柱面鏡的簡(jiǎn)介和成像原理

一、柱面鏡的簡(jiǎn)介

柱面鏡屬于非球面透鏡，可以通過(guò)設(shè)計(jì)有效減小球差和色差。柱面鏡分為平凸柱面透鏡、平凹柱面透鏡、雙凸柱面透鏡、雙凹柱面、彎月柱面鏡、柱交柱面鏡和異形類(lèi)柱面透鏡。具有一維放大功能。

二、柱面鏡的成像原理

由于柱面鏡的特殊形狀導(dǎo)致光反射錯(cuò)位，平面上的圖形就會(huì)發(fā)生變形。變形的平面圖像投影到柱面鏡上，柱面鏡再次發(fā)生變形。當(dāng)光線經(jīng)過(guò)柱面鏡反射后，會(huì)聚焦到焦點(diǎn)處發(fā)出或從虛焦點(diǎn)發(fā)出分散，當(dāng)平行光束入射時(shí)，光線會(huì)被柱面鏡聚焦成一條直線。當(dāng)非平行光束入射時(shí)，成像結(jié)果會(huì)因入射角度不同而產(chǎn)生變化。

柱面鏡光路展示：

圖一

三、柱面鏡縫隙分析對(duì)比

以設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品為例，用縫隙0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.005mm、0.002mm作為分析。

透鏡縫隙為0.3mm：當(dāng)光照射縫隙時(shí)，縫隙較大，光斑均勻性效果較差，中心會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較亮的焦點(diǎn)。

透鏡縫隙為0.2mm：當(dāng)光照射縫隙時(shí)，縫隙縮小1.5倍，光斑均勻性有所改善，中心焦點(diǎn)和線性光斑較明顯。

透鏡縫隙為0.1mm：當(dāng)光照射縫隙時(shí)，縫隙縮小3倍，光斑均勻性進(jìn)一步改善，線性光斑顯著，中心焦點(diǎn)開(kāi)始減弱。

透鏡縫隙為0.005mm：當(dāng)光照射縫隙時(shí)，縫隙收窄60倍，光斑均勻性趨向較好，中心焦點(diǎn)仍存在，但對(duì)光斑的影響不大。

透鏡縫隙為0.002mm：當(dāng)光照射縫隙時(shí)，縫隙收窄150倍，接近理想狀態(tài)縫隙為0，光斑均勻度好，中間焦點(diǎn)基本消失，可忽略不計(jì)。

四、柱面鏡成像公式

當(dāng)柱面鏡作為激光線發(fā)生器時(shí)，我們可以通過(guò)輸入光束的半徑公式來(lái)計(jì)算焦距：

可以通過(guò)所需線長(zhǎng)（x)和工作距離(L)來(lái)計(jì)算發(fā)散角度：

可以通過(guò)發(fā)散角度(θ)計(jì)算工作距離：

五、柱面鏡的用途

柱面鏡廣泛應(yīng)用于高精度測(cè)試儀和大功率激光器、長(zhǎng)距離線干涉儀、線性探測(cè)器照明、條形碼掃描、全息照明、光信息處理、計(jì)算機(jī)等。光學(xué)柱面鏡在強(qiáng)激光系統(tǒng)和同步輻射光束線中也有著廣泛的應(yīng)用。

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審核編輯：湯梓紅