DE2742220A1

DE2742220A1 - Verfahren zur herstellung von abbildungen mechanischer schwingungen, deren frequenz im ultraschallbereich liegt und geraet zur ausfuehrung desselben

Info

Publication number: DE2742220A1
Application number: DE19772742220
Authority: DE
Inventors: Eugenio Selvaggi
Original assignee: ARCO AG
Current assignee: ARCO AG
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1978-04-13
Also published as: JPS5348790A; IT1087925B; FR2368108A1

Description

PATENTANWALT Q BEHNI !AR^ PICHTER FeefboverHi ' 'J · "V. Γ η (j9V.) 595015

2742220 19. Sep. 1977

ARCO AG., CH-6005 Luzern

Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mechanischer Schwingungen, deren Frequenz im Ultraschallbereich liegt, und Gerät zur Ausführung desselben.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mechanischer Schwingungen, deren Frequenz im Ultraschallbereich liegt, und ein Gerät zur Ausführung desselben.

Bei einer, der Abbildung mechanischer Schwingungen dienenden bekannten Einrichtung wird die Abbildung mittels einer "Flüssigkeitsoberfläche" bewerkstelligt, die sich verformt wenn Ultraschall darauf einfällt. Die Verformung wird mit einer sogenannten "Schlierenoptik" abgebildet. Diese Einrichtung weist jedoch die Nachteile auf, dass sie nur geringe Empfindlichkeit und keinen einfachen, empfindlichen

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und flächenhaften Empfänger besitzt und zudem platzraubend ist.

Bei einer anderen bekannten Einrichtung der genannten Art wird die Abbildung mittels einer der Radarmethode ähnlichen "Pule-Echo-Methode" ohne flächenhaften Empfänger bewerkstelligt. Diese Einrichtung weist die Nachteile auf, dass nur eine Querschnittsabbildung mit sehr schlechter seitlicher Auflösung erzielbar ist. Zudem ist die Einrichtung dadurch kompliziert, dass ein Ultraschallwandler in einem Wasserbehälter mechanisch angetrieben werden muss, dass zwischen dem mechanischen Antrieb und dem elektrischen Signal eine aufwendige Synchronisierungeanlage erforderlich ist und dass ein zusätzliches Anzeigegerät bzw. ein sogenannter Monitor notwendig ist. Ausserdem ist die Einrichtung kostspielig und ebenfalls zeitraubend.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ohne Einbuese an Funktionstüchtigkeit einfacher und weniger kostspielig als die bekannten Ausführungen ist, und zudem den Vorteil eines empfindlichen und flächenhaften Empfängers besitzt.

Das Kennzeichen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass man nematische Drehzellen von Flüssigkeitskristall zwischen Polarisatorbahnen eines flächenhaften Empfänger· (Figur) einbringt, eine Schallquelle in mechanischen, akustischen Kontakt mit dem zu beobachtenden Objekt setzt, von letzterem die Schallwellen reflektieren läset, und damit die nematischen Drehzellen im FlUssigkeitskrietall erregt, ein unterschiedliches Kontrastverhältnis in den Punkten der von den akustischen Wellen erregten Drehstellen schafft, und die Schall-Abbildung verwirklicht.

Das Gerät zur Herstellung von Abbildungen nach dem

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vorgenannten Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtiger Bildschirm vorgesehen ist, welcher ein Flüssigkeitskristall aufweist, welches durch auf seine beiden Deckflächen angelegte elektrische Felder derart polarisierbar ist, dass die Oberflächenmolekule auf den beiden Deckflächen um einen vorbestimmten Winkel zueinander versetzt orientiert sind, eine auf einer Beobachterseite des Fltissigkeitskrietalls angeordnete polarisierte Glasplatte, mit einer auf der dem Flüssigkeitskristall zugewandten Innenseite angebrachten transparenten Dünnschichtelektrode, und eine auf der Nichtbeobachterseite des Flüssigkeitskristalla angeordnete, für die abzubildenden Schwingungen durchlässige elastische Membrane, mit einer auf deren dem Flüssigkeitskristall zugewandten Innenseite angebrachten reflektierenden Dünnschichtelektrode, und dass Mittel zum Anschliessen beider Dünnschichtelektroden an eine pulsierende Spannungsquelle vorgesehen sind.

Bei dem dargestellten Gerät werden auf einem einfachen, empfindlichen und flächenhaften Empfänger akustische und Ultraschallwellen in sichtbares Licht verwandelt. Es können stationäre Teile, wie z.B. Maschinenteile, beobachtet, oder sich bewegende Strukturen im Innern eines menschlichen Körpers (z.B. die Bewegungen eines Kindes im Leibe der Mutter) verfolgt werden. Zudem kann die Farbe des Hintergrundes von Reflektionszellen durch verschiedene Reflektoren weitgehend variiert und das Bild mit jedem normalen Photoapparat photographiert werden. Das Gerät kann in verschiedenen Grossen, tragbar und mit Batteriebetrieb gebaut werden, es enthält keine beweglichen mechanischen Teile, es kann ohne Verzögerung in Betrieb gesetzt werden und es verbraucht für den Bildschirm nur sehr wenig Strom. Es ist funktionell besser, praktischer und billiger als äquivalente Einrichtungen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung

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anhand der Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung ist der mehrschichtige Bildschirm des Gerätes schematisch dargestellt. Die mittlere Schicht besteht aus einem Flüssigkeitskristall 1, welches auf seiner Beobachterseite durch die polarisierte Glasplatte 2 und auf seiner Nichtbeobachterseite durch eine für die abzubildenden Schwingungen durchlässige elastische Membrane 3, beispielsweise aus Kunststoff, bedeckt ist. Die dem FlUssigkeitskristall 1 zugewandte Innenseite der Glasplatte 2 ist mit einer transparenten Dünnschichtelektrode 2', und diejenige der elastischen Membrane 3 mit einer reflektierenden Dünnschichtelektrode 3* beschichtet.

Das FlUssigkeitskristall 1 besteht aus einer organischen Verbindung, in einem Aggregatzustand, der eine Zwischenstellung zwischen dem Kristallzustand und dem isotropflüssigen Zustand einnimmt. Im Gegensatz zu "normalen" Flüssigkeiten, in welchen die einzelnen Moleküle im zeitlichen Mittel eine wohldefinierte gegenseitige Ordnung erhalten, kann die Orientierung der Moleküle beim Flüssigkeitskristall 1 zufolge der Richtungeabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante durch angelegte elektrische Felder geändert werden. Wenn die Dünnschichtelektroden 2*. 3' zueinander gekreuzt gerichtet sind, beträgt der Winkel zwischen den OberflächenmolekUlen auf den beiden Deckflächen 90° und es entstehen im Flüssigkeitskristall 1 Drehzellen. Wenn die Dünnschichtelektroden 2*, 3* jedoch zueinander parallel gerichtet sind, beträgt der genannte Winkel O° und es entstehen im Flüssigkeitskristall 1 nematische Zellen. Die Dünnschichtelektroden 2', 3* sind über geeignete Kontakte an eine pulsierende Spannungsquelle (nicht dargestellt) angeschlossen. Der mit Spannung gespeiste Bildschirm erscheint einem von der Beobachterseite schauenden Beobachter 7 im Ausserbetriebszustand (ohne abzubildende Schwingungen) als ein gleichmässiger, mehr oder weniger

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dunkler, graufarbiger Schirm, dessen Kontrast durch die angewandte elektrische Feldintensität für die Dünnschichtelektroden 2', 3* bestimmt ist.

Im Betrieb befindet sich eine Ultraschallquelle 5 oder 4 einer Frequenz von beispielsweise 2 Megahertz, die einer Auflösung von 0,75 oder 1,5 mm entspricht, in mechanischakustischem Kontakt mit dem zu beobachtenden Objekt 6. Dieses kann ein zu prüfender Maschinenteil oder ein zu untersuchender Patient sein. Die Ultraschallwellen werden von dem zu beobachtenden Objekt 6 in Richtung der Membrane 3 reflektiert, sie durchqueren diese und erregen durch ihre Verbreitung im Flüseigkeitskristall 1 die nematisehen Drehzellen. Der Beobachter sieht von der Beobachterseite her ein unterschiedliches Kontrastverhältnis nur in den Punkten, in welchen die Drehzellen des Flüssigkeitskristalls 1 von den Ultraschallwellen erregt werden. Dies entspricht der gewünschten Ultraschallabbildung. Diese erscheint auf dem Bildschirm entweder dunkel auf hellem Grund oder hell auf dunklem Grund, je nachdem wie die als Polarisatoren wirkenden Dünnschichtelektroden 2*, 3* gekreuzt oder parallel zueinander gerichtet sind. Weitere Kontrastmöglichkeiten sind denkbar mittels eines elektrischen Feldes, das asymmetrisch pulsiert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Abbildungen mechanischer Schwingungen, deren Frequenz im Ultraschallbereich liegt, dadurch gekennzeichnet, dass man nematische Drehzellen von Flüssigkeitskristall (1) zwischen Polarisatorbahnen (2*,3^a) eines flächenhaften Empfängers (Figur) einbringt, eine Schallquelle (4, 5) in mechanischen, akustischen Kontakt mit dem zu beobachtenden Objekt (6) setzt, von letzterem die Schallwellen reflektieren lässt, und damit die nematischen Drehzellen im Flüssigkeitskristall (1) erregt, ein unterschiedliches Kontrastverhältnis in den Punkten der von den akustischen Wellen erregten Drehstellen schafft, und die Schall-Abbildung verwirklicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels eines elektrischen Feldes, das asymmetrisch pulsiert wird, das Kontrastverhältnis erweitert.

3. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrschichtiger Bildschirm vorgesehen ist, welcher ein Flüssigkeitskristall (1) aufweist, welches durch auf seine beiden Deckflächen angelegte elektrische Felder derart polarisierbar ist, dass die Oberflächerunoleküle auf den beiden Deckflächen um einen vorbestimmten Winkel zueinander versetzt orientiert sind, eine auf einer Beobachterseite des Flüssigkeitskristalls (1) angeordnete polarisierte Glasplatte (2), mit einer auf der dem Flüssigkeitskristall (1) zugewandten Innenseite angebrachten transparenten DUnnechichtelektrode (2⁽), und eine auf der Nichtbeobachterseite des FlUseigkeitskristalls (1) angeordnete, für die abzubildenden Schwingungen durchlässige elastische Membrane (3), mit einer auf deren dem Flüssigkeitskristall (1) zugewandten Innenseite angebrachten

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reflektierenden Dünnschichtelektrode (3*)» und dass Mittel zum Anschliessen beider Dünnschichtelektroden (2·, 3') an eine pulsierende Spannungsquelle (4 resp. 5) vorgesehen sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschichtelektroden (2*, 3*) zueinander gekreuzt sind, der vorbestimmte Winkel mindestens annähernd 9O° beträgt, um im Flüssigkeitskristall (1) die Drehzellen zu bilden.

5. Gerät nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschichtelektroden (2*, 3') zueinander parallel gerichtet sind, der vorbestimmte Winkel mindestens annähernd 0° beträgt, im Flüssigkeitskristall (1) sich somit die nematischen Zellen bilden können.

6. Gerät nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (3) aus schalldurchlässigem Material besteht.

7. Gerät nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schalldurchlässige Membrane (3) aus elastischem Kunststoff gebildet ist.

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