光能量分布的均勻程度對(duì)測(cè)量精度有較大的影響，主要表現(xiàn)在：一是如果光幕面內(nèi)光能量較小，就不足以使光電探測(cè)器響應(yīng)；二是光幕面內(nèi)光能分布不均勻使得計(jì)時(shí)誤差較大，直接影響測(cè)量精度。文中以紅光點(diǎn)狀光斑半導(dǎo)體激光器作為發(fā)射光源，通過(guò)鮑威爾棱鏡和菲涅爾透鏡等光學(xué)系統(tǒng)的組合，實(shí)現(xiàn)了出射光幕的均勻性和平行性。所形成的均勻平行光幕不但可以提高測(cè)量精度，而且可以對(duì)光幕進(jìn)行拼結(jié)，實(shí)現(xiàn)超大光幕的形成。這對(duì)以前的小面積光幕是一個(gè)很大的突破，并且可以對(duì)過(guò)去所使用的同類(lèi)設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。

　　1　光學(xué)系統(tǒng)分析

　　1.1　鮑威爾棱鏡

　　鮑威爾棱鏡(Powell lens)是一種光學(xué)劃線棱鏡，它使1mm激光束通過(guò)非球面透鏡最優(yōu)化地劃成光密度均勻、穩(wěn)定性好、直線性好的一條直線。鮑威爾棱鏡劃線優(yōu)于柱面透鏡劃線模式，能消除高斯光束的中心熱點(diǎn)和褐色邊緣分布。應(yīng)用范圍主要是：激光劃線器、機(jī)加工劃線定位、建筑標(biāo)線定位、激光掃描系統(tǒng)。其原理圖如圖1所示。

　　當(dāng)約1mm的準(zhǔn)直激光光束打到鮑威爾棱鏡的棱上時(shí)，由放大部分可以看出，棱是圓弧狀的，光線入射后發(fā)生折射，折射角主要由兩個(gè)棱面所構(gòu)成的角度決定，最后經(jīng)過(guò)出射面時(shí)再發(fā)生一次折射，整個(gè)出射光線形成一道扇形光幕。

        1.2　菲涅爾透鏡

　　菲涅爾透鏡(Fresnel lens)是一種精密的光學(xué)系統(tǒng)，它是根據(jù)對(duì)接收靈敏度和接收角度的要求設(shè)計(jì)制造的，通常由聚乙烯材料注塑成薄紋片，再刻上精細(xì)的鏡面和紋理。其技術(shù)精度要求甚高，優(yōu)質(zhì)透鏡必須紋理清晰、表面光潔、厚度在0.65mm左右。紅外光的透過(guò)率應(yīng)大于65%。與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃透鏡相比，菲涅爾透鏡具有重量輕，材料來(lái)源豐富，成本低，制作方便，口徑大，厚度薄等特點(diǎn)。

　　實(shí)驗(yàn)中利用了菲涅爾透鏡的平行聚焦特性，讓點(diǎn)光源從菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)發(fā)射，經(jīng)過(guò)它之后形成一道平行光幕，如圖2。