用于掃頻源光學(xué)相干域反射測(cè)量的裝置的制造方法
【專利說明】用于掃頻源光學(xué)相干域反射測(cè)量的裝置
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年12月21日的題為“用于掃頻源光學(xué)相干域反射測(cè)量的裝置”的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00980152271.6的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于掃頻源光學(xué)相干域反射測(cè)量(reflectometry)的裝置，比如能夠應(yīng)用到眼睛的光學(xué)壽命測(cè)定(b1metry)中。
【背景技術(shù)】
[0003]人工晶狀體(intraocular lens)的光學(xué)親合需要知道患者眼睛內(nèi)的光學(xué)狀況，特別是角膜、晶狀體與視網(wǎng)膜之間的距離。
[0004]在最初通過超聲波執(zhí)行此位置測(cè)定后，一種光學(xué)操作并且非接觸性的裝置以卡爾?蔡司(Carl Zeiss)的光學(xué)相干生物測(cè)量?jī)x(1L master)的形式引入。此情況中的工作原理是基于所謂的時(shí)域光學(xué)相干域反射測(cè)量法，比如，一種短相干干涉測(cè)量法在例如W000/33729中得到了描述，其內(nèi)容通過進(jìn)一步引用被采用。主要部件是Michelson干涉儀，其能夠檢測(cè)由角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜散射回的光的干涉。短相干光源的應(yīng)用意味著能夠總是僅有短波鏈的互相干涉，并且這確定了測(cè)量精度。為使患者的軸向運(yùn)動(dòng)不會(huì)造成虛假的測(cè)量結(jié)果，所謂的雙束法被應(yīng)用，其中由角膜散射回的光用作參考。
[0005]由于對(duì)于眼睛必須大于43mm ( —般眼睛長(zhǎng)度在大致20與32mm之間變化，極個(gè)別人在14與40mm之間變化，平均折射率大致為1.36)的測(cè)量范圍在Michelson干涉儀的情況下必須被參考鏡機(jī)械地橫穿，該測(cè)量通常要持續(xù)幾秒鐘，在此過程中患者(例如)不允許眨眼，因?yàn)檠燮み\(yùn)動(dòng)將使測(cè)量不能進(jìn)行。
[0006]例如，通過諸如EP 1 391 781的旋轉(zhuǎn)棱鏡來增加參考路徑的調(diào)整率的努力并不成功，因?yàn)殪`敏度并不足以達(dá)到所需的測(cè)量精度。
[0007]在DE 43 09 056中描述了基于短相干的另一種測(cè)量方法，在該情況下來自于寬帶光源的光被照入樣本中，并且對(duì)從多個(gè)深度散射回的光進(jìn)行光譜分析。深度信息通過對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換獲得。此方法被稱為光譜域光學(xué)相干域反射測(cè)量(0CDR) (SD0⑶R)或者，由于采用了傅立葉變換，也被稱為傅立葉域0⑶R(FD 0⑶R)。此類別還包括掃頻源 0CDR(SS 0CDR)，其在 Optics Express 2003，2953 頁(yè)、S.H.Yun et al.所著的標(biāo)題為“High-speed optical frequency-domain imaging” 的文章中進(jìn)行了描述，并且其中光源被光譜調(diào)諧，并且由探測(cè)器接收到的信號(hào)同樣包括傅立葉變換后的深度信息。如已經(jīng)在US5321501中對(duì)于時(shí)域光學(xué)相干層析技術(shù)(TD 0CT)所示出的，實(shí)施光學(xué)相干層析技術(shù)(0CT)所需的圖像被振鏡(Galvo)掃描儀執(zhí)行，其使測(cè)量束側(cè)向偏轉(zhuǎn)越過樣本。
[0008]依照在超聲波測(cè)量裝置的情況中所引入的術(shù)語(yǔ)，在0CDR情況中的沿著光軸的一維(軸向)測(cè)量一般被稱為總體A掃描(A-scan)，并且以下亦然。類似地依照超聲波術(shù)語(yǔ)，在0CT情況中以側(cè)向分量輔助的二維測(cè)量也被稱為B掃描(B-scan)。
[0009]在光學(xué)生物測(cè)量中應(yīng)用SS 0CDR的第一種嘗試在Appl.0ptics 36 (1997)的 6548-6553 頁(yè)中、F.Lexer, C.K.Hitzenberger, A.F.Fercher 和 M.Kulhavy 所著的“Wavelength-tuning interferometry of intraocular distances” 中被描述。此解決方案顯示出原理上能夠測(cè)量眼睛中的眼內(nèi)距離，雖然測(cè)量精度處在很不精確的0.82mm的水平上。
[0010]對(duì)于此解決方案的一種改進(jìn)在SPIE[3251-6]1998 中、C.K.Hitzenberger, Μ.Kulhavy, F.Lexer, A.Baumgartner所著的‘‘In-vivo intraocular ranging by wavelengthtuning interferometry”中被公開。在此，達(dá)到了 0.15mm的分辨率，但仍不能滿足需要。然而，對(duì)于眼睛長(zhǎng)度的測(cè)量精度必須小于30 μ m，以將所確定的10L折射率的冗余誤差限制至1/10屈光度。
[0011]特別地，關(guān)于移動(dòng)樣本(比如眼睛)的0⑶R和0CT方法具有的問題在于樣本能夠在測(cè)量期間運(yùn)動(dòng)，并且，如在S.H.Yun et al.(2004), OPTICS EXPRESS 2977中所論述的，這能夠大大減少信號(hào)并且使它們虛假。通常消除此問題的方法是極其復(fù)雜的追蹤方法，其中樣本的運(yùn)動(dòng)被探測(cè)并且測(cè)量束的位置被追蹤。
[0012]對(duì)幾百微米每秒的典型運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拇祟惙椒ㄔ诶?，Hammer etal.(2005), Journal of B1medical Optics 10 (2), 024038,和 US 2006/105903 中被描述。此類方法的缺點(diǎn)在于，盡管技術(shù)花費(fèi)巨大，但是此類系統(tǒng)的有限等待時(shí)間總是導(dǎo)致某些追蹤誤差，特別對(duì)于例如掃視這樣的非?？斓难劬\(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]基于現(xiàn)有技術(shù)，因此本發(fā)明的目的是詳細(xì)說明一種裝置，在其幫助下眼睛內(nèi)的眼內(nèi)距離能夠被快速并準(zhǔn)確地測(cè)量，特別是即使在發(fā)生典型眼睛運(yùn)動(dòng)的情況下，并且不顯示出利用樣本運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)測(cè)量束追蹤的缺點(diǎn)，比如，等待時(shí)間誤差。
[0014]此目的通過用于運(yùn)動(dòng)樣本(特別是人眼)的掃頻源光學(xué)相干域反射法(SS 0⑶R)的裝置實(shí)現(xiàn)，目的在于獲得A掃描，具有對(duì)應(yīng)于樣本長(zhǎng)度的測(cè)量范圍并且具有能關(guān)于質(zhì)心波數(shù)k。來調(diào)諧的激光源和用于從樣本反向散射的光的至少一個(gè)接收器，在直徑為D的測(cè)量束的幫助下通過樣本表面上的耦合裝置來照亮樣本，因?yàn)楣庠淳哂蠸 k<168m 1的譜線寬度，并且光源的調(diào)諧在i〈44s(D*k。)的條件下執(zhí)行。
[0015]因此，在眼睛的整個(gè)長(zhǎng)度上有效地且以低的支出來測(cè)量距離，原因是盡管典型的眼睛運(yùn)動(dòng)高達(dá)1000 μ m/s并且假設(shè)對(duì)所述源的調(diào)諧率僅有適度的要求，由樣本移動(dòng)導(dǎo)致的確定干涉信號(hào)損失在晶狀體、角膜與視網(wǎng)膜的表面之間的距離測(cè)量情況中被避免。
[0016]因此，本發(fā)明的解決方案具有的結(jié)果是，激光的調(diào)諧時(shí)間與樣本中的可感知測(cè)量束輪廓相耦合，因而在激光的調(diào)諧時(shí)間期間可能發(fā)生的側(cè)向樣本位移能夠顯著地僅達(dá)到樣本中的最小可能測(cè)量束直徑的一部分。繼而，干涉信號(hào)損失因此通過平均計(jì)算出不同的側(cè)向干涉調(diào)制而被避免，因?yàn)樵跍y(cè)量束的調(diào)諧期間在多個(gè)實(shí)例處被照亮的樣本體積具有足夠的重疊。
[0017]在此應(yīng)當(dāng)明確理解的是，可感知測(cè)量束輪廓為能夠提供角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜的信號(hào)強(qiáng)度的那些輪廓，其足夠用于間距分隔，原因是它們具有在相對(duì)短的眼睛的晶狀體的后部直到長(zhǎng)的眼睛的視網(wǎng)膜之間的區(qū)域內(nèi)(8...40_)的測(cè)量束腰部位置(waistposit1n)。
[0018]同時(shí)，本發(fā)明的解決方案還通過調(diào)諧期間的軸向樣本位移避免了信號(hào)降低和信號(hào)惡化，例如，A掃描的擴(kuò)展或者壓縮以及所導(dǎo)致的眼結(jié)構(gòu)的間距分隔內(nèi)的不可接受的誤差。
[0019]因此，產(chǎn)生了明顯未受干擾的信號(hào)，而不需要利用樣本運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量束的主動(dòng)追足示ο
[0020]在此情況中，當(dāng)光源具有關(guān)于質(zhì)心波數(shù)k。的頻譜調(diào)諧范圍Ak且為至少AkMSOOOm1時(shí)是有利的。
[0021]在此情況中，調(diào)諧范圍Ak與線寬Sk的比率優(yōu)選大于360，進(jìn)一步優(yōu)選大于2000，進(jìn)一步優(yōu)選大于4000，并且再進(jìn)一步優(yōu)選大于9000。此比率確保了實(shí)施測(cè)量深度與測(cè)量分辨率之間的適當(dāng)比率。
[0022]當(dāng)調(diào)諧率(Δ k/ τ )與激光線寬δ k的商大于18kHz，優(yōu)選地還大于4MHz，進(jìn)一步優(yōu)選地大于40MHz時(shí)，產(chǎn)生其他優(yōu)點(diǎn)。
[0023]在此情況中，在光源的單個(gè)調(diào)諧期間執(zhí)行被角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜反向散射的光的檢測(cè)是特別有利的。在此，當(dāng)在接收器處被檢測(cè)到的反向散射的光以大于Ak(T*Sk)的比率被數(shù)字化時(shí)是特別有利的。這確保了光譜信息被充分掃描。
[0024]當(dāng)光源的線寬Sk處于22與50m1之間時(shí)，本發(fā)明的裝置特別適用。此類線寬能夠例如通過可調(diào)諧光纖環(huán)形激光實(shí)現(xiàn)，并且在測(cè)量深度范圍內(nèi)提供可接受的敏感度下降。
[0025]當(dāng)至少一個(gè)所描述的接收器(例如，截止頻率有3dB的信號(hào)下降)的帶寬大于2* Δ k/ ( τ * δ k)并且優(yōu)選小于80MHz時(shí)特別有利。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，用于眼睛的SS 0CDR的裝置為可調(diào)諧激光源，具有與樣本隔離的參考臂和樣本臂的干涉儀，在干涉儀輸出處的探測(cè)器，和用于探測(cè)到的信號(hào)的信號(hào)處理單元。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，在用于眼睛