WO1994010602A2 - Gerät für die optische unterwasser-beobachtung - Google Patents

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WO1994010602A2
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    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only

Definitions

  • DE-AS 25 54 061 which has an underwater pocket camera with separate, arranged in the front wall of a five-walled housing, recording and optical elements, such as lens and flash device, counter window, exposure window and the like. the like discloses in which housing, together with the sixth wall - that is to say the rear wall - the remaining elements of the camera with the film chambers can be inserted and connected to the same in a sealing manner.
  • US Pat. No. 4,714,333 is concerned with a simple and effective construction for windows ensuring fluid density for optical and camera-technical functions of underwater cameras, which essentially consists in the fact that the observation, which is transparent to electromagnetic waves, in particular the light area, is essentially designed as a disk ⁇ window with a, preferably centrally arranged, zone for the passage of the waves or the optical information surrounding, essentially annular zone of its inside is bound to a likewise essentially annular support surface in a fluid-tight manner.
  • the respective status of the environment and its endangerment are manifested not only in the occurrence of increased concentrations of pollutants in the hydro-, atmospheric, geo- and biosphere, but in particular in sensitive changes in the species richness of larger organisms, in the suppression or increase of micro-organisms, the pla ⁇ ktones, Biosulphides and the like, changes in the food chain, biotope disorders, etc.
  • larger organisms in the hydrosphere such as, for example Aquatic plants and fish are frequently changes in the optophysical properties of their surfaces, such as their absorption, reflection, scattering, fluorescence and fluorescence properties and the like. to be determined, whereby observations in the "visible" range often have significantly less relevant information content than those in the near and "near" IR or in the UV range.
  • the object of the invention is to create an underwater bioscope which overcomes the disadvantages of conventional underwater cameras and the like mentioned above. with conventional image field illumination systems in order to enable the observation of phenomena of the underwater world and biosphere, which have not previously been made accessible to optical information, with the exclusion of image information-disrupting effects. In this way, robust and compact construction is intended to promote and support access to areas previously impossible to detect.
  • the invention thus relates to a device for optical underwater observation, monitoring and / or investigation, in particular underwater recording device, camera, viewing device or glasses or the like.
  • a device for optical underwater observation, monitoring and / or investigation in particular underwater recording device, camera, viewing device or glasses or the like.
  • the observation window which is continuous for electromagnetic waves, in particular the light area, and is essentially in the form of a disc with a zone, preferably arranged centrally, for the passage of the waves or the optical information
  • agebu ⁇ de ⁇ is essentially ring-shaped zone of its inside to a substantially ring-shaped support surface in a fluid-tight manner, the essential features of which are that the observation window with an electromagnetic Waves of at least one broad frequency band of the IR, VIS and / or UV optics spectral range are bidirectionally transparent and have a plurality of
  • the novel construction and light guidance of the underwater bioscope according to the invention with an optical viewing window module which combines the functions of light immission and object field illumination emission facilitates a miniaturized compact construction which is becoming increasingly important today.
  • the new observation devices can be installed in geological faults and e.g.
  • the fact that the front screen is formed on a separate carrier body, which does not have to be identical to the front of the housing, and is connected to it, increases the flexibility of the new device, particularly with regard to production and repair, including real system replacement.
  • the arrangement of light emission elements in the immediate vicinity of the input window for the optical information is particularly important, as a result of which the spectral band-selective radiation of — and thus illumination of the examination field with — light of an object that is precisely to be observed and its specific scattering, refraction, , Reflection, diffraction properties and the like. selected selected frequency band is enabled.
  • the main advantage here is that all the objects that cannot be optically activated by the spectral band emitted in each case remain transparent and remain dark and do not interfere with the specifically selected image information desired.
  • the novel arrangement of the specific light-emitting elements which take the place of a previously conventional headlight makes it possible to Radiation of one of several, very sharp spectral bands of mutually often very different frequencies in the IR to UV range from practically a uniform beam direction, with a frequency change, for example even automatically, by remote control technology or the like. by simply switching a respective group of emission elements of the optics module on and off, which is particularly suitable for use in operating rooms that are difficult to access and in particular for multichannel examinations, long-term monitoring and the like. is of particular advantage.
  • the change in the emitted frequency band which is specific to the object being observed - the intensity of the light emission can also be set precisely and appropriately for the object - in each case precisely matched to the conditions and an optics of the recording device that is in use.
  • a particular advantage of the combination of the light source carrier body and the pane, which at least bears against it, is the mechanical support of the pane which is given as a result compared to the often high water pressure which acts on it, which means that the installation of panes of a much smaller layer thickness than previously has the advantage of being reduced Absorption of both the emitted light and the image information signals enables.
  • a substantial reduction in the reflections or total reflections within the viewing and illuminating pane is sought and achieved, which is particularly important since a plurality of defined sources are used each sharp edges emit their light and thus prevent the occurrence of Huygens rings and the like. is of particular importance.
  • the preferably provided connection reduces the risk of occurrence of optical defects at the interface of the pane and carrier and is practically a kind of gluing.
  • a light absorption coating as it is encompassed by the sensor, is particularly preferred.
  • a procedure can be selected which consists in that a lacquer filled with the respectively selected, often ultradisperse, absorption pigment, e.g. about a kind of matt varnish, applied and the lens is pressed onto it while still wet.
  • the preferably provided, integral bond between the pane and the support body brings, in addition to opto-technical advantages, further mechanical stabilization in the manner of a sandwich construction, with which even smaller pane thickness or overall slimmer construction of the optics module can be achieved.
  • the viewing and illumination pane is advantageously formed with one of the materials according to Claim 4, which is also transparent in broad areas of the “nonvisible” spectrum, the light absorption coefficient being low per se, but at the same time mechanically less stable materials can also be considered are, since the pressure absorption function essential for underwater devices in the novel, integrated optics module takes place primarily through the support body.
  • a reflection-reducing element is also provided on the outer surface of the viewing pane in a configuration according to claim 5, which particularly originates in its input areas for optical signals before being influenced by scattering and reflection radiation which "bundles" within the pane from the light-emitting elements, by "sucking" residual radiation still getting there by switching off further total reflection into this external reflection-reducing element and practically annihilating it there by further refraction and absorption.
  • n s r u c h 6 causes at least two refractions from the plumb line that residual radiation within the pane is deflected away from the image information input area.
  • the radiation input region of the Disc surrounding, in particular actually ring-shaped element for the desired elimination of disturbing radiation residues may be sufficient.
  • an embodiment of the optics module according to Claim 9 is of particular advantage.
  • the arrangement of the light emission elements in the optics module can advantageously be provided in one of the ways described by A n s test 14 or 15. If the subjects of the two claims 14 and 15 just cited generally relate to the geometrical arrangement of the light emission elements, the appendices 16 to 18 outline application forms and arrangements of the light emission elements of the new optics module that are specific to the application and task and are aimed at illumination topographies.
  • the use of the IR range has often proven to be particularly specific, especially for underwater research in the field of biology and microbiotopes, which underscores the advantages that can be achieved with a form of training in accordance with 19.
  • the surfaces of different fish species can have completely different reflection properties, which is used for their specific observation.
  • a preferred embodiment according to Claim 21, and in particular in combination with the above-mentioned training type of the support body according to claims 10 to 12, is entirely in connection with the development of heat that obscures observation and is therefore to be suppressed.
  • each of them emits a radiation cone with a larger or smaller opening angle, which is at a relatively short distance from the disk with the radiation cone one of the neighboring lighting elements overlaps what, for example can cause problems with light coherence.
  • an arrangement according to claim 22 is advantageous, with disruptive reflections being able to be switched off in the case of the arrangement of the “intermediate medium”.
  • a preferred, albeit technically complicated embodiment according to A n s r u c h 23 enables the above-mentioned shape of the radiation cones of the emission elements to be controlled by their local displacement.
  • high-resolution image information reception devices are preferably an essential component of the device according to the invention.
  • the invention furthermore relates to a device which can be used directly online and live by a diver and which in each case optimizes the frequency band selection, e.g. image information obtained in the IR and / or UV range from the observation field is converted into directly visible information.
  • image information obtained in the IR and / or UV range from the observation field is converted into directly visible information.
  • Another object of the invention is an optics module according to A n sp r u c h 26, which, because of its interchangeability, enables for the first time a highly flexible adaptability of underwater observation devices to the respective specific examination situation and tasks.
  • FIGS. 1 to 1 c show an underwater observation device according to the invention in a sectional view and its optics module from the front and in section
  • FIG. 2 shows a basic construction and functional diagram of the new device
  • FIG. 3 shows a basic diagram Construction diagram of an underwater direct view device for the "nonvisible" area of the optics spectrum.
  • a pressure-resistant, here cylindrical housing 100 has an approximately disk-shaped optical module 120 on its front, the construction of which can be seen in detail from FIGS. 1b and 1c.
  • the module 120 essentially consists of a broadband-transparent pane 10, which lies flat against a carrier body 20 with a central opening or recess 23 for the input of optical signals or information from the observation field located in front of the recess 23 in the water body outside the pane 10 .
  • the pane 10 On the outside 12, the pane 10 carries a ring which surrounds the image information input area Reflection-reducing element 11.
  • the electronics 55 in turn control the image sensor 50.
  • the control and control unit 60 for switching and controlling the light emission elements is also located in the carrier 20 within the housing 100.
  • Image sensor 50, sensor control electronics 55 and light emitter Control 60 are all connected to an external power supply 556, as well as with an also external unit 655 for controlling the radiation geometry, the spectral band and the radiation intensity of the light emitters, as well as for controlling and monitoring the video sensor sensitivity and the video electronics 50 connected.
  • FIGS. 1b and 1c show in front and sectional view the optics module 120, which is an essential component of the invention, with a broadband absorption coating 21 of the carrier body 20 - which is designed as a cooling body with cooling fins 22 - lying flat Bound "two-way transparent” viewing and lighting disk 10.
  • the disk 10 On its outside 12, the disk 10 enters its "central" axle area "m" for the input of the image information, approximately a ring-like reflection-reducing element 11 with two layers of materials with increasing optical density, e.g. made of heavy metal glass.
  • This element 12 "sucks" within the pane 10 as a result of total reflection, vagabonding residual rays that ultimately originate from the light emitters, breaks them off in the direction of the solder and thus makes them harmless.
  • the area "m" of the pane 10 is thus substantially completely free of image-disturbing reflections.
  • FIG. 1b shows the geometric arrangement of the recesses 24 shown in FIG. 1c in the carrier body 20 or the light emission elements 401, 402, 403, 40n arranged therein in concentric circles in the area "u" between the axial area "" and the "edge" of the housing 100 can be seen.
  • all emitters 401 to 40n of each of the groups arranged on concentric circles each emit light of the same spectral band.
  • FIG. 1c shows how the reflection induction ring 11 with two material layers is arranged around the axial region “m” of the disk 10 and is bound to the outside 12 thereof. It further shows how the camera optics 30 is located in the central recess 23 and in recesses 24 of the support 20 having cooling fins 22, which lie against the walls of the recesses 24 and with their lighting zones at a distance "r" from the inside of the pane 10 Light emission elements 401,402,403,40n are arranged. An optically permeable liquid medium can be introduced into the spaces "r” between the luminous side of the emitters 401 to 40n and the pane 10.
  • the schematically shown optics module 120 which is composed of an integrated carrier body 20 and a viewing window 10, is arranged, the image pick-up optics (not shown in each case) and the light emitters being or being arranged in the carrier body 20.
  • the video sensor 50 and the emitter control electronics 60 as well as control electronics 55 with a shutter, video signal and higher-level emitter control electronics are accommodated within the housing 100.
  • the camera and emitter are supplied with energy from an external 556 DC power supply.
  • Control and control lines which operate bidirectionally, lead from the housing 100 into an external module 65 for the transmission of control and control data to a video visual control computer system 66 which performs the tasks of optimizing the camera sensitivity and exposure times , the beam intensity with regard to the image information quality, the spectral bands to be emitted and, ultimately, the groups of light emitters coordinated with one another in accordance with a desired beam geometry.
  • Corresponding control and feedback lines go back to the data transmitter 66 and to the electronic control systems located in the housing 100.
  • a video monitor 68 is connected to the computer 66, likewise externally, which ultimately provides an optimized, highly qualified, trouble-free and high-resolution visual image of the respective underwater "region of interest".
  • the underwater direct view device according to FIG. 1 has basically the same structure as the device explained in more detail above, which can be used "on line” by a diver to visualize objects that can only be activated with light outside the “visible” range of the spectrum.
  • control devices 50 and 60 provided for the control of the video camera and the light emission elements, an internal battery 69 for the Power supply and from the outside, for example, with pushbutton switch 102, without internal magnetic switch unit 64 which can be actuated mechanically.
  • the monitor 75 is arranged behind a pressure-resistant window 110, and supplies the new display device of handles 101 at rt ° ⁇ ⁇ housing exterior holding divers coming from the optics module 12 ⁇ illuminated observation area, mcnt in the visible range detectable in visible information converted image information on line.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät für optische Unterwasser-Beobachtung mit einer innerhalb eines Gehäuses hinter dessen Beobachtungsfenster angeordneten Einrichtung für den Empfang von und einer Einrichtung zur Verarbeitung von optischer Information und einer Einrichtung zur Ausleuchtung des zu beobachtenden Unterwasser-Feldes, wobei das für elektromagnetische Wellen durchgängige Beobachtungsfenster mit einer eine Zone für den Durchgang der Wellen umgebenden Zone seiner Innenseite an eine ringförmige Stützfläche fluiddicht flächig anliegend gebunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Beobachtungsfenster mit einer für elektromagnetische Wellen bidirektional transparenten, an einen eine Mehrzahl von Ausnehmungen (23, 24) aufweisenden Trägerkörper (20) anliegenden Scheibe (10) ausgebildet ist, wobei in einer der Ausnehmungen (23) eine für einen Empfang optischer Signale worgesehene Einrichtung (30) angeordnet ist und in einer Mehrzahl von im Bereich (u) zwischen der Ausnehmung (23) und dem Rand des Trägerkörpers (20) sich befindlichen Aüsnehmungen (24) jeweils ein Element (401, 402, 403, 40n) für Emission elektromagnetischer Strahlung für die Beleuchtung des Beobachtungsfeldes angeordnet ist.

Description

GERÄT FÜR DIE OPTISCHE UNTERWASSER-BEOBACHTUNG
Seit langem sind laufenden Verbesserungen unterzogene, technisch immer mehr ausgereifte Geräte für optische Unterwasser-Beobachtungen und -Unter¬ suchungen bekannt und in Gebrauch, wobei in wasserdichten Gehäusen angeordnete oder solche aufweisende Film- und Videokameras und Aufnahmegeräte mit entspre¬ chender iniaturisierung aller Bauteile und Automatisierung ihrer Funktionen besonders hervorzuheben sind. Im wesentlichen arbeiten diese Geräte mit dem und im sichtbaren (VIS-)Bereich des Spektrums, wobei das jeweils zu beobach¬ tende Objekt, Feld, Gebiet od.dgl. mittels externer Scheinwerfer ausge¬ leuchtet wird.
Es sei dazu nur beispielhaft auf die DE-AS 25 54 061 verwiesen, welche eine Unterwasser-Pocket-Kamera mit voneinander gesondert in der Frontwand eines insgesamt fünfwandigen Gehäuses angeordneten, aufnahmetechnischen und optischen Elementen, wie Objektiv- und Blitzlichteinrichtung, Zählerfenster, Belichtungsfenster u.dgl. offenbart, in welches Gehäuse zusammen mit der sechsten Wand - also der Rückwand - die restlichen Elemente der Kamera mit denFilmkammern einschiebbar und mit demselben dichtend verbindbar ist.
Ist die soeben beschriebene Kamera eher für den Laien und seine Bedürf¬ nisse bestimmt, so sei für den wissenschaftlichen Einsatz auf das Uπterwasser- Kameragerät gemäß US-PS 4,335.944 hingewiesen, welches ein etwa rohrförmiges Gehäuse aufweist, hinter dessen Frontscheibe neben dem Objektivsystem für den Eingang optischer Information im wesentlichen um dasselbe herum angeordnet Ultraschallgeber für die Aussendung von Ortungssignalen zur Auffindung der Aufnahmeobjekte vorgesehen sind. Von dieser Aufnahmekamera gesondert, mit ihr selbstverständlich signal- und datenverbunden, ist eine weitere, etwa ähnlich rohrförmige Einrichtung mit hinter einer Frontscheibe angeordneter Beleuch- tungs- bzw. Blitzlichteiπrichtung vorgesehen.
Schließlich befaßt sich die US-PS 4,714.333 mit einer einfachen und effektiven Bauweise für Fluiddichte gewährleistende Fenster für optische und kameratechnische Funktionen von Unterwasserkameras, welche im wesentlichen darin besteht, daß das für elektromagnetische Wellen, insbesondere des Licht¬ bereiches αurchgaängige im wesentlichen als Scheibe ausgebildete Beobachtungs¬ fenster mit einer eine, vorzugsweise mittig angeordnete, Zone für den Durch¬ gang der Wellen bzw. der optischen Information umgebenden, im wesentlichen ringförmigen Zone seiner Innenseite an eine ebenfalls im wesentlichen ringförmige Stützfläche fluiddicht flächig anliegend gebunden ist. Bei den - auchden jetzt behandelten Druckschriften nun entnehmbaren - externen Beleuchtungssystemen ist der nachteil gegeben, daß sich selbst in "sauberen", schwebstoffarmen Gewässern ein entsprechender "Opakbereich" ausbildet und es zu einer Überflutung des auszuleuchtenden Raumes mit Licht und zur Überstrah¬ lung des Beobachtungsobjektes kommt. Dies führt letztlich zur bekannten Art "Schleier", der für Unterwasser-Aufnahmen meist "typisch" ist, jedoch insbe¬ sondere für Aufnahmen und Untersuchungen im Mikro- und Sub ikro-Bereich, dessen Bedeutung in Zeiten steigender Umwelterhebungs- und -erhaltuπgsbe- mühungen rasch zunimmt, einen die gewünschten Bild-Informationen und deren Präzision oft wesentlich beeinträchtigenden Faktor darstellt.
Im Zuge des angesprochenen, steigenden Umweltbewußtseins bei gleichzeitig oft rapide sinkender Umweltqualität als Folge der weitverzweigten Aktivitäten des Menschen gilt es, Erhebungen und Analysen von Umweltverände¬ rungen und entsprechende Grundlagenforschungen auch in Bereiche zu verlegen und dort voranzutreiben, denen im Zusammenhang mit Umweltrelevanz bisher keinerlei oder höchstens bruchstückhafte Bedeutung zugemessen wurde. Diese "Bereiche" sind nicht nur örtlich oder Zeitlich zu verstehen, es gilt auch, selbst in schon intensiv bearbeiteten Sektoren neue unkonventionelle Methoden anzuwenden und sich dabei physikalischer und chemischer Bereiche und Methoden, wie z.B. innerhalb des Spektrums elektromagnetischer Wellen, zu bedienen, die für solche Untersuchungen bis jetzt nicht oder nur sporadisch herangezogen wurden.
Der jeweilige Status der Umwelt und dessen Gefährdung manifestieren sich nicht nur im Auftreten erhöhter Konzentrationen an Schadstoffen in Hydro-, Atmo-, Geo- und Biosphäre, sondern insbesondere in sensiblen Veränderungen des Artenreichtums größerer Lebewesen, in Zurückdrängung oder Vermehrung von Mikrolebeweseπ, der Plaπktone, Bioschwebstoffe u.dgl., Veränderungen der Er¬ nährungskette, Biotopstörungen usw. Bei größeren Lebewesen der Hydrosphäre, wie z.B. Wasserpflanzen und Fischen, sind häufig Änderungen der optophysika- lischen Eigenschaften von deren Oberflächen, wie deren Absorptions-, Reflexions-, Streuungs-, Fluoreszenz- und Lu iniszenz-Eigenschaften u.dgl. festzustellen, wobei hier Beobachtungen im "Visible"-Bereich oft wesentlich weniger relevanten Informationsgehalt haben als solche etwa im mittelnahen und "nahen" IR- oder im UV-Bereich.
Auf dem Gebiet der Unterwasser- bzw. Wasseruntersuchungeπ ist es von hoher Bedeutung, entsprechende Beobachtungen auch an Stellen und in Wässern vorzunehmen, die für heute übliche Tauchuntersuchungen nicht zugänglich waren bzw. nicht für relevant angesehen wurden. Besondere Bedeutung kommt in steigendem Maße, der optischen Analyse von stehenden und fließenden Boden-, Grund-, Quell-, Heil- und Tiefenwässern zu, wobei Submikro- und Mikropartikel einer bis vor kurzem wenig beachteten Unterwasser- bzw. Reinwasser-Biosphäre und deren sensible Veränderungen eine wesentliche Rolle spielen können. Diese Biotope sind häufig mit Licht schmaler Bänder des nonvisible-Bereiches ohne störende Ausleuchtungs-Opakbereiche ganz spezifisch visualisierbar, wobei bei oberflächlicher Betrachtung als ganz nah verwandt oder ähnlich angesehene Ver¬ treter für Licht des gleichen Spektralbandes "transparent" sind und unsichtbar bleiben. Die Biotope reagieren äußerst sensibel auf geringste Änderungen ihrer leicht aus dem Gleichgewicht bringbaren Lebensbedingungen und können auf diese Weise ganz hervorragende Sensoren für makroskopisch noch längere Zeit verbor¬ gen bleibende Umweltveränderungen darstellen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Uπterwasser-Bioskop zu schaffen, das die weiter oben angeführten Nachteile konventioneller Unter¬ wasserkameras u.dgl. mit herkömmlichen Bildfeldausleuchtungssystemen nicht aufweist, um unter Ausschaltung von bildinformationsstörenden Effekten die Beobachtung von - optischen Untersuchungen bisher nicht zugänglich gemachten - Phänomenen der Unterwasserwelt und -biosphäre zu ermöglichen. Hiebei soll ro¬ buste und kompakte Bauweise den Zugang zu einer optischen Analyse bisher nicht erfaßbaren Bereichen fördern und unterstützen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Gerät für optische Unterwasser— Beobachtung, -Überwachung und/oder -Untersuchung, insbesondere Unterwasser— Aufnahmegerät, -Kamera, -Sichtgerät bzw. -Brille od.dgl. mit zumindest einer innerhalb eines fluiddichten, druckfesten Gehäuses hinter dessen mindestens einem Beobachtungsfenster angeordneten Einrichtung für den Eingang und Empfang von und zumindest einer vorzugsweise im Gehäuse angeordneten Einrichtung zur Speicherung, Verarbeitung, Übertragung und/oder Wiedergabe optischer Informa¬ tion und mindestens einer Einrichtung zur Ausleuchtung des zu bebobachtenden Unterwasser-Feldes, -Gebietes bzw. -Raumes, wobei das für elektromagnetische Wellen, insbesondere des Lichtbereiches durchgängige im wesentlichen als Scheibe ausgebildete Beobachtungsfenster mit einer eine, vorzugsweise mittig angeordnete, Zone für den Durchgang der Wellen bzw. der optischen Information umgebenden, im wesentlichen ringförmigen Zone seiner Innenseite an eine ebenfalls im wesentlichen ringförmige Stützfläche fluiddicht flächig anliegend agebuπdeπ ist, dessen wesentliche Merkmale darin bestehen, daß das Beobachtungsfenster mit einer für elektromagnetische Wellen zumindest eines breiten Frequenzbandes des IR-, VIS- und/oder UV-Optik-Spektralbereiches bi¬ direktional transparenten, an einen eine Mehrzahl von zumindest in Richtung zum zu beobachtenden Objekt-Feld bzw. -Raum hin offenen Ausnehmungen aufwei¬ senden, im genannten Gehäuse angeordneten Trägerkörper zumindest flächig¬ anliegenden Scheibe ausgebildet ist, wobei in zumindest einer der, orzugs- weise in einer der im wesentlichen im Bereich der geometrischen Mitte des Trägerkörpers sich befindlichen Ausnehmungen eine zumindest für einen Eingang bzw. Empfang optischen Signale vorgesehene Einrichtung angeordnet ist und in einer Mehrzahl von im Bereich zwischen der genannten Ausnehmung für den Ein¬ gang optischer Signale und dem Rand des Trägerkörpers sich befindlichen Aus¬ nehmungen jeweils mindestens ein Element für Emission bzw. Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung eines schmalen Frequenzbandes innerhalb des breiten Frequenzbereiches der Transparenz der Scheibe für die Beleuchtung des Beobachtungsfeldes, -raumes bzw. -gebietes angeordnet ist.
Die neuartige Bauweise und Lichtführung des erfindungsgemäßen Unter¬ wasser-Bioskops mit einem die Funktionen von Lichtimmission und Objektfeld— Beleuchtungs-Emission vereinigenden, optischen Sichtfenster-Modul erleichtert eine heute immer wichtiger werdende miniaturisierte Kompaktbauweise. Diese ma¬ nifestiert sich beispielsweise in der 'an sich bekannten, im wesentlichen zylindrischen Form der Kamera, wobei eine Zylinder-Endfläche eben vom Optik-Modul eingenommen wird und die andere etwa eine Aufhängeeinrichtung und die Herausführungen von Versorgungs- und Steuer- bzw. Kontroll-Leitungen auf¬ weist, welche Form z.B. ein Einbringen in das Bohrloch einer Tiefbohrung und somit Beobachtungen, insbesondere der Biosphäre in den verschiedenen durch¬ teuften Wasserhorizonten ermöglicht. Auch in schmale Gesteinsspalten und Klüfte, z.B. in geologischen Verwerfungen können die neuen Beobachtungsgeräte eingebracht werden und dort z.B. für Langzeit-Beobachtung belassen bleiben.Daß die Frontscheibe an einem eigenen Trägerkörper, der nicht mit der Frontseite des Gehäuses identisch sein muß umliegend und mit demselben verbunden ausge¬ bildet ist, erhöht die Flexibilität des neuen Gerätes, insbesondere im Hinblick auf Erzeugung und Reparatur einschließlich echter System-Auswechslung.
Besonders wichtig ist die Anordnung von Lichtemissionselementeπ direkt im Umkreis um das Eingangsfenster für die optische Information, wodurch die spektralbandselektive Abstrahlung von - und damit Ausleuchtung des Untersu¬ chungsfeldes mit - Licht eines genau auf ein jeweils zu beobachtendes Objekt und dessen spezifischen Streuungs-, Refraktions-, Reflexions-, Beugungs-Eigen¬ schaften u.dgl. abgestimmt ausgewählten Frequenzbandes ermöglicht ist. Dabei ist der wesentliche Vorteil gegeben, daß alle vom jeweils emittierten Spektralbaπd optisch nicht aktivierbaren Objekte transparent und dunkel blei¬ bend, die gewünschte spezifisch ausgewählte Bildinformation nicht stören.
Die neuartige Anordnung der an die Stelle eines bisher üblichen Schein¬ werfers tretenden spezifischen Lichtemissionselemente ermöglicht eine Ab- Strahlung eines von mehreren, ganz scharfen Spektrlbändern von untereinander oft sehr verschiedenen Frequenzen des IR- bis UV-Bereiches aus praktisch einer einheitlichen Strahlrichtung, wobei ein Frequenzwechsel, beispielsweise sogar automatisch, durch Fernwirktechnik od.dgl. durch einfaches Ein- und Aus¬ schalten einer jeweiligen Gruppe von Emissionselementen des Optik-Moduls vorgenommen werden kann, was insbesondere für den Einsatz in schwer zugäng¬ lichen Operationsräumen und insbesondere für Multichannel-Untersuchungen, Laπgzeitbeobachtungen u.dgl. von besonderem Vorteil ist.
Schließlich kann auch im Falle von Störfällen oder bei Interesse an Beobachtungen in von einem gegebenen Modul nicht emittierbaren Frequenzbändern oder an einer Änderung der Abstrahlgeometrie - entsprechende kompatible An¬ schlüsse vorausgesetzt - ein Wechsel des Moduls relativ problemlos und ohne hohen Aufwand erfolgen.
Mittels Steuereinrichtung kann neben. dem beobachtungsobjekt-spezifischen Wechsel des emittierten Frequenzbandes auch - jeweils präzise auf die Verhält¬ nisse und eine jeweils in Gebrauch stehende Optik des Aufnahmegerätes abge¬ stimmt - die Intensität der Lichtemission genau und objektadäquat eingestellt werden. Selbstverständlich kann - ebenfalls beobachtungsproblemsorientiert - auch eine Abstrahlung von zwei oder mehr Frequenzbändern, z.B. mit jeweils unterschiedlichen Intensitäten, gleichzeitig erfolgen. Ein besonderer Vorteil der Kombination von Lichtquellen-Trägerkörper und an ihn zumindest anliegen¬ der Scheibe besteht in der dadurch gegebenen mechanischen Abstützung der Scheibe gegenüber dem oft hohen, auf diese einwirkendenden Wasserdruck, was den Einbau von Scheiben wesentlich geringerer Schichtdicke als bisher mit dem Vorteil herabgesetzter Absorption sowohl des emittierten Lichtes als auch der Bildinformations-Signale ermöglicht.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die im Rahmen dieser Er¬ findungsbeschreibung verwendeten Ausdrücke "Optik", "Licht", "Strahlung" u.dgl. sich nicht nur auf den Visible-Bereich beziehen, sondern in besonderem Maß auch auf IR- und weiters UV-Bereich.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform des neuen Unter- wasser-Beobachtuπgsgerätes gemäß Anspruch 2 wird eine wesentliche Ver¬ minderung der Reflexionen bzw. Totalreflexionen innerhalb der Sicht- und Be¬ leuchtungsscheibe angestrebt und erzielt, was besonders wichtig ist, da eine Mehrzahl von definierten Quellen mit jeweils scharfen Rändern ihr Licht ab¬ strahlen und somit einer Verhinderung des Auftretens von Huygens-Ringen u.dgl. besondere Bedeutung zukommt. Die bevorzugt vorgesehene Anbindung verringert die Gefahr des Auftretens optischer Störstellen an der Grenzfläche von Scheibe und Träger und kommt praktisch einer Art Klebung gleich.
Im Zusammenhang mit der Vermeidung der angesprochenen internen Reflexio¬ nen und deren Minimierung ist eine Lichtabsorptions-Beschichtung, wie sie vom A n s p r u c h 3 umfaßt ist, besonders bevorzugt. Bei einer Herstellung dieser Schicht in der Praxis kann ein Vorgehen gewählt werden, das darin be¬ steht, daß auf die scheibenseitige Fläche des Trägerkörpers ein mit dem jeweils gewählten, oft ultradispersen, Absorptionspigment gefüllter Lack, z.B. etwa ein Art Mattlack, aufgebracht und an diesen im noch feuchten Zustand die Sichtscheibe angepreßt wird. Ganz allgemein bringt der bevorzugt vorgesehene, integrale Verbund von Scheibe und Trägerkörper neben optotechnischen Vorteil- len eine weitere mechanische Stabilisierung nach Art einer Sandwich-Bauweise, womit noch geringere Scheibendicke bzw. insgesamt schlankere Bauweise des Optik-Moduls erzielbar ist.
Güπstigerweise ist die Sicht-und Beleuchtungs-Scheibe mit einem der auch in breiten Bereichen des "nonvisible"-Spektrums transparenten Materialien gemäß A n spr u c h 4 gebildet, wobei deren Lichtabsorptionskoeffizient an sich gering ist, gleichzeitig aber auch mechanisch weniger stabile Materialien in Betracht ziehbar sind, da die bei Unterwassergeräten wesentliche Druck¬ aufnahme-Funktion bei dem neuartigen, integrierten Optik-Modul vor allem durch den Trägerkörper erfolgt.
Gemäß einer weiteren speziellen Ausgestaltung ist an der Außenfläche der Sicht-Scheibe ebenfalls ein Reflexionsminderungsele ent in einer Ausbildung gemäß A n s p r u c h 5 vorgesehen, das besonders deren Eingangsbereiche für optische Signale vor Beeinflussung durch innerhalb der Scheibe "vaga¬ bundierende" Streu- und Reflexionsstrahlung, stammend von den Lichtemissions¬ elementen, schützt, indem dort noch hingelangende Reststrahlung unter Aus¬ schaltung weiterer Totalreflexion in dieses außenliegeπde Reflexions¬ minderungselement "abgesaugt" und dort durch weitere Brechnung und Absorption praktisch vernichtet wird.
Die vorteilhafte Ausführungsform gemäß A n s p r u c h 6 bewirkt durch mindestens zwei Brechungen vom Lot, daß Reststrahlung innerhalb der Scheibe aus dem Bildinformations-Eingangsbereich weg abgelenkt wird.
In vorteilhafter Weise unterstützt können die beschriebenen Effekte 7~ "- Ausschaltung von durch das Beobachtungsgerät oder dessen Optik-Modul selbst hervorgerufenen optischen Störungen durch eine besondere Materialwahl für das Reflexicns iriderungselement werden, wie sie im An s pru c h 7 festgelegt ist.
Im einfachsten Fall und in effektiver Weise kann in der beschriebenen Art schon ein solches, im wesentlichen ringförmig den Strahleneingangsbereich der Scheibe umgebendes, im speziellen tatsächlich ringförmiges Element für die angestrebte Ausschaltung störender Strahlungsreste durchaus ausreichend sein.
In besonders hohem Maße läßt sich eine derartige Ausschaltung von Stö¬ rungen bei Einsatz der bevorzugten Ausführungsform des scheibenaußenseitiα angeordneten Reflexionsminderungselementes erzielen, wie sie von An s p ru ch 8 umrissen ist.
Für die Langzeitstabilität und Spannungsfreiheit der Konstruktion und für Untersuchungen in Fluidmedien mit rasch wechselnder Temperaturcharakteristik ist eine Ausführungsform des. Optik-Moduls gemäß An s pru ch 9 von beson¬ derem Vorteil.
Bei konventionellen Uπterwassergeräten mit kompakten Scheinwerfern kommt es in deren Umfeld zu beträchtlicher Aufheizung des zu untersuchenden Fluiö- mediu s und im Gefolge davon zur Bildung störender Schlieren im Medium sowie zu Veränderungen der Strömungsverhältnisse im wesentlich weiteren Umfeld, was zur oft wesentlichen Beeinträchtigung und Verzerrung der Verhältnisse im Be¬ obachtungsfeld selbst führt.
Dieser Effekt ist beim neuen Gerät gemäß der Erfindung mit seinen ein¬ zelnen, kleinvolumigeπ, im Trägerkörper selbst angeordneten, bevorzugt "kaltes" Licht abgebenden Emissionselementen wesentlich geringer. Er kann je¬ doch durch eine bevorzugte Ausführungsform gemäß Ans pru ch 10 noch we¬ sentlich gesenkt werden.
Noch weitergehende Ausschaltung des obenerwähnten Aufheizungseffektes läßt sich durch die in den A n s p r ü c h e n 11 bzw. 12 genannten Ausbil¬ dungsarten des Träger- und Kühlkörpers einzeln oder in Kombination erreichen.
Es sei an dieser Stelle im Zusammenhang mit Wärmeentwicklung am und um das Beobachtungsgerät ein durch die erfindungsgemäße Bauweise mit um die Bild- informations-Eingangsöffnung angeordneten Beleuchtungselemeπten unerwartet eintretender, besonders vorteilhafter Effekt erwähnt: Infolge der nur geringen Erwärmung der von den emittierten Objekt-Beleuchtungsstrahlung durchdrungenen Scheibe tritt eine dieselbe bestreichende Laminarströmuπg an deren Außenseite in einer minimalen Größenanordnung auf, die jedoch ein allmähliches Ver¬ schmutzen der Scheibe auch im diesbezüglich besonders sensiblen Bild-Infor- mationseingangs-Bereich verhindert. Damit sind Störungen und Servicearbeiten aus reinhaltetechnischen Gründen minimiert, was besonders bei möglichst störungsfreien Langzeitbeobachtungen von besonderer Bedeutung ist.
Die vom Anspru c h 14 umrissene, vorteilhafte grundsätzliche Bau¬ weise mit zur Abstrahlung verschiedener Spektralbänder befähigten ver¬ schiedenen Lichtemissionselementen erhöht die beobachtungsob ektbezogene Flexibilität und untersuchungsspezifische sowie - selektive Anpassungsfähig¬ keit des neuen Unterwasser-Beobachtungssystems in bisher nicht erreichbarem Ausmaß.
Je nach gewünschter Ausbildung und Geometrie des Ausleuchtungsraumes kann die Anordnung der Lichtemissionselemente im Optik-Modul vorteilhaft in einer der von den A n s prü c h e n 14 bzw. 15 beschriebenen Weisen vorgesehen sein. Betreffen die Gegenstande der beiden eben zitierten Ansprüche 14 und 15 die geometrische Anordnung der Lichtemissionselemente allgemein, so umreißen die A n s p rü c h e 16 bis 18 jeweils einsatz- und aufgabenspezifische und jeweils angestrebten Ausleuchtungstopografien entsprechende Ausfuhrungsformen und Anordnungen der Lichtemissionselemente des neuen Optik-Moduls.
Daß auf diese Weise ein Höchstmaß an Spezifizitat, Flexibilität und Adaptivitat an jeweils auftretende, oft sogar in ihrer Grundcharakteristik höchst unterschiedliche Untersuchungsaufgaben zum ersten Mal erreichbar ist, scheint problemlos einsehbar.
Speziell für Unterwasser-Forschung auf dem Gebiet der Biologie und Mikro- biotope hat sich der Einsatz des IR-Bereiches als oft besonders spezifisch er¬ wiesen, was die bei einer Ausbildungsform gemäß A n s pru c h 19 erzielba¬ ren Vorteile unterstreicht. Z.B. können im IR-Bereich die Oberflachen von verschiedenen Fischarten ganzlich unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen, was zu deren spezifischer Beobachtung genutzt wird.
Gering dimensionierte Bauweise bzw. Miniaturisierung einerseits und praktisch punktspezifischen Einbau "hinter" der Beleuchtungsscheibe ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise der Einsatz der im A ns pru c h 20 genann¬ ten, bevorzugt zum Einsatz gelangenden Lichtemissionselemente. Über deren "Kaltlichtqualitat" und die damit erreichten Vorteile ist schon weiter oben kurz referiert.
Ganz im Zusammenhang mit beobachtungsstorender und damit zu unterdrucken- αer Wärmeentwicklung steht eine bevorzugte Ausfuhrungsform gemäß An s p r u c h 21, und zwar im besonderen in Kombination mit oen Ausbildungsarteπ des Trager- korpers gemäß den Ansprüchen 10 bis 12.
Sind die Emissionselemente mit ihrem Lichtfeld an die Innenseite der Scheibe des Optik-Moduls anliegend oder in nur geringem Abstand von derselben angeordnet, emittiert jedes von ihnen einen Strahlungskegel mit größerem ode- geringerem Offnungswinkel, welcher sich in relativ knappem Abstand von der Scheibe mit dem Strahlungskegel eines der benachbarten Leucht-Ele ente über¬ schneidet, was z.B. bei Licht-Koharenz Probleme bringen kann.
Soll dies vermieden und eine gleichmäßige B ldfeld-Ausleuchtung in große- re Abstand erreicht werden, ist eine Anordnung gemäß A n s p r u c h 22 von Vorteil, wobei im Fall der Anordnung des "Zwischenmediums" störende Reflexio¬ nen ausschaltbar sind.
Eine bevorzugte, wenn auch technisch komplizierte Ausführungsform gemäß A n s p r u c h 23 ermöglicht eine Steuerung der ebenerwähnten Form der Strahlenkegel der Emissionselemente durch deren örtliche Verschiebung.
Modernen Bildaufnahme-, Bildspeicherungs- und Wiedergabesysteme ent¬ sprechend sind bevorzugterweise hochauflösende Bildinformationsempfangsein¬ richtungen gemäß A n sp ru ch 24 wesentlicher Bestandteil des erfindungs¬ gemäßen Gerätes.
Aufgabenspezifisch, auf die jeweils abgegebene Strahlung abgestimmt, kommen vorteilhafterweise insbesondere die im A n s p ru ch 25 genannten, teilweise neuartigen Technologien entstammenden Optiken zum Einsatz.
Gegenstand der Erfindung ist weiters ein von einem Taucher direkt on line - und live - einsetzbares Gerät, das die jeweils durch optimierte Frequenz¬ bandwahl z.B. im IR- und/oder UV-Bereich erzielte Bildiπformation aus dem Beobachtungsfeld in direkt sichtbare Information umsetzt. Bei entsprechen-der Miniaturisierung kann letzten Endes eine den nonvisible-Bereich voll er¬ fassende Taucher-Brille auf dieser Basis erstellt werden.
Schließlich ist weiterer Gegenstand der Erfindung ein Optik-Modul gemäß A n s p r u c h 26 , der infolge seiner Auswechselbarkeit zum ersten Mal eine höchstflexible Anpaßbarkeit von Unterwasserbeobachtuπgs-Einrichtungen an die jeweilige spezifische Untersuchungssituation und -aufgäbe ermöglicht.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert:
Es zeigen die Fig.la bis lc ein erfindungsgemäßes Unterwasser-Beobach¬ tungsgerät in Schnittansicht sowie dessen Optik-Modul von vorne und im Schnitt, die Fig.2 ein prinzipielles Bau- und Funktionsschema des neuen Gerä¬ tes und die Fig.3 ein prinzipielles Bauschema eines Unterwasser-Direktsicht¬ gerätes für den "nonvisible"-Bereich des Optik-Spektrums.
Beim Beobachtungsgerät gemäß den Fig.la bis lc ist gezeigt, wie ein druckfestes, hier zylindrisches Gehäuse 100 an seiner Frontseite einen etwa scheibenförmigen Optik-Modul 120 aufweist, dessen Bauweise aus Fig.lb und lc im Detail ersichtlich ist. Im wesentlichen besteht der Modul 120 aus einer breitbandtransparenten Scheibe 10, welche flächig an einen Trägerkörper 20 mit mittlerer Öffnung bzw. Ausnehmung 23 für den Eingang optischer Signale bzw. Information aus dem vor der Ausnehmung 23 im Wasserkörper außerhalb der Schei¬ be 10 gelegenen Beobachtungsfeld anliegt. An der Außenseite 12 trägt die Scheibe 10 ein den Bildinformationseingangsbereich ringartig umschließendes Reflexionsminderungselement 11. In der Ausnehmung 23 des Trägers 20 ist eine Aufnahme-Optik 30, z.B. einer Videokamera, angeordnet, von der die Bild¬ signale, z.B. in vergrößerter Form, an einem CCD-Bildsensor 50 gelangen, des¬ sen Signale mittels Videoelektronik 55 zu den - hier nach außen, z.B. letzt¬ lich auf Monitore eines Beobachtungsschiffes, abgeführten - Videosignalen 56 verarbeitet werden. Die Elektronik 55 steuert ihrerseits den Bildsensor 50. Innerhalb des Gehäuses 100 liegt weiters die Kontroll- und Steuereinheit 60 zur Schaltung und Steuerung der in Fig.la nicht im Detail gezeigten Licht¬ emissionselemente im Träger 20. Bildsensor 50, Sensor-Steuerelektronik 55 und Lichtemitter-Steuerung 60 sind alle an eine externe Stromversorgung 556 ange¬ schlossen, sowie mit einer ebenfalls externen Einheit 655 zur Steuerung der Strahlungsgeometrie, des Spektralbandes und der AbStrahlungsintensität der Licht-Emitter, sowie weiters zur Steuerung und Kontrolle der Videosensor— Empfindlichkeit und der Videoelektronik 50 verbunden.
Die Details der Fig.lb und lc zeigen in Vorder- und Schnittansicht den eine wesentliche Komponente der Erfindung darstellenden Optik-Modul 120 mit an eine Breitbandabsorptions-Beschichtung 21 des Trägerkörpers 20 - der als Kühl¬ körper mit Kühlrippen 22 ausgebildet ist - flächig-anliegend gebundener "zwei- weg-transpareπter" Sicht- und Beleuchtungsscheibe 10. An ihrer Außenseite 12 trägt die Scheibe 10 ein, ihren "mittleren" Achsu gebungs-Bereich "m" für den Eingang der Bildinformation etwa ringartig umschließendes Reflexionsminde¬ rungselement 11 mit zwei Schichten von nach außen hin steigende optische Dichte aufweisenden Materialien, z.B. aus Schwermetallglas. Dieses Element 12 "saugt" innerhalb der Scheibe 10 infolge Totalreflexion vagabundierende, letztlich von den Lichtemittern stammende Rest-Strahlen ab, bricht sie in Richtung vom Lot weg und macht sie so unschädlich. Damit ist der Bereich "m" der Scheibe 10 von bildstörenden Reflexen im wesentlichen gänzlich freigehalten.
Aus der Fig.lb ist die geometrische Anordnung der in Fig.lc gezeigten Ausnehmungen 24 im Trägerkörper 20 bzw. der in denselben angeordneten Licht¬ emissionselemente 401,402,403, 40n in konzentrische Kreisen im Bereich "u" zwischen dem Achsialbereich " " und den "Rand" des Gehäuses 100 ersichtlich. Es kann z.B. vorgesehen sein, daß jeweils alle Emitter 401 bis 40n jeder der jeweils auf konzentrischen Kreisen angeordneten Gruppen jeweils Licht eines gleichen Spektralbandes emittieren. Durch einfaches Schalten kann Licht jedes der emittierbaren schmalen Spektralbänder z.B. von allen, jeweils auf einem der konzentrischen Kreisen angeordneten Emittern abgestrahlt oder nicht emittiert werden.
Es soll hier betont werden, daß jede andere Anordnung der Lichtemitter zum Einsatz gebracht werden kann und auch jede andere geometrische Anordnung von Emittern des jeweils gleichen Spektralbandes.
Die Schπittansicht der Fig.lc zeigt, wie der Reflexions inderungs-Ring 11 mit zwei Materialschichten um den Achsialbereich "m" der Scheibe 10 ange¬ ordnet und an deren Außenseite 12 gebunden ist. Sie zeigt weiters, wie in der Mittel-Ausnehmung 23 die Kameraoptik 30 situiert ist und in Ausnehmungen 24 des Kühlrippen 22 aufweisenden Trägers 20, an die Wände der Ausnehmungen 24 anliegend und mit ihren Leuchtzonen im Abstand "r" von der Innenseite der Scheibe 10 die Lichtemissionselemente 401,402,403,40n angeordnet sind. In den Räumen "r" zwischen Leuchtseite der Emitter 401 bis 40n und der Scheibe 10 kann ein optisch durchlässiges flüssiges Medium eingebracht sein.
Aus dem Schema der Fig.2 ist ersichtlich, wie innerhalb des Gehäuses
100 der schematisiert gezeigte Optik-Modul 120 aus miteinander integriertem Trägerkörper 20 und Sicht-Scheibe 10.angeordnet ist, wobei im Trägerkörper 20 die jeweils nicht näher gezeigte(n) Bildaufnahmeoptik und die Licht¬ emitter angeordnet ist bzw. sind.
Innerhalb des Gehäuses 100 sind, wieder ähnlich zu der in Fig.l ge¬ zeigten Ausführungsform, der Videosensor 50 und die Emitter-Steuer— Elektronik 60 sowie eine Kontrollelektronik 55 mit Shutter, Videosignal- und übergeordneter Emitterkontroll-Elektronik untergebracht. Die Versorgung der Kamera und der Emmitter mit Energie erfolgt von einer externen DC-Stromver- sorgung 556 her.
Aus dem Gehäuse 100 führen bidirektional fungierende Steuer- und Kon¬ troll-Leitungen heraus in einen externen Modul 65 für Übertragung von Kon¬ troll- und Steuerdaten zu einer Video-Sichtkontroll-Rechneranlage 66, welche die Aufgaben der Optimierung der Kameraempfindlichkeit und Expositions¬ zeiten, der Strahlintensität im Hinblick auf die Bildiπformationsqualität, der abzustrahlenden Spektralbänder und letztlich der, einer gewünschten Strahlengeometrie entsprechend, zueinander koordinierten Gruppen von Licht¬ emittern übernimmt.
Entsprechende Steuerungs- und Rückkoppelungsleitungen gehen zu dem Daten¬ überträger 66 und in die im Gehäuse 100 sich befindlichen elektronischen Kontrollsysteme zurück.
An den Rechner 66 ist - ebenfalls extern - schließlich ein Video— Monitor 68 angeschlossen, der letztlich ein optimiertes, hochqualifiziertes, störungsfreies und hochauflösendes Sichtbild der jeweiligen Unterwasser— "region of interest" liefert. Prinzipiell gleichen Aufbau wie das oben näher erläuterte Gerät weist das Unterwasser-Direktsichtgerät gemäß Fig. auf, das "on line" von einem Taucher zur Sichtbarmachung von nur mit Licht außerhalb des "visible"— Bereiches des Spektrums aktivierbaren Objekten benützt werden kann. Innerhalb des Gehäuses 100 mit dem Optik-Modul 120 mit Scheibe 10 und Licht-Emitter(n) 401 sowie Kameraoptik 30 tragendem Trägerkörper 20 sind wieder die für die Steuerung der Videokamera und der Lichtemissionselemente vorgesehenen Steuereinrichtungen 50 und 60, eine interne Batterie 69 für die Stromversorgung sowie von außen z.B. mit Tastschalter 102, ohne mechanisch--* Durchführung betätigbare interne Magnetschalteiπheit 64 angeordnet.
Wesentlich ist, daß alle Funktionen der Bild-Verarbeitung, -Übertragunπ und letztlich auch des Monitoring innerhalb des Gehäuses 100 untergebracht sind. Der Monitor 75 ist hinter einem druckfesten Sichtfenster 110 angeordnet und liefert dem das neue Sichtgerät an Griffen 101 an rt°~~ Gehäuseaußenseite haltenden Taucher die aus dem vom Optik-Modul 12^ ausgeleuchteten Beobachtungsgebiet kommende, im visible-Bereich mcnt erfaßbaren, in sichtbare Information umgewandelte Bildinformationen on line.
Patentansprüche:

Claims

Pate nt a nsprü che :
1. Gerät für optische Unterwasser-Beobachtung, -Überwachung und/oder -Un¬ tersuchung, insbesondere Unterwasser-Aufnahmegerät, -Kamera, -Sichtgerät bzw. -Brille od.dgl. mit zumindest einer innerhalb eines fluiddichteπ, druckfesten Gehäuses hinter dessen mindestens einem Beobachtungsfenster angeordneten Einrichtung für den Eingang und Empfang von und zumindest einer vorzugs¬ weise im Gehäuse angeordneten Einrichtungen zur Speicherung, Verarbeitung, Übertragung und/oder Wiedergabe von optischer Information und mindestens einer Einrichtung zur Ausleuchtung des zu bebobachtenden Unterwasser-Feldes, -Gebietes bzw. -Raumes, wobei das für elektromagnetische Wellen, insbesondere des Lichtbereiches durchgängige im wesentlichen als Scheibe ausgebildetes Be¬ obachtungsfenster mit einer eine, vorzugsweise mittig angeordnete, Zone für den Durchgang der Wellen bzw. der optischen Information umgebenden, im wesentlichen ringförmigen Zone seiner Innenseite an eine ebenfalls im wesentlichen ringförmige fluiddicht flächig anliegend gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsfenster mit einer für elektromagnetische Wellen zumindest eines breiten Frequenzbandes des IR-, VIS- und/oder UV-Optik-Spektralbereiches bidirektional transparenten, an einen eine Mehrzahl von zumindest in Richtung zum zu beobachtenden Objekt-Feld bzw. Raum hin offene Ausnehmungen (23,24) aufweisenden, im genannten Gehäuse (100) ange¬ ordneten Trägerkörper (20) zumindest flächig-anliegenden Scheibe (10) ausge¬ bildet ist, wobei in zumindest einer der, vorzugsweise in einer der im wesent¬ lichen im Bereich der geometrischen Mitte ( ) des Trägerkörpers (20) sich befindlichen Ausnehmungen (23) eine zumindest für einen Eingang bzw. Empfang optischen Signale vorgesehene Einrichtung (30) angeordnet ist und in einer Mehrzahl von im Bereich (u) zwischen der genannten Ausnehmung (23) für den Eingang optischer Signale und dem Rand des Trägerkörpers (20) sich befind¬ lichen Ausnehmungen (24) jeweils mindestens ein Element (401,402, 03,40n) für Emission bzw. Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung eines schmalen Frequenzbandes innerhalb des breiten Frequenzbereiches der Transparenz der Scheibe (10) für die Beleuchtung des Beobachtungsfeldes, -rau es bzw. -gebietes angeordnet ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (20) an seiner der Scheibe (10) zugekehrten Seite bzw. Oberfläche mit einer hohe Absorption für Wellen bzw. Strahlung eines breiten Spektralbereiches auf¬ weisenden Beschichtung (21) versehen ist, an welche die Scheibe (20) zumindest flächig-anliegend angeordnet, vorzugsweise flächig-materialschlüssig gebunden, ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht- adsorptions-Beschichtung (21) des Trägerkörpers (20) mit einem mit einem, vorzugsweise ultradispersen, Breitband-Absorbens, insbesondere Ruß und/oder Chromoxid, gefüllten, lack- bzw. klebstoffartigen Kunstharz, insbesondere auf Basis von Polyethylen oder Polycarbonat, gebildet ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für Strahlung eines zumindest breiten Spektralbandes transparente Scheibe (10) mit Borsilikat-, Erdalkalifluorid- oder Zink- bzw. Cadmiumselenid-Glas gebildet ist.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche (12) der Scheibe (10) ein deren für einen Eingang optischen Signale bzw. Information vorgesehenen Bereich - bevorzugt etwa ringartig - um¬ schließendes Innenreflexions-Minderungselement (11) aus im Vergleich zum Scheibenmaterial optisch dichterem Material angeordnet und flächig-anliegend an sie gebunden ist.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsminderungselement (11) mit mindestens zwei von der Außenfläche (12) der Scheibe (10) weg in ihrer optischen Dichte steigenden Materialschich¬ ten gebildet ist.
7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in das Material des Reflexionsminderungselementes (11) ein Strahlungsabsorber integriert ist und/oder dessen Außenflächen eine Strahlungsabsorptions-Be- schichtung aufweisen.
8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflexionsminderungselement (11) als an die gesamte Außenfläche (12) der Scheibe (10) unter Ausnahme von deren für Emission und Immission von Strahlung bzw. Licht vorgesehenen Bereiche flächig-anliegend an sie gebundener Körper oder Belag ausgebildet ist.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (20) eine mit jener der Scheibe (10) im wesentlichen iden¬ tische Wärmeausdehnungscharakteristik aufweist.
10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (20) mit einem Wärmeleitmaterial gebildet ist.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (20) Wärmeableitungsfortsätze (22) , insbesondere Kühl¬ rippen, aufweist.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (20) mit einem Wärmetransportfluid, insbesondere einer Kühl- flüssigkeit, durchströmbar ausgebildet ist.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsemissions-Elemente (401,402,403,40n) - vorzugsweise unter¬ einander verschieden - für die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen eines - jeweils auf eine gewünschte Information abgestimmt - schmalen Spektralbandes des Optikbereiches ausgebildet sind.
14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401,402,403,40n) im wesentlichen in konzentrischen Kreisen um die Ausnehmung bzw. Öffnung (23) des Trägerkörpers (20) für den Eingang optischer Signale bzw. für die Empfangseinrichtung (30) angeordnet sind.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401 bis 40n) im wesentlichen stochastisch um die Aus- πehmung bzw. Öffnung (23) des Trägerkör,pers (20) für den Eingang optischer Signale bzw. für die Empfangseinrichtung (30) angeordnet sind.
16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei verschiedene Gruppen von hinsichtlich ihrer jeweiligen Spektralcharakteristik, insbesondere des ihnen zugeordneten Spektralbandes, untereinander gleichartigen Emissionselementen (401,402,403,40n) vorgesehen sind.
17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemeπte (401 bis 40n) jeweils einer der im Anspruch 16 genannten Gruppen einem vorgegebenen geometrischen Muster bzw. einer gewünschten Aus- leuchtungs-Topografie entsprechend, vorzugsweise jedoch auf einem um die Sig¬ naleingangsöffnung (24) konzentrischen Kreis angeordnet sind.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne der Emissionselemente (401 bis 40n) oder jede der von ihnen ge¬ bildeten Gruppen mit mindestens einer, gegebenenfalls außerhalb des Unterwas¬ sergehäuses, angeordneten Energieversorgungs- (655, 64) und Steuereinrichtung (60) über entsprechende Leitungen verbunden und von derselben zur Regelung der jeweiligen Emissionsintensität individuell ansteuerbar ist.
19. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401 bis 40n) zur Abgabe von Strahlung jeweils schmaler Spektralbänder des mittelnahen bis nahen Infrarots (IR) ausgebildet sind.
20. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401 bis 40n) mit Gasentladungsemittern, Festkörper¬ strahlern, Lichtemissionsdioden (LED), Laserdioden und/oder Bioluminiszenz— Emittern gebildet sind.
21. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401 bis 40n) an die Wände der sie aufnehmenden Ausneh¬ mungen (2) des Trägerkörpers (20) wärmeableitungsfördernd zumindest innig an¬ liegend, gegebenenfalls gebunden, ausgebildet bzw. angeordnet sind.
22. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemeπte (401 bis 40n) mit ihren Abstrahlflächen im Abstand zur Scheibe (10) in ihren Ausnehmungen (24) des Trägerkörpers (20) angeordnet sind, wobei gegebenenfalls der Raum (r) zwischen Scheibe (10) und Emitter- Strahlfläche mit einem optisch transparenten Medium gefüllt ist.
23. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionselemente (401 bis 40n) , vorzugsweise mehrere Elemente (401,402,- 403,40n) einer jeweils spektralbandspezifischen Gruppe gekoppelt, innerhalb ihrer Ausnehmungen (24) des Trägerkörpers (20) achsialverschieblich verstell¬ bar ausgebildet sind.
24. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zum Empfang der Bildinformations-Signale eine Videoauf¬ nahmeröhre, einen hochauflösenden Video-Chip oder eine Charge Coupled Device (CCD) aufweist.
25. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) für den Empfang der Bildinformations-Signale eine Punkt¬ oder Spaltoptik, eine Punktraster- oder eine Huygens-Liπse, vorzugsweise mit Bildvergrößerungsfunktion, aufweist.
26. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß es als Unterwasser-Direkt-Sichtgerät mit einer Unterwasser-Beobachtungsein¬ richtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgebildet ist, wobei das Gehäuse (100) außer der bidirektional optotransparenten Scheibe (10) für Emission von Strahlen für die Ob ektbeleuchtung und Eingang optischer Infor¬ mation eine Direktsichtscheibe (110) mit an bzw. hinter derselben im Gehäuse- inneren angeordnetem Video-Monitor (75), vorzugsweise in Flachbauweise, auf¬ weist sowie an seiner Außenseite Halteruπgen (101), Manipulatoren und/oder Schalter (102) für händische Führung, Steuerung und Kontrolle des Gerätes.
27. Optischer Zweiweg-Modul (120) für Unterwasser-Beobachtung, -Über¬ wachung und/oder -Untersuchung, insbesondere für Unterwasser-Aufnahmegeräte, -Kameras, -Sichtgeräte bzw. Brillen nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da¬ durch gekennzeichnet, daß er auswechselbar, in das druckfeste Gehäuse (100) der genannten Geräte einsetzbar und mit demselben wasserdicht verbindbar mit einer für elektromagnetische Wellen zumindest eines breiten Frequenzbandes des IR-, VIS- und/oder UV-Optik-Spektralbereiches bidirektional transparenten, an einen eine Mehrzahl von zumindest in Richtung zum zu beobachtendem Objekt-Feld bzw. -Raum hin offene Ausnehmungen (23,24) aufweisenden, im genannten Gehäuse (100) angeordneten, Trägerkörper (20) zumindest flächig-anliegenden Scheibe (10) ausgebildet ist, wobei in zumindest einer der, vorzugsweise in einer der im wesentlichen im Bereich der geometrischen Mitte (m) des Trägerkörpers (20) sich befindlichen Ausnehmungen (23) eine zumindest für einen Eingang bzw. Empfang optischen Signale vorgesehene Einrichtung (30) angeordnet ist und in einer Mehrzahl von im Bereich (u) zwischen der genannten Ausnehmung (23) für den Eingang optischer Signale und dem Rand des Trägerkörpers (20) sich befind¬ lichen Ausnehmungen (24) jeweils mindestens ein Element (401,402,403,40n) für Emission bzw. Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung eines schmalen Frequenzbandes innerhalb des breiten Frequenzbereiches der Transparenz der Scheibe (10) für die Beleuchtung des Beobachtungsfeldes, -raumes bzw. -gebietes angeordnet ist, wobei die Strahlungsemissionselemente (401 bis 40n) mit Konπektoren zum Anschluß an entsprechende Energieversorgungs- und Steuer¬ leitungen des Gehäuses ausgebildet sind.
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