DE2512960A1 - Akustische kamera - Google Patents

Description

DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 21. März 1975

42,667A
7529

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Akustische Kamera

Die Erfindung bezieht sich auf akustische Kameraanordnungen und insbesondere auf akustische Abbildungsanordnungen.

Bei Unterwasser-Sichtsystemen unter Verwendung von sichtbarem Licht ist die Streuung ein primäres Problem, da in trübem Wasser, welches mit Schmutzteilchen durchsetzt ist, die Streuung und Schwächung des Lichtes eine optische Abbildung beinahe unmöglich macht. Daher werden zur akustischen Abbildung unter Wasser akustische Abbildungssysteme verwendet, welche die Ausbreitung von Druckwellen ausnutzen.

Bei einer Form eines akustischen Abbildungssystemes wird eine akustische Linse oder ein Reflektor in Verbindung mit einzelnen Signalübertragern verwendet, die für jedes einzelne Auflösungselement vorgesehen werden. Dieses kann erreicht werden, indem eine Folie des Übertragermaterials in kleine Quadrate unterteilt und hinter der Linse oder vor dem Reflektor angeordnet wird, wobei der Verstärker und die erforderliche elektronische Schaltung zur Signalverarbeitung mit jedem Signalgeberelement verbunden sind. Das Ausgangssignal des Signalverarbeitungskanals, der mit jedem Signalgeber verbunden ist,

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Telefon (0211)32 08 58 Telearamme CustoDat

kann elektronisch reihenweise abgelesen werden, und die Ergebnisse werden auf einer Kathodenstrahlröhre dargestellt. Für ein typisches Bild mit einer Auflösung von 200 χ 261 Auflösungselementen wären nur 52.200 getrennte Übertragerelemente, aber eine ähnliche Anzahl von Verstärkern und anderen Signalverarbeitungseinrichtungen für jeden Signalübertragerausgang erforderlich. Obgleich ein Bild mit hoher Auflösung erhalten wird, können die Kosten und die Komplexität solcher Systeme eine Herstellung verbieten. Beispiele eines Abbildungssystems mit einer akustischen Linse sind erläutert in den US-Patenten 2 528 730 und 3 325 777. In US-PS 3 389 372 ist ein Zielerkennungssystem mit einem akustischen Reflektor mit einer Mehrzahl von in dessen Umgebung angeordneten Signalgebern erläutert, welche eine Vielzahl benachbarter Strahlen bilden. In diesem System wird wegen der extrem schmalen vertikalen Strahlbreite eine Richtungsschärfe über einen Sektor in nur einer Ebene erreicht. Wenn sowohl bezüglich der Höhe als auch des Azimuts eine Richtgenauigkeit erwünscht ist, dann wird eine zweidimensionale Anordnung von Signalgebern mit einem kugelförmigen Reflektor verwendet.

Solche Systeme ergeben ein Bild von Zielpunkten im Wasser in einem ausgewählten Bereich von der Kameraanordnung aus.

Häufig wird angestrebt, daß eine Abbildung eines Zielbereichs, beispielsweise des Meeresbodens derart erreicht wird, daß diese von einem interessierenden Minimalbereich bis hinaus zu einem interessierenden Maximalbereich fokussiert ist, statt lediglich wie bei den herkömmlichen Systemen in einem fest gewählten Bereich fokussiert zu sein.

In US-PS 3 743 436 werden eine Vielzahl von Strahlen ausgebildet, die von einem Minimalbereich bis zu einem Maximalbereich fokussiert sind.

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Dementsprechend ist es vor allem die Aufgabe dieser Erfindung, eine akustische Kamera zu schaffen, die einen verbesserten minimalen und maximalen Fokussierungsbereich enthält.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch den Anspruch 1. Es wird ein akustisches Bild mit hoher Auflösung von einem solchen Zielbereich durch Betrieb in dem nahen Feld und durch Verwendung von Zeitauflösungstechniken in der Entfernungsachse und akustische Abbildungstechniken in der dazu rechtwinkligen Achse, d. h. in der seitlichen Achse, erhalten.

Ein Sendeübertrager strahlt einen kurzen Impuls akustischer Energie an den zu betrachtenden Zielbereich aus, und der Impuls trifft auf den nahen interessierenden Bereich in einem schmalen Streifen auf, der in der seitlichen Richtung lang und extrem kurz in der Entfernungsrichtung ist. Der akustische Aufprall wird "Beschallung" genannt und der beschallte Streifen wird außen in der Entfernungsachse des Zielbereichs bis hinaus zu einem Maximalbereich abgetastet.

Die Aufnahmeeinrichtung enthält mehrere Empfangsübertrager und ein akustisches Fokussierelement, beispielsweise eine Linse. Jeder Übertrager ist in Verbindung mit der Linse einem besonderen Aufnehmerstrahl zugeordnet, der die akustischen Reflexionen von dein beschallten Bereich aufnimmt und noch spezieller nimmt jeder Empfängerstrahl reflektierte Energie von einem nahen Streifen auf dem Zielbereich auf, wobei der Streifen in der Entfernungsrichtung verlängert und in der seitlichen Richtung schmal ist. Alle Übertrager sind bezüglich der Linse derart angeordnet, daß diese verlängerten Streifen nebeneinander liegen.

Die Linse nimmt akustische Reflexionen von dem zu betrachtenden Zielbereich auf und hat von der Oberseite bis zum Boden eine veränderliche Krümmung, wodurch sich eine größere Brennweite nahe der Oberseite ergibt, welche progressiv zu einer

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kürzeren Brennweite am Boden der Linse abnimmt. Die Krümmung und die Brennweite sind derart gewählt, daß für jede längsgestreckte Aufnehmerfläche die reflektierte Energie aus dem interessierenden Minimalbereich (minimale Entfernung) bis zu dem interessierenden Maximalbereich (maximale Entfernung) auf einen speziellen Übertrager der Empfängeranordnung fokussiert wird.

Die Empfangsübertrager selbst können vergleichsweise klein sein und haben eine maximale Ausdehnung in der Größenordnung von ΐλ bis 3 λ, wobei Λ die Betriebswellenlänge in Wasser ist.

Die von den Empfangsübertragern abgegebenen Ausgangssignale werden in geeigneter Weise zu einer Anzeige verarbeitet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 in X-, Y- und Z-Koordinaten eine akustische übertragung und die Beschallung eines Zielbereichs;

Fig. 2 eine Ausfuhrungsform der Erfindung zur Aufnahme der reflektierten akustischen Energie von dem beschallten Zielbereich;

Fig. 3 eine akustische Linse, welche artstelle der in Fig. 2 verwendeten Linse verwendet werden kann;

Fig. 4 eine andere Art einer Linsenanordnung zur Aufnahme von reflektierter akustischer Energie von dem Zielbereich;

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Fig. 5A, B und C entsprechende Ansichten der Anordnung gemäß Fig. 4 von oben, von der Seite und von vorne;

Fig. 6 die Anordnung gemäß Fig. 4 mit einem reflektierenden Fokus s ierelernent;

Fig. 7A, B und C ähnliche Ansichten wie Fig. 5A, B und C, jedoch mit dem reflektierenden Fokussierelernent gemäß Fig. 6;

Fig. 8 die Änderung der Brennebenen der Anordnung gemäß Fig. 4;

Fig. 9A und B

entsprechende Aufsichten und Vorderansichten, aus denen die Bildung von zwei Sätzen von Empfängerstrahlen mit einer einzigen Linse hervorgeht;

Fig. 10 Die Überdeckung einer Schrägsicht-Ultraschall-Ortungsanlage mit hoher Suchgeschwindigkeit, kombiniert mit einer Sichtortungsanlage;

Fig. 11 eine Ausfuhrungsform mit einer akustischen Linse mit Kugelfläche;

Fig. 12A und 12B Querschnittsansichten von Festkörper- und flüssigen akustischen Linsen mit Kugelflächen;

Fig. 13 einen Satz von Bauteilen, welche dazu.verwendet werden können, um eine Anzeige eines Zielbereichs zu ergeben;

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Fig. 14 eine Seitenansicht, aus welcher die Orientierung einer akustischen Linse bezüglich eines Zielbereichs he rvor geh t;

Fig. 15 eine Aufsicht auf einen Zielbereich zur Erläuterung bestimmter Dimensionen;

Fig. 16 ein Blockschaltbild der Anordnung gemäß Fig. 13 in detaillierterer Form;

Fig. 17 ähnlich wie Fig. 15 tatsächlich dargestellte Elementbereiche;

Fig. 18 die bevorzugte Ausführungsform eines Empfangsübertragers bezüglich der akustischen Linse;

Fig. 19 eine Einrichtung, bei welcher der Abstand der akustischen Linse und der Empfangsübertrageranordnung sowie auch der Winkel verändert werden kann, den diese Anordnung mit der Achse der Linse bildet;

Fig. 20 eine Querschnittsansicht längs der Linie XX in Fig. 19; und

Fig. 21 bis 26

verschieden gestaltete Zielbereiche und diesen zugeordnete Anordnungen von Empfangsübertragern.

Fig. 1 erläutert die Projektion eines kurzen akustischen Impulses durch einen Sendeübertrager auf einen interessierenden Zielbereich. Der Sendeübertrager 10 ist in einem X-, Y-, Z-Koordinatensystem angeordnet, bei welchem die Y-Achse die Entfernungsachse des Zielbereichs darstellt. Die X-Achse ist zu dieser rechtwinklig und stellt die seitliche Achse dar, während die Z-Achse vertikal angeordnet ist. Die vertikale

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Strahlbreite des Sendeübertragers 10 kann in der Größenordnung von 40° liegen, und dieser übertrager ist derart ausgerichtet, daß er allgemein auf den interessierenden Zielbereich 12 zeigt. Der ausgesendete Impuls 14 ist in vier verschiedenen Positionen a, b, c und d seiner Bahn dargestellt. Der Impuls 14 trifft auf den nächsten interessierenden Bereich R im Zeitpunkt t₁ und beschallt einen schmalen Streifen 16, der etwas gekrümmt ist, aber im allgemeinen in der Richtung der Seitenachse X verlängert ist und relativ schmal in der Richtung der Entfernungsachse Y ist. Dieser beschallte schmale Streifen schreitet dann längs der Entfernungsachse Y fort und Echos von dort werden durch eine Empfangseinrichtung. bis zu einem maximal interessierenden Bereich R aufgenommen.

Die Empfangseinrichtung 20 ist in Fig. 2 dargestellt und enthält eine Anordnung 22 von Empfangsübertragern T₁, T_, T₃... T....T . Um die reflektierte Energie von der beschallten Zielfläche 12 und den Zielpunkten auf dieser auf die einzelnen Empfangsübertrager zu reflektieren, ist ein akustisches Fokussierelement in der Form einer akustischen Linse 24 vorgesehen, die allgemein auf die Zielfläche 12 gerichtet ist und derart ausgelegt ist, daß sie eine veränderliche Brennweite von der Oberseite zur Unterseite hat, und zwar nimmt die Brennweite von der Oberseite zur Unterseite hin ab.

Die Einrichtung bildet eine Vielzahl benachbarter Empfängerstrahlen zur Aufnahme von reflektierter Energie von den Empfängerstreifen auf der Zielfläche, wobei jeder Empfängerstreifen in der Richtung der Y-Achse verlängert und relativ schmal in der Richtung der Seitenachse X ist. Verschiedene dieser Streifen sind in Fig. 2 dargestellt und mit R-, R₃, R₃,...R.... R bezeichnet und die von diesen reflektierte Energie ist auf entsprechende Signalübertrager T₁, T₂, T₃...T_± T_n f_Ok_USSi_ert

Im Zeitpunkt t.. schneidet der beschallte Streifen 16 alle Empfängerstreifen R₁ bis R_n in entsprechend kleine Elementar-

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flächen, wobei die Reflexionen von diesen auf die entsprechenden Aufnehmerübertrager durch den unteren Teil der Linse 24 fokussiert werden. Beim Fortschreiten des beschallten Streifens hinaus zum Maximalbereich gelangen Reflexionen von jedem Empfängerstreifen durch die gesamte Linse 24, aber nur diejenige Energie, welche durch fortschreitend höhere Abschnitte der Linse 24 gelangen, werden auf die entsprechenden Aufnehmerübertrager fokussiert. Bei der Aufnahme von akustischer, auf die Aufnahmeübertrager durch die Linse 24 fokussierter Energie werden entsprechende Ausgangssignale an die Signalverarbeitungsschaltungen 26 zur Bestimmung des Informationsgehalts und zur Abgabe eines Ausgangssignales an eine Aufzeichnungs- oder Anzeigeeinrichtung 28 abgegeben.

Aus Gründen der besseren Übersicht ist diese Figur nicht maßstabsgerecht gezeichnet worden, und der Sendeübertrager zusammen mit dessen Stromversorgung wurden nicht dargestellt, obgleich ein derartiger Sendeübertrager neben der Empfangseinrichtung 20 angeordnet werden könnte oder die Empfangsübertrager selbst in Verbindung mit dem Fokussierelement derart betrieben werden könnten, daß sie auch den Beschallungsimpuls übertragen.

Die akustische Abbildung ist ähnlich der optischen Abbildung. Eine Linse aus einem Material mit einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit, die verschieden von derjenigen in Wasser ist, wird hierbei zur Fokussierung der akustischen Energie verwendet, und die gleichen bei der Auslegung von optischen Linsen verwendeten Gleichungen können für die Berechnung akustischer Linsen verwendet werden. Die in Fig. 2 dargestellte Linse 24 ist aus einer dünnen Hülle, beispielsweise aus nicht rostendem Stahl, Kunststoff oder Aluminium o. dgl. aufgebaut und mit einer Flüssigkeit gefüllt, in welcher sich Schall langsamer als in Wasser ausbreitet, beispielsweise mit Trichlortrifluoräthan, das auch unter den Handelsnamen Freon 113 oder Genetron gehandelt wird.

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Es kann auch eine Festkörperlinse, beispielsweise aus Polystyrol verwendet werden, jedoch hätte diese eine andere Krümmung als die Flüssigkeitslinse, welche in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Da die Schallgeschwindigkeit in Polystyrol höher als diejenige in Wasser ist, ist die Linsenfläche konkav statt konvex. Obwohl die Vorder- und Rückflächen der Linse gekrümmt sein könnten, ist die Linse 32 mit einer ebenen Rückfläche 33 und einer gekrümmten Vorderfläche 34 dargestellt, welche einen Ausschnitt aus einem Kegel bildet.

Fig. 4 stellt eine Ausführungsform dar, bei welcher die Brennweite der Linse nicht verändert werden muß, da ein akustisches Fokussierelement mit einer oder mehreren Zylinderflächen vorgesehen ist. In Fig. 4 hat dieses Element die Form einer zylindrischen Linse 40 mit oberen und unteren Zylinderflächen 41 und 42. Die Linse hat eine zentrale Achse A, welche über der Entfernungsachse Y und parallel zu dieser verläuft. Bei einer typischen Betriebsweise wäre die Achse A horizontal.

Wie im Beispiel von Fig. 2 bildet die Anordnung gemäß Fig. 4 η Aufnehmerstrahlen zur Aufnahme von reflektierter akustischer Energie von den entsprechenden Empfängerstreifen R₁ bis R der Zielfläche 12 aus, und die rückkehrenden Strahlen werden auf entsprechende übertrager T₁ bis T der Empfängeranordnung 44 fokussiert.

Falls die Einrichtung auf einem Träger angeordnet ist, der in der Pfeilrichtung bewegt wird, können mehrfache akustische Übertragungen während einer solchen Fahrzeugbewegung stattfinden, um aufeinanderfolgende Zielflächen und gemäß Fig. 4 vorher beschallte Flächen abzubilden, von denen Reflektionssignale 12' verarbeitet worden sind. Die Einrichtung ist also nicht nur nützlich zur Abgabe eines akustischen Bildes von einer stationären Position aus sondern auch für Schrägsonar-Ortungsanlagen, bei denen die (Such-)Geschwindigkeit des Trägerfahrzeugs durch die Anzahl der gleichzeitig gebildeten Empfangsstrahlen erhöht werden kann.

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Fig. 5A, 5B und 5C dienen dazu, die Ausrichtung der Empfangsübertrager bezüglich der akustischen Linse 40 in Fig. 4 zu erläutern.

Fig. 5A ist eine Aufsicht auf eine Anordnung, welche einige der Empfangsübertrager der Anordnung 44 darstellt, wobei akustische Energie von einem Punkt a.. auf der Entfernungsachse Y durch die Linse 40 auf den Empfangsübertrager T₁ fokussiert wird. Fig. 5B ist eine Seitenansicht und veranschaulicht den Weg der akustischen Energie vom Punkt a.. durch die Linse zu dem Empfangsübertrager T₁ sowie den Weg für zwei andere Punkte (Flächen) a₂ und a₃· Die Fläche a₂ kann von dem Anfang des Empfangsstreifens ausgehen, d. h. vom Bereich R , und die Fläche a₃ kann am Maximalbereich des Empfangsstreifens angeordnet sein. Aus Fig. 5 ergibt sich, daß die akustischen Reflexionssignale vom gleichen Empfangsstreifen auf den gleichen Empfangsübertrager fokussiert werden.

Fig. 5C stellt eine Vorderansicht der Einrichtung dar, bei welcher akustische Energie von der Fläche a₁ auf den Empfangsübertrager T₁ und akustische Energie von einer Fläche b₁ eines weiteren Empfangsstreifens auf einen anderen Empfangsübertrager T_m reflektiert wird. Die Linse 40 ist zylindrisch konvex und kann eine der vielen Linsen mit dünner Hülle sein, welche mit einer Flüssigkeit in der vorgenannten Weise gefüllt ist. Auch könnte es sich bei der Linse um eine eine Festkörperlinse handeln, die dann zylindrisch konkav wäre.

Das akustische Fokussierelement braucht keine durchlässige Linse zu sein, sondern könnte die Form eines Reflexionsgliedes, beispielsweise eines zylindrischen Reflektors 50 gemäß Fig. 6 haben, welcher über und etwas vor den Empfangsübertragern 52 angeordnet ist, um die akustische Energie von den Empfangsstreifen auf die entsprechenden Empfangsübertrager zu fokussieren.

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Fig. 7A bis 7C stellen Aufsichten, Seiten- und Vorderansichten dar, welche die Ausrichtung des zylindrischen Reflektors 50 bezüglich der Übertrageranordnung 52 sowie verschiedene Strahlengänge gemäß Fig. 5A bis 5C veranschaulichen.

Der relative Abstand zwischen der Linse 40 und der Empfangsübertrageranordnung 44 in Fig. 4 dient zur Betrachtung einer Zielfläche von einer bestimmten Höhe aus. Wenn beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 8 d.. der vertikale Abstand zwischen der horinzontalen Mitte der Linse 40 und der Empfangsübertrageranordnung 44 ist, befindet sich die Objektebene in einem Abstand d~. Der akustische Weg von einer Fläche auf dem ersten Empfangsstreifen ist dargestellt als Ergebnis der Fokussierung auf den ersten Empfangsübertrager T₁. Wenn nun eine Zielfläche in einer Brennebene geprüft werden soll, welche näher zu der Linse in einem Abstand von d'₂ ist, kann die Empfängeranordnung 44 weiter von der Linse weg zu einem Abstand d¹.. bewegt werden. Der Weg der akustischen Anordnung von einer Fläche auf dem η-ten Empfangsstreifen ist als Ergebnis der Fokussierung auf den Empfangsübertrager T dargestellt. Wenn f die Brennweite der Linse 40 ist, so gilt

_ 1 . 1 _ 1 .1
~^d1 ^d2^=d"i ^d<2

Die gleichen akustischen Fokussierungselemente wie in Fig. 4 oder 7 sind auf einem Trägerfahrzeug angeordnet und können dazu verwendet werden, um zwei Sätze von parallelen Empfangsstrahlen auf zwei Seiten des Fahrzeugs zu erzeugen. Fig. 9A und 9B stellen die Anordnung unter Verwendung einer zylindrischen Linse 55 dar. Fig. 9A zeigt eine Aufsicht der Anordnung, und zur Vereinfachung sind nur fünf Empfangsübertrager je Seite dargestellt und mit A bis E für die eine Seite und mit f bis j für die andere Seite bezeichnet. Die Empfangsübertrager A bis E empfangen reflektierte Energie von den entsprechenden Empfangsstreifen A bis E und die Empfangsübertrager f bis j

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empfangen reflektierte Energie von den entsprechenden Empfangsstreifen F bis J. Fig. 9B zeigt eine Seitenansicht der Anordnung und illustriert zwei der Empfangsstrahlen 58 und 59, welche gebildet würden. Mit anderen Worten ist der Empfangsstrahl 58 einer von fünf Strahlen für eine Seite, und der Empfangsstrahl 59 ist einer von fünf Strahlen für die andere Seite.

Die in Fig. 9A dargestellte Anordnung ist besonders nützlich für Schrägsonar-Ortungseinrichtungen, beispielsweise solche gemäß Fig. 10, auf welche zusätzlich Bezug genommen wird. Wenn die Anordnung auf einem Trägerfahrzeug 63 angeordnet ist und in der Pfeilrichtung fortschreitet, kann akustische Energie der Frequenz f.. für Beschallung einer Zielfläche auf der Steuerbordseite des Fahrzeugs und akustische Energie einer Frequenz f„ zur Beschallung einer Zielfläche auf der Backbordseite des Fahrzeugs verwendet werden. Die Übertrager f bis j und die ihnen zugeordneten Signalverarbeitungs-Schaltkreise sind zum Betrieb bei der Frequenz f₁ ausgelegt, während die Signalübertrager a bis e und ihre zugeordneten Signalverarbeitungs -Schaltkreise für den Betrieb bei der Frequenz f₂ ausgelegt sind.

Nach einer akustischen Übertragung an die Backbord- und Steuerbordseiten treffen die reflektierten Strahlen von den Empfangsstreifen ein und stellen Zielflächen A₁ und B₁ in der vorher beschriebenen Weise dar. Da diese Flächen nur von einem Minimalbereich R_1n bis hinaus zu einem Maximalbereich R_m eine interessierende Zielfläche darstellen, kann eine zusätzliche Linsen- und Übertrageranordnung auf dem Trägerfahrzeug 63 in Verbindung mit einem Übertrager vorgesehen werden, der bei einer dritten Frequenz f betrieben werden kann, um Information bezüglich des Bodens unter dem Weg des Trägerfahrzeugs zu erhalten und die Fläche auszufüllen, die durch das Paar Schrägsichtsysteme ausgelassen wurde. C₁ bezeichnet die Fläche, von welcher reflektierte Strahlen zusammen mit reflektierten Strahlen von den Flächen A₁ und B₁ verarbeitet werden.

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Wenn das Trägerfahrzeug in seiner Bahn fortschreitet, werden die nächsten Flächen A₂ und B₂ abgebildet, während die nach vorne gerichtete Sichtanordnung indiziert wird, um die Zielfläche C~ aufzunehmen. Dieses Indizierungsverfahren wird für die dritte Übertragung und Darstellung der Flächen A₃, B₃ und C₃ fortgesetzt und dauert für die vierte übertragung der Flächen A₄, B. und C. an. Bei der fünften Übertragung wird die nach vorne gerichtete Sichtanordnung zurückindiziert in ihre Ausgangsposition, so daß die Fläche C₅ längs der Flächen A₅ und B₁- abgebildet wird, und das Verfahren wird wiederholt, um ein Bild nicht nur der Seitenflächen sondern auch der Bodenfläche unter dem Trägerfahrzeug zu ergeben.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 wird nicht die gesamte reflektierte Energie von einer Elementarfläche eines Empfangsstreifens, die auf die Linse 24 auftrifft, auf einen entsprechenden übertrager konzentriert, da nur auf einen gewissen Bereich der Linse auftreffende Energie durch einen Übertrager empfangen wird. Es ist daran zu erinnern, daß nur reflektierte Strahlen von einem interessierenden Minimalbereich, welche durch den unteren Abschnitt der Linse gelangen, auf die Übertrager fokussiert werden, während nur reflektierte Strahlen von dem nahen bis zu dem maximal entfernten Bereich, welche durch den oberen Abschnitt der Linse gelangen, auf die Übertrager fokussiert werden. Bezüglich der zylindrischen Linse oder der zylindrischen Reflektoranordnung gemäß Fig. 4 oder 6 gilt das gleiche, d. h. die reflektierte Energie von einer Elementarfläche eines EmpfangsStreifens wird auf einen entsprechenden Übertrager nur dann fokussiert, wenn sie auf die Linse 40 oder den Reflektor 50 in einem bestimmten Winkel auftrifft. In Fig. 11 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher im wesentlichen die gesamte Energie von einer Elementarfläche eines EmpfangsStreifens auf das Linsenelement auftrifft und auf einen entsprechenden Empfangsübertrager fokussiert wird, so daß bei der gleichen ausgesendeten Energie Ausgangssignale mit höheren Pegeln erhalten werden. Dieses wird

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erreicht durch die Anordnung eines akustischen Fokussierungselementes mit einer oder mehreren Kugelflächen, beispielsweise des Linsenelementes 70 in Fig. 1 in Verbindung mit den längsgestreckten Empfangsübertragern.

In Fig. 12A ist ein Querschnitt durch irgendeinen Großkreis der Festkörperlinse 70 dargestellt. Falls eine dünnwandige, mit Flüssigkeit gefüllte Linse benutzt würde, welche eine kleinere Schallausbreitungs-Geschwindigkeit als Wasser hätte, ergäbe sich ein Querschnitt gemäß Fig. 12B. Obgleich die vorderen und hinteren Flächen dieser Linsen mit den gleichen Krümmungen dargestellt sind, könnten verschiedene Krümmungen verwendet werden, und eine Fläche könnte sogar eben sein.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 ist eine Empfangsübertrageranordnung 72 hinter der Linse 70 angeordnet. Um die gesamte reflektierte akustische Energie von einem Empfangsstreifen vom Minimalbereich bis hinaus zum Maximalbereich zu empfangen, muß jeder Übertrager der Anordnung mit einer Linse, welche eine Kugelfläche aufweist, schmal und längsgestreckt ausgebildet sein, wie an den beiden Übertragern der Anordnung T. und T dargestellt ist.

Fig. 11 zeigt die beiden Empfangsstreifen R^ und R_n auf der Zielfläche 75. Wie vorher erwähnt wurde, richtet ein Sendeübertrager 77 einen kurzen Impuls akustischer Energie, welcher einen schmalen Streifen auf der Zielfläche beschallt und nach außen in Richtung der Entfernungsachse von einem Zeitpunkt t- am Minimalbereich bis zu einem Zeitpunkt t„ am Maximalbereich fortschreitet. Reflektionsstrahlen von den Empfangsstreifen an dem interessierenden Minimalbereich werden auf die Übertrager nahe deren Oberseite fokussiert, und Reflexionsstrahlen von dem interessierenden Maximalbereich werden auf die Übertrager an deren Bodenabschnitten fokussiert. Fig. 11 zeigt den abtastenden Beschallungsstreifen zu einem dazwischenliegenden Zeitpunkt t.. Die Schnittstelle des

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Beschallungsstreifens 79 mit dem Empfangsstreifen R. ist eine Elementarfläche r. .. Die Schnittstelle mit dem Empfangsstreifen R ist eine Elementarfläche r ., und die akustischen Reflexionen von diesen Elementarflächen treffen auf die Linse auf und werden dann auf die entsprechenden Empfangsübertrager T. und T fokussiert.

Im folgenden wird eine akustische Kamera mit Sende-, Empfangsund Anzeigeabschnitten unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert. Die akustische Linse 83 ist auf der Z-Achse und vor einer Empfangsübertrageranordnung 85 angeordnet. Ein Sendeübertrager (Projektor) 87 gibt bei Empfang eines Ausgangssignales vom Sender 90 einen akustischen Impuls zur Beschallung von wenigstens einer Fläche ab, die gleich der zu betrachtenden Zielfläche 92 ist. Bei der Aufnahme von akustischer Energie von den Empfangsstreifen geben die übertrager der Anordnung 85 entsprechende Ausgangssignale an Empfängerschaltkreise 95 ab, deren Ausgangssignale wiederum periodisch durch eine elektronische Abtastschaltung 97 abgetastet werden. Der Anzeigeabschnitt enthält eine Kathodenstrahlröhre 100 mit Ablenkschaltkreisen 102, welche Wobbeisignale von einem Generator für horizontale Wobbelsignale in einer Horizontal-Steuerschaltung und von einem Generator für vertikale Wobbelsignale in einer Vertikal-Steuerschaltung 106 erhält. Da bei dieser Ausführungsform eine Fernsehanzeigeröhre verwendet wird und keine Speicherung vorgesehen ist, wird der Sender 90 so betrieben, daß er wiederholt die Sendeübertrager 87 speist. In dieser Hinsicht kann jede akustische übertragung durch eine neue vertikale Ablenkung der Anzeige gesteuert werden, so daß die vertikale Steuerschaltung 106 ein Synchronisiersignal an den Sender 90 abgeben kann, um eine Übertragung für jeden neuen darzustellenden Rahmen auszulösen.

Die abgetasteten Signale der Abtastschaltung 97, die durch ein Signal von der Horizontal-Steuerschaltung 104 synchronisiert wird, werden einem Video-Verstärker 110 zugeführt,

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dessen Ausgangssignal der Kathodenstrahlröhre 100 zugeführt wird, so daß die Zielfläche 92 auf der Kathodenstrahlröhre als Anzeigefläche 92' betrachtet werden kann.

Nachfolgend werden eine Reihe von beispielhaften Parametern für die Anordnung gemäß Fig. 13 erläutert. Dabei soll zusätzlich Bezug genommen werden auf Fig. 14, welche verschiedene Dimensionen in einer Seitenansicht der Linse und der Zielfläche zeigt, sowie auf Fig. 15, welche eine Aufsicht der Zielfläche zeigt.

Die Linse 83 kann eine Polystyrollinse mit einem Durchmesser von 229 mm und einer Brennweite von 330 mm sein, deren zentrale Achse einen Winkel von 45° bezüglich der Z-Achse bildet. Die vertikale Strahlbreite θ liegt in der Größenordnung von 40°. Die maximale Schrägentfernung S_M ist so bemessen, daß sie wenigstens 1,5 mal größer als die minimale Schrägentfernung ist, und im vorliegenden Beispiel beträgt sie 1270 cm, d. h. S„/S = 2. Bei einer maximalen Schrägentfernung von 1270 cm kann akustische Energie von dem Maximalbereich in 1/60 s gesendet und reflektiert werden, so daß die Impulswiederholungsfrequenz des Senders 60 Hz wäre. Die Frequenz der gesendeten akustischen Energie kann in der Größenordnung von 3 MHz liegen, so daß die Wellenlänge λ in Wasser 0,50 mm betragen würde.

Bei einer Auflösung S_r der Schrägentfernung von 25,4 mm würde die Länge des ausgesendeten Impulses 33,3 ,us betragen. Bei dieser Auflösung der Schrägentfernung von 25,4 mm, wobei S die Hälfte von S_M beträgt, ergeben sich 250 Bereichselemente 79 gemäß Fig. 15, wobei die Laufzeit von einer Position zur nächsten 33,3 ,us beträgt. Diese Streifen 79 stellen den Beschallungsstreifen vom Zeitpunkt t^ zum Zeitpunkt t_25Q dar. Bei der gegebenen Geometrie würde die Breite des Beschallungsstreifens in der Richtung der Entfernungsachse Y progressiv mit der Entfernung abnehmen.

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Die betrachtete Zielfläche hat eine Breite W von 660 cm und eine Länge L von 851 cm und bei einer Anzahl von 200 Empfängerübertragern wird die Fläche in 200 Empfangsstreifen unterteilt, wodurch sich eine Gesamtzahl von 250 χ 200, d. h. 50.000 Bildelementen ergibt.

Es werden nun beispielsweise Parameter für die Empfänger- und Anzeigeeinrichtung unter zusätzlicher Bezugnahme auf Fig. 16 erläutert, welche die Bauteile von Fig. 13 in detaillierterer Form darstellt. Der Senderabschnitt 90 enthält einen Sendeoszillator 111, der an den Sendeübertrager 87 ein Signal mit 3 MHz während einer Dauer von 33,3 ,us unter der Steuerung einer Impulsschaltung 112 abgibt, die wiederum ein Steuersignal von der Vertikalablenkungs-Steuerschaltung 106 jedesmal dann erhält, wenn ein neues Feld auf der Kathodenstrahlröhre 1OO betrachtet werden soll.

Die Steuerschaltung 104 für die Horizontal-Ablenkung enthält einen Generator 114 zur Horizontal-Synchronisierung, welche ein Synchronisiersignal an eine Horizontal-Ablenkschaltung 115 abgibt, die wiederum das erforderliche Horizontal-Ablenksignal an die Kathodenstrahlröhre 100 abgibt. In ähnlicher Weise enthält die Steuerschaltung 106 für die Vertikal-Ablenkung einen Generator 118 zur Vertikal-Synchronisierung, welcher nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung einer Verzögerungsschaltung 121 ein Synchronisiersignal an eine Vertikal-Ablenkschaltung 119 abgibt, welche das erforderliche Vertikal-Ablenksignal an die Kathodenstrahlröhre liefert.

Die Synchronisationsgeneratoren sind von der Art, die allgemein in einem Fernsehsender verwendet wird, jedoch können die Frequenzen verschieden sein. Die Horizontal-Synchronisationsfrequenz ist ein ganzzahliges Vielfaches der Vertikal-Synchronisationsfrequenz.

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Bei Empfang der reflektierten akustischen Energie gibt jeder Empfängerübertrager T₁ bis T₂OO ^e"*"^{n Aus}9^an9^ssl9^nal ^an den Empfängerabschnitt 95, welcher 200 Kanäle aufweist, von denen jeder mit einem entsprechenden Empfängerübertrager verbunden ist. Das Ausgangssignal jedes Empfängerübertragers wird einem entsprechenden Vorverstärker 116 in jedem Kanal zugeführt und wird weiter im Verstärker 117 verstärkt. Für Anzeigezwecke wird angestrebt, daß das typische Muster ohne Zielbodenreflexion ("no target bottom return pattern") einigermaßen gleichförmig erscheint. Um daher die abnehmende akustische Signalstärke aufgrund der Ausbreitung, Absorption und des Einfallswinkels gegenüber dem Boden zu kompensieren, wird eine Verstärkerschaltung 125 mit zeitlich veränderlicher Verstärkung vorgesehen, welche auf das verzögerte Ausgangssignal vom Vertikal-Synchronisiergenerator 118 anspricht und an jeden Verstärker 117 aller Kanäle ein Steuersignal abgibt, welches die Verstärkung des Verstärkers von einem niedrigen zu einem hohen Wert ändert in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Kurve während der Zeitdauer, in welcher ein Reflexionssignal auftritt. Um sicherzustellen, daß nur Reflexionssignale aus dem interessierenden Minimalbereich bis hinaus zu dem interessierenden Maximalbereich verarbeitet werden, ist eine Entfernungsbereich-Gatterschaltung 126 vorgesehen, die durch das verzögerte Ausgangssignal des Vertikal-Synchronisiergenerators 118 synchronisiert wird und die Verstärker 117 während eines vorgegebenen Zeitintervalls einschaltet.

Das in jedem Kanal empfangene Signal wird dann bezüglich seines Informationsgehalts durch Detektoren 128 bestimmt, welche die aufgenommenen Signale auf entsprechenden Ausgangsleitungen 129 an die Abtastschaltung 97 weiterleiten. Da der Beschallungsstreifen (Fig. 15) sich in 33,3 ,us in seiner nächsten Position befindet, muß die Abtastschaltung 97 so aufgebaut sein, daß sie alle Kanäle in weniger als 33,3 ,us abtastet, so daß der Kathodenstrahl der Anzeigeeinrichtung horizontal zurückgeführt werden kann. Demgemäß sind für die Rück-

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führung 3,3 ,us zugelassen. Die 200 Kanäle müssen während einer Zeitdauer von 30 ,us abgetastet werden, so daß sich pro Kanal 0,15 ,us Abtastzeit bzw. eine Abtastfrequenz von 1/0,15 ,us, d. h. 6,66 MHZ ergibt. Diese Abtastfrequenz muß bei jeder Bewegung des Beschallungsstreifens nach jeweils 33,3 /US wiederholt werden, und demgemäß muß die Abtastschaltung 97 ihre Abtastfunktion bei einer Frequenz von 1/33,3 ,us, d. h. 30 kHz ausführen, und zwar synchronisiert durch den Horizontal-Synchronisationsgenerator 114.

Das Ausgangssignal der Abtastschaltungen auf der Leitung 131 für eine Abtastung stellt die Information dar, welche der Kathodenstrahlröhre 100 zum Zeichnen einer abgetasteten Zeile auf dem Anzeigeschirm gegeben wird.

Die Abtastung des Kathodenstrahls beginnt in der unteren rechten Ecke in der dargestellten Weise und verläuft nach links. Während des ersten Äbtastvorgangs und der Verstärkung durch den Videoverstärker 110 wird die Zeile L1 geschrieben, wonach, wie durch unterbrochene Linien angedeutet ist, eine Strahlrückführung erfolgt, und dann beginnt das Schreiben der Zeile L2 bei einem zweiten Abtastvorgang. Die Folge dauert an, bis die letzte Zeile L25O der Anzeige geschrieben ist, wonach eine neue akustische übertragung stattfindet und der Elektronenstrahl der Anzeigeeinrichtung vertikal zurückgeführt wird. Danach wird die vorbeschriebene Reihenfolge der Vorgänge wiederholt.

Die verschiedenen Positionen des Beschallungsstreifens 79 wurden in Fig. 15 dargestellt. Mehrere dieser Positionen sind ebenfalls in Fig. 17 dargestellt, um zu zeigen, wie die dargestellte Fläche tatsächlich aussieht aufgrund der endlichen Abtastzeit. Der gestrichelte Bereich r.. .. in Fig. 17 stellt die Elementarfläche dar, wie sie als Ergebnis der Abtastung des Ausgangs vom Kanal 1 erscheint. Die Abtastschaltung 97 tastet danach die folgenden Kanäle ab, und wenn der 200ste

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Kanal 30 ,us später abgetastet ist, wird die mit unterbrochenen Linien dargestellte Elementarfläche ^₂OO « angezeigt, so daß in der Tat der auf dem Sichtgerät dargestellte Abtaststreifen der mit KreuzSchraffierung bezeichnete Streifen 79' ist, welcher in die Entfernungsachse Y hinaus wandert. Dadurch wird eine vollständig befriedigende Anzeige des Zielbereichs erhalten, und obgleich die kleine Ecke links unten nicht angezeigt wird, wird ein besonderer Bereich in der oberen linken Ecke angezeigt. Andererseits könnte der Sendeübertrager geringfügig geneigt werden, so daß die ursprünglichen Streifen 79 u. dgl. angezeigt werden.

Jede Fernsehzeile wird daher in 200 benachbarte Segmente unterteilt, von denen jedes das Ausgangssignal eines entsprechenden Empfängerübertragers wiedergibt, und jede Zeile stellt eine neue Position des Beschallungsstreifens von dem Minimalbereich bis hinaus zum Maximalbereich dar. Die verschiedenen Ablenkspannungen können derart bemessen werden, daß jede mögliche Verzerrung der Anzeige vermieden wird, und es können ggf. andere Abtasttechniken vorgesehen werden, um entweder eine Verschachtelung der Zeilen oder der Punkte in der Anzeige zu erreichen.

Für den Betrieb in größeren Bereichen als vorstehend erläutert wurde, muß die Impulswiederholungsfrequenz verringert werden, und es sollte mit niedrigeren Frequenzen gearbeitet werden. Um Flimmerprobleme in der Anzeige zu vermeiden, sollte eine Art von Speicherung vorgesehen werden, beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre mit lange nachleuchtendem Leuchtstoff, eine Abtast-Umformerröhre, eine Speicher-Anzeigeröhre, ein magnetischer Plattenspeicher u. dgl. Eine dauerhafte Anzeige kann erhalten werden durch Verwendung von fotographischem Film oder anderen Arten von Aufzeichnungsfilmen.

Zur Vereinfachung der Herstellung kann die Anordnung der Empfängerübertrager aus einer flachen Folie aus übertragermate-

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rial hergestellt werden, welches in angrenzende längsgestreckte Übertrager geschnitten wird. Um jedoch ein optimales Betriebsverhalten zu erreichen, empfiehlt sich eine Anordnung gemäß Fig. 18, welche eine Seitenansicht der relativen Ausrichtung der Linse und des Empfängerübertragers gegenüber dem zu betrachtenden Bodenbereich darstellt.

Die sphärische Linse 138 in Fig. 18 ist ähnlich derjenigen in Fig. 11. Die Linse 138 ist so ausgerichtet, daß sie auf einen interessierenden Zielbereich zeigt, wobei die Linsenachse einen bestimmten Winkel OC bezüglich der vertikalen Achse bildet. Die akustischen Reflexionssignale von einem Empfängerstreifen, spezieller vom Minimalbereich auf dem Empfängerstreifen sind auf einen Punkt P₁ fokussiert, während Reflexionssignale vom Maximalbereich des gleichen Empfängerstreifens auf einen Punkt P- fokussiert sind. Reflexionssignale von Punkten zwischen dem minimalen und dem maximalen Bereich werden auf eine Kurve fokussiert, und das Übertragerelement T. des Empfängers wird auf diese Kurve eingestellt. Wegen der Ausrichtung der Vorrichtung ist ersichtlich, daß der untere Teil des Übertragers T_± am Punkt P₂ näher an der Linse 138 liegt als der obere Teil am Punkt P₁. Bei dieser Orientierung bezüglich der Linse 138 und bei der gewählten Linsenkrümmung wird eine akustische Reflexion von irgendeinem Punkt längs des EmpfängerStreifens scharf fokussiert, wodurch sich ein optimales Betriebsverhalten der Anordnung ergibt. Um die Erklärung zu vereinfachen, sind akustische Strahlen dargestellt, welche von einem Punkt herrühren und auf einen Punkt fokussiert sind, obgleich es sich versteht, daß es sich in Wirklichkeit um begrenzte Bereiche handelt und die Punkte als der Mittelpunkt solcher Elementarbereiche oder Elementarflächen angesehen werden können.

Jeder Empfängerübertrager hat eine ausreichende Länge in der Größenordnung von zehn λ bis hundert λ oder tausend Λ , um die fokussierte reflektierte akustische Energie von dem

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Minimalbereich hinaus bis zu dem Maximalbereich aufzufangen, und vorzugsweise sollte die Breite jedes Empfängerübertragers etwa gleich der Zahl f der Linse mal der Betriebswellenlänge X sein. Die Zahl f der Linse ist die Brennweite geteilt durch den Linsendurchmesser. Bei f = 1,45 und λ = 0,5 mm ist eine Breite von 7,37 mm zufriedenstellend, und im allgemeinen ist die Länge etwa gleich dem Durchmesser der Linse.

Es wurde erwähnt, daß eine Einrichtung zur Veränderung des relativen Abstands zwischen dem Empfängerübertrager und der Linse zur Änderung der Objektebene vorgesehen ist. Dieses kann beispielsweise gemäß Fig. 19 und 20 erreicht werden, wobei Fig. 20 eine Ansicht entlang der Linie XX in Fig. 19 ist. Die Linsen- und Empfängerbauteile sind in einem Gehäuse 140 untergebracht, welches aus zwei Abschnitten 141 und 142 besteht, die relativ zueinander bewegbar sind mittels einer Schraubverbindung zwischen diesen beiden Abschnitten. Der Abschnitt 141 trägt eine akustische Linse 144, während der Abschnitt 142 eine Empfängerübertrageranordnung 146 trägt, die auf einer Tragscheibe 147 angeordnet ist, welche auch die erforderlichen Signalverarbeitungsschaltungen 150 tragen kann, die in geeigneter Weise untergebracht sind. Die Übertrageranordnung 146 ist um einen Zapfen 152 zur geeigneten Ausrichtung gegenüber der Linse 144 entsprechend Fig. 18 drehbar, und die Ausrichtung kann durch eine Klemmanordnung 155 fixiert werden, welche eine geschlitzte Konsole 156, eine Klemmschraube 157 und einen Handgriff 158 enthält, der sich durch einen Schlitz 159 erstreckt, um die Einrichtung um den Zapfen 152 zu drehen.

Durch einfache Bewegung des Abschnitts 141 relativ zu dem Abschnitt 142 kann der Abstand zwischen der Linse und der Empfängeranordnung für verschiedene Zielflächenabstände verändert und angepaßt werden.

Um das Verständnis zu erleichtern, wurden die Gestalt der Übertrageranordnungen und Zielflächen etwas idealisiert. Tat-

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sächlich kann es eine Überlappung der Empfängerstreifen oder kleine Zwischenräume zwischen diesen geben, wobei in jedem dieser Fälle eine angemessene Anzeige für die meisten Zwecke erreicht wird. Die in Fig. 21 dargestellte Zielfläche, welche unter Verwendung einer Linse mit Kugelfläche erzeugt werden soll, würde eine Übertrageranordnung erforderlich machen, die gemäß Fig. 22 ausgebildet sein müßte. Die vorherbeschriebene längsgestreckte-Übertrageranordnung gemäß Fig. 23 würde in der Tat eine Zielfläche erzeugen, die ähnlich derjenigen in Fig. 24 wäre. Eine solche Fläche kann auf der Kathodenstrahlröhre mit herkömmlicher XY-Abtastung in etwas verzerrter Weise dargestellt werden, oder es kann eine Sektorabtastung in dem . Fachmann bekannter Weise vorgesehen werden, um die dargestellte Form genau zu reproduzieren.

Wenn die zylindrische Linse oder die Linse mit variabler Fokussierung verwendet wird, empfängt die Übertrageranordnung gemäß Fig. 25 Information von einer Zielfläche gemäß Fig. 26.

Wenn die Empfängerübertrager im wesentlichen Punkteübertrager (1 λ bis 3 λ), beispielsweise in Fig. 2, 4 und 6 oder Dauben-Übertrager gemäß Fig. 13 sind, erfolgt die Anordnung der Übertrager bezüglich des Fokussierungselementes außerhalb der Fokussierungsflache, so daß der Betrieb sich in dem nahen Feld abspielt, wodurch die in der seitlichen Richtung (X-Achse) erreichte Auflösung besser als die Größe als die Empfängeröffnung, d. h. die Abmessung des Fokussierungselementes in der X-Richtung ist. Dieser nahe Feldbereich, welcher auch als Fresnel-Bereich bekannt ist, erstreckt sich von der Vorrichtung bis hinaus zu einem Abstand von etwa 2D /X, wobei D die Apertur und λ wiederum die Betriebswellenlänge in Wasser ist.

Patentansprüche;

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Claims (24)

- 24 Patentans ρ r ü c h e ;

1. Akustische Kamera zur Abbildung eines Zielbereichs, dadurch gekennzeichnet, daß eine Empfängereinrichtung (20) vorgesehen ist, welche eine Vielzahl benachbarter Empfängerstrahlen bildet, zur Aufnahme akustischer Reflexionssignale von entsprechenden benachbarten Empfängerstreifen (R₁...R ) des Zielbereichs (12), die Empfängerstreifen relativ lang in der Richtung (Y) der Zielentfernung und relativ schmal in einer dazu rechtwinkligen Richtung (X) sind, eine Sendeeinrichtung (10) einen kurzen Impuls (14) mit akustischer Energie aussendet und einen Streifen (16) beschallt, der relativ schmal in der Entfernungsrichtung und wenigstens gleich der Breite des zu betrachtenden Zielbereichs ist, die Sendeeinrichtung so aufgebaut ist, daß der beschallte Streifen den Zielbereich von einem interessierenden minimalen Entfernungsbereich R bis zu einem interessierenden maximalen Entfernungsbereich R„ in einer vorbestimmten Zeitspanne überstreicht, die Schnittstelle des Beschallungsstreifens mit den Empfängerstreifen eine Vielzahl von Elementarbereichen bildet, die Empfängereinrichtung eine Vielzahl von Empfangsübertragern (T-...T) und ein akustisches Fokussierelement (24) enthält, welches bezüglich der Vielzahl von Empfangsübertragern angeordnet und so ausgerichtet ist, daß es die akustischen Reflexionssignale von den entsprechenden Elementarbereichen auf die entsprechenden Empfangsübertrager von dem minimalen Entfernungsbereich R bis hinaus zu dem maximalen Entfernungsbereich Rj. überstreicht, die Empfangsübertrager entsprechende Ausgangssignale beim Aufprall der fokussierten akustischen Reflexionssignale abgeben und eine Einrichtung dieser Ausgangssignale verarbeitet und anzeigt.

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2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungselement eine akustische Linse (24) ist.

3. Kamera nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse wenigstens eine Oberfläche enthält, die eine Kegelschnittfläche begrenzt.

4. Kamera nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (24) eine veränderliche Krümmung von der Oberseite zur Unterseite hat und somit eine größere Brennweite nahe der Oberseite aufweist, und diese Brennweite progressiv zu der Unterseite der Linse abnimmt.

5. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Empfangsübertrager im wesentlichen ein Punktaufnehmer mit einer maximalen Ausdehnung von 1 λ bis 3 Λ ist, wobei X die Betriebswellenlänge des Mediums darstellt, in welchem die Kamera arbeitet.

6. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Fokussierungselement (40) wenigstens eine Zylinderfläche (41, 42) aufweist;

7. Kamera nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungselement ein zylindrischer Reflektor ist, der oberhalb und vor der Vielzahl von Empfangsübertragern mit Bezug auf den Zielbereich angeordnet ist.

8. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungselement eine um eine Linsenachse herum angeordnete akustische Linse ist, welche sich unterhalb und vor der Vielzahl von Empfangsübertragern in bezug auf den Zielbereich befindet.

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9. Kamera nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenachse im allgemeinen parallel zur Ebene des Zielbereichs gerichtet ist.

10. Kamera nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse zylindrische Ober- und Unterflächen (41, 42) enthält.

11. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das akustische Fokussierungselement wenigstens eine Kugelfläche aufweist.

12. Kamera nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückflächen der Linse kugelförmig ausgebildet sind.

13. Kamera nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines längsgestreckten Empfangsübertragers etwa gleich dem Durchmesser der Linse ist.

14. Kamera nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines längsgestreckten Empfangsübertragers etwa gleich der Zahl f der Linse mal der Betriebswellenlänge X ist.

15. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsübertrager außerhalb der Brennweite des Fokussierungselementes angeordnet sind.

16. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägentfernung S_M vom Fokussierungselement zum interessierenden maximalen Entfernungsbereich wenigstens 1,5 mal der Schrägentfernung S zu dem interessierenden minimalen Entfernungsbereich ist.

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17. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die längsgestreckten Empfangsübertrager bezüglich des Zielbereichs hinter der Linse angeordnet sind und ein Ende jedes längsgestreckten Empfangsübertragers näher zu der Linse als das gegenüberliegende Ende angeordnet ist.

18. Kamera nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der längsgestreckte Empfangsübertrager von dem einen Ende zum anderen Ende gekrümmt ist.

19. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (63) zur Bewegung der Vielzahl von Empfangsübertragern bezüglich des Fokussierungselementes die Betrachtung von Zielbereichen von verschiedenen relativen Höhen aus ermöglicht.

20. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Anzeigeeinrichtung eine Kathodenstrahlröhre (100), eine Schaltung (102, 104) zur Abgabe von Horizontal- und Vertikal-Ablenkungssignalen an die Kathodenstrahlröhre, eine Vielzahl von Signalverarbeitungskanälen (1 - 200), von denen jeder mit einem entsprechenden längsgestreckten Empfangsübertrager (T₁ bis T₂₀₀) zur Verarbeitung der entsprechenden Ausgangssignale verbunden ist und eine Einrichtung (128) zur Abtastung jedes dieser Kanäle und zur Abgabe der verarbeiteten Signale an die Kathodenstrahlröhre enthält und bei jeder Abtastung die Information für eine Fernsehzeile geliefert wird.

21. Kamera nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Übertragungen durch die Schaltung besteuert sind.

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22. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur ähnlichen Beschallung eines zweiten Zielbereichs vorgesehen ist, eine zweite Vielzahl von Empfangsübertragern vorgesehen ist und die erste Vielzahl von Empfangsübertragern und die zweite Vielzahl von Empfangsübertragern bezüglich des akustischen Fokussierungselementes derart ausgerichtet sind, daß sie die betreffenden akustischen Reflexionssignale von den ersten bzw. zweiten Zielbereichen aufnehmen.

23. Kamera nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerfahrzeug (63) dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Weglänge zurückzulegen und die Kameras zur Abbildung der ersten und zweiten Zielbereiche auf die Seiten des Weges des Trägerfahrzeuge zu tragen, und eine Einrichtung in ähnlicher Weise einen dritten Zielbereich vor dem Trägerfahrzeug beschallt und eine Einrichtung die akustischen Reflexionssignale von dem dritten Zielbereich zur Abbildung des Bereichs unterhalb des Weges des Trägerfahrzeugs aufnimmt und verarbeitet.

24. Kamera nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur Abbildung des Bereichs von dem interessierenden minimalen Entfernungsbereich des ersten Zielbereichs bis zu dem minimalen Entfernungsbereich des zweiten Zielbereichs aufgebaut und angeordnet ist.

Sch/hs 3

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