JPH0756088A - 視差のない照準器の光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 照準器の光学的特性を改善する。 【構成】 好ましくは、長い光経路（２）の一端に配置
された光学素子（１）を有する視差のない照準器。上記
光学素子（１）は、その凹側が放物面状に形成され、部
分的に反射する層（１ａ）を有し、その焦点に発光手段
が配置されている。光学素子はプラスチック材料、好ま
しくはポリカーボネートから一体成型される。光学素子
（１）の反対側の凸側面（１ｂ）は楕円面状または双曲
面状に形成され、外部から入射する光が直線的に進み、
偏向が最小となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、照準器のユーザーに
向いた光学素子の凹側が部分的に反射する層を備え、そ
の焦点に発光手段が配置され、好ましくはプラスチック
材料により一体成型（モールド）された、視差のない照
準器のための凹凸光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記の一般的な種類の照準器は赤点照準
器と呼ばれ、当業界で周知である。そのような照準器の
代表例は米国特許第4,346,995号明細書および第5,189,5
55号明細書に示されている。

【０００３】意図された結果のため、即ち銃身に取付け
られた照準器の使用者が標的をその周囲のものととも
に、また照準器内の照準点、即ち赤点（red dot）とと
もに見ることができ、従って、赤点を標的に合わせれば
標的に命中することができるようにするために基本的要
求は、光学素子の凹側が放物面状に形成されていること
である。しかし他の重要な特徴は、反対側の凸側その面
全体にわたり入射する光線に対し偏向が可能な限り少な
く、従って標的およびその周囲のものの像の歪がないこ
とである。

【０００４】これまで、２つの（またはそれ以上の）素
子間に部分的に反射する層を介在させて）組合わせて、
完全ではないにしても満足できる結果を得るようにして
いた。これらの異なる素子は異なる光屈折率を有し、こ
れにより、色収差を補正し、満足できる鮮明な像を得て
いる。しかし、特に素子の周縁部では結果は好ましくな
い。また、光学素子は、通常ガラスで作成されていた。

【０００５】材料技術の発展に伴い、光学素子をプラス
チック材料で一体に形成することが提案されるようにな
ってきた。またそれには成型（モールド）が用いられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、照準
器の光学的特性を改善することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的およ
び他の目的は、光学素子の凹側がそれ自体公知のように
放物面状に形成され、光学素子の反対の凸側が楕円面状
または双曲面状に形成され、光学素子の光軸に沿って、
それに入射した外部光線が、該光学素子を真っ直ぐに、
最小の偏向で貫通するようにすることにより達成され
る。

【０００８】プラスチック材料は好ましくはポリカーボ
ネート（polycarbonate）であるが、光学的特性が満足
できる他の材料、例えばＰＭＭＡ、アクリルプラスチッ
ク（acrylic plastic)を用いても良い。

【０００９】上記の光学素子は照準器において基本的は
手段であるが、照準器はまた光経路の他端を閉鎖する透
明の窓を有する場合もある。この透明の窓は射手の目に
向けられる。しかし、ある種の照準器では、光経路およ
び透明窓が設けられない。

【００１０】光経路を有する従来のタイプでは、光学素
子の光学的欠陥を補正するために透明窓が利用され、従
って曲った面を有していた。この結果、照準器が高価に
なっていた。

【００１１】本発明の光学素子は光学的品質が高く、従
って透明窓は端に平で平行な面を有すれば良い。

【００１２】

【実施例】図１の照準器は、矩形の光学素子１を有す
る。この光学素子１は筒２の形態の光経路の前端に取付
けられている。この筒は断面が矩形であり、その幅が高
さより大であり、射手の視野は幅広のものとなる。光学
素子の寸法は例えば３８×２６ｍｍである。光経路の他
端には透明窓３が取付けられている。この透明窓３は、
この照準器が取付けられた武器（図示しない）、例えば
銃を使用する射手の目４に向けられている。武器が銃の
場合、照準器は銃身に取付けられるのが好ましい。

【００１３】透明窓３に向けられた、光学素子１の凹側
は放物面状に形成されている。光学素子は光経路に、そ
の焦点が光経路内に、光学素子１と透明窓３の間に、か
つ光経路の中心線よりも下に位置するように取付けられ
ている。光経路の中心線は照準線(sight line)と定義さ
れる。焦点に、即ち光学素子１の光軸上に、発光手段、
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）５が設けられている。
このＬＥＤ５は光学素子１に、中心線が光学素子と交差
する点に、向けられており、例えば点、十字、輪等の照
準点を形成する。

【００１４】光学素子１の放物面状内面は部分的に反射
する層１ａで覆われている。この層１ａは所定の狭い周
波数、例えば６３０ｎｍ付近の周波数、即ち赤い光のみ
を反射し、他のすべての周波数の光は、ほとんど反射す
ることなく、光学素子を通過する。上記所定の周波数
は、ＬＥＤ５から発せられる光の周波数に依存し、目の
暗順応を破壊するようなものであってはならない。

【００１５】ＬＥＤ５に対する電力の供給は、適宜行な
い得る。

【００１６】光学素子１の、他方の、凸側は反射防止層
１ｂ、所謂反射防止膜を施されている。これはこの側で
の反射、とくにＬＥＤ５からの光の反射を避けるためで
ある。

【００１７】上記のような構成で、射手の目４は、照準
器を覗いた際、標的とその周囲のものとともに、赤点を
見る。照準器が銃に適切に取付けられていれば、銃を射
ったときに、標的に命中させるためには、赤点を標的に
合わせなければならない。

【００１８】視差のない照準器を得るには、ＬＥＤ５か
らの光線がすべて光学素子で反射して、光経路の中心線
に平行に、目４に向かわなければならない。これは光学
素子のこの面ないし側が放物面状に形成されていること
が理想的であることを意味する。

【００１９】標的の像が、ＬＥＤ５による赤点とともに
動く、視差のない照準器を得るために同じく重要である
のは、外部の光線が光学素子１を通る際、像を歪ませる
偏向を受けないことである。人間の目は極めて感受性が
高いので、精度は極めて高くなければならない。現在の
要求では、全体の精度は１ｍｒａｄ（ミリラジアン）よ
りも良くなければならない。

【００２０】光学素子をこのような精度を有するように
制作すると、透明窓３は光経路の閉鎖部材とてのみ作用
すればよく、従って簡単な平行な面を有すれば良い。即
ち従来は、通常２またはそれ以上の素子で構成された光
学素子１の偏向を補償するために曲った面を有する必要
があったが、その必要がなくなる。透明窓３もまた、反
射防止膜を施されている。

【００２１】今日の製造技術を用いれば、プラスチック
光学素子１を高精度にモールドすることができる。光学
素子１の好ましい材料はポリカーボネートである。しか
し、他のプラスチック材料、例えばＰＭＭＡを用いるこ
ともできる。

【００２２】照準器は、これまで、光経路２がその一端
において光学素子１を備え、他端において透明窓３を備
えるハウジング内に収納されているものとして説明し
た。しかし、本発明のより製造される光学素子１はハウ
ジング、光経路、透明窓を設けることなく、即ち武器に
立設させて使用することもできる。光学素子１はまた矩
形以外の形、例えば円形とすることもできる。

【００２３】図２は、光学素子１の断面を示す。同図で
Ｏは素子の光軸を表わし、Ａ〜Ｆは光軸からの高さ（レ
ベル）を表わし、各ステップ（ＯとＡとの間隔およびＡ
〜Ｆの隣接するもの相互間の間隔）は５ｍｍである。従
って、例えばレベルＤは光軸Ｏから２０ｍｍである。破
線は球面を表わし、一方実線は素子の面に選ばれた形状
を表わす。破線と実線の間の距離はレベルＡに対し、
a', a"、レベルＢに対し、b', b"、等と表わされてい
る。

【００２４】ポリカーボネートの屈折率は異なる波長、
即ち色に対し異なり、５８９ｎｍに対し１．５８５であ
る。上記の条件で、また光学素子１の凹面の曲率半径が
１９２ｍｍである場合、光経路を向いた放物面の形を理
想的なものとすることは、特にコンピュータを用いれ
ば、比較的簡単である。次のステップは、光学素子の他
方の面の形状が決定される。この決定に当っては、入射
する光線が、その素子に対する入射位置に拘らず、素子
を通過する際、偏向を受けないように、または偏向が最
小になるように計算が行なわれる。下記の、曲面の計算
のための公式に用いられる定数が理想的な放物面のため
には-1.000であるが、光学素子１の他方の面に対しては
-1.443であることが望ましいことが分かった。この定数
を用いれば、面は双曲面状である。

【００２５】両面ないし側のために用いられる計算の公
式は下記の通りである。

【００２６】z = (x² + y²)/r [1 + {1 - (1/r)²(c +
1)(x² + y²)}^1/2] ここで、x は面のｘ軸座標値、y は面のｙ軸座標値、z
は面の光軸はｚ軸座標値、r は焦点距離の２倍で、これ
は曲面の半径に等しい。また、c は計算された、面の円
錐定数（conical constant）と呼ばれるものである。

【００２７】上記のように、c は円錐定数と呼ばれるも
ので、双曲面の場合には−１よりも小さく、放物面の場
合には−１であり、楕円面の場合には−１より大きい。

【００２８】放物面状の凹面の場合、c は−１であり、
上記の等式ないし公式は z = (x² + y²)/2r となる。

【００２９】放物面の焦点距離f は幾何学的条件を考慮
して定められるが、本例では、９６ｍｍであり、ｒ＝２
ｆであるので、放物面の半径ｒは１９２ｍｍとなる。こ
の結果、凹状の、放物面ないし側の幾何学的形状を正確
に記述する数学的関係が得られる。

【００３０】これ以後、約２０の平行な光線が規定され
る。これらの光線は光軸に対し平行で、それからの距離
がそれぞれ異なる。光学素子は回転対称的であるので、
これらの平行な光線は同じ面内にあるものでも良い。使
用される材料の屈折率、上記等式ないし公式および屈折
の法則により、光線が光学素子を通過する際の屈折のし
かたを計算することが可能である。光学素子の厚さおよ
び光学素子の凸面ないし側の曲率半径ｒおよび円錐定数
ｃが知られていないので、等式の系を解くことができな
い。しかし、最小二乗法を用いて高性能のコンピュータ
を用いれば、光線が光学素子を通過する際の偏向が最小
になる解を見つけることができる。

【００３１】使用される光学素子はできるだけ薄い方が
良く、使用されるプラスチック材料の屈折率は低い方が
良い。

【００３２】もし、両側ないし両面が同じ径を持つので
あれば、光線の偏向が最小になるのは、屈折率に関係な
く、凸面が双曲面であるときである。

【００３３】しかし、もし凸面の曲率半径をも最適化し
た場合には、凹側よりも凸側のr が0.5 %長いときに光
線の偏向が最小になる。この場合ｃは−１より大であ
り、これは、最適の凸面は楕円面であることを意味す
る。この解は、前の解よりも５倍位良好である。

【００３４】上記の計算を行なうと、図２の破線と実線
の距離が、放物面状の凹面と双曲面状の凸面とに対し、
下記の表に示される値となる。

【００３５】

【００３６】上記のように、容認できる精度は１ｍｒａ
ｄである。これは、現在用いられている光学素子が持つ
精度よりもはるかに良い。上記の方法により計算された
放物面および双曲面を用いれば、精度は０．１６ｍｒａ
ｄとなり、異なる波長ないし色に対して、偏向が極めて
小さくなる。

【００３７】与えられた数値は理想的であると思えるか
も知れない。しかし、もし欠陥があり、例えば双曲面の
定数に０．１の偏差があれば、即ち、−１．４４３では
なく、−１．５４３であれば、精度は０．２７ｍｒａｄ
であり、充分容認できるものである。

【００３８】図３および図４は、本発明による計算方法
により得られた結果を示し、本発明のより計算された双
曲凹凸レンズを示す。放物面状の凹面１ａと楕円面状ま
たは双曲面状の凸面１ｂとを有するレンズから、視差の
ない光学素子１が得られる。この光学素子１は適切な形
状とし得る（図示の例では、矩形とした）。また、レン
ズのどの部分から得られたかに拘らず、レンズの焦点と
の関係でまた凸面に入射する外部光線に関し、所望の特
性を持つ。図１に示された構成におけるレンズ素子１は
（図４では）実線で示されている。図４における破線で
示されたレンズ素子は一例として、オフセット照準器(o
ffset sight) を備えた武器に用い得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明により製作された光学素子を備えた照
準器の概略図である。

【図２】 光学素子の拡大断面図である。

【図３】 大きなレンズの側面図であり、この大きなレ
ンズから光学素子が切出され、または製作される。

【図４】 大きなレンズの正面図であり、この大きなレ
ンズから光学素子が切出され、または製作される。 １ 光学素子、１ａ 凹側、１ｂ 凸側、２ 筒状部
材、３ 透明窓、５ 発光素子（ＬＥＤ）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照準器の使用者に向いた光学素子の凹側
   が部分的に反射する層（１ａ）を備え、その焦点に発光
   手段（５）が配置され、光学素子（１）の凹側が放物面
   状に形成され、光学素子の反対の凸側（１ｂ）が楕円面
   状または双曲面状に形成され、光学素子の光軸に沿っ
   て、それに入射した外部光線が、該光学素子を真っ直ぐ
   に、最小の偏向で貫通することを特徴とする視差のない
   照準器のための凹凸光学素子。
2. 【請求項２】 プラスチック材料により一体成型された
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。