CN104246420B - D型望远瞄准装置 - Google Patents

Abstract

一种改良的电子瞄准装置，用于武器或其它手动瞄准装置。这种装置提供可改变视野范围，确定目标射程，补偿子弹落差，及补偿横风的功能，无须让手离开武器，仅通过监控装设这个装置的武器的倾斜度即可。

Description

D型望远瞄准装置

相关申请案

本国际申请案主张于2012年3月5日提交申请的名称为“D-Scope Aiming Device”的美国申请案第13/412,506号的优先权。所述美国申请案的内容以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明是大致有关于一种瞄准装置，特别是有关于一种具有电子强化目标获取能力的瞄准装置。

背景技术

当以枪炮进行长距离射击时，射击者首先必须基于目标距离(射程，Range)，子弹飞行特性与重力造成的子弹落差(落差，Drop)，及射击期间风所吹的横风分量(风力修正量，Windage)，以确定射击解决方案。

一般来说，射击者会有一个贴在武器侧面的数值表，或者必须记住各种修正的数值，也即:在各种射程与风速的落差与风力修正量。射击者必须针对每一分量数值进行修正。为达到这个目的一般有二种方法可以运用。第一种是手动调整光学瞄准装置的转轮(turrets)，使得瞄准装置中十字线可以让射击者指向修正后的目标位置。第二种可替代方法是由熟练人员运用一般所称的“补偿射击”(Holdover)。为了达到这个目的，有很多型式的光学瞄准装置都具有刻度的十字线。射击者基于这些刻度，瞄准目标物在十字线的不同位置。

在先前的专利中，针对“自动射击解决方案”(Automatic Firing solution)问题有提及许多“光学解决方案”(Optical solution)，然而很少解决方案可以在市场中存活，原因是自动移动光学组件需要高成本，且在武器的重复撞击下，很难维持准确度。

发明内容

本发明包括:影像传感器及镜头以获取瞄准装置中瞄准目标物的视频影像；影像处理器；倾斜传感器以感测瞄准装置的重力；显示组件以显示影像传感器所获取，并经过影像处理器处理后的视频影像；接目镜头以让使用者可以查看显示组件；压力及温度传感器以感测大气状态及适当构件以放置所述组件。

本发明提供一种完整的“固态数字”(solid state digital)及“免手持”(handsfree)解决方案，以达成在长射程下精准射击武器的任务。射击者可以在射击时手不离开武器的情况下，借着轻易地倾斜武器从一边到另一边，以输入长射程射击所需的所有信息。

预定的临界角度用以定义倾斜功能。为了便于解释，举例来说临界角度为10度。如果武器在任何方向，也即向左或向右的倾斜角度低于10度，则对风力修正量调整进行计算。风力修正量的调整量表示方式为在显示给射击者查看的视频影像中，迭加一个沿着十字瞄准线的适当符号，以定义瞄准点。如果在任意方向的倾斜角度大于10度，则射程数值迭加在视频影像中，且依据倾斜角度大于10度的方向与大小渐进地增加或减少数值。如果视野范围(也即放大倍率)在前透镜与影像传感器所定义的极限视野范围内，则呈现给射击者的视频影像中，视野范围是依据射程数值同时增加或减少。

射程测距刻度环也迭加于视频影像上。这个刻度环表示预定目标尺寸。如果视野范围大于刻度环最小值，则刻度环在显示组件中保持固定尺寸。如果视野范围为最小值，则射程测距刻度环的大小会依据射程设定而渐进地调整至较小的尺寸。为了找到与目标的距离，射击者只要通过向左或向右倾斜武器大于10度，调整射程设定，直到目标物与射程测距刻度环相符。

如上所述，本发明提供一种没有可见的外部控制器的耐用瞄准装置。长射程射击所需的所有弹道计算结果是依据内部传感器及设定自动执行，而内部传感器及设定均通过倾斜武器来执行，且藉此得以简单且简易的显示结果呈现，以利于使用瞄准装置。

附图说明

除了上述的陈述，当参照后续详细说明，本说明书将更能完整了解且目的将更明显。参考附图进行相关发明说明，图中:

图1是图示本发明的一实施例的示意剖面视图。

图2是图示众多可能的视频影像迭加的其中之一代表图。

具体实施方式

请参照第1图，第1图是图示本发明的瞄准系统100的一实施例的代表剖面视图。当然，根据瞄准装置的实际使用状态也可以使用其它配置装置看，例如:用于来复枪，手枪，或需要手动瞄准的其它型态装置。

如第1图所示的系统(或装置)包括长管型外壳101，一般来说，包括但不限于以电镀的铝材或其它类似材质制成。外壳101包括:用以装设前透镜102的构件；以及影像传感器103、影像处理器104及相关组件的外壳；及电池106，用以提供本系统的电力。外壳101也可以包括整合安装系统(未图示)，用以装设此瞄准装置100于使用所述瞄准装置100的武器上。前透镜102的装设是用来将装置所瞄准的目标的光线，聚焦于影像传感器103的影像平面。

可轻易卸除的观景段108通过装设系统107装设于长管型外壳101的后端，此装设系统107提供观景段108与长管型外壳101的机械连接与电连接。装设系统107可以是刺刀型式、螺纹型式或其它适合的装设系统，用以在武器射击时保持机械连接及电连接。

观景段108为外壳，所述外壳具有可调整屈光度的接目镜头110，以螺纹装设于外壳后端，并使得射击者在近距离内，可以查看内部收纳的影像显示组件109。

观景段108以可卸除型式装设，是为了方便电池的替换，及连接计算机用于内建程序的设定及初始瞄准。影像处理器104及影像处理器104的相关组件，通过卸除观景段108及电池106，以便使用计算机连接装置(未描述)，即可以用来连接具有适当软件(未描述)的计算机。适当的软件可以让射击者输入统计信息至影像处理器104，例如：风力修正量及海拔设定以对准瞄准装置100与武器、弹道校正信息、可选选项等。

影像处理器104负责控制影像传感器103；自影像传感器103接收原始视频影像数据；自倾斜传感器105接收倾斜数据；自压力及温度传感器(为了清楚描述未图示)接收大气数据；进行弹道计算以确定影像偏移；以信息的迭加格式化上述的数据；且送出此格式化的视频影像信息至影像显示组件109。

请参照第2图，第2图图示众多可使用的可能的视频影像迭加的一代表图200。十字瞄准线201用来定义视频影像(未图示)中瞄准位置。射程数值204简单地显示射程设定，射程设定是通过倾斜装设有本瞄准装置的武器来控制。测量单位可以是码或者米，可通过计算机连接由使用者选择。横风修正符号203连同多个刻点标记用来标示横风的修正量，以每小时多少英里或每小时多少公里为单位。以选择英制单位为例，如图所示影像迭加200表示从右方有每小时3英里的横风被修正，且基于目标距离525码所计算的子弹落差被修正。

基于计算的子弹落差与视野范围，子弹落差的修正是通过相对于十字瞄准线201向上平移视频影像(未图示)计算后的数值。如此使得射击者为了让目标位于十字瞄准线201上，会抬高武器的射击轴线。

如果没有横风，很明显地，无须修正横风。在此情况下，射击者需要知道武器是否水平。横风修正符号203是默认执行这个功能。有经验的射击者都知道，如果武器在倾斜的状态下射击，子弹将向倾斜方向偏离目标，且偏离量为子弹落差乘倾斜角的正弦函数。原因在于重力使得子弹落差的呈现已不在武器的相同平面上。

横风修正通过二个方法来达成。第一个方法是通过使用事实自然产生，即当射击者在射击期间需要向横风来源方向倾斜武器，以告知影像处理器104需要进行横风修正。第二个方法是相对于十字瞄准线201侧向平移视频影像(未图示)计算后的数值，在横风源头方向，横风修正数值还需减去子弹落差乘上倾斜角的正弦函数。

值得一提的是，每小时25英里的横风力量几乎等于射击时子弹所受的重力。如果横风修正仅通过使用的倾斜角度来补偿，在每小时25英里的横风下，武器需要倾斜45度。使用如上所述二方法横风修正，可以提供方便的倾斜角度，以告知影像处理器104需要横风修正。

到目标的距离(射程)是通过“视距测量方法”(Stadiametric method)来确定。这种测距方法在某些古文明中已知，也被应用在一些光学观测装置中，然而相信从未被使用在数字观测装置中。影像传感器104本身并无法提供相关信息以测量射程。影像传感器104只能提供信息，用以测量视野范围内物体的角度位移。如果已知物体的实体尺寸，至物体的距离可以利用视频影像(未图示)及适当迭加的尺寸参考，例如射程环(202)所导出的角度位移，通过简单的三角运算获得。

射击者可以通过倾斜武器向左或向右至一个角度，并大于预定的临界倾斜角，以指示影像处理器104变更视频影像(未图示)的视野范围。影像传感器103及前镜头102确定了视频影像(未图示)的视野范围的实体极限。为了更清楚的说明，我们假设影像传感器103具有2560×1920像素的分辨率，影像显示组件109具有320×240像素的分辨率。视频影像(未图示)的最小视野范围，即最大放大率，发生在指示影像传感器103仅传输影像传感器103全视野的一小部分，此部分为320×240像素。在此情况下，影像传感器103上一个像素的数据控制影像显示组件109中一个像素的输出。视频影像(未图示)的最大视野范围，即最小放大率，发生在指示影像传感器103传输影像传感器103全视野2560×1920像素。在此情况下，影像传感器103及影像处理器104用所谓“分组”(binning)程序合并所选的多个像素区块，然后输出以控制影像显示组件109中的一个像素。

为了以高分辨率执行射程测距功能，视频影像(未图示)的视野范围必须在最小及最大范围之间以小步长渐进地变更。用以产生影像显示组件109中固定320×240的分辨率的可变分组程序的算法是十分复杂也是自然不必要的，这一点无须说明。影像传感器103的视野范围以多个小步长从2560×1920像素变成320×240像素，而影像显示组件109显示的影像分辨率维持在320×240像素。藉此可以产生从8到1的可变放大率。

在目标距离非常远，且依据射击者选择性设定目标大小及射程下，目标的最大放大率不一定可以让目标大到足以与射程环202相符。在此情况下，射程数值204会继续响应以大于临界倾斜角的角度倾斜，但是射程环202将依据射程数值204而缩小。

从瞄准装置移除前镜头盖(未说明)，即完成瞄准装置的开启。将前镜头盖置回瞄准装置，即完成让瞄准装置处于低耗能的待机状态。很自然地，移除电池会使得装置不能用于储存，但不会抹除储存于非易失性内存中的统计信息。

因此，以上已显示并描述了一种数字瞄准装置的独特设计与概念。虽然本描述针对特定的实施方式，任何熟练技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可对上述实施例作各种改变及/或修改。任何这种改变及/或修改，仍不脱离本说明书要包含的精神范围。上述的内容仅为用于说明的实施例，但上述的内容并非用以限定本发明。因此本发明的保护范围应该以之前所界定的申请专利范围为准。

Claims (28)

1.一种瞄准装置，包括：

影像传感器及一或多个镜头，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；

影像处理器，经配置用以:

基于弹道数据计算子弹落差；

依据重力，且基于武器的倾斜角度计算横风补偿，其中所述瞄准装置设置于所述武器上；

迭加多个瞄准点参考符号于影像显示组件所显示的视频影像中，所述瞄准点参考符号的位置得以根据所述子弹落差及横风而补偿瞄准点；及

依据重力，且基于所述武器的所述倾斜角度改变所述影像显示组件所显示的所述视频影像的视野范围，其中所述瞄准装置设置于所述武器上；倾斜感测装置，用以感测所述瞄准装置的重力；

影像显示组件，用以显示多个视频影像，所述视频影像是由所述影像传感器所获取，并经过所述影像处理器处理过；及

一或多个接目镜头，使得使用者得以在近距离内查看所述影像显示组件。

2.如权利要求1所述的瞄准装置，其中所述武器沿着射击轴线顺时针或逆时针旋转超过预定的限定范围，可以使得所述影像处理器缩小或扩大所述影像显示组件所显示的所述视频影像的所述视野范围，其中所述瞄准装置设置于所述武器上。

3.如权利要求1所述的瞄准装置，其中所述武器沿着射击轴线顺时针或逆时针旋转小于预定的限定范围，可以使得所述影像处理器计算横风补偿，且显示所述横风补偿的量，并迭加于所述影像显示组件所显示的所述视频影像中，其中所述瞄准装置设置于所述武器上。

4.如权利要求3所述的瞄准装置，其中所述横风补偿是部分地通过在射击期间倾斜所述武器达成，部分地通过依据所述瞄准点参考符号横向平移所述视频影像达成。

5.如权利要求1所述的瞄准装置，其中所述倾斜感测装置是微机电加速计。

6.如权利要求1所述的瞄准装置，更包括

一或多个电池；

延长外壳，为管型形状；以及

显示段，以可卸除方式设置于所述延长外壳，通过刺刀型式或螺纹型式的固定装构件设置于所述延长外壳，并用以更换所述一或多个电池。

7.如权利要求6所述的瞄准装置，其中所述显示段为可卸除，以便于连结外部计算机或外部电池充电电源。

8.一种瞄准装置，包括：

影像传感器及一或更多个镜头，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；

影像处理器；

多个压力及温度传感器，用以侦测大气状态；

影像显示组件，用以显示视频影像，所述视频影像是由所述影像传感器所获取，并经过所述影像处理器处理过；及

一或多个接目镜头，使得使用者得以在近距离内查看所述影像显示组件，其中所述影像处理器配置用以计算子弹落差基于：武器的倾斜所推导出的所述目标的距离；弹道数据；及大气状态，其中所述瞄准装置设置于所述武器上。

9.如权利要求8所述的瞄准装置，其中所述影像处理器配置用以迭加适合的目标尺寸参考符号于所述影像显示组件所显示的所述视频影像上，用以通过变更所述影像显示组件所显示的所述视频影像的视野范围，确定已知尺寸目标影像的距离，并回应于使用者输入以使得所述已知尺寸目标影像符合所述目标尺寸参考符号，所述目标尺寸参考符号是迭加于所述影像显示组件所显示的所述视频影像中。

10.如权利要求9所述的瞄准装置，其中所述适合的目标尺寸参考符号包括圆形和方形。

11.如权利要求9所述的瞄准装置，其中所述影像处理器配置用以计算所述目标的距离，此计算系基于所述影像显示组件所显示或所述影像传感器所获取的所述视频影像的所述视野范围，以及所述目标尺寸参考符号的大小或通过倾斜所述武器所推导出的数据间的关系，其中所述瞄准装置设置于所述武器上。

12.一种瞄准装置，包括：

在瞄准装置中的影像传感器，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；

在所述瞄准装置中的影像处理器，用以处理获取的视频影像；以及

在所述瞄准装置中的影像显示组件，用以显示多个视频影像，所述视频影像是由所述影像传感器所获取并经过所述影像处理器处理过的，

其中所述影像处理器经配置用以：

产生视频影像以及在所述影像显示组件上显示所述视频影像，

迭加至少一个瞄准点参考符号于所述影像显示组件所显示的所述视频影像上，以及

调整所述影像显示组件上的所述视频影像的视野范围，以针对子弹落差及横风中的至少一个进行补偿，以及

其中绕武器的射击轴线的小于预定临界值的旋转，使得所述影像处理器计算横风补偿，且显示横风被补偿的量，用于迭加于所述影像显示组件所显示的所述视频影像中，其中所述瞄准装置安装于所述武器上。

13.如权利要求12所述的瞄准装置，其中所述影像处理器被配置为竖直地调整所述视野范围以针对子弹落差进行补偿，以及侧向地调整所述视野范围以针对横风进行补偿。

14.如权利要求12所述的瞄准装置，其中绕所述武器的所述射击轴线的大于预定临界值的顺时针或逆时针旋转，使得所述影像处理器分别缩小或扩大所述影像显示组件所显示的所述视频影像的所述视野范围，其中所述瞄准装置安装于所述武器上。

15.如权利要求12所述的瞄准装置，还包括在所述瞄准装置中的倾斜传感器，用以感测由所述武器的所述瞄准装置的重力引起的倾斜，其中所述瞄准装置安装于所述武器上。

16.如权利要求12所述的瞄准装置，还包括重力倾斜传感器，并且其中通过所述影像显示组件上的所述视频影像的视野范围改变来指示射程改变。

17.如权利要求16所述的瞄准装置，其中所述影像处理器被配置为竖直地平移所述影像显示组件上所显示的所述视频影像的所述视野范围，以解决子弹落差。

18.一种瞄准装置，包括：

在瞄准装置中的影像传感器，耦接到镜头，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；

影像处理器，连接到所述影像传感器，用以处理所获取的视频影像；

压力传感器及温度传感器中的至少一个，用以侦测大气状态；以及

影像显示组件，用以显示所述视频影像，所述视频影像是由所述影像传感器所获取并经过所述影像处理器处理过的，其中所述影像处理器经配置用以基于由接收自使用者的输入所获得的到目标的距离、弹道数据以及侦测到的大气状态来计算子弹落差，其中绕武器的射击轴线的小于预定临界值的旋转，使得所述影像处理器计算横风补偿，且显示横风被补偿的量，用于迭加于所述影像显示组件所显示的所述视频影像上，其中所述瞄准装置安装于所述武器上。

19.如权利要求18所述的瞄准装置，其中所述影像处理器被配置用于在所述影像显示组件所显示的所述视频影像上迭加目标尺寸参考符号，其目的是用于通过变更所述影像显示组件所显示的所述视频影像的视野范围以使得已知尺寸的目标物体的影像符合所述目标尺寸参考符号，来确定到已知尺寸的目标物体的距离。

20.如权利要求19所述的瞄准装置，其中通过倾斜所述武器来变更所述影像显示组件所显示的所述视野范围，其中所述瞄准装置安装在所述武器上。

21.一种瞄准装置，包括：

在瞄准装置中的影像传感器，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；

在所述瞄准装置中的倾斜传感器；

在所述瞄准装置中的影像处理器，用以处理所获取的视频影像；以及

在所述瞄准装置中的影像显示组件，用以显示所述所获取的视频影像的视野范围，其中所述影像处理器经配置用以：

基于弹道数据计算子弹落差；

接收通过使用者倾斜所述瞄准装置超过预定临界值而来自瞄准所述瞄准装置的所述使用者的射程输入；以及

基于接收到的射程输入和计算出的子弹落差改变所述影像显示组件所显示的所述视频影像的所述视野范围，其中所述影像处理器使得所述影像显示组件上的所述视频影像根据所述瞄准装置超过所述预定临界值的每个倾斜而竖直地平移。

22.如权利要求21所述的瞄准装置，其中所述视野范围基于计算出的子弹落差而竖直地平移。

23.如权利要求21所述的瞄准装置，其中绕武器的射击轴线的大于预定临界值的顺时针或逆时针旋转倾斜，使得所述影像处理器分别缩小或扩大所述影像显示组件所显示的所述视频影像的所述视野范围，其中所述瞄准装置安装于所述武器上。

24.一种在瞄准装置中确定到所述瞄准装置所瞄准的多个目标中选定的一个目标的射程的方法，所述瞄准装置包括在外壳中的：影像传感器，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；倾斜传感器；影像处理器，用以处理所述视频影像；影像显示组件，用以在视野范围中显示所述影像传感器所捕获的一个或多个所述视频影像；以及参考符号，对应于已知尺寸的目标迭加在所述影像显示组件上，所述方法包括：

将所述瞄准装置瞄准所述选定的目标；

在所述影像显示组件上所显示的视野范围中查看所述选定的目标；

通过使用者将所述瞄准装置倾斜超过预定临界值，使得所述影像处理器改变所述影像显示组件上的所述视野范围直到在所述视野范围中的所述选定的目标与所述参考符号匹配。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述使得所述影像处理器改变所述影像显示组件上的所述视野范围的步骤包括使所述视野范围改变对应于预定距离值的增量，以及重复所述使得直到在所述视野范围中的所述目标与所述参考符号匹配或者达到了增量的预定最大数量。

26.如权利要求25所述的方法，其中如果达到了增量的所述预定最大数量并且在所述视野范围中的所述目标仍没有与所述参考符号匹配，那么逐步减小用于每个后续改变的参考符号尺寸直到所述参考符号与所述目标匹配。

27.如权利要求26所述的方法，其中所述影像处理器对所述改变求和以得出到所述目标的最终射程。

28.一种瞄准方法，包括：

提供瞄准装置，所述瞄准装置具有外壳，所述外壳包容：影像传感器，用以获取所述瞄准装置所瞄准的多个目标的多个视频影像；影像处理器，用于处理所述视频影像；倾斜传感器；以及影像显示组件，用以在视野范围中显示所述影像传感器所捕获的一个或多个所述视频影像；

将所述瞄准装置瞄准已知尺寸的目标；

在所述影像显示组件上所显示的视野范围中查看所述目标；

所述影像处理器将参考符号放置在所述视野范围中，其中所述参考符号对应于已知尺寸；以及

操作所述倾斜传感器，以使得所述影像处理器改变所述视野范围直到在所述视野范围中的所述目标与所述参考符号的尺寸匹配。