[发明专利]利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法

摘要

本发明公开了一种利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，目的是解决含角误差角锥阵列方法结构复杂、加工成本高的问题。技术方案是确定圆切割标准角锥棱镜及圆锥镜的通光口径；加工通光口径为D的圆切割标准角锥棱镜；设计加工通光口径为D、锥角为α的圆锥镜，圆锥镜有凹圆锥镜或凸圆锥镜2种；将圆锥镜和圆切割标准角锥棱镜组装在一起，圆切割标准角锥棱镜对光束进行反射，圆锥镜对光束进行扩散，且出射光在远场形成一个辐照强度均匀的圆带。本发明解决了角误差方法中反射光斑辐照强度圆周不均匀，导致探测器接收反射光强度忽强忽弱的问题；且本发明结构简单，降低了光学元件的个数和加工难度、加工成本。

主权项

一种利用圆锥镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，由用户给出的反射面积S确定圆切割标准角锥棱镜(1)及圆锥镜的通光口径，圆切割标准角锥棱镜(1)的通光口径圆锥镜的通光口径与圆切割标准角锥棱镜(1)的通光口径D相等；第二步，加工通光口径为D的圆切割标准角锥棱镜(1)；第三步，根据反射光束的扩散半角θ即用户给出的设计目标值，设计加工通光口径为D、锥角为α的圆锥镜，表征圆锥镜的结构参数有三个，分别是通光口径D，锥角α和高度h，圆锥镜关于其中心轴线OO’旋转对称；圆锥镜的高度h包含两部分，即h＝h0+Δh，h0为圆锥镜中圆柱部分的高度，Δh为圆锥面的垂直高度；圆锥镜关于中心轴旋转对称，共有三个面，底面为圆形，侧面为圆柱面，顶面为圆锥面；圆锥镜在通过中心轴的任意剖面的形状为两个相同梯形的相加，两个梯形关于中心轴镜面对称；梯形的底边长度为h0+Δh，顶边的长度为h0，高为D/2；当两个梯形的顶边重合时，为凹圆锥镜(2)的剖面图，以该剖面的对称轴OO’为中心轴圆周旋转所形成的体即为凹圆锥镜(2)；当梯形的底边重合时，为凸圆锥镜(3)的剖面图，以该剖面的对称轴OO’为中心轴圆周旋转所形成的体即为凸圆锥镜(3)；凹圆锥镜(2)和凸圆锥镜(3)统称为圆锥镜；两个梯形斜边形成的角度为圆锥镜的锥角α，0°<α<180°，有第四步，将圆锥镜和圆切割标准角锥棱镜(1)组装在一起：将凹圆锥镜(2)底面中心点O2或凸圆锥镜(3)底面中心点O3与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面中心点O1连成的直线与圆锥镜底面及标准角锥入射面垂直，圆锥镜底面与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面的距离为d0，d0≥0；入射光线经过圆锥镜后进入圆切割标准角锥棱镜(1)，反射光束从圆切割标准角锥棱镜(1)出射后再进入圆锥镜后出射；圆切割标准角锥棱镜(1)负责对光束进行反射，圆锥镜负责对光束进行扩散，且出射光在远场即探测器处形成一个半径为R的辐照强度均匀的圆带，R＝ds·tanθ，其中ds为远场即探测器与圆锥镜的距离，将探测器放置在距离激光器为R的圆周任意位置处，都能探测得到强度均匀的反射光束。