KR100295096B1 - 소형 병기용 레이저 송신기 - Google Patents

소형 병기용 레이저 송신기 Download PDF

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KR100295096B1
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힘나슈 엔. 패리크
프릿츠 더블유. 히일리
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윌리암 씨. 스튜어트, 제이알.
큐빅 디펜스 시스템스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 다중 통합 레이저 전투 시스템에 사용하기 위한 개선된 소형 병기용 레이저 송신기에 관한 것으로서, 소형 병기에 장착되는 레이저 송신기에는 일반적으로 병기의 아임(aim)을 따라 레이저 비임을 방출하도록 에너자이즈(energize)될 수 있는 레이저를 가지며, 전기 기계적 정렬 시스템 (electro-mechanical alignment system)의 정렬 헤드(alignment head)는 레이저 비임이 병기의 보어사이트(boresight)와 실질적으로 정렬될 때까지 방위각 및 앙각 방향으로 레이저 비임을 조종(steer)하도록 송신기를 조정 (adjusting)하기 위하여 레이저 송신기에 결합될 수 있도록 한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
소형 병기용 레이저 송신기
[기술분야]
본 발명은 군사 훈련 장비, 특히 워 게임(war game)에서 병사가 사용하는 소형 병기, 예를 들어, 라이플(rifle)에 탑재되는 레이저 송신기(laser transmitter)에 관한 것이다.
[배경기술]
다년간 미합중국의 군부대(armed services)는 다중 통합 레이저 전투 시스템(Multiple Integrated Laser Engagement System; 이하 “MILES”라고 한다)으로 병사를 훈련시켜 왔다. 소형 병기용 레이저 송신기(laser Small Arms Transmitter; 이하 “SAT”라고 한다)가 M16 등의 라이플의 총렬 위(stock)에 고정된다. 각 병사는 레이저 “총알”의 적중(hit)을 검출하도록 된 검출기(detector)를 헬멧(helmet)과 몸통 멜빵(body harness)에 지니게 된다. 병사가 실제 사격 훈련(actual round)의 사격(firing)을 시뮬레이션(simulation)하기 위하여 공포탄(blank)을 발사하도록 라이플의 방아쇠(trigger)를 당기면 음향 감지기(audio sensor)가 SAT를 격발시킨다.
일단 종래의 라이플 조준기(sight)에 표적(target)이 위치되었을 때, 병사가 표적을 정확히 맞출 수 있도록 하기 위하여 SAT를 정렬(align)시킬 필요가 있다. 과거의 구형 SAT는 라이플의 총렬 위에 볼트로 결합되었으며, 병기의 기계적 조준기(mechanical sight)가 레이저 빔과 일치하도록 조정되었다. 이러한 방식의 단점은 실제 사격(live round)에서 라이플을 사용하기 위하여 기계적 조준기가 반드시 재조정되어야 한다는 점이다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 현재 사용되고 있는 종래의 SAT는 레이저의 배향(orientation)을 변경시키기 위한 기계적 링크장치(linkage)를 포함하고 있다.
종래의 MILES SAT의 정렬을 위하여 미합중국 군이 사용하던 종래 기술인 소형 병기용 정렬 장치(Small Arms Alignment Fixture; 이하 “SAAF”라고 한다)는 표적 십자선(target reticle)에 대하여 레이저가 어디를 맞추는지 결정하기 위하여, 35개의 인쇄 회로 기판과 함께 사용되는 144개의 검출 장치의 콤플렉스 어레이(complex array)로 이루어진다. 종래 기술의 SAAF를 사용하는 데 있어서의 난점은 병사가 그의 병기로 안정한 플랫폼(stable platform)을 사용하지 않고 25m 떨어져 있는 어레이를 조준한다는 점이다. 여러 원인에 의하여, 병사는 최초 조준점(aim point)이 소망한 위치에 있지 않는 상태로 병기를 발사한다. 어레이가 병사로부터 25m 떨어져 있기 때문에 눈, 안개, 바람 그리고 일출 또는 황혼 때의 열악한 밝기 조건으로 인하여 가시도 한계(visibility limitation)가 존재하게 된다.
종래 기술의 SAAF는 방위각(azimuth) 및 앙각(elevation) 모두에서의 잘못된 “클릭(click)”의 수를 계산한다. 클릭의 수는 4세트(set)의 전자-기계적 디스플레이 지시기(electro-mechanical display indicator)를 사용하여 종래 기술의 SAAF에 표시된다. 그러면, 병사는 종래의 SAT 조정기(adjustor)를 대응하는 클릭의 수만큼 정확한 방향으로 돌려야 한다. 그 다음, 병사는 병기를 다시 조준하고 발사하여, 추가로 대응하는 조정(adjustment)을 해야 한다. 이러한 반복 과정은 병사가 종래 기술의 SAAF에서 0 지시값(zero indication)을 얻을 때까지 계속된다. 병사가 표적 십자선을 다시 획득하여야 할 때마다 매번 초래되는 일상적인 조준 에러(normal aiming error)로 인해, 이것은 매우 시간이 많이 소모되고 지루한 과정이 된다. 병사가 그의 병기를 최고의 능력으로 조정하는데 15분이 소요됨에 불구하고, 여전히 병기가 정확하게 정렬되지 않는 일이 흔하게 발생한다.
종래 기술의 SAAF를 이용하는 정렬 과정은 시간이 많이 소모될 뿐만이 아니고 다량의 공포탄 알루미늄(blank aluminium)을 사용하여야 하기 때문에 비용도 많이 든다. 종래의 SAT의 레이저는 발화하는 공포탄(blank cartridge) 또는 특수 공포(空砲)탄용 격발선(dry fire trigger cable)을 사용하지 않으면 발사되지 않을 것이다. 종래 기술의 SAAF는 광학 조준기(optical sight), 여러 가지의 소형 병기타입을 지원하지 못하며, 암시(暗視) 장치(night vision device)도 지원하지 못한다. 또한 종래 기술의 SAAF는 레이저 빔 에너지 그리고 수용된 에너지 빔의 암호화(encoding)를 정확하게 검증(verify)할 수도 없다.
그러므로, 대형의 표적 어레이를 사용할 필요가 없는 개선된 SAT를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이러한 SAT는 더욱 신속하고 정확한 정렬을 위하여 자동으로 조정될 수 있는 것이 바람직하다. 나아가, 개선된 SAT의 레이저 출력은, MILES 시스템의 맨원 부위(manworn portion)가 서로 다른 소형 병기에 의한 적중(hit)을 구별할 수 있도록, 서로 다른 파워(power)와 코딩(coding)을 가질 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명을 연구하거나 조사하는 사람들은 아래의 유용한 관련서들을 찾을 수 있다:(1) 1984년 12월 18일 반노트(Van Note)에 간행된 미합중국 특허 제 4, 488, 369호, 그리고 (2) 1982년 8월 11일 공고된 이엘오피 전기-광학산업(주) (ELOP Electro-Optics Industries Limited)의 유럽 특허 출원번호 제 0, 057, 304호.
따라서 본 발명의 주요한 목적은 다중 통합 레이저 전투 시스템에 사용하기 위한 개선된 소형 병기용 레이저 송신기를 제공하는 것이다.
본 발명은 소형 병기에 탑재될 수 있는 레이저 송신기를 제공한다. 레이저 송신기는 일반적으로 병기의 조준(aim)을 따라 레이저 빔을 방출하도록 전압이 인가(energize)될 수 있는 레이저를 가진다. 전기-기계적 정렬 시스템(electro-mechanical alignment system)의 정렬 헤드(alignment head)는 레이저 빔이 병기의 총강 시선 검사구(boresight)와 실질적으로 정렬될 때까지 방위각 및 앙각 방향으로 레이저 빔을 조종(steer)하도록, 송신기를 조정(adjusting)하기 위하여 레이저 송산기에 결합될 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
[도면의 간단한 설명]
발명의 목적, 이점 및 특징은 후술하는 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 더욱 용이하게 알 수 있을 것이다.
제1(a)도는 자동 조작자 확인 소형 병기용 레이저 정렬 시스템(automatic player identification small arms laser alignment system)에서 라이플을 조준하고 있는 병사의 사시도이다.
제1(b)도는 더욱 상세한 도시를 위하여 일부를 절개하여 도시한 제1(a)도의 정렬 시스템의 측면도이다.
제2도는 제1(a)도 및 제1(b)도의 정렬 시스템의 제어 유닛의 디스플레이 패널(display panel)과 스위치를 확대 도시한 정면도이다.
제3도는 제1(a)도 및 제1(b)도에 도시된 라이플에 탑재되는 본 발명의 소형 병기용 송신기(SAT)의 바람직한 실시예를 확대 도시한 분해 사시도이다.
제4도는 광학 웨지(optical wedge)를 이용하는 레이저 빔의 조종을 설명하는 선도이다.
제5(a)도 및 제5(b)도는 제1(a)도 및 제1(b)도의 정렬 시스템의 정렬 헤드의 측면도 및 정면도이다.
제6도는 제1(a)도 및 제1(b)도의 정렬 시스템의 광학 유닛(optics unit)의 렌즈, 빔스플리터(beam splitter), 표적 십자선 및 위치 감지기(position sensor)를 설명하는 선도이다.
제7도는 제1(a)도 및 제1(b)도의 정렬 시스템의 전체 블럭도이다.
제8도는 제1(a)도 및 제1(b)도의 정렬 시스템의 제어 유닛의 광학 출력 파워(optical output power) 및 코드 정확도 검증 회로(code accuracy verification circuit)의 블럭도이다.
[본 발명의 수행을 위한 최적의 모드]
제1(a)도 및 제1(b)도를 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 워 게임에서 병사가 사용하기 위하여 M16 라이플 등의 소형 병기(14)의 총렬 위에 볼트 결합되는 소형 병기용 레이저 송신기(SAT)(12)가 제공된다. 본 발명의 SAT(12)는 사용시 수평으로 배향되는 사각 공동형 운반 케이스(rectangular hollow transit case)(16)를 포함하는 정렬 시스템(10)에 의하여 자동으로 조정되도록 고안되어 있다. 케이스(16)에 잠금 가능하게 힌지 결합된 단부 덮개(end cover)(18)는 내부에 탑재되는 제어 유닛(20)을 볼 수 있도록 하기 위하여 위쪽으로 회전될 수 있다. 병사(21)는 케이스(16) 안의 병기(14)를 조준한다. 병사(21)는 워 게임에서 레이저 “총알”의 적중을 검출하는 레이저 검출기가 구비된 헬멧(21a)과 멜빵(21b)을 착용한다. 제어 유닛(20)에는 LCD 디스플레이(24)를 구비한 박스형 하우징(22)(제2도)이 구비된다. 하우징(22)에는 막 스위치 패널(membrane switch panel)의 형태로 된 키패드(keypad)가 구비된다. 상기 스위치 패널은 디스플레이(24)를 둘러싸며 압력식 스위치(pressure - type switch)(26, 28, 30, 32, 34, 36, 38)를 포함한다.
신축 가능한 미끄럼식 랙(sliding rack)(40)은 케이스(16)의 저부에 탑재된 하부 유닛(42)(제1(a)도 및 제1(b)도)의 후단부로부터 수평으로 연장될 수도 있다. 소형병기(이하 본 발명의 실시예를 위해 “라이플”이라고 칭함)(14)의 총열(barrel)(44)이 단단한 삼각형 병기 안치대(rigid triangular weapon rest)(46)의 상단(apex)에 견고하게 지지된다. 상기 안치대(46)의 아래쪽은 하부 유닛(42)의 중간부에 볼트로 견고하게 탑재된다. 라이플(14)의 방아쇠 안전장치(trigger guard)(도시되지 않음)가 랙(40) 위의 바이스(vise)(48) 안에 탑재된다. 바이스(48)에는 라이플(14)의 총열(44)의 방위각 및 앙각을 각각 손으로 조정하기 위한 노브(knob)(50, 52)가 구비되어 있다. 병사(21)(제1(a)도)는 병기 안치대(46) 및 바이스(48) 위에 라이플(14)을 거치 한 후, 이하 상세히 설명되는 바와 같이, 병기의 조준선(line of sight)으로 투영되는 표적 십자선(54)(제6도)의 이이지(image)를 조준한다.
박스형 광학 유닛(56)(제1(a)도 및 제1(b)도)이 하부 유닛(42)(제1(b)도)의 전면부에 견고하게 탑재된다. 광학 유닛(56)은 볼록렌즈(58)(제6도) 및 빔 스플리터(60)를 포함한다. 빔 스플리터(60)는 SAT(12)로부터 방출된 적외선 광선에 대해서는 투과성(transparent)을 갖지만 가시 광선에 대해서는 반사성(reflective)을 갖는다. 표적 십자선(54)(제6도)은 레이저 빔의 축 아래로 광학 유닛(56) 안에 탑재된다. 빔 스플리터(60)는 렌즈(58)의 앞쪽에 위치되며, 표적 십자선의 이미지(V)를 렌즈(58)를 통해 무한대로 투영(project)하기 위해 45°의 각도를 가진다. 광학 유닛(56)의 위치 감지기 검출기(position sensor detector)(62)는 레이저 빔(B)을 수용하여, 수용된 레이저 빔의 위치와 표적 십자선 사이의 변위차(displacement)를 나타내는 에러 신호(error signal)를 발생시킨다. 그 후, SAT(12)의 레이저 빔(B)이 검출기(62)의 중심을 맞출 때까지 SAT(12)를 조정한다.
제어 유닛(20)(제1(a)도 및 제1(b)도) 안의 제어 회로는 라이플(14)에 볼트 결합된 SAT(12)와 뒤쪽 단부에 기계적으로 커플링 되는 정렬 헤드(64)에 결합된다. 상기 제어 회로는 정렬 헤드(64)가 SAT(12)에서 레이저를 반복적으로 격발(trigger)시키도록 한다. 에러 신호를 이용하여 제어 회로는 정렬 헤드가 한 쌍의 웨지 프리즘(wedge prism)(66, 68)(제3도)을 독립적으로 회전시키도록 한다. 상기 웨지 프리즘(66, 68)은 각각 레이저 빔이 병기의 총열(44)의 총강 시선 검사구와 실질적으로 정렬될 때까지 레이저 빔의 방위각 및 앙각을 조종하기 위해, SAT(12) 내에서 서라운딩 스퍼 기어(surrounding spur gear)를 포함한다.
상기 정렬 시스템(10)은 미합중국 군이 규정한 모든 소형 병기 및 기관총(machine gun)의 자동 총강 시선 검사구 정렬을 위해 사용될 수 있으며, 새로운 병기에 대해서 제한 없는 적응성(adaptability)을 가진다. 시스템의 자동조작은, 병사(21)에 의한 병기(14)의 한 번의 개시 조준(sighting) 이후, SAT(12)의 신속(1분 미만)/정확하고 일정한 총강 시선 검사구(boresighting) 정렬을 보장한다. 조준용 바이스(48)의 사용은 병기(14)의 광학 조준기 및 암시 장치가 총구 조준 과정을 방해하지 않도록 한다. 전체의 정렬 시스템(10)은 태양 및 악천후(foul weather)의 보호구(shield)로도 작용하는 단단한 운반 케이스(16) 내부에 보관된다. 상기 정렬 시스템(10)은 정렬 과정 중에 공포탄 알루미늄을 사용하지 않으므로 실내의 테이블 등과 같은 어떠한 장소에서도 사용할 수 있다. 정렬 장치의 초기 설정은 축전지를 제어 유닛 하우징(22)(제1(a)도 및 제1(b)도)에 설치하는 단계, 비트(BIT) 스위치(30)(제2도)를 작동(activation)시키는 단계와, 스위치(34)를 눌러 정렬될 병기의 유형을 선택하는 단계를 포함하는 3개의 간단한 단계로 이루어진다. 디스플레이(24)는 동작자(operator)에게 다음 단계를 어떻게 진행할 것인가에 대해 적절한 문자 메시지(text message)와 지시(direction)를 제공할 것이다. 일단 정렬 시스템(10)이 정렬을 위한 준비가 되면, 병사는 디스플레이(24)에 나타난 지시를 따라 병기를 정렬시킨다. 전형적인 정렬 순서는 다음과 같다.
a) 정렬 헤드(64)를 소형 병기용 레이저 송신기(SAT)(12)에 부착시킨다.
b) 병기를 조준용 바이스(48) 및 전방 병기 안치대(46)에 위치시킨다.
c) 병기를 조준용 바이스의 방위각 및 앙각 조정 노브(50, 52)를 이용하여 광학 유닛에 보이는 조명된 표적 십자선(illuminated target reticle)의 이미지를 조준한다.
d) 진행 스위치(proceed switch)(28)(제2도)를 누르고 디스플레이(24)에 나타난 지시를 따른다. 병기 유형은 디스플레이에 나타난 질문에 답하여 적당한 시간에 스위치(34)를 눌러 선택한다.
e) 진행을 중지하고 제어 유닛 하우징(22)의 정렬 스위치(26)를 누른다.
f) 1분 이내에 디스플레이(24)에 “정렬 완료(ALIGNMENT COMPLETE)” 메시지가 나타날 때까지 대기한다.
g) 정렬 완료지시에 따라 병기를 정렬 시스템에서 제거한다.
정렬 과정 중에 낮은 파워, 부정확한 레이저 코딩 또는 격발의 문제 등과 같은 어떤 문제점이 발생하게 되면, 시스템은 병사에게 병기의 SAT(12)에 결함이 있으며 교체할 필요성이 있음을 알려줄 것이다.
정렬 시스템(10)의 전체 조작이 제7도의 블럭도에 도시되어 있다. 병기(14)는 SAT(12)에 부착된 장렬 헤드(64)와 함께 조준용 바이스(48)에 탑재된다. 광학 유닛(56)은 병기의 조준기가 조준되는 조명된 표적 십자선(54)을 포함한다. 정렬 스위치(26)(제2도)가 작동되면, 제어 유닛(20)은 적절한 조작을 위한 창(window)(70)(제3도) 지시기 앞쪽에 탑재된 SAT의 사격(fire) LED(도시되지 않음)를 감시(monitoring)하면서, SAT(12)가 반복적으로 격발되도록 한다. 광학 유닛(56)은 레이저의 위치를 감지(sense)하여 그 데이터를 제어 유닛(20)에 보내는데, 제어 유닛(20)에서는 필요한 수정 량을 결정한다. 제어 유닛(20)은 정렬 헤드(64)가 SAT(12)에 대해 필요한 조정을 행하도록 한다. 상기 과정은 SAT(12)가 정밀하게 정렬될 때까지 실시간(real time)으로 계속된다. 또한, 제어 유닛(20)은 광학 유닛(56)과 함께 파워 수준(power level), 레이저 코드 그리고 SAT의 정렬 광학이 소망한 대로 수행되고 있는지를 점검한다. 정렬 시스템(10)의 다섯 가지 주요한 부어셈블리(sub-assembly)가 이하 더욱 상세히 설명된다.
광학 유닛(56)은 조명된 표적 십자선(54)을 총강 시선 검사구 정렬 중에 병사(21)에게 투영하고, 상기 십자선에 대하여 병기의 레이저 빔의 위치를 검출하는 어셈블리이다. 조명된 십자선(54)은 황혼 또는 여명 등과 같은 열악한 조명 조건 중의 총강 시선 검사구 정렬에 있어 병사(21)를 보조한다. 제6도는 광학 유닛(56)의 주요소(principal components)의 조작을 도시한 것이다. 하나의 대형 볼록 렌즈(58)는 렌즈(58)의 초점에 위치된 길이방향 위치 감지기 검출기(longitudinal position sensor detector)(62)에 있는 한 점(spot)으로 레이저 빔을 시준(collimating)하고 집중(focussing)시키는 기능을 한다. 레이저 빔의 렌즈(58)로의 입사 각이 수직이 아닌 때(오정렬)에는, 검출기(62) 상의 점의 위치가 오프셋(offset)된다. 검출기(62)는 오프셋의 양을 수동적으로 측정하여 제어 유닛(20)으로 에러를 보낸다. 검출기는 바람직하게는 4분-검출기(quad-detector)등과 같은 고체 상태 검출기(solid state detector)이거나 또는 아날로그 출력(analog output)을 가진 선형 검출기(linear detector)일 수도 있다. 레이저 빔의 경로 안에, 가시 광선은 반사시키는 반면 레이저로부터의 적외선은 통과시키는 빔 스플리터(60)가 존재한다. 빔 스플리터(60)는, 유입 레이저(incoming laser)와 같이, 렌즈를 통해 표적 십자선(54)의 이미지를 투영하기 위하여 45°각도로 지지된다 조준용 표적 십자선(54)은 LED(72) 등과 같은 가시 광선원(visible light source)에 의해 조명되며, 투영된 이미지가 위치 감지기 검출기(62)의 영점(zero point)과 같은 광학 축 위에 있게 되도록 위치된다. 광학 유닛(56)의 필드 조정(field adjustment)은 필요치 않으며, 시스템(10)은 검출기(62)와 표적 십자선(54)을 조명하기 위한 LED 광원(72) 외의 다른 전자부품을 포함할 필요가 없다.
병기의 총열(44)의 선단(tip)과 광학 유닛(56) 사이로 하부 유닛(42)에 L형 보호용 방벽(protective barrier)(74)(제1(a)도 및 제1(b)도)이 볼트로 견고하게 고정된다. 이것은 병사가 병기 안치대(46)와 바이스(48)에 라이플(14)을 거치할 때 부주의하게 총열(44)로 광학 유닛의 렌즈(58)를 치는 것을 방지한다. 상기 방벽은 금속 스크린(metal screen)(76)으로 덮여진 구멍을 가지는데, 상기 금속 스크린(76)은 레이저 빔이 구멍을 통해 광학 유닛(56)으로 통과될 수 있도록 하며, 이때 레이저 빔은 8mm의 폭을 가질 수 있다. 유리 또는 다른 고체로 된 투명한 덮개(covering)를 구멍에 사용하면, 더러워져서 레이저 빔을 약하게 하거나, 또는 레이저 빔을 굴절시켜 부정확성을 야기할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
정렬 헤드(64)(제5(a)도 및 제5(b)도)는 케이블(65)(제1(a)도)에 의해 SAT(12)에 부착되는 전기 기계적 장치이며, 제어 유닛(20)의 명령에 따라 SAT의 레이저 위치를 자동으로 조정한다. 정렬 헤드(64)는 SAT의 레이저를 격발하기 위한 유도 코일(78)(제5(a)도)을 포함하며, 스위치(30)(제2도)에 의해 요청된 경우에는 시험용 조작자 확인(testing player identification)을 SAT에 전달한다. 또한, 상기 정렬헤드(64)는 조작 상황을 결정하기 위하여 SAT(12)의 창(70) 앞쪽 하우징 어셈블리 내부에 위치한 사격 LED를 감시하는 검출기(80)를 구비한다. 정렬 헤드(64) 안에서 2개의 소형 감속 기어 모터(reduction geared motor)(82, 84)(제5(b)도) 및 이와 결합된 오프셋 기어 트레인(offset gear train)(86, 87)이 한 쌍의 기어 축(geared shaft)(118, 120) 상의 논-스톱 커플링(non-stop coupling)(도시되지 않음)을 회전시키기 위하여 사용된다. 커플링은 SAT의 구동 축(106, 108)의 단부 위에 끼워 맞춤 된다. 상기 모터(82, 84)는 총강 시선 검사구 정렬 과정 중에 제어 유닛(20)에 의하여 구동 및 제어되는 반면, 광학 유닛(56)은 SAT의 레이저를 검출하고 제어 유닛(20)에 실시간 피드백(real time feedback)을 제공한다.
소형 병기용 레이저 송신기(SAT)(12)(제3도)는 후단부를 형성하는 제거 가능한 덮개 어셈블리(cover assembly)(90)를 가진 하우징 어셈블리(88)를 포함한다. 레이저 다이오드 어셈블리(92)가 상기 하우징 어셈블리(88) 내부에 탑재되며, 역시 하우징 어셈블리(88) 내부에 탑재되어 있는 제어기 기판(controller board)(94) 상의 파워 화로(power circuit)에 의하여 에너지를 공급 받는다. 상기 파워 회로는 배면 덮개 어셈블리(90)의 내부에 탑재된 유도 스위치(96)에 의하여 레이저 다이오드 어셈블리(92)에 에너지를 주도록 작동된다. 상기 유도 스위치는, 유도 스위치(96)와 정렬된 하우징 어셈블리(88)(제3도)의 상단에 중첩(overlap)되는 유도 코일(78)(제5(a)도)에 전압이 인가(energize)되어 작동된다.
하우징 어셈블리(88)(제3도)의 전단부에는 구멍(98, 100)이 형성된다. 공포탄의 사격(firing)을 검출하기 위한 음향 또는 광학 감지기(도시되지 않음)가 구멍(100) 안에 위치되며 제어기 기판(94) 상의 회로에 결합된다. 레이저 다이오드 어셈블리(92)로부터 방출된 빔이 통과될 수 있도록 하기 위한 투명 창(102)이 다른 창(98)에 탑재된다. 광학 슬리브(optical sleeve)(104)가 창(102) 뒤에 위치된다. 광학 웨지(66, 68)는 각각 구동 축(106, 108)을 통해 독립적으로 회전할 수 있도록 창(102) 뒤에 회전 가능하게 지지된다, 상기 축들의 전단부는 각각 광학 웨지(66, 68)의 외주부에 형성된 나사산(스퍼 기어: spur gear)과 맞물림 될 수 있도록 피니언 기어(106a, 108a)를 구비한다. 구동 축(106, 108)은 베어링(110, 112)에 축지지 된다. 구동 축(106, 108)의 후단부는 O 링(O-ring)(114, 116)에 의하여 밀폐된 배면 덮개 어셈블리(90)에 형성된 구멍(도시되지 않음)을 통해 연장한다. 상기 축단부들은 배면 덮개 어셈블리(90)로부터 수직으로 연장하는 단단한 플랜지(rigid flange)(90a)에 의하여 보호된다.
정렬 헤드(64)(제5(a)도 및 제5(b)도)가 SAT(12)의 배면 덮개 어셈블리(90)에 커플링 된 때에는, 정렬 헤드(64)의 기어 축(118, 120)(제5(b)도)에 형성된 논-스톱 커플링(도시되지 않음)은 모터(82, 84)에 구동 결합을 가공하도록 축(106, 108)의 단부와 결합한다.
제4도는 정렬 헤드(64)의 모터(82, 84)에 의해 광학 웨지(66, 68)를 독립적으로 회전시켜서 레이저 빔(B)을 조종하는 것을 도식적으로 보여주고 있다. 광학 웨지는 광학 시스템에서 빔 조종 요소로 사용될 수도 있다. 정점 각(apex angle) θw의 얇은 웨지를 통해 통과중인 선(ray) 또는 빔에 의한 최소 이탈(deviation) 또는 편향(deflection)은 대략 θd=(n-1)θw로 주어지는데, 상기 식에서 n은 반사계수(reflectiue index)이다. 프리즘의 “파워”[Δ]는 프리즘 디옵터로 측정되는데, 프리즘 디옵터는 프리즘으로부터 1m 떨어진 거리에서의 1cm의 편향으로 정의된다. 즉 Δ =100tan(θd)이다.
동등한 파워(동등한 이탈)를 가지는 2개의 웨지를 밀접히 접촉하도록 하여 결합하고, 이들을 인접면(adjacent face)의 법선과 대략 평행한 축을 중심으로 독립적으로 회전시키면, 상기 결합체를 통해 통과하는 레이저 빔은, 이탈되지 않은 빔의 경로에 대해 좁은 콘(narrow cone)의 범위에서, 어느 방향으로든 조종될 수 있다. 상기 콘의 각 반경(angular radius)은 대략 θd이다. 정점 각은 웨지의 제조 공정에서 매우 엄격한 공차 범위로 조절된다. 멜트-투-멜트 인덱스 공차(melt-to-melt-index tolerance)의 결과 이탈 각(파장의 함수)은 공칭적으로 규정된다.
이탈 각은 입력 빔이 수직면에 대해 법선인 것으로 가정하여 규정된다. 물론 다른 입력 각에서의 이탈은 다를 것이다. 같은 입력 방향과 다른 파장에 대하여 이탈 각을 결정하기 위한 식은 θd= arcsin(n sin θw)-θw인데, 상기 식에서 θd는 이탈 각이고, θw는 웨지 각이며 n은 적절한 파장에서의 공칭 지수(nominal index)이다. 광학 웨지는 합성 융합 실리카(synthetic fused silica) 등과 같은 다양한 재료와, 여러 가지 형상 및 크기를 가진 것을 얻을 수 있다.
제어 유닛(20)(제1(a)도)에는 사용자에게 친숙한 LCD 디스플레이(24)(제2도)가 구비되며, 이것이 사용자에게 병기의 상태를 계속해서 알려주는 한편, 정렬 과정 전체에 걸쳐 진행에 따라 사용자에게 지시하는 것을 제어한다. 제어 유닛(20)은 운반 케이스 덮개(18) 내부에 탑재된다. LCD 디스플레이(24)는 덮개(18)가 열림 위치로 들어올려졌을 때 용이하게 판독될 수 있다. 전술한 바와 같이 제어 유닛(20)은 모든 제어를 제공하고, 광학 및 정렬 헤드 유닛(56, 64)의 모든 활동을 감시한다. 통합(integral) 4×20 LCD 디스플레이(24)를 구비한 전면 막 스위치 패널은 사용자 인터페이스(user interface)를 제공한다. 스위치의 기능은 아래에 설명된 바와 같다.
a) 정렬(26) 스위치 - 이 스위치는 병사가 병기의 조준기를 광학 유닛 표적 십자선으로 조준한 후 병사에 의해 작동된다.
b) 진행(28) 스위치 - 이 스위치는 병사가 다음 정렬 단계로 이동하고자 할때나 또는 표시된 메세지를 승인하였을 때에는 언제나 작동된다.
c) 비트(BIT)(30) 스위치 - 이 스위치는 시스템의 초기 설정 중에 준비 상태를 검증하기 위하여 작동된다.
d) PID 학습(32) 스위치 - 이 스위치는 시스템의 테스트 PID를 SAT(12)에 전달하기 위하여 사용된다. 이 스위치와 사용은 선택적이며, 다른 PID를 수용(accept)할 수 있는 거치된 병기의 SAT에 관해 의문이 있는 경우에만 사용된다.
e) 병기선택(34) 스위치 - 이 스위치는 정렬할 병기의 타입(M16A2, M2, M24D 등)을 선택하기 위하여 두 개의 화살표 스위치(arrow switch)와 함께 사용된다. 이러한 선택은 시스템에 의하여 어떠한 파워 수준과 코드가 검증되어야 하는지를 결정한다.
f) 화살표 스위치(36, 38) - 이 스위치들은 여러 가지 병기의 타입을 선택하는데 사용된다.
조준용 바이스(48)(제1(b)도)는 정렬 상태의 병기(14)를 유지하고 조준하는 데 사용되는 안정한 기구(stable mechanism)이다. 이것은 병사의 조준 방법에 따라 도입된 임의의 조준 바이어스(aiming bias)를 이용하여, 병사가 총강 시선 검사구를 정렬할 수 있게 하며, 병기가 조준점으로부터 벗어나는 것을 방지한다. 상기 바이스(48)는 다양한 길이의 병기를 수용하도록, 운반 케이스의 하부 유닛(42) 안으로 복귀하는 미끄럼식 랙(40)에 부착된다. 조준용 바이스(48)는 병사가 병기의 조준기를 표적 십자선(54)의 이미지로 정확하게 조준할 수 있도록 하는 앙각 및 방위각 조절 노브(50, 52)를 구비한다. 병기 총열(44)의 전방부는 운반 케이스(16)의 내부, 하부 유닛(42) 상에 위치한 병기 안치대(46) 위에 안치된다.
정렬 시스템(10)의 주요소들은 운반 및 조작 중 안전하고 견고한 환경을 제공하는 운반 케이스(16)에 통합된다. 또한, 상기 케이스(16)는 정렬 과정이 어떠한 예견되는 환경에서도 수행될 수 있도록 하기 위한 태양 및 악천후 보호구를 제공한다. 광학 유닛(56), 병기 안치대(46) 및 미끄럼식 조준용 바이스의 랙(47)은 시스템에 파워를 공급하기 위한 축전지(도시되지 않음)에 부착되며, 상기 축전지는 하부 유닛(42) 내부에 탑재된다. 제어 유닛(20)은 후면 덮개(18A)의 내부에 부착된다.
제8도는 제어 유닛(20)의 광학 출력 파워 및 코드 정확성 검증 회로의 블럭도이다. 암호화 회로(122)가 직렬 데이터 버스(serial data bus)(124)를 통해 마이크로 컴퓨터(도시되지 않음)에 결합된다. 레이저 빔의 경로 내에 있는 광학 비트 증폭기(optical bit amplifier)(126)는 신호를 암호화 기기로 출력한다.
상기에서 본 발명의 소형 병기용 레이저 송신기 및 정렬 시스템에 의한 그의 자동 조정의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 당업자에게는 본 발명의 장치 및 세부내용의 수정이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명에 주어진 보호는 다음의 특허 청구의 범위에 따라 해석되어야만 할 것이다.

Claims (19)

  1. 실제 전투의 사격을 시뮬레이션하기 위한 소형 병기(14)에 탑재되는 레이저 송신기(12)에 있어서, 창(98)이 형성된 전단부를 구비한 하우징 어셈블리(88)와; 상기 창(98)을 통해 레이저 빔(B)을 방출하기 위하여, 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 탑재되는 레이저 다이오드(92)와; 상기 레이저 다이오드(92)가 상기 레이저 빔을 방출하도록 상기 레이저 다이오드(92)에 에너지를 공급하기 위하여, 상기 하우징 어셈블리(88)에 탑재되며, 상기 레이저 다이오드에 접속되는 파워 회로(94)와; 상기 레이저 다이오드(92)와 상기 창(98) 사이에 위치되는 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)와; 상기 레이저 빔을 조종하기 위하여, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)가 공통 광학 축을 중심으로 독립적으로 회전할 수 있게 지지하는 지지수단과; 정렬 헤드(64)에 커플링되기 위하여 상기 하우징 어셈블리(88)를 통해 연장하는 연장부를 구비한 상기 광학 웨지 지지 수단에 결합되는 구동 수단(106, 108)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)는 동등한 이탈을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)는 각각 상기 공통 광학 축에 대해 수직인 제1 면과 상기 공통 광학 축에 대해 소정의 각도로 연장하는 제2 면을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)는 인접하여 접촉한 제1 수직면으로 지지되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)를 지지하는 수단은 제1 및 제2 스퍼 기어를 포함하되, 상기 제1 및 제2 스퍼 기어는 각각 상기 웨지(66, 68) 중에서 대응하는 웨지를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구동수단(106, 108)은 제1 및 제2 조정 축과, 상기 스퍼 기어 중에서 대응하는 스퍼 기어와 맞물림 되도록 하기 위하여, 상기 조정 축 중에서 대응하는 조정 축에 탑재되는 제1 및 제2 피너언 기어(106a, 108a)를 포함하되, 상기 조정 축은 상기 정렬 헤드(64)와의 구동 결합을 위하여 상기 하우징 어셈블리(88)의 후방 단부에 형성된 한 쌍의 구멍 중에서 대응하는 구멍을 통해 연장하는 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구멍을 통해 연장하는 상기 조정 축의 상기 단부를 보호하기 위하여, 상기 구멍에 인접한 상기 하우징 어셈블리(88)로부터 연장하는 플랜지(90a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하우징 어셈블리(88)의 상기 후방 단부에는 창(70)이 더 구비되고, 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부 방향으로 상기 창(70)의 앞쪽에 탑재되는 사격 LED를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 송신기(12)는 공포탄의 사격을 검출하기 위한 감지기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  10. 제1항에 있어서, 상기 레이저 다이오드(92)에 에너지를 공급하기 위하여, 상기 파워 회로(94)에 결합되고, 상기 하우징 어셈블리 위에 탑재되는 정렬 헤드(64) 내의 유도 코일(78)에 의하여 작동되는 유도 스위치(96)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  11. 실제 전투의 사격을 시뮬레이션하기 위하여 소형 병기(14)에 탑재되는 레이저 송신기(12)에 있어서, 제1 창(98)이 형성된 전단부를 구비한 하우징 어셈블리(88)와; 상기 제1 창(98)을 통해 레이저 빔(B)을 방출하기 위하여, 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 탑재되는 레이저 다이오드(92)와; 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 탑재되며, 상기 레이저(92)가 레이저 빔을 방출하도록 상기 레이저(92)에 에너지를 공급하기 위하여 상기 레이저(92)에 접속되는 파워 회로(94)와; 상기 레이저와 상기 제1 창 사이에 위치되는 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)를 포함하고, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)를 공통 축을 중심으로 상기 구동 수단(106, 108)에 의하여 독립적으로 회전할 수 있게 지지하는 지지수단을 포함하는 상기 레이저 빔을 조종하기 위한 조종수단과; 상기 조종수단을 구동하기 위한 구동수단(106, 108)과; 상기 레이저(92)에 에너지를 공급하기 위해, 상기 파워 회로(94)에 접속되고, 상기 하우징 어셈블리(88) 위에 탑재되는 정렬 헤드(64) 내의 유도 코일(78)에 의하여 작동되는 유도 스위치(96)로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하우징 어셈블리(88)는 창(70)이 더 구비된 후단부를 구비하며, 사격 LED가 상기 하우징 어셈블리(88) 내부 방향으로 상기 창(70)의 앞쪽에 탑재되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 하우징 어셈블리(88)는 공동의 사각형 박스를 포함하고, 상기 하우징 어셈블리(88)의 상기 후단부는 제거 가능한 덮개 어셈블리(90)인 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  14. 제11항에 있어서, 상기 광학 웨지(66, 68)는 각각 상기 공통 광학 축에 대하여 수직인 제1 면과 상기 공통 광학 축에 대하여 소정의 각도로 연장하는 제2 면을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)는 인접하여 접촉한 제1 수직면으로 지지되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)를 지지하는 상기 지지수단은 각각 웨지(66, 68) 중에서 대응하는 웨지를 둘러싸는 제1 및 제2 스퍼 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 구동수단(106, 108)은, 제1 및 제2 조정 축과, 상기 스퍼 기어 중에서 대응하는 스퍼 기어와 맞물림 되도록 하기 위하여 상기 조정 축 중에서 대응하는 조정 축에 탑재되는 제1 및 제2 피니언 기어(106a, 108a)를 포함하되, 상기 조정축은 상기 정렬 헤드(64)와의 구동 결합을 위하여 상기 하우징 어셈블리(88)의 후방 단부에 형성된 한 쌍의 구멍 중에서 대응하는 구멍을 통해 연장하는 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  18. 제11항에 있어서, 상기 하우징 어셈블리(88)의 상기 전방 단부는 제2 창(100)을 포함하고, 상기 송신기(12)는 공포탄의 상기 사격을 검출하기 위하여 상기 제2 창(100) 뒤에 탑재되는 감지기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
  19. 실제 전투의 사격을 시뮬레이션하기 위하여 소형 병기(14)에 탑재되는 레이저 송신기(12)에 있어서, 제1 창(98) 및 제2 창(100)이 구비된 전방 단부, 그리고 제3 창(77)이 구비된 후방 단부를 구비한 하우징 어셈블리(88)와; 상기 제1 창(98)을 통해 레이저 빔(B)을 방출하기 위하여 상기 하우징 어셈블리(88) 내부에 탑재되는 레이저 다이오드(92)와; 상기 하우징 어셈블리(88)에 탑재되며, 상기 레이저 다이오드(92)가 상기 제1 창(98)을 통해 상기 레이저 빔을 방출하도록 상기 레이저 다이오드(92)에 에너지를 공급하기 위하여, 상기 레이저 다이오드에 결합되는 파워 회로(94)와; 상기 레이저 다이오드(92)에 에너지를 공급하기 위하여, 상기 파워 회로(94)에 결합되며, 상기 하우징 어셈블리(88) 위에 탑재되는 정렬 헤드(64) 내의 유도 코일(78)에 의하여 작동되는 유도 스위치(96)와; 공포탄의 상기 사격을 검출하기 위하여 상기 제2 창(100) 뒤로 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 탑재되는 감지기와; 상기 레이저 다이오드(92)가 에너지를 받았음을 상기 정렬 헤드(64)에 나타나도록 광학 신호를 발생시키기 위하여 상기 제3 창(70)의 앞쪽으로 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 탑재되는 사격 LED와; 상기 레이저 다이오드(92)와 상기 제1 창(98) 사이로 상기 하우징 어셈블리(88)의 내부에 위치되는 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)와; 상기 레이저 빔을 조종하기 위하여 공통 광학 축을 중심으로 상기 제1 및 제2 광학 웨지(66, 68)를 독립적으로 회전할 수 있게 지지하는 지지수단과; 상기 정렬 헤드(64)에 커플링 시키기 위하여, 상기 하우징 어셈블리(88)의 상기 후방 단부를 통해 연장하는 연장부를 구비한, 상기 광학 웨지 지지 수단에 연결되는 구동수단(106, 108)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 송신기.
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