应用光学课程设计

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1、应用光学课程设计（小学期论文）火炮周视瞄准镜的初步设计姓名：娄树旗班级：04120901学号：20090916专业：电子科学与技术（光电子方向）火炮周视瞄准镜的初步设计摘要：火炮周视瞄准镜在战争中发挥着举足轻重的作用，不但因为其杀伤力巨大，更重要的是瞄准精度非同一般。本文就根据已有的望远镜基本原理来对初步设计一种功能齐全的周视瞄准镜。关键词：周视瞄准镜、瞄准精度、望远镜基本原理、功能齐全一、引言：在一战和二战期间，大炮可谓是获胜者的首要功臣，火力威猛的大炮可以在保证己方阵地不受损失的情况下给予敌方阵地以致命性的打击，但是大炮威力越大，后坐力就会越强，也就意味着每发一枚炮弹，大炮炮

2、身就会向后撤一段距离，像德国的古斯塔夫巨炮，重达一千吨，能发射4.1吨的炮弹到27英里远的敌方阵地，这样的火炮后坐力可想而知（但由于炮身太重，且炮筒和地面的夹角几乎达到，因此其后坐力表现得不太明显）。对于炮身轻，炮筒与地面夹角较小的火炮，发射一枚炮弹，炮身就会向后滑行，严重时甚至会弹地而起，这样的火炮挪回原地方继续发射炮弹，完全没有精度可言，只知道敌人的大致方位，相当于是盲打。指战员和作战员都希望自己的火炮能够准确打击敌人，而不是乱打一气，因此火炮周视瞄准镜应运而生。二、周视瞄准镜综述：周视瞄准镜是周视望远镜的一种，是一种潜望镜式的设备，观察者可以通过它来观察周围环境，而不用直视

3、被观察的物体。同时，周视瞄准镜也是一种光学测角器，可以供火炮进行水平方向瞄准，它一般用于对远距离目标（大约5公里以上）的瞄准火炮攻击。周视瞄准镜的目镜位置不动而镜头能够绕垂直轴和水平轴在水平方向和垂直方向一定的角度范围内进行观察，观察者不用动就可以明了周围的环境地形和人流物流的动向，极大地方便了侦查任务，再配上威力十足的火炮攻击系统和精准瞄准功能，“战场杀手”之名实至名归。周视瞄准镜大量用于军事装备。在周视瞄准镜上再增加稳像系统可组成火控瞄准系统，用于炮弹的瞄准发射。火炮周视瞄准镜是军队中配备最多种火炮的一种瞄准镜，它可用于加农炮、榴弹炮、加榴炮和火箭炮等。周视瞄准镜基本原理是利

4、用顶端直角棱镜绕垂直轴作转动时，道威棱镜绕其自身光轴按一定关系互相配合转动，实现水平周视功能；顶端直角棱镜绕水平轴俯仰转动，实现俯仰观察功能。当然其中还要牵涉到倒像棱镜系统，具体原理将在原理分析部分详细阐述。按照观察范围，周视瞄准镜可以划分为水平半周视和水平全周视。其中观察范围小于的为水平半周视，达到的为水平全周视。三、周视瞄准镜设计原理：(1)由于系统用于对远距离目标进行观察，因此它必然是一个望远系统，又因为要对目标距离进行精确测量，一定要加装分划板，这就要求该系统所成的像必须是实像，能够在分划板上显示，所以最后确定该系统应是一开普勒系统（伽利略系统成的是虚像），要使用正光焦度

5、的物镜和目镜。开普勒望远系统和伽利略望远系统如下图所示。开普勒望远系统伽利略望远系统(2)为了便于观察，系统应该成正像，所以要在该系统中加入倒像系统。(3)系统要求有185mm的潜望高，故可以采用两个使光轴改变的棱镜，构成一个具有单一主截面的棱镜系统。这样的棱镜有两种，一种是直角棱镜，一种是直角屋脊棱镜。到底如何选用，需要参照技术要求。另外之所以不用两个平面镜实现光轴改变的功能，是因为一般的镀反光膜的反射面，每次反射有左右的光能损失，同时，直接和空气接触的反光膜，长期使用可能变质或者脱落，在安装过程中也容易受到损伤，且在一些复杂的平面镜系统中，如果全部使用单个平面镜，安装和固定会

6、十分困难，因此在很多光学仪器中都采用棱镜代替平面镜，该系统也是如此。(4)该系统要求镜头能够在水平方向作全视，在竖直方向作俯仰观察，为了实现这个目的，可以在上端点的位置安置一个直角棱镜，使之绕水平和垂直轴转动。(5)系统要求俯仰和周视中观察位置不变。当棱镜绕经过点垂直于主截面的水平轴转动时，像的方向不会发生旋转。但当棱镜绕轴转动时，如果物平面相对主平面不动，像平面亦将随之转动。要求像平面不转就必须使像面产生一个相反方向的转动。由于要求出射和入射光轴方向同向，系统下端使光轴改变的棱镜显然不能转动，这样就要加入一个棱镜，利用它的旋转来补偿像平面的转动，而不使光轴的方向改变。根据棱镜转

7、动定理，当入射和出射光轴平行同向时，如右图所示，此时有代入符号表示式得当总反射次数为偶数时当总反射次数为奇数时由此可知，当入射和出射光轴平行同向，棱镜绕光轴转，反射次数为偶数时像不转，反射次数为奇数时，像转。由此规则可知，在光轴同向的情形下，欲利用棱镜的旋转使像面转动，反射次数应为奇数。因此必须在系统中加入下列性能的棱镜：；；。使它们的主截面和直角棱镜主截面重合，这样顶端的直角棱镜与转像棱镜的反射次数之和为偶数。系统要求成正像，因为共轴球面系统成的是倒像，所以棱镜系统也要成倒像。