DE102007023293B3

DE102007023293B3 - Method for optical coherence tomography

Info

Publication number: DE102007023293B3
Application number: DE102007023293A
Authority: DE
Inventors: Gereon Dr. Hüttmann; Peter Koch
Original assignee: Universitaet zu Luebeck
Current assignee: Universitaet zu Luebeck
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: WO2008138317A1

Abstract

Verfahren zur optischen Kohärenztomographie für eine Mehrzahl beliebig beabstandeter Tiefenintervalle einer Probe, wobei das Interferenzsignal durch Überlagerung des alle Intervalle durchlaufenden Probenlichts mit einer Mehrzahl von Referenzlichtstrahlen unterschiedlicher Referenzarmlänge erzeugt wird, wobei jedem Tiefenintervall ein Referenzarm zugeordnet wird, die Abstände je zweier Tiefenintervalle den Differenzen der Referenzarmlängen der den Tiefenintervallen zugeordneten Referenzarmen entsprechen, und das Probenlicht mit allen Referenzlichtstrahlen simultan auf einem linearen Bildsensor zur Interferenz gebracht wird, und wobei jeder Referenzlichtstrahl einen anderen Winkel mit dem Probenlichtstrahl einschließt.A method for optical coherence tomography for a plurality of arbitrarily spaced depth intervals of a sample, wherein the interference signal is generated by superimposing the sample light passing through all intervals with a plurality of reference light beams of different reference arm length, wherein a reference arm is assigned to each depth interval, the distances of each two depth intervals to the differences of the reference arm lengths correspond to the reference intervals associated with the depth intervals, and the sample light is made to interfere with all reference light beams simultaneously on a linear image sensor, and wherein each reference light beam subtends another angle with the sample light beam.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optischen Kohärenztomographie, also ein Verfahren zur Erzeugung optischer Interferenzmuster zur Ermittlung der Laufzeitverteilung des aus einer Probe zurückkehrenden Lichts.The The invention relates to a method for optical coherence tomography, Thus, a method for generating optical interference pattern for Determination of the transit time distribution of returning from a sample Light.

Interferometer und Verfahren zur Ermittlung der Laufzeitverteilung von reflektiertem bzw. gestreutem Licht zur Untersuchung einer – meist biologischen – Probe sind unter der Bezeichnung „Optical Coherence Tomography (OCT)" geläufig. Beispielsweise wird in DE 199 29 406 A1 ein solches Verfahren zur mikroskopischen Auflösung von Oberflächenstrukturen wie auch zur Messung der Rückstreuung aus verschiedenen Tiefenlagen der Probe vorgestellt. Das dort beschriebene Interferometer basiert auf dem bekannten Michelson-Interferometer und verwendet Licht aus dem nahen Infrarotspektrum mit kurzer Kohärenzlänge. Das Licht wird zuerst in einen Proben- und einen Referenzanteil aufgeteilt, auf die Probe bzw. auf einen Spiegel gelenkt, dort zurückgestreut bzw. reflektiert, nach Einkopplung in Lichtleiterfasern in eine Detektionseinheit geführt und dort zur Interferenz gebracht.Interferometers and methods for determining the transit time distribution of reflected or scattered light for examining a-mostly biological-sample are known under the name "Optical Coherence Tomography (OCT)" DE 199 29 406 A1 presented such a method for the microscopic resolution of surface structures as well as for measuring the backscatter from different depths of the sample. The interferometer described there is based on the known Michelson interferometer and uses light from the near infrared spectrum with a short coherence length. The light is first divided into a sample and a reference portion, directed to the sample or to a mirror, there scattered back or reflected, passed after coupling in optical fibers in a detection unit and there brought to the interference.

In der Ausgestaltung als „Time-Domain OCT" (TD-OCT) befindet sich ein Punktdetektor, insbesondere eine Photodiode, in der Detektionseinheit, und die Referenzarmlänge wird mittels einer geeigneten, i. a. periodisch bewegten Vorrichtung (Phasenmodulator) verändert. Interferenz tritt auf, wenn Streutiefe in der Probe und aktuelle Referenzarmlänge sich höchstens um die Kohärenzlänge des Lichts unterscheiden. Während einer Periode des Phasenmodulators wird so ein Tiefenintervall (i. F. Messtiefe) von typisch 2 Millimeter im Probeninnern untersucht. Die vom Detektor erfasste Lichtintensität wird als Funktion der Zeit aufgezeichnet, demoduliert und mit der zugleich bekannten Referenzarmlänge korreliert, um letztlich die tiefenabhängige Streustärke der Probe zu bestimmen.In the embodiment as "Time Domain OCT" (TD-OCT) is located a point detector, in particular a photodiode, in the detection unit, and the reference arm length is determined by means of a suitable, i. a. periodically moving device (Phase modulator) changed. Interference occurs when litter depth in the sample and current reference arm at most around the coherence length of the Differentiate light. While a period of the phase modulator is thus a depth interval (i. F. measuring depth) of typically 2 millimeters inside the sample. The Detected by the detector light intensity is a function of time recorded, demodulated and correlated with the same known Referenzarmlänge to ultimately the depth-dependent scattering strength to determine the sample.

Das Interferometer nach der WO 2002/084263 A1 arbeitet im Unterschied zur TD-OCT ohne bewegte Teile, insbesondere ohne den üblichen Phasenmodulator zur Ver änderung der Lichtlaufzeit im Referenzarm. Vielmehr tritt das aus dem Probenarm und dem Referenzarm des Interferometers zurückkehrende Licht an zwei verschiedenen Orten in die Auswerteeinheit ein, in der es räumlich überlagert wird, wobei anhand der räumlichen Intensitätsverteilung in diesem überlagerten Bereich die Laufzeitverteilung des Lichts im Probenarm bestimmt wird. Es entsteht in Analogie zum bekannten Doppelspaltversuch ein Muster aus Interferenzstreifen (Fringes) auf einem Detektionsschirm. Dabei ergibt sich aufgrund der Laufzeitverteilung des Lichts eine Intensitätsverteilung entlang einer Linie auf dem Detektionsschirm; daher stammt die Bezeichnung „Lineare OCT", mit der dieses Verfahren von der TD-OCT unterschieden wird.The interferometer after the WO 2002/084263 A1 operates in contrast to the TD-OCT without moving parts, in particular without the usual phase modulator for changing the light transit time in the reference arm. Rather, the light returning from the sample arm and the reference arm of the interferometer enters the evaluation unit at two different locations, in which it is spatially superimposed, wherein the propagation time distribution of the light in the sample arm is determined on the basis of the spatial intensity distribution in this superimposed area. In analogy to the known double-slit experiment, a pattern of interference fringes is produced on a detection screen. Due to the propagation time distribution of the light, an intensity distribution along a line on the detection screen results; hence the term "linear OCT", which distinguishes this method from the TD-OCT.

Eine typische Ausgestaltung dieses Schirms, insbesondere für die rechnergestützte Auswertung, ist ein linearer Bildsensor, z. B. eine CCD-Kamera. Gängig ist auch die Bezeichnung Zeilensensor, wenn dieser nicht aus mehreren, sondern nur aus einer einzelnen Zeile von lichtsensitiven Pixeln aufgebaut ist.A typical embodiment of this screen, in particular for the computer-aided evaluation, is a linear image sensor, e.g. B. a CCD camera. Is common also the name line sensor, if it does not consist of several, but only from a single line of light-sensitive pixels is constructed.

Die Messtiefe der Linearen OCT (L-OCT) ist allerdings im Gegensatz zur TD-OCT begrenzt durch die Zahl der zur Verfügung stehenden Pixel, da mindestens 4 Pixel pro axialer Auflösung, die in der Regel 5 bis 15 μm beträgt, benötigt werden (Koch P, Hellemanns V, Hüttmann G (2006) Linear OCT System with extended measurement range. Opt Lett 31:2882–2884, DE 10 2006 031 822.6 ).The measuring depth of the linear OCT (L-OCT), however, in contrast to the TD-OCT limited by the number of available pixels, since at least 4 pixels per axial resolution, which is usually 5 to 15 microns, are required (Koch P, Hellemanns V, Hüttmann G (2006) Linear OCT System with extended measurement range. Opt Lett 31: 2882-2884, DE 10 2006 031 822.6 ).

Mit gängigen Detektoren mit 1000 bis 2000 Pixel lassen sich nur Messtiefen von unter 5 mm realisieren. Werden größere Messbereiche gewünscht, ist es bis heute keine technisch gut praktikable Lösung einen Sensor mit höherer Pixeldichte zu verwenden (Pixelanzahl ca. 10.000), da diese teuer in der Fertigung und überdies schwer auszulesen sind.With common Detectors with 1000 to 2000 pixels can only measure depths of less than 5 mm. If larger measuring ranges are desired, this is it is still not a technically feasible solution a sensor with higher pixel density to use (number of pixels about 10,000), as these are expensive to manufacture and moreover difficult to read.

Zwar kann beim Aufbau der WO 2002/084263 A1 die Messtiefe besonders einfach vergrößert werden, indem man bei der Überlagerung auf dem Zeilensensor den Referenzstrahl gegen den Probenstrahl verschwenkt. Aber dies hat zugleich eine feinere räumliche Struktur des Betrages des elektrischen Feldes – und damit der Lichtintensitätsverteilung – unmittelbar am Detektor zur Folge. Man erhält dann eine sehr viel höhere Anzahl von Interferenzstreifen auf derselben Detektorfläche. Insbesondere treten nun üblich mehrere Interferenzstreifen pro Pixel auf. Das Abtasttheorem verlangt aber zur Abtastung eines Sinuswellenzuges mindestens zwei Abtastungen pro Vollwelle. Die Unterabtastung des Interferenzsignals ist mit Vollwelle. Die Unterabtastung des Interferenzsignals ist mit Zeilensensoren sehr ungünstig, da diese nur integrierend über Pixelflächen messen können, so dass ein zu niedrig abgetastetes Signal nicht ohne weiteres rekonstruiert werden kann. Für eine zweckmäßige Auswertung ist die Unterabtastung zu vermeiden.While building the WO 2002/084263 A1 the measuring depth can be particularly easily increased by pivoting the reference beam against the sample beam when superimposed on the line sensor. But at the same time this results in a finer spatial structure of the magnitude of the electric field - and thus of the light intensity distribution - directly at the detector. One then obtains a much higher number of interference fringes on the same detector surface. In particular, now occur more common interference fringes per pixel. However, the sampling theorem requires at least two samples per full wave to sample a sine wave train. The subsampling of the interference signal is at full wave. The subsampling of the interference signal is very unfavorable with line sensors, since they can only measure integrally over pixel areas, so that a signal sampled too low can not easily be reconstructed. For a purposeful evaluation, undersampling should be avoided.

Die DE 10 2004 033 187 B3 als auch die DE 10 2006 031 822 zeigen Wege auf, wie man der Unterabtastung bei verschwenkter Überlagerung entgegentreten kann, indem man durch Maskierung des Zeilensensors oder durch gezielte Gitterbeugung der zu überlagernden Strahlen für Interferenzmuster sorgt, deren Fringes mit gängigen Sensoren gut zu erfassen sind.The DE 10 2004 033 187 B3 as well as the DE 10 2006 031 822 show ways on how to counteract the undersampling in pivoted superimposition, by providing by masking the line sensor or by targeted grating diffraction of the superimposed rays for interference patterns, the fringes are well-detected with common sensors.

Es ist bis heute kaum mit vertretbarem Aufwand möglich, ein OCT-System für einen Messtiefenbereich von mehreren Zentimetern auszulegen. Gerade dies wäre für einige medizinische Anwendungen wünschenswert. Immerhin ist es aber bereits gelungen, lokalisierte Strukturen, insbesondere Grenzflächen, die in der Probe einen Abstand von mehreren Zentimetern zueinander in Strahlrichtung aufweisen, mit ein und demselben OCT-Scan zu untersuchen.It is barely sustainable today It is possible to design an OCT system for a measuring depth range of several centimeters. This would be desirable for some medical applications. After all, however, it has already been possible to examine localized structures, in particular interfaces, which have a distance of several centimeters from one another in the beam direction in the sample, with one and the same OCT scan.

Fercher et al. („Optical coherence tomography – principles and applications", Rep. Prog. Phys. 66 (2003), 239–303) haben ein OCT-System zur Messung der Funduslänge vorgeschlagen, das „Dual Beam OCT" genannt wird. Hierbei wird das Licht einer breitbandigen Lichtquelle in zwei Anteile aufgeteilt, die dann zeit- bzw. wegstreckenversetzt wieder überlagert werden. Mit diesem Licht wird dann die Probe beleuchtet. Auf diese Weise werden im Wesentlichen zwei OCT Signale erzeugt, die um den eingeprägten Laufzeitunterschied verschoben sind. Damit ist es möglich, die Signalanteile der Retina in die Nähe des Signals von der Cornea zu verschieben. Beide überlagerten Signale können dann mit einem TD-OCT mit einer Messtiefe von z. B. 2 mm erfasst werden. Es entstehen aber eben nur Signale aus dem Nahbereich der Cornea und aus dem der Retina, während dazwischen liegenden Strukturen zu keinem Signal führen können. Der effektive Messbereich umfasst zwei weit voneinander beabstandete Tiefenintervalle.Fercher et al. ( "Optical coherence tomography - principles and applications ", Rep. Prog. Phys. 66 (2003), 239-303) have proposed an OCT system for measuring the fundus length, the "dual beam OCT "is called. Here, the light of a broadband light source in two parts divided, then superimposed over time or wegstreckenversetzt again become. This light then illuminates the sample. To this In this way, essentially two OCT signals are generated, which are around the impressed transit time difference are shifted. This makes it possible the signal portions of the retina near the signal from the cornea to move. Both superimposed Signals can then with a TD-OCT with a measurement depth of z. B. 2 mm detected become. But there are just signals from the vicinity of the Cornea and out of the retina, while Intermediate structures can lead to no signal. Of the effective measurement range includes two widely spaced depth intervals.

Beispielsweise für die Implantation von Kunstlinsen zur Behandlung des Grauen Stars ist es notwendig, die Abstände zwischen den optischen Elementen des menschlichen Auges genau zu kennen. Insbesondere muss die Gesamttiefe, d. h. der Abstand zwischen Corneavorderseite und Retina (Funduslänge) bekannt sein. Eine noch präzisere Auswahl der Kunstlinse gelingt, wenn zusätzlich noch alle anderen Ebenenabstände zwischen der Cornea (Vorder- und Rückseite), Linse (Vorder- und Rückseite) und Retina bekannt sind. Das wesentliche technische Problem bei dieser Anwendung ist die große Messtiefe, die erforderlich ist, um den gesamten Fundus mit einer Länge von ca. 40 mm aufnehmen zu können. Zur Bestimmung dieser Ebenenabstände werden zurzeit bevorzugt Geräte verwendet, die auf der Basis der TD-OCT Technologie entwickelt worden sind.For example for the Implantation of artificial lenses for the treatment of cataracts is it necessary, the distances between the optical elements of the human eye know. In particular, the total depth, i. H. the distance between Cornea front and retina (fundus length) to be known. One more more precise selection the artificial lens succeeds, if additionally all other plane distances between the cornea (front and back), lens (front and back) and retina are known. The main technical problem with this application is the big one Measurement depth, which is required to complete the fundus with a length of to be able to record approx. 40 mm. To determine these plane distances are currently preferred devices used, which has been developed on the basis of TD-OCT technology are.

Der Nachteil des Ansatzes von Fercher et al. liegt in der Überlagerung der Signale selbst. Nachdem sie überlagert worden sind, können die Signale der Cornea nicht mehr von denen der Retina unterschieden werden. Da menschliche Augen erhebliche Unterschiede in der Funduslänge aufweisen, ist relativ schwer sicherzustellen, dass beide Signale in jedem Fall separierbar erfasst werden.Of the Disadvantage of the approach of Fercher et al. lies in the overlay the signals themselves. After being superimposed can the signals of the cornea no longer distinguished from those of the retina become. Since human eyes have significant differences in fundus length, is relatively difficult to ensure that both signals in each Case be recorded separable.

In anderen Vorrichtungen werden die untersehiedlichen Lauflängen. im Referenzarmstrahlengang mittels eines Stufenspiegels eingeprägt. In der DE 102 04 194 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der mit einem rotierend angeordneten Satz von Referenzspiegeln verschiedene Strukturen in verschiedenen Tiefen der Probe gemessen werden können. In dieser Anordnung erfolgt die eigentliche Messung aber im Sinne eines zeitaufgelösten OCTs, d. h. die optische Weglänge im Probenarm muss zur Vermessung der Streuamplituden an jeder gewählten Stelle über einen gewissen Bereich variiert werden.In other devices, the different run lengths. stamped in the reference arm beam path by means of a step mirror. In the DE 102 04 194 A1 a device is described in which a different set of reference mirrors can be used to measure different structures at different depths of the sample. In this arrangement, however, the actual measurement takes place in the sense of a time-resolved OCT, ie the optical path length in the sample arm must be varied over a certain range to measure the scattering amplitudes at each selected location.

In den. Vorrichtungen gemäß DE 195 20 305 A1 , US 4,309,109 und US 6,268,921 B1 werden ebenfalls Stufenspiegel verwendet. In diesen Fällen werden aber nicht einzelne Schichten in der Probe selektiert, sondern die Stufentiefe wird hier so gewählt, dass sie kleiner als die Kohärenzlänge der verwendeten Quelle ist. Dadurch kann auf eine kontinuierliche Veränderung der optischen Weglänge in einem der beiden Arme des Interferometers ganz verzichtet werden. Stattdessen ist es nun möglich, die Streuamplituden tiefenaufgelöst aus den Interferenzsignalen des Probenlichts mit den Referenzlichtanteilen, die von den einzelnen Stufen des Spiegels reflektiert werden, zu rekonstruieren. Die Signalentstehung entspricht im wesentlichen der der zeitaufgelösten OCT mit dem Unterschied, dass hier keine kontinuierlichen Signale mehr erfasst werden, sondern lediglich Interferenzamplituden an einzelnen Stützstellen ermittelt werden. Alle hier vorgestellten Verfahren leiden unter großen Schwierigkeiten bei der Herstellung von Stufenspiegeln mit Stufenhöhen von wenigen μm und vielen hundert Stufen.In the. Devices according to DE 195 20 305 A1 . US 4,309,109 and US 6,268,921 B1 Level mirrors are also used. In these cases, however, not individual layers in the sample are selected, but the step depth is here chosen so that it is smaller than the coherence length of the source used. As a result, it is entirely possible to dispense with a continuous change in the optical path length in one of the two arms of the interferometer. Instead, it is now possible to reconstruct the scattering amplitudes in a depth-resolved manner from the interference signals of the sample light with the reference light components which are reflected by the individual levels of the mirror. The signal generation essentially corresponds to that of the time-resolved OCT with the difference that here no continuous signals are detected any longer, but only interference amplitudes are determined at individual interpolation points. All of the methods presented here suffer from great difficulties in producing step levels with step heights of a few μm and many hundreds of steps.

Wenn die Anzahl der Stufen im Spiegel sehr groß wird, entspricht die Wirkungsweise eher der eines optischen Gitters. Eine entsprechende Vorrichtung ist in WO 2005/032360 A1 beschrieben. Optische Gitter lassen sich vergleichsweise einfach herstellen, da nun nicht mehr exakt 90° Stufen gefertigt werden müssen. Sie haben aber den für diese Anwendung nachteiligen Effekt der Lichtbeugung. In allen bisher beschriebenen Verfahren werden breitbandige Lichtquellen benutzt, deren Licht das Gitter unter einem wellenlängenabhängigen Winkel verlässt. Um eine Weißlichtinterferenz zu erhalten muss die optische Anordnung nun dazu ausgelegt sein, alle an einer Gitterlinie gebeugten Lichtkomponenten auf einer einzigen Sensorzelle zusammenzuführen. Das kann in. der vorgestellten einfachen. Anordnung prinzipiell nicht gelingen, da hier das Gitter im so genannten Littrow-Winkel angeordnet werden muss. Deshalb befinden sich die einzelnen Gitterlinien in verschiedenen Tiefen z und können von einer Optik mit endlicher Tiefenschärfe nicht alle perfekt auf den Bildsensor abgebildet werden.When the number of steps in the mirror becomes very large, the effect is more like that of an optical grating. A corresponding device is in WO 2005/032360 A1 described. Optical grids can be produced comparatively easily, since it is no longer necessary to produce exactly 90 ° steps. But they have the disadvantageous for this application effect of light diffraction. In all the methods described so far, broadband light sources are used whose light leaves the grating at a wavelength-dependent angle. In order to obtain white light interference, the optical arrangement must now be designed to merge all the light components diffracted on a grid line onto a single sensor cell. That can be simple in the. Arrangement in principle not succeed, since here the grid must be arranged in the so-called Littrow angle. Therefore, the individual grid lines are at different depths z and can not all be perfectly imaged by the optics with finite depth of focus on the image sensor.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur OCT für von einander separierten, beliebig weit beabstandeten Tiefenintervalle einer Probe vorzuschlagen, wobei das Interferenzsignal durch Überlagerung des alle Intervalle durchlaufenden Probenlichts mit einer Mehrzahl von Referenzlichtstrahlen unterschiedlicher Referenzarmlänge erzeugt wird, so dass das Interferenzsignal nach Anteilen einer beliebigen Auswahl der Intervalle separiert werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a Ver to propose the OCT for separated from each other, arbitrarily spaced depth intervals of a sample, wherein the interference signal is generated by superimposing the sample light passing through all the sample light with a plurality of reference light beams of different reference arm length, so that the interference signal can be separated into portions of any selection of the intervals ,

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an.The Task is solved by a method having the features of claim 1. The subclaims give advantageous embodiments.

Es ist offensichtlich, dass die Abstände der zu untersuchenden Tiefenintervalle durch die Festlegung der Differenzen der Referenzarmlängen erfolgt, wie dies auch von Fercher vorgeschlagen wurde.It it is obvious that the distances of the depth intervals to be examined by fixing the differences of the reference arm lengths, such as this was also proposed by Fercher.

Die Zerlegung von Signalen, die sich etwa durch Überlagerung gleichartiger Signale aus verschiedenen Quellen bilden, ist ein wohlbekanntes Problem der Nachrichtentechnik (einfaches Beispiel: Radio). Normalerweise separiert man solche Signale durch filtern nach bekannten Charakteristika, die bereits quellenseitig eingeprägt sind (z. B. Frequenzband). Auf die OCT mit mehreren Referenzarmen ist dies durchaus übertragbar, wenn man das Gesamtsignal als Überlagerung von Signalen einer Mehrzahl von Interferometern begreift, die einen gemeinsamen Probenarm aufweisen.The Decomposition of signals, for example, by superposition of similar signals from different sources is a well-known problem of communications engineering (simple example: radio). Usually separating such signals by filtering according to known characteristics, already impressed on the source side (eg frequency band). On the OCT with multiple reference arms this is quite transferable, if you take the total signal as an overlay of signals from a plurality of interferometers, the one having a common sample arm.

Zur Zuordnung der Interferenzsignale zu den einzelnen Messbereichen ist dem jeweiligen Referenzarm ein Charakteristikum einzuprägen, das die nachträgliche Zerlegung des Gesamtsystems wieder erlaubt. Dies ist der Grundgedanke der Erfindung, der sich in erstaunlich einfacher Weise umsetzen lässt.to Assignment of the interference signals to the individual measuring ranges is to memorize the respective reference arm a characteristic that the subsequent Disassembly of the entire system allowed again. This is the basic idea the invention, which can be implemented in a surprisingly simple manner.

Zur Erläuterung der Erfindung soll zuerst ein TD-OCT betrachtet werden. Wie eingangs beschrieben ist das zu messende Signal die Lichtintensität des Interferenzlichts als Funktion der Zeit. Die Zeit spielt hierbei jedoch hauptsächlich die Rolle einer Hilfsgröße zur Übersetzung z. B. in momentane Positionen eines Referenzspiegels. Hat man nun mehrere Referenzarme simultan zu betreiben, so müssten sich die Referenzspiegel mit vorgegebenen, unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, um eine Zerlegung der Messlichtanteile auf die verschiedenen Referenzarme zu ermöglichen. Jeder einzelne Referenzarm würde infolge seiner eingeprägten Geschwindigkeit zu einem Durchlauf von Interferenzfringes auf dem Punktdetektor mit einer charakteristischen Frequenz führen. Das Gesamtsignal, aufgezeichnet als Zeitreihe, wäre nach diesen Frequenzen zu filtern, um die Anteile zu isolieren.to explanation The invention will first be considered a TD-OCT. As at the beginning the signal to be measured is the light intensity of the interference light as a function of time. However, the time is mainly the Role of an auxiliary variable for translation z. B. in current positions of a reference mirror. Do you have it now? To operate several reference arms simultaneously, so would the reference mirror move at predetermined, different speeds to one Decomposition of the measuring light components to the different reference arms to enable. Every single reference arm would as a result of its impressed Speed to a pass of interference fringe on the Point detector with a characteristic frequency lead. The Total signal, recorded as time series, would be too high after these frequencies filter to isolate the shares.

Dieser Ansatz hat einige technische Nachteile. Phasenmodulatoren sind nicht nur teuer, sondern überdies von erheblich nicht-linearem Verhalten gekennzeichnet. Tatsächlich müssen etwa bei Vorrichtungen, die über das Strecken von Glasfasern mittels Piezo-Aktuatoren die Referenzarmlänge ändern, komplexe Regelungen eingebaut werden, um eine näherungsweise konstante Änderungsgeschwindigkeit zu realisieren. Andere Phasenmodulatoren wie etwa rotierende Prismen lassen eine solche Linearisierung gar nicht zu. Infolgedessen wäre die „charakteristische Frequenz eines Referenzarms" (s. o.) Schwankungen unterworfen, die die angestrebte Signalzerlegung erschweren würden.This Approach has some technical disadvantages. Phase modulators are not only expensive, but also characterized by significantly non-linear behavior. In fact, about in devices that over The stretching of glass fibers by means of piezo actuators change the reference arm length, complex Regulations are built in to an approximately constant rate of change to realize. Other phase modulators such as rotating prisms do not allow such a linearization. As a result, the "characteristic Frequency of a reference arm "(s. o.) fluctuations, the desired signal separation would make it more difficult.

Die vorstehende Lösung für das Seraparationsproblem ist technisch nicht unaufwendig und somit keine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Gleichwohl weist sie den richtigen Weg, der mittels eines L-OCT sehr einfach beschritten werden kann.The above solution for the Seraparationsproblem is technically not unaufwendig and thus none preferred embodiment of the invention. Nevertheless, she has the right path, which is very easy to follow with an L-OCT can be.

Beim L-OCT bilden sich ausgedehnte Interferenzmuster I(x) entlang der Zeilensensor-(Pixel-)Koordinate x aus, die die Gestalt amplitudenmodulierter Trägerwellen besitzen. Die Trägerwelle wird durch die Interferenz-Fringes gebildet, wohingegen die Amplitudenmodulation das eigentlich interessierende Probensignal darstellt.At the L-OCT forms extensive interference patterns I (x) along the Line sensor (pixel) coordinate x, the shape of the amplitude modulated carrier waves have. The carrier wave is formed by the interference fringes, whereas the amplitude modulation represents the actually interesting sample signal.

Erfindungsgemäß werden nun Interferenzmuster, die sich aus der Überlagerung des Probenlichts mit mehreren Referenzlichtstrahlen ergeben, dadurch zerlegbar, dass die einzelnen Referenzlichtstrahlen jeweils unter einem eigenen, für den Referenzarm charakteristischen Winkel gegen den Probenstrahl auf den Zeilensensor treffen.According to the invention now interference patterns resulting from the superposition of the sample light result with multiple reference light beams, thereby dismantling that the individual reference light beams each under its own, for the Reference arm characteristic angle against the sample beam hit the line sensor.

Es ist sofort einzusehen, dass die Interferenzlichtanteile, die von jedem einzelnen Referenzarm herrühren, zu einer jeweils anderen Fringe-Frequenz auf dem Detektor führen müssen. Von daher lassen sich die Frequenzen der verschiedenen Trägerwellen ein für alle mal apparativ festlegen, z. B. indem Proben- und Referenzlicht in Fasern geführt wird, wobei die Faserenden unter vorab bestimmten Winkeln zueinander gegenüber dem Detektor angeordnet werden.It It is immediately apparent that the interference light components generated by each individual reference arm, must lead to a different fringe frequency on the detector. From therefore, the frequencies of the different carrier waves can be used one for all times set by equipment, z. B. by sample and reference light is guided into fibers, wherein the fiber ends at predetermined angles to each other over the Detector can be arranged.

Natürlich kann man die Referenzarme auch variabel verschwenkbar ausbilden und so eine auf das jeweilige Messproblem einstellbare Anordnung gestalten.Of course you can the reference arms can also be variably swiveled and so on make an adjustable to the respective measurement problem arrangement.

Die von den verschiedenen Referenzarmen herrührenden unterschiedlichen Trägerfrequenzen lassen sich mit den im Stand der Technik zitierten Methoden (z. B. Masken oder Gitter) immer so einrichten, dass sie – jede für sich – mit der durch den Zeilensensor apparativ vorgegebenen Abtastrate gut erfasst werden können. Dabei ist zu beachten, dass jede Trägerwelle ihrerseits zur ausreichenden Abtastung ihrer Amplitudenmodulation geeignet sein muss, die letztlich erfasst werden soll.The different carrier frequencies resulting from the different reference arms can always be set up with the methods cited in the prior art (eg masks or gratings) so that they can be well detected - each alone - at the sampling rate determined by the line sensor , It should be noted that each carrier wave in turn must be suitable for sufficiently sampling its amplitude modulation, which should ultimately be captured.

Das Abtastkriterium für amplitudenmodulierte Signale besagt, dass die Trägerfrequenz wenigstens doppelt so groß sein muss wie die höchste Frequenz des Signals. Das Interferenzsignal, das durch Interferenz des Probenlichts mit irgendeinem Referenzlichtstrahl entsteht, besitzt ein Frequenzband und eine Mittenfrequenz (Trägerfrequenz). Dieses gesamte Frequenzband muss unterhalb der Nyquist-Frequenz liegen, die apparativ durch die Pixel des Detektors festgelegt ist.The Sampling criterion for amplitude modulated signals states that the carrier frequency at least twice be that big must be like the highest Frequency of the signal. The interference signal caused by interference of the sample light is formed with any reference light beam owns a frequency band and a center frequency (carrier frequency). This entire Frequency band must be below the Nyquist frequency, the apparatus is determined by the pixels of the detector.

Daraus ergibt sich eine wichtige Einschränkung des erfindungsgemäßen Vorgehens: Wenn mehrere Referenzarme verwendet werden, ist jeder einzelne so einzurichten, dass das seinem Interferenzsignal zugehörige Frequenzband vollständig abgetastet wird und dabei möglichst nicht mit den Frequenzbändern der anderen Arme überlappt. Anderenfalls erschwert das Übersprechen benachbarter Signale die gewünsch te Separation. Dadurch wird weiterhin der gesamte messbare Bereich in seiner Länge, d. h. in der Summe aller einzelnen Messbereiche, begrenzt.from that there is an important limitation of the procedure according to the invention: If multiple reference arms are used, each one is set up that the frequency band associated with its interference signal Completely is scanned and possible not with the frequency bands the other arms overlap. Otherwise the crosstalk makes it difficult adjacent signals the desired te Separation. This will continue to make the entire measurable range in its length, d. H. in the sum of all individual measuring ranges, limited.

Das unmittelbar auf dem Detektor messbare Interferenzsignal ist bei Verwendung mehrerer, unter verschiedenen Winkeln einstrahlender Referenzarme nichts anderes als die Superposition einer Mehrzahl amplitudenmodulierter Intensitätssignale. Idealerweise überdecken die Frequenzbänder dieser Signale ohne Überschneidung den vom Detektor abtastbaren Frequenzbereich (zwischen Null und Nyquist-Frequenz).The A measurable interference signal is present at the detector Use of several, at different angles einstrahlender Reference arms nothing more than the superposition of a plurality amplitude modulated intensity signals. Ideally cover the frequency bands these signals without overlapping the frequency range that can be scanned by the detector (between zero and Nyquist frequency).

Die Separation der Signale ist dann leicht durch bekannte Nachbearbeitungsschritte zu erreichen, z. B. durch Fouriertransformation, Filtern der relevanten Frequenzen und Fourierrücktransformation.The Separation of the signals is then easy by known post-processing steps to reach, for. B. by Fourier transformation, filtering the relevant Frequencies and Fourier Inverse Transformation.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass mehrere Referenzlichtstrahlen ebenfalls untereinander interferieren können. Die Weglängenunterschiede zwischen den Referenzarmen können jedoch immer so eingerichtet werden, dass diese Interferenzen nicht auf den Detektor fallen.In conclusion, be still noted that several reference light beams also can interfere with each other. The path length differences between the reference arms can however, always be set up so that these interferences are not fall on the detector.

Claims

A method for optical coherence tomography for a plurality arbitrarily spaced depth intervals of a sample, wherein the interference signal by superposition the sample light passing through all the intervals with a plurality generated by reference light beams of different reference arm length where: a reference arm is assigned to each depth interval, - the distances of two each Depth intervals the differences of the reference arm lengths of correspond to the reference intervals assigned to the depth intervals, and the sample light with all reference light beams simultaneously on one linear image sensor is brought to interference, and - everyone Reference light beam another angle with the sample light beam includes.

Method according to claim 1, characterized in that that an interference pattern is generated on the linear image sensor, that is a superposition of a plurality of amplitude modulated Signals with different carrier frequencies results.

Method according to claim 2, characterized in that that each of the superposed amplitude modulated signals Selection of the angle between sample light beam and one each the reference light beams is set up so that its entire Frequency band below the Nyquist frequency of the linear image sensor lies.

Method according to claim 3, characterized that the frequency bands of all superposed amplitude modulated signals not overlapping set below the Nyquist frequency of the linear image sensor become.