清末民国中国光学发展史

清末民国中国光学发展史

中国对光学器材的研究，由来已久，早在明清时期，中国即有薄珏、孙云球、郑复先、邹伯奇等人对光学有深入的研究，井撰有著作，但未发现有制造光学玻璃和光学仪器的记载。至民国初期，国内所需的光学器材，全从国外进口。据1930年至1932年的统计资料记载：仅向德国蔡司厂购买光学器材的费用就达国币250余万元，当时国内有许多进口仪器，因霉雾等原因不能使用，在国内无修理手段而不得不送到国外去修理。这种费时费钱的办法，对国家非常不利。1933年兵工署署长俞大维，令当时正在蔡司厂实习的周自新与蔡司厂商谈在中国建设光学修理厂的设想。周与蔡司厂洽商后，提出了一个能修理剪形镜(炮队镜)、方向盘、望远镜、周视镜、机枪瞄准镜、倒影测远镜、测高仪等9种产品的光学器材的方案。同年10月蔡司厂军器部经理牛勿尔(neM摄er)向周自新提交了建厂所需设备、工具、检测仪器计划。
    由于蔡司厂供应零部件之价格比整机的价格高，1935年10月兵工署对原定建厂计划进行了调整，提出了建厂分四步进行：修理、购买零件进行装配、仿制、自行制造。同时与蔡司厂签订了光学器材修理厂的技术合作合同。
    1936年9月7日在南京成立了*光学器材工厂筹备处，周自新任处长。
    筹备处成立后，立即组织人员，搜集各种*光学仪器样品、图纸、资料等进行研究。1937年2月至4月先后派金广路、薛培贞赴欧考察光学加工技术，8月周自新亲赴欧洲购置炮兵观测器材。他们购得奥地利美特克式迫击饱和机枪瞄准镜、法国布朗德迫击炮瞄准镜、瑞士威尔特80公分、125公分测远镜等产品的制造权，还订购瑞士威尔待厂各种金属切削机床69台、磨玻璃机61轴、其他机械19台、6×30双筒望远镑材料3000套、80公分测远镜材料600套及五角测远镜材料半成品100套，并聘请了两名瑞士技师来中国培养技工，为后来*光学器材厂的正式建立奠定了基础。
    1937年8月在周自新赴欧期间，日军侵华战火延及泥沪，筹备处奉令迁重庆，拟以重庆詹家溪为厂址。因当时中国东部沿海主要港口均被日军封锁，从西欧进口的物资设备需经越南海防经滇越铁路运到昆明，加之重庆多雾潮湿，昆明气候温和适宜光学仪器制造，决定将光学广筹备处由重庆迁昆明。
    l939年1月1日，在昆明正式成立了中国*个*光学器材厂——兵工署第二十二工厂(1942年1月1日与第五十一工厂合并后，改称第五十三工厂)。按金广路、龚祖同在德国蔡司厂设计的产品图，于当年4月试制成功*具6×30*望远镜。1940年，仿制成功奥式和法式迫击炮瞄准镜，并用从瑞士进口的散装件，组装成80公分倒影测远镜。1942年试制成功指南针。1943年，试制成功金属架象限仪。l945年，试成美式60毫米迫击炮瞄准镜。1946年试制成功60毫米、81毫米、82毫米、150毫米迫击炮通用瞄准镜。1946年，顾柏岩从美国考察回国，在第五十三工厂贵阳分厂，组织人员试制光学玻璃，7月熔炼成功中国*蜗F4光学玻璃(德国牌号)。9月又熔炼成功第二祸，经检测，两蜗玻璃基本符合质量要求。正当玻璃熔炼工作取得突破性进展之时，兵工署下令将玻璃制造所立
    即迁返昆明。顾相岩等人对迁移场地另起炉灶，费时费钱的做法十分不满，毅然辞职。从此，因缺乏*人才，使已经取得突破性进展的光学玻璃熔炼工作遭到天折。1947年试成37毫米战防炮瞄准镜。1948年，试制成功美式57毫米无坐力炮瞄准镜。该厂从1939年初投产到1949年，除改装了一种光学器材外，共试制生产14种*光学器材，其中有11种进入批量生产，累计总产量为141558具。其中，6×30单双筒望远镜24527具，80公分倒影测远镜650具，各式火炮用瞄准镜20671具，野炮用水准器loo具，指南针95410具，金属架象限仪100具，立体镜100具等。
    1949年第五十三工厂实有机械、光学等设备414台，其中光斗：圳I：*设备77台(计玻璃切割机3台，双轴粗磨机10台，单轴细磨机4台，单轴、双轴、三轴、四轴、六轴抛光机共52台，定中心机和磨边机共4台，圆筒刻线机2台，精密圆刻度机l台，精密刻线机1台)，这些设备大部分是国外进口，属40年代国际先进水平。
    *光学仪器所用主料、辅料的特点是：品种多、数量少、要求高、*性强。主辅料绝大部分是从国外进口。为了使辅料能逐步改用国产，从1940年起，工厂先后对沥青、松香、蜂蜡、火漆、红粉、石膏、柏油等采用国产原料进行提纯、配制和试用，获得较好效果并替代了进口辅料。其中，原从德国进口的软、中、硬三种柏油，由于5—9月份昆明的气候不仅日温差大，而且潮湿，三种进口柏油不能满足加工要求，经采用工厂配制的柏油抛光模加工，效果良好。
    在产品工艺上，球状模具加工，在通用机床上进行；薄壁零件加工，采用多刀多刃的回转式六角车床进行；小螺钉加工，在六角车床和自动车床上进行。光学零件，进口的块料状光学玻璃，用金刚石锯片切成片料，再经粗磨、精磨、研磨、抛光等多道工序加工而成。特种加工有刻度和镀银两项。刻制分划镜的刻度工艺有两种。*种是用刻字刀在涂上蜡的分划镜光坯表面上刻划出字符和刻线，然后用氟酸气体腐蚀，填入有色粘性填料，加热固化即成为所需的分划镜成品。此法普遍应用于望远镜、测远镜和带分划镜的瞄难镜中。第二种是用刻字刀直接在镀有银层的分划镜表面，划破银层刻一条亮线即成。但直线边缘要求光滑均匀，它用于法式、奥式、中正式追击炮瞄准镜的分划镜刻度。镀银工艺采用硝酸银涂敷法，在已加工好的光学玻璃表面上涂敷一层硝酸银，干固后刷上一层保护漆即成，应用于光学反射镜和追击炮瞄准镜分划镜中。
    为保证光学器材质量，第二十二工厂还制定有光学器材标准和检验验收通则，如规定必须进行防湿(淋雨)试验，震摇试验，放大率、视场、视差试验等。
    以下按其用途，并沿用仿制生产时采用的名称，以时间先后为序，将各种观测仪器、瞄准镜的生产发展过程进行叙述。
    (一)观测仪器
    1．望远镜
    1939年1月，第二十二工厂开始试制6×30望远镜，其镜身铜压毛坯铸件和一些辅料都是进口的。全厂员工经过3个多月的努力，于4月29日组装出中国*具6×30*望远镜，经过高温、低温、淋雨、震动等环境试验的考核和检测，各项性能指标均达到设计要求，命名为“中正式望远镜”，同年生产出508具。这是中国自己制造的*批*双筒望远镜，l939年至l949年共生产24107具。
    6×30望远镜结构由物镜、直角棱镜、分划镜、目镜共15片光学玻璃组成。望远镜的视度和目距可随人眼屈光度、瞳孔距离的需要而自由调节。该镜主要参数：放大倍数6倍；物镜有效孔径30毫米；出口瞳孔直径5毫米；视场8度；镜重o．72公斤，总重1公斤。
    l947年第五十三工厂试制成功荷式4×40双筒望远镜样机。其结构为伽俐略系统，全镜只有6片玻璃，结构轻便紧凑，容易生产，但因镜内不能放置分划镜，故不能作概略测距，只能放大4倍，不适合*。
    l948年第五十三工厂，根据年度计划，将原6×30望远镜壳身分解成两个，装成单简望远镜，只能单眼观察，镜内也没有分划镜，故不能概略测距。因为是单简，没有立体感，但可作观察景物用。当年生产420具后，就未再生产。
    2．80公分倒影测远镜
    1940年初，开始试制80公分测远镜，由于该镜中的五棱镜加工技术难度大、角度公差小、精度要求高、加工无经验，就先用从瑞士进口的散装件进行组装，熟悉五棱镜在测远镜中的作用，然后边试边加工进行摸索。在瑞士专家哈尔特和许慈的指导下，经过4个多月的努力，终于试制出几块符合要求的五棱镜，于同年7月装成*县80公分测远镜，经鉴定，各项性能指标均达到产品图规定的技术要求，命名为“中正式80公分测远镜”。同年用进口零部件，组装出100具。1941年至1949年共生产650具(包括组装的100具)。
    80公分测远镜共有U35个零件，有外管、内管、端部五棱镜、物镜、目镜等，是一种精度高、结构复杂、加工难度大、集观察与测距于一管之中的精密仪器。其原理是将物体安排在下半个视场内，倒像安排在上半个视场内，当物体和倒像作相对移动并在上下交界面处对准时，即可进行测距。物体在下半部正影视场内为正影像，倒像在上半倒影视场内为倒影像。当调节手轮移动楔形镜时，可用右目镜观察物体正影像和倒影像的相对移动，观看两影像顶部在交界面处是否对准重合。如已重合，即可从左目镜的测距分划镜刻线位置，读得物体与观察者之间的距离数。测远镜的性能参数：基线长80公分；放大倍数U．25倍；物镜有效孔径25毫米；出瞳直径2．2毫米；正影视场40×52密位；倒影视场4．5×27
    密位；检读距离数的目镜放大倍数3倍；测量距离范围300米一2万米；有效测距范围300一7000米。目距和视度可调节，配备有规正板可用来规正测距精度，装备有大小三脚架，可随不同的地形选用。测远镜全长900毫米，重5．7公斤，连同全套附件总重15公斤。该镜适用于炮兵、步兵和防空部队作观察目标、测距之用。
    3．金属架象限仪
    1943年2月，第五十三工厂试制并生产出100具金属架象限仪后，未再生产。
    4．指南针(仿德磁针仪)
    1942年，第五十三工厂仿制德式*指南针成功，1943年1月正式投入批量生产，当年生产4410具，将它命名为“中正式指南针”。l943年至U49年共生产95410具。
    指南针由磁针组、里程表、测绘尺、距离固定器、准星、照门等组成。它适用于行军、航海等作指示方位用；由于指针上涂有夜光粉，可供夜间使用。利用测绘尺上的刻值，可在地图上直接测出目标之间的长度，按地图的比例系数，即可概略计算出目标之间的实际距离。因地图路线多为曲线，为较准确地求得实际长度，可利用距离固定器滚轮机构沿着曲折的路线，在里程表上记录里程长度。如果记录长度完全与地图比例一致，则即为实际里程数；如不一致，需乘以地图比例数，算出实际里程数。指南针的性能参数：测绘尺长度100毫米，距离固定器／照门与准星间距离为l／10；照门与距离固定器间的距离123．5毫米；照门与距离固定器所成交角l00密位；方位图上每格分划值为20密位；可测仰角o一
    60度；磁针长度38毫米；里程表比例分划格值每格1毫米。指南针净重o．24公斤；带皮盒总重O．3公斤。
    (二)瞄准镜
    1．迫击炮瞄准镜
    (1)奥式迫击炮瞄准镜
    1940年第二十二工厂仿制成功并生产25具奥式迫击炮瞄准镜。由于该镜体积大，材料多采用铜合金，显得笨重，1941年继续生产11具后停产。
    奥式迫击炮瞄准镜，是以金属结构为主体的瞄准镜，光学系统十分简单，仅有一块刻有一条亮线的玻璃片。该镜可装备在81毫米和82毫米追击炮上作间接瞄准用。使用时，用左眼瞄准玻璃片的亮线，用有眼瞄准已知目标，调节高低角手轮和方位角手轮，使亮线与目标重合。
    (2)法式迫击炮瞄准镜
    1940年第二十二工厂仿制成功法国布朗德式追击炮瞄准镜。
    3744具后停产。l 941—1942年生产
    该镜与奥式迫击炮瞄准镜基本相同，但结构较奥式紧凑，并在高低角和方位角调节手轮上增添了读数分划圈，便于调节。零件改用钢材和铝材，其性能和使用均优于奥式。
    (3)美式追击炮瞄准镜
    1944年，第五十三工厂利用搜集到的产品图和样品，进行整理，1945年试制出几具样机。由于它只能配置于60毫米追击炮使用，故末投产。
    该镜除了螺纹、蜗杆的尺寸公差仍保持英制外，其余零件均改为公制，并按照德国Din的公差标准进行设计。这是带有光学系统的一种追击炮瞄准镜，在瞄准镜与迫击炮的连接部位采用快速夹紧机构。产品结构紧凑、体积小、重量轻，其结构优于奥式、法式追击炮瞄准镜的结构。
    (4)中正式迫击炮瞄准镜
    1945年，第五十三工厂通过对奥式、法式、美式三种迫击炮瞄准镜的试制与生产，积祟厂不少经验，决定在吸取三种瞄准镜优点的基础上，结合武器装备情况，设计出一种对各种口径的迫击炮都能通用的、性能优良的瞄准镜，以提高通用化制式化程度。按照这样的设想和要求，由五树柄、莫仁刚负责设计，采用德国Din的公差标准，于1946年试制成功几具样机，经工厂鉴定后，先后装备在60毫米、81毫米、82毫米、150毫米口径的迫击炮上使用，效果良好。该瞄准镜被命名为“中正式迫击炮瞄准镜”。这是国产*具自行设计的炮用瞄准镜，它代表了40年代中国光学的技术水平。1947年该镜正式投产，至1949
    年共生产1．6万具。
    该镜能在5000米内作直接和间接瞄准用，在方位角和高低角的调节手轮上，装有读数分划圈，用以测定火炮射角；镜上装有纵横两种水泡，以校正水平。在与火炮连接部位采用快速夹紧机构，在蜗杆蜗轮啮合处，装有快速解脱机构，能作360度快速旋转瞄准镜的性能参数：俯仰角40—90度；每格分划值读数15分；方位角0—360度，每格分划值1密位。纵水泡每格分划值5分／2．54毫米；横水泡每格分划值l3分／2．54毫米；镜重0．75公
    斤，带木盒总重1．3公斤。
    2．37毫米战车防御炮瞄准镜
    1947年第五十三工厂对原有37毫米战车防御炮瞄准镜产品图进行设计整理，按德国Din的公差标准，将英制改为公制，使产品图规范化。同年试制出样机，1948年生产出540具。
    该镜结构由物镜组、分划镜组、转像透镜组、目镜组等组成。它装备在美式37毫米战车防御炮上，作直接瞄准用。镜上装有照明装置，可照亮分划镜，供夜间瞄准使用。其性能参数：放大倍数1倍；视场l6度；物镜有效孔径l7毫米；出瞳直径17毫米；镜身全长220毫米；镜重o．5公斤，带木盒总重1．2公斤。
    3．57毫米无坐力炮瞄准镜
    1947年第五十三工厂接受改装日造96式瞄准镜为57毫米无坐力炮瞄准镜的任务。通过对实物分析研究，设计了几种零件，包括加配57毫米无坐力炮的连接机构，改装出几具样机并配炮试验，效果较好，当年装出201具，1948年继续改装完成余下的150具。1948年，该厂参照美式57毫米无坐力炮瞄准镜资料，按产品图规范化的设计要求，进行设计。当年试制成功几具样镜，性能符合设计要求。由于缺光学玻璃，未投入批量生产。
    该镜结构由物镜组、分划镜组、转保透镜组和目镜组组成，装备在57毫米无坐力炮上作直接瞄准用。其结构与37毫米战防炮瞄准镜大致相同。其性能参数：放大倍数3倍；视场7度30分；物镜有效孔径20毫米；出瞳直径6．6毫米；带眼罩镜身全长340毫米；镜重o．75公斤，带木盒总重1．5公斤。
    从以上发展过程中可以看出，起步较晚的中国*光学工业，是从修理到外购零件进行装配起步，再逐步仿制，*后达到自己设计制造。到1949年底止，先后成批生产的*光学器材有望远镜、测远镜、象限仪、指南针，以及用于迫击炮、战防炮、无坐力炮的瞄准镜等。但光学工业的主要原料——光学玻璃不能自给，限制了光学工业的发展。