DE2300520A1

DE2300520A1 - Kamera fuer akustische holographie

Info

Publication number: DE2300520A1
Application number: DE2300520A
Authority: DE
Inventors: Joel Ernvein-Pecquenard
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-01-07
Filing date: 1973-01-05
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE2300520C3; GB1367859A; US3792422A; DE2300520B2; FR2166309B1; FR2166309A1

Description

Kamera für akustische Holographie

Die Erfindung betrifft Ultraschall-Kameras mit Laser-Abtastung.

Mit solchen Kameras ist es möglich, auf dem Bildschirm einer Katodenstrahlröhre das akustische Bild eines Gegenstands dadurch sichtbar zu machen, daß mit einem optischen Überlagerungsverfahren, bei welchem ein mit einem Laser gekoppeltes Interferometer verwendet wird, die sehr schwachen Vibrationen einer Membran festgestellt werden, die unter dem Einfluß von durch den Gegenstand hindurchgegangenen Ultraschallwellen in Resonanz iot.

Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung von Vorrichtungen dieser Art in der V/eise, daß sie in Echtzeit nicht mehr das Bild, sondern das Hologramm des Gegenstands liefern können, so daß es dann durch eine Abtastung mit kohärentem Licht möglich ist, aus diesem Hologramm ein dreidimensionales Bild des Inneren des Gegenstandes wiederherzustellen, durch den die Ultraschallwellen hindurchgegangen sind. Dieses Ergebnis wird im wesentlichen dadorch erreicht, daß die Länge des optischen Veges in einem der Zweige

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des Interferometers mit der Ultraschallfrequenz moduliert wird.

Gegenüber den klassischen Vorrichtungen für die akustische Holographie, bei denen das Hologramm durch Interferenzen zwischen zwei Schallwellen erhalten wird, von denen die eine durch den Gegenstand hindurchgeht, während die andere als Bezugsgröße dient, ergibt die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, daß sie empfindlicher ist und daß die Bezugsschallwelle entfallen kann, die nur schwierig mit der erforderlichen Güte erhalten v/erden kann. Im Vergleich zu den gleichfalls klassischen Vorrichtungen für die akustische Holographie, bei denen die Abtastung einer Sonde angewendet wird, v/ird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine geringere Empfindlichkeit durch eine wesentlich höhere Bildhäufigkeit kompensiert.

Die Erfindung v/ird an Hand der Zeichnung beispielshalbor beschrieben.Darin zeigen:

Fig.1 das Prinzipschema einer Ultraschallkamera mit den erfindungsgemäßen Verbesserungen, durch die sie in eine holographische Kamera umgewandelt wird,

Fig.2 eine erläuternde Darstellung und

Fig·.3, eine praktische Ausführungsform einer Kamera nach der- Erfindung.

Fig.1 zeigt das Prinzipschema eines Ultraschall-Bildwandlers, bei dem eine optische Überlagerungsanordnung in Verbindung mit einem Interferometer angewendet wird, um punktweise' die Schwingungsamplitude einer akustischen Membran zu messen, die unter dem Einfluß eines Ultraschallbündels in Resonanz ist. In dieser Darstellung sind auch (schraffiert)

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die Organe dargestellt, die erfindungsgemäß hinzugefügt oder abgeändert sind, um die vom Bildwandler gelieferten Bilder in ein Hologramm umzuformen.

Eine solche Anordnung enthält drei deutlich getrennte Gruppen: Eine akustische Gruppe, eine optische Gruppe und eine Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals, sowie zwei Verbindungsstellen zwischen diesen Gruppen.

Die akustische Gruppe enthält den Gegenstand O, dessen Bild erhalten werden soll und der in ein flüssiges Medium 10 eingetaucht ist, das in einer Wanne 100 enthalten ist. Ein von einem Generator 110 erregter Schallwandler 1 sendet ein Ultraschallbündel 11 der Frequenz F_Q aus, das durch den Gegenstand 0 gebeugt wird. Eine akustische Membran 102, die bei der Frequenz F_Q in Resonanz ist, ist an der GrenzfJäche zwischen Flüssigkeit und Luft so angeordnet, daß sie das Bündel 11 empfängt. Diese Membran ist an ihrer nicht eingetauchten Fläche optisch reflektierend und bildet die Verbindungsstelle zwischen dem akustischen Teil und dem optischen Teil.

Die optische Gruppe ist ein Interferometer mit zwei Lichtbtindeln. Eine Laserquelle 2 emittiert ein kohärentes Lichtbündel 20 der Frequenz f, das linear polarisiert ist. Trpnneinrichtungen, die hier durch einen halbdurchlässigen Spiegel 200 dargestellt sind, zerlegen das Lichtbündel 20 in ein Gegenstandsbündel 21, das von der reflektierenden Fläche der Resonanzmembran 102 reflektiert wird, und in ein Bezugsbündel 22, das von einem Spiegel 220 reflektiert wird. Eine Projektionseinrichtung, die im vorliegenden Fall durch den am Schnittpunkt der beiden reflektierten Bündel angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 212 und das zugeordnete Objektiv 231 dargestellt ist, ermöglicht es, einen

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Bruchteil der beiden Bündel, nämlich des Gegenstandsbiindels und des Bezugsbündels , auf einen Photodetektor 203 zu projizieren. Dieser Photodetektor bildet die Verbindungsstelle zwischen der optischen Gruppe und der Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals.

In einem der beiden optischen Wege des Interferometers, das durch das Gegenstandsbündel und das Bezugsbündel gebildet ist, im vorliegenden Fall im Weg des Bezugsbündels, ist ein Organ 221 angeordnet, das es ermöglicht, die Frequenz des Bündels von der Frequenz f, welche die Frequenz der Laserquelle ist, zu der Frequenz f+F-jZU verschieben, wobei F^ beträchtlich größer als die Frequenz F_Q der Ultraschallquelle ist. Verschiedenartige Anordnungen, mit denen diese Frequenzverschiebung durchgeführt werden kann und die beispielsweise den Dopplereffekt oder die Amplitudenmodulation durch elsktro-optischen Effekt anwenden, sind in der Literatur ■beschrieben; ein weiteres Beispiel einer solchen Anordnung wird im übrigen später beschrieben.

Die optische Gruppe enthält ferner Ablenkeinrichtungen, die es dem Gegenstandsbündel ermöglichen, die Oberfläche der Resonanzmembran abzutasten, und die entweder vor der Bündelteilereinrichtung 200 oder hinter dieser im Weg des Gegsns^andsbündels angeordnet sind. Diese Ablenkeinrichtungen s'iiid in Fig.1 schematisch durch den Ablenkgenerator 201 dargestellt, der am Ausgang des Lasers angeordnet ist, und das Bündel 20 parallel zu sich selbst verschiebt.

Die Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals enthält eine Sichtbarraachungsvorrichtung 3, die in der Zeichnung durch einen Katodenstrahloszillographen dargestellt

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ist, der einerseits das vom Photodetektor abgegebene Signal über einen Verbindungskanal empfängt, der einen selektiven Verstärker 30, einen Detektor 31 und einen Niederfrequenzverstärker 32 enthält, und andrerseits die Ausgangssignale von Fühlern241 und 251, welche Spannungen sind, die den Bewegungen des Gegenstandsbündels auf der Resonanzmembran proportional sind.

Zum Verständnis der Wirkungsweise einer solchen Vorrichtung sei zunächst angenommen, daß die Ablenkorgane unbeweglich sind, und das Gegenstandsbündel an einem festen Punkt der Resonanzmembran 102 reflektiert wird..

Wenn der Schallwandler 1 im Ruhezustand ist, ist die Membran 102 unbeweglich, und der Unterschied zwischen den von den Bündeln 21 und 22 zurückgelegten optischen Wegen bleibt zeitlich konstant. Der Photodetektor 212, der die quadratische Demodulation der Summe der Amplituden der vom Gegenstandsbündel bzw. vom Bezugsbündel mitgeführten Wellen durchführt, liefert dann, wenn seine Ansprechzeit mit der Frequenz F^ vereinbar ist, ein elektrisches Signal konstanter Amplitude mit der Frequenz F^, welche die Schwebungsfrequenz zwischen den beiden Wellen ist.

Wenn der Schallwandler 1 in Betrieb gesetzt wird, tritt die akustische Membran 102, die so bemessen ist, daß sie in Dickenresonanz mit der Frequenz F_Q ist, mit dem einfallenden Ultraschallbündel in Resonanz, das von dem Gegenstand 0 gebeugt ist. Die Augenblicks-Schwingungsamplitude jedes Punktes der Membran ist proportional zu der Augenblicksamplitude der Schallwelle am gleichen Punkt, wobei die Schwingungsrichtung senkrecht zu der Ebene der Membran steht. Da die Schwingungsamplitude des Punktes sehr klein gegen die Lichtwellenlänge und daher erst recht klein gegen die Ultraschallwellenlänge ist, kann die seitliche Verschiebung des Auftreffpunktes als vernachlässigbar angesehen werden. Wenn dagegen mit i

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der konstante Einfallswinkel des Bündels an der Resonanzmembran lind mit s die Spitzenamplitude der Membranschwingung bezeichnet wird, ändert sich die Differenz des optischen Weges des Gegenstandsbündels mit der Frequenz F_Q der Ultraschallwelle um den Betrag

Man moduliert somit die Phase des Gegenstandsbündels mit der Frequenz F^. Wegen der geringen Größe von e-, ist die Amplitude der Phasenmodulation sehr klein gegen 2ττ . Man kann zeigen, daß unter diesen Bedingungen das Signal am Ausgang des Photodetektors außer einer Komponente fester Amplitude mit der Frequenz F,, zwei Seitenbänder der Frequenz F., -S- Fq bzw, F^ - Fq aufweist, deren Amplitude von der Amplitude und der Phase der Verformung der in Resonanz befindlichen Membran am Auftreffpunkt abhängt. Wenn dieses Signal so gefiltert wird, daß nur eines dieser Seitenbänder beibehalten wird, ist zu erkennen, daß nach Verstärkung und Demodulation das der Sichtbarmachungsvorrichtung zugeführte Signal kennzeichnend für den Schwingungszustand des flüssigen Mediums in der JSbene der Verbindungsstelle ist.

Wenn die Ablenkeinrichtungen den Auftreffpunkt auf der Oberfläche der Membran verschieben, ist leicht festzustellen, daS die Differenz zwischen den optischen Wegen des Gegenstandsbündeis und des Bezugsbündels unabhängig von der Lage des Bündels ist und nur von dem Schwingungszustand der Resonanzmembran abhängt. Selbst wenn dies nicht ganz genau zutrifft, weil beispielsweise im Maßstab der Schwingungsamplituden der Resonanzmembran die Tpiegel 200, 212 und 220 nicht' als vollkommen eben angesehen werden können, treten die sich d»raus ergebenden Änderungen der optischen Weglänge mit der Ablenkfrequenz auf, die im Vergleich zu der Frequenz F_Q sehr niedrig ist. Daraus ergeben sich in dem vom Photodetektor gelieferten Signal zwei zusätzliche Seitenbänder, die sehr

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nahe bei der Mittelfrequenz F₁ liegen und somit das vom Filter abgetrennte Signal mit der Frequenz F^+F_Q nicht stören. Da die Verschiebung des Lichtpunkts des Oszillographen synchron mit der Verschiebung des Auftreffpunkts des Gegenstandsbündels auf der Membran erfolgt und seine Intensität kennzeichnend für den Schwingungszustand der Flüssigkeit in der Ebene der Grenzfläche ist, wird auf dem Bildschirm der Sichtbarmachungsvorrichtung das akustische Bild des in die Wanne eingetauchten Gegenstands wiedergegeben.

Um diese Bild in ein Hologramm umzuwandeln, ist es erfindungsgemäß vorgesehen:

- zu der beschriebenen Anordnung in der optischen Gruppe Einrichtungen hinzuzufügen, die es ermöglichen, den optischen Weg des Gegenstandsbündels oder des Bezugsbündeis mit der Frequenz F_Q des Ultraschallbündels sinusförmig zu modulieren; diese Einrichtungen sind in Fig.1 durch den Modulator 211 dargestellt, der im Weg des Gegenstandsbündels 21 angeordnet ist und von dem gleichen Generator 110 gesteuert wird, der auch den Schallwandler 1 erregt. Dieser Modulator kann beispielsweise durch einen Schwingspiegel gebildet sein, oder auch durch ein elektro-optisches Medium, dessen Brechungsindex 'durch eine Steuerspannung geändert wird;

- dafür zu sorgen, daß in der Gruppe für die Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals die Detektoranordnung 32 eine quadratische Demodulation bewirkt.

Fig.2 , die eine klassische Vorrichtung für akustische Holographie zeigt, läßt verstehen, wie es durch die zuvor angegebenen Änderungen möglich ist, auf dem Bildschirm

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der Sichtbarmachungsvorrichtung ein einfaches akustisches Bild durch ein Hologramm zu ersetzen.

In Fig.T sind gewisse Teile wiederzufinden, die bereits in der akustischen Gruppe von Fig.1 vorharden sind: Der Gegenstand O, der in das in der Wanne 100 enthaltene flüssige Medium 10 eingetaucht ist, und das Ultraschallbündel 11 der Frequenz F_Q, das von dem durch den Generator 110 gesteuerten Schallwandler 1 ausgesendet und vom Gegenstand 0 gebeugt wird. Zusätzlich ist ein paralleles Bündel 12 dargestellt, das von einem durch den gleichen Generator 110 gesteuerten Schallwandler 112 mit der gleichen Frequenz F_Q wie das Bündel 11 ausgesendet wird. Das Bezugsschallbündel geht nicht durch den Gegenstand 0 hindurch und trifft unter senkrechtem Einfallswinkel auf die Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft, wo es mit dem gebeugten Bündel 11 zur Interferenz kommt. An der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Luft ist in der Interferenzzone der beider. Bündel einölfilm angeordnet. Im Gegensatz zu der Resonanzmembran tritt dieser Ölfilm nicht in Resonanz mit der Schwingung der Schallwelle, sondern nimmt eine bleibende Verformung an, die dem Schalldruck , also dem Quadrat der Spitzenamplitude der Ultraschallschwingung proportional ist.Mit anderen Worten bewirkt der Ölfilm die quadratische Demodulation des empfangenen akustischen Signals in gleicherweise,wie eine photographische Emulsion, die unter geeigneten Beleuchtungsbedingungen für die Lichtintensität, also das Quadrat der Amplitude der Lichtquelle empfindlich ist, die quadratische Demodulation eines optischen Signals bewirkt.

An jedem Punkt der Grenzfläche wird zu der nach Amplitude und Phase veränderlichen Schwingung der Frequenz F_Q, welche

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der von Gegenstand gebeugten Schallwelle 11 entspricht, eine ■ Schwingung gleicher Frequenz, aber konstanter Amplitude und Phase hinzugefügt, die der ebenen Bezugswelle 12 entspricht. Der Ölfilm, der die quadratische Demodulation der resultierenden Schwingung durchführt, liefert das akustische Hologram des Gegenstands in gleicher Welse wie eine lichtempfindliche Platte, die bei optischer Holographie eine Bezugswelle empfängt., die der vom Gegenstand gebeugten Welle überlagert ist,

Wenn man diese klassische Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleicht, ist zu erkennen, daß bei der Abtastung jedes Punktes der Grenzfläche der nach Amplitude und nach Phase veränderlichen Schwingung Q-ß? akustischen Membran, die unter dem Einfluß der vom Gegenstand gebeugten Weile in Resonanz ist, eine Schwingung gleicher Frequenz aber konstanter Amplitude und Phase überlagert wird, die sich aus der Wirkung des Modulators 211 ergibt. Diese beiden Schwingungen addieren sich araplitudenjnäßig zur Modulation der Länge des optischen Weges· Man erhält somit ganz offensichtlich das gleiche Ergebnis» als ob man auf der Höhe der Resonanzmembran eine ebene Bezugs-Ultraschallwelle der vom Gegenstand gebeugten mtraschall·» welle überlagert hätte. Die zur Erzielung dieses Ergebnisses verwendeten Mittel sind aber einfacher anzuwenden} es ist nämlich schwierig, eine ebene Schallwelle guter Qualität über eine beträchtliche Flächenausdehnung zu erhalten. Ferner vermeidet man die Notwendigkeit, in der gleichen Wanne zwei Ultraschallbündel unterzubringen, von denen das eine, nämlich das Bezugsbündel nicht auf den untersuchten Gegenstand auftreffen darf.

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Wie bei der anfänglich beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung von Bildern findet sich die Modulation des optischen Weges am Ausgang des Photodetektors in Form eines elektrischen Signals wieder, dessen Amplitude nicht mehr der komplexen Amplitude der vom Gegenstand gebeugten Welle proportional ist, sondern der Summe der komplexen Amplituden dieser Welle und der Bezugswelle, Wie bereits zuvor erläutert wurde, ist es erforderlich, um das Hologramm des Gegenstands aus diesem Signal zu erhalten, eine quadratische Demodulation dieses Signals durchzuführen, wie dies die Ölschicht 103 von Fig. bewirkt. Diese Aufgabe wird von dem quadratischen Detektor erfüllt.

Fig.3 zeigt als Beispiel eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit dem Prinzipschema von Fig.1 übereinstimmt und es ermöglicht, auf dem Schirm einer Katodenstrahlröhre das akustische Hologramm eines Gegenstandes sichtbar zu machen. Bei dieser Vorrichtung wird in Verbindung mit der Holographie, die zugleich ver*- bessert wird, für die Sichtbarmachung von Ultraschallbildern ein Ultraschallbildwandler angewendet, wie er von G.A. Massey in dem Aufsatz "An Optical Heterodyne Ultrasonic Image Converter" in der Zeitschrift Proc.IEEE 56, 12, 1968 angegeben ist.

In Fig/3 sind wieder die drei getrennten Gruppen, nämlich die akustische Gruppe, die optische Gruppe und die Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals, sowie die beiden Verbindungsstellen zu finden, die bereits im Zusammenhang mit der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung besehrieben worden sind.

Die akustische Gruppe und die Verbindungsstelle zwischen der akustischen Gruppe und der optischen Gruppe stimmen genau mit der Beschreibung von Fig.1 überein, auf die hier Bezug genommen wird.

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Die optische Gruppe, die im Prinzip mit derjenigen von Fig.1 identisch ist, ist hinsichtlich der gegenseitigen Anordnung der Teile geringfügig geändert. Die Laserquelle emittiert das Bündel 20 von linear polarisiertem Licht der Frequenz f. Die Einrichtungen zur Teilung des Bündels in zwei Bündel, nämlich ein Gegenstandsbündel und einBezugsbündel, und die Einrichtung zur Frequenzverschiebung eines der beiden Bündel sind hier zu einem einzigen Organ zusammen gefaßt, das durch eine im Weg des Bündels 20 angeordnete Bragg«sehe Zelle 204 gebäLdet ist. Diese Zelle ist durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter gebildet, in dem ein Schallwandler 244, der vom Generator 254 mit der Frequenz F- erregt wird (wobei F- eine harmonische Frequenz der Frequenz F_Qist) eine fortschreitende Ultraschallwelle aussendet, die eben ist und parallel zur Achse des Bündels liegt. Diese Zelle spaltet das einfallende Bündel in zwei Bündel, nämlich ein direktes Bündel 21, das als Gegenstandsbündel verwendet wird , und die Frequenz f hat, und in ein gebeugtes Bündel 22, das als Bezugsbündel verwendet wird, und die Frequenz f + F^ hat.

Das Gegenstandsbündel 21 trifft auf den Lichtwegmodulator auf, der durch den Spiegel 211 gebildet ist, der unter der Wirkung eines Motors 260 mit der gleichen Frequenz F_Q wie der Ultraschallwandler 1 schwingt. Es geht dann durch das Prisma 213, das aus einem doppelbrechenden Material (beispielsweise Kalkspat) geschnitten ist, und dann durch ein Viertelwellenlängenplättchen 214 und ein Objektiv 215, damit es schließlich auf die Ablenkvorrichtung trifft, die also hier im Weg des Gegenstandsbündels angeordnet ist. Diese Ablenkvorrichtung ist im wesentlichen durch einen außerachsigen Parabolspiegel 217 gebildet, dessen Achse senkrecht zu der Ebene der Resonanzmembran 102 steht, und durch einen rpiegel 216, der um den Brennpunkt F des Paraboloids beweglich ist, und dem zwei zueinander senk-

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rechte Schwingungsbewegungen im Takt der Zeilenablenkung bzw. der Bildablenkung von Motoren 246 bzw. 256 erteilt werden. Der Brennpunkt F ist im V/eg des Bündels 21 angeordnet, das nach aufeinanderfolgenden Reflexionen an den Spiegeln 216 und 217 unter senkrechtem Einfallswinkel auf die reflektierende Fläche der Resönanzmembran auftrifft, die das Bündel in sich selbst zurückwirft. Der Weg des reflektierten Strahls fällt mit dem Weg des Einfallenden Strahls bis zum Durchgang durch das Prisma 213 zusammen, das dem reflektierten Strahl einen anderen Weg erteilt.

Am Schnittpunkt des Gegenstandsbündels 21 und des Bezugsbündels 22 ist der halbdurchlässige Spiegel 212 angeordnet, der einen Bruchteil der in diesen beiden Bündeln enthaltenen Energie auf den Photovervielfacher 203 projiziert. Die Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals, die derjenigen von Fig.1 analog ist, enthält einen Verstärker 30, der für die Frequenz F₁-Fq selektiv ist, einen quadratischen Detektor 31 und einen Niederfrequenzverstärker 32, wodurch die Verbindung zwischen dem Ausgang des Photovervielfachers und der von einer Katodenstrahlröhre 3 gebildeten Sichtbarmachungsvorrichtung gewährleistet wird. Das Ausgangssignal des Niederfrequenzverstärkers wird an die Wehnelt-Elektrode der Röhre angelegt und moduliert die Intensität des Elektronenstrahls. Ausserdem werden Synchronisierspannungen, die von den Ablenkmotoren 246 und 256 abgegeben werden und zu den Bewegungen des Gegenstandsbündels auf der Resonanzmembran proportional sind, den Ablenkeinrichtungen der Röhre 3 zugeführt, so daß sie die Bewegung des Katodenstrahls steuern. Dann wird auf dem Schirm der Katodenstrahlröhre das akustische Hologramm des Gegenstands 0 beobachtet.

Die Kamera enthält ferner eine Steuerstufe 4, die ein Signal mit der Frequenz F_Q abgibt, das einerseits

den Generator 110 und den Motor 260 steuert, und andrerseits

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nach Durchgang durch eine Frequenzvervielfacherstufe 41, , die es in ein Signal mit einer zu der Frequenz F_Q harmonischen Frequenz F^ umwandelt, den die Bragg'sehe Zelle erregenden Generator 254 steuert.

Die von der Steuerstufe gelieferte Frequenz Fq kann beispielsweise 5MHz betragen. Die Vervielfacherstufe multipliziert diese Frequenz mit dem Faktor 5 und liefert somit zu der Bragg »sehen Zelle eine Frequenz F^ mit dem Wert 25 MHz. Die Ablenkfrequenzen werden mit 200 Hz für die Zeilenablenkung und mit 0,5 Hz für die Bildablenkung gewählt, wodurch es. möglich ist, auf dem Schirm des Oszillographen ein Bild mit 400 Zeilen mit einer Häufigkeit von einem Bild pro Sekunde zu erhalten.

Die wesentlichen Prinzipien der Wirkungsweise dieser Vorrichtungen sind bereits zuvor im Anschluß an die Beschreibbung von Fig.1 erläutert worden. Es soll daher nur noch die Wirkungsweise einiger Einzelheiten angegeben werden.

Das Objektiv 215 ermöglicht es, aus dem vom Laser abgegebenen, praktisch parallelen Bündel einen punkförmigen Lichtfleck auf der Oberfläche der Resonanzmembran zu erhalten.

Das doppelbrechende Prisma 213 empfängt eine linear polarisierte ebene Welle; es ist so angeordnet, daß die Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlung parallel .zu einer seiner Hauptrichtungen liegt. Nach der zweifachen Durchquerung des Viertelwellenlängenplättchens 216 auf dem Hinweg und auf dem Rückweg hat sich die Polarisationsrichtung der in das Prisma auf dem Rückweg eintretenden Strahlung um 90° gedreht, so daß sie nun parallel zu der anderen Hauptrichtung liegt. Das Prisma v/eist somit für die Strahlung-vor bzw.nach Reflexion an der Resonanzmembran zwei verschiedene Brechungsindices auf, die

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den "beiden Hauptrichtungen entsprechen, so daß es das Bündel um zwei verschiedene Winkel ablenkt. Die Vereinigung des doppelbrechenden Prismas mit dem Viertelwellenlängenplättchen bildet somit einen B'.'-ndelt eiler, der es ermöglicht, die Resonanzmembran unter senkrechtem Einfallswinkel anzustrahlen.

Die von dem beweglichen Spiegel 216 und dem außerachsigen Parabolspiegel. 217 gebildete Ablenkvorrichtung ermöglicht es, das Gegenstandsbündel auf der Oberfläche der Resonanzmembran zu verschieben , während es zu sich selbst parallel gehalten wird, wobei der optische Weg, abgesehen von den Unvollkommenheiten der Oberfläche des Parabolspiegels, konstant gehalten wird. Da nämlich das Bündel 21 konstruktionsgemäß gezwungen wird, durch den Brennpunkt F des Paraboloids zu gehen, daß es parallel zu seiner Achse reflektiert, ist dieStrecke PP + PI (wobei P und I die Auftreffpunkte auf dem Parabolspiegel bzw. auf der Resonanzmembran sind) entsprechend der bekannten geometrischen Eigenschaft von Parabeln konstant. Diese Ablenkvorrichtung' weist somit einen offensichtlichen Vorteil gegenüber der von Massey angegebenen Vorrichtung mit rotierenden Prismen auf, bei welcher sich der optische Weg des Gegenstandsbündels in Abhängigkeit von der Lage des Auftreffpunkt auf der Resonanzmembran ändert.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

JKamera für akustische Holographie zur Sichtbarmachung des akustischen Hologramms eines Gegenstands, aus dem eine Ultraschallwelle der Frequenz F₀ austritt, mit einer akustischen Membran, die bei der Frequenz F_Q in Resonanz ist und die Ultraschallwelle empfängt, einem Photodetektor, einer monochromatischen Strahlungsquelle, die ein paralleles Bündel aussendet, einer Interferometervorrichtung mit Einrichtungen zur Zerlegung des Bündels in ein Gegenstandsbündel und ein Bezugsbündel und mit Einrichtungen zur Projektion eines Bruchteils der Bündel auf den Photodetektor, wobei das Gegenstandsbündel eine Reflexion an der in Resonanz befindlichen Membran erfährt und Frequenzverschiebungseinrichtungen im Weg eines der beiden Bündel angeordnet sind, um dessen Frequenz um einen Wert F₁ zu verändern, der größer als F_Q ist, mit Ablenkeinrichtungen zur Verschiebung des Gegenstandsbündels auf der Oberfläche der Membran, mit einer Sichtbarmachungseinrichtung und mit einer zwischen dem Photodetektor und der Sichtbarmachungseinrichtung angeordneten Verbindungsanordnung, die Filtereinrichtungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg eines der Bündel Einrichtungen zur Modulation des von dem Bündel durchlaufenen optischen Weges mit der Frequenz F_Q angeordnet sind, und daß die Verbindungsanordnung einen quadratischen Detektor enthält.
2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegungseinrichtungen und die Frequenzverschiebungseinrichtungen durch eine Bragg¹sehe Zelle gebildet sind, die bei der Frequenz F- arbeitet.
3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstandsbündel -senkrecht zu der Membran gerichtet ist

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und einen Strahlenteiler durchquert, der ein doppelbrechendes Prisma in Verbindung mit einem Viertelv/ellenlängenplättchen enthält.
4. Kamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtungen einen außerachsigen feststehenden Parabolspiegel enthalten, dessen Rotationssymmetrieachse senkrecht zu der Membran steht, sovrie einen beweglichen ebenen Spiegel, der durch den auf der Achse des Gegenstandsbündels liegenden Brennpunkt des Parabolspiegels geht.
5. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Modulation des optischen Weges durch einen vibrierenden Spiegel gebildet sind,der eines der Bündel reflektiert.
6. Kamera nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Modulation des optischen T'/eges durch eine ebene Schicht eines Mediums gebildet sind, dessen Brechungsindex durch elektro-optischen oder magneto-optischen Effekt veränderlich ist.

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