DE2137467A1 - Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung - Google Patents

Description

AMERICAN EXPRESS INVESTMENT MANAGEMENT COMPANY, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Californien, 550 Laurel Street, SAN FRANCISCO . Californien 94119 (V.St.A.)

Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur akustisch/ optischen Bildwandlung mit einem akustisch leitenden Medium, in welches ein darzustellendes Objekt eingetaucht ist, mit einer das eingetauchte Objekt beschallenden Einrichtung, durch die ein für das Objekt repräsentatives akustisches Wellenfeld erzeugbar ist, mit einer an einer Begrenzung des Mediums angeordneten deformierbaren reflektierenden Oberfläche zur Darstellung des vom beschallten Objekt ausgehenden akustischen Wellenfeldes, und mit einer Einrichtung zur optischen Abtastung und Darstellung eines auf der reflektierenden Oberfläche entstehenden akustischen Bildes durch auf die reflektierende Oberfläche einfallendes Licht.

Derartige Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung sind bekannt und bereits beschrieben worden, bei-

209812/0912

spielsweise von A. F. Metherell in "Acoustical Holography" (Plenum Press, New York,; 1969) (flüssige Oberfläche); durch G. A. Massey, Proc. IEEE 65, 2157 (1968) (feste elastische Oberfläche); durch Korpel und Desmares, J. Acoustical Society Amer. 45, 881 (1969) (feste elastische Oberfläche); U.S.-Patentanmeldung Nr. 864 351 mit dem Titel "Sonic Transducer", angemeldet am 7. Oktober 1969; und durch U.S.-Patentanmeldung Nr. 7486 mit dem Titel "Akustisch/optischer Bildwandler", angemeldet am 2. Februar"1970.

Bei der Ultraschall-Bildumwandlung mit Hilfe der Brechung von kohlrentem Licht auf einer reflektierenden Oberfläche, die durch einfallende Ultraschallwellen deformiert wird, ist der ungebrochene Anteil des reflektierten Lichtes oft um ein Vielfaches größer als der gebrochene Licht— anteil mit einem Bildinhalt, so daß ein schlechter Kontrast entsteht· Dieses negative Ergebnis ergibt sich besonders dann, wenn die vom Ultraschall veranlaßten Oberflächen-Deformationen in der elastischen reflektierenden Oberfläche klein sind im Vergleich zur optischen Wellenlänge des bei der Abtastung benutzten kohärenten Lichtes. Obwohl man durch Anordnung von Raumfiltern einen Teil des nicht abgelenkten Lichtes wieder entfernen kann,, hat sich gezeigt, daß beim Filtern grundsätzlich auch ein Teil der Bildinformation ausgelöscht wird, insbesondere die niedrigen räumlichen Frequenzen. Auch die Phasenkontrast-Abbildungstechnik, die man gewöhnlich beim Abtasten eines auf eine Flüssigkeitsoberfläche einfallenden akustischen Wellenfeldes benutzt, kann die niedrigen räumlichen Frequenzen nicht reproduzieren.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine ηeue und verbesserte Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung der genannten Art zur Abtastung eines akustischen Wellenfeldes zu schaffen, mit dessen Hilfe eine bessere

209812/0912

213746?

Trennung zwischen abgelenkten Lichtanteilen mit Bildinhalt von nicht-abgelenkten Teilen des reflektierten Lichtes möglich ist, und die außerdem sowohl mit kohärentem als auch mit nicht-kohärentem Licht betrieben werden kann.

Ferner gehört es zur Aufgabe der Erfindung, die Empfindlichkeit und das Ansprechverhalten einer solchen Vorrichtung beim Abtasten und Umwandeln von Bildinformationen mit niedriger räumlicher Frequenz zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein in der Nähe der deformierbaren Oberfläche in das Medium ein— getauchtes Raster, das aus einem Material besteht, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des Mediums abweicht, so daß das auf der deformieren Oberfläche abgebildete akustische Wellenfeld auf .einen räumlichen

FrequenztrSger moduliert ist.

Das erfindungsgemäße Raster besitzt die Form eines Gitters und besteht aus einer räumlichen Anordnung von dünnen Linien aus einem Material wie Draht, Lufträumen oder einem anderen Werkstoff, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des umgebenden Mediums abweicht. Die Linien des Rasters können parallel, lotrecht oder in unterschiedlichen Richtungen zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kann das Raster in Form eines Gitters aus in einer Ebene und parallel zueinander angeordneten Drähten oder luftgefüllten Röhrchen ausgebildet sein. Das Raster kann aber auch aus einer Schicht oder Platte aus festem Werkstoff bestehen, welche mit hohlen Kanälen durchzogen ist, oder aus einem Drahtgitter, welches freiliegend oder in Kunststoff eingebettet ist.

209812/0912

-A-

Ein Vorteil der Erfindung ist .daran zu sehen, daß ein von einem Objekt ausgehendes und auf eine reflektierende' Oberfläche fallendes akustisches Wellenfeld auf einen räumlichen Träger moduliert wird, wobei die räumlichen Bildfrequenzen des Bildes aus dem Zentrum des resultierenden Ablenkungsmusters so abgebogen werden, daß das Filtern und Heraustrennen ungewünschter nichtabgelenkter Lichtanteile aus dem abgelenkten Lichtanteil, der die Bildinformation enthält, wesentlich erleichtert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung bei Verwendung eines akustischen Gatters ist darin zu sehen, daß es nicht notwendig ist, zur Überlagerung des akustischen Wellenfeldes auf einen räumlichen Frequenzträger eine Referenzwelle vorzusehen. Bekannte Systeme· dieser Art benutzen eine Referenzwelle zur Erzeugung einer Interferenz, um einen räumlichen Frequenzträger zu erhalten. Da jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Referenzwelle benötigt, ist auch die Stellung des abzubildenden Objektes gegenüber der reflektierenden Oberfläche weniger kritisch und die zur Abbildung benutzten akustischen Wellen müssen nicht kohärent sein. Es kann also eine Breitband-Beschallung erfolgen, mit der sich Bilder von besserer Qualität erzielen lassen. Ferner lassen sich größere akustisch/optische Wandler-Oberflächen verwenden und dadurch Direktübertragungsbilder erzeugen, in dem man die Objekte dicht hinter der Wandleroberfläche anordnet, ohne das ein Referenz-Wellenfeld dabei stören kann.

Die Erfindung läßt sich im Rahmen einer Vielzahl von technischen Möglichkeiten zur optischen Abtastung und Herausfilterung der gewünschten Frequenzanteile, welche dem darzustellenden Bildanteil entsprechen, anwenden.

209812/0912

Es gibt verschiedene technische Möglichkeiten zum Abtasten eines akustischen Wellenfeldes, je nachdem, ob es sich auf einer festen elastischen Oberfläche oder einer flüssigen Oberfläche aufprägt.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird eine flüssige reflektierende Oberfläche bzw. Zwischenfläche mit dem aufgeprägten Bild eines akustischen Wellenfeldes durch einen Strahl kohärenten Lichtes beleuchtet, und das von dieser Oberfläche reflektierte Licht unter Verwendung von optischen Raumfiltern gefiltert, um die dem Bildanteil entsprechenden räumlichen Frequenzen von dem nicht-abgelenkten Lichtanteil zu trennen. Außerdem wird der räumliche Frequenzträger durch optische Raumfilter ebenfalls ausgefiltert.

Ein Merkmal der Erfindung ist daran zu sehen, daß bei Benutzung von optischen Raumfrequenz-Filtern gegenüber · dem abgetasteten Wellenfeld das erfindungsgemäße Raster bzw. Gitter, welches in das akustische Medium eingetaucht ist, aus einer beliebigen Anordnung von in einer Ebene liegenden Linien aus einem Werkstoff bestehen kann, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des Medium abweicht.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der von einer flüssigen reflektierenden Oberfläche reflektierte kohärente Lichtstrahl in einer Vidikon- oder ■ Fernsehkamera abgebildet werden kann, um elektrisch gefiltert zu werden. Bei der Abtastung dieses Bildes entsteht ein elektrisches Signal mit Frequenzanteilen, welche der auf einen Träger überlagerten Bildinformation entsprechen, wobei die Trägerfrequenz durch die räumliche Frequenz des in das akustische Medium eingetauchten Rasters bestimmt wird, die durch das abgelenkte Licht abgebildet wird. Bei Anwendung der elektrischen

209812/0912

Filterung besteht das akustische Raster aus in einer Ebene liegenden parallelen Linien, welche die Kamera abtastet und dabei eine seitliche Trägerfrequenz erzeugt, welche dem räumlichen Frequenzträger entspricht. Die der Bildinformation entsprechenden Frequenzanteile sind der Trägerfrequenz aufmoduliert und werden anschließend demoliert, gefiltert, und auf einem elektrisch-/optisch adressierbaren optischen Schirm dargestellt, beispielsweise auf einem Kathodenstrahlrohr. Außerdem kann eine Kombination aus optisch/räumlicher Filterung und elektrischer Filterung angewendet werden.

Bei Verwendung von festen elastischen Oberflächen werden zeitveränderliche Deformationen auf der elastischen Oberfläche durch Reflektion von kohärenten Lichtwellen dargestellt, welche in eine speichernde Fernsehkamera abgelenkt werden. Zeitunterschiede in der Oberflächenstelle verursachen entsprechende Phasenabweichungen beim reflektierten Licht. Diese Phasenabweichungen werden in stationäre Lichtintensität-Muster innerhalb der Fernsehkamera umgewandelt, in dem man der Kamera ein kohärentes Referenzlichtfeld überlagert, welches beispielsweise in seiner optischen Frequenz genau um die Frequenz der akustischen Wellen verschoben ist. Ordnet man das erfindungsgemäße Raster dicht vor der elastischen Oberfläche an, so wird das Bild auf einen räumlichen Frequenzträger moduliert, und der überwiegende Anteil des nicht-abgelenkten Lichtes wird durch ein Raumfilter vernichtet, welches sich in der Brennebene der Bildlinse befindet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit einer Zeichnung entnommen werden. Es zeigen:

209812/0912

8AD ORIGiNAL

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung unter Verwendung einer festen elastischen reflektierenden Oberfläche und eines akustischen Rasters;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ähnlichen akustisch/optischen Bildwandlers ;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teiles eines akustisch/optischen Bildwandlers unter Verwendung eines optischen Rasters und mit einer flüssigen reflektierenden Zwischenfläche; und

Fig. 4 und 5 teilweise abgebrochene Querschnit te von erfindungsgemäßen akustischen Rastern .

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung ist ein Objekt 12, dessen akustisches Bild dargestellt werden soll, in eine akustisch leitende Flüssigkeit wie beispielsweise Wasser eingetaucht, die sich in einem Behälter 10 befindet. Als Quelle für ein akustisches Schallfeld mit einer bestimmten Energie, mit dem das Objekt 12 beschallt wird, dient ein Wandler 13. Das vom Objekt 12 reflektierte Wellenfeld prallt auf eine elastische Oberfläche in Form einer Platte 16 auf, welche durch Versilbern oder in anderer Weise reflektierend gestaltet ist und beispielsweise aus Glas oder Kunststoff besteht und einen Teil der Wandung des Behälters 10 darstellt, der die Flüssigkeit 11 enthält. Das von der Oberfläche des Objektes 12 ausgehende akustische Wellenfeld verursacht ein Muster von zeitunterschiedlichen Störungen oder Deformationen auf der Oberfläche der Platte 16, welche repräsentativ sind für das akustische Wellenfeld und sich mit der akustischen Frequenz ändern. Dieses Deformations-Muster wird nachfolgend als "akustisches

209812/0912

Bild" des beschallten Objektes 12 bezeichnet, welches sich auf der elastischenPlatte 16 "abbildet". Im Idealfalle ist die Dicke der elastischen Platte 16 so bemessen, daß ihre Dicke ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge, der akustischen Frequenz beträgt, welche vom Wandler 13 abgestrahlt wird.

Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Objekt 12 durch den Wandler 13 von seiner Rückseite beschallt, so daß das auf der elastischen Platte 16 entstehende akustische Bild ein Transmissions-Wellenfeld ist. Das durch das Objekt 12 hindurchgehende Transmissions-Wellenfeld wird von diesem abgelenkt, und es entsteht ein Interferenzmuster bzw. akustisches Hologramm, welches Amplituden-Phasen-Informationen nicht nur von der Oberflächengestaltung des Objektes 12 enthält, sondern zusätzlich noch über dessen innere Merkmale. Für die akustische Holographie wendet man vorzugsweise sinusförmige oder zeitlich kohärente Ultraschallenergie an. Zur akustischen Abbildung kann man eine akustische Linse 15 in den Schallwellenpfad einsetzen, um ein fokussiertes akustisches Bild auf der elastischen Platte 16 zu erhalten. Bei der akustischen Holographie und bei der akustisch fokussierten Abbildung kann die Schallquelle auch an der Seite oder auf der Frontseite des Objektes 12 angeordnet sein, wobei das an der elastischen Oberfläche erzielte akustische Bild ein reflektiertes akustisches Wellenfeld ist. Somit erzielt man bei der Schallabgabe von der Seite oder von der Frontseite Reflektionen für ein akustisches Hologramm oder ein akustisch fokussiertes Bild, welches repräsentativ für die reflektierende Objektoberfläche ist.

Gemäß Fig. 1 befindet sich auf dem Wege des vom Objekt 12 reflektierten akustischen Wallenfeldes zur elastischen

209812/0912

Oberfläche 16 ein Raster, bestehend aus einer Reihe von in einer Ebene angeordneten parallelen Linien oder Längenabschnitten eines Materials, welches sich.in seinem akustischen Wellenwiderstand von dem Medium 11 unterscheidet. Dieses Raster 20 ist in die Flüssigkeit 11 eingetaucht und befindet sich dicht, jedoch in einem Abstand vor der reflektierenden elastischen Oberfläche 16. Ein durch das Raster 20 hindurchtretendes akustisches Wellenfeld wird durch dieses abgelenkt, so daß dem vom Objekt 12 ausgehenden ursprünglichen akustischen Wellenfeld ein räumlicher Frequenzträger überlagert wird. Die beiden miteinander überlagerten akustischen Wellenfelder erscheinen auf der elastischen Oberfläche 16 in Form eines Musters, welches repräsentativ für die Überlagerung von Objekt 12 und Raster 20 ist.

Zur Sichtbarmachung des auf der elastischen Oberfläche 16 erscheinenden akustischen Wellenfeldes, d.h. zur Umwandlung des akustischen Wellenfeldes in ein optisches Wellenfeld, wird ein optisches Interferometer verwendet. In Fig. 1 ist ein für diesen Zweck geeignetes Interferometer schematisch dargestellt. Es besitzt einen Laser 21, welcher einen kohärenten Lichtstrahl, welcher zuvor an einer teilreflektierenden Platte 22 aufgespalten wurde, auf die elastische Oberfläche 16 wirft. Der direkt durch diese teilreflektierende Platte 22 hindurchtretende Anteil des Laserlichtes beleuchtet die gesamte elastische Oberfläche 16 und wird in seiner Phase moduliert durch die auf.diesem sich ausprägenden Störungen, welche dem akustischen Wellenfeld entsprechen, so moduliert, daß ein abgelenkter Lichtstrahl entsteht. Das abgelenkte und von der Oberfläche 16 reflektierte Licht wird über ein Linsensystem 25 auf eine Spiegelfläche 18 geworfen _s welche dieses Licht rsflektiert und durch einen Lichtmodulator 17 hindurch wledar &υ.·: die tailreflaktierende Platts 22 wirft,

203812/0912

wo es sich mit dem direkt aus dem Laser 21 stammenden Referenzlicht vereinigt und mit Hilfe einer Linse 28 auf einer Bildebene 26 abgebildet wird. Der Lichtmodulator 17 wird mit derselben Frequenz angesteuert, welche eine Ultraschallfrequenz-Steuerstufe 14 an den Wandler 13 abgibt, so daß der Objektlichtstrahl um den Betrag der akustischen Frequenz in seiner Frequenz verschoben wird. Auf diese Weise werden Zeitunterschiede an Oberflächeristellen der reflektierenden Platte 16 in ein stehendes Bild mit unterschiedlicher Lichtintensität umgewandelt wird, welches in die sich in der Bildebene 26 befindende speichernde Fernsehkamera geworfen wird. Nun ist es üblich, daß das nicht—abgelenkte kohärente, von der Oberfläche 16 reflektierte Licht um ein Vielfaches stärker als das abgelenkte kohärente, den Bildanteil darstellende Licht ist. Das in der Bildebene 26 entstehende Bild wird so durch die Intensität des nicht-abgelenkten Lichtes gestört. Durch die erfin— · dungsgemäße Verwendung des akustischen Rasters 20 wird jedoch das Herausfiltern des nicht—abgelenkten Lichtanteiles aus dem den Bildinhalt darstellenden abgelenkten Licht heraus wesentlich erleichtert.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Trennung zwischen nicht-abgelenktem und dem abgelenkten Lichtanteil auf dem Wege der räumlichen Frequenzfilterung. Das hierfür benutzte räumliche Frequenzfilter kann beispielsweise eine binäre Maske sein, welche sich genau in der Fourier-Transformationsebene 2 7 befindet, durch welche das Objektlicht auf seinem Wege durch das Linsensystem 25 hindurchtritt. Nach bekannten optischen Gesetzen stellt eine optische Darstellung innerhalb der Transformationsebene 27 ein wirkliches Ablenkungsmuster dar, welches aus einem Spektrum der räumlichen Frequenzen des durch das Licht abgetasteten Bildes besteht. Wegen der Anwesenheit

des akustischen Ablenkungsrasters 20 ist die optisch abgetastete Bildinformation mit Raumfrequenzen moduliert, welche weit entfernt von dem mittleren Spektralbereich des nicht-abgelenkten Lichtes liegen. Ein innerhalb des Linsensystems 25 angeordnetes Raumfilter 29 besteht beispielsweise aus der bereits erwähnten binären Maske, welche sich genau im Mittelabschnitt des Raumfrequenz-Spektrums befindet, um die sehr niedrigen Frequenzen abzublocken, zu denen auch das nicht-abgelenkte Licht gehört. Gleichzeitig wird die gewünschte Bildinformation auf Raumfrequenzträger moduliert, welche sich in einem ausreichenden seitlichen Abstand vom Mittelabschnitt befinden, damit sich die gewünschte optische Bildinformation auf die Bildebene 26 übertragen läßt. Nur das Objektlicht wird räumlich gefiltert, und das räumlich gefilterte Objektlicht wird anschließend mit dem Referenzlicht vereinigt und auf die Bildebene 26 fokussiert. Eine Verstärkung des erzielten Bildes kann man durch Auffangen des Bildes mit einer Fernsehkamera und durch anschließende Bildübertragung erzielen.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, bei dem die Umwandlung eines akustischen Wellenfeldes in ein optisches Wellenfeld unter Verwendung eines akustischen Rasters und einer durch eine Flüssigkeit gebildeten reflektierenden Oberfläche erfolgt. Als akustisches Übertragungsmedium 40 dient beispielsweise Wasser, welches in einem Behälter 41 enthalten ist und ein von einem beschallten Objekt ausgehendes Schallfeld auf eine Flüssigkeitsoberfläche überträgt. Dieses Objekt 42 wird von einem durch einen Signalgenerator 56 erregten Wandler 55 mit Ultraschall "bestrahlt". Der Signalgenerator 56 kann synchron mit einet Laser-Quelle 57 ausgelöst werden. Innerhalb der Flüssigkeitsoberfläche 43 ist eine Flüssigkeitsschicht 45 durch einen Rahmen 44 eingegrenzt, und diese bildet

209812/0912

die reflektierende Oberfläche. Als Flüssigkeit für die Flüssigkeitsschicht 45 eignen sich Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung und mäßiger Viskosität; so sind beispielsweise einige Silikonöle am besten für diesen Zweck geeignet. Diese· Ö'lschicht 45 ist von dem flüssigen Medium 40 beispielsweise durch eine dünne Polyester-Membran 46 getrennt. Unmittelbar unterhalb dieser Polyester-Membran 46 befindet sich, eingetaucht in das Medium 40, ein akustisches Raster 47, welches dem zuvor beschriebenen Raster 20 entspricht. Dieses akustische Raster 47 bewirkt, daß dem einfallenden akustischen Wellenfeld ein räumlicherFrequenzträger überlagert wird, so daß dieses Raumträger-überlagerte Schallfeld sich auf der Flüssigkeitsschicht 45 in Form von stehenden Oberflächenbildern einprägt und überträgt, verursacht durch den vom Wellenfeld ausgehenden Strahlungsdruck. Der Ausdruck "stehend" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß diese Verformungen über die Dauer der Beschallung erhalten bleiben, mit Ausnahme von Störungen, die ab und zu im Schallfeld enthalten sind. Dieses stehende Störungsbild auf der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht 45 ist für das Objekt 42 charakteristisch und wird optisch mit Hilfe eines von der Laser-Quelle 5 7 stammenden kohärenten Lichtstrahles abgetastet, welcher auf das akustische Wellenbild fällt und dieses erleuchtet. Da jedoch die Verwendung von kohärentem Licht nicht unbedingt notwendig ist, läßt sich auch quasi-kohärentes Licht von einer anderen Lichtquelle benutzen. Das reflektierte Lichtwellenfeld wird durch eine Linse 58 geworfen und ein nachgeschaltetes Raumfilter 60 dient der Abtrennung und Darstellung der gewünschten Bildinformation auf einer Bildebene 61. Das Bild läßt sich ebenso wie zuvor beschrieben in einer Fernsehkamera abbilden und elektronisch weiterverarbeiten.

209812/0912

■ ■ -* Γ-*

Wird eine Fernsehkamera verwendet und deren Bildröhre etwas außerhalb der Bildebene angeordnet, und zwar an einer Stelle, wo die Phase des nicht-abgelenkten Lichtes von der reflektierenden Flüssigkeitsoberfläche ungefähr eine Phasenabweichung von 90° gegenüber der Phase der von den Oberflächen-Deformationen in Verbindung mit dem Raster 47 abgelenkten Lichtwellen aufweist, so ist kein Raumfilter 60 erforderlich. Das auf der Bildwandlerröhre der Fernsehkamera entstehende Bild wird abgetastet und erzeugt ein elektrisches Signal, welches der einer Trägerfrequenz überlagerten gewünschten Bildinformation des durch das Raster 47 erzeugten Bildes entspricht, und außerdem Frequenzanteile enthält, die von nicht-abgelenktem Licht stammen. Das elektrische Signal wird anschließend verstärkt, gefiltert und demoduliert, um die Frequenzanteile herauszuholen, welche lediglich der gewünschten Bildinformation entsprechen. Dieses Signal läßt sich auf einem elektrisch adressierbaren optischen Bildschirm wie beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre abbilden.

Die elektronische Weiterverarbeitung der Bildinformation erfolgt mit Hilfe der in Fig. 2 schematisch dargestellten Anordnung. Die akustischen Bestandteile dieses Ausführungsbeispieles eines akustisch/optischen Bildwandlers sind in Fig. 2 und 3 die gleichen. Das von der Flüssigkeitsschicht 45 reflektierte Licht gelangt über die Linse 58 in eine Bildebene einer Vidikon- oder anderen Speicher-Fernsehkamera 30. Die Bildebene 31 der Fernsehkamera 30 befindet sich hinter einer Fourier-Tranformationsebene 60 und in der Nähe d«lr Bildebene 61. Die Bildebene 31 der Kamera 30 läßt sich aus der Bildebene 61 heraus und in eine Stellung bewegen, wo sich die größte Empfindlichkeit im Ansprechverhalten auf die vom Raster 47 erzeugte Bildamplitude j wie bereits

209812/0912

BAD ORIGINAL

beschrieben, einstellt. Das in der Bildebene 31 der Fernsehkamera 30 erzeugte Bild wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches der gewünschten Bild— information entspricht und einer Trägerfrequenz überlagert ist, welche durch Abtastung des durch das Raster 47 erzeugten Bildes entsteht, und ebenfalls Frequenz— komponenten von nicht-abgelenktem Licht enthält. Das elektrische Signal kann anschließend durch einen Verstärker 32, ein Filtersystem 33 und einen Demodulator 34 hindurchgejagt werden, um die Frequenzanteile herauszulösen, welche nur der gewünschten Bildinformation entstammen. Dieses Signal läßt sich dann auf einer elektrisch adressierbaren optischen Sichtanzeige wie beispielsweise auf einem Kathodenstrahlrohr 35 abbilden.

Ein akustisches Raster zur Überlagerung eines räumlichen Frequenzträgers auf ein akustisches Wellenfeld, welches auf die reflektierende Oberfläche auffällt, läßt sich auf verschiedene Weise realisieren· Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung besteht dieses Raster aus einer Schicht 50 aus einem festen Material wie Kunststoff, das mit hohlen Bohrungen oder Kanälen 51 durchzogen ist, die mit Luft gefüllt sind. Diese Luftkanäle stellen ein Linienraster dar, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des Mediums abweicht, in welches dieses Raster eingetaucht ist. Dieses Raster kann auch durch Hohlräume gebildet werden, die zwischen Schichten aus Kunststoff oder einem anderen Material verblieben sind.

Ein in Fig. 5 abgebrochen und geschnitten dargestelltes Raster besteht aus einer Reihe von Drähten 52, die in Kunststoffschichten 53 eingebettet sind. Bei einem verwirklichten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestand das Raster aus Klaviersaiten-Drähten von 0,1 mm Durchmesser, deren gegenseitiger Abstand ungefähr ihrem Draht-

209812/0912

BAD ORIGINAL

durchmesser entspricht. Diese Drähte waren in Sandwichanordnung zwischen zwei Kunststoffschichten eingebettet, deren Dicke klein gegenüber der akustischen Wellenlänge war, um eine Reflektion zu den Grenzflächen zwischen Wasser und Kunststoff zu unterdrücken. Bei dem Versuch wurden Wellenlängen in der Größenordnung von 0,25 mm bis 0,5 mm benutzt, aber es sind auch Frequenzen im Bereich zwischen Imhz und 20 mhz anwendbar, und die Erfindung erlaubt grundsätzlich jede akustische Frequenz.

Ein anderes Raster-Ausführungsbeispiel besteht aus durch Fräsen oder auf andere Weise in eine Kunststoffschicht oder ein anderes akustisch übertragendes Material eingebrachten Vertiefungen wie beispielsweise parallelen Riefen, welche ein geeignetes Raster bilden. Dieses Rasterelement wird anschließend an die dünne Polyester-Schicht angeklebt, welche die Flüssigkeitsschicht unterstützt, wobei die Endkanten abgedichtet 'sind, damit die Lufträume innerhalb der Riefen unmittelbar unter der Flüssigkeitsschicht erhalten bleiben.

Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung, in denen Raumfilter zur Trennung des abgelenkten Lichtes vom nicht—abgelenkten Licht verwendet werden, kann das optische Raster aus einer zweidimensionalen Anordnung von Drähten bestehen, beispielsweise aus einem Gitter oder sogar aus einer beliebigen Anordnung von Linien oder Materiallängen. Für den Fall, daß man die elektrische Filterung verwendet und das entstehende Bild von einer Fernsehkamera abgetastet wird, sollte das Raster aus einer Reihe von parallel angeordneten Linien oder Materiallängen gemäß Fig. 4 oder 5 zusammengesetzt sein, um einen zeitlichen Träger als Ergebnis der Abtastung über die Rasterlinien hinweg zu erzeugen.

209812/0912 BAÖ ORIGINAL

Zusammengefaßt offenbart die Erfindung ein System zur Umwandlung eines akustischen Wellenfeldes in ein Lichtwellenfeld unter Verwendung eines akustisch leitfähigen Mediums, einer festen elastischen oder flüssigen reflektierenden Oberfläche an einer Grenzfläche des Medium«, unter Benutzung einer Quelle für ein akustisches Wellenfeld in dem Medium, einer Einrichtung zur optischen Darstellung des akustischen Wellenfeldes, welches auf die reflektierende Oberfläche einfällt, und schließlich unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Rasters oder Gitters, welches in das akustisch leitfähige Medium in der Nähe, jedoch in einem Abstand von der reflektierenden Oberfläche eingetaucht ist. Dieses Raster besteht aus einem Material, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des Mediums abweicht, so daß dem akustischen Wellenfeld ein räumlicher Frequenzträger überlagert ist.

In den nachfolgenden Ansprüchen bezieht sich der Zusatzausdruck "deformierbar" auf akustisch-in-optisch umwandelnde Oberflächen bzw. Zwischenflächen, zu denen sowohl feste elastische als auch flüssige Oberflächen gehören.

209812/0912

Claims (11)

Ansprüche

1.j Vorrichtung zur akustisch/optischen Bildwandlung

einem akustisch leitenden Medium, in welches ein darzustellendes Objekt eingetaucht ist, mit einer das eingetauchte Objekt beschallenden Einrichtung, durch die ein für das Objekt repräsentatives akustisches Wellenfeld erzeugbar ist, mit einer an einer Begrenzung des Mediums angeordneten deformierbaren (

reflektierenden Oberfläche zur Darstellung des vom beschallten Objekt ausgehenden akustischen Wellenfeldes, und mit einer Einrichtung zur optischen Abtastung und Darstellung eines auf der reflektierenden Oberfläche entstehenden akustischen Bildes durch auf die reflektierende Oberfläche einfallendes Licht, gekennzeichnet durch ein in der Nähe der deformierbaren Oberfläche (16) in das Medium (11) eingetauchtes Raster (20), das aus einem Material besteht, dessen akustischer Wellenwiderstand von dem des Mediums abweicht, so daß das auf der deformierbaren Oberfläche abgebildete akustische Wellenfeld auf einen räumlichen Frequenzträger moduliert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (20) aus in einer Ebene angeordneten Material-Linien besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (20) aus hohlen Luftkanälen besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (20) aus einem von hohlen Kanälen (51) durchzogenen festen Material (50) besteht.

203812/0912

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (20) aus einem Draht-Gitter besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Draht-Gitter (52) in Kunststoff (53) eingebettet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine räumliche Filterein— richtung (29) zum räumlichen Filtern des von der reflektierenden Oberfläche" (l'6J reflektierenden Lichtes, wobei im wesentlichen die nicht-abgelenkten Lichtanteile eliminiert werden.

8.. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (61) zur Abbildung des von der reflektierenden Oberfläche (16) reflektierten Lichtes? eine Einrichtung (30) zur Abtastung des abgebildeten Lichtmusters und zur Erzeugung eines elektrischen Signals, welches Frequenzanteile enthält, welche den Anteilen des abgebildeten Musters entsprechen; und durch eine elektrische Filtereinrichtung (33) zum Filtern dieses elektrischen Signals und zur Gewinnung der Signalkomponenten, welche der gewünschten Abbildung-Information entsprechen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine elektronisch adressierbare optische Sichtanzeige '35) zur Darstellung der herausgefilterten Signalanteile«

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Demodulator (34) zum Demodulieren der optisch abgenommenen Bildinformation von dem räumlichen Frequenzträger.

;"■■ 5 Π ΐ ·'■ / O Λ 1 O
·.' «# *-·. » i, * "j- -■-■ " <■_

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durcb ein Raumfilter (29), welches sich in der Fourier—Transforniatlonsebene (27) des abgebildeten kohärenten Lichtes befindet.

209812/0912