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KR-102961146-B1 - optical aiming device

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Abstract

본 발명은 광학 조준장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광학 조준장치는 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 이격된 위치에서 제1 이미지 빔을 제공하는 제1 이미지 발생부; 상기 제1 이미지 발생부에서 제공되는 제1 이미지 빔을 목표물과 사용자 사이의 광경로를 향해 반사하는 제1 경사면을 구비한 제1 광경로 변환부; 및 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부로부터 제공되는 제1 이미지 빔은 사용자를 향해 반사하고 상기 목표물로부터 사용자를 향하는 빔은 투과하는 제2 경사면을 구비한 제2 광경로 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Inventors

  • 정인
  • 이동희
  • 정보선
  • 정익선

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20230804

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 이격된 위치에서 제1 이미지 빔을 제공하는 제1 이미지 발생부; 상기 제1 이미지 발생부로부터 제공되는 제1 이미지 빔을 목표물과 사용자 사이의 광경로를 향해 제공하는 제1 경사면을 구비한 제1 광경로 변환부; 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부 측으로부터 제공되는 제1 이미지 빔은 사용자를 향해 반사하고 상기 목표물 측으로부터 사용자를 향하는 빔은 투과하는 제2 경사면을 구비한 제2 광경로 변환부; 및 상기 제1 광경로 변환부를 사이에 두고 상기 제1 이미지 발생부와 마주하도록 배치되고, 상기 제1 경사면을 투과한 발산광 형태의 제1 이미지 빔을 버전스(Vergence) 변화 특성을 갖는 반사면을 통해 평행광 형태로 변환하여 제1 경사면을 향해 반사하는 평행광 변환부;를 포함하고, 상기 평행광 변환부는 1매의 반사면을 포함하는 반사 광학계로 이루어지는 광학 조준장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제1 경사면은 제1 편광 특성의 빔은 투과하고 제2 편광 특성의 빔은 반사하도록 코팅되고, 상기 제1 이미지 발생부와 제1 광경로 변환부 사이에는 제1 이미지 빔을 제1 편광 특성으로 변환하는 제1 광학소자가 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부와 평행광 변환부 사이에는 평행광 변환부에서 반사되어 제1 광경로 변환부로 진행하는 제1 이미지 빔을 제2 편광 특성으로 변환하는 제2 광학소자가 배치되는 광학 조준장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제1 광학소자는 선형 편광자로 이루어지고, 상기 제2 광학소자는 λ/4 플레이트로 이루어지는 광학 조준장치.
  7. 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 이격된 위치에서 제1 이미지 빔을 제공하는 제1 이미지 발생부; 상기 제1 이미지 발생부로부터 제공되는 제1 이미지 빔을 목표물과 사용자 사이의 광경로를 향해 제공하는 제1 경사면을 구비한 제1 광경로 변환부; 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부 측으로부터 제공되는 제1 이미지 빔은 사용자를 향해 반사하고 상기 목표물 측으로부터 사용자를 향하는 빔은 투과하는 제2 경사면을 구비한 제2 광경로 변환부; 및 상기 제1 광경로 변환부를 사이에 두고 상기 제2 광경로 변환부와 마주하도록 배치되고, 상기 제1 경사면에서 반사된 발산광 형태의 제1 이미지 빔을 버전스(Vergence) 변화 특성을 갖는 반사면을 통해 평행광 형태로 변환하여 제1 경사면을 향해 반사하는 평행광 변환부;를 포함하고, 상기 평행광 변환부는 1매의 반사면을 포함하는 반사 광학계로 이루어지는 광학 조준장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제1 경사면은 제1 편광 특성의 빔은 투과하고 제2 편광 특성의 빔은 반사하도록 코팅되고, 상기 제1 이미지 발생부와 제1 광경로 변환부 사이에는 제1 이미지 빔을 제2 편광 특성으로 변환하는 제1 광학소자가 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부와 평행광 변환부 사이에는 평행광 변환부에서 반사되어 제1 광경로 변환부로 진행하는 제1 이미지 빔을 제1 편광 특성으로 변환하는 제2 광학소자가 배치되는 광학 조준장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제1 광학소자는 선형 편광자로 이루어지고, 상기 제2 광학소자는 λ/4 플레이트로 이루어지는 광학 조준장치.
  10. 제 4항 또는 제 7항에 있어서, 상기 제1 경사면은 입사되는 빔의 일부는 투과하고 나머지는 반사하도록 코팅되는 광학 조준장치.
  11. 삭제
  12. 제 4항 또는 제 7항에 있어서, 상기 제1 이미지 발생부에서 제공되는 제1 이미지 빔의 광경로와 교차하는 방향으로 카메라에 의해 촬영된 이미지를 포함하는 제2 이미지 빔을 제공하는 제2 이미지 발생부; 및 상기 제1 이미지 빔의 광경로와 제2 이미지 빔의 광경로가 교차하는 위치에서 제1 이미지 빔과 제2 이미지 빔을 합성하는 빔 합성부를 더 포함하는 광학 조준장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제1 이미지 발생부는 제1 파장의 제1 이미지 빔을 제공하고, 상기 제2 이미지 발생부는 제2 파장의 제2 이미지 빔을 제공하고, 상기 빔 합성부는 제1 이미지 빔과 제2 이미지 빔의 합성을 위해 제1 파장과 제2 파장 중 어느 하나는 반사하고 다른 하나는 투과하도록 코팅되는 광학 조준장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제1 파장과 제2 파장은 스펙트럼상 서로 중첩되지 않는 범위로 설정되는 광학 조준장치.

Description

광학 조준장치 {optical aiming device} 본 발명은 광학 조준장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용자의 전방 시야에 허상 이미지를 제공하기 위한 빔이 전방의 목표물 측을 향해 진행하지 않도록 함으로써 사용자의 위치가 노출되는 것을 방지할 수 있는 광학 조준장치에 관한 것이다. 광학식 무배율(저배율) 도트사이트 조준기는 간편하고 신속하게 조준이 가능하며, 긴급한 상황이나 근거리에서 조준이 매우 편리하다. 가늠쇠와 가늠자를 이용한 조준선 정렬에 들던 시간을 아낄 수 있고, 조준 자체도 도트(dot) 상(像)을 목표물에 위치시키는 것으로 충분하며, 따라서 시야를 확보할 여유를 가질 수도 있다. 하지만, 종래의 도트사이트 조준기(빔 스플리터를 구비한 도트 사이트 장치, 등록번호 10-2141049)는 도트시표 발생부(1) 광원의 광선들이 도트시표의 허상을 형성하기 위한 반사경(2)을 향해서 나아갈 때 빔 스플리터(3)의 반사면에서 일부 광선이 목표물 방향으로 진행됨에 따라, 도트시표 발생부에서 나오는 광선의 일부가 목표물 측에서도 보이기 때문에 도트시표 발생부의 광원이 상대방에게 발각될 수 있으며, 이로 인해 사용자의 위치가 노출되는 문제점이 있다. 특히 주변부가 어두운 환경(야간 또는 주위의 조명이 어두운 상황)에서 광원의 노출은 상대방에게 먼저 눈에 띄게 하기 때문에 사격의 우선권을 놓칠 수 있으므로 상기와 같은 장점에도 불구하고 어두운 환경에서는 도트사이트를 사용하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 도 2와 같이 구성된 종래의 빔스플리터를 이용한 도트사이트 조준기 역시, 도 1의 도트사이트와 마찬가지로 빔스플리터(3)에서 목표물 측으로 반사된 도트시표 발생부(1) 광원의 광선이 반사경(2)을 투과할 수 있으므로, 목표물 쪽에서 도트시표 발생부 광원이 보이게 되어 사용자의 위치가 노출될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 도트사이트는 반사경(2)을 투과한 도트시표 발생부(1)의 광원이 광축방향(A 방향)에서는 보이지 않으나 광축을 약간 벗어난 B 방향에서는 보이게 되는 단점이 있다. 즉 종래의 도트사이트에서는 도트시표 발생부(1)가 경통과 같은 하우징의 내주면에 배치되어 있기 때문에 목표물 쪽에서의 일부 방향(도 3 (a)의 A 방향보다 상측 방향, 도 3 (b)의 A 방향보다 하측 방향)에서는 도트시표 발생부 광원이 보이지 않을 수도 있지만, 그 외의 방향(도 3 (a)의 A 방향 보다 하측인 B 방향, 도 3 (b)의 A 방향보다 상측인 B 방향)에서는 도트시표 발생부의 광원이 보이게 된다. 즉, 상기와 같은 종래의 도트사이트의 경우에도 도트시표 발생부의 광원의 광선 일부가 사용자가 주시하는 목표물의 방향으로 투과하여 나가기 때문에 목표물측 상대방에게 도트시표 발생부 광원이 보이게 되는 단점이 있다. 도 1 내지 도 3은 종래 조준용 도트사이트의 단면도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 9는 빔 합성부의 입사광 파장별 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도이다. 설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 조준장치에 대하여 상세하게 설명한다. 첨부도면 중, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 조준장치의 구성을 나타낸 단면도이다. 상기 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 조준장치는 제1 이미지 발생부(110), 평행광 변환부(120), 제1 광경로 변환부(130) 및 제2 광경로 변환부(140)를 포함한다. 상기 제1 이미지 발생부(110)는 사용자에게 조준용 도트시표와 같은 허상 이미지를 제공하기 위한 것으로서, LED와 같은 광원과 상기 광원의 전방에 위치하는 도트시표 형상의 투광부를 가지는 마스크를 포함할 수 있다. 제1 이미지 발생부(110)는 원하는 도트시표의 형상을 디스플레이할 수 있는 OLED, LCD, LCOS 등의 영상소자로 이루어지는 것도 가능하다. 이 경우 카메라에 의해 촬영된 목표물 방향의 외부 영상을 도트시표의 형상과 중첩하여 영상소자에 디스플레이함으로써 관찰자에게 도트시표와 목표물 방향의 외부 영상을 동시에 보여줄 수 있다. 또는 영상소자에 도트시표 형상만을 디스플레이하는 것도 가능하고, 영상소자에 외부 영상만을 디스플레이하는 것도 가능할 것이다. 이러한 제1 이미지 발생부(110)는 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 이격된 위치에서 발산광 형태의 제1 이미지 빔을 제공하는 형태로 배치될 수 있다. 상기 평행광 변환부(120)는 발산광 형태로 제공되는 제1 이미지 빔을 평행광 형태로 변환하기 위한 것으로서, 제1 이미지 발생부(110)와 제1 광경로 변환부(130) 사이의 광경로 상에 배치되는 1매 이상의 렌즈로 구성된 굴절 광학계로 이루어질 수 있다. 상기 제1 광경로 변환부(130)는 상기 평행광 변환부(120)에 의해 평행광 형태로 변환된 제1 이미지 빔을 목표물과 사용자 사이의 광경로를 향해 반사할 수 있는 제1 경사면(131)을 구비한다. 예컨대, 상기 제1 경사면(131)은 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 벗어난 위치에서 제1 이미지 발생부(110)로부터 제공되는 제1 이미지 빔을 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치된 제2 광경로 변환부(140)를 향해 반사시키기 위해 경사 배치될 수 있다. 상기 제1 광경로 변환부(130)는 경사 배치되는 광학 유리의 일면에 반사 코팅하여 제1 경사면(131)을 구성하거나, 직각 프리즘의 경사면에 반사 코팅하여 제1 경사면(131)을 구성하거나, 두 직각프리즘의 접합 경계면에 반사 코팅하여 제1 경사면(131)을 구성하는 등, 다양한 형태로 구성할 수 있다. 상기 제2 광경로 변환부(140)는 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치되고, 상기 제1 광경로 변환부(130)로부터 제공되는 제1 이미지 빔을 사용자를 향해 반사하고 상기 목표물로부터 사용자를 향하는 가시광은 투과하는 제2 경사면(141)을 구비한다. 이러한 제2 광경로 변환부(140)는 소정의 반사율과 투과율을 갖는 빔 스플리터(빔 분리 프리즘 또는 빔 분리 평판)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 직각프리즘 2개를 합한 빔 분리 프리즘으로 제2 광경로 변환부(140)를 구성하는 경우, 두 직각프리즘 사이의 경계면이 제2 경사면(141)으로 이루어질 수 있다. 이때, 두 직각프리즘의 경계면이 되는 두 경사면 중 하나에 A% 반사 코팅을 하면 입사광의 (100-A)%를 투과하고 A%를 반사할 수 있다. 본 실시예에서는 상기 경사면에 50%반사 코팅을 한 후 두 직각프리즘을 접합하여 50%를 투과하고 50%를 반사하는 제2 경사면(141)을 구성한 것으로 예를 들어 설명한다. 한편, 빔 분리 프리즘의 반사 또는 투과가 이루어지지 않는 외측면에는 내부전반사 방지처리를 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 빔 분리 프리즘의 상면과, 두 직각프리즘의 접합 경계면이 노출되는 양 측면을 샌드 블라스팅 또는 그라인딩 처리하여 미세한 요철이 나타나도록 표면처리를 한 다음, 무광 흑색 칠 또는 코팅을 함으로써 내부전반사 현상을 막을 수 있다. 아울러, 제2 광경로 변환부(140)는 경량화를 위해 광학 유리로 이루어진 빔 분리 평판으로 구성하는 것도 가능하며, 빔 분리 평판의 앞, 뒷면 중 한 면에 빔의 투과량에 따른 반사 코팅을 하여 제2 경사면(141)을 구성할 수 있다. 예를 들어 50%반사 코팅을 하면 50%를 투과하고 50%를 반사할 수 있다. 지금부터는 상술한 광학 조준장치의 제1 실시예의 작동에 대하여 설명한다. 제2 광경로 변환부(140)는 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치되고, 제1 광경로 변환부(130)는 목표물과 사용자 사이의 광경로로부터 벗어난 위치에서 제2 광경로 변환부(140)의 일측면과 마주하도록 배치되고, 제1 이미지 발생부(110)는 제1 광경로 변환부(130)의 일측면과 마주하도록 배치되고, 평행광 변환부(120)는 제1 이미지 발생부(110)와 제1 광경로 변환부(130) 사이에 배치된다. 제1 이미지 발생부(110)로부터 제1 광경로 변환부(130)를 향해 조사되는 발산광 형태의 제1 이미지 빔은 평행광 변환부(120)에 의해 평행광 형태로 변환되어 제1 광경로 변환부(130)의 제1 경사면(131)으로 제공되며, 제1 경사면(131)에서 제2 경사면(141)을 향해 반사되고, 제2 경사면(141)에서 사용자를 향해 반사된다. 이때, 상기 제2 경사면(141)은 50%를 투과하고 50%를 반사하도록 코팅되어 있으므로, 제2 경사면(141)으로 제공되는 제1 이미지 빔의 50%를 사용자를 향해 반사하고, 목표물로부터 사용자를 향해 진행하는 가시광의 50%를 사용자를 향해 투과한다. 따라서, 사용자는 제2 경사면(141)을 통해 무배율로 응시하게 되는 목표물의 상에 제2 경사면(141)에 의해 반사된 제1 이미지의 허상을 중첩시켜 목표물을 조준할 수 있다. 상기와 같은 구성에 따르면, 목표물과 사용자 사이의 광경로 상에 배치된 제2 광경로 변환부(140)가 사용자를 향해 제1 이미지 빔을 반사시키는 과정에서 제1 이미지 빔의 광경로가 전방의 목표물 측을 향하지 않도록 할 수 있다. 또한, 제1 광경로 변환부(130)에 의해 반사되어 제2 광경로 변환부(140)를 향해 진행하는 제1 이미지 빔이 목표물과 사용자 사이의 광경로와 직교하는 형태로 진행하므로 제1 이미지 빔의 일부가 제2 반사면(141)을 투과하더라도 목표물 측을 향해 진행하지 않도록 할 수 있다. 따라서 제1 이미지 발생