柱面镜的简介和成像原理

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描述

一、柱面镜的简介

柱面镜属于非球面透镜,可以通过设计有效减小球差和色差。柱面镜分为平凸柱面透镜、平凹柱面透镜、双凸柱面透镜、双凹柱面、弯月柱面镜、柱交柱面镜和异形类柱面透镜。具有一维放大功能。

二、柱面镜的成像原理

由于柱面镜的特殊形状导致光反射错位,平面上的图形就会发生变形。变形的平面图像投影到柱面镜上,柱面镜再次发生变形。当光线经过柱面镜反射后,会聚焦到焦点处发出或从虚焦点发出分散,当平行光束入射时,光线会被柱面镜聚焦成一条直线。当非平行光束入射时,成像结果会因入射角度不同而产生变化。

柱面镜光路展示:

探测器

图一

三、柱面镜缝隙分析对比

以设计一款产品为例,用缝隙0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.005mm、0.002mm作为分析。

透镜缝隙为0.3mm:当光照射缝隙时,缝隙较大,光斑均匀性效果较差,中心会出现一个较亮的焦点。

探测器

透镜缝隙为0.2mm:当光照射缝隙时,缝隙缩小1.5倍,光斑均匀性有所改善,中心焦点和线性光斑较明显。

探测器

透镜缝隙为0.1mm:当光照射缝隙时,缝隙缩小3倍,光斑均匀性进一步改善,线性光斑显著,中心焦点开始减弱。

探测器

透镜缝隙为0.005mm:当光照射缝隙时,缝隙收窄60倍,光斑均匀性趋向较好,中心焦点仍存在,但对光斑的影响不大。

探测器

透镜缝隙为0.002mm:当光照射缝隙时,缝隙收窄150倍,接近理想状态缝隙为0,光斑均匀度好,中间焦点基本消失,可忽略不计。

探测器

四、柱面镜成像公式

当柱面镜作为激光线发生器时,我们可以通过输入光束的半径公式来计算焦距:

探测器

可以通过所需线长(x)和工作距离(L)来计算发散角度:

探测器

可以通过发散角度(θ)计算工作距离:

探测器

五、柱面镜的用途

柱面镜广泛应用于高精度测试仪和大功率激光器、长距离线干涉仪、线性探测器照明、条形码扫描、全息照明、光信息处理、计算机等。光学柱面镜在强激光系统和同步辐射光束线中也有着广泛的应用。

本文由傲德光电(深圳)有限公司提供。专业生产石英玻璃光学元件,如复眼、微透镜阵列、非球面透镜等。

审核编辑:汤梓红

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