鮑威爾棱鏡是一種光學(xué)劃線棱鏡，它使激光束通過(guò)后可以最優(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)于柱面透鏡的劃線模式，能消除高斯光束的中心熱點(diǎn)和褪色邊緣分布。
高斯激光束通過(guò)普通的柱面透鏡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不均勻分布的直線，而鮑威爾棱鏡的頂部是復(fù)雜的二維非球面曲面，激光通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量球面像差，重新分配光路，減少中心區(qū)域的光，增加邊緣的光，形成一條均勻的直線，適用于各種生物醫(yī)學(xué)、汽車裝配、食品加工等機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。
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扇角
扇角寬是玻璃折射率和頂角的一個(gè)函數(shù)。頂部?jī)A斜度越高，玻璃折射率越大，則相同的投影距離時(shí)的扇角越大。小扇角通常使用折射率n=1.5的光學(xué)玻璃，大扇角通常使用n=1.8的高折射率玻璃，或增大頂部?jī)A斜角。
激光束尺寸
在投影距離一定的情況下，入射激光光束的尺寸決定了激光線的厚度。一束橢圓截面的平行激光可能生產(chǎn)寬的或窄的兩條直線。
An?example?of?a?narrow?incident?beam
An?example?of?a?wide?incident?beam窄入射光方向，激光主要軸線與棱鏡的頂部平行，窄激光入射形成小的景深。寬入射光方向，激光軸線與棱鏡的頂部垂直，寬激光入射形成大的景深。不同情況下將光束聚焦到工作距離500mm的CCD陣列，下圖清楚的顯示了激光束的不同入射方向通過(guò)棱鏡擴(kuò)束之后形成直線的區(qū)別，其中在出射平面上的光斑大小是明顯的不同之處。
Narrow?incident?beam?powell?lens?ray?path
Wide?incident?beam?powell?lens?ray?path
Narrow?incident?beam?-?thin?line?narrow?depth?of?focus
Wide?incident?beam?-?thin?line?narrow?depth?of?focus
線均勻
鮑威爾棱鏡的性能由入射激光的特征以及透鏡的非球面表面的質(zhì)量決定，合理選擇與激光模塊相匹配的棱鏡，可以產(chǎn)生均勻一致的激光線，滿足高要求的應(yīng)用。
光強(qiáng)分布
均勻照明的激光線，中央80%長(zhǎng)度所含光強(qiáng)要占總體強(qiáng)度的80%以上。若中間部分所占的能量太低，兩端亮度就會(huì)增加，減少兩端亮度有助于提高激光的整體利用效率，下圖顯示了相同均勻性的激光線，中央?yún)^(qū)域分布光強(qiáng)不同時(shí)的差異。
激光線平直度和準(zhǔn)確性
直線的平直度和孔徑偏差取決于棱鏡的制造質(zhì)量和激光模塊安裝的精密度。如果激光并非垂直棱鏡入射，就會(huì)產(chǎn)生線曲率，棱鏡的楔形頂和底部出射面之間就會(huì)產(chǎn)生孔徑誤差，最終會(huì)產(chǎn)生離開目標(biāo)位置的一個(gè)偏移。如果棱鏡安裝正確，棱鏡的楔形頂只產(chǎn)生輕微傾斜，由此產(chǎn)生線曲率也很小。
棱鏡安裝選配
激光光束寬度決定了棱鏡的性能和物理特性，最顯著的差異是發(fā)散角在出射面上的位置，必須保證發(fā)散的光束不會(huì)超過(guò)透鏡尺寸。
光束通過(guò)棱鏡的非線性球面會(huì)產(chǎn)生非均勻的分布，所以要根據(jù)激光束的直徑來(lái)選擇合適的棱鏡，棱鏡底部出射平面要大于光束在該面上的截面。標(biāo)準(zhǔn)的90°棱鏡只適用寬入射激光的擴(kuò)束
