DE3908575C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Unterwasserfahrzeug mit einem passiven optischen Beobachtungsgerät, mit einem Beobachtungs­ fenster im Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs, das eine gekrümmte Oberfläche aufweist und als Teil des Beobachtungs­ gerätes einsetzbar ist.

Ein Unterwasserfahrzeuge der vorstehend genannten Art ist aus der FR-PS 12 67 959 bekannt.

Bei dem bekannten Unterwasserfahrzeug befindet sich innerhalb einer paraboloidförmigen Frontpartie eines Druckkörpers ein Beobachtungs- und Fahrstand für einen Fahrer des Unterwasser­ fahrzeuges. Mittels einer Halterung ist von der Decke des Druckkörpers ein Teleskop abgehängt, das im wesentlichen aus einem langgestreckten Rohr von ca. 1,5 m Länge besteht. Am hinteren Ende des Rohres ist ein Binokular für den Fahrer angeordnet. Das vordere Ende des Rohres ist verdickt und in eine Steckfassung in der vorderen Spitze des Druckkörpers eingesetzt. Diese Steckfassung geht zur Außenseite des Druck­ körpers in ein Beobachtungsfenster aus Plexiglas über, dessen innere Oberfläche plan und dessen äußere Oberfläche entsprechend der paraboloidförmigen Kontur der Vorderkante des Druckkörpers gewölbt ist. Das Beobachtungsfenster ist damit Teil des durch das Teleskop gebildeten optischen Beobachtungsgerätes. Das Beobachtungsfenster ist dabei in eine konische Aussparung eingesetzt, die sich mit einem Öffnungswinkel von etwa 100° von der Außenseite des Druckkörpers nach innen hin verjüngt.

Aus der FR-PS 4 92 335 ist ein Beobachtungsgerät für ein Unter­ wasserfahrzeug bekannt, bei dem in einen Druckkörper des Unterwasserfahrzeugs mehrere Beobachtungsfenster eingesetzt sind. Die Beobachtungsfenster sind als Bullaugen ausgebildet, haben jedoch eine nicht-konstante Dicke, die nämlich vom Zentrum nach außen abnimmt. An die Innenseite der Bullaugen sind zylindrische, druckdichte Gehäuse angeformt. Innerhalb dieser Gehäuse erstrecken sich in Längsrichtung zwei Rohre in feld­ stecherartiger Anordnung, die jeweils an der Rückseite des Gehäuses mit einer Feldstecheroptik versehen sind. Auf diese Weise kann durch entsprechende Durchbrechungen in der Rückwand eines jeden Gehäuses eine Beobachtung durch das Beobachtungs­ fenster hindurch vorgenommen werden.

Bei dieser bekannten Anordnung beträgt der Durchmesser des Beobachtungsfensters nur etwa 10 bis 12 cm. Da die beiden Rohre der feldstecherartigen Anordnung bis unmittelbar an die Innenseite des Beobachtungsfensters herangeführt sind, wird vom Beobachtungsgerät nur jeweils ein sehr kleiner Bereich des Beobachtungsfensters optisch genutzt, nämlich ein kreis­ förmiger Bereich jeweils unmittelbar vor den feldstecherartigen Rohren, der nur einen sehr kleinen Bruchteil der gesamten Fensterfläche einnimmt. Der Grund, warum das Beobachtungsfenster wesentlich größer ausgebildet ist, liegt darin, daß in dem druckdichten Gehäuse zusätzlich Beleuchtungseinrichtungen vorgesehen sind, um eine Beleuchtung des Außenraumes von innen her vorzunehmen.

Dadurch, daß durch die feldstecherartigen Rohre nur ein äußerst kleiner Bereich der Beobachtungsfenster optisch genutzt wird, tritt eine möglicherweise vorhandene Linsenwirkung des Beobach­ tungsfenster im Beobachtungsgerät nicht in Erscheinung. Das Beobachtungsfenster hat damit für das Beobachtungsgerät keine optische Funktion im Sinne einer Maßstabsveränderung.

Es ist ferner bekannt, Unterseeboote verschiedenster Art mit Beobachtungsfenstern zu versehen, durch die hindurch eine visuelle Beobachtung der Umgebung des Unterseebootes mit unbewaffnetem Auge möglich ist. Wenn der Durchmesser des Beobachtungsfensters in Relation zur möglichen Tauchtiefe klein ist, bspw. weniger als 20 cm bei einer Tauchtiefe von 300 m beträgt, so verwendet man für die Beobachtungsfenster in der Regel ebene Glasplatten entsprechender Dicke. Derartige kleine Beobachtungsfenster sind jedoch für Beobachtungsaufgaben verschiedenster Art sowie beim Manövrieren von Arbeits-Unter­ seebooten zu klein. Es ist daher ebenfalls bekannt, großflächige Panorama-Beobachtungsfenster aus Acrylglas vorzusehen, die die Gestalt eines Kugelschalen-Abschnittes aufweisen. Bei Arbeits-Unterseebooten mit einer Nenn-Tauchtiefe von ca. 300 m sind derartige Beobachtungsfenster mit einem Durchmesser von 1 bis 2 m bekannt, wobei der durch das Fenster gebildete Kugelschalen-Abschnitt einem Zentrum-Öffnungswinkel von beispielsweise 120° entspricht. Im genannten Tauchtiefenbereich sind auch kleinere Glas-Beobachtungskuppeln bekannt, deren Zentrums-Öffnungswinkel über 300° beträgt und die so groß bemessen sind, daß sie den Kopf eines Beobachters aufnehmen können, der auf diese Weise eine 180°-Rundumsicht mit einem Azimut von mehr als 90° zur Verfügung hat.

Unterwasserfahrzeuge der vorstehend genannten Art sind bekannt, z. B. als sogenannte Arbeits-Unterseeboote. Ein derartiges Arbeits-Unterseeboot wird unter der Typenbezeichnung "Seahorse" von der Bruker Meerestechnik GmbH hergestellt. Die Erfindung betrifft aber auch andere Unterwasserfahrzeuge, z. B. Taucher­ glocken, geschleppte Fahrzeuge oder auch stationäre Einrich­ tungen.

Bei den vorstehend genannten Panorama-Beobachtungsfenstern legt man großen Wert darauf, daß sie mit konstanter Wanddicke ausgeführt sind, um optische Beobachtungsfehler zu vermeiden. Bei den bekannten Beobachtungssystemen werden nämlich passive optische Beobachtungssysteme eingesetzt, im einfachsten Falle das unbewaffnete Auge des Beobachters. Es ist aber auch bekannt, durch die erläuterten Beobachtungsfenster hindurch mit Hilfe technischer optischer Systeme zu beobachten, beispielsweise mittels einer Videokamera.

Bei den bekannten Anordnungen läßt das Beobachtungsvermögen sehr schnell nach, und zwar vor allem dann, wenn Trübungen im umgebenden Wasser vorhanden sind, aber auch bei klarem Wasser und hereinbrechender Dunkelheit oder großer Tauchtiefe.

Bei Unterseebooten mit zivilem oder militärischem Einsatzbereich sind daher auch aktive optische Beobachtungssysteme bekannt, bei denen üblicherweise Scheinwerfer verwendet werden, die an der Außenhülle des Unterseebootes befestigt sind und die den zu beobachtenden Bereich mit sichtbarem Licht ausleuchten.

Bei zivilen Einsätzen ergeben sich daraus mitunter Schwierig­ keiten infolge von Rückstreuungen und damit einer Blendung bei trübem Wasser, es werden jedoch derartige aktive optische Beobachtungssysteme in großen Tauchtiefen, bei trübem Wasser oder bei nachlassendem Tageslicht in großem Umfange eingesetzt, obwohl die Verwendung von Lichtquellen zu der Rückstreuung an Schwebeteilchen im Wasser führt.

Bei militärischen Anwendungen hingegen haben aktive optische Beobachtungssysteme, ebenso wie alle anderen aktiven Beobachtungs- und Ortungssysteme den Nachteil, daß die aussendende Strahlungsquelle (Scheinwerfer) wiederum eine Ortung des beobachtenden Unterseebootes zuläßt. Gerade bei Unterseebooten, deren praktischer Vorteil in ihrer schlechten Ortbarkeit liegt, aber auch bei stationären Einrichtungen, z.B. zur Überwachung von Küstenbereichen, ist man jedoch bestrebt, die Möglichkeiten einer Ortung durch feindliche Fahrzeuge oder stationäre Einrichtungen, beispiels­ weise Fregatten, herabzusetzen.

Aus der DE-OS 34 32 423 ist eine Periskop-Fernrohr-Afokalglas- Kombination zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes bekannt. Die Vergrößerung des Gesichtsfeldes soll dabei durch eine Kombi­ nation eines üblichen Periskop-Fernrohres mit einem Afokalglas erreicht werden.

Ein Einsatz bei Unterseebooten und eine Anwendung bei optischen Beobachtungsgeräten mit Linsen der hier interessierenden Größe (Durchmessern im Bereich von Metern) ist dabei weder ange­ sprochen noch möglich.

Aus der WO 87/00 501 sind verschiedene Bauformen von Kunststoff- Panorama-Fenstern für Unterwasserfahrzeuge bekannt. Diese Fenster können zur Vergrößerung des Gesichtsfeldes auch als Ring ausgebildet sein, um eine Rundumsicht über 360° Umfangs­ winkel zu erreichen. Eine Einbeziehung der Panoramafenster in ein optisches Beobachtungsgerät ist dabei nicht vorgesehen.

Aus der DE-OS 28 37 134 ist eine Anordnung für Unterwasser­ fahrzeuge zur Erkennung, Identifizierung und Sichtbarmachung von Überwasserfahrzeugen und/oder Flugkörpern bekannt. Die bekannte Anordnung besteht aus einer Boje, die an der Meeres­ oberfläche schwimmt und über ein Kabel mit einem Unterwasser­ fahrzeug verbunden ist. Die Boje ist an ihrer Oberseite mit einem kugelkappenförmigen Fenster versehen, um einen möglichst fischaugenartigen Sichtbereich zu erhalten.

Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DE-PS 7 58 461 bekannt.

Schließlich ist in der DE-OS 28 53 214 noch eine Anzeigevor­ richtung für einen Simulator zum Abbilden einer Szene mit Zielen und Umgebung, wie sie sich durch ein Sehrohr eines Unterseeboots darbietet, beschrieben. Die Besonderheit dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß ein Monitor mit Rasterung zur Erstellung des Bildes verwendet wird. Die bekannte Anordnung dient jedoch nicht dazu, um an Bord eines Unter­ seebootes eingesetzt zu werden, sie ist vielmehr ausdrücklich als Simulator konzipiert, d. h. als Einrichtung an Land, mit der lediglich Beobachtungssituationen nachgestellt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Unterseeboot der eingangs genannten Art dahingehend weiterzu­ bilden, daß ein passives optisches Beobachtungssystem zur Verfügung gestellt wird, das vor allem bei militärischen Anwendungen ein größeres Detektionsvermögen auch bei ungünstigen Sichtverhältnissen zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Beobachtungsfenster einen Durchmesser zwischen einem und drei Metern aufweist, daß das Beobachtungsgerät mit einer Eintrittspupille von mehr als 0,3 und weniger als drei Metern Durchmesser versehen ist, daß das Beobachtungsfenster eine konstante Dicke aufweist, daß das Beobachtungsgerät mit einer gegenüber dem Beobachtungsfenster kleineren Linse an der inneren Oberfläche des Beobachtungsfensters angeordnet und an dieser entlang verfahrbar ist.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Anordnungen mit Panorama-Beobach­ tungsfenstern dient das Beobachtungsfenster entsprechend der vorliegenden Erfindung über einen nennenswerten Teil seiner Oberfläche, nicht einer optisch transparenten Trennung zwischen dem umgebenden Wasser und dem Innenraum des Unterseebootes, das Beobachtungsfenster wird vielmehr selbst Teil des optischen Systems, das folglich eine Eintrittsblende erhalten kann, die im Extremfall der Gesamtöffnung des Beobach­ tungsfenster entspricht.

Auf diese Weise können extrem lichtstarke passive Beobachtungen, insbesondere im Fernbereich des Unterseebootes, in ausschließ­ lich passiver Beobachtung durchgeführt werden, so daß das Unterseeboot keinerlei Eigenstrahlung aussendet, die von feindlichen Fahrzeugen oder stationären Einrichtungen erkannt und zur Ortung des Unterseebootes verwendet werden könnten.

Bedenkt man, daß bei Fernrohren die sogenannte "Dämmerungs­ zahl" Z gemäß DIN 58 386 T.1 als die Wurzel aus dem Produkt der Fernrohrvergrößerung und des Durchmessers der Eintritts­ pupille definiert ist, so wird deutlich, daß eine Vergrößerung der Eintrittspupille von z.B. 0,05 m bei herkömmlichen Sicht­ geräten auf z.B. 2,0 m, d.h. um den Faktor 40 zu einer Erhöhung der Dämmerungszahl um einen Faktor 6 und mehr führt.

Im Rahmen der Erfindung verwendete Linsen haben einen großen Durchmesser der zu entsprechend großen Brennweiten und damit bei Austrittspupillen im Zentimeterbereich zu sehr kleinen Öffnungswinkeln führt.

Gemäß der Erfindung wird daher ein Linsensystem mit einer Eintrittspupille verwen­ det, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Beobach­ tungsfensters ist, wobei das Linsensystem an einer Innenober­ fläche des Beobachtungsfensters entlang bewegbar ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der effektive Öffnungswinkel des passiven optischen Beobachtungssystems erheblich vergrößert wird, weil das in z.B. zwei Koordinaten schwenkbare Linsensystem praktisch denselben Raumwinkel überstreicht, wie dies bei einer Beobachtung mit unbewaffnetem Auge möglich ist. Anderer­ seits bleibt das Beobachtungsfenster herkömmlicher Art im übrigen erhalten.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels ist das Linsensystem kardanisch an einem Druckkörper des Unterseebootes aufgehängt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß insbesondere bei kleinen Öffnungswinkeln des Linsensystems eine Störung durch Eigen­ bewegungen des Unterseebootes vermieden wird.

Dies gilt in noch größerem Maße dann, wenn das Linsensystem mittels eines Kreisels achsstabilisiert ist.

Auf diese Weise entsteht nämlich ein Beobachtungssystem, dessen optische Achse stabil ausgerichtet ist, unabhängig davon, welche Eigenbewegungen das Unterseeboot ausführt.

Eine weitere Gruppe von Ausführungsbeispielen zeichnet sich dadurch aus, daß das optische Beobachtungssystem afokal einge­ stellt ist und daß in einer durch einen Brennpunkt und senkrecht zu einer optischen Achse verlaufenden Ebene ein Bild-Empfänger angeordnet ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß gesonderte Scharfstellein­ richtungen nicht erforderlich sind, weil bekanntlich bei afokal eingestellten optischen Systemen die Abbildungsebene in einer Brennebene liegt.

Bei bevorzugten Weiterbildungen dieses Ausführungsbeispiels ist der Bild-Empfänger entweder als Okular oder als CCD-Bild­ wandler oder als Fotozellen-Array ausgebildet.

Die Ausbildung als Okular hat den Vorteil, daß eine unmittelbare Beobachtung durch eine Beobachtungsperson möglich ist und daß zusätzlicher apparativer Aufwand nicht erforderlich ist.

Die Verwendung eines CCD-Bildwandlers hat den Vorteil, daß ein video-kompatibles, preiswertes Bauelement eingesetzt werden kann, wie es in modernen Video-Kameras Verwendung findet.

Die Verwendung eines Fotozellen-Arrays hat schließlich den Vorteil, daß zusätzlich lichtverstärkende Elemente eingesetzt werden können. Derartige Elemente sind von Nachtsichtgeräten aus dem militärischen Einsatzbereich bekannt und weisen Schalt­ mittel auf, um Licht im sichtbaren oder im nicht-sichtbaren, insbesondere infraroten Bereich über die Empfindlichkeit des menschlichen Auges hinaus zu verstärken.

Besonders bevorzugt ist weiterhin, wenn in diesen Fällen der Bild-Empfänger ein elektronisches Signal, vorzugsweise für gerasterte Bilder, erzeugt und das Signal in einer Auswertein­ heit aufgearbeitet wird.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß bekannte oder neuartige Bilderkennungsverfahren eingesetzt werden können, um aus einem mit dem bloßen Auge nicht-erkennbaren Hintergrund ein sig­ nifikantes Muster herauszuarbeiten. Auf diese Weise läßt sich also die Detektionsschwelle noch weiter herabsetzen.

Bevorzugt ist weiterhin eine Ausbildung dieses Ausführungsbei­ spiels, bei der die Auswerteinheit an einen Sensor zum mehr­ dimensionalen Erfassen von auf das Beobachtungssystem einwir­ kenden Beschleunigungen oder von Bewegungen des Beobachtungs­ systems angeschlossen ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Störungen vermindert werden können, wie sie vor allem bei sehr kleinen Öffnungswinkeln des Beobachtungssystems dann auftreten können, wenn das System insgesamt einer Bewegung unterworfen wird. Sind nämlich die auf das Unterseeboot einwirkenden Beschleunigungen oder dessen Bewegungen in den drei Raum-Koordinatenrichtungen bekannt, kann ein entsprechend programmiertes Auswertsystem diejenigen Störungen herausrechnen, die durch die effektive Beschleunigung auf das Unterseeboot bzw. dessen Bewegung hervorgerufen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Unter­ seebootes;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch ein Beobachtungs­ fenster des in Fig. 1 dargestellten Unterseebootes;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung, in vergrößertem Maßstabe, zur Erläuterung eines Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Unterseeboot in Seitenansicht. Ein Druckkörper 11 ist von liegend-zylindrischer Gestalt und an seinen Enden mit halbkugelförmigen Böden oder mit Klöpperböden abgeschlossen. Zum Antrieb des Unterseebootes 10 sind eine heckseitige Antriebsschraube 12 sowie seitwärts gerichtete Manövrierschrauben 13 und 14 am Heck bzw. Bug vorgesehen. Zum dynamischen Manövrieren dienen Seiten-/Höhenruder 15. Das Unterseeboot 10 ist teilweise mit einer Kunststoff-Verkleidung 16 versehen, um eine hydrodynamisch optimale Außenkontur zu erzielen.

Ein erstes Beobachtungsfenster 17 ist in den Bug des Druck­ körpers 11 eingelassen. Das erste Beobachtungsfenster 17 befindet sich hinter einer Acrylglas-Verkleidung 18, die selbst keine drucktrennende Funktion ausübt.

Das erste Beobachtungsfenster 17 hat die Gestalt eines Kugel­ schalen-Ausschnitts und kann als Linse oder mit gleichmäßiger Dicke ausgeformt sein, wie dies weiter unten anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert werden wird.

Ein zweites Beobachtungsfenster 19 ist im Turm 20 angeordnet. Das zweite Beobachtungsfenster 19 hat im wesentlichen die Gestalt einer transparenten Hohlkugel und ist so groß bemessen, daß es den Kopf eines Beobachters aufzunehmen vermag.

Fig. 2 dient lediglich einiger für das Verständnis der Erfindung wichtiger optischer Begriffe. Das in Fig. 2 dargestellte Fenster 17, das als Linse ausgebildet ist, stellt keinen Teil der Erfindung dar.

Mit 29 ist die optisch wirksame Eintrittspupille bezeichnet, die durch eine umlaufende Halterung 30 des Beobachtungsfensters 17 gebildet wird. Die Eintrittspupille 29 hat einen Durchmesser D, der vorzugsweise zwischen 0,3 und 3,0 m liegt.

Mit 31 ist eine Symmetrieachse bezeichnet, die gleichzeitig die optische Achse des als Linse ausgeformten Beobachtungs­ fensters 17 ist. Das Beobachtungsfenster 17 ist nämlich mit einer äußeren, konvexen Oberfläche 32 und mit einer inneren, konkaven Oberfläche 33 versehen, wobei der Krümmungsradius der konvexen Oberfläche 32 kleiner ist als derjenige der konkaven Oberfläche 33. Das Beobachtungsfenster 17 wirkt somit als Sammellinse, deren Brennpunkt 34 im Abstand der Brennweite f von dem Beobachtungsfenster 17 auf der optischen Achse 31 liegt. Die Brennweite f ist von derselben Größenordnung wie der Durchmesser D der Eintrittspupille 29. Es versteht sich, daß bei der Berechnung der Linse der Brechungsindex des Wassers berücksichtigt werden muß.

In einer Brennebene, d.h. einer durch den Brennpunkt 34 laufen­ den und senkrecht auf der optischen Achse 31 stehenden Ebene ist ein Bild-Empfänger 35 angeordnet, der vorzugsweise elektro­ nische bildwandelnde Elemente enthält. Der Bild-Empfänger 35 kann z.B. ein ladungsverschiebendes Element (CCD-Element) sein, der Bild-Empfänger 35 kann aber auch ein Fotozellen- Array hoher Empfindlichkeit sein, und man kann schließlich als Bild-Empfänger 35 auch ein übliches Okular einsetzen, das eine unmittelbare visuelle Beobachtung gestattet.

Wenn der Bild-Empfänger 35 ein optisch-elektrischer Wandler ist, so ist er bevorzugt an eine elektronische Auswerteinheit 36 angeschlossen, die ihrerseits einen Monitor 37 steuert. An die elektronische Auswerteinheit 36 ist bevorzugt ein Drei- Koordinaten-Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssensor 38 angeschlossen, auf den Beschleunigungen g_x und g_y oder Geschwin­ digkeiten v_x und v_y in der Zeichenebene der Fig. 2 einwirken.

Das optische System, das durch das als Linse ausgebildete Beobachtungsfenster 17 dargestellt wird, sei afokal eingestellt. Dies bedeutet, daß auf dem Bild-Empfänger 35 diejenigen Dinge scharf abgebildet werden, die sich im unendlichen Abstande vom Beobachtungsfenster 17 befinden, in der Praxis im Abstande mehrerer Brennweiten von der konvexen Oberfläche 32.

In Fig. 2 ist in der bekannten Weise der Strahlengang für Randpunkte 40 und 40′ des Bild-Empfängers 35 dargestellt, und man erkennt, daß das optische System einen Öffnungswinkel u aufweist, der gleich dem arctan des Verhältnisses der halben Breite a des Bild-Empfängers 35 zur Brennweite f ist. Bei den hier interessierenden Größenordnungen von Brennweiten im Meterbereich und Abmessungen des Bild-Empfängers 35 im Milli­ meter- oder Zentimeterbereich bedeutet dies, daß der Öffnungs­ winkel u des optischen Systems im Bereich von Winkelgraden oder Bruchteilen davon liegt. Entsprechend groß ist jedoch die optische Verstärkung des Systems, und auch die sogenannte Dämmerungszahl Z, die der Wurzel aus dem Produkt von optischer Verstärkung und Durchmesser der Eintrittspupille in Millimetern entspricht, ist entsprechend hoch. In einem praktischen Falle können z.B. betragen:

D = 100 cm
f = 100 cm
a = 1 cm.

Dann ergibt sich für die übrigen Größen:

U = 0,57°
V = 50
Z = 224.

Es versteht sich, daß diese Werte nur beispielhaft zu verstehen sind und daß selbstverständlich auch andere Wertekombinationen, mehrlinsige Systeme u. dgl. verwendet werden können, um den Erfordernissen des jeweiligen Einzelfalles gerecht zu werden.

Angesichts der sehr kleinen Öffnungswinkel u der hier interes­ sierenden optischen Systeme ist erforderlich, daß sich das System mechanisch möglichst in Ruhe befindet.

Bei einem militärischen Einsatz kann dies beispielsweise dadurch geschehen, daß das Unterseeboot 10 in einer geeigneten Beobach­ tungsposition auf den Grund setzt und von dieser Beobachtungs­ position aus die Umgebung beobachtet. Es können nun die im Abstand vorbeifahrenden Objekte mit ausschließlich passiven Mitteln beobachtet werden, ohne daß das Unterseeboot selbst durch Eigenstrahlung geortet werden kann.

Entsprechendes gilt, wenn das Unterseeboot sich in Schleichfahrt unbekannten Objekten nähert, beispielsweise Seeminen, die schwebend im Wasser angeordnet sind. In diesem Falle kann das Unterseeboot aus hinreichendem Abstand das Objekt identifizie­ ren, ohne in eine gefährliche Nähe zu dem Objekt fahren zu müssen, die ggf. zum Ansprechen von Näherungssensoren führen würde.

Wenn in diesem oder in anderen Einzelfällen eine optische Beobachtung während der Fahrt des Unterseebootes erforderlich ist, können die auf das Unterseeboot einwirkenden Beschleuni­ gungen bzw. dessen Geschwindigkeit oder Position in mehreren Koordinaten durch den Sensor 38 erfaßt werden. In der Auswert­ einheit 36 werden die Sensorsignale dann in entsprechende Korrekturwerte umgerechnet, um die Einflüsse der Bewegung des Unterseebootes aus den empfangenen Bildern herauszurechnen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Beobachtungsfenster 17d weist eine äußere, konvexe Oberfläche 70 sowie eine innere, konkave Oberfläche 71 derart auf, daß die Dicke d des Beobachtungsfensters 17d konstant ist.

In einem schwenkbaren ersten Rahmen 72 ist eine Linse 73 angeordnet, deren äußere, konvexe Oberfläche 74 in ihrem Krümmungsradius bevorzugt an den Krümmungsradius der inneren, konkaven Oberfläche 71 des Beobachtungsfensters 17d angeglichen ist. Die innere, ebenfalls konvexe Oberfläche 75 der Linse 73 macht diese zu einer bikonvexen Linse.

Der erste Rahmen 72 ist um eine Achse schwenkbar, die durch den Brennpunkt 34d der Linse 73 senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 verläuft. Auf der Rückseite des ersten Rahmens 72, in der linken Hälfte der Fig. 3, ist ein Gegengewicht 76 angeordnet, um den ersten Rahmen 72 im indifferenten Gleich­ gewicht zu halten. Als Teil des Gegengewichtes 76 wird ein nur schematisch angedeuteter Kreisel 77, dessen Rotationsachse mit der optischen Achse 31d′ der Linse 73 zusammenfällt.

Die optische Achse 31d′ kann durch Verschwenken des ersten Rahmens 72 in weiten Bereichen um einen Winkel u′ gegenüber der Symmetrieachse 31d des Beobachtungsfensters 17d angestellt werden. Beträgt der Öffnungswinkel des durch die Linse 73 gebildeten optischen Systems u, so wie dies weiter oben zu Fig. 2 erläutert wurde, ergibt sich damit ein optisches System, dessen Eigenöffnung u durch Verschwenken des ersten Rahmens 72 erheblich vergrößert werden kann. Die Ausrichtung der optischen Achse 31d′ der Linse 73 wird dabei mittels des Kreisels 77 stabilisiert, der sich in Richtung des Pfeiles 78 um die optische Achse 31d′ dreht.

Die Linse 73 ist dadurch kardanisch aufgehängt, daß der erste Rahmen 72 wiederum in einem zweiten Rahmen 80 gelagert ist, der sich senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 erstreckt. Der erste Rahmen 72 ist dabei mit einer Achse im zweiten Rahmen 80 schwenkbar gehalten, die durch den Brennpunkt 34d senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 verläuft. Die Schwenkbewegung des ersten Rahmens 72 ist in Fig. 3 durch Pfeile 81 angedeutet.

Der zweite Rahmen 80 ist wiederum um eine Hochachse 84 drehbar, wie mit Pfeilen 82 angedeutet.

Die Achse 84 verläuft wiederum durch Lagerpunkte, die starr mit dem Druckkörper 11d verbunden sind.

Schließlich ist noch eine Verdreheinheit 83 vorgesehen, die ebenfalls starr mit dem Druckkörper 11d verbunden ist und über in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete Wirkverbindungen eine Verdrehung des zweiten Rahmens 80 um die Achse 84 in Richtung der Pfeile 82 und andererseits eine Verdrehung des ersten Rahmens 72 um die durch den Brennpunkt 34d verlaufende Achse in Richtung der Pfeile 81 gestattet.

Im Ergebnis bedeutet dies, daß die Linse 73 in eine beliebige Position an der Innenoberfläche 71 des Beobachtungsfensters 17d gefahren werden kann und dort infolge der Trägheit des Kreisels 77 stehen bleibt, auch wenn das Unterseeboot sich im Raum bewegt. Die optische Achse 31d′ bleibt in diesem Falle stabil auf einen Zielpunkt gerichtet, auch wenn sich der Druckkörper 11d in den Raumkoordinaten bewegen sollte. Eine Zielverfolgung bei sich bewegendem Zielobjekt ist durch geziel­ tes Bewegen der Linse 73 ebenfalls möglich.

Die Eintrittspupille 29d der Linse 73 ist zwar kleiner als die Eintrittspupille des Beobachtungsfensters 17d insgesamt, man gewinnt jedoch mit der Anordnung gemäß Fig. 3 ein um mehrere Größenordnungen vergrößertes Sichtfeld, weil in der Zeichenebene der Fig. 3 der Öffnungswinkel u in der Größenordnung von mehreren Grad liegt, während der Verschwenkwinkel u′ z.B. 40° betragen kann.

Die vorliegende Anmeldung hängt zusammen mit der folgenden Anmeldung desselben Anmelders vom selben Tage und der Offen­ barungsgehalt jener Anmeldung wird durch diesen Verweis auch zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht:

Patentanmeldung P 39 08 577.5-22
"Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Schall­ emission getauchter Unterseeboote".

Claims (10)

1. Unterwasserfahrzeug mit einem passiven optischen Beobach­ tungsgerät, mit einem Beobachtungsfenster (17, 19) im Druckkörper (11) des Unterwasserfahrzeugs (10), das eine gekrümmte Oberfläche (32; 50; 52, 70) aufweist und als Teil des Beobachtungsgeräts einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsfenster (17, 19) einen Durchmesser (D) zwischen einem und drei Metern aufweist, daß das Beobachtungsgerät mit einer Eintritts­ pupille von mehr als 0,3 und weniger als drei Metern Durchmesser versehen ist, daß das Beobachtungsfenster (17d) eine konstante Dicke (d) aufweist, daß das Beobachtungsge­ rät mit einer gegenüber dem Beobachtungs­ fenster (17d) kleineren Linse (73) an der inneren Oberfläche (71) des Beobachtungs­ fensters (17d) angeordnet und an diesem entlang verfahrbar ist.

2. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Beobachtungsgerät kardanisch an dem Druckkörper (11d) des Unterwasserfahrzeuges (10) auf­ gehängt ist.

3. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Beobachtungsgerät mittels eines Kreisels (77) achsstabilisiert ist.

4. Unterwasserfahrzeug nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beobachtungsgerät afokal eingestellt ist und daß in einer durch einen Brennpunkt (34) und senkrecht zu einer optischen Achse (31) verlaufenden Ebene ein Bild-Empfänger (35) angeordnet ist.

5. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bild-Empfänger (35) ein Okular ist.

6. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bild-Empfänger (35) ein CCD-Bildwandler ist.

7. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bild-Empfänger (35) ein Fotozellen- Array ist.

8. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bild-Empfänger (35) ein elektronisches Signal, vorzugsweise für gerasterte Bilder, erzeugt, und daß das Signal in einer Auswerteinheit (36) aufge­ arbeitet wird.

9. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteinheit (36) an einen Sensor (38) zum mehrdimensionalen Erfassen von auf das Beobach­ tungsgerät einwirkenden Beschleunigungen (g_x, g_y) bzw. Bewegungen angeschlossen ist.

10. Unterwasserfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinheit (36) an einen Sensor (38) zur mehrdimensionalen Erfassung von Bewe­ gungen des Beobachtungsgerätes (v_x, v_y) angeschlossen ist.