DE1572678B2 - Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall-Hologrammen und Apparat zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Ultraschall-Strahl 16, der auf die Grenzfläche 13 gerichtet ist und diese in Bereich 17 schneidet. Ein zweiter Ultraschallstrahl 18 wird durch einen Wandler

19 erzeugt, der im Winkel in bezug auf den Wandler 15 im Medium 11 angeordnet ist Der Strahl 18 ist kohärent in bezug auf den Strahl 16 und schneidet den Strahl 16 an einer Stelle im Oberflächenbereich 17. Dieser zweite Strahl 18 ist so gerichtet, daß er auf den der Inspektion unterworfenen Gegenstand 12 derart auftrifft, daß die Wellenfront des Strahles 18 gemäß den für den Gegenstand 12 charakteristischen Ultraschall-Verzerrungsänderungen moduliert wird. Wie in F i g. 1 gezeigt, wird der Strahl 18 durch den Gegenstand 12 hindurch übertragen.

Ähnliche Ergebnisse können, wie dies in Fig. IA gezeigt ist, erreicht werden durch Reflexion des Strahles 18 vom Gegenstand 12 auf die darauf folgende Erzeugung des Interferenzmusters mittels der reflektierten Welle. Im Hinblick auf praktische Schwierigkeiten ist es zur Zeit jedoch wünschenswerter, übertragene anstatt reflektierte Ultraschallstrahlung zu verwenden.

Im Bereich 17 der Grenzfläche 13 bildet sich ein Interferenzmuster, wobei dieses Muster die Information enthält, die notwendig ist, um die Wellenfront des vom Gegenstand 12 kommenden Strahles 18 zu rekonstruieren. Das Interferenzmuster nimmt die Form eines stehenden Wellenmusters an und umfaßt ein Ultraschall-Hologramm, das, durch Beleuchtung mit kohärentem Licht, ein Bild des Gegenstandes 12, das in einem 1. Ordnung gebeugten Strahl getragen wird, rekonstruiert

Bei der Durchführung der Rekonstruktion wird in einem Ausführungsbeispiel eine Punktquelle kohärenter elektromagnetischer Strahlung 20, die sichtbares Licht sein kann, durch eine Kollimatorlinse 21 und dann zum Oberflächenbereich 17 an der Grenzfläche 13 durch einen reflektierenden Spiegel 22 gerichtet Das Interferenzmuster im Grenzflächenbereich 17 bildet eine stehende Welle, die die Strahlung von der Punktquelle

20 reflektiert und beugt in verschiedene Ordnungen gebeugter Strahlen, deren Wellenfronten den vom Gegenstand 12 ausgehenden und vom Ultraschallstrahl 18 getragenen Wellenfronten entsprechen. Jede gebeugte Ordnung des elektromagnetischen Strahlungsstrahles wird von einem Spiegel 23 durch eine Linse 24 reflektiert, die sie auf Punkte fokussiert Diese gebeugten Ordnungen werden dann durch ein räumliches Filter 25 blockiert, und zwar alle außer einem 1. Ordnung gebeugten Strahl, dem Durchgang gestattet wird. Bei dem in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel wird der O-Ordnungs-Strahl auf einen mit 26 bezeichneten Punkt durch die Linse 24 fokussiert Dieser O-Ordnungs-Strahl 26 ist als durch den räumlichen Filter 25 blockiert dargestellt Einem positiven oder negativen 1. Ordnung-Seitenband-Strahl, repräsentiert durch den Brennpunkt 27, wird, wie dargestellt gestattet, durch den räumlichen Filter 25 hindurchzutreten. Der räumliche Filter 25 ist so konstruiert, daß er alle Strahlen außer einem 1. Ordnung-Seitenband der verschiedenen Ordnungen von gebeugten Strahlen und nicht nur den O-Ordnungs-Strahl, wie in F i g. 1 gezeigt blockiert Der zugelassene 1. Ordnungs-Strahl 27 trägt ein Bild des ursprünglichen Gegenstands 12, der durch irgend ein geeignetes optisches System betrachtet werden kann. In dem in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel stellt das an der Grenzfläche 13 erzeugte stehende Wellenmuster 17 das für die Rekonstruktion des Bildes verwendete

Hologramm dar. -^-- ■.■-■■.-,■■-■'■· ■■^■■■■■■•,

Anstatt dieses stehende Wellenmuster zur Rekonstruktion des Bildes direkt zu benutzen, konnte eine Fotografie des stehenden Wellenmusters aufgenommen werden und zur Erzeugung eines Transparenzbildes benutzt werden, wobei Letzteres dann das zur Rekonstruktion des Bildes benutzte Hologramm darstellt' ■-_ "';; ;\^;;.;,:;/■'■"■,;.";.₍'^:'.''.^:';^:.'-' [ --.'λ."

Die Verwendung eines fotografischen Filmes zur Erzeugung eines Daueraufzeichnungs-Hologramms gestattet die Verkleinerung oder Vergrößerung des Hologramms durch gewöhnliche fotografische Techniken. Durch die Verwendung des stehenden Wellenmusters an der Grenzfläche 17 als Hologramm kann das Bild des Gegenstandes jedoch in Realzeit betrachtet werden.

In F i g. 2 ist eine gegenüber F i g. 1 verbesserte Ausführungsform veranschaulicht wobei den beiden in F i g. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen gemeinsame Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In F i g. 2 werden die Ultraschallstrahlen 16 und 18 veranlaßt von einer Frequenz zu einer anderen zu wechseln durch Betätigung der Wandler 15 und 19 mit verschiedenen Ultraschall-Frequenzen. Insbesondere werden die Wandler 15 und 19 während einer Zeitspanne mit einer Frequenz und dann während einer anderen Zeitspanne mit einer zweiten Frequenz betrieben. Eine Pause kann zwischen der Betätigung mit einer Frequenz und mit der zweiten Frequenz vorgesehen sein, und es können auch einander folgende dritte und vierte usw. Frequenzen verwendet werden. Bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels der F i g. 2 sollen im Interesse der Klarheit jedoch nur zwei verschiedene Betätigungsfrequenzen angenommen werden.

Durch derartige Betätigung der Wandler erscheinen in Fig.2 auf der Grenzfläche 17 zwei verschiedene stehende Wellenmuster, von denen jedes mit einer Ultraschall-Frequenz verbunden ist und zwar je für die Zeitspanne, während der die Wandler auf der betreffenden Frequenz arbeiten. Nachdem die Wandler von der ersten Frequenz auf die zweite Arbeitsfrequenz umgeschaltet sind, wird das zweite, für die zweite Frequenz charakteristische stehende Wellenmuster auf der Grenzfläche 17 gebildet. Wenn die Schaltung schnell genug durchgeführt wird, so ist die dem menschlichen Auge innewohnende Trägheit derart, daß die resultierenden Bilder im wesentlichen zeitlich gleichzeitig erscheinen.

Rekonstruktion der Bilder von den an der Grenzfläche 17 gebildeten stehenden Wellenmustern kann für Fig.2 mit der gleichen Ausrüstung wie in Fig. 1 durchgeführt werden. Eine Punktquelle elektromagnetischer Strahlung 20, die weißes Licht sein kann, wird durch eine Linse 21 kollimiert und dann durch einen Spiegel 22 auf die Grenzfläche 17 reflektiert Das beleuchtende Licht wird dann durch die Hologrammfläche 17 in verschiedene Ordnungen gebeugt Da verschiedene Frequenzen zur Erzeugung verschiedener Wellenmuster an der Fläche 17 benutzt wurden, werden eine Mehrzahl von Paaren von positiven und negativen 1. Ordnung bildtragenden Seitenbandstrahlen erzeugt wobei jedes Paar den verschiedenen verwendeten Ultraschall-Frequenzen entspricht Die verschiedenen 1. Ordnung-Seitenbandstrahlen werden dann voneinander im Raum verlagert in Abständen, die den verwendeten Ultraschall-Frequenzen und den Wellen-

längen der zur Beleuchtung des stehenden Wellenmusters 17 verwendeten elektromagnetischen Strahlung 20 entsprechen. Somit werden die verschiedenen gebeugten Ordnungen mittels des Spiegels 23 durch eine Fokussierlinse 24 reflektiert zu einem räumlichen Filter 25, der alle Ordnungen, wie den veranschaulichten O-Ordnüngs-Strahl 26 mit Ausnahme gewisser zugelassener 1. Ordnungs-Seitenbandstrahlen blockiert.

Zwei Bilder, 28 und 29, sind als von zwei zugelassenen 0-Ordnungs-Seitenbandstrahlen, 27a bzw. 276, getragen dargestellt Ein geeignetes (nicht gezeigtes) optisches Betrachtungssystem wie ein Teleskop, kann eine Strahlverlagerungsvorrichtung, wie ein Prisma, enthalten, um die Bilder 28 und 29 in Deckung zu bringen, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Obgleich geeignete optische Betrachtungssysteme mehr im einzelnen später in Verbindung mit Fig.7, 8 und 9 beschrieben werden sollen, genügt es zu sagen, daß das Betrachtungssystem ein solches sein muß, bei dem die verschiedenen Bilder in geeigneter Weise vergrößert werden, so daß sie alle die gleiche Größe haben und im Rahmen zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes zusammenkommen. Durch Ausrüstung des räumlichen Filters 25 mit verschieden gefärbten Filtern erscheinen die Bilder 28 und 29 in verschiedenen Farben, so daß man im zusammengesetzten Bild unterscheiden kann zwischen dem vom zugelassenen 1. Ordnungs-Strahl einer Ultraschall-Frequenz erzeugten Bild und dem von einer anderen Ultraschall-Frequenz erzeugten Bild. Alternativ können gefärbte Bilder erhalten werden durch Synchronisierung eines Farbfilterrades 30 vor der Quelle 20 mit dem Schalten der Wandler 15 und 19.

Ein Vorteil der obigen Technik ist aus einem Beispiel erkennbar, wo die Wandler 15 und 19 erst betätigt werden mit 3 MHz und dann mit 9 MHz für Zeitspannen von 30 Mikrosekunden mit einer Pause von 500 Mikrosekunden zwischen den 30-Mikrosekunden-Impulsen. Der Gegenstand 12, der ein biologisches Spezimen sein kann, von dessen Innerem, das verschiedene Dichte haben kann, ein Bild erzeugt werden soll, wird besser von dem Strahl längerer Wellenlänge von 3 MHz Ultraschall-Frequenz durchdrungen; aber ein Bild höherer Auflösung ergibt sich, wenn der Gegenstand vom Strahl höherer Frequenz von 9 MHz Ultraschall-Frequenz getroffen wird. Die Verwendung von Ultraschallstrahlungs-Strahlen beider Frequenzen gestattet die Abbildung des dichteren Teils des Gegenstandes, während eine gute Auflösung der weniger dichten Teile erhalten wird. Durch geeignete Filterung monochromatischen Lichtes von der Quelle 20, wie mittels des Farbfilterrades 30, kann jedem der zugelassenen gebeugten 1. Ordnung-Seitenbandstrahlen eine besondere Farbe gegeben werden. Diese Farbauswählbarkeit kann auch durch geeignete Ausrüstung des räumlichen Filters 25 mit Farbfiltern erreicht werden, so daß er nur eine Lichtfarbe bei Verwendung von Ultraschallstrahlung einer Frequenz und eine andere Lichtfarbe bei Verwendung von Ultraschallstrahlung einer anderen Frequenz durchläßt Hierdurch erscheint der dichtere Teil des Gegenstandes in einer Farbe und der weniger dichte Teil in einer anderen Farbe.

Ein anderer Weg zur Erzielung verschiedener stehender Wellenmuster an der Grenzfläche 13 besteht in der Vorsehung einer Mehrzahl von Sätzen von Wandlern, wobei jeder Satz die Erzeugung eines einzigen stehenden Wellenmusters bei einer bestimmten Ultraschall-Frequenz bewirkt und die Erregung der Wandler nacheinander von dem einem zum anderen umgeschaltet wird. Solch ein Verfahren ist in Fig.2A veranschaulicht, in der ein Paar Wandler 19a und 196 in verschiedenen Winkelstellungen zueinander angeordnet sind, so daß sie ein Paar Ultraschallstrahlen 18a und 186 erzeugen, die den Gegenstand 12 auf ihrem Wege zur Grenzfläche 13 schneiden. Ebenfalls ist ein zweites Paar von im Winkel versetzten Wandlern 15a und 156 angeordnet, um Bezugsstrahlen 16a und 166 zu

to erzeugen, die an der Grenzfläche 13 mit den Strahlen 18a und 186 interferieren, ohne durch den Gegenstand

12 hindurchzutreten. Mit dieser Anordnung können, an Stelle des Pulsierens der Wandler erst mit einer Frequenz und dann mit einer anderen, ein Satz von Wandlern, z. B. die Wandler 19a und 15a, mit einer Ultraschall-Frequenz für eine Zeitspanne und dann der zweite Satz der Wandler 196 und 156 mit einer zweiten Ultraschall-Frequenz für eine zweite Zeitspanne pulsiert werden. Wie bei der Anordnung der F i g. 2 erzeugt die soeben beschriebene, in Fig.2A veranschaulichte Anordnung einander folgende stehende Wellenmuster an der Stelle 17 der Grenzfläche 13, die zur Erzeugung einer Mehrzahl von Bildern in der gleichen Weise benutzt werden können, wie dies in bezug auf F i g. 2 beschrieben worden ist.

Bei beiden beschriebenen Verfahren (Fig.2 und F i g. 2A) erwies es sich als wünschenswert den Winkel zwischen dem Gegenstandsstrahl 18 und der Senkrechten zur Grenzfläche 13 gleich dem Winkel zwischen dem betreffenden Bezugsstrahl 16 und der Senkrechten zur Grenzfläche zu machen. Wo die Intensitäten der Bezugs- und Gegenstandsstrahlen an der Grenzfläche

13 gleich sind, ergab die symmetrische Anordnung von Gegenstands- und Bezugsstrahlen die Auslöschung von unerwünschten seitlichen Komponenten der in dem System durch die Ultraschall-Energie erzeugten Kräfte. Die seitliche Komponente der Kräfte an der Grenzfläche 13 hängt von den Einfallswinkeln und von den Intensitäten der Bezugs- und Gegenstandsstrahlen ab.

Die seitliche Kraft ist gleich / sin Φ, wobei / gleich der Intensität jedes Strahles an der Grenzfläche und Φ gleich dem Winkel des Strahles mit der Senkrechten auf der Grenzfläche ist. Es ist möglich, diese Kräfte durch geeignetes Kontrollieren des Einfallswinkels und der Strahlenintensitäten zu balancieren. Die Strahlenintensitäten können eingestellt werden durch Einstellung der Intensität der Wandlerquellen oder durch Dämpfung der Strahlenintensität z. B. durch Hindurchschicken des Strahles durch einen Teil der Schallenergie absorbierendes Material oder durch Verlagerung der Ultraschallquelle um eine geeignete Strecke vom Detektor, so daß der Strahl die gewünschte Intensität an der Detektorebene aufweist Wie aus den Fig.2 und 2A ersichtlich, sind bei symmetrischer Anordnung die betreffenden Paare von Wandlern in ungefähr gleichen Abständen von der Grenzfläche 13 gezeigt

Die in Fig.2A veranschaulichte Anordnung ist in einer Hinsicht vorteilhafter als die in F i g. 2 gezeigte, da der Winkel zwischen einem besonderen Paar von Wandlern und der Senkrechten auf der Grenzfläche 13 . gewählt werden kann unter Beachtung der besonderen Ultraschall-Frequenz, die durch diese Wandler erzeugt wird. Warum dies vorteilhaft ist wird besser ersichtlich aus Fig.2B, die eine vergrößerte Schnittansicht der Grenzfläche 13 ist F i g. 2B zeigt ein »Gleichstromplateau« der Flüssigkeit 13a, das durch die auf die Grenzfläche 13 auftreffende Ultraschall-Energie erzeugt ist Längs der Oberseite des »Gleichstrom-

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plateaus« 13a befindet sich ein stehendes Wellenmuster 17a, das das im Vorangehenden beschriebene Ultraschall-Hologramm darstellt Unter der Annahme einer symmetrischen Beziehung zwischen den Bezugs- und Gegenstands-Ultraschall-Strahlen, zeigt Fig.2B die Winkel Φ unter dem die betreffenden Bezugs- und Gegenstandsstrahlen auf die Grenzfläche 13 auftreffen, um sowohl das »Gleichstromplateau« 13a und das stehende Wellenmuster 17a zu erzeugen. Um ein besseres Verständnis der auf die Grenzfläche einwirkenden physikalischen Kräfte zu vermitteln und um den Vorteil zu verstehen, der sich aus der Möglichkeit der Wahl des Winkels in Abhängigkeit von der Ultraschall-Frequenz ergibt, sind im folgenden die mathematischen, die Prinzipien der Ultraschall-Holographie beschreibenden Beziehungen angegeben. Man sollte verstehen, daß die Ableitung der unten angegebenen Gleichung (1) weit genug geführt ist, um ihre Gültigkeit zu beweisen; da jedoch diese Ableitung nicht zum Verständnis der Erfindung beiträgt, ist sie nicht eingeschlossen. Gleichung (1) definiert die Gesamthöhe ζ des Plateaus 13a und eines besonderen Punktes auf dem stehenden Wellenmuster 19a in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Grenzfläche 13.

ζ — h cos² k'y + h₀ ,

25

(D

Die Konstante k' erwies sich als

ι, 2π<> .
k = sin φ.

c'

(2)

Die Komponenten h und h₀ erwiesen sich als
AI

h =

ogcd +b)

²¹

ogc

(3)

(4)

16π²

y(w'sin Φ)²,

(5)

30

worin h und h₀, wie in F i g. 2B, definiert sind als: h = Höhe des stehenden Wellenmusters,

h₀ = Höhe des Plateaus auf dem das stehende Wellenmuster gebildet wird,

k' = eine Konstante, die von der Ultraschall-

Frequenzü, der Ultraschall-Geschwindigkeit c und dem Winkel Φ abhängt.

40

45

55

/ = Intensität jedes Ultraschall-Strahles,
P = Dichte des fließbaren Mediums,
g = Schwerkraftbeschleunigung und

b = eine weitere Konstante, die ausgedrückt _fe0 werden kann,

worin γ = Oberflächenspannung der Flüssigkeit Da die Größenordnung von b beachtlich größer ist als 1, wird der Ausdruck (\ + b) in Gleichung (3) annähernd b.

65

Ersatz der Gleichung (5) in Gleichung (3) ergibt

"S-K '..,
r² sin²0

Um die Helligkeit des Bildes, das von dem Ultraschall-Hologramm rekonstruiert wird, maximal zu gestalten, ist es notwendig, die Spitzenhöhe, h, des stehenden Wellenmusters 17a maximal zu gestalten. Aus Gleichung (6) ist ersichtlich,'daß durch minimale Gestaltung des Winkelst die Helligkeit maximal gemacht wird. Alternativ ist es manchmal wünschenswert, die Bilder durch Fernseheinrichtungen zu betrachten, so daß ausreichende aber konstante Helligkeit erforderlich ist. Gleichung (6) zeigt, daß durch Konstanthaltung des Faktors t>²sin²<P auf einem genügend niedrigen Wert (wie dies bei der Anordnung der F i g. 2A geschehen kann) dies Ergebnis erzielbar ist.

Anstatt die Erregung von einem Satz von Wandlern, z. B. den Wandlern 15a und 19a, auf einen anderen Satz, ζ. B. 156 und 196, umzuschalten, können alle Wandler zur gleichen Zeit eingeschaltet bleiben. In diesem Falle würde ein komplexes Ultraschall-Hologramm erzeugt werden, das zusätzlich dazu, daß es die gewünschte Information für die Rekonstruktion des gewünschten Bildes in den gewünschten Farben enthält, auch unerwünschte Informationen, wie ein Nebensprechen, zwischen den verschiedenen Hologrammen enthalten würde. Dieses Nebensprechen kann jedoch durch geeignete Gestaltung des räumlichen Filters blockiert werden, wie nachfolgend klarer dargelegt werden wird.

Ein anderes Verfahren der Rekonstruktion von Bildern von stehenden Wellenmustern, die an der Grenzfläche zweier fließbarer Medien gebildet werden, kann dadurch durchgeführt werden, daß erst dieses Vielfachmuster stehender Wellen auf eine fotografische Emulsion aufgenommen und dadurch ein Hologramm-Transparenzbild des stehenden Wellenmusters erzeugt wird. Dieses Transparenzbild wird dann mit Licht beleuchtet um die den verschiedenen Ultraschallfrequenzen entsprechenden Vielfachbilder zu erzeugen.

Ein Hologramm-Transparenzbild kann wie folgt aufgenommen werden. Das stehende Wellenmuster an der Ultraschall-Hologramm-Oberfläche wird mit kohärentem Licht beleuchtet und das von der Ultraschall-Hologramm-Fläche reflektierte Licht wird in zwei 1. Ordnungs-Strahlen gebeugt, die je den zur Bildung des komplexen Ultraschall-Hologramms verwendeten Ultraschall-Frequenzen entsprechen. Jeder dieser gebeugten Strahlen trägt ein Bild des Gegenstandes und wird zu einem Punkt durch eine Linse auf den räumlichen Filter fokussiert Am räumlichen Filter wird einer der bildtragenden Strahlen für jede der Ultraschall-Frequenzen ausgewählt für Verwendung als ein »Gegenstands«-Strahl in einem konventionellen optischen hologrammbildenden Verfahren. Die bildtragenden Strahlen werden veranlaßt, zu interferieren mit einem Bezugsstrahl von Licht, das kohärent in bezug auf das zur Beleuchtung des stehenden Wellenmusters verwendeten Lichtes ist, und dieses Interferenzmuster wird in der Kamera auf die fotografische Emulsion des Films aufgenommen zur Erzeugung einer Hologramm-Transparent Der in diesem Verfahren verwendete Bezugsstrahl kann abgeleitet werden durch Richten eines Teils des beleuchtenden Lichtes auf den fotografischen Film, um mit den bildtragenden Strahlen zu interferieren. Ein Weg hierzu besteht in der Verwendung des 0-Ordnungs- oder ungebeugten Strahles, der von der Ultraschall-Ho-

logramm-Fläche reflektiert wird. Alternativ kann eine der gebeugten Ordnungen als Bezugsstrahl verwendet werden, obgleich diese Wellenfront Gegenstandsinformation erhält und Störung (Rauschen) in das rekonstruierte Bild einführen würde.

F i g. 3 zeigt ein Verfahren des Aufzeichnens des Hologramm-Transparenzbildes auf den Kamerafilm unter Verwendung des O-Ordnungs-Lichtes als Bezugsstrahl. In dieser Figur ist angenommen, daß das Ultraschall-Hologramm 17 aus zwei stehenden Wellenmustern zusammengesetzt ist, die durch zwei unterschiedliche Ultraschall-Frequenzen erzeugt sind. Ein Lichtstrahl 105 von einer kohärenten Punktquelle (nicht dargestellt) wird auf die Hologrammfläche 17 gerichtet. Das von dieser Fläche reflektierte Licht wird in zwei 1. Ordnungs-Strahlen für jede der zwei Ultraschall-Frequenzen gebeugt und durch den Spiegel 23 auf eine Linse 24 gerichtet, die die verschiedenen Strahlen zu einem Punktfokus auf dem räumlichen Filter 25 bringt. Das räumliche Filter ist so konstruiert, daß die gebeugten Ordnungen 102 und 103 auf eine fotografische Emulsion in der Kamera 31 durchgelassen werden. Diese durchgelassenen Ordnungen umfassen einen 1. Ordnung gebeugten Strahl für jede der beiden stehenden Wellenmuster, die das Ultraschall-Hologramm bilden. Der räumliche Filter 25 gestattet auch dem O-Ordnungs-Strahl 104, auf die fotografische Emulsion zu fallen, und dieser dient als ein Bezugsstrahl. In der Weise nimmt die fotografische Emulsion in der Kamera 31 das Interferenzmuster auf, das durch die zwei Paare von Interferenzstrahlen gebildet wird, um ein Hologramm-Transparenzbild zu ergeben, das zur Wiedergabe von Vielfachbildern beleuchtet werden kann.

In Fig.4 ist ein Rekonstruktionsverfahren veranschaulicht zur Herstellung von Bildern unter Anwendung des Hologramm-Transparenzbildes, das mittels des unter Bezugnahme auf Fig.3 beschriebenen Verfahrens erzeugt wurde. In Fig.4 wird eine Beleuchtungsquelle 20 durch eine Kollimierlinse 32 kollimiert, so daß ein Lichtstrahl ein mittels des in bezug auf Fig.3 beschriebenen Verfahrens erzeugtes Hologramm-Transparenzbild 33 beleuchtet. Das Transparenzbild 33 beugt das Licht in verschiedene Ordnungen, die durch eine Linse 24 fokussiert werden und die dann alle mit der Ausnahme der gewünschten Ordnungen 28 und 29 durch das räumliche Filter 25 blockiert werden. Die Bilder können mittels irgendwelcher geeigneten optischen Einrichtungen (nicht dargestellt) betrachtet werden.

Das räumliche Filter 25 ist so ausgebildet, daß es alle außer die gewünschten I. Ordnungs-Bilder blockiert. Da alle die gebeugten Ordnungen im Raum gegeneinander verlagert sind, kann das Filter eine undurchsichtige Oberfläche mit Löchern für den Durchtritt der gewünschten Ordnungen umfassen, wobei diese Löcher an berechneten Stellen und in berechneten Abständen voneinander angeordnet sind. F i g. 5 und 6 veranschaulichen die notwendige Ausbildung des räumlichen Filters 25.

F i g. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des stehenden Wellenmusters 17 an der Grenzfläche 13. Ultraschallwellen 16 und 18 sind dargestellt aus unter gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Winkeln Φ zur Senkrechten auf der Grenzfläche 13 einfallend. Beleuchtungslichtstrahlen 41 sind gezeigt als einfallend auf das und reflektiert vom stehenden Wellenmuster 17 unter Winkeln Θ, bzw. Θ_Γ. Das stehende Wellenmuster 17

umfaßt eine Beugungsfläche mit maximalen und minimalen Spitzen, die eine Strecke d voneinander getrennt sind, wobei diese Strecke ausgedrückt werden kann in Ausdrücken des Einfallswinkels der Ultraschallwellen 16 und 18, der Frequenz der Ultraschallwellen 16 und 18 und der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen durch das Medium, in dem sie sich bewegen. Es wurde ermittelt, daß der mathematische Ausdruck für den Abstand d zwischen den Spitzen der Brechungsoberflä-ο ehe 17 wie folgt ausgedrückt werden kann:

^d = ^c/2rsin*

worin c gleich der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen in dem fließbaren Medium und υ gleich der Ultraschall-Frequenz der Ultraschallwellen ist.

Von dieser Gleichung des Brechungsabstandes können die Winkel Q_r der verschiedenen gebrochenen Ordnungen bestimmt werden. Die auf die Brechungsoberfläche 17 unter einem Winkel Θ/ einfallenden Lichtstrahlen werden gemäß der folgenden Gleichung gebrochen:

sin (-)_r =

m/.

— sin

worin m eine die Ordnung des gebrochenen Lichtes wiedergebende ganze Zahl und λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes sind.

Durch Einsetzen der Gleichung (7) in die Gleichung (8) können die reflektierten Winkel bestimmt werden aus der folgenden Beziehung:

2 m Ar sin φ
sin e_r = sin ft»,·, (9)

da ν, Φ und c für jedes gegebene stehende Wellenmuster Konstanten sind, kann die Gleichung (9) wie folgt geschrieben werden:

oder

sin (~)_r = Km λ - sin (-)-, (10)

(-)_r = sin"¹ {Kmλ - sin <y,·}. (11)

Durch Einsetzen der ganzen Zahlen 0, 1, 2 usw. können die Winkelabstände der verschiedenen gebeugten Ordnungen aus dieser Beziehung bestimmt werden. Aus Ausdruck (11) ist es offensichtlich, daß der

so 0-Ordnung gebeugte Strahl unter einem Winkel von θ, gebeugt wird. Die 1. Ordnung gebeugten Strahlen werden von dem 0-Ordnungs-Strahl durch Winkelabweichungen nach beiden Seiten des 0-Ordnung gebeugten Strahles getrennt Wenn der Beugungswinkel des 0-Ordnungs-Strahles mit θο und die Beugungswinkel der 1. Ordnung gebeugten Strahlen mit θ+ι bzw. θ_ι bezeichnet werden, so können die Winkelabweichungen der 1. Ordnungs-Strahlen vom 0-Ordnungs-Strahl in Ausdrücken dieser Winkel festgestellt werden. Spezifisch, die Winkelabweichung « eines der 1. Ordnungs-Strahlen, z. B. des unter θ+1 gebeugten, ist

= 6»o — (-)

+ 1

(12)

Die Winkelabweichung des anderen 1. Ordnung gebeugten Strahles ist

(13)

In Fig.5 sind die gebeugten Ordnungen von Licht dargestellt als durch eine Linse 24 auf Punkte im Raum fokussiert, die den O-Ordnungs-Strahl und die beiden 1. Ordnung gebeugten Strahlen repräsentieren. Die Winkelabweichungen α+ι und α_ι der 1. Ordnungs-Strahlen vom O-Ordnungs-Strahl sind in dieser Figur veranschaulicht Diese Winkelabweichungen bestimmen die lineare Trennung der gebeugten Ordnungen von der O-Ordnung am Brennpunkt der Linse 24, wo das räumliche Filter 25 angeordnet sein mag. Diese lineare Trennung kann wie folgt ausgerechnet werden: Angenommen der Abstand zwischen der Linse 24 und der Fokusebene ist gleich L Der lineare Abstand des positiven 1. Ordnungs-Strahles, X+\, wird oc+\L und der lineare Abstand der negativen 1. Ordnung, x-u wird oc-\L betragen (λ_±) ist in Radianten). Durch Berechnung dieser linearen Abstände für verschiedene gebeugte Ordnungen kann das räumliche Filter 25 entworfen werden.

In F i g. 6 ist ein räumliches Filter 25 gezeigt das eine Mehrzahl von Bezugsstellen 43 aufweist, die in mittels der soeben beschriebenen Weise bestimmbaren Abständen voneinander angeordnet sind. Das Raumfilter 25 kann eine undurchsichtige Oberfläche aufweisen, die mit Nadellöchern an einigen der Bezugsstellen 43 versehen 2-5 sind, um die gewünschten Ordnungen von Licht durch dieselben hindurchtreten zu lassen. Aus den oben angegebenen Gleichungen ergibt sich, daß die linearen Stellungen der fokussierten 1. Ordnung gebeugten Strahlen zum Teil von der zur Bildung des stehenden Wellenmusters verwendeten Ultraschall-Frequenz abhängen. Da entsprechend den Grundsätzen dieser Erfindung mehr als ein stehendes Wellenmuster hintereinander mit mehr als einer Ultraschall-Frequenz erzeugt wird, so ist es offensichtlich, daß linear im Abstand voneinander angeordnete Sätze von 1. Ordnungs-Bildern erzeugt werden. Die folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 6 gegebenen Beispiele sollen dies Prinzip erläutern.

Angenommen zwei Ultraschall-Frequenzen v\ und v₂ werden verwendet um zwei stehende Wellenmuster an der Grenzfläche 17 in schneller Folge zu erzeugen. Angenommen ferner, daß eine Beleuchtungsquelle 20 veranlaßt wird, Licht auf die Grenzfläche 17 mit wenigstens zwei verschiedenen Wellenlängen, Ai und A₂, zu strahlen. Für diesen Satz von Umständen werden vier Paare 1. Ordnung gebeugte Strahlen an Punkten mit Hilfe der Linse 24 erzeugt Das räumliche Filter 25 kann in der Fokusebene der Linse 24 angeordnet sein und die Stellungen 43 richten sich mit den fokussierten gebeugten Strahlen aus. In F i g. 6 stellt der Mittelpunkt des räumlichen Filters 25, am Stellungspunkt 43a, den Brennpunkt der ungebeugten Strahlung oder den O-Ordnungs-Strahl dar. Diese Strahlung wird gewöhnlich blockiert, da sie oft die Betrachtung des Bildes behindert Auf jeder Seite der 0-Ordnungs-Stellung 43a sind vier 1. Ordnung gebeugte Strahlen im Abstand angeordnet wobei die Strahlen auf der einen Seite die virtuellen Bilder und die Strahlen auf der anderen Seite die reellen Bilder darstellen. In Abhängigkeit von den Eigenschaften und den Anwendungen des Systems werden entweder die reellen oder die virtuellen Bilder betrachtet, während die anderen blockiert werden. Angenommen, z. B, die linke Seite des Raumfilters 25 sei die Seite der reellen Bilder und diese sollen betrachtet werden. Folglich wird die gesamte rechte Seite des Filters undurchsichtig gelassen, um alle die virtuelle Bilder tragenden Strahlen zu blockieren. Vier 1.

Ordnung gebrochene reelle Bilder tragende Strahlen werden auf die vier linken Stellungspunkte 43Z>, 43c, 43d und 43e fokussiert. Der auf 436 fokussierte Strahl trägt ein Bild der Ultraschall-Frequenz-i)i-Wellenfront mit Licht von der Wellenlänge A|. Der auf 43c fokussierte Strahl trägt ein Bild der Ultraschall-Frequenz v\ betrachtet mit dem Licht der Wellenlänge A₂. Ähnlich trägt der Strahl bei 43c/ ein Bild der Ultraschall-Frequenz v₂ betrachtet mit Licht der Wellenlänge λ\ und der bei 43 e trägt ein Bild der Ultraschallfrequenz V₂, betrachtet mit Licht der Wellenlänge A₂. Gleichung (7) gibt die Abstände dieser vier Stellungspunkte an. Durch Blockierung der Stellungspunkte 43c und 43</ kann das Ultraschall-Frequenz-Bild v\ betrachtet werden im Licht einer Quellenlänge Ai, während die Ultraschall-Frequenz vt betrachtet werden kann mit Licht einer anderen Wellenlänge A₂. Die zwei durchgelassenen Bilder befinden sich im Abstand voneinander, können jedoch zur Deckung gebracht werden durch irgendwelche geeigneten Mittel z. B. ein Prisma. Das räumliche Filter 25 kann so gestaltet werden, daß es irgendeine Kombination der gebeugten Strahlen hindurchläßt und so die Farbe auswählt in der jedes Bild wiedergegeben wird. Offensichtlich löst das räumliche Filter, da es mit Ausnahme an den gewünschten Nadellöchern undurchsichtig ist, auch das Problem von Scheinnebensprechen zwischen den verschiedenen Ultraschall-Hologrammen.

In F i g. 7 ist als Blockdiagramm ein für die Entdeckung von inneren Geschwüren (wie Krebs) verwendetes System veranschaulicht. Das veranschaulichte System umfaßt einen Reihenfolge-Pulserzeuger 46, der mit einem Paar Signalerzeugern 47 und 48, jeder mit verschiedenen Ultraschall-Frequenzen (z. B. 9 MHz bzw. 3 MHz) verbunden ist, die dann miteinander in eine parallele Kombination der Wandler 15 und 19 verbunden sind. Wandler 15 und 19 sind symmetrisch angeordnet, innerhalb eines in einem Behälter 55 gehaltenen fließbaren Mediums 11 (wie Wasser). Die Wandler können dünne Quarzplatten sein, die ausgebildet sind, um mit einer Grundfrequenz von 3 MHz und mit einer dritten harmonischen Frequenz von 9 MHz zu vibrieren. Die Signalerzeuger 47 und 48 liefern die Signale zum Antrieb der Wandler 15 und 19, die ihrerseits die verschiedenen stehenden Wellenmuster oder Ultraschall-Hologramme an der Grenzfläche 17 bildenden Ultraschallwellen erzeugen. In diesem Beispiel ist ein Gegenstand mit einer menschlichen Hand in dem Ultraschallstrahl des Wandlers 19 angeordnet. Die Ultraschall-Hologramme werden mit einer vielfarbigen Lichtquelle 20, die einen Quecksilberbogen enthalten kann, beleuchtet Die Lichtquelle wird durch die Linse 21 kollimiert und auf das stehende Wellenmuster 17 durch einen Spiegel 22 reflektiert. Der Spiegel 23 reflektiert die gebeugten Ordnungen von Licht durch eine Fokussierlinse 24 zu einem räumlichen Filter 25, das alle außer den zwei gewünschten 1. Ordnungs-Strahlen blockier^ so daß die verschiedenen Ultraschall-Bilder 28 und 29 in verschiedenen Farben betrachtet werden können. Die Bilder werden durch ein Paar Linsensegmente 44 und 45 und ein Prisma 49 zur Deckung gebracht und das resultierende zusammengesetzte Bild 50 kann durch eine Vidicon-Röhre 51 in einem geschlossenen Fernsehsystem abgetastet werden. Mit diesem System kann ein Arzt auf der Stelle ein Geschwür 52 durch Betrachtung eines Fernsehempfängers 53 entdecken.

Der Pulserzeuger 46 kann so ausgebildet sein, daß er die Signalerzeuger 47 und 48 jede 1000 Mikrosekunden

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auslöst, und die Signalerzeuger können Pulse von 30 Mikrosekunden Breite mit einer 500-Mikrosekunden-Pause zwischen ihnen liefern. Somit können die Wandler 15 und 19 Ultraschallstrahlen von verschiedenen Frequenzen in 500 Mikrosekunden Abständen erzeugen. Es wurde ermittelt, daß diese Schaltgeschwindigkeiten Vielfachbilder wiedergeben, die dem Betrachter gleichzeitig zu sein scheinen. Mit geeigneter Farbfilteranordnung, wie vorher beschrieben, können die Vielfachbilder 28 und 29 in verschiedenen Farben betrachtet werden. Da die Ultraschall-Hologramme nur während 30 Mikrosekunden für jede 500 Mikrosekunden existieren, so ergab es sich als wünschenswert, einen Verschluß 54 in den Lichtweg einzuschalten, um die Beleuchtung zu den Zeiten zu blockieren, während derer keine stehende Welle an der Grenzfläche 17 erscheint Der Verschluß 54 ist mit dem Pulserzeuger 46 verbunden zur Synchronisierung mit demselben dargestellt Der Verschluß 54 kann auch eine Farbfiltereinrichtung umfassen, um den verschiedenen Bildern verschiedene Farben zu erteilen.

Ein bevorzugtes optisches System, um die Bilder 28 und 29 zwecks Erzeugung eines mehrfarbigen zusammengesetzten Bildes 50 zur Deckung zu bringen, ist in größerem Maßstab in F i g. 8 dargestellt Das optische System der F i g. 8 ist etwas gegenüber dem der F i g. 7 verändert, um zu veranschaulichen, wie in einer bevorzugten Anordnung das Prisma 49 fortgelassen werden kann. Fig.8 zeigt zwei von Wellenfronten rekonstruierte Bilder mit zentralen und extremen Bildpunkten, die mit 1,2 und 3 bzw. 4,5 und 6 bezeichnet sind. Bezüglich des die Punkte 1,2 und 3 enthaltenden Bildes wird angenommen, daß es das Bild ist das durch die niedrigere der zwei zur Erzeugung des Hologramms verwendeten Frequenzen gebildet ist, und bezüglich des die Punkte 4, 5 und 6 enthaltenden Bildes wird angenommen, daß es mit der höheren der zwei Ultraschallfrequenzen erzeugt ist. Das Bild 1,2 und 3 ist somit kleiner als das Bild 4, 5 und 6, wobei die Unterschiede in Größe mit dem Verhältnis der beiden Ultraschall-Frequenzen zusammenhängen. Jedes Ultraschall-Bild wird verkleinert im Verhältnis der Wellenlänge des zur Wiedergabe des Bildes verwendeten Lichtes zur Wellenlänge des Ultraschalls. Es ist somit offensichtlich, daß die Bilder, um ein zusammengesetztes Bild zu ergeben, entsprechend vergrößert werden müssen; das Verhältnis der Vergrößerungsfaktoren für jedes Bild ist daher ungefähr umgekehrt proportional dem Verhältnis der zur Erzeugung der Bilder verwendeten Ultraschall-Frequenzen.

In Fig.8 wird angenommen, daß ein zusammengesetztes Bild erzeugt werden soll, das extreme und zentrale Punkte 7,8 und 9 enthält Die Punkte 1 und 4 werden im Punkt 7, die Punkte 2 und 5 im Punkt 8 und die Punkte 3 und 6 im Punkt 9 abgebildet Die folgende Analyse veranschaulicht wie durch geeignete Wahl und Anordnung der zwei Linsensegmente 44 und 45 das zusammengesetzte Bild einschließlich der Punkte 7, 8 und 9 erzeugt werden kann, ohne die Verwendung eines strahlenverlagernden Prismas.

Der wirksame optische Mittelpunkt »a« des Linsensegmentes 44 muß auf einer die Punkte 2 und 8 verbindenden Linie liegen. Der Mittelpunkt »a« muß auch auf der die Punkte 3 und 9 verbindenden Linie und der die Punkte 1 und 7 verbindenden Linie liegen. Fernerhin, wenn der Punkt »Zx< in derselben Ebene wie die Punkte 1, 2 und 3 und wenn Punkt »ca in der Einheitsebene der Linse 44 liegen, ergibt sich die Fokallänge »f« der Linse 44 durch:

worin υ der Abstand zwischen den Punkten »Zx< und »cx< und u'der Abstand zwischen den Punkten »cx< und 8 ist. Das Linsensegment 45 muß einen effektiven optischen Mittelpunkt »cfa auf der die Punkte 5 und 8 verbindenden Linie und auch auf den die Punkte 4 und 7 bzw. die Punkte 6 und 9 verbindenden Linien haben. Die Brennweite der Linse 45 ergibt sich aus derselben Gleichung wie für Linse 44 mit Ausnahme, daß υ als der Abstand zwischen den Punkten »«< und »/"« angenommen wird, zwei Punkten, die in der Ebene des Bildes 4,5 und 6 bzw. in der Einheitsebene der Linse 45 liegen; und i/'wird als der Abstand zwischen den Punkten »/« und 8 angenommen.

Jeder Bildpunkt wird durch einen Strahlenkegel gebildet von denen drei für die Punkte 2,4 und 5 gezeigt sind. Wie von Fachleuten der Optik erkannt werden wird, ist der wirksame optische Mittelpunkt der Linse in Wirklichkeit nicht ein Einzelpunkt sondern stellt vielmehr zwei Punkte dar, die sich rechts und links von den als die optischen Mittelpunkte der Linsensegmente 44 bzw. 45 gezeigten Punkte »a« und »cfa befinden. Diese Verfeinerung der Theorie der Linsen ist jedoch klein, und die angegebenen Gleichungen können als richtig in bezug auf einen ersten Genauigkeitsgrad angesehen werden.

Fig.9 veranschaulicht eine alternative Anordnung, um die zwei Bilder zur Deckung zu bringen. Die verschiedenen Ultraschall-Bilder können auf getrennte Kameraröhren 51a und 5\b fokussiert werden. Genaue Deckung der Bilder 28 und 29 kanr auf einem Fernsehschirm durch Einstellinsen 44 und 45 und Kameraröhren 51a und 51 b erreicht werden, so daß die sekundären, auf den Flächen der Kameraröhren erzeugten Bilder 28a und 29a dieselbe Größe haben. In dem in F i g. 9 gezeigten Beispiel ist das Bild 29 dreimal so groß wie das Bild 28. Die Linse 44 ist in bezug auf das Bild 28 so angeordnet daß sie ein Bild 28a mit dreifacher Vergrößerung erzeugt, während die Linse 45 mit einmaliger Vergrößerung zur Erzeugung des Bildes 29a arbeitet Viele Variationen von Kombinationen von Linsen und Vergrößerungen sind möglich. Linse 44 könnte eingestellt werden, um ein Bild 28a von zweimal der Größe des Bildes 28 zu erzeugen. Linse 45 würde dann eingestellt werden, um eine 2/3fache Vergrößerung zu ergeben. In jedem Fall würde die Fläche der Kameraröhren 51a und 516 längs der Z-Achse angeordnet werden für beste Fokussierung und längs der X- und Y-Achsen für beste Deckung der auf dem Fernsehschirm erscheinenden Bilder. Drehung der Kameraröhren 51a und 516 um die Z-Achse würde auch zur Erreichung von perfekter Deckung notwendig sein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (27)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall-Hologrammen, bei dem ein Ultraschall-Strahl auf den Gegenstand und von dort zu einer begrenzten durch ein flüssiges Medium gebildeten Detektorfläche gerichtet wird, und bei dem ein zum auf den Gegenstand gerichteten Strahl kohärenter Bezugs-Ultraschall-Strahl so gerichtet wird, daß er mit dem auf den Gegenstand gerichteten Strahl an der Detektoroberfläche interferiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstandsstrahl und der Bezugsstrahl jeweils gleichzeitig in aufeinanderfolgenden aktiven Zeiträumen auf die Detektoroberfläche auf treffend erzeugt werden, die durch inaktive Zeiträume unterbrochen sind, und daß die beiden Strahlen in einem aktiven Zeitraum eine Frequenz und in einem anderen aktiven Zeitraum eine andere Frequenz haben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstandsstrahl durch den Gegenstand hindurch auf die begrenzte Detektoroberfläche übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstandsstrahl vom Gegenstand reflektiert und dann zur begrenzten Detektoroberfläche übertragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Gegen-Standsstrahl als auch der Bezugsstrahl je von wenigstens zwei im Winkel zueinander angeordneten Ultraschall-Wandlern ausgehen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzeugung eines Hologramm-Transparenzbildes vom auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugten Ultraschall-Hologramm:

a) das auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugte Ultraschall-Hologramm mit kohärentem Licht beleuchtet wird;

b) alle außer einem Strahl 1. Ordnung für jede Ultraschall-Frequenz blockiert werden;

c) die Strahlen 1. Ordnung auf eine fotografische Schicht gerichtet werden und

d) ein Bezugslichtstrahl, der mit dem das Ultraschall-Hologramm beleuchtenden Licht kohärent ist, so gerichtet wird, daß er mit dem Strahl

1. Ordnung an der nachfolgend zu entwickelnden fotografischen Schicht interferiert.

6. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Gegenstandes von einem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf der Flüssigkeitsoberfläche hergestellten Ultraschall-Hologramm, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Vielfach-Bildern die Detektoroberfläche mit elektromagnetischen Wiedergabestrahlen beleuchtet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Strahlung so pulsiert wird, daß sie die Detektoroberfläche nur während der Zeitspannen beleuchtet, in denen das Hologramm für jede Ultraschall-Frequenz maximale Oberflächendeformation aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung der Detektoroberfläche mit elektromagnetischer Strahlung so erfolgt, daß für jedes der den unterschiedlichen Ultraschallfrequenzen entsprechenden unterschiedlichen Ultraschall-Interferenzmuster wenigstens ein Bild erzeugt wird, wobei die Bilder räumlich gegeneinander versetzt sind und alle Bilder außer von jedem der Interferenzmuster jeweils einem Bild blockiert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beleuchtende elektromagnetische

H Strahlung "eine Mehrzahl von unterschiedlichen Licht^:Frequenzen umfaßt und daß ferner jedes nichtblockierte Bild mit Strahlung einer anderen dieser Frequenzen wiedergegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle nichtblockierten Bilder zur Deckung gebracht werden unter Erzeugung eines zusammengesetzten mehrfarbigen Bildes.

11. Verfahren nach Anspruch 8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gebeugten Ordnungen in einer Ebene fokussiert werden und daß in dieser Ebene alle Ordnungen außer jeweils der gewünschten, ein gewünschtes Bild für jedes Interferenzmuster tragenden, weggefiltert werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht für jedes nichtblokkierte Bild in einer anderen Farbe gefiltert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beleuchtende Lichtstrahlung reihenmäßig gefiltert wird, bevor sie auf die Detektoroberfläche auftrifft.

14. Apparat zur Erzeugung eines Ultraschall-Hologramms mit Vorrichtungen zum Richten eines Ultraschall-Strahls auf den Gegenstand und dann zu einer begrenzten durch ein flüssiges Medium gebildeten Detektoroberfläche und zum Richten eines mit dem Gegenstandsstrahl kohärenten Bezugs-Ultraschall-Strahls auf die Detektoroberfläche zum Interferieren mit dem auf den Gegenstand gerichteten Ultraschall-Strahl, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Vorrichtung zum Richten von Ultraschall-Strahlen auf den Gegenstand zur Erzeugung von wenigstens zwei unterschiedlichen Ultraschall-Frequenzen eingerichtet ist und

b) die Vorrichtung zum Richten von Bezugs-Ultraschall-Strahlen auf die Detektoroberfläche zur Erzeugung von wenigstens zwei unterschiedlichen Ultraschall-Frequenzen, von denen jede jeweils mit einer der unterschiedlichen auf den Gegenstand gerichteten Ultraschall-Frequenzen kohärent ist, eingerichtet ist

15. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Richten von Ultraschall-Strahlen auf den Gegenstand und die Vorrichtung zum Richten von Bezugs-Ultraschall-Strahlen auf die Detektoroberfläche je einen Ultraschall-Wandler aufweisen, der zwischen verschiedenen Frequenzen umschaltbar ist.

16. Apparat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Erzeugung eines Hologramm-Transparenzbildes vom auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugten Ultraschall-Hologramm die weiteren Merkmale aufweist:

a) eine kohärente Lichtquelle zum Beleuchten des auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugten Ultraschall-Hologramms;

b) eine Vorrichtung zum Blockieren aller Ordnungen gebeugter Lichtstrahlen, die vom Interferenzmuster mit einer gegebenen Ultraschall-

Frequenz erzeugt werden mit Ausnahme eines Strahles 1. Ordnung, und

c) eine photographische Schicht zum Aufzeichnen der Interferenzfigur des Strahles 1. Ordnung mit einem dazu kohärenten Bezugs-Lichtstrahl.

17. Apparat zur Wiedergabe der nach Anspruch 14 auf der Flüssigkeitsoberfläche erzeugten Ultraschall-Hologramme, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Ultraschall-Hologramm Licht gerichtet ist, das verschiedene Frequenzen umfaßt

18. Apparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Ultraschallhologramm auftreffende Licht so pulsierbar ist, daß der Detektor nur während der Zeitzwischenräume beleuchtet wird, während deren sich das Hologramm in dem Zustand maximaler Oberflächendeformation befindet

19. Apparat nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet daß für den Fall alternativ umschaltbarer Ultraschallfrequenzen eine Einrichtung zum Umschalten der kollimierten Lichtquelle von einer im wesentlichen monochromatischen Lichtfrequenz auf eine andere im wesentlichen monochromatische Lichtfrequenz im Synchronismus mit dem Wechsel der Ultraschall-Strahlen vorgesehen ist.

20. Apparat nach Anspruch 17, 18 oder 19, gekennzeichnet durch eine Blende, die von jeder der unterschiedlichen Lichtfrequenzen nur einen Strahl 1. Ordnung hindurchläßt.

21. Apparat nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet daß eine Vorrichtung zum Fokussieren aller gebrochenen Ordnungen von Licht auf eine Ebene vorgesehen ist und daß die Blende in dieser Ebene angeordnet ist.

22. Apparat nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet daß er mit einer Vorrichtung ausgerüstet ist um die räumlich gegeneinander versetzten Bilder zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes zur Deckung zu bringen.

23. Apparat nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Abtastvorrichtung, die das zusammengesetzte Bild in äquivalente elektronische Signale umwandelt.

24. Apparat nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Kathodenstrahlröhre, in der die eiektronischen Signale in ein sichtbares Bild zurückverwandelt werden.

25. Apparat nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, um die räumlich versetzten Bilder zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bildes zur Deckung zu bringen, eine Vorrichtung aufweist die die Bilder auf dieselbe Größe bringt

26. Apparat nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet daß die Vorrichtung, um die räumlich gegeneinander versetzten Bilder zur Bildung eines zusammengesetzten Bildes zur Dekkung zu bringen, eine Fernsehkameraröhre für jedes Bild und eine Linse für jedes Bild aufweist und daß die von den Fernsehkameraröhren aufgenommenen Bilder einer gemeinsamen Fernsehbeträchtungsvorrichtung zugeleitet werden.

27. Apparat nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch Einfügung unterschiedlicher monochromatischer Lichtfilter in die Lichtwege der bildtragenden !.Ordnung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall-Hologrammen, bei dem ein Ultraschall-Strahl auf den Gegenstand und von dort zu einer begrenzten durch ein flüssiges Medium gebildeten Detektorfläche gerichtet wird, und bei dem ein zum auf den Gegenstand gerichteten Strahl kohärenter Bezugs-Ultraschall-Strahl so gerichtet wird, daß er mit dem auf den Gegenstand gerichteten Strahl an der Detektoroberfläche interferiert ^

Derartige Verfahren ergeben sich z. B. aus der Zeitschrift »Appl. Phys. Letters« 9 (1966), S. 328/329, sowie aus der früheren deutschen Patentanmeldung P 15 72 579.8-51.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren dieser bekannten Gattung zu schaffen, das die Herstellung detailreicher sowie mehrfarbiger Wiedergaben und Bilder auch von Gegenständen ermöglicht die sehr verschiedene Grade von Durchsichtigkeit für Ultraschall-Strahlung aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenstand und der Bezugsstrahl jeweils gleichzeitig in aufeinanderfolgenden aktiven Zeiträumen erzeugt werden, die durch inaktive Zeiträume unterbrochen sind, und daß die beiden Strahlen in einem aktiven Zeitraum eine Frequenz und in einem anderen aktiven Zeitraum eine andere Frequenz haben.

Weitere Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung sowie Apparaturen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den angehefteten Unteransprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in den gleichfalls angehefteten Zeichnungen veranschaulicht sind, wird die Erfindung näher erläutert In den Zeichnungen ist

F i g. 1 ein sich an die Ausbildung der genannten älteren Patentanmeldung P 15 72 579.8-51 anschließendes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. IA ein gegenüber Fig. 1 etwas abgeändertes Ausführungsbeispiel,

Fig.2 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform,

F i g. 2A ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 2B eine vergrößerte, zur Veranschaulichung eines wichtigen Prinzips der Erfindung dienende Ansicht,

F i g. 3 ein Diagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig.4 ein die Bildrekonstruktion für erfindungsgemäße Ultraschall-Holographien erläuterndes Diagramm,

Fig.5 eine weitere zur Erläuterung anderer wichtiger Prinzipien der Erfindung dienende vergrößerte Ansicht

F i g. 6 eine Ansicht eines räumlichen Filters,

F i g. 7 ein Blockdiagramm eines Fernsehsystems zum Betrachten von Ultraschall-Holographie-Bildern,

F i g. 8 eine Vergrößerung eines Teils der F i g. 7 und

F i g. 9 ein alternatives System zum zur Deckungbringen der Bilder. ..,.-_J:;,...... .,,.,,

Fig. 1 veranschaulicht ein erstes fließbares, z. B. Wasser enthaltendes Medium 11, in dem ein Gegenstand 12 angeordnet ist Die Oberfläche 13 des Mediums 11 stellt die Grenzfläche zwischen dem Medium 11 und einem zweiten fließbaren Medium 14, das in der einfachsten Ausführungsform der Erfindung aus Luft bestehen kann, dar. Ein in dem ersten Medium 11 befindlicher Ultraschall-Wandler 15 erzeugt einen