枪用白光瞄准镜研究综述

1、工程光学综合练习 枪用白光瞄准镜研究综述 Review of research on the gun optical sighting telescope 院 （系）： 精密仪器与光电子工程学院 专 业： 测控技术与仪器 年 级： 2012级 学生姓名： 马原驰 学 号： 3012202047 学生姓名： 白景湘 学 号： 3012202035 学生姓名： 常淞泓 学 号： 3012202038 指导教师： 谢洪波 二零一四年四月 工程光学综合练习 第I页 共19页 摘 要 人们对于瞄准镜的研究始于17世纪望远镜的出现，而直到1904年，才由 蔡司公司开始了对于真正具有应用价值的白光瞄准镜的研

2、制。在随后的第一次 世界大战中，枪用白光瞄准镜得到了大量应用。在第二次世界大战中，枪用白 光瞄准镜开始发展成熟。发展到现在，枪用白光瞄准镜主要分为以下三大类： 望远式瞄准镜、准直式瞄准镜、反射式瞄准镜。枪用白光瞄准镜一般采用开普 勒望远镜光学系统原理，由物镜组、分划板、转像组、目镜组组成。枪用白光 瞄准镜的工作原理是：由物镜组组成的望远系统将目标放大，并将目标成像倒 立在分划板上，再由转像组转成正立的像，并投射到目镜上，射手即可瞄准射 击。本文旨在对各种枪用白光瞄准镜进行综合研究。 关键词：枪用白光瞄准镜；望远式瞄准镜；准直式瞄准镜；反射式瞄准镜； 瞄准镜； 光学瞄准镜 工程光学综合练习 第I

3、I页 共19页 Abstract The study of optical sighting telescope began in the 17th century telescope appears, and until 1904, the development of a truly value for the optical sighting telescope begun by Zeiss AG. In the ensuing World War I, the gun optical sighting telescope got widely applications. In Worl

4、d War II gun optical sighting telescope began to mature.To the present, the gun optical sighting telescope divided into the following three categories: telephoto-type sight, collimating sight, reflex sight. The gun optical sighting telescope uses the Kepler telescope optical system principles genera

5、lly. The Kepler telescope optical system is composed by the objective lens group, the reticle, image rotation group and eyepiece group. The working principle of the gun optical sighting telescope is: The telescope system composed by the objective lens will magnify the target, the inverted image of t

6、he target is imaged in the reticle, the image rotation group changes the image to a positive image and images the image to the eyepiece. Then, the shooter can shoot. This paper aims to conduct a comprehensive study of various gun optical sighting telescopes. Keywords: the gun optical sighting telesc

7、ope; telephoto-type sight; collimating sight; reflex sight; optical sight 工程光学综合练习 第III页 共19页 目 录 摘 要.II ABSTRACT.III 第1章 绪 论.1 1.1 本论文的背景和意义.1 1.2 本论文的主要方法和研究进展.1 1.3 本论文的主要内容.1 1.4 本论文的结构安排.2 第2章 枪用白光瞄准镜的分类.2 2.1 概述.2 2.2 望远式瞄准镜.2 2.3 准直式瞄准镜.5 2.4 反射式瞄准镜.6 第3章 枪用白光瞄准镜的基本结构.8 第4章 枪用白光瞄准镜的基本调节方法.10

8、结 论.13 致 谢.14 参考文献.15 工程光学综合练习 第1页 共19页 第1章 绪 论 1.1 本论文的背景和意义 17世纪, 随着望远镜的出现, 人们开始了瞄准镜的研究, 而真正具有应用价值的光学瞄准镜则诞生于1904年, 由德国蔡司公司研制, 并且在第一次世界大战中得到大量应用。发展到现在，枪用白光瞄准镜主要分 为以下三大类：望远式瞄准镜、准直式瞄准镜、反射式瞄准镜。在第二次世界 大战中, 由于银氧光阴极的问世, 出现了主动红外瞄准镜, 在战场上发挥了重要作用。进入20世纪60年代，美国研制出第一代微光瞄准镜 ，取代了主动红外瞄准镜。随着像增强器升级换代，微光瞄准镜的性能也随之 不

9、断提高，体积和重量不断下降。20世纪90年代，热成像瞄准镜开始使用，并 逐步装备部队。目前，各国正投入大量经费，研制光电综合瞄准镜.各种各样的 瞄准镜都应用了光学、光电技术，因此，从技术角度来看，可以分为光学瞄准 镜、光电瞄准镜和光电综合瞄准镜具3类. 4 而本文主要是对其中的光学瞄准镜，即枪用白光瞄准镜做研究论述。 1.2 本论文的主要方法和研究进展 本文主要是通过查阅文献、资料以及他人已经做出的研究对枪用白光瞄准 镜的发展、设计、使用和特点等方面进行综合整理以及研究综述。目前，由于 枪用白光瞄准镜已经出世许久，并且经过了各种广泛的实际检验甚至是战争实 践，因此枪用白光瞄准镜的各种研究已经十

10、分成熟。但是，由于其固有的各种 特点以及实用性，所以现今枪用白光瞄准镜不仅仍然广泛应用且依然有不少工 程师仍在对其进行研究。另一方面，诸如光电瞄准镜等其他类型瞄准镜也可以 和白光瞄准镜配合使用，使枪用白光瞄准镜在新的时代仍具有新的研究以及使 用价值。 1.3 本论文的主要内容 本论文主要论述枪用白光瞄准镜的分类、发展、设计、使用、特点，并简 略论述其他类型瞄准镜以及其和白光瞄准镜的综合应用。 工程光学综合练习 第2页 共19页 1.4 本论文的结构安排 本论文会先分别论述各主要及次要内容并在最后进行总结论述。 第2章 枪用白光瞄准镜的分类 2.1 概述 发展到现在，枪用白光瞄准镜主要分为以下三

11、大类：望远式瞄准镜（Teles copic sight）、准直式瞄准镜（Collimating optical sight）、反射式瞄准镜（Reflex sight）。 a）机械瞄具 b）望远式瞄准镜 c）反射式瞄准镜 图2-1 各种枪用白光瞄准镜 其中以望远式瞄准镜和反射式瞄准镜最为流行。上图是这两类瞄准和普通 的机械瞄具（iron sight）的效果对比。上述两类瞄准镜主要在白天使用，因此又被统称为白光瞄 准镜（day scope/sight），另外还有供夜间瞄准用的夜视瞄准镜（night scope/sight），是在上述两类瞄准镜上加上夜视装置，而按夜视装置的种类， 又可分为微光瞄准镜

12、、红外瞄准镜（又可细分为主动红外和热成像两类）。 2.22.2 望远式瞄准镜望远式瞄准镜 望远式瞄准镜（telescopic sight）具有放大作用，能看清和识别远处的目标，适用于远距离精确射击。由 于常常用作狙击用途，因此又常常被称为狙击镜（sniper scope）。 工程光学综合练习 第3页 共19页 图2-2 搭载望远式瞄准镜的枪械 望远式瞄准镜的光学系统仍然是沿用加上转象系统的开普勒式望远系统， 如左图所示。基本结构是1-物镜、2-倒象透镜和4-目镜，再加上3- 分划板组成。分划板上有瞄准标记，通过移动分划板或使用不同位置的分划来 瞄准不同距离的目标。 图2-3 望远式瞄准镜的光学

13、系统 有些瞄准镜还有变倍功能，用较低的倍率搜索和瞄准近距离的目标，用较 高的倍率射击远距离的目标。 图2-4 望远式瞄准镜的十字瞄准线分划板 十字瞄准线是这类瞄准镜最普遍的分划，而早期的瞄准镜，也只有这一组 十字线。后来制造者在分划板上加上用于测量射程和角度的分划，其原理很简 单，都是通过分划标记与参照物的高度（或宽度）对比来估算出距离。如下图 工程光学综合练习 第4页 共19页 中为春田兵工厂生产的一种猎鹿镜的分划板，以成年鹿的体格作为参照物，在 分划板上标示出在不同的距离上的高度，最大射程为700码。这种瞄准分划看很 来很复杂，但使用起来很简单，经过短时间的讲解就可以使用，不必接受严格 的

14、训练，因此应用很广。很多瞄准镜甚至包括一次性火箭筒的简易瞄准镜都采 用这种分划，只是标示的方式各有不同。 普通光学瞄准镜使武器能准确瞄准目标，且结构小巧、结实耐用、造价低 廉而经久不衰。但其对目标距离的测量是靠瞄准镜分划板上的刻线估计的,因而 偏差大，特别是在弹道比较弯曲时，误差更大，此外，这种瞄准分划板一般都 比较复杂，影响快速瞄准。2 下图为美国M24SWS配用的Leupold公司的M3瞄准镜的分划，这种密位点（m ildot）分划板是时下最流行的狙击用瞄准镜的分划。密位点分划看起来很简单 ，只是在十字线上标上小黑点。在Leupold M3 10倍瞄准镜上，每两个的相邻黑点间是一个密位。不

15、过密位点瞄准镜使用起来 不容易，需要经过严格的训练，但测量出的数值相当准确。下图中的计算尺是 密位点计算尺，可以帮助学习采用密位点测量方式，但只是用来学习，因为在 实战条件下是不容许狙击手用计算尺测量目标距离的。 a）分划板 b）密位点计算尺 工程光学综合练习 第5页 共19页 c）实际效果图 图2-5 M3瞄准镜的分划板 2.32.3 准直式瞄准镜准直式瞄准镜 准直式瞄准仪（collimating optical sight）出现于20世纪70年代，并在越南战场上少量使用，到80年代初开始发展 起来。准直式瞄准仪对付远距离目标时精确不佳，但在近战当中，尤其是射击 运动中的目标时在反应速度及准

16、确度上明显优于其他瞄具，因此主要作为近战 瞄准具使用。不过后来出现了更佳的反射式瞄准镜后，准直式瞄准仪就开始未 落了。但由于这种瞄准装置价格比反射式瞄准镜低得多，因此现在还没有完全 退出市场。 图2-6准直式瞄准镜的光学系统 这种瞄具在前部有一条导光棒，由侧边的自然光或其他光源照明，导光棒 的后端面紧贴一个光栏孔，光栏孔限制通常范围和通光形状。当其中一只眼观 察瞄具里，会看到无穷远处的光栏孔的像 红色亮点。而另一只眼瞄准目标时，根据人的视觉原理会将双眼所成的目标像 工程光学综合练习 第6页 共19页 合而为一的生理功能，就会产生红色亮点压住了目标。只要瞄具的瞄准线与枪 的瞄准基线一致，就达到双

17、目瞄准射击的功能。 图2-7安装在南非R5突击步枪上的准直式瞄具 2.42.4 反射式瞄准镜反射式瞄准镜 1.目标光线2.析光镜3.分划板4.照明系统5.眼点位置 图2-8反射式瞄准镜的光学系统 反射式瞄准镜（Reflex）虽然也被称为“瞄准镜”，但和望远式瞄准镜的 原理不一样，其光学系统比较简单，通常没有放大系统，因此也没有倒像系统 。其原理如上图所示：析光镜的凹面上镀有一层或多层析光膜，由照明系统发 出的光线通过分划板然后在析光镜上形成圆点（或圆环等瞄准标记）并反射以 平行光进入人眼，同时人眼透过析光镜看到目标，当瞄准标记与目标重叠时， 即完成瞄准。这种瞄准镜还有另一个名称红点（Red d

18、ot）瞄准镜，因为这种瞄准镜的瞄准标记通常是一个红色或鲜橙色的光点，当 工程光学综合练习 第7页 共19页 然并非所有的反射式瞄准镜都是用光点的，有些会是十字线、光环甚至其他造 型。 一个精确度高的光点瞄准镜，其析光镜的曲面是精确的，因为它必须保证 即使射手的眼睛不是正对着瞄准镜的轴线，都能保证瞄准标记在弹着点上。光 学瞄具相对畸变的大小直接影响到对目标识别的精确度。1以下面两张图来进一 步说明： 精度好的析光镜，瞄准线始终与瞄准镜轴线平行，无论瞄准标记的光反射 点在什么位置，都始终在弹着点上。精度不好的析光镜，当视线偏离于瞄准镜 轴线时，瞄准标记就会偏离弹着点。 a）高精度析光镜 b）低精度

19、析光镜 图2-9析光镜曲面对瞄准的影响 工程光学综合练习 第8页 共19页 图2-10反射式瞄准镜准星与照门的相对位置 从左右两张图中的准星与照门相对位置更好地说明了反射式瞄准镜的特点 ，在瞄准镜归零后，即使从不同的角度都可以进行瞄准，因此特别适合近战中 的快速瞄准。 由于以上优点，反射式原理对于瞄准时容许眼睛不需要对准瞄准镜轴线， 因此比采用导光棒原理瞄准反应更快。这使得反射式原理的光点瞄准镜大受欢 迎。进入1990年代后，各国军队都开始重视这瞄准镜的战术价值并大量配备部 队。 光点瞄准镜上的瞄准标记由瞄准镜上的照明系统产生。有多种方式形成光 源，电源、自然光或放射性同位素如氚、钷等等。电源

20、产生的光点容易调节， 根据不同的使用环境，调节不同的亮度；自然光是一各节省能源的方法，但在 光线条件不好时会降低作用；放射性同位素可以长年工作而不需要更换电池， 在夜间使用其效果更好，但要慎重选择放射性材料，目前流行采用的氚气，据 说其幅射量很低，长期使用这种瞄准具的人比接受一年接受一、两次X光检查的 人还要安全。 反射式光点瞄准镜通常有两种结构，一种为筒形，另一种为窗式。窗式结 构比较简单，但析光镜完全暴露；筒形结构看起来和望远镜式瞄准镜很相似， 析光镜被包在筒形镜体内，前后有物镜和目镜作保护。现在有一些光点瞄准镜 和望远镜式瞄准镜相结合的产品，即具有放大功能的光点瞄准镜，例如Trijico

21、n 公司的ACOG和Aimpoint公司的5000 2X等。 光点瞄准镜上的瞄准标记由瞄准镜上的照明系统产生。有多种方式形成光 源，电源、自然光或放射性同位素如氚、钷等等。电源产生的光点容易调节， 根据不同的使用环境，调节不同的亮度；自然光是一各节省能源的方法，但在 光线条件不好时会降低作用；放射性同位素可以长年工作而不需要更换电池， 在夜间使用其效果更好，但要慎重选择放射性材料，目前流行采用的氚气，据 说其辐射量很低，长期使用这种瞄准具的人比接受一年接受一、两次X光检查的 人还要安全。 工程光学综合练习 第9页 共19页 第3章 枪用白光瞄准镜的基本结构 枪用白光瞄准镜根据结构可分为定倍瞄准

22、镜和变倍瞄准镜以及其他类型 瞄准镜。定倍瞄准镜包括：目镜，物镜，镜管，分划板，镜片，高低左右弹道 调节钮；而变倍瞄准镜包括：目镜，物镜，镜管，分划板，镜片，高低左右弹 道调节钮，变倍环；其它瞄准镜还有：双光瞄准镜：基本的瞄准镜+双光调节旋 钮；侧调焦瞄准镜（即为带SF的瞄准镜）：基本的瞄准镜+侧调焦旋钮；物镜调 焦瞄准镜（即为带AO的瞄准镜）：基本的瞄准镜+物镜调节钮（以此类推，如果 是带AO，双光的瞄准镜，就是一款基本的瞄准镜+双光调节旋钮+物镜调节钮） 。 图3-1枪用白光瞄准镜的结构 对瞄准镜的各个结构解释及分析： 目镜：即为靠近眼睛的一侧透镜。 物镜：即为靠近物体的一侧透镜。 分划板主

23、要分为玻璃分划板，金属丝分划板。常见的分为普通十字分划 ，密位分划，圈心分划。（其它还有：五线分划，圈心密点分划，战术型复合 分划，狩猎密位分划，倒塔式分划，密线分划，菱形分划等。）国外一般使用 十字分划，简单，不挡住目标。对于密位分划，一般是专业的狙击手使用。对 比十字分划，密位分划除了可以估算距离外，还可以增加射击的多个参考点。 镜片分为不同级别，A+，A-，B+，B-，C+，C-（以好到次）。 工程光学综合练习 第10页 共19页 镜片镀膜分为红膜，蓝膜，绿膜，绿色宽带镀膜。不同膜层的区别为， 红膜：、成像略偏蓝，冷色调，雪地上，烈日下的最佳选择。蓝膜：、成像略 偏黄，使用较为常见。绿膜

24、：、成像略偏红，使用与绿色宽带镀膜容易混淆。 第4章 枪用白光瞄准镜的基本调节方法 通常瞄准镜包括机械调节与支撑机构、光路系统，对光路调节的螺母不 较多，瞄准镜的机械结构比较精巧。5 弹道调节钮即为调节弹道的高低和左右。两个旋钮分别控制弹道的高低 左右。上面写有UP的，顺着箭头的方向表示弹道向上调，反方向为向下调。侧 面写着L的为LEFT，顺着箭头的方向表示弹道向左调，反之，向右调。原则是先 调好左右，再调上下。 调节的每一个响声为一个咔嚓值，这个值的大小为，在一百码处，弹道 的移动距离为1/4英寸。其中1/4英寸=0.635厘米。 调多少下的计算公式为:应调几下咔嚓值=100*偏差(厘米)/

25、目标距离(米) /0.635（请注意弹道调节钮上的标识。也有一些瞄准镜的咔嚓值为1/2，1/8。 即在一百码处，弹道的移动距离分别为1/2英寸和1/8英寸。方法雷同）。 图3-2枪用白光瞄准镜的弹道调节 工程光学综合练习 第11页 共19页 变倍环的作用是通过调节倍数，改变焦距。根据类型可分为：低倍瞄准 镜（如：1-4X24，1.5-6X32，2-7X36）、中倍瞄准镜（如：3-9X40，2。8- 10X40，3.5-10X40，4-12X40）和高倍瞄准镜（如：6-18X40，6-20X50，5.5- 25X44）。 另外不同的距离对于使用瞄准镜倍数的意见：5-30米 4倍或4倍以下倍数；3

26、0-60米6倍；60-100米8倍-10倍；100-200米 10-12倍；200以上16-20倍。 双光调节旋钮：电池座上，标有0，1，2，3，4，5等这类数字，一般0表 示关闭电源，即为无光的常规下工作。其它数字表示灯光的强弱，其中1表示光 的亮度最低，5表示最强。（红色数字表示红光，绿色数字表示绿光） 图3-3 1/8弹道调节钮 侧调焦旋钮为内置式弹道调节，降低视差的一个微调旋钮。上面标有10 ，15，20，30，100，200，300，500，无限大（以码为单位，1码为0.9米 ）等数字，当你射击不同距离的时候就调到相应的距离上，把视差降低到最低 。这个微视差的产生是光学瞄准镜由于光学路径的缺陷普通存在的问题。在一 定范围内的距离段都存在，近距离射击没有必要太在意。 工程光学综合练习 第12页 共19页 图3-4 物镜调节钮 物镜调节钮为外置式弹道调节，降低视差的一个微调旋钮。用法与侧调 焦的雷同，对比侧调焦，物镜调焦为简易的微调旋钮，成本低，防水防雾性能 没有侧调焦稳定。 屈光度调节钮：一般好一点的瞄准镜还会有屈光度调节钮，这个调节钮 位于目镜处，可以旋出来。由于射击者的视力每个人均有不同的差异，可以通 过目镜组的屈光度调节圈来改