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ZEIT-DURCHS CHNITTS -HOLOGRAPHIE (Priorität der USA Patentanmeldung
Nr. 831 090, angemeldet 6. Juni 1969) Abstract Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Holographie und .insbesondere auf die Verwendung von holographischen Techniken
für Vibrations-Analyse.
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Kurz zusammengefaßt besteht die Erfindung in einer Technik zur Untersuchung
von Vibrations- und anderen Veränderungseigenschaften eines Gegenstandes durch Konstruktion
eines Zeit-Durchschnitts-Hologramms des sich verändernden Gegenstandes. Der das
Hologramm konstruierende Bezugsstrahl hat entweder eine einzige Frequenz, die sich
von der den Gegenstand beleuchtenden Strahles unterscheidet, oder er ist so moduliert,
daß er eine Mehrzahl von Frequenzen umfaßt.
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Der Hinterarund der Erfindung Fundamentale Techniken der Wellenfront-Rekonstruktion
(Holographie) wurden von Leith und Upatnieks in Scientific American, Voi. 212, Nr.
6, Seiten 24 bis 35, vom Juni 1965 beschrieben. Ein Hologramm wird konstruiert durch
Interfexenz zweier kohärenter Strahlungsbündel, wie elektromagnetische Strahlung
innerhalb des
sichtbaren Spektrums, an einem Hologrammdetektor,
wie einem fotografischen Film. Ein aufzuzeichnender Gegenstand wird in den Pfad
eines dieser Bündel angeordnet, um eine gegenstandmodifizierte Strahlung zu erzeugen,
die auf den Hologramm-Detektor auftrifft. Das andere Strahlungsbündel, daß das Bezugsbündel
genannt wird, schneidet das gegenstand-modifizierte Bündel unter einem endlichen
Winkel mit demselben. Nachdem der Detektor behandelt ist, wie durch Entwicklung
des fotografischen Films in gewöhnlicher Weise, erhält man ein Hologramm des Gegenstandes.
Wenn das Hologramm mit Strahlung beleuchtet wird, die der Strahlung des Bezugsbündels
entspricht, wird das gegenstand-modifizierte Bündel rekonstruiert unter Bildung
eines drei-dimensionalen Bildes des Gegenstandes.
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Die Verwendung dieser holographischen Technik zur Analyse des an
verschiedenen Punkten mit verschiedenen Vibrations-Amplituden vibrierenden Gegenstandes
ist in der gleichzeitig schwebenden deutschen Patentanmeldung P 15 14 179.1; unsere
Akte DA-K217(H-2); und der gleichzeitig schwebenden US-Patentanmeldung S.N. 505
652 offenbart, und sie ist von Powell und Stetson im Journal of the Optical Society
of America, Vol. 55, No. 12, Dezember 1965, Seiten 1593 bis 1598 beschrzben. Kurz
gesagt umfaßt die dort offenbarte Technik die Anordnung des Hologramm-Detektors
so, daß der Gegenstand im allgemeinen in einer zu demselben senkrechten Richtung
vibriert. Der Holograum-Detektor wird liner großen Anzahl von Vibrationen, der Gegenstands-Vibrätion,
-ausgesetzt, um ein Zeit-Durchschnitts-Hologramm zu erzeugen. Bei Rekonstruktion
des Hologramms umfaßt ein modifiziertes Bild des Gegenstandes ein Muster von hellen
und dunklen Streifen von denen die Amplitude der Vibration an verschiedenen Teilen
des Gegenstandes bestimmt werden kann. Die rekonstruierte Lichtintensität an einem
gegebenen Punkte des Gegenstandsbildes ist bezogen auf dieflAmplitude der Vibration
dieses Gegenstandpunktes durch das Quadrat einer Null-Ordnung Bessel-Funktion der
ersten Art.
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Diese Technik ist sehr nützlich fUr die meisten Vibrations-Analyse-Anwendungen,
aber leidet unter gewissen Beschränkungen für andere Anwendungen. Hine hauptsächliche
Beschränkung besteht darin, daß die
Gegenstandsbild-Rekonstruktion
am hellsten ist, wo der Gegenstand Null-Vibration aufweist. Bereiche-des Gegenstandes
mit hoher Vibrations-Amplitude sind im allgerinen insgesamt dunkel mit einem Streifenmuster,
das sich nur schwer beobachten läßt. Dies ist in gewissen Gegenstandsbild-Rekonstruktionen
sichtbar, die in dem genannten Pawell und Stetson Artikel, insbesondere in dessen
Fig.
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4(f), wiedergegeben sind.
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Das Hauptziel und weitere Ziele der Erfindung sind die Schaffung
einer Technik: um Vibration zu analysieren durch Zeitdurchschnitts-Holographie,
die die Erkennung von Unterschieden der Amplitude der Vibration an den Teilen des
Gegenstandes erlaubt, die im allgemeinen große Vibrations-Amplituden aufweisen;
die Erkennung kleiner Vibrationen im Gegenstand, die @@öhnlicherweise durch die
in dem genannten Powell und Stetson Artikel beschriebenen Techniken nicht nachweisbar
sind; bei der die vibrations-Amplitude durch kontrollierte Empfindliclieit bestimmt
werden kann; bei der die fundamentale Vibrations-Frequenz eines Gegenstandes und
seine Harmonischen bestimmt werden können; und durch die die relative Vibrationsphase
zwischen verschiedenen Punkten des vibrierenden Gegenstandes bestimmt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung Die vorgenannten und weitere Ziele werden
erfindungsgemäß erreicht durch Konstruktion eines Zeitdurchschnitt-Hologramms während
einer Mehrzahl von Vibrationen eines Gegenstandes, wobei verschiedene Punkte desselben
mit verschiedenen Vidations-Amplituden sich bewegen, wobei das Bezugsbündel wenigstens-eine
Strahlung frequenz umfaßt, die von der Strahlungsfrequenz des den Gegenstand beleuchtenden
Bündels um einen Betrag abweicht, der auf die Frequenz der Gegenstandsvibration
bezogen ist.
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Gemäß einer Ausbilden der Erfindung umfaßt die Bezugsbündelstrahlung
im wesentlichen eine einzige Strahlungsfre.quenz, die von der verwendeten einzigen
gegenstands-beleuchtenden Strahlung um einen Betrag abweicht, der-gleich einem ganzzahligen
Vielfachen der Grundvibrationsfrequenz des Gegenstandes ist. Wenn das Bezugsbündel
von dem den Gegenstand beleuchtenden Bündel durch die Grundfrequenz
der
Gegenstandsvibration abweicht, enthält das rekonstruierte Gegenstandsbild ein Streifenmuster
für genügend große Vibrations-Amplituden. Weiterhin ist, für kleine Schwingungs-Amplituden,
die Helligkeit des rekonstrierten Gegenstandsbildes proportional der Schwingungs-Amplitude.
Diese verbesserten Resultate werden auch erreicht, wenn das Bezugsbündel in seiner
Frequenz von dem gegenstandbeleuchtenden Bündel um zwei oder mehrere Male der Grundfrequenz
der Gegenstands-Vibration abweicht. Diese Techniken sind zum Studium von sowohl
nicht-sinusförmigen als auch von sinusförmigen Gegenstands-Vibrationen brauchbar.
Ein Zeitdurchschnitt-Hologramm, das gemaß den erfindungsgemäßen Techniken konstruiert
ist, wird mit Licht beleuchtet, um ein Bild des Gegenstandes zu rekonstruieren.
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Betrachtungsoptik wird im Raum auf das rekonstruierte Bildes Gegenstandes
fokussiert.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausbildung der Erfindung besteht darin,
daß die Grundfrequenz der Gegenstands-vibration bestimmt werden kann, als der kleinste
Unterschied zwischen den Bezugsbündel und Gegenstandbeleuchtungsbündel Frequenzen,
bei denen der Gegenstand in einigen seiner Bereiche hell rekonstruiert.
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Irgendeine bequeme Technik kann verwendet werden, um ein Bezugsstrahlungsbündel
zu erhalten, das eine einzige von - der Frequenz des den Gegenstand beleuchtenden
Strahlungsbündels unterschiedliche Frequenz aufweist, wie durch Verwendung-getrennter
Strahlungsquellen, die auf verschiedene Frequenzen für die gegenstands -beleuchtenden
und Bezugsbündel abgestimmt sind. Alternativ kann eine einzige Strahlungsquelle
verwendet werden, wie dies für optische holographische Arbeiten üblich ist, unter
Hinzufügung eines gei;qneten, in den Pfad des Bezugsbündels eingefügten Apparates,
um dessen Frequenz vor dem Auftreffen auf den holographischen Detektor zu verschieben.
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Eine Ultraschall-Beugungszelle oder ein elektro-optischer Phasen-Modulator
sind bequeme Einrichtungen zur Einfügung in ein Bezugslichtbündel, um dessen Frequenz
um einen kontrollierbaren Betrag zu verschieben.
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Gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung wird ein Bezugsbündel
mit dergleichen Frequenz wie der Frequenz des gegenstandbeleuchtenden
Bündels
mit einer Frequenz frequenz-moduliert, die gleich der Grundfrequenz der Gegenstands-Vibration
ist. Die modulierende Funktion ist im wesentlichen die gleiche'wie die Gegenstandsvibrations-Funktion.
Diejenigen Gegenstandspunkte, die das gegenstand-beleuchtend.e Bündel mit derselben
Tiefe und Phase modulieren, mit der das Bezugsbündel moduliert wird, werden am hellsten
rekonstruiert. Dies gestattet Rekonstruktion eines Gegenstandsbildes mit einem klaren
Streifenmuster in denjenigen Teilen des Gegenstandes,die eine große Vibrations-Amplitude
haben. Zusätzlich kann die relative Vi-brationsphase zwischen zwei oder mehr Gegenstandspunkten
aus dem Streifenmuster des rekonstruierten Bildes bestimmt werden. Weiterhin bewirkt
Modulation des Bezugsbündels mit einer Frequenz, die gleich zwei oder mehrere Male
die Grundfrequenz der Gegenstands-Vibration ist, die gleichen Vorteile.
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Das Bezugsbündel kann gemäß einer bevorzugten Ausführung unter Verwendung
von optischer Holographie durch ein elektrisch erregtes optisches kristall, das
in seinen Pfad angeordnet ist, derart moduliert werden. Viele andere spezielle Techniken
können auch verwendet werden, um zufriedenstellend die Bezugsbündel-Modulation sowohl
mit;6ptischer als auch anderer Strahlung zu erreichen.
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Gewisse Ausbildungen der erfindungsgemäßen Techniken sind von dem
Erfinder der vorliegenden Anmeldung vollständiger beschrieben worden in "Applied
Physics Letters", Vol. 14, Nr. 1, Seiten 23 bis 24.
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Diese Druckschrift ist zwar vom 1. Januar 1969 datiert, wurd nÇ 2
t bis zum 4. Marz 1969 veröffentlicht.
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Eine detailliertere Offenbarung der Erfindung und weiteren Ziele,
Merkmale und Vorteile derselben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung
mit den beiliegenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 illustriert allgemein ein
erfindungsgemßes Verfahren der Konstruktion eines Zeitdurchschnitt-Hologramms eines
vibrierenden Gegenstandes;
Fig. 2 veranschaulicht ein Verfahren
zur Rekonstruktion eines Bildes eines holographisch gemäß dem in Fig. 1 veranschaulichten
Verfahren, aufgezeichneteni vibrierenden Gegenstandes; -Fig. 3a veranschaulicht
ein Frequenz-Spektrum eines den Gegenstand beleuchtenden Bündels; Fig. 3b veranschaulicht
ein Frequenz-Spektrum eines vom Gegenstand modifizierten Bündels; Fig. 3c veranschaulicht
ein Frequenz-Spektrum eines teleuchtenden Bezugsbündels; Fig. 3d zeigt in grafischer
Darstellung typische Null-, Erste-und Zweite-Ordnung Bessel-Funktionen, die die
Tiefe der Modulation "m" (proportional zur Amplitude der Gegenstands-Vibration auf
Licht-Bild-Rekonstruktions-IntensitAt beziehen; Fig. 4 zeigt eine spezielle Ausführungsform
der Erfindung, bei der eine Ultraschall-Beugungszelle zum Verlagern der Frequenz
des Bezugsbündels verwendet ist; und Fig. 5 zeigt eine andere spezielle Ausbildungsform
der Erfindung-, die ein optisches Kristall zur Modulierung des Bezugsbündels verwendet.
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Beschreibung der bevorzugten Ausbildungsformen Die Techniken der vorliegenden
Erfindung sind in ihrer bevorzugten Ausbildungsform hier unter Verwendung von elektromagnetischer
Strahlung innerhalb des sichtbaren Spektrums beschrieben. Es versteht sich jedoch,
daß die erfindungsgemäßen Techniken mit rgendeiner Strahlungsform, die bei der Durchführung
der Holographie verwendet werden, durchgeführt werden kann. Solche Strahlung umfaßt
z.B. Teilchenstrahlung, wie ein Elektronenbündel, oder elektromagnetische Strahlung,
wie Licht, oder akustische Strahlung wie Schallenergie..Da die bevorzugten FormBn
der Erfindung Lichtstrahlungsenergie verwenden, soll die Erfindung so beschossen
werden.
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Fig. 1 zeigt einen vibrierenden Gegenstand, z.B. eine Platte 11,
die starr Rings ihrer Ränder lla und llb befestigt ist. Ein (nicht dargestellter)
Umstand veranlaßt die Platte 11, sich zu Stellungen maximaler Vibrations-Amplituden
13 und 15 zu verformen, die hier zwecks Veranschaulic hung übertrieben dargestellt
sind. Alle Punkte der Platte 11 haben nicht die gleiche Vibrations-Amplitude. Eine
Laser-Lichtquelle 17 sendet ein gegenstand-beleuchtendes Bündel 19 mit einer Frequenz
f0 aus. Die vibrierende Platte 11 reflektiert und frequenz-moduliert das gegenstand-beleuchtende
Bündel 19 in ein gegenstand-modifiziertes Bündel 21. Ein fotoempfindlicher Detektor
23 ist so angeordnet, daß er das gegenstand-modifizierte Bündel 21 auffängt.
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Eine Laser-Lichtquelle 25 erzeugt ein Bezugsbündel 27, mit einer Frequenz
f und wird eo auf den fotoempfindlichen Detektor 23 gerichtet, um mit dem gegenstand-modifizierten
Bündel 21 zu interferieren, wodurch sowohl die Phasen- und die Amplituden-Information
des gegenstand-modifizierten, über eine große Zahl von Plattenvibrationen gemittelten
Bündels aufgezeichnet wird.
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Die Holographie-Techniken erfordern, daß ein gegenstand-modifiziertes
Bündel oder ein Bezugsbündel miteinander kohärent sind.
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Ansonsten wird das gegenstand-modifizierte Bündel nicht richtig aufgezeichnet.
Gewöhnliche Holographie-Techniken verwenden eine einzige Laser-Lichtquelle mit geeigneten
Bilndelteilern und anderen optischen Elementen, so daß das gegenstand beleuchtende
Bündel und das Bezugsbündel genau die gleiche Frequenz haben. Die in dem erwähnten
Artikel von Powell und Stetson beschriebene Technik verwendet kohärente gegenstand-beleuchtende
und Bezugsbündel; d.h. fo = f r° Nachdem der fotoempfindliche Detektor 23 richtig
behandelt wurde, so ergibt sich ein Hologramm 23'. Wird das Hologramm 23' mit einem
Lichtbündel beleuchtet, das ähnlich oder gleich dem des Bezugsbündels der Fig. 1
ist, so wird ein ein Bild tragendes gebeugtes Bündel 29 erzeugt. Das gebeugte Bündel
29 ist eine Rekonstruktion der gegenstand-modifizierten Wellenfront 21, wie sie
über eine Zeitspanne von vielen Vibrations-Kreisläufen der Platte 11 gemittelt ist.
Ein virtuelles Bild 31 der Platte 11 qeist übereinander gelagerte dunkle und helle
Streifen auf, die Punkte der Platte mit gleichen Vibrations-Amplituden anzeigen.
Betrachtungsoptik en, die ein menschliches Auge umfassen können, werden auf das
virtuelle Bild 31 fokussiert. Wenn fo = f, r während der
Konstruktion
des Hologrammes sind, so interferiert das Bezugsbündel 27 nur mit dem Teil des gegenstand-modifizierten
Bündels 21, der die gleiche Frequenz hat. Da die vibrierende Platte 11 verschiedene
Frequenzen in dem gegenstand-modifizierten Bündel 21 erzeugt, so wird nur die Information
der Teile der Platte 11 klar aufgezeichnet, die eine Frequenz-Komponente gleich
der Frequenz zur des Bezugsbündels erzeugen. Die Vibrations-Charakteristiken anderer
Teile der Gegenstandsplatte können oft erwünscht sein, und es wurde ermittelt, daß
die Streifenmuster dieser anderen Bereiche klarer gemacht werden, wenn das Bezugsbündel
27 wanigstens eine Frequenz fr enthält, die nicht gleich fO ist und die davon um
einen Betrag sich unterscheidet, der auf die Grundfrequenz der Vibration der Gegenstandsplatte
11 bezogen ist.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3a, 3b und 3c soll nun eine Ausbildung
der Erfindung beschrieben werden, bei der das Bezugsbündel eine einzige Frequenz
fr # fo enth§lt. In diesen Figuren ist die relative Lichtamplitude mit y bezeichnet.
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Fig. 3a zeigt die relative Amplitude des gegenstand-beleuchtendea
Bündels 19 als eine Funktion der Frequenz über eine Zeitspanne vom Beginn der Belichtung
des fotoempfindlichen Detektors 23 bis zum Ende derselben. Fig. 3a zeigt die gesamte
Bündelamplitude als im wesentlichen auf eine einzige Frequenz f0 konzentriert.
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Es sei ein besonderer Wall von sinusförmiger Gegenstands-Vibration
betrachtet. Die Vibration der Gegenstandsplatte 11 frequenzmoduliert das gegenstand-beleuchtende
Bündel in ein gegenstandmodifiziertes Bündel 21. Ein besonderer Punkt 33 des Gegenstandes
wird Licht reflektieren, das ein Frequenz-Spektrum, etwa gleich dem in Fig. 3b veranschaulichten
haben kann, wobei die genaue Verteilung von der Amplitude der sinusförmigen Vibration
des besonderen Punktes 33 abhängt. Die komplexe vom Punkt 33 reflektierte Wellenform
wird bequemerweise in Ausdrücken der Amplitude seiner sinusförmigen, durch eine
Frequenz F getrennten Komponenten angegeben. Die Midellinie zeigt die relative Amplitude
der sinusförmigen Komponente der gegenstandbeleuchtenden Bündelfrequenz fo. Wenn
fo = fr ist, wird nur dieser Teil, der Amplitude des gegenstand-modifizierten Bündels
aufgezeichnet,
während die verbleibenden Komponenten den fotoempfindlichen
Detektor 23 verschleiern.
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Fig. 3c zeigt das Frequenz-Spektrum des Bezugsbündels 23 in einem
speziellen Beispiel der Erfindung, worin zur æo gewählt ist, daß es gleich fo+F
wird, worin F die sinusförmige Gegenstandsvibrations-Frequenz ist. Das Bezugsbündel
27 interferiert mit der Frequenz-Komponente des gegenstand-mcdifizierten Bündels,
die gleich dem Wert f, r ist. Information des vibrierenden Gegenstandes wird dadurch
aufgzeichnet für Interpretation seines Vibrations-Charakters durch Betrachtung eines
rekonstruierten Bildes desselben. Die Bezugs# strahlung interferiert mit dem Teil
des gegenstand-modifizierten Bündels, der durch den Gegenstandpunkt 33 erzeugt wird,
was als J1(m) in Fig. 3b markiert ist.
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Ein mit fo= f r konstruiertes Zeitmittel-Hologramm rekonstruiert
ein Bild des Gegenstandpunktes 33 mit einer relativen IntensiSt, die proportional
dem Quadrat eines Null-Ordnung Besselfunktionswertes für die besondere vibrationsamplitude
des Gegenstandpünktes 33 ist.
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Eine Null-Ordnung Besselfunktion ist als Jo(m) in Fig. 3d aufgetragen,
worin "m" die Modulationstiefe ist, die durch die Vibrationsamplitude des besonderen
Gegenstandspunktes verursacht-wird, dessen rekonstruierte Intensität von Interesse
ist. Verschiedene Punkte des Gegenstandes vibrieren mit verschiedenen Amplituden
und rekonstruieren somit mit verschiedenen Lichtintensiäten gemäß der J0 (m) Kurve.
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Es wurde ermittelt, daß, wenn das Bezugsbündel zu einer Frequenz fr=
fo + F verlagert wird, die Lichtintensität eines rekonstruierten Gegenstandspunktes
bezogen ist auf die Vibrationsamplitude (m) dieses Punktes durch die Erste-Ordnung
Besselfunktion J1(m), wie dies in Fig. 3d gezeigt ist. Arbeitet man auf der Kurve
J1(m), anstatt wie früher auf der Kurve JO(m), so hat dies verschiedene Vorteile.
Beispielsweise, wenn Rekonstruktion der Teile des Gegenstandes mit niedriger Vibration
gewünscht wird, so bietet die Kurve Jl(m) eine viel größere Neigung 1-1 als die
Neigung 0-0 der J0 (m) Kurve. Die größere Neigung ergibt eine besser betrachtbare
Rekonstruktion für niedrige Werte von m. Fernerhin ist die Neigung 1-1 der J1(m)
Kurve konstant über einen größeren Bereich von Modulationstiefen als die Neigung
0-0
der J0 (m) Kurve. Die J@(m) Kurve kann vorgezogen werden für
klarere Streifenmuster in Bereichen des Gegenstandes, die andere Vibrations-Amplituden
haben, wo die Neigung der J1(m) Kurve größer ist- als diejenige der Jo (m) Kurve.
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Die erfindungsgemäßen Techniken sind nicht auf das Arbeiten in einer
Erste-Ordnung Besselfunktion beschränkt, sondern können auf andere höhere Ordnung
Besselfunktionen ausgedehnt werden. Für eine gegebene interessierende Vibrationsamplitude
kann eine Zweite-oder höhere-Ordnung Besselfunktion die größte Neigung haben und
somit betrachtbarere Rekonstruktionsstreifen muster um die besondere Vibrations-Amplitude
herum ergeben. Infolgedessen würde das Bezugsstrahlungsbündel eine einzige Frequenz
fr enthalten, die gleich ist f0 + 2F für Arbeiten auf einer Zweite-Ordnung Besselfunktionskurve
J2(m), f0 + 3F zum Arbeiten auf einer Dritte-Ordnung Besselfunktionskurve (nicht
dargestellt), usw. Wie aus Fig. 3d ersichtlich, ist die Neigung 2-2 der J2(m) Kurve
größer als die Neigung 0-0 der J0 (m) Kurve für niedrige Modulationstiefen (m).
Somit ergibt das Arbeiten auf dieser Kurve eine bessere Rekonstruktion der Gegenstands
punkte,,die niedrigere vibrations-Amplituden haben als sie beim Arbeiten auf der
JO(m) Kurve erreicht wird. Dieselben Vorteile werden erreicht durch Arbeiten auf
sogar höheren Besselordnungskurven.
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Bei einer bevorzugten Ausbildungsform dieses Bereiches der -Erfindung
wird eine einzelne Laser-Lichtquelle verwendet in Kombination mit Mitteln im Bezugsbündel
zur Verlagerung der Frequenz desselben um einen fortlaufend einstellbaren Betrag.
Solch ein System ist in Fig. 4 veranschaulicht, worin eine einzelne Laser-Lichtquelle
35 ein kohärentes Lichtbündel 37 erzeugt, das durch einen Bündel spalter 39 in eiue
Bezugskomponente 41 und eine den gegenstand-beleuchtende Komponente 43 geteilt wird.
Die gegenstand-beleuchtende Komponente wird von einem Spiegel 45 reflektiert und
durch geeignete Optik 47 ausgedehnt, um ein Lichtbündel 49 zur Beleuchtung des Gegenstandes
51 zu erzeugene Der Gegenstand 51 ist nicht auf einen ebenen Gegenstand beschränkt,
sondern kann eine nicht ebene der Untersuchung unterworfene Fläche aufweisen. Die
Bezugskomponente wird durch eine Ultraschall-Beugungszelle 43 hindurchgeschickt,
die einen von einem damit verbundenen, elektronischen Oszillator 47 elektrisch angetriebenen
Wandler
45 enthalt; Ein Ultraschall Energieaufnehmer 46 ist am Ende der Zelle gegenüber
dem Wandler 45 angeordnet. Die Bezugskomponente 41 wird somit durch eine wandernde
Ultraschallwelle in Seitenbander gebeugt, die von der Frequenz des Bezugsstrahlungsteiles
41 um einen Betrag sich unterscheiden, der gleich der Frequenz des Oszillators 47
ist. Eine Linse 49 bringt diese Komponenten an einem räumlichen Filter 51, der nur
einem Seitenband 53 den Durchtritt gestattet, in Fokus. Hin Spiegel 55 reflektiert
das Seitenbandlicht in ein BezugabUndel 57, das auf einen fotoempfindlichen, mit
einem gegenstand-modifizierten Bündel 61 interferierenden Detektor gerichtet ist.
Bei dem Beispiel der Frequenzspektra, das in Fig. 3c veranschaulicht ist, erfolgt
Einstellung der Oszillations-Frequenz des Oszillators 47 äquivalent zur Bewegung
der Zeitmittel-Amplitude des BezugbUndels, das in Fig. 3c längs der horizontalen
Grundlinie relativ zu der Frequenz fO des den Gegenstand beleuchtenden Bündels dargestellt
ist.
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Es ist zu vermerken, daß sinusförmige Gegenstands-Vibrations-Funktion,
wie sie in dieser Beschreibung angenommen ist, oft auftritt.
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Wenn jedoch der Gegenstand ganß einer komplexeren, nicht sinusförmigen
Funktion vibriert, so wird doch das Bezugsbündel in seiner Frequenz von den gegenstand-beleuchtenden
BUndel um einen Betrag verlagert, der gleich einem ganzzahligen Vielfachem von F
ist, worin F nun die Grundfrequenz der' Gegenstands-Vibration ist.
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Gemil einer anderen Ausbildung der Erfindung kann nützliche Information
eines vibrierenden Gegenstandes auch erhalten werdan, wenn das 8ezugsbUndel moduliert
wird, um eine komplette Wellenltngen-Verteilung einzuschließen, die durch einen
interessierenden Punkt des vibrierenden Gegenstandes erzeugt wird, um vollko nene
Informationen dieses Punktes aufzuzeichnen und dadurch hellere Konstruktion dieses
Punktes des Gegenstandes zu erzeugen. Um diese Frequenzen in den Bezugsbdedel zu
erzeugen, wird ein mit dem den gegenstandbeleuchtenden BUndel koMrentu Bündel durch
dieselbe Funktion, wie die den Gegenstand antreibende, frequenzmoduliert. Ein Weg,
um dies zu erreichen, ist die Verwendung eines mechanisch so angetriebenen Spiegels,
daß er in einem im wesentlichen orthogonal zum Bezugsbündelpfad
verlaufenden
Pfad vibriert. Wenn die Vibration des Spiegels die gleiche Frequenz- und Amplitudenfunktion
hat wie die Vibration des interessierenden Gegenstandspunktes, so werden das Bezugsbündel
und der Teil des vom Gegenstand modifizierten vom gegebenen Punkt erzeugten Bündels
vollkommen einander in Spektrums-Komponenten angepaßt sein und dadurch vollkommen
interferieren. Dieser Punkt (der eine weite Fläche des Gegenstands sein kann) erscheint
als der-heIlste rekonstruierte Teil eines Bildes des Gegenstandes und Streifenmuster,
die Punkte mit von der des gegebenen Punktes verschiedener Vibration repräsentieren,
erscheinen deutlich zur Bestimmung der vibrationamplitudeno-Unterschiede von denen
des gegebenen Punktes.
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Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung dieses Gesichtspunktes
der Erfindung ist in Fig. 5 veranschaulicht, in der ein optischer Kristall zum Modulieren
des Bezugsbündels verwendet ist anstelle des vorstehend erwähnten, umständlicheren
mechanisch angetriebenen Spiegels. In Fig. 5 sind alle Elemente, die den in für
Fig. 4 berchriebenen Elementen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Im Bezugsstrahlungsbündel 41 ist ein geeignetes elektro-optisches Längskristall
63 angeordnet, das Blätter aus elektrisch-leitendem Glas 65 und 67 auf beiden Seiten
desselben aufwirt. (Alternativ kann ein elektro-opkisches Querkristall verwendet
werden, das leitende Blätter, die parallel zur Bewegungsrichtung des Lichts orientiert
sind, verwendet werden.) Der Oszillator 48 ist quer zu den Blättern leitenden Glases
verbunden, die Änderungen in dem optischen Kristall 63 bewirken, um ein Bezugsbündel
69 zu erzeugen, das frequenz-moouliert ist und dadurch mehrere Frequenzen über eine
Zeitspanne enthält. Der Oszillator 48 muß in der Lage sein, eine Welienformfunktion
zu erzeugen, die der den Gegenstand antreibenden Funktion entspricht. Diese Funktion
kann sinusförmig sein, braucht aber nicht notwendigerweise sinüsförmig zu sein.
Ein moduliertes Bezugsbündel wird von einem Spiegel 41 reflektiert und wird durch
ein geeignetes optisches Element 43 in ein Bezugsbündel 45 expandiert, das auf dem
fotoempfindlichen Detektor 59 auftrifft und auf demselben mit dem gegenstand-modifizierten
Bündel 61 interferiert.
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Die Erfindung ist hier für die Bestimmung der Vibrationsamplitude
beschrieben, sobald etwas von dem Charakter der Gegenstandsvibration bekannt ist.
Die Techniken der Erfindung können jedoch auch angewendet werden zur Bestimmung
des Charakters der Gegenstands-Vibrations-Funktion. Ein Hologramm wird verzugsweise
von einem vibrierenden Gegenstand in realer Zeit hergestellt, so daß die Streifenmuster
auf einem rekonstruierten Bild desselben für verschiedene Modulationen des Bezugsbündels
betrachtet werden können. Verwendung von fotochromischen Glas als Hologramm-Detektor
gestattet solche Untersuchung des vibrierenden Gegenstandes in reeller Zeit. Der
Charakter der Bezugs-Bündelmodulation wird dann geändert, während die Wirkung solcher
Änderungen auf den Streifenmustern des holografisch rekonstruierten Bildes des vibrierenden
Gegenstandes beobachtet wird.