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合象式测距仪 我有新说法
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合象式测距仪,英文全称为“coincience rangefiner”,定义是两端物镜所产生的像,在目镜视场的两半视场中恰好合成一个目标的完整像的单眼测距。它是现代军舰上光学测距仪,是指挥舰载火炮射击的重要装备。20世纪30年代,包括美国、法国、意大利等国大多放弃原先的合像式测距仪,转而采用精度更高的体视式测距仪,后被被雷达和激光测距仪取代[1-2] 。

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合象式测距仪诞生背景

追溯起光学测距器的发明,我们就不得不提到一个人,这就是法国科学家及天文学家AlexisMarieRochon(1741-1817),就是他在1771年揭示了光学测距器的基本原理。可以说光学测距器的诞生也是与当时制造业的蓬勃发展有着紧密的联系。同时它的产生也是为了适应摄影师对照相技术的更高追求。一个的光学测距器从外表上看就是一个目镜和两个相隔较远的取景窗。
光学测距器里的各种棱镜或是反射镜将通过两个取景窗里的影像重叠在一起,而人们通过最后的目镜所观察到的,就是两个重叠在一起的影像。使用者可以通过调整测距器里的棱镜或是反射镜将两个通过取景窗进来的影像重叠在一起,然后就可以从测距器上的刻度盘读出所对应景物的确切拍摄距离。其实光学测距器的基本原理就是三角形测量原理,换句话说,从两个取景窗到目标的距离并不是一样的,而这两段距离再加上两个取景窗之间的距离就组成了一个三角形,而测量的原理正是基于这个三角形之上。从一个的光学测距器上我们可以发现,目镜的光轴始终是与两个取景窗中的一个取景窗相同轴的。而在测距器内部,两个取景窗之间的影像传递光路是与目镜光轴相垂直的。由此我们就可以发现,确切一点说,光学测距器应用的是直角三角形测量法。物体处于不同的位置时,直角三角形的斜边与直角边的夹角是不同的,只有当我们调整好棱镜或是反射镜的位置时,我们才能重新建立直角三角形;而我们从棱镜或反射镜位置得出的角度改变量,可以计算出实际相对拍摄物体的距离。运用如此简单的几何定律,我们就解决了实际拍摄时遇到的测距问题。而要谈到光学测距器的测量精度的问题时,只要明白勾股定理的就都会知道,两个取景窗之间的距离直接决定着测量的精度,当两取景窗之间的距离越长的时候,测距器的精度也就会越高。
现代军舰上光学测距仪早已被雷达和激光测距仪取代,而在雷达出现之前,光学测距仪是指挥舰载火炮射击的重要装备,比如日本的大和级战列舰大和号曾经装备过基线长15米的光学测距仪,值得一提的是,这个东西是尼康公司的前身日本光学会社制造的[2]
在雷达发明以前,简单来说,火炮射击的过程大致是这样的:了望台首先发现目标,通过位于前主桅测距平台上的观测军士测量距离,然后将目标数据传送给火 控平台,负责火控的军士立刻解算主炮的射击诸元,迅速传达到各主炮炮塔,炮塔指挥官根据射击诸元调整火炮射击方向角度、仰俯角度,并根据目标距离调整火炮 装药。各炮塔准备完毕,通知火控平台,官下达射击命令(也就是按一下电钮),各主炮同时射击(相对同时,时间必须错开,但是间隔很小),力求形成一个 尽量密集的散布面,以提高命中概率。在没有出现火炮自动控制系统以前,世界各国的基本都是这样进行射击的。当然,由于人员素质、训练程度的不同,实际 和火炮射击速度都有很大差异[2]

合象式测距仪合像式测量原理

1.测距仪正对目标,测距基线垂直于目标瞄准线。
2.测距仪左、右端透镜组均为固定安装,透镜组主光轴垂直于测距基线。
3.测距仪左侧的透镜组通过一组类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的目镜中成像,目镜中通过特殊光学系统使该像的下半部分能被测距人员观察到。
4.测距仪另一侧的透镜组也通过一组类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的目镜中成像,所不同的是在光路中插入一组旋转偏光透镜,该组透镜的作用是可以将通过它的光线偏转很小的但是非常精确的角度。目镜中通过特殊光学系统使该像的上半部分能被测距人员观察到。
5.由于测距基线的存在,右侧的像相对左侧的像有向左的偏角,该角度即为测距基线对目标的视线张角,以测距基线的长度除以该角度的弧度值,即可得到目标距离。合像过程就是测量该角度的过程:测距人员操纵测距旋轮使旋转偏光透镜转过一定角度,从而使目镜中来自右侧的像(上半部分)相对向右移动,直到与来自左侧的像(下半部分)拼合为一个完整的、没有错位的像,此时旋转偏光透镜转过的角度即为测距基线对目标的视线张角,在与测距旋轮连动的刻度盘上可以直接读出已经换算出的距离数值[2]

合象式测距仪体视式测距仪

德国流派的测距仪称为“体视式”,原理大致是这样的:测距仪左侧的透镜组通过类似横置的潜望镜的反射镜系统使目标在测距仪中间的左目镜中成像,同样的,测距仪右侧的透镜组也在测距仪中间的右目镜中成像,测距人员用双眼分别通过左、右目镜同时观察。测距人员的双眼此时看到的图像是测距仪两端对同一目标所成的像,同样存在视线夹角,测距人员可以感觉到该像的距离。测距人员操纵测距旋轮使目镜中的菱形光标前后移动,直到测距人员感觉到菱形光标与目标的像重合(“压住目标”),此时在与测距旋轮连动的刻度盘上可以直接读出已经换算出的距离数值。“体视式”远距离的精度相对较好,对于高速运动目标的捕捉能力比较强,是一种“比较”精确的测距仪器。
体视式测距仪
1906年,德国蔡斯公司推出了使用的体视式光学测距仪,德国与1912年开始使用该系统。对于这种比较依赖操作人员视力的测距方式,英国认为很少有使用人员具有足够敏锐的肉眼立体视觉辨识力,而且战时巨大的精神压力和连续观测后肉眼的疲劳等问题,都让这类测距仪不宜推广使用。
20世纪30年代,包括美国、法国、意大利等国大多放弃原先的合像式测距仪,转而采用精度更高的体视式测距仪。原本对体视式测距仪吃保留态度的英国,在二战爆发后,通过与美国的交流转度,于1943年开始承认体视式测距仪的优点,并认为其在恶劣观测条件下具备更佳的性能。20世纪40年代,规定战舰上必须配备50%的体视式测距仪[2]

合象式测距仪总体评价

无论合像式、体视式测距仪,它们所测量的都是所在位置与目标之间的几何距离,也称之为真实距离。由于测距仪在使用时无法避免的误差,这一测量结果不可能精确,即便如此,通过测距仪上经过换算后的刻度盘仍可方便读出距离数据,当然这个数据也并不正确。这就造成了舰炮射击时的射程误差[2]
参考资料


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