结论 34

致谢 35

参考文献 36

1  绪论

1。1  课题研究背景

在光学仪器的生产行业中，广泛地使用着一类棱镜，即角锥棱镜。角锥棱镜作为这样一种具有很高精度的光学元器件，它工作的原理是:一束平行光线入射到角锥棱镜的一个面上（非直角面），发生折射后到达一个直角面,再在棱镜中发生两次反射后,仍从原入射面折射出来（如下图所示）。论文网

图1。1  角锥棱镜

对于一个理想的不存在加工误差的角锥棱镜来说,其入射光线与出射光线是一定满足平行且反向的，这就是角锥棱镜的逆向反射特性。作为一种特殊的逆向反射器，角锥棱镜角锥棱镜被广泛应用在氦氖激光器、光电探测、红外追踪、精密测量等高科技领域以增加系统的工作距离和提高整体的测量精度。

但与此同时，角锥棱镜这种高精度器件的加工难度也比较大，当然也无法避免会出现一些加工误差，这些加工误差在实际应用时会引起反射光束的相位发生变化，从而影响角锥棱镜的工作特性和测量精度。角锥棱镜的综合误差包括许许多多的误差因素，比如其二面角误差，表面平面度误差和玻璃折射率误差等，但其中比较方便计算和测量的是角锥棱镜直角面间的角度误差，这个误差虽然通常情况下不会太大，但我们也不能够忽略它对测量精确性带来的影响。文献综述

举个例子来说，2002年，美国FARO公司投入生产了一种用于工业设备测量的仪器--SI型激光跟踪仪，这种仪器的测量适用于大尺寸，且其精度很高，测量范围约为35m，在动态工作状态与静态工作状态下皆可使用。FARO激光跟踪器最常使用的目标型反射器为20。5英寸的固定球状反射装置(Sphere Mounted Re—flector，SMR)，它由空心立方角锥棱镜构成，如果角锥棱镜理想无误差(不仅材料各向同性、折射率相对均匀、各直角面的面形一致，而且三个直角面之间的夹角都必须为90°)，则入射光线将遵从逆向反射特性沿着原入射光路返回，即出射光线将与原入射光线严格反向并互相平行。而当角锥棱镜以从其顶点穿过的折射面法线为轴进行转动时，并不会改变出射光线的方向，而且光线在角锥棱镜内的光程为固定常数。因为SMR是这个激光跟踪装置最重要的组成部件之一，所以其质量的好坏也就直接影响了整个仪器的测量范围及测量精度。而这些影响角锥棱镜测量精度因素中，最重要的一个因素就是二面角是否完全正交，即是否存在角度误差。如果镜面产生松动或者角锥棱镜的二面角误差增大，激光束产生的反射光的光强就会减小，但是当其减小到超出系统的测量范围时，将会导致整个测量工作无法继续进行，因而研究角锥棱镜的各项误差尤其是二面角误差，是具有很大实际意义的。

上述例子说明了角锥棱镜的直角误差是决定仪器测量精度的一个重要因素，很有研究必要，当然，角锥棱镜的加工误差还包括了面形误差，棱镜表面的平整度误差和玻璃的折射率误差等许多方面的误差，但现行的许多对角锥棱镜误差的检测中，往往都是忽略了平面度偏差、面形误差等次要因素的存在，而只考虑二面角的误差，这显然是不够科学的，这种片面性将会导致以此理论为基础的传统的测量方法，产生检测精度不高或者稳定性不好的问题。因此，综合地研究角锥棱镜可能存在的各种类型的误差与这些误差因子对在其中传输的光束所带来的影响，可以为更好地解决这些问题提供理论基础，从而更好地提高仪器的测量精度，并改进角锥棱镜的实用性能，这种对面形误差、平面度误差和角度误差等综合误差的高精度全面检测也是目前和将来角锥棱镜检测的必然趋势。