应用光学课程设计--火炮周视瞄准镜初步设计

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1、应用光学课程设计北京理工大学光电学院李林，黄一帆火炮周视瞄准镜初步设计光学设计基本步骤棱镜转动定理的学习综合运用应用光学课程内容，进行周视瞄准镜外形尺寸计算，学会典型光学仪器初步设计的一般方法火炮周视瞄准镜初步设计光学设计基本步骤第一阶段：根据仪器总的技术要求（性能指标，外形体积、重量及有关技术条件），从仪器各部分（光学、机械、电路、计算机控制）出发，拟定光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸及各部分光学特性（焦距，物距像距，入瞳出瞳位置）等。第二阶段：根据初步设计结构，确定每个透镜组的具体结构参数（半径，厚度，间隔，玻璃材料），保证满足系统成像质量的要求。

2、设计一个光学仪器的光学系统大体分为两个阶段:初步设计，外形尺寸计算像差设计，光学设计望远镜外形尺寸计算对光学系统的要求1系统的光学性能和技术条件；2系统的外形、体积和重量；3系统的稳定性、牢固性和便于调整；4对系统成像质量的要求。光学系统外形尺寸计算的主要内容1.根据光学特性和外形、体积等要求，拟定光学系统的结构原理图。例如，系统中采用几个透镜组?它们之间的成像关系如何?用什么型式的棱镜系统?各个光学零件位置大体如何安排等等；2.确定每个透镜组的光学特性，如焦距、相对孔径和视场角等；同时确定各个透镜组的相互间隔；3.选择系统的成像光束位置

3、，并计算每个透镜的通光口径；4.根据成像质量和光学特性的要求，选定系统中每个透镜组的型式。光学系统外形尺寸计算在初步设计中不考虑系统的像差，根据理想光学系统公式进行计算。同时，由于初步设计的各个透镜组的具体结构尚未确定，因而每个透镜组物方主平面和像方主平面之间的距离无从得知。所以在计算中一律假定物方主平面和像方主平面重合，如图所示光学系统外形尺寸计算当确定了实际透镜组的结构以后，把它们组合成整个系统时，可以使各个透镜组的主平面之间的距离保持不变，则系统的光学特性和成像特性保持不变。实际系统的长度将等于原来的长度L加上各个透镜组的主平面间隔H1H1′和H2H2

4、′。O2O1例如周视瞄准镜：顶部棱镜绕着过O1点垂直于主截面的轴转动，也可以把棱镜绕垂直轴O1O2转动。棱镜转动定理目的：为了扩大仪器的观察范围，常常利用旋转平面镜和棱镜的方法来改变仪器的光轴方向另外在装配调整中，利用棱镜的转动来调整系统的光轴方向或成像方向的偏差，即“光轴偏”或“像倾斜”。O2研究棱镜转动对象空间方向和位置的影响——棱镜转动定理在物空间不动的条件下，当棱镜绕任意轴转动时，像空间位置和方向的变化。当棱镜在平行光路中工作时(对应成像物体在无限远)，只需要考虑像的方向；如果在非平行光路中工作(对应位在有限距离的虚物或实物)，则既要考虑像的方向，也要

5、考虑像的位置为表示棱镜转动方向和位置的单位向量。为P在像空间的共轭像,也是一个单位向量。θ为棱镜的转角。符号规则：当对着转轴向量观察时，逆时针为正，顺时针为负。n为棱镜的总反射次数。棱镜转动定理：“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转θ”。棱镜转动定理：“假设物空间不动，棱镜绕P转，则像空间首先绕P′转(-1)n-1θ,然后绕P转θ”。把像空间的转动情况，用先后绕P′和P的两次转动来表示。有限转动不符合加法交换律，两次转动的顺序不能颠倒。引入一个代表有限转动的特定符号［θP］。括号内θ代表转角，它的符号规则

6、如前所述。单位向量P代表转轴的位置和方向。［θp］只是一个表示有限转动的符号，而不能看作是一个向量。棱镜转动定理可以用上述符号表示如下：［A′］=［(-1)n-1θP’］+［θP］符号［A′］只是作为像空间转动状态的一个代号，没有别的含意。［θP］和［(-1)n-1θP′］不是向量，不能按向量运算规则进行向量运算。根据符号的定义，以下两种关系显然成立：［θ1P］+［θ2P］=［(θ1+θ2)P］［θ（-P）］=［-θP］第一个等式说明，先绕P转θ1后，再绕P转θ2，就等于绕P转(θ1+θ2)第二个等式则说明，绕(-P)转θ就等于绕P转-θ定

7、理证明物空间不动，棱镜经绕P转θ这样一个运动，设想分成两步来实现。第一步：设棱镜不动，物空间绕P转-θ，如果反射次数n为奇数，系统成镜像，像空间将绕P′转θ；如果n为偶数，物像相似，像空间绕P′转-θ；总的说来，相当于像空间转(-1)n-1θ。-----------------------------------------------------------总结果:物空间不动棱镜绕P转θ像空间首先绕P′转(-1)n-1θ,然后绕P转θ第二步：物空间和棱镜一起绕P转θ，像空间显然也绕P转θ。第一步：物空间绕P转-θ棱镜不动像空间绕P’转(-1)n-1θ第二

8、步：物空间绕P转θ棱镜绕P转θ像空间绕