一种基于面形补偿的角锥棱镜设计方法技术

本发明专利技术公开了一种新的角锥棱镜设计方法。该设计方法首先将角锥棱镜当作一种位相变换器件，提供角锥棱镜作为相位调制器件的位相计算关系式，建立了棱镜面形误差、角度误差与出射波面位相分布的关系；基于基尔霍夫衍射理论给出不同孔径角锥棱镜衍射后的光场强度分布；利用角锥棱镜弦面的面形误差（光圈数）和三个二面直角误差的组合和相互补偿，搜索出存在加工误差的角锥棱镜获得近似理想光强分布的条件。证明基于面形补偿的角锥棱镜设计方法可在不提高，甚至降低棱镜加工精度，降低棱镜制造成本的条件下，提高激光测长系统的测长能力和测长精度。设计理论的工程实现方便，能兼顾加工成本和测距能力，具有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程光学领域中的一种棱镜设计方法，特别适合激光测长系统中用作合作目标的角锥棱镜的设计。
技术介绍
角锥棱镜，又称角反射器或角体合作目标，是由三个相互垂直的平面构成的四面体棱锥。其顶点是三个相互垂直棱的交点，底部为一等边三角形。通常情况下，底部等边三角形的三个角并不保留，而是按内接圆方式对其进行切割。因此，棱镜底部表面常常是圆形。 棱镜的直角表面称为反射面，底部表面称为透射面或弦面，弦面与三个棱的夹角相等。反射面和直角面统称为角锥棱镜的工作面。角锥棱镜共有四个工作面，其中弦面是折射面，直角面是反射面。直角表面之间的二面角误差即为角锥棱镜的二面直角误差。 角锥棱镜是一种常见的反射棱镜。对于理想的角锥棱镜而言，光线从其透射面入射后，经过三个直角反射面的依次反射，其出射光束将严格平行于入射光束，并且所有的光线在角锥棱镜中经历的光程相等，可等效于光线从透射面中心入射，经过相同的光程从底面中心出射。角锥棱镜所具有的这种定向反射特点被广泛应用于激光测距、红外跟踪、精密测量等领域，作为上述应用系统中的合作目标，可显著增加作用距离和提高测距精度。 实际的角锥棱镜不可避免地存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于面形补偿的角锥棱镜设计方法，其特征在于：将角锥棱镜的弦面设计成球面，通过弦面面形对棱镜角度误差的补偿作用，实现相位校正；所述球面的曲率半径按下述步骤确定：ａ．判断角锥棱镜和接收系统之间的相对位置关系满足何种条件：满足 ｚ↑［３］＞＞１／４λ［（ｘ－Ｘ）↑［２］＋（ｙ－Ｙ）↑［２］］↓［ｍａｘ］↑［１／２］，发生菲涅耳衍射；满足（ｘ↑［２］＋ｙ↑［２］）↓［ｍａｘ］／ｚ〈〈λ，则发生夫琅和费衍射；上述条件式中ｘ、ｙ是棱镜弦面上考察点的坐标， 最大值取弦面半径；Ｘ、Ｙ是在接收面上考察点的坐标，ｚ是角锥棱镜到接收系统之间的距离，λ是...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李松，翁兴涛，余峰，周辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]