DE102005058220A1 - Interferometric sample measurement - Google Patents
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Abstract
Es wird beschrieben eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung einer Probe, insbesondere des Auges, mit einer Interferometeranordnung, welche einen ersten Meßstrahlengang, durch den ein Meßstrahl auf die Probe fällt, und einen ersten Referenzstrahlengang aufweist, durch den ein Referenzstrahl läuft, der mit dem Meßstrahl zur Interferenz gebracht wird, wobei die Interferometeranordnung einen zweiten Meß- und/oder zweiten Referenzstrahlengang aufweist, dessen/deren optische Weglänge sich von der eines der ersten Strahlengänge unterscheidet, wobei die Weglängendifferenz gemäß einem Abstand zweier in Tiefenrichtung der Probe beabstandeter Meßbereiche gewählt ist.It describes a device for interferometric measurement a sample, in particular of the eye, with an interferometer arrangement, which a first measuring beam path, through the one measuring beam falls to the test and a first reference beam path through which a reference beam running, the with the measuring beam is brought to interference, wherein the interferometer arrangement a second measuring and / or second reference beam path whose optical path length differs from that of one of the first optical paths, wherein the path length according to one Distance between two measuring regions spaced apart in the depth direction of the sample chosen is.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung einer Probe, insbesondere des Auges, mit einer Kurzkohärenz-Interferometeranordnung, welche einen Meßstrahlengang, durch den ein Meßstrahl auf die Probe fällt, und einen Referenzstrahlengang aufweist, durch den ein Referenzstrahl läuft, der mit dem Meßstrahl überlagert und zur Interferenz gebracht wird. Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur kurzkohärenzinterferometrischen Messung einer Probe, insbesondere des Auges, wobei durch einen ersten Meßstrahlengang ein Meßstrahl auf die Probe gerichtet wird und mit einem Referenzstrahl, der einen Referenzstrahlengang durchläuft, überlagert und zur Interferenz gebracht wird.The The invention relates to a device for interferometric Measurement of a sample, in particular of the eye, with a short-coherence interferometer arrangement, which a measuring beam path, through the one measuring beam falls to the test and a reference beam path through which a reference beam running, superimposed with the measuring beam and is brought to interference. The invention further relates to a method for short coherence interferometric Measuring a sample, in particular of the eye, wherein by a first measuring beam path a measuring beam is directed to the sample and with a reference beam, which is a reference beam path goes through, superimposed and is brought to interference.
Zur interferometrischen Messung oder Vermessung von Proben ist die optische Kurzkohärenztomographie (auch OCT) bekannt. Mit diesem Prinzip lassen sich mit hoher Empfindlichkeit optische Schnitte im Material vermessen, wobei axiale Auflösungen, d. h. Auflösungen entlang der optischen Einfallsachse der Strahlung, von wenigen Mikrometern erreicht werden. Das Prinzip basiert auf der optischen Interferometrie und verwendet für eine Auflösung in der Tiefenrichtung, d. h. entlang der optischen Achse, eine teilkohärente Lichtquelle.to interferometric measurement or measurement of samples is the optical Short coherence tomography (also known as OCT). With this principle can be with high sensitivity measuring optical sections in the material, with axial resolutions, d. H. resolutions along the optical axis of incidence of radiation, reached by a few microns become. The principle is based on optical interferometry and used for a resolution in the depth direction, d. H. along the optical axis, a partially coherent light source.
Eine bekannte Anwendung für die optische Kurzkohärenztomographie ist die Vermessung des Auges, insbesondere des menschlichen Auges. Die Carl Zeiss Meditec AG vertreibt dazu unter der Bezeichnung IOL-Master ein Gerät, das unter anderem die Augenlänge, d. h. den Abstand zwischen Corneascheitel und Fundus, bestimmt. Hierbei wird während der Messung die Weglänge des Referenzstrahls verändert. Anwendung findet das Gerät insbesondere im Rahmen der Katarakt-Chirurgie. Die Brechkraft einer zu implantierenden Intraokularlinse wird bei der Katarakt-Chirurgie und der refraktiven Augenchirurgie aus dem refraktiven Ausgangszustands des Auges, der akustisch oder optisch bestimmten Länge des Auges und einer Abschätzung der postoperativen Vorderkammertiefe bestimmt. Man benötigt also vor dem Eingriff genaue Kenntnis über diese Parameter. Der Scanvorgang des IOL-Masters liefert am Interferometerausgang ein Signal, aus dessen zeitlichem Ablauf die zu messenden Längen bestimmt werden. Dieser Scanvorgang braucht Zeit; Bewegungen des Probanden während der Messung haben Fehler oder ungenaue Ergebnisse zur Folge.A well-known application for the optical short-coherence tomography is the measurement of the eye, especially the human eye. Carl Zeiss Meditec AG sells this under the name IOL-Master a machine, that, among other things, the eye length, d. H. the distance between corneal vertex and fundus, determined. This is during during measuring the path length changed the reference beam. Application finds the device especially in the context of cataract surgery. The refractive power of a Intraocular lens to be implanted is used in cataract surgery and refractive eye surgery from the initial refractive state of the eye, the acoustically or optically determined length of the Eye and an estimate determines the postoperative anterior chamber depth. So you need it before detailed knowledge of the procedure these parameters. The scanning process of the IOL master supplies at the interferometer output a signal from whose timing the lengths to be measured are determined. This scan takes time; Movements of the subject during the Measurement results in errors or inaccurate results.
Weiter ist eine Fourieranalysierende Interferenzmethode bekannt. Zur Ortsauflösung in Tiefenrichtung zeichnet man ein Spektrum des Interferenzmusters zwischen Referenzstrahl und Meßstrahl auf, der an der Probe rückgestreut wurde. Diese Aufzeichnung kann simultan mittels eines Spektrometers (bei geeigneter Breitbandlichtquelle) oder sequentiell (bei durchstimmbaren Quellen) erfolgen. Die inverse Fouriertransformierte des Spektrums ermöglicht eine Rekonstruktion der Struktur entlang der Tiefenrichtung.Further For example, a Fourier-analyzing interference method is known. For the spatial resolution in Depth direction draws a spectrum of the interference pattern between reference beam and measuring beam on which backscattered at the sample has been. This recording can be done simultaneously by means of a spectrometer (with a suitable broadband light source) or sequentially (with tunable Sources). The inverse Fourier transform of the spectrum allows a reconstruction of the structure along the depth direction.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, daß größere Teilstrecken des Auges schnell gemessen werden können.Of the The invention is therefore based on the object, a device of to improve the aforementioned type so that larger sections of the eye quickly can be measured.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß die Interferometeranordnung für unterschiedliche, axial beabstandete Probenbereiche hinsichtlich der Längen der Referenzstrahlengänge vorabgestimmt ist. Referenzstrahlengänge sind räumlich getrennt und unterschiedlich lang, wobei die Weglängendifferenz einen Abstand der Meßbereiche in der Probe vorgibt. Die OCT-Messung mißt dann nur die Abweichung von voreingestelltem Abstand. Die Strahlung aus dem jeweiligen Referenzstrahlengang wird mit dem Meßstrahl eigenständig überlagert und zur Detektion gebracht.These Task solves the invention in that the Interferometer arrangement for different, axially spaced sample areas in terms of lengths the reference beam paths is pre-agreed. Reference beam paths are spatially separated and different long, with the path length difference a distance of the measuring ranges pretending in the sample. The OCT measurement then only measures the deviation from preset distance. The radiation from the respective reference beam path is with the measuring beam independently overlaid and brought to detection.
Die Erfindung nutzt also die Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie (FD OCT), welche das Wellenzahl-Spektrum des Signals am Interferometerausgang verwertet. Dieses Spektrum wird z. B. mittels eines Spektrometers aufgenommen, welches üblicherweise ein dispergierendes Element, beispielsweise ein Beugungsgitter, und eine fokussierende Optik sowie ein Detektor-Array, z. B. Photodioden-Arrays oder Array-Kameras, enthält. Das mittels des Detektorarrays registrierte Wellenlängenspektrum I(λ) wird beispielsweise mit Hilfe der Gittergleichung in das benötigte Signalspektrum oder K-Spektrum I(K) umgerechnet. Der von typischen Photodioden-Arrays oder Array-Kameras elektronisch ausgeführte Scan ist sehr schnell, er benötigt wenige Millisekunden oder Bruchteile einer Millisekunde. Gleiches gilt für das Durchstimmen frequenzveränderlicher Strahlungsquellen, wenn man mit spektral nichtselektiven Detektoren arbeitet. Damit ist die für Messungen an Patienten vorteilhafte „One-Shot"-Qualität, bei der die relevanten Meßdaten aus einer einzigen oder sehr kurzen Belichtung des Auges gewonnen werden, erreicht.The Invention thus uses the Fourier domain short-coherence interferometry (FD OCT), which is the wavenumber spectrum of the signal at the interferometer output recycled. This spectrum is z. B. by means of a spectrometer recorded, which is usually a dispersing element, for example a diffraction grating, and a focusing optic as well as a detector array, e.g. B. photodiode arrays or array cameras. The wavelength spectrum I (λ) registered by means of the detector array becomes, for example using the grid equation into the required signal spectrum or K-spectrum I (K) converted. That of typical photodiode arrays or array cameras electronically executed Scan is very fast, he needs a few milliseconds or fractions of a millisecond. The same applies to the tuning is more variable frequency Radiation sources when using spectrally non-selective detectors is working. This is the for Measurements of patients advantageous "one-shot" quality, in which the relevant measurement data obtained from a single or very short exposure of the eye be achieved.
Die Fourier-Transformation des K-Spektrums liefert ein tiefenabhängiges Signal mit Signalspitzen, deren z-Position die Wegdifferenz Referenzstrahl/Meßstrahl angibt.The Fourier transform of the K spectrum provides a depth-dependent signal with signal peaks whose z-position is the path difference reference beam / measuring beam indicates.
Die
Auflösung Δz der Kurzkohärenz-Interferometrie
hängt mit
der Halbwertsbreite Δλ des Wellenlängenspektrums
und dessen mittlerer Wellenlänge
Die Meßfeldtiefe z ist durch die Pixelzahl oder Anzahl N der Array-Photodioden in der Dispersionsrichtung des Spektrometers bzw. durch die Anzahl an Aufnahmen während des Durchstimmens begrenzt. Hier giltworin ΔK die Bandbreite der benutzten optischen Strahlung im K-Raum ist. Die Meßfeldtiefe ist also The measuring field depth z is limited by the number of pixels or number N of the array photodiodes in the dispersion direction of the spectrometer or by the number of recordings during the tuning. Here applies where ΔK is the bandwidth of the used optical radiation in K-space. The measuring field depth is thus
Sie hängt linear von der Pixelzahl des Spektrometers bzw. der Aufnahmenanzahl ab. Übliche Array-Pixelzahlen von N ≈ 1000 liefern Meßfeldtiefen Z von rund 5,3 mm. Der Ursprung des Meßfelds ist die „Wegdifferenz-Null-Position", das ist jene Position im Meßstrahl, für welche die optische Länge des Meßstrahls gleich der des Referenzstrahl ist.she hangs linear from the pixel number of the spectrometer or the number of shots. Usual array pixel counts from N ≈ 1000 provide measuring field depths Z of about 5.3 mm. The origin of the measurement field is the "path difference zero position", that is that position in the measuring beam, for which the optical length of the measuring beam is equal to the reference beam.
Die Erfindung kann verwirklicht werden durch eine Vorrichtung zur interferometrischen Messung einer Probe, insbesondere des Auges, mit einer Kurzkohärenz-Interferometeranordnung, welche einen Meßstrahlengang, durch den ein Meßstrahl auf die Probe fällt, und einen ersten Referenzstrahlengang aufweist, durch den ein Referenzstrahl läuft, der mit dem Meßstrahl überlagert und zur Interferenz gebracht wird, wobei die Interferometeranordnung mindestens einen zweiten Referenzstrahlengang aufweist, der vom ersten Referenzstrahlengang zumindest teilweise räumlich getrennt verläuft und dessen optischen Weglänge sich von der des ersten Referenzstrahlenganges unterscheidet, wobei die Weglängendifferenz gemäß einem Abstand zweier in Tiefenrichtung der Probe beabstandeter Probenbereiche gewählt ist und wobei eine Steuereinrichtung aus den detektierten überlagerten Strahlen mittels Fourier-Spektralanalyse unter Berücksichtigung der Weglängendifferenz der Referenzstrahlengänge den Abstand der Probenbereiche ermittelt. Analog kann die Erfindung realisiert werden durch ein Verfahren zur kurzkohärenz-interferometrischen Messung einer Probe, insbesondere des Auges, wobei durch einen Meßstrahlengang ein Meßstrahl auf die Probe gerichtet wird und mit einem Referenzstrahl, der einen ersten Referenzstrahlengang durchläuft, überlagert und zur Interferenz gebracht wird, wobei mindestens ein zweiter Referenzstrahlengang vorgesehen wird, der vom ersten Referenzstrahlengang zumindest teilweise getrennt verläuft und dessen optischen Weglänge sich von der des ersten Referenzstrahlenganges unterscheidet, wobei die Weglängendifferenz gemäß einem Abstand zweier in Tiefenrichtung der Probe beabstandeter Probenbereiche gewählt wird und die überlagerte Strahlung detektiert und daraus mittels Fourier-Spektralanalyse unter Berücksichtigung der Weglängendifferenz der Referenzstrahlengänge der Abstand der Probenbereiche ermittelt wird.The The invention can be realized by a device for interferometric Measurement of a sample, in particular of the eye, with a short-coherence interferometer arrangement, which a measuring beam path, through the one measuring beam falls to the test and a first reference beam path through which a reference beam running, superimposed with the measuring beam and to interference, the interferometer arrangement has at least one second reference beam path, the first reference beam path at least partially spatially separated extends and its optical path length differs from that of the first reference beam path, wherein the path length difference according to one Distance between two sample areas spaced in the depth direction of the sample chosen is and wherein a control device of the detected superimposed Beams by Fourier spectral analysis under consideration the path length difference the reference beam paths determined the distance of the sample areas. Analogously, the invention be realized by a method for short-coherence interferometric Measurement of a sample, in particular of the eye, wherein by a Meßstrahlengang a measuring beam is directed to the sample and with a reference beam, a first Traverses reference beam path, superimposed and is brought to interference, wherein at least a second reference beam path is provided, at least partially from the first reference beam path runs separately and its optical path length differs from that of the first reference beam path, wherein the path length difference according to one Distance between two sample areas spaced in the depth direction of the sample chosen is and the superimposed Radiation detected and from it by means of Fourier spectral analysis under consideration of path length the reference beam paths of Distance of the sample areas is determined.
In der Interferometeranordnung ist es für die Signalgüte vorteilhaft, die Strahlung aus den beiden Referenzstrahlengängen jeweils getrennt mit der von der Probe rückreflektierten Meßstrahlung zu überlagern und nachzuweisen. Es ist deshalb in einer Weiterbildung vorgesehen, daß die Interferometeranordnung eine Überlagerungseinrichtung aufweist, die die Referenzstrahlen aus den zwei Referenzstrahlengängen getrennt mit dem Meßstrahl aus dem Meßstrahlengang überlagert und die derart überlagerten Strahlen dann an eine Detektoreinrichtung zum Nachweis leitet, welche den beabstandeten Meßbereichen zugeordnete Meßsignale erzeugt. Analog ist für das Verfahren vorgesehen, daß die Strahlen aus den zwei Referenzstrahlengängen getrennt mit dem Meßstrahl aus dem Meßstrahlengang überlagert, die derart überlagerten Strahlen getrennt detektiert und den beabstandeten Meßbereichen zugeordnete Meßsignale erzeugt werden.In the interferometer arrangement, it is advantageous for the signal quality, the radiation from the two reference beam paths each separated with the reflected back from the sample measuring radiation to overlay and to prove. It is therefore provided in a development, that the Interferometeranordnung a superposition device having the reference beams separated from the two reference beam paths with the measuring beam superimposed from the Meßstrahlengang and the rays superimposed in this way then passes to a detector device for detection, which the spaced measuring ranges associated measuring signals generated. Analog is for the method provided that the Rays from the two reference beam paths separated with the measuring beam superimposed from the Meßstrahlengang, the superimposed so Detected separately beams and the spaced measuring ranges associated measuring signals be generated.
Die Trennung bei Überlagerung und Nachweis kann auf verschiedenste Art und Weise erfolgen. Zum einen ist eine zeitliche Trennung möglich. Der Meßstrahl wird also nacheinander mit den Referenzstrahlen aus den Referenzstrahlengängen überlagert und nachgewiesen. Dies hat den Vorteil, daß nur eine Detektoreinheit notwendig ist, auf Kosten einer etwas längeren Meßdauer. Daß nur eine Spektralanalysevorrichtung detektionsseitig notwendig ist, kann den Aufwand und damit die Kosten erheblich reduzieren. Es ist deshalb in einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Überlagerungseinrichtung einen Umschaltmechanismus zum Umschalten zwischen den zwei Referenzstrahlengängen aufweist, so daß die Überlagerung für die zwei Referenzstrahlengänge sequentiell erfolgt. Für das Verfahren ist analog vorgesehen, daß zwischen den zwei Referenzstrahlengängen sequentiell umgeschaltet wird, so daß der Meßstrahl sequentiell mit Strahlung aus dem ersten und dem zweiten Referenzstrahlengang überlagert wird und die überlagerten Strahlen sequentiell detektiert werden.The Separation at overlay and proof can be done in a variety of ways. To the one is a temporal separation possible. The measuring beam is thus superimposed successively with the reference beams from the reference beam paths and proven. This has the advantage that only one detector unit is necessary, at the expense of a slightly longer measurement period. That only one spectral analysis device On the detection side is necessary, the effort and thus the cost reduce considerably. It is therefore in a variant of the invention provided that the superposition means a Switching mechanism for switching between the two reference beam paths, so that the overlay for the two reference beam paths is done sequentially. For the method is analogously provided that between the two reference beam paths sequentially is switched so that the measuring beam superimposed sequentially with radiation from the first and the second reference beam path is and the superimposed Rays are detected sequentially.
Eine höhere Meßgeschwindigkeit erreicht man zum anderen, wenn die Überlagerung derart ist, daß ein paralleler Nachweis der getrennt überlagerten Strahlen, d. h. der für die unterschiedlichen Meßbereiche erzeugten Interferenzmuster erfolgt. Ein erster Ansatz verwendet eine Polarisationstrennung. So sind beispielsweise zwei Referenzstrahlengänge vorgesehen, die zueinander orthogonal polarisierte Strahlung führen. Detektionsseitig sind dann ebenfalls zwei Detektoreinheiten vorgesehen, die ebenfalls zueinander orthogonale Strahlungsanteile der überlagerten Strahlung auswerten. Es ist für diese erste Variante deshalb zweckmäßig, daß die Überlagerungseinrichtung zur getrennten Überlagerung eine Polarisationstrennung einsetzt, so daß die Überlagerung und das Weiterleiten zur Detektoreinrichtung für die zwei Referenzstrahlengänge nach Polarisation getrennt und gleichzeitig erfolgt. Weiter ist es für das Verfahren zweckmäßig, daß zur getrennten Überlagerung eine Polarisationstrennung einsetzt wird, so daß die getrennte Überlagerung und Detektion für die zwei Referenzstrahlengänge nach Polarisation getrennt und gleichzeitig erfolgt.On the other hand, a higher measuring speed is achieved if the superimposition is such that a parallel detection of the separately superimposed beams, ie the interference pattern generated for the different measuring ranges, takes place. A first approach uses polarization separation. Thus, for example, two reference beam paths are provided which lead to each other orthogonally polarized radiation. On the detection side, two detector units are then also provided, which also mutually orthogonal radiation components of Evaluate superimposed radiation. It is therefore expedient for this first variant that the superimposition device uses a polarization separation for the separate superimposition, so that the superimposition and the forwarding to the detector device for the two reference beam paths are separated according to polarization and at the same time. Further, it is expedient for the method that a separate polarization separation is used for separate superposition, so that the separate superposition and detection for the two reference beam paths separated by polarization and takes place simultaneously.
Eine weitere Trennmöglichkeit ergibt sich in einer zweiten Variante durch die Verwendung verschiedener Wellenlängenbereiche. Die Referenzstrahlengänge können dann durch dichroitische Aufteilung der einfallenden Referenzstrahlung aneinander gekoppelt werden und einer entsprechenden Anzahl von Detektoreinrichtungen ist ebenfalls eine entsprechende dichroitische Trennung vorgeordnet. Es ist für diese zweite Variante deshalb zweckmäßig, daß die Überlagerungseinrichtung zur getrennten Überlagerung eine dichroitische Trennung einsetzt, so daß die Überlagerung und das Weiterleiten zur Detektoreinrichtung für die zwei Referenzstrahlengänge spektral getrennt und gleichzeitig erfolgt. Analog ist für das Verfahren vorgesehen, daß zur getrennten Überlagerung eine dichroitische Trennung einsetzt wird, so daß die getrennte Überlagerung und Detektion für die zwei Referenzstrahlengänge spektral getrennt und gleichzeitig erfolgt.A further separation possibility results in a second variant through the use of different Wavelength ranges. The reference beam paths can then by dichroic division of the incident reference radiation be coupled to each other and a corresponding number of Detector means is also a corresponding dichroic Separation upstream. It is for Therefore, this second variant expedient that the superposition of the separate overlay a dichroic separation, so that the overlay and the forwarding to the detector device for the two reference beam paths spectrally separated and simultaneously. Analog is for the process provided that to separate overlay a dichroic separation is used so that the separate overlay and detection for the two reference beam paths spectrally separated and simultaneously.
Eine weitere Trennung, die eine simultane Messung ermöglicht, liegt in einer räumlichen Trennung der überlagerten Strahlung. In dieser dritten Variante wird die Meßstrahlung räumlich auseinandergeführt und jeweils mit entsprechend räumlich getrennten Referenzstrahlen aus den Referenzstrahlengängen überlagert. Die räumliche Trennung kann insbesondere als Pupillenteilung realisiert sein, weshalb in einer Weiterbildung vorgesehen ist, daß die Überlagerungseinrichtung zur getrennten Überlagerung eine Pupillenteilung einsetzt, so daß die Überlagerung und das Weiterleiten zur Detektoreinrichtung für die zwei Referenzstrahlengänge in einer geteilten Pupille des Strahlenganges erfolgt.A further separation, which allows simultaneous measurement, lies in a spatial Separation of the superimposed Radiation. In this third variant, the measuring radiation spatial guided apart and each with corresponding spatial superimposed separated reference beams from the reference beam paths. The spatial Separation can be realized in particular as a pupil division, why is provided in a development that the superposition device for separate overlay a pupil division begins, so that the overlay and the forwarding to the detector device for the two reference beam paths takes place in a divided pupil of the beam path.
Das erfindungsgemäße Konzept verwendet, wie bereits erwähnt, Kurzkohärenz-FD OCT. Dabei kann das benötigte K-Spektrum sowohl mit spektral sensitiver Detektion und breitbandige Quellen als auch mit spektral nichtauflösender Detektion und Durchstimmung einer schmalbandigen Quelle erzeugt werden. Natürlich verringert sich der Detektoraufwand, wenn eine die Interferometeranordnung speisende, spektral durchstimmbare Strahlungsquelle und eine spektral nichtauflösende Detektoreinrichtung zur Messung vorgesehen sind. Das K-Spektrum wird hier aus den Daten über die Durchstimmung zusammengesetzt und dann analysiert.The inventive concept used, as already mentioned, Short-coherence FD OCT. The required K spectrum with both spectrally sensitive detection and broadband Sources as well as spectrally non-resolving detection and tuning a narrowband source are generated. Of course, the detector effort is reduced if a spectrally tunable the interferometer arrangement dining Radiation source and a spectrally non-resolving detector device for Measurement are provided. The K spectrum becomes here from the data about the tuning together and then analyzed.
Bei FD OCT bestand bislang eine Problematik, daß man mit den verfügbaren Detektorarrays mit einer vorgegebenen Maximalanzahl an Pixeln bzw. Aufnahmen pro Zeiteinheit entweder die spektrale Auflösung und damit die Ortsauflösung maximieren konnte, oder den abgedeckten Spektralbereich, mithin den Meßbereich. Das erfindungsgemäße Konzept löst diese gegenläufige Kopplung nun dadurch, daß mehrere unterschiedlich lange Referenzstrahlengänge verwendet werden.at FD OCT has so far been a problem that one with the available detector arrays with a given maximum number of pixels or shots per Time unit could either maximize the spectral resolution and thus the spatial resolution, or the covered spectral range, hence the measuring range. The inventive concept solve these opposing Coupling now in that several different long reference beam paths are used.
Die gemessenen Abstände sind üblicherweise auf den Abstand zum Interferometer bzw. zur bereits eingangs erwähnten Wegdifferenz-Null-Position bezogen. In einer weiteren Erfindung ist es möglich, diese Meßsignale aufeinander zu beziehen. Dies erfolgt dadurch, daß der Referenzstrahlengang nicht mehr die Reflektion an einem statischen, im Interferometer eingebauten Reflektor vornimmt, sondern einen auf die Probe einfallenden und von dort rückreflektierten oder -gestreuten Strahl als Referenzstrahl verwendet. Es ist für die eingangs genannte Interferometeranordnung deshalb erfindungsgemäß auch vorgesehen, daß der Referenzstrahlengang die Probe umfaßt, wobei Referenzstrahl und Meßstrahl gegeneinander in Strahlrichtung um eine bestimmte Weglängendifferenz versetzt sind und der Referenzstrahl an einem ersten Probenbereich und der Meßstrahl an einem zweiten Probenbereich der Probe reflektiert und/oder rückgestreut sind und die Interferenz zwischen Meßstrahl und Referenzstrahl vom Abstand zwischen den beiden Probenbereichen abhängt, wobei eine Steuereinrichtung aus den detektierten überlagerten Strahlen mittels Fourier-Spektralanalyse unter Berücksichtigung der Weglängendifferenz der Referenzstrahlengänge den Abstand der Probenbereiche ermittelt. Analog ist für das Verfahren vorgesehen, daß der Referenzstrahlengang umfaßt, Referenzstrahl und Meßstrahl gegeneinander in Strahlrichtung um eine bestimmte Weglängendifferenz versetzt sind und, der Referenzstrahl an einem ersten Probenbereich und der Meßstrahl an einem zweiten Probenbereich der Probe reflektiert und/oder rückgestreut werden und der Abstand zwischen den beiden Probenbereichen aus der Interferenz zwischen Meß- und Referenzstrahl bestimmt wird, wobei die überlagerte Strahlung detektiert und daraus mittels Fourier-Spektralanalyse unter Berücksichtigung der Weglängendifferenz der Referenzstrahlengänge der Abstand der Probenbereiche ermittelt wird.The measured distances are common related to the distance to the interferometer or to the aforementioned path difference zero position. In a further invention it is possible to use these measuring signals relate to each other. This is done by the reference beam path no longer the reflection on a static, in the interferometer built-in reflector, but one incident on the sample and reflected back from there or scattered beam used as a reference beam. It is for the beginning called interferometer arrangement therefore also provided according to the invention, that the Reference beam path comprises the sample, wherein reference beam and measuring beam against each other in the beam direction by a certain path length difference are offset and the reference beam at a first sample area and the measuring beam reflected at a second sample area of the sample and / or backscattered are and the interference between measuring beam and reference beam depends on the distance between the two sample areas, where a control device from the detected superimposed beams by means of Fourier spectral analysis taking into account the path length difference the reference beam paths determined the distance of the sample areas. Analog is for the process provided that the Includes reference beam path, Reference beam and measuring beam against each other in the beam direction by a certain path length difference are offset and, the reference beam at a first sample area and the measuring beam reflected at a second sample area of the sample and / or backscattered be and the distance between the two sample areas from the Interference between measuring and reference beam is determined, wherein the superimposed radiation detected and from this by means of Fourier spectral analysis under consideration the path length difference the reference beam paths the distance of the sample areas is determined.
Bei der Vermessung des Auges bietet es sich natürlich an, den Rückreflex von der Hornhautvorderfläche auszuwerten, da dann auf besonders einfache Art und Weise die Augenlänge gemessen werden kann. Die Autokorrelationsfunktion des Referenzstrahls liefert bei der Auswertung einen ersten Bezugspunkt und die Überlagerung des Referenzstrahles mit dem Meßstrahl einen auf diesen Bezugspunkt referenzierten zweiten Meßpunkt, beispielsweise das Signal für den Augenhintergrund.When measuring the eye, it is of course useful to evaluate the back reflex of the anterior surface of the cornea, since then the eye length can be measured in a particularly simple manner. The autocorrelation function of the reference beam delivers a first Be in the evaluation zugspunkt and the superposition of the reference beam with the measuring beam a reference to this reference point second measuring point, for example, the signal for the fundus.
Bei der Vermessung des Auges ist es zweckmäßig, ein Fokussierelement in einem der Strahlengänge vorzusehen, um eine Fokussierung der beiden Strahlen sowohl auf der Cornea als auch am Fundus des Auges zu gewährleisten. Das Fokussierelement trägt also damit der fokussierenden Wirkung des Auges Rechnung, so daß der auf den Fundus fokussierte Meßstrahl als paralleles Strahlenbündel auf das Auge einfällt, wohingegen der andere Referenzstrahl bereits auf die Augenvorderfläche fokussiert ist. Natürlich kann das Fokussierelement im Meßstrahlengang (aufweitend) oder im Referenzstrahlengang (kollimierend) vorgesehen sein. Dieses Vorgehen erhöht die Signalstärke erheblich. Es ist deshalb zweckmäßig, daß der Referenz- oder der Meßstrahlengang ein vorzugsweise verstellbares Fokussierelement aufweist, um für Messungen am Auge den Meßstrahl auf die Augennetzhaut zu fokussieren. Für das analoge Verfahren ist es gleichermaßen vorteilhaft, daß für Messungen am Auge der Referenzstrahl mittels eines vorzugsweise verstellbaren Fokussierelement auf die Augenhornhaut fokussiert wird.at the measurement of the eye, it is appropriate to a focusing element in one of the beam paths to provide a focus of the two beams both on to ensure the cornea as well as the fundus of the eye. The focusing element thus contributes thus the focusing effect of the eye bill, so that on the fund focused measuring beam as a parallel beam the eye invades, whereas the other reference beam already focuses on the anterior surface of the eye is. Naturally can the focusing element in Meßstrahlengang (expanding) or provided in the reference beam path (collimating) be. This procedure increases the signal strength considerably. It is therefore appropriate that the reference or the measuring beam path a preferably adjustable focusing element, in order for measurements on the eye the measuring beam to focus on the retina. For the analog method is it alike advantageous that for measurements at the eye of the reference beam by means of a preferably adjustable Focusing is focused on the cornea.
Beim Durchgang durch das Auge kann ein Dispersionseinfluß auftreten, der störend bemerkbar machen kann. Es ist deshalb zweckmäßig, eine entsprechende Dispersionskompensation vorzusehen. Zweckmäßigerweise ist deshalb in der Vorrichtung dafür gesorgt, daß der Meßstrahlengang oder der Referenzstrahlengang ein dispersionskompensierendes Element aufweist, um für Messungen am Auge Dispersionseinflüssen des Auges auf den Meßstrahl zu beeinflussen. Für das Verfahren gilt analog, daß für Messungen am Auge der Referenz- oder Meßstrahl mittels eines vorzugsweise verstellbaren dispersionskompensierendes Elementes hinsichtlich Dispersionseinflüssen des Auges beeinflußt wird.At the Passage through the eye can cause a dispersion influence, the disturbing can make noticeable. It is therefore expedient to have a corresponding dispersion compensation provided. Conveniently, is therefore ensured in the device that the Meßstrahlengang or the reference beam path is a dispersion compensating element has to for Measurements on the eye Dispersion influences of the eye on the measuring beam to influence. For the procedure applies analogously that for measurements on the eye of the reference or measuring beam by means of a preferably adjustable dispersion compensating Elementes is influenced in terms of dispersion influences of the eye.
Da die Fokussierung und die Dispersionskorrektur in einem engen Zusammenhang miteinander stehen, ist es günstig, die Verstellung des Fokussierelementes und die Einstellung des dispersionskorrigierenden Elementes miteinander zu koppeln, beispielsweise durch eine mechanische oder elektrische Kopplung, so daß eine synchrone Verstellung des dispersionskompensierenden Elementes und des Fokussierelementes bewirkt ist.There Focusing and dispersion correction are closely related stand together, it is convenient the adjustment of the focusing element and the adjustment of the dispersion-correcting Couple element together, for example by a mechanical or electrical coupling, so that a synchronous adjustment the dispersion compensating element and the focusing element is effected.
Die Erfindung erreicht also ein Interferometer, das mehrere Teilstrecken des Auges gleichzeitig mißt, indem eine getrennte Messung der separierten Meßbereiche erfolgt. Vorzugsweise ist diese getrennte Messung gleichzeitig durch entsprechende getrennte Überlagerung des Meßstrahles mit Strahlung aus verschiedenen Referenzstrahlengängen und getrenntem Nachweis der überlagerten Strahlung durchgeführt. Dabei können für die getrennten Nachweise separate Spektrometer verwendet werden, wenn, wie für einige Varianten der FD OCT, eine spektralselektive Detektion erfolgt.The The invention thus achieves an interferometer which has several sections measuring the eye at the same time, by a separate measurement of the separated measuring ranges takes place. Preferably is this separate measurement simultaneously by corresponding separate overlay of the measuring beam with radiation from different reference beam paths and separate proof of the superimposed Radiation performed. It can for the separate evidence separate spectrometer can be used when, as for some variants of the FD OCT, a spectrally selective detection takes place.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich, wie bereits erwähnt, besonders für die Vermessung des menschlichen Auges, aber auch andere teiltransparente Objekte können damit untersucht werden.The inventive device or the inventive method are, as already mentioned, especially for the measurement of the human eye, but also other semi-transparent Objects can to be investigated.
Erweitert man die Vorrichtung um eine Scanvorrichtung, die den Strahl quer über das Auge ablenkt, beispielsweise durch eine Parallelverschiebung oder eine Strahlablenkung, beispielsweise mittels Scan-Spiegeln, läßt sich ein dreidimensionales Probenbild erzeugen.extended The device is a scanning device, the beam across the Eye deflects, for example, by a parallel shift or a beam deflection, for example by means of scan mirrors, can be create a three-dimensional sample image.
Mit dem erfindungsgemäßen Prinzip können mehrere Teilmessungen gleichzeitig quasi als „One-Shot"-Aufnahmen erfolgen oder auch Meßsequenzen mit vielen schnell aufeinander folgenden Einzelmessungen, die jeweils aus mehreren Teilmessungen bestehen, ausgeführt werden.With the principle of the invention can several Partial measurements at the same time as quasi "one-shot" recordings or measurement sequences with many fast consecutive single measurements, respectively consist of several partial measurements.
Zweckmäßigerweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine entsprechendes Steuergerät im Betrieb gesteuert. Dieses Steuergerät stellt dann den geschilderten Betrieb und insbesondere die Realisierung der geschilderten Betriebsweisen sicher. Vorteilhafterweise ist das Steuergerät auch geeignet ausgestaltet, beispielsweise durch einen Computer und entsprechende Programm-Mittel, um die Meßsignalaufbereitung aus den elektrischen Signalen des Detektors bzw. der Detektoren vorzunehmen, insbesondere die für FD OCT erforderliche Fourier-Transformation auszuführen.Conveniently, becomes the device according to the invention controlled by a corresponding control device in operation. This Control unit provides then the described operation and in particular the realization the described modes of operation safely. Advantageously the controller too suitably configured, for example by a computer and corresponding Program means to the Meßsignalaufbereitung from the electrical signals of the detector or detectors in particular those for FD OCT required Fourier transform.
Die Erfindung ermittelt von wenigstens zwei voneinander beabstandeten Probenbereichen bei einem transparenten und/oder diffusiven Gegenstand, z. B. bei einem Auge, in einer Meßzeit im Sub-Sekundenbereich die Abstände von Strukturen in den Probenbereichen. Hierzu wird vorzugsweise eine Anordnung gemäß einem Michelson-Interferometer verwendet. Im Interferometeraufbau wird kurzkohärente Strahlung verwendet, wobei beispielsweise die von einer Strahlquelle ausgehende kurzkohärente Strahlung in einen Meß- und einem Referenzstrahl aufgeteilt wird. Die verwendete Strahlung für Meßstrahl und Referenzstrahlen hat also im Vergleich zu den Probenbereichsabständen eine kurze Kohärenzlänge. Der Meßstrahl bestrahlt die Probenbereiche. Der Referenzstrahl wird in mindestens zwei räumlich getrennte Referenzstrahlengänge aufgeteilt, die den darin geführten Referenzstrahlen unterschiedliche Laufzeitänderungen aufprägen, wobei diese Laufzeitänderungen auf den Abstand der Probenbereiche vorabgestimmt sind. Die reflektierten Referenzstrahlen werden dann getrennt interferierend mit den reflektierten und/oder rückgestreuten Meßstrahl vereinigt. Die vereinigten Strahlen werden detektiert und das detektierte Signal, wie bereits erwähnt, zur Distanzmessung fourier-ausgewertet.The invention determines from at least two spaced-apart sample areas in a transparent and / or diffusive object, for. As in one eye, in a measuring time in the sub-second range, the distances of structures in the sample areas. For this purpose, an arrangement according to a Michelson interferometer is preferably used. Short-coherent radiation is used in the interferometer setup, wherein, for example, the short-coherent radiation emanating from a beam source is split up into a measuring beam and a reference beam. The radiation used for measuring beam and reference beams thus has a short coherence length compared to the sample area distances. The measuring beam irradiates the sample areas. The reference beam is split into at least two spatially separated reference beam paths which impose different propagation time changes on the reference beams guided therein, these runtime changes being pre-adjusted to the distance of the sample areas. The reflected reference beam len are then combined separately interfering with the reflected and / or backscattered measuring beam. The combined beams are detected and the detected signal, as already mentioned, Fourier-evaluated for distance measurement.
Zur Messung des Abstandes der Meßbereiche bei einer transparenten und/oder diffusiven Probe, wie es zur Abstands-, Längen-, Dicken- und Profilmessung notwendig ist, wird die Probe mit einem Meßstrahl bestrahlt, und für jeden Probenbereich ist ein Referenzstrahl vorgesehen. Die Probenbereiche können sich dabei an verschiedenen Orten in Einfallsrichtung der optischen Strahlung befinden, wie auch seitlich versetzt zueinander. Der Laufzeitunterschied der Referenzstrahlengänge entspricht einem optischen Abstand der Probenbereiche in Bezug auf die Einfallsrichtung des Meßstrahls, wobei wenigstens einer der Probenbereiche wenigstens geringfügig (typischerweise mindestens 10–4 % der Strahlungsintensität) reflektiert und/oder rückstreut. Natürlich kann die Strahlkonfiguration des Meßstrahls auch über die Probe, insbesondere periodisch, bewegt werden, so daß die Probe quer zur Einfallsachse abgescannt wird. Damit können Profile der Probe vermessen werden. Anstatt nur einen Meßstrahl entlang einer optischen Achse einfallen zu lassen, kann man natürlich auch mehrere Meßstrahlen in einem Abstand nebeneinander einfallen lassen, um ein Oberflächenprofil schneller zu ermitteln.For measuring the distance of the measuring ranges in a transparent and / or diffusive sample, as it is necessary for distance, length, thickness and profile measurement, the sample is irradiated with a measuring beam, and a reference beam is provided for each sample area. The sample areas may be located at different locations in the direction of incidence of the optical radiation, as well as laterally offset from one another. The transit time difference of the reference beam paths corresponds to an optical distance of the sample areas with respect to the direction of incidence of the measurement beam, wherein at least one of the sample areas reflects and / or backscatters at least slightly (typically at least 10 -4 % of the radiation intensity). Of course, the beam configuration of the measuring beam can also be moved over the sample, in particular periodically, so that the sample is scanned transversely to the axis of incidence. Thus, profiles of the sample can be measured. Instead of having only one measuring beam incident along an optical axis, it is of course also possible to arrange several measuring beams next to each other at a distance in order to determine a surface profile more quickly.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Probe hinsichtlich Abständen oder Profilen vermessen werden. Besonders bevorzugt ist der Einsatz bei einer optisch transparenten und/oder diffusiven Probe, da dann auch die innere Probenstruktur gemessen werden kann. Die Weglängenunterschiede der räumlich getrennten Referenzstrahlengänge wird näherungsweise so eingestellt, daß sie dem zu erwartenden Abstand, einer zu bestimmenden Dicke, etc. bis auf eine gewisse Toleranz entspricht. Mit FD OCT wird dann nur noch durch Abweichung des nicht bekannten, noch zu bestimmenden Abstands vom voreingestellten Wert ermittelt. Soll z. B. die tatsächliche Länge eines menschlichen Auges gemessen werden, so weiß man bereits schon vorher, daß eine optische Länge von 34 mm plus/minus 4 mm zu erwarten ist. Man stellt also die Weglängendifferenz der Referenzstrahlengänge auf 34 mm ein, und die Signalauswertung der Fourier-Analyse ermittelt die Variation innerhalb des möglichen Bereiches von 8 mm. Natürlich ist es für die Vorrichtung bzw. das Verfahren ganz allgemein zweckmäßig, wenn die Weglängendifferenz zwischen den Referenzstrahlengängen während der Messung einstellbar ist bzw. eingestellt wird.With the device according to the invention and the method of the invention can measure a sample for distances or profiles become. Particularly preferred is the use in an optically transparent and / or diffusive sample, since then also the inner sample structure can be measured. The path length differences the spatially separated Reference beam paths becomes approximate so adjusted that they the expected distance, a thickness to be determined, etc. to corresponds to a certain tolerance. With FD OCT will then only by deviation of the unknown, yet to be determined distance determined from the preset value. Should z. B. the actual Length of one measured by the human eye, as one already knows before, that one optical length of 34 mm plus / minus 4 mm is expected. So you put the path length difference the reference beam paths on 34 mm, and the signal evaluation of the Fourier analysis determined the variation within the possible Range of 8 mm. Naturally is it for the device or the method generally useful if the path length difference between the reference beam paths while the measurement is adjustable or is set.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man am Auge neben der Augenlänge (zentral, peripher), auch die Vorderkammertiefe (zentral, peripher), die Cornea-Dicke (zentral, peripher), die Tränenfilmdicke (zentral, peripher), die Linsendicke (zentral, peripher) und die Glaskörperdicke sowie entsprechende Oberflächenprofile (Topographien) der Cornea-Vorderfläche, der Cornea-Rückfläche, der Linsenvorderfläche, der Linsenrückfläche und der Netzhaut gemessen werden. Ferner lassen sich durch geeignete Scanmechanismen Krümmungsradien, z. B. der Cornea-Vorderfläche, der Cornea-Rückfläche, der Linsenvorderfläche und der Linsenrückfläche, bestimmen.With the device according to the invention or the method according to the invention on the eye next to the eye - length (central, peripheral), also the Anterior chamber depth (central, peripheral), corneal thickness (central, peripheral), the tear film thickness (central, peripheral), the lens thickness (central, peripheral) and the vitreous thickness as well as corresponding surface profiles (Topographies) of the corneal anterior surface, the corneal posterior surface, the Lens front surface, the Lens back surface and the retina are measured. Furthermore, can be by suitable Scan mechanisms radii of curvature, z. B. the cornea front surface, the cornea's back surface, the Lens front surface and the lens back surface.
Natürlich kann ein Probenbereich auch mehrere interessante Teilbereiche umfassen. So kann man einen Probenbereich derart definieren, daß er die gesamte Augenvorderkammer umfaßt. Hierzu wird der Meßstrahl an einen Ort zwischen der Cornea-Vorderfläche und der Linsenrückfläche fokussiert. So kann dann die Reflexion an der Cornea-Vorderfläche, der Cornea-Rückfläche, der Linsenvorderfläche und der Linsenrückfläche innerhalb eines Probenbereiches detektiert werden. Die Distanz zwischen Cornea-Rückfläche und Linsenvorderfläche ist dann die Vorderkammertiefe. Bedingung dafür ist lediglich, daß der Meßbereich in dem Probenbereich so groß ist, daß ein Bereich von der Cornea-Vorderfläche bis zur Linsenrückfläche abgedeckt ist.Of course you can a sample area also comprise several interesting subareas. So you can define a sample area such that he entire eye anterior chamber includes. For this purpose, the measuring beam focused at a location between the cornea front surface and the lens back surface. So then the reflection on the cornea's front surface, the Cornea back surface, the Lens front surface and the lens back surface within a sample area are detected. The distance between the cornea's back surface and Lens front surface is then the anterior chamber depth. The only condition is that the measuring range in the sample area is so big the existence Area of the cornea frontal area covered to the lens rear surface is.
Die Erfinder erkannten weiter, daß bei einer bestimmten Ausgestaltung der Spektralanalyseeigenschaften die Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie in der Lage ist, die gesamte Augenlänge des menschlichen Auges mit einer Messung zu erfassen, wenn bestimmte Parameter am Spektrometer eingehalten werden. Als wesentlicher Parameter stellte sich die Pixelzahl bzw. Anzahl empfindlicher Zellen des Detektor-Arrays heraus. Es ist deshalb in einer weiteren Erfindung eine Ausgestaltung der eingangs genannten Vorrichtung vorgesehen, bei der eine Spektrometeranordnung die überlagerten Strahlen detektiert, die ein die Strahlen spektral auffächerndes Element und ein Dektor-Array aufweist, das mindestens 7000 einzelne photoempfindliche Zellen aufweist. Der mit einem derartigen Detektor-Array erreichte Meßbereich ist beispielsweise bei einer Wellenlänge zwischen 700 und 900 nm sowie einer spektralen Bandbreite von 10–30 nm der verwendeten Strahlung so groß, daß damit die Augenlänge meßbar ist. Analog ist deshalb auch für das Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß zur Detektion der überlagerten Strahlen eine Spektrometeranordnung verwendet wird, die ein die Strahlen spektral auffächerndes Element und ein Dektor-Array aufweist, das mindestens 7000 einzelne photoempfindliche Zellen aufweist.The Inventors further realized that at a particular embodiment of Spektralanalyseeigenschaften the Fourier domain short-coherence interferometry is capable of the entire eye length of the human eye to record with a measurement if certain parameters adhered to the spectrometer become. As an essential parameter, the number of pixels or Number of sensitive cells of the detector array out. It is because of that in a further invention, an embodiment of the aforementioned Device provided in which a spectrometer arrangement superimposed Radiation detected, the one spectrally fanning the rays Element and a detector array that has at least 7000 individual having photosensitive cells. The one with such a detector array reached measuring range is for example at a wavelength between 700 and 900 nm and a spectral bandwidth of 10-30 nm of the radiation used so big that with it the eye length measurable is. Analog is therefore synonymous for the method of the aforementioned type provided that for detection the superimposed Blasting a spectrometer arrangement is used, which is a the rays spectrally fanning Element and a detector array that has at least 7000 individual having photosensitive cells.
Soweit in der voranstehenden oder nachfolgenden Beschreibung Verfahrensschritte, insbesondere Signalauswertungen, Ansteuerungen von verstellbaren Komponenten, wie beispielsweise einer durchstimmbaren Strahlungsquelle etc., erwähnt sind, können in den Vorrichtungen gemäß der Erfindung diese Verfahrensschritte durch die Steuereinrichtung vorgenommen werden, die dazu geeignete Betriebsmittel, beispielsweise eine Software-Steuerung umfaßt.Insofar as in the preceding or following description method steps, in particular signal evaluations, controls of ver In the devices according to the invention, these method steps can be carried out by the control device, which includes suitable operating means, for example a software control, for this purpose.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of example with reference to the drawings explained in more detail. It demonstrate:
Von
einer Kurzkohärenz-Lichtquelle
Die
am Austrittspunkt
Die
am Auge reflektierten Reflexstrahlbündel
Wie
in
Das
am Austrittspunkt
Diese
kann beispielsweise wie in
Das
am Austrittspunkt
Das
am Austrittspunkt
In
Das
vom Strahlteiler
Für die drei
in unterschiedlichen Tiefenbereichen des Auges befindlichen Strukturen,
beispielsweise Cornea
Im
Interferometer I der
Bei
Fehlsichtigkeit können
dem Auge
Es
sei noch erwähnt,
daß man
zur Vermeidung von störenden
Reflexionen und zur Optimierung der Strahlintensitäten das
auf den Strahlteiler
Die
oben beschriebene Beobachtungsvorrichtung, bestehend aus dem teildurchlässigem Spiegel
Die
Relaisoptik
Grundsätzlich können die
Teiloptiken der Relaisoptik
Das
Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometer
I muß wegen
der separaten Reflexstrahlen kalibriert werden. Die Fourier-Domain
Kurzkohärenz-Interferometrie
liefert als Meßergebnis
die optische Distanz der Objekt-Meßstelle relativ zur „Wegdifferenz-Null-Position" (für diese
ist die optische Länge
des Meßstrahls
gleich der des Referenzstrahls). Die Distanzen der Ursprünge der
voneinander unabhängigen
Reflexstrahlengänge
mit Referenzstrahlen R1, R2, R3 müssen daher festgelegt werden.
Außerdem
ist der Meßbereich
in der Tiefen begrenzt, bei den eingangs angenommenen Parametern
beispielsweise auf rund 5,3 mm; das Interferometer I muß daher
auch an die zu erwartenden Augendistanzen grob vorangepaßt werden.
Zur Anpassung und Kalibrierung kann beispielsweise als Grundeinstellung
ein Planspiegel als Objekt im Meßstrahlengang an der zu erwartenden
Position der Cornea positioniert werden. Als nächstes werden dann alle Reflexionsprismen
(
Die
drei vom Auge remittierten Reflexstrahlbündel
Dennoch
kann es neben dem erhöhten
Rauschen durch Aliasing zu zusätzlichen
Fehlsignalen kommen. Es ist daher vorteilhaft, dieses Falschlicht so
weit wie möglich
zu unterdrücken.
Das ist durch eine räumliche
Filterung in der Bildebene
Die
Schließlich kann
man die beschriebenen Interferometer auch zur Messung anderer Positionen wie
etwa der Linsenrückfläche modifizieren.
Hierzu muß z.
B. der Referenzstrahl
Es
sei noch erwähnt,
daß die
Verwendung eines Arrays
Ein
nochmals abgewandeltes Interferometer I ist in
Die
getrennte Überlagerung
der Reflexstrahlbündel
Das
Umlenkelement
Gleiches
gilt für
das Photo-Detektorarray
Der
nach den Strahlteilern
Das
Interferometer der
Die
räumliche
Abtrennung durch Strahlteiler hat den Vorteil, daß die Lochblenden
Das
Interferometer I der
Darin
werden die überlagerten
Strahlen wieder durch einen Polteiler
Zur
räumlichen
Vermessung der Probe P ist schließlich noch ein Scanner
Der
mögliche
Aufbau des Spektrometers S ist in
Das
Spektrometer S ist aus zwei Teil-Spektrometern S1 und S2 aufgebaut,
die die polarisationsgeteilte überlagerte
Strahlung
Die
in den
FD
OCT kann, wie erwähnt,
auf zwei Weisen arbeiten. Zum einen kann eine kurz-kohärente Strahlquelle
verwendet werden, die es vorstehend beschrieben wurde. Dann ist
eine spektrale Auftrennung der überlagerten
Strahlung erforderlich. Zum anderen kann auch eine durchstimmbare
kurz-kohärente
Strahlungsquelle verwendet werden. Stimmt man den Spektralbereich
dieser Quelle durch, muß keine
spektrale Analyse der Strahlung mehr erfolgen; statt dessen kann
ein spektral unempfindlicher Detektor verwendet werden. Die Probenstruktur
kann in beiden Fällen
durch Bildung der inversen Fouriertransformierten des spektralen
Interferenzmusters erhalten werden. Natürlich können die zuvor und auch nachfolgend
erläuterten
Interferometer I für eine
der beiden Arbeitsweisen angepaßt
werden. Die nötigen
Abwandlungen sind in
Für den Fall,
daß die
Lichtquellen
Natürlich kann
statt zwei eigenständigen Lichtquellen
Der
Referenzstrahlengang R weist statt dessen mehrere Strahlteiler
Verwendet
man für
die zuvor oder nachfolgend beschriebenen Interferometer eine Breitbandlichtquelle
Bei
einer durchgestimmten Lichtquelle
Das Steuergerät ermöglicht insbesondere eine voll automatische zwei- oder drei-dimensionale Bildgewinnung.The control unit allows in particular a fully automatic two- or three-dimensional image acquisition.
Eine Alternative besteht darin, einen Meßstrahl als Referenzstrahl zu verwenden und die optische Weglänge der Strahlen geeignet so einzustellen, daß wiederum zwei Meßsignale, also die Autokorrelationsfunktion (AKF) des Referenzstrahls und das Interferenzsignal, am Computer-Monitor dargestellt werden. Nun ergibt sich die Augenlänge als Summe aus Wegdifferenz zwischen den beiden Strahlen plus am Monitor abgelesene Positionsdifferenz der zwei Fourier-Transformierten. Die Vorrichtung ist damit auf Bewegungen des Meßobjektes unempfindlich.A Alternative is to use a measuring beam as a reference beam to use and the optical path length of the rays suitable so adjust that again two measuring signals, So the autocorrelation function (AKF) of the reference beam and the Interference signal, to be displayed on the computer monitor. Well results the eye length as the sum of the path difference between the two beams plus am Monitor read position difference of the two Fourier transform. The device is thus insensitive to movements of the measurement object.
Für die Messung
der Augenlänge
ist es vorteilhaft, das Interferenzmuster hinsichtlich der Weglängendifferenz
auf die Corneavorderfläche
zu beziehen. Dies kann man dadurch erreichen, daß der Referenzstrahlengang
einen Reflex von der Cornea ausnutzt, also das Referenzstrahlbündel an
der Cornea reflektiert wird. Ein entsprechender Aufbau ist in
Der
Strahlengang der
Das
Interferometer der
Zusätzlich ist
zur Verdeutlichung noch das nach der Auswertung durch den Computer
Bei
verminderten Ansprüchen
an die Signalqualität
kann man die Strahlseparations-Vorrichtungen
vereinfachen. Dann hat man mehrere Meßsignale gleichzeitig am Array
und in der Fouriertransformierten. Entsprechende Strahlengänge sind
in den
In
der
Die
Bauweise der
Claims (28)
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