周视瞄准镜参数设计
作者姓名：乔宇
专业名称：光电信息科学与工程
指导教师： 陈全
学 号：伯努利方程实验1303280216
一步进梁式加热炉
光学系统的技术要求 D_% _J^_I 1.光学特性: zs(W_n` |W 视放大率 Γ=3.5× _vi8__LcP 物方视场角 2w=10° =FS_L<%w_8 出瞳直径 D'=3mm [wg.C__bm\ 出瞳距离 lｚ'≥20mm =2z_ T/=I 2.潜望高 H=192mm Z(NJ)____t 3.光学系统要求实现俯仰瞄准范围±18° E7sI 7|xx 光学系统要求实现水平瞄准范围360° V__~_|_>#u 4.渐晕系数K=0.5. jFs_en!8I_ 二 +bC~g.Aq' erer二二 设计原理 IOG5_TO_Th 1．由于系统用于对远距离目标进行观察，具有的视角放大率，因此它必然是一个开卜勒望远镜，要使用正光焦度的物镜和目镜。 - ejZBJ1_ 为了便于观察，系统应成正像，所以必须加入倒像系统。 IO3' ____` 由于系统要求有一定的潜望高度，所以可以采用两个使光轴改变90°的棱镜或平面镜，但平面镜的安装，固定十分困难，而且所镀的反光膜易变质，脱落，还会在反射时造成百分之十左右的光能损失，所以用平面镜 进行反射并不理想，而棱镜则可以克服这些缺点，所以采用两个使光轴改变90°的棱镜形成潜望高。考虑到系统的简单易携性，两个棱镜都选用直角棱镜。 _[AFqTNwr+ 为了在水平面和垂直面改变光轴的方向，可以在光轴上端O1点的直角棱镜绕水平和垂直轴转动。当棱镜绕经过O1点的垂直于主截面的水平轴转动时，像的方向不会发生旋转。但当棱镜绕O1O2轴转动时，如果物平面相对主截面不动，像平面也将随之转动。如果要求像平面不转，就必须使像面产生一个相反方向的转动。这样就必须加入一个棱镜，利用它的转动来补偿像平面的转动， 而不使光轴的方向改变。根据棱镜转动定理，加入的棱镜反射次数应该为奇数，再考虑系统的轻便性，选择了道威棱镜。同样根据棱镜转动定理，道威棱镜的转动角度为O1处的直角棱镜转动角度的一半，且两者的转动方向相反。 9_7M0\_MN8 目前的倒像系统中的顶端直角棱镜和道威棱镜的反射次数之和为偶数。加上底端棱镜，系统成镜像，故可考虑选择其中一个棱镜为屋脊棱镜，这里选底端直角棱镜为屋脊棱镜。 !Hu___ Yim 考虑到物镜和目镜之间的距离可能不是很大，所以把物镜放在 道威棱镜和底端屋脊棱镜之间。 &5-_"QUO^
注：棱镜转动定理： V_,C__!=_2
E&MsuH_.o_ 当棱镜位在平行光路中时,只需要考虑像的方向;如果在非平行光路中工作,则既要考虑像的方向,也要考虑像的位置.如图,假设P为表示棱镜转动方向和位置的单位向量,P’为P在像空间的共轭像,它也是一
个单位向量.θ为棱镜的转角,它的符号规则是,当对着转轴观察时,逆时针为正,顺时针为负.n为棱镜的总反射次数.
_L&/_rgD_
(2)棱镜转动定理可表示如下:假设物空间不动,棱镜绕P转θ,则像空间首先绕P’转(-1) n-1θ,然后绕P自动化监测转θ.可以表示为: w/B2P__eQt
[A’]=[(-1) n-1θP’]+[θP] d_l3'_D9_u
[θP]只是一个表示有限转动的符号,而不是一个向量.[A’]是作为像空间转动状态的一个符号,没有特别的含义. `_ Ox.G_qQ
根据符号的定义，以下两种关系显然成立： 0k}Az_ _a
[θ1P]+[θ2P]=[（θ1+θ2）P] sDgvQ\zCmn
[θ（-P）]=[-θP] P,=F]&j_
aqb& Ejd$_ _9#__yQ !三 系统外型尺寸的计算自行车儿童座椅 _P_ _L`2x_
1 选择物镜，目镜的结构型式，计算相关参数D/f’，f’： _e1_vF_^Kn
物方视场角 2ω=10° s _=cx_;wN
∵tgω'=τ×tgω=3.5×tg5°=0.306 o_F{e-9+?
∴ω'=17.01° ∴2ω'=34.02° k__Y C_ f"
因为出瞳距离l’z要不小于20mm，所以应该选一个长出瞳距离的目镜，同时考虑到是瞄准仪器，所以选用对称目镜较为合适。 {W]_EL94_I
因为对称目镜l’z/f’目≈3/4，而且l’z≥20mm，所以f’目＞27mm。考虑到长出瞳距离对观察并无影响，所以取f’目=30mm。 k_x8i!_\^\
∵τ= f’物/ f’目 {^JJjO_D_6
∴f’物=3.5×30=105mm __t);_L $X
因为出瞳直径D’=3mm，根据τ=D/D’， 所以入瞳直径为：D=3.5×3=10.5mm。所以物镜相对口径D/f’物=10.5/105=0.1。 bfuB-qlRvU
根据物镜焦距和相对口径选用双胶物镜较合适，而且物方视场角2w=10°也满足双胶物镜的视场要求。 U[_yU?]ZbX
2 道威棱镜的尺寸： bI_z7A4/_
因为道威棱镜的体积在系统中最大，考虑到系统的总体积，重量不可过大，所以选择道威棱镜作为系统的孔径光阑。取道威棱镜的通光口径为D=15mm。道威棱镜采用K9活肽粉玻璃，所以a=D/0.334=44.91mm。其中a为道威棱镜展开成玻璃板后，沿光轴方向的斜高度。其相对空气层厚度为Ea=44.91×0.8/1.5163=23.69mm。 `27WW5K(GC ∴d2=44.91×1.414=63.52 vl9+eJyP^*
mFa!_JH4３ 计算道威棱镜渐晕系数： N<=)%xd_F
∵l1=Ea×1.414=23.69×1.414=33.5mm xDTy
7$KZD
l2=15mm @FpGL_8_Xq
∴l1+l2=33.5+15=48.5mm k__rR~ h_&
∴DW=D-(l1+l2) ×tg5°=15-48.5×tg5°=10.76mm L$0]]^=w_f
∴渐晕系数为KD=DW/D=10.76/15=71.7％ _>__^+OIq$
qFX____+_T ４ 计算顶端棱镜尺寸： d"}__-oZa.
{+mZ\@~yR" ZM<_o9{{_$取道威棱镜和顶端棱镜的距离为L50mm，同时顶端棱镜为K9玻璃制成。 _> fp1hA 9
所以顶端棱镜的相当空气层厚度为： J__PwH _
E=D/1.5163=0.66D r_` FXs
由图可得到关系式： 4^-_\pf_!h
(D-15)/2=(0.66D+50) ×tg5° -+ $YyIPES
从而可以得到顶端棱镜尺寸为D=26.85mm.。 NZ_~__{p'(
５ 保护玻璃尺寸： :-pU>K___
取保护玻璃和顶端棱镜的距离为10mm。 wp__zTp>zX
保护玻璃口径为： ?_ 9_nG_m
D’=(0.66D+50+10) ×tg5°×2+15=28.59mm。 t=\WyH1hxD
52 y5}_K<_
６ 计算物镜口径 _#_D_$SC_. ：
由于整个系统的渐晕系数为0.5，所以物镜也限制了成像光束的口径，因此物镜口径也为15mm。 _g;,_h%m_W
∴道威棱镜和物镜的距离为d3=15/tg5°/2-63.52=22.21mm a/Z&_T0_*
７ 计算目镜口径： __Yd_%Q9|
D=2×(f’目+f’物) ×tg5°=2×(105+30) ×tg5°=23.62mm f`B_3_8Q"q
８ 计算底端棱镜和分化板尺寸： s Y_9_$x>
Ａ、底端棱镜的尺寸 RA`{
v.__y 。底端棱镜由K9玻璃制成，所以其相当空气层厚度为：E=1.732D/1.5163=1.14D。 y_p __\_u
∵d4=185-63.52-22.21-50-26.85/2=35.86mm ?2 ;K_=_B_
α’=arctg【(105×tg5°-15/2)/105】=0.92° [\op-_brl
∴可由图得关系式： OnVI[q_o X
d4-D/2=(D/2-15/2)/tgα’ 4B_loF_^}
∴D=15.17mm _!h3_(w_R_
Ｂ ．分划板的尺寸： &
_a`zK_,: D=105×tg5°×2=18.37mm [_7.q:!__p
古代蹴鞠用什么做的９ 验证出瞳距离和潜望高： [%,]DDNT=
A.验证出瞳距离： __2Ja_~_B[
h=105×tg5°=9.18mm U9b R = F
α=arctg(h/30)=arctg(9.18/30)=17.01° I_d0_J__
β=arctg【(18.37/2-15/2)/105】=0.92° I_d0_J__ Y
~'7OX_cy
h’=18.37/2-30×tgβ=8.70mm y&oq0 ___
h0=(23.62/2+h’)/2=10.26mm _m]xN8|_
∴l’z=10.26/tgα=33.54mm k-G_[Pr(_L
B. 验证潜望高 m}eaEnx_4_
H=d1+d2+d3+d4=(50+26.85/2)+63.52+22.21+35.86=185mm
^_'_H_[ _
四 各光学零件主要尺寸总结 \{%LG_o.U=
１、保护玻璃 Ｌ＝28.59mm _N9i_M_ArG
2、顶端棱镜 Ｄ=26.85mm _~]KS_rO
3、道威棱镜Ｄ＝15mm 9Fb6_Mv~K, d2=44.91×1.414=63.52 Ｄ＝71.7％ NL~_Z[`d_c
4、物镜 d3= 22.21mm Ｄ＝1５mm
５、目镜 Ｄ＝23.62mm _z_#Yu_GX+
６、底端棱镜 D=15.17mm f_/#_,.}9m
７、分划板 Ｄ＝18.37mm _Os%6[\8i]
五 系统原理图
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议