DE2449050C3

DE2449050C3 -

Info

Publication number: DE2449050C3
Application number: DE2449050A
Authority: DE
Inventors: David Herman Raphael Princeton N.J. Vilkomerson (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-10-15
Filing date: 1974-10-15
Publication date: 1978-08-03
Also published as: GB1481090A; FR2247727A1; JPS50113241A; DE2449050B2; US3953822A; NL7413205A; CA1024385A; JPS5410500B2; CH594922A5; DE2449050A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von Wellenenergie, die von Objekt kommend in die Apertur einer auf einer L'mfi,ngslinie angeordneten Reihe von η zueinander beabstandeten Wandlern fällt, deren jeder entsprechend der auf ihn treffenden, eine Objektinformation enthaltenden Wellenenergie ein gesondertes Informationssignal liefert, wobei aus jedem dieser Informationssignale unter Bezug auf ein gemeinsames Bezugssignal für jeden der η Wandler zwei Ausgangsgrößen abgeleitet werden, deren eine dem Realteil und deren andere dem Imaginärteil einer komplexen Zahl entspricht, welche die realtive Amplitude und die relative Phase der auf den betreffenden Wandler fallenden und Objektinformation enthaltenden Wellenenergie angibt, worauf für jeden einer Vielzahl von Bildpunkten unter Verarbeitung jeweils aller der besagten Ausgangsgrößen ein Signal ermittelt wird, welches die relative Amplitude

eines Bildes de.5 Objekts am betreffenden Bildpunkt anzeigt. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Der hier verwendete Ausdruck »Wellenenergie« umfasse jede Art elektromagnetischer oder akustischer Wellenenergie.

Zur bildlichen Darstellung eines mit Wellenenergie bestrahlten Objekts bedient man sich herkömmlicherweise einer physikalischen Linse oder einer Kombination aus Linsen, die im Weg desjenigen Teils der bestrahlenden Wellenenergie angeordnet wird, der vom Objekt reflektiert wird bzw. durch das Objekt hindurchtritt. Die abbildende Wirkung einer Linse beruht darauf, daß die an irgendeinem Punkt der Linse ankommende Wellenenergie um einen Betrag phasenverschoben wird, der eine gegebene Funktion der geometrischen Lage dieses Punktes in der Objektivöffnuni! ist. Die herkömmliche Kopvexlinse bringt eine maximale Phasenverschiebung für die in der Linsenmitte auftreffende Wellenenergie (d. h. wo die Linse am dicksten ist) und eine minimale Phasenverschiebung für die an einem Punkt am Umfangsrand der Linse auftreffende Wellenenergie (d. h. wo die Linse am dünnsten ist). Eine unangenehme Eigenschaft einer physikalischen Abbildungslinse besteht darin, daß sie naturgemäß zu Aberrationen oder Abbildungsfehlern bei manchen Strahlenwinkeln führt.

Im Prinzip kann man zumindest eine physikalische Abbildungslinse durch eine »synthetische« Linse ersetzen, um die oben erwähnte, zur Abbildung notwendige Phasenverschiebung zu erreichen, ohne daß die Abbildungsfehler einer physikalischen Linse eingeführt werden. Wenn man beispielsweise eine ausreichende Anzahl von Kohärentweilendetektoren vorsieht, um Signale von jeweils verschiedenen vorbestimmten Punkten einer Blendenöffnungsfläche zu empfangen, die mit einem Informationen über das Objekt enthaltenden Strahlenbündel von Wellenenergie beleuchtet wird, dann fühlt jeder der Kohärenzdetektoren die relative Amplitude und Phasenlage derjenigen Wellenenergie, die an dem seinem Standort entsprechenden vorbestimmten Punkt der Blendenöffnung auftritt. Wenn nun das Ausgangssignal jedes einzelnen Kohärenzdetektors um ein ihm eigenes Maß (welches von seinem jeweiligen Standort in der Blendenöffnung abhängt) phasenverschoben wird, dann erhält man eine Signalverteilung, welche dieselbe Bildwellenfront definiert, wie sie aus einer entsprechenden physikalischen Abbildungslinse kommen würde. Eine solche synthetische Abbildungslinse kann die Form einer analogen und/oder digitalen signalverarbeitenden Einrichtung haben. Der Ausgang einer solchen signalverarbeitcnden Einrichtung, der das Bild der Objektinformation definiert, kann auf zweierlei Weise verwendet werden: Entweder man erzeugt mit ihm eine physikalische Abbildungswellenfront, die ein Bild in einer Bildebene aufbaut, oder man verarbeitet den besagten Ausgang weiter, um das Bild der Objektinformation auf einer Anordnung wie z. B. dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre darzustellen.

Leider stößt die Realisierung einer synthetischen Abbildungslinse der vorstehend beschriebenen Art auf praktische Schwierigkeiten, weil hierzu für jeden einer sehr großen Anzahl von Bildpunkten ein gesonderter Abfragepunkt mit jeweils einem eigenen Kohärenzdstektor und einem eigenen Phasenschieber zugeordnet werden muß. Bekanntlich hängt die Bildauflösung von der Größe der Blendenöffnung bezüglich der Wellenlänge der verwendeten Wellenenergie ab. Um eine annehmbare Bildauflösung zu erhalten, muß die Blendenöffnung einen Durchmesser in der Größenordnung von 100 Wellenlängen der Wellenenergie haben. Gemäß der Formel für die Kreisfläche besteht eine Blendenöffnung dieser Größe aus mehr als 7800 Elementarflächen von jeweils einer Wellenlänge im Quadrat. Jede dieser Elementarflächen benötigt ihren eigenen Kohärenzdetektor und ihren eigenen effektiven Phasenschieber. Eine derart große Zahl von Abfragepunkten ist in der Praxis sehr schwer zu realisieren und bringt einen unvertretbar hohen Kostenaufwand mit sich.

Bei einem für die Radioastronomie entwickelten Konzept haben ). P. W i I d und seine Mitarbeiter sowohl theoretisch als auch experimentell nachgewiesen, daß die Signale von einer Gruppe mehrerer auf der Umfangslinie einer Fläche verteilter Antennen dazu verwendet werden können, ein Bild »selbstleuchtender« Radioquellen zu erhalten, deren Wellenenergie auf die von der Antennengruppe umschlossene Fläche fällt, wobei dieses Bild die gleiche Auflösung hat, wie sie mit einer Antennenanordnung erzielbar ist, in welcher die Antennen über die gesamte Fläche verteilt sind und benachbarte Antennen denselben Abstand wie in der Umfangsanordnung haben (vgl. »Proceedings of the Royal Societey«, Band 262, Seite 84; Band 263, Seite 545; Band 286, Seite 499, und »Nature«, Band 218, Seite 536). Wild hai somit gefunden,daß mit seiner umfangsmäßigen Antennenanordnung (bekannt als »Culgoora-Radioheliograph«) die gleiche Auflösung erzielbar ist wie mit einer flächenmäöigen Anordnung der Antennen, obwohl die Gesamtzahl der Antennen in der Flächenanordnung viel größer ist als in der Umfangsanordnung. Da jede einzelne Antenne einer Antennengruppe im wesentlichen den gleichen Beitrag zur Gesamtleistung der Gruppe liefert, ist die Empfindlichkeit einer flächenmäßig verteilten Gruppe, die mehr Einzelantennen enthält, höher als die Empfindlichkeit eines Culgoora-Radioheliographen des gleichen Auflösungs-Vermögens.

Genauer gesagt weist Wild in seinen Veröffentlichungen nach, daß man die Auflösung der vollen Apertur von den Signalen am Umfangsrand der Apertur erhalten kann, wenn man den Signalen fortschreitende Phasenverschiebungen hinzufügt, wobei die Phasenverschiebungen eine Funktion des Orts der Apertur sind. Das heißt, wenn ein bestimmter Signaldetektor bei θ = 1 Radiant liegt, dann wird das Signal zunächst ohne zusätzliche Phasenverschiebung genommen, dann mit einer zusätzlichen Phasenverschiebung von einem Radiant, von zwei Radianten, usw. bis beispielsweise zwanzig Radianten (je mehr Terme genommen werden, desto höher wird die Bildgenauigkeit). Wie Wild in seinen Veröffentlichungen ausführlicher erläutert, besteht sein Verfahren in der Addition der fortschreitenden Phasenverschiebungen zur Gewinnung von Besselfunktionen unterschiedlicher Ordnung und anschließendem Bewerten des Quadrats der Besselfunktionen zur Gewinnung des Bildes. Auf diese Weise ist das durch die verschiedenen korrigierten summierten Signale erhaltene Bild dasselbe Bild, welches man erhalten würde, wenn die Antennengruppe über die gesamte Fläche und niehl nur über den Umfang der Apertur verteilt w'ire.
Für das Funktionieren des Verfahrens nach Wild ist

f.i es wesentlich, daß der erffektive Objektabstand zui Quelle der auf die Umfangsanordnung fallender Wellenfront unendlich ist (d. h., daß die einfallende Wellenfront im wesentlichen eben ist) und daß die

Quelle der Wellenfront praktisch inkohärent ist. Diese beiden Bedingungen werden bei der von Wild betrachteten Radioastronomie erfüllt, denn dort sind die abzubildenden Objekte Gestirne mit Eigenstrahlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Abbilden von Gegenständen mit endlichem Abstand mittels Wellenenergie zu schaffen, wobei man mit einer Anzahl diskreter Wellenempfänger auskommt, die nur dem Umfang der Apertur proportional ist.

Bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in endlichem Abstand von der Wandleranordnung befindliche Objekt mit einem Beleuchtungsstrahl kohärenter Wellenenergie beleuchtet wird, um vom Objekt kommende Wellenenergie zu erhalten, und daß die Verarbeitung der besagten abgeleiteten Ausgangsgrößen eine Transformation der der Wandler abgeleiteten komplexen Ausgangsgrößen kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf eine Weise erfolgen, wie sie im Patentanspruch 4 gekennzeichnet ist. Eine bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 6 beschrieben und kann in vorteilhaften Ausgestaltungen, die in den Unteransprüchen 7 bis 16 offenbart sind, auf den verschiedensten Anwendungsgebieten wie z. B. der

ίο Ultraschalldiagnose, der Seismographie, der Mikrowellenabbildungen und der optischen Abbildungen eingesetzt werden.

Die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. I zeigt ein Blockdiagramm eines nach den erfindungsgemäßen Prinzipien arbeitenden Systems zur Abbildung eines Objekts mittels Wellenenergie;
Fig. 2 zeigt ein akustisches Koppelgerät zur Abbil-

iii!> uiieiiuiiciic cimslmiiclh uiiu uau iciuci

die Einflüsse der Kohärenz zerstört werden, indem das Objekt verschiedenen Beleuchtungsarten ausgesetzt wird, deren jede zu anderen gegenseitigen Phasenbeziehungen zwischen den von den einzelnen Punkten des Objekts ausgehenden Wellen führt, und indem die Ausgangsgrößen jeweils für jede Beleuchtungsart abgeleitet werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahrensschritt einer Transformation der Objektebene ins Unendliche gelingt es, aus den von den Wandlersignalen abgeleiteten komplexen Ausgangsgrößen die gewünschten Bildpunkts jjnale richtig zu ermitteln, obwohl die erste Voraussetzung des Wildschen Verfahrens, nämlich die ebene Wellenfront der einfallenden Energie, im vorliegenden Fall nicht erfüllt ist. Auch die zweite Voraussetzung des Wildschen Verfahrens, nämlich die Inkohärenz der einfallenden Wellenenergie, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht erfüllt. Im Falle kohärenter Bestrahlung ist die Anzahl der Freiheitsgrade des Bildes (d. h. die Zahl der erzielbaren, voneinander unabhängigen Bildpunkte) gegeben durch die Anzahl der Wandler oder Detektoren, während bei inkohärenter Bestrahlung die Anzahl der Freiheitsgrade bestimmt wird durch das Quadrat der Anzahl der Detektoren (vgl. Journal of the Optical Society of Amerika, Band 59, Seite 799). Die Verwendung kohärenter Wellenenergie würde ohne weitere Maßnahmen dazu führen, daß das aus den Bildpunkten rekonstruierte Bild gewisse Störungen in Form von Sprenkelungen enthält. Dieser Einfluß der Kohärenz wird jedoch mit der erfindungsgemäßen Maßnahme der Beleuchtung des Objekts mit verschiedenen Beleuchtungsarten beseitigt.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die verschiedenen Beleuchtungsarten mit Hilfe eines Beleuchtungsstrahls diffuser Wellenenergie einer einzigen Frequenz realisiert, indem mehrere aufeinanderfolgende Belichtungen mit jeweils unterschiedlicher Diffusion vorgenommen werden und indem die Summe der bei den verschiedenen Belichtungen ermittelten Bildpunktsignale gespeichert wird.

Eine andere mit Vorteil anwendbare Alternative zur Realisierung der verschiedenen Beleuchtungsarten besteht darin, die Belichtung mit einem mehrere verschiedene Frequenzen enthaltenden Beleuchtungsstrahl vorzunehmen und alle die aus den verschiedenen Frequenzen resultierenden Ausgangsgrößen gleichzeitig in paralleler Weise zur Ermittlung der Bildpunktsignale zu verarbeiten.

Die Verarbeitung der von den Inform^cionssignalen düng iiii'ici'ci' Oi'gaiic des inciiSCuliCnci'i Κ.ΰΓμέΓ5 iüi" den Einsatz in einer ei sten Ausführungsform der Erfindung; F i g. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform

der Erfindung zur seismographischen Objektabbildung; F i g. 4 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform

der Erfindung zur Objektabbildung mittels Mikrowellen;

Fig. 5 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform der Erfindung zur optischen Objektabbildung.

Das in F i g. I gezeigte System, welches zur Abbildung von Objekten mittels Wellen jedes beliebigen Typs verwendet werden kann und sich der erfindungsgemäßen Prinzipien bedient, enthält einen Generator 100 für kohärente Wellenenergie zur Bestrahlung eines mit dem System abzubildenden Objekts 102 mit einem sogenannten »Beleuchtungsstrahl 104«. Der Beleuchtungsstrahl 104 kann entweder aus im wesentlichen einer einzigen vorgewählten Frequenz einer diffusen Welle bestehen oder die Summe einer vorbestimmten größeren Zahl von unterschiedlichen vorgewählten Frequenzen einer kohärenten Welle sein. Der Kohärenzwellengenerator 100 erzeugt ferner ein Bezugssignal 106, welches die gleiche Frequenz enthält oder aus den gleichen Frequenzen zusammengesetzt ist, wie der Beleuchtungsstrahl 104.

Die Beleuchtung des Objekts 102 mit dem Strahl 104 führt dazu, daß das Objekt Wellenenergie reflektiert oder durchläßt, die Informationen über das Objekt enthält. Diese Wellenenergie wird im folgenden mit »Informationsstrahl« 108 bezeichnet.

In einer vorbestimmten Entfernung zum Objekt 102 befindet sich im Weg des Informationsstrahls 108 eine Anordnung 110 aus einer Vielzahl einzelner Wandler 112, die in gleichmäßigem Abstand auf dem Umfang eines Kreises gegebenen Durchmessers liegen. Der Durchmesser dieses Kreises ist typischerweise mindestens hundertmal so groß wie die Wellenlänge der das Objekt 102 bestrahlenden Wellenenergie. In Fällen, wo eine relativ schwache Bildauflösung ausreicht, kann der Durchmesser der ringförmigen Wandleranordnung 110 noch kleiner sein.

Jeder einzele Wandler 112 setzt die auf ihn treffende Wellenenergie in ein entsprechendes Informationssignal um, dessen Phase und Amplitude durch die Phase und Amplitude der auftreffenden Wellenenergie bestimmt ist Jedem einzelnen Wandler 112 der ringförmigen Wandleranordnung 110 ist ein gesonderter Kohärenzdetektor 114 zugeordnet Das von jedem Wandler 112 kommende Informationssignal wird einem ersten Eingang des ihm zugeordneten Kohärenzdetek-

tors 114 zugeführt. Wenn also die ringförmige Wandleranordnung 110 einen Durchmesser von 100 Wellenlängen hat und der Abstand zwischen benachbarten Wandlern 112 jeweils eine Wellenlänge beträgt, dann enthält die Anordnung 110 insgesamt 314 Wandler 112, denen eine Gruppe von 314 Kohärenzdetektoren 114 zugeordnet ist. Das Bezugssignal 106 wird gleichzeitig alLn Kohärenzdetektoren 114 an jeweils einem zweiten Eingang zugeführt.

Falls die beleuchtende Wellenenergie nur eine einzige vorbestimmte Frequenz enthält, besteht jeder Kohärenzdetektor 114 aus zwei Phasendetektoren und einem 90°-Phasenschieber. Der erste der Phasendetektoren bekommt als Eingangssignale das für den betreffenden Kohärenzdetektor bestimmte Informationssignal und das Bezugssignal direkt zugeführt, und der andere Phasendetektor bekommt diese Signale erst zugeführt, nachdem sie in dem zum betreffenden Kohärenzdetek-Objekts 102 durch den Beleuchtungsstrahl 104 erforderlich. Im ersteren rail jedoch, d. h. wenn das Objekt 102 mit einem Beleuchtungsstrahl 104 beleuchtet wird, der aus einer einzigen gestreuten Frequenz besteht, muß das

5 Objekt 102 nacheinander einer vorbestimmten Vielzahl m von Belichtungen ausgesetzt werden, wobei jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen die Streuung des Beleuchtungsstrahls 104 geändert wird. Die jeweiligen Werte für den Realausgang und den Imaginärausgang auf jeder der Verbindungen 116-1 ... 116-n und 118-1... 118-n sind für jeweils zwei gesonderte Belichtungen verschieden. Für die gesamte Reihe von m Belichtungen empfängt also die signalverarbeitende Einrichtung 120 von der Gruppe der Kohärenzdetektoren 114 genau so viele gesonderte Informationsteile wie bei einer einzigen Belichtung ir Falle, daß der Kohärenzwellengenerator 100 gleichzeitig einen Beleuchtungsstrahl 104 liefert, dessen Wellen-

ior crphnrpndpn Phasenschieber '.^|rr* 90° ⁿh?.s^pp^vprscho- cp.er¹⁷!? eine vorbestimrnte Vieizsh! verschiedener

ben worden sind. Ein solcher Kohärenzdetektor liefert bekanntlich zwei Ausgangssignale (jeweils eines von den beiden Phasendetektoren), die dem Realteil und dem Imaginärteil einer komplexen Zahl entsprechen, deren jeweilige Werte durch die Amplitude und Phase der Wellenenergie bestimmt werden, die auf den zum betreffenden Kohärenzdetektor gehörenden Wandler fällt.

Wie in Fig. 1 angedeutet, ist die Gruppe der Kohärenzdetektoren 114 in einer systematischen Weise bezüglich der ihnen zugeordneten Wandler 112 der Anordnung 110 angeordnet. Wenn man in der Reihenfolge der Wandler beim obersten Wandler 112 beginnt und im Uhrzeigersinn um den Umfang der Anordnung 110 fortfährt, dann ist der von oben gezählte erste Kohärenzdetektor 114 dem obersten Wandler 112 zugeordnet, und dann der Reihe nach weiter, so daß der letzte Kohärenzdetektor demjenigen Wandler 112 zugeordnet ist, der im Gegenuhrzeigersinn neben dem obersten Wandler liegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Es sei angenommen, daß insgesamt η Wandler und ebenso viele zugeordnete Kohärenzdetekioren vorgesehen sind. Der »Realauspang« und der »Imagninärausgang« des ersten Kohärenzdetektors 114 seien mit 116-1 bzw. /18-1 bezeichnet, und der Realausgang und der Imagninärausgang des letzten Kohärenzdetektors 114 seien mit 116-/7 bzw. 118-π bezeichnet.

Falls die beleuchtende Wellenenergie nur aus einer einzigen Frequenz besteht, ist jeder der Anschlüsse 116-1... 116-n und jeder der Anschlüsse 118-1... 118-n ein einziger Ausgang auf einer einzigen Leitung. Wenn jedoch die beleuchtete Wellenenergie eine vorgegebene Vielzahl m von Frequenzen enthält, dann enthält jeder Kohärenzdetektor Frequenzfilter sowohl für das Informauonssignal als auch für das Bezugssignal, um m Kanäle bereitzustellen, d. h. für jede der m Frequenzen jeweils einen Kanal. Jeder dieser m Kanäle hat einen eigenen ersten und zweiten Phasendetektor und einen 90°-Phasenschieber. In diesem Fall liefert jeder Kohärenzdetektor m Paare von Real- und Imaginäraus gängen, so daß jeder Anschluß 116-1. ..116-n und jeder Anschluß 118-1... 118-n ein Kabel mit m Leitungen ist Jede dieser Leitungen koppelt ein gesondertes und jeweils anderes Ausgangssigiial des Kohärenzdetektors 114 als ein gesondertes Eingangssignal auf eine signal verarbeitende Einrichtung 120.

Im letzteren Fall, d. h. wenn der Beleuchtungsstrahl aus einer vorbestimmten Vielzahl von tn kohärenter Frequenzen besteht, ist nur eine einzige Belichtung des kohärenter Frequenzen enthält. Jeder Kohärenzdetektor 114 beliefert also in beiden Fällen die signalverarbeitende Einrichtung 120 mit m Teilinformationen über seine Verbindung 116 und mit m Teilinformationen über seine Verbindung 118, unabhängig davon, ob diese Information in Parallelform oder in Serienform zugeführt wird. Die signalverarbeitende Einrichtung 120 empfängt daher insgesamt 2 mn gesonderte Teilinformationen von der Gruppe der Kohärenzdetektoren 114. Diese Gesamtinformation ist ausreichend, um ein Bild des Objekts 102 mit der gleichen Auflösung zu definieren, die man erhält, wenn man die gesamte Apertur des von der Anordnung 110 umgrenzten Kreises mit Detektoren bestückt. Um dieses Bild tatsächlich zu erhalten, muß die signalverarbeitende

ii Einrichtung 120 die Information jedoch in der richtigen Weise verarbeiten.

Vorzugsweise enthält die signalverarbeitende Einrichtung 120 Analog-Digital-Umsetzer für die in Analopform vorliegenden Werte der jeweiligen Real- und Imaginärsignale, die den Eingängen der signalverarbeitenden Einrichtung 120 über die Verbindungen 116-1 ... 116-n und 118-1 ... 118-n zugeführt werden, sowie einen Digitalrechner, der zur Verarbeitung der Signale in einer weiter unten beschriebenen Weise

*5 programmiert ist. Die signalverarbeitende Einrichtung kann jedoch statt eines Digitalrechners ausschließlich analoge Geräte oder irgendeine Kombination aus analogen und digitalen Geräten enthalten, um den gleichen Zweck zu erfüllen.

Auf dem Gebiet der optischen Abbildungen ist es bekannt, daß jeder Punkt in der Objektebene innerhalb der Apertur des Abbildungssystems einen entsprechenden Punkt in der Bildebene hat Im Prinzip können zwar alle Bildpunkte gleichzeitig in paralleler Weise verarbei tet werden, man benötigt hierzu jedoch einen viel größeren Rechner, als wenn man alle Punkte des Bildes gesondert nacheinander verarbeitet

Dem Rechner stehen gewisse gegebene Parameter und gewisse gemessene Parameter zur Verfügung, um das Bild zu berechnen. Die gegebenen Parameter enthalten den Nennabstand zwischen der Objektebene, in weicher sich das Objekt 102 befindet, und der Objektebene der Wandieranordnung 110, sowie die Koordinaten jedes Abfragepunkts in der Objektebene.

Die gemessenen Parameter enthalten die Real- und Imaginärwerte der von den Kohärenzdetektoren 114 zur signalverarbeitenden Einrichtung i20 gelieferten Eingangssignale. Der Arcus Tangens des Phasenwinkels

der von irgendeinem Wandler H2erfaßten Wellenenergie ist proportional dem Verhältnis des Imaginärausgangs zum Realausgang des diesem Wandler zugeordneten Kohärenzdetektors 114. Die Amplitude der von irgendeinem Wandler 112 erfaßten Wellenenergie ist proportional der Quadratwurzel der Summe der Quadrate des Imaginärausgangs und des Realausgangs des diesem Wandler zugeordneten Kohärenzdetektors. Für einen einzelnen Abfragepunkt der Objektebene, dessen Energie in die Apertur der Wandleranordnung fällt, gibt es eine Menge von Phasenverschiebungen entsprechend jedem einzelnen der Wandler 112, die bei Subtraktion von der gemessenen Phasenverschiebung dieses Wandlers den besagten Abfragepunkt in einen entsprechenden Abfragepunkt in einer virtuellen Objektebene transformiert, welche sich in »unendlicher« Entfernung von der Ebene der Wandleranordnung 110 befindet. (Der Ausdruck »unendlich« bedeutet

gLIILIIULI

sers der Wanuleranordnung gegenüber der effektiven Entfernung ^wischen dieser Anordnung und der virtuellen funendlich weiten] Objektebene vernachlässigbar ist.) Die signalverarbeitende Einrichtung 120 verarbeitet die dem gerade ausgewählten Abfragepunkt entsprechenden Signale gemäß der weiter oben beschriebenen Technik der Besselfunktionsummierung nach Wild, um ein Signal zu erhalten, welches denjenigen Bild-Abfragepunkt offenbart, dessen Koordinaten dem gerade ausgewählten Objekt-Abfragepunkt entsprechen. Dieses Bildpunktsignal wird dann an Jo einer seinen Koordinaten entsprechenden Speicherstelle gespeichert. Durch Wiederholen dieses Vorgangs für jeden gesonderten Abfragepunkt in der Objektebene innerhalb der Apertur der Anordnung 110, wird das gesamte Bild gespeichert. Eine Bildwiedergabeeinrich- J5 tung 122 wie z. B. eine Kathodenstrahlröhre, die für jeden gespeicherten Bildpunkt einen einzigen, von diesem adressierbaren und ihm in umkehrbarer Eindeutigkeit zugeordneten Darstellungspunkt aufweist, macht das Bild des Objekts 102 für einen Betrachter sichtbar.

Wenn man zur Darstellung des Bildes eine einzige Belichtung mit einer gestreuten kohärenten Welle einer einzigen Frequenz durchführt, enthält das wiedergegebene Bild Störungen, die sich in einer starken Sprenkelung äußern. Der Grund hierfür ist die Kohärenz der verwendeten Wellenenergie. Wenn man jedoch mehrere Belichtungen nacheinander durchführt und im Bildspeicher der signalverarbeitenden Einrichtung 120 die verschiedenen Bildsignale für jeweils ein- so und denselben Abfragepunkt summiert oder mittelt, dann verschwindet die Sprenkelung im wiedergegebenen Bild, falls die Streuung des kohärenten Wellenbildes zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen geändert wird. Wenn man einen Kohärenzwellengenerator 100 verwendender einen mehrere Frequenzen enthaltenden Beleuchtungsstrahl liefert, dann führt in ähnlicher Weise die Summierung oder Mittelwertbildung entsprechender Bildpunkte für jeden der Vielzahl der dann vorhandenen Kanäle zur Auslöschung der störenden Einflüsse, die die Kohärenz auf die Bildauflösung hat

Das in F i g. 1 verallgemeinert dargestellte System zur Objektabbildung mittels Wellenenergie ist besonders nützlich in seinen Ausführungsformen nach den F i g. 2 bis 5.

Eine der wichtigsten Anwendungen der vorliegenden Erfindung ist ein medizinisches Diagnosegerät, durch welches die relativ weichen inneren Organe des menschlichen Körpers mit guter Auflösung abgebildet werden können. In diesem Fall wird der Körper mit akustischen Ultraschallwellen bestrahlt, deren Frequenz üblicherweise zwischen 1,0 und 1,5MHz liegt, die bestrahlende akustische Wellenenergie wird reflektiert von den Grenzen unterschiedlicher Gewebearten, die verschiedene akustische Durchlaßeigenschaften haben. Eine Gruppe von auf einer Umfangslinie angeordneten Wandlern, welche die reflektierte Wellenenergie unter Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips empfangen, kann ein Bild des bestrahlten Gewebes mit guter Auflösung liefern. Ein solches Bild kann sehr hilfreich sein, um z. B. die Größe und Gestalt einer Krebsgeschwulst zu erkennen.

Die Fig. 2 zeigt ein akustisches Koppelgerät für ein solches System, welches mit einer Quelle für Wellenenergie gekoppelt ist. Im einzelnen erzeugt ein Oszillator 200 ein sinusförmiges Signal, welches

»u:_ni :.: u η : 1 λ -.._ it :

£l\.ll~ll£.l.lllg ata LJl.£.Ug33lgllUI UItU Z.UI 1-.I I l.gUllg 1.1111.3 /.Ul akustischen Bestrahlung dienenden Wandlers 202 verwendet wird. Der akustische Bestrahlungwandler 202 befindet sich in einem Gehäuse 204, welches an einem Ende mit einer Membran 206 abgeschlossen ist Das Gehäuse 204 ist mit einem Arbeitsmedium wie z. B. Wasser gefüllt, in welches der akustische Bestrahlungswandler 202 eingetaucht ist. Ebenfalls in dieses Medium innerhalb des Gehäuses 204 eingetaucht ist ein akustischer Diffusor 208, der sich zwischen dem Bestrahlungswandler 202 und der Membran 206 befindet. Der Diffusor 208 ist mit einem Stellglied 210 verbunden, welches sich außerhalb des Gehäuses 204 befindet. Die Lage des akustischen Diffusors 208 läßt sich durch Verdrehung oder andersartige Betätigung des Stellgliedes 210 verändern, in das Medium innerhalb des Gehäuses 204 ebenfalls eingetaucht ist eine Gruppe 214 von akustischen Empfangswandlern 212, die auf der Umfangslinie eines Kreises symmetrisch um den akustischen Bestrahlungswandler herum angeordnet sind. Die Empfangswandlc-gruppe 214 entspricht in ihrer Funktion der Wandleranordnung 110 in Fig. 1. Die von der Empfangswandlergruppe 214 kommenden Signale und das Bezugssignal vom Oszillator 200 werden Kohärentdetektoren, einer signalverari^eitenden Einrichtung und einer Bildwiedergabeeinricntung zugeführt, die ähnlich aufgebaut sind, wie es weiter oben in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben wurde.

Der Durchmesser der Membran 206 des in F i g. 2 dargestellten akustischen Koppelgeräts kann in der Größenordnung von etwa 12 cm liegen. Im praktischen Einsatz wird die Membran 206 gegen eine Fläche auf der Haut des menschlichen Körpers gelegt, wobei das Stellglied 210 für den Diffusor in irgendeiner zufälligen Anfangsstellung ist Der akustische Bestrahlungswandler 202 wird für eine geeignete kurze Zeitspanne, z. B. für einen Bruchteil einer Sekunde, erregt Dann wird das Diffusorstellglied 210 in eine andere zufällige Stellung gebracht, und es erfolgt eine zweite ähnliche Bestrahlung (»Belichtung«). Es läßt sich sich erkennen, daß eine Serie von 10 oder 15 Bestrahlungen ohne Schwierigkeit innerhalb einer oder 2 Minuten durchgeführt werden kann, so daß man praktisch in Realzeit ein Bild der inneren Organe des menschlichen Körpers erhält und betrachten kann. Wenn man nach jeder Reihe von mehreren Bestrahlungen das akustische Koppelgerät an eine andere Stelle des Körpers bewegt lassen sich in relativ kurzer Zeit und ohne große Belästigung des Patienten die inneren Organe des menschlichen Körpers von verschiedenen Blickwinkeln aus betrach-

Die Fig.3 veranschaulicht eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf dem Gebiet der Seismographie. Das abzubildende Objekt 300 sei beispielsweise eine ölführende Formation oder irgendeine andere interessierende geologische Formation, die Teil eines Untergrundabschnitts 302 der Erde ist. Auf der Erdoberfläche befindet sich eine ringförmige angeordnete Gruppe von Geophonen 302, ein seismographisches Registriergerät 304, eine ZQndsteueranlage 306 und mehrere Mehrfach-Sprengsätze 308, die willkürlich innerhalb der von der Geophonanordnung definierten »Apertur« verteilt sind. Jeder der Mehrfach-Sprengsätze 308 liefert nach Zündung durch die Zündsteueranlage 306 eine Kette aufeinanderfolgender Explosionen, die mit einer vorbestimmten Folgefrequenz auftreten. Diese vorbestimmte Folgefrequenz definiert die kohärente Frequenz der seismischen Wellenenergie, mit welcher das Objekt 300 »bestrahlt« wird. Ein Teil dieser bestrahlenden Wellenenergie wird an den Grenzen des Objekts 300 zurück zur Erdoberfläche reflektiert und von den einzelnen Geophonen der Geophongruppe 302 aufgefangen. Die dadurch erzeugten Signale werden einzeln über ein Kabel 310 als Informationssignale dem seismographischen Registriergerät 304 zugeführt Die Zündsteueranlage 306 liefert ein Bezugssignal mit der kohärenten Frequenz der dann explodierenden Mehrfach-Sprengsätze 308 und legt dieses Signal über eine Leitung 312 an das seismographische Registriergerät 304. Das Registriergerät 30* enthält zur Wiedergabe eines Bildes des Objekts 300 Kohärenzdetektoren, eine signalverarbeitende Einrichtung und eine Bildwiedergabeeinrichtung, wie sie weiter oben im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben worden sind.

Im Falle der seismographischen Objektabbildung ist es nicht möglich, die bestrahlende Wellenenergie im Boden zu streuen und die Streuung der bestrahlenden Wellenenergie zwischen aufeinanderfolgenden »Belichtungen« des Objekts 300 zu ändern, wie es im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschrieben wurde. Bei der seismographischen Objektabbildung nach Fig.3 kann jedoch ein vergleichbarer Effekt dadurch erzielt werden, daß man die Mehrfach-Sprengsätze 308 in einer zufälligen Weise anordnet und das Objekt 300 einer Serie von aufeinanderfolgenden Bestrahlungen aussetzt, indem man nacheinander verschiedene der wahllos oder zufällig angeordneten Mehrfach-Sprengsätze 308 zündet. In diesem Fall hat die zufällige Lage der nacheinander explodierenden Mehrfach-Sprengsätze die gleiche Wirkung wie die weiter oben anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Änderung der Streuung der beleuchtenden Welle zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen.

In Fig.4 ist eine Anordnung gezeigt, die zur Objektabbildung mittels Mikrowellen verwendet werden kann. Da Mikrowellen bis in einige Tiefe in verschiedene Medien eindringen, die wie beispielsweise der Erdboden für sichtbares Licht undurchlässig sind, und da Objektformationen innerhalb eines solchen Mediums eine andere Dielektrizitätskonstante als ihre Umgebung haben können, IaBt sich die Erfindung dazu verwenden, ein solches Objekt mittels Mikrowellen abzubilden. In diesem Fall erzeugt ein Mikrowellenoszillator 400 ein Bestrahlungssignal, welches von einer Mikrowellen-Bestrahlungsantenne mit einem beweglichen Diffusor 402 ausgesendet wird, und ein Bezugssignal. Die Bestrahlungsantenne 402 liegt in der Mitte einer ringförmig angeordneten Gruppe 404 von Mikrowellen-Empfangsantennen. Sowohl das Bezugssignal als auch die von jeder der Empfangsantennen 404 gelieferten Informationssignale werden Kohärenzdetektoren des weiter oben anhand der F i g. 1 beschriebe- nen Typs zugeführt. Wie im Falle der F i g. 1 werden die Ausgänge dieser Kohärenzdetektoren in einer signalverarbeitenden Einrichtung dazu verarbeitet, ein Bild des gefühlten Objekts auf einer Bildwiedergabeeinrichtung darzustellen. Es wird eine Reihe von Bestrahlungen

ίο durchgeführt, wobei der Diffusor der Antenne 402 zwischen aufeinanderfolgenden Bestrahlungen mit dem größten Fehler bewegt wird.

Die Fig.5 zeigt eine Anordnung zur optischen Objektabbildung. Diese Anordnung ist besonders geeignet für Abbildungen mittels unsichtbarer Ultraviolett- oder Infrarotstrahlung, für die physikalische Abbildungslinsen hoher Qualität schwer oder überhaupt nicht zu realisieren sind.

Bei der in Fig.5 gezeigten Anordnung erzeugt ein

Laser 500 einen kohärenten Strahl 502 optischer Wellenenergie, der auf einen Strahlteiler 504 trifft Der Strahlteiler 504 reflektiert einen ersten Teilstrahl 506, der nach Reflexion am Spiegel 505 und Aufweitung an der Linse 510 zu einem divergierenden Beleuchtungs strahl 512 wird. Der Beleuchtungsstrahl 512 dringt durch den Strahlteiler 514 und beleuchtet das Objekt 516. Das Objekt 516 reflektiert diffuse kohärente Wellenenergie 517, die durch den Strahlteiler 514 dringt und auf die einzelnen Fühler einer Anordnung 518 quadratischer

Fotofühler fällt.

Gleichzeitig gelangt ein zweiter Teilstrahl 520 durch den Strahlteiler 504 hindurch zu einem akustischen Ablenker 522. Dieser Ablenker enthält einen akustischen Wandler, der von einem lokalen Oszillator 524 mit einem sinusförmigen Signal einer vorbestimmten Frequenz angesteuert wird. Der akustische Ablenker 522 ändert in an sich bekannter Weise die optischen Durchlaßeigenschaften eines vom Strahl 520 getroffenen Mediums abhängig von dem aus dem lokalen Oszillator 524 kommendem akustischen Signal. Hierdurch wird die optische Wellenenergie des Strahls 520 mit der Frequenz des lokalen Oszillators 524 moduliert, und aus dem akustischen Ablenker 522 treten drei verschiedene Komponenten aus: eine abgelenkte obere Seitenbandkomponente, die eine Doppelverschiebung erfahren hat und in eine erste Richtung läuft (nach rechts oben in Fig.5); eine unverschobene, nicht abgelenkte Komponente 528, sowie eine abgelenkte untere Seitenbandkomponente 530, die eine Doppler verschiebung erfahren hat und in einer zweiten Richtung läuft (nach rechts unten in Fig.5). Bei der vorliegenden Erfindung wird nur die untere dopplerverschobene Seitenbandkomponente 530 verwendet. Sie gelangt nach Reflexion am Spiegel 532 durch einen veränderbaren Phasenschieber 534 und wird an einem Spiegel 536 reflektiert, worauf sie mit der Linse 538 aufgeweitet wird, um einen divergierenden Strahl 540 zu bilden. Der divergierende Strahl 540 wird am Strahlteiler 514 reflektiert und beleuchtet dann die einzelner quadratischen Fotofühler der Anordnung 518.

Die Einrichtung nach Fig.5 bedient sich zwai physikalischer Linsen 510 und 538 zur Aufweitung dei auf sie fallenden Strahlenbündel, jedoch enthalten die auf diese Linsen fallenden Strahlen in keinem FaI irgendwelche Informationen über das Objekt, und die physikalischen Linsen werden auch nicht für Abbil dungszwecke eingesetzt. Die für Abbildungslinser geforderte hohe Qualität ist bei Linsen, die auf Strahler

ohne Gehalt an Information über das Objekt wirken, bekanntlich nicht notwendig.

Die gleichzeitige Bestrahlung der Fotofühler der Anordnung 518 sowohl mit dem Objektinformationsstrahl 517 als auch mit dem Bezugsstrahl 542 führt zur Entstehung eines Interferenzbildes. Infolge der durch den lokalen Oszillator 524 bewirkten Doppelverschiebung erfährt das Interferenzbild zeitlich periodische Änderungen, die die Frequenz des Oszillators 524 haben. Daher hat das von jedem einzelnen Fotofühler

der Anordnung 518 abgeleitete Signal die Frequenz des lokalen Oszillators 524, seine relative Phasenlage und Amplitude wird jedoch von derjenigen Objektinformation bestimmt, die der jeweilige Fotofühler der Anordnung erfaßt. Diese Informationssignale und das Bezugssignal der Frequenz des lokalen Oszillators 524 werden Kohärenzdetektoren 542 zugeführt und anschließend in einer Weise verarbeitet und bildlich dargestellt, wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abbilden eines Objekts mit Hilfe von Wellenenergie, die vom Objekt kommend in die s Apertur einer auf einer Umfangslinie angeordneten Reihe von η zueinander beabstandeten Wandlern fällt, deren jeder entsprechend der auf ihn treffenden, eine Objektinformation enthaltenden Wellenenergie ein gesondertes Informationssignal liefert, wobei aus jedem dieser Informationssignale unter Bezug auf ein gemeinsames Bezugssignal für jeden der π Wandler zwei Ausgangsgrößen abgeleitet werden, deren eine dem Realteil und deren andere dem Imaginärteil einer komplexen Zahl entspricht, welche die relative Amplitude und die relative Phase der auf den betreffenden Wandler fallenden und Objektinformation enthaltenden Wellenenergie angibt, worauf für jeden einer Vielzahl von Bildpun.Vten unter Verarbeitung jeweils aller der M besagten Ausgangsgrößen ein Signal ermittelt wird, welches die relative Amplitude des Bildes des Objekts am oetreffenden Bildpunkt anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß das in endlichem Abstand von der Wandleranordnung befindli- ehe Objekt mit einem Beleuchtungsstrahl kohärenter Wellenenergie beleuchtet wird, um vom Objekt kommende Wellenenergie zu erhalten, und daß die Verarbeitung der besagten abgeleiteten Ausgangsgrößen eine Transformation der Objektebene ins Unendliche einschließt und daß ferner die Einflüsse der Kohärenz, zerstört werden, indem das Objekt verschiedenen Beleuchiungsar;in ausgesetzt wird, deren jede zu anderen gegenseitigen Phasenbeziehungen zwischen den von den ein einen Punkten des Objekts ausgehenden Wellen führt, und indem die Ausgangsgrößen jeweils für jede Beleuchtungsart abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beleuchtungsstrahl diffuse Wellen- energie einer einzigen Frequenz ist und daß die verschiedenen Beleuchtungsarten durch mehrere aufeinanderfolgende Belichtungen mit jeweils unterschiedlicher Diffusion realisiert werden und daß die Summe der bei den verschiedenen Belichtungen ermittelten Bildpunktsignale gespeichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Beleuchtungsarten gleichzeitig durch Belichtung mit einem mehrere verschiedene Frequenzen enthaltenden Beleuchtungsstrahl realisiert werden und daß alle die aus den verschiedenen Frequenzen resultierenden Ausgangsgrößen gleichzeitig in paralleler Weise zu Ermittlung der Bildpunktsignale verarbeitet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der abgeleiteten Ausgangsgrößen aus folgenden Schritten besteht:

a) die einzelnen Bildpunkte werden nacheinander ausgewählt; μ

b) von der abgeleiteten Ausgangsgröße jedes der η Wandler wird eine dem gerade ausgewählten Bildpunkt zugeordnete Phasenverschiebung aus einer für den betreffenden Wandler vorbestimmten Menge von Phasenverschiebungen abgezogen, um die Entfernung der Objektebene für den gerade gewählten Bildpunkt ins Unendliche zu transformieren:

c) für jeden der π Wandler wird eine gesonderte Menge einer vorgegebenen Mehrzahl von Ordnungen einer gegebenen Besselfunktion von der phasenverschobenen abgeleiteten Ausgangsgröße dieses Wandlers gewonnen, und die quadrierten Elemente diese? Menge werden summiert, wobei die gegebene Besselfunktion erbalten wird durch Hinzufügung einer von der Winkellage des betrefffenden Wandlers in der Umfangsanordnung abhängigen Phasenverschiebung zu jeder abgeleiteten Ausgangsgröße und durch Summieren der resultierenden π komplexen Zahlen, so daß ein verarbeitetes Signal entsteht, welches der relativen Amplitude des Bildes am gerade ausgewählten Bildpunkt entspricht;

d) das verarbeitete Signal wird an einer Stelle gespeichert, die dem gerade gewählten Bildpunkt eindeutig zugeordnet ist;

e) die Schritte b) bis d) werden für den als nächstes ausgewählten Bildpunkt wiederholt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend den an den einzelnen Speicherstellen gespeicherten verarbeiteten Signalen ein Bild des Objekts dargestellt wird.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, aiit einer Bestrahlungseinrichtung zum Bestrahlen des abzubildenden Objekts mit der Wellenenergie, einer Gruppe von π Wellenenergiewandlern, die im Abstand zueinander an vorbestimmten Punkten der Umfangslinie eines Kreises angeordnet sind, der eine Apertur von vielen Wellenlängen Durchmesser definiert, wobei die Apertur im Weg der vom Objekt reflektierten oder durchgelassenen Wellenenergie liegt, ferner mit η Detektoren, deren jeder mit einem gesonderten der η Wandler gekoppelt ist, und mit einer signalverarbeitenden Einrichtung, die aus den Ausgangssignalen der Detektoren mit einer gegebenen Auflösung die relative Intensität an Biidpunkten ableitet, deren Wellenfronten auf die gesamte Apertur treffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (100) das Objekt (102) mit m verschiedenartigen kohärenten Komponenten von Wellenenergie bestrahlt und gleichzeitig für jede dieser m Komponenten der kohärenten Wellenenergie eine gesonderte Bezugssignalkomponente (106) erzeugt, wobei m eine ganze Zahl größer als 1 ist, so daß vom bestrahlten Objekt für jede der m Komponenten der kohärenten Wellenenergie eine individuelle kohärente Informationskomponente der Wellenenergie geliefert wird, die Informationen über das Objekt enthält; daß die Apertur im Weg (108) aller kohärenter Informationskomponenten der Wellenenergie liegt; daß jeder der Wandler (112) für jede der m einzelnen kohärenten Informationskomponenten jeweils ein gesondertes Informationssignal mit einer Teilinformation über das Objekt ableitet; daß jeder der Detektoren (114) vom Kohärenztyp ist und allen π Kohärenzdetektoren jede der m Bezugssignalkomponenten zugeführt ist und daß jeder der η Kohärenzdetektoren Ausgangssignale ableitet, die für jedes der dem jeweiligen Kohärenzdetektor vom ihm zugeordneten Wandler zugeführten m Informationssignale den Realieil und den Imagninärteil einer komplexen Zahl darstellen; daß die derart gebildeten Real- und Imaginärteile die relative Phase und Amplitude für jede der m

Informationskomponenten der kohärenten Wellenenergie für jeden der η Wandler definieren,

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung folgendes enthält: eine Einrichtung (200, 202) zur Erzeugung kohärenter Wellenenergie einer einzigen Frequenz; einen beweglichen Diffusor (208) zur Streuung dieser Wellenenergie; eine Stellvorrichtung (210) zum Bewegen des Diffusors zwischen aufeinanderfolgenden Bestrahlungsvorgängen einer Serie von m Bestrahlungen des Objekts mit bestrahlender Wellenenergie, wobei jede der aufeinanderfolgenden Bestrahlungen einer gesonderten der m verschiedenartigen Komponenten entspricht

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die Bestrahlungseinrichtung (100) für das Objekt (102) in paralleler Weise Wellenenergie mit m verschiedenen, gleichzeitig auftretenden kohärenten Frequenzen erzeugt, wobei jede der m Frequenzen einer gesonderten der m verschiedenertigen. Komponenten entspricht

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Apertur in der Größenordnung von 100 Wellenlängen liegt.

10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenenergie akustische Wellenenergie ist (F i g. 2 oder 5).

U. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppeleinheit (F i g. 2) vorgesehen ist, die ein mit einer Membran (206) abgeschlossenes fluidgefülltes Gehäuse (204) enthält, und daß sich die ringförmig gruppierten Empfangswandler (212) innerhalb des Fluids befinden, und daß die Bestrahlungseinrichtung für das Objekt aus einem Bestrahlungswandler (212) besteht, der sich im Fluid an einem Ort befindet, der zu allen η Empfangswandlern gleichen Abstand hat, und daß der Bestrahlungwandler bei Beaufschlagung mit einem elektrischen Signal gegebener Frequenz kohärente akustische Wellenenergie dieser Frequenz im Fluid erzeugt, und daß sich im Fluid zwischen dem Bestrahlungswandler und der Membran ein beweglicher akustischer Diffusor (208) befindet, und daß ein Stellglied (210) zur Bewegung des akustischen Diffusors vorgesehen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Wandlergruppe aus Geophonen (302) besteht, die auf der Erdoberfläche angeordnet sind, und daß die Bestrahlungseinrichtung für das Objekt aus einer so Vielzahl von Mehrfach-Sprengsätzen (308) besteht, die innerhalb der Apertur der Wandlergruppe wahllos über die Erdoberfläche verteilt sind, und daß eine Steueranlage (306) vorgesehen ist, um die einzelnen Meh'.fach-Sprengsätze nacheinander zu zünden, so daß beim Zünden jedes Sprengsatzes unterirdische kohärente seismische Wellen erzeugt werden.

13. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenenergie elektromagnetische Energie ist (F i g. 4 oder 5).

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler der ringförmigen Wandlergruppe Mikrowellenantennen (404) sind, und daß die Bestrahlungseinrichtung für das Objekt eine Antenne (4C2) enthält, die bei Beaufschlagung mit einem Mikrowellensignal einen Beleuchtungsstrahl kohärenter Mikrowellenenergie sendet (F ig. 4).

15, Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler der ringförmiger, Wandlergruppe quadratische Fotofühler (518 in F i g. 5) sind; daß die Bestrahlungseinrichtung für das Objekt (516) folgendes enthält; eine Einrichtung (500) zur Erzeugung kohärenter Wellenenergie einer gegebenen optischen Frequenz, eine Einrichtung (504) zur Teilung dieser Wellenenergie in einen ersten und einen zweiten Strahl (506,520) und eine Einrichtung (505, 510) zur Bestrahlung des Objekts mit dem ersten Strahl, um einen Informationsstrahl (517) zu gewinnen, der auf die Fotofühlergruppe fällt; daß eine Einrichtung (524) vorgesehen ist, die ein kohärentes Modulationssignal mit einer zweiten Frequenz unterhalb des optischen Spektrums sowie ein Bezugssignal mit dieser zweiten Frequenz erzeugt; daß eine Modulationseinrichtung (522) vorgesehen ist, die den zweiten Strahl (520) und das Modulationssignal empfängt und daraus einen modulierten optischen Ausgangs^ahl (530) erzeugt, dessen optische Augenblicksfrequenz gegenüber der gegebenen optischen Frequenz um einen Betrag verschoben ist, der im wesentlichen proportional der Augenblicksamplitude des Modulationssignals ist; daß eine Einrichtung (532, 534, 536, 538, 514) vorgesehen ist, um die Fotofühler (518) mit dem modulierten optischen Ausgangsstrahl zu beleuchten, so daß der Informationsstrahl (517) und der modulierte optische Ausgangsstrahl (530) an den Fotofühlern ein sich mit der besagten zweiten Frequenz änderndes Interferenzbild erzeugen und jeder Fotofühler ein gesondertes Informationssignal mit der zweiten Frequenz gewinnt; daß das Bezugssignal und das Informationssignal jedes Fotofühlers einem gesonderten von η Kohärenzdetektoren (542) zugeführt ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von m aufeinanderfolgenden Belichtungen des Objekts (516) durchführbar sind, und daß die Einrichtung zur Bestrahlung der Fotofühlergruppe mit dem modulierten optischen Ausgangsstrahl einen Phasenschieber (534) zur wahllosen Verschiebung der Phase des modulierten optischen Ausgangsstrahls zwischen aufeinanderfolgenden Belichtungen enthält.