DE2225821A1 - System zur Sichtbarmachung eines Gegen Stands durch akustische Holographie - Google Patents
System zur Sichtbarmachung eines Gegen Stands durch akustische HolographieInfo
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- Y10S359/00—Optical: systems and elements
- Y10S359/901—Acoustic holography
Description
εοοο München 60, 24. .Mai 1972
Dipl.-Ing. Egon Prinz
Patentanwälte
Telefon: 83 15 10
Postscheckkonto: München 117078
THOMSON - CSP
173, Bd. Haussma.nn
PARIS 8e /Frankreich
173, Bd. Haussma.nn
PARIS 8e /Frankreich
Unser Zeichen: T 1229
System zur Sichtbarmachung eines Gegenstands durch akustische Holographie
Die Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Sichtbarmachung eines Gegenstands durch akustische Holographie. Sie betrifft
insbesondere einen verbesserten optischen Detektor, der in Verbindung mit einer klassischen Yorrichtung zur
Erzeugung von akustischen Hologrammen deren optische Rekonstruktion in Form von Bildern ermöglicht, die frei
von Mangeln sind.
Das akustische Hologramm eines gegebenen Gegenstands wird mit Hilfe von zwei synchronen Ultraschallquellen
erhalten, die Ultraschallbündel aussenden, die miteinander zur Interferenz kommen. Die Ultraschallbündel
breiten sich in einer Flüssigkeit aus, an deren Oberfläche sie sich treffen; das eine Bündel trifft auf den
Lei/Gl
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Gegenstand, bevor es mit dem anderen Bündel so zur Interferenz kommt, daß ein Interferenzstreif engitt-er
erzeugt wird, das Runzeln auf der Oberfläche der Flüssigkeit hervorrufen kann. Da die Verformung der
Oberfläche der Flüssigkeit ;an jedem Punkt der Ultraschallintensität
proportional ist, stellt diese Oberfläche ein echtes Hologramm des in die Flüssigkeit
eingetauchten Gegenstands dar.
Zur Verbesserung der Güte dieser Hologramme ist es bekannt, einen impulsweisen Betrieb der Ultraschallquellen
anzuwenden. Die Ultraschallwellen werden in Form von Wellenzügen geliefert, deren Dauer klein gegen
die Folgeperiode ist.
Bei den meisten zur Zeit angewendeten Systemen erfolgt die Echtzeit-Sichtbarmachung der Ultraschall-Hologramme
durch Rekonstruktion dieser Hologramme in kohärentem Licht. Zu diesem Zweck wird ein von einem Laser stammendes
Lichtbündel von dem sich an der Oberfläche der Flüssigkeit bildenden Ultraschall-Hologramm reflektiert,
Das reflektierte Licht enthält mehrere gebeugte Strahlungen, von denen eine durch eine Blende zur Erzeugung
eines Bildes des' Gegenstands ausgewählt wird.
Unglücklicherweise ist die kleinste Teilung der Interferenzstreifen,
die man auf der Oberfläche des Öls erscheinen lassen kann, verhältnismäßig groß, so daß
die Beugungsbilder der entsprechenden Ordnungen nahe beieinander liegen und die Auswahl der nutzbaren Strahlung
praktisch nur mit einer Blende von sehr kleiner Öffnung erfolgen kann. Wenn die Öffnung der Blende vergrößert
wird, kann das Störlicht nicht ausreichend unterdrückt werden. Ferner ergibt bei Anwendung einer
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kohärenten Beleuchtung die Verwendung einer sehr kleinen Blendenöffnung einen sehr störenden Moire-Effekt in dem
rekonstruierten Bild.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Ultraschall-Bildwiedergabe,
bei welchem das akustische Hologramm an der Oberfläche einer Flüssigkeit durch Ultraschallprojektion
des Bildes eines dünnen Schnittes des Gegenstandes an diese Oberfläche und durch Überlagerung einer Bezugs-Ultraschallstrahlung
erhalten werden kann. Die Projektion eines Ultraschallbildes kann mit Hilfe von akustischen
Flüssigkeitsiinsen erhalten werden, doch weisen
diese beträchtliche Aberrationen auf, die insbesondere auf den Umhüllungen beruhen, die ihren Inhalt von der .
Flüssigkeit trennen, in die sie eingetaucht sind. Man kann diese Aberrationen teilweise dadurch vermeiden, daß
die akustischen Linsen durch Spiegel ersetzt werden; da jedoch deren Abmessungen gegenüber der Wellenlänge der
verwendeten Ultraschallstrahlungen verhältnismäßig bescheiden sind, muß darauf geachtet werden, daß die Ursachen
von Verzerrungen, die sich aus den Unvollkommenheiten der Ultraschallquellen und den geometrischen
Aberrationen ergeben, möglichst weitgehend verringert werden.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur optischen Sichtbarmachung von akustischen Hologrammen,
die von diesem Nachteil frei ist. Nach der Erfindung wird dies im wesentlichen dadurch erreicht, daß Rekonstruktionseinrichtungen
vorgesehen sind, deren Betrieb auf die Phasen der Ultraschallerregung der Flüssigkeitsoberfläche beschränkt ist. Dadurch werden die Auswirkungen
des Störlichts auf die Güte der Rekonstruktion merklich verringert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. Darin zeigen:
Pig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Ausführungsform des optischen Modulators
des Systems von Pig. 1,
Pig. 3 eine andere Ausführungsform des optischen Modulators des Systems von Pig. 1,
Pig. 4 eine andere Ausführungsform des Systems nach
der Erfindung und
Pig. 5 eine weitere Ausführungsform des Systems nach
der Erfindung.
Pig. 1 zeigt den zu beobachtenden Gegenstand 1, der in das Innere einer Wanne 2 eingebracht ist, die mit einer
Flüssigkeit 3 gefüllt ist. Eine erste Ultraschallquelle 4, die beispielsweise ein elektromechanischer Wandler sein
kann, strahlt den Gegenstand über eine Pilterblende 5 und einen sphärischen Reflektorspiegel 6 akustisch an.
Die aus dem Gegenstand austretende Ultraschallwelle wird von einem ebenen Spiegel 7 aufgefangen und zu einem
sphärischen Spiegel 8 projiziert, der sie dann auf dem Weg 9 zur Oberfläche der Flüssigkeit reflektiert. Eine
zweite Ultraschallquelle 10 sendet über eine Blende 11
eine Ultraschall-Trägerwelle 12 aus, die von einem
sphärischen Spiegel 13 zur Oberfläche der Flüssigkeit reflektiert wird.
Die go^onseiti ge Lage des Gegenstands, der Ultraschall quellen
und de]· verschiedenen Spiegel ist i50 eingestellt,
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daß die Gegenstandswelle und die Trägerwelle an der Oberfläche der Flüssigkeit zur Interferenz kommen.
Um die durch das Zusammentreffen der beiden Ultraschallstrahlungen erzeugten Interferenzstreifen erkennbar
zu machen, ist die Oberfläche der Flüssigkeit teilweise mit einem Ölfilm 14 bedeckt, der in einer
Schale 15 enthalten ist, deren Boden durch eine außerordentlich dünne und leichte Membran 16 gebildet ist,
welche die Übertragung der Ultraschallenergie zwischen der in der Wanne 2 enthaltenen Flüssigkeit 3 und dem
Ölfilm 14 nicht stört. Diese Membran 16 kann beispielsweise durch einen Polycarbonatfilm oder einen Mylar-Film
gebildet sein. Der Ultraschallstrahlungsdruck erzeugt ein Anheben des Ölfilms, das an jedem Punkt
von der empfangenen Schallintensität abhängt; dieses Anheben ist durch eine an der Öloberfläche liegenden
Wellenlinie 17 dargestellt. Diese Wellenlinie entspricht praktisch einem Relief, welches das akustische Hologramm
des Gegenstands 1 bildet.
Die beiden Ultraschallquellen 4 und 10 werden von einem Generator 18 erregt, der einen Eingang 19 und zwei mit
dem Wandler 4 bzw. dem Wandler 10 verbundene Ausgänge und 21 hat. Wegen der Wegdifferenz und daher der unterschiedlichen
Laufzeit der beiden Schallwellen im Innern der Wanne erregt der Generator 18 die beiden Wandler in
an sich bekannter Weise mit einer solchen zeitlichen Verschiebung, daß die Trägerwelle und die Gegenstandswelle die Oberfläche der Flüssigkeit im gleichen Augenblick
erreichen. Der Eingang 19 empfängt ein Signal 22, das die Aussendung der von den Ausgängen 20 und 21 zu
den-Wandlern 4 bzw. 10 gelieferten Impulse auslöst.
Der Generator 18 empfängt das dem Eingang 19 zugeführte elektrische Steuersignal 22 jedesmal dann, wenn sich ein
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Modulator 23 in einer solchen Stellung befindet, daß er die von einem Laser 250 kommende Lichtstrahlung
durchläßt. Damit jedoch die laufZeitunterschiede korrigiert
werden, die auf den unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Ultraschallwellen und der
Lichtwellen beruhen, sind dem Modulator 23 Synchronisiereinrichtungen 231 zugeordnet, die bewirken, daß
das in Form von Lichtimpulsen vom Modulator gelieferte optische Signal die Oberfläche der Flüssigkeit im
gleichen Zeitpunkt wie die Ultraschalliinpulse erreicht.
Während eines so definierten Arbeitszyklus wird die vom Modulator 23 abgegebene Strahlung 24 mit Hilfe einer
Linse 25 fokussiert, und sie geht durch eine Blende 26, die mit einer Auswahlöffnung 27 versehen ist, die in
einer Ebene P~ liegt, die im Brennpunkt einer Linse liegt. Die aus der Öffnung 27 austretende -Lichtstrahlung
die durch einen geneigten Spiegel 30 reflektiert wird, beleuchtet die Oberfläche des Ölfilms 14 und insbesondere
das Hologramm 17. Me öffnung 27 liegt sehr geringfügig extentrisch in Bezug auf die optische Achse. Dadurch ist
es möglich, daß die vom Hologramm gebeugte Strahlung
durch die Linse 28 in der Ebene P„ an einer Stelle fokussiert wird, die außerhalb der Öffnung 27 liegt,
welche die einfallende Strahlung 29 durchläßt. Man erhält somit in der Ebene P~ die vom akustischen Hologramm
erzeugten Beugungsbilder der verschiedenen Ordnungen zu beiden Seiten der in der Mitte liegenden Ordnung
Null, die mit 0 bezeichnet und in vollen Linien dargestellt ist. Außer der Ordnung O sind auch die
Ordnungen (+1) und (-1) in der Zeichnung beispielshalber in unterbrochenen Linien dargestellt. Eine Blende
ermöglicht mit Hilfe einer Öffnung 31 die räumliche Auswahl der Ordnung, die zur optischen Rekonstruktion
des akustischen Hologramms dient.
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— 1 —
Die von der Lichtstrahlung mitgeführte Information
kann am Ausgang der Öffnung 31 im Fall einer Aufzeichnung durch eine (in der Zeichnung nicht dargestellte)
photographische Platte empfangen werden, oder durch die Photokatode eines Vidicons 32. Im letzten Pail
kann ein Bild 33 des Gegenstands 1 auf dem Bildschirm einer Katodenstrahlröhre 34- beobachtet werden. Damit
diese Information durch die Blende 300 hindurchgehen
und auf der sehr nahe "bei der Ebene P„ angeordneten
Photokatode des Yidicons 32 erscheinen kann, muß die Ausbildung der in der Wanne 2 enthaltenen Spiegelgruppe
so beschaffen sein, daß das akustische Hologramm in der Lage ist, ein akustisches Bild 35 des Gegenstands
1 sehr nahe an der Oberfläche zu erzeugen. Da die Wellenlänge der Schallwellen sehr viel größer
ist als die Wellenlänge der für die !Rekonstruktion verwendeten Lichtstrahlung, wird ein virtuelles optisches Bild 36 sehr weit hinter dem Hologramm 17 gebildet,
sobald man sich von diesem entfernt. Das reelle Bild erscheint unter diesen Bedingungen auf der Photokatode
des Vidicons, die sehr nahe bei der Blende 31 angeordnet ist, die ihrerseits im Brennpunkt der Linse
liegt. Uatürlich sind in der Zeichnung die wirklichen
Abstände der Bilder 35 und 36 nicht eingehalten.
Ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Anordnung
besteht darin, daß der vom Modulator 23 gelieferte Beleuchtungszyklus
im wesentlichen mit dem Zyklus der Bildung den akustischen Hologramms auf der Oberfläche
der Flüssigkeit zusammenfällt. Diese Wirkungsweise wird
dadurch ermöglicht, daß die Zeiten der Ausbildung und den Verschwindens der Ultrssohall-lnterferenzstreifen
auf dor Oberfläche den Öls- sehr kurz gegen die Dauer
der TJ] trHschyl.] erregung sind, so daß man keine nutzbare
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Information dadurch verliert, daß die Beleuchtung der Ölschicht auf diese Dauer begrenzt wird.
Dagegen ist die Dauer des Störlichts, das infolge der Nähe der Beugungsbilder benachbarter Ordnungen durch
die Öffnung 31 der Auswahlblende hindurchgehen kann, im Verhältnis der" Beleuchtung^- und Verdunkelungszeiten
verringert. Dies gilt insbesondere für die Ordnung O,
die außerordentlich hell ist. Der Modulator 23 kann beispielsweise Lichtimpulse mit einer Dauer in der
Größenordnung von 500 us und einer Folgeperiode von 10 ms
liefern. Dies ergibt eine Abschwächung der Störlichteffekte im Verhältnis 1:20. -
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des
Lichtmodulators 23 und der Synchronisiereinrichtung von Fig. 1.
Dieser Modulator ist durch eine rotierende Scheibe 40 gebildet, die von einer Welle 42 getragen wird, die mit
konstanter Drehzahl von einem Motor 43 angetrieben wird. Die rotierende Scheibe 40 besteht aus undurchsichtigen
Sektoren 44» die mit Sektoren 45 abwechseln, welche die Lichtstrahlen durchlassen.
Bei der Drehung der Scheibe 40 wird die von einem Laser 250 gelieferte Lichtstrahlung 24 abwechselnd
unterbrochen und zu dem Hologramm übertragen. Die am Ausgang des Modulators 23 erhaltenen Lichtimpulse beleuchten
periodisch die Oberfläche der Flüssigkeit durch das in Fig. 1 beschriebene optische System, das
in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Die Frequenz und die Dauer der durch diese Zerhackung erhaltenen Lichtimpulse
werden durch die Drehzahl der Scheibe 40 und durch die
Anzahl der sie bildenden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Sektoren eingestellt.'
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Die zeitliche Koinzidenz des Erscheinens des Lichtsignals auf dem Hologramm und des Eintreffens der
Schallwellen an der Oberfläche der Flüssigkeit kann auf verschiedene Weisen erhalten werden. Bei der Ausführungsform
von Fig. 2 wird dieses Ergebnis beispielsweise mit Hilfe einer zweiten rotierenden Scheibe 41
erhalten, die auf der gleichen Welle 42 wie die erste Modulatorscheibe 40 befestigt ist und sich daher mit
gleicher Drehzahl wie diese dreht. Die Synchronisier-. scheibe 41 trägt auf ihrer Oberfläche so viele leitende
Kontaktstücke 46, wie lichtdurchlässige Sektoren 45 an der Modulatorscheibe 40 vorhanden sind. Ein konzentrisch
zu der beweglichen Scheibe 41 angeordneter einstellbarer Ring 47 dient als Träger für eine Bürste 48, die so angeordnet
ist, daß sie beim Vorbeigang der leitenden Kontaktstücke 46 der Synchronisierscheibe 41 einen
Kontakt herstellt. Die leitenden Kontaktstücke 46 sind
miteinander verbunden und an eine Ausgangsklemme 49 angeschlossen, während die Bürste 48 mit einer weiteren
Klemme 50 verbunden ist, die einen elektrischen Stromkreis 51 schließt, der ein Steuersignal 22 zu dem in
Fig. 1 gezeigten Generator 18 liefern kann.
Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Liehtwellen wesentlich größer als die Ausbreitungsgeschwindigkeit
der Ultraschallwellen ist, müssen die lichtimpulse
gegen die Schallimpulse zeitlich verschoben werden.. Diese Verschiebung wird durch eine geeignete Einstellung
des Rings 47 erreicht. Wenn die Lichtstrahlung.im Zeitpunkt
T0 durch einen ersten lichtdurchlässigen Sektor
und zur Zeit T2 durch den nächsten lichtdurchlässigen
Sektor hindurchgeht, muß das erste Kontaktstück von der Bürste 48 in einem Zeitpunkt T.. berührt werden, der
derart zwischen den Zeitpunkten TQ und T2 liegt, daß
das Zeitintervall T2 - T.. dem Unterschied der Laufzeiten
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des lichtsignals und des Ultraschallsignals von ihrer
Quelle bis zu der Oberfläche der Flüssigkeit entspricht, an der sich das akustische Hologramm bildet.
Sobald also das im Zeitpunkt Tp ausgelöste Lichtsignal
an der Oberfläche der Flüssigkeit erscheint, hat auch das zuvor im Zeitpunkt T. ausgelöste Schallsignal diese
Oberfläche im gleichen Zeitpunkt T2 erreicht. Die leitenden
Eontaktstücke 46 der Synchronisierscheibe 41 können durch ein Photozellensystera 350 ersetzt werden,
das jeden Durchgang der lichtstrahlen durch einen lichtdurchlässigen
Sektor der Modulatorscheibe 40 feststellt und dann jedesmal ein Steuersignal zu dem Ultrasehallimpulsgenerator
liefert. Wie im vorhergehenden Pail ist die Lage der Photozelle so bemessen, daß sie die
für die Kompensation der Laufzeitunterschiede erforderliche zeitliche Verschiebung zwischen der Lichtemission
und der Ultraschallemission einführt.
Pig. 3 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform
für die Synchronisation zwischen der Lichtstrahlung und der Schallstrahlung. Im Gegensatz zu der Ausführungsforra
von Pig. 2 wird hier der Lichtmodulator von dem Ultraschallimpulsgenerator gesteuert, anstatt daß
er diesen selbst steuert.
In Pig. 3 ist nur der für das Verständnis erforderliche Teil dargestellt, wobei die gleichen Teile mit den
gleichen Bezugszeichen wie zuvor versehen sind.
Sobald an die Klemmen des Generators 18 ein Steuersignal 60 angelegt wird, erregt dieser den Wandler 4
über den Ausgang 20 und den Wandler 10 über den Ausgang 21. Gleichzeitig gibt er ein Signal 61 ab, das
für den Lichtmodulator 23 bestimmt ist, der in diesem
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Pall ein elektro-optiseher Modulator sein kann. Dieses
Signal 61 geht durch eine Synchronisieranordnung, die
beispielsweise durch eine Verzögerungsleitung· 62 gebildet sein kann, bevor es an den Modulator 23 angelegt
wird. Wenn die gleichen Bezeichnungen für die Zeiten wie im vorhergehenden Pail gewählt werden und angenommen
wird, daß der Generator 18 im Zeitpunkt T1 erregt worden
ist, muß die Verzögerungsleitung 62 das Signal 61 um eine solche Dauer dT verzögern, daß (T1 + dT) gleich T2
ist. Im Zeitpunkt Tp bringt das Ausgangssignal 230 der
Verzögerungsleitung 62 den Modulator 23 in den Zustand, der die Beleuchtung des Hologramms ermöglicht.
Pig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Detektoranordnung für das Hologramm. Der von einem Signal 60
gesteuerte Generator 18 erregt die Wandler 4 und 10 über seine Ausgänge 20 bzw. 21. Die Gegenstands-Ultraschallwelle
ynd die Träger-Ultraschallwelle kommen an der Oberfläche der in der Wanne 2 enthaltenen Flüssigkeit
zur Interferenz und erzeugen das Hologramm 17 eines in dieser Pigur nicht dargestellten Gegenstands
unter den gleichen Bedingungen wie im Pail von Pig. Ein Ultraschallstrahlungsdetektor 70, beispielsweise
ein Hydrophon, das in der Ebene des Hologramms 17 angeordnet ist, stellt das Eintreffen der Ultraschallwellen
an der Oberfläche der Flüssigkeit fest und gibt ein Signal 71 ab. Ein Verstärker 72' überträgt das Auslösesignal
230 zu dem Lichtmodulator 23. Die in diesem Augenblick ausgesendete Lichtstrahlung beleuchtet das
Hologramm durch das optische System, das von dem Spiegel 30 und der. Linse 26 gebildet ist. Die vom
Hologramm 17 reflektierte Strahlung wird in der zuvor beschriebenen V/eise auf der Photokatode eines Vidicons
aufgefangen. In diesem Pail wird die Synchronisation
zwischen der optischen Beleuchtung und der Ausbildung des Hologramms auf der■Oberfläche der Flüssigkeit durch
den Detektor 70 gewährleistet.
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In Pig. 5 sind die Teile zu erkennen, die unter der Oberfläche 103 der in einer Ultraschallwanne enthaltenen
Flüssigkeit liegen. Zur Vereinfachung entsprechen die meisten Bezugszeichen denjenigen von Pig. 1.
Der Gegenstand 1, dessen akustisches Hologramm mit Hilfe der Ulträschalldetektorzeile 14, 15, 16 gebildet
werden soll, wird von einem elektromechanischen Wandler angestrahlt, der von einem Generator 18 gespeist wird.
Zu diesem Zweck ist die emittierende Fläche des Wandlers
in Form einer Kugelkalotte ausgebildet, damit eine Ultrasehallstrahlung
ausgesendet wird, die im Brennpunkt eines Hohlspiegels 6 konvergiert. Der Hohlspiegel 6
wirft auf den Gegenstand 1 ein im wesentlichen paralleles Ultraschallbündel, das beim Durchgang durch den
Gegenstand eine Modulation erfährt, die von der Durchlässigkeit des Gegenstands 1 für Ultraschallwellen abhängt.
Die vom Gegenstand kommende modulierte Ultraschallstrahlung wird von einem ebenen Spiegel 7 zu.
einem sphärischen Hohlspiegel 8 geworfen, der sie wiederum auf die Empfangsfläche 16 der Ultraschalldetektorzelle
14,15,16 projiziert.
Wie zuvor angegeben wurde, ist die Detektorzelle eine Schale, bestehend aus einem Ring 15 und einer gespannten
Membran 16, auf die eine Ölschicht 14 aufgebracht ist. Das akustische Hologramm ist ein Interferenzstreifengitter,
das in Form von Runzeln auf der Oberfläche der Ölschicht.14 erscheint. Diese Runzeln werden durch den Strahlungsdruck
der gesamten Ultraschallstrahlung verursacht, die von der in Kontakt mit der Flüssigkeit der.Ultraschallwanne
stehenden Fläche 16 empfangen wird. Die Rekonstruktion des akustischen Hologramms auf optischem Wege kann unmittelbar
im Augenblick seiner Bildung mit Hilfe einer optischen Vorrichtung 102 der bereits beschriebenen Art
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erfolgen. Die auf die Fläche 16 fallende Gegenstands-Ultraschallstrahlimg
kommt mit einer Bezugs-Ultraschallstrahlung zur Interferenz, die von einem zweiten elektromechanischen
Wandler 10 stammt, der gleichfalls vom Generator 18 erregt wird.
Die Güte der aufgrund des akustischen Hologramms kon-. struierten Bilder wird verbessert, wenn Vorkehrungen'
getroffen werden, daß die V/ellenflächen der von den
Wandlern abgegebenen Strahlungen im wesentlichen eben oder sphärisch sind; es muß auch darauf geachtet werden,
daß die geometrischen Aberrationen der zur Bildung des Ultraschallbildes des Gegenstands 1 beitragenden Spiegel
begrenzt sind.
Hinsichtlich der beiden Ultraschallquellen wird eine merkliche Verbesserung beobachtet, wenn die emittierenden
Flächen der Wandler 4 und 10 die Form v^on Kugelkalotten
mit dem Radius R haben; durch Anordnung von Blenden an
den Konvergenzpunkten der ausgesendeten Wellen kann man ferner die Störstrahlungen ausfiltern.. Das Mittelloch
der Blenden 5 und 11 von Fig. 5 hat einen Durchmesser D,
der im wesentlichen gleich der Ausdehnung der zentralen Keule des Beugungsflecks in der im Abstand R von den
emittierenden Flächen liegenden Konvergenzebene ist. .Wenn d der Durchmesser der emittierenden Flächen ist,
folgt daraus, daß der Durchmesser D des Filterungslochs im wesentlichen gleich 1,22 λ* R/d ist, wenn λ die Wellenlänge
der Ultraschallwelle ist.
Wenn beispielsweise die Ultraschallwanne mit Wasser
gefüllt iat und die Ultraschallfrequenz gleich 5 MHz gewählt wird, wird ein Wandler mit einer emittierenden
Fläche von 20 mm Durchmesser und einem Krümmungsradius R = 50 mm durch eine Blende mit einem Loch von D - 1 mm
ausreichend gefiltert.
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Hinsichtlich der geometrischen Aberrationen der Spiegel
besteht die vorgenommene Verbesserung darin, daß ein sphärischer Spiegel 8 verwendet wird, dem gegebenenfalls
ein Umlenkspiegel 7 zugeordnet ist. Die ganze Anordnung muß im vife s ent lic hen eine Vergrößerung von -1 aufweisen.
In Fig. 5 ist zu erkennen, daß der Umlenkspiegel 7 ein ein ebener Spiegel ist, der von dem Gegenstand 1 ein
verzerrungsfreies Bild 100 liefert. Der Spiegel 8 ist ein sphärischer Hohlspiegel, dessen Symmetrieachse 101
etwas rechts von dem Spiegel 7 liegt; sein Krümmungsradius r ist im wesentlichen gleich seinem Abstand von
dem Bild 100, und sein Krümraungsmittelpunkt C liegt
somit auf der Höhe des Bildes 100. Diese Ausbildung ergibt den Vorteil, daß sie im wesentlichen mit der
Vergrößerung -1 arbeitet, wodurch von dem Bild 100 ein neues Bild 35 erhalten wird, das nur wenig von den
Aberrationen des Spiegels 8 beeinträchtigt wird.
Praktisch betrachtet man den Gegenstand in einer Folge von Schnittbildern nach einem tomographischen Verfahren.
Wenn man diese Art der Abtastung des Gegenstands 1 anwendet, können die Spiegel 7 und 8 getrennt oder
gleichzeitig verstellt werden, damit das Raumbild 35 von der Fläche 16 der Ultraschalldetektorzelle in einer
beliebigen Schnittebene-geschnitten wird. Die Verwendung des Spiegels 8 mit der Vergrößerung -1 hat zur Folge,
daß der Krümmungsmittelpunkt C praktisch ein Symmetriezentrum für die Bilder 100 und 35 darstellt; ferner ist
die Ebene des Spiegels 7 eine Symmetrieebene für den Gegenstand 1 und das Bild 100. Für eine Verschiebung
des Bilds 35 ohne Änderung seiner Orientierung in Bezug auf die Empfangsfläche 16 braucht also nur der Spiegel 7
außerhalb seiner Ebene verschoben zu werden; ein Verschwenken des Bilds 35 kann durch eine Drehung des
Spiegels 7 um eine Achse erreicht werden, die nicht
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senkrecht zu seiner Ebene steht. In diesem Pail kann
man den Spiegel 8 ortsfest halten und seinen Krümtnungsmittelpunkt
in der die Fläche 16 enthaltenden Ebene möglichst nahe an diese Fläche legen.
Man "kann auch eine merkliche Verringerung der Verzerrung
des von dem sphärischen Spiegel projizierten Bildes dadurch
erhalten, daß ein Spiegel 7 verwendet wird, der für Ultraschallv/ellen halbdurchlässig ist. Es ist angebracht, diesen Spiegel näher an die Symmetrieachse
des sphärischen Spiegels 8 zu legen, damit der Abstand zwischen dem Bild 100 und dem Bild 35 verringert
wird.
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Claims (13)
- Patentansprüche.J System zur Sichtbarmachung eines Gegenstandes durch akustische Holographie mit einer Wanne, die mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, in die der Gegenstand eingetaucht ist, Einrichtungen zur Erzeugung von Ultraschallwellen, die auf der Oberfläche der Flüssigkeit ein akustisches Hologramm des Gegenstandes bilden, und mit optischen Einrichtungen zur Rekonstruktion des Hologramms, wobei die Ultraschallerzeugereinrichtungen in einem Zyklus arbeiten, der eine Stillstandsphase und eine Betriebsphase von wesentlich kleinerer Dauer als die Stillstandsphase aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die den Betrieb der optischen Rekonstruktionseinrichtungen auf die Phase beschränken, in der das Hologramm besteht.
- 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betrieb begrenzende Einrichtung einen optischen Modulator enthält, daß die optischen Rekonstruktionseinrichtungen eine kohärente Strahlungsquelle enthalten, die ein durch den optischen Modulator moduliertes Energiebündel liefert, daß dem Modulator eine Synchronisierimpulserzeugereinrichtung zugeordnet ist, und daß die Synchronisierimpulse dem Steuereingang der Ultraschallerzeugereinrichtungen zugeführt werden.
- 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betrieb begrenzende Einrichtung einen elektrooptischen Modulator mit einem Steuereingang enthält, daß die optischen Rekonstruktionseinrichtungen eine Strahlungsquelle enthalten, die ein Energiebündel liefert, das vom elektro-optischen Modulator moduliert209851 / 1066wird, daß die Ultraschallerzeugereinrichtungen Impulse synchron mit der Aussendung der Ultraschallenergie abgeben, und daß eine Anordnung vorgesehen ist, welche die Impulse dem Steuereingang des elektro-optischen Modulators mit zeitlicher Verzögerung zuführt.
- 4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betrieb begrenzende Einrichtung einen elektrooptischen Modulator mit einem Steuereingang enthält, daß die optischenRekonstruktionseinrichtungen eine Strahlungsquelle enthalten, die ein Energiebündel liefert, das von dem Modulator moduliert wird, daß in der Nähe der das Hologramm tragenden Oberfläche ein elektromechanischer Wandler angeordnet ist, der-Impulse synchron mit der Bildung des Hologramms abgibt, und daß die Impulse dem Steuereingang des elektrooptischen Wandlers zugeführt werden.
- 5. System nach Anspruch'2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator ein rotierender Verschluß ist, der mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird und mechanisch mit einer Schaltvorrichtung gekoppelt ist, welche die Synchronisierimpulse abgibt.
- 6. System nach Anspruch 3,-dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Verzögerung mit Hilfe einer elektrischen Schaltung erzielt wird, die eine Übertragungsverzögerung· verursacht.
- 7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallerzeugereinrichtungen Anordnungen (4, 5, 11, "10, 18) zur kohärenten Emission eines Bezugsultraschallbündels und eines den Gegenstand (1) anstrahlenden Ultraschallbündels enthalten,2 0 9 8 5 1 / 1 066daß stigmatisehe Reflexionseinrichtungen (7» 8) die von dem Gegenstand (1) ausgehende Ultraschallenergie auffangen und dessen Bild (35) tnit einer Vergrößerung von im wesentlichen -1 projizieren, und daß eine Ultraschalldetelctoreinrichtung (14,15»16) vorgesehen ist, die eine Empfangsfläche (16) aufweist, welche das Bezugsbündel und die aus den stigmatischen Reflexionseinrichtungen austretende Ultraschallenergie in Überlagerung empfängt.
- 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu den stigraatischen Einrichtungen ein sphärischer Hohlspiegel (8) gehört, dessen Krümmungsmittelpunkt (C) in der Ebene der Empfangsfläche (16) liegt.
- 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zu den stigmatischen Einrichtungen ferner ein ebener Spiegel (7) gehört, der die in dem Anstrahlungsbündel enthaltene Ultraschallenergie empfängt und zu dem sphärischen Hohlspiegel (8) zurückwirft.
- 10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeic linet, daß Einrichtungen zum Verschieben und Verschwenken des ebenen Spiegels (7) vorgesehen sind.
- 11. System nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen zur kohärenten Emission zwei elektromechanisch^ Wandler (4, 10) enthalten, die mit Hilfe eines Ultraschallsignalgenerators (18) erregt werden, daß wenigstens einer der Wandler (4, 10) eine emittierende Fläche in Form einer Kugelkalotte mit dem Radius R und dem Durchmesser d hat, daß eine Filterungsblende (5, 11) im Krümmungsmittelpunkt der emittierenden Fläche angeordnet ist, und daß die Öffnung D der Blende im2 O c) 8 B 1 ; } O 6 Bwesentlichen gleich 1,22 λ · R/d ist, wobei λ die Wellenlänge der von der emittierenden Fläche ausgesendeten Ultraschallstrahlung ist. ,
- 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wandler den Gegenstand über einen Hohlspiegel (6) anstrahlt, dessen Brennpunkt im Krümmungsmittelpunkt der emittierenden Fläche liegt.
- 13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlspiegel (6) ein Parabolspiegel ist.H. System nach Anspruch S1 dadurch gekennzeichnet, daß der ebene Spiegel (7) ein halbrefLektierender Spiegel ist.2 09851/1066
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