DE1572678C3 - Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall-Hologrammen und Apparat zu dessen Durchführung - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen von Ultraschall-Hologrammen und Apparat zu dessen DurchführungInfo
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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 Ausf ührungsbeispiel 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
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
"; .■;■;,'■■; :';,:""·''",/'', r/,';';: '·' . ' ■'.
Die Verwendung ejnes 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 Fig.2 ist eine gegenüber Fig. 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 Wellenmüstern kann für
F i g. 2 mit der gleichen Ausrüstung wie in F i g. 1 durchgeführt werden. Eine Punktquelle elektromagnetischer
Strahlung 20, die weißes Licht sein kann, wird durch eine Linse 21 koUimiert 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
0-Ordnüngs-Strahl 26 mit Ausnahme gewisser zugelassener
l.Ordnungs-Seitenbandstrahlen blockiert.
Zwei Bilder, 28 und 29, sind als von zwei zugelassenen
O-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 ür 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 190 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
ίο 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-
809 531/8
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 , (1)
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-Frequenz v, der Ultraschall-Geschwindigkeit
c und dem Winkel Φ abhängt.
Die Konstante k' erwies sich als
,. luv .
k = sin φ.
Die Komponenten h und /j0 erwiesen sich als
4/
4/
h =
ogc{\ +b)
Λο =
l+bj*
worin
/ = Intensität jedes Ultraschall-Strahles,
ο = Dichte des fließbaren Mediums,
g = Schwerkraftbeschleunigung und
ο = Dichte des fließbaren Mediums,
g = Schwerkraftbeschleunigung und
b = eine weitere. Konstante, die ausgedrückt werden kann, ..„.-.... ......
b ·= -—j- y(«"sin 0)2,
Og(T
worin γ = Oberflächenspannung der Flüssigkeit Da die
Größenordnung von b beachtlich größer ist als 1, wird der Ausdruck (i+b) in Gleichung (3) annähernd b.
Ersatz der Gleichung (5) in Gleichung (3) ergibt
h =■■
.41 agc2
C2 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
!0 Gleichung (6) ist ersichtlich, daß durch minimale
Gestaltung des 'Winkels*. Φ 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 υ2 sin2 Φ 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 1. 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.
Fig.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. ΘΛ 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 Brechungsoberfläche 17 wie folgt ausgedrückt werden kann:
~ W2i-sin«/'
(7)
worin c gleich der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen in dem fließbaren Medium und ν gleich der
Ultraschall-Frequenz der Ultraschallwellen ist.
Von dieser Gleichung des Brechungsabstandes können die Winkel Qr der verschiedenen gebrochenen
Ordnungen bestimmt werden. Die auf die Brechungsoberfläche 17 unter einem Winkel 0/ einfallenden
Lichtstrahlen werden gemäß der folgenden Gleichung gebrochen:
sin (~)r =
m/.
— sin θ-,,
(8)
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:
sin (~)r =
sin (-),, (9)
da ν, Φ und c für jedes gegebene stehende Wellenmuster
Konstanten sind, kann die Gleichung (9) wie folgt geschrieben werden:
sin (-)r = K in λ — sin (~);
(10)
oder
Θ, = sin"1 -{Kmλ -sin«,-}. (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 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 α eines der 1. Ordnungsstrafen,
z. B. des unter θ+1 gebeugten, ist
'+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 a+i und <x_i 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+iL und der
lineare Abstand der negativen 1. Ordnung, *_i, wird
oc-iL betragen (α±ι 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
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 j()
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 Λ.2,
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 O-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 436,43c, 43c/
und 43e fokussiert. Der auf 436 fokussierte Strahl trägt ein Bild der Ultraschall-Frequenz-tM-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 Ai und der
bei 43 e trägt ein Bild der Ultraschallfrequenz υ2,
betrachtet mit Licht der Wellenlänge A2. Gleichung (7)
gibt die Abstände dieser vier Stellungspunkte an. Durch Blockierung der Stellungspunkte 43c und 43c/ kann das
Ultraschall-Frequenz-Bild v\ betrachtet werden im
Licht einer Quellenlänge Ai, während die Ultraschall-Frequenz
«2 betrachtet werden kann mit Licht einer anderen Wellenlänge λζ. 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 blockiert so daß die verschiedenen UltraschaH-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
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 »6« in derselben Ebene wie
die Punkte 1, 2 und 3 und wenn Punkt »o« in der Einheitsebene der Linse 44 liegen, ergibt sich die
Fokallänge »f« der Linse 44 durch:
worin uder Abstand zwischen den Punkten »6« und »c«
und t/'der Abstand zwischen den Punkten »«<
und 8 ist Das Linsensegment 45 muß einen effektiven optischen Mittelpunkt »rf« 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 u als der
Abstand zwischen den Punkten »e« und »/« angenommen wird, zwei Punkten, die in der Ebene des Bildes 4,5
und 6 bzw. in der Einheitsebene der Linse 45 liegen; und u'wird als der Abstand zwischen den Punkten »Λ<
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 »rft<
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 516 fokussiert werden. Genaue Deckung der Bilder 28 und 29 kanr auf einem
Fernsehschirm durch Einstellinsen 44 und 45 und Kameraröhren 51a und 516 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
so 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
809 531/8
Claims (27)
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 auftreffend 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
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 Größebringt
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 ν ,
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
Fig. 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,
F i g. 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.
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
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3633407A (en) * | 1970-02-16 | 1972-01-11 | Zenith Radio Corp | Acoustic holography with a frequency-shifted reference beam |
US3829827A (en) * | 1971-05-28 | 1974-08-13 | Thomson Csf | Acoustical holography system for acoustic image conversion |
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US3790281A (en) * | 1973-02-26 | 1974-02-05 | Zenith Radio Corp | Combined system for acoustical-optical microscopy |
US4012950A (en) * | 1974-12-12 | 1977-03-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford University | Method of and apparatus for acoustic imaging |
US4030342A (en) * | 1975-09-18 | 1977-06-21 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University | Acoustic microscope for scanning an object stereo-optically and with dark field imaging |
US4026144A (en) * | 1975-12-10 | 1977-05-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Apparatus for the generation of polychromatic ultrasonographs |
JPS5675686A (en) * | 1979-11-26 | 1981-06-22 | Kureha Chem Ind Co Ltd | Ultrasonic video device |
GB8815660D0 (en) * | 1988-07-01 | 1988-08-10 | Nat Res Dev | Underwater inspection apparatus & method |
CN105424799A (zh) * | 2015-11-07 | 2016-03-23 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于非线性声学复合材料层压板微小开裂的监测方法 |
CN114603846B (zh) * | 2022-03-02 | 2023-03-14 | 中山大学 | 三维多层结构的制备方法 |
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1967
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US3564904A (en) | 1971-02-23 |
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DE1572678B2 (de) | 1978-08-03 |
NL6717798A (de) | 1968-07-01 |
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