对周视瞄准仪光学系统的几点应用探究63
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对周视瞄准仪光学系统的几点应用探究 摘要周视瞄准仪光学系统是一种广泛应用于一些需要精确瞄准和定位的很实用的系统，该光学系统由直角棱镜和道威棱镜组成，在观查时，目镜不动，物镜可以360度旋转观察，对于一些需要观察者不动的仪器和机器（如坦克等），周视光学系统的作用可谓相形见绌。本文从周视光学系统的实际应用出发，对该系统的的几点应用做几点简单探究，一，该系统和望远系统的联合使用；二，对该系统进行微型化设计后，将其应用于计算机等。三，对周视瞄准仪进行改装使其在防盗系统方面有所作为。
关键词：周视瞄准仪光学系统，望远镜系统，电子计算机，微型周视瞄准仪。我们知道光学镜头质量的好坏直接能带动一个产业的发展，比如日本的单反相机备受国人青睐，在相机行业日本具有绝对的垄断地位。另一方面，在军工业上，有很多地方都与那些精密的光学仪器息息相关，这是周视瞄准仪在坦克上应用的例子，装甲车辆的观瞄系统相当于装甲车辆的“眼睛”，车载的作战指挥人员依靠它观察目标，侦查搜索情报，与上下级和友邻联系，指挥车辆的行动，其功能十分重要。随着时代的进步，科技的迅猛发展，近年来对装甲车辆的观瞄系统的要求愈来愈高，功能要求也愈来愈多，国内外近来最新推出的新一代装甲车辆的观瞄系统竞相采用多功能组合系统，如多波段宽光谱(白光、微光夜视和红外热像)、光学变倍、激光测距、稳像功能、360度周视、CCD视频摄像、无线传输、自动跟踪、光电对抗等。可以预见，对装甲车辆的各种潜望式观察镜、瞄准镜的技术要求也将越来越高，新技术、新功能层出不穷地出现在新一代装甲车辆的光电观察瞄准镜上，多功能合一式的观察瞄准镜成为发展趋势。下面先看一下周视观察镜在主战坦克上的应用例子; 国内外装甲车辆昼夜周视观察镜的近况与发展趋势在1916年第一次世界大战期间，英国人首次把坦克装甲车辆用于索姆河战役， 从而开创了机械化地面战争的新纪元。第二次世界大战结束至今的几十年来，装甲车辆的各种潜望式观察镜、瞄准镜不断的改进和发展。经过数十年的发展，国内外装甲车辆的各种潜望式观察镜、瞄准镜依据不同要求，也基于技术发展和成本的因素，采用不同的光电组合结构。针对装甲车辆昼夜周视观察镜。下面简单介绍近代部分国家装甲车辆观瞄镜的发展与现状。在八十年代末，德国蔡司公司推出的的指挥观察镜PERI~RTNL80，具有360度周视、激光测距、昼夜切换观察等功能，并能目标定位，白光为2倍和8倍倍率，单目观察，微光夜视为1.2倍和4.8倍，双目观察，上反光镜可俯仰观察从一10度到+20度，微光夜视使用第二代像增强器，定位测量精度为50Inrad，激光测距采用半导体人眼安全激光器，测程2800米，并具有滤光镜防止炮口火焰强光影响人眼观察PERI一
R17AZ周视观察镜，是德国卡尔?蔡司公司近来研制推出的一种带热成像的稳定式车长瞄准镜，是 PERIR17型观瞄镜的改进型，以双轴方式稳定瞄准线，用于为装甲战车的车长提供昼夜、全天候、3600方位的目标观察、探测、分辨和识别。夜视红外通道以卡尔?蔡司公司和其他两家德国公司合作研制的OPHELIOS一P热摄像机为基础，该热摄像机采用第二代热成像技术―%x4元红外CCD探测器，能够确保远距离探测目标;可见光通道采用单目观察方式提供3600方位覆盖，放大倍率2倍、视场27度和放大倍率8倍、视场7度切换，可见光通道带有CCD摄像机，并配有太阳光和激光保护滤光片，能确保操作人员安全操作。该瞄准具目前已安装在德国、荷兰和瑞典的“豹”2主战坦克上，并装备西班牙、奥地利、丹麦、阿根廷和瑞士的装甲部队。基于上述原因，我本人对周视瞄准系统产生了浓烈的兴趣，借此机会提出一些自己的简单设想――即本文主题关于对周视瞄准仪的几点简单应用探究，第一，当把经过改装后的周视光学系统和一个望远系统联合使用，即把周视望远镜的能360度旋转的物镜和一特制的望远系统的目镜在适当的距离，即采用这样的设计不影响整个系统的性能，能最大化的观察周围，充分利用该系统的优良性能。为了能使观察的距离更远以及为了灵活使用此系统，特使用长焦距变焦系统以此来增加观测范围和距离，当系统这样设计后，还有许多需要改进和补充的地方由于时间原因和其他的条件设计限制等因素，最初的目的是想把它与计算机相连以实现人工智能化控制与监测，再利用红外制导和激光相干性好等特点，用来进行昼夜对远距离目标的观测。特别在夜间可以由该智能化系统发出电磁波或矩形脉冲的反摄和回波成像技术来处理，以弥补周视望远联合系统的不足之处，实现二者的优势互补。我国九十年代自行研制的某坦克车长周视观瞄镜具有白光与微光观瞄、激光测距及CCD视频摄像功能，三个光路合一汉棱镜旋转用于补偿图像旋转，保证人眼从目镜看到的图像始终是正立的;白光的高倍、低倍和微光夜视的切换采用中继组件方式并共用上反光镜和大物镜，在第二望远系统前加入分划投影系统，后部共用第二望远系统;CCD视频摄像系统与白光、微光共光轴。共轴球面系统和平面镜棱镜系统是光学系统最常见的结构形式。利用透镜可以组成各种共轴球面系统，校正像差后以满足不同的成像要求。但是共轴球面系统的特点是所有透镜表面的各个球心必须排列在同一条直线上，为了折转光轴，即形学设计总体方案与各分系统组成工程硕士学位论文成潜望高或使光轴偏转一定的角度，就要在共轴球面系统中加入平面镜棱镜系统。并且平面镜棱镜系统还可以改变像的方向，有倒像或镜像的功能，起到调整光学系统成像方向的作用。利用平面镜或棱镜的旋转，可以连续改变光学系统光轴的方向，实现周视或俯仰观察，来扩大观察范围。所以，共轴球面系统和平面镜棱镜系统常常组合起来使用物镜组和目镜组能够组成简单的望远系统，对于有潜望高要求的观瞄镜，通常会加入平面镜棱镜系统，为了实现倒像或周视，还会加入所需的棱镜。我们所要设计的昼夜周视观察镜就是这样一个组成形式的光学系统。共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合，是实际使用的光学仪器最常见的光学系统结构形式。下面我们分析共轴球面系统和平面镜棱镜系统的组合的情况:由以上的资料和分析联合周视望远系统基本上已经实现了昼夜远距离观测的功能，但为了使此系统更记得完善和完美在此基础上还应该进行不断地探索和改进，只有经过几代人的的努力和改进。系统才会更加的完善和大规模的使用，真正的做到科学技术的进步为社会为人名为大众服务。我们知道，平面反射镜一次反射的成像成镜像，所以在平面镜棱镜系统成像过程中，如果反射面的总反射次数为奇数，成像为镜像。为了使成像与物相似，可以用两个互相垂直的反射面代替其中的某一个反射面。这种两个互相垂直的反射面就叫屋脊面带有屋脊面的棱镜称为屋脊棱镜。屋脊面是两个互相垂直的反射面，在光路中用它们代替一个反射面后，光轴的方向与棱镜主截面内像的方向保持不变，在垂直主截面的方向上的像将发生颠倒。这样，在不改变光轴方向和主截面内成像方向的条件下，增加一次反射，可以使系统的总反射次数由奇数变成偶数，从而达到物像相似的目的。在相同的通光口径下，屋脊棱镜的尺寸要比一般棱镜要大。另一个简单的应用便是，把周视系统微型化改装后，将其应用在单位和家庭的防盗系统中，这里我们为了最大程度的增加该系统的灵活的观测同样我们采用智能化的计算机控制技术由主机来控制360度周视物镜的旋转，以全方位的视角和清晰无噪音的优良特点，更好的实现对昼夜室内外环境的扫描和观测。这里重要的一点就是，对孔径光阑的要求和巧妙地组合使用。就是如下所诉，在光学系统中，限制轴上光成像光束口径大小的光阑，称作“孔径光阑”。孔径光阑通过在它前面的光学系统于整个光学系统物空间内所成的像，称作“入射光瞳”。 孔径光阑通过在它后面的光学系统于整个光学系统像空间内所成的像，称作“出射光瞳”。对于有透镜转像系统的望远系统，使用的光学零件较多，光学系统中各个口径及光阑限制成像光束的情况比较复杂，还存在轴外光束被部分地拦掉的现象，即轴外点光束的渐晕。如何选则好孔径光阑在光学系统中的位置，直接影响到系统中各个光学零件尺寸和整个昼夜周视观察镜的大小。合理地选取孔径光阑的位置，在保证光学系统成像质量的前提下，可以使整个光学系统零件尺寸减小，系统的结构匀称。一般来说，除了球差、场曲和光阑位置无关外，彗差、像散、畸变这三种像差都和光阑的位置有关。所以，孔径光阑位置不同，就会引起像差的变化在望远系统中，适当地减小各个透镜、棱镜的口径，使边缘视场的成像光束直径小于轴上视场成像光束的直径，光束渐晕现象出现。这样一来，有利于结构尺寸的减小，也有利于轴外光束成像质量的提高。通常，望远系统中渐晕系数可达50%。 在实际光学设计过程中，孔径光阑在光学系统中的位置需要反复设计计算后，才能确定一个最佳的位置。我们经过多次反复设计、比较，该昼夜周视观察镜的孔径光阑放置在别汉棱镜附近。根据上文对屋脊棱镜和孔径光阑的简单介绍，对智能化防盗系统的特殊要求，为了增加此防盗系统的安全?隐蔽?实用性最优化，据此在这里特增加了屋脊棱镜和特质孔径光阑，二者的目的是为了最大化的观测和检测四周，并灵活而又及其灵敏的受计算机的可控调节，360度受控旋转，可视化程度大大提高，检测范围广，最大的特点就是可以微型化是其更不易被别有用心的人察觉。为了实现昼夜监视，必须克服环境因素的影响，这里特采用先进的远红外装置，增加了系统的感知度和灵敏的检测性。还有一点，就是为了大面积推广的的需要，所采用的镜头必须足够精密，质量上有保证，只有这样才能使所设计的全天候全方位防盗系统更趋于完善和完美，鉴于时间和技术的原因，以上所想还有很多不完备的地方，仍需不断改善和努力。所以说任何一个成功的技术设计都不是一蹴而就的事情，时间，金钱等等都是制约发展的决定性因素。这里就不再多叙述了。另一方面就是想进一步利用周视瞄准系统，我想进行一些简单的设计，就是把经过微型设计改装后的此系统，将其改装成一个专门用于配置在电脑上的镜头或者是一个适用于电脑的通用性的一款用于聊天的设备，并采用一些三维立体成像技术是其在聊天时更具立体和真实感。这样的设计应该是方便快捷且最具适应性和实用性，还有最关键的一点是所使用的系统质量必须是最佳的，那样才是真正意义上的通用性集成化程度高的光学系统设计。结论：周视瞄准系统早已在很多方面有很多应用，可以说在很多方都做的相当完美，要改进的地方的确很少，所以本文的设想和设计可能在很多方面都有这样或那样的缺陷，但整体上还可以，总的来说周视系统是以一种应用广泛且在未来的发展中还将发挥你不可替代的优良作用，技术上将会有更大的进步，这些是值得我们期待的。参考文献：安连生.应用光学.第一版，北京:北京理工大学出版社.2000.王之江.光学技术手册.第一版.北京:机械工业出版社.1987.李景镇.光学手册，第一版.西安:陕西科技出版社.1986.迟泽英.应用光学.第一版.南京:华东工程学院.1984.李士贤、李林。光学设计手册.第二版.北京:北京理工大学出版社.1996.荆工、史尔.应用光学.第一版.北京:科学出版社.1973.王之江.光学设计理论基础.第二版.北京:科学出版社.1985.钟振才等.世界坦克100年第一版.北京:国防工业出版社.2003.晓云.德国“豹”2坦克改进大观.兵器.2005.02.期:12一14唐永滋.装甲战车车长镜介绍云光技术.一4金中.陆战王中王一“勒克莱尔”主战坦克.国外坦克.胡玉禧、安连生.应用光学.第一版.北京:中国科技大学出版社.19%.光学仪器设计手册编辑组.光学仪器设计手册.上、下册.第一版.北京:国防工业 出版社.1971.
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　周视.当然,这种具有扫描功能的 望远系统也可应用在...图 1 表示周视瞄准镜应有的光学系统 光学系统中的...必须采用转化机构来研究.即 6 给整个差动轮系加上... 　当然,这种具有扫描功能的 望远系统也可应用在某些...,不能直接写出它的传动比,必须采用转化机构来研究。...间接瞄准的,能周视并且保持目镜不 动的光学测角仪... 　应用光学课程设计 火炮周视瞄准镜初步设计 姓名:韩...望远系统; 由于系统用于对远距离目标进行观察,具有较...二、棱镜转动定理 棱镜转动定理是研究棱镜转动对 象... 　29 3 应用光学课程设计 一、概述周视瞄准镜是一种...望远系统 光学系统基本形式: 由于系统用于对远距离...二、棱镜转动定理棱镜转动定理是研究棱镜转动对象空间... 　是取最大值、最小值或恒定值。 2. 分)光学系统的孔径光阑和视场光阑能否...H F J J’ H’ F’ 图2 6. (10 分)应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(... 　应用光学习题_理学_高等教育_教育专区。应用光学习题...如果要求周视瞄准镜光轴俯仰 ± 15 °,问端部直角...投影仪片门 宽为 20 毫米 ,整个系统的透过率 τ... 　变倍周视瞄准镜系统物镜设计 设计一个可变倍的周视瞄准系统, 倍率分别为 2 ...瞄准镜是望远镜系统,望远镜系统是一类应用广泛的光学系统,物镜对无限 远目标进行... 　4、试画出下图中平行平板的等效空气层,并计算等效空气层的厚度 d 3、画出周视瞄准仪的光学系统图,并注明各光学器件的名称。 (44) 2、请画出渐晕系数 K ω... 　6. (10 分)应用达夫棱镜的周视瞄准仪示意图(见图 1),分别标出 A、B、C...是取最大值、最小值或恒定值。 2. 分)光学系统的孔径光阑和视场光阑能否... 上传我的文档
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