光能量分布的均勻程度對測量精度有較大的影響，主要表現(xiàn)在：一是如果光幕面內光能量較小，就不足以使光電探測器響應；二是光幕面內光能分布不均勻使得計時誤差較大，直接影響測量精度。文中以紅光點狀光斑半導體激光器作為發(fā)射光源，通過鮑威爾棱鏡和菲涅爾透鏡等光學系統(tǒng)的組合，實現(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量精度，而且可以對光幕進行拼結，實現(xiàn)超大光幕的形成。這對以前的小面積光幕是一個很大的突破，并且可以對過去所使用的同類設備產品進行進一步的改進。 

1.光學系統(tǒng)分析 

1.1.鮑威爾棱鏡 

鮑威爾棱鏡(Powell lens)是一種光學劃線棱鏡，它使1mm激光束通過非球面透鏡最優(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和褐色邊緣分布。應用范圍主要是：激光劃線器、機加工劃線定位、建筑標線定位、激光掃描系統(tǒng)。其原理圖如圖1所示。

當約1mm的準直激光光束打到鮑威爾棱鏡的棱上時，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，折射角主要由兩個棱面所構成的角度決定，最后經(jīng)過出射面時再發(fā)生一次折射，整個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)是一種精密的光學系統(tǒng)，它是根據(jù)對接收靈敏度和接收角度的要求設計制造的，通常由聚乙烯材料注塑成薄紋片，再刻上精細的鏡面和紋理。其技術精度要求甚高，優(yōu)質透鏡必須紋理清晰、表面光潔、厚度在0.65mm左右。紅外光的透過率應大于65%。與傳統(tǒng)的光學玻璃透鏡相比，菲涅爾透鏡具有重量輕，材料來源豐富，成本低，制作方便，口徑大，厚度薄等特點。 

實驗中利用了菲涅爾透鏡的平行聚焦特性，讓點光源從菲涅爾透鏡的焦點發(fā)射，經(jīng)過它之后形成一道平行光幕，如圖2。