DE3216645A1

DE3216645A1 - Einrichtung zur erzeugung von echtzeit-stereo-bildpaaren

Info

Publication number: DE3216645A1
Application number: DE19823216645
Authority: DE
Inventors: Jon Charles 94306 Palo Alto Ca. Taenzer
Original assignee: SRI International Inc; Stanford Research Institute
Current assignee: SRI International Inc
Priority date: 1981-10-29
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1983-05-11
Also published as: FR2515836B1; US4486076A; JPS5875540A; GB2107869B; SE8203471L; FR2515836A1; CA1178705A; GB2107869A

Description

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Einrichtung zur Erzeugung von Echtzeit-Stereo-Bildpaaren

Die "Echtzeif'-ültraschallabbildung von Organen eines lebenden Organismus, z. B. des Herzens in einem lebenden menschlichen Körper, ist zu einem allgemein anerkannten diagnostischen Instrument geworden, das unter vielen speziellen Bedingungen Instrumente entweder ergänzt oder ersetzt, die mit Eindringverfahren arbeiten, wie z. B. die Katheterisierung oder schädlichere Mittel wie etwa Röntgenstrahlen. Perkutane Echtzeit-Abbildungen der lebenden menschlichen Anatomie unter Verwendung des relativ harmlosen Ultraschallmediums, das die räumlichen Aspekte, d. h. die Stereo- oder perspektivischen Aspekte des erzeugten Bilds klarmacht, liefern Information, die für die Auswertung medizinisch bedeutsamer Daten noch nützlicher ist. D. h., die Addition einer dritten Dimension zu den bereits jetzt ausgesprochen gut verwertbaren "monauralen" oder "Einkanal"-ültraschallbildern resultiert in einem weiteren wertvollen diagnostischen Aspekt.

Die hier angegebene Ultraschall-Stereobilderzeugungseinrichtung ist spezifisch für medizinische Diagnosezwecke ausge-

ivüä aits Srlei'i-srung erfolgt daher in Verbindung mit dieses se':·.!* anspruchsvollen Än^saduagsfall« Selbstverständlich sind jsfocii el-31; aufbau und die Prinzipien der Erfindung in vielen weiteren ?sllsn der Anwendung von akustischen Abbildungen so-vi® bsi 5sr 3rseuguag ?O5 Echtseit-Stereobildern unter Vs^-anduag aller SUr Jibbildungsswecke möglichen Snergieart-an_f also" optischer j. Infrarot-, Ultraschall-Energie etc ο _? ci^^Siidbar =

Sine erste An^andungsmogliahkeit für die Einrichtung ergibt sich anstelle siner "raonauiralea¹³ oder ^D'Einfcanal^1D-Fokussier~ wild Äblenkeiri.L'ichtanö" ai-;fcsui?"sch-3nd der US-PS 3 913 061 ο Infolgedessen -:?ii:-il 61% Ste?"scbilö-Erssug»2ngseinrichtung in Verbindung alt öar vOrgarianntsn einrichtung gezeigt und erläutert, Ds öia -genaiiiits öS™PS sowie die dort angegebenen Patentsebiiftsa dis Problse-s ansprechen,, die siit der Sinkanal-Sinriohtmig gelöst t/srien sollen _f wird diese Information hier nicht wiederholt_o E₃ So sir-d in den OS-PS⁰en 3 913 061 unc! 3 S82 223 Eätrisbsairt^ö^i'aneliurigsprobleHie an Flüssig-

GrsnsSläclie¹;*= ^ii-yesproohsiir Daher werden diese Betriebs- -UffiVjandluncisproblsiTiS ira vorliegenden Fall nicht nochmals erläutert„ obwohl äie in d®r US-PS 3 382 223 angegebene akustische Linssßsriordüung ia dar ?orliegenden Bilderzeugungseinriahiu;*;g £iit?siidbar ist ο Ebenso wird eine zur Umsetzung das "7ΟΆ ösr hisi: fiKgegeöenSä; Einrichtung erzeugten Stereo-Bilcifaldpmars si^crasststs Wandleranorclnung in der OS-PS 3 571 ?"β£ Eiigagsbeß, Di© vor liegende Fol-ussier- und Äblsnkeinriehiüiig ist spesisll sur Verweadusig mit einer solchen r,Roro!^iii:2 "i;sg^lsgts ^s ist jedoch ersichtlich_f daß sie auch anderweitig eirisetsbar ist» Weitere Probleme bei der Umwandlung der Bildfelder in Sichtinformation sind in der OS-PS 4 ö«51 415 angesprochen■>

EbensG wie des ^E33i2Äcinal^:3-Systss der" OS-PS 3 913 061 sieht die Einrichtung nach der Erfindung ein Ultraschallbild-

Fokussier- und -Ablenksystem zur Fokussierung eines verdichteten Ultraschallbilds auf eine Fläche, z. B. eine Ebene oder die Oberfläche eines Kugelsegments, und zur zyklischen Verschiebung sämtlicher Punkte auf der verdichteten Bildfeldoberfläche derart vor, daß sie sämtlich an einer Linie vorbeilaufen, wodurch das gesamte Bildfeld durch eine Einzelreihen-Wandleranordnung in ein Signal umsetzbar ist, das für die Sichtanzeige nutzbar ist. Ebenso wie das "Einkanal"-System ist das Ausführungsbeispiel der Bildablenkvorrichtung zum Einsatz in flüssigen Medien bestimmt und weist zwei oder mehr massive Linsen sowie ein Paar Bildablenkelemente auf, zwischen denen ein flüssiges Füllmedium vorgesehen ist. Die Bildablenkelemente bilden ein Paar von koaxial positionierten Ablenkprismen, die gleichzeitig gegenläufig gedreht werden, so daß das übertragene Bildfeld zweimal während jeder vollständigen Umdrehung der Ablenkprismen an einer bestimmten Linie (einer ortsfesten Wandleranordnung) vorbeibewegt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Paar von Bildfeldern, die Ansichten eines Gegenstands unter zwei verschiedenen Winkeln zu nahezu demselben Zeitpunkt sind, so daß sie ein Stereo-Bildfeldpaar darstellen, dadurch erzeugt, daß zwei gegenläufig rotierende Brechungs- oder Ablenkprismen zwischen dem betrachteten Gegenstand und dem Bildfeld angeordnet sind und gleichzeitig abwechselnd aufeinanderfolgend während der gegenläufigen Rotation der Ablenkprismen die Energieübertragung auf einer Seite einer durch eine Mittenachse verlaufenden Ebene blockieren sowie Energie durch die Ablenkprismen auf der entgegengesetzten Seite der Mittenachse übertragen und anschließend gleichzeitig die Energieübertragung auf der genannten entgegengesetzten Seite der Mittenachse blockieren und Energie durch die Ablenkprismen auf der einen Seite der Mittenachse übertragen. Auf

diese Weiss erfolgt eine Übertragung vom Objekt zum Betrachtungsfeid unter s^ei verschiedenen Winkeln (entgegengesetzten Seiten der Äblanlsprismen) nahezu ^ur selben Zeit» Gemäß einem be^otaagte-i äi23führuagsbeispiel ist jedes Äblenkprisma des Paars teilweise mit einem Material beschichtet, das die Energieübertragung vom Objekt zum Betrachtungsfeld blökkierty so daß die iSiisrgie dort blockiert wird, wo die beschichten PrissBentsile sich befinden, und dort übertragen wird? wo swisch-sn üa«⁵ betrachteten Objekt und dem Bildfeld auf keinem der Prismen eine Beschichtung vorhanden ist.

Anhand der Zeichnung v?ird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Ss seigens

Fig. 1 einen teilweise diamgrammatischen zentralen

vsrtik?.len Längsschnitt durch eine Bildablenkung «fols^ssieireinrichtung gemäß einem Äusführungsbeispiel der Erfindung?

Fig» 2 perspektivische Explosionsansichten der Elemente bis 5 " der Bild^blank- und -fokussiereinrichtung, wobei die Äblenkprismen nach Fig. 1 in verschiedenen Eotstionsphasen dargestellt sind und die Entiiicälü^g eier Stereo-Bildpaare verdeutlichen; und Fig- δ ^©rspekuivisaha Explosionsansichten von'Bildab- und 7 ienlc- und -fokussiereinrichtungen gemäß zwei wsitsrsn &usführungsbeispielen- der Erfindung.

Die Pig» 1-5 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des

zusammengesetzten akustischen abbildungs- und Bildablenksystems, das zur Erzeugung der Stereo-Bildpaare eingesetzt wird.. Die Kombination von Fokussier- und Ablenkelementen des Systems {bei dem gezeigten Äusführungsbeispiel) und deren sind in der US-PS 3 913 061 angegeben. Die

Fokussierelemente selbst können diejenigen nach der US-PS 3 982 223 sein. Um jedoch eine vollständige Erläuterung zu haben und aufgrund des speziellen Zusammenwirkens zwischen dem Abbildungs- und Ablenkelementen des Systems werden die Fokussier- und Ablenkelemente sowie deren Funktion nochmals erläutert.

Die Fokussierung (Abbildung) eines einfallenden Verdichtungsbildfelds erfolgt durch zwei massive Linsen 10 und 12, die beide im wesentlichen bikonkav, in Axialrichtung miteinander ausgerichtet und so im Abstand voneinander angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Hohlraum 13 gebildet ist. Ablenkprismen 18 und 20, die zwischen den Linsen 10 und 12 (im Hohlraum 13) angeordnet sind, haben die Funktion, das einfallende Verdichtungsbildfeld so abzulenken, daß eine im wesentlichen lineare Anordnung einzelner Wandler das gesamte Bildfeld in elektrische Signale übertragen kann, aus denen eine Sichtdarstellung des Bildfelds erhalten werden kann, z. B. auf dem Bildschirm eines Oszilloskops. Die akustische Linsen- und Bildfeldablenk-Verbundeinrichtung soll in einem flüssigen Medium eingesetzt werden; sie ist daher im vorliegenden Fall in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 15 aufgenommen und in ein flüssiges Medium 16 (das als umgebendes flüssiges Medium bezeichnet wird) eingetaucht. Der Hohlraum 13 zwischen den Linsen 10 und 12 ist ebenfalls mit einer Flüssigkeit 14 gefüllt. Vorteilhafterweise sind sowohl die Linsen 10 und 12 als auch die akustischen Ablenkprismen 18 und 20 mit kreisrundem Außenumfang ausgebildet.

Nachstehend werden zuerst die akustischen Ablenkprismen 18 und 20 in der in Fig. 1 gezeigten ortsfesten Lage erläutert, wobei die Abbildung in bezug auf Charakter und Aussehen im wesentlichen unverändert übertragen wird. Dann wird auf die durch die gegenläufige Rotation der Ablenkprismen bewirkte

Bildablenkung sowie anschließend auf das Verfahren zur Entwicklung der Abbildungen aus verschiedenen Betrachtungswinkeln sur Bildung der Stereo-Bildpaare Bezug genommen.

Da die Erzeugung der Stereo-Bildpaare die Hauptfunktion der vorliegenden Erfindung ist und da die bevorzugte Einrichtung für die Verdichtungswellen-Bilderseugung und -ablenkung " sowie die lineare lⁿ7andleranordnung für die übertragung des gesamten '/erdielitungs-Bildfelds in elektrische Signale, die später in eise Sichtdssrsteliung unigesetzt werden, bereits im einseinen erläutert vmrden (vglο die US-PS'en 3 913 061 und 3 971 962)ρ werden die zugehörige ¥orrichtung zur gegenläufigen Rotation dar Äblenkprisrnen 18 und 20 für die richtige Ablenkung, Einzelheiten von Flüssigkeitsdichtungen für die Linsen 10 und 12 und die Ablenkprismen 18 und 20 sowie die verwendeten Werkstoffe weder gegeigt noch erläutert. Die Wirkungsweise der gegenläufig rotierenden Ablenkprismen 18 und 20 ist jedoch von wesentlicher Bedeutung für das Verständnis der Stsreo-Elldpaareraeugung und wird daher näher erläutert«

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Ablenkprismen und 20 ebenso wis die Linsen 10 und 12 aus einem Werkstoff mit einer Schallgeschwindigkeit bestehen, die sich von derjenigen der Flüssigkeit 14 erheblich unterscheidet, und in Axialdichtung miteinander fluchtend längs der Einfallbahn eines Verdichtungsbildfelds angeordnet sind, das durch die Linsen 10 und 12 fokussiert wird. Die Ablenkprismen 18 und 20 sind rait den Linsen 10 und 12 dadurch in Axialrichtung ausgerichtet gehalten, daß sie innerhalb des zylindrischen Gehäuses 15 in ringförmigen Laufringen 37 und 39 drehbar gelagert sind«

Das Ablenkprisisa IS (links in der Abbildund) ist mit seinem dicksten Abschnitt unten und seinem dünnsten Abschnitt oben

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orientiert. Es weist ein Paar ebene Flächen 22 und 24 auf. Die innere ebene Fläche 24 verläuft senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 15, und die äußere ebene Fläche 22 verläuft relativ dazu geneigt. Bei ortsfestem Ablenkprisma 18 wird die Fortpflanzungsrichtung eines auf die schräge Fläche auffallenden akustischen Wellenfelds um einen Winkelbetrag nach oben verschoben, der durch die Neigung der Flächen und 24 sowie die relativen Schallgeschwindigkeiten des Prismenwerkstoffs und der Flüssigkeit 14 nach Maßgabe der Standard-Brechungstheorie bestimmt ist. Bei der gezeigten Einrichtung hat das Ablenkprisma 18 ebenso wie die Linsen und 12 einen kreisförmigen Außenumfang.

Das Ablenkprisma 20 (rechts in der Zeichnung) ist mit dem akustischen Ablenkprisma 18 in jeder Hinsicht identisch, ist jedoch relativ zu dem Ablenkprisma 18 um 180° um seine Längsachse gedreht. D. h., das akustische Ablenkprisma 20 besteht aus dem gleichen Werkstoff und weist ein Paar ebene Flächen 26 und 28 auf. Die ebene Fläche 26 des Ablenkprismas 20, die der vertikalen ebenen Fläche 24 des Ablenkprismas unmittelbar benachbart ist, ist ebenfalls zur Achse des Gehäuses 15 senkrecht. Es ist zu beachten, daß die erste Fläche (22) des akustischen Ablenkprismas 18, auf die ein von links nach rechts (in der Figur) wanderndes Schallwellenfeld auftrifft, exakt parallel zu der Austrittsfläche des Ablenkprismas 20 verläuft, und daß die (vertikale) ebene Austrittsfläche 24 des Ablenkprismas 18 zu der Schalleintrittsfläche 26 des Ablenkprismas 20 in der gezeigten Position parallel ist.

Für die dargestellte Lage verschiebt das akustische Ablenkprisma 20 also die Ausbreitungsrichtung eines einfallenden Schallwellenfelds um genau denselben Winkelbetrag nach unten, um den das Ablenkprisma 18 sie nach oben verschiebt.

Infolgedessen wird ein von links nach rechts sich fortpflanzendes Schallivslienfeld so fokussiert, daß durch die Linsen 10 und 12 ein Schallbild"erzeugt wird, und seine allgemeine Lage in der Bildebene (Aspekt) wird durch die akustischen Ablenkprismen 18 und 20 nicht geändert.

Daraus folgt, daß bei gegenläufiger Rotation der akustischen Äblenkprismen 13 und 20 um 180° relativ zueinander die geneigten Flächen 22 und 28 der beiden Äblenkprismen, die parallel zueinander verlaufen (vgl. Fig. 1), zwar wiederum zueinander parallele jedoch entgegengesetzt zueinander geneigt sind» Bei einer solchen Rotation befindet sich das dicke Ende des akustischen Äblenkprismas 18 an der Oberseite des Gehäuses 15, und das dünnste Ende des akustischen Äblenkprismas 20 befindet sich ebenfalls an der Oberseite des Gehäuses 15. Damit wird ein auf die äußere ebene Fläche 22 des Ablenkprismas 18 auftreffendes verdichtetes Bildfeld nach oben (anstatt nach unten wie im vorhergehenden Fall) und von dem akustischen Äblsnkprisma 20 um exakt denselben Betrag nach oben verschoben. Auch in dieser Lage wird also das einfallende Schallbild beim Austritt aus der Fokussierund Ablenkeinrichtung nicht verschoben. Wie noch im einzelnen erläutert wird, wird in den Zwischenlagen (zwischen den beiden soeben erläuterten Positionen, in denen keine Bildablenkung erfolgt) der Ablenkprismen 18 und 20 das einfallende verdichtete Bildfeld zuerst auf die eine und dann auf die andere Seite verschoben»

Anhand der vorstehend erläuterten Prinzipien kann der Fachmann ein Linsen-· und Bildablenksystein gemäß der Erfindung konstruieren.

Es sind zwar auch andere Betriebsweisen denkbar, es ist jedoch am günstigsten, das System so auszulegen, daß von den

Ablenkprismen 18 und 20 keine sphärische Aberration erzeugt wird, also das System so auszulegen, daß sämtliche die Ablenkprismen durchsetzenden Wellen planar sind. Dies wird durch eine solche Ausbildung des Systems erreicht, daß die abzubildende Objektebene um einen Brennpunktsabstand von der Linse, auf die die Bildebene fällt, beabstandet ist.

Da der Hauptzweck des angegebenen Abbildungs- und Ablenksyems darin besteht, ein gesamtes einfallendes Verdichtungs-Bildfeld in elektrische Signale umzuformen, die anschließend in eine Sichtdarstellung umsetzbar sind, und da das spezielle Mittel zur Durchführung der Umsetzung eine lineare Wandleranordnung ist (die hier nicht gezeigt oder erläutert, jedoch in der US-PS 3 971 962 angegeben ist), besteht die Aufgabe darin, das gesamte Bildfeld ohne eine Drehbewegung des Bilds über die Linie der linearen Wandleranordnung vorwärts und rückwärts abzulenken. D. h., die lineare Wandleranordnung (nicht gezeigt) ist der Fokussierund Ablenkeinrichtung in einer Ebene nachgeschaltet, die vertikal verläuft und die Mittenachse des rohrförmigen Linsen- und Ablenkeinrichtungs-Gehäuses 15 (die auch als eine zur Ausrichtachse senkrechte Linie definiert ist und in einer diese Achse einschließenden Ebene liegt) durchsetzt. Somit hat das Ablenksystem die Funktion, das Bild orthogonal über diese Linie abzulenken, ohne daß eine Dreh- oder seitliche Verschiebung in bezug auf die lineare Wandleranordnung erfolgt (da die durch die Wandleranordnung definierte Linie in diesem Fall als vertikal beschrieben ist und "seitlich" entlang der Länge der Linie bedeutet, ist die zu vermeidende seitliche Verschiebung tatsächlich vertikal).

Wenn die akustischen Ablenkprismen 18 und 20 gegenläufig, jedoch mit der gleichen Geschwindigkeit (der gleichen Anzahl Winkelgrade pro Sekunde) gedreht werden, ändert sich der

Winkel zwischen den anfangs parallelen Außenflächen 22 und 28 fortschreitend von BJoII an der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Position auf einen Höchstwert, nachdem die Ablenkprismen um 90° gedreht sind (Position nach Fig. 3). Mit weiterer Rotation der Äblen&prismen wird der Winkel zwischen den ursprünglich geneigten,, jedoch parallelen Flächen 22 und 28 wieder zu Null (bei einer Drehung von 180°, Fig. 4) und erreicht einen. Höchstwert in Gegenrichtung (bei einer Drehung von 270°_f Fig» 5}„ Der Winkel wird wieder auf Null vermindert in der Ausgangsposition (Drehung von 360°, Fig. 1). Die Kombination der beiden Ablenkprismen, die mit der gleichen Drehgeschwindigkeit .gegenläufig umlaufen, -stellt effektiv ein Äblenkprisma mit änderbarem Winkel dar. Damit wird das einfallende '/erdichtete Schallbildfeld effektiv hin- und her vorbei an einer Linie abgelenkt, die zur Ausrichtachse der Elemente senkrecht ist und in einer diese Achse enthaltenden Eben® liegt. Das Überstreichen erfolgt bei jeder vollen Umdrehung der beiden akustischen Ablenkprismen einmal in jeder Richtung ohne eine seitliche oder Dreh-Verschiebung längs dsr Länge der Linie (wobei "seitliche Verschiebung" wiederum eine Verschiebung über die Länge der Wandleranordnung bedeutet).

Vorstehend wurde die Arbeitsweise der gegenläufig umlaufenden Ablenkprismen 18 und 20 in besug auf ein einfallendes Verdichtungs-Bildfelä erläutert,, das von den Linsen 10 und 12 fokussiert wird, so daß das Bild vorbei an einer zur Ausrichtachse senkrechten Linie in jede Richtung einmal während jeder vollen Umdrehung der beiden akustischen Ablenkprismen 18 und 20 abgelenkt, wird, ohne daß eine seitliche oder Dreh-Verschiebung erfolgt, d. h., ohne daß eine Verschiebung längs der Äusrichtachse der Wandler erfolgt» Nachstehend wird das Verfahren der Erzeugung von Bildern aos unterschiedlichen Betrachtungswinkeln zur

VS- 4M

Bildung der Stereo-Bildpaare erläutert. Hierbei sei daran erinnert, daß zur Erzeugung von Echtzeit-Stereobildern ein Gegenstand unter zwei verschiedenen Winkeln gleichzeitig (oder nahezu gleichzeitig) betrachtet werden muß.

Ein Verfahren, das die Erzeugung von Echtzeit-Stereo-Bildpaaren mit der angegebenen Ultraschallkamera mit nur geringen Modifikationen des Systems (des "Einkanal"-Systems) ermöglicht, erfordert das "Betrachten" des Gegenstands durch einen jeweils verschiedenen Teil der Bildfokussier- und -ablenkeinrichtung auf entgegengesetzten Seiten einer Ebene durch die Längsmittenachse während jeder vollen Ablenkung der Abbildung, also jedesmal, wenn die Abbildung an der Bildwandlerlinie (im vorliegenden Fall der linearen Wandleranordnung) vorbeiläuft. Dies wird dadurch erreicht, daß zuerst die eine Seite der übertragenen Abbildung und dann die andere blockiert wird, während die Übertragung auf der jeweils entgegengesetzten Seite ermöglicht wird.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 2-5 dargestellt. Die dort gezeigten Elemente entsprechen denjenigen von Fig. 1. Dabei erfolgt die Blockierung durch Beschichten eines Teils (eines Halbkreissegments) jedes der gegenläufig drehbaren Ablenkprismen 18 und 20 mit einem für Ultraschall undurchlässigen Werkstoff, z. B. Schaumstoff oder Ultraschall absorbierendem Gummi, wobei die Beschichtung so orientiert ist, daß das Verdichtungs-Bildfeld, das während mindestens eines Teils der 180°-Drehung von den Ablenkprismen übertragen und umgewandelt wird, durch eine Seite des Linsensystems übertragen wird, während die andere Seite wirksam blockiert ist, und das während mindestens eines Teils der nächsten 180°-Drehung übertragene und umgewandelte Verdichtungs-Bildfeld Energie aus der entgegengesetzten Seite des Linsensystems darstellt, während die erste Seite wirksam blockiert ist.

Zum besseren Verständnis dieser Wirkungsweise wird nacheinander auf die Fig. 2-5 Bezug genommen,, die aufeinanderfolgende 90°-Rotationsphasen_f ausgehend von der Ausgangsposition von Fig. 2, zeigen. Wie bereits erläutert, wird ein durch das Linsen- und Prismensystem übertragenes Bildfeld in zwei Positionen der Prismen 18 und 20 nicht abgelenkt, in denen die Dicke der Prismenkombination über die volle Prismenfläche gleichmäßig ist, und zwar bei der 0°-Rotationslage der Äblenkprismen entsprechend Fig. 2 und bei der 180°-Rotationslage entsprechend Fig. 4. D. h., in diesen beiden Positionen liegen der dickste Teil des einen Prismas und der dünnste Teil des anderen in einer direkten Linie. Um eine Seite eines einfallenden Bilds, das ein verdichtetes Ultraschallfeld enthalt, zu blockieren und die Übertragung der anderen Seite zu ermöglichen, ist eine entsprechende Hälfte jedes Prismas 18 und 20 mit einem für Ultraschall undurchlässigen Werkstoff beschichtet (bei 30 und 32), und zwar derart, daß die linke Seite bei 0° (vgl. Fig. 2) blockiert ist, während das Ultraschallfeld auf der rechten Seite übertragen wird. In der Gegendrehrichtung, d. h. bei 180 (vgl. Fig. 4), wobei wiederum keine Ablenkung des Bilds erfolgt, ist die rechte Seite blockiert, während das Ultraschallfeld auf der linken Seite übertragen wird, da die Hälften der Äblenkprismen 13 und 20, die beschichtet sind (30 und 32), auf der rechten Seite einander entsprechen (vgl. die Figur). In dieser Lage ist also die linke Seite der AblenkprisBen 18 und 20 durchlässig und läßt das einfallende Ultraschallfeld durch. Bei Betrachtung dieser beiden Gegensätze ist ersichtlich, daß die Blockierung und Übertragung derart sind, daß Energie zu einem jeweiligen Zeitpunkt nur durch eine Seite übertragen wird, und daß die Übertragung zuerst auf einer Seite einer Vertikalebene durch die Kittenachse des Systems und dann auf der anderen erfolgt. Da die beiden Seiten des Linsen- und Ablenksystems (auf entge-

gengesetzten Seiten einer vertikalen Mittenebene, wie gezeigt) physisch voneinander getrennt sind, werden die übertragenen Abbildungen auf den entgegengesetzten Seiten von zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln aus erzeugt. Damit ist jede zweite abgelenkte Abbildung eine Abbildung eines Stereo-Bildpaars, während die entgegengesetzte abgelenkte Abbildung die andere Abbildung eines Stereo-Bildpaars ist. Es ist zu beachten, daß die optimale Arbeitsweise erreicht wird, wenn die Energieabsorptionsbeschichtungen auf die einander zugewandten inneren planaren Prismenflächen und 26 aufgebracht sind.

Nach Betrachtung der Extremlagen der Ablenkprismen 18 und bei 0° und 180° (vgl. die Fig. 2 und 4) seinen nachstehend die Zwischenpositionen erörtert. Beginnend mit der Lage der Ablenkprismen bei voll übertragender rechter Seite des Systems (vgl. Fig. 2, 0°) während der gegenläufigen Rotation der Ablenkprismen (dabei läuft das erste Ablenkprisma 18 im Gegenuhrzeigersinn und das zweite Ablenkprisma 20 im Uhrzeigersinn um) blockieren die Beschichtungen 30 und 32 die Übertragungsfläche scherenartig, so daß ein immer kleiner werdendes Segment des Linsensystems durchlässig bleibt, während die Abbildung immer stärker abgelenkt wird, aber die Übertragung verbleibt auf der gleichen Seite einer Vertikalebene durch die Mitte des Systems (rechte Seite in der Figur), bis die Ablenkprismen in die erste volle Ablenkposition (90°-Rotation, Fig. 3) gelangen. Wenn die Ablenkprismen die erste volle Ablenkposition erreichen, ist das Verdichtungs-Bildfeld vollständig blockiert, da die Beschichtung 30 auf dem ersten Ablenkprisma 18 die gesamte obere Hälfte des Felds und die Beschichtung 32 auf dem anderen Ablenkprisma die gesamte untere Bildhälfte blokkiert. Während sich die Ablenkprismen 18 und 20 weiter über 90° hinaus drehen, trennen sich die blockierenden Flächen

(die Beschichtungen 30 und 32} auf der entgegengesetzten (linken) Seite der Mittenebene allmählich voneinander, so daß eine "Ansicht" von der linken Seite des Systems aus erhalten wird. Dieser Vorgang startet auch die Bildumsetzung in Gegenrichtung (entsprechend der Lehre der US-PS 3 913 061).

Die Übertragungsfläche vergrößert sich weiter, bis die Ablenkprismen 18 und 20 die zweite Stellung, in der keine Ablenkung erfolgt (180°, Fig. 4), erreichen, woraufhin die Übertragungsfläche wieder abnimmt. Sie nimmt weiter auf der gleichen (linken) Betrachtungsseite ab, bis die Ablenkprismen sich scherenartig schließen, wenn die nächste volle Ablenkposition (270°, Fig«, 5) erreicht ist. In dieser Position erfolgt kein Energiedurchtritt. D. h., in der 270°-Stellung blockiert die Blockierbeschichtung 30 auf dem im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Ablenkprisma 18 die gesamte obere Hälfte des Felds, und die Blockierbeschichtung 32 auf dem im Uhrzeigersinn umlaufenden Ablenkprisma 20 blockiert die gesamte untere Bildhälfte. Die Übertragungsfläche beginnt sich dann auf der entgegengesetzten (rechten) Seite des Systems wieder zu öffnen, während die Bildumwandlung in die erste Richtung zurückkehrt. Somit ist ersichtlich, daß die Übertragung einer einfallenden Verdichtungsbildwelle abwechselnd von einer Seite zur anderen geht, während die Ablenkprismen umlaufen, und daß die Übertragung auf einer Seite der einen Biidumwandlungsrichtung entspricht, während die Übertragung auf der anderen Seite der anderen Bildumwandlungsrichtung entspricht.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel laufen die Ablenkprismen 18 und 20 mit einer Geschwindigkeit von 7,5 ü/s um und erzeugen zwei Bilder pro Umdrehung (360°-ümdrehung) oder 15 Bilder pro Sekunde. Da abwechselnd aufeinanderfolgende

fet* *. w « .

Bilder Gegenstücke eines Stereo-Bildpaars sind, werden mit dieser Anordnung 7,5 Stereo-Bildpaare pro Sekunde erzeugt, was sich als ausreichend erwiesen hat. Wenn Bildflimmern jedoch ein Problem darstellt, kann entweder die Drehzahl erhöht werden oder eine Bildumsetzung erfolgen. Ferner ist zu beachten, daß beide Ablenkprismen 18 und 2Ö jeweils exakt zur Hälfte beschichtet sind. Eine solche Anordnung bietet sowohl Vor- als auch Nachteile. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß ein annehmbarer Betrachtungswinkel mit im wesentlichen vollständiger Trennung der einzelnen "Ansichten" des Stereo-Bildpaars erhalten wird. Ein Nachteil besteht darin, daß die Intensität oder "Helligkeit" des übertragenen Bildfelds vom einen Rand zum anderen während der Hin- und Her-Umsetzung nicht gleichmäßig ist, sondern an den Stellen größter Ablenkung schwächer als in der Mitte ist. Da die übertragene Energie zweimal während jeder Umdrehung der Ablenkprismen um 360° vollständig blockiert ist, erzeugt tatsächlich nur der zentrale Teil der Abtastung ein Bild. In den meisten Anwendungsfällen stellt dies kein Problem dar. Dadurch, daß die Hin- und Herbewegung des Bilds eine sinusförmige Bewegung ist, so daß die Umsetzung nahe dem Umkehrpunkt (und zwar sowohl unmittelbar vorher als unmittelbar nachher) der Bildrichtung relativ langsamer stattfindet, haben die Wandler mehr Zeit zur Erzeugung elektrischer Signale an der Fläche verminderter Intensität. Ferner findet in diesem Bereich ein sehr schnelles Schließen der mit einer Sperrschicht versehenen Hälfte statt. Damit ist die Abbildung über einen großen zentralen Teil der Gesamtbildfläche nahezu gleichmäßig hell.

Eine nahezu unendlich große Vielfalt von Konfigurationen des Energiesperrmaterials ist einsetzbar, aber aus praktischen Erwägungen werden nur einige bevorzugte Beispiele gezeigt. Es werden jedoch dabei Konstruktionsgesichtspunkte erörtert, so daß ein Fachmann die Konstruktion für einen bestimmten Verwendungszweck optimieren kann.

Die Ablenkprismen 34 und 36 von Fig. 6 sind dafür ausgelegt, eine gute Trennung zwischen den beiden Stereoskopbildern in Verbindung mit hoher Gleichmäßigkeit der Energieübertragung über das gesamte Feld zu erzielen. Die beiden Ablenkprismen 34 und 36 befinden sich in einer nichtablenkenden Position wie die Ablenkprismen 18 und 20 nach den Fig. 1 und 2 und sollen in der gleichen Einrichtung verwendet werden. Das erste Ablenkprisma (links in der Figur) läuft im Gegenuhrzeigersinn um, und ein 27Ö°-Sektor seiner vertikalen ebenen Innenfläche ist mit Schallabsorptionsmaterial 38 beschichtet, während der durchlässige 90°-Sektor auf einer Horizontalebene auf der rechten Seite der Figur zentriert ist. D. h., der durchlässige Sektor ist bei 0° zentriert (wenn man von der linken Seite der Figure gerade hereinsieht) , so daß die einzige übertragene Energie sich auf der rechten Seite befindet. Um das "rechtsseitige" Stereobild zu erzeugen, weist das zweite Ablenkprisma 36 der Gruppe eine entsprechende durchlässige Fläche in der gleichen Position bei dieser Prismenorientierung auf. Bei dieser Ausführungsform ist die durchlässige Fläche des zweiten Ablenkprismas ein Sektor, der sowohl hinsichtlich Form als auch Größe (270°) der beschichteten Fläche des ersten Ablenkprismas 34 entspricht, und nur ein 90°-Sektor seiner vertikalen planaren Innenfläche ist mit Schallabsorptionsmaterial 40 beschichtet. Das 90°-Schallabsorptionssegment 40 des zweiten Ablenkprismas 36 ist ebenfalls um eine Horizontalebene durch die Mittenachse der Ablenkprismen zentriert, ist jedoch auf der linken Seite der Fläche vorgesehen. Damit befinden sich der durchlässige 90 -Sektor des ersten Ablenkprismas und der blockierende 90 -Sektor des zweiten Ablenkprismas 36 zueinander entgegengesetzt und sind symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten einer zentralen Vertikalebene angeordnet. Eine Rotation jedes Ablenkprismas 34 und 36 um 180° in entgegengesetzte Richtungen ergibt somit das volle linksseitige Stereobild.

Obwohl keine weiteren Ansichten dieses Ausführungsbeispiels dargestellt sind, ist ersichtlich, daß während der gegenläufigen Rotation der beiden Ablenkprismen 34 und 36 aus der gezeigten Stellung die Vorderkante des durchlässigen Sektors des ersten Ablenkprismas 34 und die Vorderkante des beschichteten Sektors 40 des zweiten Ablenkprismas 36 gleichzeitig die 90°-Position oder die Position des oberen Viertelkreises (zentrale Vertikalebene) erreichen, und die Übertragung der einfallenden Energie wird weiterhin auf der rechten Seite blockiert, bis sowohl der durchlässige Sektor (Viertelkreis) des ersten Ablenkprismas 34 als auch der blockierende Sektor 40 (Viertelkreis) des zweiten Ablenkprismas nach einer weiteren Drehung um 90 in Deckung liegen und die Energie vollständig blockiert wird. Die linksseitige Übertragung beginnt mit weiterer Rotation bis zur vollen Deckung des durchlässigen Materials, wenn die Vorderkante des durchlässigen Sektors des erste Ablenkprismas 34 an der Hinterkante des Sektors aus blockierendem Material 40 des zweiten Ablenkprismas 36 vorbeiläuft und die Energieübertragung auf der linken Seite beginnt, so daß das "linksseitige" Bild eines Stereo-Bildpaars erzeugt wird. Auf diese Weise findet eine Energieübertragung zuerst auf der einen Seite des Systems statt, während sie auf der anderen blockiert ist, und dann wird die Anordnung umgeschaltet, so daß das Gegenstück eines Stereo-Bildpaars erzeugt wird. Somit wird abwechselnd aufeinanderfolgend ein "linkes" und ein "rechtes" Stereobild bei jeder vollen Umdrehung der Ablenkprismen 34 und 36 erzeugt. Bei der vorstehend erläuterten Einrichtung wird eine Abbildung mit mittlerer Gleichmäßigkeit, mittlerem Stereowinkel und mittlerer Trennung erzeugt.

Wenn ein kleines Absorptions- oder Blockiersegment auf jedem Ablenkprisma richtig angeordnet ist, wird die Bildgleichmä-

ßigkeit (die Energieübertragungs-Gleichmäßigkeit) nur geringfügig vermindert, aber es erfolgt ein Vermischen der "linksseitigen" und der "rechtsseitigen" Bilder, so daß zwar ein Stereoeffekt eintritt, jedoch nicht optimal ist. Ein Beispiel hierfür (nicht gezeigt) sind etwa zwei Ablenkprismen, die jeweils einen einzigen Viertelkreis mit Absorptionsmaterial beschichtet aufweisen (entsprechend dem zweiten Ablenkprisma 36 in Fig. 6). Es sei die nichtablenkende Prismenorientierung von Fig. 6 betrachtet, wobei ein Sektor beider Ablenkprismen im gleichen Viertelkreis beschichtet ist, so daß eine Seite für die übertragung durchlässig ist. Z. B. liegt der absorbierende Sektor beider Ablenkprismen auf der linken Seite (relativ zu einer zentralen Vertikalebene) der Ablenkprismen und ist so orientiert, daß eine Horizontalebene durch die Mittenachse einen Winkel der Schallabsorptionssektoren halbiert (wie das bei dem Sektor auf dem zweiten Ablenkprisma in Fig. 6 der Fall ist).

Die Umkehrung dieser Anordnung (ebenfalls nicht gezeigt) eliminiert das Vermischen von "linksseitigen" und "rechtsseitigen" Stereobildern und ergibt einen ausgezeichneten Stereoeffekt, aber die Gleichmäßigkeit des übertragenen und umgesetzten Bilds ist nicht so gut. D. h., beide Ablenkprismen weisen Absorptionsmaterial auf einem 270 -Sektor auf, während nur ein 90°-Sektor für die übertragung durchlässig ist. In der nichtablenkenden Orientierung der Ablenkprismen entsprechend Fig. 6 liegen die Übertragungsflächen auf der rechten Seite und sind von einer Horizontalebene durch die Mittenachse halbiert, ebenso wie der Übertragungssektor des ersten Ablenkprismas in der Figur. Bei dieser Anordnung erfolgt während jeder 360°Umdrehung der gegenläufig umlaufenden Ablenkprismen eine zweimalige Übertragung, jedoch nur für einen schmalen Rotationswinkel.

Der Stereo-Betrachtungswinkel (Sehwinkeltrennung) wird vergrößert, indem die Übertragungsfläche von der Mittenachse der Ablenkprismen weg nach außen bewegt wird. Dies ist bei dem System nach Fig. 7 der Fall. Zwei Ablenkprismen 42 und 44 sind in Axialrichtung miteinander ausgerichtet und in einer das Bild nicht ablenkenden Lage orientiert entsprechend denjenigen nach den Fig. 1, 2 und 6, und wie im Fall der Ablenkprismen nach den Fig. 2 und 6 ergibt die Übertragungsfläche in dieser Position ein "rechtsseitiges" Bild. Die beschichteten oder Blockierabschnitte 46 und 48 der beiden Ablenkprismen 42 und 44 sind Segmente der Kreise, die durch die vertikalen planaren Flächen definiert sind, und nicht Sektoren wie in Fig. 6. Dabei bildet das mit energieundurchlässigem Material 48 beschichtete Segment des zweiten Ablenkprismas (wiederum von links nach rechts gesehen) des Systems etwa 2/3 der Prismenfläche, so daß nur das äußere Drittel (in bezug auf den Mittelpunkt versetzt) für die Energieübertragung durchlässig bleibt. Um eine Energieblokkierung zwischen der rechten und der linken Stereobild-Übertragungslage zu erzielen, entspricht das Segment mit energieabsorbierendem Material 46 auf dem ersten (linken) Ablenkprisma 42 im wesentlichen dem Segment durchlässiger Fläche auf dem zweiten Ablenkprisma. Damit wird in der nichtablenkenden Lage der Ablenkprismen nach Fig. 7 das "rechtsseitige" Stereobild, das von der Mitte des Systems im Abstand liegt, übertragen, und die durchlässigen Flächen koinzidieren wiederum bei einer 180°-Rotation und erzeugen ein "linksseitiges" Stereobild, das von der Mitte des Systems den gleichen Abstand wie das erste Stereobild aufweist. In der 90°- und der 270°-Rotationslage liegen die energieabsorbierenden Flächen beider Ablenkprismen übereinander und verhindern eine Energieübertragung.

Somit ist ersichtlich, daß die Aufgabe der Erfindung durch Schaffung eines Systems zur Erzeugung von Echtzeit-Stereobildern gelöst wird, das sich für viele verschiedene Energiearten und Abbildungszwecke eignet.

Claims

r ü c h e

. 1 ί Einrichtung svr SrssuauKg von 3chtz@it-Stereo^mBiidpaaren, a s k s η η s * 2 ο b a s i d^rcb

- eias BiidcÄlsiÄsimisit (IS₁₇ 201 34, 36? 42, 44) zur wiedsrhcltor« Ä.fcl®n!;ung ainss Bildfelds orthogonal an einer bestiaeteia Linie vorbei derart _r daß jeder Teil des Bilc«£sX6^;fi siel*' siii <5·3ίΓ E.-ii:.i'5 "/oirbsibsvjsorfc^ und

- Sperritiittel i3&_y 32s 3G₇ 40? 4S^ 4S) _F die verhindern-^ daß entgsgengssQtnts -Ssitsii -des Bilds bei abwechselnd aufeinariöerfoÄg-ani'sr_& £.bl-3ol:»ageü das Bildfsldls an der Linie vorbei CUaS^ srrsicliso;

- so daß bsi aij-.--£Gh3sl;id aufeinanderfolgenden Ablenkungen jeweils aiii arideffss Bild uää clasiit eines von zwei verschiedsiiGEi Sildsrn sinss Sterso-Bildpaars auf der genannten Liiiis ©cssiicjbsir ist_o.

2« SinriclitiäKC; nach EnBio^udh 1 _r
dadurch cjGküariSsi-ihnGii.

daß die Bil&bl'scksiahsit düi:ch äiindestens ein Äblenkprismenpsa?: {18^ 2ö; cj^oilcet ist_? das längs der Bildeinfallbahn anial iaiteinsadsr EusgGrichtet drehbar angeordnet ist, wobei jedes ÄbienkprisEisi siadsstsas eins ebene Fläche (22, 24, 26, 28) aufweist» flie rait dsr £.sase der iSinfallbahn einen Winkel bildet und bsi einer bestiraaten Rotationslage im wesentli- ■ chsn psrallel nu dsr ontsprschenden Fläche des jeweils

anderen Prismas ist, und wobei Mittel vorgesehen sind zum Drehen der Ablenkprismen (18, 20) in zueinander entgegengesetzte Drehrichtungen bei gleicher Winkelverschiebung unter Aufrechterhaltung der axialen Ausrichtung, so daß die ebenen Flächen während der Rotation in zwei Positionen im wesentlichen parallel sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Sperrmittel durch eine Beschichtung (30, 32; 38, 40; 46, 48) aus einem Material gebildet sind, das für das Bildfeld undurchlässig ist und einen Teil jedes Ablenkprismas (18, 20; 34, 36; 42, 44) bedeckt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß jedes Ablenkprisma (18, 20; 34, 36; 42, 44) einen im wesentlichen kreisrunden Außenumfang hat und daß das Beschichtungsmaterial (30, 32; 38, 40; 46, 48) ein Segment auf mindestens einer Fläche jedes Ablenkprismas bedeckt, wobei die Segmente in zwei Positionen während jeder vollen Umdrehung das volle Bildfeld im wesentlichen blockieren.

5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die mit dem Beschichtungsmaterial bedeckten Segmente auf jedem Ablenkprisma (18, 20) einen Sektor von im wesentlichen der halben Fläche jedes Ablenkprismas umfassen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß der mit Beschichtungsmaterial bedeckte Sektor (38) auf einem (34) der beiden Ablenkprismen (34, 36) im wesentlichen 3/4 der genannten Fläche und der mit Beschichtungsmaterial bedeckte Sektor (40) auf dem anderen (36) der beiden Ablenkprismen im wesentlichen 1/4 der genannten Fläche umfaßt.