DE102004028204B3 - Method for signal evaluation in OCT - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Signalauswertung bei der OCT mit zeitlich veränderlicher optischer Weglänge im Referenzarm, die durch einen repetierend arbeitenden Phasenmodulator während eines Messzyklus von einem ersten zu einem zweiten Endwert geändert wird durch Ermitteln der Änderungsgeschwindigkeit der optischen Weglänge als Funktion der Zeit aus dem OCT-Messsignal während wenigstens eines Messzyklus und Nutzen der ermittelten Änderungsgeschwindigkeit zur Demodulation des während der folgenden Messzyklen aufgezeichneten OCT-Messsignals.A method for signal evaluation in OCT with time-varying optical path length in the reference arm, which is changed by a repetitive phase modulator during a measurement cycle from a first to a second end value by determining the rate of change of the optical path length as a function of time from the OCT measurement signal during at least a measurement cycle and use the determined rate of change to demodulate the recorded during the following measurement cycles OCT measurement signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalauswertung bei der optischen Kohärenztomographie (OCT).The The invention relates to a method for signal evaluation in the optical Coherence tomography (OCT).

Die optische Kohärenztomographie erlaubt die nichtinvasive Darstellung und Messung von Strukturen innerhalb eines Gewebes. Ein ausführliches Beispiel für eine Umsetzung wird in der US 5 321 501 dargelegt. Das Prinzip besteht darin, Strahlung mit kurzer Kohärenzlänge zunächst aufzuteilen, die Teilstrahlen jeweils dem Referenz- und Probenarm eines Interferometers zuzuführen, in denen das Licht reflektiert bzw. zurückgestreut wird, und schließlich die zurückkehrenden Teilstrahlen zu überlagern, um das Interferenzmuster auszuwerten. Im Probenarm wird das Licht in unterschiedlichen Tiefen einer – z.B. biologischen – Probe gestreut, wobei das tiefenaufgelöste Streuvermögen der Probe die mit der OCT zu messende Größe ist. Im Referenzarm wird die optische Weglänge typischerweise kontinuierlich verändert. Zum Interferenzsignal trägt eine bestimmte Probentiefe nur dann bei, wenn die optischen Weglängen von Proben- und Referenzlicht innerhalb der Kohärenzlänge des Lichts übereinstimmen. Damit kann bei exakter Kenntnis der Referenzarmlänge die Streuung in einer bestimmten Probentiefe ermittelt werden.Optical coherence tomography allows noninvasive imaging and measurement of structures within a tissue. A detailed example of an implementation is given in the US 5,321,501 explained. The principle is first to divide radiation of short coherence length, to supply the sub-beams respectively to the reference and sample arm of an interferometer, in which the light is reflected or backscattered, and finally to superimpose the returning partial beams to evaluate the interference pattern. In the sample arm, the light is scattered at different depths of a - eg biological - sample, where the depth-resolved scattering power of the sample is the size to be measured with the OCT. In the reference arm, the optical path length is typically changed continuously. A certain sample depth contributes to the interference signal only if the optical path lengths of sample and reference light coincide within the coherence length of the light. In this way, with exact knowledge of the reference arm length, the scattering in a specific sample depth can be determined.

Wenn die Referenzarmlänge mit konstanter Geschwindigkeit ν zwischen einer vorderen und hinteren Endstellung geändert wird (dies definiert die Zeitspanne der Zykluslänge eines einzelnen sogenannten A-Scans), so entsteht bei einer Zentralwellenlänge λ0 der verwendeten Strahlung am Lichtdetektor eine mit der Frequenz ω0 = 2λ0ν (1)oszillierende Intensität I(t), die mit der Tiefeninformation moduliert ist. I(t) = A(t)·cos[ω0·t + φ] (2) If the reference arm length is changed at a constant speed ν between a front and rear end position (this defines the length of the cycle length of a single so-called A-scan), then at a central wavelength λ 0 of the radiation used at the light detector one with frequency ω 0 = 2λ 0 ν (1) oscillating intensity I (t), which is modulated with the depth information. I (t) = A (t) · cos [ω 0 · T + φ] (2)

Aus der Amplitude des Signals A(t) kann so auf die Reflektivität in der zur Referenzarmlänge korrespondierenden Probentiefe geschlossen werden.Out The amplitude of the signal A (t) can thus be reduced to the reflectivity in the to the reference arm length corresponding sample depth can be closed.

Die Aufbereitung des gemessenen Signals erfolgt in der Regel, indem es zunächst einen Bandpassfilter durchläuft, dessen Passband so schmal wie möglich gewählt wird. Optimal ist hier die Bandbreite der Einhüllenden A(t), um das breitbandige Rauschen möglichst weitgehend zu beseitigen. Die Amplitude des Signals wird anschließend durch eine Gleichrichtung und nachfolgende Tiefpassfilterung demoduliert. Die Erfassung der Amplituden A(t) kann sodann mit einer Bandbreite erfolgen, die in der Regel ca. zwei Größenordnung kleiner als ω0 ist.The conditioning of the measured signal is usually done by first passing through a bandpass filter whose passband is chosen to be as narrow as possible. Optimal here is the bandwidth of the envelope A (t) to eliminate the broadband noise as much as possible. The amplitude of the signal is then demodulated by rectification and subsequent low pass filtering. The detection of the amplitudes A (t) can then take place with a bandwidth which is generally about two orders of magnitude smaller than ω 0 .

In der OCT Technik sind etliche Vorrichtungen bekannt, die die Länge des Referenzarmes kontinuierlich verändern. Diese auch als Phasenmodulatoren bezeichneten Geräte werden im einfachsten Fall durch einen verschiebbaren Referenzspiegel realisiert (z.B. US 6,341,870 B1 oder US 5,220,463 ). In der US 6 111 645 wird eine Anordnung verschwenkbarer Spiegel oder Gitter, zwischen denen reflektiertes Licht verschieden lange Wege zurücklegt, vorgestellt. Die DE 198 14 068 A1 beschreibt Phasenmodulatoren, welche auf rotierenden Spiegelanordnungen oder Prismen basieren. Eine weitere effektive Möglichkeit, einen Phasenmodulator zu schaffen, besteht darin, eine Lichtleitfaser zu dehnen ( DE 100 35 833 A1 ).In the OCT technique, a number of devices are known which continuously change the length of the reference arm. These devices, also referred to as phase modulators, are realized in the simplest case by a displaceable reference mirror (eg US 6,341,870 B1 or US 5,220,463 ). In the US 6 111 645 an arrangement of pivotable mirrors or gratings, between which reflected light travels paths of different lengths, is presented. The DE 198 14 068 A1 describes phase modulators based on rotating mirror arrays or prisms. Another effective way to provide a phase modulator is to stretch an optical fiber ( DE 100 35 833 A1 ).

Bei den genannten Phasenmodulatoren kann die Änderung der Referenzarmlänge nicht über den ganzen Bereich linear in der Zeit, d. h. mit konstanter Geschwindigkeit ν, erfolgen.at the said phase modulators can not change the reference arm length over the whole range linear in time, d. H. with constant velocity ν.

Bei den rotatorisch arbeitenden Phasenmodulatoren ist dies eine Folge der inhärent nichtlinearen Beziehung zwischen der konstanten Winkelgeschwindigkeit und der Verlängerung der optischen Weglänge. Bei Phasenmodulatoren, die repetierend eine lineare Bewegung ausführen, sind beschleunigte Bewegungen notwendig, und es entstehen variable Geschwindigkeiten aus dem in der Regel nichtlinearen Verhalten der Antriebe. Das Ausdehnungsverhalten der häufig verwendeten Piezoaktoren zeigt beispielsweise eine ausgeprägte Hysterese. Mechanische Systeme weisen außerdem starke Resonanzen bei bestimmten Anregungsfrequenzen auf. Daher neigen repetierend arbeitende Phasenmodulatoren zu starken Abweichungen der Bewegung vom gewünschten Sollverhalten.at this is a consequence of the rotational phase modulators the inherent nonlinear relationship between the constant angular velocity and the extension the optical path length. In phase modulators that repetitively perform a linear motion are accelerated movements necessary, and there are variable speeds from the usually non-linear behavior of the drives. The expansion behavior the common used piezoelectric actuators, for example, shows a pronounced hysteresis. Mechanical systems also exhibit strong resonances at certain excitation frequencies. Therefore repetitive phase modulators tend to deviate greatly the movement of the desired Nominal behavior.

Eine Variation der Geschwindigkeit ν, mit der die optische Weglänge und damit die Phase φ der Referenzstrahlung geändert wird, prägt sich daher der Trägerfrequenz ω0 der gemessenen Intensität I(t) auf, die zu einer amplituden- und frequenzmodulierten Oszillation wird. Um die Frequenzvariation in der Auswertung zu berücksichtigen, ist man gezwungen, Filter mit wesentlich größerer Bandbreite als eigentlich wünschenswert zu verwenden, wodurch sich der Rauschanteil des Signals stark erhöht.A variation of the velocity ν, with which the optical path length and thus the phase φ of the reference radiation is changed, is therefore reflected in the carrier frequency ω 0 of the measured intensity I (t), which becomes an amplitude- and frequency-modulated oscillation. In order to take into account the frequency variation in the evaluation, one is forced to use filters with much larger bandwidth than actually desirable, which greatly increases the noise component of the signal.

Zudem entstehen Fehler bei der Zuordnung der momentanen Referenzarmlänge, d.h. der Tiefe der Streustruktur in der Probe, zum Messsignal, wenn die optische Weglänge nicht noch mit einem unabhängigen Verfahren gemessen wird. Dies macht sich besonders bei der Anwendung der OCT in der Profilometrie oder Pachymetrie negativ bemerkbar.moreover errors arise in the assignment of the current reference arm length, i. the depth of the scattering structure in the sample, the measurement signal when the optical path length not yet with an independent procedure is measured. This is especially true when using the OCT in profilometry or pachymetry negatively noticeable.

Eine Lösung zur Demodulation von Signalen mit schwankenden Trägerfrequenzen ist die Frequenzverfolgung durch so genannte „Phase-Locked-Loops' (PLLs). Hierfür ist ein Trägersignal mit ausreichender Amplitude erforderlich, das zudem keine Sprünge in der Phasenlage φ aufweist. Beide Voraussetzungen sind bei der OCT von streuenden Objekten wegen der statistischen Verteilung der Streuer in der Probe nicht erfüllt. Selbst bei homogener Verteilung der Streuer bricht das Signal immer wieder auf Null zusammen, und es treten Phasensprünge auf. Dieses Phänomen ist Folge der Interferenz von Strahlung mit statistisch verteilten Phasen und ist analog zu den aus der kohärenten Optik bekannten Specklen. Deshalb können bei der OCT die üblichen elektrotechnischen Verfahren zur Frequenzverfolgung nicht verwendet werden.A solution for the demodulation of signals with fluctuating carrier frequencies is the frequency tracking by so-called "phase-locked loops" (PLLs). This is a carrier signal with sufficient amplitude required, in addition, no jumps in the Phase angle φ has. Both conditions are due to the OCT of scattering objects the statistical distribution of the spreaders in the sample is not met. Even with homogeneous distribution of the spreader the signal breaks again and again to zero together and phase jumps occur. This phenomenon is Consequence of the interference of radiation with statistically distributed phases and is analogous to that from the coherent Optics known Specklen. Therefore, the usual OCT Electrotechnical frequency tracking is not used become.

Um eine größtmögliche Konstanz der Trägerfrequenz ω0 zu erreichen, werden Phasenmodulatoren daher entweder mittels Signalen angesteuert, die die Abweichungen von der konstanten Geschwindigkeit in einem möglichst breiten Bereich des Tiefenscans kompensieren. Dazu wird eine einmalig Kalibriermessung durchgeführt, um eine entsprechende Korrekturfunktion zu berechnen. Es zeigt sich aber, dass eine einmalige Kalibrierung oft nicht ausreicht, sondern es sind je nach Betriebsbedingungen und Alterungseffekten von Zeit zu Zeit vom Benutzer neue Kalibrierkurven aufzunehmen.In order to achieve the greatest possible constancy of the carrier frequency ω 0 , phase modulators are therefore controlled either by means of signals which compensate for the deviations from the constant speed in the widest possible range of the depth scan. For this purpose, a one-time calibration measurement is performed in order to calculate a corresponding correction function. It turns out, however, that a one-time calibration is often not enough, but depending on the operating conditions and aging effects from time to time by the user to record new calibration curves.

Alternativ wird die Ansteuerung innerhalb eines geschlossenen Regelkreises (Regelung) realisiert. Hierfür wird mittels eines geeigneten Verfahrens der optische Weg oder die Phasengeschwindigkeit im Phasenmodulator genau erfasst. Die Messwerte werden dann auf den Antrieb des Phasenmodulators so zurück gekoppelt, dass sich die Referenzarmlänge in guter Näherung mit konstanter Geschwindigkeit ändert. Diese Regelung überkommt ggf. zugleich die Drift des Antriebs, und äußere Einflüsse auf sein Verhalten werden kompensiert.alternative The control is within a closed loop (Control) realized. Therefor is by means of a suitable method, the optical path or the Phase velocity accurately detected in the phase modulator. The measured values are then coupled back to the drive of the phase modulator so that the reference arm length in a good approximation changes at constant speed. This regulation comes over if necessary, at the same time the drift of the drive, and external influences on its behavior are compensated.

In beiden Fällen ist eine Erfassung der im Phasenmodulator zurückgelegten optischen Weglänge erforderlich. Dies erfolgte, z.B. indem der Drehwinkel oder der Abstand zwischen zwei Baugruppen mittels geeigneter Sensoren erfasst wird. In der Vorrichtung nach der DE 100 35 833 A1 , werden z. B. zusätzliche kapazitive Abstandssensoren verwendet.In both cases, detection of the optical path length traveled in the phase modulator is required. This was done, for example, by detecting the angle of rotation or the distance between two modules by means of suitable sensors. In the device according to the DE 100 35 833 A1 , z. B. additional capacitive distance sensors used.

Aus dem Stand der Technik sind auch Methoden bekannt, die mit optischen Mitteln direkt die Länge eines optischen Weges bzw. einer Phasengeschwindigkeit ermitteln können. Zu nennen sind hier insbesondere Interferometer oder Velocimeter, die mittels einer langkohärenten Laserlichtquelle optische Weglängenänderungen pro Zeiteinheit zwischen zwei reflektierenden Flächen bestimmen.Out The prior art also methods are known with optical Means directly the length of one can determine optical path or a phase velocity. To In particular, interferometers or velocimeters that are mentioned here are by means of a long-coherent Laser light source optical path length changes determine per unit of time between two reflective surfaces.

An die Vorrichtungen zur Bestimmung der optischen Weglängen werden erhebliche technische Anforderungen gestellt. Für eine Regelung entsprechend der DE 100 35 833 A1 ist es z.B. notwendig, die Position mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 nm bei einer Bandbreite von ca. 10 kHz zu bestimmen. Unabhängig davon, ob ein geregelter oder gesteuerter Betrieb gewählt wird, bedarf es Antrieben mit hohen Resonanzfrequenzen, die erhebliche elektrische Leistungen zur Ansteuerung erfordern.Considerable technical requirements are placed on the devices for determining the optical path lengths. For a regulation according to the DE 100 35 833 A1 For example, it is necessary to determine the position with an accuracy of less than 0.1 nm at a bandwidth of about 10 kHz. Regardless of whether a controlled or controlled operation is selected, it requires drives with high resonance frequencies, which require considerable electrical power to control.

Aus all diesen Gründen trägt die Erzeugung einer konstanten Phasengeschwindigkeit erheblich zu den Gesamtkosten der Phasenmodulatoren bei. Es ist aufwändig mit diesen Verfahren Repetitionsraten besser als ca. 100 Hz zu erreichen. Für Phasenmodulatoren, die entweder auf rotatorischen Bewegungen basieren oder in mechanischer Resonanz betrieben werden, sind Verfahren zur Steuerung oder Regelung gar nicht anwendbar.Out all these reasons wears the Generating a constant phase velocity significantly adds to the total cost the phase modulators at. It is laborious with these procedure repetition rates better than about 100 Hz. For phase modulators, either based on rotational movements or in mechanical resonance are operated, are methods of control or even even not applicable.

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einem vereinfachten OCT Aufbau, insbesondere unter Verzicht auf Komponenten zur Steuerung oder Regelung des Phasenmodulators, Messsignale zu gewinnen, die dennoch eine Filterung mit enger Bandbreite und somit eine Auswertung mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis erlauben.It is an object of the invention, with a simplified OCT structure, in particular waiving components for controlling or regulating the phase modulator, to gain measurement signals that nevertheless allow narrow bandwidth filtering and hence good signal-to-noise ratio evaluation.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Fortbildungen an.The Task is solved by a method having the features of the main claim. The subclaims give advantageous training.

Die Erfindung macht sich zunutze, dass alle herkömmlichen Phasenmodulatoren eine repetierende (oder auch zyklische) Bewegung durchführen. Die Referenzarmlänge und ihre Änderungsgeschwindigkeit sind damit als Funktionen der Zeit periodisch. Die Kenntnis der Geschwindigkeit des Referenzarms im Laufe eines einzelnen Scans ist somit für relativ kurze Zeiträume auf spätere Scans übertragbar.The The invention takes advantage of all conventional phase modulators perform a repetitive (or cyclic) movement. The reference arm and their rate of change are thus periodic as functions of time. The knowledge of Speed of the reference arm during a single scan is therefore for relatively short periods of time on later Scans transferable.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verzichtet auf Mittel, die die Konstanz der Phasengeschwindigkeit streckenweise erzwingen. Vielmehr ist sie so ausgebildet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Referenzarmlänge während der laufenden Messung wiederholt erfasst und einem Prozessrechner zur Verfügung gestellt wird. Dies erfordert keine zusätzlichen Messkomponenten, sondern ist unmittelbar aus den ohnehin zu erhebenden Messdaten möglich, die vordergründig der Strukturuntersuchung der Probe dienen.The inventive device dispenses with means that the constancy of the phase velocity in sections force. Rather, it is designed so that the rate of change the reference arm length while the ongoing measurement repeatedly recorded and a process computer to disposal is provided. This requires no additional measuring components, but is directly possible from the measurement data to be collected anyway, the superficial serve the structural investigation of the sample.

Es ist dem Fachmann nicht sofort ersichtlich, dass die Messung der Phasengeschwindigkeit nach dem Velocimeter-Prinzip erfolgen kann. Denn ein Velocimeter nach dem Stand der Technik benötigt eine langkohärente Lichtquelle (Laser), die in der OCT-Vorrichtung nicht vorhanden ist. Im Unterschied zu einem Velocimeter, bei dem ein Referenzspiegel ruht und ein zweiter Spiegel mit der zu messenden Probe bewegt wird, werden bei der OCT die integralen Rückstreuungen aus allen Schichten der Probe zeitlich nacheinander mit den Reflexen von verschiedenen Referenzarmstellungen überlagert. Mit einer kurzkohärenten Lichtquelle sind Geschwindigkeitsmessungen nur innerhalb eines Messbereiches möglich, der der Kohärenzlänge der Lichtquelle entspricht (ca. 10 μm). Für die „lokale" bzw. momentane Messung der Geschwindigkeit des Referenzspiegels reicht dies jedoch aus.It the expert is not immediately apparent that the measurement of Phase velocity can be done according to the velocimeter principle. Because a Velocimeter according to the state of the art requires one langkohärente Light source (laser), which does not exist in the OCT device is. Unlike a velocimeter, which has a reference mirror rests and a second mirror is moved with the sample to be measured, become OCT's integral backscatters from all layers the sample successively with the reflections of different Superimposed reference arm positions. With a short-coherent Light source are speed measurements only within a measuring range possible, the coherence length of the Light source corresponds (about 10 μm). For the "local" or momentary measurement However, the speed of the reference mirror is sufficient.

Das Interferenzsignal I(t) wird direkt mit einer Abtastrate von wenigstens 2ω0 abgetastet. Zur Ermittlung von ω0 – auf äquidistanten Zeitstützstellen ti – erfolgt dann vorzugsweise eine Fenster-Analyse des OCT-Signals. Beispielsweise können die Messwerte von I(t) jeweils in einem entlang der Zeitachse beweglichen Fenster definierter Breite (wenige Fringes/Oszillationen des Trägers) „lokal" einer Fourier-Transformation unterzogen werden, um die dominante Frequenz in diesem Zeitfenster zu ermitteln. Hieraus kann die Trägerfrequenz an an den Stellen, an denen das Signal ausreichend ist und keine Phasensprünge aufweist, bestimmt und abgespeichert werden. Man erhält eine Tabelle ω0(ti) = 2λ0·ν(ti) (3)auf den Stützstellen ti = t0 + iΔt mit i = 0, ..., N (4) The interference signal I (t) is sampled directly at a sampling rate of at least 2ω 0 . To determine ω 0 - at equidistant time bases t i - then preferably a window analysis of the OCT signal. For example, the measured values of I (t) in each case in a width defined along the time axis (few fringes / oscillations of the carrier) can be "locally" Fourier transformed to determine the dominant frequency in this time window Carrier frequency at the points where the signal is sufficient and has no phase jumps are determined and stored ω 0 (t i ) = 2λ 0 · Ν (t i ) (3) on the support points t i = t 0 + iΔt with i = 0, ..., N (4)

Die Referenzarmlängen zi, die zu den Zeitpunkten tj vorliegen, lassen sich durch einfache Integration bestimmen, beispielsweise über

Figure 00050001
mit irgendeinem Offset z0. Es kann auch vorteilhaft sein, einen äquidistanten Satz z'j von Stützstellen zu definieren, etwa durch
Figure 00060001
The reference arm lengths z i , which are present at the times t j , can be determined by simple integration, for example via
Figure 00050001
with some offset z 0 . It may also be advantageous to define an equidistant set z ' j of interpolation points, for instance by
Figure 00060001

Interpoliert man das gemessene OCT-Signal von den unregelmäßig beabstandeten Koordinaten zi auf die z'j, so ist es von Verzerrungen durch die ungleichmäßige Phasengeschwindigkeit befreit. Es tritt im Idealfall nur noch eine einzige Trägerfrequenz auf.If the measured OCT signal is interpolated from the irregularly spaced coordinates z i to the z ' j , it is freed from distortions due to the uneven phase velocity. It occurs in the ideal case only a single carrier frequency.

Um einen vollständigen Verlauf von ω0 über den gesamten Messbereich erstellen zu können, muss von der Probe allerdings erwartet werden, dass sie Reflexionen in allen Tiefen aufweist. Ist dies nicht der Fall, kann ein möglichst vollständiger Verlauf von ω0 durch Variation des Abstandes des Applikators vom Messobjekt erreicht werden. Vorteilhafterweise ergibt sich bei der typischen OCT-Untersuchung lebender Proben, insbesondere auch an oder in einem Patienten, schon durch die unvermeidliche Eigenbewegung der Probe die Gelegenheit, Geschwindigkeitsinformationen für alle Referenzarmlängen aus einer Mehrzahl aufeinander folgender Scans zu erhalten. An den Stellen, an denen aufgrund von fehlendem Signal oder von Phasensprüngen die Trägerfrequenz nicht bestimmt werden kann, wird dann auf vorherige Messungen zurückgegriffen. Wegen der statistischen Struktur dieses Phänomens bei streuenden Objekten ist zu erwarten, dass über eine gewisse Zeit für alle optischen Verzögerungen die Phasengeschwindigkeit auf diese Weise bestimmt und abgespeichert werden kann. Die Information über die Trägerfrequenz ω0 sollte im Fortgang der OCT-Messung immer wieder im Prozessrechner aktualisiert werden.However, in order to make a complete trace of ω 0 over the entire measurement range, the sample must be expected to have reflections at all depths. If this is not the case, as complete a course as possible of ω 0 can be achieved by varying the distance of the applicator from the measurement object. Advantageously, results in the typical OCT examination of living samples, especially on or in a patient, already by the inevitable natural motion of the sample the Opportunity to obtain speed information for all reference arm lengths from a plurality of consecutive scans. At the points where the carrier frequency can not be determined due to missing signal or phase jumps, then previous measurements are used. Due to the statistical structure of this phenomenon in scattering objects, it can be expected that the phase velocity can be determined and stored in this way for a certain time for all optical delays. The information about the carrier frequency ω 0 should always be updated in the process computer in the course of the OCT measurement.

Der aus dem aktuellen und vielen vorherigen Scans bestimmte Verlauf von ω0 über den Messbereich wird dann zur Demodulation benutzt, die entweder mathematisch auf der digitalisierten Form des Interferenzsignals I(t) oder analog (z.B. Variation der Filterfrequenz, Mischen mit ω0) erfolgen kann. Beispielsweise beim Mischen in ein Zwischenband – vorzugsweise auf Differenzfrequenz Null (Lock-In) – kann die gesuchte Amplitudenmodulation entweder direkt erfasst oder zumindest auf eine weitgehend konstante Trägerfrequenz aufgeprägt werden, die sich mit enger Bandbreite filtern lässt.The course of ω 0 over the measuring range determined from the current and many previous scans is then used for demodulation, which can be performed either mathematically on the digitized form of the interference signal I (t) or analogously (eg variation of the filter frequency, mixing with ω 0 ) , For example, when mixing in an intermediate band - preferably at differential frequency zero (lock-in) - the desired amplitude modulation can either be detected directly or at least impressed on a substantially constant carrier frequency, which can be filtered with a narrow bandwidth.

Die hier beschriebene direkte Bestimmung der Trägerfrequenz aus dem Interferenzsignal ist auch deshalb vorteilhaft, weil dann eine unvollständige Kopplungen zwischen der Mechanik und dem optischen Weg nicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen.The direct determination of the carrier frequency from the interference signal described here is also advantageous because then an incomplete couplings between the mechanics and the optical path not to a falsification lead the measurement result.

Hinsichtlich der konkreten Umsetzung der rechnerischen Ermittelung und erst recht der Demodulation lassen sich gewiss viele verschiedene Wege beschreiten. Die Erfindung will sich hier nicht auf bestimmte Algorithmen eingeschränkt verstanden wissen. Wesentlich ist in allen Fällen, dass der Verlauf von ω0 im gewöhnlichen Messbetrieb an praktisch beliebigen Proben aufgenommen werden kann, ohne dass die vom Endnutzer beabsichtigte Messung irgendwie beeinträchtigt wird.With regard to the concrete implementation of computational determination and even more so to demodulation, many different paths can certainly be taken. The invention does not want to be limited to certain algorithms understood here. It is essential in all cases that the course of ω 0 in the usual measuring operation can be recorded on virtually any samples, without somehow affecting the measurement intended by the end user.

Die vorgenannten Wege zur Ausnutzung der Geschwindigkeitsinformation über den Referenzarm zielen auf eine nachträgliche Verbesserung der OCT-Messung im Zuge eines Post-Prozessing der elektronisch aufgezeichneten Daten ab. Ebenso kann aber bereits die Aufzeichnung selbst so beeinflusst werden, dass von vornherein ein besser zu analysierender Satz von Messdaten gewonnen wird.The aforementioned ways of exploiting the speed information on the Reference arm aim at a subsequent improvement of the OCT measurement in the course of a post-processing of electronically recorded data from. Likewise, however, the recording itself can be so influenced be that from the outset a better-to-analyze sentence of Measurement data is obtained.

Hierfür wird vorgeschlagen, die Messdaten auf den äquidistanten Stützstellen z'j gemäß (6) zu erheben. Dazu müssen korrespondierende, unregelmäßig beabstandete Zeitpunkte t'j berechnet und an den AD-Wandler übermittelt werden, damit dieser zu den vorgegebenen Zeiten das Signal erfasst.For this purpose, it is proposed to collect the measurement data on the equidistant support points z ' j according to (6). For this purpose, corresponding, irregularly spaced points in time t ' j must be calculated and transmitted to the A / D converter so that it detects the signal at the predetermined times.

Eine Möglichkeit zur Berechnung der t'j ist folgende:
Jeder nach (5) berechnete Wert zi wird irgendeinem Intervall der Breite Δz zugewiesen, d.h. man erstellt eine Liste von Paaren (zi, z'j) mit der Eigenschaft z'j ≤ zi < z'j+1 (7)und berechnet

Figure 00070001
aus den zuerst benutzten, äquidistanten Messzeitpunkten ti und den dazu ermittelten Werten zi und v(ti). Die zu den t'j erhobenen Messwerte ergeben eine OCT-Signalkurve, die frei von Bewegungsartefakten des Phasenmodulators ist. Die weitere Auswertung kann bei gutem Signal-Rausch-Verhältnis nach dem Stand der Technik erfolgen.One way to calculate the t ' j is as follows:
Each value z i calculated according to (5) is assigned to any interval of width Δz, that is, a list of pairs (z i , z ' j ) having the property is created z ' j ≤ z i <z ' j + 1 (7) and calculated
Figure 00070001
from the equidistant measuring times t i used at first and the values z i and v (t i ) determined therefor. The measured values obtained at the t ' j result in an OCT signal curve that is free from motion artifacts of the phase modulator. The further evaluation can be carried out with good signal-to-noise ratio according to the prior art.

Claims (9)

Verfahren zur Signalauswertung bei der OCT mit zeitlich veränderlicher optischer Weglänge im Referenzarm, die durch einen repetierend arbeitenden Phasenmodulator während eines Messzyklus von einem ersten zu einem zweiten Endwert geändert wird, gekennzeichnet durch – Ermitteln der Änderungsgeschwindigkeit der optischen Weglänge als Funktion der Zeit aus dem OCT-Messsignal während wenigstens eines Messzyklus und – Nutzen der ermittelten Änderungsgeschwindigkeit zur Demodulation des während der folgenden Messzyklen aufgezeichneten OCT-Messsignals.Method for signal evaluation in OCT with temporally changeable optical path length in the reference arm, passing through a repetitive phase modulator while a measurement cycle is changed from a first to a second end value, marked by - Determine the rate of change the optical path length as a function of time from the OCT measurement signal during at least one measurement cycle and - Use the determined rate of change for the demodulation of during the following measurement cycles recorded OCT measurement signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der optischen Weglänge durch eine Fenster-Analyse der Trägerfrequenz des amplitudenmodulierten OCT-Messignals ermittelt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the rate of change the optical path length through a window analysis of the carrier frequency of the amplitude modulated OCT measurement signal is determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Fenstern von wenigen Periodenlängen Breite das OCT-Signal einer Fouriertransformation unterzogen wird.Method according to claim 2, characterized in that that in windows of few period lengths width the OCT signal subjected to a Fourier transformation. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Änderungsgeschwindigkeit der optischen Weglänge für wenigstens zwei Teilstrecken zwischen dem ersten und dem zweiten Endwert aus verschiedenen Messzyklen gewonnen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determination of the rate of change of optical path length for at least two sections between the first and the second end value different measuring cycles are obtained. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der optischen Weglänge für den gesamten Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endwert aus den Messwerten für die Teilstrecken kombiniert wird.Method according to claim 4, characterized in that that the rate of change the optical path length for the entire range between the first and the second end value the measured values for the legs are combined. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulation des OCT-Messsignals durch nachträgliches Berechnen eines demodulierten Signals erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the demodulation of the OCT measuring signal by subsequent Calculating a demodulated signal is done. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das OCT-Messsignal mit der ermittelten zeitabhängigen Trägerfrequenz gemischt wird.Method according to Claim 6, characterized that the OCT measurement signal with the determined time-dependent carrier frequency is mixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Demodulation des OCT-Messsignals in den der Bestimmung der Änderungsgeschwindigkeit des optischen Weges folgenden Messzyklen während der Datenaufzeichnung der OCT-Messung erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the demodulation of the OCT measurement signal in the determination the rate of change the optical path following measurement cycles during data recording the OCT measurement takes place. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Änderungsgeschwindigkeit des optischen Weges Zeitpunkte berechnet und an die Messeinheit übermittelt werden, zu denen das OCT-Messsignal erfasst wird.Method according to claim 8, characterized in that that by means of the rate of change of the optical path times calculated and transmitted to the measuring unit at which the OCT measurement signal is detected.
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