[发明专利]利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法

权利要求书

1.一种利用凹透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)及凹透镜(2)的通光口径：圆切割标准角锥棱镜(1)的通光口径凹透镜(2)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、凹透镜(2)中心处厚度为d、曲率半径分别为R_c1和R_c2的凹透镜(2)，R_c1和R_c2分别为凹透镜(2)两个曲面的半径，凹透镜(2)关于其中心轴OO’圆周旋转对称；

第四步，将凹透镜(2)和圆切割标准角锥棱镜(1)组装在一起：凹透镜(2)的对称轴经过圆切割标准角锥入射面的中心点，即凹透镜(2)中心轴与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面垂直；凹透镜(2)靠近圆切割标准角锥棱镜(1)一侧的曲面中心点与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面的距离为d₀，R_c为凹透镜(2)靠近圆切割标准角锥棱镜(1)一面的曲率半径；曲率半径为R_c1的一面靠近圆切割标准角锥棱镜(1)时，R_c＝R_c1，当曲率半径为R_c2的一面靠近圆切割标准角锥棱镜(1)时，R_c＝R_c2；入射光线经过凹透镜(2)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)出射后再进入凹透镜(2)后出射；圆切割标准角锥棱镜(1)负责对光束进行反射，凹透镜(2)负责对光束进行扩散，反射光在远场即探测器处形成一个半径为R的实心光斑，R＝d_s·tanθ，其中d_s为远场即探测器与凹透镜(2)的距离。

2.如权利要求1所述的利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于第三步设计加工凹透镜(2)时，利用光学仿真软件进行模拟设计，得到反射光束扩散半角θ与凹透镜(2)曲率半径R_c1和R_c2的确切关系。

3.如权利要求2所述的利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于所述光学仿真软件采用美国光学模拟软件Zemax。

4.如权利要求2所述的利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于在光学仿真软件初始条件中，设R_c1＝R_c2＝d_s·tanθ，d_s为反射光束远场光斑与凹透镜(2)的距离，通过光学仿真软件计算得到反射光束的扩散半角θ₁，若θ₁<目标值θ，则增大R_c1或R_c2；若θ₁>目标值θ，则减小R_c1或R_c2，直至θ₁＝目标值θ。

5.如权利要求4所述的利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于在对凹透镜(2)入射曲面和出射曲面无特殊需求的运用场合，将凹透镜(2)的一个曲率半径设计为无穷大，通过调节另一个曲率半径使反射光束的设计值等于目标值θ。

6.如权利要求1所述的利用凹透镜和标准角锥棱镜实现反射光束扩散的方法，其特征在于第四步将凹透镜(2)和圆切割标准角锥棱镜(1)组装时，此时凹透镜(2)边缘与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面贴合，当R_c为无穷大时，靠近圆切割标准角锥棱镜(1)一侧的曲面变为平面，此时d₀取0，即凹透镜(2)与圆切割标准角锥棱镜(1)入射面完全贴合。