KR100681784B1 - 전자식 화기 조준기 및 그 작동 방법 - Google Patents

전자식 화기 조준기 및 그 작동 방법 Download PDF

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Abstract

화기 조준기는 격발 핀과 카트리지의 결합을 검출할 수 있고, 검출된 경우 직전에 표적 및 십자선을 보여주는 화상을 저장함으로써 이러한 경우에 응답할 수 있다. 조준기 내의 유효한 십자선의 위치 및 조준기의 확대율은 전자식으로 조정될 수 있다. 조준기는 그의 횡방향 운동을 대략 감지할 수 있고, 사용자에게 횡방향 운동량의 표시를 제공할 수 있다. 추가 장치의 사용으로, 조준기는 조준기가 장착된 화기의 보어에 그 십자선을 자동적으로 정렬할 수 있다.
화기 조준기, 십자선, 격발 핀, 감지 섹션, 화상 형성 섹션, 관찰 섹션

Description

전자식 화기 조준기 및 그 작동 방법 {ELECTRONIC FIREARM SIGHT, AND METHOD OF OPERATING SAME}
본 발명은 일반적으로 화기(firearm)의 정확한 조준을 용이하게 하는 장치에 관한 것이며, 특히 사용자가 잠재적 표적을 관측하는 화기에 장착된 화기 조준기에 관한 것이다.
수년 동안, 사용자가 라이플 또는 표적 권총(target pistol)과 같은 화기를 정확하게 조준하는 것을 도와주도록 다양한 기술 및 장치가 개발되어 왔다. 통상적인 한 방법은 사용자가 소정 배율을 갖기도 하는 십자선(reticle)과 함께 소정의 표적을 관측하는 조준기 또는 조준경(scope)을 화기의 총열 상에 장착하는 것이다. 이러한 형식의 종래의 화기 조준기는 대체로 그들의 의도된 목적에 적합할지라도, 모든 점에서 만족스러운 것은 아니었다.
예를 들면, 종래의 조준기는 통상적으로 기계적 조정기를 갖춘 수동형 광학 장치이다. 예를 들면, 조준기는 기계적 십자선 조정기를 갖춘 고정된 십자선 및/또는 배율 또는 확대율을 변화시키기 위한 기계적 조정기를 갖는다. 시간이 갈수록, 이들 기계적 조정기는 예를 들어 진동, 충격 및 마모와 같은 요인으로 인하여 변하게 되었다.
다른 고려사항은, 종래의 화기 조준기에서는 기본적으로 사용자가 화기 조준 중에 십자선과 표적의 상대 위치를 관측한다는 것이다. 표적이 비교적 작은 경우, 사용자가 얼마나 정확하게 십자선을 표적에 유지하는지를 사용자가 평가하는 것은 어려울 수 있다. 예를 들면, 한 사용자는 다른 사용자만큼 안정되게 화기를 유지하지 못하여, 정확성에 편차가 발생할 수 있다. 그러나, 각각의 경우에, 조준 오차가 매우 작아서 단지 십자선과 표적의 상대 위치를 관측하여 이러한 오차를 파악하는 것이 어느 사용자에게도 어려울 수 있다.
또 다른 고려사항은 표적에 탄알을 정확하게 명중시키는 기능이 기계적 요인(mechanical factor) 및 인적 요인(human factor) 양쪽 모두의 함수라는 것이다. 기계적 요인은 탄알 탄도학(ballistics), 탄알 산포(dispersion) 특성 및 조준기와 화기 보어 사이의 정렬 정도를 포함한다. 이들 특성은 대부분 반복가능하기 때문에, 이들을 보상하는 것이 가능하다. 한편, 인적 요인은 반복가능하거나 예측가능한 것이 아니라서, 이러한 요인을 평가하거나 보상하는 것이 어렵다. 인적 요인은 조준기를 표적에 정확하게 유지하는 사수의 기능을 포함한다. 따라서, 사수가 방아쇠를 당기는 시점에서 그리고 화기가 카트리지 내의 화약 또는 다른 추진제의 연소에 의해 발생하는 반동을 겪기 전에 사수에 의해 관찰되는 바와 같은 십자선과 표적의 상대 위치를 보여주는 화상을 저장할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 기계적 요인이 아닌 인적 요인이 사격 오차에 기여하는 정도를 사용자가 평가하는 것을 도와줄 수 있다.
몇몇 종래의 조준기는 십자선 및 표적을 보여주는 화상을 기록하는 기능을 포함하지만, 카트리지 내의 연소에 의해 발생된 큰 반동 또는 음향 충격의 검출에 응답하여 기록한다. 이러한 반동 또는 충격의 검출은 관심 화상이 기록될 필요가 있는 시점 이후에 반드시 발생한다. 따라서, 이러한 종래의 장치는 다수의 화상을 버퍼링(buffer)해야하며, 방아쇠가 당겨졌었을 시점의 이전을 예측하여 연소의 검출에 응답한 후, 이러한 예측된 시점에 대응하는 버퍼링된 화상의 하나를 확인하여 저장해야 한다. 탄알 직경의 변화와 같은 다양한 요인으로 인하여, 방아쇠가 당겨진 시간을 예상하는 것은 본래부터 부정확하며, 종종 실제로 방아쇠를 당긴 시점의 너무 이전이나 너무 이후를 나타내기 때문에 별로 유용하지 않은 화상을 저장하는 결과를 가져온다. 또한, 다수의 화상을 버퍼링할 필요가 있어 비교적 큰 양의 메모리를 이러한 기능에 사용해야 하므로 바람직하지 않다.
또 다른 고려사항은 조준기가 장착되는 화기의 보어에 십자선을 정렬할 필요가 있다는 것이다. 종래의 방법은 화기를 표적 사격장(target range)에 가져가, 다수의 총알을 표적에 발사하고, 얻어진 총알 패턴의 오차를 관찰하고, 십자선의 윈디지(windage) (azimuth; 방위각) 및 고각(elevation) (피치)을 기계식으로 조정하고, 새로운 표적에 다수의 추가의 총알을 발사하고, 새로운 표적에서 얻어진 총알 패턴의 오차를 관찰하고, 다시 십자선의 윈디지 및 고각을 기계식으로 조정하는 것 등이다. 이러한 방법은 매우 시간 소모적이며, 또한 표적, 총알, 표적 사격장으로의 운송, 표적 사격장 사용에 대한 요금 등으로 인하여 비교적 비용이 많이 든다.
전술로부터, 종래의 조준기와 관련된 몇몇 또는 모든 단점을 방지할 수 있는 화기 조준기에 대한 필요성이 높아지고 있음을 알 수 있다. 본 발명의 한 형태는 사용자가 십자선과 관련하여 표적의 화상을 관측할 수 있는 관측 섹션과, 카트리지를 가격하는 격발 핀의 특성인 상기 화기 조준기의 물리적 운동을 검출하기 위한 감지 섹션과, 물리적 운동의 검출 직전의 시점으로부터 표적 및 십자선의 화상을 저장하기 위해 감지 섹션에 의한 물리적 운동의 검출에 응답하는 화상 형성 섹션을 갖는 화기 조준기를 포함하는 장치이다.
본 발명의 다른 형태는 사용자가 디지털 십자선과 함께 장면의 화상을 관측할 수 있는 관측 섹션을 포함하며, 관측 섹션은 화상에 대한 십자선 위치의 디지털 조정을 용이하게 하는 십자선 조정부를 포함하는 장치이다.
본 발명의 또 다른 형태는 관측 섹션과, 포트를 갖는 조준기를 포함하며, 디지털 십자선은 포트를 통하여 조준기의 외부로부터 관측 섹션에 전자식으로 도입될 수 있고, 관측 섹션은 사용자가 상기 포트를 통해 수신된 디지털 십자선과 함께 장면의 화상을 관측할 수 있게 하는 장치이다.
본 발명의 또 다른 형태는 표적의 일련의 디지털 화상을 생성할 수 있는 화상 검출기와, 관측 섹션이 상기 일련의 디지털 화상을 제공하고, 사용자가 관측가능하고, 화상 검출기의 해상도보다 낮은 해상도를 갖는 디스플레이와, 디스플레이 상에 제공될 때 디지털 화상의 실제 크기를 디지털식으로 변화시킬 수 있는 디지털 확대부를 포함하는 관측 섹션을 갖춘 화기 조준기를 포함하는 장치이다.
본 발명의 또 다른 형태는 사용자가 십자선과 함께 장면의 화상을 관측할 수 있는 관측 섹션과, 장면으로부터 관측 섹션까지 연장된 라인을 대체로 가로지르는 구성요소를 갖는 관측 섹션의 운동을 검출하기 위한 감지부와, 감지부에 의해 검출된 관측 섹션의 운동에 기초한 정보를 사용자에게 제공하기 위한 추가 섹션을 포함하는 장치이다.
본 발명의 또 다른 형태는 사용자가 디지털 십자선과 함께 장면의 화상을 관측할 수 있도록 형성된 관측 섹션과,화상에 대한 십자선 위치의 디지털 조정을 용이하게 하는 십자선 조정부를 포함하며, 십자선 조정부는 화기 보어에 대해 십자선을 정렬하도록 십자선의 위치를 자동으로 조정하기 위해 화기 보어의 위치를 나타내는 화기 조준기에 의해 수신된 방사선에 응답하는 장치이다.
첨부한 도면과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 본 발명을 잘 이해할 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 태양을 실시하는 디지털 라이플 조준기 장치를 도시한 블록도이다.
도2는 조준기를 사용하는 사용자의 눈에 보이는 바와 같은 도1의 라이플 조준기의 구성요소인 디스플레이의 개략도이다.
도3은 수동으로 조작가능한 복수의 스위치를 갖는 도1의 조준기의 구성요소인 스위치 패널의 개략도이다.
도4는 라이플의 총열 상에 장착된 도1의 라이플 조준기 및 총열의 외부 단부에 임시로 설치된 조준선 정렬 장치를 도시한 개략적인 부분 측면도.
도5는 십자선이 화상에 중첩된 상태에서 조준선 정렬 작업 중에 라이플 조준기의 화상 검출기에 의해 캡처된 화상의 개략도이다.
도1은 본 발명의 태양을 실시한 디지털 라이플 조준기(10) 장치를 도시한 블록도이다. 조준기(10)는 "라이플" 조준기로 본 명세서에서 때때로 칭해지지만, 이는 사실상 라이플뿐만 아니라 표적 권총과 같은 다른 형식의 화기와 함께 사용될 수 있다. 조준기(10)는 화기 총열 상에 조준기(10)를 견고하게 고정 장착할 수 있는 레일 장착부(12)를 포함한다.
조준기(10)는 공지된 형식의 대물 렌지 섹션(16)을 포함한다. 개시된 실시예에서, 렌즈 섹션(16)은 5°의 영상 영역(field of view; FOV)을 가지지만, 대안으로 몇몇 다른 영상 영역을 가질 수 있다. 렌즈 섹션(16)은 화상 검출기(18) 상에 원거리 장면 또는 표적(17)의 영상을 광학적으로 비춘다. 개시된 실시예에서, 화상 검출기(18)는 공지된 형식의 전하 결합 소자 어레이(CCD array)이며, 화상 검출기(18)에 의해 생성된 각각의 화상의 각 화소에 각각 대응하는 1,920,000개의 검출기 소자를 가지며, 1200개의 검출기 소자 × 1600개 검출기 소자의 어레이로서 배열된다. 그러나, 화상 검출기(18)는 다르게는 더 크거나 작은 수의 검출기 소자를 갖는 장치 또는 상보형 금속 산화 반도체 (Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS) 화상 센서와 같이 CCD 어레이가 아닌 다른 형식의 장치를 포함하는 임의의 다른 적절한 장치에 의해 실시된다.
화상 검출기(18)는 장면(17)의 일련의 디지털 컬러 화상을 생성하고, 이러한 일련의 화상은 프로세싱 섹션(21)에 공급된다. 개시된 실시예의 화상 검출기(18)는 컬러 화상을 생성하지만, 컬러 화상은 다르게는 단색 화상, 또는 흑백 화상일 수 있다. 프로세싱 섹션(21)은 공지된 형식의 프로세서(22) 및 메모리(23)를 포함한다. 도1의 메모리(23)는 프로세서(22)에 제공된 메모리의 개략적인 표시이고, 하나 이상의 형식의 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들면, 메모리(23)는 프로세서(22)에 의해 실행되는 프로그램을 포함할 뿐만 아니라 프로그램 실행 중에 변화시킬 수 없는 읽기 전용 메모리(ROM)를 포함할 수 있다. 메모리(23)는 몇몇 무작위 접근 메모리(RAM)도 포함할 수 있고, 프로세서(22)는 그 안에 프로그램 실행 중에 기능적으로 변화되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(23)는 전원 손실에도 불구하고 그 안에 저장된 정보를 유지하는 무작위 접근 메모리인 "플래시" RAM으로서 통상 공지된 형식의 몇몇 반도체 메모리도 포함할 수 있다. 이러한 형식의 메모리는 통상 디지털 카메라용 메모리 카드와 같은 장치에 사용된다.
프로세싱 섹션(21)은 화상 검출기(18)에 의해 생성된 화상을 취하여, 화상 검출기(18)보다 저해상도를 갖는 디스플레이 상에 표시하는데 적절한 저해상도로 화상을 재형성할 수 있는 공지된 형식의 재형성기(reformatter; 26)를 더 포함한다. 재형성기(26)에 의해 처리된 화상은 디스플레이 드라이버 회로(31)에 공급되고, 이어서 컬러 디스플레이(32)를 구동시킨다. 개시된 실시예에서, 컬러 디스플레이(32)는 공지된 형식의 액정 디스플레이(LCD)이고, 240개의 요소 × 320개 요소의 어레이로서 배열된 76,800개의 화소 요소를 갖는다. 그러나, 디스플레이(32)는 더 크거나 낮은 수의 화소 요소를 가질 수 있고, 또는 액정 디스플레이 (LCD), 유 기 발광 다이오드 (OLED), 실리콘 상층 액정 (liquid crystal on silicon; LCOS) 디스플레이나 마이크로 전자기계 시스템 (MEMS) 반사 디스플레이와 같은 임의의 다른 적절한 형식의 디스플레이 장치일 수 있다.
조준기(10)는 화기와 결합된 조준기(10)를 사용하는 사용자의 눈(37)으로 디스플레이(32)를 편안하게 볼 수 있게 하는 공지된 형식의 접안경 광학체(eyepiece optics; 36)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 접안경 광학체(36)는 15°의 FOV를 가지지만, 다르게는 몇몇 다른 적절한 FOV를 가질 수 있다. 또한, 개시된 실시예의 접안경 광학체(36)는 사용자가 대략 20.32 cm(8 인치)보다 큰 관측 거리로 디스플레이(32)를 직접 볼 수 있는 적용을 위해 선택적으로 생략될 수 있기 때문에, 눈 조절(accommodation)을 거의 할 필요없이 편안하게 보는 것이 가능하다.
조준기(10)는 프로세싱 섹션(21)과 결부된 출력을 갖는 가속계(41)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 가속계(41)는 메사추세츠주, 노우드의 아날로그 디바이스 주식회사(Analog Devices, Inc.)로부터 부품 번호 ADXL105로서 상용으로 입수할 수 있는 장치이다. 개시된 실시예는 아날로그 디바이스 ADXL105 장치로 가속계(41)를 실시하지만, 가속계(41)는 다르게는 임의의 다른 적절한 장치로 실시될 수 있다. 가속계(41)는 마이크로 전자기계 시스템 (MEMS) 장치이고, 조준기(10)가 장착된 화기 내의 카트리지를 격발 핀이 가격할 때 발생되는 비교적 작은 충격파를 검출할 수 있는 고감도 센서로서 기능을 한다. 물론, 격발 핀이 카트리지를 가격할 때, 이는 카트리지 내의 화약 또는 다른 추진제의 연소를 유발하여, 카트리지 및 화기로부터 총알 또는 다른 발사체(projectile)를 발사한다.
격발 핀이 카트리지를 가격할 때, 가속계(41)로부터의 출력 신호는 카트리지 내의 재료의 연소에 응답하여 발생된 주파수 스펙트럼과 다른 주파수 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 프로세싱 섹션(21)은 카트리지 내의 연소와 같은 몇몇 다른 형태의 경우를 나타내는 충격파로부터 격발 핀의 카트리지 가격을 나타내는 충격파를 구별할 수 있다. 예를 들면, 프로세싱 섹션(21)은 가속계(41)의 출력에 고속 푸리에 변환(FFT)을 적용하여 대략 5 KHz 내지 10 KHz 의 주파수 대역 외의 주파수 성분을 여과하여 제거한 후, 5 KHz 내지 10 KHz 사이의 에너지의 펄스를 찾는다.
카트리지 내의 연소는 격발 핀이 카트리지를 가격할 때 발생된 충격파보다 몇 차수(several orders) 큰 크기의 충격파 또는 반동을 발생한다. 가속계(41)는 격발 핀이 카트리지를 가격할 때 발생된 비교적 작은 충격파를 검출하기 위해 필요한 감도 및 대역폭을 가지며, 카트리지 내의 계속되는 연소에 의해 발생된 더 큰 충격파 또는 반동에 잘 견디도록 필요한 내구성도 갖는다.
조준기(10)는, 프로세싱 섹션(21)에 결부된 출력을 가지며 본 명세서에서 비율 자이로(rate gyro)로 칭해지는 자이로스코프(43)도 포함한다. 개시된 실시예에서, 비율 자이로(43)는 아날로그 디바이스 주식회사로부터 부품 번호 ADXRS150로서 상업적으로 입수가능한 MEMS 장치로 실시된다. 개시된 실시예는 아날로그 디바이스 ADXRS150 장치를 사용하지만, 다르게는 임의의 다른 적절한 장치로 비율 자이로(43)를 실시하는 것이 가능하다.
비율 자이로(43)는 비율 자이로(43)로부터 이격된 도시되지 않은 수직축 주위로의 조준기(10)의 각운동을 검출할 수 있다. 따라서, 비율 자이로(43)는 대물 렌즈 섹션(16)의 도시되지 않은 중심선에 횡단하는 방향으로의 조준기(10)의 운동을 효과적으로 검출할 수 있는 고감도 장치이다.
조준기(10)는, 조준기(10) 내에 있을 때 프로세싱 섹션(21)에 작동식으로 결합되는 제거가능한 메모리 카드(46)도 포함한다. 개시된 실시예에서, 메모리 카드(46)는 통상 디지털 카메라에 사용된 형식의 메모리 카드이다. 그러나, 다르게는 제거가능한 메모리 카드(46)용으로 임의의 다른 적절한 장치가 사용하는 것이 가능하다.
개시된 실시예에서, 조준기(10)는 공지된 형식의 교체가능한 배터리인 배터리(51)를 포함한다. 그러나, 배터리(51)는 다르게는 재충전가능한 배터리일 수 있다. 조준기(10)는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하는 변환기처럼 외부 전원에 결합될 수 있는 외부 전원 커넥터(52)도 포함한다.
스위치 패널(56)은 전원 스위치(57) 및 이후에 더 상세하게 기술될 프로세싱 섹션(21)에 각각 결합된 몇몇 다른 스위치(58 내지 65)를 포함하는 수동으로 작동될 수 있는 복수의 스위치를 갖는다. 배터리(51) 및 외부 전원 커넥터(52)는 각각 전원 스위치(57)의 입력에 결부된다. 전원 스위치(57)가 각각 작동 및 작동해제될 때, 이는 배터리(51) 및/또는 커넥터(52)로부터 작동하기 위해 전원이 필요한 조준기(10) 내에 배치된 회로소자(71)로의 전류의 흐름을 각각 허용하고 차단한다. 회로소자(71)는 화상 검출기(18), 프로세싱 섹션(21), 디스플레이 드라이버(31), 컬러 디스플레이(32), 가속계(41), 비율 자이로(43) 및 메모리 카드(46)를 포함한다.
조준기(10)는 프로세싱 섹션(21)과 결합된 커넥터(81)도 포함한다. 커넥터 (81)는 후술되는 바와 같이, 화상 데이터 또는 비디오 데이터를 조준기(10)로부터 도시되지 않은 컴퓨터에 업로드(upload)하도록 사용될 수 있다. 또한, 커넥터(81)는 후술되는 바와 같이, 전자식 십자선을 컴퓨터로부터 조준기(10)에 다운로드(download)하도록 사용될 수 있다. 개시된 실시예에서, 커넥터(81)의 물리적인 구성 외에 커넥터를 통하여 정보를 전송하기 위한 프로토콜은 범용 직렬 버스(USB) 표준으로서 통상 공지된 산업 표준을 따른다. 그러나, 다르게는 표준 직렬 커넥터와 통신 프로토콜, 또는 표준 병렬 커넥터와 통신 프로토콜과 같은 임의의 다른 적절한 형식의 커넥터와 통신 프로토콜을 사용하는 것이 가능하다.
조준기(10)는, 통상적으로 공지된 미국 텔레비전 체계 위원회/위상 반전 주사선(NTSC/PAL) 표준인 산업 비디오 표준에 따르는 방식으로 비디오 정보가 조준기(10)로부터 외부 장치에 전송될 수 있는 추가 커넥터(82)도 포함한다. 개시된 실시예에서, 커넥터(82)는 RCA 잭 형태로 통상 공지된 표준 소자이다. 그러나, 다르게는 임의의 다른 적절한 형식의 커넥터일 수 있고, 정보는 임의의 다른 적절한 프로토콜에 따라 이를 통해 전송될 수 있다.
도2는 조준기(10)의 접안경 광학체(36)를 통해 바라보는 사용자의 눈에 보이는 바와 같은 디스플레이(32)의 개략도이다. 통상의 작동 모드에서, 디스플레이(32)는 대물 렌즈 섹션(16)을 통해 화상 검출기(18)에 의해 캡처(capture)된 바와 같은 장면(17)의 전망을 제공한다. 장면(17)은 도2에 절결선으로 개략적으로 도시되어 있다.
프로세싱 섹션(21)은 장면(17)의 화상에 십자선(101 내지 105)을 중첩한다. 개시된 실시예에서, 십자선은 소형 중심원(101) 및 90°의 간격으로 오프셋되어 원(101)에 대하여 각각 방사상 연장된 네 개의 선(102 내지 105)을 포함한다. 십자선(101 내지 105)은 디지털 화상이고, USB 커넥터(81)를 통해 조준기(10)에 다운로드되고, 프로세싱 섹션(21)에 의해 메모리(23)의 비휘발성 부분에 저장된다. 십자선은 대체로 사용자가 원하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 특히, 사실상 임의의 소정 형상을 갖는 십자선은 사용자에 의해 개별 컴퓨터에서 생성되거나, 조준기 제작자 또는 인터넷과 같은 네트워크를 통한 제3 파티로부터 사용자에 의해 획득된 후, 커넥터(81)를 통해 프로세싱 섹션(21)의 메모리(23)에 디지털 형태로 전자식으로 다운로드될 수 있다.
프로세싱 섹션(21)은 메모리(23)에 현재 저장된 십자선을 취하여, 디스플레이로 송신되는 화상에 십자선을 디지털식으로 중첩한다. 도2에, 십자선(101 내지 105)이 디스플레이(32)의 중심에 위치되도록 하는 방식으로 화상에 중첩되어 있다. 그러나, 삽자선이 디스플레이(32) 상에 나타나는 위치 및 장면(17)의 화상에 대한 십자선의 위치는 후술되는 방식으로 조정될 수 있다.
프로세싱 섹션(21)은 장면(17)의 화상에 몇몇 추가 정보를 중첩한다. 이와 관련하여, 디스플레이(32)의 하부 좌측 코너는 윈디지 또는 방위각 조정 값(111)을 포함한다. 전술된 바와 같이, 디스플레이(32) 상의 십자선(101 내지 105) 위치는 이후에 더 상세하게 기술될 방식으로 조정될 수 있다. 윈디지 조정 값(111)은 도2에 도시된 중심에 위치된 위치로부터 좌측 또는 우측 중 한쪽으로 조정된 십자선(101 내지 105)의 오프셋을 표시하는 양수이거나 음수이다. 디스플레이의 하부 우 측 코너는 도2에 도시된 중심에 위치된 위치로부터 상향 또는 하향 중 한쪽으로 조정된 십자선(101 내지 105)의 오프셋을 표시하는 양수이거나 음수인 고각 또는 피치 조정 값(112)을 갖는다.
디스플레이(32)의 상부 좌측 코너는 세 개의 세그먼트로 나눠져 배터리(51)의 상태를 표시하도록 사용되는 배터리 충전 지시계(113)를 갖는다. 특히, 배터리가 완전히 충전된 경우 배터리 충전 지시계(113)의 모든 세 개의 세그먼트가 강조된다. 그 후, 배터리(51)가 점진적으로 방전됨에 따라, 강조된 배터리 충전 지시계(113)의 세그먼트 수가 점진적으로 감소된다.
디스플레이(14)의 상부 좌측 코너는 후술되는 바와 같이, 프로세싱 섹션(21)이 제거 가능한 메모리 카드(46)에 화상을 저장할 수 있다는 사실에 관한 화상 카운터 값을 제공한다. 화상 카운터 값(114)은 메모리 카드(46) 내에 잔류하는 미사용 공간에 얼마나 많은 추가 화상이 저장될 수 있는지를 표시한다.
디스플레이(32)의 상부 중앙 부분은 캡처 모드(capture mode) 지시계(115) 및 격발 핀 검출 지시계(116)를 갖는다. 캡처 모드 지시계(115)는 후술되는 바와 같이, 두 가지 캡처 모드 중 어느 것이 현재 사용중인지를 보여준다. 격발 핀 검출 지시계(116)는 후술되는 바와 같이, 카트리지를 가격하는 격발 핀을 조준기가 현재 검출할 수 있도록 되어있는지 여부를 표시한다.
디스플레이(32)의 하부 중앙 부분은 후술되는 자동조준선(autoboresight) 정렬 지시계(117)를 포함한다. 디스플레이(32)의 좌측 및 우측 각각은 후술되는 각각의 관측 지시계로서 기능을 하는 화살표(118 또는 119)를 갖는다. 디스플레이 (32)의 중앙 부분에는 각 오차(angular error) 지시계(120)가 있다. 지시계(120)는 십자선(101 내지 105) 중심의 원(101)보다 크고 그와 동심인 원이다. 지시계(120)의 직경은 후술되는 바와 같이, 특정한 작동 기준의 변화에 응답하여 증가 및 감소된다. 조준기(12)의 현 작동 모드에 따라, 십자선(101 내지 105) 및 다양한 지시계(111 내지 120)는 모두 가시화되거나 일부만 가시화될 수 있다.
도3은 스위치 패널(56)에 제공된 수동으로 작동될 수 있는 각각의 스위치(57 내지 65)를 도시한 스위치 패널(56)의 개략도이다. 스위치의 형식과 패널(56) 상의 그들의 배열은 예시적이며, 다르게는 다른 형식의 스위치 사용 및/또는 다른 형상의 스위치 배열이 가능하다. 전원 스위치(57)는 전술되었으므로, 여기서 다시 기술되지 않는다.
전술된 바와 같이, 가속계(41)(도1)는 화기의 격발 핀이 카트리지를 가격할 때 발생하는 충격파를 검출할 수 있다. 검출 스위치(58)의 연속된 수동 작동은, 프로세싱 섹션(21)이 이러한 검출 특징을 가능 및 불가능하게 되도록 교대로 지시한다. 이러한 특징이 각각 가능 및 불가능할 때, 검출 지시계(116)는 각각 디스플레이(32) 상에 가시화되고 디스플레이로부터 생략된다.
하나의 작동 모드에서, 조준기(10)의 프로세싱 섹션(21)은 화상 검출기(18)에 의해 생성된 단일 화상을 취하여 상기 화상을 제거가능한 메모리 카드(46)에 저장할 수 있다. 다른 작동 모드에서, 프로세싱 섹션(21)은 화상 검출기(18)에 의해 생성된 몇몇 연속 화상을 취하여, 비디오 클립(video clip)을 집합적으로 형성하여 메모리 카드(46)에 저장할 수 있다. 모드 스위치(59)의 연속된 작동은 프로세싱 섹션(21)이 이들 두 개의 작동 모드 사이에서 토글(toggle)되도록 한다. 비디오 클립을 저장하기 위한 모드가 각각 가능 및 불가능하게 될 때, 검출 지시계(115)는 각각 디스플레이(32) 상에 가시화되고 디스플레이로부터 생략된다. 프로세싱 섹션(21)이 화상 또는 비디오 클립을 저장하게 하는 두 가지 형식의 경우가 있다.
먼저, 검출 스위치(58)가 카트리지를 가격하는 격발 핀의 검출이 가능하도록 사용되는 경우, 모드 스위치(59)를 사용하여 선택된 캡처 모드가 화상 캡처 모드인지 비디오 캡처 모드인지의 여부에 따라, 프로세싱 섹션(21)은 메모리 카드(46)에 단일 화상 또는 비디오 클립 중 하나를 저장함으로써 이러한 경우의 각각의 검출에 응답한다. 비디오 클립은 일련의 몇몇 화상이기 때문에, 메모리 카드(46)에 비디오 클립을 저장하는 것은 단일 화상을 저항하기 위해 필요한 저장 공간의 몇 배를 차지할 수 있다. 화상 또는 비디오 클립을 저장한 후에, 프로세싱 섹션(21)은 디스플레이(32) 상에 제공된 화상 카운트 지시계(114)를 조정한다. 특히, 단일 화상이 저장된 경우, 카운트 값(114)은 단순히 감소될 것이다. 한편, 비디오 클립이 저장되는 경우, 지시계(114)의 값은 비디오 클립의 화상 수에 대응하는 양만큼 감소된다.
프로세싱 섹션(21)이 하나의 화상 또는 비디오 클립을 저장하도록 하는 다른 경우는 캡처 스위치(64)의 수동 작동이다. 프로세싱 섹션(21)이 단일 화상을 저장하는지 비디오 클립을 저장하는지의 여부는 모드 스위치(59)를 사용하여 선택된 캡처 모드에 따른다. 캡처 스위치(64)가 수동으로 작동되는 경우, 프로세싱 섹션(21)은 화상 검출기(18)의 현 출력으로부터 단일 화상 또는 비디오 클립 중 하나를 선택한 후, 이러한 화상 또는 비디오 클립을 메모리 카드에 저장한다. 전술된 바와 같이, 도시되지 않은 개별 컴퓨터가 커넥터(81)에 연결될 수 있으며, 프로세싱 섹션(21)은 상기 컴퓨터에 메모리(46)에 저장된 화상 또는 비디오 클립을 업로드할 수 있다.
확대 제어 스위치(63)는 로커 스위치(rocker switch)이다. 스위치(63)의 상부 단부를 가압하면 확대율이 증가되고, 하부 단부를 가압하면 확대율이 감소된다. 개시된 실시예에서, 확대는 연속적이고 1X로부터 4X까지의 범위일 수 있지만, 다르게는 몇몇 별개의 레벨 및/또는 몇몇 다른 확대 범위를 갖는 비연속적인 확대를 사용하는 것이 가능하다. 개시된 시스템이 4X의 확대율에서 작동되는 경우, 320 x 240 화소의 크기를 갖는 중앙 부분이 화상 검출기(18)에 의해 생성된 각각의 화상으로부터 발출된다. 그 후, 중앙 부분으로부터의 각각의 화소가 디스플레이(32)의 각각의 화소에 대하여 일대일 기초로 직접 맵핑된(mapped) 상태로 이러한 중앙 부분이 컬러 디스플레이(32) 상에 표시된다.
확대율이 1X일 때, 재형성기(26)는 기본적으로 화상 검출기(18)로부터의 화상 전체를 취하여, 상기 화상의 화소를 각각 4 x 4 포맷으로 배열된 16 화소를 갖는 상호 배타적인 그룹으로 분할하여, 각각의 그룹의 16 화소를 계산된 단일 화소로 평균하거나 보간한 후, 디스플레이(32)의 각각의 대응 화소에 계산된 화소 각각을 맵핑한다. 마찬가지로, 확대율이 3X일 때, 재형성기(26)는 기본적으로 화상 검출기(18)로부터의 화상을 취하여, 대략 960 화소 x 720 화소의 크기를 갖는 중앙 부분을 발출하고, 이러한 중앙 부분의 화소를 각각 3 x 3 포맷으로 배열된 9 화소 를 갖는 상호 배타적인 그룹으로 분할하여, 각각의 그룹의 9 화소를 계산된 단일 화소로 평균하거나 보간한 후, 디스플레이(32)의 각각의 대응 화소에 계산된 화소 각각을 맵핑한다. 다른 예와 같이, 확대율이 2X일 때, 재형성기(26)는 기본적으로 화상 검출기(18)로부터의 화상을 취하여, 대략 640 화소 x 480 화소의 크기를 갖는 중앙 부분을 발출하고, 이러한 중앙 부분의 화소를 각각 2 x 2 포맷으로 배열된 4 화소를 갖는 상호 배타적인 그룹으로 분할하여, 각각의 그룹의 4 화소를 계산된 단일 화소로 평균하거나 보간한 후, 디스플레이(32)의 각각의 대응 화소에 계산된 화소 각각을 맵핑한다.
개시된 실시예에서, 1X에서 4X까지의 확대는 연속적이다. 확대율이 1X와 2X 사이, 2X와 3X 사이 또는 3X와 4X 사이인 경우, 재형성기(26)는 화상의 대응 부분을 취한 후, 전술된 바와 유사한 방식으로 이러한 화상의 화소를 분류하고, 보간하여 맵핑한다. 개시된 실시예에서 확대는 연속적이지만, 다르게는 1X, 2X, 3X 및 4X의 네 개의 별개의 확대 레벨과 같이, 확대율이 별개의 확대 레벨 사이에서 이동되는 것이 가능하다.
도3을 참조하면, 십자선 스위치(65)는 네 방향 스위치이며, 상부, 하부, 좌 또는 우 측부 중 임의의 하나는 위, 아래, 좌 또는 우의 선택을 각각 표시하도록 수동으로 작동될 수 있다. 스위치(65)의 상부 측이 작동될 때마다, 십자선(101 내지 105)의 위치는 디스플레이(32)에 대하여 상향으로 조정되어, 디스플레이(32) 상에 제공된 장면(17)의 화상에 대하여 상향으로 조정된다. 스위치(65)의 이러한 각각의 작동은 십자선(101 내지 105)이 소정 수의 화소만큼 상향으로 이동되게 하여, 디스플레이(32) 하부 우측 코너의 고각 값(112)이 각각의 이러한 조정에 응답하여 증가된다. 마찬가지로, 스위치(65)의 하부 측부가 작동되는 경우, 십자선(101 내지 105)은 디스플레이(32)에 대하여 소정 수의 화소만큼 하향으로 조정되어, 고각 값(112)은 감소된다. 마찬가지로, 스위치(65)의 좌 또는 우 측부의 작동은 십자선(101 내지 105)이 디스플레이(32) 상에서 소정 수의 화소만큼 왼쪽방향이나 오른쪽방향으로 조정되도록 하여, 디스플레이(32)의 하부 좌측 코너의 윈디지 값(111)이 증가되거나 감소된다.
전술된 바와 같이, 조준기(10)는 단일 화상 또는 짧은 비디오 클립을 캡처하고 저장할 수 있다. 이들 저장된 화상 또는 클립을 보기 위해, 사용자는 관측 스위치(62)를 누름으로써, 프로세싱 섹션(21)이 디스플레이(32) 상에 장면(17)의 화상을 제공하는 것을 정지하게 하고, 그 대신 메모리 카드(46)로부터의 제1 정지 화상 또는 제1 메모리 카드(46)로부터의 제1 비디오 클립 중 하나를 제공하도록 한다. 메모리 카드(46)가 하나 이상의 화상 또는 비디오 클립을 포함하는 경우, 사용자가 화상 또는 비디오 클립을 통해 전방 이동할 수 있도록 화살표(119)가 표시된다. 사용자는 다음 연속 화상 또는 비디오 클립으로 이동하도록 십자선 스위치(65)의 우 측부를 누르고, 화상 또는 비디오 클립을 통해 후방 이동하도록 십자선 스위치(65)의 좌 측부를 누른다. 사용자가 마지막 화상 또는 비디오 클립을 보는 경우 이외에는 관측 지시계(119)가 가시화되고, 사용자가 제1 화상 또는 비디오 클립을 보는 경우에는 관측 지시계(118)가 보인다. 관측 모드는 스위치(62)를 두 번 누름으로써 종결되어, 조준기(10)가 정상 작동 모드로 되돌아가도록 한다.
각 변화율(angle rate) 스위치(61)는 비율 자이로(43)에 의해 검지된 바와 같은 각 오차율의 표시를 가능 및 불가능하게 하도록 작동될 수 있다. 특히, 스위치(63)의 연속적인 수동 작동은 이러한 기능을 교대로 가능 및 불가능하게 한다. 이러한 기능이 각각 가능 및 불가능하게 될 때, 각 오차 지시계(120)가 각각 디스플레이(32) 상에 가시화되고 디스플레이로부터 생략된다. 이러한 기능이 가능한 경우, 프로세싱 섹션(21)은 비율 자이로(43)의 출력을 감시한다. 통상적으로, 사용자는 화기를 조준하여 십자선 중심(101)이 표적으로 간주되는 장면(17)의 일부에 정확하게 집중되도록 유지하려고 한다.
사용자가 화기를 상당히 안정되게 유지하는 경우, 비율 자이로(43)는 조준기(10)의 각운동이 거의 없거나 전혀 없다고, 즉 그의 횡방향 운동이 거의 없거나 전혀 없다고 검출한다. 따라서, 프로세싱 섹션(21)은, 화기가 비교적 정확하게 선택된 표적에 유지되고 있음을 사용자에게 지시하도록 비교적 작은 직경의 원으로서 지시계(120)를 제공한다. 한편, 사용자가 화기를 안정되게 유지하는 것이 어려운 경우, 비율 자이로(43)는 상당한 정도의 화기 및 조준기의 각운동을 검출한다. 따라서, 프로세싱 섹션(21)은 더 큰 직경으로 지시계(120)를 표시하여, 십자선 중심(101)이 원하는 만큼 정확하게 표적에 유지되지 않는다는 것을 지시한다.
개시된 실시예에서, 지시계(120) 직경의 변화는 연속적이다. 즉, 화기 및 조준기의 각운동량의 점진적인 증가는 지시계(120) 직경의 점진적인 증가를 가져온다. 역으로, 화기 및 조준기의 각운동량의 점진적인 감소는 지시계(120) 직경의 점진적인 감소를 가져온다. 따라서, 십자선 중심(101)이 표적에 집중되어 있고, 지시계(12)는 현재 화기가 상당히 안정되게 유지되고 있음을 지시하는 비교적 작은 직경을 갖는 시점에 사용자는 화기의 방아쇠를 당기려고할 것이다.
스위치 패널(56) 상의 잔류 스위치(60)는 자동조준선 정렬(autoboresight alignment) 모드를 가능 및 불가능하게 하도록 사용되는 조준선 스위치이다. 이러한 모드가 각각 가능 및 불가능하게 될 때, 자동조준선 정렬 지시계(117)는 각각 디스플레이(32) 상에 가시화되고 디스플레이로부터 생략된다. 자동조준선 정렬 모드는 추가 장치부의 사용을 필요로 한다. 특히, 도4는 디지털 라이플 조준기(10)가 레일 장착부(12)에 의해 라이플의 총열(201) 상에 장착된 것을 도시한 개략적인 부분 측면도이다. 총열(201)은 그를 통해 연장된 보어(202)를 갖는다. 조준선 정렬 장치(206)는 총렬의 외부 단부에 일시적으로 설치된다.
장치(206)는 평판형 몸체(211) 및 몸체(211)의 하부 단부에 견고하게 고정된 일단부를 가지며 평판형 몸체(211)에 직각으로 연장된 원통형 로드(212)를 포함한다. 개시된 실시예에서, 몸체(211) 및 로드(212)는 각각 금속으로 제조되지만, 다르게는 몇몇 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 로드(212)는 라이플 총열(201)의 보어(202) 내로 동심적으로 연장되고, 자기화된 외부 단부(213)를 갖는다. 원추대(frustoconical) 그로밋(216)은 로드(212)가 연장되는 중앙 개구를 갖는다. 개시된 실시예에서, 그로밋(216)은 고무로 제조되지만, 다르게는 몇몇 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 그로밋(216)은 보어(202)가 그 외부 단부에서 결합되는 원추대 표면(217)을 갖는다.
원추대 표면(217)은, 장치(206)가 다른 크기의 보어를 갖는 다양한 형식의 화기와 사용될 수 있도록 한다. 또한, 표면(217)은 로드(212)의 좌측 단부가 임의의 이러한 화기의 보어에 대하여 사실상 중심에 위치되는 것을 보장한다. 로드(213)의 우측 단부에 의해 발생된 자력은 모든 방향으로 대체로 균일하게 인가됨으로써, 로드(212)의 단부(213)가 보어(202) 내에서 정확하게 중심에 위치되게 한다. 이와 관련하여, 장치(206)는 그의 중력 중심이 화기 총열(201)의 단부의 영역 내에 있도록 구성되어, 자기장을 필요로 하는 중심 결정력(centering force)이 감소된다. 자기장의 결과로서, 장치(206)는 자체를 자동으로 배향하여 로드(212)가 보어(202) 내에서 정확하게 중심에 위치되어 보어와 동축이 되기 때문에, 평판형 몸체(211)가 보어(202)의 축에 정확하게 직각이 되도록 배향된다.
몸체(211)의 상부 단부는 그 위에, 예를 들어 다이아몬드 점 선삭(diamond point turning)과 같은 정밀 기계가공 기술을 사용하여 기계가공된 반사 표면(221)을 가지며, 표면(221)은 로드(212)에 직각이기 때문에 보어(202)의 축에 직각이다. 조준선 정렬 장치(206)가 라이플 총열(201)의 단부에 적절하게 설치되어 자가 배향된 상태에서, 반사 표면(221)은 조준기(10) 내에 위치된 화상 검출기(18)와 "대면(see)"하여, 화상 검출기에 그 자체의 화상을 다시 반사시킨다.
이와 관련하여, 도5는 조준기 정렬 작동 중에 화상 검출기(18)에 의해 캡처된 화상(241)의 개략도이다. 십자선(101 내지 105)은 프로세싱 섹션(21)에 의해 화상(241)에 중첩된다. 단순화를 위해, 십자선(101 내지 105)은 윈디지 또는 고각이 없이 중심에 위치된 상태로 도시되어 있다. 화상(241)은 조준기 정렬 장치(206) 상의 반사 표면(221)에 의해 그 자체로 다시 반사된 바와 같은 화상 검출기 (18)인 직사각형 부분(242)을 포함한다.
공지된 형식의 화상 처리 기술을 사용하여, 프로세싱 섹션(21)은 직사각형 부분(242)을 화상(241) 내에 위치시켜, 직사각형 부분(242)의 중심(centroid; 246)을 계산할 수 있다. 이들 공지된 화상 처리 기술은 공간 필터링(spatial filtering), 쓰레쇼울딩(thresholding), 분활(segmentation), 특징 추출(feature extraction)과 화상 상관 관계(image correlation)와 같은 작업 및/또는 다른 적절한 공지된 작업을 포함한다. 프로세싱 섹션(21)은 그 후, 십자선을 화상 검출기의 반영에 정렬시켜 십자선을 화기의 보어와 적절하게 정렬하도록 십자선 중심(101)의 위치를 중심(246)의 위치와 비교하여, 윈디지 및 고각으로 십자선(101 내지 105)의 위치를 자동으로 조정할 수 있다.
본 발명은 다수의 효과를 제공한다. 이러한 효과 중 하나는 카트리지를 가격하는 격발 핀의 충돌을 검출하는 기능을 제공함으로써 발생한다. 카트리지 내에 연소가 개시되기 직전에 사용자에 의해 관측된 바와 같이, 이는 십자선과 표적의 상대 위치를 도시하는 화상을 정확하게 기록하는 기능을 제공한다. 이는 표적에서의 총알 배치의 오차가 즉시 반복가능하지 않은 휴먼 오차에 기인하는 정도에 대한 정확한 기록을 제공한다. 특히, 사용자는 표적에서의 총알 배치의 어떤 오차에 대한 사용자의 기여도를 분리하도록 저장된 화상을 관측할 수 있다.
다른 효과는 화기 조준기의 조정의 일부 또는 모두가 기계식이 아닌 전자식으로 수행되는 사실로부터 발생한다. 이는 진동, 충격 및 마모와 같은 기계적인 고려사항으로 인한 오차를 피할 수 있다. 개시된 실시예에서, 전자식 조종은 확대 율의 전자식 조정 및 십자선 윈디지와 고각의 전자식 조정을 포함한다. 또한, 십자선 자체는 화기 조준기에 전자식으로 다운로드되기 때문에, 십자선 구성의 현저한 변화는 어떠한 기계적 변화 또는 조정도 필요없이 용이하게 수행될 수 있다.
다른 효과는 조준기 각 변화율의 라인을 정확하게 측정하여 사용자를 위해 현재 검지된 각 변화율 지시를 표시하는 기능을 제공하는 것과 관련되어 있다. 이는 사용자가 현재 얼마나 정확하게 조준기의 광학 라인을 제어하는지, 즉 조준기가 현재 얼마나 안정되게 의도된 표적에 현재 조준되고 있는지에 대한 지시를 조준기를 사용하는 사용자에게 제공한다.
다른 효과는 화기 조준기의 십자선을 화기 보어에 자동으로 그리고 전자식으로 정렬하는 기능을 제공함으로써 발생한다. 또한, 이러한 자동 정렬은 빠르고 정확하게 수행될 수 있다. 이는 화기를 표적 사격장에 가져가, 점진적으로 십자선 윈디지와 고각을 기계식으로 조정하면서 연속적인 일련의 총알을 발사하는 시간 소모적이고 비용이 많이 드는 종래의 방법을 피할 수 있다. 특히, 본 발명은 화기의 보어에 대한 조준경의 오정렬에 대한 정밀한 측정 및 십자선 위치의 자동 수정을 제공한다.
일 실시예가 예시되어 상세하게 기술되었지만, 다양한 대체예 및 변경예가 다음의 청구의 범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 기술사상 및 범주를 벗어나지 않고 가능하다는 것을 알 것이다.

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  7. 사용자가 디지털 십자선과 함께 장면의 화상을 관측할 수 있는 관측 섹션을 포함하며, 상기 관측 섹션은 화상에 대한 상기 십자선 위치의 디지털 조정을 용이하게 하는 십자선 조정부를 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 십자선 조정부는 사용자가 상기 십자선 위치의 상기 조정을 수동으로 실행할 수 있게 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 십자선 조정부는 사용자가 다른 두 방향에 대해 독립적으로 상기 십자선 위치의 상기 조정을 수동으로 실행할 수 있게 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 관측 섹션은 상기 장면의 일련의 디지털 화상을 생성할 수 있는 화상 검출기와,
    사용자가 관측가능하고, 상기 관측 섹션이 상기 십자선과 중첩된 상기 일련의 디지털 화상을 제공하는 디스플레이를 포함하며,
    상기 십자선 조정부는 상기 십자선이 상기 디스플레이 상에서 중첩되는 위치를 변화시켜 상기 십자선의 위치를 조정하는 장치.
  11. 제7항에 있어서, 라이플 조준기를 포함하며, 상기 관측 섹션은 상기 라이플 조준기의 일부인 장치.
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