專利名稱：用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)的制作方法
用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)本申請涉及ー種根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的、用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)。光學(xué)相干斷層攝影(OCT)是在其內(nèi)部測量散光樣本的方法。由于其散光特性，生物組織尤其適于通過OCT來診斷檢查。由于光強(qiáng)度相對較小的OCT就足夠，并且所應(yīng)用的光的波長大多數(shù)在近紅外線范圍(750nm至1350nm)內(nèi)，與離子化的X光診斷相反，OCT對于生物組織無輻射負(fù)擔(dān)。因而，其對于醫(yī)學(xué)尤其重要并且?guī)缀蹩膳c超聲波診斷相提并論。代替聲波，在OCT中應(yīng)用具有極短相干長度的寬帶光。在樣本中的不同臨界層上反射的光的馳行時間(Laufzeit)借助于干涉儀獲取。典型地，利用OCT可達(dá)到比利用超聲波高I至2個數(shù)量級的分辨率，然而可達(dá)到的測量深度明顯更小。由于散光，所獲取的橫截面圖像僅達(dá)到組織中的若干毫米深度。目前，OCT最重要的應(yīng)用領(lǐng)域是在眼科 學(xué)、皮膚病學(xué)以及腫瘤診斷中。然而，也存在ー些非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如在材料檢驗中。由I Y. Oh 等在 OPTICS EXPRESS 第 14 卷第 19 (2006) 8675-8684 號中已知ー類系統(tǒng)，其中由氙弧燈放射的光在邁克耳遜干涉儀中耦合，通過位于壓電變換器上的反射器的移位進(jìn)行光譜調(diào)制并且引至林尼克干涉儀，由該林尼克干涉儀開始，光與待檢查的樣本相遇。在林尼克干涉儀的樣本臂和參考臂中分別設(shè)有相同構(gòu)造的透鏡。為獲取尤其適用于內(nèi)窺鏡檢查法而應(yīng)用的測量頭，在不會影響圖像質(zhì)量的同吋，必須緊湊地設(shè)計由w. Y. Oh等所述的林尼克干涉儀。本發(fā)明的目的在于，提供用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)，其中盡可能緊湊地構(gòu)造測量頭并且同時確保較高的圖像質(zhì)量。該目的根據(jù)權(quán)利要求I這樣實現(xiàn)，即用于照射樣本、帶有數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角的照射光學(xué)組件，以及用于對樣本成像、帶有數(shù)值孔徑、尤其是接收角的樣本光學(xué)組件，其中，所述樣本的照射的數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角小于用于對樣本成像的數(shù)值孔徑、尤其是接收角。由此實現(xiàn)如下優(yōu)點，即，在傾斜的樣本結(jié)構(gòu)處反射的光還由樣本物鏡匯聚，原因在于樣本物鏡的接收角大于照射椎體的發(fā)散角。與此相反，如果用于照射和成像的數(shù)值孔徑大小相同，那么在傾斜的樣本結(jié)構(gòu)處反射時匯聚比在垂直于光軸的結(jié)構(gòu)處反射時更少的光。優(yōu)選的是，在樣本臂中設(shè)有樣本物鏡，通過該樣本物鏡，通過樣本臂延伸的部分光束(Teilstrahl)的光聚焦于樣本上或其中的焦點中，并且參考臂中設(shè)有參考物鏡，通過該參考物鏡，通過參考臂延伸的部分光束的光聚焦于反射器上，其中樣本物鏡的光學(xué)特性不同于參考物鏡的光學(xué)特性。這基于以下考慮，即通過相應(yīng)地選擇不同數(shù)量的透鏡和/或具有不同焦距的透鏡和/或彼此具有不同距離的透鏡，實現(xiàn)樣本物鏡和參考物鏡的不同光學(xué)特性。由于樣本物鏡和參考物鏡的不同構(gòu)造，一方面可以以簡單的方式實現(xiàn)樣本物鏡和參考物鏡到分束器的不同距離。例如可由此設(shè)置成樣本物鏡距離分束器明顯更近，由此使得可相對于由現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)，顯著降低樣本物鏡的直徑，尤其是位于樣本物鏡中的透鏡的直徑，然而卻不會明顯降低樣本物鏡的光強(qiáng)度并因而不會明顯降低獲取由樣本反射的光時的光輸出。另ー方面，通過本發(fā)明可將參考物鏡設(shè)置在距分束器明顯更大的距離處，由此可折疊(Faltung)參考臂，其中相對于其在未折疊林尼克干涉儀中的位置，參考臂擺動90°。通過“不對稱”設(shè)計的干涉儀，達(dá)到極窄的且形式緊湊的測量頭并且同時確保以較高的效率獲取由樣本反射的光，從而可確保較高的圖像質(zhì)量。在本發(fā)明的優(yōu)選實施中，樣本物鏡具有第一焦距并且參考物鏡具有第二焦距，其中樣本物鏡的第一焦距不同于參考物鏡的第二焦距。由此，以簡單的方式實現(xiàn)樣本臂和參考臂中的不同光學(xué)路程(optischer Weg)。優(yōu)選地，通過參考物鏡的光學(xué)路程短于通過樣本物鏡的光學(xué)路程。由此，參考臂中的、在參考物鏡之外的光學(xué)路程可選擇成更長，由此可尤其簡單地實現(xiàn)干涉儀參考臂的折疊所需的參考物鏡距分束器的更大距離。 在此優(yōu)選地，通過參考物鏡和樣本物鏡的光學(xué)路程的差異是樣本中最大光學(xué)掃描深度的至少兩倍大。在此，最大光學(xué)掃描深度給出了其中在由樣本反射的部分光束和由反射器反射的部分光束之間可出現(xiàn)干涉的深度范圍。由此，確保將獲取的圖像信息明確且簡單地對應(yīng)于樣本中的特定深度。這對于具有所謂預(yù)調(diào)制器的OCT系統(tǒng)尤其適用，其中在使得光耦合到干涉儀中之前將光進(jìn)行光譜調(diào)制。優(yōu)選地，樣本物鏡相對于分束器的位置不同于參考物鏡相對于分束器的位置。在此優(yōu)選地，參考物鏡和分束器之間的光學(xué)路程大于樣本物鏡和分束器之間的光學(xué)路程。通過此實施，使得可折疊參考臂和/或照射臂并因而使得干涉儀可具有較高的緊湊性。優(yōu)選地，在樣本臂中可移動地放置樣本物鏡，使得可改變樣本物鏡距分束器的距離。由此，樣本物鏡的焦點可始終在樣本可出現(xiàn)干涉的深度范圍中。優(yōu)選地參考臂和/或照射臂的光軸的至少一部分與樣本臂的光軸成ー個角度，該角不同于90°。在此優(yōu)選地，參考臂或照射臂光軸的至少一部分平行于樣本臂的光軸而延伸。通過這些折疊，可尤其緊湊地實現(xiàn)干涉儀。優(yōu)選地，在參考臂或照射臂中設(shè)有用于偏轉(zhuǎn)通過參考臂或照射臂延伸的部分光束的偏轉(zhuǎn)元件。優(yōu)選地，該偏轉(zhuǎn)元件包括偏轉(zhuǎn)棱鏡。由此，可無校正地并且精確地折疊參考臂或照射臂。優(yōu)選地，干涉儀具有包括至少ー個光學(xué)元件的輸出臂并且輸出臂與樣本物鏡或參考物鏡共同構(gòu)造樣本光學(xué)組件(Optik)或參考光學(xué)組件，其中樣本光學(xué)組件和/或參考光學(xué)組件是遠(yuǎn)心的(telezentrisch)。遠(yuǎn)心光學(xué)組件的特征在于，物體距離可變化而不會改變圖像大小。優(yōu)選地，樣本物鏡具有大于參考物鏡的數(shù)值孔徑。這在折疊的林尼克干涉儀中尤其具有優(yōu)勢，因為由此，參考物鏡可相對簡單地適配到樣本物鏡上，并且可尤其緊湊地實現(xiàn)參考物鏡。優(yōu)選地，干涉儀包括照射臂，該照射臂具有至少ー個光學(xué)元件并且與樣本物鏡或參考物鏡共同構(gòu)造具有數(shù)值孔徑的照射光學(xué)組件，并且干涉儀具有輸出臂，該輸出臂具有至少ー個光學(xué)元件并且與樣本物鏡共同構(gòu)造具有數(shù)值孔徑的樣本光學(xué)組件，其中照射光學(xué)組件的數(shù)值孔徑小于樣本光學(xué)組件的數(shù)值孔徑。由此，達(dá)到以下優(yōu)點，即傾斜的樣本結(jié)構(gòu)上反射的光也由樣本物鏡匯聚，原因在于樣本物鏡的接收角大于照射椎體(Beleuchtungskegel)的發(fā)散角。相反，如果用于照射的數(shù)值孔徑和成像用的數(shù)值孔徑大小相同，那么傾斜的樣本結(jié)構(gòu)上的反射比垂直于光軸的結(jié)構(gòu)上的反射匯聚更少的光。在本發(fā)明的其它有利方案中，探測器包括多個探測元件，其中每兩個相鄰的探測元件具有中心距(Mitte-Mitte-Abstand)并且樣本物鏡和參考物鏡設(shè)置成使得對于所有掃描深度出現(xiàn)的干涉圖案的兩個連續(xù)最小干渉或最大干涉之間的距離大于探測元件的中心距。由此，在所觀察的樣本的空間單元(Raumelement)的每個深度中始終以較高的可靠性獲取干渉結(jié)構(gòu)。以此方式避免信息損失并因而確保較高的圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，利用干涉儀輸出的光來照射樣本應(yīng)理解為由干涉儀(包括移動的反射器)輸出的光直接與樣本相遇或在通過設(shè)置在干渉儀和樣本 之間的另一干涉儀之后才與樣本相遇。根據(jù)本發(fā)明，通過探測器或探測元件獲取由樣本(尤其是樣本的不同深度)反射的光理解為探測器或探測元件獲取干涉現(xiàn)象的光，其中該干涉現(xiàn)象在樣本(尤其是在樣本的不同深度中)反射的光與參考反射鏡(Referenzspiegel)上反射的光疊加時形成。在此，光的疊加可在包括移動的反射器的干渉儀或另一干涉儀中實現(xiàn)。本發(fā)明以及本發(fā)明的其它有利方案在下文中借助于附圖詳細(xì)說明。其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明OCT系統(tǒng)的實施示例；圖2a_b)示出了具有單個截面的樣本的兩個空間單元；圖3a_b)示出了樣本和第二干渉儀的樣本臂的兩個橫截面；圖4示出了第二干涉儀的光學(xué)部件的橫截面；圖5示出了自動校準(zhǔn)焦點追蹤時的干渉信號及其估算；圖6a_c)示出了耦合到第一干涉儀中光強(qiáng)度未調(diào)制時和調(diào)制時的干渉信號及其包絡(luò)線；圖7示出了用于調(diào)制探測器靈敏度的電路的示例；圖8示出了所謂的林尼克干涉儀的示例性結(jié)構(gòu)；圖9a_c)示出了樣本物鏡的3個不同位置以及分別得到的干涉圖案；

圖10a-b)分別示出了輸入平面區(qū)域中第一光導(dǎo)體的多模光纖的縱截面的部分；圖11示出了第二光導(dǎo)體的光纖束的橫截面的部分以及此部分的放大顯示的部分區(qū)域；圖12示出了探測面的部分；圖13示出了探測面以及第ニ光導(dǎo)體的進(jìn)入面和退出面；圖14a_b)以橫截面示出了第二光導(dǎo)體的設(shè)置的兩個示例；圖15示出了干渉圖案以及與第二光導(dǎo)體的單根光纖對比的干涉圖案的部分；圖16示出了在進(jìn)入面區(qū)域中第二光導(dǎo)體的光纖束的縱截面的部分；圖17示出了第一運(yùn)行模式中的探測面；圖18使用深度截面示出了樣本的空間單元；以及圖19示出了在特定深度中具有ニ維斷層圖的樣本的空間單元。圖I示出了根據(jù)本發(fā)明用于OCT的系統(tǒng)的實施示例。在此系統(tǒng)的單個部件的所選的表示僅是示意性的，并未按照實際的尺寸比例繪制。第一干涉儀10具有固定設(shè)置的第一參考反射鏡11、移動的第二參考反射鏡12和第一分束器13。光源15的光14稱合到第一干涉儀10中，并且由第一分束器13分成在固定設(shè)置的第一參考反射鏡11方向上的第一部分光束2和在移動的第二參考反射鏡12方向上的第二部分光束3。兩個部分光束2和3由固定的第一參考反射鏡和移動的第二參考反射鏡11和12反射并且在第一分束器13中疊加成第三部分光束4，該第三部分光束4在第一干涉儀10的輸出部8的區(qū)域中耦合到第一光導(dǎo)體17中，由該第一光導(dǎo)體17引導(dǎo)至第二干涉儀20并且在此耦合到第二干涉儀20的照射臂21中。耦合到第一干涉儀10中的光14通過所述的光路結(jié)合第二參考反射鏡12的移動進(jìn)行光譜調(diào)制并且以第三部分光束4的形式離開第一干涉儀10，其中該第三部分光束4耦合在第二干涉儀20中。由此，第一干涉儀10也可稱作為預(yù)調(diào)制器。第二干涉儀20用作傳感器頭或測量頭，該傳感器頭或測量頭由使用者(例如醫(yī)生)手動將其與待檢查的樣本I (尤其是生物組織)相結(jié)合并在必要時引導(dǎo)至其上。在此，緊湊地構(gòu)造測量頭，使得其長度優(yōu)選地相應(yīng)于通常的記錄器(諸如鋼筆)。 為了這樣緊湊地設(shè)計第二干涉儀20，照射臂21的光軸以及其中固定設(shè)置有第三參考反射鏡25的參考臂23的光軸，分別相對于常規(guī)垂直設(shè)置的兩個光軸(見第一干涉儀10)擺動90°并且彼此平行延伸。為了將來自照射臂21和參考臂23的光線偏轉(zhuǎn)到第二分束器24中，設(shè)有第一偏轉(zhuǎn)棱鏡和第二偏轉(zhuǎn)棱鏡26和28。嚴(yán)格意義上講，第一、第二和第三參考反射鏡11、12和25不一定是反射鏡，而僅是通常的面，該面可至少部分反射位于第一干涉儀和第二干涉儀10和20中的光，因而第一、第二和第三參考反射鏡11、12和25也可稱為第一、第二和第三反射器。在第二分束器24中疊加的部分光束通過第二干涉儀20的樣本臂22到達(dá)樣本I中，并在此在具有不同折射率的介質(zhì)(例如膜或細(xì)胞層(Zellschichten))之間的臨界面上反射并且最后通過樣本臂22和第二分束器24到達(dá)輸出臂27中，從該輸出臂27開始其耦合到第二光導(dǎo)體29中并且通過該第二光導(dǎo)體29輸送至探測物鏡31，該探測物鏡31將通過光導(dǎo)體29引導(dǎo)的光放大成像在ニ維探測器30的面上。探測器30優(yōu)選地是使用CMOS技術(shù)的半導(dǎo)體探測器并且具有多個設(shè)置在面中的探測元件(像素)，典型地是640x512像素。由于可盡可能同時地(“并行”)獲取在樣本I的特定深度中平面的不同側(cè)向位置的多個反射，此類OCT也可稱為“并行0CT”。在獲取探測器30的單個探測元件上出現(xiàn)的光時產(chǎn)生的探測器信號將在電路32中進(jìn)行進(jìn)一步處理并且最后進(jìn)ー步引導(dǎo)至計算機(jī)系統(tǒng)16，以進(jìn)行圖形描述并在必要時進(jìn)行處理。相對于僅具有干涉儀的OCT系統(tǒng)，在此所述的OCT系統(tǒng)中，用于耦合光14的光譜調(diào)制的第二參考反射鏡12的移動、直接獲取由樣本I反射的光以及圖像獲取分配到三個空間分離的部件，也即分配到第一干涉儀10、第二干涉儀20 (其表示測量頭)和探測器30。通過將第二參考反射鏡12移動以及圖像獲取設(shè)置到分開的部件上，使得第二干涉儀20并因而使得測量頭可設(shè)計成極其緊湊的并且較易手動操作。這使得本OCT系統(tǒng)尤其適用于待檢查身體的難接近的外部或內(nèi)部位置。在接下來的段落中，詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)選方案以及單個方案的有利組
ム
ロ oI.通過參考反射鏡的宏觀移動進(jìn)行深度掃描第一干涉儀10中移動的第二參考反射鏡12具有距第一分束器13的光學(xué)距離I并且從原始位置N開始，在朝著第一分束器13的方向上或者遠(yuǎn)離第一分束器13實施線性(優(yōu)選地周期的)移動，移動的光學(xué)路程長度為L而幅度為A，其中光學(xué)路程長度L和幅度A至少是耦合到第一干涉儀10中的光14的平均波長\ ^的100倍，優(yōu)選是1000倍。在此，光學(xué)距離I通過第二參考反射鏡12距第一分束器13的空間距離以及位于第二參考反射鏡12和第一分束器13之間的介質(zhì)的折射率的積給出。在此所示的第一干涉儀13的優(yōu)選方案(所謂的自由射流(Freistrahl)干涉儀)中，其中第二參考反射鏡12和第一分束器13之間是空氣或真空并且折射率大約等于I的情況下，第二參考反射鏡12的光學(xué)距離I以及光學(xué)路程L (光 學(xué)距離I改變的量為光學(xué)路程L)與其空間距離或空間路程相等。在這種情況下，第二參考反射鏡12的光學(xué)距離的宏觀變化通過將第二參考反射鏡12的宏觀移動某個空間路程而實現(xiàn)，該空間路程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于耦合到第一干涉儀中光14的平均路程長度入00備選地，可在第一干涉儀10作為所謂的光纖干涉儀(未示出)的方案中，在第二參考反射鏡12和第一分束器13之間設(shè)有導(dǎo)光元件，尤其是導(dǎo)光光纖，可將其光學(xué)長度有目的地改變光學(xué)路程。這類導(dǎo)光光纖也稱為光纖架(Fiber Stretcher) 0在這種情況下，光學(xué)距離以及光學(xué)路程(將光學(xué)距離改變一定的光學(xué)路程)通過空間距離或空間路程(空間距離的改變?yōu)榭臻g路程)以及導(dǎo)光元件的折射率(其典型地在圍繞I. 5的范圍中)的積給出。耦合到第一干涉儀10中的光14的平均波長入^典型地在紅外光譜范圍中，優(yōu)選地在750nm和1350nm之間。在寬帶光源15的情況下，光14的平均波長入^優(yōu)選地在這樣的光譜范圍中，SP，其中光源15的光14具有最大強(qiáng)度。備選地，平均波長入^通過所有由光源15發(fā)出的波長的平均值給出。優(yōu)選地，耦合到第一干涉儀10中的光14的平均波長入。在這樣的波長范圍中，即，其中探測器30具有極高的靈敏度，尤其是最高靈敏度。在所示的系統(tǒng)中，光14具有大約1300nm的平均波長入^以及大約200nm的半值寬度(FWHM)。當(dāng)光14的平均波長入^例如在I U m范圍中時，參考反射鏡12的移動的光學(xué)路程長度L以及幅度A至少為大約0. Imm,優(yōu)選地至少為大約1mm。與現(xiàn)有技術(shù)中常見的參考反射鏡移動的微觀幅度為耦合光14的平均波長\ ^的一小部分的數(shù)量級(也即典型地至I Pm)不同，在所述的系統(tǒng)中實現(xiàn)的第二參考反射鏡12的宏觀移動從數(shù)量級0. Imm至若干毫米。在第二參考反射鏡12的宏觀線性移動期間，由樣本I反射的光通過第二干涉儀20、第二光導(dǎo)體29和探測器光學(xué)組件31進(jìn)ー步引導(dǎo)至ニ維探測器30并且由該ニ維探測器30在每個特定的持續(xù)時間(其相應(yīng)于探測器30的積分時間)的多個時間點連續(xù)地獲取并且轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測器信號。為了在由第三參考反射鏡25反射的光和由樣本I反射的光之間出現(xiàn)干渉，必須滿足所謂的相干條件，這尤其表明，分別反射的光波必須彼此具有恒定的相位關(guān)系，以可以相互干渉?；趹?yīng)用具有極短相干長度(典型地10 Pm)的光14，恒定相位關(guān)系的條件僅在樣本I的特定深度或深度范圍中滿足，其在此也稱為相干門(Kohaerenz-Gate)。在宏觀的移動期間，第二參考反射鏡12的每個位置相應(yīng)于在樣本I之內(nèi)的特定深度或該特定深度周圍的深度范圍，其中對于該特定深度或深度范圍滿足相干條件，使得可在由第三參考反射鏡25反射的光和由樣本I反射的光之間出現(xiàn)干渉。在第二參考反射鏡12周期移動的情況下，第二參考反射鏡12的周期移動的兩個半周期可分別用于獲得探測器信號。以此方式，通過探測器30連續(xù)地獲得樣本I的不同深度的ニ維截面。這如圖2a)所見，其中-代表多個ニ維截面-通過樣本I的空間單元33描述第一、第二和第三ニ維截面34、35和36。通過樣本I的所觀察的空間單元33，這種ニ維截面與第二參考反射鏡12的宏觀移動同步地在方向a上“遷移”，而其本身不必移動。 每個截面34、35和36位于分別滿足相干條件的樣本I的深度Tl、T2和T3處，使得可在由第三參考反射鏡25反射的光和由樣本I反射的光之間出現(xiàn)干渉。第二參考反射鏡12的宏觀移動結(jié)合連續(xù)ニ維地獲取由樣本I反射的光而具有三維深度掃描的效果。與此對比，圖2b)示出了現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用的方法。為了通過所觀察空間單元33得到不同深度截面37，樣本I自身必須在方向b上相對于干渉儀移動，而截面38在空間上的絕對位置基本上保持不變。上述參考反射鏡12的宏觀線性移動(一方面)與利用ニ維探測器30獲取由樣本I所反射的光(另ー方面)的組合使得可與此相比實現(xiàn)簡單得多且更快速獲得樣本I的所希望的空間單元33的完整的三維數(shù)據(jù)記錄。通過第二參考反射鏡12的宏觀移動，在此可代替特定深度的ニ維圖像得到三維斷層圖。與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不同，在此用于獲得三維數(shù)據(jù)記錄的方法中，樣本I不再需要相對于第二干涉儀20移動。這使得所述的OCT系統(tǒng)緊湊、可靠且手動操作簡單，使得這尤其適用于視頻輸入輸出(vivo)。以此方式得到的三維數(shù)據(jù)記錄允許進(jìn)行較精確的診斷，尤其是在生物樣本中。在此，軟件支持的診斷輔助工具可以尤其高的效率來應(yīng)用，諸如所謂的“ 3d渲染”，其中三維數(shù)據(jù)記錄通過特定的軟件如此處理，使得在ニ維監(jiān)視器上產(chǎn)生準(zhǔn)(quasi)三維圖像。為此，例如空腔或組織脫落(Gewebeabloesungen)可表示為三維動畫-可與計算機(jī)X線斷層攝影術(shù)(CT)相當(dāng)。2.焦點追蹤上述OCT系統(tǒng)如此設(shè)計，使得在整個行程(hub)(也即指第二參考反射鏡12的移動的路程長度L和雙倍的幅度A)期間，始終獲得具有足夠高強(qiáng)度和足夠高清晰度的干渉信號。通過下文中詳述的焦點追蹤確保了對于樣本I中的所有深度干渉信號以及所獲取的干涉圖案的清晰度最大。此外，在獲取由樣本I反射的光期間，第二干涉儀20的樣本側(cè)成像光學(xué)組件的焦點(也即焦點(Brennpunkt))以這種方式調(diào)整，即在獲得樣本I的空間單元33的斷層圖期間的所有時間，焦點在樣本I中的位置，以及在反射光時滿足相干條件并且出現(xiàn)干涉的平面在樣本I中的位置基本上是相同的。這在下文中借助于圖3a)和3b)說明。圖3a)示出了樣本臂22的樣本物鏡41 (在此僅簡化示為透鏡)的焦點F位于樣本I的某深度處而其并未與相干門K的位置相一致的情形。因而，在相干門K之內(nèi)、在深度Ti中獲取的樣本I的截面并未清晰地成像在探測器30 (見圖I)上，使得在獲取干渉時經(jīng)受イM息損失。與此相反，圖3b)示出了樣本物鏡41的焦點F調(diào)整成使得其在相干門K之內(nèi)、位于該深度Ti的情形。此相應(yīng)于相干門K的各深度Ti而進(jìn)行的樣本物鏡41的焦點F的追蹤稱為焦點跟蹤。以此方式，使得在深度掃描期間，第二干涉儀20精確放置在樣本I的不同深度Ti中、相干門K的每個位置上，使得以較高的清晰度得到樣本I的每個深度的圖像。最大光學(xué)掃描深度Tm給出直至樣本I表面之下的哪個深度滿足結(jié)構(gòu)干涉的相干條件并且得到相應(yīng)的干涉圖案。此外，通過焦點追蹤達(dá)到，在樣本I中的每個掃描的深度Ti中，第二干涉儀20中不移動的第三參考反射鏡25上的被照射面(一方面)與樣本I中的各深度中的被照射面(另一方面)相同。此外，各被照射面的成像通過參考臂23和樣本臂22在參考臂和樣本臂23和22的共同圖像平面27a中一致精確地疊加。
下文中，詳細(xì)說明用于實現(xiàn)焦點追蹤的所述OCT系統(tǒng)的優(yōu)選實施。圖4示出了第二干涉儀20中單個光學(xué)組件的設(shè)置的橫截面。優(yōu)選地，樣本臂22中的樣本物鏡41包括多個透鏡42，這些透鏡42單個地和/或成組地在朝向樣本I的方向R上或遠(yuǎn)離該樣本I移動。為此，設(shè)有壓電促動器40，尤其是超聲波壓電電動機(jī)，其與樣本物鏡41或透鏡42耦合并且樣本物鏡41或透鏡42沿一個或多個導(dǎo)引裝置38 (尤其是導(dǎo)引棒或?qū)б?移動。優(yōu)選地，透鏡42的移動與第一干涉儀10中參考反射鏡12的宏觀移動同步(見圖I)。以此方式，樣本物鏡41的焦點F跟隨相干門G，而后者連續(xù)地實施樣本I的不同深度T1、T2和T3，借助于探測器30由這些深度分別獲得ニ維截面34、35和36 (類似于圖2)。參考反射鏡12的宏觀移動與焦點追蹤的同步(一方面)與ニ維探測器30(另ー方面)組合，確保尤其簡單和快速獲得樣本I的不同深度中的多個清晰ニ維圖像截面并因而獲取具有較高圖像質(zhì)量的全三維圖像數(shù)據(jù)記錄。因為第一干涉儀10和樣本臂22中的光學(xué)成像連續(xù)地相互調(diào)諧，因此由探測器30獲取的樣本I中每個深度的干渉信號最大，使得產(chǎn)生極高的信噪比。此外，由此可以保證，樣本I中所有深度的側(cè)向分辨率是最優(yōu)的，原因在于成像的焦點F始終位于相干門K中。由此得到具有較高對比度的詳細(xì)可信的OCT圖像。有利地，在方向R上，樣本物鏡41的透鏡42的移動速度v2小于參考反射鏡12的移動速度vl。優(yōu)選地，在此參考反射鏡12和透鏡42的速度比例vl/v2選擇成近似等于2 n-1或在圍繞該值的大約±20%范圍內(nèi)，優(yōu)選地在圍繞該值的大約±10%范圍內(nèi)。由此，如通過下文觀點說明的那樣，焦點F的位置和相干門G以較高的可靠性彼此調(diào)諧。樣本物鏡41的焦點F位于樣本I中，樣本I的折射率n通常不等于I。一方面，在樣本I的方向R上將樣本物鏡41移動特定路程，使得樣本中的焦點F也移動特定量dF。例如在樣本I的折射率為I. 4時，樣本物鏡41的0. 78mm的移位導(dǎo)致樣本I中焦點大約dF=Imm的移位。另ー方面，如果參考反射鏡12移位特定路程，那么相干門K同樣移位特定量cU。例如，在折射率n = 1.4時，參考反射鏡12的I. 4mm的移位引起相干門K的大約dK = Imm的移位。由此，在宏觀深度范圍上進(jìn)行深度掃描時，在參考反射鏡12和樣本物鏡41移位時，相干門K和焦點F分別馳離相同的路程。通過上述選擇參考反射鏡12和透鏡42的速度比vl/v2，確保相干門K和焦點F在整個觀察深度范圍中的深度掃描期間相互疊加。在具有折射率n = I. 4的上一樣本示例中，速度比vl/v2在大約(2 I. 4-1) ±20%范圍內(nèi)，也即在大約I. 44和2. 16之間，并且優(yōu)選地為大約2 I. 4-1 = I. 8。同步參考反射鏡12和透鏡42的移動優(yōu)選地以這樣的方式實現(xiàn)，即參考反射鏡12和透鏡42在特定的時間點以分別恒定的、預(yù)定義的且不同的速度vl和v2穿過兩個不同的、預(yù)定義的空間點。在穿過空間點之后，開始獲得直至樣本I中預(yù)定義深度的真正的OCT信號。當(dāng)參考反射鏡12周期地前向移動和反向移動時，在此既指參考反射鏡12的前向移動期間也指參考反射鏡12的反向移動期間，獲得OCT信號。在此，類似地實現(xiàn)參考反射鏡12和透鏡42的同步并且在每個換向之后重新調(diào)整。測量頭相對于第一干涉儀10自由移動，其中樣本物鏡41位于 測量頭中，第二參考反射鏡12位于第一干涉儀10中。為了同步透鏡移動和參考反射鏡移動而進(jìn)行的樣本物鏡41和參考反射鏡12的機(jī)械耦合將引起精確度不足的同歩。優(yōu)選地以電子方式實現(xiàn)參考反射鏡12的移動和樣本物鏡41的透鏡42的移動的同歩。其中有利的是，在參考反射鏡12的區(qū)域和樣本物鏡41的透鏡42的區(qū)域中分別設(shè)有位置傳感器5和39，這些位置傳感器獲取實際的參考反射鏡位置和透鏡位置并且變換成相應(yīng)的位置信號。兩個位置信號輸送給控制單元，尤其是計算機(jī)系統(tǒng)16，該控制単元相應(yīng)地控制參考反射鏡12和透鏡42的驅(qū)動。參考反射鏡12和透鏡42的控制優(yōu)選地通過藉由所謂的主從系統(tǒng)反饋位置信號來實現(xiàn)。在這種主從系統(tǒng)中，在第一定位単元中測量的位置值是在第二定位単元中的調(diào)節(jié)回路的額定值的基礎(chǔ)。在此情況下，參考反射鏡12的第一定位単元的測量的位置與小于I的因數(shù)相乘并且作為新的額定值輸送給透鏡42的第二定位単元。由此，即便是在第一定位單元的絕對定位誤差相對較大吋，也減小移動的參考反射鏡12和透鏡42之間的相對位置誤差。由此，兩個部件以電子方式如通過機(jī)械傳動裝置那樣彼此耦合，由此，這也可稱為電子傳動裝置。備選地或額外地，焦點追蹤可這樣實現(xiàn)，即在樣本物鏡41中設(shè)有適應(yīng)性透鏡，并且可有目的地控制并改變該適應(yīng)性透鏡的成像特性。例如油水透鏡(Ol-Wasser-Linse)可電氣控制成，使得其曲率半徑可改變，由此可改變其焦點并且以簡單的方式適配到相干門的每個位置上。在這種情況下，適應(yīng)性透鏡的焦點F的變化速度和變化開始必須與參考反射鏡12的移動以類似于上述方法的方式進(jìn)行同歩。3.焦點追蹤的自動校準(zhǔn)在構(gòu)造為測量頭的第二干涉儀20的樣本臂22的樣本側(cè)端部設(shè)有材料層43 (見圖4)，該材料層43優(yōu)選地包括藍(lán)寶石玻璃。材料層43在內(nèi)側(cè)44上利用抗反射層涂敷并且在樣本側(cè)的外側(cè)45上優(yōu)選地未涂敷。OCT系統(tǒng)可運(yùn)行在診斷模式和校準(zhǔn)模式中。在相應(yīng)于通常的測量操作的診斷模式中，材料層43的樣本側(cè)外側(cè)45利用所謂的匹配膠(Index Matching-Gel)涂抹并且與待檢查的樣本I接觸，從該樣本I獲得三維圖像。在校準(zhǔn)模式中，確定樣本物鏡41的焦點F與相干門K的相對位置，其中在校準(zhǔn)方法期間，優(yōu)選地將位于空氣中的材料層43的外側(cè)45用
作參考面。在校準(zhǔn)模式中，測量樣本物鏡41不同位置處OCT信號(其由于光從材料層43過渡到空氣中而由光的反射而引起)的幅度，其中實施下列借助于圖4和圖5說明的方法步驟a)透鏡組42放至原始位置，其中透鏡42移至距第二分束器24盡可能近；b)透鏡組42停留在此位置中；c)在第二參考反射鏡12的宏觀移動期間，確定干涉信號的最大幅度Ai ；d)透鏡組42移離第二分束器24若干微米，典型地5 m至20 m，并且保持在此位置中；e)對于透鏡42的多個不同位置Pl至Pll重復(fù)步驟c)至d)，其中對于透鏡42的每個位置Pl至PlI，得到各干渉信號的最大幅度Al至All ;
f)求得透鏡組42的幅度A9最大的位置P9 ；g)在此最大值的位置P9附近以較小的步長(典型地0. 5iim至5iim)重復(fù)步驟c)至f)，其中求得透鏡組42的幅度A9'最大的位置P9'；h)由對應(yīng)于透鏡組42的此位置P9'的參考反射鏡的移動，求得移動的參考反射鏡12的、其中干渉信號最大的位置Xm，。備選地，校準(zhǔn)也可以這樣的方式實施，即樣本物鏡41在校準(zhǔn)期間朝著第二分束器24移動。如果透鏡組42位于位置P9'中并且參考反射鏡12位于位置Xm中，那么相干門和焦點的位置是相同的。所求得的位置P9'和Xm在診斷模式中調(diào)整為一個或多個透鏡和反射器的初始位置。以此方式，自動修正OCT系統(tǒng)中的變化，而不需要額外的硬件。甚至當(dāng)材料層被污染或利用匹配膠涂抹時，所述的方法也會起作用，原因在于使用了光從臟物到空氣的過渡或從膠到空氣的過渡。該方法極其快速并且僅持續(xù)幾秒。由此，可經(jīng)常實施該方法，由此確保系統(tǒng)的較高可靠性。為了進(jìn)ー步提高所述校準(zhǔn)方法的精確度，可在材料層上放有包括玻璃或塑料的額外元件，所謂的靶(Target)。對于在額外元件之內(nèi)的兩個或多個深度實施上述方法。由此不僅可以修正偏移量(也即可以移位參考反射鏡12和透鏡42的移動基準(zhǔn)點)而且也可以修正出現(xiàn)的非線性。在上述校準(zhǔn)方法中，使用多個參考面，其中確定多個位置對，對于這些位置對，焦點位置和相干門是相同的。由此，不僅可修正兩個定位単元之間恒定的相對位置誤差，而且也可修正兩個單元的相對線性或相対速度中可能的誤差。例如在位置傳感器5和39發(fā)生老化時(這時例如兩個位置傳感器5和39的位置靈敏度改變)可能存在這些誤差?？偠灾?，可以確定的是，焦點位置和相干門的動態(tài)同步在所述OCT系統(tǒng)的診斷模式中引起關(guān)于圖像質(zhì)量和可靠性等多種優(yōu)點。額外地，尤其定期地應(yīng)用所述校準(zhǔn)模式可長時間保證此同歩。4.調(diào)制光源的強(qiáng)度在所述OCT系統(tǒng)中利用探測器30獲取形成的干涉圖案，其中產(chǎn)生相應(yīng)的干涉信號。用于對干渉信號掃描的探測器30的掃描速率必須選擇成使得可以以足夠的精確度獲取干涉結(jié)構(gòu)的時間變化。當(dāng)應(yīng)該實現(xiàn)深度掃描的較高速度時，這通常要求較高的掃描速率。由于干涉結(jié)構(gòu)的單個周期通常必須分別在多個時間點掃描，在樣本I的深度方向上最大可能的掃描速度依賴于探測器30的最大可能掃描速率。在應(yīng)用具有較高空間分辨率的快速探測器陣列(也即每個長度單元中較大數(shù)量的探測元件)時，最大掃描速率典型地在大約IkHz范圍中。當(dāng)干涉結(jié)構(gòu)的每個周期獲得4個點時，這在耦合光14的平均波長(例如為850nm)時導(dǎo)致深度掃描的最大速度大約為0. lmm/s。圖6a)示出了利用每周期分別4個掃描時間點P的掃描速率進(jìn)行掃描時典型干渉信號的隨著時間的變化。在該圖中，在干渉信號的周期之內(nèi)示出了例如4個這樣的點。為了提高深度掃描的速度，在本OCT系統(tǒng)中，在時間上調(diào)制耦合在第一干涉儀10中的光14的強(qiáng)度。此調(diào)制實現(xiàn)成周期的，其中其頻率大于或小于多普勒頻率fD特定的量，優(yōu)選地大于或小于的量高達(dá)40%，其中該多普勒頻率fD通過耦合光14的平均波長入。和移動的參考反射鏡12的速度V給出fD = 2v/ A 0O該調(diào)制的典型頻率在IkHz和25kHz之間的范圍中。
備選地或額外地，第三部分光束4的、由第一干涉儀10輸出的光的強(qiáng)度也可利用調(diào)制頻率fM來調(diào)制，以達(dá)到上述有利的效果。在此，該調(diào)制優(yōu)選地在第三部分光束4的光耦合到第一光導(dǎo)體17中期間在第一干涉儀10的輸出部8處實現(xiàn)。但是，強(qiáng)度調(diào)制也可在第二干涉儀10中、在第三部分光束4的光輸出之前實現(xiàn)。為了調(diào)制由第二干涉儀10輸出的光的強(qiáng)度，優(yōu)選地設(shè)有光學(xué)元件，該光學(xué)元件例如設(shè)置在第一干涉儀10中或第一干涉儀10的輸出部8的區(qū)域中并且可有目的地改變其傳輸特性或成像特性。所以，可例如通過第一干涉儀10的輸出部8區(qū)域中的自適應(yīng)光學(xué)元件，將第三部分光束4的、由第一干涉儀10輸出的光的強(qiáng)度周期地由“高”切換到“低”。然而，光學(xué)元件也可在第一干涉儀10的光路(例如在參考反射鏡11和12以及第一分束器13之間)中設(shè)置。調(diào)制頻率的準(zhǔn)確選擇依賴于光源15的耦合光14的平均波長\ C1、深度掃描的所希望的掃描速度以及探測器30的最大掃描速率來進(jìn)行。優(yōu)選地，調(diào)制頻率選擇成使得其相應(yīng)于探測器30的最大掃描速率或該最大掃描速率的整數(shù)倍。在此，最大掃描速率通過探測器30的最小幀時間的倒數(shù)值給出。探測器30的最小幀時間包括為獲得整個圖像而至少需要的時間以及探測器30的最小的死時間，該時間延長直至可記錄下ー圖像。隨著逐漸增加的記錄的圖像的尺寸，最小幀時間通常變大。光14的強(qiáng)度調(diào)制的形式優(yōu)選地是正弦形式的或矩形的。后ー種形式可例如簡單地通過旋轉(zhuǎn)的斬光器輪18 (見圖I)來實現(xiàn)。其它可能是聲光或光電調(diào)制器或液晶調(diào)制器。也可直接調(diào)制光源15，其中該光源15控制成使得其輸出具有在時間上調(diào)制的強(qiáng)度的光14。備選地或額外地，可由此實現(xiàn)相應(yīng)的效應(yīng)，使得例如在第一分束器13之前或之后設(shè)置的光學(xué)元件(見圖I)在其傳輸特性或成像特性中切換(geschaltet)。因而，例如通過相應(yīng)切換的自適應(yīng)光學(xué)元件，可將第三部分光束4的耦合效應(yīng)在第一光導(dǎo)體17中周期地由“高”切換到“低”。耦合光14的強(qiáng)度的所述調(diào)制優(yōu)選地利用些微偏離于多普勒頻率的調(diào)制頻率在調(diào)制和干涉信號之間產(chǎn)生低頻差拍(Schwebung)。圖6b)示出了基于耦合光14的所述調(diào)制得到的差拍信號的隨著時間的變化，其-如圖6a)的示例中的干渉信號-利用每個周期分別4個掃描時間點P的掃描速率來掃描。在對差拍信號進(jìn)行掃描時，由于其較小的頻率，每個時間單元需要比圖6a)中的干渉信號的掃描時明顯更少的掃描時間點，使得在固定的、通過探測器30的選擇給出的掃描速率時可達(dá)到深度掃描的明顯更高的速度。此方法的其它優(yōu)點將在下文中詳細(xì)說明。探測器30的積分時間相應(yīng)于探測器30在其中獲取在時間點P范圍中與探測元件相遇的光井進(jìn)行積分的持續(xù)時間。優(yōu)選地，探測器30如此運(yùn)行使得積分時間僅略短于幀時間。在此，幀時間選擇成使得其正好相應(yīng)于調(diào)制周期的持續(xù)時間或是該持續(xù)時間的整數(shù)倍。圖6b)中所示的差拍信號通過在兩個調(diào)制周期的持續(xù)時間上進(jìn)行積分而得到。如果在沒有上述光14的強(qiáng)度調(diào)制的情況下提高掃描速度，那么必須使得探測器30的幀時間-并因而使得積分時間-變得更短，因而多普勒頻率變大并且使得不需要時間上緊挨著的掃描時間點P。然而，更短的積分時間導(dǎo)致每次積分和每個探測元件收集的的光子(Photo)變少，并且由于光子的統(tǒng)計性質(zhì)產(chǎn)生的所謂肖特基噪聲而導(dǎo) 致信噪比降低。為了再次改善信噪比，耦合光14的強(qiáng)度必須與掃描速度成比例地提高。與此相反，如果借助于上述光14的強(qiáng)度調(diào)制來提高掃描速度，那么積分時間可保持恒定。由于光14的調(diào)制，僅產(chǎn)生50%的光損失。在優(yōu)選的調(diào)制頻率時，其中該調(diào)制頻率相應(yīng)于幀時間的倒數(shù)值的雙倍，速度増加到8倍。在這種情況下，為達(dá)到此增速僅需要沒有調(diào)制情況下光強(qiáng)度的四分之一。由此，過補(bǔ)償由于調(diào)制而引起的總數(shù)50%光損失的效果。在所述方法中，光源15的光14所需的強(qiáng)度一定-與直接掃描而沒有差拍相反-不會與掃描速度一同提高，因為在這種情況下探測器30的積分時間可保持恒定。光調(diào)制的其他優(yōu)點是，減少全三維深度掃描時的數(shù)據(jù)量。在獲得側(cè)向量為512x640的像素并且在具有折射率n = I. 4的組織中的掃描深度為Imm的三維數(shù)據(jù)記錄時，存在大約6千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)。利用所述的光14的強(qiáng)度調(diào)制，數(shù)據(jù)量降低到750兆字節(jié)。此外，為了表示圖像結(jié)果，直接獲得的數(shù)據(jù)必須進(jìn)行額外處理。在此，減少的數(shù)據(jù)量也是極其有利的，因為由此使得處理時間明顯降低并因此使得能夠快速呈現(xiàn)圖像結(jié)果。優(yōu)選地，多普勒頻率和/或調(diào)制頻率選擇成使得所給出的差拍信號的周期是探測器30的最小幀時間的整數(shù)倍，也即探測器30的最大掃描速率是差拍信號的頻率的整數(shù)倍。如果將光14的調(diào)制周期長度選擇成探測器30的最小幀時間，那么相對于未調(diào)制的光14情況下的掃描速度，掃描速度上升到4倍。與此相比，如果將最小幀時間選擇成兩個調(diào)制周期，那么掃描速度上升到8倍。圖6c)示出了在未調(diào)制和調(diào)制的光14的情況下，圖6a)和6b)中所示干渉信號和差拍信號的包絡(luò)線Eu和Em。在此，包絡(luò)的Eu和Em的每個點P'與所對應(yīng)干渉信號和差拍信號的掃描時間點P —致。由各包絡(luò)線Eu和Em推導(dǎo)出信息，樣本I的起初的ー維圖像、ニ維圖像和最終的三維圖像由這些信息組成。如在試驗中所示，與傳統(tǒng)沒有強(qiáng)度調(diào)制的系統(tǒng)相比，通過實施強(qiáng)度調(diào)制盡管明顯降低了測量點P和P'的數(shù)量但卻沒有相關(guān)信息損失。總而言之，通過耦合光14的強(qiáng)度的所述調(diào)制，在信號估計中沒有出現(xiàn)顯著的信息損失的情況下，成倍増大了深度掃描的最大可能速度。5.調(diào)制探測器系統(tǒng)的靈敏度上述調(diào)制耦合到第一干涉儀10中的光14的強(qiáng)度和第三部分光束4的、由第一干涉儀輸出的光的強(qiáng)度的原理類似地轉(zhuǎn)用到包括探測器30和探測物鏡31的探測系統(tǒng)的靈敏度，其中為待獲得的光優(yōu)選地以大于或小于多普勒頻率fD特定的量的頻率(尤其是大于或小于大約高達(dá)40%的頻率)來調(diào)制探測系統(tǒng)的靈敏度，尤其是探測器30的靈敏度。在此，由樣本I反射并且與探測器30相遇的光與探測器系統(tǒng)30、31的調(diào)制的靈敏度疊加，使得探測器30在獲取與探測器30相遇的干渉圖案時，代替具有多個周期的高頻干涉信號，產(chǎn)生低頻差拍信號，該低頻差拍信號具有明顯少于高頻干涉信號的周期。在對此差拍掃描時，在不調(diào)制探測系統(tǒng)30、31的靈敏度情況下，每個時間單元需要的掃描時間點明顯少于高頻干涉信號的掃描。探測器30的靈敏度例如直接或利用在探測器30之前設(shè)置的可控電子遮光器來調(diào)制。備選地或額外地，可調(diào)制探測系統(tǒng)中光學(xué)元件的特性，諸如探測物鏡31相對于由樣本I反射的光的穿透性。 直接調(diào)制探測器30的靈敏度的工作原理借助于以示意圖示出電路的附圖7來詳細(xì)說明。CMOS探測器的探測元件80中的每ー個可在等效電路圖中簡化圖示為光電ニ極管81，對該光電ニ極管81施加電壓U1?？蛇x地，歐姆電阻和電容器與光電ニ極管81并聯(lián)。通過利用光來照射探測元件80，在光電ニ極管81中產(chǎn)生載流子，該載流子釋放電流11，該電流11在電子積分器83的電容器82中收集。通過藉由開關(guān)84來周期地接通和斷開此積分(其中該開關(guān)84利用調(diào)制頻率fM控制)，使得電荷量并因而使得分別實際獲取的光強(qiáng)度利用調(diào)制頻率fM調(diào)制。通過采樣-保持-級(Samp I e-and-Ho Id-Stufe) 87,撿取(Abgreifen)相應(yīng)的探測器信號并且引至進(jìn)ー步處理。其它開關(guān)85和86用于控制探測器信號的積分和撿取的復(fù)位。與上述耦合或輸出的光14或4的強(qiáng)度調(diào)制類似，在此變型中代替高頻干涉信號而得到低頻差拍信號(類似于圖6a)或b))，該低頻差拍信號可利用明顯更少的掃描時間點P來掃描，而不會丟失相關(guān)信息。在探測器30的給定最大掃描速率時這使得系統(tǒng)的深度掃描的最大速度可提高多倍。如在調(diào)制耦合或輸出的光14或4(見截面4)時那樣，在此，通過適當(dāng)?shù)剡x擇探測系統(tǒng)30、31的靈敏度的調(diào)制頻率，將掃描速度與具有恒定探測器靈敏度的系統(tǒng)相比提高到4倍或甚至8倍。第二參考反射鏡12的移動速度與探測器30的靈敏度的調(diào)制頻率成固定關(guān)系并且優(yōu)選地選擇成在所形成的差拍信號的周期持續(xù)時間中，整數(shù)個掃描時間點(優(yōu)選4個掃描時間點)經(jīng)過(類似于圖6b))。以此方式掃描的差拍信號必須在可視化之前進(jìn)行處理，原因在于在此信號中還包括干渉信息。應(yīng)該可視化的基本信息是各干渉的幅度和深度位置，而不是干涉結(jié)構(gòu)本身。為此，必須解調(diào)差拍信號，也即確定差拍信號的包絡(luò)線(類似于圖6c中的Em))。由于差拍信號的相位通常是未知的并且對于不同深度的不同差拍信號相位也可不同，因而應(yīng)用獨立于相位的數(shù)字解調(diào)算法。優(yōu)選地，對于每個周期以4個掃描時間點對干涉信號進(jìn)行掃描，則應(yīng)用所謂的90°相位變換算法。由此，達(dá)到差拍信號的快速解調(diào)。6.具有不對稱林尼克干涉儀的測量頭下文中，借助于圖4、8和9詳細(xì)說明包括第二干涉儀20的測量頭的結(jié)構(gòu)。在第二干涉儀20中，涉及所謂的林尼克干涉儀。圖8示出了這種林尼克干涉儀的典型結(jié)構(gòu)的示例，其中該林尼克干涉儀具有分束器77、參考反射鏡78、探測器79和樣本70。在這種林尼克干涉儀中，給小型化設(shè)置基本上的界限，這尤其適用于所應(yīng)用的光學(xué)元件(諸如物鏡75和76或透鏡71和74)的直徑以及幾何結(jié)構(gòu)。樣本物鏡和參考物鏡75和76的結(jié)構(gòu)及其距分束器77的距離q基本相同。在本OCT系統(tǒng)中應(yīng)用的林尼克干涉儀中，通常樣本物鏡和參考物鏡41和46距第二分束器24的距離(見圖4)由于焦點追蹤并不是對于所有掃描深度都相同。由此，可在樣本圖像和參考圖像的圖像中心和圖像邊緣之間會有較大的相對光學(xué)路徑(pfad)長度差異(OPD)。這可使得待獲取的干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率大于ニ維探測器30的分辨率，由此，不能夠指示干涉或僅不完全可信地指示干渉。為避免此缺點，本OCT系統(tǒng)的第二干涉儀20 中，樣本物鏡和參考物鏡41和46實施成不同(“非對稱的”)并且彼此調(diào)諧，如下文中借助于圖4詳細(xì)說明的。樣本物鏡41 (尤其是透鏡42)距第二分束器24的距離p選擇成極小。對于其中獲取由位于樣本I的表面附近的截面(類似于圖2a)所反射的光的上掃描位置(obereScan-Position),距離p優(yōu)選地在Imm和3mm之間。由此,可在較高光輸出的同時,將樣本臂和參考臂22和23中的透鏡42和49的直徑選擇成極小。輸出臂27中另ー組透鏡47與樣本物鏡或參考物鏡41或46共同構(gòu)造樣本光學(xué)組件或參考光學(xué)組件。樣本光學(xué)組件和參考光學(xué)組件在樣本I或第三參考反射鏡25側(cè)上是遠(yuǎn)心的。遠(yuǎn)心光學(xué)組件的特征在于，可改變物體距離并且盡管如此而圖像大小保持不變。這通過孔徑光闌達(dá)到。樣本I成像的數(shù)值孔徑相對較大，優(yōu)選地大約為0. 3。與此相反，對樣本I照射的數(shù)值孔徑小于樣本I成像的數(shù)值孔徑并且優(yōu)選地具有值0. 2。由此，與樣本光學(xué)組件或參考光學(xué)組件的遠(yuǎn)心設(shè)計一起達(dá)到這樣的優(yōu)點，也即傾斜的樣本結(jié)構(gòu)處反射的光還由樣本物鏡41匯聚，原因在于樣本物鏡41的接收角大于照射椎體的發(fā)散角。與此相反，如果照射和成像的數(shù)值孔徑大小相同，那么在傾斜的樣本結(jié)構(gòu)處反射時匯聚比在垂直于光軸的結(jié)構(gòu)處反射時更少的光。在樣本臂22中，通過選擇照射臂21中的照射物鏡48來實現(xiàn)較小的用于照射的數(shù)值孔徑。參考臂23中的數(shù)值孔徑等于或大于照射臂21的數(shù)值孔徑。這尤其在應(yīng)用折疊的林尼克干涉儀時有優(yōu)點，原因在于由此參考物鏡46相對簡單地適配所述樣本物鏡41，并且可緊湊地實現(xiàn)。通過參考物鏡46的透鏡49的光學(xué)路程(包括透鏡49之間的可能的空氣距離)短于通過樣本物鏡41的透鏡組42的光學(xué)路程。通過此措施達(dá)到，在所用的掃描深度的中心中樣本臂和參考臂22和23的像場彎曲(Bildfeldwoelbung)盡可能相同。此外，確保深度掃描的上端或下端的圖像中心和圖像邊緣之間的最大光學(xué)路程長度差異(OPD)足夠小，以保證干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率足夠小，以從探測器30來看滿足奈奎斯特條件。由此，所觀察的樣本I的空間單元33中不同深度的干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率始終小于ニ維探測器30的分辨率。由此，始終以較高的可靠性在所觀察的樣本I的空間單元33的每個深度中獲得干涉結(jié)構(gòu)。這在圖9a)至c)中說明，其中示出了在ー個深度掃描期間的3個不同的時間點時第二干涉儀20的橫截面的樣本側(cè)的部分。在第一時間點(見圖9a))，相干門K在所觀察的樣本I的空間單元33的上層34中(類似于圖2a))。在此，樣本物鏡41具有距第二分束器24較小的距離并且具有距材料層43或樣本I的相對較大距離。在此獲得的干涉結(jié)構(gòu)示于圖9a)的右邊部分并且具有相應(yīng)于在每兩個連續(xù)亮或暗環(huán)之間的距離的周期長度。此周期長度大于探測器30的單個探測元件(像素)的中心距(間距)，也即干涉結(jié)構(gòu)空間頻率小于探測器30的分辨率，其中該空間頻率相應(yīng)于周期長度的倒數(shù)，該分辨率相應(yīng)于探測器30的像素的中心距的倒數(shù)，由此滿足所謂的奈奎斯特條件。由此，可確保干涉結(jié)構(gòu)可靠地由探測器30獲取。在第二時間點(見圖％))，相干門K位于所觀察的樣本I的空間單元33的中間層35中(類似于圖2a))。樣本物鏡41在相比于圖9a)中距第二分束器24更遠(yuǎn)并且距材料層43更近的位置。在這種情況下，干涉結(jié)構(gòu)具有比圖9a)中更大的周期長度，這也使得在此時間點滿足奈奎斯特條件。
在第三時間點(見圖9c))中，相干門K位于所觀察的樣本I的空間單元33的最深層36中(類似于圖2a))。樣本物鏡41在相比于圖9b)中距第二分束器24更遠(yuǎn)并且距材料層43更近的位置。在這種情況下，干涉結(jié)構(gòu)具有如圖9a)中所示時間點大約相同的周期長度，這也使得在此深度掃描位置中滿足奈奎斯特條件。由于樣本物鏡和參考物鏡41和46的所述不對稱方案，可實現(xiàn)樣本物鏡和參考物鏡41和46距第二分束器24的不同距離和光學(xué)路程p和r。由此在所示示例中，樣本物鏡41可以距離p設(shè)置成距第二分束器24更近，由此可在較高的光輸出時實現(xiàn)較小的透鏡42直徑。同時，參考物鏡46可在距第二分束器24明顯更大的距離r(r>p)處設(shè)置，由此可折疊第二干涉儀20，其中參考臂和照射臂23和21相對于其在未折疊林尼克干涉儀(類似于圖8)中的位置分別擺動90°并由此平行于樣本臂22延伸。以此方式，達(dá)到測量頭的極窄形式并且同時確保通過參考光學(xué)組件或樣本光學(xué)組件產(chǎn)生的探測器30上的圖像對于所有掃描深度大小相同并且疊加良好。通過上述實施的參考物鏡46，可補(bǔ)償折疊所需的光學(xué)路程的一部分。參考物鏡46光學(xué)上短于樣本物鏡41。由此，簡單地實施第一干涉儀10，因為由此，第一干涉儀10的兩個干涉儀臂必須區(qū)別不大，以滿足出現(xiàn)干涉的相干條件。參考臂或樣本臂23或22中光學(xué)路程長度的差異優(yōu)選地至少是最大掃描深度Tm的雙倍大(見圖3a)和b))。最大光學(xué)掃描深度Tm給出了，直至在樣本I的表面之下的哪個深度滿足出現(xiàn)干涉的相干條件并且得到相應(yīng)的干涉圖案。由此確保第一干涉儀10中參考反射鏡12位置明確、簡單地對應(yīng)于樣本I中的特定深度。7.單模預(yù)調(diào)制和多模光纖在所謂自由射流光學(xué)組件中第一干涉儀10的優(yōu)選構(gòu)造中，在應(yīng)用通常使用的空間短相干或不相干的光源時要求第一干涉儀10的輸出部8區(qū)域中有相對昂貴的物鏡，以使得出來的光盡可能有效地耦合在第一光導(dǎo)體17中并因而避免光損失。由此，不僅限制第二干涉儀20的光學(xué)結(jié)構(gòu)(為應(yīng)用內(nèi)窺鏡檢查法盡可能緊湊地設(shè)計該第二干涉儀20)，也限制第一干涉儀10的光學(xué)組件的結(jié)構(gòu)。此外，在通常使用的空間短相干或不相干的光源中限制必要時所需的光效率提高程度。為避免此缺點，在本OCT系統(tǒng)中將具有相應(yīng)的高空間相干性的一個或多個單模光源應(yīng)用為光源15，諸如超輻射發(fā)光二極管(SLED)、短脈沖激光或超連續(xù)激光。光源15的光14耦合到第一干涉儀10中，其中僅傳輸所謂的高斯模式，該高斯模式相應(yīng)于單個模式(單摸)。在穿過第一干涉儀10之后，耦合光14的空間相干性才被破壞，其中第一干涉儀10的輸出部8處的光耦合到具有極長多模光纖的第一光導(dǎo)體17中。多模光纖是指如下光纖，即在光的特定波長時其數(shù)值孔徑以及內(nèi)徑不僅允許構(gòu)造光纖模式，而且可允許產(chǎn)生多個不同的光纖模式。光纖是單模光纖或是多模光纖，可通過所謂的V-數(shù)(V-Zahl) V來評估V=^-d-NA,
A其中\(zhòng)表示耦合到光纖中的光的波長，d表示光纖的 內(nèi)徑并且NA表示光纖的數(shù)值孔徑。在此，耦合到光纖中的光的波長、優(yōu)選地等于耦合到第一干涉儀10中的光14的平均波長Xcitj如果V-數(shù)大于大約2. 4，那么是指多模光纖。在第一光導(dǎo)體17中優(yōu)選使用的多模光纖具有大約IOOm的數(shù)量級的典型長度并且優(yōu)選地大部分纏繞成卷(Wicklung) 19，如圖I中所示。多模光纖的內(nèi)徑優(yōu)選地在大約200iim和大約400iim之間。極長、極細(xì)并且優(yōu)選地纏繞的多模光纖可在第一光導(dǎo)體17中可選地與相對較短、較粗的光纖(未示出)組合，其直徑在大約ー個毫米范圍中并且其長度在若干米范圍中。通過破壞單模光源15的光的空間相干性，避免由樣本I中兩個不同的位置反射的光進(jìn)行干渉，這也稱為所謂的相干串?dāng)_。此外，有效抑制相干串?dāng)_會使不希望的散射光得到有效抑制，這在具有高空間相干性的光源情況下同時有助于干涉并且引起模糊、淺淡的圖像，類似于毛玻璃片后的圖像。以上述方式有效破壞空間相干性，由此極大降低散射光的檢測并且最后得到清晰的圖像。然而，在第一干涉儀10中產(chǎn)生的預(yù)調(diào)制信息，也即通過第二參考反射鏡12的移動引起的耦合光14的光譜調(diào)制，在通過第一光導(dǎo)體17的極長的多模光纖傳輸光時并未改變。這由以下方式確保，即多模光纖中第一干涉儀10的兩個臂產(chǎn)生具有相同模式分布和相同相位的相同模式。每個模式傳輸預(yù)調(diào)制信息，其中單個模式彼此不耦合。這通過以下方式達(dá)到，即在進(jìn)入第一光導(dǎo)體17的多模光纖之前，第一干涉儀10中的第一部分光束和第二部分光束2和3(見圖I)共線性且精確地疊加成第三部分光束4。在此，光進(jìn)入第一光導(dǎo)體17的多模光纖確定了多模光纖中產(chǎn)生的模式的數(shù)量和分布。為了尤其有效地破壞空間相干性，有利地將耦合選擇成其中產(chǎn)生盡可能多的模式。這可尤其以這樣的方式實現(xiàn)，即-如圖IOa)和IOb)所示-光線(也即第三部分光束4)的焦點55不在第一光導(dǎo)體17的多模光纖的棱面9(也即進(jìn)入平面)上,和/或第三部分光束4的光線在第一光導(dǎo)體17的多模光纖中傾斜耦合，其中光線的光軸56相對于第一光導(dǎo)體17的多模光纖的中軸57傾斜并且與其成角w，該角優(yōu)選地在5°和40°之間。以此方式,一方面最大地抑制空間相干性，另ー方面均勻地照射多模光纖的棱面9。此外，圖IOa)和IOb)中不出了第一光導(dǎo)體17中應(yīng)用的多模光纖的內(nèi)徑d。將高度相干的光14耦合在第一干涉儀10中與將接下來在第一干涉儀10中光譜調(diào)制的第三部分光束4的光耦合到第一光導(dǎo)體17中組合，使得可極其簡單地設(shè)置第一干渉儀10的輸出部8區(qū)域中的光學(xué)組件。由于原理上強(qiáng)光干渉光源(諸如SLED、短脈沖激光或超連續(xù)激光)可用作光源15，因此使得可達(dá)到比利用通常使用的空間不相干光源明顯更高的功率密度。由此，明顯改善所獲得圖像信息的信噪比。所示和所述自由射流-干涉儀的備選，在應(yīng)用此原理的情況下第一干涉儀10也可完全的布設(shè)為光纖干涉儀。代替第二參考反射鏡12的移動，深度掃描可例如通過扭轉(zhuǎn)第一干涉儀10的兩個臂中的ー個中的光纖、借助所謂的光纖架來實施。8.通過光纖束的圖像傳輸如已詳述的那樣，在本OCT系統(tǒng)中，深度掃描通過第一干涉儀10中參考反射鏡12的宏觀移動來實施，而由樣本I反射的光通過第二干涉 儀20和第二光導(dǎo)體29進(jìn)ー步引導(dǎo)至ニ維探測器30并由此ニ維探測器30獲取。包括多個單根光纖的光纖束應(yīng)用為第二光導(dǎo)體29。光纖束通常具有較高數(shù)值孔徑，這是由技術(shù)決定的并且在0.4范圍中或更高。此外，通常的光纖束的棱面的容積效率，也即進(jìn)入橫截面或退出橫截面的容積效率相對較小。這兩者在傳輸由樣本I反射的光時引起從第二干涉儀20至探測器30不希望的光損失。為在傳輸由樣本I反射的光時得到具有較小光損失和信息損失的、盡可能緊湊的OCT系統(tǒng)，應(yīng)用下文中詳述的光纖束。圖11示出了由所應(yīng)用的光纖束的棱面的部分50，該光纖束-如借助于放大顯示的部分區(qū)域51所見-包括多個單根光纖52，這些多個單根光纖52具有中心距d2(所謂的光纖間距)。圖12示出了由所應(yīng)用的探測器30的部分，該探測器30包括多個設(shè)置在面中的探測元件80，這些探測元件80具有中心距dl (所謂的像素間距)。在本OCT系統(tǒng)中，光纖束的單根光纖52的光纖間距d2小于探測器30的探測元件80的像素間距dl。為了在較高空間分辨率時有盡可能大的視界，光纖束包括至少100000、優(yōu)選地大約300000根單根光纖52。探測器30的探測元件80的數(shù)量優(yōu)選地為大約328000并且與單根光纖52的數(shù)量具有相同的數(shù)量級。如圖13所示，在進(jìn)入面和退出面7和6區(qū)域中，優(yōu)選地第二光導(dǎo)體29的光纖束的橫截面的形狀與探測器30的幾何形狀適配，其中尤其是第二干涉儀20的側(cè)上進(jìn)入面7的形狀基本上與探測物鏡31或探測器30的側(cè)上的退出面6的形狀相同(也見圖I)。在此，進(jìn)入面和退出面7和6的每個形狀(尤其是其邊長比)，基本上與探測器30的形狀(優(yōu)選地矩形形狀)相同。圖14a)中例如不出了光纖束的兩個單根光纖52。單根光纖52具有光纖核65和光纖護(hù)套66。在優(yōu)選應(yīng)用的光纖束的單根光纖52中，各光纖核65的厚度d3與光纖護(hù)套66的厚度d4的比例d3/d4(所謂的纖核/涂層比)如此選擇，即，使得在由于側(cè)射出光纖52的光(所謂的短暫波)而引起的盡可能小的光損失時，存在盡可能高的容積效率。在此，容積效率通過單根光纖52的整個橫截面面積與光纖核65的面積的比例給出。在光14的波長例如為1300nm時，所應(yīng)用的光纖束優(yōu)選地具有Ilym的光纖間距d2U. 7um的單根光纖52的護(hù)套厚度d4以及6. 8 y m的內(nèi)徑d3。在這種情況下，包括內(nèi)徑d3和雙倍護(hù)套厚度d4之和的單根光纖52的直徑為10. 2 ii m并因而小于光纖間距d2，原因在于在光纖束的生產(chǎn)エ藝中，還在每個單根光纖52上產(chǎn)生第二護(hù)套(未示出)。圖14b)中示出了圖14a)中所示單根光纖52的方案的變型。在此變型中，單根光纖52的單根光纖核65嵌入在由玻璃或塑料制成的基體(Matrix) 66中，該基體66分別構(gòu)造姆個單根光纖核65的光纖護(hù)套。在此變型中，姆兩個相鄰的單根光纖52共同具有它們光纖護(hù)套的一部分。由此，可相對于上述具有各自光纖護(hù)套的單根光纖降低相應(yīng)于護(hù)套厚度的相鄰光纖核64的距離d4，此外，所述短暫波的出現(xiàn)被有效抑制。由此，光纖核面與整個光纖面的面積比率尤其大。在此，內(nèi)徑d3與護(hù)套厚度d4的商在大約5和8之間的范圍中。第二干涉儀20構(gòu)造成使得其對于所有掃描深度具有側(cè)向干涉圖案，其空間頻率低于光纖束的單根光纖52的空間頻率，其中尤其必須滿足奈奎斯特條件。這在圖15中說明。如在側(cè)向干涉圖案60的放大的部分61中所見，在干涉圖案60的兩個連續(xù)最小干涉63 (暗環(huán))之間的周期長度是光纖束的單根光纖52的中心距(光纖間距)的若干倍大，在此，光纖束的進(jìn)入面6(也見圖I)部分地、相應(yīng)放大地圖示。相應(yīng)地，干涉圖案60的空間頻率明顯小于光纖束的單根光纖52的空間頻率。 與現(xiàn)有技術(shù)中探測器構(gòu)造在干涉儀中的已知系統(tǒng)相反，通過應(yīng)用上述光纖束達(dá)到下文中詳述的多個優(yōu)點。由于技術(shù)原因，InGaAs CMOS探測器的像素間距dl可不明顯小于20 ii m，其中InGaAs CMOS探測器對于波長在大約1300nm左右范圍中的光敏感。在本OCT系統(tǒng)中優(yōu)選應(yīng)用的光纖束具有IOym的光纖間距d2并因而在相同分辨率時具有比在探測器上小很多的橫截面。這相對于探測器構(gòu)造在測量頭中的系統(tǒng)實現(xiàn)了明顯緊湊的測量頭結(jié)構(gòu)。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的所述系統(tǒng)中，由于要求探測器的極高掃描速率，要求以極其高的速度將數(shù)據(jù)從測量頭傳輸?shù)竭B接的電子器件。此外，必須在測量頭中集成A/D變換器。此缺點在將樣本I得到的圖像信息通過設(shè)置為光纖束的第二光導(dǎo)體29進(jìn)ー步引導(dǎo)到與第二干涉儀20分離的探測器30時出現(xiàn)。因為在本OCT系統(tǒng)中無需在測量頭中用于圖像獲取和/或圖像處理的電子器件，沒有會引起不希望的測量頭的加熱的熱損失。因為在第二光導(dǎo)體29中優(yōu)選地如此選擇光纖間距d2 (例如11 m)，S卩，小于探測器30的盡可能小的像素間距dl (大多大于或等于20 y m)，因此相對于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，可在相同側(cè)向分辨率的同時降低測量頭中由樣本I得到的圖像的放大，這使得可以在第二干涉儀20中有更簡單和更小的光學(xué)組件。為了在將光或圖像信息從樣本I或第三參考反射鏡25傳輸?shù)教綔y器30時提高光輸出，適配本OCT系統(tǒng)的單獨組件的數(shù)值孔徑，尤其是適配輸出臂27中樣本物鏡41和透鏡47的孔徑以及參考物鏡46和第二光導(dǎo)體29的光纖束的孔徑、探測物鏡31的孔徑以及探測器30的孔徑。這在下文中借助于圖1、4和16詳細(xì)說明。圖16示出了在進(jìn)入面7的區(qū)域中、包括多個單根光纖52的第二光導(dǎo)體29的截面。由第二干涉儀20射出、會聚的光束58具有孔徑角a并且與光導(dǎo)體29上進(jìn)入面7的法線成入射角P。第二光導(dǎo)體27的單根光纖52具有孔徑角Y，在該孔徑角Y之內(nèi)可獲取與該單根光纖52相遇的光?？讖浇荵通過單根光纖52的數(shù)值孔徑給出。為了確保盡可能高的光輸出，優(yōu)選地,光束58的孔徑角a和入射角0的總和小于光纖束29的單根光纖52的孔徑角Y a+f3 < Y。由此保證，光束58的與單根光纖52相遇的全部光進(jìn)入到單根光纖52中并且運(yùn)輸至第二光導(dǎo)體29的退出面6。為此所需的光束58的孔徑角a和入射角0通過樣本物鏡和/或參考物鏡和/或輸出物鏡41、46或47的相應(yīng)方案來實現(xiàn)。這尤其這樣達(dá)到，即兩個物鏡組合(樣本物鏡和輸出物鏡41/47或參考物鏡或輸出物鏡46/47)放大成像，也即光纖束(“圖像側(cè)”)的進(jìn)入面7區(qū)域中光束58的孔徑角小于樣本I側(cè)(“物體側(cè)”)的孔徑角(未示出)。由此，可以以簡單的方式在樣本I側(cè)實現(xiàn)更大的孔徑角，由此達(dá)到較高的光匯聚效率(Lichtsammeleffizienz)。由此,在獲得由樣本I反射的光時，與第二光導(dǎo)體29的光纖束中無損失的光耦合一同確保整體極高的光輸出并因而達(dá)到較高的圖像質(zhì)量。備選地或額外地，為提高光輸出，使得探測物鏡31的光纖束側(cè)的數(shù)值孔徑與第二光導(dǎo)體29的光纖束的數(shù)值孔徑匹配。在此，探測物鏡31的孔徑角大于光纖束的單根光纖52的孔徑角Y。優(yōu)選地，探測物鏡31在光纖束側(cè)上是遠(yuǎn)心的。由此，可以以簡單的方式計算光纖束的反射特性(Abstrahlcharakteristik)。輸出面6上的場 角(Feldwinkel)對于輸出面6上的每個位置都等于零。隨著探測器30上光線入射角的増大，由探測器30獲得的光效率降低。為確保盡可能高的光輸出而保持探測器30上光線的入射角盡可能小。這優(yōu)選地通過第二光導(dǎo)體29的光纖束在探測器30上放大的成像以及探測物鏡31在探測器30側(cè)的遠(yuǎn)心設(shè)計來達(dá)到。應(yīng)用所述的光纖束來傳輸圖像的其它優(yōu)點在干，系統(tǒng)的整體放大M可分成兩個步驟，也即在測量頭中(也即第二干涉儀20中)的第一放大Ml和在探測物鏡31中的第二放大M2。由此，測量頭中物鏡41、47和47的第一放大率Ml可小于OCT系統(tǒng)的額定分辨率所需的整體放大率M。下述示例闡明在20 ii m的像素間距、10 u m的光纖間距以及2. 5 y m的的額定分辨率時，可通過如上所述設(shè)置的第二光導(dǎo)體29的光纖束實現(xiàn)在測量頭中的放大率Ml = 4以及探測物鏡31中的放大率M2 = 2，以獲得整體放大率M = MlxM2 = 8。與此相反，如果沒有通過所述的光纖束進(jìn)行圖像傳輸，則必須在測量頭中產(chǎn)生與整體放大率M = 8相同的放大率。因而，應(yīng)用上述光纖束具有這樣的優(yōu)點，即整體放大率M不必僅通過第二干涉儀20的物鏡實現(xiàn)，可使得測量頭的樣本物鏡和/或參考物鏡和/或輸出物鏡41、46或47構(gòu)造成較簡單且節(jié)省空間，由此可整體上基本緊湊地設(shè)計測量頭。因此，如在圖4所示的第二干涉儀20的示例中，在進(jìn)入面7的區(qū)域中，優(yōu)選地將第ニ干涉儀20的輸出物鏡的樣本物鏡41或透鏡47的平均直徑Dl選擇成小于第二光導(dǎo)體29的直徑D2 :D1 < D2。9. OCT系統(tǒng)的運(yùn)行模式上述OCT系統(tǒng)可在3種不同的運(yùn)行模式中運(yùn)行。運(yùn)行模式涉及兩個實時模式以及靜態(tài)運(yùn)行模式，在兩個實時模式中以大約毎秒5至10個圖像的較高速度產(chǎn)生樣本的OCT圖像。在第一運(yùn)行模式實時模式I中，實時地產(chǎn)生樣本I的ニ維深度截面(Tiefenschnitte)(所謂的片(Slices))。這通過這樣的方式實現(xiàn)，即CMOS相機(jī)應(yīng)用為探測器30，該CMOS相機(jī)允許調(diào)整所謂的感興趣窗ロ(WOI)，其中僅探測器30的部分面對于光敏感并且該光轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測器信號。敏感相機(jī)的面的減少與明顯提高的相機(jī)速度相關(guān)；在該調(diào)整中毎秒可比在全圖像模式中產(chǎn)生更多的相機(jī)圖像。在實時模式I中，優(yōu)選地選擇W0I，其在ー個方向上相應(yīng)于整個相機(jī)長度或相機(jī)寬度(例如640像素)并且在另ー個方向上具有-通過各相機(jī)的類型給出的-最小可能數(shù)量的像素(例如4像素)。由此使得相機(jī)的增速到可以實時地拍攝OCT圖像。這優(yōu)選地結(jié)合耦合到第一干涉儀10中或由第一干涉儀10輸出的光14或4的強(qiáng)度調(diào)制或探測系統(tǒng)30、31的靈敏度的調(diào)制(見上面3和4部分)而達(dá)到。圖17示出了探測面F1，該探測面Fl包括第一數(shù)量NI的探測元件80并且具有長度Cl及寬度bl。在上述調(diào)整WOI中，光僅由位于探測面Fl的部分面F2中的探測元件80獲取并且轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測器信號。部分面F2的探測元件80的第二數(shù)量N2小于整個探測面Fl的探測元件80的第一數(shù)量NI。探測面Fl和部分面F2的長度Cl和c2為相同大小，而探測面Fl和部分面F2的寬度bl和b2不同。
在所示的示例中，部分面F2僅4個像素寬，而探測面Fl卻為512像素寬。探測面Fl的敏感面降低到1/128，這極大地縮短了獲取干涉圖案和將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)探測器信號所需的持續(xù)時間。如圖18所示，在此示例中代替全三維斷層圖，僅由所觀察的樣本I的空間單元33得到4個(相應(yīng)于部分面F2的4個像素排列)ニ維深度截面67。在第二運(yùn)行模式實時模式2中，如圖19所示，ニ維斷層圖68由所觀察的樣本I的空間單元33的特定深度T產(chǎn)生，其中可自由選擇深度T。在此，使用探測器30的整個探測面Fl來獲取由樣本I反射的光并將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測器信號，然而，其中毎次最大僅引用5個相機(jī)圖像來計算斷層圖68。此外，第一參考反射鏡11在第一干涉儀10中以大約I U m的幅度周期地移動，直至獲得5個相機(jī)圖像，然后將它們計算成OCT圖像。以此方式，可以以較高的重復(fù)率產(chǎn)生斷層圖68。通過第二參考反射鏡12的宏觀移動(必要時與焦點追蹤組合)(見上面的I和2部分)，可自由選擇獲得斷層圖68的深度T。在第三運(yùn)行模式靜態(tài)模式中，借助于第二參考反射鏡12的宏觀移動與焦點追蹤的組合獲得整個三維數(shù)據(jù)記錄。在此，具體情況參見I和2部分。通過不同的運(yùn)行模式，OCT系統(tǒng)可滿足一系列不同的要求。由此，極大地擴(kuò)展了在檢查樣本時的功能，例如在找尋樣本中的相關(guān)位置。10.用于OCT的系統(tǒng)和方法的其它發(fā)明方面上面詳述的用于OCT的系統(tǒng)和方法具有單個特征或特征組合，通過單個特征或特征組合，使得該系統(tǒng)和方法結(jié)構(gòu)尤其簡單和緊湊以及使得操縱和圖像獲取更快更可信，而在此不需要執(zhí)行所有獨立權(quán)利要求的前序部分和/或特征部分中的特征。這些特征和特征組合同時視為本發(fā)明。尤其是，具有下列元件的、用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)是本發(fā)明-用于輸出光的至少ー個干涉儀，其中利用該光照射樣本，以及-用于獲取由樣本反射的光的探測器，其中該系統(tǒng)通過ー個或多個特征來表征，這些特征尤其在I至9部分中和/或結(jié)合圖I至19詳細(xì)說明。相應(yīng)于此系統(tǒng)的方法同時視為本發(fā)明。利用由干涉儀輸出的光來間接或直接地實現(xiàn)對樣本的照射，其中間接也即是指通過干涉儀和樣本之間的另一干涉儀，直接也即是指在干渉儀和樣本之間沒有另ー干涉儀。通過探測器來間接或直接地獲取由樣本反射的光，其中，間接也即是通過樣本和探測器之間的另一干涉儀，直接也即是在探測器和樣本之間沒有另ー干涉儀。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)相干斷層攝影、帶有干涉儀(20)的系統(tǒng)，所述干涉儀(20)具有分束器(24)、反射器(25)、照射臂(21)、樣本臂(22)以及參考臂(23)，其中光通過照射臂(21)耦合到所述干涉儀(20)中，所述光由分束器(24)分成在所述反射器(25)的方向上通過所述參考臂(23)延伸的部分光束以及在樣本(I)的方向上通過所述樣本臂(22)延伸的部分光束，這些部分光束由反射器(25)和/或由所述樣本(I)反射并且在所述分束器(24)中所反射的這些部分光束疊加成另一部分光束，所述另一部分光束的光可由探測器(30)獲取，其特征在干， -用于照射樣本(I)、帶有數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角的照射光學(xué)組件(41，46，48)，以及 -用于對樣本(I)成像、帶有數(shù)值孔徑、尤其是接收角的樣本光學(xué)組件(41，47)， 其中，所述樣本(I)的照射的數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角小于用于對樣本(I)成像的數(shù)值孔徑、尤其是接收角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中在所述樣本臂(22)中設(shè)有樣本物鏡(41)，通過所述樣本物鏡(41)將通過所述樣本臂(22)延伸的部分光束的光在位于所述樣本(I)上或其中的所述焦點(F)中聚焦。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的系統(tǒng)，其中在所述參考臂(23)中設(shè)有參考物鏡(46)，通過所述參考物鏡(46)將通過所述參考臂(23)延伸的部分光束的光聚焦在所述反射器(25)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的系統(tǒng)，其中所述干涉儀(20)的所述照射臂(21)具有至少ー個光學(xué)元件(48)，所述至少ー個光學(xué)元件(48)與所述樣本物鏡和/或參考物鏡(41和/或46)共同構(gòu)造用于照射樣本(I)、帶有數(shù)值孔徑的照射光學(xué)組件(41，46，48)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述干涉儀(20)包括具有至少ー個光學(xué)元件(47)的輸出臂(27)并且所述輸出臂(27)與所述樣本物鏡(41)共同構(gòu)造用于對樣本(I)成像、帶有數(shù)值孔徑的樣本光學(xué)組件(41，47)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述干涉儀(20)包括具有至少ー個光學(xué)元件(47)的輸出臂(27)并且所述輸出臂(27)與所述參考物鏡(46)共同構(gòu)造參考光學(xué)組件(46，47)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和/或6所述的系統(tǒng)，其中所述樣本光學(xué)組件(41，47)和/或參考光學(xué)組件(46，47)是遠(yuǎn)心的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的系統(tǒng)，其中所述樣本物鏡(41)具有比所述參考物鏡(46)更大的數(shù)值孔徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的系統(tǒng)，其中通過所述參考物鏡(46)的所述光學(xué)路程和通過所述樣本物鏡(41)的所述光學(xué)路程的所述差異至少是所述樣本(I)中的最大光學(xué)掃描深度(Tm)的雙倍大，其中在所述樣本(I)中的所述最大光學(xué)掃描深度(Tm)中反射的所述部分光束和由所述反射器(25)反射的所述部分光束之間出現(xiàn)干渉。
10.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的系統(tǒng)，其中所述參考物鏡(46)和所述分束器(24)之間的所述光學(xué)路程(r)大于所述樣本物鏡(41)和所述分束器(24)之間的所述光學(xué)路程(P)r > P。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述樣本物鏡(41)可移動地放置在所述樣本臂(22)中，使得所述樣本物鏡(41)距所述分束器(24)的距離可改變。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述參考臂(23)和/或所述照射臂(21)的所述光軸的至少一部分與所述樣本臂(22)的所述光軸成不同于90°的角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中在所述參考臂(23)和/或所述照射臂(21)中設(shè)有用于偏轉(zhuǎn)所述通過所述參考臂(21)和/或所述照射臂(23)延伸的部分光束的偏轉(zhuǎn)元件(26和/或28)、尤其是偏轉(zhuǎn)棱鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的系統(tǒng)，其中設(shè)有探測器(30)，所述探測器用于獲取所述另一部分光束的光，由所述反射器(25)和/或由所述樣本(I)反射的部分光束疊加成所述另一部分光束，并且所述探測器(30)包括多個探測元件(80)，其中每兩個相鄰的探測元件(80)具有中心距(dl)，并且如此設(shè)置所述樣本物鏡(41)和所述參考物鏡(46)，S卩，使得對于所有掃描深度，在出現(xiàn)的干涉圖案(60，61)的兩個連續(xù)的最小干涉(63)或最大干涉之間的距離(d5)大于所述探測元件(80)的所述中心距(dl)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光學(xué)相干斷層攝影、帶有干涉儀(20)的系統(tǒng)，該干涉儀(20)具有分束器(24)、反射器(25)、照射臂(21)、樣本臂(22)和參考臂(23)。為了確保高圖像質(zhì)量，設(shè)有用于照射樣本(1)、帶有數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角的照射光學(xué)組件(41，46，48)以及用于對樣本(1)成像、帶有數(shù)值孔徑、尤其是接收角的樣本光學(xué)組件(41，47)，其中所述樣本(1)的照射的數(shù)值孔徑、尤其是照射椎體的發(fā)散角小于用于對樣本(1)成像的數(shù)值孔徑、尤其是接收角。
文檔編號A61B5/00GK102768201SQ20121015717
公開日2012年11月7日 申請日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者E·-G·科普, R·尼博西斯, R·朔伊尼曼 申請人:愛克發(fā)醫(yī)療保健公司