為光學反射瞄準鏡電路增加自動斷電

作者 : Stephen Woodward,EDN特約作者

為了獲得最佳性能,瞄準鏡光源的強度必須至少與目標的照明水準大致匹配。如果光源太暗,目標點的亮度就會消失,太亮則會閃爍而使目標點變得模糊...

反射式瞄準鏡或「紅點」(red-dot)鏡是一種普及的光學瞄準/指向輔助設備,在天文學、射箭、射擊等方面有著廣泛的應用。在反射式瞄準鏡中,光源(通常是高強度的LED)從彎曲的透明光學(反射)元件反射,藉此就可以觀察目標。光源影像(紅點)因此出現並疊加在靶心影像上,這也就表明了目標點。反射瞄準系統與望遠鏡式瞄準鏡和開放式瞄準鏡相比具有多項優勢,包括快速直觀的目標擷取和寬視場(FOV)。

為了獲得最佳性能,瞄準鏡光源的強度必須至少與目標的照明水準大致匹配。如果光源太暗,則目標點的亮度就會消失,而如果太亮,則目標點會發生閃爍,從而使目標點變得模糊,難以精確指向。雖然可以對目標點強度進行手動調整,但這會有損於瞄準鏡的快速和直觀操作,因此自動調整成為一種非常受歡迎的能力。將近19年前首次在《EDN》上發表的設計實例——「反射式光學瞄準鏡強度控制電路」(Circuit controls intensity of reflex optical sights)一文中即展示了這種自動調整功能,但仍有一些改進的空間。

為了瞭解這些改進,讓我們首先看看1所示的初始電路。光電電晶體Q1用於感測目標亮度水準並使用它來自動調整反射LED的電流和強度,同時在很寬的環境光水準範圍內保持恒定的點尺寸。電位器R1在LED驅動器Q2和偏置電晶體Q3 (作為二極體連接)之間分配Q1的光電流IP。R1的值在出廠時設置為驅動電流IL和環境光強度之比的一次性校準。由於遮光罩與瞄準鏡共同對準並且能大致模仿其FOV,因此Q1就會接收到目標照度的代表性平均值。其結果是R1的一次性校準確保了點的強度將在很寬的入射光範圍內保持相對恒定。

circuit diagram for automatic intensity adjustments in reflex optical sights

圖1:這個簡單的電路可自動調整反射光學瞄準鏡的紅點強度。

自20年前開發以來,這個初始設計一直在使用中。但是當然,很少會有舊設計未能從一些較新的改進中受益。

這個初始設計的一個缺點在於不使用時需要在光輸入埠上方放置一個不透明的鏡頭蓋。如果該瞄準鏡存放在明亮的環境中,那麼為了避免電池過早耗盡,就需要這麼做。當然,也可以加一個簡單的手動的ON/OFF開關,但手動開關只有在你記得使用它時才有效,這就很容易忘記。2中所示的改進電路添加CMOS斷電計時器,提供了一種自動解決方案,該計時器在閒置一小時後會斷開電池連接。

circuit diagram adds CMOS power-off timer to optical sight design

圖2:這種改進的設計有一個CMOS斷電計時器,可在一個小時無任何活動後斷開電池連接。

該計時器功能基於「古老的」金屬閘CMOS 4060B 14位元振盪器/分頻器。這款60年代的輸入級將形成一個閘控振盪器,在本例中其週期由C2、D1和R4-6網路所設置,約為0.44秒(s)。其輸出將進入到元件內部的14位元二進位計數器,進而將振盪器週期乘以8192,從而產生標稱3600s=1h的開機間隔。電路將接腳12拉高,以重設4060B而開始通電。這會將接腳3 (213)驅動為低電平,從而使Q4 (為光電路供電)開啟並啟動振盪器。在8192個振盪器週期(1h)後,接腳3將返回高電平,進而關閉Q4和振盪器。

這個新設計還搭配另一個稍微新穎的改進,那就是將皮膚電阻觸控板用作間隔啟動重設開關,而不是使用傳統的按鈕。用作觸控板的銅帶條要比按鈕便宜,並且提供了一種簡化的、高度符合人體工學的使用者介面。此外,其還可以很容易地與弓箭、槍托或其他瞄準裝置進行整合,因為要在這些裝置中安裝機械開關通常都比較困難或「難以看到」。

(參考原文:Circuit for optical reflex sight adds automatic power-off,by Stephen Woodward)

本文同步刊登於EDN Taiwan 2022年3月號雜誌

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