DE2300520C3 - Kamera für akustische Holographie - Google Patents

Description

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Ordnung einen quadratischen Demodulator enthält. tor 203 zu projizieren. Dieser Photodetektor bildet die

Gemäß der Erfindung wird also die Länge des Verbindungsstelle zwischen der optischen Gruppe uud

optischen Weges in einem der Zweige des Interferome- der Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachung des

ters mit der Ultraschallfrequenz moduliert Der Signals!

akustische Bezugsstrahl kann daher ganz entfallen. 5 In einem der beiden optischen Wege des Interferome-

Gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen für ters, das durch das Gegenstandsbündel und das

die akustische Holographie, bei denen das Hologramm Bezugsbündel gebildet ist, im vorliegenden Fall im Weg

durch Interferenzen zwischen zwei Schallwellen erhal- des Bezugsbündels, ist ein Organ 221 angeordnet, das es

ten wird, von denen die eine durch den Gegenstand ermöglicht die Frequenz des Bündels von der Frequenz

hindurchgeht während die andere als Bezugsgröße 10 f, weiche die Frequenz der Laserquelle ist zu der

dient ergibt die erfindungsgemäße Kamera ferner den Frequenz /+Fi zu verschieben, wobei Fi beträchtlich

Vorteil, daß sie empfindlicher ist Im Vergleich zu größer als die Frequenz Fo der Ultraschallquelle ist

anderen herkömmlichen Vorrichtungen für die akusti- Verschiedenartige Anordnungen, mit denen diese

sehe Holographie, bei denen die Abtastung einer Sonde Frequenzverschiebung durchgeführt werden kann und

angewendet wird, wird bei der erfindungsgemäßen 15 die beispielsweise den Dopplereffekt oder die Amplitu-

Kamera eine geringere Empfindlichkeit durch eine denmodulation durch elektro-optischen Effekt anwen-

wesentlich höhere Bildhäufigkeit kompensiert den, sind in der Literatur beschrieben; ein weiteres

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispiels- Beispiel einer solchen Anordnung wird im übrigen

halber erläutert Darin zeigt später beschrieben.

Fig. 1 das Prinzipschema einer Ultraschallkamera 20 Die optische Gruppe enthält ferner Ablenkeinrich-

mit den erfindungsgemäßen Merkmalen, durch die sie in tungen, die es dem Gegenstandsbr^.del ermöglichen, die

eine holographische Kamera umgewandelt wird, Oberfläche der Resonanzmembran einzutasten, und die

F i g. 2 eine erläuternde Darstellung und entweder vor der Bündelteilereinrichtung 200 oder

F i g. 3 eine praktische Ausführungsform einer Käme- hinter dieser im Weg des Gegenstandsbündels angeord-

ra nach der Erfindung. 25 net sind. Diese Ablenkeinrichtungen sind in F i g. 1

F i g. 1 zeigt das Prinzipschema eines Ultraschall-Bild- scher.iatisch durch den Ablenkgenerator 201 dargestellt

wandlers, bei dem eine optische Oberlageningsanord- der am Ausgang des Lasers angeordnet ist und das

nung in Verbindung mit einem Interferometer angewen- Bündel 20 parallel zu sich selbst verschiebt

det wird, um punktweise die Schwingungsamplitude Die Gruppe zur Verarbeitung und Sichtbarmachimg

einer akustischen Membran zu messen, die unter dem 30 des Signals enthält eine Sichtbarmachungsvorrichtung

Einfluß eines Ultraschallbündels in Resonanz ist In 3, die in der Zeichnung durch einen Katodenstrahlos-

dieser Darstellung sind auch (schraffiert) die Organe zillographen dargestellt ist der einerseits das vom

dargestellt die 'hinzugefügt oder abgeändert sind, um Photodetektor abgegebene Signal über einen Verbin-

die vom Bildwandler gelieferten Bilder in ein HoIo- dungskana! empfängt der einen selektiven Verstärker

gramm umzuformen. ' 35 30, einen Detektor 3t und einen Niederfrequenzverstär-

Eine solche Anordnung enthält drei deutlich getrenn- ker 32 enthält und andererseits die Ausgangssignale

te Gruppen: Eine akustische Gruppe, eine optische von Fühlern 241 und 251, welche Spannungen sind, die

Gruppe und eine Gruppe zur Verarbeitung und den Bewegungen des Gegenstandsbündels auf der

Sichtbarmachung des Signals, sowie zwei Verbindungs- Resonanzmembran proportional sind,

stellen zwischen diesen Gruppen. 40 Zum Verständnis der Wirkungsweise einer solchen

Die akustische Gruppe enthält den Gegenstand 0, Vorrichtung sei zunächst angenommen, daß die dessen Bild erhalten werden soll und der in ein flüssiges Ablenkorgane unbeweglich sind, und das Gegenstands-Medium 10 eingetaucht ist das in einer Wanne 100 bündel an einem festen Punkt der Resonanzmembran enthalten ist Ein von einem Generator 110 erregter 102 reflektiert wird.

Schall wandler 1 sendet ein Ultraschallbündel 11 der 45 Wenn der Schallwandler 1 im Ruhezustand ist ist die

Frequenz Fo aus, das durch den -Gegenstand 0 gebeugt Membran 102 unbeweglich, und der Unterschied

wird. Eine akustische Membran 102, die bei der zwischen den von den Bündeln 21 und 22 zurückgeleg-

Frequenz Fo in Resonanz ist, ist an der Grenzfläche ten optischen Wegen bleibt zeitlich konstant Der

zwischen Flüssigkeit und Luft so angeordnet daß sie das Photodetektor 203 der die quadratische Demodulation

Bündel 11 empfängt. Diese Membran ist an ihrer nicht so der Summe der Amplituden der vom Gegenstandübün-

eingetauchten Fläche optisch reflektierend und bildet del bzw. vom Bezugsbündel mitgeführten Wellen

die Verbindungsstelle zwischen dem akustischen Teil durchführt, liefert dann, wenn seine Ansprechzeit mit

und dem optischen Teil. der Frequenz F\ vereinbar ist ein elektrisches Signal

Die optische Gruppe ist ein Interferometer mit zwei konstanter Amplitude mit der Frequenz Fi, welche die Lkhtbündeln. fine Laserquelle 2 emittiert ein kohären- 55 Schwebungsfrequenz zwischen den beiden Wellen ist
tes Lichtbündel 20 der Frequenz f, das linear polarisiert Wenn der Schallwandler 1 in Betrieb gesetzt wird ist Trenneinrichtungen, die hier durch einen halbdurch- tritt die akustische Membran 102, die so bemessen nt, lässigen Spiegel 200 dargestellt sind, zerlegen das daß sie in Dickenresonanz mit der Frequenz Fo ist, mit Lichtbündel 20 in ein Gegenstandsbündel 21, das von dem einfallenden Ultraschailbündel in Resonanz, das der reflektierenden Fläche der Resonanzmembran 102 60 von dem Gegenstand 0 gebeugt ist Die Augenblicksreflektiert wird, und in ein Bezugsbündel 22, das von Schwingjngsamplitude jedes Punktes der Membran ist einem Spiegel 220 reflektiert wird. Eine Projektionsein- proportional zu der Augenblicksamplitude der Schallrichtung, die im vorliegenden Fall durch den am welle am gleichen Punkt wobei die Schwingungsrich-Schnittpunkt der beiden reflektierten Bündel angeord- tung senkrecht zu der Ebene der Membran steht. Da die neten halbdurchlässigen Spiegel 212 und das zugeordne- 65 Schwingungsamp.Htude des Punktes sehr klein gegen die te Objektiv 231 dargestellt ist, ermöglicht es, einen Lichtwellenlänge und daher erst recht klein gegen die Bruchteil der beiden 3ündel, nämlich des Gegenstands- Ultraschallwellenlänge ist, kann die seitliche Verschiebündels und des Bezugsbündels, auf einen Photodetek- bung des Auftreffpunktes als vernachlässigber angese-

hen werden. Wenn dagegen mit / der konstante Einfallswinkel des Bündels an der Resonanzmembran und mit s die Spitzenamplitude der Membranschwingung bezeichnet wird, hat die Änderung des optischen Weges des Gegenstandsbündels mit der Frequenz F₀ der Ultraschallwelle den Betrag

ei =■

2.J

cos i

10

Man moduliert somit die Phase des Gegenstandsbündels mit der Frequenz Fo. Wegen der geringen Größe von ei ist die Amplitude der Phasenmodulation sehr klein gegen 2». Man kann zeigen, daß unter diesen Bedingungen das Signal am Ausgang des Photodetektors außer einer Komponente fester Amplitude mit der Frequenz Fi zwei Seitenbänder der Frequenz F\ + Fo bzw. Fi-F₀ 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 Ebene der Verbindungssteile ist.

Wenn die Ablenkeinrichtungen den Auftreffpunkt auf der Oberfläche der Membran verschieben, ist leicht festzustellen, daß die Differenz zwischen den optischen Wegen des Gegenstandsbündels 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 Spiegel 200, 212 und 220 nicht als vollkommen eben angesehen werden können, treten die sich daraus ergebenden Änderungen der optischen Weglär.ge mit der Ablcnkireqaenz auf, die im Vergleich zu der Frequenz Fo sehr niedrig ist Daraus ergeben sich in dem vom Photodetektor gelieferten Signal zwei zusätzliche Seitenbänder, die sehr nahe bei der Mittelfrequenz Fi liegen und somit das vom Filter abgetrennte Signal mit der Frequenz Fi±Fo nicht stören. Da die Verschiebung des Lichtpunktes 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 dieses Bild in tin Hologramm umzuwandeln, ist es 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 Fo des Ukraschallbündels sinusförmig zu modulieren; diese Einrichtungen sind in F i g. 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 Brechungsindax durch eine Steuerspannung geändert wird;

— dafür zu sorgen, daß in der Gruppe für die Verarbeitung und Sichtbarmachung des Signals die Detektoranordnung 31 eine quadratische Demodulation bewirkt

F i g. 2, die eine klassische Vorrichtung für akustische Holographie zeigt, läßt verstehen, wie es durch die zuvor angegebenen Änderungen möglich ist, auf dem Bildschirm der Sichtbarmachungsvorrichtung ein einfaches akustisches Bild durch ein Hologramm zu ersetzen.

In Fig.2 sind gewisse Teile wiederzufinden, die bereits in der akustischen Gruppe von F i g. I vorhanden sind: Der Gegenstand 0, der in das in der Wanne 100 enthaltene flüssige Medium 10 eingetaucht ist, und das Ultraschallbündel 11 der Frequenz Fo, das von dem durch den Generator 110 gesteuerten Schallwandler t 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 F₀ wie das Bündel 11 ausgesendet wird. Das Bezugsschallbündel geht nicht durch den Gegenstand 0 hindurch und trifft unter senkrechtem EinfalFswinkel 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 beiden Bündel ein Ölfilm 103 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 gleicher Weise, 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 Fo, welche der vom 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 Hologramm des Gegenstands in gleicher Weise 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 uer Grenzfläche der nach Amplitude und nach Phase veränderlichen Schwingung der akustischen Membran, die unter dem Einfluß der vom Gegenstand gebeugten Welle 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 amplitudenmäßig 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 Ultraschallwelle 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 Bizugsbündel nicht auf den untersuchten Gegenstand auftreffen darf.

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 Amplitude 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 F i g. 2 bewirkt. Diese Aufgabe wird von dem quadratischen Detektor 31

fet tun«.

F i g. 3 zeigt als Beispiel eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit dem Prinzipschema von F t g. 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 verbessert 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, 19£i angegeben ist.

In F i g. 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 F i g. 1 dargestellten Vorrichtung beschrieben 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.

Die optische Gruppe, die im Prinzip mit derjenigen von F i g. 1 identisch ist, ist hinsichtlich der gegenseitigen Anordnung der Teile geringfügig geändert. Die Laserquelle 2 emittiert das Bündel 20 von linear polarisiertem Licht der Frequenz f. Die Einrichtungen zur Teilung des Bündels in zwei Bündel, nämlich ein Gegenstandsbündel und ein Bezugsbündel, und die Einrichtung zur Frequenzverschiebung eines der beiden Bündel sind hier zu einem einzigen Organ zusammengefaßt, das durch eine im Weg des Bündels 20 angeordnete Bragg'sche Zelle 204 gebildet ist. Diese Zelle ist durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Behälter gebildet, in dem ein Schallwandler 244, der vom Generator 254 mit der Frequenz Fi erregt wird (wobei Fi eine harmonische Frequenz der Frequenz Fo ist) eine fortschreitende Ultraschallwelle aussendet, die eben ist und parallel zur Achse des Bündels 20 liegt Diese Zelle spaltet das einfallende Bündel in zwei Bündel, nämlich ein direktes Bündel 21, das als Gegenstandsbündel verwendet wird, und die Frequenz /hat, und in ein gebeugtes Bündel 22, das als Bezugsbündel verwendet wird, und die Frequenz /+Fi 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 Fo 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 Spiegel 216, der um den Brennpunkt F des Paraboloids beweglich ist, und dem

ίο zwei zueinander senkrechte Schwingungsbewegungen im Takt der Zeilenablenkung bzw. der Bildablenkung von Motoren 246 bzw. 256 erteilt werden. Der Brennpunkt F ist im Weg des Bündels 21 angeordnet, das nach aufeinanderfolgenden Reflexionen an den Spiegeln 216 und 217 unter senkrechtem Einfallswinkel auf die reflektierende Fläche der Resonanzmembran 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 F i g. 1 analog ist, enthält einen Verstärker 30, der für die Frequenz Fi-F₀ 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 F₀ abgibt, das einerseits den Generator 110 und den Motor 260 steuert, und andrerseits nach Durchgang durch eine Frequenzvervielfacherstufe 41, die es in ein Signal mit einer zu der Frequenz F₀ harmonischen Frequenz Fi umwandelt, den die Bragg'sche Zelle erregenden Generator 254 steuert Die von der Steuerstufe gelieferte Frequenz Fo kann

beispielsweise 5 MHz betragen. Die Vervielfacherstufe

41 multipliziert diese Frequenz mit dem Faktor 5 und liefert somit zu der Bragg'schen Zelle eine Frequenz Fi 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 Beschreibung 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 punktförmigen Lichtfleck auf der Oberflache der Resonanzmembran zu erhalten.

Das doppelbrechende Prisma 213 empfangt eine linear polarisierte ebene Welle; es ist so angeordnet, daß J die Polarisationsrichtung der einfallenden Strahlung parallel zu einer seiner Hauptrichtungen liegt Nach der zweifachen Durchquerung des Viertelwellenlängenplättchens 216 ctuf dem Hinweg und auf dem Rückweg hat sich die Polarisationsrichtung der in das Prisma auf ι ο dem Rückweg eintretenden Strahlung um 90° gedreht, so daß sie nun parallel zu der anderen Hauptrichtung liegt. Das Prisma weist somit für die Strahlung vor bzw. nach Reflexion an der Resonanzmembran zwei verschiedene Brechungsindices auf, die 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 Bündelteiler, der es ermöglicht, die Rescnanzmeüibfäfi unier 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 die Strecke FP+ PI (wobei P und / 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 angegebenem Vorrichtung mit rotierenden Prismen auf, bei welcher sich der optische Weg des Gegenstandsbündels in Abhängigkeit von der Lage des Auftreffpunkt auf der Resonanzmembran ändert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuncen

Claims (6)

.£3-00 τ ,.-.. Patentansprüche:

1. Kamera für akustische Holographie zur Sichtbarmachung des akustischen Hologramms s eines Gegenstands, aus dem eine Ultraschallweile der Frequenz Fo austritt, mit einer akustischen Membran, die bei der Frequenz Fo in Resonanz ist und die Ultraschallwelle empfängt einem Photodetektor, einer monochromatischen Strahlungsquelle, JO die ein paralleles Bündel aussendet, einer Interferometervorrichtung mit Einrichtungen zur Zerlegung des Bündeis in ein Gegenstandsbündel und ein Bezugsbündel und mit Einrichtungen zur Projektion eines Teils der Bündelstrahlung 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, durch die dessen Frequenz '<m einen Wert Fi veränderbar ist, der wesentlich größer als Fo ist, mit Ablenkeinrichtungen zur Verschiebung des Gegenstandsbündels auf der Oberfläche der Membran, mit einer Sichtbarmachungseinrichtung zur Umwandlung der elektrischen Signale des Photodetektors in ein sichtbares Muster und mit einer zwischen dem Photodetektor und der Sichtbarmachungseinrichtung angeordneten Schaltungsanordnung, die Fütereinrichtungen zum Ausfiltern der Frequenz Fi-Fo oder Fi+Fo enthält, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines akustischen Bezugsstrahls im Weg eines der Bündel zusätzlich Einrichtungen zur Modulation des von dem Bündel durchiaufene-.i optischen Weges mit der Frequenz Fo angeordnet sind, und daß die Schaltungsanordnung einen quadratischen Demodu-Iator enthält.

2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerlegungseinrichtungen und die Frequenzverschiebungseinrichtungen durch eine Bragg'sche Zelle gebildet sind, die bei der Frequenz Fi arbeitet.

3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstandsbündel senkrecht zu der Membran gerichtet ist und einen Strahlenteiler durchquert, der ein doppelbrechendes Prisma in Verbindung mit einem Viertelwellenlängenplättchen enthält.

4. Kamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtungen einen außerachsigen feststehenden Parabolspiegel enthalten, so dessen Rotationssymmetrieachse senkrecht zu der Membran steht, sowie 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 Einrichtung 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 Weges durch eine ebene Schicht eines Mediums gebildet sind, dessen Brechungsindex durch elektro-opüschen oder magneto-optischen Effekt veränderlich ist.

Die Erfindung betrifft eine Kamera für akustische Holographie zur Sichtbarmachung des akustischen Hologramms eines Gegenstandes, aus dem eine Ultraschallwelle der Frequenz F₀ austritt, mit einer akustischen Membran, die bei der Frequenz Fa in Resonanz ist und die Ultraschallwelle empfängt, einem Photodetektor, einer monochromatischen Strahlungsquelle, die ein paralleles Bündel aussendet, einer Interferometervorrichtung mit Einrichtungen zar Zerlegung des Bündels- in ein Gegenstandsbündel und ein Bezugsbündel und mit Einrichtungen zur Projektion eines Teils der Bündelstrahlung 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, durch die dessen Frequenz um einen Wert Fi veränderbar ist, der wesentlich größer als Fo ist, mit Ablenkeinrichtungen zur Verschiebung des Gegenstandsbündels auf der Oberfläche der Membran, mit einer Sichtbarmachungseinrichtung zur Umwandlung der elektrischen Signale des Photodetektors in ein sichtbares Muster und mit einer zwischen. dem Photodetektor und der Sichtbarmachungseinrichtung angeordneten Schaltungsanordnung, die Filtereinrichtungen zum Ausffltern der Frequenz Fj — Fo oder Fi -f- Fo enthält .

Mit solchen Kameras, die aus »Proc of the IEEE« 56 (1968), S. 2157—2161, bekannt sind, ist es möglich, auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre das akustische Bild eines Gegenstands dadurch sichtbar zu machen, daß mit einem optischen Oberlagerungsverfahren, 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 ist

Durch Anwendung der Holographie gemäß dem Vorschlag der genannten Druckschrift kann erreicht werden, daß die Kamera in Echtzeit.iicbt mehr das Bild, sondern das Hologramm des Gegenstands liefern kann, so daß es dann durch eine Abtastung mit kohärentem Licht möglich ist aus diesem Hologramm ein dreidimensionales Bild des Inneren des Gegenstands wiederherzustellen, durch den die Ultraschallwellen hindurchgegangen sind.

Für die Erstellung von Hologrammen wird üblicherweise den an einem Gegenstand gebeugten Schallwellen ein kohärentes Bezugsschallbündel aus ebenen, parallelen Wellenfronten überlagert und damit zur Interferenz gebracht Anstelle einer Resonanzmembran wird ein Ölfilm verwendet, der eine bleibende Deformierung annimmt, die dem auftreffenden Schalldruck, also dem Quadrat der Spitzenamplitude der Ultraschallschwingung proportional ist. Auf diese Weise bewirkt der Ölfilm die erforderliche quadratische Demodulation des empfangenen akustischen Signals.

Es ist jedoch sehr schwierig, ein genau abgegrenztes kohärentes Bezugsschallbündel zu'erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kamera der eingangs genannten Art, bei der diese Schwierigkeit der Erzeugung eines akustischen kohärenten Bezugsstrahls vermieden wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Kamera der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines akustischen Bezugsstrahls im Weg eines der Bündel zusätzlich Einrichtungen zur Modulation des von dem Bündel durchlaufenen optischen Weges mit der Frequenz Fo angeordnet sind, und daß die Schaitunesan-