:光学瞄准镜简介

瞄准镜，或称光学瞄准装置（optical sight），其起源已经很难考证。据说至少在16世纪的欧洲，就已经有人尝试过在枪托上固定眼镜镜片。有文字记载，在19世纪以前，火器上已经有了望远镜式的瞄准装置，可用于在弱光条件下的瞄准。到了19世纪40年代，一些美国枪械技工就开始制造带光学瞄准装置的枪械。1848年纽约州的摩根·詹姆斯设计了一种与枪管同样长度的管形瞄准装置，该装置的后半部安装了玻璃透镜，并有2条用于瞄准的十字线。后来，类似的瞄准装置在美国内战中得到应用。但真正具有实用价值的瞄准镜，则诞生在1904年，由德国的卡尔蔡司研制，并在第一次世界大战中使用。在第二次世界大战中，瞄准镜开始发展成熟。发展到现在，瞄准镜主要分为以下三大类。

• 望远式瞄准镜（Telescopic sight）

• 准直式瞄准仪（Collimating optical sight）

• 反射式瞄准镜（Reflex sight）

其中以望远式瞄准镜和反射式瞄准镜最为流行。下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、红外瞄准镜（又可细分为主动红外和热成像两类）。

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）。

1.物镜　　2.倒象透镜　　3.分划板　　4.目镜

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。基本结构是物镜、倒象透镜和目镜，再加上分划板组成。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。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。

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。

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（mildot）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。

题外话：绝大多数电影电视上的瞄准镜分划都是乱来的，要么是过分简单，要么是过分复杂。《Sniper》要算是最专业的狙击手电影了，但片中出现的瞄准镜分划似乎也是导演自己想像的。

准直式瞄准仪简介

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。

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，就达到双目瞄准射击的功能。

反射式瞄准镜简介

1.目标光线　2.析光镜　3.分划板　4.照明系统　5.眼点位置

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 dot）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，其析光镜的曲面是十分讲究的，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。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。

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。

全息衍射瞄准镜简介

在讲瞄准镜之前首先要说一下人眼的一些特点，因为无论哪种瞄准镜都是要给人眼来看的，不先说明人眼的特性就很难从基础上解释瞄准镜的工作原理。人眼有两个特性，首先是在接收到一束平行光的时候，会认为光源的位置是在无限远处，肉眼此时无法直接判断出光源的距离，就比如我们盯着太阳看、或者被远距离上的探照灯直射的时候。其次人眼也很容易上当受骗，当光线经过反射、折射过再进入人眼的时候，人眼是无法直接判断出光源的真正位置的，这也就是看到了虚像。

介绍了人眼的特性，还要再说一下普通反射式瞄准镜的原理，好用来和全息衍射瞄准镜做个对比。下图是常见的反射式瞄准镜的结构示意图，目标发出的光线透过分光镜进入人眼，人眼看到目标的实像。而照明系统照射分划板的光传到分光镜的凹面上，再由这个凹面将这些光线反射成平行光进入人眼。人眼此时是无法识别那个分划板的真正位置的，只能看到它的虚像，也就是那个红点，并且认为这个像是在无限远处的。把这个分划板的虚像与人眼看到的目标的实像叠加起来就可以用来瞄准。又因为被分光镜的凹面反射进入人眼的是平行光，所以人眼在哪个方向上都能看到那个虚像，就好比你在短时间内在地面上移动了几公里，而看太阳的位置和你移动前还是一样的是一个道理。反过来说，因为只有人眼接收到分光镜反射来的平行光时才能看到那个红点，那也是就是说，在一支已经归零的反射式瞄准镜上，如果你能看到那个红点，这就表明你的视线和枪械的瞄准线是平行的，所以你只需要把红点对准目标就可以射击了。

红点镜的原理

有反射式瞄准镜和全息衍射使用经验的人或者玩过某些FPS游戏的人会觉得这两者的使用方法相同，都是把红点对准目标即可。虽然二者的操作类似，但是那个“红点”的产生原理却大相庭径。

前面说过的，在反射式瞄准镜上看到的红点是光源的光照射到分划板上再经由分光镜的曲面反射到人眼中形成的虚像。而在全息衍射瞄准镜上看到的红点则是用全息摄像/显像技术产生的分划板的全息图像。

全息瞄准镜的屏幕是一块全息照片，上面记录着通过分划板的透射光波的振幅和位相等全部信息。当然这个分划板是不会装在瞄准镜里的，它只是在工厂生产全息瞄准镜时拿来拍摄全息照片用的，全息瞄准镜的屏幕也就是对分划板拍摄的一张全息照片。拍摄的方式是这样的：

激光器发出激光被分光器分为两束，其中一束经过透镜组括束并准直成平行光，作为参考光直接照射到全息感光底片上；而令一束光则经过括束后作为照明光照射到分划板上，从分划板上的透明部分透过后，再由透镜校正成平行光，最后也照射到全息感光底片上，这样就完成了对分划板的全息图像的拍摄。在拍摄过程中对整个光路系统中的每个原件的位置、角度都有是有很严格的要求。

全息照片拍出来了，可是要怎么才能看到全息图像呢？其实也不难，只要用一束与拍摄时的参考光相同波长的平行光线，以与参考光当时照射在全息感光底片的角度相同的入射角度作为再现光照射到全息片上，经过衍射后再从全息片的后方射出。而从全息片后方射出的光线就能再现出当初拍摄时照射在分划板上的光线落到全息底片时候的信息，包括频率、方向等等。人眼在全息片的后方接收到这些光线时就会上当受骗，认为自己看到了分划板，但实际上那是全息片的+1级衍射波产生的分划板的虚像。又因为全息片显像时从全息片后方射出的光是能完全再现当初拍摄时照射到全息胶片上的光的光路的，而初拍摄时透过分划板的光线是经过透镜调校成平行光后才照射到全息胶片上的，那么这个光路一旦被再现，人眼收到的也就是一束平行光，因此人眼也就会认为自己看到的像是在无限远的距离上。

接下来的事情就简单了，因为人眼接收到的光线是平行光，那么就和普通反射式瞄准镜一样，先把那个虚像（也就是光点）的位置调好归零，然后在瞄准时只要看到了那个光点落在了目标上，也就表示此时你的枪械的瞄准线和你的视线也是平行的，你也就准确地瞄准了目标。

那么有人要问了，反射式瞄准镜时因为里面那块分光镜的曲面能把照明光源发出的光线反射成平行光，所以人眼才能不管从哪个方向上都能看到那个红点，而全息照片只是一个平面，它是如何做到不管从哪个方向上都能看到那个光点的呢？

这就是全息照片的另一个特性了，因为全息胶片上每个感光点都记录了原始场景的光线的信息，从原理上说，整个场景可以通过任意小的一部分全息照片还原出来。而人眼在专注于看光点时，实际上只是接收到了全息照片上的某一部分衍射出的光线所携带的原分划板的信息，而从全息照片上的任一部分衍射出的光线都能携带相同的信息。所以人眼才能不管从哪个位置上都能看到那个光点虚像，而且这个虚像的位置是不随着你所观察的位置变化而变化的。

现在又有人要问了，虽然原理上有诸多不同，但是反射式瞄准镜和全息瞄准镜最后的使用方式和效果不都是一样的嘛？那为什么还要去费那劳什子的劲，去搞结构复杂、成本高昂的全息瞄准镜呢？

要回答这个问题，我们要先回过去看看反射式瞄准镜的示意图。图上照明光源发出的光线被分光镜的曲面反射成平行光进入人眼中。但是这个只是理想状态下的模型，实际的情况却很可能是这样的：

图中下、中两处的光线被分光镜反射后还是平行的，可是上面那束光线被反射后却偏离了瞄准镜的轴线方向，这可能是分光镜的安装失误造成的，也可能是分光镜的设计加工问题导致的，总之，如果人眼从上面那个位置去看，那么看到的光点的位置就会如虚线所示的向下偏移，这就是通常所说的视差。因为那个虚像的像距是无限远的，所以在瞄准远距离目标的时候像的偏移就会很大，越远距离上偏移越大，而在反射式瞄准镜上也是无法完全消除视差的，只能尽可能降低。

但是全息式瞄准镜就能解决这个问题，因为它在拍照时用的照明光是激光，激光本身就具有很高的平行性，然后在投射到全息胶片上之前又经过了一次平行校正，可以保证光线的平行性。在全息照片显像时被再现出来的就是这些保证平行的光路，那自然也就不会发生视差了。

下面我们来看一种典型的全息瞄准镜——美国L3通讯公司的EOTech全息衍射瞄准镜。

上图是EOTech的光路示意图，细心的人肯定注意到了，图上除了激光器、反射镜、全息照片这些元件外，还多出了一个新的东西——光栅。为什么要装这个光栅，它有什么用处呢？这个光栅是用来消除视差的。等等，前面不是说了全息式瞄准镜不会发生视差么？怎么这里又要消除视差了？这个问题还要细说一下。

EOTech是注重实用性的商品，不是实验室里的实验器材，因此对它的尺寸规格有一定的要求，不能太大太重。为了使结构紧凑，EOTech上使用的是小巧的半导体激光器。但是半导体激光器有个问题，它对环境温度的变化比较敏感，发出的激光的波长会随着环境温度的变化而变化。前面在全息图像的显像那一段里有说过，要看到包含原分划板全部信息的图像，那么就要用一束与拍摄时的参考光相同波长的平行光线作为再现光，以与参考光在拍摄时照射在全息感光底片的角度相同的入射角度再照射到全息片上。波长一致和角度一致，这两个条件缺一不可，如果波长不同会怎么样呢？看看这张示意图：

图中全息片左侧的是红线是再现光，全息片右侧的红线是再现光与参考光波长一致的情况下的衍射光的光路，而绿色的线则是波长不一致的情况下的衍射光光路。在波长不一致的时候，衍射光的衍射角会发生变化，人眼看到的虚像的位置就会出现在绿线的反向延长线方向上（图中未画出），也就是光点会上下偏移。

该如何解决这个问题呢？给激光器上装一个恒温装置？这个方法理论上是可行的，但是正如前面所说的，作为商品的EOTech瞄准镜对尺寸规格有一定的要求，你不能让使用者抱着一个空调去瞄准。那又要怎么办呢？我们再回想一下前面说过的全息瞄准镜的瞄准原理——当人眼看到虚像时，人眼的视线如果和枪械的瞄准线是平行的，那么此时就是正确的瞄准状态。也就是说只要保证从全息片后面输出的衍射光的光路方向的一致性，就可以用于瞄准，而全息片前面的再现光的光路或者波长是否与拍照时的参考光一致对使用者来说其实并不重要。那么此时光栅就派上用场了。

这是在全息片前面加上一个光栅后的效果示意图，图中红色的线是再现光与参考光的波长、光路均一致状态下的衍射光路，而蓝色和绿色的线则是在波长不一致状态下的光路。可以看到，由于光栅的存在，使得波长变化时的再现光照射在全息片上的角度也发生了变化，这样一来，虽然因为波长的变化而导致衍射光的衍射角也发生变化，但是因为再现光的入射角也发生了变化，入射角的变化补偿了衍射角的变化，使得最后输出的衍射光的方向都一致了，这样人眼就可以看到一个位置稳定的光点的图像了。分析表明，当衍射角变化1mrad时，在100米的距离上能引起分划移动0.1m。当波长漂移＋2nm时，未补偿时角度变化3.1×10^-3rad (对应分划移动0.31m)，补偿后角度变化6.7×10^-5rad ( l00m的距离上分划移动6.7×10^-3m )。在400m的距离上，经过补偿后分划有2.68×10^-2m的移动，这个精度对主要用于近战的全息瞄准镜是完全可以接受的。

这套系统实际上是个双光栅系统，因为全息片本身也是一个复杂的光栅，用的是色散补偿的方法来修正视差。其中的原理解释起来有些麻烦，我就不再赘述了，不过大家可以把这个系统想象成两个互相倒置的三棱镜，当一束光从这两者中通过时，不论入射光的颜色是什么样的（也就是波长不同），这个系统都能输出方向一致的光线。

看来有人还不肯放过我，在问为什么我举例用的光栅是透射的，而EOTech的光路示意图上却是个反射光栅？其实这还是商业化的需求，这里使用反射式光栅有利于缩短光路，控制产品的尺寸，透射光栅和反射光栅在功能上没有区别。另外光栅在这里还有另一个作用，就是可以通过对光栅在水平和垂直方向上调节来校正光点图像的位置。

那么我们最后再回过头看看EOTech的示意图，它的工作过程是这样的——半导体激光器发出激光束，由平面反射镜反射到准直反射镜上，再由准直反射镜将光线做离轴校正成平行光并反射到反射衍射光栅上。经反射衍射光栅反射的光线照射到全息片上，再经过衍射后传到人眼中，这时人眼就看到产生了原来的分划板的全息图像，这个像是像距也是无限远的虚像。由于全息照片的每一部分都能记录原分划板的信息，所以它可以让观察者在任意方向上都看到它。在一支已经归零的EOTech上，如果你能看到那个光点，这就表明你的视线此时和枪械的瞄准线是平行的，所以你只需要把光点对准目标就可以射击了。

网上一些军坛有流传着这样一个说法，大意就是说因为全息照片的每一部分都能记录原分划板的信息，所以即使瞄准镜上的全息照片在使用时出现了破损也能正常工作，不会影响瞄准效果。这个说法在我看来就像莎士比亚的《威尼斯商人》中“只准割一磅肉而不能流一滴血”这个条件一样无法实现。全息瞄准镜对系统中各个元件的安装精度都有非常严格的要求，纳米级的偏差都会造成非常大的视差。如果EOTech上的全息片都损坏了的话，谁能保证里面的激光器、反射镜、光栅这些零件都能安然无恙？全息相片的特性在全息瞄准镜上也只是理论上可以实现，实际中则几乎不可能得到应用。而且即便除了全息片以外的元件都极为好运的没有受损，那么也会因为全息片的尺寸减小，而导致图像的分辨率会随之降低，因此看到的光点会变得模糊，一样会影响到瞄准效果。