题目：基于旋转双楔镜的光机扫描机构研究

精密光束指向扫描机构是光电成像探测技术领域的关键技术之一，主要由扫描光学组件及其支撑、驱动系统以及传动系统组成。根据采用的光学组件不同，可分为反射式光束指向扫描机构和透射式光束指向扫描机构。基于旋转双楔镜的光束指向扫描机构作为透射式光束指向扫描机构的一种，具有指向精度高、扫描模式多样、扫描轨迹稳定等优点，已广泛应用于环境探测、激光通信以及显微机构中。

目前，国内外关于旋转双楔镜型光束指向扫描机构的研究主要集中在：1、双楔镜出射光束指向建模；2、根据出射光束指向反算楔镜转角建模；3、光束指向扫描机构光束变形及消色差研究。然而，针对旋转双楔镜光束指向扫描机构详细设计、机构误差建模、出射光束指向测量等方面的工作却较为缺乏。为实现旋转双楔镜光束指向扫描机构的实际工程应用，本文对此展开了深入的研究，主要内容包括：

1、基于Snell折射定律及光束经过楔镜传播的基础理论，建立了旋转双楔镜不同结构形式下的出射光束指向理论模型，确定了旋转双楔镜平面相对的结构形式方案；针对旋转双楔镜光束指向扫描机构的“一阶模型”、“三阶模型”及“精确模型”进行了建模仿真，确定了“精确模型”作为后续理论分析的基础；针对旋转双楔镜光束指向扫描模式与两个楔镜转速比、楔角比以及楔镜初始相位之间关系进行了仿真分析，确定了旋转双楔镜光束指向扫描机构的扫描模式；最后，建立了旋转双楔镜出射光束扫描轨迹理论模型，针对出射光束扫描轨迹的影响因素进行了仿真分析。

2、提出了一套基于旋转双楔镜的光束指向扫描机构总体技术方案，重点针对光学系统、楔镜组件、楔镜驱动系统、传动系统以及楔镜测角机构等主要部件开展了关键技术研究和详细设计，设计结果满足工作需求。

3、分析了影响旋转双楔镜光束指向扫描机构出射光束指向的误差来源，建立了出射光束指向误差与楔镜加工误差、楔镜装配误差、楔镜组件装配误差之间的一阶近似误差理论模型；建立了扫描印迹点与旋转双楔镜速度不稳定性误差之间的一阶近似理论模型；针对一阶近似误差理论模型进行了仿真计算，通过与精确结果的对比，验证了一阶近似误差理论模型的正确性。

4、研制了一套旋转双楔镜光束指向扫描机构原理样机，完成了楔镜楔角、楔镜装配误差、楔镜组件装配误差、出射光束指向以及光束扫描印迹点等数据的测量。通过所测量的误差结果，结合一阶近似误差模型的理论计算值与出射光束指向的实际测量值对比，确定了旋转双楔镜光束指向扫描机构的出射光束指向精度。同时，通过对扫描印迹点的测试，验证了旋转双楔镜光束指向扫描机构扫描模式的多样性。

本文的主要创新点是：

1、提出了一种利用两组齿轮副啮合传动电机力矩，分别驱动两个光学楔镜旋转的光束指向扫描机构设计方案。

2、提出了基于一阶近似的旋转双楔镜光束指向扫描机构误差理论模型，为旋转双楔镜型光束指向扫描机构的详细设计及出射光束指向精度计算提供理论依据。

3、提出了利用双轴自准直仪对旋转双楔镜光束指向扫描机构光束出射角度进行测量的方法。