前置分划板连续变焦CCD瞄准镜光学设计

　　0　引　言

　　随着人们在生产实践活动领域的扩展和深入，提出了既要能对被观察物体作大区域小倍率的概观，同时又能对它作小区域大倍率的仔细观察，变焦距光学 系统就是在这样的要求下产生的[1]。连续变焦光学系统与间断变焦光学系统相比，在一定焦距范围内可以连续改变光学系统焦距，从而得到不同大小的视场角， 即不同的景物范围、不同大小的影像，因此在军用和民用方面得到了极其广泛的应用。

　　目前，国内研制的遥控武器站和遥控枪塔的CCD瞄准镜都是采用大、小视场切换的方式来实现变倍的，属于间断变倍。存在的问题是：有的目标在大视 场中过小不易分辨，在小视场中过大不易瞄准，而且在大、小两个视场切换过程中观察必须中断，出现目标丢失现象，这对观察运动目标十分不利。因为在观察中断 的瞬间，目标很可能跑出镜头视场，而且多个镜头之间光轴调整困难，成本高。现在在研的瞄准镜有采用电子合成分划板的连续变焦镜头，但也只能在几个视场内使 用，不能在整个焦距范围内的任意视场进行瞄准射击。为此急需研制一种可在任意视场进行瞄准射击，使目标不丢失的前置分划板连续变焦CCD瞄准镜光学系统。

　　分划板前置可以保证变焦过程中瞄准精度稳定可靠，为此变焦系统需经过二次成像，从而增加了设计难度。

　　1　光学系统设计

　　本系统采用的探测器为800×600像元探测器，探测器像元尺寸为6.0μm×6.0μm。根据实际应用需要 ，前置分划板连续变焦 CCD瞄准镜光学系统主要设计指标如表1所示。

　　系统的设计过程分为求解高斯解和像差设计两个阶段。求解变焦系统高斯解的任务是根据焦距要求的范围、相对孔径、像面大小和外形尺寸等参数要求， 确定系统中每个透镜的焦距、透镜间隔和变焦透镜组的移动范围，实际上就是要解决变焦系统在不同焦距下各组元光焦度分配问题，它对整个变焦距物镜设计十分重 要，起到了确定结构形式的作用。像差设计过程的难点是要校正好变焦系统各焦距位置的像差。

　　根据本系统要求，由于要在整个变焦过程中保证分划实时有效，并且瞄准精度稳定可靠 ，所以分划板应前置，这样必须有一物镜组及一实像平面，分划板放在此实像平面上，后面的变焦过程误差不会影响瞄准精度;由于此实像平面要经过二次成像，为 了把后面光束的口径压下来，在物镜组像面处需加一场镜，否则后面透镜的口径将大到不能容忍的地步;由于二次成像变焦系统使外形尺寸变大，为了简化结构，场 镜组后只采用了变倍组和补偿组来保证整个变倍比的实现。这样整个系统的构成为：物镜组、场镜组(组成前固定组)、变倍组、补偿组。由于要求系统加滤光片后 总长度≤190mm，各光焦度的分配就要考虑总长度的要求，前固定组焦距定在40～50mm。根据本系统参数要求计算得到的光焦度分配情况如表2所示。