再考虑周视情形，假设直角棱镜 1 绕 y 轴转动。根据棱镜转动定理，可以判 断经过直角棱镜 1、2 像空间旋转的情况。假设经过 1、2，y 轴的像为 y12 轴。像 空间先绕 y12 轴逆时针转动(-1)n-1θ，再绕 y 轴逆时针转动 θ 角。如图 2 所示。第 一个转动通过后面的系统后能在观察的时候实现水平周视。 而第二个转动是多余 的，所以需要通过棱镜 2 的转动来抵消。为抵消这个转动，把棱镜 2 绕光轴逆时 针转动角 α。如图 3 所示。根据棱镜转动定理，转动轴和光轴同向，n 为奇数， 像绕光轴逆时针转动 2α。因为此时光轴与 y 轴反向，所以最后通过棱镜 2 像空 间绕 y 轴顺时针转动了角 2α。 因此只需要 2α=θ， 恰好能抵消棱镜 1 产生的第二 个转动。换句话说，棱镜 2 的转角应为棱镜 1 的转角的一半。
3.共轴系统和棱镜系统的组合
保护玻璃：保护玻璃是一种高强度、耐划伤玻璃，主要用于电子、电器、仪 器仪表、显示器保护屏等。起到保护作用。在这里，保护玻璃放在直角棱镜 1 的前方。 望远物镜：为避免破坏系统的共轴性，共轴球面系统的光轴和棱镜的入射表 面要垂直。因此，将物镜放在道威棱镜后。 分划板和望远目镜：根据开普勒式望远镜的原理，分划板应放在物镜像方焦 平面，在目镜前。所以在下端直角棱镜后分别放置分划板和目镜。 孔径光阑的选择：为了使系统中各个光学零件的尺寸比较均匀，应该把孔径 光阑选在合理的地方。这里选择道威棱镜。因为在相同的通光口径下，道威棱镜 的体积最大。因此希望它的通光口径尽量小。同时，它位于前面四个光学零件的 中间位置，其他光学零件和它比较靠近，当斜光束通过时，他们的孔径比轴向光 束的口径加大较少。 至此，周视瞄准镜的最终原理图及系统结构已全部确定，如图 4 所示。
火炮周视瞄准镜初步设计
班级： 04111302 姓名：叶云 学号： 1120130901
应用光学课程设计
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目录
一、周视瞄准镜综述.................................................................................................... 3 二、光学系统的设计要求............................................................................................ 4 三、光学系统的工作原理............................................................................................ 4 1.光学系统基本形式.............................................................................................. 4 2.设计原理分析...................................................................................................... 5 3.共轴系统和棱镜系统的组合.............................................................................. 7 四、光学系统的外形尺寸计算.................................................................................... 8 1.目镜和物镜设计.................................................................................................. 8 2.分划板的尺寸设计.............................................................................................. 9 3.道威棱镜尺寸并检验渐晕系数.......................................................................... 9 4.端部棱镜和保护玻璃尺寸计算....................................................................... 11 5.计算物镜口径.................................................................................................... 12 6.底部直角棱镜和分划板尺寸............................................................................ 13 7.目镜口径计算.................................................................................................... 14 8.验证出瞳距离和潜望高.................................................................................... 15 五、光学系统的主要参数及设计原理图.................................................................. 15 1.主要参数............................................................................................................ 15 2.设计原理图........................................................................................................ 16 六、总结体会.............................................................................................................. 17
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二、光学系统的设计要求
1.视放大率：
3.7
2.物方视场角： 2 10 3.出瞳直径： 4.出瞳距离： 5.潜望高： 6：要求成正像 7.光学系统要实现：俯仰瞄准范围 ±18º 水平瞄准范围 360º 俯仰和周视中观察位置不变 8.渐晕系数：
n-1
12
针转动 θ 角。因为总反射次数为偶数，所以绕 z12 逆时针转动-θ 。待设计棱镜 系统显然不含屋脊面， z 轴与 z12 轴同向， 所以像空间不随棱镜 1 绕 z 轴转动而转 动。
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y z x
O1
1 2
y12
O2
z12
x12
z
图1
z’ , x
y’
D' 4mm
lz' 20三、光学系统的工作原理
1.光学系统基本形式
火炮周视瞄准镜用于观察远处的物体， 将远处的物体放大， 便于观察和测量。 因此火炮周视瞄准镜是一个望远光学系统。而望远光学系统有以下两种形式：开 普勒望远镜和伽利略望远镜。 伽利略式系统物镜的像方焦平面在目镜的后方，系统中无法安装分划板，而 开普勒式望远系统物镜的像方焦平面在目镜的前方，可以安装分划板。所以采用 开普勒式望远系统， 使用两个正光焦度的透镜组成火炮周视瞄准镜望远系统的雏 形。但开普勒式望远镜视放大率为负值，所以在瞄准镜其他部分需要考虑加入棱 镜或透镜式倒像系统，使像正立以方便观察者观察和测量。
y
O1 O2
1
y z x
O2
需要
O1
1

y
z12
x12
2 y
z12
y12
抵消 的旋
2
x12
y12
, Z
转
x,
图2
y
,
x’
图3
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综上所述，确定棱镜 2 的反射次数为奇数次。道威棱镜使用轻便，并且能够 满足条件，故而选择道威棱镜。又因为在望远系统里，像是倒立的，所以棱镜系 统也应采用倒立系统使像正立。因此，可将第二个直角棱镜采用有屋脊面的棱镜 以使 z 轴反向，使总反射次数为偶数以保证出射 y 轴也反向。
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一、周视瞄准镜综述
周视瞄准镜是周视望远镜的一种。 周视瞄准镜的目镜位置不动而镜头能够绕 垂直轴在水平方向一定角度范围内进行观察。 对于周视瞄准镜，常见的一般利用上直角棱镜绕垂直轴做转动时，道威棱镜 绕其自身光轴按一定关系互相配合互相转动角，可实现水平周视。另外，上直角 棱镜能绕水平轴俯仰，实现俯仰观察。但也有少部分采用立方棱镜绕垂直轴转动 实现水平周视或者一些光学元件组合实现。 按观察范围划分，周视瞄准镜可以分为水 平半周视和水平全周视。其中，观察范围小于 360°的为水平半周视， 达到 360°的为水平全 周视。 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， 用于炮弹的发射瞄准。火炮周视瞄准镜是配备 最多种火炮的一种瞄准镜，广泛用于加农炮、 榴弹炮、加榴炮和火箭炮。在该种周视瞄准镜 的前面有一个道威棱镜，转动道威棱镜和顶部 棱镜时，保持目镜不动，射击手可以在不改变 自己位置的前提下选择不同方位的瞄准点， 从而避免了射击手为观察不同方位而 不停转动头部引起的头晕恶心。 同时， 顶部棱镜能绕垂直于主截面的水平轴转动， 实现俯仰观察。 由于周视瞄准镜采用开普勒式的望远镜，在物镜和目镜之间形成实像，因此 可以通过安装分划板， 将像与分划板上的刻线进行比较， 更加方便地瞄准和测量， 给军用带来极大的方便。另外在军用周视瞄准镜中，出瞳距离比较大，便于观察 者佩戴防毒面具。 为防止射击时撞击头部， 有的瞄准镜出瞳距离达到七八十毫米， 还要备用软硬适度的眼罩和护额，以保证射击手的人身安全。