DE2644338C2

DE2644338C2 - Method for generating acoustic holograms of an object and device for carrying out the same

Info

Publication number: DE2644338C2
Application number: DE19762644338
Authority: DE
Inventors: Christof 6100 Darmstadt Scherg
Original assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN
Current assignee: GESELLSCHAFT fur STRAHLEN- und UMWELTFORSCHUNG MBH 8000 MUENCHEN
Priority date: 1976-10-01
Filing date: 1976-10-01
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2644338B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von akustischen Hologrammen eines Objektes mittels der Flüssigkeitsoberflächenreliefmethode, bei dem die Amplitude der Objekt- und/oder der Referenzschallwelle zeitlich periodisch moduliert wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung desselben.The invention relates to a method for generating acoustic holograms of an object by means of the liquid surface relief method, in which the amplitude of the object and / or reference sound wave is periodically modulated over time, as well as a Facility for carrying out the same.

Die Flüssigkeitsoberflächenreliefmethode ist bekannt (US-PS 35 64 904, US-PS 35 64 905 und US-PS 29 827). Hierbei wird das akustische Hologramm eines Objekts durch Interferenz einer Objektschallwelle mit einer kohärenten Referenzschallwelle erzeugt. Schallquellen und Objekte werden in ein Wasserbad getaucht und so aufgestellt, daß bei Transmission, Reflexion oder Streuung einer Schallwelle am Objekt die Objektschallwelle entsteht, die wegen ihrer Wechselwirkung mit dem Objekt Information über das Objekt enthält. Zur Speicherung und Bildwandlung wird diese Objektschallwelle an der Flüssigkeitsoberfläche mit einer kohärenten Referenzschallwelle überlagert, wo das Interferenzmuster zu einer Verformung der Flüssigkeitsoberfläche führt. Der Verformungsdruck an der Oberfläche ist dabei in jedem Punkt der Intensität des Schallfeldes proportional, so daß die resultierende Verformung der Oberfläche ein Phasenhologramm des in die Flüssigkeit eingetauchten Objektes ist. Die Qualität dieser Hologramme wird verbessert, wenn gepulste Schallsignale zur Hologrammerzeugung verwendet werden. Es werden Schallwellen erzeugt, deren Dauer kurz ist im Vergleich zur Periode der Wiederkehr. The liquid surface relief method is known (US-PS 35 64 904, US-PS 35 64 905 and US-PS 29 827). Here, the acoustic hologram of an object is generated by interference of an object sound wave with a coherent reference sound wave. Sound sources and objects are immersed in a water bath and set up in such a way that when a sound wave is transmitted, reflected or scattered on the object, the object sound wave is generated which, because of its interaction with the object, contains information about the object. For storage and image conversion, this object sound wave is superimposed on the liquid surface with a coherent reference sound wave, where the interference pattern leads to a deformation of the liquid surface. The deformation pressure on the surface is proportional to the intensity of the sound field at each point, so that the resulting deformation of the surface is a phase hologram of the object immersed in the liquid. The quality of these holograms is improved if pulsed sound signals are used to generate the hologram. Sound waves are generated, the duration of which is short compared to the period of return.

Die Rekonstruktion oder Aufzeichnung solcher Hologramme wird meistens mit kohärentem Licht durchgeführt. Reflektiert eine kohärente Lichtwelle an der verformten Flüssigkeitsoberfläche, so enthält dasThe reconstruction or recording of such holograms is mostly done with coherent light carried out. If a coherent light wave reflects on the deformed surface of the liquid, it contains am Phasenhologramm gebeugte Licht die Objektinformation. Durch geeignete Blenden wird dann meistens die gebeugte Lichtwelle erster Ordnung separiert Sie ist der Objektschallwelle ähnlich trotz unterschiedlicher Wellenlänge und Wellenart, Da in den meistenlight diffracted at the phase hologram provides the object information. Suitable diaphragms are then usually used the first order diffracted light wave separates It is similar to the object sound wave despite being different Wave length and wave type, as in most Anwendungsfällen die für die Rekonstruktion benutzte Lichtwelle eine erheblich kürzere Wellenlänge hat, als die verwendbaren Schallwellen, ist auch ein rekonstruierbares Bild des Objektes wesentlich kleiner, als das in Flüssigkeitsbad eingetauchte Objekt Daher ist diesesUse cases used for the reconstruction Light wave has a significantly shorter wavelength than the usable sound waves, a reconstructable image of the object is also much smaller than that in Liquid bath immersed object Therefore this is Bild meist optisch nachzuvergrößern. Oft wird auch die Wasseroberfläche abfotografiert, wobei darauf zu achten ist, daß nur das gebeugte Licht in das Fotoobjektiv gelangt (Schlierenaufnahme). Auf diese Weise wird auf dem Film gespeichert ein AmplitudenUsually the image can be enlarged optically. Often the Photographed the water surface, taking care that only the diffracted light enters the Photo lens arrives (Schlieren image). In this way an amplitude is stored on the film hologramm als Kopie des Phasenhologramms auf der Flüssigkeitsoberfläche erhalten. Dieses läßt sich dann mittels bekannten optischen Verfahren jederzeit rekonstruieren.hologram as a copy of the live hologram on the Preserve the liquid surface. This can then be reconstructed at any time using known optical methods.

Bei den bisherigen Verfahren wird die dynamischeIn the previous methods, the dynamic

Verformung der Flüssigkeitsoberfläche als Antwort auf die pulsförmige Anregung durch die Ultraschallwellen nur ungenügend berücksichtigt Es ist zwar- bekannt daß die Flüssigkeitsoberfläche auf ein Ultraschallsignal von kurzer Dauer mit Ein- und AusschwingvorgängenDeformation of the liquid surface in response to the pulsed excitation by the ultrasonic waves only insufficiently taken into account It is known that the surface of the liquid reacts to an ultrasonic signal from short duration with settling and decay processes

jo reagiert Ausgenutzt wurde diese Tatsache bei den bisherigen Verfahren nur unvollständig. Es wurde bisher lediglich die Pulsdauer der Ultraschallsignale auf die Ein- und Ausschwingvorgänge abgestimmt und auch der zeitliche Intensitätsverlauf des Rekonstruktionslichtes.jo reacts This fact was used by the previous procedure only incomplete. So far, only the pulse duration of the ultrasonic signals has been applied to the Swing-in and swing-out processes are coordinated, as is the temporal course of the intensity of the reconstruction light.

Das Rekonstruktionslicht wurde nämlich ebenfalls gepulst, und zwar für die Zeit in der die beste Qualität bei der Rekonstruktion erreichbar war. Als Kriterium für die Periode der Wiederkehr wurde bislang immer angegeben, daß die Flüssigkeitsoberfläche wiederThe reconstruction light was also pulsed, namely for the time in which the best quality was attainable during the reconstruction. The criterion for the period of return has always been indicated that the liquid surface again weitgehend zur Ruhe gekommen sein muß, bis erneut eine Anregung vorgenommen werden darf.must have largely come to rest until again a suggestion may be made.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Einrichtung zu bieten, mit dem eine Verbesserung und Linearisierung des ÜbertraThe object of the present invention is to provide a method and a device with an improvement and linearization of the transmission gungsverhaltens der als Bildwandler benutzten Flüssig keitsoberfläche ermöglicht wird, wobei die Verformung der Flüssigkeitsoberfläche erheblich verstärkt werden soll.behavior of the liquid used as an image converter keitsfläche is made possible, the deformation of the liquid surface are significantly increased target.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeich-The solution to this task is characterized by

jo net, daß die Modulationsfrequenz der modulierten Schallwelle in Resonanz mit der Eigenfrequenz der Fliissigkeitsoberflächenschwingungsform abgestimmt wii d, die zu der für die Übertragung der Objektinformation verantwortlichen Ortsfrequenz gehört.jo net that the modulation frequency of the modulated Sound wave tuned in resonance with the natural frequency of the liquid surface vibration form wii d, which belongs to the spatial frequency responsible for the transmission of the object information.

« Eine vorteilhafte Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Amplitude der Objektschallwelle und/oder der Referenzschallwelle sinusförmig moduliert wird.«An advantageous development of the method according to the invention provides that the amplitude of the Object sound wave and / or the reference sound wave is sinusoidally modulated.

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemä-A possible embodiment of the invention

ßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulationsfrequenz über dem Frequenzbereich variiert wird, in dem die Eigenfrequenz der Flüssigkeitsoberflächenschwingungen liegen, die zu den Ortsfrequenzen bei der Übertragung eines ausgedehnte ten Objektes gehören.Shen method is characterized in that the amplitude modulation frequency is varied over the frequency range in which the natural frequency of the There are liquid surface vibrations, which belong to the spatial frequencies in the transmission of an extended th object.

Eine Einrichtung zur Durchführung der o. g. Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine oder mehrere Ultraschallerzeugungsanlagen für die Erzeugung einerA facility to carry out the above Procedure is characterized by one or more Ultrasonic generation systems for the generation of a

akustischen Hologrammes des Objektes an der Flüssigkeitsoberfläche und durch einen elektrischen Schaltkreis zur Erzeugung von Ultraschallsignalen mit periodisch abwechselbaren Sende- und Ruhephasen.acoustic hologram of the object on the Liquid surface and by an electrical circuit for generating ultrasonic signals with periodically alternating transmission and rest phases.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt hierbei in besonders vorteilhafter Weise aus, daß die Flüssigkeitsoberfläche von den gepulsten Ultraschallsignalen zu erzwungenen membranähnlichen Schwingungen angeregt wird. Die Lage von Schwingungsknoten bzw. Schwingungsbäuchen der Oberfläche ist hierbei identisch mit der Lage des akustischen Interferenzstreifenmusters .an der Flüssigkeitsoberfläche. Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die Wiederholfrequenz der Ultraschailsignale und somit auch des Schallinterferenzmusters in Resonanz gebracht wird mit den Schwingungen der FlüsEigkeitsoberfläche. Durch diese Resonaqzanregung wird die Amplitude der membranälinlichen Oberflächenschwingungen wesentlich verstärkt gegenüber der bisher verwendeten Methode, bei der die Pausen zwischen zwei Ultraschallpulsen erheblich größer waren, so daß die Oberfläche bis zum nächsten Schallpuls wieder zur Ruhe lomrr.eri konnte.The method according to the invention here makes particularly advantageous use of the fact that the liquid surface is blocked by the pulsed ultrasonic signals forced membrane-like vibrations is excited. The position of vibration nodes or The surface antinodes are identical to the position of the acoustic interference fringe pattern .at the surface of the liquid. The main advantage of the invention is that the repetition frequency the ultrasonic signals and thus also the sound interference pattern is brought into resonance with the vibrations of the liquid surface. This resonance excitation increases the amplitude of the membrane-like surface vibrations are essential increased compared to the previously used method, in which the pauses between two ultrasonic pulses were considerably larger, so that the surface lomrr.eri again until the next sound pulse could.

Die in den bekannten Anordnungen verwendeten Ultraschallsignale mit Sende- und Ruhephasen sind jedoch nicht die einzigen zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbaren Signalformen. Geeigneter ist sogar die Verwendung einer sinusförmigen Amplitudenmodulation, da dann optimale Frequenzanpassung bei der Oberflächenschwingungsanregung erreicht wird, ohne die störenden Oberschwingungen. Praktisch anwendbar ist diese wegen der schmalbandigen Übertragungsfunktion meist nur, wenn ständig die Modulationsfrequenz in einem gewissen Bereich verändert wird. Dies stört bei photographischen Aufnahmen nicht, wo die Belichtungszeit dementsprechend ausgedehnt werden kann, bis alle wesentlichen Teile der Bildinformation aufgezeichnet sind. Bei real-time-Rekonstruktionen führt diese Technik zu einem Abscannen des Bildes, was aber für das Auge nicht sichtbar und damit kein Nachteil ist, wenn die Veränderungszeit der Modulationsfrequenz entsprechend kurz gewählt wird.The ultrasonic signals used in the known arrangements are with transmit and rest phases but not the only signal shapes that can be used to carry out the method according to the invention. More suitable is even the use of a sinusoidal amplitude modulation, since then optimal frequency adjustment in the case of surface vibration excitation is achieved without the disturbing harmonics. Due to the narrow-band transfer function, this can usually only be used in practice if the Modulation frequency is changed in a certain range. This interferes with photographic recordings not where the exposure time can be extended accordingly until all essential parts of the Image information is recorded. With real-time reconstructions This technique leads to a scanning of the image, but this is not visible to the eye and so there is no disadvantage if the change time of the modulation frequency is selected to be correspondingly short.

Eine mögliche Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden anhand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert.One possible device for carrying out the method according to the invention is described below on the basis of FIG. 1 to 5 explained in more detail.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Gesamtansicht des akustischen Holographiesystems,Fig. 1 shows schematically an overall view of the acoustic holography system,

Fig.2 zeigt im Detail die akustische Anordnung, die für die Erzeugung des Oberflächenreliefmusters, also des akustischen Hologramms, benutzt ist,Fig. 2 shows in detail the acoustic arrangement that is used for generating the surface relief pattern, i.e. the acoustic hologram,

F i g. 3 zeigt die für die real-time-Rekonstruktion des akustischen Hologramms benutzte optische Anordnung,F i g. 3 shows the real-time reconstruction of the optical arrangement used for acoustic holograms,

Fig.4 zeigt den elektronischen Schaltkreis, der die für die Schallerzeugung nötigen elektrischen Signale liefert und den optischen und akustischen Aufbau synchronisiert undFig.4 shows the electronic circuit that the supplies the electrical signals required for sound generation and the optical and acoustic structure synchronized and

Fig.5 stellt eine Anordnung für die fotografische Aufzeichnung eines akustischen Hologramms dar.Fig. 5 shows an arrangement for the photographic recording of an acoustic hologram.

In allen Figuren haben identische Elemente auch identische Bezeichnungen. In Fig. 1 sind die Teile A, B und Cunterschieden, wobei der Teil A im wesentlichen den akustischen Aufbau, der Teil B den optischen Aufbau und der Teil C den elektronischen Schaltkreis enthält, deren nähere Beschreibung und Wirkungsweise sowie Zusammenhang mittels der F i g. 2 bis 5 erfolgt.In all figures, identical elements have identical names. In Fig. 1, parts A, B and C are different, with part A essentially containing the acoustic structure, part B the optical structure and part C the electronic circuit, their more detailed description and mode of operation as well as context by means of FIGS . 2 to 5 takes place.

In Fig. 2 (Teil A) ist in einem mit Flüssigkeit 2 gefüllten Behälter 1 das Objekt 11 eingetaucht. Die Obiektschallwelle 12 wird mit der Referenzschallwelle 13 an der Flüssigkeitoberfläche 82 überlagert, wo der Schallstrahlungsdruck zu einer Verformung 81 entsprechend dem Schallinterferenzmuster an der Oberfläche führt,In FIG. 2 (part A) , the object 11 is immersed in a container 1 filled with liquid 2. The object sound wave 12 is superimposed with the reference sound wave 13 on the liquid surface 82, where the sound radiation pressure leads to a deformation 81 corresponding to the sound interference pattern on the surface,

Zur Erzeugung der kugelförmigen Referenzschallwelle 13 wird der von einer Schallquelle 6 ausgehende Schallstrahl mit einer Schallinse 5 fokussiert und tritt durch die punktförmige Öffnung 83 der Blende 3 aus dem Gehäuse 4 aus. Die Objektschallwelle 12, die beiIn order to generate the spherical reference sound wave 13, the sound wave emanating from a sound source 6 is used The sound beam is focused with a sound lens 5 and exits through the punctiform opening 83 of the diaphragm 3 the housing 4 from. The object sound wave 12, which at

ίο der Transmission der kugelförmigen Schallwelle 84 durch das Objekt 11 entsteht, enthält die Information über das Objekt 11 verschlüsselt in der Weise, wie die Wellenfronten der Welle 84 bei der Transmission verformt wurden. Die Herstellung der Kugelschallwelle 84 geschieht auf dieselbe Weise wie bei der Referenzschallwelle 13, nämlich mit Schallquelle 7, Linse 8, Blende 10 mit punktförmiger öffnung 80, durch die der Schall aus dem Gehäuse 9 austritt, wobei die Gehäuse 4 und 9 in nicht näher dargestellter Form an der Wandung des Behälters 1 befestigt sind (zum über der Oberfläche 82 liegenden optischen Teil siehe F i g. i-und F i g. 5).ίο the transmission of the spherical sound wave 84 created by the object 11 contains the information via the object 11 encrypted in the manner as the Wavefronts of the wave 84 were deformed during transmission. The manufacture of the spherical sound wave 84 happens in the same way as with the reference sound wave 13, namely with sound source 7, lens 8, Aperture 10 with a punctiform opening 80 through which the Sound emerges from the housing 9, the housing 4 and 9 on the wall in a form not shown in detail of the container 1 (for the optical part lying above the surface 82, see FIGS. 1 and 5).

In Fig.3 ist der optische Teil B in der Fig. 1 dargestellt Der von einem Laser 14 ausgehende Lichtstrahl 15 durchläuft den elektrooptischen Modulator 16, wo er synchronisiert mit der membranähnlichen schwingenden Oberflächenverformung 81 ein- und ausgeschaltet wird. Der Strahl 17 ist nur während des Schwingungsmaximums der verformten Flüssigkeitsoberfläche 81 eingeschaltet Strahl 17 wird über Linse 18 und Lochblende 19 in eine Kugelwelle 22 umgewandelt, die am Strahlteiler 21 in die zwei Kugelwellen 24 und 85 aufgespalten wird. Die Kugelwelle 85 trifft nach Durchlaufen der Linse 32 als konvergente Lichtwelle 33 auf die Fotodiode 34, deren elektrisches Signal 35 zur Kontrolle dient.3 shows the optical part B in FIG. The jet 17 is only switched on during the oscillation maximum of the deformed liquid surface 81. The jet 17 is converted into a spherical wave 22 via the lens 18 and aperture 19, which is split into the two spherical waves 24 and 85 at the beam splitter 21. After passing through lens 32, spherical wave 85 hits photodiode 34 as a convergent light wave 33, the electrical signal 35 of which is used for control.

Die kugelförmige Lichtwelle 24 wird mit der Feldlinse 23 in eine ebene Welle 75 umgewandelt. Bei der Reflexion der Welle 75 an der verformten Flüssigkeitsoberfläche 81 entstehen die zwei Lichtwellen 90 und 89 durch Beugung neben der ungebeugten Lichtwelle 91.The spherical light wave 24 is converted into a plane wave 75 with the field lens 23. In the Reflection of the wave 75 on the deformed liquid surface 81 produces the two light waves 90 and 89 by diffraction next to the undiffracted light wave 91.

Die der Objektwelle 12 ähnliche Lichtwelle 89 wird durch die Feldlinse 23 in die konvergente Lichtwelle 25 umgewandelt und mit dem Strahlteiler 21 dem Mikroskop 29 zugeleitet. Vor dem Mikroskop 29The light wave 89 similar to the object wave 12 is converted into the convergent light wave 25 through the field lens 23 converted and fed to the microscope 29 with the beam splitter 21. In front of the microscope 29

■15 entsteht ein stark verkleinertes reelles, dreidimensionales Luftbild des Objektes 11, das mit dem Mikroskop 29 vergrößert auf die Aufnahmeröhre der Fernsehkamera 30 abgebildet wird und am Monitor 31 beobachtet werden kann. Ein zu dem Luftbild 26 konjugiertes Luftbild 28 liefert die konvergente Welle 88, die aus der Lichtwelle 90 beim Durchlaufen der Feldlinse 23 entsteht. Die ungebeugte Lichtwelle 91 wird mit der Feldlinse 23 in die konvergente Welle 86 umgewandelt und a.· deren Brennpunkt 27 mit der Blende 87 abgeblockt.■ 15 a greatly reduced, real, three-dimensional one emerges Aerial image of the object 11, which is enlarged with the microscope 29 on the receiving tube of the television camera 30 is mapped and can be observed on the monitor 31. A conjugate to the aerial image 26 Aerial image 28 supplies the convergent wave 88 that emerges from the light wave 90 as it passes through the field lens 23 arises. The undiffracted light wave 91 is converted into the convergent wave 86 with the field lens 23 and a. their focal point 27 blocked with the diaphragm 87.

In Fig.4, die den elektronischen Teil (leii C) der Einrichtung darstellt, liefert der Hochfrequenzgenerator 76 das sinusförmige Signal 77, dessen Frequenz mit einer Eigenfrequenz der elektromechanischen Ultra-In Fig. 4, which represents the electronic part (leii C) of the device, the high-frequency generator 76 supplies the sinusoidal signal 77, the frequency of which corresponds to a natural frequency of the electromechanical ultra-

bo schallwandler 6 bzw. 7 übereinstimmt. Das Signa! 77 wird über die Leitungen 79 bzw. 78 den beiden Amplitudenmodulatoren 57 bzw. 67 zugeführt. ¹Jb^r die Leitung 49 ist eine Frequenzkontrolle mit dem Universalzähler 48 möglich. Die Frequenz des Funk-bo sound transducer 6 or 7 corresponds. The Signa! 77 is fed to the two amplitude modulators 57 and 67 via lines 79 and 78, respectively. ¹ Jb ^ r, the line 49 is a frequency control with the Universal counter 48 possible. The frequency of the radio

h-5 tionsgenerators 52 wird abgestimmt auf die Resonanzfrequenz genau der Oberflächenschwingungsform, die zu einer Ortsfrequenz aus dem Übertragungsband des akustischen Holoeramms 81 an der Flüssiekeitsoberflä-h-5 tion generator 52 is tuned to the resonance frequency exactly the surface waveform that corresponds to a spatial frequency from the transmission band of the acoustic Holoeramms 81 on the liquid surface

ehe 82 gehen.before 82 go.

Diese Frequenz ist experimentell bestimmbar, indem die Frequenz des Funktionsgenerator* 52 verändert wird bis die Helligkeit des Luftbildes 26 ein scharfes Maximum hat. Es ist auch eine Berechnung möglich mit der von P. Pille und B. P. Hildebrand (Plenum Press. New York, 1974. S. 334ff.. herausgegeben von P. S. Green) aus theoretischen Überlegungen gefundenen GleichungThis frequency can be determined experimentally by changing the frequency of the function generator * 52 is until the brightness of the aerial image 26 has a sharp maximum. A calculation is also possible with that of P. Pille and B. P. Hildebrand (Plenum Press. New York, 1974. pp. 334ff .. edited by P. S. Green) found from theoretical considerations equation

²) ² )

t;inht; inh

wobei ^steht für die Erdbeschleunigung, ο furche Dichte und }' für die Oberflächenspannung der verwendeten Flüssigkeit 2. η für die gewünschte Ortsfrequenz der Oberflächenverformung, die wegen des Obengesagten mit einer Ortsfrequenz aus dem Übertragungsband des akustischen Hologramms übereinstimmen sollte, ω ist die Eigenfrequenz, mit der die verformie Fiüssigkeitsoberfläche 81 bei pulsförmiger Anregung schwingt. Auf diese Frequenz ω wird daher der Funktionsgenerator 52 abgestimmt, c/steht für die Höhe der Flüssigkeitsschicht, deren Flüssigkeitsteilchen die Bewegung der schwingenden Oberfläche noch merklich mitmachen. Der Ausdruck tanh (η ■ d)ha\ nur dann Bedeutung, wenn das akustische Hologramm 81 in einem dünnen Flüssigkeitsfilm der Dicke c/erzeugt wird mit d< Vi/. where ^ represents the gravitational acceleration, is ο furrow density and} 'for the surface tension of the liquid used 2. η for the desired spatial frequency of the surface deformation, which should match because of the above, with a spatial frequency of the transmission band of the acoustic hologram, ω the natural frequency, with which the deformed liquid surface 81 oscillates with pulsed excitation. The function generator 52 is therefore tuned to this frequency ω, c / stands for the height of the liquid layer, the liquid particles of which still noticeably participate in the movement of the vibrating surface. The expression tanh (η · d) ha \ is only meaningful if the acoustic hologram 81 is generated in a thin liquid film of thickness c / with d < Vi /.

Die Frequenz des Funktionsgenerators 52 wird mit dem Ausgangssignal 51 des Funktionsgenerators 50 ständig in der Weise verändert, daß nach und nach für alle Ortsfrequenzen aus dem Übertragungsband des akustischen Hologramms 81 die mit der o. g. Gleichung angegebene Frequenzbedingung erfüllt wird. Das frequenzmodulierte Ausgangssignal 53 des Funktionsgenerators 52 wird über die Leitung 54 der analogen Verzögerungseinheit 55 zugeführt, an deren Ausgang das Signal 53 um eine feste, einstellbare Zeit verzögert, als verzögertes Signal 56 dem Amplitudenmodulator 57 zugeleitet wird. Auf einem getrennten Weg erhält der Amplitudenmodulator 67 über Kabel 64 und analoger Verzögerungseinrichtung 65 das Signal 53 als verzögertes Signal 66. Im Amplitudenmodulator 57 werden zu den Signalen 56 bzw. 79 jeweils geeignete Gleichsignale addiert und die beiden Ergebnisse erscheinen miteinander analog multipliziert am Ausgang 58 des Amplitudenmodulators 57 und werden auf den Eingang des Verstärkers 59 gegeben. Das Ausgangssignal 60 des Verstärkers 59 wird über das Kabel 62 dem elektromechanischen Wandler 7 zugeführt, der ein amplitudenmoduliertes Ultraschallsignal liefert entsprechend dem elektrischen Signal 60. Über Kabel 61 wird das elektrische Signal 60 dem Oszillographen 63 zugeführt und auf dessen Bildschirm 92 dargestellt. Auf ähnliche Weise werden im Amplitudenmodulator 67 zu den Signalen 66 bzw. 78 Gleichsignale addiert und die Ergebnisse miteinander multipliziert als Signal 68 dem Eingang des Verstärkers 69 zugeleitet. Das verstärkte Ausgangssignal 70 des Verstärkers 69 wird über Kabel 72 dem elektromechanischen Schallwandler 6 und über Kabel 71 dem Oszillographen 63 zur Kontrolle zugeleitet.The frequency of the function generator 52 is determined with the output signal 51 of the function generator 50 constantly changed in such a way that gradually for all spatial frequencies from the transmission band of the acoustic hologram 81 with the above. Equation given frequency condition is met. That frequency-modulated output signal 53 of the function generator 52 is via the line 54 of the analog Delay unit 55 is supplied, at the output of which the signal 53 is delayed by a fixed, adjustable time, is fed to the amplitude modulator 57 as a delayed signal 56. On a separate path, the Amplitude modulator 67 via cable 64 and analog delay device 65 the signal 53 as delayed Signal 66. In the amplitude modulator 57, suitable DC signals are added to the signals 56 and 79, respectively are added and the two results appear multiplied by analogy with one another at the output 58 of the amplitude modulator 57 and are applied to the input of the amplifier 59. The output signal 60 of the Amplifier 59 is fed via cable 62 to the electromechanical converter 7, which has an amplitude-modulated Ultrasonic signal delivers corresponding to the electrical signal 60. Via cable 61 this is electrical signal 60 is supplied to the oscilloscope 63 and displayed on its screen 92. On similar ones Way are added in the amplitude modulator 67 to the signals 66 and 78 DC signals and the Results multiplied with one another are fed to the input of amplifier 69 as signal 68. That amplified Output signal 70 of amplifier 69 is via cable 72 to the electromechanical sound transducer 6 and via Cable 71 fed to the oscilloscope 63 for control.

Die elektrischen Signale für die Erzeugung von Objektschallwellen 12 bzw. Referenzschaltwellen 13 verlaufen getrennt, um mit den Verzögerungseinrichtungen 55 bzw. 65 die unterschiedlichen Ultraschall-Laufzeiten zwischen Schallwandler 7 und Hologramm gebiet 81 bzw. zwischen Schallwandler 6 und HoIu grammgebiet 81 zu kompensieren. Zum anderen ist se die Amplitudenmodulation der Objektschallwelle \2 getrennt steuerbar von der Amplitudenmodulation der Referenzschallwelle 13.The electrical signals for generating object sound waves 12 and reference switching waves 13 run separately in order to compensate for the different ultrasonic transit times between sound transducer 7 and hologram area 81 or between sound transducer 6 and hologram area 81 with delay devices 55 and 65, respectively. On the other hand, the amplitude modulation of the object sound wave \ 2 can be controlled separately from the amplitude modulation of the reference sound wave 13.

Vom Synchronausgang 47 des Funktionsgenerator; 52 führt eine Leitung 73 zum Triggereingang de< Oszillographen 63. eine Meßleitung 46 zum Universal zähler 48 und eine Leitung 45 zur Ver/ogeriingseinheii 44. Vom Ausgang der Verzögerungseinheit 44 führt eir gegenüber Signal 47 verzögertes Synchronsignal 43 aul den Triggereingang des Pulsgebers 42. Das Ausgangs signal 41 des Pulsgebers 42 wird über Leitung 39 unt Verstärker 38 dem elektrooptischen Modulator Ii zugeführt. Kabel 40 verbindet den Ausgang 41 de« Pulsgebers 42 mit dem Universalzähler 48. wo Pulsdauet des Signals 41 und Verzögerungszeit zwischen der Signalen 47 und 41 gemessen werden können.From the synchronous output 47 of the function generator; 52 leads a line 73 to the trigger input de < Oscilloscope 63. a measuring line 46 to the universal counter 48 and a line 45 to the control unit 44. From the output of the delay unit 44, a synchronous signal 43 delayed with respect to signal 47 leads out the trigger input of the pulse generator 42. The output signal 41 of the pulse generator 42 is down via line 39 Amplifier 38 is fed to the electro-optical modulator Ii. Cable 40 connects the output 41 de « Pulse generator 42 with the universal counter 48. where the pulse duration of the signal 41 and the delay time between the Signals 47 and 41 can be measured.

Verzögerungseinheit 44 und Pulsgeber 42 werden st eingestellt, daß der elektrooptische Modulator 16 run für die Zeit den Laserstrahl 15 durchläßt, in der die Oberfläche 81, 82 optimal verformt ist. Soll also die Ortsfrequenz η aus dem Übertragungsband de« akustischen Hologramms 81 aufgezeichnet oder dei zugehörige Bildpunkt im Luftbild 26 wiedergegeber werden, so wird am Funktionsgenerator 52 die Kreisfrequenz eingestellt, die nach der o.g. Gleichung für dieses η berechnet wird. Dies bewirkt, daß die Flüssigkeitsoberfläche 82 im Hologrammgebiet 81 zi erzwungenen Schwingungen der Kreisfrequenz ο angeregt wird, da die Ultraschallwellen und mit ihrer auch der Verformungsdruck im Hologrammgebiet 81 mit der zur Kreisfrequenz ω gehörenden Periode zeitliche periodisch sind.Delay unit 44 and pulse generator 42 are set so that the electro-optical modulator 16 run allows the laser beam 15 to pass through for the time in which the surface 81, 82 is optimally deformed. If the spatial frequency η is to be recorded from the transmission tape of the acoustic hologram 81 or the associated image point is to be reproduced in the aerial image 26, the angular frequency is set on the function generator 52, which is calculated for this η according to the above equation. This causes the liquid surface 82 in the hologram area 81 to be excited zi forced oscillations of the angular frequency ο, since the ultrasonic waves and with them the deformation pressure in the hologram area 81 are periodic with the period belonging to the angular frequency ω.

Aus dem Ortsfrequenzspektrum des Schallinterfe renzstreifenmusters im Hologrammgebiet 81 wird nui die Ortsfrequenz η herausgefiltert, da für Schwingungs formen der Ortsfrequenz η die zeitliche Kreisfrequem ω gerade die Resonanzfrequenz ist. Aufgabe dei Verzögerungseinrichtung 44 ist es daher, die Phasenver Schiebung zwischen dem Ausgangssignal 47 arr Synchronausgang des Funktionsgenerators 52 und der erzwungenen Schwingungen der Flüssigkeitsoberfläche 82 im Hologrammgebiet 8i so auszugleichen, daß die Lichtwelle 75 nur während der extremen Lagen dei Flüssigkeitsoberfläche 82 in den Schwingungsbäurher im Hologrammgebiet 81 vorhanden ist.From the spatial frequency spectrum of the acoustic interference stripe pattern in the hologram area 81, the spatial frequency η is filtered out, since the temporal circular frequency ω is precisely the resonance frequency for oscillation forms of the spatial frequency η. The task of the delay device 44 is therefore to compensate for the phase shift between the output signal 47 arr synchronous output of the function generator 52 and the forced vibrations of the liquid surface 82 in the hologram area 8i so that the light wave 75 only enters the vibration area in the hologram area during the extreme positions of the liquid surface 82 81 is present.

F i g. 5 zeigt einen Aufbau, der für die fotografische Aufzeichnung des akustischen Hologramms verwend bar ist. Gegenüber F i g. 3 sind lediglich Mikroskop 29 Fernsehkamera 30 und Monitor. 31 ersetzt durch die Fotokamera 96, die die verformte Flüssigkeitsoberflä ehe 81 im Hologrammgebiet 81 abfotografiert Da in: Objektiv der Fotokamera 96 nur die Lichtwelie 25, abei nicht die Lichtwelie 86 gelangen kann, werden nur di« Verformungen der Flüssigkeitsoberfläche 82 auf den Film der Fotokamera 96 aufgezeichnet, also gerade da; akustische Hologramm 81.F i g. Fig. 5 shows a structure used for the photographic recording of the acoustic hologram is cash. Compared to F i g. 3 are only microscope 29, television camera 30 and monitor. 31 replaced by the Photo camera 96, which photographs the deformed liquid surface before 81 in the hologram area 81 As in: Objectively of the camera 96 only the light world 25, but the light world 86 cannot reach, only the Deformations of the liquid surface 82 recorded on the film of the camera 96, that is, just there; acoustic hologram 81.

Hierzu 5 Blatt ZeichnuncenFor this 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for generating acoustic holograms of an object by means of the liquid surface relief method, in which the amplitude of the object and / or the reference sound wave is periodically modulated over time, characterized in that the modulation frequency of the modulated sound wave in resonance with the natural frequency (ω) of the Liquid surface vibration form (81) is tuned, which belongs to the spatial frequency responsible for the transmission of the object information.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Objektschaltwelle (12) und/oder der Referenzschallwelle (13) sinusförmig moduliert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the amplitude of the object switching shaft (12) and / or the reference sound wave (13) is sinusoidally modulated.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulationsfrequenz über den Freqaenzbereich variiert wird, in dem die Eigenfrequenz (ω) der Flüssigkeitsoberflächenschwingungen (81) liegen, die zu den Ortsfrequenzen bei der Übertragung eines ausgedehnten Objektes (11) gehören.3. The method according to claim 2, characterized in that the amplitude modulation frequency is varied over the frequency range in which the natural frequency (ω) of the liquid surface vibrations (81) are, which correspond to the spatial frequencies belong in the transmission of an extensive object (11).

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einer?) der folgenden, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Ultraschallerzeugungsanlagen (4, 9) für die Erzeugung eines akustischen Hologramms des Objekts (11) an der Flüssigkeitsoberfläche (81) und durch einen elektrischen Schaltkreis (Teil C) zur Erzeugung von Ultraschallsignalen mit -periodi-.h abwechselbaren Sende- und Ruhepausen.4. Device for performing the method according to claim 1 or one of the following, characterized by one or more ultrasonic generation systems (4, 9) for generating an acoustic hologram of the object (11) on the liquid surface (81) and by an electrical circuit (Part C) for the generation of ultrasonic signals with -periodi-.h alternating transmission and rest pauses.