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(原创,抛砖引玉)我国军用望远镜的设计原则

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太极张三丰 发表于 2012-2-20 01:25 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国–云南–昆明 电信

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望远镜从发明之日起,就在天文、军事、航海等领域,发挥了重要作用!对军事来说,尽早发现远处敌情,是克敌制胜的重要因素。
    个人感觉,我国军用望远镜,若干的设计原则如下:
    1、在保证成像亮度高于肉眼的同时,尽量保证倍率。62式8*30,其8倍,是30毫米口径可以取得理想像质的最高倍数。88式12*42,其12倍,是42毫米口径可以取得理想像质的最高倍数。63式15*50,其15倍,也是50毫米口径可以取得理想像质的最高倍数。65式有25、40倍,40倍已经是目视地面的上限。所以说,军用望远镜不喜欢一定高的倍率,是一个不妥当的说法,放大倍率高的望远镜,拉近感更强烈,更容易观测目标。所以,62、88、63、65、都已经做到可以保证取得理想像质的上限。新款的哨所镜,口径有80毫米,但是最高倍率做到了40倍。95式7*40,是为了取得较好的黄昏、早晨观测效果,另外满足佩戴防毒面具的长出瞳的需要。因为,62式口径小,在光线暗弱的情况下,难于观测,而且,62式出瞳短。海军的7*50望远镜,7*50规格是全世界通用的。
    2、尽量地保持观测效果的稳定。其实,军用望远镜使用全金属,不是为了让望远镜不会摔成几块,而是为了保持光学系统的稳定,取得稳定的观测效果。我军军用望远镜为了做到这点,都做成短物镜筒,65式还把物镜筒做成左右物镜都固定在一起的物镜箱,保证物镜不移动,望远镜内部对棱镜采取加固,而且,有些军用望远镜,使用铜目镜,这样的话,光学系统稳定性就强。
    3、大视野设计,重点保中心城像的分辨率,视场边缘成像质量下降较快,62、88、65式这个特点最突出,都是只有成像中心点一圈是高分辨率的,边缘成像不好。大视野,是为了方便寻找目标,而人眼观测的习惯,是用望远镜中心点观测,所以,就设计成只顾及中心的分辨率,边缘成像放弃。
我军装备的军望远镜的设计思路,一直是沿袭传统的德、苏军望远镜的设计思路。海军用的是传统的7*50。
就是:
1、坚持用个皮盒子装望远镜,背负于身上。不采用免包装设计。因为,皮盒子装望远镜,对保护望远镜的作用最大!而且,使用的时候,拿取方便。
2、在一定的物镜口径下,采用可以取得理想成像的上限倍率,比如8*30、12*42、15*50等,我军不采用8*40、10*50、12*50、7*35等规格,主要就是考虑,在一定物镜口径下,提高倍率,取得比较多的观测细节,控制军用望远镜的体积和重量。因为,我国的全国地形,是山地为多!军队再机械化,可是,在作战中,徒步的时间仍然是很多的!所以,65式哨所镜,堪称是一代经典,可是,体积重量太大,不便于机动,特别是在我国漫长的边境线上,大部分地段都是崇山峻岭,65式哨所镜如果要由部队分队携带,作为远程监视望远镜使用,在长期的实战中,已经表明体积重量太大,太不方便携带!所以,才由新款的20—40*80的无级变倍的新款哨所镜取代。65哨所镜其实部队早已经不再订货,现在部队就是在使用老的还在服役65哨所镜,这些老哨所报废后,这个镜子就退出现役了。65哨所镜还有一个缺点,就是25\40倍,是两个倍率是独立的,使用转塔切换,使用中,部队一直感觉,其实只是25倍有使用价值,如果要看某个目标的更多细节,需要由25倍,切换到40倍,容易丢失目标。所以,部队宁可牺牲成像的质量,采用80毫米口径,20—40倍无级变倍,可以减轻携带重量,同时,用20倍发现目标后,可以通过变倍,在锁定目标的同时,放大倍率,观测更多细节。
3、我军军望远镜,设计的时候,都只是追求大视野、视野中心的高分辨率,其他光学指标,都不是重点,所以,只有65哨所的25倍,还有61对空的10倍,成像效果,因为设计和规格 (25*100,10*80),使得成像效果很杰出,其他的62、63、88、总体成像水平一般,可是成像分辨率很高!包括95式的7*40,也只是评价为成像中规中矩!所以,军用望远镜的光学设计,追求大视野、视野中心的高分辨率的特点很突出,其实,也就是作为一种观测工具来设计,而非为玩赏设计。
首先谈3881厂的62。

62式望远镜,是我解放军和武警部队广泛装备的排、连、营、团级和侦察兵、特种兵使用的野战望远镜,优点是体积小巧不重,成像分辨率够用,成本不高。缺点主要是口径小,在低照明度环境下,观测效果不佳,出射光瞳的出瞳点浅,戴防毒面具等难以使用。所以,才新研发出95式7*40。

62式最多的是云光298厂生产的,成像黄,但是像质锐利!3881厂的62,与方江62一样,成像偏黄色浅,这样,观测起来,就感觉亮度更好一点,分辨率与298厂的62,是一样的。另外,62具有军用望远镜的一个标准特征,就是成像景深大!也就视德乐望远镜说的“自动调焦”功能。

所有62式,都是同一个图纸做的,同一个模具开的外观,但是,各个工厂使用的光学玻璃不一样,普通光学玻璃归于冕牌玻璃、火石玻璃这样两大类,普通的双胶合式物镜、目镜组,就是一块冕牌玻璃、一块火石玻璃,两片玻璃,一块磨成凹透镜、一块磨成凸透镜,然后,用光敏胶胶合起来,这样,就可以抵消大部分的色差。而镀蓝膜都是单层膜,都是一样的工艺。所以,为什么298厂的62成像偏黄,3881厂的62成像不很黄,主要是采用的光学玻璃的牌号不一样。

作为军用望远镜,不考虑其观赏性,只考虑其使用性。所以,62式的成像,一律都是保证视场中心点的分辨率,在视场边缘3分之1处,成像质量就下降很快!但是,人眼主要是观看视野的中心点,所以,对于军用望远镜来说也没有事。成像偏黄不是故意设计成这样像黄,不是为了在雾气、雪地观测舒服,就是因为不同的厂,在计划经济时代,采用的光学玻璃是固定工厂生产的,而军人对于成像黄不黄,也无所谓,能看就行。

62式望远镜的密封其实很简单,就是在镜腔的接缝下面,用橡胶圈密封,接缝外面覆盖一层密封油泥,所以,军62的镜身密封水平,现在的望远镜工厂要做出来,其实易如反掌!我们喜欢军62,其实是一种情结。不过,62式在部队,直到今天都还大量使用,就是因为,望远镜在部队里,如果不打仗,使用率不高,所以,库存不少。
今天是雨雾天气,通过采用成像基本不偏黄的88式、成像有点偏黄但是不很厉害的3881厂62式、成像偏黄的园江62式、3304厂的63式,四只军望远镜对比观测,感觉,有一种说法,即:军望远镜成像偏黄,是为了提高在雨雾、雪地条件下的观测效果,也许有失偏颇。

1、首先,在雨雾条件下,穿透力强的是黄色光源,而不是通过黄色滤光片观看雨雾中的景物。用成像有点偏黄但是不很厉害的3881厂62式、成像偏黄的园江62式,对比观测,园江62式观看雨雾中的景物,成像的层次感要略微分明点,成像有点偏黄但是不很厉害的3881厂62式,观看雨雾中的景物,成像的层次感要略微弱一点,但是,园江62式可以看到的景物,3881厂62式也可以看到,偏黄的成像,并没有带来更多的细节呈现。而且,偏黄强的望远镜的成像,在低照明度情况下,观测效果比偏黄弱的望远镜的成像暗。把88式军望远镜的黄色滤光片套在目镜上观测雨雾中的景物,感觉成像很黄!视野里黄得很浓很厉害,景物细节的呈现减少。事实上,军望远镜会配两种滤色目镜片,一种黄色镜片,是在雪地里,有太阳照射,反光非常强烈,肉眼长时间观测可至雪盲的情况下,套上进行观测的。另外一种是偏振光镜片,是在面对大海、大江、湖泊观测,有太阳、满月的光芒照射,波光粼粼,为改善观测效果,套上观测的。黄光只有处于光源条件下才具备穿雾能力,比如;街头的红绿灯、汽车的雾灯、黄色的手电光、公路、铁路养护工人穿的黄马甲等。滤光镜不满足这个条件,红色、绿色的滤镜,也可以提高肉眼观测雨雾中景物的层次感。望远镜所配之黄色滤镜能增加雾气条件下的穿透能力说法,是一种想当然的谬传。

2、绿光、黄光在雾气中都有足够的穿透力。半径远小于入射光波长的微粒对入射光的散射行为,称为瑞利散射;瑞利散射条件下,如果入射光波长越长,散射越小,波长越短,散射越大,在日常生活中,我们最常见到的瑞利散射现象就是大气散射,由于自然光是多个单一色光的叠加,在入射的所有色光中蓝色的波长最短,所以散射最为强烈,因此,我们看到的天空呈现蓝色;依据瑞利散射原理,波长越长则散射越小,那么同理应该采用波长更长的红色作为穿雾光源,那么为什么实际生活中采用的是黄光而不是红光呢,这是因为,雾气条件下,瑞利散射的条件被破坏,这时候,不仅存在瑞利散射,还存在着另一种散射——米氏散射,米氏散射是直径与入射光波长相当的微粒对入射光的散射行为,且光线向前的方向比向后的方向更强,方向性比较明显;通过实验已知道,在云雾条件下云雾的粒子大小与红光以及近红外光(600nm~761.5nm)的波长接近,所以,云雾条件下,红光散射反而跟蓝光一样的强烈。这样以来,红色光作为穿雾光源的可能性就被否决了。而且,红色光源已经被社会约定俗成地定义为最高级的“警告色”,所以,也不能使用红光作为破雾灯光的颜色。
     绿光(在555nm波长处)具有最大的光功当量,即Km=683 lm/W。人眼对于这个波长的光线感知能力最强。但是为什么绿光却没有被选择呢,主要是绿色光源,也是被社会约定俗成地定义为 “安全色”,而且,人类的心理,对于黄色光源有安全感、温暖感,而对于绿色光源的长时间照射,感觉不舒服。所以,破雾灯光采用黄色。
88式12*42军望远镜。
这个军望远镜,设计的初衷,是部队提出,63式15*50,存在重量过大,倍数过高,手持无依托观测的时候,成像晃动大,调焦景深不够长的缺点,所以,提出开发一款可以在任何条件下,都可以稳定手持观测的,倍数高一些的手持双筒军用望远镜,总参谋部于是向全国具备资质的国营光学厂招标,在提供的样机中进行筛选,综合各方面试用,特别是解放军秦皇岛部队在野外试用的结果,3304工厂的12*42中标,命名为88式。
88式是一款高密封、高光学系统固定、全天候使用的军用望远镜。这款望远镜的优点和缺点都很突出,不是完全成功,所以,在部队装备不广泛。
优点:
1、高密封。62式、63式,其实都不是高密封望远镜,不能经受住长时间的浸水,所配干燥仓作用也有限,所以,88式望远镜采用高密封,特别是采用美式棱镜室设计,使得望远镜的防水性能大大加强,而且,88式的光学系统固定很结实,更稳定,这样,88式就成为一款全天候使用的军望远镜。
2、重量轻,手持稳定性好,倍率合适,可以确保在任何条件下,都可以手持稳定观测。
3、调焦景深长,88式在调焦到无限远可以清晰成像后,从无限远到离观测者90米的距离,成像都是清晰的,这样,观测远景的时候,装定了无限远观测的视度,就不用再调焦了,而且,目镜阻尼大,调节到视场最清晰后,可以长时间保持稳定的。
4、视场中心的分辨率好。视野开阔。在黄昏、清晨等低照度环境中的观测效果,要略好一点。采用多功能分划板。
但是,88式的缺点也是很突出的:
1、总体成像不好!视场中的良像范围,只有中心点附近的一半,也就是说,88式可用的视场,只有表观视场的50%!周边50%的视场,成像质量很差,模模糊糊的。
2、视场里的杂光干扰厉害。
3、出瞳眼点浅,不是长出瞳望远镜,佩戴防毒面具等,难以使用。
4、眼罩是金属的,很硬,而且金属眼罩很薄,夏天使用眼睛不舒服,冬天使用不仅眼睛不舒服,而且皮肤感觉很冷,眼罩的人机功效很差。
5、牛角眼罩基本没有用处,等于鸡肋,而且,容易遗失。
6、12倍跟8倍比,放大效果没有很大差别,但是,手持时间长一点,观测视野的晃动还是明显。
在实际使用88式观测的过程中,可以很深地体会军望远镜的设计原则,军人不是望远镜发烧友,他们只要求观测远处目标清楚!所以,88式视场中央的分辨率很不错!加上88式成像的色彩还原好,所以,中心视场的观测效果还是不错的,但是,整个视场边缘,多达表观视场50%的成像,像质下降太厉害了!88式望远镜的总体光学效果,在62、63、65、95式中,是最差的,甚至比63式15*50还差。63式15*50的整体成像比88式明显要好!只是体积大、倍率高,手持观测很累。





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 楼主| 太极张三丰 发表于 2012-2-20 01:29 | 显示全部楼层 来自: 中国–云南–昆明 电信
63式15*50
      军队装备的军用望远镜一般以中等倍率(6-8)倍为主,但是离前线较远的高级指挥员,或者是前线观测哨,就需要倍率更高的望远镜来掌握敌我态势。 建国之初,我军装备的望远镜型号繁杂,高倍望远镜的装备数量也很少,为了适应需要,开始仿制在当时还算比较先进的PENTEKAR望远镜(也是蔡司耶拿战后设计的第一型望远镜),经过不断努力,1963年型15x50望远镜终于研制成功并通过定型,成为我军装备的第一型15倍军用望远镜。 由于是测绘仿制,因而从外观上看,63式和蔡十五几乎是一样的,不过如果仔细比较的话就会发现63式的镜身要比蔡十五高了约2~3mm,据说这是由于当时国内生产的光学玻璃指标和蔡司的有一些差距,所以63式的物镜焦距和蔡十五也有些不同。 在光学方面,两者的成像质量大体相似,不过63式的偏黄程度较蔡十五要明显一些。此外,63式的测距分划线要比蔡十五粗了一些,对观察有一定影响。以现在的标准来看,两者的成像都不能算很锐利,而且成像也缺少类似95式的那种通透感,估计这是由于镀膜工艺不够先进、光学玻璃透光率不高所致。在生产用料方面,两者都是用料实足,63式的目镜都是铜做的。63式主要有3304工厂生产的63式和5318工厂生产的63式两种,3304工厂的63,成像偏黄轻一点,其他光学指标,都是一样的。
    63式与88式的对比:
    首先,88式优于63式的地方如下,
    1、88式成像的偏色更浅,色彩还原更正。
    2、88式的密封性好于63式,光学系统稳定性、防震性能也强于63式。
    3、88式的12倍,可以随时随地保证稳定地手持观测,63式的15倍就有点勉强。而且,88式要比63轻巧300多克。
    其次,63式优于88式的地方如下,
    1、63式的视野同88式一样,很开阔,但是,88式的视场中,良相比例居然只有50%左右,而63式可以达到70%左右的良像比例,而88式和63式,两者的成像分辨率是一样的。这样,也就可以看出,88式并不是63式的成功取代者。
    总之,63式望远镜,是一款不算失败的军用望远镜,它具有结实的机身,足够的分辨率,开阔的视野,在我军望远镜的发展历史上,有不可取代的地位。
军用望远镜的玩点
   第一是收藏价值。特别的一些稀有的军用望远镜有收藏价值,一些带有军JIAN证的品相很好的军用望远镜,也受到追捧。很多男人儿时都有从军的梦想。一只真正的军用望远镜是很多有军事情节的朋友所渴求的。
   第二是使用价值。
   首先,玩军用望远镜,主要玩观测的分辨率,不管是62、63、88、95、65式,在其视场中央,成像分辨率都很高的,军用望远镜在设计和生产的时候,都对分辨率有很高的要求。望远镜的分辨率,是指将远方多大的一个张角分辨开的能力,比如,军用的65式哨所镜,对分辨率的要求很严格,在298厂后山有一个观测点,军用65镜生产出来,都要随机抽样几台到观测点观测,要求25倍的时候,分辨率能够到达可以横隔着滇池,一目了然分辨出对岸的汽车,是什么型号的,比如东风、还是解放?军用65哨所镜,在昆明西山上,使用40倍,可以读出直线距好多公里外,昆明火车站(老车站)的时钟,时针、分针指向几点。军用望远镜是为军事斗争设计、生产,所以,望远镜的分辨率是不马虎的。
   其实,玩军用望远镜,主要是玩结实、耐用,全天候使用功能。军用望远镜比普通望远镜更耐用,皮实得多。
   至于总体光学效果,称得上杰作的,国产军用望远镜只是65式的25*100,61式的10*80。
   62式的分辨率高,体积小巧,所以玩家也多,但是,总体光学效果不算杰作水平。
   95式的特点是中规中矩的总体光学效果、高分辨率。
   63式的总体光学效果只能算不失败。
   88式的总体光学效果是不成功的。
我军手持式军用望远镜一般都设计成大景深望远镜。
    能同时被眼看清楚的空间深度称为眼的成像空间深度,即是景深。景深的大小首先与镜头焦距有关,焦距长的镜头,景深小,焦距短的镜头景深大。其次,景深与光圈有关,光圈越小(数值越大,例如f16的光圈比f11的光圈小),景深就越大;光圈越大(数值越小,例如f2.8的光圈大于f5.6)景深就越小。其次,前景深小于后景深,也就是说,精确对焦之后,对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像,而对焦点后面很长一段距离内的景物,都是清晰的。
    手持式军用望远镜,要求在作战的忙乱条件和气氛下,可以不经频繁调焦,随时举镜清晰观测远方的目标,比如敌人、武器装备、掠过的飞机等,军用望远镜观测的目标基本都是中远距离,所以,一般都设计成大景深望远镜。对于8倍的62式来说,重点是观测轻武器和轻火炮射击距离的目标,就是50米到2000米之间距离的目标,对于88式和63式来说,重点是观测1-5公里之内的目标。所以,62式大约在20米外清晰合焦后,一直到无限远都可以清晰观测。88式大约在70米外清晰合焦后,一直到无限远都是清晰的。95式也是大景深望远镜。只有63式的调焦景深浅一点。而且,88式和95式的目镜调焦阻尼都设计得比较紧,可以一次定位到无限远合焦以后,在使用中目镜就不怎么移位。
    大景深设计,也就是视得乐steiner的镜子提到的自动调焦功能,AUTO focus。
    其实,只有美能达生产过真正意义上的自动对焦望远镜,原理和AF 单反一样,用锂电池供电。Steiner的所谓“自动对焦”就是采用大景深设计,观测中、远距离的目标,不需要频繁调焦



  
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hmm 发表于 2012-2-20 08:19 | 显示全部楼层 来自: 中国–陕西–西安 电信/西安电子科技大学
呵呵,这么详细啊,学习了!!!
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三叶虫 发表于 2012-2-20 09:48 | 显示全部楼层 来自: 中国–重庆–重庆 联通
来学习的
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wewyhy 发表于 2012-2-20 10:42 | 显示全部楼层 来自: 中国–江苏–常州 电信
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east-tech 发表于 2012-2-20 11:20 | 显示全部楼层 来自: 中国–云南–昆明 电信
学习过了
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chengening 发表于 2012-2-20 12:19 | 显示全部楼层 来自: 中国–陕西–西安 教育网/西北工业大学教育网
学习了。楼主莫非是部队出来的,知道得这么详细
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Celestron 发表于 2012-2-20 16:46 | 显示全部楼层 来自: 中国–陕西–咸阳 电信/腾讯公司电信数据中心
道兄的帖子不顶不行哈!
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黑翼 发表于 2012-2-20 17:46 | 显示全部楼层 来自: 中国–吉林–延边朝鲜族自治州–延吉市 联通
顶道兄的帖子
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境由心生 发表于 2012-2-20 20:38 | 显示全部楼层 来自: 中国–山东–威海 联通
这帖子要是在北旅回帖会更多,不错的解释。
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okokjiajia 发表于 2012-2-21 04:43 | 显示全部楼层 来自: 法国
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pacer 发表于 2012-2-28 09:45 | 显示全部楼层 来自: 中国–陕西–西安 电信/西安工业大学
在下是学习光学设计的,但是也不得不折服与楼主知识的广度和深度
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急速流星 发表于 2012-2-29 15:49 | 显示全部楼层 来自: 中国–广东–广州 电信
长见识了
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福建陈教授 发表于 2022-11-24 02:55 | 显示全部楼层 来自: 中国–福建–三明 电信
真情实感。。。。。。。。。
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