DE2155853C3 - Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden Oberflächenbereiche des Trommelfelles von Mensch oder Tier - Google Patents
Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden Oberflächenbereiche des Trommelfelles von Mensch oder TierInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden Oberflächenbereiche
des Trommelfelles von Mensch oder Tier durch Erzeugung eines optischen Bildes, das die Schwingungsbereiche des Trommelfelles als Bereiche sich bewegender
oder ruhender verschwimmender Flecken zeigt.
Für eine gründliche Untersuchung des Ohres bei
Gehörschäden ist es von besonderem Interesse, die Schwingungsbereiche eines natürlich oder künstlich
beeinflußten Trommelfelles genau zu lokalisieren und Veränderungen dieser Bereiche in Abhängigkeit von
der auftreffenden Schallfrequenz und Schallintensität
ίο festzustellen, weil daraus wichtige Rückschlüsse für
operative Eingriffe gezogen werden können.
Es ist bekannt, auf dem Gebiet der Holographie mit Hilfe von Laserlicht Knotenlinien und Kurven
gleicher Schwingungsamplituden als sogenannte Hots logramme von schwingenden Flächen abzubilden.
Hologramme vom Trommelfell lassen sich jedoch nur schwer hersteilen und geben erfahrungsgemäß nicht
den gewünschten klaren Aufschluß über das Schwingungsverhalten des Trommelfelles, auch nicht beim
Einsatz von Modulationseinrichtungen, mit deren Hilfe festgestellt werden kann, ob sich eine Kontur
auf eine Bewegung von der Hologrammplatte weg oder auf sie zu bezieht. Ein weiterer Nachteil der holographischen
Verfahren besteht darin, daß sie eine
Einrichtung mit großer optischer Stabilität und dementsprechend großem Aufwand benötigen. Außerdem
ist bei der Anwendung im biologischen Bereich die bei der Holographie erforderliche lange Meßdauer
pro fotografischer Bildaufnahme sehr nachteilig.
Es sind auch bereits Schwingungsmeßverfahren bekannt, die auf der Dopplerverschiebung beruhen, die
ein Laserstrahl durch ein schwingendes oder bewegtes Objekt erfährt. Bei einer in der deutschen Offenlegungsschrift
1623 410 beschriebenen Einrichtung
wird eine beschallte Fläche mit dem Licht einer Laserquelle
direkt und flächig beleuchtet und das von der schwingenden Fläche reflektierte Laserlicht zu einem
optischen Bild erfaßt. Die schwingende Fläche ist dort beispielsweise eine Fensterscheibe. Diese Einrichtung
läßt sich jedoch nicht einfach für Schwingungsuntersuchungen am menschlichen oder tierischen Trommelfell
einsetzen, wo es nicht um die Rekonstruktion und Wiedergabe bestimmter Schwingungen geht, sondern
um die Darstellung der Schwingungsbereiche eines Objektes nach Lage und Größe.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden
Oberflächenbereiche eines Elementes so auszubilden, daß sie auch zur Anwendung bei sehi kleinen schwingenden
Objekten, nämlich des Trommelfelles von Menschen oder Tieren, eingesetzt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anwendung eines an sich bekannten Gerätes gelöst,
das aus einem Schallgeber zum berührungsfreien Beschallen eines schwingenden Elementes, einem Laserlichtgeber,
dessen Licht über einen Lichtspalter teils direkt und flächig auf das schwingende Element
und teils auf einen nicht schwingenden Reflektor geleitet wird, und einer optischen Einrichtung zur Darstellung
eines optischen Bildes, in welcher sowohl das vom schwingenden Element reflektierte Laserlicht als
auch der vom Reflektor zurückgeworfene Referenzstrahl gemeinsam erfaßt werden, besteht, in der
Weise, daß das schwingende Element das Trommelfell ist.
Die Erfindung geht aus von der Tatsache, daß mit Laserlicht beleuchtete Oberflächen ein geflecktes Bild
ergeben, wobei die Flecken auf Grund von Interferen-
zen des von der Oberfläche zurückgeworfenen Lichtes auftreten. Der Anmelder hat in wissenschaftlichen
Arbeiten festgestellt, daß bei einer Verformung der Oberfläche eines Objektes, wie sie bei schwingenden
Körpern auftreten, Phasenveränderungen innerhalb der zurückgeworfenen Lichtstrahlen auftreten, die
den Zustand der ursprünglichen und bei ruhender Oberfläche auftretenden Interferenzen ändern. Bei
einer ausreichend starken Verformungsamplitude und Verformungsgeschwindigkeit der Oberfläche werden
die ursprünglich nach Lage und Umfang definierten Flecken verschwommen und unscharf. Auf diese
Weise lassen sich auf einer schwingenden Oberfläche, so auch auf einem von Laserlicht beleuchteten Trommelfell,
die schwingenden Bereiche genau analysieren.
Dabei läßt sich von der laserlichtbeleuchteten Trommelfelloberfläche ein Bild erfassen, das sich nach
Interferenz der an der schwingenden Oberfläche reflektierten Laserlichtstrahlen mit nicht an der schwingenden
Fläche reflektierten Laserlichtstrahlen ergibt. Die Schwingungsbereiche werden in diesem Fall
ebenfalls als verschwommene Flächen dargestellt, wobei sich der Unschärfeeffekt auf Grund der Interferenz
zwischen dem Referenzstrahl mit konstantem Phasengehalt und den von der Oberfläche reflektierten
Lichtstrahlen mit sich änderndem Phasengehalt ergibt.
Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch die Auswirkung von Wanderwellen auf der
Oberfläche des Trommelfelles untersucht werden, wenn die Beleuchtung der schwingenden Oberflache
intermittierend erfolgt und die Intensität der Schwingungserzeugung am Objekt und seine Beleuchtung
bezüglich der Dauer und Phasenlage in gegenseitiger Abhängigkeit durchgeführt werden. Dabei lassen sich
die Phasenbeziehungen innerhalb der Wanderwelle messen, wenn das Beleuchtungsintervall die Dauer eines
endlichen Bruchteils der Schwingungsperiode des Objektes hat. Während des endlichen Beleuchtungsintervalls verformt sich die schwingende Oberfläche,
und durch die verschiedenen Unschärfegrade in dem erfaßten Bild lassen sich die unterschiedlich starken
Verformungen verschiedener Bereiche bestimmen. Die Verformungen sind größer in Bereichen relativ
größerer Verfoimungsgeschwindigkeit als in Bereichen
relativ kleinerer Verformungsgeschwindigkeit. Bereiche relativ größerer Verformungsgeschwindigkeit
sind Bereiche, für die das Beleuchtungsintervall mit der Zeit des Schwingungsnulldurchgangs zusammenfällt,
so daß in Bereichen der Nulldurchgänge die Unscharfe in der Abbildung bei relativ kleineren
Schwingungsausschlägen auftritt als in Bereichen, für die das Beleuchtungsintervall und die Zeit des Durchgangs
durch das Schwingungsmaximum zusammenfallen. Auf diese Weise können also die Phasenbeziehungen
innerhalb der Wanderwelle gemessen werden.
Mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung läßt sich aber auch die Phasenverteilung innerhalb einer
Wanderwelle und auch innerhalb einer stehenden Welle durch die Beobachtung der Verschiebung von
Bildflecken feststellen, die erfolgt, wenn bei einer stroboskopisch^, also regelmäßig intermittierenden
Beleuchtung der schwingenden Oberfläche die Schwingungsamplitude der Oberfläche langsam geändert
wird. Diese Amplitudenänderung führt in Bereichen, die in entgegengesetzter Phase schwingen, zu
entgegengesetzten Fleckenbewegungen.
Der Lichtspalter der Einrichtung kann durch einen halbreflektierenden Spiegel gebildet sein, und die
Einrichtung weist vorteilhafterweise noch ein Dämpfungsglied für den Referenzstrahl auf, beispielsweise
eine Polarisierscheibe, mit welchem die Intensität des Referenzstrahles an die Intensität der reflektierten
Strahlung angepaßt werden kann.
Die Anwendung der Einrichtung kann durch die Verwendung eines Hohlkörpers mit zwei aufeinander
ίο ausgerichteten Öffnungen an entgegengesetzten Enden
erleichtert werden, wobei eine dieser öffnungen vor der schwingenden Oberfläche des Trommelfells
ohne Berührung mit ihr und die andere Öffnung vor dem Lichtspalter angeordnet ist.
Dieser Hohlkörper kann als einseitig offene Schallkammer ausgebildet und mit dem Schallgeber direkt
gekoppelt sein, wobei dann die mikroskopseitige Öffnung des Hohlkörpers durch ein Glasfenster verschlossen
ist, durch welches die Laserstrahlen hin-
ao durchtreten können. Die vom Laserlichtgeber gelieferten
Laserstrahlen werden zweckmäßig durch einen flexiblen Lichtleitstab auf die schwingende Oberfläche
oder auf den Lichtspalter geleitet, wodurch eine größere Freiheit bei der Anordnung des Laserlichtgebers
gegenüber dem Bildgebertei! der Einrichtung erreicht wird.
Zur Durchführung einer stroboskopischen Laserbeleuchtung der schwingenden Oberfläche des Trommelfelles
kann die Einrichtung einen Lichtstrahlmodulator am Ausgang des Laserlichtgebers aufweisen,
beispielsweise einen Lichtstrahlunterbrecher, der von einem dem Schwingungsgeber zugeordneten Generator
gesteuert ist. Zweckmäßig wird hierbei der Modulator über ein Verzögerungsglied und/oder einen Impulsformcr
und/oder einen Verstärker mit dem Generator verbunden.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der
Zeichnung, auf der zwei Ausführungsbeispiele einer Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt
sind.
Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Teile einer
ersten Ausführungsform der Einrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Teile einer
zweiten Ausführungsform der Einrichtung für eine stroboskopische Beleuchtung der schwingenden
Oberflächen.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung weist einen Laserlichtgeber 10 auf, dessen Licht über einen Lichtleitstab
11 auf einen durch einen halbversilberten Spiegel 12 gebildeten Lichtspalter gegeben wird. Der
halbversilberte Spiegel 12 liegt in an sich bekannter Anordnung unter einem Winkel von 45° sowohl zu
den einfallenden Laserlichtstrahlen 13a als auch zu der optischen Achse eines Mikroskopes 14 und der
Längsachse eines Hohlkörpers 15.
Der längliche Hohlkörper 15 weist an seinem vorderen Ende eine öffnung 151 und an seinem entge-
gei.gesetzten Ende eine weitere Öffnung 152 auf,
welch letztere durch ein Glasfenster 16 verschlossen ist. Die vordere öffnung 151 des Hohlkörpers 15 wird
direkt vor einem symbolisch angedeuteten Trommelfell 17 angeordnet.
S5 Der Hohlkörper 15 ist als Schallkammer ausgebildet
und zu diesem Zweck mit einem seitlichen Rohransatz 153 versehen, an dessen Ende ein Schallgeber
18 angeordnet ist. Der Schallgeber kann ein einfacher
Lautsprecher sein, der von einem Tongenerator 19 über eine einstellbare Verstärkerstufe 20 und/oder
eine Dämpfungsstufe 21 erregbar ist.
Das vom Laserlichtgeber 10 durch den Lichtleitstab 11 auf den halbversilberten Spiegel 12 gelangende
Laserlicht wird in der Hauptsache als Lichtstrahl 13b durch den Hohlkörper 15 hindurch auf das Trommelfell
17 abgelenkt. Die von dort reflektierten Strahlen 13c gelangen durch den halbversilberten Spiegel 12
hindurch in das Mikroskop 14, zusammen mit einem to Referenzstrahl 13e von Laseriicht, der aus demjenigen
Lichtanteil besteht, der vom Lichtstrahl 13a als Lichtstrahl 13d durch den halbversilberten Spiegel 12
hindurchtritt, und, reflektiert an einem Spiegel 22, gedämpft durch eine Polarisierscheibe 23, an der Rückseite
des halbversilberten Spiegels 12 abgelenkt in das Mikroskop gelangt. Das Mikroskop liefert ein Bild,
das sich durch eine Überlagerung der Lichtstrahlen 13c und 13e ergibt. Dabei erhält man eine Abbildung
des Trommelfelles mit unscharfen Bereichen, welche ao
die schwingenden Bereiche des Trommelfelles kennzeichnen.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellten Einrichtungsteile
können mindestens teilweise zu einem kompakten Gerät kombiniert sein. Im Mikroskop läßt
sich bei einer Änderung des am Trommelfell auftretenden Schalldruckes, der sich am Verstärker 20 oder
der Dämpfungsstufe 21 verändern läßt, die Ausbreitung der Unschärfebereiche auf dem Trommelfell,
also die Vergrößerung der schwingenden Bereiche des Trommelfelles, mit wachsendem Schalldruck beobachten.
In Fig. 2 ist eine Einrichtung schematisch dargestellt, die weitgehend aus den gleichen Teilen aufgebaut
ist wie die Einrichtung nach Fig. 1. Gleiche Teile sind daher mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet
wie in Fig. 1. Im Gegensatz zu der Einrichtung nach Fig. 1, bei welcher eine kontinuierliche Beleuchtung
des Trommelfelles 17 mit Laserlicht erfolgt, ist die Einrichtung nach F i g. 2 für eine intermittierende Beleuchtung
des Trommelfelles, und zwar eine schallsynchrone Beleuchtung des Trommelfelles ausgelegt.
Mit dieser Einrichtung lassen sich in Erweiterung des mit einer Einrichtung nach Fig. 1 erzielbaren Meßverfahrens
auch die Relativbewegungen verschiedener Bereiche des Trommelfelles feststellen, wenn der
Schalldruck variiert wird. Damit kann die Phasenverteilung der Trommelfeilschwingung gemessen werden.
Der Modulator 24 wird vom Tongenerator 19 oder vom Verstärker 20 aus über einen Impulsformer 25,
über ein Verzögerungsglied 26 und über eine Verstärkerstufe 27 gesteuert. Mit Hilfe des Verzögerungsgliedes 26 kann die Phasenlage der Beleuchtungszeit
gegenüber der Phasenlage des auf das Trommelfell einwirkenden Schal'signals verändert werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden Oberflächenbereiche des Trommelfelles
von Mensch oder Tier durch Erzeugung eines optischen Bildes, das die Schwingungsbereiche
des Trommelfelles als Bereiche sich Bewegender oder ruhender verschwimmender Flecken
zeigt, gekennzeichnet durch die Anwendung eines an sich bekannten Gerätes, das aus einem
Schallgeber (18) zum berührungsfreien Beschallen eines schwingenden Elementes, einem
Laserlichtgeber (10), dessen Licht (13a) über einen Lichtspalter (12) teils (13ft) d'rekt und flächig
auf das schwingende Element und teils (13d) auf
einen nicht schwingenden Reflektor (22) geleitet wird, und einer optischen Einrichtung (14) zur
Darstellung eines optischen Bildes, iii welcher sowohl
das vom schwingenden Element reflektierte Laserlicht (13c) als auch der vom Reflektor (22)
zurückgeworfene Referenzstrahl (I3e) gemeinsam
erfaßt werden, besteht, in der Weise, daß das schwingende Element das Trommelfell (17) ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtspalter ein halbdurchlässiger
Spiegel (12) dient und daß für den Referenzstrahl (13d, 13e) ein Dämpfungsglied, beispielsweise
eine Polarisierscheibe (23), vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen als Schallkammer
ausgebildeten und mit dem Schallgeber
(18) gekoppelten Hohlkörper (15) mit zwei aufeinander ausgerichteten Öffnungen (151, 152) an
den entgegengesetzten Enden des Hohlkörpers aufweist, und daß eine (151) dieser Öffnungen vor
der schwingenden Oberfläche des Trommelfells (17) ohne Berührung mit ihr angeordnet ist, und
die andere Ofrnung (152) durch ein lichtdurchlässiges Fenster (16) verschlossen und vor dem
Lichtspalter (12) angeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Laserlichtgebers (10) mit einem vorzugsweise flexiblen
Lichtleitstab (11) als Laserstrahlleiter gekoppelt ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Laserlichtgebers (10) ein Lichtstrahlmodulator
(24), beispielsweise ein Lichtstrahlunterbrecher, nachgeschaltet ist, der in Abhängigkeit von einem
dem Schallgeber (18) zugeordneten Generator
(19) oder Verstärker (20) gesteuert ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (24) über ein
Verzögerungsglied (26) und/oder einen Impulsformer (25) und/oder einen Verstärker (27) mit
dem Generator (19) verbunden ist.
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DE2155853A1 DE2155853A1 (de) | 1973-05-24 |
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ID=5824726
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DE19712155853 Expired DE2155853C3 (de) | 1971-11-10 | 1971-11-10 | Einrichtung zur Sichtbarmachung der schwingenden Oberflächenbereiche des Trommelfelles von Mensch oder Tier |
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1971
- 1971-11-10 DE DE19712155853 patent/DE2155853C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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