FI88824B

FI88824B - System for firearms training and for monitoring shooting performance

Info

Publication number: FI88824B
Application number: FI914008A
Authority: FI
Inventors: Juha Kostamovaara; Juhani Heinula; Markku Koskinen
Original assignee: Noptel Oy
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1993-03-31
Also published as: FI914008A0; FI88824C

Abstract

The invention relates to a system for firearms training and for monitoring shooting performance, the point of sight of the weapon 1 being indicated by means of a receiver 7, which detects a reflected beam of light. According to the invention a light transmitter 5 has been located in proximity to the line of sight of the weapon, e.g. on the target board 2 or in proximity thereto. A reflector 4 has been located on the weapon 1 to reflect the beams sent from the transmitter 5 back to the receiver 7, which registers the return beams and calculates the point of sight of the weapon according to what point on the light-sensitive detection surface of the receiver the return beams strike. <IMAGE>

Description

1 88824 Järjestelmä ammunnan harjoittelemiseksi ja ampumasuorituk-sen seuraamiseksi Tämän keksinnön kohteena on järjestelmä ammunnan 5 harjoittelemiseksi ja ampumasuorituksen seuraamiseksi, jossa aseen tähtäyspiste ilmaistaan heijastuneen valosäteen avulla.The present invention relates to a system for training shooting and monitoring shooting, in which the aiming point of a weapon is detected by a reflected beam of light.

Ammuntaharjoittelussa on edullista, jos aseen täh-täyspistettä voidaan osoittaa laukaisematta asetta. Tällai-10 nen "kuivaharjoittelu" on sekä taloudellisesti järkevä että harjoittelun analyysin kannalta uutta tietoa antava, koska aseen tähtäyspistettä voidaan seurata jatkuvasti ja tehdä tarvittavat korjaukset ampujan asentoon jne. Tämäntyyppistä harjoittelua varten on kehitetty esim. laserlaitteita, 15 jotka perustuvat aseeseen kiinnitettyyn lasersäde- tai pulssilähettimeen ja maalitaulussa olevaan detektoriin tai heijastimeen. Jälkimmäisessä tapauksessa on aseessa tai sen lähistöllä oltava myös vastaanotin, johon maalin yhteydessä olevasta heijastimesta heijastuneet lasersäteet osuvat. 20 Tällainen laite on esitetty hakijan suomalaisessa patenttihakemuksessa 900806.In shooting practice, it is advantageous if the full point of the weapon can be shown without firing the weapon. Such "dry training" is both economically sensible and new to the analysis of the training, as the aiming point of the weapon can be constantly monitored and the necessary corrections made to the shooter's position, etc. For this type of training, e.g., laser devices based on a laser beam or to a pulse transmitter and a detector or reflector on the target. In the latter case, there must also be a receiver in or near the weapon which is hit by the laser beams reflected from the reflector attached to the target. 20 Such a device is disclosed in the applicant's Finnish patent application 900806.

Tunnettujen laitteiden haittana on aseeseen kiinnitettävä lähetin- tai vastaanotinlaite, joka tyypillisesti sisältää optiikkaa, elektroniikkaa ja paristoja/akkuja 25 tarpeellinen määrä. Lisäksi laite on usein johdollinen, ... varsinkin jos samassa laitteessa on heijastuneiden säteiden vastaanotin. Kaikkia tämäntyyppisiä laitteita vaivaa myös se epäkohta, että kovapanosammuntaa varten laite on poistettava tai on käytettävä toista asetta, koska kovapanosam-" 30 munnan aiheuttamat rasitukset, iskut ja tärinä ei ole hy väksi herkälle optiikalle ja sen säädöille. Kilpailutilanteissa herkkiin aseisiin ei myöskään lisäpainoa huolita tai turhia lisälaitteita edes sallita.A disadvantage of the known devices is the transmitter or receiver device to be attached to the weapon, which typically contains the necessary amount of optics, electronics and batteries. In addition, the device is often wired, ... especially if the same device has a reflected beam receiver. All devices of this type are also plagued by the disadvantage that the device must be removed or another weapon must be used for firing, because the stresses, shocks and vibrations caused by firing are not good for sensitive optics and their adjustments. In competitive situations, sensitive weapons are not unnecessary accessories even allowed.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada ammunnan '· 35 har joittelujärjestelmä, jossa edellämainitut haitat on 2 3 8 8 2 4 poistettu. Tämän aikaansaamiseksi keksinnön mukaiselle järjestelmälle on tunnusomaista se, että valosäteen lähetin on sijoitettu aseen tähtäyslinjan tuntumaan, esim. maalitauluun tai sen läheisyyteen, ja että aseeseen on sijoi-5 tettu heijastin lähettimen lähettämien säteiden heijastamiseksi takaisin vastaanottimelle, joka rekisteröi paluusä-teet ja laskee aseen tähtäyspisteen sen perusteella, mihin kohtaan vastaanottimen valoherkälle detektointipinnalle pa-luusäteet osuvat.The object of the invention is to provide a shooting training system in which the above-mentioned disadvantages have been eliminated. To achieve this, the system according to the invention is characterized in that the light beam transmitter is placed close to or near the target line of the weapon, e.g. at or near the target, and a reflector is placed in the weapon to reflect the beams transmitted by the transmitter back to the receiver. based on where the return beams hit the photosensitive detection surface of the receiver.

10 Keksinnön mukaisen järjestelmän erona tunnettuun tekniikkaan nähden on siis se, että keksinnössä käytetään käänteistä heijastinsijoittelua, jossa heijastin sijoitetaan aseeseen ja lähetin/vastaanotin sijoitetaan esimerkiksi maalitaulun yhteyteen. Keksinnön edut ovat vastaavat 15 kuin tunnetun tekniikan haitat, eli: - aseeseen kiinnitetään vain pieni ja kevyt passiivinen heijastin, jolloin aseessa ei tarvita aktiivista elektroniikkaa, ja harjoittelu laserilla tapahtuu juuri oikeanpai-noisella ja tasapainopisteen sijainnin kannalta oikean- 20 laisella aseella, mikä on edullista esim. tärinän kannalta, - ei tarvita enää kaapelia aseelta muulle järjestelmälle, - järjestelmä sopii sekä ammunnan harjoitteluun laserilla että kovapanosammuntoihin, jolloin nyt on ensimmäistä kertaa kovapanosammuntojen yhteydessä mahdollista seurata 25 aseen piipun liikettä.Thus, the difference between the system according to the invention and the prior art is that the invention uses an inverted reflector arrangement, in which the reflector is placed in a weapon and the transmitter / receiver is placed, for example, in connection with a target. The advantages of the invention are similar to the disadvantages of the prior art, i.e.: only a small and light passive reflector is attached to the weapon, so that no active electronics are needed in the weapon, and laser training takes place with just the right weight and balance point, which is advantageous eg in terms of vibration, - no more cable from the weapon to another system is needed, - the system is suitable for both laser shooting practice and hard-fire shooting, so that for the first time it is possible to monitor the movement of 25 weapon barrels during hard-fire shooting.

Keksinnössä käytettävä valosäde voi olla näkyvää tai infrapunaista valoa tai esim. lasersäde. Keksinnön muille edullisille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.The light beam used in the invention may be visible or infrared light or e.g. a laser beam. Other preferred embodiments of the invention are characterized by what is set out in the claims below.

30 Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisem min esimerkin avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää ammunnan harjoittelutilannetta keksinnön mukaista järjestelmää käytettäessä, 35 kuvio 2 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaisen 3 Γ8824 järjestelmän lähetin- vastaanotin yhdistelmää.The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a shooting training situation when using the system according to the invention, Figure 2 schematically shows a transceiver combination of a system 3 to 8824 according to the invention.

Kuvion 1 mukaisessa tilanteessa ase 1 on suunnattu maalitaulua 2 kohti. Lähetin/vastaanotinyksikössö 3 oleva LED-diodi 5 lähettää esim. infrapunaista valoa (merkitty 5 pisteviivalla) aseessa 1 olevaa heijastinta 4 kohti. Säteen muodostama keila A on aseen kohdalla verrattain iso, halkaisijaltaan esim. n. lm, jonka sisälle pienikokoinen heijastin varmasti osuu. Valokeilan divergenssi on riittävän suuri peittämään ammuntapaikalla olevien eri ampujien asei-10 siin kiinnitettyjä heijastimia, joiden paikka riippuu kunkin ampujan pituudesta, tavasta pitää asettaan, jne.In the situation according to Figure 1, the weapon 1 is directed towards the target 2. The LED diode 5 in the transmitter / receiver unit 3 emits e.g. infrared light (marked with 5 dotted lines) towards the reflector 4 in the weapon 1. The beam A formed by the beam is relatively large in the case of a weapon, e.g. about lm in diameter, inside which a small reflector certainly hits. The divergence of the beam is large enough to obscure the reflectors attached to the weapons of the various shooters at the firing point, the position of which depends on the length of each shooter, the way in which he is held, etc.

Heijastimeksi 4 käy mikä tahansa tulosäteen takaisin heijastava heijastin, esimerkiksi lasinen nurkkaprisma tai useista mikroprismoista muodostuva heijastava muovi, joka 15 on esim. polymeeripohjäinen aine. Heijastimeksi käy myös heijastava liikennemerkkimaali. Heijastimen voi kiinnittää aseeseen tarralla, liimalla yms. Heijastimen sopiva koko on n. 1 cm2.The reflector 4 is any reflector reflecting back the incident beam, for example a glass corner prism or a reflective plastic consisting of several microprisms, which is e.g. a polymer-based substance. Reflective traffic sign paint is also a reflector. The reflector can be attached to the weapon with a sticker, glue, etc. The suitable size of the reflector is about 1 cm2.

Heijastimesta 4 heijastuu valosäteitä pienenä keila-20 na B, joka detektoidaan lähetin- vastaanotinyksikön 3 detektorilla 7. Heijastuneen keilan suunta on olennaisesti sama kun tulosäteen, mutta koska tulosäde vaihtelee riippuen heijastimen 4 sijainnista keilaan A nähden, vaihtelee myös heijastuneen keilan osuma-alueen sijainti detektorin 25 7 pinnalla. Detektorin laskentalogiikka kalibroidaan ohjel mallisesti määrittelemällä maalitaulun 2 keskipistettä vastaava piste detektorin pinnalla, jonka jälkeen detektorin 7 laskentalogiikka (vrt. kuvio 2) pystyy laskemaan muut tähtäyspisteet esim. erosignaaleina tietyssä koordinaatis-30 tossa. Detektorin laskentalogiikasta voi olla yhteys esimerkiksi ammuntakilpailuissa käytettävään suureen, yleisölle tarkoitettuun näyttöruutuun 6. Yleisö voi esim. seurata aseen piipun piirtämää viivaa, joka näyttöruudulla piirtyy ruudulla olevan maalitaulua esittävän kuviopohjan 35 päälle. Aseen piipun tai tarkemmin sanoen aseen tähtäyspis- 4 £8824 teen liikkumisesta kertovan viivan piirto tietysti loppuu, mikäli lähettimen valokeila ei enää osu aseen heijastimeen, kuten esim. ampujan laskiessa aseensa laukauksen jälkeen.The light beam is reflected from the reflector 4 as a small beam-20 na B, which is detected by the detector 7 of the transceiver unit 3. The direction of the reflected beam is substantially the same as the beam, but since the beam varies depending on the position of the reflector 4 with respect to beam A. 25 7 on the surface. The calculation logic of the detector is calibrated according to the program by defining a point corresponding to the center of the target 2 on the surface of the detector, after which the calculation logic of the detector 7 (cf. Fig. 2) is able to calculate other aiming points, e.g. The calculation logic of the detector can be connected, for example, to a large screen 6 intended for the public, used in shooting competitions. The public can, for example, follow a line drawn by the barrel of a weapon, which is drawn on the target pattern screen 35 on the screen. Of course, the drawing of the barrel of the weapon, or more precisely the line indicating the movement of the weapon's aiming point, ceases if the beacon of the transmitter no longer hits the reflector of the weapon, such as when a shooter drops his weapon after a shot.

5 Laukauksen osumapisteen muodostaminen näyttöruudulle voidaan suorittaa siirtämällä ruutuun televisiokuva oikeasta taulusta, jos kyse on kovapanosammunnasta, tai käyttämällä osumahetken rekisteröimiseksi laukauksen ääneen reagoivia akustisia antureita, joista menee ohjaustieto ja 10 komento näyttöruudulle 6 pysäyttää viivan piirto. Osuma voidaan osoittaa esim. suurentamalla tai vilkuttamalla ko. pistettä.5 Forming a shot hit point on the screen can be accomplished by moving the TV image of the right board to the screen in the case of hard-stitch shooting, or by using sound-responsive shot acoustic sensors to record the moment of the shot, with control information and a command to stop the line drawing. The hit can be indicated, for example, by enlarging or flashing the points.

Näyttöruutu 6 voi yhtä hyvin olla ampujan edessä oleva pieni harjoitusnäyttö, josta ampuja jatkuvasti voi 15 seurata suorituksensa eri vaiheita. Ampumaetäisyyden muuttuessa on tulokset ja siten myös näyttölaitteen 6 reaktio detektorin 7 signaaleihin skaalattava uuden etäisyyden mukaan, itse osumapisteen laskentaan ei tarvitse puuttua.The display screen 6 may just as well be a small training screen in front of the shooter, from which the shooter can continuously monitor the various stages of his performance. When the firing distance changes, the results and thus also the reaction of the display device 6 to the signals of the detector 7 must be scaled according to the new distance, there is no need to interfere with the calculation of the hit point itself.

Kuviossa 2 esitetään kaaviomaisesti keksinnön mukai-20 sen järjestelmän lähetin/vastaanotin- yhdistelmää.Figure 2 schematically shows a transmitter / receiver combination of a system according to the invention.

Valosäteen lähettimenä toimivan LED-diodin 5 lähettämän valokeilan A jokin valosäde palautuu heijastimesta valosäteenä tai kapeana keilana B kokoojalinssin 8 kautta detektorin 7 pinnalle. Kokoojalinssin tehtävä on muodostaa kuva 25 valokeilasta B detektorin 7 pinnalle, jonka paikka pinnalla riippuu keilan B tulosuunnasta. Detektorin laskentalogiikalla 9 lasketaan pistettä vastaavan tähtäyspisteen sijainti maalitaululla.Some of the light beam A emitted by the LED diode 5 acting as a light beam transmitter is returned from the reflector as a light beam or a narrow beam B through a collector lens 8 to the surface of the detector 7. The function of the collector lens is to form an image 25 of a light beam B on the surface of the detector 7, the position of which on the surface depends on the incoming direction of the beam B. The detector calculation logic 9 calculates the position of the aiming point corresponding to the point on the target.

Varsinkin jos kyseessä ei ole kovapanosammunta, 30 voidaan lähetin ja detektori sijoittaa hyvin lähelle maalitaulua, ääritapauksessa jopa muodostaa maalitaulu detektorista 7. Järjestelmän osoitus tarkkuus ei kuvion 1 mukaisesta järjestelyssä, jossa lähetin 5 ja detektori 7 on sijoitettu jonkin verran (esim. 10 cm) erillään, olennaisesti 35 kärsi huomioiden laitteiden välimatkan pienuus ampumaetäi- ί 0 f'O Ί 5 'ΙθΖ4 syyteen nähden ja heijastimen oma epätarkkuus (keila B). Näistä ilmiöistä johtuvat virheet eliminoituvat suurelta osin järjestelmän kalibroinnissa. Mahdollisesti saavutettava ampumaetäisyys riippuu myös heijastimen laadusta.Especially if it is not hard firing, the transmitter and detector 30 can be placed very close to the target, in extreme cases even the target can be formed from the detector 7. The system demonstration accuracy is not in the arrangement according to Fig. 1 , substantially 35 suffered due to the small distance of the devices from the shooting distance ί 0 f'O Ί 5 'ΙθΖ4 and the inaccuracy of the reflector itself (beam B). Errors due to these phenomena are largely eliminated in system calibration. The firing distance that may be achieved also depends on the quality of the reflector.

5 On mahdollista sijoittaa lähetin- ja detektorikom- ponentit päällekkäin, esim. läpinäkyvän detektorimatrii-sin avulla. Toisaalta on keksinnön puitteissa myös mahdollista käyttää peilin tavoin käyttäytyvää heijastinpintaa, jolloin paluusäteet heijastuvat pinnan normaaliin nähden 10 vastakkaisessa kulmassa tulosäteeseen nähden. Tällöin vas-taanotin/detektori on sijoitettava vastaavasti lähettimestä erilleen paluusäteiden eteen, mutta muuten järjestelmä toimii samalla tavalla kuin yllä on esitetty.5 It is possible to place the transmitter and detector components on top of each other, e.g. by means of a transparent detector matrix. On the other hand, within the scope of the invention, it is also possible to use a mirror-like reflecting surface, whereby the return rays are reflected at an angle 10 opposite to the normal of the surface with respect to the input beam. In this case, the receiver / detector must be placed separately from the transmitter in front of the return beams, but otherwise the system operates in the same way as described above.

Liikkuvan kohteen ollessa kyseessä, on lisäksi tie-15 dettävä myös kohteen nopeus ja liikesuunta.In the case of a moving object, the speed and direction of movement of the object must also be known.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä olevien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to those skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the examples set forth above, but may vary within the scope of the claims below.

Claims

6 88824

A system for training shooting and monitoring the shooting performance, wherein the aiming point 5 of the weapon (1) is detected by a reflected light beam detection receiver (7), characterized in that the light beam transmitter (5) is located close to the weapon's aiming line, e.g. and that a reflector (4) is placed in the weapon (1) to reflect the beams transmitted by the transmitter (5) back to the receiver (7), which registers the return beams and calculates the aiming point of the weapon based on where the return beams hit the light-sensitive detection surface of the receiver .

System according to claim 1, characterized in that the receiver (7) is built together with the transmitter (5) as a transmitter / receiver unit (3).

System according to claim 1 or 2, characterized in that the light source of the light beam transmitter consists of an LED diode (5), such as IR LEDs, the beam divergence of which is large enough to cover the weapons (1) of the various shooters at the firing point. ) variations in the position of the attached reflectors (4).

System according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reflector (4) placed in the weapon (1) is a corner prism.

System according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that the reflector (4) arranged in the weapon (1) is a reflector sticker.

System according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the movement of the aiming point of the weapon (1) and the point of impact of the shot are shown on a separate display screen (6).

7 p 8 824