5.6　光学铰链

“光学铰链”是平面反射系统中具有特殊功能的一类系统，被广泛应用于一些要求观察者头部位置不动但却能观察到整个物空间不同方位或不同高低目标的一类光学仪器中。

如果系统的入射光轴和出射光轴之间的夹角是一个变量，而且当入射光轴相对于出射光轴（通常出射光轴不动）绕空间某一轴线转动时，视场中的像面方位不发生旋转，则称能实现这种光学传递作用的平面反射系统为“光学铰链”（类比于机械铰链）。大多数情况下，光学铰链用来解决光轴之间夹角在同一平面内变化的问题，称其为“平面铰链”；能实现改变空间两光轴之间夹角的光学铰链，称为“空间铰链”。常用的有如下几种光学铰链：

（1）双反射镜平面铰链

如图5.39（a）所示，它由两个平面反射镜组成：平面镜Ⅰ绕位于反射镜所在平面内的旋转轴O旋转，将位于该镜组主截面内不同目标发出的光线反射至平面镜Ⅱ，物方光轴角度的改变量β是平面镜Ⅰ转角α的二倍；平面镜Ⅱ固定不动，保持像方出射光轴方向不变。双反射镜平面铰链应用很多，如用来进行高低扫瞄（潜望镜等）和测量高低角；图5.39（b）是应用光学铰链测量天体高低角的船用六分仪原理示意图。

图5.39　双反射镜平面光学铰链

双反射镜平面铰链也可以用两个一次反射的直角棱镜取代，但应注意摆动的直角棱镜只能应用于平行光路中。

（2）周视平面铰链

如图5.40（a）所示，它是由一块可以绕竖直轴线旋转（周视）的一次反射直角棱镜（称为瞄准棱镜）与一块可以补偿瞄准棱镜转动所产生像面旋转的道威棱镜（称为补偿棱镜）组成，补偿棱镜与瞄准棱镜的转动速比为1∶2。以道威棱镜作补偿棱镜的周视平面铰链系统，只能用于平行光路中；而用于会聚光路中的周视平面铰链系统，则需采用能展为平行平板玻璃并与光轴垂直的补偿棱镜，例如别汉棱镜。

（3）四反射镜平面铰链

四反射镜平面铰链如图5.41所示，图（a）为由四块平面反射镜组成的平面铰链。其中反射镜Ⅰ为瞄准反射镜，当Ⅰ绕P₁轴转动ω角时，可以实现高低扫瞄；为补偿镜Ⅰ转动ω角所产生的像面偏转（倾斜）角ω，相互固连的Ⅱ—Ⅲ补偿镜组需绕P₂轴（P₂∥P₁）按同方向转动ω/2角。由于补偿镜组相对于镜Ⅰ的转角为－ω/2，产生的像偏转为－ω，因此与镜Ⅰ产生的像偏转ω恰相抵消；反射镜Ⅳ的作用是给出所需要的与出射光轴方向一致的像，而不参与铰链本身的工作。四反射镜的平面铰链在结构上需要实现两个折转轴，为此铰链是由三个肘管组成：即放置瞄准元件的肘管（1），放置补偿元件的肘管（2），放置系统整个固定部分的肘管3；图（b）为以反射棱镜代替相应平面反射镜组的结构方案。

图5.40　空间光学铰链

四反射镜平面光学铰链曾广泛应用于坦克瞄准具中。

（4）空间光学铰链

将两个平面铰链组合起来，即可实现空间的光学铰链。例如在周视平面铰链的基础上，增加瞄准棱镜在其主截面内具有高低俯仰角，即可构成一种最简单的空间铰链。如图5.41（a）所示为入射光轴可在空间作周视（360°）和俯仰（2β）的空间铰链；若将瞄准棱镜的周视和俯仰运动分配给两个棱镜：使一个棱镜绕x轴旋转；另一个棱镜绕z轴旋转，则构成如图（b）所示的空间铰链方案，其入射光轴在顶角为4β的圆锥体内变动。

图5.41　四反射镜平面光学镜链