瞄准镜

历史

用光学仪器协助射手瞄准枪械的试验其实最早在17世纪早期就开始了，并且之后两个世纪内出现过许多设计，但因为当时的技术水平这些瞄具的性能十分有限，基本上从来就没有用于过实践。随着文艺复兴时期玻璃镜片制造技术的不断进步，利用光学折射原理进行放大观测的复杂光学仪器开始出现，比如16世纪末发明的光学显微镜。1608年，最早的折射望远镜由三个荷兰眼镜技师发明，并在之后三年内先后被伽利略和开普勒两人进行了设计上的改进。而18世纪上叶消色差透镜的发明，使得便携尺寸的望远镜开始出现。因为望远镜能让人观测到肉眼很难看清的远处目标，因此被广泛用于天文、航海和战场侦查观测上。随着线膛枪的发明，火器的精度和有效射程不断上升，因而用望远镜辅助枪械进行远程观瞄的需求也越来越高。
真正意义上的枪械瞄准镜是于1835至1840年间发明的。根据1844年出版的《The Improved American Rifle》一书记载，旅美英国工程师约翰·R·查普曼（John Radcliffe Chapman，1815～1899）和当时著名的美国枪匠摩根·詹姆斯（Morgan James，1815～1878）两人合作设计发明了被称为“查普曼-詹姆斯瞄具”（Chapman-James sight）的望远镜式瞄具。1855年，纽约工程师威廉·马尔科姆（William Malcolm，1823～1890）将瞄准镜的设计改进并商业化，使用了望远镜所用消色差透镜，增加了风偏修正和仰角修正。这些瞄具的放大倍数在3至20之间（也许更高）。马尔科姆公司设计的6倍放大瞄准镜（当时称为Hi-Lux型）和其它相似规格的瞄准镜——比如同时期佛蒙特州珠宝商L. M. Amidon生产的瞄准镜，以及同时期的大卫森（Davidson）和帕克黑尔（Parker Hale）瞄准镜——早在南北战争中就成为精确射手步枪上的常见配具。
1880年，奥地利施特龙斯多夫的皇家林业委员August Fiedler发明了早期的小型化望远瞄准镜。之后长适眼距的瞄准镜开始出现，比如二战时期德国Kar98k步枪上的Zf-41瞄准镜。最早用于实战的便携式低光/夜视瞄准镜是二战时期德意志国防军配备StG44突击步枪使用的Zielgerät 1229“吸血鬼”瞄准镜，从1944年一直服役至二战结束。

规格

望远镜式瞄具的规格通常用光学放大倍数和物镜直径两组参数来形容，比如“10×50”就代表了10倍放大、50毫米（2.0英寸）的物镜直径。一般来说，大的物镜由于能收集更多的光线，能提供长的适眼距，因此目镜的图像更为清晰。固定放大倍数的瞄准镜需要根据具体需求决定放大倍数和物镜直径。
有些瞄准镜则具有可变倍率的功能，可以应对不同距离、目标和光线条件下的观瞄需求。比如低倍数放大具有更广的视野。可变倍率瞄准镜的型号表示为：最低倍数-最高倍数×物镜直径，比如“3-9×40”代表着可在3～9倍之间变换的40毫米物镜直径的瞄准镜。
让人容易糊涂的是，历史上德国（以及其他欧洲国家）的老式瞄准镜曾使用另一套描述系统来形容规格。第二段数字不表示物镜直径，而表示“采光度”。比如一款“4×81”的瞄准镜的图像要比“2.5×70”明亮。但是物镜直径对图像亮度没有绝对的直接联系，因为亮度也可以受放大倍数影响。早期的瞄准镜物镜也通常比现代瞄准镜要小，“4×81”的物镜直径大约是36毫米，“2.5×70”则是大约21毫米。采光度等于出瞳直径的平方，出瞳直径等于物镜直径除以放大倍数，比如4倍放大的36毫米物镜的采光度就是(36/4)²=81，也就是“4×81”。

主镜筒

不同的瞄准镜有着不同的主筒尺寸、材料、制造工艺和表面加工。镜筒的外直径通常在19毫米（.75英寸）至40毫米（1.57英寸）之间，但现今市面上最常见的是25.4毫米（1英寸）和30毫米（1.2英寸）两种，而一些用于远程精确射击的高端型号则是34毫米（1.3英寸）。镜筒的内直径影响了光线可以通过的面积、镜片等部件可安装的体积，以及仰角和风偏调节的极限。用来做长距离或低光环境下观瞄的瞄准镜通常拥有更粗的镜筒。同时更大的镜筒直径还可以在不牺牲内部空间的情况下增加筒壁厚度，增加整个镜体的耐用性。

标线

标线（reticle，在英国也称graticule）是瞄准镜上最重要的部分之一，因为它直接为使用者提供了可靠一致的目测参照物。瞄准镜的标线种类很多，从最简单的十字线到可以用来准确估算目标距离、补算子弹下坠和风偏的复杂标尺。利用标线，射手可以校正瞄准角度，也可以估算目标物体的距离和大小。
从制造工艺上来说，瞄准镜的标线主要有丝线式（wire reticle）和蚀刻式（etched reticle）两种。丝线式标线是最老的款式，由金属丝或布丝制成，通常安装在镜筒内合适的位置；蚀刻式标线则是将标线图案直接刻画到镜内的光学部件之中，与瞄准镜的光学系统成为一体。如果加以背景照明，丝线式标线通常会反射一部分照明光，因此不会保持完全黑暗的高对比度；蚀刻式标线则会在背景照明下保持完全黑暗，因此蚀刻式标线更佳。蚀刻式标线还可以提供更加灵活的图案设计，一些制造商甚至提供客户自己设计的特制图案。在高端型号和价码的瞄准镜中，通常是蚀刻式标线一统天下，但是丝线式标线仍然在低端价格的瞄准镜中占有一席之地。

十字线

最简单也是最原始的标线是十字线（crosshair），使用两条分别代表水平轴和垂直轴的交叉线来提供瞄准参照。最初是由天然的毛发（其英文名称的来源）、丝线甚至蜘蛛丝制造，现今通常使用可以塑形调整宽度的金属丝或复合材料来制造，或者使用蚀刻在镜片内的墨线。绝大多数现代瞄准镜标线其实都是从十字线基础上衍生出来的设计。
十字线简单廉价、耐用可靠，适合用来瞄准高对比度的简单目标，但是在较细的十字线在复杂背景前会发生看不清的问题。较粗的十字线通常不会失落在复杂背景中，但是会更加遮挡目标图像，并且没有细十字线的精度高。因为这个原因，现代十字线设计通常会使用两种方案来应对：一种是目标点（target dot）或圈标线（circle reticle），也就是在较细的十字线的中心设置一个相对较粗的准心，或在准心周围设置一个同心圆圈，这样即使看不清十字线也有瞄准参照；另一种是重叠十字线（duplex crosshair），也就是使用较粗的十字线但在接近中央的区域改为较细（如同粗细两条线叠加起来一样）来追求精确，而且即使看不清准心也可以用周围的粗线迅速目测到正中位置。
一些重叠十字线还可以用来估算距离，比如“30/30标线”就是在（4倍放大的情况下）细十字线的宽度和高度都是30角分，这样使用者就能以此为参考估算目标周围的距离。相似的例子还有Leupold制造的16角分重叠十字线，在180米距离时视野中心相对的两条粗线端点的距离为大约83.8厘米；若已知物体大小约为40厘米，在瞄具中的图像占据了端点至端点的空间，那么物体大约在90米的距离外，这样射手就可以补充子弹下坠（通过距离估算）以及补充风偏影响（通过风速仪或旗帜等物品估算）。当然需要注意的是在山坡上射击时有时需要刻意举高或举低，修正时需要知道山坡的斜率。而且单纯依靠没有刻度的十字线去估算弹道，误差会很大，特别是在远距离瞄准时。

密位式标线

许多现代瞄准镜标线在设计上都可以利用基线测距（stadiametric rangefinding）原理来估算目标距离，或通过已知距离来估算物体的大小，其中最有名也是最受欢迎的设计就是密位式标线（mil reticle）。而最常见的是密位点标线（mil-dot reticle），也就是在十字线的基础上于距离准心每个毫弧度（密位）的间隔位置上布有一个小点让使用者可以在已知目标尺寸的基础上利用密位值反向估算出大概精确的距离，并且用来补算子弹的下坠和风偏度。在北约国家的军方和警方中已经广泛使用密位点及其类似的密位刻度标线（mil-hash reticle），并且统一使用手动调整值为0.1密位的瞄准镜，同时狙击小组中观测手与射击手之间的计算通话也以密位为单位标准。
利用密位点估算距离的数学公式是“目标距离＝目标长度或宽度÷目视密位值×1000”，一个尺寸为1米的物体在1000米距离上恰好是占有1密位。举个例子，如果使用者在瞄准镜中看到一个高度为1.8米的物体占了3密位的高度，那么目标距离就是1.8米÷3×1000＝600米。
与密位式标线相似的是角分式标线（MOA reticle），也就是在距离准心每个角分的间隔位置上布有一个小点或刻度，在几何学原理上和密位式完全相同的，唯一的差别是刻度间距的标准不同。角分式标线在北美的民用市场比较常见，原因是一角分在100码距离上大致等于1英寸（其实是1.047英寸），相比起通常用于计算公制单位的密位式标线，仍然使用旧式英制单位的美国民间对角分主观上更加习惯认同一些。

聚焦平面

因为瞄准镜是以折射望远镜的原理为基础设计的，因此镜内有两个聚焦平面（focal plane）可以用来放置标线：物镜与正像镜之间的第一焦平面（first focal plane，简称FFP，也称前焦面或物方焦面），以及正像镜与目镜之间的第二焦平面（second focal plane，简称SFP，也称后焦面或像方焦面）。在固定放大倍数的瞄准镜上，标线放在哪个焦平面上都无所谓；但是如果是可变倍数设计的瞄准镜，位于第一焦平面的标线会随着目标图像一起同步放大或缩小，而位于第二焦平面的标线则会忽视目标保持自己的尺寸不变。
在使用测距型标线（比如密位点）的时候。因为标线和目标间的尺寸比例依赖于放大倍数，第二焦平面设计的标线只在一个指定倍数（通常是最大倍数）上才会发挥可靠的瞄准校正作用，一旦倍数改变就会导致标线上的刻度变得不准。因此计算公式必须考虑到倍数差，成为“目标距离＝目标长度或宽度÷目视密位值×1000×(当前倍数÷指定倍数)”，有些厂家制造的瞄准镜为了方便这种计算会特意将指定倍数设计在10倍。第一焦平面设计的标线则没有这个换算问题，但是因为标线随着放大倍数同步变化，会出现标线变得太粗或太细导致使用者在观瞄的时候无法同时看清目标或标线，特别是在低光环境下。此外，第一焦平面设计的制作成本通常要高于同等质量水平的第二焦平面设计，因此目前市面上绝大多数中低价码的主流瞄准镜除非特殊标明，基本上都是第二焦平面设计的产品。
虽然通常价码较贵，但是因为使用起来更加方便可靠，越来越多追求精度的射手仍然倾向于第一焦平面的瞄准镜设计。同时为了解决第一焦平面标线在极端倍数过粗过细干扰图像的问题，现在一些厂家已经试着推出新的双焦面（dual focal plane，简称DFP）设计的高端产品，只在第一焦平面放置刻度标码，准心和十字线被挪到了第二焦平面，使用时两个焦平面的图像重叠。这种新设计的成本要远远高于普通的第一焦平面和第二焦平面产品。

标线照明

在低光条件下使用时，标线往往会因为整体亮度太低而难以看清，因此就有了照明标线的需求。能够根据使用情况来调节照明的亮度是至关重要的，因为太亮的标线会导致射手的瞳孔收缩使其无法看清目标背景。
标线照明通常是由干电池供电的发光二极管提供的（但也有用其他类型的电子光源），通常由后向前照射在标线上，然后反射到使用者的眼里。因为红光对人眼在低光情况下的影响最少，因此通常使用的都是红光。放射性同位素，比如氚，也可以被用来作为照明标线的光源，通常可以坚持8～10年才会因为放射性衰变丧失亮度。使用氚光源的著名产品有Trijicon的ACOG、ELCAN的C79和Trilux的SUSAT等等。此外，一些产品则使用光导纤维来收集并强化环境光来达到照明效果。

弹坠补助

一些为指定型号枪械和弹药所设计的瞄准镜上有弹坠补助（bullet drop compensation，简称BDC）的设计，来补助测算平射情况下子弹在重力影响下飞行产生的弹道下坠。这种设计也就是制造厂家在设定一个标准枪口初速和空气密度条件下，将子弹在不同目标距离上自由飞行的下落距离预先测试好，并且在瞄准镜的标线上刻画出来，让使用者可以更加方便迅速的估算射击时所需的弹道仰角。
因为弹坠补助设计依赖于预先假设的外弹道条件，因此通常只对某些指定的枪管—弹药组合有效，如果枪械的型号状况和弹药的性能发生了变化，就不再准确了。因为军用制式枪械和弹药的型号搭配通常比较标准化，因此在专门为军用设计的瞄准镜（比如美制的ACOG和苏制的PSO-1）上经常会在标线和调整拨盘上画有预先校对的在特定距离上的弹坠补助刻度。在枪械型号和弹药搭配更加多样化的民用市场，弹坠补助较为少见，但是如果客户愿意提供枪弹信息一些制造厂家也会提供相应特制的设计选项。同时弹坠补助设计基本上不考虑偏离预设条件以外的环境因素，潜在误差在长距离上更为明显，因此通常只用于不太追求极致精度的中近距离射击。追求高精度远程射击的高端射手基本上不会考虑选择弹坠补助的标线设计。