DE19810980B4

DE19810980B4 - Arrangement for measuring distances between optical interfaces

Info

Publication number: DE19810980B4
Application number: DE1998110980
Authority: DE
Inventors: Beate Dipl.-Phys. Möller; Alexander Dipl.-Ing. Wiehl; Joachim Dipl.-Ing. Winter
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: DE19810980A1

Abstract

Verfahren zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, bei dem in eine Interferometeranordnung Licht kurzer Kohärenzlänge und fester Wellenlänge λ eingestrahlt wird, die optische Weglängendifferenz der Interferometerarme geändert wird, aus den dabei entstehenden Interferenzen ein Meßsignal mit einer von der Änderungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz abhängigen Frequenz f_m gewonnen und aus der Verknüpfung des Meßsignales mit einem Referenzsignal Meßwerte für die Positionen bzw. die Abstände der Grenzflächen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet,
– daß das Referenzsignal mit einer Frequenz f_r erzeugt wird, die um einen Faktor k ≥ 2 über der Frequenz f_mMax des Meßsignales liegt, wobei f_mMax der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz entspricht,
– daß das Referenzsignal mit der Frequenz f_r als Taktsignal einer Digitalisierung des Meßsignales zugrunde gelegt wird und
– an dem auf diese Weise digitalisierten Meßsignal Positionswerte der optischen Grenzflächen ermittelt werden.Method for measuring distances between optical interfaces, in which light of short coherence length and fixed wavelength λ is irradiated into an interferometer arrangement, the optical path length difference of the interferometer arms is changed, from the resulting interferences a measuring signal with a frequency f dependent on the rate of change v of the path difference _m obtained and from the combination of the measuring signal with a reference signal measured values for the positions or the distances of the interfaces are determined, characterized
- that the reference signal is generated having a frequency f _r which is a factor k ≥ 2 f versus frequency _mMax of the measurement signal, wherein f _mMax corresponds to the maximum possible rate of change of path length difference,
- That the reference signal with the frequency f _r as a clock signal of a digitization of the measured signal is used as the basis and
- At the thus digitized measurement signal position values of the optical interfaces are determined.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, bei dem in eine Interferometeranordnung Licht einer kurzen Kohärenzlänge und einer festen Wellenlänge λ eingestrahlt wird, die optische Weglängendifferenz der Interferometerarme geändert wird, aus den dabei entstehenden Interferenzen ein Meßsignal mit einer von der Änderungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz abhängigen Frequenz f_m gewonnen und aus der Verknüpfung des Meßsignals mit einem Referenzsignal Meßwerte für die Positionen bzw. die Abstände der Grenzflächen ermittelt werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for measuring distances between optical interfaces, in which an interferometer light of a short coherence length and a fixed wavelength λ is irradiated, the optical path length difference of the interferometer is changed, from the resulting interference, a measurement signal with one of the rate of change v of the path length difference dependent frequency f _m obtained and are determined from the combination of the measured signal with a reference signal measured values for the positions or the distances of the interfaces. The invention further relates to arrangements for carrying out this method.

Aus der Patentschrift WO 92/19930 ist eine Anordnung zur Erfassung von Strukturen und Abständen bekannt, die ein Michelson-Interferometer und eine Lichtquelle kurzer Kohärenzlänge umfaßt, deren Strahlung als Meßlicht in die Interferometeranordnung eingekoppelt wird. Im Meßarm des Michelson-Interferometers befindet sich das zu untersuchende Objekt, während im Referenzarm ein verschiebbarer Reflektor zur Veränderung der optischen Weglänge vorgesehen ist.Out Patent WO 92/19930 is an arrangement for detecting Structures and distances known, comprising a Michelson interferometer and a short coherence length light source, the Radiation as measurement light is coupled into the interferometer. In the measuring arm of the Michelson interferometer is the object to be examined, while in the reference arm a sliding reflector to change the optical path length is provided.

Zur Ermittlung von Abständen bzw. zur Erfassung von Strukturen des Meßobjektes wird der Reflektor verschoben und das entstehende Interferenzsignal mit Hilfe eines optoelektronischen Wandlers detektiert. Das Interferenzsignal hat die Frequenz f = 2v/λ und ist amplitudenmoduliert, wobei λ die Wellenlänge und v die Geschwindigkeit der Änderung der optischen Weglänge im betreffenden Interferometerarm bedeuten.to Determination of distances or for detecting structures of the measurement object, the reflector is moved and the resulting interference signal by means of an optoelectronic Transducer detected. The interference signal has the frequency f = 2v / λ and is amplitude modulated, where λ is the wavelength and v the speed of change the optical path length mean in the relevant interferometer.

Aufgrund der geringen Kohärenzlänge des beispielsweise von einer Superlumineszenzdiode ausgehenden Lichtes tritt das Interferenzsignal nur dann auf, wenn der Abstand des Reflektors zum Strahlteiler des Interferometers gleich dem Abstand zwischen einer optischen Grenzfläche des Meßobjektes und dem Strahlteiler ist.by virtue of the low coherence length of the for example, from a superluminescent diode outgoing light the interference signal occurs only when the distance of the reflector to the beam splitter of the interferometer equal to the distance between an optical interface of the object to be measured and the beam splitter.

Ein Interferenzsignal ist daher ein Beweisanzeichen für das Vorhandensein einer optischen Grenzfläche im Meßobjekt; aus den Positionen des Reflektors, bei denen Interferenzsignale auftreten, sind somit Rückschlüsse auf Positionen von Grenzflächen möglich. Die Ermittlung dieser Positionen des Reflektors ist demzufolge der Zweck dieser Anordnung. Aus den Positionswerten können durch Differenzbildung die Abstände zwischen den Grenzflächen bestimmt werden.One Interference signal is therefore an indication of the presence an optical interface in the test object; from the positions of the reflector, where interference signals Thus, conclusions are on Positions of interfaces possible. The determination of these positions of the reflector is therefore the Purpose of this arrangement. From the position values can by Difference the distances between the interfaces be determined.

Verursacht durch die geringe Reflektivität der zu vermessenden Grenzflächen ist die Intensität der zu detektierenden Interferenzsignale jedoch sehr gering. Diese sind außerdem mit Rauschen überlagert. Sollen die Interferenzsignale mit vertretbarem elektronischen Aufwand selektiert werden, beispielsweise durch schmalbandige elektronische Filterung für eine feste Signalfrequenz, muß eine gleichbleibende Geschwindigkeit v bei der Veränderung der optischen Weglänge bzw. der Verstellung des Reflektors vorausgesetzt werden, da auch kurzzeitige Geschwindigkeitsschwankungen zu Signalfrequenzen führen, die außerhalb der erlaubten Filterbandbreite liegen, so daß das Meßsignal nicht oder zumindest nicht exakt detektiert werden kann.Caused due to the low reflectivity the interfaces to be measured is the intensity However, the interference signals to be detected very low. These are as well superimposed with noise. Should the interference signals with reasonable electronic effort be selected, for example, by narrow-band electronic Filtering for a fixed signal frequency, one must constant speed v when changing the optical path length or the adjustment of the reflector to be presumed, as well as short-term Speed variations lead to signal frequencies that outside the permitted filter bandwidth are, so that the measurement signal is not or at least can not be detected accurately.

Es sind Anordnungen entwickelt worden, mit denen die Gleichförmigkeit der Verstellgeschwindigkeit des Reflektors und damit die Detektierbarkeit der Signale verbessert werden soll. So ist beispielsweise nach dem WO-Patent 96/53100 die Veränderung der optischen Weglänge mit Hilfe eines rotierenden Reflektors vorgesehen. Damit wird erreicht, daß sich die optische Weglänge in einem größeren Bereich linear verändert.It Arrangements have been developed with which the uniformity the adjustment speed of the reflector and thus the detectability the signals should be improved. For example, after the WO patent 96/53100 the change the optical path length provided by means of a rotating reflector. This is achieved that yourself the optical path length in a larger area changed linearly.

Aus DE 195 04 444 ist eine Anordnung bekannt, in der ebenfalls ein Michelson-Interferometer mit veränderbarer Weglängendifferenz vorgesehen ist und die Strahlung einer Lichtquelle kurzer Kohärenzlänge als Meßlicht in die Interferometeranordnung eingekoppelt wird. Abweichend vom vorher beschriebenen Stand der Technik wird hier jedoch außer dem Interferenzsignal ein Referenzsignal gewonnen, das bei der Verschiebung des Reflektors seine Frequenz ebenso ändert wie das Meß- bzw. Interferenzsignal.Out DE 195 04 444 an arrangement is known in which a Michelson interferometer is also provided with variable path length difference and the radiation of a light source of short coherence length is coupled as a measuring light in the interferometer. Deviating from the prior art described above, however, a reference signal is obtained here in addition to the interference signal, which changes its frequency during the displacement of the reflector as well as the measurement or interference signal.

Zur Erzeugung dieses Referenzsignals wird ein Gittergeber mit einem beweglichen Maßstabsgitter genutzt, das mit der Vorrichtung zur Veränderung der optischen Weglängendifferenz, etwa einer mit einem Reflektor gekoppelten Verstelleinrichtung, starr verbunden ist. Dem Gittergeber, der sich im Strahlengang einer Lichtquelle befindet, ist ein separater photoelektrischer Empfänger nachgeordnet, an dessen Ausgang ein Sinussignal verfügbar ist, das die gleiche Frequenz aufweist wie das mit Rauschen überlagerte Meß- bzw. Interferenzsignal. Dieses Sinussignal wird als Referenzsignal genutzt. Meß- und Referenzsignal werden nach Demodulation in zwei um 90° phasenverschobenen Kanälen koordinatentransformiert, wobei die Hüllkurve des amplitudenmodulierten Meßsignals, die proportional dem Interferenzkontrast ist, ermittelt und diese schließlich als Funktion der bei Interferenz erreichten Verschiebeposition dargestellt wird.To generate this reference signal, a grating transmitter with a movable scale grating is used, which is rigidly connected to the device for changing the optical path length difference, such as an adjusting device coupled to a reflector. The grating transmitter, which is located in the beam path of a light source, a separate photoelectric receiver is arranged downstream of the output of a sinusoidal signal is available, which has the same frequency as the noise superimposed measuring or interference signal. This sinusoidal signal is used as a reference signal. Measurement and reference signal are demodulated in two 90 ° out of phase channels coordinates, the envelope of the Amplitude-modulated measurement signal, which is proportional to the interference contrast, determined and this is finally displayed as a function of the achieved during interference shift position.

Die Nachteile dieser Lösung bestehen in der aufwendigen Analog-Elektronik, die viele Operationsverstärker erfordert, welche alle hinsichtlich Verstärkung und Offset aufeinander abgestimmt sein müssen. Außerdem ist eine genaue Abstimmung der Frequenzen des Gittergebersignals und des Meßsignals auf ein ganzzahliges Vielfaches erforderlich.The Disadvantages of this solution consist in the elaborate analog electronics, which requires many operational amplifiers, which all in terms of reinforcement and offset must be coordinated. There is also an exact vote the frequencies of the grating signal and the measuring signal to an integer Multiple required.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Grenzfrequenz des der Koordinatentransformation vorgeordneten Tiefpasses bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten wächst, was zur Folge hat, daß die Bandbreite in der gesamten Anordnung zunimmt und das auszuwertende Signal sehr schlecht vom Rauschen getrennt werden kann.One Another disadvantage arises from the fact that the cutoff frequency of the Coordinate transformation of upstream low pass at high traversing speeds grows, which has the consequence that the Bandwidth in the entire assembly increases and the evaluated Signal can be very badly separated from the noise.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren der vorbeschriebenen Art so weiterzubilden, daß eine präzisere Detektion des Meßsignals und damit eine Erhöhung der Meßgenauigkeit möglich ist.Of the The invention is therefore based on the object, the known methods the above-described type so that a more precise detection of the measuring signal and thus an increase the measurement accuracy is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das Referenzsignal mit einer Frequenz f_r erzeugt wird, die um einen Faktor k ≥ 2 über der Frequenz f_mMax des Meßsignals liegt. Dabei ist f_mMax die Frequenz, die bei der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz auftritt. Das Referenzsignal mit der Frequenz f_r wird als Taktsignal der Digitalisierung des Meßsignals zugrunde gelegt.According to the invention, the object is achieved by generating the reference signal with a frequency f _r , which is a factor k ≥ 2 above the frequency f _{mM of} the measurement signal. Here _{fmax is} the frequency which occurs at the maximum possible rate of change of the path length difference. The reference signal with the frequency f _r is used as a clock signal for the digitization of the measurement signal.

Damit wird einmal erreicht, daß bei der Digitalisierung des Meßsignals Schwankungen der Verstellgeschwindigkeit des Reflektors kompensiert werden, so daß auch bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten eine schmalbandige Filterung mit hoher Genauigkeit des Meßergebnisses möglich ist. Zum anderen ist es auf diese Weise möglich, das Meßsignal präzise zu detektieren. Aufgrund dessen wird eine höhere Meßgenauigkeit erzielt und außerdem eine Senkung des Schaltungsaufwandes für die elektronische Signalverarbeitung im Vergleich zum Stand der Technik erreicht, da nun eine schmalbandige Filterung möglich ist.In order to is once achieved that at the digitization of the measuring signal Fluctuations of the adjustment speed of the reflector compensated so that too At high speeds a narrowband filtering with high accuracy of the measurement result possible is. On the other hand, it is possible in this way, the measurement signal precise to detect. Due to this, a higher measurement accuracy is achieved and also a Reduction of the circuit complexity for the electronic signal processing achieved in comparison to the prior art, since now a narrowband Filtering possible is.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das digitalisierte Meßsignal in adressierbaren Speicherzellen abgelegt wird. In den Speicherzellen stehen dann Daten, die der Amplitude des Meßsignals entsprechen. Aus der Lage der Speicherzellen, in denen die Einhüllende dieser Amplitudenwerte ein Maximum hat, werden nun die Positionen der Grenzflächen ermittelt.A advantageous embodiment of the invention is that the digitized measuring signal is stored in addressable memory cells. In the memory cells are then data corresponding to the amplitude of the measuring signal. From the Location of the memory cells in which the envelope of these amplitude values has a maximum, the positions of the interfaces are now determined.

Dazu wird erfindungsgemäß eine numerische digitale Filterung vorgenommen, beispielsweise nach der Funktion yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + ... + aM-1xN-(M-1) – b1yN-1 – b2yN-2 – ... – bZyN-Z mit y_N dem Filterausgangswert der Speicherzelle N, Y_N-1 dem Filterausgangswert der vorherbenutzten Speicherzelle N-1, x_N dem Meßwert in der Speicherzelle N, x_N-1 dem Meßwert in der Speicherzelle N-1 usw. sowie a₀ bis a_M-1 und b₁ bis b_z den Filterkoeffizienten.For this purpose, a numerical digital filtering is performed according to the invention, for example according to the function y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 + ... + a M-1 x N- (M-1) - b 1 y N-1 - b 2 y N-2 - ... - b Z y NZ with y _N the filter output value of the memory cell N, Y _N-1 the filter output value of the previously used memory cell N-1, x _N the measured value in the memory cell N, x _N-1 the measured value in the memory cell N-1, etc. and a ₀ to a _M-1 and b ₁ to b _z the filter coefficients.

Eine besondere Ausgestaltung sieht die Filterung mit b₁ = 0 bis b_z = 0 vor und damit nach der Funktion yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + ... + aM-1xN-(M-1) A special embodiment provides the filtering with b ₁ = 0 to b _z = 0 and thus according to the function y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 + ... + a M-1 x N- (M-1)

Nach der Filterung wird die Speicherzelle ermittelt, in welcher der abgelegte Meßwert x_N ... x_N-(M-1) ein Maximum hat. Aus der Lage dieser Zelle innerhalb des Speichers wird die Position des verschiebbaren Reflektors hergeleitet, bei der ein Interferenzsignal auftritt. Aus verschiedenen derartigen Positionen wird auf die Abstände der optischen Grenzflächen in dem zu untersuchenden Objekt geschlossen.After filtering, the memory cell is determined, in which the stored measured value x _N ... x _{N- (M-1) has} a maximum. From the position of this cell within the memory, the position of the displaceable reflector is derived, in which an interference signal occurs. From various such positions, it is concluded that the distances of the optical interfaces in the object to be examined.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, vorzugsweise zwischen verschiedenen Gewebeschichten des menschlichen Auges, mit einer Interferometeranordnung, mit veränderbarer optischer Weglängendifferenz einer kurzkohä renten Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßstrahlenganges mit einer Verstelleinrichtung zum Ändern der optischen Weglängendifferenz, mit einem Empfänger zur Gewinnung eines elektronischen Meßsignals aus der Meßstrahlung bei Verstellung der Weglängendifferenz, mit einem Referenzsignalgeber und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung.The invention further relates to an arrangement for measuring distances between optical interfaces, preferably between different tissue layers of the human eye, with an interferometer, with variable optical path length difference of a kurzkohä pension light source for generating a Meßstrahlenganges with an adjusting device for changing the optical path length difference, with a receiver for obtaining an electronic measuring signal from the measuring radiation when adjusting the path length difference, with a reference signal generator and with a signal processing direction.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß am Ausgang des Referenzsignalgebers ein Referenzsignal mit einer Frequenz f_r verfügbar ist, die um den Faktor k ≥ 2 über der maximal vorkommenden Frequenz f_mMax des Meßsignals liegt, die in Abhängigkeit von der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz auftritt und daß der Ausgang des Referenzsignalgebers an den Takteingang eines A/D-Wandlers gelegt ist, während am Signaleingang des A/D-Wandlers das Meßsignal anliegt.In this case the invention provides that a reference signal having a frequency f _r is available at the output of reference signal generator, which is by a factor of k ≥ 2 f above the maximum occurring frequency _mMax of the measurement signal, which occurs as a function of the maximum possible change of speed v of the path length and that the output of the reference signal generator is applied to the clock input of an A / D converter, while the signal input is present at the signal input of the A / D converter.

Es sind verschiedene Ausgestaltungsvarianten von Referenzsignalgebern denkbar, von denen im folgenden drei näher beschrieben werden. Jede Variante umfaßt eine Referenzlichtquelle, einen Detektor zum Empfang des Referenzlichtes und ein dem Detektor nachgeschalteter Trigger zur Rechteckformung des Referenzsignals. Der Ausgang des Triggers entspricht dabei dem Ausgang des Referenzsignalgebers.It are different design variants of reference signal generators conceivable, of which three are described in more detail below. each Variant includes a reference light source, a detector for receiving the reference light and a trigger downstream of the detector for rectangular shaping the reference signal. The output of the trigger corresponds to the Output of the reference signal transmitter.

Bei einer ersten Variante des Referenzsignalgebers sind neben den vorgenannten Baugruppen optische Elemente zur Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung und zu deren Auskopplung nach einmaligem Durchlauf durch die Interferometeranordnung vorgesehen.at a first variant of the reference signal generator are in addition to the aforementioned Assemblies optical elements for coupling the reference light in the Interferometeranordnung and their decoupling after a single Pass through the interferometer arrangement provided.

In einer zweiten Ausgestaltungsvariante umfaßt der Referenzsignalgeber neben den vorgenannten Baugruppen und den optischen Elementen zur Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung reflektierende Elemente, die einen mehrfachen Durchlauf des Referenzlichtes durch den Interferenzarm mit veränderlicher optischer Weglänge veranlassen. Die reflektierenden Elemente sind beispielsweise einstrahlungsseitig auf Außenflächen des Strahlteilers der Interferometeranordnung angeordnete Spiegel, die lediglich für die Wellenlänge des Referenzlichtes reflektierend wirken und das Referenzlicht in den jeweiligen Interferometerarm zurückwerfen. Mit dem mehrfachen Durchlauf entsteht ein Referenzsignal, das bereits um den Faktor k ≥ 2 über der Frequenz f_m des Meßsignals liegt.In a second embodiment variant of the reference signal generator comprises in addition to the aforementioned modules and the optical elements for coupling the reference light in the interferometer arrangement reflective elements that cause a multiple pass of the reference light through the interference with variable optical path length. The reflecting elements are, for example, mirrors arranged on the outer surfaces of the beam splitter of the interferometer arrangement on the irradiation side, which have a reflective effect only for the wavelength of the reference light and reflect the reference light into the respective interferometer arm. With the multiple pass, a reference signal is produced, which is already above the frequency f _{m of} the measurement signal by the factor k ≥ 2.

Eine dritte Ausgestaltungsvariante des Referenzsignalgebers sieht dagegen keine Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung vor, sondern einen im Strahlengang der Referenzlichtquelle angeordneten Gittergeber mit einem beweglichen Maßstabsgitter, das mit der Verstelleinrichtung fest verbunden ist.A third embodiment variant of the reference signal generator sees against it no coupling of the reference light into the interferometer arrangement before, but one arranged in the beam path of the reference light source Lattice generator with a movable scale grid, with the adjustment is firmly connected.

Zur Erzeugung einer Referenzsignalfrequenz, die um den Faktor k ≥ 2 über der Frequenz f_m des Meßsignals liegt, können bei der ersten und dritten Ausgestaltungsvariante im Signalweg zwischen Detektor und Trigger jeweils ein Frequenz-Vervielfacher vorgesehen sein.In order to generate a reference signal frequency which lies above the frequency f _{m of} the measurement signal by the factor k ≥ 2, a frequency multiplier may be provided in the signal path between detector and trigger in the first and third embodiment variant.

Die Frequenz-Vervielfacher können beispielsweise aus einer Schaltungsanordnung bestehen, in der der Signalweg des Referenzsignals in zwei Pfade aufgezweigt ist, wobei das Referenzsignal über einen ersten Pfad, in dem ein 90°-Phasenschieber, ein Komparator und ein Monoflop in Reihe geschaltet sind, an einem ersten Eingang eines ODER-Bausteines und über den zweiten Pfad, in dem ein Komparator und ein Monoflop vorgesehen sind, am zweiten Eingang des ODER-Bausteines anliegt. Der Ausgang des ODER-Bausteines entspricht dem Ausgang des Frequenz-Vervielfachers.The Frequency multiplier can For example, consist of a circuit arrangement in which the Signal path of the reference signal is branched into two paths, wherein the reference signal over a first path in which a 90 ° phase shifter, a Comparator and a monoflop are connected in series, at a first Input of an OR block and over the second path, where a comparator and a monoflop are provided are present at the second input of the OR module. The exit of the OR block corresponds to the output of the frequency multiplier.

Damit ist die Erzeugung von Referenzsignalen möglich, die im vorbeschriebenen Verfahren erfindungsgemäß der Digitalisierung des Meßsignals zugrundegelegt werden können. Vorteilhaft ist hierbei, als Referenzlichtquelle eine Monomode-Laserdiode vorzusehen.In order to is the generation of reference signals possible, in the above Method according to the invention of digitization of the measuring signal can be taken as a basis. It is advantageous here, as a reference light source, a single-mode laser diode provided.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann anstelle eines Referenzwertgebers mit Frequenz-Vervielfacher eine Referenzlichtquelle vorgesehen sein, deren Frequenz bereits mindestens um den Faktor k = 2 höher ist als die Frequenz f_m der kurzkohärente Lichtquelle zur Erzeugung des Meßstrahlenganges. Auch in diesem Fall sind ein Detektor zum Empfang des Referenzlichtes und ein dem Detektor nachgeschalteter Trigger vorhanden.In an alternative embodiment of the invention may be provided instead of a Referenzwertgebers with frequency multiplier a reference light source whose frequency is already higher by at least the factor k = 2 than the frequency f _{m of} the short-coherent light source for generating the Meßstrahlenganges. Also in this case, a detector for receiving the reference light and a detector downstream trigger are present.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß im Referenzsignalgeber ein Positionsmelder vorgesehen ist, der mit der Verstelleinrichtung in Beziehung steht. Damit kann, ausgehend von einer vorgegebenen Position bei der Verstellung der Weglänge in dem entsprechenden Interferometerarm, ein Startsignal für den A/D-Wandler bzw. für die Digitalisierung des Meßsignals gewonnen werden. Das erfolgt dann, wenn der Reflektor, mit dessen Verstellung die optische Weglänge in einem Interferometerarm variiert wird, diese vorgegebene Position passiert.in the Under the invention it is that in the reference signal transmitter a Position detector is provided, with the adjustment in relationship. This can, starting from a given Position in the adjustment of the path length in the corresponding interferometer arm, a start signal for the A / D converter or for the digitization of the measuring signal be won. This is done when the reflector, with its Adjust the optical path length is varied in an interferometer, this predetermined position happens.

Weiterhin sollte die Signalverarbeitungseinrichtung einen adressierbaren Speicher sowie eine Auswerteeinheit aufweisen und in der Auswerteeinheit eine Rechenschaltung zur numerischen Filterung des digitalisierten Meßsignals vorhanden sein.Furthermore, the signal processing device should have an addressable memory and an off have value unit and be present in the evaluation an arithmetic circuit for numerical filtering of the digitized measurement signal.

Zum Zweck der Vorfilterung kann dem Empfänger zur Gewinnung eines elektronischen Meßsignals aus der Meßstrahlung bei Verstellung der Weglängendifferenz ein breitbandiger Vorverstärker nachgeschaltet sein, dessen obere Grenzfrequenz der Frequenz f_mMAX und dessen untere Grenzfrequenz der Frequenz f_mMIN entsprechen.For the purpose of prefiltering, the receiver may be followed by a broadband preamplifier for gaining an electronic measuring signal from the measuring radiation when the path length difference is _adjusted , whose upper limit frequency corresponds to the frequency f _mMAX and whose lower limit frequency corresponds to the frequency f _mMIN .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Auswerteeinheit eine Ausgabeeinrichtung für das Meßergebnis nachgeordnet ist. In der Ausgabeeinrichtung kann dabei ein Display zur Meßwertanzeige und/oder ein Ergebnisdrucker vorhanden sein.In A further advantageous embodiment provides that the evaluation unit an output device for the measurement result is subordinate. In the output device can be a display for measured value display and / or a result printer.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand mehrerer Ausgestaltungsvarianten für die Referenzsignalgewinnung erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The inventive method will be based on several design variants for the reference signal extraction explained become. In the associated Drawings show:

1 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung 1 the schematic diagram of the arrangement according to the invention

2 eine erste Variante der Referenzsignalgewinnung 2 a first variant of the reference signal acquisition

3 eine zweite Variante der Referenzsignalgewinnung 3 a second variant of the reference signal acquisition

4 eine dritte Variante der Referenzsignalgewinnung 4 a third variant of the reference signal acquisition

5 eine Schaltungsvariante des Frequenz-Vervielfachers 5 a circuit variant of the frequency multiplier

6 Den Ausschnitt eines idealen Meßsignales 6 The section of an ideal measuring signal

7 Das Verhältnis von Meß- und Referenzsignal 7 The ratio of measuring and reference signal

In 1 sind ein Strahlteiler 1, ein feststehender Reflektor 2 und ein verschiebbarer Reflektor 3 als Baugruppen einer Interferometeranordnung dargestellt; die Reflektoren 2, 3 können beispielhaft als Tripelprismen ausgebildet sein. In die Interferometeranordnung wird über einen weiteren Strahlteiler 4 das Licht einer Superlumineszenzdiode 5 fester Wellenlänge λ als Beleuchtungs- bzw. Meßstrahlengang eingestrahlt.In 1 are a beam splitter 1 , a fixed reflector 2 and a sliding reflector 3 shown as modules of an interferometer arrangement; the reflectors 2 . 3 can be configured as triple prisms, for example. In the interferometer arrangement is via a further beam splitter 4 the light of a superluminescent diode 5 fixed wavelength λ irradiated as illumination or Meßstrahlengang.

Über eine Blende 6 und eine Planplatte 7 wird ein Kon trollanteil des Beleuchtungslichtes auf eine Photodiode 8 gerichtet, während der übrige Teil über einen Polarisationsstrahlteiler 9 und eine λ/4-Platte 10 auf das Patientenauge 11 gelangt.About a panel 6 and a plane plate 7 becomes a control component of the illumination light on a photodiode 8th while the rest of the part has a polarization beam splitter 9 and a λ / 4 plate 10 on the patient's eye 11 arrives.

Das vom Patientenauge 11 reflektierte Meßlicht wird über den Polarisationsstrahlteiler 9 und ein Abbildungssystem 12, das durch zwei Linsen dargestellt ist, in eine Beobachtungsebene abgebildet, in der sich das Auge 15 eines Beobachters befindet. Vor dem Auge 15 wird mit einem weiteren Strahlteiler 13 ein Teil des Meßlichtes auf einen Photoempfänger 14, vorzugsweise eine Avalance-Photodiode, gelenkt.That of the patient's eye 11 reflected measuring light is transmitted through the polarization beam splitter 9 and an imaging system 12 , which is represented by two lenses, imaged in an observation plane, in which the eye 15 an observer. In front of the eye 15 comes with another beam splitter 13 a part of the measuring light on a photoreceiver 14 , preferably an avalance photodiode, steered.

Die Signalausgänge von Photoempfänger 14, Photodiode 8 und ein Referenzsignalgeber 20 stehen mit den Eingängen einer Signalverarbeitung 17 in Verbindung, die ausgangsseitig über eine Ansteuereinheit 19 mit der Superlumineszenzdiode 5 und mit einer Verstelleinrichtung 16 für den verschiebbaren Reflektor 3 verbunden ist. Ebenfalls mit der Signalverarbeitung 17 verbunden ist eine Ausgabeeinrichtung 18 für die Meßergebnisse, beispielsweise ausgestattet mit einem Display und/oder einem Drucker.The signal outputs of photoreceiver 14 , Photodiode 8th and a reference signal generator 20 stand with the inputs of a signal processing 17 in connection, the output side via a drive unit 19 with the superluminescent diode 5 and with an adjusting device 16 for the movable reflector 3 connected is. Also with the signal processing 17 connected is an output device 18 for the measurement results, for example equipped with a display and / or a printer.

Mit der dargestellten Anordnung kann in bekannter Weise vom Photoempfänger 14 ein Meßsignal empfangen werden, dessen Frequenz f_m von der Geschwindigkeit v abhängig ist, mit welcher die Änderung der Differenz der optischen Weglänge in beiden Interferometerarmen erfolgt. Die Differenz der optischen Weglänge wird verändert durch Verstellung der Position des verschiebbaren Reflektors 3, der zu diesem Zweck mit der Verstelleinrichtung 16 mechanisch gekoppelt ist.With the illustrated arrangement can in the known manner of the photoreceptor 14 a measurement signal are received whose frequency f _m is dependent on the speed v at which the change in the difference of the optical path length takes place in both interferometer arms. The difference in the optical path length is changed by adjusting the position of the displaceable reflector 3 , for this purpose with the adjustment 16 is mechanically coupled.

Aus der Auswertung des mit Hilfe des Photoempfängers 14 gewonnenen Meßsignals und seiner Verknüpfung mit dem vom Referenzsignalgeber 20 abgegebenen Referenzsignal werden Po sitionswerte für die Lage einzelner Gewebeschichten des Patientenauges 11 und aus diesen Positionswerten Abstände der betreffenden Gewebeschichten ermittelt, wie im folgenden anhand 2 erläutert werden soll.From the evaluation of using the photoreceptor 14 obtained measuring signal and its link with the reference signal generator 20 output reference signal are Po sitionwerte for the location of individual tissue layers of the patient's eye 11 and from these position values distances of be determined tissue layers, as shown below 2 should be explained.

Das vom Photoempfänger 14 empfangene, entsprechend der Kohärenzlänge der Superlumineszenzdiode 5 amplitudenmodulierte Meßsignal mit der Frequenz f_m = 2v/λ (v ist die Geschwindigkeit der Weglängenänderung im Interferometerarm bei Verstellung des Reflektors 3) wird in einem Verstärker 21 vorverstärkt, im A/D-Wandler 22 in ein digitales Signal gewandelt und in einem adressierbaren Speicher 23 abgelegt. Der Verstärker 21 ist breitbandig für die Frequenzen f_mMax und f_mMin ausgelegt, wobei f_mMax die Frequenz des Meßsignals bei der maximal möglichen und f_mMin die Frequenz des Meßsignals bei der minimal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz ist.That of the photoreceptor 14 received, according to the coherence length of the superluminescent diode 5 amplitude-modulated measuring signal with the frequency f _m = 2v / λ (v is the speed of the path length change in the interferometer when adjusting the reflector 3 ) is in an amplifier 21 pre-amplified, in the A / D converter 22 converted into a digital signal and in an addressable memory 23 stored. The amplifier 21 is broadband designed for the frequencies f _mMax and f _mMin , where f _{mMax is} the frequency of the measuring signal at the maximum possible and f _mMin the frequency of the measuring signal at the minimum possible rate of change of the path length difference.

Die gespeicherten Meßwerte werden von der Auswerteeinheit 40 abgerufen und nach der entsprechenden Signalverarbeitung als Ergebnis an die Ausgabeeinrichtung 18 bzw. als Anweisung an die Ansteuereinheit 19 weitergegeben.The stored measured values are taken from the evaluation unit 40 and after the appropriate signal processing as a result to the output device 18 or as an instruction to the control unit 19 passed.

Aufgrund der kleinen Kohärenzlänge der Superlumineszenzdiode 5 tritt während der Positionsänderung des Reflektors 3 ein auswertbares Interferenzsignal immer dann auf, wenn die Differenz der Abstände der Reflektoren 2 und 3 zum Strahlteiler 1 gleich dem Abstand zweier optischer Grenzflächen im Patientenauge 11 sind (vgl. 1). Die Aufgabe der Messung besteht also darin, die Positionen des Reflektors 3 zu bestimmen, bei denen Interferenzsignale auftreten und daraus die Abstände zwischen Gewebeschichten im Patientenauge 11 zu ermitteln.Due to the small coherence length of the superluminescent diode 5 occurs during the position change of the reflector 3 an evaluable interference signal whenever the difference in the distances of the reflectors 2 and 3 to the beam splitter 1 equal to the distance between two optical interfaces in the patient's eye 11 are (cf. 1 ). The task of the measurement is thus the positions of the reflector 3 to determine where interference signals occur and from there the distances between tissue layers in the patient's eye 11 to investigate.

Da jedoch die Intensität der zu detektierenden Interferenz- Signale sehr gering ist und diese außerdem noch mit Rauschen überlagert sind, wird zwecks Erhöhung der Meßsicherheit neben dem kurzkohärenten Beleuchtungs- bzw. Meßlicht der Superlumineszenzdiode 5 das Licht einer Referenzlichtquelle 25 mit vorgegebener Wellenlänge λ_r und im Vergleich zum Meßlicht größerer Kohärenzlänge als Grundlage für ein Referenzsignal genutzt, das auf erfindungsgemäße Weise erzeugt und mit dem Meßsignal verknüpft wird.However, since the intensity of the interference signals to be detected is very low and they are also superimposed with noise, in order to increase the reliability of measurement next to the short-coherent illumination or measuring light of the superluminescent diode 5 the light of a reference light source 25 used with a predetermined wavelength λ _r and compared to the measuring light of greater coherence length as the basis for a reference signal, which is generated in accordance with the invention and linked to the measurement signal.

In der Ausgestaltungsvariante nach 2 sind in dem Referenzsignalgeber 24 eine Referenzlichtquelle 25 (beispielsweise eine Monomode-Laserdiode), optische Elemente 26 zur Einkopplung des Referenzlichtes über den Strahlteiler 1 in die Interferometeranordnung, ein Detektor 27, ein Frequenz-Vervielfacher 28, ein Trigger 29 sowie ein Positionsmelder 30 vorgesehen.In the embodiment variant according to 2 are in the reference signal generator 24 a reference light source 25 (For example, a single-mode laser diode), optical elements 26 for coupling the reference light via the beam splitter 1 in the interferometer arrangement, a detector 27 , a frequency multiplier 28 , a trigger 29 as well as a position detector 30 intended.

Mit dieser Anordnung wird zunächst erreicht, daß mit dem Detektor 27 ein Referenzsignal aufgenommenen wird, dessen Frequenz f_r' sich während der Positionsverstellung des Reflektors 3 ebenso ändert wie die Frequenz f_m des Meßsignals. Die Frequenz f_r' des Referenzsignals wird im Frequenz-Vervielfacher 28 um mindestens den Faktor k = 2 erhöht, wonach am Eingang des Triggers 29 ein Referenzsignal mit der Frequenz f_r zur Verfügung steht. Im Meßarm des Interferometers befindet sich ein das Licht der kohärenten Laserdiode reflektierendes Element (nicht dargestellt), so daß dieses Licht nicht in das Patientenauge 11 fallen kann und eine Gefährdung des Patienten vermieden wird.With this arrangement, it is first achieved that with the detector 27 a reference signal is recorded whose frequency f _r 'during the position adjustment of the reflector 3 as well as the frequency f _{m of} the measuring signal changes. The frequency f _r 'of the reference signal becomes the frequency multiplier 28 increased by at least the factor k = 2, after which at the input of the trigger 29 a reference signal with the frequency f _r is available. In the measuring arm of the interferometer is a light reflecting the light of the coherent laser diode element (not shown), so that this light is not in the patient's eye 11 fall and a risk to the patient is avoided.

Ein Beispiel für die Ausgestaltung des Frequenz-Vervielfachers 24 ist in 5 dargestellt. Der Signalweg 31 für das sinusförmige Referenzsignal ist aufgezweigt; in einem ersten Zweig 32 gelangt das Signal über einen 90°-Phasenschieber 33, einen Komparator 34 und ein Monoflop 35 zu einem ODER-Baustein 36, während im zweiten Zweig 37 das Signal über einen Komparator 38 und ein Monoflop 39 zu dem ODER-Baustein 36 gelangt. In beiden Zweigen 32, 37 wandeln die Komparatoren 34, 38 die sinusförmigen Signale in Rechtecksignale um und die Monoflops 35, 39 geben bei jeder fallenden und/oder steigenden Flanke eines Rechtecksignals einen Impuls aus. Am Ausgang des Frequenz-Vervielfachers 28 bzw. am Eingang des Triggers 29 (vergl. 2) liegen so für jede Periode des Referenzsignals vier Impulse an.An example of the design of the frequency multiplier 24 is in 5 shown. The signal path 31 for the sinusoidal reference signal is branched; in a first branch 32 the signal passes through a 90 ° phase shifter 33 , a comparator 34 and a monoflop 35 to an OR block 36 while in the second branch 37 the signal via a comparator 38 and a monoflop 39 to the OR block 36 arrives. In both branches 32 . 37 convert the comparators 34 . 38 the sinusoidal signals into square waves and the monoflops 35 . 39 output a pulse at each falling and / or rising edge of a square wave signal. At the output of the frequency multiplier 28 or at the input of the trigger 29 (Comp. 2 ) are thus four pulses for each period of the reference signal.

Bei Auslösung einer Messung durch einen Bediener gibt die Ansteuereinheit 19 ein Startsignal aus, durch welches die Superlumineszenzdiode 5 eingeschaltet und zugleich über die Verstelleinrichtung 16 die Verschiebung des Reflektors 3 über den vorgesehenen Verfahrweg veranlaßt wird. Das vom Auge reflektierte Licht wird auf den Photoempfänger 14 abgebildet und das entstehende Interferenzsignal wird detektiert. Das mit dem Photoempfänger 14 detektierte Interferenzsignal wird durch den breitbandigen Verstärker 21 gefiltert und liegt danach (wegen der nicht konstanten Verfahrgeschwindigkeit mit schwankender Periode) am A/D-Wandler 22 an, wegen der geringen Kohärenzlänge jedoch nur, wenn die Wegdifferenz des Lichtes im Interferometer der im Meßobjekt entstehenden Wegdifferenz entspricht.When a measurement is triggered by an operator, the control unit outputs 19 a start signal through which the superluminescent diode 5 switched on and at the same time on the adjustment 16 the displacement of the reflector 3 is caused by the provided travel path. The light reflected from the eye is transmitted to the photoreceptor 14 imaged and the resulting interference signal is detected. That with the photoreceptor 14 Detected interference signal is through the broadband amplifier 21 filtered and lies thereafter (because of the non-constant travel speed with a fluctuating period) at the A / D converter 22 on, because of the small coherence length, however, only if the path difference of the light in the interferometer corresponds to the resulting path difference in the measurement object.

In 6 ist ein Ausschnitt eines idealen, am Eingang des A/D-Wandlers 22 anliegenden Interferenz-Meßsignals 54 dargestellt. Die Schwankungen der Frequenz f_m des Signals sind dabei durch die ungleichmäßige Verfahrgeschwindigkeit verursacht. Im Vergleich dazu weist auch das am Ausgang des Detektors 27 abgreifbare Referenzsignal 55 mit der Frequenz f_r' diese Frequenzschwankungen auf. Wegen der großen Kohärenzlänge der Referenzlichtquelle wird das Referenzsignal 55 im Gegensatz zum Meßsignal 54 während des Verfahrens des Reflektors 3 über dessen gesamte Weglänge empfangen.In 6 is a part of an ideal, at the entrance of the A / D converter 22 applied interference measurement signal 54 shown. The fluctuations of the frequency f _{m of} the signal are unequal moderate traverse speed caused. In comparison, this also points to the output of the detector 27 tappable reference signal 55 with the frequency f _r 'these frequency fluctuations. Because of the long coherence length of the reference light source, the reference signal becomes 55 in contrast to the measuring signal 54 during the process of the reflector 3 received over its entire path length.

Wenn der Reflektor 3 eine vorgegebene Position durchfährt, gibt der Positionsmelder 30 in 2, beispielsweise ein Endlagenschalter, ein Startsignal an den Trigger 29, worauf dieser mit der Ausgabe des Referenzsignals mit der Frequenz f_r an den A/D-Wandler beginnt. Das Verhältnis der Frequenz f_m des am Signaleingang des A/D-Wandlers anliegenden Meßsignals 54 zur Frequenz f_r des am Taktsignaleingang des A/D-Wandlers anliegenden Referenzsignals 56 ist in 7 erkennbar.If the reflector 3 passes through a predetermined position, gives the position detector 30 in 2 For example, a limit switch, a start signal to the trigger 29 , whereupon this begins with the output of the reference signal with the frequency f _r to the A / D converter. The ratio of the frequency f _m of the signal applied to the signal input of the A / D converter measurement signal 54 to the frequency f _{r of} the applied to the clock signal input of the A / D converter reference signal 56 is in 7 recognizable.

Die Überlagerung des Meßsignals im A/D-Wandler mit dem Referenzsignal der Frequenz f_r führt dazu, daß beginnend mit dem Startimpuls während des Verfahrens des Reflektors 3 bei jedem aus dem Referenzsignal abgeleiteten Impuls ein A/D-Wandlerwert in den Speicher 23 geschrieben wird. Damit ist jeder Speicherzelle ein Ort des Reflektors 3 zugeordnet und in der Speicherzelle N steht der Meßwert x_N, in der Speicherzelle N-1 der Meßwert x_N_₁ usw.The superposition of the measurement signal in the A / D converter with the reference signal of the frequency f _r causes starting with the start pulse during the process of the reflector 3 at each pulse derived from the reference signal, an A / D conversion value into the memory 23 is written. Thus each memory cell is a location of the reflector 3 assigned and in the memory cell N is the measured value x _N , in the memory cell N-1, the measured value x _N _ ₁ , etc.

Nach dem Durchfahren des gesamten Verfahrweges werden die gespeicherten Daten in die Auswerteeinheit 40 gerufen, in welcher eine numerische digitale Filterung der Daten durchgeführt wird nach der Funktion yN = a0xN + a1xN–1 + a2xN-2 + ... + aM–1xN–(M–1) mit y_N dem gefilterten Meßwert und a₀ bis a_M-1 den Filterkoeffizienten des Filters der Ordnung M. Für die Filterkoeffizienten gilt:

bei k = 0, 1, 2 ... (M-1). Diese Operation entspricht einer Filterung der Daten mit der Mittenfrequenz f. Dabei wird die Mittenfrequenz f aus der Beziehung

mit λ_r der Wellenlänge des Referenzsignals und λ_m der Wellenlänge des Meßsignals abgeleitet. Der Faktor 1/4 entspricht der vierfachen Interpolation des detektierten Referenzsignales f_r' zur Erzeugung des Referenzsignales f_r. Die Bandbreite Δf des Filters ergibt sich aus der Kohärenzlänge des Meßsignales.After passing through the entire travel path, the stored data is transferred to the evaluation unit 40 in which a numerical digital filtering of the data is performed according to the function y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 + ... + a M-1 x N- (M-1) with y _N the filtered measured value and a ₀ to a _M-1 the filter coefficient of the filter of order M. For the filter coefficients:

at k = 0, 1, 2 ... (M-1). This operation corresponds to a filtering of the data with the center frequency f. At this time, the center frequency f becomes the relationship

derived with λ _{r of} the wavelength of the reference signal and λ _{m of} the wavelength of the measuring signal. The factor 1/4 corresponds to the quadruple interpolation of the detected reference signal f _r 'for generating the reference signal f _r . The bandwidth Δf of the filter results from the coherence length of the measurement signal.

Nach der Filterung wird die Speicherzelle ermittelt, in welcher die Einhüllende den abgelegten Meßwert ein Maximum hat. Aus der Lage dieser Zelle innerhalb des Speichers wird die Position des Reflektors 3 hergeleitet, bei der ein Interferenzsignal auftritt. Aus verschiedenen derartigen Positionen wird wie oben beschrieben auf die Abstände der optischen Grenzflächen in dem zu untersuchenden Objekt geschlossen.After filtering, the memory cell is determined in which the envelope has a maximum of the stored measured value. The position of this reflector within the memory becomes the position of the reflector 3 derived, in which an interference signal occurs. From various such positions, the distances of the optical interfaces in the object to be examined are closed as described above.

3 zeigt die Ausgestaltungsvariante eines Referenzsignalgebers 24, in dem eine Referenzlichtquelle 41, ein optisches Elemente 42 zum Einkoppeln des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung, reflektierende Elemente 43 und 44, ein Detektor 45 für das aus der Interferometeranordnung ausgekoppelte Referenzlicht und, dem Detektor 45 nachgeschaltet, ein Trigger 46 vorgesehen sind. Der Ausgang des Triggers 46 ist mit dem Ausgang des Referenzsignalgebers 24 identisch und liegt am Steuereingang des A/D-Wandlers 22 an. In den Referenzsignalgeber 24 einbezogen ist weiterhin ein Positionsmelder 47, dessen Ausgang mit dem Startsignaleingang des Triggers 26 in Verbindung steht. Zwischen Detektor 45 und Trigger 46 kann zusätzlich ein Frequenzvervielfacher vorgesehen sein. 3 shows the embodiment variant of a reference signal generator 24 in which a reference light source 41 , an optical elements 42 for coupling the reference light into the interferometer arrangement, reflecting elements 43 and 44 , a detector 45 for the reference light coupled out of the interferometer arrangement and the detector 45 downstream, a trigger 46 are provided. The output of the trigger 46 is with the output of the reference signal generator 24 identical and is located at the control input of the A / D converter 22 at. In the reference signal transmitter 24 Included is still a position detector 47 whose output is connected to the start signal input of the trigger 26 communicates. Between detector 45 and triggers 46 In addition, a frequency multiplier can be provided.

Das Referenzlicht gelangt über das optische Element 42 zur Teilerfläche des Strahlteilers 1 und wird dort in zwei Teilstrahlengänge aufgespaltet, von denen jeweils einer auf den feststehenden Reflektor 2 sowie auf den verschiebbaren Reflektor 3 gerichtet ist.The reference light passes over the optical element 42 to the divider surface of the beam splitter 1 and is split there into two partial beam paths, one of which on the fixed reflector 2 as well as on the movable reflector 3 is directed.

Der erste Teilstrahlengang des Referenzlichtes wird vom Reflektor 2 zum Strahlteiler 1 zurückgeworfen und trifft auf das an der Oberfläche des Strahlteilers 1 angeordnete, für die Wellenlänge des Referenzlichtes undurchlässige reflektierende Element 43, von dem es wieder zum Reflektor 2 und von da zur Teilerfläche des Strahlteilers 1 reflektiert wird, wo schließlich die Ablenkung in Richtung auf den Detektor 45 erfolgt.The first partial beam path of the reference light is from the reflector 2 to the beam splitter 1 thrown back and hits the surface of the beam splitter 1 arranged, for the wavelength of the reference light impermeable reflective element 43 from which it returns to the reflector 2 and from there to the splitter surface of the beam splitter 1 is reflected, where finally the deflection in the direction of the detector 45 he follows.

Die zweite von der Teilerfläche des Strahlteilers 1 auf den verschiebbaren Reflektor 3 gerichtete Teilstrahlung wird vom Reflektor 3 wieder auf den Strahlteiler 1 reflektiert und dort von dem das Referenzlicht reflektierenden Element 44 zum Reflektor 3 zurückgeworfen. Vom Reflektor 3 erreicht diese Teilstrahlung durch den Strahlteiler 1 hindurch den Detektor 45.The second of the splitter surface of the beam splitter 1 on the sliding reflector 3 directed partial radiation is from the reflector 3 back to the beam splitter 1 reflected and there from the reference light reflecting element 44 to the reflector 3 thrown back. From the reflector 3 reaches this partial radiation through the beam splitter 1 through the detector 45 ,

Die reflektierenden Elemente 43 und 44 können beispielsweise als Retroreflektoren oder Spiegel ausgebildet sein.The reflective elements 43 and 44 may be formed for example as retroreflectors or mirrors.

Das Referenzlicht durchläuft also beide Interferometer zweimal und gelangt dann erst zum Detektor 45. Aufgrund des mehrfachen Durchlaufs weist das Referenzsignal bereits die mehrfache Frequenz des Meßsignals auf. Damit liegt am Steuereingang des A/D-Wandlers ein Taktsignal an, das ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausgestaltungsvariante gemäß 2 zur Digitalisierung des Meßsignals genutzt werden kann.The reference light thus passes through both interferometers twice and then passes first to the detector 45 , Due to the multiple pass, the reference signal already has the multiple frequency of the measurement signal. This is at the control input of the A / D converter to a clock signal, which as well as in the above-described embodiment variant according to 2 can be used to digitize the measurement signal.

Das bisher dargelegte gilt dann, wenn die Wellenlängen bei Meß- und Referenzlichtquellen gleich oder etwa gleich sind.The previously stated applies when the wavelengths in measuring and reference light sources are the same or about the same.

Wird dagegen eine Referenzlichtquelle mit kleinerer Wellenlänge im Vergleich zur Meßlichtquelle verwendet, als sie die Meßlichtquelle hat, kann eine noch höhere Frequenz des Referenzsignals erzielt werden.Becomes in contrast, a reference light source with a smaller wavelength compared to the measuring light source used as the measuring light source has, can be even higher Frequency of the reference signal can be achieved.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante zur Gewinnung eines Referenzsignals zeigt 4. Hier sind im Referenzsignalgeber 24 eine Referenzlichtquelle 48, ein Gittergeber 49, ein Detektor 50, ein Frequenz-Vervielfacher 51 sowie ein dem Frequenz-Vervielfacher 51 nachgeschalteter Trigger 52 vorgesehen. Der Ausgang des Triggers 52 entspricht dem Ausgang des Referenzsignalgebers 24 und liegt am Steuereingang des A/D-Wandlers 22 an. Hier ist ebenfalls ein Positionsmelder 53 vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Startsignaleingang des Triggers 52 in Verbindung steht.A further embodiment variant for obtaining a reference signal shows 4 , Here are in the reference signal generator 24 a reference light source 48 , a lattice giver 49 , a detector 50 , a frequency multiplier 51 as well as the frequency multiplier 51 downstream trigger 52 intended. The output of the trigger 52 corresponds to the output of the reference signal generator 24 and is located at the control input of the A / D converter 22 at. Here is also a position detector 53 whose output is connected to the start signal input of the trigger 52 communicates.

Der Gittergeber verfügt über ein feststehendes sowie über ein bewegliches Gitter, wobei das bewegliche Gitter (nicht im Detail dargestellt) mechanisch mit der Verstelleinrichtung 16 gekoppelt ist und bei Verstellung der Weglängendifferenz synchron zum Reflektor 3 verstellt wird. Damit ist es möglich, während der Verstellbewegung ein Referenzsignal zu gewinnen, dessen Periode sich bei ungleichförmiger Verstellgeschwindigkeit ebenso ändert wie die des Meßsignals. Schwankungen der Periode des Meßsignals, die auf Ungleichmäßigkeiten in der Geschwindigkeit bei der Verschiebung des Reflektors 3 zurückzuführen sind, sind der Referenzsignalfrequenz gleichermaßen aufgeprägt.The grating has a fixed as well as a movable grid, wherein the movable grid (not shown in detail) mechanically with the adjustment 16 is coupled and when adjusting the path length difference in synchronism with the reflector 3 is adjusted. This makes it possible to obtain a reference signal during the adjustment movement, the period of which changes with non-uniform adjustment speed as well as that of the measurement signal. Fluctuations in the period of the measurement signal due to irregularities in the speed at the displacement of the reflector 3 are due, the reference signal frequency are equally impressed.

Wie weiter oben in der Ausführungsvariante anhand 2 beschrieben, wird auch hier das vom Detektor 50 erfaßte und ausgegebene Referenzsignal nach Frequenzänderung mit dem Vervielfacher 51, der wie in 5 dargestellt ausgestaltet sein kann, und nach Rechteckformung mit dem Trigger 52 zur Digitalisierung des Meßsignals genutzt.As described above in the embodiment variant 2 described here is also the detector 50 detected and output reference signal after frequency change with the multiplier 51 who like in 5 can be configured and after rectangular shaping with the trigger 52 used for digitizing the measuring signal.

11: Strahlteilerbeamsplitter
22: Reflektor, festReflector, firmly
33: Reflektor, verschiebbarReflector, movable
44: Strahlteilerbeamsplitter
55: Superlumineszenzdiodesuperluminescent
66: Blendecover
77: PlanplattePlanplatte
88th: Photodiodephotodiode
99: PolarisationsstrahlteilerPolarization beam splitter
1010: λ/4-Platteλ / 4 plate
1111: Patientenaugepatient's eye
1212: Abbildungssystemimaging system
1313: Strahlteilerbeamsplitter
1414: Empfängerreceiver
1515: Augeeye
1616: Verstelleinrichtungadjustment
1717: Signalverarbeitungsignal processing
1818: Ausgabeeinrichtungoutput device
1919: Ansteuereinheitcontrol unit
2020: ReferenzsignalgeberReference signal generator
2121: Verstärkeramplifier
2222: A/D-WandlerA / D converter
2323: SpeicherStorage
2424: ReferenzsignalgeberReference signal generator
2525: ReferenzlichtquelleReference light source
2626: optische Elementeoptical elements
2727: Detektordetector
2828: Frequenz-VervielfacherFrequency multiplier
2929: Triggertrigger
3030: Positionsmelderposition detector
3131: Signalwegpathway
3232: Zweigbranch
3333: 90°-Phasenschieber90 ° phase shifter
3434: Komparatorcomparator
3535: Monoflopmonoflop
3636: ODER-BausteinOR block
3737: Zweigbranch
3838: Komparatorcomparator
3939: Monoflopmonoflop
4040: Auswerteeinheitevaluation
4141: ReferenzlichtquelleReference light source
4242: optisches Elementoptical element
43, 4443 44: reflektierende Elementereflective elements
4545: Detektordetector
4646: Triggertrigger
4747: Positionsmelderposition detector
4848: ReferenzlichtquelleReference light source
4949: Gittergebergrid encoder
5050: Detektordetector
5151: Frequenzvervielfacherfrequency
5252: Triggertrigger
5353: Positionsmelderposition detector
5454: InterferenzmeßsignalInterferenzmeßsignal
5555: Referenzsignal f_r'Reference signal f _r '
5656: Referenzsignal f_r Reference signal f _r

Claims

Method for measuring distances between optical interfaces, in which light of short coherence length and fixed wavelength λ is irradiated into an interferometer arrangement, the optical path length difference of the interferometer arms is changed, from the resulting interferences a measuring signal with a frequency f dependent on the rate of change v of the path difference _m obtained and determined from the combination of the measuring signal with a reference signal measured values for the positions or the distances of the interfaces, characterized in that - the reference signal is generated at a frequency f _r , which by a factor k ≥ 2 above the frequency f is _mMax of the measurement signal, wherein f _mMax corresponds to the maximum possible rate of change of path length, - that the reference signal with the frequency f _r is taken as the clock signal of a digitization of the measurement signal, and - on the thus digitalisi the measured position signal values of the optical interfaces are determined.

Method according to Claim 1, characterized in that the measurement signal digitized with the frequency f _{r is} stored in addressable memory cells, from the position of the memory cells in which the amplitude of the measuring signal has a maximum, determines the positions of the interfaces and derived from these positions, the distances between the interfaces.

Method according to claim 1 or 2, characterized that this stored measuring signal subjected to numerical digital filtering.

Method according to Claim 3, characterized in that filtering is carried out according to the function y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 + ... + a M-1 x N- (M-1) - b 1 y N-1 - b 2 y N-2 - ... - b Z y NZ with y _N the filter output value of the memory cell N, Y _N-1 the filter output value of the previously used memory cell N-1, x _N the measured value in the memory cell N, x _N-1 the measured value in the memory cell N-1, etc. and a ₀ to a _M-1 and b ₁ to b _z the filter coefficients of the filter.

A method according to claim 4, characterized in that the filtering with b ₁ = 0 to b _Z = 0 and the resulting function y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 + ... + a M-1 x N- (M-1) is made.

Arrangement for measuring distances between optical interfaces, preferably between different tissue layers of the human eye, with an interferometer arrangement in which the optical path length difference can be adjusted by changing the optical path length in one of the interferometer arms and in which a short-coherent light source (FIG. 5 ) is provided for generating a Meßstrahlenganges a frequency f _m , - with an adjusting device ( 16 ) for changing the optical path length difference, - with a receiver ( 14 ) for obtaining an electronic measuring signal from the measuring radiation when adjusting the path length difference, - with a reference signal generator ( 24 ) and with signal processing ( 17 ), characterized in that - at the output of the reference signal generator ( 24 ) a reference signal with a frequency f _{r is} available, which lies by the factor k ≥ 2 above the frequency f _{mMax of} the measuring signal, where f _{mM occurs} at the maximum possible rate of change v of the path length difference, and - that the output of the reference signal generator ( 24 ) to the clock input of an A / D converter ( 22 ), while at the signal input of the A / D converter ( 22 ) the measuring signal is present.

Arrangement according to claim 6, characterized in that in the reference signal generator ( 24 ) are provided - a reference light source ( 25 ), - optical elements ( 26 ) for coupling the reference light into the interferometer arrangement, - a detector ( 27 ) for receiving the reference light coupled out of the interferometer arrangement, and - the detector ( 27 ) downstream trigger ( 29 ).

Arrangement according to claim 6, characterized in that in the reference signal generator ( 24 ) are provided: - a reference light source ( 41 ), - at least one optical element ( 42 ) for coupling the reference light into the interferometer arrangement, - the reference light reflecting elements ( 43 . 44 ), which cause a multiple pass of the reference light through the interferometer arrangement, - a detector ( 45 ) for receiving the reference light coupled out of the interferometer arrangement, and - the detector ( 45 ) downstream trigger ( 46 ).

Arrangement according to claim 6, characterized in that in the reference signal generator ( 24 ) are provided - a reference light source ( 48 ), - arranged in the beam path of the reference light lattice generator ( 49 ) with a movable scale grid, which with the adjusting device ( 16 ), - a lattice generator ( 49 ) downstream detector ( 50 ) for receiving the reference light and - a trigger ( 52 ), the detector ( 50 ) is connected downstream.

Arrangement according to one of Claims 6 to 9, characterized in that in the signal path between detector ( 27 . 45 . 50 ) and triggers ( 29 . 46 . 52 ) Frequency Multiplier ( 28 . 51 ) are provided.

Arrangement according to Claim 10, characterized in that the frequency multiplier ( 28 . 51 ) consists of a circuit in which the signal path of the reference signal in two paths ( 32 . 37 ), the first path ( 32 ) a 90 ° phase shifter ( 33 ), a comparator ( 34 ) and a monoflop ( 35 ) and the second path ( 37 ) a comparator ( 38 ) and a monoflop ( 39 ) and each of the two paths ( 32 . 37 ) at an input of an OR block ( 36 ) is present.

Arrangement according to one of Claims 6 to 11, characterized in that in the reference signal generator ( 24 ) a position indicator (( 30 . 47 . 53 ) provided with the adjusting device ( 16 ) and whose output is connected to a start signal input of the trigger ( 29 . 46 . 52 ) connected is.

Arrangement according to one of Claims 6 to 12, characterized in that as the reference light source ( 25 . 41 . 48 ) A single-mode laser diode is provided.

Arrangement according to one of Claims 6 to 12, characterized in that a reference light source ( 25 . 41 . 48 ) whose frequency is higher by at least the factor k = 2 than the frequency f _{m of} the short-coherent light source ( 5 ) for generating the Meßstrahlenganges.

Arrangement according to Claim 6, characterized in that in the signal processing ( 17 ) an addressable memory ( 23 ) and an evaluation unit ( 40 ) and in the evaluation unit ( 40 ) an arithmetic circuit for numerical filtering of the digitized measurement signal and to search for maxima in the filtered measurement signal is present.

Arrangement according to one of Claims 6 to 15, characterized in that the receiver ( 14 ) a broadband preamplifier ( 21 ) whose upper limit frequency corresponds to the frequency f _mMAx and whose lower limit frequency corresponds to the frequency f _mMin , where f _mMax and f _{mMin are} the frequencies of the measuring signal occurring at the maximum possible and at the minimum possible rate of change v of the path length difference.