專利名稱：用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)和方法
用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)和方法
本申請(qǐng)涉及一種根據(jù)權(quán)利要求l和ll的前序部分的、用于光學(xué)相 干斷層攝影的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法。
光學(xué)相干斷層攝影(OCT)是在其內(nèi)部測(cè)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(duì)較小的OCT就足夠，并且所應(yīng)用的光的波長(zhǎng)大多數(shù)在近紅外線范圍 (750nm至1350 nm)內(nèi)，與離子化的X光診斷相反，OCT對(duì)于生物組織 無(wú)輻射負(fù)擔(dān)。因而，其對(duì)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)用具有極短相千長(zhǎng)度的寬帶光。在樣
取。典型地，利用0CT可達(dá)到比利用超聲波高1至2個(gè)數(shù)量級(jí)的分辨率， 然而可達(dá)到的測(cè)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，也存在一些非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如 在材料檢驗(yàn)中。
由W.Y.Oh等在OPTICS EXPRESS第14巻第19(2006)8675-8684號(hào)
中已知一類系統(tǒng)，其中由氣弧燈》文射的光在邁克耳遜干涉^f義中耦合， 并且在此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。將以 此種方式光譜調(diào)制的光引至林尼克干涉儀，并且在此與要檢查的樣本 相遇并且由該樣本反射。由樣本反射的光31導(dǎo)至探測(cè)器并由探測(cè)器獲 取。在此，以干涉圖案形式出現(xiàn)在探測(cè)器上的光通常具有包括多個(gè)周 期的周期變化。
為了盡可能完全和可靠地獲取與探測(cè)器相遇的光的隨著時(shí)間的 變化，必須在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲取該光。因而，可靠獲取干涉圖案隨著時(shí) 間的變化需要相對(duì)較多的時(shí)間。因?yàn)樘綔y(cè)器的最大掃描速率通常是受到限制的，因而僅可對(duì)干涉圖案以特定范圍內(nèi)的頻率可靠掃描。
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)以及相應(yīng) 的方法，其中降低為了盡可能可靠地獲取干涉圖案所需的時(shí)間。
該目的通過根據(jù)權(quán)利要求l或ll的系統(tǒng)或方法這樣實(shí)現(xiàn)，即利用 調(diào)制頻率fM調(diào)制耦合到千涉儀中的光的強(qiáng)度或由干涉儀輸出的光的強(qiáng) 度，其中該調(diào)制頻率fM不等于多普勒頻率fD,其中多普勒頻率fo通過 將反射器與分束器之間的光學(xué)距離的改變速度V與耦合的光的平均波
長(zhǎng)Xo的比例的兩倍給出fM#fD=2.v/^。
本發(fā)明基于如下考慮，即在時(shí)間上調(diào)制耦合到干涉儀中的光強(qiáng)度 或由干涉儀輸出的光強(qiáng)度，其中此調(diào)制的調(diào)制頻率不同于多普勒頻 率。通過調(diào)制耦合的或輸出的光的強(qiáng)度，代替在探測(cè)器上得到具有多 個(gè)周期的高頻干涉圖案，而在探測(cè)器上得到在調(diào)制和要獲取的干涉圖 案之間的低頻差拍(Schwebung),其中低頻差拍比高頻干涉圖案具有明 顯更小的周期。因而，在通過探測(cè)器獲取此差拍時(shí)，相比在沒有根據(jù) 本發(fā)明調(diào)制光強(qiáng)度的情況下獲取千涉圖案時(shí)，在每個(gè)時(shí)間單元需要明 顯更少的掃描時(shí)間點(diǎn)。
在此優(yōu)選地，耦合到干涉儀中的光的強(qiáng)度調(diào)制在光耦合之前或期 間實(shí)現(xiàn)，備選地或額外地，也可在耦合之后在干涉儀中實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地，由干涉儀輸出的光的強(qiáng)度調(diào)制在光輸出期間在干涉儀的 輸出部處實(shí)現(xiàn)，備選地或額外地，也可在輸出之前在干涉儀中實(shí)現(xiàn)。
通過本發(fā)明達(dá)到這樣的優(yōu)點(diǎn)，即在給定探測(cè)器最大掃描速率時(shí)， 僅需明顯更短的、為了可靠地獲取從樣本的特定深度中得到的干涉圖 案所需的時(shí)間。由此，利用探測(cè)器在每個(gè)時(shí)間單元可獲取的干涉圖案 的最大數(shù)量明顯提高。
與利用多普勒頻率來調(diào)制相反，通過根據(jù)本發(fā)明、利用與多普勒 頻率不同的調(diào)制頻率來調(diào)制光確保了 不依賴于各強(qiáng)度調(diào)制的相位和 干涉圖案隨時(shí)間的變化來獲取低頻差拍。由于根據(jù)本發(fā)明系統(tǒng)和方法 對(duì)調(diào)制和干涉信號(hào)的各相位不敏感，可確保以較高的可靠度加速獲取干涉圖案。
耦合到干涉儀中的光的平均波長(zhǎng)典型地在紅外線光語(yǔ)范圍中，優(yōu)
選地在750nm至1350nm之間。在寬帶光源情況下，光的平均波長(zhǎng)優(yōu) 選地在這樣的光語(yǔ)范圍中，其中光源具有最大強(qiáng)度。備選地，平均波 長(zhǎng)通過所有由光源發(fā)射的波長(zhǎng)的平均值給出。
速度v由反射器距分束器的光學(xué)距離隨時(shí)間的改變而給出。反射 器距分束器的光學(xué)距離通過反射器距分束器的空間距離給出，其中該 空間距離與位于反射器和分束器之間介質(zhì)的折射率相乘。在將干涉儀 設(shè)置成所謂的自由射流千涉儀(Freistrahl-Interferometer)時(shí)，其中空氣 或真空位于反射器和分束器之間并且折射率大約等于1,反射器的光 學(xué)距離以及光學(xué)路程(optischer Weg)(其中光學(xué)距離的改變?yōu)樵摴鈱W(xué)路 程)與其空間距離和空間路程相同。在這種情況下，反射器的光學(xué)距離
的改變通過將反射器移動(dòng)空間路程來實(shí)現(xiàn)。備選地，可在將干涉儀設(shè) 置為所謂的光纖干涉儀時(shí)，在反射器和分束器之間設(shè)有導(dǎo)光元件，尤 其是設(shè)有導(dǎo)光光纖，其光學(xué)長(zhǎng)度根據(jù)目的可進(jìn)行改變量為光學(xué)路程的 改變。這些導(dǎo)光光纖也稱作光纖架(FiberStretcher)。在這種情況下， 光學(xué)距離以及光學(xué)路程(光學(xué)距離的改變?yōu)楣鈱W(xué)路程)通過由空間距離 或空間路程(光學(xué)距離的改變?yōu)榭臻g路程)以及導(dǎo)光元件的折射率(其 典型的在1.5范圍內(nèi))的積給出。
優(yōu)選地，調(diào)制頻率(利用其調(diào)制耦合的光或輸出的光的強(qiáng)度)在大 于或小于多普勒頻率的40%的范圍內(nèi)1.2.vA^fM^2.8.v/Xo。通過以在 此頻率范圍中的調(diào)制頻率來調(diào)制光的強(qiáng)度，確保差拍周期的^t量足夠 小并因而使得獲取干涉信號(hào)的時(shí)間極短。
此外優(yōu)選地，探測(cè)器具有最大掃描速率，該最大掃描速率給出了 在獲取與探測(cè)器相遇的光時(shí)每個(gè)時(shí)間單元的掃描時(shí)間點(diǎn)的最大可能 數(shù)量，并且最大掃描速率相應(yīng)于差拍信號(hào)的頻率或相應(yīng)于差拍信號(hào)的 頻率的整數(shù)倍。以此方式保證對(duì)差拍信號(hào)尤其快速和有效地進(jìn)行掃 描。上述實(shí)施的另一種方案是，依賴于多普勒頻率和調(diào)制頻率的差拍 信號(hào)的頻率通過預(yù)給定多普勒頻率和/或調(diào)制頻率來進(jìn)^f于調(diào)整。在此優(yōu) 選地，多普勒頻率的預(yù)給定通過預(yù)給定反射器和第一分束器之間的光 學(xué)距離的改變速度來實(shí)現(xiàn)。由此，以簡(jiǎn)單的方式將差拍信號(hào)與探測(cè)器
案的最大數(shù)量。
本發(fā)明的另 一種實(shí)施是，調(diào)制頻率相應(yīng)于探測(cè)器的最大掃描速率 或相應(yīng)于上述調(diào)制頻率的整數(shù)倍。由此確保通過探測(cè)器來尤其快速和 可靠地獲取干涉圖案。
優(yōu)選地，探測(cè)器的最大掃描速率通過探測(cè)器的最小幀時(shí)間的倒數(shù) 值給出，最小幀時(shí)間包括為獲取一個(gè)掃描時(shí)間點(diǎn)范圍中與探測(cè)器相遇 的光而至少需要的最小探測(cè)時(shí)間以及探測(cè)器30的最小的死時(shí)間，最小 的死時(shí)間延長(zhǎng)直至在此掃描時(shí)間電范圍中獲取光后可在下一掃描時(shí) 間點(diǎn)范圍中獲取光為止。結(jié)合上述優(yōu)選的實(shí)施，其中探測(cè)器的最大掃
諧，在此實(shí)施中可實(shí)現(xiàn)差拍信號(hào)的頻率和/或調(diào)制頻率(一方面)與探測(cè) 器特性(另一方面)的調(diào)諧。
優(yōu)選地，正弦形式或矩形形式調(diào)制耦合到干涉儀中的光的強(qiáng)度或 由干涉儀輸出的光的強(qiáng)度。這兩個(gè)備選方案均描述了強(qiáng)度調(diào)制的尤其 簡(jiǎn)單的可能形式。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施中，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括用于發(fā)射光的光 源和調(diào)制裝置，其中該光耦合到第一干涉儀中，并且調(diào)制裝置(例如斬 光器輪)用于在由光源發(fā)射的光耦合到干涉儀中之前調(diào)制該光的強(qiáng)度。 此實(shí)施描述了用于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制的矩形形式的尤其簡(jiǎn)單的變型。
備選地或額外地，設(shè)有控制裝置，該控制裝置用于以調(diào)制由光源 發(fā)射的光的強(qiáng)度的方式控制光源。由此，可以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào) 制的不同曲線，諸如正弦形式或矩形形式曲線。
為了調(diào)制由干涉儀輸出的光的強(qiáng)度，優(yōu)選地設(shè)有光學(xué)元件，該光學(xué)元件例如設(shè)置在干涉儀中或設(shè)置在干涉儀的輸出區(qū)域中并且可有 目的地改變其傳輸特性或成像特性。所以，可例如通過干涉儀的輸出 區(qū)域中的自適應(yīng)光學(xué)元件，將由干涉儀輸出的光的強(qiáng)度周期地從"高" 切換到"低"。然而，光學(xué)元件也可設(shè)置在干涉儀的光路中，例如在反 射器和分束器之間的光路中。
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(dòng)的反射器)輸出的光直接與樣本相遇或在通過設(shè)置在干涉儀 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(cè)器或探測(cè)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(cè)器或探測(cè)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(shí)形成。在此，光的疊加可在包括移 動(dòng)的反射器的干涉儀或另一干涉儀中實(shí)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l示出了根據(jù)本發(fā)明OCT系統(tǒng)的實(shí)施示例； 圖2a-b)示出了具有單個(gè)截面的樣本的兩個(gè)空間單元； 圖3a-b)示出了樣本和第二干涉儀的樣本臂的兩個(gè)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(dòng)校準(zhǔn)焦點(diǎn)追蹤時(shí)的干涉信號(hào)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(shí)和調(diào)制時(shí)的 千涉信號(hào)及其包絡(luò)線；
圖7示出了用于調(diào)制探測(cè)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(gè)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1 l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(cè)面的部分；
圖13示出了探測(cè)面以及第二光導(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(gè)示例； 圖15示出了干涉圖案以及與第二光導(dǎo)體的單根光纖對(duì)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(cè)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二維斷層圖的樣本的空間單元。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明用于OCT的系統(tǒng)的實(shí)施示例。在此系統(tǒng)的 單個(gè)部件的所選的表示僅是示意性的，并未按照實(shí)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(dòng)的第二參 考反射鏡12和第一分束器13。光源15的光14耦合到第一千涉儀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(dòng)的第二參考反射鏡12方向上的第二部分光束 3。兩個(gè)部分光束2和3由固定的第 一參考反射鏡和移動(dòng)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l 2的移動(dòng)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IO,其中該第三部分光束4耦合在第二干涉儀20中。由 ，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(cè)量頭，該傳感器頭或測(cè)量頭由使
用者(例如醫(yī)生)手動(dòng)將其與待;險(xiǎn)查的樣本l(尤其是生物組織)相結(jié)合并 在必要時(shí)引導(dǎo)至其上。在此，緊湊地構(gòu)造測(cè)量頭，使得其長(zhǎng)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(jì)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(duì)于常規(guī)垂直 設(shè)置的兩個(gè)光軸(見第一千涉儀10)擺動(dòng)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ll、 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ll、 12 和25也可稱為第一、第二和笫三反射器。
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l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(cè)物鏡31，該探測(cè)物鏡31將通過光 導(dǎo)體29引導(dǎo)的光放大成像在二維探測(cè)器30的面上。
設(shè)置在面中的探測(cè)元件(像素)，典型地是640x512像素。由于可盡可能 同時(shí)地("并行")獲取在樣本l的特定深度中平面的不同側(cè)向位置的多 個(gè)反射，此類OCT也可稱為"并行OCT"。
在獲取探測(cè)器30的單個(gè)探測(cè)元件上出現(xiàn)的光時(shí)產(chǎn)生的探測(cè)器信 號(hào)將在電路32中進(jìn)行進(jìn)一步處理并且最后進(jìn)一步引導(dǎo)至計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 16,以進(jìn)行圖形描述并在必要時(shí)進(jìn)行處理。
相對(duì)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1 2的移動(dòng)、直接獲取由樣本1 反射的光以及圖像獲取分配到三個(gè)空間分離的部件，也即分配到第一
干涉儀IO、第二干涉儀20(其表示測(cè)量頭)和探測(cè)器30。
通過將第二參考反射鏡12移動(dòng)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(cè)量頭可設(shè)計(jì)成極其緊湊的并且較 易手動(dòng)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(gè)方案的有利組合。
1.通過參考反射鏡的宏觀移動(dòng)進(jìn)行深度掃描
第 一干涉儀10中移動(dòng)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(shí)施線性(優(yōu)選地周期的)移動(dòng)，移動(dòng)的光學(xué)鴻4呈 長(zhǎng)度為L(zhǎng)而幅度為A，其中光學(xué)路程長(zhǎng)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(zhǎng)人。的1 OO倍，優(yōu)選是lOOO倍。
在此，光學(xué)距離l通過第二參考反射鏡l2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 的積纟合出。
在此所示的第一干涉儀13的優(yōu)選方案(所謂的自由射流(Freistmhl) 千涉儀)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l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l2的宏觀移動(dòng)某個(gè)空間路程而實(shí)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(zhǎng)度入o。
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(zhǎng)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(FiberStretcher)。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1.5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(zhǎng)人o典型地在紅外光譜 范圍中，優(yōu)選地在750 nm和1350 nm之間。
在寬帶光源15的情況下，光14的平均波長(zhǎng)入。優(yōu)選地在這樣的光語(yǔ) 范圍中，即，其中光源15的光14具有最大強(qiáng)度。備選地，平均波長(zhǎng) 入o通過所有由光源15發(fā)出的波長(zhǎng)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(zhǎng)X 。在這樣的波 長(zhǎng)范圍中，即，其中探測(cè)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1300 nm的平均波長(zhǎng)入o以及大約200 nm的半值寬度(FWHM)。
當(dāng)光14的平均波長(zhǎng)入o例如在l jam范圍中時(shí)，參考反射鏡12的移 動(dòng)的光學(xué)路程長(zhǎng)度L以及幅度A至少為大約O.l mm，優(yōu)選地至少為大約 1 mnu
與現(xiàn)有技術(shù)中常見的參考反射鏡移動(dòng)的微觀幅度為耦合光l 4的 平均波長(zhǎng)入。的一小部分的數(shù)量級(jí)(也即典型地至1 jam)不同，在所述 的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的第二參考反射鏡12的宏觀移動(dòng)從數(shù)量級(jí)0.1 mm至若 干毫米。
在第二參考反射鏡12的宏觀線性移動(dòng)期間，由樣本l反射的光通 過第二干涉儀20、第二光導(dǎo)體29和探測(cè)器光學(xué)組件31進(jìn)一步引導(dǎo)至二 維探測(cè)器30并且由該二維探測(cè)器30在每個(gè)特定的持續(xù)時(shí)間(其相應(yīng)于 探測(cè)器30的積分時(shí)間)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)連續(xù)地獲取并且轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探 測(cè)器信號(hào)。
為了在由第三參考反射鏡25反射的光和由樣本l反射的光之間出 現(xiàn)干涉，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，以可以相互干涉?；趹?yīng)用具有極短相
干長(zhǎng)度(典型地IO nm)的光14,恒定相位關(guān)系的條件僅在樣本l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(dòng)期間，第二參考反射鏡12的每個(gè)位置相應(yīng)于在樣本 l之內(nèi)的特定深度或該特定深度周圍的深度范圍，其中對(duì)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1反射的光之間出現(xiàn)千涉。
在第二參考反射鏡12周期移動(dòng)的情況下，第二參考反射鏡12的周 期移動(dòng)的兩個(gè)半周期可分別用于獲得探測(cè)器信號(hào)。
以此方式，通過探測(cè)器30連續(xù)地獲得樣本1的不同深度的二維截 面。這如圖2a)所見，其中-代表多個(gè)二維截面-通過樣本1的空間單元33 描述第一、第二和第三二維截面34、 35和36。通過樣本l的所觀察的 空間單元33,這種二維截面與第二參考反射鏡12的宏觀移動(dòng)同步地在 方向a上"遷移"，而其本身不必移動(dòng)。
每個(gè)截面34、 35和36位于分別滿足相干條件的樣本l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l反射的 光之間出現(xiàn)干涉。第二參考反射鏡12的宏觀移動(dòng)結(jié)合連續(xù)二維地獲取 由樣本l反射的光而具有三維深度掃描的效果。
與此對(duì)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l自身必須在方向b上相對(duì)于干涉 儀移動(dòng)，而截面38在空間上的絕對(duì)位置基本上保持不變。
上述參考反射鏡12的宏觀線性移動(dòng)(一方面)與利用二維探測(cè)器30 獲取由樣本l.所反射的光(另 一方面)的組合使得可與此相比實(shí)現(xiàn)筒單 得多且更快速獲得樣本1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(dòng)，在此可代替特定深度的二維 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1不再需要相對(duì)于第二千涉儀20移動(dòng)。這 使得所述的OCT系統(tǒng)緊湊、可靠且手動(dòng)操作簡(jiǎn)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，使得在二維監(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(dòng)畫-可與計(jì)算機(jī)X線 斷層攝影術(shù)(CT)相當(dāng)。
2.焦點(diǎn)追蹤
上述OCT系統(tǒng)如此設(shè)計(jì)，使得在整個(gè)行程(hub)(也即指第二參考 反射鏡12的移動(dòng)的路程長(zhǎng)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涉信號(hào)。通過下文中詳述的焦點(diǎn)追蹤確 保了對(duì)于樣本l中的所有深度千涉信號(hào)以及所獲取的千涉圖案的清晰 度最大。
此外，在獲取由樣本l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(diǎn)(也即焦點(diǎn)(Brennpunkt))以這種方式調(diào)整，即在獲得 樣本1的空間單元33的斷層圖期間的所有時(shí)間，焦點(diǎn)在樣本1中的位 置，以及在反射光時(shí)滿足相千條件并且出現(xiàn)干涉的平面在樣本1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(jiǎn)化示為透鏡)的焦點(diǎn) F位于樣本1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l的截面并未清晰地成像 在探測(cè)器30(見圖l)上，使得在獲取干涉時(shí)經(jīng)受信息損失。
與此相反，圖3b)示出了樣本物鏡41的焦點(diǎn)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(diǎn)F的追蹤稱為焦點(diǎn)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l的不同深度Ti中、相干門K 的每個(gè)位置上，使得以較高的清晰度得到樣本l的每個(gè)深度的圖像。最大光學(xué)掃描深度Tm給出直至樣本表面之下的哪個(gè)深度滿足結(jié)
構(gòu)干涉的相千條件并且得到相應(yīng)的干涉圖案。
此外，通過焦點(diǎn)追蹤達(dá)到，在樣本l中的每個(gè)掃描的深度Ti中，第 二干涉儀20中不移動(dòng)的第三參考反射鏡25上的被照射面(一方面)與樣 本l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(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)追蹤的所述OCT系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施。
圖4示出了第二干涉儀20中單個(gè)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(gè)透鏡42,這些透鏡42單個(gè)地和 /或成組地在朝向樣本1的方向R上或遠(yuǎn)離該樣本1移動(dòng)。為此，設(shè)有壓 電促動(dòng)器40,尤其是超聲波壓電電動(dòng)機(jī)，其與樣本物鏡41或透鏡42耦 合并且樣本物鏡4 l或透鏡42沿一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)引裝置38(尤其是導(dǎo)引棒 或?qū)б?移動(dòng)。
優(yōu)選地，透鏡42的移動(dòng)與第一干涉儀l0中參考反射鏡l2的宏觀移 動(dòng)同步(見圖l)。以此方式，樣本物鏡41的焦點(diǎn)F跟隨相千門G,而后者 連續(xù)地實(shí)施樣本1的不同深度T1、 T2和T3，借助于探測(cè)器30由這些深 度分別荻得二維截面34、 35和36(類似于圖2)。
參考反射鏡12的宏觀移動(dòng)與焦點(diǎn)追蹤的同步(一方面)與二維探測(cè) 器30(另一方面)組合，確保尤其簡(jiǎn)單和快速獲得樣本l的不同深度中的 多個(gè)清晰二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?yàn)榈?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(cè)器30獲取的樣本1中每個(gè)深度的千涉信號(hào)最大，使得產(chǎn)生極 高的信噪比。此外，由此可以保證，樣本l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(diǎn)F始終位于相干門K中。由此得到具有 較高對(duì)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(dòng)速度v2小于參 考反射鏡12的移動(dòng)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 - "l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)f見點(diǎn) 說明的那樣，焦點(diǎn)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(diǎn)F位于樣本1中，樣本l的折射率n通常不等于l。 一方面，在樣本1的方向R上將樣本物鏡41移動(dòng)特定路程，使得樣本中 的焦點(diǎn)F也移動(dòng)特定量dp。例如在樣本的折射率為1.4時(shí)，樣本物鏡41 的0.78mm的移位導(dǎo)致樣本l中焦點(diǎn)大約d產(chǎn)l mm的移位。另一方面， 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d、-。 例如，在折射率n—.4時(shí)，參考反射鏡12的1.4mm的移位引起相干門K 的大約dfl mm的移位。由此，在宏觀深度范圍上進(jìn)行深度掃描時(shí)， 在參考反射鏡12和樣本物鏡41移位時(shí)，相干門K和焦點(diǎn)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(diǎn)F在整個(gè)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-1.4的上一樣本示例中，速度比vl/v2在大約(2 . 1.4-1)±20%范 圍內(nèi)，也即在大約1.44和2.16之間，并且優(yōu)選地為大約2 1.4-1=1.8。
同步參考反射鏡12和透鏡42的移動(dòng)優(yōu)選地以這樣的方式實(shí)現(xiàn)，即 參考反射鏡12和透鏡42在特定的時(shí)間點(diǎn)以分別恒定的、預(yù)定義的且不 同的速度vl和v2穿過兩個(gè)不同的、預(yù)定義的空間點(diǎn)。
在穿過空間點(diǎn)之后，開始獲得直至樣本l中預(yù)定義深度的真正的 OCT信號(hào)。當(dāng)參考反射鏡12周期地前向移動(dòng)和反向移動(dòng)時(shí)，在此既指 參考反射鏡12的前向移動(dòng)期間也指參考反射鏡12的反向移動(dòng)期間，獲 得OCT信號(hào)。在此，類似地實(shí)現(xiàn)參考反射鏡12和透鏡42的同步并且在 每個(gè)換向之后重新調(diào)整。
測(cè)量頭相對(duì)于第一干涉儀10自由移動(dòng)，其中樣本物鏡41位于測(cè)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(dòng)和參考反射鏡移動(dòng)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步。
優(yōu)選地以電子方式實(shí)現(xiàn)參考反射鏡12的移動(dòng)和樣本物鏡41的透 鏡42的移動(dòng)的同步。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(shí)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(hào)。 兩個(gè)位置信號(hào)輸送給控制單元，尤其是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16，該控制單元相 應(yīng)地控制參考反射鏡12和透鏡42的驅(qū)動(dòng)。
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(hào)來實(shí)現(xiàn)。在這種主從系統(tǒng)中，在第一定位單元中測(cè)量的 位置值是在第二定位單元中的調(diào)節(jié)回路的額定值的基礎(chǔ)。在此情況 下，參考反射鏡12的第一定位單元的測(cè)量的位置與小于1的因數(shù)相乘 并且作為新的額定值輸送給透鏡42的第二定位單元。由此，即便是在 第一定位單元的絕對(duì)定位誤差相對(duì)較大時(shí)，也減小移動(dòng)的參考反射鏡 12和透鏡42之間的相對(duì)位置誤差。由此，兩個(gè)部件以電子方式如通過 機(jī)械傳動(dòng)裝置那樣彼此耦合，由此，這也可稱為電子傳動(dòng)裝置。
備選地或額外地，焦點(diǎn)追蹤可這樣實(shí)現(xiàn)，即在樣本物4竟41中設(shè)有 適應(yīng)性透鏡，并且可有目的地控制并改變?cè)撨m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(diǎn)并且以簡(jiǎn)單的方式適配到相干門的每個(gè)位置 上。在這種情況下，適應(yīng)性透鏡的焦點(diǎn)F的變化速度和變化開始必須 與參考反射鏡12的移動(dòng)以類似于上述方法的方式進(jìn)行同步。
3.焦點(diǎn)追蹤的自動(dòng)校準(zhǔn)
在構(gòu)造為測(cè)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ft并且在樣本側(cè)的外側(cè)45上優(yōu)選地未涂^:。
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(cè)量
19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-Gd)涂抹并且與待檢查的樣本l接觸，從該樣本l獲得 三維圖像。在校準(zhǔn)模式中，確定樣本物鏡41的焦點(diǎn)F與相干門K的相對(duì) 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(cè)量樣本物鏡41不同位置處OCT信號(hào)(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(shí)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(dòng)期間，確定干涉信號(hào)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 jum至20 ium, 并且保持在此位置中；
e) 對(duì)于透鏡42的多個(gè)不同位置Pl至Pll重復(fù)步驟c)至d)，其中對(duì)于 透鏡42的每個(gè)位置P1至P11,得到各干涉信號(hào)的最大幅度A1至A11;
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(zhǎng)(典型地0.5 jli m至5 ju m) 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(duì)應(yīng)于透鏡組42的此位置P9'的參考反射鏡的移動(dòng)，求得移動(dòng) 的參考反射鏡12的、其中干涉信號(hào)最大的位置Xm,。
備選地，校準(zhǔn)也可以這樣的方式實(shí)施，即樣本物鏡41在校準(zhǔn)期間 朝著第二分束器24移動(dòng)。
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(diǎn)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(gè)或多個(gè)透鏡和反射器的初始位置。
以此方式，自動(dòng)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(shí)，所述的方法也會(huì)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(shí)施該方法，由此確保系統(tǒng) 的較高可靠性。
為了進(jìn)一步提高所述校準(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，所謂的耙(Target)。對(duì)于在額外元件之內(nèi)的兩 個(gè)或多個(gè)深度實(shí)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(dòng)基準(zhǔn)點(diǎn))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(gè)參考面，其中確定多個(gè)位置對(duì)，對(duì)于這 些位置對(duì)，焦點(diǎn)位置和相干門是相同的。由此，不僅可修正兩個(gè)定位 單元之間恒定的相對(duì)位置誤差，而且也可修正兩個(gè)單元的相對(duì)線性或 相對(duì)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(shí)(這時(shí)例 如兩個(gè)位置傳感器5和39的位置靈敏度改變)可能存在這些誤差。
總而言之，可以確定的是，焦點(diǎn)位置和相干門的動(dòng)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(diǎn)。額外 地，尤其定期地應(yīng)用所述校準(zhǔn)模式可長(zhǎng)時(shí)間保證此同步。
4.調(diào)制光源的強(qiáng)度
在所述OCT系統(tǒng)中利用探測(cè)器30獲取形成的干涉圖案，其中產(chǎn)生 相應(yīng)的干涉信號(hào)。用于對(duì)干涉信號(hào)掃描的探測(cè)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(shí)間變化。當(dāng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn) 深度掃描的較高速度時(shí)，這通常要求較高的掃描速率。
由于干涉結(jié)構(gòu)的單個(gè)周期通常必須分別在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)掃描，在樣 本1的深度方向上最大可能的掃描速度依賴于探測(cè)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(cè)器陣列(也即每個(gè)長(zhǎng)度 單元中較大數(shù)量的探測(cè)元件)時(shí)，最大掃描速率典型地在大約l kHz范 圍中。當(dāng)千涉結(jié)構(gòu)的每個(gè)周期獲得4個(gè)點(diǎn)時(shí)，這在耦合光14的平均波 長(zhǎng)(例如為850 nm)時(shí)導(dǎo)致深度掃描的最大速度大約為O.l mm/s。圖6a)示出了利用每周期分別4個(gè)掃描時(shí)間點(diǎn)P的掃描速率進(jìn)行掃 描時(shí)典型干涉信號(hào)的隨著時(shí)間的變化。在該圖中，在干涉信號(hào)的周期 之內(nèi)示出了例如4個(gè)這才羊的點(diǎn)。
為了提高深度掃描的速度，在本OCT系統(tǒng)中，在時(shí)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(shí)現(xiàn)成周期的，其中其頻率 大于或小于多普勒頻率fo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(zhǎng)人()和移動(dòng)的參考反射 鏡12的速度v給出fD=2v/X。。該調(diào)制的典型頻率在l kHz和25kHz之 間的范圍中。
備選地或額外地，第三部分光束4的、由笫一干涉儀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n中期間在第
一干涉儀10的輸出部8處實(shí)現(xiàn)。但是，強(qiáng)度調(diào)制也可在第二干涉儀IO 中、在第三部分光束4的光輸出之前實(shí)現(xiàn)。為了調(diào)制由第二干涉儀IO 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，可例如通過第一千涉儀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、由第一千涉儀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(zhǎng)入Q、深 度掃描的所希望的掃描速度以及探測(cè)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(cè)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(cè)器30的最小幀時(shí)間的倒數(shù)值給出。 探測(cè)器30的最小幀時(shí)間包括為獲得整個(gè)圖像而至少需要的時(shí)間以及 探測(cè)器30的最小的死時(shí)間，該時(shí)間延長(zhǎng)直至可記錄下一圖像。隨著逐漸增加的記錄的圖像的尺寸，最小幀時(shí)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。后一種形
式可例如簡(jiǎn)單地通過旋轉(zhuǎn)的斬光器輪18(見圖1)來實(shí)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(shí)間上調(diào)制的強(qiáng)度的光]4 。
備選地或額外地，可由此實(shí)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1 )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(hào)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(hào)的隨著時(shí) 間的變化，其-如圖6a)的示例中的干涉信號(hào)-利用每個(gè)周期分別4個(gè)掃描 時(shí)間點(diǎn)P的掃描速率來掃描。在對(duì)差拍信號(hào)進(jìn)行掃描時(shí)，由于其較小 的頻率，每個(gè)時(shí)間單元需要比圖6a)中的干涉信號(hào)的掃描時(shí)明顯更少的 掃描時(shí)間點(diǎn)，使得在固定的、通過探測(cè)器30的選擇給出的掃描速率時(shí) 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(diǎn)將在下文中詳細(xì)說明。
探測(cè)器30的積分時(shí)間相應(yīng)于探測(cè)器30在其中獲取在時(shí)間點(diǎn)P范圍 中與探測(cè)元件相遇的光并進(jìn)行積分的持續(xù)時(shí)間。優(yōu)選地，探測(cè)器30如 此運(yùn)行使得積分時(shí)間僅略短于幀時(shí)間。在此，幀時(shí)間選擇成使得其正 好相應(yīng)于調(diào)制周期的持續(xù)時(shí)間或是該持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍。圖6b)中所示 的差拍信號(hào)通過在兩個(gè)調(diào)制周期的持續(xù)時(shí)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(cè)器30的幀時(shí)間-并因而使得積分時(shí)間-變得更短，因而多普 勒頻率變大并且使得不需要時(shí)間上緊挨著的掃描時(shí)間點(diǎn)P。然而，更 短的積分時(shí)間導(dǎo)致每次積分和每個(gè)探測(cè)元件收集的的光子(Photo)變少，并且由于光子的統(tǒng)計(jì)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(shí)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(shí)，其中該調(diào)制頻率相應(yīng)于幀時(shí)間的倒數(shù)值的雙倍， 速度增加到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(huì)與掃描速度一同提高，因?yàn)樵谶@種情況下探測(cè)器30的積 分時(shí)間可保持恒定。
光調(diào)制的其他優(yōu)點(diǎn)是，減少全三維深度掃描時(shí)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『1.4的組織中的掃描深度 為l mm的三維數(shù)據(jù)記錄時(shí)，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?yàn)橛纱耸沟锰幚頃r(shí)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(hào) 的周期是探測(cè)器30的最小幀時(shí)間的整數(shù)倍，也即探測(cè)器30的最大掃描 速率是差拍信號(hào)的頻率的整數(shù)倍。
如果將光14的調(diào)制周期長(zhǎng)度選擇成探測(cè)器30的最小幀時(shí)間，那么 相對(duì)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(shí)間選擇成兩個(gè)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 干涉信號(hào)和差拍信號(hào)的包絡(luò)線Eu和Em。在此，包絡(luò)的Eu和Em的每個(gè)
24點(diǎn)P'與所對(duì)應(yīng)干涉信號(hào)和差拍信號(hào)的掃描時(shí)間點(diǎn)P—致。
由各包絡(luò)線Eu和Em推導(dǎo)出信息，樣本l的起初的一維圖像、二維 圖像和最終的三維圖像由這些信息組成。如在試驗(yàn)中所示，與傳統(tǒng)沒 有強(qiáng)度調(diào)制的系統(tǒng)相比，通過實(shí)施強(qiáng)度調(diào)制盡管明顯降低了測(cè)量點(diǎn)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(hào)估計(jì)中沒有 出現(xiàn)顯著的信息損失的情況下，成倍增大了深度掃描的最大可能速 度。
5.調(diào)制探測(cè)器系統(tǒng)的靈敏度
上述調(diào)制耦合到第一干涉儀]0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(cè)器30 和探測(cè)物鏡31的探測(cè)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(cè)系統(tǒng)的靈敏度，尤其是探測(cè)器30的靈敏度。
在此，由樣本l反射并且與探測(cè)器30相遇的光與探測(cè)器系統(tǒng)30、 31的調(diào)制的靈敏度疊加，使得探測(cè)器30在獲取與探測(cè)器30相遇的干涉 圖案時(shí)，代替具有多個(gè)周期的高頻千涉信號(hào)，產(chǎn)生低頻差拍信號(hào)，該 低頻差拍信號(hào)具有明顯少于高頻干涉信號(hào)的周期。在對(duì)此差拍掃描 時(shí)，在不調(diào)制探測(cè)系統(tǒng)30、 31的靈敏度情況下，每個(gè)時(shí)間單元需要的 掃描時(shí)間點(diǎn)明顯少于高頻干涉信號(hào)的掃描。
探測(cè)器30的靈敏度例如直接或利用在探測(cè)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(cè)系統(tǒng)中光學(xué)元件的 特性，諸如探測(cè)物鏡3 l相對(duì)于由樣本1反射的光的穿透性。
直接調(diào)制探測(cè)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(cè)器的探測(cè)元件80中的每一個(gè)可在等 效電路圖中簡(jiǎn)化圖示為光電二極管81，對(duì)該光電二極管81施加電壓 Ul?？蛇x地，歐姆電阻和電容器與光電二極管81并聯(lián)。通過利用光來照射探測(cè)元件80,在光電二極管81中產(chǎn)生載流子，該載流子釋放電流
，該電流1]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fw控制)，使得
電荷量并因而使得分別實(shí)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(jí)(Sample-and-Hold-Stufe)87,撿取(Abgreifen)相應(yīng)的探觀'J 器信號(hào)并且引至進(jìn)一步處理。其它開關(guān)85和86用于控制探測(cè)器信號(hào)的 積分和撿取的復(fù)位。
與上述耦合或輸出的光l4或4的強(qiáng)度調(diào)制類似，在此變型中代替 高頻干涉信號(hào)而得到低頻差拍信號(hào)(類似于圖6a)或b)),該低頻差拍信 號(hào)可利用明顯更少的掃描時(shí)間點(diǎn)P來掃描，而不會(huì)丟失相關(guān)信息。在 探測(cè)器30的給定最大掃描速率時(shí)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(shí)那樣，在此，通過適 當(dāng)?shù)剡x擇探測(cè)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(cè)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(dòng)速度與探測(cè)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(hào)的周期持續(xù)時(shí)間 中，整^:個(gè)掃描時(shí)間點(diǎn)(優(yōu)選4個(gè)掃描時(shí)間點(diǎn))經(jīng)過(類似于圖6b))。
以此方式掃描的差拍信號(hào)必須在可視化之前進(jìn)行處理，原因在于 在此信號(hào)中還包括干涉信息。應(yīng)該可視化的基本信息是各干涉的幅度 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(hào)，也即 確定差拍信號(hào)的包絡(luò)線(類似于圖6c中的Em))。
由于差拍信號(hào)的相位通常是未知的并且對(duì)于不同深度的不同差 拍信號(hào)相位也可不同，因而應(yīng)用獨(dú)立于相位的數(shù)字解調(diào)算法。優(yōu)選地， 對(duì)于每個(gè)周期以4個(gè)掃描時(shí)間點(diǎn)對(duì)干涉信號(hào)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(hào)的快速解調(diào)。
6.具有不對(duì)稱林尼克干涉儀的測(cè)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(cè)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(cè)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4竟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(diǎn)追蹤并不是對(duì)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(huì)有較大的相對(duì)光學(xué)路徑(pfad)長(zhǎng)度差異(OPD)。這可使得 待獲取的千涉結(jié)構(gòu)的空間頻率大于二維探測(cè)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涉。
為避免此缺點(diǎn)，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(shí)施成不同("非對(duì)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(duì)于其中獲取由位于樣本l的表面附近的截面(類似于圖2a)所反射的 光的上掃4葛^f立置(obere Scan-Position), if巨離pY尤選i也在1 mm和3 mm之 間。由此，可在較高光輸出的同時(shí)，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 一組透鏡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1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l成像的數(shù)值孔徑相對(duì)較大，優(yōu)選地大約為0.3。與此相J爻，對(duì)樣本l照射的數(shù)值孔徑小于樣本l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(jì)一起達(dá)到這
樣的優(yōu)點(diǎn)，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的接收角大于照射推體的發(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(shí)匯 聚比在垂直于光軸的結(jié)構(gòu)處反射時(shí)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(shí)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(shí)有優(yōu)點(diǎn)，原因在于由 此參考物鏡46相對(duì)簡(jiǎn)單地適配所述樣本物鏡41,并且可緊湊地實(shí)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(chǎng)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(zhǎng)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4笨測(cè)器30來 看滿足奈查斯特條件。由此，所觀察的樣本1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二維探測(cè)器30的分辨率。由此，始 終以較高的可靠性在所觀察的樣本1的空間單元33的每個(gè)深度中獲得 干涉結(jié)構(gòu)。
這在圖9a)至c)中說明，其中示出了在一個(gè)深度掃描期間的3個(gè)不 同的時(shí)間點(diǎn)時(shí)第二干涉儀20的橫截面的樣本側(cè)的部分。
在第一時(shí)間點(diǎn)(見圖9a))，相干門K在所觀察的樣本l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1的相對(duì)較大距離。在此獲得的 千涉結(jié)構(gòu)示于圖9a)的右邊部分并且具有相應(yīng)于在每?jī)蓚€(gè)連續(xù)亮或暗 環(huán)之間的距離的周期長(zhǎng)度。此周期長(zhǎng)度大于探測(cè)器30的單個(gè)探測(cè)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(cè)器30的分辨率，其中該空間頻率相應(yīng)于周期長(zhǎng)度的倒數(shù)，該分辨率相應(yīng)于探測(cè)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(cè)器30獲取。
在第二時(shí)間點(diǎn)(見圖9b)),相干門K位于所觀察的樣本l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(zhǎng)度，這也使得在此時(shí)間點(diǎn)滿足奈奎斯特條 件。
在第三時(shí)間點(diǎn)(見圖9c))中，相干門K位于所觀察的樣本1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(shí)間點(diǎn)大約相同的周期長(zhǎng)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(duì)稱方案，可實(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)較小的透鏡42直徑。同時(shí)，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 二千涉儀20，其中參考臂和照射臂23和21相對(duì)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(dòng)90。并由此平行于樣本臂22延伸。
以此方式，達(dá)到測(cè)量頭的極窄形式并且同時(shí)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(cè)器30上的圖像對(duì)于所有掃描深度大小 相同并且疊加良好。
通過上述實(shí)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(jiǎn)單地實(shí)施第一干涉 儀IO,因?yàn)橛纱?，第一干涉儀10的兩個(gè)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(zhǎng)度的差異優(yōu)選地至少是最大光學(xué)掃描深度Tm給出了 ， 直至在樣本l的表面之下的哪個(gè)深度滿足出現(xiàn)干涉的相千條件并且得 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(jiǎn)單地對(duì)應(yīng)于樣本l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(shí)要求第一干涉儀10的輸出 部8區(qū)域中有相對(duì)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(jì)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(shí)所需的光效率提高程度。
為避免此缺點(diǎn)，在本OCT系統(tǒng)中將具有相應(yīng)的高空間相干性的一 個(gè)或多個(gè)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(gè)模式(單模)。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，其中第一千涉 儀10的輸出部8處的光耦合到具有極長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)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(gè)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) F來評(píng)估
其中人表示耦合到光纖中的光的波長(zhǎng)，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(zhǎng)入優(yōu)選地等于 耦合到第一千涉儀10中的光14的平均波長(zhǎng)人0。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IOO m的數(shù)量級(jí)的典型長(zhǎng)度并且優(yōu)選地大部分纏繞成巻(Wicklung) 19，如圖1中所示。 多模光纖的內(nèi)徑優(yōu)選地在大約200 lam和大約400 jam之間。
極長(zhǎng)、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(duì)較短、較粗的光纖(未示出)組合，其直徑在大約一個(gè)毫米范 圍中并且其長(zhǎng)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l中兩個(gè)不 同的位置反射的光進(jìn)行千涉，這也稱為所謂的相干串?dāng)_。
此外，有效抑制相干串?dāng)_會(huì)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(shí)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(cè)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(dòng)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(zhǎng)的多模光纖傳輸光時(shí)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(gè)臂產(chǎn)生具有相同模式分布和相同相位的相同 模式。
每個(gè)模式傳輸預(yù)調(diào)制信息，其中單個(gè)模式彼此不耦合。這通過以 下方式達(dá)到，即在進(jìn)7v第一光導(dǎo)體17的多模光纖之前，第一干涉儀IO 中的第一部分光束和第二部分光束2和3(見圖1)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(shí)現(xiàn)，即-如圖10a)和10b)所示-光線(也即第三部分光束4)的焦點(diǎn)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(duì) 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co，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，另一方面均勻地照射多模光纖的棱面9。
此外，圖10a)和10b)中示出了第 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，使得可極其筒單地設(shè)置第一干涉儀10的輸出部8區(qū)域中的光學(xué)組件。
由于原理上強(qiáng)光干涉光源(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(dòng)，深度掃描可例如通過扭轉(zhuǎn)第 一干涉儀l0的兩個(gè)臂中的一個(gè)中的光 纖、借助所謂的光纖架來實(shí)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IO 中參考反射鏡12的宏觀移動(dòng)來實(shí)施，而由樣本l反射的光通過第二干 涉儀20和第二光導(dǎo)體29進(jìn)一步引導(dǎo)至二維探測(cè)器30并由此二維探測(cè) 器30獲取。
包括多個(gè)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(duì)較小。這兩者在傳輸由樣本l反射的光時(shí)引起從第二干涉 儀20至探測(cè)器30不希望的光損失。
為在傳輸由樣本l反射的光時(shí)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ll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(gè)單根光纖52,這些多個(gè)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(cè)器30的部分，該探測(cè)器30包括多個(gè)設(shè) 置在面中的探測(cè)元件80,這些探測(cè)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(cè)器 30的纟笨測(cè)元件80的^f象素間距dl 。
為了在較高空間分辨率時(shí)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(cè)器30的探測(cè)元件80的 數(shù)量?jī)?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(jí)。
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(cè)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(cè)物鏡31或探測(cè)器30 的側(cè)上的退出面6的形狀相同(也見圖1)。在此，進(jìn)入面和退出面7和6 的每個(gè)形狀(尤其是其邊長(zhǎng)比)，基本上與探測(cè)器30的形狀(優(yōu)選地矩形 形狀)相同。
圖14a)中例如示出了光纖束的兩個(gè)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(shí)，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(gè)橫截面面積與光纖核65的面積的比例給出。
在光14的波長(zhǎng)例如為1300 nm時(shí)，所應(yīng)用的光纖束優(yōu)選地具有l(wèi) 1 Hm的光纖間距d2、 1.7 jim的單根光纖52的護(hù)套厚度d4以及6.8 jam 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 jLim并因而小于光纖間距d2，原因在于在光纖束 的生產(chǎn)工藝中，還在每個(gè)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)造每個(gè)單根光纖核65的光纖護(hù)套。在此 變型中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的單^f艮光纖52共同具有它們光纖護(hù)套的一部分。 由此，可相對(duì)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(gè)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(duì)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(gè)連續(xù)最小干涉63(暗環(huán))之間的周 期長(zhǎng)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1)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(cè)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(gè)優(yōu)點(diǎn)。
由于技術(shù)原因，InGaAs CMOS探測(cè)器的像素間距dl可不明顯小于 20 jum,其中InGaAsCMOS探測(cè)器對(duì)于波長(zhǎng)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IO ium的光纖間 距d2并因而在相同分辨率時(shí)具有比在探測(cè)器上小很多的橫截面。這相 對(duì)于探測(cè)器構(gòu)造在測(cè)量頭中的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了明顯緊湊的測(cè)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(cè)器的極高掃描速 率，要求以極其高的速度將數(shù)據(jù)從測(cè)量頭傳輸?shù)竭B接的電子器件。此 外，必須在測(cè)量頭中集成A/D變換器。此缺點(diǎn)在將樣本l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)一步引導(dǎo)到與第二干涉儀20 分離的探測(cè)器30時(shí)出現(xiàn)。
因?yàn)樵诒綩CT系統(tǒng)中無(wú)需在測(cè)量頭中用于圖像獲取和/或圖像處 理的電子器件，沒有會(huì)引起不希望的測(cè)量頭的加熱的熱損失。因?yàn)樵诘诙鈱?dǎo)體29中優(yōu)選地如此選擇光纖間距d2(例如l 1 ju m),即，小于探測(cè)器30的盡可能小的像素間距dl(大多大于或等于20 jli m),因此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)，可在相同側(cè)向分辨率的同時(shí)降低測(cè) 量頭中由樣本l得到的圖像的放大，這使得可以在第二干涉儀20中有 更簡(jiǎn)單和更小的光學(xué)組件。
為了在將光或圖像信息從樣本l或第三參考反射鏡25傳輸?shù)教綔y(cè) 器30時(shí)提高光輸出，適配本OCT系統(tǒng)的單獨(dú)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(cè)物鏡31的孔徑以及探測(cè)器30的孔徑。 這在下文中借助于圖l、 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(gè)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(huì)聚的光束58具有孔徑角cc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P的總和小于光纖束29的單根光纖52的孔徑角y: a+P<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|3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(shí)現(xiàn)。這尤其這樣達(dá)到， 即兩個(gè)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l側(cè)("物體側(cè)")的孔徑角(未示出)。由此，可以以簡(jiǎn) 單的方式在樣本l側(cè)實(shí)現(xiàn)更大的孔徑角，由此達(dá)到較高的光匯聚效率 (Lichtsammdeffizienz)。由此，在獲得由樣本l反射的光時(shí)，與第二光 導(dǎo)體29的光纖束中無(wú)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。
35備選地或額外地，為提高光輸出，使得探測(cè)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(cè)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(cè)物鏡31在光纖束側(cè)上是遠(yuǎn)心的。由此，可以以簡(jiǎn)單 的方式計(jì)算光纖束的反射特性(Abstrahlcharakteristik)。輸出面6上的場(chǎng) 角(Feldwinkel)對(duì)于輸出面6上的每個(gè)位置都等于零。
隨著探測(cè)器30上光線入射角的增大，由探測(cè)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(cè)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(cè)器30上放大的成像以 及探測(cè)物鏡3 l在探測(cè)器30側(cè)的遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)來達(dá)到。
應(yīng)用所述的光纖束來傳輸圖像的其它優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)的整體放大 M可分成兩個(gè)步驟，也即在測(cè)量頭中(也即第二干涉儀20中)的第一放 大M1和在探測(cè)物鏡31中的第二放大M2。由此，測(cè)量頭中物鏡41、 47 和47的第一放大率M1可小于0CT系統(tǒng)的額定分辨率所需的整體^C大 率M。下述示例闡明在20 iam的像素間距、10 iam的光纖間距以及 2.5 jim的的額定分辨率時(shí)，可通過如上所iii殳置的第二光導(dǎo)體29的 光纖束實(shí)現(xiàn)在測(cè)量頭中的放大率M 1 =4以及探測(cè)物鏡31中的放大率 M2=2，以獲得整體放大率M-MlxM2二8。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(cè)量頭中產(chǎn)生與整體放大率M:8 相同的方文大率。
因而，應(yīng)用上述光纖束具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即整體》文大率M不必僅 通過第二干涉儀20的物鏡實(shí)現(xiàn)，可使得測(cè)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(jiǎn)單且節(jié)省空間，由此可整體上 基本緊湊地設(shè)計(jì)測(cè)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)選地將第二干涉儀20的輸出物鏡的樣本物鏡41或透鏡47的平均 直徑D1選擇成小于第二光導(dǎo)體29的直徑D2: DKD2。9. OCT系統(tǒng)的運(yùn)行沖莫式
上述OCT系統(tǒng)可在3種不同的運(yùn)行模式中運(yùn)行。運(yùn)行才莫式涉及兩 個(gè)實(shí)時(shí)模式以及靜態(tài)運(yùn)行模式，在兩個(gè)實(shí)時(shí)模式中以大約每秒5至10 個(gè)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(shí)時(shí)模式1中，實(shí)時(shí)地產(chǎn)生樣本1的二維深度截面 (Tiefenschnitte)(所謂的片(Slices))。這通過這樣的方式實(shí)現(xiàn)，即CMOS 相機(jī)應(yīng)用為探測(cè)器30，該CMOS相機(jī)允許調(diào)整所謂的感興趣窗口 (WOI),其中僅探測(cè)器30的部分面對(duì)于光敏感并且該光轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的 探測(cè)器信號(hào)。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)整中每秒可比在全圖像模式中產(chǎn)生更多的相機(jī)圖像。
在實(shí)時(shí)模式l中，優(yōu)選地選擇WOI，其在一個(gè)方向上相應(yīng)于整個(gè) 相機(jī)長(zhǎng)度或相機(jī)寬度(例如640像素)并且在另一個(gè)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(shí)時(shí)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(cè)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(cè)面Fl,該探測(cè)面F1包括第一數(shù)量N1的探測(cè)元件80 并且具有長(zhǎng)度cl及寬度bl。在上述調(diào)整WOI中，光僅由位于探測(cè)面F1 的部分面F2中的探測(cè)元件80獲取并且轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)。部分 面F2的探測(cè)元件80的第二數(shù)量N2小于整個(gè)探測(cè)面F1的探測(cè)元件80的 第一數(shù)量N1。探測(cè)面Fl和部分面F2的長(zhǎng)度cl和c2為相同大小，而探測(cè) 面F1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(gè)像素寬，而探測(cè)面F1卻為512像 素寬。探測(cè)面F1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(cè)器信號(hào)所需的持續(xù)時(shí)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 1的空間單元33得到4個(gè)(相應(yīng)于部分面F2的4個(gè)像素排列)二維深度截面67。
在第二運(yùn)行模式實(shí)時(shí)模式2中，如圖19所示，二維斷層圖68由所 觀察的樣本1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(cè)器30的整個(gè)探測(cè)面F1來獲取由樣本1反射的光并將其 轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)，然而，其中每次最大僅引用5個(gè)相機(jī)圖像 來計(jì)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 1 iim的幅度周期地移動(dòng)，直至獲得5個(gè)相機(jī)圖像，然后將它們計(jì)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(dòng)(必要時(shí)與焦點(diǎn)追蹤組合)(見 上面的1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(dòng)與焦點(diǎn)追蹤的組合獲得整個(gè)三維數(shù)據(jù)記錄。在此，具體情況參見l 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?cái)U(kuò)展了在檢查樣本時(shí)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(gè)特征或特征組合，通 過單個(gè)特征或特征組合，使得該系統(tǒng)和方法結(jié)構(gòu)尤其簡(jiǎn)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(dú)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(shí)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
-用于輸出光的至少一個(gè)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(cè)器，其中該系統(tǒng)通過一個(gè)或多個(gè) 特征來表征，這些特征尤其在1至9部分中和/或結(jié)合圖1至19詳細(xì)說明。 相應(yīng)于此系統(tǒng)的方法同時(shí)^L為本發(fā)明。利用由干涉儀輸出的光來間接或直接地實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的照射，其中 間接也即是指通過千涉儀和樣本之間的另一干涉儀，直接也即是指在 干涉儀和樣本之間沒有另 一干涉儀。
通過探測(cè)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(cè)器之間的另 一干涉儀，直接也即是在探測(cè)器和樣 本之間沒有另一干涉儀。
權(quán)利要求
1.一種用于光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)，其具有-干涉儀(10)，所述干涉儀(10)具有分束器(13)和至少一個(gè)反射器(12)，所述至少一個(gè)反射器(12)距所述分束器(13)的光學(xué)距離(I)可以以速度(v)變化，其中光(14)耦合到所述干涉儀(10)中以及用以照射樣本(1)的光(4)由所述干涉儀(10)輸出，以及-探測(cè)器(30)，所述探測(cè)器(30)用于獲取由所述樣本(1)反射的光，其特征在于，利用調(diào)制頻率(fM)來調(diào)制耦合到所述干涉儀(10)中的所述光(14)的強(qiáng)度或由所述干涉儀(10)輸出的所述光(4)的強(qiáng)度，所述調(diào)制頻率(fM)不等于多普勒頻率(fD)，其中所述多普勒頻率(fD)通過將所述反射器(12)和所述分束器(13)之間的所述光學(xué)距離(I)改變的所述速度(v)與所述耦合光(14)的平均波長(zhǎng)(λ0)的比例的兩倍給出fM≠fD＝2·v/λ0。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制頻率(fM)在大于或小于所述多普勒頻率fD的40。/。之間Hv/XoS fMS 2.8.v/ io。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中基于所述光(14或4)的所 述強(qiáng)度的調(diào)制得到差拍，所述差拍可由所述探測(cè)器(30)獲取并且可轉(zhuǎn) 變成相應(yīng)的差拍信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述探測(cè)器(30)具有最大掃 描速率(RmaJ,所述最大掃描速率(R,x)給出了在獲取與所述4笨測(cè)器(30) 相遇的光時(shí)，每個(gè)時(shí)間單元的掃描時(shí)間點(diǎn)(P)的最大可能數(shù)量，并且所述最大掃描速率(R皿x)相應(yīng)于所述差拍信號(hào)的所述頻率(fs)或相應(yīng)于所述差拍信號(hào)的所述頻率(Q的整數(shù)倍Rmax=M'fs，其中M4,2,3...。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述差拍信號(hào)的所述頻率(f;)依賴于所述多普勒頻率(fD)和所述調(diào)制頻率(fM)并且所述差拍信號(hào)的所述頻率(f;)可通過預(yù)給定所述多普勒頻率(fb)和/或所述調(diào)制頻率(fM)來調(diào)節(jié)，通過預(yù)給定所述多普勒頻率(fo)尤其指通過預(yù)給定在所述反射器(12)和所述分束器(13)之間的所述光學(xué)距離(I)改變的所述速度(v)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述4笨測(cè)器(30) 具有最大掃描速率(Rr,),所述最大掃描速率(R皿J給出在獲取與所述 探測(cè)器(30)相遇的光時(shí)每個(gè)時(shí)間單元的掃描時(shí)間點(diǎn)(P)的最大可能數(shù) 量，并且所述調(diào)制頻率(fM)相應(yīng)于所述探測(cè)器(30)的所述最大掃描速率 (R，皿)或相應(yīng)于所述探測(cè)器(30)的所述最大掃描速率(U的整數(shù)倍 fM=N'Rmax，其中N4,2,3...。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述探測(cè)器(30)的所述最大掃描速率(RmJ通過所述探測(cè)器(30)的所述最小幀時(shí)間的倒數(shù)值給出，其中所述最小幀時(shí)間包括所述最小探測(cè)時(shí)間(to)和所述最 小死時(shí)間(tT)，所述最小探測(cè)時(shí)間(tD)是在獲取掃描時(shí)間點(diǎn)(P)范圍中與探測(cè)器(30)相遇的光而至少需要的時(shí)間，并且所述最小死時(shí)間(tT)延長(zhǎng) 直至在所述掃描時(shí)間點(diǎn)(P)范圍中獲取所述光后可在下一掃描時(shí)間點(diǎn) (P)范圍中獲取所述光為止Rmax=l/(tD+tT)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中耦合到所述干 涉儀(lO)中的光的強(qiáng)度或由所述干涉儀(10)輸出的光(14或4)的強(qiáng)度具 有正弦形式或矩形形式的曲線。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括光源(15)和調(diào)制 裝置(18),所述光源(15)用于發(fā)射要耦合到所述干涉儀(10)中的所述光(14) ，并且所述調(diào)制裝置(18)用于調(diào)制由所述光源(15)發(fā)射的所述光(14) 的強(qiáng)度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括光源(15)和控 制裝置(16),所述光源(15)用于發(fā)射要耦合到所述干涉儀(10)中的所述 光(14),并且所述控制裝置(16)用于以這樣的方式來控制所述光源(15) ，即調(diào)制由所述光源(15)發(fā)射的所述光(14)的強(qiáng)度。
11. 一種用于光學(xué)相干斷層攝影的方法，其中-光(14)耦合到干涉儀(10)中以及光(4)由所述干涉儀(10)輸出，使 用由所述干涉儀(IO)輸出的光來照射樣本(I),其中所述干涉儀(10)具有分束器(13)和至少一個(gè)反射器(12),所述至少一個(gè)反射器(12)距所述 分束器(13)的光學(xué)距離(I)以速度(v)改變，以及-由所述樣本(1)反射的所述光由探測(cè)器(30)獲取，其特征在于，利用調(diào)制頻率(^)來調(diào)制耦合到所述干涉4義(10)中的所述光(l 4)的 強(qiáng)度或由所述干涉儀(10)輸出的所述光(4)的強(qiáng)度，所述調(diào)制頻率(fM)不等于多普勒頻率(fD)，其中所述多普勒頻率(fD)通過所述反射器(12)和所述分束器(13)之間的所述光學(xué)距離(l)改變的所述速度(v)與所述耦 合光(14)的平均波長(zhǎng)(Xfl)的比例的兩倍給出fM弁D-2'v/Xo。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述調(diào)制頻率(fM)在大于 或小于所述多普勒頻率fD的40。/。之間1.2.v/^^fMS2.8.v/^。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11或]2所述的方法，其中基于所述光(14或4) 的所述強(qiáng)度的調(diào)制來得到差拍，所述差拍可由所述探測(cè)器(30)獲取并 且可轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的差拍信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述探測(cè)器(30)具有最大 掃描速率(Rn^),所述最大掃描速率(R^x)給出了在獲取與所述探測(cè)器 (30)相遇的所述光時(shí)，每個(gè)時(shí)間單元的掃描時(shí)間點(diǎn)(P)的最大可能數(shù)量，并且所述最大掃描速率(Rm雙)相應(yīng)于所述差拍信號(hào)的所述頻率(fs)或相應(yīng)于所述差拍信號(hào)的所述頻率(:Q的整數(shù)倍Rmax=M*fs，其中 M=l,2，3...。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述差拍信號(hào)的所述頻率(fs)依賴于所述多普勒頻率(fD)和所述調(diào)制頻率(fM)并且所述差拍信號(hào) 的所述頻率(Q通過預(yù)給定所述多普勒頻率(fD)和/或所述調(diào)制頻率(fM) 來調(diào)節(jié)，通過預(yù)給定所述多普勒頻率(fD)尤其指通過預(yù)給定在所述反射器(12)和所述分束器(13)之間的所述光學(xué)距離(I)改變的所述速度(v)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述探測(cè)器 (30)具有最大掃描速率(Rn^),所述最大掃描速率(R,皿)給出在獲取與 所述探測(cè)器(30)相遇的光時(shí)每個(gè)時(shí)間單元的掃描時(shí)間點(diǎn)(P)的最大可能數(shù)量，以及所述調(diào)制頻率(fw)相應(yīng)于所述纟笨測(cè)器(30)的所述最大掃描速 率(R^)或相應(yīng)于所述探測(cè)器(30)的所述最大掃描速率(Rn^)的整數(shù) 倍4^N.R鵬，其中N4，2,3…。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述探測(cè)器 (30)的所述最大掃描速率(U通過所述探測(cè)器(30)的所述最小幀時(shí)間的倒數(shù)值給出，其中所述最小幀時(shí)間包括所述最小探測(cè)時(shí)間(tD)和所述最小死時(shí)間(tT),所述最小探測(cè)時(shí)間(to)是獲取在掃描時(shí)間點(diǎn)(P)的范圍 中與所述探測(cè)器(30)相遇的光時(shí)至少需要的時(shí)間，并且所述最小死時(shí) 間(tT)延長(zhǎng)直至在所述掃描時(shí)間點(diǎn)(P)范圍中獲取所述光后可在下一掃 描時(shí)間點(diǎn)(P)的范圍中獲取所述光為止Rmax=l/(tD+tT)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中耦合到所述 干涉儀(l O)中的光(l 4)的強(qiáng)度或由所述干涉儀(10)輸出的光(4)的強(qiáng)度 具有正弦形式或矩形形式的曲線。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中要耦合到所，的所述光(14)的強(qiáng)度在調(diào)制裝置(18)中進(jìn)行調(diào)制。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中耦合到所述 干涉儀(10)中的所述光(14)由光源(l5)發(fā)射，其中如此控制所述光源 (15),使得所述光源發(fā)射具有調(diào)制的強(qiáng)度的光(.4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用干涉儀(10)和探測(cè)器(30)來進(jìn)行光學(xué)相干斷層攝影的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法，其中該干涉儀(10)具有分束器(13)、第一反射器(11)和反射器(12)，該反射器(12)距分束器(13)的光學(xué)距離(I)可以以速度(v)變化，并且探測(cè)器(30)用于獲取由要檢測(cè)的樣本(1)反射的光。為了降低盡可能可靠獲取干涉圖案所需的時(shí)間，將對(duì)干涉儀(10)中耦合的或由干涉儀(10)輸出的光(14或4)的強(qiáng)度利用調(diào)制頻率(f_M)來調(diào)制，該調(diào)制頻率(f_M)不等于多普勒頻率(f_D)，其中多普勒頻率(f_D)通過反射器(12)和分束器(13)之間光學(xué)距離(I)的改變速度(v)與耦合光(14)的平均波長(zhǎng)(λ₀)的比例的兩倍給出f_M≠f_D＝2v/λ₀。
文檔編號(hào)G01B9/02GK101617194SQ200880005710
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月21日
發(fā)明者R·尼博西斯, R·朔伊尼曼 申請(qǐng)人:愛克發(fā)醫(yī)療保健公司