DE2053391A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Schichtbildern mit Hilfe der holographischen Tomographie - Google Patents

Description

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/v...... id-,** ;.,.,-. 29ο Okt. 1970

Philips Patentverwaltung GmbH, 2 Hamburg 1, Steindamm

"Verfahren und Anordnung zur Erzeugung von Schicntblldeni mit Hilfe der holographischen Tomographie"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Schichtbildern, z.B. von Röntgenobjekten, mit Hilfe der holographischen Tomographie und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Verfahren der holographischen Tomographie ist bekannt (Gr.Groh, M.Kock: 3-D Display of X-Ray Images by Means of Holography; Applied Optics j) (1970) 775). Bei diesem inzwischen bewährten Verfahren treten bei der praktischen Anwendung eine Reihe von Schwierigkeiten auf.

Ea ist z.B. in manchen Fällen zweckmäßig, die Teilhologranme, die die Einzelbilder unterschiedlioher Perspektive enthalten,

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entlang komplizierter Kurven in einer Ebene anzuordnen, die den Bahnen der Röntgenquelle bei der Herstellung der Einzelbilder entsprechen. Dadurch wird vermieden (s.z.B. P.Buchmann: Nachbarschichten und Verwischung bei der Tomographie, Röntgenstrahlen (1967) Heft 16, Seite 20), daß Objekteeile aus anderen Tiefen infolge von Scheinauflösung scharf abgebildet werden. Nach der bisher bekannten Methode würde man bei der Rekonstruktion das Hologramm durch eine Blende, die nur die gewünschten Teilhologramme freigibt, mit der konjugiert komplexen Referenzwelle beleuchten. Von Nachteil ist dabei, daß dadurch in der Regel der weitaus größte Teil des Lichtes verlorengeht und man nur sehr lichtschwache Bilder rekonstruiert erhält.

Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn man die Zahl der Einzelbilder, die das Objekt aus unterschiedlicher Perspektive zeigen, und damit die Zahl der Teilhologramme stark beschränkt, um etwa bei Röntgenaufnahmen die Strahlenbelastung des Patienten herabzusetzen. Dann wird die effektive Gesamtapertur des Hologramms so klein, daß das rekonstruierte Bild von einer starken Granulation durchzogen ist, die eine Auswertung unter Umständen unmöglich macht.

Diese Nachteile des bekannten Verfahrens werden gemäß vorliegender Erfindung dadurch vermieden, daß mit Hilfe

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an sich bekannter optischer Komponenten ein Referenzstrahl mit den für die Teilhologramme benötigten Eigenschaften erzeugt wird, und daß die von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder inkohärent auf einer Empfängerfläche überlagert werden, indem der Referenzstrahl mit Hil~ fe eines Lichtablenkers die Teilhologramme entlang der oben genannten Kurve zeitlich aufeinanderfolgend beleuchtet.

Man kann so die gesamte Ausgangsleistung des verwendeten Lasers für die Rekonstruktion ausnutzen. Lenkt man dabei den Laserstrahl schneller ab, als dem zeitlichen Auflösungsvermögen des Auges entspricht, so entsteht bezüglich der Tiefe des reellen Bildes für den Betrachter der gleiche Eindruck wie bei den bisher bekannten Verfahren. Da sich jetzt jedoch die Einzelbilder inkohärent überlagern, die mit ihnen verknüpfte Granulation aber von Bild zu Bild verschieden ist, wird die resultierende Granulation infolge Mittelwertbildung mit wachsender Anzahl von Teilhologrammen immer geringer. In Anlehnung an das bekannte Verfahren von f

Martienssen und Spüler (Holographie Reconstruction without Granulation; Phys. Letters 24A (1967) 126) könnte man diesen Effekt noch vergrößern, indem man bei der Aufnahme der Teilhologramme nicht nur die Einzelbilder austauscht, sondern auch die Mattscheibe verändert, durch die die Einzelbilder beleuchtet werden.

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Nach der vorliegenden Erfindung kann man das Verfahren der holographischen Tomographie auch in einem anderen Punkt verbessern. Dazu wird der Referenzstrahl so langsam abgelenkt, daß das Auge der durch das ständige Wechseln der rekonstruierten Einzelbilder aus verschiedenen Perspektiven bewirkten Bewegung gerade noch zu folgen vermag, die sehr viel feinere Struktur der Granulation aber schon verwischt. Dann ergibt sich für den Betrachter ein weiteres Kriterium bei der Bestimmung der Tiefe eines Objektdetails. Während er bei dem bisher bekannten Verfahren die Position schärfster Abbildung suchen mußte, kann er jetzt seine Empfängerfläche (z.B. die Mattscheibe) so einstellen, daß sich das interessierende Objektdetaii nicht mehr bewegt. Durch einfaches Ändern der Abtastgeschwindigkeit kann er schnell von einer zur anderen Beobachtungsart wechseln.

Als Ablenkeinheit für den Referenzstrahl kann beispielsv/ei se ein digitaler Lichtablenker dienen. Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Strahl entlang besonders komplizierter Kurven geführt werden soll. In bestimmten Fällen ist es zweckmäßig, die Einzelhologramme statistisch über eine Ebene zu verteilen, dann bietet praktisch nur noch der digitale Lichtablenker die Möglichkeit, diese Hologramme verlustfrei anzusteuern.

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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar.

Es zeigt

Fig. 1 die gesamte Anordnung und

Pig. 2 eine Abwandlung.

Der von einem Laser 1 erzeugte Lichtstrahl wird mit Hilfe der Linse 2 fokussiert und fällt auf einen Spiegel 3» der auf einer rotierenden Achse 4 montiert ist. Die Spiegel- ™ normale ist leicht gegen die Rotationsachse geneigt, so daß bei der Drehung der Achse der reflektierte Strahl einen Kegelmantel beschreibt. Die Lage des Brennpunktes der Linse 2 ist so gewählt, daß alle bei der Rotation durch Reflexion am Spiegel entstehenden Kugelwellen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt besitzen, der mit der Spitze des Kegelmantels zusammenfällt. Dieser gemeinsame Punkt wird mit Hilfe eines weiteren Linsensystems 6 durch die TeilholograiLme 7 hindurch in den Punkt abgebildet, dessen Lage d der gemeinsamen bei der Herstellung der Teilhologramme benutzten Referenzquelle entspricht. Es ist zweckmäßig, mit einer ebenen Referenzwelle zu arbeiten. Dann ist die Linse 6 ein einfacher Kollimator.

Durch geeignete Wahl des Öffnungsverhältnisses von Linse 2 und der Brennweite von Linse 6 kann man erreichen, daß der Querschnitt des einzelnen Referenzstrahls 5 in der

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Hologrammebene 7 die für die holographische Tomographie erforderliche Größe hat. Von Reflexionsverlusten abgesehen fällt dann das gesamte von Laser 1 kommende Licht durch diese Apertur. Von jedem mit diesem Referenzstrahl 5 beleuchteten Teilhologramm 8 werden dann Wellenfronten und 11 rekonstruiert, die auf der Mattscheibe 9 die entsprechenden reellen Bilder erzeugen. Diese überlagern sich nur in der Tiefe zu dem scharfen Bild eines Objektdetails, die seiner tatsächlichen Position entspricht. Durch meßbares Verschieben, Kippen oder Schwenken der Mattscheibe in Projektionsrichtung kann also der Betrachter 12 die Tiefenlage einzelner Details bestimmen. Die Verv/ischung der in Schichten anderer Tiefe befindlichen Details ist ja nach Lage der Hologrammebene 7 und der Mattscheibe 9 elliptisch oder kreisförmig.

Die hier beschriebene Anordnung kann in verschiedener Wei~ se modifiziert werden. So kann man z.B. die Mattscheibe nach der Einstellung durch eine Filmkasette ersetzen und so tomographische Aufnahmen von dem interessierenden Objektdetail herstellen. In manchen Fällen ist es zweckmäßiger, die rekonstruierten reellen Bilder direkt auf die lichtempfindliche Schicht einer entsprechend meßbar beweglichen Fernsehkamera zu projizieren. Dann wird man durch Verändern des Maßstabes bei der Herstellung der Einzeilaufnahmen und der Teilhologramme die Größe des reellen Bildes dem Durchmesser der lichtempfindlichen Schicht anpassen.

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Bei e.ner anderen Anordnung wird gemäß Fig. 2 der umlaufende Referenzstrahl erzeugt, indem der den rotierenden
Spiegel 3 beleuchtende Strahl durch die Öffnung in einen Spiegel 13 fällt. Der zurückkommende Strahl wird dann an diesen Spiegel 13 reflektiert. Eine solche Anordnung erleichtert dar Justieren und hat den Vorteil exakt kreisförmiger Strahlbewegung und größerer Kompaktheit. Beide
Anordnungen, bei denen der Laserstrahl parallel zur Rotationsachse einfällt, können benutzt werden.

Patentansprüche:

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Claims (11)

1. Patentansprüche:

   (\y Verfahren zur Erzeugung von Schichtbildern - z.B. von Röntgenobjekten - mit Hilfe der holographischen Tomographie, "bei dem die die Einzelbilder unterschiedlicher Perspektive enthaltenden Teilhologramae auf einer fläche entlang einer Kurve - z.B. einem Kreis - angeordnet sind, die die Röntgenquelle bei der Herstellung der Einzelbilder beschrieben hat, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe an sich bekannter optischer Komponenten ein Referenzstrahl mit den für die Teilhologramme benötigten Eigenschaften erzeugt wird und daß die von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder inkohärent auf einer Empfängerfläche überlagert werden, indem der Referenzstrahl mit Hilfe eines Lichtablenkers die Teilhologramme entlang der obengenannten Kurve zeitlich aufeinanderfolgend beleuchtet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrahl schneller abgelenkt wird, als dem zeitlichen Auflösungsvermögen des Auges entspricht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrahl so langsam abgelenkt wird, daß das Auge seiner Bewegung zu folgen vermag.

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4. 4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablenkung des Referenzstrahls ein digitaler Lichtablenker vorgesehen ist,
5. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablenkung des Referenzstrahls ein auf einer rotierenden Achse montierter und gegen diese geneigter Spiegel vorgesehen ist und der Referenzstrahl einen Kegelmantel beschreibt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Spiegel so mit dem Sektor einer Kugelwelle beleuchtet wird, daß alle bei der Rotation durch Reflexion am Spiegel entstehenden Kugelwellen einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt besitzen, der mit der ä Spitze des Kegelmantels zusammenfällt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch.gekennzeichnet, daß ein abbildendes Element - z.B. ein Linsensystem vorgesehen ist, das den gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt durch die Teilhologramme hindurch in einen Punkt abbildet, dessen lage der der gemeinsamen, bei der Herstellung der Teilhologramme benutzten Referenzquelle entspricht.

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8. 8. Anordnung nach den Ansprüchen 5-7» dadurch gekennzeichnet, daß der den rotierenden Spiegel beleuchtende Strahl durch die Öffnung in einen Spiegel fällt und daß der von dem rotierenden Spiegel zurückkommende Strahl an dem die Öffnung enthaltenden Spiegel reflektiert wird.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 4 und. den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Projektion der von den Teilhologrammen rekonstruierten reellen Bilder eine verschiebbare, kippbare oder schwenkbare Mattscheibe vorgesehen ist, deren Lageänderung in Projektionsrichtung meßbar ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mattscheibe durch eine FilmKasette ersetzbar ist.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Projektion der rekonstruierten reellen Bilder die lichtempfindliche Schicht einer entsprechend meßbar beweglichen Fernsehkamera benutzt ist.

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