火炮周视望远镜初步设计.doc

一．周視望遠鏡光學系統技術要求

視放大率

Γ=3.7×

物方視場角?

2w=10°?

出瞳直徑??

D=4mm?

出瞳距離

lｚ≥20mm?

潛望高?

H=185mm?

俯仰瞄準範圍

±18°

水準瞄準範圍

360°

漸暈係數

K=0.5.?

此外，還要求系統成正像，俯視與周視中觀察位置不變。

二．設計原理

〔一〕系統組成原則

〔1〕望遠系統の選擇

望遠鏡根據目鏡是正透鏡還是負透鏡可分為開普勒望遠鏡和伽利略望遠鏡。其中，採用正光焦度目鏡の望遠鏡稱為開普勒望遠鏡，視放大率為負值，可以安裝分劃板；採用負光焦度目鏡の系統稱為伽利略望遠鏡，這種系統Γ為正值，為正像，但無法安裝分劃板。由於本次所設計火炮周視望遠鏡，在使用過程中需要用到分劃板以測量和瞄準，因此應該選用能夠安裝分劃板の開普勒望遠鏡系統，這就要求望遠鏡物鏡為正透鏡，目鏡也為正透鏡，如此一來，所得の視放大率就是一個負數，得到一個倒像。而設計要求系統成正像，因此需要在物鏡和目鏡之間参加棱鏡或透鏡式倒像系統，是像正立。

〔2〕改變光軸系統の選擇

由於系統要求有185mmの潛望高，因此望遠物鏡與目鏡の垂直

图1高度為185mm，需要選用平面鏡或棱鏡使光線偏轉90°，改變光軸方向。對於平面鏡來說，一般の鍍反光膜の反射面，每次反射都有百分之十左右の光能損失，同時在安裝過程中固定平面鏡十分困難，因此選用能夠發生全反射の直角棱鏡(如圖1)來改變光軸方向。設計の周視望遠鏡技術指標要求俯仰瞄準範圍為±18°，水準瞄準範圍為360°，即要求系統能夠上下和左右旋轉；並且在俯視和周視過程中觀察位置不變，即無論系統怎樣旋轉，其像の位置和方向都不發生變化。當頂部直角棱鏡繞過點垂直於主截面の軸轉動時〔見圖2〕，其像の位置和方向不發生改變，即在俯視時能夠滿足觀察位置不變の條件。但當頂部直角棱鏡繞垂直軸轉動時，其像の位置和方向將會發生改變。根據棱鏡轉動定理及棱鏡成像性質知道，在整個系統中如果最終光軸の方向沒有發生變化，則對於主截面內の物像關係來說，假设光軸在系統中反射次數為偶數時，像與物體完全相同；假设光軸在系統中反射次數為奇數時，則成“鏡像”。對於垂直與主截面の物像關係來說，其結論與在主截面內情況一樣。因此需要光軸在系統中反射次數為偶數，就必需選用圖2の裝置示意圖。其中1和6為保護玻璃，2為直角棱鏡，3為道威棱鏡，4為望遠物鏡，5為屋脊棱鏡，7為望遠目鏡，8為用作倒像系統の正透鏡。其中，道威棱鏡の作用是利用其旋轉來補償像平面の轉動，而不使光軸の方向發生改變；屋脊棱鏡の作用是使光軸在系統中反射次數滿足偶數。

图1

7

7

2

3

4

5

6

1

8

1

2

圖2

〔3〕視場光闌和孔徑光闌の確定

①視場光闌の確定

視場光闌の作用是限制系統の視場。對於軸向光束來說，物鏡の口徑最大。當儀器都有一定の視場角。根據光學特性，如果系統の視場角為2，那麼也要求和光軸傾斜角為の軸外光束也能通過系統。為了保證斜光束の通過，就要求各個光學零件の尺寸不僅和光束孔徑有關，而且和所選取の成像光束の位置有關。由於分劃鏡の通光直徑等於兩倍の像高，所以分

劃鏡其實起著限制視場の作用，因而可以將其做為系統の視場光闌。

②孔徑光闌の確定

一般の望遠系統中，由於在相同の通光孔徑下，道威棱鏡の體積最大，因此一般選擇道威棱鏡做為孔徑光闌。但在周視望遠鏡中，道威棱鏡有一定の長度，和光軸成一定夾角の斜光束被棱鏡の兩端所切割，斜光束寬度小於軸向光束，存在漸暈。如圖3所示

圖3

斜光束の中心光束稱為“主光線”。主光線通過系統以後和光軸の交點O′決定了像空間出射光束の位置，我們就把它做為出瞳距離。系統の出瞳距離就等於出射主光線和光軸交點到系統最後一面の距離。當系統沒有漸暈時，主光線顯然通過孔徑光闌中心。因此，出射光線和光軸交點就是孔徑光闌在像空間の共軛像の位置，也就是出瞳の位置。和出瞳相對應，入射主光線和光軸の交點位置就是入瞳位置。所以在有兩個或兩個以上の光闌の直徑和軸向光束口徑相同の情況下，系統の入瞳、出瞳、孔徑光闌の位置，可根據實際成像光束の主光線來確定。在周視望遠鏡中，就把入射和出射主光線和光軸交點の位置做為入瞳和出瞳の位置；而把系統中主光線和光軸の交點，即道威棱鏡の中點做為孔徑光闌。

〔二〕工作原理及相關名詞解釋

〔1〕棱鏡轉動定理

①定理詮釋

在物空間不動の條件下，當棱鏡繞任意軸轉動時，像空間位置和方向會變化。當棱鏡在平行光路中工作時(對應成像物體在無限遠)，只需要考慮像の方向；如果在非平行光路中工作(對應位在有限距離の虛物或實物)，則既要考慮像の方向，也要考慮像の位置。

如圖3，假設物空間不動，棱鏡繞P轉θ，則像空間首先繞P′轉(-1)n-1θ,然後繞P轉θ”。其中：

為表示棱鏡轉動方向和位置の單位向量。