数码望远镜技术方案优选决策

　　引 言

　　数码望远镜是一种光机电结合的数码新品，能同时进行望远和拍照，可广泛应用于军事、公安、测量及民用等领域。但目前数码望远镜普遍存在像质不理想、光学性能欠佳、组合性能不良等问题，要想开发出具有市场竞争力的产品，其技术方案的选择非常关键。数码望远镜设计涉及光学、电路及结构等，找出设计的关键因素，采用科学的方法进行优选决策，才可能得出合理的最优技术方案。

　　1 数码望远镜设计分析

　　根据结构形式的不同，数码望远镜可分为组合式数码望远镜和一体化数码望远镜。组合式数码望远镜的望远镜与数码相机光路相互独立，如图1 所示;一体化数码望远镜的望远镜与数码相机共用一套光路，如图2，采用分光式一体化光路，数码相机光路的光由望远镜光路分光获得。两种结构形式各有特点，设计时需深入分析。

　　1) 组合式数码望远镜设计分析

　　① 望远镜设计分析：若f'o和fe分别为望远镜物镜、目镜焦距，D 和D' 分别为望远镜入射、出射光瞳直径，ω 和ω' 分别为眼睛直接观察物体时物体对眼睛的视角、物体通过望远系统所成的像对眼睛的视角。设ψ 为望远镜的极限分辨角，Γ 为望远镜的视角放大率，则有以下基本关系

　　从(1)、(2)式可看出，望远镜视角放大率Γ 与视场角2ω' 成反比，极限分辨角ψ 与入射光瞳直径D 成反比。

　　② 照相物镜设计分析：根据当前光学材料特性、像差设计、光学加工等因素，相机物镜焦距f' (单位：mm)，光圈数F 和视场角 2ω''应满足如下极限数值关系[1]

式中A 为常数，一般情况下可取为0.3~0.4。(3)式表明，焦距f ', 光圈数 F 和视场角2ω'' 三者相互制约，任意提高其中一个参数时，都将受到其它参数、光学材料、光学设计和加工工艺等方面的限制[1]。

　　③ 数码相机电路设计分析：数码相机核心部件包括图像传感器、数字信号处理器、图像存储器、输出接口等。图像传感器对数码相机像质举足轻重，它有CCD 和CMOS 两种类型。CCD 光照灵敏度高、噪声低，但功耗大、成本高;CMOS 功耗低、成本低、集成度高，但信噪比较小。图像传感器的有效像素数则意味着镜头成在图像传感器上的像以多少点加以记录。而图像传感器的光敏面尺寸与数码相机像质及视场密切相关。因此，图像传感器类型、有效像素数和光敏面尺寸对于数码望远镜电路、光学及整体设计至关重要。数码相机像质可用分辨率、色彩还原及白平衡等来评价。

　　④ 组合设计分析：组合式数码望远镜的望远镜与数码相机光路相互独立，为了使望远镜观察范围与数码相机拍摄范围一致，须考虑两者的视场匹配和光轴平行性问题。望远镜的视场角为