设计说明书(20211203064728)

1、瞄准具设计说明书精张前（）2 一、设计要求要求设计一狙击步枪光学瞄准具，参数指标要求如下：物镜口径： 40-50mm 放大倍率：3-9x 出瞳距： 55-60mm 分划调整范围：5 密位视度调节范围：2 视度视场角： 8瞄准范围： 1000m 二、光学系统设计1.系统模型的选择和参数初步估算(1)系统设计光学瞄准具本质上是一个望远镜系统，由于需要通过分划板对物进行瞄准，因此采用开普勒望远镜。基本的开普勒望远系统是成倒像，需要在系统中加入转像系统，使其可以成正立的像。为了减小物镜后镜片的口径，在一次像面出设置一场镜，减小光线在后面透镜上的投射高度，并且完成光瞳的转接。转像透镜可以由单组透镜组成，

2、也可以由双组透镜组成，都能实现-1 的垂轴放大率。但是单组透镜所承担的相对孔径是物镜的2 倍，这对校正相差不利，而且单组的也不能设置合适的孔径光阑，因此选择成像质量更好的双组转像透镜。双组转像透镜由两个完全相同的透镜组组成，初步选定为两个对称布置的双胶合透镜组。第 1 组透镜的物方焦点和中间实像重合，两组透镜之间的距离没有严格的要求，转像后的实像位于第2 组透镜的像方焦点处，物像共轭距为12zzffd。在两组透镜之间的某个位置可以设置孔径光阑，使之和物镜以及出瞳都有物像共轭关系，可以实现孔径光阑的调节作用。光路系统图和下图类似3 (2)透镜组焦距估算由 物 镜 口 径4050mm ， 查 光

3、学 设 计 手 册 ， 望 远 镜 物 镜 的 相 对 口 径 一 般 在/1:1.25df范围内， 而在/1: 4df时，具有最佳的加工工艺性和加工精度，因此取物镜160ofmm，设计望远镜视角放大率4，由oeff，得40efmm。瞄准镜机械筒长12oezzlffffd，根据设计筒长在300400mm 之间， 初步选取转像透镜组参数1230zzffdmm，根据光瞳转接关系，可以计算出场镜焦距。取由物镜中心到目镜中心的方向为光轴方向1z，出瞳距 60mm，直径 10mm。根据成像公式111llf和过渡公式1iiilld，对光瞳转接关系进行计算，如下。目镜40efmm：10lmm，120lmm转

4、像透镜230zfmm：( 12070)50lmmmm，18.75lmm转像透镜130zfmm：11.25lmm，18lmm场镜：160, 48lmm lmm，得36.923cfmm。(3)透镜组口径估算下面对各透镜组的通光口径进行估算：4 物镜是孔径光阑，其直径等于入瞳直径，为40mm；根据追迹方程组1111tantantantantaniiiiiiiiiuuhhduhuuf物镜的入射光tantan40.699268,0oouh，uohouchcuz1hz1uz2hz2uehe0.0699200.06992-11.18-0.233-4.1956-0.3726.992-0.13916.782边缘

5、视场主光线在各组透镜的投射高度基本符合透镜的加工要求，可以实现设计的目标。2.镜片组参数的调整和镜片的选用(1)透镜的焦距和镜片的选择现在需要研究转像透镜的焦距zf和它们之间的间距对整个系统其他参数的影响。再考虑渐晕系数，确定各透镜组的口径，最终确定各组透镜的具体参数。在 excel 中建立数据表格，按照之前推出的关系式，建立场镜焦距、光线投射高度和其他系统参数的关系，然后控制变量， 对转像透镜的一些参数进行调节，观察其他参数的变化趋势。可以得出以下规律1)转像透镜组之间的间距3d与主光线在后一个转像透镜组2zf上的投射高度无关，但是3d增大时，主光线在1zf上的投射高度增大，且cf也增大；2

6、)转像透镜组的焦距增大，可降低主光线在转像透镜上的投射高度，同时会增加cf和筒长。查 光 学 设 计 手 册 ， 选 择 焦 距 合 适 的 物 镜 和 目 镜 。 选 择 双 胶 合 物 镜 ，159.98,/1: 4.4,155.78ffmm dflmm； 选 择 三 片 两 组 的 凯 涅 尔 目 镜 ，36.77,16.3,11.28zffmm lmm lmm选择双胶合透镜作为转像透镜，35.02,/1: 2.5,30.81ffmm dflmm，调节转像透镜组328dmm，使得场镜42.829cfmm。由于场镜位于一次像面处，要将分划板设和场镜一体化设计，因此选择平凸透镜作为场镜，平面

7、朝向物镜， 分划板也加工在这个平面上。光学设计手册里没有这样合适的透镜原型，因此利用几何光学公式对场镜的面型和尺寸进行设计。根据薄透镜焦距的计算公式1 221(1) ()(1) nr rfnn rrnd5 选择 k9 玻璃，n=1.51637，1,42.829crfmm，取 d=3mm，可得2121(1)(1)(1)22.11561(1)fnnrfndrfnmmfnnnr，与 d 无关，若要求透镜边缘厚度大于2mm，则 d 至少应取5mm。(2)透镜通光口径的计算物镜是望远镜系统的孔径光阑，而场镜是位于一次像面处，这两组透镜不需要考虑渐晕问题；只有两组转像透镜、目镜与孔径光阑或像面不重合，需要

8、考虑边缘视场的渐晕系数（50%k） 。利用前述的excel表格，考查边缘视场，在孔径光阑上投射高度不同的光线，在后续透镜组的投射高度。透镜物镜转像透镜 1 转像透镜 2 目镜参数uohouz1hz1uz2hz2uehe边缘视场主光线0.0699270-0.19127-4.48863-0.319444.455768-0.1922118.25437上边光0.06992720-0.06625-8.86668-0.319440.077721-0.3172222.8512下边光0.069927-20-0.31629-0.11059-0.319448.833815-0.0671913.65755转像透镜：

9、现在两个转像透镜基本对称，如果透镜半径取边缘视场主光线的投射高度（ r=h=4.5mm ）的话， 恰好只有主光线可以通过，而其他两侧的光线分别被两个转像透镜遮挡；现在将两个转像透镜各向两个方向扩展整个光线范围的25%，即可得到50%的渐晕系数。取转像透镜半径126.678zzrrmm，即通光口径13.356zdmm。目镜：目镜半径也需要在中心光线的基础上，向外扩展光线范围的25%，才可以和前面的渐晕光阑配合。目镜半径20.553ermm，通光口径41.106dmm。孔径光阑：孔径光阑设置于转像透镜组之间，和目镜、出瞳有物像共轭关系，可以计算出，孔径光阑的直径为9.524mm ，取 9mm。三、

10、分划板设计设计的分划板位于场镜的平面一侧，场镜的即为分划板直径24cdmm。设计要求瞄准范围在 5 密位。41360 /64000.056259.817 10 rad密位，那么 1 密位在分划板上的投射距离为00.157odfmm，目镜的放大倍数为2505.26eef，因此人眼通过目镜看到的1密位相当于00.827eddmm， 人眼的分辨率约为0.073mm （明6 视距离 250mm 处） ， 因此可以得出， 在此瞄准具设计情况下，人眼的分辨率是0.09 个密位，这在分划板上的距离就是0.014mm 。采用下图所示的分划板样式，利用水平方向的短线和人的肩宽（约 1m） 进行比对测距。距离越远

11、， 目视肩宽越窄， 子弹飞行过程中的下落距离越大，因此就需要将枪口抬升更高的距离以补偿竖直方向上的误差。瞄准具视场范围是4，即 71 密位， 设计分划板覆盖水平方向20 密位的范围， 每0.5 密位一个刻线。因此刻线在分划板上的间距为0.0785mm 。分划板刻线宽度应远小于刻线间距， 因此刻线宽度应小于0.01mm ， 查表，选择刻线宽度为0.0030.007mm ，精度 2 级，偏差 0.0015mm ， 均匀性 0.0015mm 。 水平方向分布的刻线长度选择0.2mm， 偏差 0.03mm；五倍间距的刻线长0.4mm，偏差 0.003mm，十倍间距的刻线长0.8mm，偏差 0.05mm

12、。竖直方向的间距和长度瞄准的距离确定，如下表所示。刻线数竖直距离公差线长偏差1 2 3 4 5 6 7 8 9 查表，选择褐色的经熬制的生漆作为刻线填料。刻线综述为92 根，线条疵病等级为1级，允许 5 个疵病。7 四、 目镜结构和装配设计1.视度调节设计要求目镜具有2 视度的调节能力，由视度调节公式24.51000esdfxmm，即目镜前后移动4.5mm 可以实现 2 视度的调节。如果考虑视度调节在螺纹单方向旋转一周内完成，则螺纹的导程p应不小于4.5mm。查表，选取普通螺纹连接，导程p大于 4.5mm。2.透镜和镜框的公差配合选择目镜镜片和镜框的配合，由下表， 属于一般望远镜的目镜，选择

13、f9h8 的公差配合。查表得透镜直径为0.0250.08742，镜框内径尺寸为0.039042。3.光学零件设计选择目镜的第二片透镜进行光学零件设计。通光口径为39mm，选择压圈固定，外径为42mm。透镜中心厚度为80.2mm。8 根据下表，零件直径42mm，非胶合面，选择倒角宽度为0.30.4mm。9 根据下表，选择对玻璃的指标要求：目镜视场角1222arctan28.64547。技术指标要求c3d fcnn3d 光学均匀性4 应力双折射3 光吸收系数4 条纹度1c 气泡度3c 根据下表，选择对零件的要求：10 对零件的要求4n0.3n0.05cb=vi rb4.目镜隔圈设计设计选用的是凯涅尔目镜，在两组镜片之间需要放置隔圈，保证透镜之间间距的精度要求。两组透镜的通光口径均为39mm，外径 42mm 。采用下图形式的隔圈，选择内径与通光口径相同0.0252039dmm，外径0.02510.08742dmm。123227.331,58.839,0.5,39rmm rmm hmm dmm2221118.1812dhrr2222223.3252dhrr11 12312.006hhhh表面粗糙度和形位公差可见零件图。5.目镜转配图设计设计目镜镜片的固定方式为压圈固定，选择压圈螺纹连