DE2208061A1

DE2208061A1 - Verfahren zum aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder mikrowellenhologrammen

Info

Publication number: DE2208061A1
Application number: DE2208061A
Authority: DE
Inventors: Dietlind Pekau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-21
Filing date: 1972-02-21
Publication date: 1973-09-06
Also published as: IT979275B; NL7301658A; DE2208061B2; FR2173035A1; LU67057A1; JPS4897553A; SE378917B; CA981959A; DE2208061C3; CH548619A; GB1422802A; BE795738A; FR2173035B1; US3864665A

Description

Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen

Die vorliegende Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen, wobei ein von einem Objekt ausgehendes Objektwellenfeld von einem Empfangswandler abgetastet v/ird, dessen elektrische Ausgangssignale in Lichtsignale umgewandelt werden, die zeilenweise als Hologramme auf einem lichtempfindlichen Medium aufgezeichnet werden.

Um bei der Rekonstruktion von Hologrammen das Bild des Objektes vom ungebeugten Licht und üem konjugierten Bild räumlich zu trennen, wird in der allgemeinen Holografie zur Aufnahme des Hologramms eine Referenzwelle verwendet, die in einem V/inkel zur Ob jο?.εΐwelle einfällt.

In der akustischen und Mikrowellen-Hologr-afie v/ird diese Bezugswelle meist elektronisch beigefügt, da zur.Aufnähme von Mikrowellen oder Schallwellen lineare Empfänger verwendet werden. Es gibt nun zwei Möglichkeiten, diese Referenzwellen elektronisch su realisieren. Die erste besteht darin, das Schallfeld Punkt für Punkt abzutasten und an jedem Abtastpunkt dem empfangenen Signal ein Bezugssignal der Schall- oder Mikrowellen-Frequenz hinzuzufügen, wodurch eine Referenzwelle simuliert wird, die nor aal zur Hologrammen-ore verläuft. In diei/.joi Fall mu2 das Objekt senkrecht zur Hologram normalen versc.ocen werden, uai den notwendigen V/inkel zwischen Objekt- und Iiexerersstrahl au erhalten«

Entsprechend der zweiten Möglichkeit wird eine schräg zur Hologrammeber„e einfallende Referenswelle dadurch simuliert, daß die Phase äes Bezugssignals der gleichen Frequenz

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an jedem Abtastpunkt verändert wird.

Da der maximale Winkel zwischen Objekt- und Referenzwelle in vielen Fällen beschränkt ist, gibt es Bereiche des Objektes, die in einem Winkel zur Hologrammnormalen auftreten, der in der Nähe des Einfallswinkels der Referenzwelle liegt. Bei der Rekonstruktion des Hologramms sind daher diese Objektbereiche entweder nur geringfügig vom ungebeugten Licht getrennt oder teilweise sogar von diesem überlagert. Da in der Praxis das ungebeugte Licht in der Fouriertransforuiationsebene des Hologrammms ausgeblendet wird, ist insbesondere bei gerinreui Winkel eine erhebliche Verschlechterung des Signal/Rauscn-Verhältnisses zu verzeichnen.

Um das Signal/Rausch-Verhältnia zu erhöhen, wurde bereits ein Aufzeichnungsverfahren für akustische, synthetische odor Mikrowellen-Hologramme vorgeschlagen (s. unsere ältere Anmeldung unser Zeichen VPA 72/7011 ) mit dem das ungebeugte Licht von den Objektrekonstruktionen dadurch getrennt wird, daß jede zweite Zeile parallel zur Zeilenrichtung verschoben wird. Dies hat zur Folge, daß die Abtastfrequenz der Amplituden- und Phaseninformation des Objektwellenfeldes halbiert wird, während der konstante bis langsam variierende Anteil der Hologrammtransmission, der bei der Rekonstruktion das ungeheure Licht erzeugt, durch eine Zeilenverschiebung unverändert bleibt, so daß die Abtastfrequenz dieses Anteils da3 Doppelte der aufgezeichneten Abtastfrequenz der Objektinformation beträgt. In der Fouriertransformationsebene des Hologramns sind dann diese Komponenten durch diesen Frequenzunterschied räumlich getrennt, so daß das ungebeugte Licht ohne Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses ausgeblendet werden kann.

Diesem Verfahren haftet jedoch noch der Nachteil an, daß der Sichtwinkel halbiert wird, wodurch eine unerwünschte

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Verringerung der maximal abbildfcaren Objektbreite entsteht. -«-

Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem bei der Rekonstruktion der derart aufgenommenen Hologramme das ungebeugte Licht von den BiIdrekonstruktionen vollständig getrennt werden kann, so da£ ein erheblich besseres Signal/Rausch-Yerhältnis erzielt wird, und mit dem der Sichtwinkel nicht verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß jede Zeile zweimal von dem lichtempfindlichen Medium derart aufgezeichnet wird, daß jede zweite Zeile sowohl senkrecht als auch parallel zur Zeilenrichtung verschoben wird. Eine Reduzierung des Sichtwinkels wird dadurch vermieden, daß statt einer Verringerung der Abtastfrequenz der Objektinforisation die Abtastfrequenz des ungebeugten Lichtes erhöht wird. Zur Trennung des ungebeugten Lichtes von den Objektrekonstruktionen werden hierbei also zwei gleiche Hologrammsysteme so überlagert, daß das zweite Hologrammsystem senkrecht zum Zeilenabstand und parallel zur Zeilenrichtung des ersten Hologrammsystems verschoben ist.

Vorzugsweise beträgt die Zeilenverschiebung senkrecht zur Zeilenrichtung die Hälfte des Zeilenabstandes zweier nicht verschobener Zeilen.

Die Zeilenverschiebungen können dabei derart erfolgen, daß entweder die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale durch einen Oszillografen in Lichtsignale umgewandelt werden und die Ablenkspannungen des Oszillografen entsprechend gesteuert werden, oder dadurch, daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangs-

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signale über eine Verdopplungs- und/oder Verzögerungsschaltung einem Oszillografen zugeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. ,

Ss zeigen:

Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen

Aufzeichnungsverfahrens und
Figur 2 die Anordnung der verschobenen Hologrammzeilen auf einem Hologrammträger.

Zur Aufnahme von beispielsweise akustischen Hologrammen werden Amplituden- und Phasenverteilung eines Schallfeldes, das von einem kohärent beschallten Objekt erzeugt wird, in einer Empfangsebene (X_Q, Yq) abgetastet. Dem empfangenen Signal wird ein kohärentes Referenzsignal beigefügt und das auf diese Weise entstandene Interferenzsignal auf einem elektrooptischen Wandler sichtbar dargestellt und auf Film gespeichert. Als Schallempfänger kann beispielsweise eine Matrix von Schallwandlern verwendet werden, die elektronisch abgetastet werden, oder ein einzelner Schallwandler, der mechanisch über die Empfangsebene bewegt wird, und dadurch das Schallfeld zeilenweise in vorhergegebenen Abständen abtastet.

Durch die Wiederholung jeder Zeile wird die Abtastfrequenz des konstanten oder langsam variierenden Anteils der Hologramatransmission verdoppelt, da dieser durch eine geringe Verschiebung senkrecht zur Zeilenrichtung und parallel zur Zeilenrichtung nicht beeinflußt wird. Die Abtastfrequenz der Objektinformation bleibt dagegen konstant, da bei dieser Komponente durch eine Zeilenversetzung lediglich eine Phasenverschiebung auftritt. Durch den so erzeugten Frequenzunterschied sind in der Fouriertransformationsebene der Hologramme das rekonstruierte Bild und das ungebeugte Licht räumlich

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getrennt, so daß letzteres ohne Verschlechterung des Signal/ Rausch-Verhältnisses ausgeblendet werden kann.

Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Anordnung zur Aufzeichnung von akustischen Hologrammen ist mit 1 das aufzuzeichnende Objekt "bezeichnet, beispielsweise eine mit Bohrungen versehene Metallplatte, die sich in einem mit einer Flüssigkeit gefülltem Tank 2 befindet. Mit 3 ist ein Oszillator bezeichnet, mit 4 ein Verstärker und mit 5 ein Schallsender, der das Objekt 1 beschallt. Mit einem zweidimensional steuerbaren Ultraschallempfänger 8 wird die Flüssigkeitsoberfläche Punkt für Punkt abgetastet und das vom Objekt 1 gebeugte Schallfeld empfangen. Dem empfangenen Signal wird an jedem Abtastpunkt nach Verstärkung durch den Verstärker 9 ein vom Generator 3 entnommenes kohärentes Referenzsignal in einer Mischstufe beigefügt. Das resultierende Interferenzsignal wird nun einem Oszillografen 6 zugeführt und Zeile für Zeile mit einer Kamera 11 aufgenommen.

Die gewünschten Zeilenverschiebungen senkrecht und parallel zur Zeilenrichtung können nun dadurch erfolgen, daß entweder die Ablenkspannungen des Oszillografen 6 entsprechend gesteuert werden oder dadurch, daß die von der Mischstufe abgegebenen Ausgangssignale erst eine Verdopplungs- und/oder Verzögerungsschaltung durchlaufen, bevor sie dem Oszillografen 6 zugeführt werden.

Figur 2 zeigt die Anordnung der Hologrammzeilen auf einem Hologrammträger 10. Jede Hologrammzeile 12, 13» 14» wird doppelt geschrieben und diese doppelt geschriebenen Hologrammzeilen 22, 23, 24 um einen kleinen Betrag Λ _y in Zeilenrichtung verschoben. Der senkrecht zur Zeilenrichtung gemessene Abstand einer unverschobenen Zeile 12 von einer verschobenen Zeile 22 beträgt die Hälfte des Zeilenab-

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Standes L zweier unverschobener Zeilen 12 und 13. Hierdurch entstehen zwei gleiche, sich überlagernde Hologrammsysteme, wobei das erste durch die Hologrammzeilen 12, 13, 14 ··· und das zweite durch die Hologrammzeilen 22, 23, 24 ··· gebildet wird.

Zur Rekonstruktion eines derart mit zwei Hologrammsystemen belegten Hologrammträgers wird dieser mit einem konvergenten Laserstrahl beleuchtet, so daß kurz vor und hinter dem Fokus des Laserstrahls jeweils das verkleinerte Bild des Objektes, sowie das konjugierte Bild zusammen mit den höheren Beugungsordnungen entstehen. Durch die Zeilenverdopplung entsteht in der Brennebene des Laserstrahls die erste Beugungsordnung des rekonstruierten Bildes räumlich getrennt zwischen dem ungebeugten Licht und der ersten Beugungsordnung des konstanten Anteils der Hologrammtransmission. Das ungebeugte Licht sowie höhere Beugungsordnungen, die nicht zur Bildrekonstruktion beitragen, können dadurch mit einer Blende ausgefiltert werden.

4 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Aufzeichnung von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen, wobei ein von einem Objekt ausgehendes Objektwellenfeld von einem Empfangswandler abgetastet wird, dessen elektrische Ausgangssignale in Lichtsignale umgewandelt werden, die zeilenweise als Hologratrae von einem lichtempfindlichen Medium aufgezeichnet v/erden, dadurch gekennzeichnet , daß jede Zeile zweimal von dem lichtempfindlichen Medium derart aufgezeichnet wird, daß jede zweite Zeile sowohl senkrecht als auch parallel zur Zeilenrichtung verschoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , öaß die Zeilenverschiebung senkrecht zur Zeilenrichtung die Hälfte des Zeilenabstandes zweier nicht verschobener Zeilen beträgt.

3· Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeilenverschiebungen derart erfolgen, daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale durch einen Oszillografen in Lichtsignale umgewandelt werden und die Ablenkspannungen des Oszillografen entsprechend gesteuert werden.

4· Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeilenverschiebungen derart erfolgen, daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale über eine Verdopplungs- und/oder Verzcgerungsschaltung einem Oszillografen zugeführt werden.

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