博導(dǎo)有話說第十一期 《全息瞄具簡介》
作者:Jackdaw
簡介
全息瞄具最早在20世紀50年代,密歇根環(huán)境研究所(ERIM)在合成孔徑雷達(SAR)的基礎(chǔ)上,發(fā)明了全息攝影技術(shù),應(yīng)用到了戰(zhàn)斗機和直升機瞄具上。
1995年,ERIM建立了電子-光學(xué)技術(shù)有限公司,簡稱EOTech。 1996年1月,EOTech公司成功將全息瞄具小型化,發(fā)布了第一代全息瞄具,并投放入了市場。2000年,EOTech推出了自家第二代產(chǎn)品,即HWS(Holographic Weapon Sight,全息衍射武器瞄具) 551,后來更新為HWS 553,被美軍正式采用,定型為SU-231/PEQ。
EOTech是全息瞄具屆的老大哥,除了551、552這種早期型號外,還有XPS系列,M40GL等型號。其他國家也或多或少的有自己的研制或仿制產(chǎn)品,比如瑞士Vortex的UH-1、美國Bushnell全息(其實是L3公司的代工產(chǎn)品,現(xiàn)已停產(chǎn)。2005年,L3收購了EOTech),西安西光創(chuàng)威的OS3等。
優(yōu)缺點

紅點瞄具瞄準時人眼必須對準由M反射的-d,束光。此光束的面積只有小針孔大,瞄準速度慢。直射人眼,使用者感受不佳。M必須是一個半透半反的鍍膜平鏡,因此對目標的可見度降低了50%。
全息瞄準器克服了紅點瞄準器的缺點,具有激光瞄準精確度高,速度快的優(yōu)點。全息瞄具的瞄準點是虛像,而非紅點那樣的實像,并沒有一道激光照在目標上,隱蔽性更好;也因此不用考慮激光在空氣中的功率損耗,電池壽命更長。
由于使用了有密位分劃的卜字叉絲,當目標距離較遠的時候有經(jīng)驗的射手可以根據(jù)密位點快速估算目標距離。全息光學(xué)元件高達85%的透過率和較大的面積使得射手具備明亮的視場和較大的視角。而清晰細致的十字叉絲和距離叉絲及足夠遠的瞄準點有利于射手在大面積的視場搜索的同時實施快速瞄準。由于所使用的全息光學(xué)元件是一種可視角度較小的全息圖,雙眼不會同時都能看到瞄準點,因此瞄準時同時睜開雙眼不會相互干擾,瞄準時可以同睜開雙眼,另外一只眼睛可以觀察瞄準器視場外的情況,能夠更快地察覺威脅,這一點在情況復(fù)雜的戰(zhàn)場上具有較大的優(yōu)點。另外由于全息瞄準器本身具備照明光源,不依賴環(huán)境光線來照明,不受外界強光及吸收物質(zhì)的干擾,在強光和陰暗處都可以使用。
相對的,更好的質(zhì)量意味著更高的價格。EOTech XPS3的價格為699美元,而一把頂尖的AR卡賓槍的價格為1500美元。有些護目鏡內(nèi)含有消除偏振的功能,其偏振方向和全息衍射的偏振方向不一致,會出現(xiàn)難以看清分劃的情況。

原理
全息瞄具的實現(xiàn)靠的是全息術(shù)(Holography),全息術(shù)的核心是光的衍射。根據(jù)物質(zhì)的波粒二象性,如果能拍攝下物體反射光的振幅和相位,我們就能拍下物體的“三維照片”,就有機會通過其他手段用這個記錄了物體所有信息的“照片”將物體還原,即使它實際不存在,但是我們還是能看到。(“全息”來自希臘字“Holos”,意即完全的信息——不僅包括光的振幅信息,還包括位相信息。)
由激光其發(fā)出的一束激光由分光器分出兩束相干的激光,一束經(jīng)過準直透鏡作為參考光線直接透射到全息片上,另一束作為物光透過廠家實現(xiàn)做好的分劃板已一定角度射到全息片上,這個時候,參考光和物光發(fā)生干涉現(xiàn)象,產(chǎn)生的干涉條紋由全息板記錄下來,這個干涉條紋的紋路就記錄下了分劃板的全息信息(相位,振幅),這樣我們就拍攝了一張分劃板的全息照片。

激光器發(fā)出和參考光相同的再現(xiàn)激光通過平面反射鏡和準直反射鏡提高準直平行度,再經(jīng)過反射衍射光柵的偏角補償射到全息照片像,在全息相片另一個面形成衍射波場,衍射波信息被人眼觀察到,就形成了一個分劃,同樣的,這個分劃是一個虛像,由于是平行光,這個虛像也可以等效的無窮遠處。更換分劃照片,就能改變分劃。

由于全息瞄具內(nèi)使用的半導(dǎo)體激光器發(fā)出的波長會受溫度影響,使得光線通過全息片后發(fā)生偏移(綠光),它的逆路光線和原紅色光線不一樣,會產(chǎn)生分劃的偏移。因此我們需要發(fā)明一個便攜空調(diào)穩(wěn)定溫度先讓光線經(jīng)過一個衍射光柵改變一下入射角度,從而修正光線,使得偏移在射擊誤差允許的范圍內(nèi)。

以上全息原理以EOTech瞄具為基礎(chǔ),其他瞄具在實現(xiàn)原理上一致,細節(jié)方便有所不同,比如西安華科的全息瞄具,目鏡是透射式全息光柵,物鏡是反射式全息干版透鏡(也可交換),消除了外界雜光的不利影響。
參考資料
槍炮世界——全息衍射瞄準鏡原理:http://pewpewpew.work/sight/holo.htm
《全息瞄準鏡中全息光學(xué)元件的研究》蔡虎、薛亮 TH745.4
《全息瞄準器的設(shè)計及制作研究》林凌
《全息瞄具光路及激光反射式全息瞄具》西安華科光電有限公司