双眼体视测距仪

10.4.2　双眼体视测距仪

1893年德国zeiss厂首先研制出双眼体视测距仪，体视测距仪是利用人眼的双眼空间立体视觉特性来测量目标距离的双眼观测仪器。为实现利用双眼的体视效应测距，体视测距仪的组成必须具备如下的两套系统：①具有较长基线B的两支光学性能相同的望远系统；②具有距离基准（供与目标作空间深度距离的比较）及相应的测距装置。

根据进行空间深度比较、测距方式的不同，体视测距仪又可分为游标式体视测距仪和定标式体视测距仪两类，它们各有自己的优点及适用场合。

1）游标式体视测距仪

图10.15（a）是游标式体视测距仪的原理结构简图。图中，O₁、O₂分别为左右两支望远系统的物镜；P₁、P₂为起基端反射镜作用的五棱镜，Q₁、Q₂为起中央反射镜作用的屋脊直角棱镜，P₁、P₂与Q₁、Q₂共同完成望远系统的正像功能；m₁、m₂为位于物镜焦面上的左、右分划板，两分划板的中央分别刻有唯一的、对应于无穷远距离的棱形测标◇；K为测距补偿器CZ中的移动单楔补偿器。

当对目标（例如旗杆）进行测量时，若目标位于无穷远，则来自对应于无穷远距离（ε= 0）的目标光线A₁、A₂互相平行，并分别成像在左、右分划板上棱形测标同侧的相同位置，即有目标像的距离a₀等于两测标间的距离b₀（见图（b））。此时，体视测手通过双目镜观察，感觉目标与测标处于同一空间深度上，即位于无穷远；如果目标（旗杆）位于有限距离，即ε≠0，目标通过左、右物镜在分划板上所成像之间的距离为a，显然a＞b₀，且a－b₀=l，正好等于视差角在像面上所引起的线视差（见图（c））。通过目镜观察感觉目标和∞测标◇不在同一空间深度上，而在测标◇的近处。此时，利用测距装置CZ移动距离补偿器K，改变右支光路目标像点的位置（像点在后焦面上横向移动），则测手会感觉目标相对于测标◇在纵深上作前后移动。当测手觉察不到目标像对测标◇有远近差别时，即有a=b₀，l=0，线视差刚好得到补偿。此时，补偿了的线视差所对应的距离即可直接从测距装置的距离分划上读出。

图10.15　游标体视测距仪测距原理

应该指出的是，在转动测距手轮补偿线视差测距的过程中，本来是目标像在深度上逐渐靠近测标，即目标像相对于测标◇移动；但是由于人的心理作用（由于目标很大），却感觉目标是不动的，而无穷远测标◇在深度上逐渐“游”向目标。故此，这类体视测距仪称为游标式体视测距仪。基线在2m以上、用于测量较复杂目标的体视测距仪，通常采用游标式。

2）定标式体视测距仪

如果在图10.15的游标式体视测距仪原理结构方案中，取消测距装置CZ，而是代之以刻印有一系列不同线视差距离标志对的分划板，使左、右分划板上每一对标志都对应于一定的距离，且使这些距离标志在分划面上呈“之”字形排列（见图10.16）。则当双眼通过目镜观察时，由于体视视觉，这些距离标志在物空间展开为按距离远近呈之字形依次排列的一系列距离标杆。当对目标测距时，将目标像依次与不同测标进行距离深度的比较，则与目标处于同一深度的测标所代表的距离值，就是待测目标的距离。基于这种测距方式的体视测距仪即称为定标式体视测距仪。

定标测距仪一般用于基线较短（2m以内）的体视测距仪，适用于测较简单的活动目标如空中目标。

图10.16　定标式体视测距仪的测距标志图案

图10.16中，给出了一种具体的测标图案。标记数字的单位是100米，图中给出了从500米到6000米的测标范围；位于上方的“▼”标志为无穷远立标，用于按星、月进行规正；左方“▲”标志是一个校正符号，对应于2000米距离，它与“20”测标在同一水平线上，用作校正光轴等的基准。

左右分划板上的每一对测标，其形状大小完全一样，但两者之间的线距离b_L必须加上相应距离的线视差值。例如，表示距离为500m的两测标之间的线距离应为

b₅₀₀=b₀+l₅₀₀　　　　　　　　　　　　　　　（10.17）

式中：b₀——无穷远两测标之间的线距离；

　　　l₅₀₀——距离500m对应的线视差。

图10.17给出了20世纪60年代我国研制生产并装备部队的58－1型一米体视测距仪的光学系统图，该测距仪为对空作战用的定标、体视、不失调式测距仪。其光学系统主要由观察系统（用于观察放大的目标与测标像）、平行光管系统（用于将测标投影成像于物空间，以使测标光束能与目标光束一起进入观察系统成像）和照明系统（用于均匀照明测标）三部分组成，其光学系统的工作原理具有典型性。其中，各主要光学元件名称如图中标注，具体工作原理从略。

图10.17　58－1型一米测距仪光学系统图
1、2—左、右保护楔形镜；3、4—端部滤光镜；5—端部棱镜；6—观察物镜；7—中央棱镜；
8—强光滤光镜；9—斜方棱镜；10—目镜；11—测标物镜；12—补偿透镜；
13—平行光管系统中心反光镜；14—照明灯泡；15—导光棱镜；
16—兰色滤光镜；17、18—照明透镜组

综上所述，各种类型的光学测距仪具有较复杂的光学系统与结构，制造工艺要求严格。虽然历史上也曾在数十年间成为军用测距的主要技术手段，但自问世之后即始终受到测距精度不高与解决失调等难题的困扰，并最终被高精度的激光测距机所取代。但是，其综合运用光学技术手段解决测距问题及为提高测距精度而采取的技术措施与解决问题的思想方法，却是具有启示意义的。

在比较全面地了解了望远系统的工作原理、主要特性以及转像、变倍、调焦、测距等问题的基础上，以下将转入对望远（镜）系统光学性能与技术要求、望远物镜与目镜、以及望远系统外形尺寸计算的分析讨论，目的是为望远系统的设计奠定必要的基础，并以此为典型了解一般光学系统外形尺寸计算的基本思路和方法。