DE2117090A1

DE2117090A1 - Abtastsystem zur Gewinnung einer dreidimensionalen Darstellung

Info

Publication number: DE2117090A1
Application number: DE19712117090
Authority: DE
Inventors: Lawrence W. Severna Park Langley, Md. (V.St.A.)
Original assignee: Symbionics Inc
Current assignee: Symbionics Inc
Priority date: 1970-04-09
Filing date: 1971-04-07
Publication date: 1971-12-09
Also published as: US3705261A

Description

Hünclien, den 7. April 1^r"?

Kein Zeichen: P 11 87

Anmelder:

Sytabionics Incorporated 1935 "Lincoln Drive
Annap ο 1 i s , I-ia,ry 1 and. 21 401 Y.St.A.

m zur Gewinnung einer drei-dimensionalen Darstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erzeugung einer drei-d.imensiona.len Darstellung einer im Raum, insbesondere in einem Objekt, vorhandenen materiellen Unstetigkeit.

Für die Abtastung zu untersuchender Körper, insbesondere für deren bildliche Wiedergabe sind eine Anzahl verschiedener Arten von Abtastvorrichtungen bekannt. Zum Beispiel werden Abtastvorrichtungen mit Schallwellen oder mit Radar verwendet. Pur die zerstörungsfreie Untersuchung von metallischen Objekten, z. B. von Gußteilen, wird beispielsweise Ultraschall verwendet. In geringem Umfang ist die Anwendung von Ultraschall auch in der medizinischen Diagnose vorgenommen worden. Pur seismische Untersuchungen sind insbesondere niederfrequente Schallwellen zur Abtastung benutzt worden.

Eo ist allgemein bekannt, Radarstrahlung für verschiedene Abtastsystem, z. B. zur Entfernungsmessung und zur Feststellung von Konturen, z. B, von Landflächen zu verwenden.

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Für die Herstellung von Land- und Wetterkarten ist auch die Abtastung mit Infrarotstrahlung vorgenommen worden.

Die mit den bekannten Abtastvorrichtungen und -systemen zu gewinnenden Bilder sind in der Regel derart, daß bei •Vorhandensein einer abgetasteten Unstetigkeit auf dem Bildschirm eines Oszilloskopes ein Impuls auf der Linie der horizontalen Ablenkung sichtbar ist. Aus einer derartigen zwei-dimensionalen Darstellung ist es umständlich und schwierig, ein vollständiges Bild von der festgestellten Unstetigkeit in dem untersuchten Objekt zu gewinnen. Im Regelfall ist es nur möglich, die Tiefenlage der Unstetigkeit in dem Objekt anzugeben. Um eine gesamte Darstellung einer Unstetigkeit in einem Objekt zu erhalten, müssen eine erhebliche Anzahl von Abtastungen und eine große Anzahl von Aufnahmen gemacht werden. Dieser Umstand begrenzt im übrigen auch die Genauigkeit der bekannten Verfahren.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzugeben, rait dem eine drei-dimensionale Darstellung der abgetasteten Unstetigkeit gewonnen wird. Insbesondere soll diese drei-dimensionale Darstellung mit nur einer, insbesondere fotografischen Stereοaufnahme gewonnen werden. Vorzugsweise soll die Darstellung des untersuchten Objektes die wahren relativen Größenverhältnisse und die wahre Gestalt wiedergeben.

Diese Aufgabe wird durch ein wie oben angegebenes System gelöst, das erfindungegemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine Sende- und Abtasteinrichtung sur Aussendung zeitlich begrenzter Energiestrahlung und nach Koordinaten erfolgende Abtastung der Unstetigkeit mit dieser Energiestrahlung, eine Empfangseinrichtung zum Empfang der an

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der Unstetigkeit reflektierten Energies tr aiii υ ng und Erzeugung eines der empfangenen Strahlung entsprechenden Signals, eine Anordnung mit zwei getrennten Kanälen zur Umsetzung der aus "besagtem Signal auswertbaren Laufzeit der reflektierten und empfangenen Energie strahlung in zv/ei voneinander getrennte Signale, Einrichtungen zur flächenmäßigen optischen Wiedergabe der Inforiaationsinhalte des einen und des anderen der getrennten Signale und optische Abbildungseinrichtungen zur Zusammenfassung der flächenmäßigen optischen Wiederga.be zu einer einzigen drei-dimensionalen Darstellung enthält.

Vorzugsweise ist das erfindungsgeraäße System für die medizinische Diagnose vorgesehen, und zwar insbesondere zur Auffindung von Abnormitäten und Unregelmäßigkeiten im lebenden Körper. Für diese Anwendung ist vorzugsweise Ultraschallstrahrung vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese bevorzugte Anwendung und/oder die Verwendung von Ultraschall beschränkt. Die. Erfindung kann sowohl zur Untersuchung anderer Objekte als auch mit anderer Energiestrahlung, wie z. B. niederfrequentem Schall oder Radarwellen verwendet norden. Pur andere Energiestrahlung sind im wesentlichen die Wandler zur Erzeugung und zum Empfang der Energiestrahlung auszuwechseln.

Erfindungsgemäß werden von dem zu untersuchenden Objekt bzw. von der Unstetigkeit in dem Objekt gleichzeitig zwei zwei—dimensionale Aufnahmen gemacht, die mittels eines Stereobetrachters oder eines Stereoprojektors a,us d geeignet gewählter Entfernung mit dem menschlichen Auge betrachtet werden. Von dem menschlichen Auge wird auf Grund dessen Fähigkeit^ eine Integration zu einem stereoskopischen Bild ausführen zu können, aus den erfindungsgemäß aufgenommenen zwei-dimensionalen Bildern eine drei-dimensionale Darstellung gewonnen. Durch gleichmäßige Beleuchtung der Bilder, korrekte Winkelbeziehung zueinander und passenden

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Betrachtungsabstand läßt sioh eine einwandfreie drei-dimensionale, perspektivische !Darstellung erzielen.

Für die drei-dimensionale Abtastung sind ein Wandler für die Aussendung und wenigstens ein Wandler für den Empfang der abtastenden Strahlung vorgesehen. Hierfür kann ein einziger oder können mehrere getrennte Wandler verwendet werden. Mehrere Wandler sind mechanisch miteinander so gekuppelt, daß sie sich für die horizontale und vertikale Abtastbewegung im Gleichklang bewegen. Die Abtastung erfolgt mit sehr kurzen Impulsen. Als Messgröße wird die Laufzeit der reflektierten Strahlung ausgewertet,

Vorzugsweise sind Fühler für die Anzeige der mechanischen Bewegung des oder der Wandler vorgesehen.

Für die fläehenraäßige, zwei-dimensionale optische WMergabe sind vorzugsweise Oszilloskope vorgesehen.

Erfindungsgemäß wird das a,uf Grund einer Reflektion an einer Unstetigkeit empfangene Signal zwei voneinander getrennten Kanälen zugeführt. Jedem dieser Kanäle ist eine optische Wiedergabe zugeordnet. Die Aus gangs signa,le der beiden Kanäle steuern die Helligkeit des Elektronenfleckes a,uf den Bildschirmen der ihnen zugeordneten Oszilloskope. Der horizontalen Ablenkung in den Oszilloskopen ist eine hochfrequente Ablenkung überlagert, die im Zusammenhang mit der Erfindung,wie anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert, als "Miniablenlcung" bezeichnet wird. Diese Miniablealcung korrigiert die Lage des eine Unstetigkeit anzeigenden Elektronenfleckes bezüglich der außeraxialen BetrachtungsPerspektive. Diese Korrektur erfolgt während der Vertikalen und der horizontalen Bewegung der Abtasteinrichtung.

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Vorzugsweise werden die Bilder auf den Bildschirmen der Oszilloskope mit einer Stereokamera abfotografiert, und nachfolgend mit Stereobetrachter oder Projektor wiedergegeben.

Für eine bevorzugte Ausführungsform und Anwendung der Erfindung ist Ultraschall zur Untersuchung des menschlichen Körpers vorgesehen. Die in Frage kommenden, zu untersuchenden Unsbetigkeiten sind medizinische Abnormal it ät en v/ie Brustkrebs oder Unterleibstumore. Wie bereits erwähnt, gehört aber auch die Verwendung anderer Formen von Energie und die Untersuchung anderer Objekte zum Gegenstand der Erfindung.

V/eitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Varianten hervor.

Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines vereinfichten Blockschemas.

Fig.2a, 2b und 2c zeigen, unter anderem zur Vertiefung des Verständnisses der Erfindung,die Wellenform der Spannungen, die an die Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhren anzulegen sind.

Fig. 3 zeigt schematisch die Ablenkung auf den beiden Kathode ns trahlröhren.

Fig. 4 gibt ein ins Einzelne gehendes Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Au3führungsform der Erfindung wieder.

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Pig. 5 gibt ein ins Einzelne gehendes Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wieder.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zu verwendenden Abtastvorrichtung.

Fig. 7 zeigt die Mitnehmerscheibe und die mechanische Kopplung für_t die "vertikale Schwenkbewegung.

Die Fig. 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung mit einem als Sender vorgesehenen Wandler

11 und mit zwei als Empfänger vorgesehenen Wandlern 12 wad Vorzugsweise werden für diese Wandler piezoelektrische Kristalle und als Abtastenergie Ultraschallwellen verwendet_o Anstelle dieser Wandler, die auch insbesondere zur Erklärung der Erfindung ausgewählt sind, können auch andere Wandler und andere Formen von Energie und. von Schall zur Realisierung des Srfindungsgedankens verwendet %"B?ü.en, Das ist auch in Übereinstimmung mit der /.-,as führ trag, die im ZusaEBenhang mit Fig. 3 beschrieben ist und die speziell nit Radar und anderen Formen von Energie verwendbar ist.

Die Wandler, insbesondere piezoelektrische Kristalle, 11,

12 und 13, sind auf der Welle H so befestigt, daß sie

• von der Welle 14 einheitlich in horizoniaLer und in "Vertikaler Richtung bewegt werden können. Mittels einer Mboiiaalk 15 zur Erzeugung der Abtastbewegung kann die Welle 14 in eine rotierende Schwenkbewegung versetzt werden. Dureil äie Mechanik 15 kann die Welle 14 auch in horizontaler Richtung an dem zu untersuchenden Objekt 16 entlangbevregt werden, während das Objekt sur salben Zeit durch die Schwenlcbewegung abgetastet wird. Durch diese beiden Bewegungen der Wells wird

ίΊ: S: 5 % =1 / 1

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eine Fläche des Objekts abgetastet. Die horizontale Bewegung kann auch eine Rotationsbewegung sein, in der· die a/usgesandte Energie das Objekt horizontal abtastet. Gemäß einer Variante der Erfindung kann anstelle der mechanischen Bewegung auch eine elektrische Abtastung vorgesehen sein.

Ein ausgesandter Energies tr a,hl 17 durchdringt die Oberfläche des Objekts 16 und wird an jeglichen Unstetigkeiten 18 oder 19, die sich ita Inneren des Objekts befinden, reflektiert. Die reflektierten Strahlen 20 und 21 werden durch die Wandler 12 und 13 des Empfängers aufgenommen. Der Wandler 11 des Senders ist so ausgebildet, daß er einen sehr scharf gebündelten/sfrahl auf das Objekt aussendet. Die Wandler 12 und 13 des Enpfängers sind in Bea^g a.uf die Achse der Welle 14 in einen Winkel angeordnet. In Bezug auf den Wandler 11 sind sie dementsprechend symmetrisch orientiert. Der Abstand zwischen den Wandlern und der Winkel bestimmt die Weglänge, die die reflektierte Energie bis zu den Wandlern des Empfängers zurücklegen muß. Wie dies noch näher erklärt wird, ist dies für die Einstellung der Auswertemittel von Bedeutung. Es sei jedoch erwähnt, daß kein spezieller Winkel und Abstand kritisch ist.

Von einem Impulsgenerator 22 werden Impulse der auszustrahlenden Energie mit Impulslängen von 1 MikrοSekunde . und weniger erzeugt. Hit diesen elektrischen Impulsen wird der Wandler 11 angeregt. Der piezoelektrische Kristall dieses Wandlers spricht auf die elektrischen Impulse des Generators 22 an und erzeugt einen sehr kurzen Impuls von Ultraschallenergie, den er, wie durch die Gerade 17 angedeutet, auf die in dem Körper enthaltenen TJnstetigkeiten 18 und 19 aussendet.

Der Ausgangsimpuls des Generators 22 stößt auch einen Ablenkgenerator 23 an. Mit dem Ausgangssignal dieses Ab-

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lenlcgenerators wei"den die Ablenkplatten für horizontale Ablenkung zweier Oszilloskope 24 und 25 beaufschlagt.

Die Ton dem Wandler 12 bzw. von dem Wandler 13 des Empfängers empfangene Energie wird, dem Kanalverstärker 1, mit 26 bezeichnet, bzw. dem Kanalverstärker 2, mit 27 bezeichnet, zugeführt. Der Verstärker 26 ist mit der Helligkeitssteuerung des Oszilloskops 24 und der Ausgang des Verstärkers 27 mit der Helligkeitssteuerung des Oszilloskops 25 verbunden. Wenn ein reflektiertes Signal von den Wandlern 12 und 13 des Empfängers empfangen wird, wird, die Helligkeit des jeweiligen. Elektronenfleckes, der über den Bildschirm des Oszilloskops 24 bzw. des Oszilloskops 25 hinweg abgelenkt wird, wesentlich erhöht, um dadurch das Vorhandensein einer Unstetigkeit in dem Objekt 16 anzuzeigen.

An einem Teil der Welle 14 ist eine Anzeigevorrichtung 28 angekoppelt. Als derartige Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise ein Potentiometer vorgesehen, a,n dem eine Spannung abgegriffen wird, die der horizontalen und der vertikalen Bewegung der Welle 14 entspricht. Das von dieser Anzeigevorrichtung abzugebende Ausgangssignal für die vertikale Bewegung wird durch die Verbindungsleitung 29 den Ablenkplatten für vertikale Ablenkung der beiden Oszilloskope

24 und 25 zugeführt. Das. Ausgangssignal, das der horizontalen Bewegung der Welle entspricht, wird, durch die Verbindungsleitung 30 über den Ablenkgenerator 23 den Ablenkplatten für horizontale Ablenkung der Oszilloskope 24 und

25 zugeführt.

Eine Stereokamera 31 ist in Bezug a.uf die Oszilloskope 24 und 25 so angeordnet, daß die Blickwinkel 32 und 33 der Linsen 34 bzw. 35» wie in der Figur angedeutet, den Bildschirm des jeweiligen Ossilloskops erfassen.

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!lan erhält eine drei-dimensionale Darstellung, wena njar, durch einen Stereobetrachter oder mit einem Stereoprojektor gleichzeitig die Fotografien der Anzeigen der beiden Oszilloskope betrachtet.

Die Figuren 2a, 2b und 2c dienen insbesondere dazu, die Art und die Weise der Anzeige der beiden Oszilloskope 24 und 25 zu erläutern. Die Fig. 2a zeigt die Wellenform der Ablenkspannung, die an die Platten für vertikale Ablenkung der Oszilloskope angelegt wird. Es handelt sich dabei um ständig wechselndes Signal mit einer Frequenz in der Größe von 225 Perioden pro Minute. Dieses Signal wird durch einen Mechanismus erzeugt, der zur Anzeige der Abtastung in vertikaler Richtung vorgesehen ist und der in der Anzeigevorrichtung 28 von Fig. 1 enthalten ist. Da die Welle 14 und die Wandler 11, 12 und 13 mit dieser Anzeigevorrichtung gekoppelt sind, wird die Welle und. werden die Wandler mit der Frequenz von 225 Perioden pro Hinute um einen Winkel von angenähert 40° geschwenkt. Das Signal, das von der Anzeigevorrichtung 28 als Anzeige für die horizontale Stellung der Welle abgegeben wird, wird dem Ablenkgenerator 23 zugeführt. Wie dies noch im Zusammenhang mit der Fig. 4 näher erläutert wird, wird das 3pannungssignal dieser Anzeige, zusammen mit der Ausgangsspannung eines Sägezahngenerators, den Horizontal-Ablenkplatten der beiden Oszilloskope 24 und 25 zugeführt. Das Au3gangssignal dieser Anzeige ist eine sich stufenweise verändernde Spannung 40, wie in Fig. 2b gezeigt. Die Horizontal-Ablenkplatten werden stufenweise beispielsweise mit 200 gleichen Stufen innerhalb einer Periodendauer von 27 Sekunden beaufschlagt. Für dieses Beispiel i3t angenommen, daß die Zeit für eine . vollständige Abtastung des zu untersuchenden Objektes gleich dieser Periodendauer ist.

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Fig. 2c zeigt die sich auf Grund des Ausgangssignals der Anzeigevorrichtung für die Bewegung der Welle ergebende Bewegung des Eläsbronenflecks in der Kathodenstrahlröhre.

Wie dies der Pig. 2b zu entnehmen ist, werden außerdera zwei Hochfrequenzspannungen 38 und 39» von denen die eine positiv und die andere negativ ist, an die Horizontal-Atilenkplatten der Oszilloskope angelegt. Die positive Spannung 38 wird an die Ablenkplatten des einen Oszilloskops und die negative Spannung 39 an die Ablenkplatten des anderen Oszilloskops angelegt. Eine mehr ins einzelne gehende Darstellung hierzu wird, im Zusammenhang mit der Fig. 4 gegeben. Die Auswirkung dieser Hochfrequenzspannungen ist in der Fig. 2c nicht "berücksichtigt worden, um diese Darstellung nicht zu verwirren_c

Da diese Hochfrequenzspannung der Ablenltspannung für die horizontale Ablenkung in den Oszilloskopen überlagert ist, ergibt sich, wie dies aus Pig. 3 zu entnehmen ist, eine Serie sehr kleiner Ablenka,usschlage auf dem jeweiligen. Bildschirm der beiden Oszilloskope 24 und 25. Diese Ab-. Ienkausschlage sind mit 36 und 37 angedeutet und werden im Zusammenhang mit der Erfindung als "Miniablenkimg" bezeichnet. Auf den Bildschirmen, ergeben sich bei vertikaler und horizontaler Ablenkung dementsprechend die in I?ig. 3 mit 36 und 37 bezeichneten Ablenkmuster. Diese beiden Master werden infolge der entgegengesetzten Polarität der Spanram-•gen 38 und 39 erzeugt. Wie dargestellt, haben die "Hxniablenkungen" einander entgegengesetzte Ausrichtung. Auf des Oszilloskop 25, dessen Fotografie mit dem rechten Äuge suloetrachten ist, ist die Ablenkbewegung Ton links naeL·. rechts gerichtet. Wenn diese Fotografien cLoroh einen geeigneten Betrachter oder mit eines geeigneten Projektor" "be— •fcraeSitet werden, ergibt dl eh eine dreidimensionale Anzeige bzw«, Darstellung In der gleichen Weise wie die-

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Abtastung des zu untersuchenden Objekts erfolgt, d. h. wie die Abtastmechanik bewegt wird, läuft das Abtastschema über den jexfeiligen Bildschirm der Oszilloskope. Dementsprechend werden die genauen Orte jeglicher Unstetigkeiten in dem Objekt durch die entsprechenden Orte auf dem Bildschirm wiedergegeben. Die Tiefe der Unstetigkeit in den Objekt wird darüber hina,us durch die visuelle Verschmelzung der beiden Bilder zu einer drei-dimensionalen Ansicht sichtbar gemacht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen a.us der Figo 4 hervor, die eine mehr ins Einzelne gehende Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung gibt. Zur Eig. 4 wird, was die Bezugszeichen betrifft, darauf hingewiesen, daß diese im allgemeinen von links nach rechts und von oben nach unten laufen, wodurch ein leichteres Auffinden der einzelnen, zu den Bezugszeichen gehörenden Elementen möglich ist.

Als Wandler 11 für den Sender ist ein piezoelektrischer Kristall vorgesehen. Der Durchmesser dieses Kristalles ist groß gegen die Wellenlänge der ausgesandten Strahlung. Er hat z. B. die Größe von 25 mm oder größer. Diesen Abmessungen entsprechend kann der Kristall einen scharf gebündelten Strahl von Ultraschallwellen aussenden, die auf das zu untersuchende Objekt gerichtet werden.

Der piezoelektrische Kristall wird von einem Startimpuls-Generator 79 über einen Leistungsschalter 80 und ein impulsformendes netzwerk 81 elektrisch angeregt. Der Startimpuls-Generator 79 erzeugt sehr kurze Impulse, z. B. mit einer Zehntel HikroSekunde Dauer, die dem Kristall zugeführt werden. Ein solcher kurzer elektrischer Impuls bewirkt, daß der Kristall des Wandlers 11 einen kurzen Impuls aus

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Ul trascliall energie aussendet.

Mit dem Leistungsschalter 80 wird die Hochspannung an dem Anschluß 83 dem piezoelektrischen Kristall während der Da/uer <fes Impulses des Generators 79 zugeführt. Das impulsformende Netzwerk 81 dient dazu, die Form des Startimpulses zu verbessern. Es ist ein wahlweises Merkmal der Erfindung und die Zweckmäßigkeit seiner Verwendung hängt von der Qualität des vom Generator 79 erzeugten Impulses ab.

Der piezoelektrische Kristall ist zusätzlich mit einer Impulssperre 82 verbunden. Durch diese Sperre wird der hochgespannte Anfangsimpuls von einem zentralen Verstärker 63 ferngehalten. Die Sperre 82 ist so ausgeführt, daß sie die dem hochgespannten Impuls nachfolgenden reflektierten Signale, die von dem piezoelektrischen Kristall aufgenommen werden, an den zentralen Verstärker 63 durchläßt. Auf diese Weise kann mittels des ersten von der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes 16 reflektierten Signals der Sägezalmgenerator 66 angestoßen werden.

Der Ausgang des zentralen Verstärkers 63 ist über eine Schwelle 64 und eine Auslösestufe 65 mit dem Sägezahngenerator 66 gekoppelt. Der Generator 66 erzeugt einen Sägesahn, der über die Verbindungsleitung 88 den Eingängen der Verstärker 50 und 77 mit programmierbarer Verstärkung zugeführt wird. Der Sägezahngenerator 66 ist jeweils für diejenige Zeitdauer in Betrieb, die erforderlich ist, um ein reflektiertes Signal von der tiefsten Stelle in dem zu untersuchenden Objekt zu empfangen.

Die Schwelle 64 verhindert, daß der Sägezahngenerator 66 durch solche Störsignale angestoßen werden könnte, die vor dem Eintreffen des ersten reflektierten Signals auftreten. Die Auslösestufe 65 dient da:ru, den von dem Generator

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66 bei Eintreffen der ersten Reflection zu erzeugenden T-"y-ysa.hn auszulösen.

Der Ausgang des Startirapuls-G-enerator 79 ist über die Verbindungsleitung 89 mit dem Eingang des Steuerlcreises 68 für die horizontale Ablenkung verbunden. Das Ausgangssignal des Haupt-Taktgeberoszillators 69 wird über ein wahlweise vorzusehendes Differenzierglied 70 dem Startimpuls-G-enerator 69 zugeführt. Der Oszillator 69 setzt auf diese Weise die ganze Schaltung in Betrieb und gewährleistet die erforderliche Taktfolge.

Der Ausgang des Steuerkreises 68 für die horizontale Ablenkung ist mit dem rechten Sägezahngenerator 72 und mit dem linken Sägezahngenerator 45 verbunden, Der Generator 72 und der Generator 45 sind mit den Verstärkern 75 bzw. 47 für die Horizontalablenkung in den Oszilloskopen 24 bzw. 25 gekoppelt. Pur diese Koppelung mit dem Oszilloskop 25 ist ein Ablenkungs-Addierglied 73 und mit dem Oszilloskop 24 ein Addierglied 46 vorgesehen. Das Ausgangssignal des Steuerkreises 68 für die horizontale Ablenkung steuert auch auf diese Weise den Einsatz der in Fig. 2b dargestellten Wellenformen der hochfrequenten Ablenkspannungen 38 und 39· Auf diese Weise sind diese Ablenkspannungen mit dem Startimpuls, der von dem Startimpuls-G-enerator 79 erzeugt wird, korreliert. Der Ausgang des rechten Sägeza,hngenerators 72 stellt den Konnex der Position des Elektronenfleckes auf dem Oszilloskop 25 mit der Vergrößerung des Winkels ß aus Pig. 1 her, die mit zunehmender Tiefe der Unäetigkeit, von der die Iteflektion empfangen wird, eintritt. Das Ausgangssignal des linken Sägezahngenerators 45 hat dieselbe Punktion in dera anderen Kanal.

Da die in Pig. 3 gezeigten kleinen Ablenkungen 36 und 37 einander entgegengesetzt gerichtet sind, müssen die Aus-

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gänge des rechten. Sägezahngenerator 72 und. des linken Sägezahngenerator 45 entgegengesetzte Pola.rität haben. Dies wird dadurch erreicht, daß, wie dargestellt, zwei getrennte Generatoren 45 und 72 verwendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß auch nur ein einziger Sägezahngenerator vorgesehen sein kann, dessen Ausgangjder dem Addierglied 46 oder dem Addierglied 75 zugeführt ist, in der Polarität umgekehrt wird.

Zur Steuerung der Verschiebung und der Schwenkung der Wandler 11, 12'und 13 ist ein Steuerkreis 54 für die Motordrehzahl vorgesehen.

Der Ausgang dieses Steuerkreises 54 ist mit dem Stewerkreis.55 für einen stufenweisen Antrieb verbunden. Dieser Steuerkreis 55 steuert die Bewegung des Motors 56 für die stufenweise Horizontalbewegung. Ss sei jedoch darauf hingewiesen, daß durch entsprechende Umpolimg des dem Motor zugeführten Signals eine gewünschte Umkehrung der Bewegungsrichtung der Abtastvorrichtung durch Umkehrung der XTisdrehungsrichtung des Motors 56 vorgenommen x^erden kann.

Über die Welle 14 ist die horizontale Bewegung durch den Motor 56 mit einem Fühler 57 für die Horizontalbewegung gekoppelt. Dieser Fühler 57 ist ein Teilstück der in Fig. gezeigten Anzeigevorrichtung 28. Der Ausgang des !Fühlers 57 ist über das Addierglied 46 mit dem Verstärker 47 für die Horizontalablenkung in dem Ossilloskop 24 gekoppelt. Auf diese Weise liegen an den Ablenkplatten der beiden Oszilloskope 24 und 25 Ablenkspannungen mit der in. I¹Ig₀ 2b gezeigten Wellenform an.

Der Ausgang des Steuerkreises 54 für die Motordrehsahl ist mit dem Motor 58 für den, vertikalen Antrieb verbunden. Eine mechanische Kupplung 61 kuppelt den Motor 58 mit

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einer Schneidevorrichtung 59 für einen Schwenkwinkel von 40°. Hit dieser Vorrichtung 59 wird eine vertikale und andauernde Schwenkung der in Fig. 1 dargestellten Welle 14 "bewirkt. Diese Schwenkung "beträgt sum Beispiel 4-0°. Mittels der Welle 14 ist ein Fühler -60 für die Vertikal "bewegung mit der Vorrichtung 59 gekoppelt. Der Ausgang des Fühlers 60 ist mit dem Verstärker 74 für die vertikale Ablenkung in dem Oszilloskop 25 gekoppelt. Eine entsprechende Kopplung ist für den Verstärker 49 für die vertikale Ablenkung in dem Ossilloskop 24 vorgesehen.

Der Ausgang des Fühlers 60 ist außerdem durch die Verbindungsleitung 90 mit dem Kontrollkreis 51 für den unteren und den oberen Maximala.usschlag der Schwenkbewegung verbunden. Der Ausgang dieses Kontrollkreises 51 ist durch die Leitung 91 mit den Steuerkreis 55 für den stufenweisen Antrieb gekoppelt. Auf diese Weise wird die Bewegung des Motors für den stufenweisen horizontalen Antrieb mit der Stellung der Schwenkbewegung der Schwenkvorrichtung 59 korreliert, so daß der stufenweise horizontale Antrieb nur bei den Maximalauslenkungeη der vertikalen Schwenkbewegung erfolgt.

Der Ausgang des Steuerkreises 54 für die Motordrehzahl ist a.ußerdem mit dem Kontrollkreis 67 für die Kamera verbunden. Das Ausgangssignal dieses Kontrollkreises zeigt an, daß eine Abtastung des zu untersuchenden Objekts durchgeführt ist. Dieses Ausgangssignal kann dazu verwendet werden, das ganze System zur Beendigung des Abtastvorganges auszuschalten. Andererseits kann dieses Signal auch dazu verwendet werden, den Steuerkreis 54 für die Motordrehzahl und den Startlmpuls-Generator 79 am Ende eines Abtastvorganges zu reaktivieren. Der Abtastmechanisraus würde dann wieder in die Anfangsstellung zurückgeführt werden, um die Abtastung desselben Objekts zu wiederholen.

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Per Ausgang des Startimpuls-G-enerators 79 ist außerdem mit einem Auslösch-Schaltkreis 71 verbunden, dessen Ausgang mit den Schaltstufen 78 und 52 für die Anzeige gekoppelt ist. Die Schaltstufe 52 bzw. 78 ist mit dem Steuerkreis 48 bzw. 76 für die Helligkeitssteuerung des Oszilloskops 24 bzw. 25 gekoppelt. Die Schaltstufen 52 und 78 dienen dazu, die Anzeige für diejenige Zeit zu unterdrücken, die vergeht, bis das erste reflektierte Signal empfangen ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß die Anzeige durch gestreute Signale gestört v/ird, die über die mechanischen Teile, z. B. durch Körperschall, empfangen werden.

Der Haupt-Taktgeberoszillator 69 steuert den Takt für den Betriebsablauf des ganzen Systems. Die Periodendauer dieses Oszillators ist etwas größer als diejenige Zeit, die vergeht, bis ein an der tiefstliegenden, noch interessierenden Unstetigkeit reflektiertes Signal empfangen ist. Diese Bemessung stellt sicher, daß· die Aussendung des folgenden Impulses nicht eher erfolgt, als das entferntest reflektierte Signal eingeht.

Der Wandler 12 bzw. der Wandler 13 des Empfängers ist mit dem Verstärker 77 bzw. mit dem Verstärker 50 mit programmierbarer Verstärkung verbunden. Die Verstärker 50 und 77 erhalten außerdem über die Verbindungsleitung 88 Signale von dem Sägezahngenerator 66. Durch das Signal dieses Sägezahngenerator 66' werden die beiden Verstärker 50 und 77 so programmiert, daß der Intensitätsabfall des reflektierten Signals, der eine Funktion der zunehmenden Tiefe der Unstetigkeit in den Objekt ist, kompensiert.ist. Als derartiger Verstärker kann das Modell Nr. 316 der Ithaco, Inc., Ithaca, lew York, verwendet werden.

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Der Ausgang des Verstärkers 50 bzw. des Verstärkers 77 ist mit dem Verstärker 48 bzw. mit dem Verstärker 76 für die Helligkeitssteuerung des Oszilloskops 24 bzw. des Oszilloskops 25 verbunden. Wenn ein reflektiertes Signal von den Wandlern 13 und 14 empfangen wird, wird die Intensität des Elektronenfleckes, der auf den Bildschirmen der beiden Oszilloskope abgelenkt wird, vergrößert, wodurch das Vorhandensein einer Unstetigkeit angezeigt wird, an der d.as empfangene Signal reflektiert worden ist.

Die Betriebsweise des erfindungsgeraäßen Systems ist die folgende:

Vor Inbetriebsetzen des Systems wird.die Abtastvorrichtung bzw. der Fühler für die horizontale Bewegung in die äußerste rechte oder linke Stellung gebracht, je nachdem, welche Bewegungsrichtung gewünscht ist. Zu dieser Zeit ist das Abtastsystem in Ruhe und es ist noch kein Startimpuls erzeugt worden.

Das System wird durch eine nicht dargestellte Spannungsquelle gespeist. Diese setzt gleichzeitig den Oszillator 69 und den Steuerkreis 54 für die Motordrehzahl in Betrieb.Der Motor 5C für den vertikalen Antrieb und der Motor 56 für den stufenweisen horizontalen Antrieb werden durch den Steuerkreis 54 ein/jeüehaltet. Der Motor 58 bewirkt die vertikale Schwenkung der Wandler mit einer Auslenkung von 40° . Jedesmal, wenn die vertikale Schwenkbewegung ihren oberen oder ihren unteren Maximalausschlag erreicht, stößt der Kontrollkreis 51 für don Maximalausschlag der Schwenkbewegung den Steuerkreis 55 für den stufenweisen Antrieb an. Der Motor 56 für die stufenweise Horizonfcalbewegung wird da,nn für eine Stufe in horizontaler Richtung in Bewegung gesetzt. Diese (Stufenweise horizontale Bewegung wird 200 mal mit gleich großen Stufen wiederholt, bis der Abtastvorgang vollendet ist. Nach Vollendung des Abtastvorganges schaltet der Kontrollkreis 51

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den Steuerkreis 54 und den Oszillator 69 aus.

Der Kontrollkreis 67 für die Kamera wird durch den Steuerkreis 54 für die Motordrehsahl in Betrieb gesetzt und steuert die Bewegung des fotografischen Filmes in der in Pig. 1 dargestellten Kamera 31. Die Abtastbewegung der Wandler und die Bewegung des Filmes sind dementsprechend genau korreliert, so daß der Film am Ende eines jeden. . vollständigen Abtastvorganges weiterbewegt wird.

Die anfängliche' Inbetriebsetzung des Systems und die folgende Inbetriebsetzung des Oszillators 69 führt zur Erzeugung eines Sta.rtimpulses durch den Startimpuls-Generator 79. Der Startimpuls bewirkt einen Impuls aus Ultraschallstrahlung, die τοπ dem piezoelektrischen Kristall des Wandlers 11 erzeugt wird. Durch die Impulssperre 82 ist der Staxtimpuls daran gehindert, die Programmierung der Verstärkung auszulösen. Das elektrische Signal, das von dem Wandler 11 a.uf G-rund der ersten Reflektion erzeugt wird, wird über den zentral, en Verstärker 63, die Schwelle 64 der Programmierung und die Auslosestisfe 65 der Programmierung dem Sägeza.hngenerator 66 für die Programmierung der Verstärkung zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Programmierung des Verstärkungsgrades der Verstärker 50 und 77 in Betrieb gesetzt«, Der Sägezahngenerator 66 läuft für den Zeitraum, der notwendig ist, um ein Signal zu empfangen, das von der tiefsten Stelle in dem zu untersuchenden Objekt reflektiert worden ist. Die Verstärkung der Verstärker 50- und 77 ist dementsprechend am Ende dieses Zeitraumes an größten bemessen, nachdem das Ende dieses Zeitraumes erreicht ist, geht das Ausgangssignal des Sägezahngenerator 66 wieder o,uf seinen Anfangswert zurück, bis dieser wieder angestoßen wird.

Der Startimpuls wird auch dem Steuerkreis 68 für die horizontale Ablenkung zugeführt. Dadurch wird bewirkt, daß der

rechte Sägezahngenerator 72 und. der linke- Sägezahngenerator 45 elektrische Spannungen für die horizontale Ablenkung erzeugen. Diese Spannungen bewirken bezüglich der Stellung des Elektronenfleckes in den Oszilloskopen 24 und 25 eine außeraxiale Betraehtungsperspektive.

Der Startimpuls bewirkt außerdem, daß der Auslöseh-Schaltkreis 71 die Verstärker 48 und 76 der Oszlloskope 24 bzw. mittels der Schaltstufe 52 bzw. der Schaltstufe 78 für die Anzeige abschaltet. Damit wird verhindert, daß die Anzeige Störsignale wiedergibt,bevor das erste reflektierte Signal empfangen worden ist.

Die Schwenkung der Wandler erfolgt fortlaufend, und für jede Periode des Ausgangssignals des Oszillators 69 wird, ein Startimpuls erzeugt. Dementsprechend bewirkt jeder Startimpuls, daß ein anderes Flächenstück des Objekts untersucht wird.

Im Betriebszustand bewirkt die mechanische Steuervorrichtung, daß die Wandler das Objekt in horizontaler Richtung und. auf und ab in vertikaler Richtung überstreichen. Der Elektronenfleck auf den Bildschirmen der beiden Oszilloskope bleibt solange dunkel, bis eine Unstetigkeit in dem zu untersuchenden Objekt aufgefunden worden ist. Wenn die in das Objekt hineingesehickte Stralilungsenergie auf solch eine Unstetigkeit stößt, wird die Ultraschallwelle zurückreflektiert in die Wandler 12 und 13 des Empfängers. Die dabei empfangenen Signale werden in dem Verstärker 50 bzw, 77 verstärkt und über die Schaltstufe 52 bzw. 78 für die Anzeige dem Verstärker 43 bzw. dem Verstärker 76 für die Helligkeitssteuerung zugeführt. Dies ergibt eine Vergrößerung der Helligkeit des über den Bildschirm des Oszilloskops abgelenkten Elektronenfleckes, der damit eine Unebetigkeit anzeigt.

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Da die Abtastung sowohl vertikal als auch horizontal erfolgt, wird die Helligkeit des Elektronenfleckes jedesmal dann vergrößert, wenn von der Unstetigkeit Strahlungsenergie auf die Wandler des Empfängers zurückreflektiert wird. Dementsprechend ergibt sich auf jedem der Bildschirme der beiden Oszilloskope ein zwei-dimensionales Bild der Unstetigkeit. Durch kombinierte Fotografien dieser beiden Bilder auf den Oszilloskopen mit einer Stereokamera wird eine drei-dimensionale Darstellung der Unstetigkeit realisiert.

Das erfindungsgemäße System hat gegenüber dem vergleichbaren Stand der Technik viele Vorteile. Zum Beispiel ist die Darstellung stereoskopisch und erzeugt dementsprechend ein drei-dimensionales Bild. Außerdem wird nur eine geringere Menge an !Film benötigt, da eine Abtastungdie vollständige Unstetigkeit zeigt. Weiterhin von Vorteil ist, daß die Abtastung schnell vor sich geht und eine gute Auflösung erreicht werden kann, und zwar bei einer Abtastung in einer Minute oder in einer halben Minute. Das System nach der Erfindung kann daher in vielen verschiedenen Anwendungsfällen benutzt werden. Zum Beispiel kann es als medizinisches Diagnoseinstrument verwendet werden, um weiches Zellgewebe, wie den Unterleib und die Brust^abzutasten, um das Vorhandensein von Tumoren oder anderen Abnormalitäten zu entdecken. Das System kann auch für die Kerst-örungsfreie Untersuchung von Festkörpern oder Flüssigkeiten verwendet werden. Es kann sowohl für Unterwasserbetrachtung und ähnliche Technik als auch als Radareinrichtung verwendet werden.

Die vorangehend beschriebene Ausführungsform nach der Erfindung enthält einen Wandler als Sender und zwei Wandler als Empfänger. Es sei nunmehr darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße System ebenso gut auch mit nur ei nem einzigen Wandler arbeitet, der sowohl als Wandler für den Sender

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und als einziger Wandler für den Empfänger arbeitet. Ir diesem !Falle fehlen die beiden Wandler 12 und 13 des Empfängers. Hierzu sei wieder auf die lig, 1 verwiesen, aus der heraus dieses am besten zu verstehen ist. Die in Ii¹Ig. 1 von dem piezoelektrischen Kristall des Wandlers 11 ausgesandte, mit 17 bezeichnete Energie pflanzt sich d.urch das Objekt hindurch fort bis es a,uf eine Unstetigkeit 18 in dem Objekt trifft. Die an dieser Unstetigkeit reflektierte Energie läuft entlang des Weges 17 zu dem Wandler des Senders ebenso zurück, wie sie bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform entlang 20 und 21 läuft. Da die Unstetigkeit unmittelbar auf dem Wege des ausgesandten Strahles liegt, gibt die Laiizeit des reflektierten Signals die genaue Lage der Unstetigkeit wieder, und zwar unabhängig von der Zahl der als Empfänger verwendeten Wandler. Durch die Laufzeit des reflektierten Impulses wird der Zeitpunkt bestimmt, in dem die Helligkeit des Elektronenfleckes vergrößert wird. Dementsprechend ist die Laufzeit des reflektierten Impulses die einzige Bestimmungsgröße für den Ort, an dem auf der Anzeige ein Elektronenfleck erscheint. Aus diesem Grunde sind die auf den Oszilloskopen 24 und 25 wiedergegebenen Anzeigen, die von der reflektierten, von dem Wandler aufgenommenen Energie abhängig sind, soweit miteinander identisch, als sie in den beiden Kanälen verdoppelt worden sind. Die Anzeigen sind daher nur darin voneinander verschieden, daß sie durch den rechten Sägezahngenerator 72 bzw. d.urch den linken Sägezahngenerator 45 wie an der Ausführungsfora nach Pig. 4 gezeigt, verschieden abgelenkt werden. Daraus ist zu ersehen, daß die stereoskopische Anzeige nicht von der Anzahl der vorgesehenen Wandler, sondern lediglich von der Art und Weise der Auswertung des empfangenen Signales abhängt.

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Ein drei-dimensional es Bild kann da,her auch bei nur einen Wandler als Empfänger erhalten werden, und zwar dadurch, daß das empfangene Signal in zwei Kanäle geleitet wird, in denen die Strahlablenkung mit unterschiedlicher Polarität erfolgt. Das erfindungsgeaäße System ist dementsprechend auch mit einem einzigen Wandler als Sender und einem einsigen Wandler als Empfänger, oder mit einem einzigen Wandler, der zugleich Sender und Empfänger ist, betriebsfähig. Es sei . da.ra,uf hingewiesen, daß bei einer Ausführungsform mit nur einem einzigen Wandler für Aussendung und Empfang die Siclitkeule des Wandlers gegenüber einer Ausführungsform mit drei Wandler zweckmäßigerweise vergrößert wird.

Pig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit nur einem einzigen Wandler. Diese Ausführungsform entspricht grundsätzlich derjenigen von Pig. 4, Jedoch sind einer der beiden Verstärker 50 und 77 mit programmierbarer Verstärkung und die beiden Wandler 12 und 13 des Empfängers weggelassen. Die Punktion der Wandler 12 und 13 wird von dem Wandler 11 des Senders mit übernommen. Ein einzelner ^stärker 91 mit programmierbarer Verstärkung befindet sich in dem Ausgangskreis der Impulssperre 82. Der Ausgang des Verstärkers 91 ist mit den Schaltstufen 52 und 78 für die Anzeige verbunden, und zwar in derselben Weise ₃ wie die einzelnen Ausgänge der Verstärker 50 und 77 der Ausführungsform nach Pig. 4 mit diesen Sehaltstufen verbunden sind. Der Verstärkungsgrad .des Verstärkers 91 wird durch das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 66 gesteuert.

Die Impulssperre 82 arbeitet derart, daß der Verstärker 91 gegen die Startimpulse, die von dem Startirapulsgenerator 79 erzeugt werden, einerseits getrennt ist, andererseits jedoch das Empfangssignal _s das von dem Wandler 11 aufgenommen worden ist, empfängt.

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Die Ausführungsform nach. Pig. 5 hat einen breiten Anwendungsbereich, für verschiedene Arten von Sende- und Empfangsnechanismen. Zum Beispiel kann ein Radarsystera zur Landkarte nauf nähme oder zur Beobachtung von Wetterfronten benutzt werden. Das System ist auch vorteilhaft verwendbar für niedrigfrequenten Schall, z. B. zur seismischen Erforschung oder zur Schallort-ung von Unterseebooten und Fischen.

Pig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsforra der mechanischen Einrichtung nach der Erfindung, Kit der die erforderliche horizontale und vertikale Abtastbewegung erzeugt werden kann. Wie vorangehend beschrieben, soll diese Einrichtung eine vertikale Schwenkung der Wandler rait einer Auslenkung von ungefähr 40° erzeugen, während gleichzeitig eine stufenweise horizontale Bewegung ausgeführt wird. Diese stufenweise Bewegung kann sowohl eine Linearbewegung als auch eine Rotationsbewegung sein, wie dies bereits oben erwähnt ist. Lediglich ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die Schwenkbewegung auch horizontal gerichtet sein kann, wobei die stufenweise Bewegung vertikal gerichtet ist, z. B. dann wenn das abzutastende Feld des Objektes eine solche Abänderung erfordert.

Die Ausführungsform der Abtasteinrichtung, wie sie Pig. 6 ^eigt, sieht eine Rotationsbewegung für die stufenweise Horisontalbewegung vor. Die vertikale Schwenkung ist ebenfalls eine Rotationsbewegung.

Die mechanische Einrichtung zur Abtastung umfasst ein Gehäuse 100, ein linksseitiges Abschlußteil 101 und ein rechtsseitiges Abschlußteil 102. Die Abschlußteile 101 und 102 sind an daa Gehäuse 100 derart angepasst, daß alle Verbindungen dicht sind, so daß die Einrichtung ohne Schaden in

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eine Flüssigkeit, s. B. in Wasser, -untergetaucht werden kann. Ebenso sind alle übrigen Verbindungen der Einrichtung ebenfalls flüssigkeit^dicht.

Innerhalb des Gehäuses 100 ist an dem Abschlußteil 102 ein Motor 103 angebracht, der für die ständige Schwenkbewegung vorgesehen ist. Der Abtrieb des Motors 103 ist mit einem Untersetzungsgetriebe 104 mit einer Untersetzung von 8:1 gekuppelt. Das Getriebe 104 ist an einer Stütze

105 befestigt^ Auf diese Weise sind Motor und Getriebe zwischen, dem Endteil 102 und der Stütze 105 gehalten. Das Getriebe 104 überträgt den Antrieb der Motorwelle derart, daß die Abtriebswelle 106 des Getriebes mit einem Achtel der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 103 umläuft. Wenn der Motor 103 für die Schwenkbewegung z. B. mit einer Umdrehungszahl von'1800 Umdrehungen pro Minute läuft, so dreht sich die Welle 106 des Getriebes 104 mit einer konstanten Umdrehungszahl von 225 Umdrehungen/Minute,

Die Abtriebswelle 106 des Getriebes isi; mit der Welle mittels der Kupplung 107 gekuppelt» Die Kupplung ist dazu vorgesehen, die mechanische Verbindung der beiden Wellen

106 und 108 und. ihre axiale Ausrichtung zu gewährleisten. Zur lagerung der Welle 108 sind Gleit- oder Kugellager im Inneren des Gehäuses 100 vorgesehen.

Auf der Welle 108 ist ein weiteres Getriebe 109 in koaxialer Stellung befestigt, so daß es sich mit der Welle dreht· Dementsprechend drehen sich das Getriebe 109 und die Abtriebswelle 106 mit derselben Geschwindigkeit. Ein zweites Getriebe 110 mit derselben Zähnezahl wie das Getriebe 109 und mit im wesentlichen demselben Durchmesser steht mit dem Getriebe 109 in Eingriff, Wegen der Gleichartigkeit

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der Getriebe 109 und 110 erfolgt zwischen diesen Getrieben eine Übersetzung von 1:1. Das Getriebe 110 ist auf einer Welle 111 fest angebracht, die ebenfalls mittels Wellenlager 112 in dem Gehäuse 100 gelagert ist.

Auf der Welle 111 befindet sich eine Mitnehmerscheibe 113, die sich zusammen mit der Welle 111 drehen soll. Die Scheibe 113 kann dementsprechend mit dem Getriebe 110 oder mit der Welle 111 oder mit beiden fest verbunden-sein. Die Umdrehungszahl der Scheibe ist damit genauso groß wie diejenige des Getriebes 110 und der Abtriebswelle 106 des Untersetzungsgetriebes 104.

Wie aus der Fig. 7 zu ersehen, besitzt die Mitnehmerscheibe 113 eine durchgehende Nute 114,in die ein Stift 116, der an einem Arm 115 befestigt ist, eingreift. Bei kontinuierlicher Umdrehung der Welle 111 erfährt die Mitnehmerscheibe 113 eine ebenfalls kontinuierliche Umdrehung, z. B. entgegen dem Uhrzeigersinn, wie dies durch den Pfeil 118 angedeutet ist. Die Nute 114 ist auf der Mitnehmerscheibe 113 so angeordnet, daß sie nicht konzentrisch zur Welle 111 ist. Die Nute 114 ist mit Hilfe eines Computers so berechnet, daß die Winkelgeschv/indigkeit des Armes 115 für alle Stellungen des Stiftes 116 in der Hute 114 konstant'ist. Diese Berechnung erfolgt nach einer an sich bekannten Methode und ist dem Fachmann bekannt. Die Nute 114 ist so angeordnet, daß der Stift 116 unabhängig von seiner Stellung in der Nute stets auf derselben Seite der Welle 111 bleibt. Auf diese Weise ist ein Zusammenstoßen zwischen der Welle 111 und dem Arm 115 vermieden, wie dies in Fig. 7 durch die mit gestrichelter Linie dargestellte Position angedeutet ist. Es ist zu erkennen, daß die Anordnung der Nute 114 von ihrer Form abhängt. Lediglich ergänzend sei darauf hingewiesen, daß diese Nute 114 auch in der Oberfläche des Getriebes 110 angeordnet sein kann, wodurch die zusätzliche Mitneh-

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merscheibe 115 entbehrlich, wird.

Durch das Eingreifen des Stiftes 116 in die Hute 114 erfährt der Arm 115 eine periodische Bewegung. Der Stift 116 und die Nute 114 sind mit hoher Präzision ■hergestellt, so daß sie einförmig und v/eich ineinander laufen und jede Schwankung in der Bewegung des Armes

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115 im wesentlihen ausgeschlossen ist.

Der Arm 115 wird um die Achse 126 mit einem Ausschlag von 40° geschwenkt, wie dies durch den Pfeil 119 angedeutet ist. Die Schwenkung des Armes 115 wird auf die Welle 117, mit der er verbunden ist, übertragen. Die Welle 117 wird ebenfalls durch Wellenlager 112 gehalten und kann sich in dem Gehäuse 100 frei drehen.

Der Wandler 11 ist dauerhaft auf einer Halterung 120 für diesen Wandler und diese Halterung 120 wiederum auf der Welle 117 befestigt. Der Wandler 11 befindet sich außerhalb des Gehäuses 100 und ist dementsprechend der Atmosphäre ausgesetzt. Das andere Ende der Welle 117 ist mit einem Potentiometer 121 mittels eines Faltenbalges 122 gekuppelt. Das Potentiometer 121 dient dazu, eine elektrische Anzeige der Schwenkbewegung der Welle 117 und damit der Vertikalbewegung des Wandlers 11 abzugeben. Der Faltenbalg 122 gibt die mecha.nische Kopplung zwischen der Welle 117 und dem Potentiometer 121 und ist geeignet, Fehla.usrichtung zwischen dem Potentiometer und der Welle auszugleichen»

Die gesamte mechanisch© Einrichtung für die Abtastbewegung befindet sich auf der Welle 123 eines Motors 124 für die stufenweise Horizontalbewegxing« Die stufenweise Bewegung der Abtasteinrichtung wird in diesem lalle durch Rotation des Motors 124 in der geeigneten Richtung bewirkt. Es sei darauf hingewiesen, daß, wie bereits oben erwähnt, die

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stufenweise Bewegung seitlich so gesteuert ist, daß sie dann eintritt, wenn der Wandler in die Richtung des oberen oder des unteren MaximalausSchlages der vertikalen Bewegung gerichtet ist. Dies ist dann der Pail, wenn sich die Welle 117 in den extremen Stellungen ihrer Auslenkung befindet. Ein Potentiometer 125 ist an das andere Ende der Welle 123 angekuppelt. Hittels dieses Potentiometers wird ein elektrisches Signal gewonnen, das die stufenweise Bewegung anzeigt. Diese Kupplung kann ebenfalls mittels eines Faltenbalges wie der Faltenbalg 122, der das Potentiometer 121 nit der Welle 117 kuppelt, ausgeführt sein.

In Besug auf die Abtasteinrichtung ist der Wandler 11 so angeordnet, daß die vertikalen Symmetrieachsen der Aussendenden und der empfangenden fläche mit der Achse der Welle 123 zusammenfällt. Dies er Anordnung entsprechend bleibt die Lage des Zentrums des Wandlers bei horizontaler und vertikaler Rotation konstant und nur der Winkel des Aussendens und des Empfangs verändert sich. Dies gibt dem System hohe Genauigkeit und erleichtert die Korrelation der Ausgangssignale der Potentiometer 125 und 121 mit der Lage der TJnstetigkeit in dem abzutastenden Objekt.

Die mechanische Einrichtung für die Abtast bewegung ist relativ einfach in ihrem Aufbau und sehr wirkungsvoll für die beabsichtigten Anwendungs zwecke. Der Motor 125 für die stufenweise Bewegung dient dazu, die gesamte Einrichtung zu drehen, eingeschlossen den Motor 103 für die vertikale Bewegung. Auf diese Weise werden komplizierte und kostspielige Mechanismen für die voneinander unabhängige Kopplung der beiden Motoren mit der Halterung für den Wandler vermieden. Die erfindungsgemäße Ausführungsform erspart auch die Notwendigkeit, den Motor für die vertikale Bewegung während der stufenweisen Horizontalbewegung abzuschalten oder abzukuppeln. Obgleich die stufenweise

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Horizontal "bewegung vorzugsweise in den Extrerastellungen der Vertikal "bewegung vorgenommen wird, ergibt sich ein einfacher Zeitplan, der durch einfa.che Schaltkreise im elektrischen System realisiert ist. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Lauf und eine direkte Kupplung des Motors für die vertikale Bewegung möglich und eine wesentliche Verminderung der Kompliziertheit des Aufba,ues und der Kosten für diese Einrichtung realisiert.

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Claims

PATE IT TA Π SPRÜCHE

fi ·) System zur Erzeugung einer drei-dimensionalen Darstellung einer im Raum, insbesondere in einem Objekt, vorhandenen materiellen UnsteUgkeit, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Sende- und Abtasteinrichtung (11,14,15) zur Aussendung zeitlich begrenzter Energiestrahlung (17) und nach Koordinaten erfolgender Abtastung der Unstetigkeit (18, 19) mit dieser Energiestrahlung, eine Empfangseinrichtung (12,13) zum Empfang der an der Unstetigkeit reflektierten Energiestrahlung (20,21) und Erzeugung eines der empfangenen Strahlung entsprechenden Signals, eine Anordnung mit zwei getrennten Kanälen (26,27) zur Umsetzung der aus besagtem Signal auswertbaren Laufzeit der reflektierten und empfangenen Energiestrahlung in zwei voneinander getrennte Signale, Einrichtungen (24,25) zur flächenraäßigen optischen Wiedergabe der Informationsinhalte des einen und des anderen der getrennten Signale und optische Abbildungseinrichtungen (31,34,35) zur Zusammenfassung der flächenraäßigen optischen Wiedergaben zu einer einzigen drei-dimensionalen Darstellung, enthält.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit zwei Kanälen elektrische Schaltungen (45, 72) enthält, die so ausgebildet sind, daß der eine Kanal mit einer der Laufzeit entsprechenden positiven und der andere Kanal mit einer der Laufzeit entsprechenden negm» tiven elektrischen Spannung arbeitet,

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenneeichnet, daß die Einrichtungen zur optischen Wiedergabe ^e ein* Kathodenstrahlröhre für jeden Kanal enthalten.

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4. System naoh Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kanal mit der Strahlablenkung der einen Kathodenstrahlröhre und der- andere Kanal mit der Strahlablenkung der anderen Kathodeinebrahlröhre verbunden ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die positive elektrische Spannung der horizontalen Ablenkung der einen Kathodenstrahlröhre und die negative elektrische Spannung der horizontalen Ablenkung der anderen Kathodenstrahlröhre zugeführt ist,

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägesahngenerator zur Erzeugung der pesitiven Spannung bzw. negativen Spannung vorgesehen ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator (45) für die Erzeugung der psotiven Spannung und ein Sägezahngenerator 72 für die Erzeugung der negativen Spannung vorgesehen ist.

8. System nach einem der Ansprüche t bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine Anzeigevorrichtung (28) zur Erzeugung von Auagangasignaien entsprechend den Koordinaten (X,Y) der Abtaatbewegung ent hält und diese Anzeigevorrichtung mit den Einrichtungen zur optiephen Wiedergabe verbunden ist.

9« System nach Anspruch 8» daduroh gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung siit den Ablenkeinriohtüngen (47*49,75, 74) der !Einrichtungen zur optiechfn Wiedergab· verbunden ist. ·■'.. :

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10. System nacli einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein laktgeberoszillator (69) und ein Startimpulsgenerator (79) vorgesehen sind, wobei die Frequenz des Oszillators so gewählt ist, daß deren Periodenda,uer grüßer als die Laufzeit des am weitest entfernt reflektierten Signals ist und der Ossiilator den Generator steuert und wobei der Ausgang des Generators mit der Sendeeinrichtung (11) verbunden ist.

11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (79) so bemessen ist, daß er einen Sta.rtimpuls mit einer Da.uer von höchstens einer MikroSekunde erzeugt.

12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sendeeinrichtung ein ¥andler(1i) mit einem piezoelektrischen Kristall zur Erzeugung kurzer Ultraschallimpulse Vorgesehen ist.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Empfangseinrichtung ein Wandler (12, 13) mit einem piezoelektrischen Kristall vorgesehen ist.

14. System nach AiLapruch 13, dadurch' gekennzeichnet, daß für die Empfangseinrichtung mehrere Wandler vorgesehen sind. " "

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß für die Sendeeinrichtung und für die Empfangseinrichtung zusammengenommen ein einziger Wandler (11) vorgesehen ist. ■ - '

16. System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (50,77,91) mit programmierbarem Verstärkungsgrad zur Verstärkung des der empfangenen

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Energiestrahlung entsprechenden Signals vorgesehen ist.

17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sägezahngenerator (66) zur Erzeugung des Programmiersignals des Verstärkers mit programmier "barem Verstärkungsgrad vorgesehen ist.

18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Programmiersignal des Sägezahngenerators (66) so bemessen ist, daß das Ausgangssignal des Verstärkers mit programmierbarem Verstärkungsgrad unabhängig von der Entfernung ist, a.us der die empfangene Energiestrahlung reflektiert ist.

19. System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Irapulssperre (82) zur Sperrung der. Anordnung gegen den Sendeimpuls der Sendeeinrichtung (11) Vorgesehen-ist.

20. System nach einem der Ansprüche 1 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und die Einrichtungen zur optischen Wiedergabe so ausgebildet sind, daß die Intensität

. des Elektronenfleckes bei Empfang an einer Unstetigkeit reflektierter Energiestrahlung vergrößert ist.

21. System nach einen der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (11) der Sendeeinrichtung so a.usgebildet und bemessen ist, daß er einen scharf gebündelten Energiestrahl aussendet.

22. System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, do.ß die Wandler (12,13) der Empfangseinrichtung zueinander spiegelsymmetrisch in Bezug auf den Wandler (11) der Sendeeinrichtung angeordnet sind.

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BAD ORfQfNAi.

23. System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung so ausgebildet ist, daß sie in der einen Koordinate eine kontinuierliche Schwenkbewegung und in der anderen Koordinate eine stufenweise Bewegung ausführt.

24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Steuerkreis (55) vorgesehen ist, durch den die stufenweise Bewegung abhängig von dem Ausschlag der kontinuierlichen Bewegung gesteuert ist.

25. System nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb (124) für die stufenweise Bewegung eine Rotationsbewegung vorgesehen ist.

26. System nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (Fig. 6) einen ersten Motor (103) für den Antrieb in einer Koordinate und einen zweiten Motor (124) für den Antrieb der Abtaatvorrichtung in einer anderen Koordinate enthält.

27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor mittels einer Mitnehmerscheibe (113) rait einer Nute (114) und mittels eines Hebelarmes (115) mit einem in die Nute eingreifenden Stifte (116), mit dem Wandler (11) der Sendeeinrichtung mechanisch gekuppelt ist, wobei die Nute in der Mitnehmerscheibe so angeordnet und so bemessen ist, daß der Arm und damit der Wandler eine konstante Schwenkbewegung ausführt.

28. System nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe für die beiden Koordinaten voneinander entkoppelt sind.

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29. System nach einem der Ansprüche 23, 24, 26, 2? oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß für die stufenweise Bewegung eine Linearbewegung der Welle (14) rait dem Wandler (11,12,13) vorgesehen ist.

"30. System nach einem der Ansprüche 1 "bis 2g, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stereokamera (31) zur Aufnahme der "beiden zwei-dimensionalen Bilder entsprechend den Signalen der beiden Kanäle vorgesehen ist.

31. System nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stereobetrachter zur Betrachtung der beiden zwei-dimensionalen Bilder entsprechend den Signalen der beiden Kanäle vorgesehen ist.

32, Verfahren zum Betrieb eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Sendereinrichtung eine Folge kurzer Impulse einer Energie strahlung auf das zu untersuchende Objekt aussendet, während die Sende einrichtung so bewegt wird, daß das Objekt mittels der Strahlung nach, einem Raster abgetastet wird, daß man das an Unstetigkeiten des Objekte reflektierte Signal empfängt und zwei getrennten Kanälen einer elektronischen Anordnung zuleitet, in denen die Laufzeit des empfangenen Signals in zueinander entgegengesetzt polarisierte Ablenkspannungen für die Oszilloskope der beiden Kanäle umgesetzt wird, daß man diese Spannungen den der Abtastbewegung entsprechenden Ablenkspannungeii für die Oszilloskope überlagert, daß man den Elektronenfleek in beiden Oszilloskopen bei Empfang eines reflektierten Signals hellsteuert und daß man die zwei-diuensionalen Bilder auf den Oszilloskopen mit einer Abbildungseinrichtung zur drei-dimensionalen Serstellung betrachtet.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennseichnet,
daß zur Abtastung Ultraschallwellen aus gesandt wex'den.

34. Verfahren nach Anspruch. 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der Unstetigkeit mehrfach wiederholt wird.

35. Anwendung eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 31» üur ärztlichen Untersuchung des lebenden Körpers auf Abnormitäten im Inneren des Körpers.

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