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Die Erfindung betrifft eine Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung. Die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung kann insbesondere eine Taucherlampe oder ein Blitzlicht sein.
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Wasser absorbiert Licht im sichtbaren Spektralbereich nur sehr schwach, wobei der Imaginärteil der komplexen Brechzahl (Extinktionskoeffizient) näherungsweise Null ist, und wird daher allgemein als transparent und farblos angesehen. Allerdings bewirkt auch der geringe Extinktionskoeffizient im sichtbaren Spektralbereich, dass langwelliges Licht erkennbar stärker absorbiert wird als kurzwelliges Licht. Bei einem Aufenthalt unter Wasser ergibt sich dadurch mit steigender Tiefe ein Umgebungslicht mit einer immer bläulicheren Färbung. Dadurch werden Farben bei Unterwasserbeobachtungen, insbesondere Unterwasseraufnahmen, auch gleicher Objekte (Fische usw.) tiefenabhängig unterschiedlich wiedergegeben. Diese tiefenanhängige Farbwiedergabe bleibt bei einer Verwendung herkömmlicher, weiß leuchtender Taucherleuchten bestehen, auch wenn hierbei die Tiefenabhängigkeit der Farbtreue verringert wird. Bisher werden zur möglichst farbgetreuen Wiedergabe von Objekten unter Wasser besonders hell leuchtende Taucherleuchten verwendet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu verbessern und insbesondere eine verbesserte Farbwiedergabe von unter Wasser befindlichen Objekten bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung, wobei die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine spektrale Zusammensetzung ("Lichtfarbe") eines von ihr abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit von einer gemessenen spektralen Zusammensetzung eines Umgebungslichts anzupassen. Dadurch kann auch die spektrale Zusammensetzung eines Lichts, das von einem durch die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung beleuchteten Objekt reflektiert worden ist, angepasst werden. Insbesondere kann so ein Einfluss des Extinktionskoeffizienten von Wasser gezielt ausgeglichen oder kompensiert werden. Dies wiederum ermöglicht eine farbgetreuere, insbesondere tiefenangepasste, Betrachtung oder Aufnahme von Unterwasserobjekten.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung mindestens eine Lichtquelle aufweist, deren Lichtfarbe einstellbar ist. Die mindestens eine Lichtquelle mag beispielsweise mindestens eine farblich durchstimmbare Lichtquelle aufweisen und/oder eine Gruppe unterschiedliche Farben ausstrahlender Lichtquellen sein, wobei insbesondere die relative Helligkeit der Lichtquellen unterschiedlicher Farben zueinander einstellbar ist. So kann der Summenfarbort des durch die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Mischlichts einfacher eingestellt werden als z.B. durch Verwendung von der mindestens einen Lichtquelle nachgeschalteten Farbfiltern.
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Es ist noch eine Weiterbildung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Lichtfarbe aufweist, z.B. einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller und/oder einen Treiber zur Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung zur Bestimmung der gemessenen spektralen Zusammensetzung des Umgebungslichts einen Spektralsensor aufweist. Dies ermöglicht eine besonders genaue Anpassung der Lichtfarbe der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung. Insbesondere kann so auch eine richtungsabhängige spektrale Zusammensetzung des Umgebungslichts berücksichtigt werden, z.B. bei einer Ausrichtung der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung nach oben (zur Wasseroberfläche hin), zur Seite oder nach unten. Diese Ausgestaltung umfasst also eine direkte Messung der spektralen Zusammensetzung des Umgebungslichts.
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Der Spektralsensor kann beispielsweise Farbsensoren für mehrere unterschiedliche spektrale Bereiche ("Farbkanäle") aufweisen, z.B. Fotodioden mit entsprechenden Farbfiltern. Die Farbkanäle mögen sich überschneiden oder getrennt voneinander sein.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Farbkanäle für rotes, grünes und blaues Licht empfindlich sind, also mindestens einen roten, grünen und blauen Farbkanal aufweisen. Dadurch kann ein Summenfarbort des Umgebungslichts über einen großen Bereich im Farbraum bestimmt werden.
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Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Farbkanäle für orangefarbenes, orange-gelbes und/oder gelbes Licht empfindlich sind, der Spektralsensor also auch mindestens einen orangefarbenen, orange-gelben und/oder gelben Farbkanal aufweist. Dies ermöglicht eine besonders empfindliche Einstellung der Lichtfarbe in einem von Tauchern häufig benutzten Tiefenbereich zwischen ca. 5 m und ca. 20 m.
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Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Lichtabstrahlung in vorbestimmten Abständen für ein Messintervall zu unterbrechen und in dem Messintervall eine spektrale Zusammensetzung des Umgebungslichts zu messen. Diese Unterbrechung ermöglicht eine genaue Messung der spektralen Zusammensetzung des Umgebungslichts ohne eine Beeinflussung durch das von der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung abgestrahlte Licht.
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Die Unterbrechung geschieht vorzugsweise in der Größenordnung von Sekunden z.B. jede eine Sekunde. Eine Dauer des Messintervalls liegt bevorzugt im Bereich von Millisekunden, z.B. bei ca. einer Millisekunde.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung zur Bestimmung der spektralen Zusammensetzung einen Tiefensensor aufweist. Der Tiefensensor kann insbesondere als ein Drucksensor ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und macht sich zu nutze, dass die Tiefenabhängigkeit der spektralen Zusammensetzung von auf die Wasseroberfläche eingestrahltem Sonnenlicht unter Wasser mit ausreichender Genauigkeit bekannt ist. Die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung kann also bei bekannter Tiefe die Lichtfarbe entsprechend einstellen. Beispielsweise mag die Beziehung zwischen der Tiefe und der einzustellenden Lichtfarbe in einer Tabelle abgelegt sein, auf welche eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Lichtfarbe zugreifen kann. Diese Ausgestaltung umfasst also eine indirekte Messung der spektralen Zusammensetzung des Umgebungslichts.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die spektrale Zusammensetzung des von ihr abgestrahlten Lichts zur Erlangung einer fest vorgegebenen oder nutzerseitig einstellbaren spektralen Ziel-Zusammensetzung am Ort des Nutzers anzupassen. Dadurch kann eine besonders vielgestaltige Objektbeleuchtung und Farbwiedergabe ermöglicht werden. Der Ziel-Spektralbereich kann insbesondere eine spektrale Zusammensetzung von Sonnenlicht zumindest im sichtbaren Bereich umfassen, aber z.B. auch die spektrale Zusammensetzung von neutral-weißem oder kalt-weißem Licht.
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Falls beispielsweise bestimmt wurde, dass in einer spektralen Zusammensetzung des Umgebungslichts bestimmte Komponenten, z.B. eine rote Komponente, unterrepräsentiert ist oder sind, wird die spektrale Zusammensetzung oder Lichtfarbe des von der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Lichts so geändert, dass die unterrepräsentierte Komponente(n)verstärkt ist oder sind, dadurch die aufgrund der Extinktion abgeschwächte Spektralkomponente kompensiert und folglich das zu beleuchtende Objekt mit einem farbechteren (insbesondere stärker einem Sonnelicht ähnlichen) Licht bestrahlt wird.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die spektrale Zusammensetzung des von ihr abgestrahlten Lichts an eine Entfernung zu einem zu beleuchtenden Objekt anzupassen. Dadurch wird auch eine Lichtabsorption des von der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Lichts berücksichtigt. Beispielsweise mag ein Nutzer der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung eine Objektentfernung von 5 m eingeben, wodurch die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung die spektrale Zusammensetzung des von ihr abgestrahlten Lichts nach einer im Wasser durchlaufenen Strecke von insgesamt 10 m nach Reflexion an dem Objekt mitberücksichtigt. Dies ermöglicht eine besonders farbgetreue Beleuchtung. Die Entfernung kann nutzerseitig einstellbar oder fest vorgegeben, z.B. auf zwei Meter eingestellt, sein.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung mehrere Leuchtdioden als Lichtquellen aufweist. Leuchtdioden weisen den Vorteil auf, dass sie kompakt und robust sind und zudem Licht einer gut definierten spektralen Bandbreite erzeugen, was eine genaue Einstellung des von den Leuchtdioden erzeugten Summenfarborts bzw. der Lichtfarbe des Mischlichts ermöglicht. Zudem ist eine Helligkeit der Leuchtdioden einfach und präzise durch eine Einstellung des zugehörigen Betriebsstroms einstellbar. Darüber hinaus sind Leuchtdioden in vielen verschiedenen Farben (d.h. Farben des von ihnen abgestrahlten Lichts) erhältlich, so dass eine besonders genaue Einstellung des Summenfarborts bzw. der Lichtfarbe ermöglicht wird.
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Es ist eine Ausgestaltung davon, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung mindestens eine rote und grünes Licht emittierende Leuchtdiode aufweist. Dadurch kann (zusammen mit dem auch in größeren Tiefen vorkommenden blauen Licht) ein großer erreichbarer Farbraum (Gamut) der Lichtfarbe erreicht und ein entsprechender Summenfarbort genau eingestellt werden. Auf eine blaues Licht emittierende Leuchtdiode kann folglich verzichtet werden, da ein blauer Lichtanteil für typische Tauchtiefen durch das Wasser wenig gefiltert wird und folglich vorherrscht (und also nicht zusätzlich erzeugt zu werden braucht).
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung mindestens eine gelbes, orangefarbenes und/oder orange-gelbes Licht emittierende Leuchtdiode aufweist, was eine einfache und genaue Erreichung eines gewünschten Summenfarborts erleichtert, insbesondere für Tiefen zwischen 5 m und 20 m.
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Beispielsweise mag die mindestens eine rote Leuchtdiode spätestens ab einer Tiefe im Bereich von ca. 5 m aktiviert sein, die mindestens eine gelbe Leuchtdiode spätestens ab einem Bereich von ca. 10 m (bei welchem orangefarbenes Licht bereits durch das Wasser herausgefiltert ist), insbesondere spätestens ab einem Bereich von ca. 20 m zur Kompensation der Herausfilterung auch des gelben Lichtanteils und die mindestens eine grüne Leuchtdiode spätestens ab einem Bereich von ca. 30 m.
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In einer Weiterbildung können alle Leuchtdioden für alle Leuchttiefen aktiviert sein, und zwar mit einer sensorabhängigen Helligkeit, welche sich insbesondere kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich zumindest mit der Tiefe ändern kann.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung mindestens eine weißes oder weißliches Licht emittierende Leuchtdiode aufweist. So kann mit geringem Aufwand eine hohe Helligkeit oder Beleuchtungsstärke bereitgestellt werden, wobei dem von der mindestens einen 'weißen' Leuchtdiode abgestrahlten Licht das Licht der nicht-weißen Leuchtdioden beigemischt werden kann. Auch mag so eine Zahl der Leuchtdioden verringert werden. Jedoch ist es grundsätzlich auch möglich, das Licht der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung ohne weiße Leuchtdioden zu erzeugen, was typischerweise eine höhere Zahl an Leuchtdioden bedingt.
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Insbesondere mag die Steuereinrichtung die Lichtintensität der LEDs nachregeln, um eine Lichtfarbe mit der spektralen Ziel-Zusammensetzung bzw. Ziel-Summenfarbort zu erzeugen.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung eine Taucherlampe ist, insbesondere zur allgemeinen Unterwasserbeleuchtung.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung ein Blitzlicht bzw. eine Blitzlichtvorrichtung ist. Dies kann insbesondere mit einem Aufnahmemittel (z.B. einem Fotoapparat oder einer Kamera) gekoppelt sein.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung, wobei ein Spektralbereich eines von der Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung abgestrahlten Lichts in Abhängigkeit von einer gemessenen spektralen Zusammensetzung eines Umgebungslichts angepasst wird. Das Verfahren erreicht die gleichen Vorteile wie die Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung und kann analog ausgestaltet sein.
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In der folgenden Figur wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben.
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Die Fig. zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine mögliche Ausgestaltung einer Unterwasserbeleuchtungsvorrichtung in Form einer Taucherlampe 11. Die Taucherlampe 11 weist ein wasserdichtes Gehäuse 12 auf, in welchem ein Energiespeicher 13, z.B. eine Batterie oder ein Akkumulator, untergebracht ist. Der Energiespeicher 13 versorgt eine Steuereinrichtung 14 in Form eines Mikroprozessors und einen Treiber 15, wobei die Steuereinrichtung 14 und der Treiber 15 auf einer gemeinsamen Leiterplatte 16 angeordnet sein können. Die Steuereinrichtung 14 kann den Treiber 15 steuern, welcher wiederum in einem Kopfbereich 17 der Taucherlampe angeordnete Lichtquellen 18 bis 20 versorgt.
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Die Lichtquellen 18 bis 20 umfassen hier eine oder mehrere weißes Licht emittierende 'weiße' Leuchtdioden 18, eine oder mehrere rotes Licht emittierende 'rote' Leuchtdioden 19 und eine oder mehrere grünes Licht emittierende 'grüne' Leuchtdioden 20, die beispielsweise auf einem gemeinsamen Träger 21, z.B. einer Leiterplatte, angeordnet sind. Die Leuchtdioden 18 bis 20 befinden sich in einem Halsbereich eines Schalenreflektors 22, der lichtaustrittsseitig von einer lichtdurchlässigen Abdeckplatte 23 wasserdicht abgedeckt ist. Auf dem Träger 21 befindet sich zusätzlich ein Spektralsensor 24.
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Der Spektralsensor 24 weist mehrere Fotodioden (o.Abb.) mit blauen, roten und grünen Farbfiltern auf, um eine spektrale Zusammensetzung des durch die Abdeckplatte 23 eintretenden Umgebungslichts im roten, grünen und blauen Bereich oder Farbkanal messen zu können.
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Die Messdaten des Spektralsensors 24 werden an die Steuereinrichtung 14 übermittelt. Die Steuereinrichtung 14 vergleicht die gemessene spektrale Zusammensetzung des Umgebungslichts mit einer spektralen Ziel-Zusammensetzung, z.B. entsprechend einem Sonnenlicht, ggf. auch einstellbar auf eine andere spektrale Ziel-Zusammensetzung. Um in der gemessenen spektralen Zusammensetzung nicht mehr vorhandene oder gedämpfte spektrale Anteile zur farbechten Beleuchtung eines Objekts zu kompensieren, steuert die Steuereinrichtung 14 den Treiber folgend so, dass der Treiber 15 zusätzlich zu der mindestens einen weißen Leuchtdiode 18 auch die mindestens eine rote Leuchtdiode 19 und ggf. auch die mindestens eine grüne Leuchtdiode 20 geeignet mit Betriebsstrom versorgt. Sinken mit steigender Tiefe beispielsweise der rote und (in geringerem Maße) der grüne Lichtanteil im Vergleich zum (vorherrschenden) blauen Lichtanteil, so kann dies über eine entsprechend höhere Helligkeit der roten Leuchtdiode 19 und ggf. der grünen Leuchtdiode 20 ausgeglichen werden. Die Helligkeit lässt sich über den Betriebsstrom der jeweiligen Leuchtdioden 18 bis 20 einstellen. Eine blaue Leuchtdiode wird nicht benötigt, da der blaue Farbanteil des Umgebungslichts die geringste Extinktion aufweist und vorherrscht.
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Die Taucherlampe 11 ist also dazu eingerichtet, eine spektrale Zusammensetzung eines von ihr (hier: durch die Abdeckplatte 23) abgestrahlten Mischlichts in Abhängigkeit von einer durch den Spektralsensor 24 gemessenen spektralen Zusammensetzung eines Umgebungslichts anzupassen.
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Um eine möglichst unverfälschte Messung des Umgebungslichts zu ermöglichen, wird eine Lichtabstrahlung der Leuchtdioden 18 bis 20 in vorbestimmten Abständen, z.B. jede Sekunde, für ein Messintervall, z.B. von einer Millisekunde, unterbrochen und in dem Messintervall durch den Spektralsensor 24 eine spektrale Zusammensetzung des Umgebungslichts gemessen.
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Um auch eine wellenlängenabhängige Extinktion der Farbanteile während eines Durchlaufens einer Lichtstrecke zu einem zu beleuchtenden Objekt und zurück zu einem Betrachter kompensieren zu können, weist die Taucherlampe zusätzlich ein Bedienelement 25 zur Eingabe einer Entfernung oder Abstands eines zu beleuchtenden Objekts auf. Mittels der Kenntnis der Entfernung kann die Steuereinrichtung 14 über den Treiber 15 die mindestens eine rote Leuchtdiode 19 und ggf. auch die mindestens eine grüne Leuchtdiode 20 entsprechend einstellen. Die Taucherlampe 11 ist also auch dazu eingerichtet, eine die spektrale Zusammensetzung des von ihr abgestrahlten Lichts an eine Entfernung zu einem zu beleuchtenden Objekt anzupassen.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So kann anstelle eines Spektralsensors 24 auch ein Tiefensensor, insbesondere Drucksensor, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Taucherlampe
- 12
- Gehäuse
- 13
- Energiespeicher
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Treiber
- 16
- Leiterplatte
- 17
- Kopfbereich
- 18
- weiße Leuchtdiode
- 19
- rote Leuchtdiode
- 20
- grüne Leuchtdiode
- 21
- Träger
- 22
- Schalenreflektor
- 23
- Abdeckplatte
- 24
- Spektralsensor
- 25
- Bedienelement
