DE2207279A1

DE2207279A1 - Verfahren zum aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder mikrowellenhologrammen

Info

Publication number: DE2207279A1
Application number: DE2207279A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl Ing Diehl; Geb Fritzler Dietlind Pekau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-16
Filing date: 1972-02-16
Publication date: 1973-08-23
Also published as: LU67031A1; BE795554A; NL7301656A; JPS4890541A; SE379435B; IT979050B; GB1422801A; US3818427A; CA979702A; CH552825A; FR2172178A1; FR2172178B1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, den 1 6L ΡϊΓ". 137

Berlin und München Witteisbacherplatz 2

YPA 72/7011

Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen, wobei ein von einem Objekt ausgehendes Objektwellenfeld von einem Empfangswandler abgetastet wird, dessen elektrische Ausgangssignale in Lichtsignale umgewandelt v/erden, die zeilenweise als Hologramme auf einem lichte^pfindlichon Medium aufgezeichnet werden.

Um bei der Rekonstruktion von Hologrammen das Bild des Objektes vom ungebeugten Licht und dem konjugierten Bild räumlich zu trennen, wird in der allgemeinen Holografie zur Aufnahme des Hologramms eine Referenawelle verwendet, die in einem Winkel zur Objektwelle einfällt.

In der akustischen und Mikrowellen-Holografie wird diese Bezugswelle meist elektronisch beigefügt, da zur Aufnahme von Mikrowellen oder Schallwellen lineare Smpfänger verwendet werden. Es gibt nun zwei Möglichkeiten, diese Referenzwellen elektronisch zu realisieren. Die erste besteht darin, das Schallfeld Punkt für Punkt abzutasten und an jedem Abtastpunkt dem empfangenen Signal ein Besugssignal der Schall- oder Mikrowellenfrequens hinzuzufügen, wodurch eine Referenzwelle simuliert wird, die normal zur Hologrammebene verläuft. In diesem Pail muß das Objekt senkrecht zur Hologrammnortnalen verschoben werden, um den notwendigen Winkel zwischen Objekt- und Referenzstrahl zu erhalten.

Entsprechend der zweiten Möglichkeit wird eine schräg zur Hologrammebene einfallende Referenzv/elle dadurch simuliert, daß die Phase des Bezugssignals der gleichen Frequenz an

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jedem Abtastpunkt verändert wird.

Da der maximale Winkel zwischen Objekt- und Referenzwelle in vielen Fällen beschränkt ist, gibt es Bereiche des Objektes, die in einem Winkel zur Hologrammnormalen auftreten, der in der Nähe des Einfallswinkels der Referenzwelle liegt. Bei der Rekonstruktion des Hologramms sind daher diese Objektbereiche entweder nur geringfügig vom ungebeugten Licht getrennt oder teilweise sogar von diesem überlagert. Da in der Praxis das ungebeugte Licht in der Fouriertransformatioiisebene des Hologramms ausgeblendet wird, ist insbesondere bei geringem Winkel eine erhebliche Verschlechterung des Signal/ Rausch-Verhältnisses zu verzeichnen.

Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen oder Mikrowellen-Hologrammen der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem bei der Rekonstruktion der derart aufgenommenen Hologramme das ungebeugte Licht von den Bildrekonstruktionen vollständig getrennt werden kann, so daß ein erheblich besseres Signal/Rausch-Verhältnis erzielbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei der zeilenweisen Aufzeichnung der Lichtsignale auf dem lichtempfindlichen Medium jede zweite Zeile parallel zur Zeilenrichtung verschoben wird.

Die Abtastfrequenz der Amplituden- und Phaseninformation des Objektwellenfeldes wird dadurch bei gleichbleibender Bandbreite effektiv halbiert, während der konstante bis langsam variierende Anteil der Hologrammtransmission, der bei der Rekonstruktion das ungebeugte Licht erzeugt, durch eine Zeilenverschiebung unverändert bleibt, so daß die Abtastfrequenz dieses Anteils das doppelte der aufgezeichneten Abtastfrequenz der Bildinformation beträgt. In der Fourier-

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transformationsebene des Hologramms sind diese Komponenten durch diesen Frequenzunterschied räumlich getrennt, so daß das ungebeugte Licht ohne Verschlechterung des Signal/ Rausch-Verhältnisses ausgeblendet werden kann.

Vorzugsweise ist der Betrag der Zeilenverschiebung kleiner als das Auflösungsvermögen des rekonstruierten Bildes.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsforra des Erfindungsgedankens erfolgt die Zeilenverschiebung dadurch,daß die von dem lichtempfindlichen Medium als Hologramme aufzuzeichnenden Lichtsignale erst auf einem Oszillografenschirm dargestellt werden, wobei der Ablenkspannung des Oszillografen für .jede zweite Zeile eine konstante Rechteckspannung addiert wird, deren Frequenz gleich der halben Ablenkfrequenz des Oszillografen ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Zeilenverschiebung dadurch, daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale jeder zweiten Zeile der zeilenweise aufzuzeichnenden Hologramme zeitlich verzögert werden.

Bei einer dritten vorzugsweisen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens werden die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale durch eine Glühbirne in Lichtsignale umgewandelt, wobei die Zeilenverschiebung durch Ausnutzen der Trägheit der Glühbirne erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahrens,

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Figur 2 die Anordnung der verschobenen Hologrammzeilen auf einem

Hologrammträger und
Figur 3 eine Anordnung zur Wiedergabe von Hologrammen mit verschobenen Zeilen.

Zur Aufnahme von beispielsweise akustischen Hologrammen werden Amplituden- und Phasenverteilung eines Schallfeldes, das von einem kohärent beschallten Objekt erzeugt wird, in einer Empfangsebene (Xq, Yq) abgetastet. Dem empfangenen Signal wird ein kohärentes Referenzsignal beigefügt und das auf diese Weise entstandene Interferenzsignal auf einem elektrooptischen Wandler sichtbar dargestellt und auf Film gespeichert. Als Schallempfänger kann beispie lsweise eine Matrix von Schallwandlern verwendet werden, die elektronisch abgetastet werden, oder ein einzelner Schallwandler, der mechanisch über die Empfangsebene bewegt wird und dadurch das Schallfeld zeilenweise in vorhergegebenen Abständen abtastet.

Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Anordnung zur Aufzeichnung von akustischen Hologrammen ist mit 1 das aufzuzeichnende Objekt bezeichnet, beispielsweise eine mit Bohrungen versehene Metallplatte, die sich in einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Tank 2 befindet. Mit 3 ist ein Oszillator bezeichnet, mit 4 ein Verstärker und mit 5 ein Schallsender, der das Objekt 1 beschallt. Mit einem zweidimensional steuerbaren Ultraschallempfänger 8 wird die Flüssigkeitsoberfläche Punkt für Punkt abgetastet und das vom Objekt 1 gebeugte Schallfeld empfangen. Dem empfangenen Signal wird _% an jedem Abtastpunkt nach Verstärkung durch den Verstärker ein vom Oszillator 3 entnommenes kohärentes Referenzsignal in einer Mischstufe 7 beigefügt. Das resultierende Interferenzsignal steuert die Helligkeit einer Glühbirne 10, die synchron mit dem Ultraschallempfänger 8 bewegt wird, so daß die Hologramme auf diese Weise Zeile für Zeile mit einer Kamera 11 aufgenommen werden können.

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Figur 2 zeigt die Anordnung der verschobenen Hologrammzeilen und der unverscbobenen Hologrammzeilen 12 auf einem Hologrammträger 14, beispielsweise eines) lichtempfindlichen Film. ^ ist der Abstand der einzelnen Zeilen voneinander und ^v der Betrag der verschobenen Zeilen 13 gegenüber den unverschobenen Zeilen 12 in Zeilenrichtung.

Die gewünschte Verschiebung jeder zweiten Zeile kann nun dadurch erfolgen, daß beispielsweise das Ausgangssignal der Mischstufe 7 in Figur 1 einem Oszillografen zugeführt wird, von dessen Bildschirm die Hologrammzeilen von einer Kamera aufgenommen werden. Wird der Ablenkspannung des Oszillografen für jede zweite Zeile eine konstante Rechteckspannung addiert, deren Frequenz die Hälfte der Ablenkfrequenz beträgt, so erscheint jede zweite Hologrammzeile um einen geringen Betragt verschoben.

Eine zweite Möglichkeit zur Zeilenverschiebung besteht darin, daß das elektrische Ausgangssignal der Mischstufe 7 für jede zweite Zeile mittels einer elektrischen Verzögerungsleitung um eine kurze Zeit verzögert wird, so daß diese Zeilen um dieselbe Zeit später und damit räumlich verschoben aufgezeichnet werden.

Eine dritte Möglichkeit der Verschiebung von je zwei Zeilen kann durch die Trägheit der zur Aufzeichnung verwendeten Glühbirne 10 realisiert werden, die beim Aufzeichnen eine Versetzung jeder Hologrammzeile entgegengesetzt der Abtastrichtung erzeugt. Da zwei aufeinanderfolgende Zeilen in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden, entsteht die erwünschte Verschiebung Δ .

Figur 3 zeigt die Wirkungsweise bei der Rekonstruktion eines mit verschobenen Zeilen belegten Hologramms 14. Die Zeilenverschiebung verläuft parallel zur Abbildungsebene vo?i Figur

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Zur Rekonstruktion wird das Hologramm H mit einem konvergenten laserstrahl 15 beleuchtet, so daß kurz vor und hinter dem Fokus des Laserstrahls 15 jeweils das verkleinerte Bild 17 des Objektes, sowie das konjugierte Bild 18 zusammen mit den höheren Beugungsordnungen entstehen.

Durch die Zeilenverschiebung entstehen in der Brennebene des Laserstrahls 15 die ersten Beugungsordnungen der rekonstruierten Bilder 17 und 18 räumlich getrennt zwischen dem ungebeugten Licht und der ersten Beugungsordnung des konstanten Anteils der Hologrammtransmission. (Letztere Komponenten liegen außerhalb der Abbildungsebene von Figur 3).

Das ungebeugte Licht sowie höhere BeugungsOrdnungen, die nicht zur Bildrekonstruktion beitragen, können durch diese räumliche Trennung mit einer Blende 19 ausgefiltert werden. Mit 20 ist ein Vergrößerungsobjektiv bezeichnet, das ein vergrößertes Bild 21 des Objektes entwirft.

5 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1.JVerfahren zum Aufzeichnen von akustischen, synthetischen "^ oder Mikrowellen-Hologrammen, wobei ein von einem Objekt ausgehendes Objektwellenfeld von einem Empfangswandler abgetastet wird, dessen elektrische Ausgangssignale in Lichtsignale umgewandelt werden, die zeilenweise als Hologramme auf einem lichtempfindlichen Medium aufgezeichnet werden, dadurch gekennzeichnet , daß "bei der zeilenweisen Aufzeichnung der Lichtsignale auf dem lichtempfindlichen Medium jede zweite Zeile parallel zur Zeilenrichtung verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Betrag der Zeilenverschiebung kleiner als das Auflösungsvermögen des rekonstruierten Bildes ist»

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeilenverschiebung derart erfolgt, daß die von dem lichtempfindlichen Medium als Hologramme aufzuzeichnenden Lichtsignale erst auf einem Oszillografenschirm dargestellt werden und daß der Ablenkspannung des Oszillografen für jede zweite Zeile eine konstante Rechteckspannung addiert wird, deren Frequenz gleich der halben Ablenkfrequenz des Oszillografen ist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeilenverschiebung derart erfolgt, daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale jeder zweiten Zeile des zeilenweise aufzuzeichnenden Hologramms zeitlich verzögert werden,

5- Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vom Empfangswandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignale durch eine Glühbirne in Licht-Bignale umgewandelt werden und die Zeilenverscfajdoung durch Ausnutzen der Trägheit der Glühbirne erfolgt.

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