DE10129651A1 - Verfahren und/oder Anordnung zur Kompensation der Dispersion in Signalen von Kurzkohärenz-und/oder Oct-Interferometern - Google Patents
Verfahren und/oder Anordnung zur Kompensation der Dispersion in Signalen von Kurzkohärenz-und/oder Oct-InterferometernInfo
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Abstract
Verfahren und/oder Anordnung zur Kompensation der Dispersion in Signalen von Kurzkohärenz- und/oder OCT-Interferometern, DOLLAR A wobei die Auswirkung der Dispersion durch nachträgliche Kompensation eliminiert wird, indem das Interferometersignal mit einem räumlich varianten Korrelationskern korreliert wird, der entlang der Meßachse in Z-Richtung jeweils einem Interferometersignal einer einzigen in Z-Richtung punktförmigen lichtremittierenden Stelle mit derselben Dispersion entspricht.
Description
Mit Zunahme der hochauflösenden Optischen Kohärenz-Tomographie
(= Optical Coherence Tomography; OCT) kommen zunehmend breitbandige
Lichtquellen zum Einsatz. Damit ist zunehmender Einfluss der Dispersion der
durchstrahlten Medien auf das OCT A-Scan Signal verbunden. Dispersion
vergrößert die Kohärenzlänge und verschlechtert dadurch die Tiefen-Auflösung
der OCT.
Erfindungsgemäß wird die durch Dispersion hervorgerufene Vergrößerung der
Kohärenzlänge und die damit verbundene Verzerrung und Verlängerung der
A-Scan Signale durch Korrelation des lokalen (bezüglich der A-Scan Signal-
Koordinate z) A-Scan Signals (die Bezeichnung stammt von der analog
arbeitenden Ultraschall-Technik) mit einem Korrelationskern, der dem idealen
dispersionsbehafteten lokalen Signal entspricht, behoben.
Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dort emittiert die Lichtquelle 1 einen kurzkohärenten Lichtstrahl 2. Der
Lichtstrahl 2 wird von dem Strahlteiler 3 in Messstrahl 4 und Referenzstrahl 5
geteilt. Der Messstrahl 4 wird von dem Strahlteiler 3 über den Scanningspiegel
6 und die Optik 11 auf das Messobjekt 7 gerichtet. Von dessen optischen
Grenzflächen, wie der Corneavorderfläche 8 und der Fundusoberfläche 9 wird
der Meßstrahl teilweise zurück remittiert oder reflektiert. Der Referenzstrahl 5
durchsetzt den Strahlteiler 3, trifft auf den Referenzspiegel 10, der auf einem
Scanningtisch 15 montiert ist und wird von dem Referenzspiegel zum
Strahlteiler 3 zurück reflektiert. Der reflektierte Referenzstrahl wird von dem
Strahlteiler 3 auf den Photodetektor 13 gespiegelt und interferiert dort mit dem
vom Messobjekt 7 remittierten Strahl.
Bei der Kurzkohärenz-Interferometrie und OCT erfolgt die Signalaufnahme
während einer Verschiebung des Referenzspiegels 10. Die Tiefenpositionen
lichtremittierender Stellen werden hierbei über die am Photodetektor
13 auftretenden Interferenzen als elektrisches A-Scan Signal AS von einem PC
14 registriert. Diese Interferenzen treten auf, wenn die Weglänge im
Referenzstrahl mit einer Toleranz gleich der Kohärenzlänge des Lichts gleich
groß ist wie die Weglänge im Messstrahl. Aus dem zeitlichen Abstand dieser
Signale und der bekannten Geschwindigkeit der Bewegung des Referenzspiegels
10 erhält man in bekannter Weise die Positionen lichtremittierender Stellen im
Messobjekt. Häufig wird dieser Vorgang als "Tiefen-Scan" bezeichnet. Er bildet
die Basis für verschiedene Kurzkohärenz-interferometrische
Längenmessverfahren und für die sogenannte Optische Kohärenz-Tomographie.
Bei der OCT wird aus den Signalen von benachbart im Objekt ausgeführten
Tiefenscans in bekannter Weise ein Bild gewonnen.
Sind IO(z; t) und IR(z; t) die Intensitäten von Objektlicht und Referenzlicht, so ist
die bei einem Tiefenscan von einer lichtremittierenden Stelle in der Tiefe z0 im
Objekt am Interferometer-Ausgang erzeugte Intensität durch das
Interferenzgesetz gegeben:
z ist die Position des Referenzspiegels, z0 die Position der lichtremittierenden
Stelle. Der dritte Summand rechts heißt Interferenzterm, weil in diesem das
Interferenzphänomen zum Ausdruck kommt. Ihm entspricht das nachfolgend als
(optisches) A-Scan Signal bezeichnete Signal. g(z-z0) ist der komplexe
Kohärenzgrad, der mit der Kohärenzlänge verknüpft ist (siehe das Lehrbuch M.
Born und E. Wolf: Principles of Optics, Cambridge University Press 1998).
Wie man den bisher ausgeführten Zusammenhängen unschwer entnehmen kann,
ist die Auflösung, mit der die Tiefenposition einer lichtremittierenden Stelle im
Objekt lokalisiert werden kann, etwa die Größe der Kohärenzlänge des
benutzten Lichtes. Lehrbüchern der physikalischen Optik (beispielsweise das
Lehrbuch von Born und Wolf) kann man entnehmen, dass diese Kohärenzlänge
von der Größe
ist, wobei hier λ0 die mittlere Wellenlänge des benutzten
Lichts ist und Δλ seine Wellenlängen-Bandbreite. Die zeitliche Länge dieser
Größe,
heißt Kohärenzzeit.
Die Auflösung in der Kurzkohärenz-Interferometrie und OCT wird durch
Dispersion im Messobjekt verschlechtert. Je größer die Bandbreite der
verwendeten Strahlung, desto größer ist dieser Einfluß. Das führt beispielsweise
dazu, dass man am Augenfundus auch bei noch so kurzer Kohärenzlänge der
verwendeten Strahlung keine Auflösung besser als etwa 20 µm bekommen kann.
Man muß daher die Dispersion dadurch kompensieren, dass man im
Referenzarm des Interferometers eine gleiche Dispersion (sogenannte
Dispersions-Balance) realisiert, beispielsweise indem man dort einen optischen
Weg durch einen transparenten Körper derselben Länge und derselben
Dispersion wie im Messstrahl realisiert. Da man jedoch im Messstrahl
unterschiedliche Objekte hat und die Messstelle an unterschiedlichen Tiefen
liegen kann, ist es oft schwierig wenn nicht unmöglich, eine entsprechende
kompensierende optische Wegstrecke im Messstrahl zu realisieren.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die Dispersion in einem Kurzkohärenz-
oder einem OCT-Interferometer zu kompensieren, ohne im
Referenzstrahlengang kompensierende optische Wegstrecken oder nur solche
mit fester Länge einzurichten. Dies wird durch nachträgliche rechnerische
Kompensation der Dispersion am A-Scan Signal erreicht.
Erfindungsgemäß wird hierzu das Interferometersignal AS(z) jeweils mit einem
Korrelationskern K(z-z0) rechnerisch korreliert, der entlang der z-Achse jeweils
einem Interferometersignal einer einzigen in z-Richtung punktförmigen
(mathematisch als Deltafunktion δ(z-z0) ausdrückbar) lichtremittierenden
Stelle mit derselben Dispersion entspricht.
Die genaue Form dieses Korrelationskerns K(z-z0) ist der Interferenzterm
g(z-z0) der Gleichung 1. Man erhält K(z-z0) in Abhängigkeit von z-z0
folgend: Zunächst erhält man nach den Regeln der Kohärenzoptik die
Kohärenzfunktion g(z-z0) als Fouriertransformierte des normierten
Wellenlängen-Spektrums. Dies ist der auf Betrag 1 normierte Interferenzterm.
Dieser Interferenzterm wird entsprechend der unterschiedlichen Dispersion für
unterschiedliche Objekttiefen z modifiziert. Zur Berücksichtigung der
Dispersion 2. Ordnung wird der so erhaltene Interferferenzterm einer
Fouriertransformation unterzogen. Die Fourierkomponenten des
Interferenzterms erhalten eine zum Quadrat der Länge im dispergierenden
Objekt proportionale zusätzliche Phasendifferenz. Im einzelnen kann man hierzu
folgend vorgehen:
1. Durch Verwendung theoretischer Formeln. Als erstes wird der Anfangs- Korrelationskern für Dispersion 2. und höherer Ordnung gleich Null bestimmt. Er entspricht dem Interferometersignal bei Dispersions-Balance oder auch einem Lichtimpuls mit dem Ausgangs-Spektrum der Lichtquelle. In vielen Fällen kann man eine Gaussische Form annehmen:
1. Durch Verwendung theoretischer Formeln. Als erstes wird der Anfangs- Korrelationskern für Dispersion 2. und höherer Ordnung gleich Null bestimmt. Er entspricht dem Interferometersignal bei Dispersions-Balance oder auch einem Lichtimpuls mit dem Ausgangs-Spektrum der Lichtquelle. In vielen Fällen kann man eine Gaussische Form annehmen:
Für die Berechnung der dispergierten Form des Korrelationskerns kann man den
im Lehrbuch von Ghatak und Thyagarajan: Introduction to Fiber Optics,
Cambrideg University Press, 1998, angegebenen Ausdruck benutzen. Dieser
lautet:
Mit
ist die Dispersion 2. Ordnung; τ0 ist die
Kohärenzzeit des nicht dispergierten Lichts. Im einzelenen kann man hier
folgend vorgehen:
Theoretisch-rechnerische Bestimmung des räumlich varianten Korrelationskerns aus Daten der Lichtquelle und des dispergierenden Mediums: Diese Berechnung basiert darauf, daß ein dispergierendes Objekt in einem Interferometer auf einen Lichtimpuls dieselbe Wirkung zeigt, wie auf den Interferenzterm dieses Lichtimpulses. Angenommen wird eine Gaussische Einhüllende der Kohärenzfunktion bzw. Gaussische Form des Spektrum, was bei vielen teilkohärenten Lichtquellen näherungsweise der Fall ist. Das Verfahren ist - wie Interferenz allgemein - nicht sehr von der Form der Einhüllenden abhängig.
Theoretisch-rechnerische Bestimmung des räumlich varianten Korrelationskerns aus Daten der Lichtquelle und des dispergierenden Mediums: Diese Berechnung basiert darauf, daß ein dispergierendes Objekt in einem Interferometer auf einen Lichtimpuls dieselbe Wirkung zeigt, wie auf den Interferenzterm dieses Lichtimpulses. Angenommen wird eine Gaussische Einhüllende der Kohärenzfunktion bzw. Gaussische Form des Spektrum, was bei vielen teilkohärenten Lichtquellen näherungsweise der Fall ist. Das Verfahren ist - wie Interferenz allgemein - nicht sehr von der Form der Einhüllenden abhängig.
1. Ausgangsdaten (in SI-Einheiten):
Um einen Vergleich mit anderen erfindungsgemäßen Bestimmungsverfahren für Korrelationskerne zu ermöglichen,
berechnen wir hier den Korrelationskern an hand des dispergierten Signals nach einem Mikroskop-Deckglas:
2. Berechnung der Signalform der Anfangswelle (= Ausgangswelle aus der Lichtquelle) nach
Ghatak/Thyagarajan, Introduction to Fiber Optics, Gleichungen 6.36 & 6.37:
Das Diagramm zeigt die (in der diskreten Fouriertransformation übliche) gespiegelte Form der Anfangswelle.
Diese entspricht dem Interferenzterm ohne Dispersion.
Dies ist die experimentell gewonnene Anfangswelle; sie entspricht einem Interferenzterm mit dieser Welle.
3. Dispergierte Welle nach der Strecke z:
Hier ist die durch Dispersion verlängerte Welle (in gespiegelter Form) dargestellt. Man erkennt die größere Länge
leicht durch Abzählen der Perioden und Vergleich mit der Anfangswelle. Die Dispersion ist durch die
quadratische Tiefenabhängigkeit durch (k.Zeit)2 berücksichtigt worden.
4. Dispergierte Wellen entspiegelt ergibt den räumlich varianten Korrelationskern; hier berechnet für die
Rückseite des Mikroskop-Deckglases
Diese dispergierte Welle (= Korrelationskern) entspricht - bis auf die Einhüllende - sehr genau dem empirisch
gewonnenen dispergierten Interferenzterm von Licht, an der Rückseite des Mikroskop-Deckglases reflektiert, siehe
das nächste Beispiel.
2. Man kann auch halbempirisch vorgehen und ein theoretisches Modell des Anfangs-
Korrelationskerns benutzen und die vorliegende Dispersion mit Hilfe eines experimentell
registrierten dispergierten Interferenzterms modellieren.
Halbempirische Bestimmung des räumlich varianten Korrelationskerns aus einem theoretischen
Ausgangssignal ohne Dispersion durch Anpassung an das dispergierte experimentelle Signal.
1. Erfassung des A-Scan Signals. Dieser Programmteil dient hier nur dazu, das in experimentellen Messungen
stückweise ermittelte Signal darzustellen. Bei kontinuierlich erfolgender Aufzeichnung eines A-Scan Signals erhält
man direkt ein Signal, wie es am Ende dieses Abschnitts als "A-Scan" dargestellt ist.
Diese Bilder sind experimentell dispergierte (rechts) und nicht dispergierte (links) Teilsignale eines A-Scans.
L: = length(V) + length(H) = 9.2 × 103; j: = 0. . L - 1.
VVkV: = Vlength(V)-kV-1 length(VV) = 3.3 × 103; HHkH: = Hlength(H)-kH-1 length(HH) = 5.9 × 103.
L: = length(V) + length(H) = 9.2 × 103; j: = 0. . L - 1.
VVkV: = Vlength(V)-kV-1 length(VV) = 3.3 × 103; HHkH: = Hlength(H)-kH-1 length(HH) = 5.9 × 103.
Hier wurden die zwei Teilsignale in die richtige Orientierung gebracht.
L: = length(V) + length(H) L = 9.2 × 103; jj: = 0. . L-1.
L: = length(V) + length(H) L = 9.2 × 103; jj: = 0. . L-1.
Dies ist das experimentelle A-Scan Signal; links ohne Dispersion, rechts mit Dispersion.
2. Hilberttransformation: In diesem Programmteil wird - nach Born & Wolf § 10.2 - aus dem reellen A-Scan
Signal ein komplexes "analytisches" Signal S berechnet, welches die Verwendung trigonometrischer
Beziehungen vermeiden hilft und dadurch die nachfolgenden Berechnungen wesentlich vereinfacht.
Dies ist ein Kontroll-Plot des A-Scan Signals, der zeigt, daß der Realteil des komplexen analytischen Signals gleich
dem experimentellen A-Scan Signal ist.
3. Reduziertes Signal: In diesem Programmteil wird zur Reduktion der Datenmenge jeder 10-te Meßwert für die
weitere Berechnung ausgewählt. Dies verkürzt hier lediglich die Rechenzeit, könnte aber auch unterlassen
werden.
Dies ist ein weiterer Kontroll-Plot, der zeigt, daß das reduzierte Signal das original A-Scan Signal richtig wieder
gibt.
4. Berechnung des synthetischen räumlich varianten Korrelationskerns:
Die Parameter Am und Bm bestimmen Amplitude und Frequenz des Ausgangssignals.
Die 190 ist die Position der Mitte des theoretischen Ausgangssignals y.
Dies ist ein halbempirisches Modell des Anfangssignals und liefert lediglich die Basis für den zu gewinnenden
Korrelationskern.
5. Korrelationskernbasis = Ausschnitt aus y:
k: = 0. . LK-1; RKk: = 0.01.yk+130 IK: = hilbert(RK)SKk: = RKk + i.IKk
k: = 0. . LK-1; RKk: = 0.01.yk+130 IK: = hilbert(RK)SKk: = RKk + i.IKk
6. Dispersions-Bezugssignal:
Dies ist der Realteil des dipergierten Interferenzterms Bezk: = Re(Sredk+540)
Dies ist der Realteil des dipergierten Interferenzterms Bezk: = Re(Sredk+540)
7. Korrelationskern-Spektrum an der
Hinterfläche:
FK: = cfft(SK)
FK: = cfft(SK)
8. Synthetischer Korrelationskern:
a bestimmt die Größe der Dispersion 2. Ordnung und ist damit von der Position im A-Scan abhängig. a wird hier durch Vergleich mit dem experimentellen Signal (Bez) durch Probieren erhalten. Man beginnt mit kleinen Werten um Null und paßt den Chirp (= Periodenlängenänderung) des synthetischen Korrelationskerns an den Chirp des experimentellen Signals an. Die 44.01 und c.a dienen zum Zentrieren des Korrelationskerns im Korrelationsfenster und bei verschiedenen a-Werten. Der Wert von a ist von der Objekttiefe abhängig. Für ein Deckglas mit 140○m Dicke aus BK7 und einer gefilterten Hg-Hochdrucklampe als Lichtquelle beträgt a = 10.41. Zwischenwerte von a in BK7 können interpoliert werden, der Dicke Null entspricht a = 0. Größere BK7 Dicken können linear extrapoliert werden.
a bestimmt die Größe der Dispersion 2. Ordnung und ist damit von der Position im A-Scan abhängig. a wird hier durch Vergleich mit dem experimentellen Signal (Bez) durch Probieren erhalten. Man beginnt mit kleinen Werten um Null und paßt den Chirp (= Periodenlängenänderung) des synthetischen Korrelationskerns an den Chirp des experimentellen Signals an. Die 44.01 und c.a dienen zum Zentrieren des Korrelationskerns im Korrelationsfenster und bei verschiedenen a-Werten. Der Wert von a ist von der Objekttiefe abhängig. Für ein Deckglas mit 140○m Dicke aus BK7 und einer gefilterten Hg-Hochdrucklampe als Lichtquelle beträgt a = 10.41. Zwischenwerte von a in BK7 können interpoliert werden, der Dicke Null entspricht a = 0. Größere BK7 Dicken können linear extrapoliert werden.
Dieser Kontroll-Plot zeigt die Übereinstimmung des synthetischen Korrelationskerns (Kor) mit dem experimentell
erhaltenen Bezugssignal (Bez).
3. Experimenteller Weg.
Schließlich kann man auch voll empirisch vorgehen und als Anfangs- Korrelationskern das numerische A-Scan Interferometersignal benutzen, welches man von einer ersten Grenzfläche eines Objekts oder eines in Strahlengang normal zum Messstrahl gerichteten Spiegels erhält. Die Fourierkomponenten dieses Signals erfahren im dispergierenden Medium durch die Dispersion 2. Ordnung eine quadratisch von der Fourierkoordinate abhängige zusätzliche Phase. Diese zusätzliche Phase kann in der numerische berechneten Fourier-Transformierten des A-Scan Interferometersignals beigefügt werden. Dieser Weg wurde bei dem untenstehenden gewählt; siehe die dortigen Erläuterungen. Dieses Verfahren hat gegenüber der oben beschriebenen Verwendung theoretischer Formeln den Vorteil, dass man weder die Kohärenzzeit des Emissionsspektrums noch dessen Form zu kennen braucht.
Schließlich kann man auch voll empirisch vorgehen und als Anfangs- Korrelationskern das numerische A-Scan Interferometersignal benutzen, welches man von einer ersten Grenzfläche eines Objekts oder eines in Strahlengang normal zum Messstrahl gerichteten Spiegels erhält. Die Fourierkomponenten dieses Signals erfahren im dispergierenden Medium durch die Dispersion 2. Ordnung eine quadratisch von der Fourierkoordinate abhängige zusätzliche Phase. Diese zusätzliche Phase kann in der numerische berechneten Fourier-Transformierten des A-Scan Interferometersignals beigefügt werden. Dieser Weg wurde bei dem untenstehenden gewählt; siehe die dortigen Erläuterungen. Dieses Verfahren hat gegenüber der oben beschriebenen Verwendung theoretischer Formeln den Vorteil, dass man weder die Kohärenzzeit des Emissionsspektrums noch dessen Form zu kennen braucht.
Zuvor soll noch das numerische Korrelationsverfahren erläutert werden:
Die numerische Korrelation kann per PC ausgeführt werden und zwar erstens mit Hilfe der reellen Intensitätswerte von Interferometersignal IS(z) und Korrelationskern K(z-z0). Diese Korrelation hat dann die Form:
Die numerische Korrelation kann per PC ausgeführt werden und zwar erstens mit Hilfe der reellen Intensitätswerte von Interferometersignal IS(z) und Korrelationskern K(z-z0). Diese Korrelation hat dann die Form:
mit I und K als Mittelwerte von I und K; m entspricht z-z0 in K(z-z0).
Alternativ kann man zweitens aus Interferometersignal IS(z) und
Korrelationskern K(z-z0) die zugehörigen komplexen Größen und mit
Hilfe der Hilbert Transformation bilden und die Einhüllende der Korrelation mit
dem Produkt
gewinnen, wobei * der konjugiert komplexe Korrelationskern ist.
1. Erfassung des A-Scan Signals. Dieser 1. Programmteil dient hier nur dazu, das in den ersten
Messung etwas umständlich und stückweise experimentell ermittelte Signal darzustellen. Bei kontinuierlich
erfolgender Aufzeichnung eines A-Scan Signals erhält man ein Signal, wie es am Ende dieses Abschnitts als
"AScan" dargestellt ist.
Dies sind ein dispersionsfreies (links) und ein dispergiertes (rechts) A-Scan Signal von einer Glasplatte, experimentell
gewonnen.
Die obigen A-Scan Signale waren seitenverkehrt aufgenommen worden; das wurde hier korrigiert.
Dies ist das experimentelle A-Scan Signal zur Demonstration des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2. Hilberttransformation: in diesem Programmteil wird - nach Born & Wolf § 10.2 - aus dem reellen A-Scan
Signal ein komplexes "analytisches" Signal S berechnet, welches die Verwendung trigonometrischer Beziehungen
vermeiden hilft und dadurch die nachfolgenden
Berechnungen wesentlich vereinfacht.
Dieser Plot zeigt, daß der Realteil des komplexen Signals mit dem obigen A-Scan Signa übereinstimmt.
3. Reduziertes Signal: In diesem Programmteil wird zur Reduktion der experimentellen Datenmenge jeder
10-te Meßwert für die weitere Berechnung ausgewählt.
Dieser Plot zeigt, daß der Realteil des reduzierten Signals mit dem A-Scan Signal übereinstimmt.
4. Bezugssignal: Ein markanter A-Scan Reflex mit bekannter Dispersion - hier ohne Dispersion - weil an der
Eintrittsstelle in das dispergierende Objekt entstanden, wird zur Modellierung des Korrelationsterms benutzt. Zur
Vereinfachung wird hier weiters nur jeder zehnte Meßwert benutzt (Bred), was die Rechenzeit verkürzt; man
könnte auch jeden Meßwert nehmen.
5. Reduziertes Bezugssignal:
Bred ist das zur Kerngewinnung unten benutzte Bezugssignal.
6. Korrelationskernbasis = Ausschnitt aus Bred: Zur eigentlichen Modellierung des
Korrelationskerns wird nur das Signal im engeren Sinne benutzt, hier der Teil von V = 130 bis V = 250.
LK: = 120; k: = 0. . LK - 1; RKk: = Bredk+130; IK: = hilbert(RK); SKk: = RKk + i.IKk.
LK: = 120; k: = 0. . LK - 1; RKk: = Bredk+130; IK: = hilbert(RK); SKk: = RKk + i.IKk.
7. FT: Von der Korrelationskernbasis SK wird erfindungsgemäß die Fourier-Transformierte gebildet. Als
Korrelationskernbasis wird hier das zur Modellierung des Korrelationskerns benutzte Teilsignal bezeichnet.
FK: = cff(SK).
FK: = cff(SK).
8. Dispersions-Bezugssignal: Zum Vergleich mit dem modellierten Korrelationskern wird erfindungsgemäß
unten (in der Abbildung) ein dispergierter A-Scan Reflex benutzt:
Bezk: = Re(Sredk+540).
Bezk: = Re(Sredk+540).
9. Korrelationskern-Spektrum: Das nicht dispergierte A-Scan Signal wird hier erfindungsgemäß mit
einem von der A-Scan Koordinate (Index k) quadratisch abhängigen Phasenterm versehen. Dieser modelliert die
Dispersion 2. Ordnung. a ist eine vom Korrelationsort abhängige Größe. Man gewinnt sie hier empirisch, das heißt
man beginnt mit a = 1, vergleicht den so erhaltenen Korrelationskern mit dem dispergierten Signal Bez und
verändert a bis Übereinstimmung mit Bez besteht, wie in dem unten bei 10. stehenden Plot zu sehen. c und die 44
sorgen für die richtige Phasenlage des Korrelationskerns im Korrelationsfenster
10. Korrelationskern: durch Fourier-Rücktransformation wird erfindungsgemäß der Korrelationskern
gewonnen.
Dies ist der räumlich variante Korrelationskern. Die räumliche Abhängigkeit ist durch a ausgedrückt. Für eine Tiefe von 140Om in BK7 hat a hier den Wert 10.5. Zwischenwerte können durch Interpolation erhalten werden, wobei einer Tiefe Null im Glas der Wert a = 0 entspricht. Werte für größere Tiefen in Glas ergeben sich durch entsprechende lineare Extrapolation. Die Abbildung demonstriert die gute Übereinstimmung (zur Demonstration mit Hilfe der Phase übereinander auf Lücke abgebildet) des modellierten Korrelationskerns (Kor) mit dem dispergierten experimentellen A-Scan Signal (Bez).
Dies ist der räumlich variante Korrelationskern. Die räumliche Abhängigkeit ist durch a ausgedrückt. Für eine Tiefe von 140Om in BK7 hat a hier den Wert 10.5. Zwischenwerte können durch Interpolation erhalten werden, wobei einer Tiefe Null im Glas der Wert a = 0 entspricht. Werte für größere Tiefen in Glas ergeben sich durch entsprechende lineare Extrapolation. Die Abbildung demonstriert die gute Übereinstimmung (zur Demonstration mit Hilfe der Phase übereinander auf Lücke abgebildet) des modellierten Korrelationskerns (Kor) mit dem dispergierten experimentellen A-Scan Signal (Bez).
Dieser Plot zeigt die empirisch durch Verändern von a und c gewonnene Übereinstimmung des Realteils des
Korrelationskerns Kor mit dem Bezugssignal Bez.
11. Korrelation. Die Korrelation wird durch das Produkt (SMS.SKor =) komplexes A-Scan-Signal mal dem
sich entlang der A-Scan Achse verändernden, also räumlich varianten Korrelationskern gebildet. Man kann den
Realteil, den Betrag, das Betragsquadrat (hier) oder eine andere von dem Produkt (SMS.SKor) abgeleitete
Größe zur Darstellung des A-Scan Signals benutzen.
Erfindungsgemäß kann man hier auch die durch Dispersion verminderte Amplitude der A-Scan Signale dadurch
verstärken, daß man den Korrelationskern mit einer von der A-Scan Koordinate (K) abhängigen Größe multipliziert
(K läßt sich aus dem Plot des Korrelationssignals SM ablesen; je schwächer die Signale bei hohen K-Werten sind,
desto größer muß man den Exponenten von K wählen) der optimale Wert liegt im vorliegenden Beispiel bei etwa K
hoch 0,8); der optimale Wert hängt von der Güte des Korrelationskerns ab und von der Fenstergröße. Man kann
diesen Wert auch objektabhängig gestalten, beispielsweise bei stark streuenden Objekten größer wählen.
Dies ist das Programm, welches die Korrelation berechnet: in der 5. Zeile von oben steht das
Korrelationskernspektrum mit den experimentell gewonnenen Fourierkoeffizienten FK des Ausgangskerns und dem
quadratisch von j abhängigen Phasenterm, der die Dispersion berücksichtigt. In der folgenden Zeile erfolgt die
Fourier-Rücktransformation (icfft), dann werden 120 Elemente lange Submatritzen für die Korrelationsberechnung
in der letzten Programmzeile gebildet.
Dieser Plot zeigt, daß die Halbwertsbreite des dispergierten Signals (rechtes Signal; kontinuierlicher Linie) durch die
Dispersionskompensation mehr als halbiert worden(rechtes Signal; gestrichelte Linie) Der Shift der
Korrelationsfunktion nach links ist die Fensterbreite; man könnte diesen Shift leicht eliminieren. Hier macht er das Bil
übersichtlicher.
Claims (4)
1. Verfahren und/oder Anordnung zur Kompensation der Dispersion in
Signalen von Kurzkohärenz- und/oder OCT-Interferometern, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswirkung der Dispersion durch nachträgliche
Kompensation eliminiert wird, indem das Interferometersignal mit einem
räumlich varianten Korrelationskern korreliert wird, der entlang der Meßachse
in z-Richtung jeweils einem Interferometersignal einer einzigen in z-Richtung
punktförmigen lichtremittierenden Stelle mit derselben Dispersion entspricht.
2. Verfahren und/oder Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der räumlich variante Korrelationskern aus experimentell gemessenen
Interferogrammen ermittelt wird.
3. Verfahren und/oder Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der räumlich variante Korrelationskern mit Hilfe theoretischer Formeln aus
Lehrbüchern wie Ghatak & Thyagarajan: Introduction to Fiber Optics, ermittelt
wird.
4. Verfahren und/oder Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der räumlich variante Korrelationskern aus einem theoretischen oder
experimentellen Anfangssignal durch Vergleich mit dem gemessenen
dispergierten Interferenzterm ermittelt wird.
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