[논문]빔분리프리즘 도트사이트 장치의 개발

이동희; 정보선; 박승환

doi:10.14479/jkoos.2013.18.4.519

초록
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목적: 본 연구는 빔분리프리즘을 가져서 길이가 축소된 도트사이트 장치의 개발에 관한 것이다. 방법: 빔분리프리즘을 사용하기 위해 doublet 반사경을 재설계하였으며, 시차 발생을 감소시키기 위하여 반사경의 광축 기울임을 없애도록 하여 길이가 축소된 새로운 도트사이트 장치를 개발하였다. 결과: 도트시표발생부와 빔분리프리즘과 doublet 반사경과 관찰자 눈의 광축이 T자 형태를 갖는 새로운 형태의 빔분리프리즘을 가지는 도트사이트 장치를 개발할 수 있었다. 결론: 본 연구에서 우리는 기존의 도트사이트 보다 사격의 정확도를 더욱 높일 수 있으며 광학적 전장길이를 축소 시킬 수 있는 새로운 형태의 빔분리프리즘을 채택한 도트사이트를 설계 개발하였다. 설계되어진 도트사이트는 기존의 도트사이트보다 수평방향의 사격의 정확도를 3배 이상 높일 수 있었으며 광학적 전장길이를 2.2.배 축소시킬 수 있게 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study relates to the development of dot-sight device, whose length is reduced, with a prism beam splitter. Methods: We developed a new dot-sight device whose length was reduced by eliminating the optical axis tilt of the doublet reflector to reduce the occurrence of the parallax and by...

Purpose: This study relates to the development of dot-sight device, whose length is reduced, with a prism beam splitter. Methods: We developed a new dot-sight device whose length was reduced by eliminating the optical axis tilt of the doublet reflector to reduce the occurrence of the parallax and by redesigning the doublet reflector to use a prism beam splitter. Results: We could develop the new type dot-sight device having a prism beam splitter and the dot reticle generator and the doublet reflector, of which optical axises showed a T-letter type with the optical axis of the observer's eye. Conclusions: In this study, we designed and developed a new type dot sight employing a prism beam splitter that could be able to further enhance the accuracy of the fire in comparison with the traditional dot sight, thereby reducing the overall optical length of system. The new designed dot sight was able to be reduced 2.2 times on the overall optical length, and could be improved more than three times on the accuracy of shooting in the horizontal direction, than the traditional dot sight.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 이러한 광학식 도트사이트 보다 전장을 획기적으로 줄인 새로운 형태의 도트사이트 장치에 대해 전개하고자 한다.
본 연구에서는 무한대 물점에서 눈으로 입사되는 광선들의 평행도 오차의 안광학적인 표현인 시차(parallax)를 고려해 볼 때 기존의 도트사이트 보다 사격의 정확도를 더욱 높일 수 있으며, 광학적 전장길이를 축소시킬 수 있는 새로운 형태의 빔분리프리즘을 채택한 도트사이트를 설계 개발하였다. 설계되어진 도트사이트는 기존의 도트사이트 보다 수평방향의 사격의 정확도를 3배 이상 높일 수 있었으며 광학적 전장길이를 2.
그러나 경통의 중심에 도트 시표 발생부가 있음으로써 관찰자의 전방 시야를 방해하고 있는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 수단으로 우리는 빔분리프리즘(prism beam splitter)^[5]을 제안하고자 한다.

제안 방법

Table 1은 최적화 설계되어진 새로운 형태의 도트사이트 광학계의 설계 데이터를 보여 주고 있는데, 이 설계에서는 프리즘의 경사면 효과가 광선의 반사율과 투과율에만 관계하여 광선의 방향을 꺽는 역할을 할 뿐 수차와는 관계가 없기 때문에 프리즘을 한 변이 30 mm인 BK7의 초자로 구성된 정육면체 평면렌즈로 취급하여 설계하였다. 따라서 광로도 도트시표 발생부에서의 광선이 오른쪽으로 진행하여 두께 30 mm인 평면렌즈를 통과한 후, double 반사경에 반사되어 왼쪽으로 진행하여 다시 평면렌즈를 지나 관찰자를 향해 가는 경로로 하여 설계하였다.
Table 1은 최적화 설계되어진 새로운 형태의 도트사이트 광학계의 설계 데이터를 보여 주고 있는데, 이 설계에서는 프리즘의 경사면 효과가 광선의 반사율과 투과율에만 관계하여 광선의 방향을 꺽는 역할을 할 뿐 수차와는 관계가 없기 때문에 프리즘을 한 변이 30 mm인 BK7의 초자로 구성된 정육면체 평면렌즈로 취급하여 설계하였다. 따라서 광로도 도트시표 발생부에서의 광선이 오른쪽으로 진행하여 두께 30 mm인 평면렌즈를 통과한 후, double 반사경에 반사되어 왼쪽으로 진행하여 다시 평면렌즈를 지나 관찰자를 향해 가는 경로로 하여 설계하였다. Table 1의 9번 surface에서 프리즘과 1.
우리는 상기와 같은 문제점 해결을 위해 도트시표 발생부와 반사경의 사이에 빔 스플리터 역할을 하는 빔분리프리즘을 배치하고, 반사경의 광축을 빔분리프리즘의 반사 또는 투과하는 광축과 일치시켜 시차를 최소화함으로써 도트사이트 장치의 전장을 줄어든 새로운 형태의 도트사이트를 설계할 수 있었다. 즉 경통의 내측 전방에 배치되는 반사경과 광선을 반사 또는 투과하는 경사면이 형성되어 경통의 내부에서 상기 반사경의 후방에 배치되는 빔분리프리즘과 경통의 내주면 일측에 배치되어 상기 빔분리 프리즘의 경사면을 향해 도트시표 광선을 제공하는 도트시표 발생부를 포함하며, 상기 빔분리프리즘의 경사면은, 도트시표 발생부로부터 제공되는 도트시표 광선을 반사경을 향해 반사시키고 반사경으로부터 빔분리프리즘을 향해 되반사되는 도트시표 광선을 관찰자를 향해 투과시키는 것과 동시에, 반사경을 투과한 외부 목표물과 그 주변으로부터의 광선을 관찰자를 향해 투과시킬 수 있도록 하는 다층 박막 코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 빔분리프리즘을 갖는 도트사이트 장치를 구성할 수 있었다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 정렬에 어려움이 있는 고정식 3점 조준선을 없애면서 간단하게 조준점(도트)과 목표점의 비고정식 2점 정렬을 이용하는 광학식 도트 사이트 장치가 제안되었다.^[1-4] 이러한 도트사이트는 조준점이 사이트의 유효 윈도우 내에 어디에 있더라도 조준점(비고정 조준점)과 목표점을 일치시키는 비고정식 2점 조준선을 가지기 때문에 기존의 고정식 3점 조준선 정렬 방식보다는 사격에 대한 시야를 넓게 할 수 있을 뿐만 아니라 사격에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

이론/모형

광학계 설계는 Sigma2000, CodeV 광학 설계 프로그램을 사용하였다.^[6,7]

성능/효과

배 축소시킬 수 있게 되었다. 본 연구를 적용한 결과 Fig. 9에 제시된 바와 같이 경통과 주변부를 포함한 실전용 도트사이트의 비교에서도 전장길이를 2배 이상 축소할 수 있는 도트사이트가 되었다.
본 연구에서는 무한대 물점에서 눈으로 입사되는 광선들의 평행도 오차의 안광학적인 표현인 시차(parallax)를 고려해 볼 때 기존의 도트사이트 보다 사격의 정확도를 더욱 높일 수 있으며, 광학적 전장길이를 축소시킬 수 있는 새로운 형태의 빔분리프리즘을 채택한 도트사이트를 설계 개발하였다. 설계되어진 도트사이트는 기존의 도트사이트 보다 수평방향의 사격의 정확도를 3배 이상 높일 수 있었으며 광학적 전장길이를 2.2.배 축소시킬 수 있게 되었다. 본 연구를 적용한 결과 Fig.
67 mm임을 Table 1과 Table 2에서 알 수 있다. 이상을 종합해 볼 때 빔분리프리즘을 채택한 도트사이트는 같은 유효 구경을 채택한다면 수평 방향(X-Fan)의 시차량은 기존 도트사이트에 비해 3배 이상 작게 만들 수 있고, 광학적 유효 거리 또한 2.2배 이상 축소할 수 있다는 결론에 도달할 수 있게 된다. 일반적으로 사격에서는 수평방향의 시차가 중요한데, 빔분리프리즘을 채택한 도트사이트가 기존 도트사이트에 비해 수평시차가 3배 이상 작게 될 수 있다는 것은 수평방향의 사격의 정확도를 3배 이상 높일 수 있다는 것이 된다.
우리는 상기와 같은 문제점 해결을 위해 도트시표 발생부와 반사경의 사이에 빔 스플리터 역할을 하는 빔분리프리즘을 배치하고, 반사경의 광축을 빔분리프리즘의 반사 또는 투과하는 광축과 일치시켜 시차를 최소화함으로써 도트사이트 장치의 전장을 줄어든 새로운 형태의 도트사이트를 설계할 수 있었다. 즉 경통의 내측 전방에 배치되는 반사경과 광선을 반사 또는 투과하는 경사면이 형성되어 경통의 내부에서 상기 반사경의 후방에 배치되는 빔분리프리즘과 경통의 내주면 일측에 배치되어 상기 빔분리 프리즘의 경사면을 향해 도트시표 광선을 제공하는 도트시표 발생부를 포함하며, 상기 빔분리프리즘의 경사면은, 도트시표 발생부로부터 제공되는 도트시표 광선을 반사경을 향해 반사시키고 반사경으로부터 빔분리프리즘을 향해 되반사되는 도트시표 광선을 관찰자를 향해 투과시키는 것과 동시에, 반사경을 투과한 외부 목표물과 그 주변으로부터의 광선을 관찰자를 향해 투과시킬 수 있도록 하는 다층 박막 코팅으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 빔분리프리즘을 갖는 도트사이트 장치를 구성할 수 있었다.
1의 (a), (c)와 같은 시야를 가리는 문제점이 나타나지 않는다. 한편 경사면의 코팅을 635 nm 파장 대역의 빛이 70% 투과하고 30% 반사하는 코팅을 하였고, doublet 반사경의 1면과 3면은 가시영역에서 무반사 코팅을, 2면은 635 nm 파장 대역의 빛이 50% 반사하도록 하여 관찰자가 목표물을 향해 전방을 주시할 때 시야가 어두워지는 정도를 상당히 완화할 수 있었다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	상기 고정식 3점 조준선에 의한 조준의 단점은?	총기 몸체 상부에 위치하는 가늠자와 총열의 끝단에 위치하는 가늠쇠와 사격 목표점의 고정식 3점 조준선에 의한 조준은, 그 총기를 사용하는 사용자의 숙련도에 따라서 정확한 사격을 가능하게 한다. 그러나 상기 고정식 3점 조준선에 의한 조준은 작은 진동이나 떨림에도 조준선 정렬이 어려워지고, 근거리 사격이나 급박한 상황에서 신속하게 조준하기에도 어려움이 따른다. 즉, 이러한 고정식 3점 조준선에 의한 조준에서는, 목표 포착 및 확인, 조준선 정렬, 조준 등의 복잡한 과정과 시간이 요구되며, 가늠쇠와 가늠자 자체가 매우 작아서 이를 정확하게 목표점에 일치하도록 정렬함에 있어서 작은 떨림에도 민감하게 반응할 뿐만 아니라, 지나치게 가늠자와 가늠쇠와 사격 목표점의 정렬에 신경을 쓰다 보면, 표적이나 전방 상황보다는 가늠쇠와 가늠자 자체에 시선이 집중되어 사격 또는 긴급 상황 대처에 필요한 시야가 좁아지는 문제가 있다.[1]
	일반적으로 총기류의 조준은 어떻게 이루어지는가?	총기류의 특성은 신속하게 조준 사격을 할 수 있는지와 정확하게 표적을 조준할 수 있는지에 의해 좌우된다. 일반적으로 총기류의 조준은 가늠자와 가늠쇠의 정렬 선을 사격 목표점에 일치시킴으로서 이루어진다. 총기 몸체 상부에 위치하는 가늠자와 총열의 끝단에 위치하는 가늠쇠와 사격 목표점의 고정식 3점 조준선에 의한 조준은, 그 총기를 사용하는 사용자의 숙련도에 따라서 정확한 사격을 가능하게 한다.
	고정식 3점 조준선을 없애면서 조준점과 목표점의 비고정식 2점 정렬을 이용하는 광학식 도트 사이트 장치의 장점은?	위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 정렬에 어려움이 있는 고정식 3점 조준선을 없애면서 간단하게 조준점(도트)과 목표점의 비고정식 2점 정렬을 이용하는 광학식 도트 사이트 장치가 제안되었다.[1-4] 이러한 도트사이트는 조준점이 사이트의 유효 윈도우 내에 어디에 있더라도 조준점(비고정 조준점)과 목표점을 일치시키는 비고정식 2점 조준선을 가지기 때문에 기존의 고정식 3점 조준선 정렬 방식보다는 사격에 대한 시야를 넓게 할 수 있을 뿐만 아니라 사격에 걸리는 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 즉 종래의 고정식 3점 조준선 정렬 방식보다 조준선 정렬에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 조준 자체도 도트(dot)시 표의 허상을 표적에 위치시키는 것만으로 충분하므로 시야를 확보할 여유를 가질 수 있게 되어 결국 신속하고 정확하게 조준할 수 있으며, 정황 판단에 필요한 주변 시야도 확보할 수 있게 되는 것이다.

참고문헌 (9)

Lee DH, Park SH. Development of dot sight with 2X magnification. J Korean Oph Opt Soc. 2012;17(4):435-440.
Lee DH. Development of the dot sight device by using the doublet reflector. J Korean Oph Opt Soc. 2008;13(1):65-69.
Donald D Morris. Off axis optical sight system for a firearm. U.S. Patent 4346995, 1982.
Per Montelin Lund. Optical element of a parallax free sight. U.S. Patent 5440387, 1995.
Warren JS. Modern Optical Engineering, 4th Ed. New York:McGraw-HILL, 2007 136-154.
User Manual, SIGMA 2000, UK: KIDGER OPTICS LTD, 1995; Ch.5 and Ch.15.
User Manual, CodeV Version 10.4. California: Optica; Research Associates, 2012.
Freeman MH, Hull CC. Optics, 7th Ed. Oxford: Butterworth- Heinemann, 2003;197-199.
Herbert G. Handbook of Optical System, Vol. 1. NewYork: WILEY-VCH, 2005;44-53.

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