潜望高度变化对潜望镜性能的影响

　　1　引　言

　　潜望镜常用于各种军事掩体设施、隐蔽场所、核电站、潜艇及其他民用设施的观察及检测中,其品种繁多。为了在观察目标时能获得正像,在光学系统中常加入棱镜式转像系统或透镜式转像系统。棱镜式转像系统一般用于潜望高较小的潜望镜中,如:坦克潜望镜、周视瞄准镜。而潜望高较大的潜望镜,如:潜艇潜望镜,其潜望高度常达10m左右,一般都采用双透镜组成的转像系统,两透镜之间是平行光路。在某些特殊用途的潜望镜中,有时也有采用三组双透镜组成的转像系统。但数量不宜过多,否则将使光学系统的光能损耗增大。

　　图1是一种较为典型的在潜艇上使用的对空观察潜望镜。它的构成,除含有最基本的望远物镜、带刻度的场镜和目镜外,还含有转折光路用的棱镜、防水耐压的球罩及补偿镜、变倍系统、双透镜转像系统、照相系统等。根据需要,在系统中还可加进其他功能的光学系统,如:激光测距系统、天文导航系统、镜管弯曲补偿系统等。

　　不难看出,一台功能较多的潜望镜,其光学系统十分复杂。过去,要把潜望镜设计成系统合理、像差较正较为理想的系统,是有一定难度的。现在,由于电子计算机的参与及光学设计软件的不断更新,该项设计已变得较为方便。但是,要设计制造一台完整的潜望镜还是相当困难的,不仅要投入大量的资金和技术力量,而且还遇到技术装备及制造工艺上的问题。为了满足不同潜望高度的要求,是否可以在不改变已经十分成熟的那些光学零部件设计和制造工艺的基础上,而只是改变透镜式转像系统的空气间隔来实现。这样不仅仅对已成熟的光学部件设计和制造有利,而且也对与光学零部件相连接的其他结构部件设计制造有利,也便于日常管理及维护。为此本文针对这样的问题进行了一些分析探讨。

　　2　基本公式的建立

　　潜望镜的形式较多,系统复杂,为了便于分析问题,将复杂的光学系统简化成图2所示的形式,用符号ψ₁、ψ₂、ψ₃、ψ₄及ψ₅分别代表物镜组、场镜、转像透镜Ⅰ、转像透镜Ⅱ及目镜组。规定其相对应的焦距、通光口径(系统的视场角是已知值),还规定两转像透镜之间必须是平行光路,即物与像分别位于转像透镜各自的焦平面上。同时两转像物镜的通光孔径相同,又同时限制轴上、轴外光束的宽度,因此轴外通光光束的中心光线一定相交于两透镜的中间位置,相当于在此位置上设置了一个口径与转像透镜口径相同的虚拟孔径光阑。由此向前追迹光路得到系统的入瞳位置,向后追迹光路得到系统的出瞳位置。场镜位于物镜的后焦面上,且与转像透镜Ⅰ的前焦面重合。