DE19704602B4 - Interferometrische Anordnung zur Abtastung eines Objektes - Google Patents
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Abstract
Interferometrische
Anordnung zur Abtastung eines Objektes mit einem Beleuchtungsstrahlengang,
mit einem diffraktiv-optischen Element (DOE) zur Erzeugung unterschiedlich
gerichteter Strahlungsanteile des Beleuchtungslichtes, wobei das
DOE im Beleuchtungsstrahlengang mindestens einem das Beleuchtungslicht
in mindestens eine Richtung ablenkenden Scanelement vorgeordnet
ist.
Description
- Aus
US 5321501 ist ein Verfahren und ein Gerät bekannt, das eine scannende Abtastung eines Objektes, vorzugsweise eines Auges, mittels einer kurzkohärenten Lichtquelle sowie einem interferometrischen Strahlengang mit einem verstellbaren Reflektor in einem Referenzstrahlengang realisiert. Es wird die Erfassung von Interferenzen zwischen Strahlungsanteilen, die an unterschiedlich tief liegenden Schichten reflektiert oder gestreut werden und im Referenzstrahlengang reflektiertem Licht ermöglicht. - Bei unvermeidbaren, da unwillkürlichen Augenbewegungen des Probanden besteht, insbesondere bei axialen Bewegungen des Auges relativ zum Instrument, das Problem, dass Auflösungsverluste auftreten, weil einzelne Scanbilder ihre Lage verändern und erst durch Korrelationsrechnungen einander wieder zugeordnet werden können.
- Ein scannendes Laser-Interferometer zur Fundus-Profilmessung wurde weiterhin von Drexler, Hitzenberger, Fercher, Sattmann in "Conference an Holography and Interferometrie in Biomedical Science", Budapest 1993, S. 1–9 beschrieben. Da diese Anordnung die Interferenzen zwischen am Fundus und an der Cornea reflektiertem Licht nutzt, sind zwar axiale Augenbewegungen kompensiert, aber durch die unterschiedlichen Divergenzen der reflektierten Strahlung besteht das Problem eines schlechten Signal-Rauschverhältnisses.
- Anordnungen zur intraokularen Distanzmessung werden weiterhin auch in
DE 32 01 801 ,US 5347327 ,US 5347328 ,DE 196 24 167 A1 beschrieben. - In
DE 44 46 183 A1 der Anmelderin ist zur intraokularen Distanzmessung mindestens ein diffraktiv-optisches Element (DOE) zur Aufteilung des Beleuchtungsstrahlenganges in Teilstrahlengänge für verschiedene Grenzflächen des Auges vorgesehen, das nach Art einer Phasenfresnellinse ausgebildet ist. Die Herstellung derartiger Mikro-Fresnellinsen ist beispielsweise in APPLIED OPTICS, Vol. 28, No. 4, 15.02.1989, S. 682–686 sowie Vol. 29, No. 34, 01.12.1990, S. 5120–5126 beschrieben. - In der nicht vorveröffentlichten
DE 197 19 462 wird das Auge mit einem mittels eines Wollaston-Prismas erzeugten Doppelstrahl beleuchtet um Signale von benachbarten Punkten zu gewinnen. - Die
US 5 349 399 beschreibt ein interferometrisch arbeitendes Augenlängenmeßgerät mit getrennten Meßsystemen für die Position der Cornea und der Netzhaut. - Die
US 5 353 073 offenbart eine 2-dimensionale Abtastung des Augenhintergrundes, wobei eine Tiefeninformation durch konfokale Blenden gewonnen wird. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Gewinnung von Tiefenschnittbildern mit hoher Empfindlichkeit unabhängig von der Augenbewegung des Probanden zu realisieren. Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäss Anspruch 1 gelöst.
- Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
1 zeigt eine bekannte Anordnung zur intraokularen Distanzmessung, bestehend aus einem Strahlteiler1 mit einem Tripelprisma2 sowie einem motorisch verschieblichen Tripelprisma3 , der eine Interferometeranordnung bildet, in die über einen weiteren Strahlteiler5 wahlweise das Licht einer Superlumineszenzdiode4 oder einer Laserdiode6 , als Meß- bzw. als Einstelllichtquelle, eingestrahlt wird. Über eine Blende7 sowie eine Planplatte8 zur Ausblendung eines Kontrollanteils auf eine Photodiode9 gelangt das vorteilhaft kurzkohärente Beleuchtungslicht über einen Polstrahlenteilerteiler10 , eine λ/4-Platte11 und ein DOE12 auf das Auge13 . Durch das DOE12 wird ein Teil des Beleuchtungslichtes auf den Hornhautscheitel, den Brennpunkt des konvexen Hornhautspiegels oder den Krümmungsmittelpunkt des konvexen Hornhautspiegels fokussiert, während der andere, unbeeinflußte, parallele Strahlungsanteil über die Optik des Auges auf die Augennetzhaut abgebildet wird. - Das vom Auge reflektierte und durch das DOE
12 teilweise kollimierte Licht wird über den Polstrahlteiler10 sowie eine λ/4-Platte und ein Abbildungssystem14 über einen Strahlteiler15 in eine Beobachtungsebene, in der z. B. die Sensorfläche einer CCD-Kamera angeordnet sein kann, bzw., wie hier dargestellt, auf einen Photodetektor17 , vorzugsweise eine Avalanche-Photodiode, abgebildet. Die nicht genutzten divergenten Anteile können ausgeblendet werden. - Die Lichtquellen
4 und6 , eine motorische Verschiebeeinrichtung18 zur Verschiebung des Tripelprismas3 , sowie die Photodetektoren9 ,17 sind mit einer Steuer- und Auswerteeinheit19 gekoppelt, die wiederum mit externen Speichern20 sowie Drucker21 verbunden sein kann. -
2 zeigt eine erfindungsgemäße optische Anordnung, bestehend aus einem schematisch dargestellten Interferometer22 mit verstellbarem Referenzarm23 , in das das Licht einer vorzugsweise kurzkohärenten Lichtquelle24 eingekoppelt wird. Ein himter einem Strahlteiler25 angeordneter Empfänger26 dient zur Detektion des vom Auge31 zurückkommenden Meßlichtes, eine Justier- und Beobachtungseinheit27 zur Kontrolle der Einstellung der optischen Anordnung. - Über die Interferometeranordnung
22 und einen Polteiler28 mit λ/4-Platte gelangt das parallele Beleuchtungslicht auf ein DOE29 nach Art einer Mikro-Fresnellinse und wird in bekannter Weise in einen kollimierten Strahlungsanteil Sko und einen konvergenten Strahlungsanteil Skv aufgespalten, wobei das Verhältnis der Strahlungsanteile Sko, Skv von der jeweiligen strukturellen Ausbildung des DOE29 abhängt. - Beide Strahlungsanteile Sko, Skv gelangen auf einen als Scanner ausgebildeten Spiegel
30 , beispielsweise einen Galvano-Scanner, und werden von diesem, in einer oder zwei Dimensionen räumlich variabel, in Richtung des Probandenauges31 über eine Abbildungsoptik, hier bestehend aus zwei Linsen L1, L2, abgebildet. Die erste Linse L1 erzeugt ein Zwischenbild Z, das mit der zweiten Linse12 und der Optik des Auges31 auf den Augenhintergrund abgebildet wird. - Durch synchron zur Bewegung des Scanspiegels
30 hinreichend schnelle motorische Verstellung des Referenzspiegels23 wird zu jeder Stellung des Scanspiegels30 ein Tiefenscan erzeugt, um unterschiedliche Schichten und Strukturen des Auges erfassen zu können. - Die kollimierte Strahlung wird durch das DOE
29 teilweise auf den Scannerspiegel30 als konvergenter Strahlungsanteil Skv fokussiert, gelangt divergent auf Linse L1 und von dieser als paralleler Strahlengang auf Linse12 , die einen Strahlfokus erzeugt. - In der dargestellten optischen Anordnung ist dieser Fokus mittels der Justiereinheit
27 in den Krümmungsmittelpunkt K der Augenhornhaut32 eingestellt. Hierdurch wird der auf die Hornhautoberfläche fallende konvergente Strahlungsanteil divergent und senkrecht in sich selbst reflektiert, durchläuft die Linsen12 ,11 analog zur Einstrahlrichtung und wird beim Durchgang durch das DOE29 teilweise rekollimiert Der vom DOE29 weitgehend unbeeinflußte Strahlungsanteil Sko gelangt kollimiert auf die Linse L1, die einen Fokus in einer Zwischenbildebene Z erzeugt, der entsprechend der Stellung des Scanspiegels30 seine Lage ändert. - Das ist in
2 beispielhaft anhand eines ersten und zweiten Strahlenganges s1, s2, die zwei in einer Ebene liegenden unterschiedlichen Lagen S1, S2 des Scanspiegels30 entsprechen, dargestellt. - Über die Linse
12 gelangt der zweite Strahlungsanteil Sko als kollimiertes Bündel auf den vorderen Augenabschnitt, wird durch die optische Wirkung des Auges auf die Netzhaut fokussiert und als kollimiertes Bundel zurückgestreut, das die Linsen L2, L1 analog zur Einstrahlrichtung durchläuft und beim Durchgang durch das DOE29 im wesentlichen unbeeinflußt bleibt. - Der Punkt, um den sich der parallel aufs Auge fallende Strahl zwischen den Scanstellungen S1, S2 bewegt, liegt hierbei im Fokus des konvergenten Strahlanteiles, hier also im Krümmungsmittelpunkt K der Augenhornhaut
32 . Durch bezüglich ihrer Wellenfronten nach dem DOE angepaßten Strahlanteile von Netzhaut und Augenhornhaut in Richtung des Strahlteilers25 und Empfängers26 kann ein wesentlich größerer Strahlungsanteil zur Signalgewinnung genutzt werden, wobei die Scananordnung gleichzeitig weitgehend unabhängig von Augenbewegungen wird. -
3 zeigt eine Lage des Fokus des konvergenten Strahlanteils auf dem Hornhautscheitel in zwei Scanstellungen S1, S2, erzeugt durch Verschiebung des DOE29 derart, daß der Fokus des konvergenten Anteils Skv vor dem Scanspiegel30 angeordnet ist. - Der Fokus des konvergenten Strahlungsanteils am Auge
31 bewegt sich hierdurch während des Scanvorgangs im wesentlichen auf der Hornhautoberfläche, auf einer gekrümmten Bahn. - Der gemeinsame Drehpunkt der in S1, S2 versetzten kollimierten Strahlungsanteile Sko liegt hier ebenfalls, analog
2 , im Krümmungsmittelpunkt K der Augenhornhaut. - Das DOE
29 kann auch axial verschieblich angeordnet sein, um zu gewährleisten, daß der Abstand zwischen dem Drehpunkt des kollimierten Anteils Sko und dem Fokus des konvergenten Anteils Skv genau dem Krümmungsradius der Hornhaut entspricht, um die vereinigten reflektierten Strahlungsanteile in Richtung der Empfänger hinreichend parallel werden zu lassen. - Das DOE
29 weist zu diesem Zweck eine Verschiebeeinheit35 auf, die, hier nicht dargestellt, mit einer Ansteuereinheit19 verbunden ist, die gleichfalls Verbindungen zur Justiereinheit27 und zur Interferometereinheit22 , sowie zu einer nicht dargestellten Steuereinheit für den Scanspiegel30 , zur Synchronisierung, aufweist. - Bei Verschiebung des DOE
29 durch die Verschiebeeinheit35 kann über Empfänger26 und Ansteuereinheit19 automatisch über eine Intenisitätskontrolle der Scharfstellzustand überwacht werden. - Weiterhin kann vorteilhaft durch Einfügen einer hier nicht dargestellten Korrektionsoptik vor dem DOE
29 eine ggf. vorhandene Fehlsichtigkeit des Probanden ausgeglichen werden. - In
2 ist weiterhin ein Strahlteiler33 dargestellt, der einen Beobachtungsstrahlengang34 ausblendet, zur Beobachtung mit ophthalmologischen Geräten wie einer Funduskamera oder einer Spaltlampe. Hierdurch kann der Arzt durch Betrachtung des entstehenden Zwischenbildes Z den scannenden Strahl beobachten und gegebenenfalls die Scanart Scanrichtung am Fundus einstellen. - Umgekehrt kann aber auch die Einblendung des Scanstrahlenganges in einen Beobachtungsstrahlengang erfolgen.
- Ein vorteilhafter Scanvorgang in einer zweiten Scanrichtung kann erfolgen, indem entweder der Scanspiegel
30 in einer zur ersten Scanrichtung einen Winkel einschließenden zweiten Scanrichtung bewegt wird oder ein zweiter Scanspiegel vorgesehen ist. Hierzu ist es erforderlich, an der Stelle des Drehpunktes der kollimierten Strahlungsanteile den zweiten Scanspiegel vorzusehen, wobei eine zweite, zu den Linsen L1, L2 analoge Optik dann die Abbildung in das Auge vornimmt.
Claims (10)
- Interferometrische Anordnung zur Abtastung eines Objektes mit einem Beleuchtungsstrahlengang, mit einem diffraktiv-optischen Element (DOE) zur Erzeugung unterschiedlich gerichteter Strahlungsanteile des Beleuchtungslichtes, wobei das DOE im Beleuchtungsstrahlengang mindestens einem das Beleuchtungslicht in mindestens eine Richtung ablenkenden Scanelement vorgeordnet ist.
- Anordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens ein verstellbarer Interferometerarm zur Verstellung der optischen Weglängendifferenz vorgesehen ist, der vorzugsweise Teil eines Interferometers ist, in das das Beleuchtungslicht vor Abtastung des Objektes eingekoppelt wird.
- Anwendung der Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 auf die Erfassung unterschiedlicher Schichten und Strukturen des Auges.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1–2, wobei das DOE teilweise sammelnde Wirkung auf einfallendes Beleuchtungslicht hat.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei das DOE als Mikro-Fresnellinse ausgebildet ist.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4 oder 5, wobei eine Abbildungsoptik zwischen dem Scanelement und dem Objekt vorgesehen ist.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5 oder 6, wobei zwischen dem Scanelement und dem Objekt ein Beobachtungsstrahlengang ausgeblendet wird.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6 oder 7, wobei durch das DOE mindestens ein konvergenter und ein kollimierter Beleuchtungsanteil erzeugt wird.
- Anwendung der Anordnung nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 3, wobei der konvergente Beleuchtungsanteil auf die Augenhornhaut oder den Krümmungsmittelpunkt der Augenhornhaut abgebildet wird.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei mindestens ein mindestens in einer Richtung verstellbarer Scanspiegel als Scanelement vorgesehen ist.
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