專利名稱：用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)和方法
用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)和方法本申請(qǐng)是已于2008年2月20日提交的以下國(guó)際發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)國(guó)際申請(qǐng)?zhí)朠CT/EP2008/052073、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)?00880005903. I、發(fā)明名稱“用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)和方法以及用于校準(zhǔn)這種系統(tǒng)的方法”。本申請(qǐng)涉及根據(jù)權(quán)利要求I及14前序部分所述的用于光學(xué)相干斷層掃描的一種系統(tǒng)以及一種相應(yīng)的方法。光學(xué)相干斷層掃描(OCT)是用于對(duì)光散射的樣本在其內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量的一種方法。生物組織由于其光散射的特性而尤其適合借助OCT的診斷檢查。因?yàn)镺CT適于相對(duì)微小的光強(qiáng)，并且所使用的光的波長(zhǎng)大多處于近紅外區(qū)域(750nm至1350nm)，所以它與針對(duì)生物組織的電離放射診斷相反而不具有輻射傷害。從而其對(duì)于醫(yī)學(xué)是尤其有意義的并且大致接近于超聲診斷。在OCT中不是使用聲波，而是使用具有非常短相干長(zhǎng)度的寬帶光。在樣本 中不同界限層上所反射的光的傳播時(shí)間借助一種干涉儀而被探測(cè)。利用OCT典型地達(dá)到比利用超聲高一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)的分辨率，然而可達(dá)到的測(cè)量深度明顯較小。所獲得的橫截面圖像由于光學(xué)散射而僅僅達(dá)到組織中幾微米的深度。OCT的當(dāng)前最重要的應(yīng)用領(lǐng)域是眼科、皮膚科以及癌癥診斷。當(dāng)然其也存在一些非醫(yī)學(xué)應(yīng)用，比如在材料測(cè)試中。由I Y. Oh 等人的 OPTICS EXPRESS (光學(xué)快報(bào))第 14 卷第 19 (2006) 8675-8684 公開了一種此類的系統(tǒng)，其中要檢查的樣本設(shè)置在一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的移動(dòng)平臺(tái)上。為了獲得樣本的三維圖像，在平臺(tái)的不同位置記錄樣本的二維圖像。由于與實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)相關(guān)的機(jī)械耗費(fèi)以及高的空間需求，該系統(tǒng)僅僅受限地適合內(nèi)窺鏡應(yīng)用。此外，在不同的樣本位置探測(cè)樣本的二維圖像是相對(duì)耗時(shí)的，在檢查活的對(duì)象時(shí)，其中該對(duì)象通常僅能夠短時(shí)地保持確定的靜止位置，這可能導(dǎo)致圖像信息的模糊。此外在這種系統(tǒng)中并不總是能夠保證由樣本所獲得的圖像信息的足夠清晰度的成像。本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)以及相應(yīng)的方法，其中可以以更簡(jiǎn)單和更快速的方式來(lái)可靠記錄樣本的盡可能清晰的圖像。該任務(wù)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)以及根據(jù)權(quán)利要求14所述的相應(yīng)方法或用于校準(zhǔn)的方法而得到解決。根據(jù)本發(fā)明的用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)干涉儀，該干涉儀用于輸出用來(lái)照射樣本的光，樣本物鏡的樣本臂，通過(guò)該樣本物鏡把由該干涉儀所輸出的光聚焦到位于該樣本中的焦點(diǎn)上，探測(cè)器，該探測(cè)器用于探測(cè)由該樣本所反射的光，其特征在于，所述系統(tǒng)具有用于控制所述系統(tǒng)的控制單元使得在探測(cè)分別在該樣本的不同深度中反射的光期間，該樣本物鏡的成像特性發(fā)生改變。用于光學(xué)相干斷層掃描的方法，由至少一個(gè)干涉儀來(lái)輸出光，利用該光來(lái)照射樣本，由該干涉儀輸出的光被樣本物鏡聚焦到位于該樣本中的焦點(diǎn)上，以及由該樣本所反射的光由探測(cè)器來(lái)探測(cè)，其特征在于，在探測(cè)分別在該樣本的不同深度中反射的光期間，該樣本物鏡的成像特性發(fā)生改變。在本發(fā)明的系統(tǒng)的變型中，該系統(tǒng)包括干涉儀，該干涉儀具有分束器和至少一個(gè)反射器，該反射器與分束器的光學(xué)距離能夠變化；樣本物鏡，由干涉儀所發(fā)出的光通過(guò)該樣本物鏡被聚焦到該樣本中的焦點(diǎn)上；以及用于探測(cè)由樣本所反射的光的探測(cè)器，并且其特點(diǎn)在于，在改變?cè)摲瓷淦鞯椒质鞯墓鈱W(xué)距離期間，分別在該樣本的多個(gè)不同深度中被反射的光由該探測(cè)器探測(cè)，并在探測(cè)分別在樣本的不同深度中反射的光期間以如下方式來(lái)改變?cè)摌颖疚镧R的成像特性使焦點(diǎn)位于該樣本的相應(yīng)深度的范圍中。本發(fā)明的上述變型所基于的想法是，通過(guò)改變?cè)摲瓷淦鞯椒质鞯墓鈱W(xué)距離來(lái)實(shí)施一種所謂的深度掃描或者Z掃描，其中來(lái)自樣本不同深度的干涉圖案被探測(cè)，其中該樣本物鏡的焦點(diǎn)與該反射器的光學(xué)距離的改變相同步地以如下方式被改變，使得它落入樣本中的相應(yīng)深度的范圍中，由該深度正好探測(cè)到一個(gè)干涉圖案。這樣，入射到該樣本中的光的焦點(diǎn)在該深度掃描期間就被跟蹤，這因此也可以稱作“Fokus Tracking,焦點(diǎn)跟蹤”。通過(guò)在深度掃描期間把樣本物鏡的焦點(diǎn)適配于相應(yīng)要讀出的深度，實(shí)現(xiàn)了使從樣本的確定深度所獲得的干涉圖案總是能夠以最大可能的清晰度在該探測(cè)器上被成像和探 測(cè)。由于借助反射器到分束器的光學(xué)距離的優(yōu)選宏觀上改變而對(duì)深度掃描的實(shí)現(xiàn)，此外還可以放棄移動(dòng)的平臺(tái)，由此根據(jù)本發(fā)明的OCT系統(tǒng)在構(gòu)造更簡(jiǎn)單和更緊湊的情況下實(shí)現(xiàn)了樣本的三維圖像更快速的生成。反射器到分束器的光學(xué)距離通過(guò)該反射器到分束器的空間距離來(lái)給出，其中該空間距離乘以了位于該反射器與該分束器之間的介質(zhì)的折射率。在該干涉儀作為所謂自由輻射干涉儀的一種擴(kuò)展中，其中在該反射器與該分束器之間存在空氣或真空并且折射率大致等于1，該反射器的光學(xué)距離以及該光學(xué)距離被改變的光程等同于其空間距離或空間路程。替代地，在該干涉儀作為所謂光纖干涉儀的一種擴(kuò)展中，可以在該反射器與該分束器之間設(shè)置光導(dǎo)元件尤其光導(dǎo)纖維，其光學(xué)長(zhǎng)度可以有針對(duì)性地被改變一個(gè)光程。這種光纖也稱作“Fiber Stretcher”(光纖延伸器)。在這種情況下，所述光學(xué)距離以及光學(xué)距離被改變的光程通過(guò)該空間距離或者該空間距離被改變的空間路程與該光導(dǎo)元件的折射率相乘而得到，其中該折射率典型地處于I. 5的范圍中。最好設(shè)置參考鏡，其中，該樣本物鏡的成像特性以如下方式發(fā)生改變?cè)谠摌颖局械拿總€(gè)被采樣深度中，一方面在該參考鏡上的被照射面與另一方面在該樣本的相應(yīng)深度上的被照射面是一致的。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該系統(tǒng)具有參考臂，其中，該樣本物鏡的成像特性以如下方式發(fā)生改變相應(yīng)的被照射面的、通過(guò)該參考臂和該樣本臂在參考臂和樣本臂共同圖像平面中的成像是一致的并精確地重疊。此外最好，在所述樣本的相應(yīng)深度的中心，所述樣本臂和參考臂的像場(chǎng)拱曲盡可
能一致。在另一個(gè)本發(fā)明的有利的實(shí)施方式中，在所述參考臂中設(shè)置有參考物鏡，所述樣本物鏡和參考物鏡被實(shí)施為不同的。最好，穿過(guò)該參考物鏡的光程短于穿過(guò)該樣本物鏡的光程。在一個(gè)本發(fā)明特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述探測(cè)器具有多個(gè)布置在一個(gè)平面上的探測(cè)器單元。如果樣本不同深度的在樣本圖像和參考圖像的圖像中心與圖像邊緣之間的光程差是如此之小，那么來(lái)自該樣本不同深度的待測(cè)干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率總是小于該探測(cè)器的分辨率。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，用來(lái)照射所述樣本的光在空間上是短相干或者非相干的。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施中，規(guī)定該樣本物鏡至少包含一個(gè)自適應(yīng)透鏡，該透鏡的成像特性與該反射器到該分束器的光學(xué)距離的改變相同步地如此被改變，使得焦點(diǎn)位于該樣本的相應(yīng)深度的范圍中。通過(guò)采用自適應(yīng)透鏡比如油-水透鏡，該樣本物鏡的焦點(diǎn)可以以簡(jiǎn)單的方式被跟蹤。替代地或者附加地，規(guī)定該樣本物鏡包含有一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)地設(shè)置的透鏡，其位置與該反射器到分束器的光學(xué)距離的改變相同步地如此被改變，使得焦點(diǎn)位于該樣本的相應(yīng)深度的范圍中。由此在同時(shí)的高成像質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)了尤其精確的焦點(diǎn)跟蹤。在該實(shí)施中優(yōu)選的是，該反射器到分束器的光學(xué)距離的改變以一個(gè)第一速度來(lái)進(jìn)行，并且透鏡的位置以一個(gè)第二速度來(lái)改變，其中該第二速度小于該反射器到分束器的光學(xué)距離改變的第一速度。這樣，就實(shí)現(xiàn)了該樣本物鏡的焦點(diǎn)在整個(gè)深度掃描期間位于樣本的相應(yīng)深度范圍中。
在此優(yōu)選的是，該反射器到分束器的光學(xué)距離改變的第一速度與透鏡的第二速度之比根據(jù)樣本的折射率來(lái)選擇。優(yōu)選地，該第一速度與該第二速度之比處于在約O. 8 · (2 · η-i)與I. 2 · (2 · n_l)之間的范圍中。該第一速度與該第二速度之比尤其處于約2 ·η-1。這樣，就實(shí)現(xiàn)了尤其精確地把焦點(diǎn)適配于該樣本的相應(yīng)深度，由此來(lái)探測(cè)干涉圖案。在本發(fā)明的另一擴(kuò)展中，設(shè)置了壓電執(zhí)行器尤其是壓電超聲驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)該執(zhí)行器可以在一個(gè)方向上改變?cè)撏哥R或者說(shuō)該樣本物鏡的透鏡的位置。由此實(shí)現(xiàn)了透鏡位置迅速而精確的改變。此外，還優(yōu)選的是，在反射器的區(qū)域中以及在該樣本物鏡的透鏡的區(qū)域中相應(yīng)設(shè)置一個(gè)位置傳感器，該位置傳感器可以探測(cè)該反射器到該分束器的光學(xué)距離或者說(shuō)透鏡的位置，并可以將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的距離信號(hào)或位置信號(hào)。這些信號(hào)優(yōu)選地被輸送給一個(gè)控制單元，該控制單元根據(jù)該距離信號(hào)來(lái)控制該反射器到該分束器的光學(xué)距離，和/或根據(jù)該位置信號(hào)來(lái)控制透鏡的位置。替代地或者附加地，該控制單元根據(jù)透鏡的位置信號(hào)來(lái)控制該反射器到該分束器的光學(xué)距離，和/或根據(jù)該距離信號(hào)來(lái)控制透鏡的位置。由此以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了一方面該反射器到該分束器的光學(xué)距離的改變與另一方面該樣本物鏡的焦點(diǎn)的改變之間的同步。優(yōu)選地，該探測(cè)器作為二維探測(cè)器陣列來(lái)構(gòu)造，其中大量探測(cè)器單元如此設(shè)置在一個(gè)面上，使得在樣本的確定深度的平面的不同橫向位置上可以同時(shí)地探測(cè)大量反射，這樣對(duì)于在該樣本的確定深度中的每個(gè)平面都可以位置分辨地探測(cè)到二維干涉圖案。橫向分辨率、也即所探測(cè)的干涉圖案的位置分辨率在此并不是如在現(xiàn)有技術(shù)所公開的系統(tǒng)中一樣通過(guò)照明射線的直徑來(lái)給出或限定。該探測(cè)器優(yōu)選地是以CMOS技術(shù)的半導(dǎo)體探測(cè)器，其具有典型的640X512個(gè)探測(cè)器單元(像素)。由于根據(jù)本發(fā)明在樣本的確定深度的平面中的不同橫向位置上同時(shí)(“并行”)地探測(cè)大量反射，所以這種OCT也被稱作“并行0CT”。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施中規(guī)定，該反射器到該分束器的光學(xué)距離可以改變一個(gè)光程，該光程明顯大于耦合入該干涉儀中的光的平均波長(zhǎng)。在該實(shí)施中，在把該反射器到該分束器的光學(xué)距離改變?cè)摴獬唐陂g，由在樣本的不同深度上的、其中出現(xiàn)干涉的多個(gè)二維截面所反射的光被探測(cè)器探測(cè)，而不必為此相對(duì)于測(cè)量頭來(lái)移動(dòng)該樣本。本發(fā)明的這種實(shí)施所基于的想法是，如此來(lái)實(shí)現(xiàn)深度掃描，即該反射器到該分束器的光學(xué)距離被改變了宏觀光程(的大小)，并且在宏觀的距離變化期間由樣本所反射的光相繼利用優(yōu)選二維的探測(cè)器而被探測(cè)。在此，滿足出現(xiàn)干涉的相干條件的深度或深度范圍與該反射器的光學(xué)距離的宏觀變化同步地穿過(guò)該樣本，使得在樣本的不同深度的平面上所反射的光可以相繼被探測(cè)、被分析、并最后被組合為樣本的一個(gè)三維圖像。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所公開的系統(tǒng)和方法，由此能夠以尤其簡(jiǎn)單和迅速的方式來(lái)記錄該樣本的三維圖像。耦合入該干涉儀中的光的平均波長(zhǎng)典型地處于紅外頻譜范圍中，優(yōu)選地在750nm與1350nm之間。在寬帶光源的情況下，光的平均波長(zhǎng)優(yōu)選地處于如下頻譜范圍中，在該頻譜范圍中該光源具有強(qiáng)度最大值。對(duì)此替代地，該平均波長(zhǎng)通過(guò)由該光源所發(fā)射的所有波長(zhǎng)的一個(gè)平均值來(lái)給出。 優(yōu)選地，在該實(shí)施中規(guī)定，該反射器到該分束器的光學(xué)距離周期地以一個(gè)幅度而被改變，其中該幅度明顯大于耦合入該干涉儀中的光的平均波長(zhǎng)。由此以簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了該光學(xué)距離的改變。該光學(xué)距離被改變的光程或者幅度優(yōu)選地比耦合入該干涉儀中的光的平均波長(zhǎng)大至少100倍、優(yōu)選1000倍。由此實(shí)現(xiàn)了在特別大的深度范圍上對(duì)要檢查的樣本的圖像的探測(cè)。典型的光程或者幅度處于在約O. I毫米與幾毫米之間的范圍中。在本發(fā)明的另一優(yōu)選擴(kuò)展中規(guī)定，在改變?cè)摲瓷淦髋c該分束器之間的光學(xué)距離期間，由該樣本所反射的光從該樣本的至少100個(gè)不同深度被該探測(cè)器的探測(cè)器單元探測(cè)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了在改變?cè)摴鈱W(xué)距離時(shí)在一個(gè)移動(dòng)周期期間從要檢查的樣本探測(cè)100個(gè)或更多的圖像。記錄樣本的完整三維圖像所需的時(shí)間由此被大大縮短。在根據(jù)本發(fā)明的、一種用于校準(zhǔn)光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)的方法中，由干涉儀輸出光，該光穿過(guò)樣本物鏡，并由該樣本物鏡被聚焦到位于該樣本之上或之中的焦點(diǎn)上。該方法特點(diǎn)在于，穿過(guò)該樣本物鏡的光的一部分在一個(gè)參考面上被反射，并針對(duì)該樣本物鏡所具有的一個(gè)或多個(gè)透鏡的多個(gè)不同位置而被探測(cè)，并被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)。優(yōu)選地，在該樣本物鏡的樣本側(cè)一端上所設(shè)置的材料層的外側(cè)用作該參考面。該材料層優(yōu)選地由藍(lán)寶石玻璃(Saphirglas)制成，并構(gòu)成樣本臂的末端或樣本物鏡。在該OCT系統(tǒng)的診斷模式中，該材料層直接與要檢查的樣本相接觸，而它在根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法、也即在該OCT系統(tǒng)的校準(zhǔn)模式中用作參考層或參考面，穿過(guò)該樣本物鏡并在診斷模式中被設(shè)置用于照射該樣本的光的一部分在該參考層或參考面上被反射并被該探測(cè)器探測(cè)。優(yōu)選地，從在該參考面上所反射并利用該探測(cè)器所探測(cè)的光中來(lái)探測(cè)該或這些透鏡的以下位置在所述位置上被反射并被探測(cè)的光的強(qiáng)度、也即相應(yīng)探測(cè)器信號(hào)的最大幅度是最大的。此外，優(yōu)選的是，該干涉儀包含有分束器和至少一個(gè)反射器，其中該反射器到該分束器的光學(xué)距離被改變，并且光的、在該參考面上被反射的部分針對(duì)該反射器的多個(gè)不同光學(xué)距離被探測(cè)，并被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)。該或這些透鏡的位置尤其與該反射器到該分束器的光學(xué)距離同步地被改變。借助該探測(cè)器信號(hào)來(lái)探測(cè)該反射器與該分束器的以下距離在所述距離上相應(yīng)探測(cè)器信號(hào)的最大幅度是最大的。通過(guò)本發(fā)明的上述優(yōu)選實(shí)施，可以以簡(jiǎn)單的方式來(lái)確定透鏡的位置以及反射器的距離，其中在該樣本中焦點(diǎn)的位置和相干門的位置是一致的。在校準(zhǔn)模式中，該反射器的光學(xué)距離和/或透鏡的相應(yīng)位置被探測(cè)，并連同相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)一起被存儲(chǔ)。最后從所存儲(chǔ)的信息中來(lái)確定其中反射器信號(hào)最高處的透鏡的位置和/或反射器的光學(xué)距離。如此確定的位置以及光學(xué)距離在診斷模式中被設(shè)定為透鏡或反射器的起始位置或起始距離。根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法由此能夠以簡(jiǎn)單的方式來(lái)對(duì)OCT系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，其中由該系統(tǒng)保證了在整個(gè)診斷運(yùn)行期間記錄具有高強(qiáng)度的清晰圖像。在本發(fā)明意義上，“利用由干涉儀輸出的光來(lái)照射樣本”理解為將由包含可移動(dòng)的反射器的干涉儀輸出的光直接投射到該樣品上或者在穿過(guò)了設(shè)置在該干涉儀和該樣品之間的另一干涉儀之后才將其投射到該樣品上。在本發(fā)明意義上，“通過(guò)探測(cè)器或者探測(cè)器單元來(lái)探測(cè)由樣品尤其是在樣品的不同深度所反射的光”理解為探測(cè)器或者探測(cè)器單元探測(cè)干涉現(xiàn)象的光，所述干涉現(xiàn)象在將由樣品尤其是在樣品的不同深度所反射的光與在參考鏡上反射的光疊加時(shí)形成。光的疊加
下面借助附圖來(lái)詳細(xì)解釋本發(fā)明以及本發(fā)明的其他有利擴(kuò)展。其中圖I示出了本發(fā)明的OCT系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例；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)示出了樣本的兩個(gè)橫截面以及第二干涉儀的樣本臂；圖4示出了該第二干涉儀的光學(xué)部件的橫截面；圖5示出了在焦點(diǎn)跟蹤的自動(dòng)校準(zhǔn)中的干涉信號(hào)以及其分析；圖6a_c)示出了在耦合入第一干涉儀中的光的強(qiáng)度不調(diào)制和調(diào)制時(shí)的干涉信號(hào)以及其包絡(luò)；圖7示出了用于調(diào)制探測(cè)器敏感性(Empfindlichkeit)的一種電路的一個(gè)例子；圖8示出了一種所謂林尼克干涉儀的示例構(gòu)造；圖9a_c)示出了該樣本物鏡的三個(gè)不同位置以及分別所獲得的干涉圖案；

圖10a-b)分別不出了在輸入面區(qū)域中第一光導(dǎo)體的多模光纖(Multi-mode-Faser)的縱切面的相應(yīng)片段；圖11示出了該第二光導(dǎo)體的光纖束的橫截面的一個(gè)片段以及該片段的一個(gè)放大顯示的子區(qū)域；圖12示出了該探測(cè)器面的片段；圖13示出了該探測(cè)器面以及該第二光導(dǎo)體的入射面和出射面；圖14a_b)以橫截面示出了第二光導(dǎo)體的擴(kuò)展方案的兩個(gè)例子；圖15與該第二光導(dǎo)體的單光纖相比較地示出了干涉圖案以及該干涉圖案的片段；圖16示出了該第二光導(dǎo)體的、在入射面區(qū)域中的光纖束縱切面的一個(gè)片段；圖17示出了在第一運(yùn)行模式中的探測(cè)器面；圖18示出了具有深度截面的樣本的一個(gè)空間單元；以及圖19示出了具有在確定深度中的二維斷層圖的樣本的一個(gè)空間單元。圖I示出了本發(fā)明的用于OCT系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。在此所選擇的、該系統(tǒng)的單個(gè)部件的圖示是充分示意性的并且是不按比例的。
一個(gè)第一干涉儀10具有固定設(shè)置的第一參考鏡11、一個(gè)可移動(dòng)的第二參考鏡12和一個(gè)第一分束器13。光源15的光14被稱合入該第一干涉儀10中，被該第一分束器13劃分為在固定設(shè)置的第一參考鏡11方向上的一個(gè)第一部分射束2以及在該可移動(dòng)的第二參考鏡11方向上的一個(gè)第二部分射束3。這兩個(gè)部分射束2或3被該固定的第一參考鏡11或可移動(dòng)的第二參考鏡12反射，并在該第一分束器13中疊加為一個(gè)第三部分射束4，該第三部分射束在該第一干涉儀10的輸出區(qū)域8中被耦合入一個(gè)第一光導(dǎo)體17中，由該第一光導(dǎo)體傳導(dǎo)到一個(gè)第二干涉儀20，并在那里被耦合入該第二干涉儀20的照明臂21中。耦合入該第一干涉儀10中的光14通過(guò)所述的光路并結(jié)合該第二參考鏡12的移動(dòng)而被光譜調(diào)制，并以該第三部分射束4的形式離開該第一干涉儀10，其中該第三部分射束被耦合入該第二干涉儀20中。從而該第一干涉儀10也被稱作預(yù)調(diào)制器。該第二干涉儀20用作傳感器頭或測(cè)量頭，該傳感器頭或測(cè)量頭由操作者、比如醫(yī)生手動(dòng)地與要檢查的樣本I、尤其生物組織發(fā)生關(guān)聯(lián)，并在必要時(shí)被引導(dǎo)到該組織上。該測(cè)量頭在此構(gòu)造得如此緊湊，使得其長(zhǎng)度優(yōu)選地相當(dāng)于一通常的筆、比如自來(lái)水筆。為了把該第二干涉儀20設(shè)計(jì)得如此緊湊，該照明臂21的光軸以及參考臂23(在參考臂23中固定地設(shè)置有第三參考鏡25)的光軸相對(duì)于兩個(gè)光軸的常規(guī)垂直布置(見第一干涉儀10)分別傾斜了 90°，并相互平行。為了把來(lái)自該照明臂21或者該參考臂23的光偏轉(zhuǎn)到該第二分束器24中，設(shè)置了一個(gè)第一以及第二偏轉(zhuǎn)棱鏡26或28。該第一、第二和第三參考鏡11、12及25不必是狹義上的鏡子，而是通常理解為對(duì)該第一及第二干涉儀10及20中的光至少進(jìn)行部分反射的面，因此該第一、第二及第三參考鏡11、12及25也可以被稱作第一、第二及第三反射器。在該第二分束器24中被疊加的部分射束通過(guò)該第二干涉儀20的樣本臂22到達(dá)該樣本1，在那里在具有不同折射率的介質(zhì)、比如膜或細(xì)胞層之間的界限層上被反射，并最后通過(guò)該樣本臂22和第二分束器24到達(dá)該輸出臂27中，從該輸出臂出發(fā)其被耦合入一個(gè)第二光導(dǎo)體29中，并通過(guò)該光導(dǎo)體被輸送給一個(gè)探測(cè)器物鏡31，該探測(cè)器物鏡把通過(guò)該光導(dǎo)體29輸送的光放大成像在一個(gè)二維探測(cè)器30的面上。該探測(cè)器30優(yōu)選是按照CMOS技術(shù)的一種半導(dǎo)體探測(cè)器，并具有大量設(shè)置在一個(gè)面上的探測(cè)器單元(像素)，典型地是640X512像素。由于由此能夠?qū)?lái)自樣本I確定深度的一個(gè)平面在不同橫向位置中的多個(gè)反射同時(shí)(“并行”)進(jìn)行探測(cè)(Erfassung)，這種OCT也可以被稱作“并行OCT ”。在探測(cè)落到該探測(cè)器30的單個(gè)探測(cè)器單元上的光時(shí)所產(chǎn)生的探測(cè)器信號(hào)在電路32中被繼續(xù)處理，并最后被轉(zhuǎn)送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16以進(jìn)行圖像顯示以及必要時(shí)的處理。相對(duì)于僅具有一個(gè)干涉儀的OCT系統(tǒng)，在這里所述的OCT系統(tǒng)中，為了對(duì)耦合入的光14進(jìn)行頻譜調(diào)制而對(duì)該第二參考鏡12的移動(dòng)、對(duì)由該樣本I所反射的光的直接探測(cè)以及圖像探測(cè)被劃分到三個(gè)空間分離的部件上，也即劃分到該第一干涉儀10、體現(xiàn)為測(cè)量頭的該第二干涉儀20、以及該探測(cè)器30。通過(guò)把該第二參考鏡12的移動(dòng)以及圖像探測(cè)轉(zhuǎn)移到分立的部件上，該第二干涉儀20、并從而該測(cè)量頭被構(gòu)造得非常緊湊并易于操作。這使得本OCT系統(tǒng)尤其適合于應(yīng)用在要檢查的身體的難以接近的外部或內(nèi)部部位。在下文各節(jié)中更詳細(xì)解釋本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選擴(kuò)展方案以及各個(gè)擴(kuò)展方案的有利組合。I.通過(guò)宏觀移動(dòng)該參考鏡而進(jìn)行的深度掃描該第一干涉儀10中的可移動(dòng)的第二參考鏡12具有一個(gè)到該第一分束器13的光學(xué)距離1，并從一個(gè)起始位置N開始、在朝向該第一分束器13的方向上或者在背離該第一分束器13的方向上、以光程長(zhǎng)度L或幅度A進(jìn)行直線的、優(yōu)選周期的移動(dòng)，其中該光程長(zhǎng)度L或該幅度A至少比耦合入該第一干涉儀10中光14的平均波長(zhǎng)λ。大至少100倍、優(yōu)選1000倍。該光學(xué)距離I在此通過(guò)該第二參考鏡12到該第一分束器13的空間距離與在該第二參考鏡12與該第一分束器13之間介質(zhì)的折射率之乘積來(lái)給出。 在這里所示的該第一干涉儀13作為所謂自由輻射干涉儀的優(yōu)選擴(kuò)展方案中，其中在該第二參考鏡12與該第一分束器13之間存在空氣或真空并且折射率約等于1，該第二參考鏡12的光學(xué)距離I以及光學(xué)距離I被改變的光程L與其空間距離及空間路程相同。該第二參考鏡12的光學(xué)距離的宏觀改變?cè)谠撉闆r中通過(guò)把該第二參考鏡12宏觀移動(dòng)一個(gè)空間路程來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中該空間路程明顯大于耦合入該第一干涉儀中的光14的平均波長(zhǎng)λ μ替代地，在該第一干涉儀10作為所謂光纖干涉儀(未示出)的一種擴(kuò)展方案中，在該第二參考鏡12與該第一分束器13之間可以設(shè)置光導(dǎo)元件尤其是光導(dǎo)纖維，其光學(xué)長(zhǎng)度可以有針對(duì)性地被改變一個(gè)光程。這種光導(dǎo)纖維也被稱作光纖延伸器(OpticalStretcher)。在這種情況下，該光學(xué)距離以及該光學(xué)距離被改變的光程通過(guò)該空間距離以及該距離所被改變的空間路程與光導(dǎo)元件的折射率之乘積來(lái)給出，其中該折射率典型地處于I. 5的范圍中。耦合入該第一干涉儀10中的光14的平均波長(zhǎng)λ ^典型地在紅外光譜范圍中、優(yōu)選地處于750nm至1350nm之間。在寬帶光源15的情況下，該光14的平均波長(zhǎng)λ ^優(yōu)選地處于以下光譜范圍中在該光譜范圍中該光源15的光14具有強(qiáng)度最大值。對(duì)此代替地，該平均波長(zhǎng)λ ^通過(guò)由該光源15所發(fā)射的所有波長(zhǎng)的平均值來(lái)給出。優(yōu)選地耦合入該第一干涉儀10中的光14的平均波長(zhǎng)λ。處于以下波長(zhǎng)范圍中在該波長(zhǎng)范圍中該探測(cè)器30具有非常高的、尤其最高的敏感性。在所示的系統(tǒng)中，光14具有約1300nm的平均波長(zhǎng)λ ^以及約200nm的一個(gè)半值寬度(FWHM)。在光14的平均波長(zhǎng)λ ^在比如為I μ m的范圍中的情況下，該參考鏡12移動(dòng)的光程長(zhǎng)度L或者幅度A從而至少約為O. 1mm、優(yōu)選地至少約為1mm。在現(xiàn)有技術(shù)中參考鏡移動(dòng)的通常的微觀幅度是在被耦合入的光14平均波長(zhǎng)λ ^的分?jǐn)?shù)數(shù)量級(jí)上，也即典型地直至I μ m的數(shù)量級(jí)，與此相反，在所述的系統(tǒng)中以O(shè). Imm直至幾毫米的數(shù)量級(jí)進(jìn)行該第二參考鏡12的宏觀移動(dòng)。在該第二參考鏡12的宏觀直線移動(dòng)期間，由該樣本I所反射的光通過(guò)該第二干涉儀20、該第二光導(dǎo)體29以及該探測(cè)器光學(xué)元件31而被轉(zhuǎn)送到二維探測(cè)器30，并由該探測(cè)器在相應(yīng)確定時(shí)間段中相繼在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上被探測(cè)并被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)，其中所述的確定時(shí)間段等于該探測(cè)器30的積分時(shí)間。為了能夠在由該第三參考鏡25所反射的光與由該樣本I所反射的光之間產(chǎn)生干涉，必須滿足所謂的相干條件，其中該相干條件是這些分別被反射的光波必須具有恒定的相互間相位關(guān)系，以便能夠相互干涉。由于采用了具有典型為ΙΟμπι的非常短的相干長(zhǎng)度的光14，僅僅在該樣本I的確定深度或深度范圍中才滿足恒定相位關(guān)系的條件，從而所述深度或深度范圍也被稱作相干門(Koharenz-Gate )。在所述宏觀移動(dòng)期間該第二參考鏡12的每個(gè)位置在此都相應(yīng)于在該樣本I中確定深度或者在所述確定深度左右的深度范圍，針對(duì)所述深度或深度范圍該相干條件被滿足，這樣在由該第三參考鏡25所反射的光與由該樣本I所反射的光之間能夠產(chǎn)生干涉。在該第二參考鏡12周期性移動(dòng)的情況下，該第二參考鏡12的周期性移動(dòng)的兩個(gè)一半周期分別被用于記錄探測(cè)器信號(hào)。這樣通過(guò)該探測(cè)器30來(lái)相繼記錄來(lái)自該樣本I不同深度的二維截面。這在圖2a)中被示出，其中-代表多個(gè)二維截面-示出了穿過(guò)該樣本I的一個(gè)空間單元33的一個(gè)第一、第二和第三二維截面34、35及36。這樣的二維截面與該第二參考鏡12的宏觀移動(dòng)同步地在方向a上“遷移”穿過(guò)該樣本I的所關(guān)注空間單元33，而不必移動(dòng)該樣本本身。 每個(gè)截面34、35及36都處于該樣本I的深度Tl、T2及T3，其中在這些深度中分別滿足相干條件，這樣在由該第三參考鏡25所反射的光與由該樣本I所反射的光之間能夠產(chǎn)生干涉。該第二參考鏡12的宏觀移動(dòng)結(jié)合對(duì)該樣本I所反射的光的相繼的二維探測(cè)，從而具有三維深度掃描的效果。圖2b)示出作為比較的、在現(xiàn)有技術(shù)中所采用的方法。為了獲得通過(guò)所關(guān)注空間單元33的不同深度截面37，該樣本I本身必須在方向b上相對(duì)于干涉儀而被移動(dòng)，而該截面38在空間中的絕對(duì)位置基本保持不變。上述的把一方面該參考鏡12的宏觀線性移動(dòng)、與另一方面利用二維探測(cè)器30對(duì)樣本I所反射的光的探測(cè)相結(jié)合，相比之下能夠明顯更易于實(shí)現(xiàn)以及更快速地記錄該樣本
I的期望的空間單元33的完整三維數(shù)據(jù)組。通過(guò)宏觀移動(dòng)該第二參考鏡12，在此獲得了一個(gè)三維斷層圖，而不是來(lái)自確定深度的僅二維的圖像。與按照現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)相反，在用于記錄三維數(shù)據(jù)組的該方法中，不再需要相對(duì)于該第二干涉儀20來(lái)移動(dòng)該樣本I。這使得所述的OCT系統(tǒng)緊湊、可靠以及易于操作，使得其尤其適合于在活體內(nèi)的應(yīng)用。這樣所獲得的三維數(shù)據(jù)組允許尤其在生物樣本中的精確診斷。在此可以采用具有尤其高效的軟件支持的診斷輔助工具，如比如所謂的“3d渲染(3d-Rendering)”，其中三維數(shù)據(jù)組通過(guò)一種專門的軟件而被處理，使得在二維監(jiān)視器上生成準(zhǔn)三維的圖像。為此，可以作為三維動(dòng)畫來(lái)顯示比如腔或組織脫落物-接近于計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)。2.焦點(diǎn)跟蹤上述的OCT系統(tǒng)如此設(shè)計(jì)，使得在一個(gè)完整的行程期間、也即在該第二參考鏡12移動(dòng)的光程長(zhǎng)度L或兩倍幅度A期間，總是獲得具有足夠高強(qiáng)度和高清晰度的干涉信號(hào)。通過(guò)下文詳細(xì)闡述的焦點(diǎn)跟蹤，保證了針對(duì)在該樣本I中所有深度的干涉信號(hào)以及所探測(cè)的干涉圖案的清晰度是最大的。為此，在對(duì)由該樣本I所反射的光進(jìn)行探測(cè)期間，該第二干涉儀20的樣本側(cè)成像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)如此被調(diào)節(jié)，使得在該樣本I中焦點(diǎn)的位置以及在該樣本I中在光反射的情況下滿足相干條件并產(chǎn)生干涉的那個(gè)平面的位置在記錄該樣本I的空間單元33的斷層圖期間的任何時(shí)間上基本都是一致的。這在下文中借助圖3a)和3b)來(lái)示出。圖3a)示出了以下的情況，其中該樣本臂22的樣本物鏡41(在此僅簡(jiǎn)化圖示為透鏡)的焦點(diǎn)F位于該樣本I的一個(gè)深度上，其中該深度與該相干門K的位置不一致。在該相干門K中在深度Ti上所探測(cè)的樣本截面由此并不是精確地清晰成像在該探測(cè)器30上(見圖I)，如此使得在探測(cè)干涉時(shí)必須忍受信息損失。相反在圖3b)中示出了以下的情況，其中該樣本物鏡41的焦點(diǎn)F已經(jīng)如此被調(diào)節(jié)，使得焦點(diǎn)位于在深度Ti中的相干門K中。相應(yīng)于該相干門K的相應(yīng)深度Ti地對(duì)該樣本物鏡41的焦點(diǎn)F的這種跟蹤被稱焦點(diǎn)跟蹤。這樣該第二干涉儀20在該深度掃描期間被精確地調(diào)節(jié)到在該樣本I的不同深度Ti上的該相干門K的相應(yīng)位置上，使得在該樣本I的每個(gè)深度上都獲得具有高清晰度的圖像。該最大光學(xué)掃描深度Tm表明在該樣本I的表面下直至哪個(gè)深度都滿足用于構(gòu)造干涉的相干條件，并獲得相應(yīng)的干涉圖案。通過(guò)焦點(diǎn)跟蹤，此外還實(shí)現(xiàn)的是，在該樣本I中的每個(gè)被采樣深度Ti中，一方面在該第二干涉儀20中的不可移動(dòng)的第三參考鏡25上的被照射面與另一方面在該樣本I的相 應(yīng)深度上的被照射面是一致的。此外，相應(yīng)的被照射面的、通過(guò)該參考臂23和該樣本臂22在參考臂23和樣本臂22的共同圖像平面27a中的成像是一致的并精確地重疊。下面詳細(xì)解釋用于實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)跟蹤的所述OCT系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施。圖4示出了在該第二干涉儀20中單個(gè)光學(xué)部件的布置的橫截面。在該樣本臂22中的樣本物鏡41優(yōu)選地包括多個(gè)透鏡42，這些透鏡可以單獨(dú)地和/或成組地在朝向該樣本I或背向該樣本I的方向R上被移動(dòng)。為此，設(shè)置了壓電執(zhí)行器40、尤其超聲壓電電機(jī),該執(zhí)行器與該樣本物鏡41或透鏡42相連接，并且將其沿著一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向裝置38、尤其導(dǎo)向棒或?qū)虿蹃?lái)移動(dòng)。透鏡42的移動(dòng)優(yōu)選地與在該第一干涉儀10 (見圖I)中參考鏡12的宏觀移動(dòng)同步地進(jìn)行。這樣，該樣本物鏡41的焦點(diǎn)F就跟隨著該相干門G，而后者相繼穿過(guò)該樣本I的不同深度T1、T2或Τ3，從這些深度借助該探測(cè)器30來(lái)記錄相應(yīng)的二維截面34、35或36 (參見圖2)。一方面該參考鏡12的宏觀移動(dòng)與焦點(diǎn)跟蹤的同步與另一方面二維探測(cè)器30相結(jié)合，保證了在該樣本I的不同深度中對(duì)多個(gè)清晰二維圖像截面尤其簡(jiǎn)單而快速的記錄，并從而保證了以高的圖像質(zhì)量來(lái)探測(cè)一個(gè)完整的三維圖像數(shù)據(jù)組。因?yàn)樵摰谝桓缮鎯x10和該樣本臂22中的光學(xué)成像連續(xù)地被相互協(xié)調(diào)，所以由探測(cè)器30所探測(cè)的對(duì)于該樣本I中每個(gè)深度的干涉信號(hào)是最大的，這樣獲得了非常高的信噪t匕。此外由此還保證了對(duì)于在該樣本I中所有深度的橫向分辨率是最佳的，因?yàn)槌上竦慕裹c(diǎn)F總是位于該相干門K中。由此獲得了具有高對(duì)比度的精確的OCT圖像。有利地該樣本物鏡41的透鏡42在方向R上的移動(dòng)速度v2小于該參考鏡12的移動(dòng)速度vl。在此優(yōu)選地選擇該參考鏡12與該透鏡42的速度之比vl/v2，該比值近似等于
2·η-1，或者位于直至約±20%、優(yōu)選直至約±10%這些值周圍。由此該焦點(diǎn)F的位置和該相干門G以特別高的可靠性相互協(xié)調(diào)，這可以通過(guò)下面的疊加來(lái)解釋。該樣本物鏡41的焦點(diǎn)F位于一個(gè)樣本I中，該樣本的折射率η —般不等于一。如果一方面把該樣本物鏡41在向該樣本I的方向R上偏移一個(gè)確定的量，那么在該樣本中該焦點(diǎn)F就偏移確定的量dF。比如在該樣本I的折射率為I. 4的情況下該樣本物鏡41偏移
O.78mm導(dǎo)致焦點(diǎn)F在該樣本I中偏移約dF = 1mm。如果另一方面該參考鏡12被偏移確定行程，那么該相干門K就同樣偏移確定量dK。比如在折射率η = I. 4時(shí)把該參考鏡12偏移
I.4mm就得到該相干門K約dK = Imm的偏移。由此在宏觀的深度區(qū)域上的深度掃描中，在把該參考鏡12和該樣本物鏡41分別偏移同一行程時(shí)，該相干門K和該焦點(diǎn)F將彼此分尚地移動(dòng)。通過(guò)對(duì)該參考鏡12與該透鏡42的速度之比vl/v2的上述選擇，保證了該相干門K和該焦點(diǎn)F在深度掃描期間在整個(gè)所關(guān)注的深度范圍中相互重疊。在樣本具有折射率η=I. 4的上述例子中，該速度之比vl/v2處于約(2 · I. 4-1) ±20%范圍中、也即在約1.44至2. 16之間，并且優(yōu)選地為約2 · 1.4-1 = 1.8。該參考鏡12與透鏡42的移動(dòng)的同步優(yōu)選地以如下方式來(lái)進(jìn)行，即該參考鏡12和透鏡42在確定時(shí)間點(diǎn)分別以恒定的、預(yù)定義的和不同的速度V I及v2穿過(guò)兩個(gè)不同的、預(yù)定義的空間點(diǎn)。 在穿過(guò)該空間點(diǎn)之后，開始記錄直至該樣本I中預(yù)定義深度的實(shí)際的OCT信號(hào)。在該參考鏡12周期性前向移動(dòng)和返回移動(dòng)的情況下，在此不僅可以在該參考鏡12前向移動(dòng)期間，而且可以在該參考鏡12返回移動(dòng)期間記錄OCT信號(hào)。該參考鏡12和透鏡42的同步在此類似地進(jìn)行，并且在每次方向變換之后重新調(diào)節(jié)。其中具有樣本物鏡41的測(cè)量頭相對(duì)于其中具有該第二參考鏡12的第一干涉儀10是可自由地移動(dòng)的。用于使該透鏡移動(dòng)和參考鏡移動(dòng)同步的、該樣本物鏡41和參考鏡12的機(jī)械耦合會(huì)導(dǎo)致同步精確度不足。一方面該參考鏡12與另一方面該樣本物鏡41的透鏡42的移動(dòng)的同步從而優(yōu)選地以電子的方式來(lái)進(jìn)行。在此有利的是，在該參考鏡12和該樣本物鏡41的透鏡42的區(qū)域中分別設(shè)置有位置傳感器5或39，該位置傳感器探測(cè)當(dāng)前的參考鏡位置或透鏡位置并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位置信號(hào)。這兩個(gè)位置信號(hào)被輸送給控制單元、尤其是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16，該控制單元于是相應(yīng)地控制該參考鏡12及透鏡42的驅(qū)動(dòng)。該參考鏡12及該透鏡42的控制優(yōu)選地借助一種所謂的主-從系統(tǒng)通過(guò)位置信號(hào)的反饋來(lái)進(jìn)行。在這樣一種主-從系統(tǒng)中，在一個(gè)第一定位單元中所測(cè)量的位置值是針對(duì)一個(gè)第二定位單元的調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值的基礎(chǔ)。在該情況中，該參考鏡12的第一定位單元的測(cè)量位置被乘以一個(gè)小于I的系數(shù)，并被輸送至該透鏡42的第二定位單元作為新的設(shè)定值。從而，即使在該第一位置單元具有相對(duì)大的絕對(duì)定位偏差的情況下，該可移動(dòng)的參考鏡12與該透鏡42之間的相對(duì)定位偏差也被降低。如同通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)一樣，這兩個(gè)部件從而以電子的方式相互耦合，由此這也可以被稱作電子傳動(dòng)裝置。所述焦點(diǎn)跟蹤替代地或附加地可以如此來(lái)實(shí)現(xiàn)，即在該樣本物鏡41中設(shè)置一個(gè)自適應(yīng)透鏡，其成像特性可以有針對(duì)性地被控制和改變。比如可以如此來(lái)控制一個(gè)油-水透鏡，使得其曲率半徑被改變，由此可以改變其焦點(diǎn)，并可以以簡(jiǎn)單的方式適配于該相干門的各個(gè)位置。在這種情況下，該自適應(yīng)透鏡焦點(diǎn)改變的速度以及該改變的開始必須與上述方法類似地與該參考鏡12的移動(dòng)同步。3.焦點(diǎn)跟蹤的自動(dòng)校準(zhǔn)在作為測(cè)量頭而構(gòu)造的第二干涉儀20的樣本臂22的樣本側(cè)端上設(shè)置有一個(gè)材料層43 (見圖4)，該材料層優(yōu)選地由藍(lán)寶石玻璃制成。該材料層43涂覆在具有防反射層的內(nèi)側(cè)44上，并且在樣本側(cè)的外側(cè)45上優(yōu)選是無(wú)涂層的。
該OCT系統(tǒng)可運(yùn)行于診斷模式以及校準(zhǔn)模式中。在診斷模式中，該診斷模式相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量運(yùn)行，材料層43的樣本側(cè)外側(cè)45用一種所謂的折射率匹配膠(IndexMatching-Gel)來(lái)涂覆,并且與要檢查的樣本I相接觸，其中從該要檢查的樣本來(lái)記錄三維圖像。在校準(zhǔn)模式中，該樣本物鏡41的焦點(diǎn)F的相對(duì)位置被確定至該相干門K，其中該材料層43的外側(cè)45用作參考面，其中該外側(cè)45在該校準(zhǔn)過(guò)程期間優(yōu)選地處于空氣中。在校準(zhǔn)模式中，針對(duì)該樣本物鏡41的不同位置來(lái)測(cè)量該OCT信號(hào)的幅度，其中該OCT信號(hào)由于光從該材料層43過(guò)渡到空氣中而由光的反射而引起，其中實(shí)施了以下的方法步驟，這些步驟借助圖4和5來(lái)示出a)該透鏡組42被帶到一個(gè)起始位置，其方式是將它盡可能近地向該第二分束器24導(dǎo)送；b)該透鏡組42被保持在該位置；c)在該第二參考鏡12的宏觀移動(dòng)期間，該干涉信號(hào)的最大值的幅度Ai被確定； d)該透鏡組42現(xiàn)在從該第二分束器24被向前移動(dòng)幾微米、典型為5 μ m至20 μ m，并保持在該位置；e)針對(duì)該透鏡42的多個(gè)不同位置Pl至Pll來(lái)重復(fù)步驟c)至d)，其中針對(duì)透鏡組42的每個(gè)位置Pl至Pll獲得相應(yīng)干涉信號(hào)的最大值的幅度Al至All ;f)探測(cè)該透鏡組42的如下那個(gè)位置P9 :在該位置上該幅度A9是最大的；g)在該最大值的位置P9附近利用較小的步幅、典型為O. 5 μ m至5 μ m來(lái)重復(fù)步驟c)至f)，其中確定該透鏡組42的如下那個(gè)位置P9' :在該位置上該幅度A9'是最大的；h)從分配給該透鏡組42的這個(gè)位置P9'的參考鏡移動(dòng)中確定可移動(dòng)的參考鏡12的如下位置Xm :在該位置上該干涉信號(hào)是最大的。所述校準(zhǔn)代替地或者附加地可以以如下方式來(lái)實(shí)施，即該樣本物鏡41在校準(zhǔn)期間朝向該第二分束器24移動(dòng)。如果該透鏡組42處于位置P9'，并且該參考鏡12處于位置Xm，那么相干門位置和焦點(diǎn)位置就一致。所確定的位置P9'或者Xm在診斷模式中被調(diào)節(jié)為透鏡或反射器的起始位置。這樣在OCT系統(tǒng)中的改變被自動(dòng)地校正，而不會(huì)為此需要附加的硬件。即使該材料層被污染了或者應(yīng)該涂覆了折射率匹配膠，所述的方法也是將是有效的，因?yàn)槟敲垂鈴奈畚锏娇諝饣蛘邚哪z到空氣的過(guò)渡會(huì)被利用。該方法是非常快速的并且僅持續(xù)幾秒。從而其可以經(jīng)常地被實(shí)施，由此保證了該系統(tǒng)的高可靠性。為了進(jìn)一步提高所述校準(zhǔn)方法的精確度，可以在該材料層上設(shè)置由玻璃或塑料構(gòu)成的附加單元、所謂的靶子(Target)。然后針對(duì)該附加單元內(nèi)部的兩個(gè)或多個(gè)深度來(lái)實(shí)施上述的方法。由此不僅可以校正位移、也即該參考鏡12和透鏡42的移動(dòng)的參考點(diǎn)的偏移，而且可以校正可能的非線性。那么在上述的校準(zhǔn)方法中采用多個(gè)參考面，其中確定了焦點(diǎn)位置和相干門相一致的多個(gè)位置對(duì)。由此不僅可以校正在這兩個(gè)定位單元之間的恒定的相對(duì)位置偏差，而且可以校正兩個(gè)單元的相對(duì)線性性(Linearitaet)和相對(duì)速度的可能的偏差。比如當(dāng)這兩個(gè)位置傳感器5及39之一的位置敏感性發(fā)生變化時(shí)，這些偏差比如可能由于位置傳感器5及39的老化而產(chǎn)生。總之可以確認(rèn)的是，在所述OCT系統(tǒng)的診斷模式中，焦點(diǎn)位置和相干門的動(dòng)態(tài)同步在圖像質(zhì)量和可靠性方面帶來(lái)很多優(yōu)點(diǎn)。在額外、尤其是規(guī)則地應(yīng)用所述校正模式的情況下，可以在長(zhǎng)的時(shí)間段上保證這種同步。4.光源強(qiáng)度的調(diào)制在所述的OCT系統(tǒng)中，利用探測(cè)器30來(lái)探測(cè)所產(chǎn)生的干涉圖案，其中生成相應(yīng)的干涉信號(hào)。該探測(cè)器30的、用于采樣(Abtasten)該干涉信號(hào)的采樣速率在此必須如此來(lái)選擇，使得能夠以足夠的精確度來(lái)探測(cè)干涉結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化。如果應(yīng)該達(dá)到針對(duì)深度掃描的高速度，那么這通常要求有高的采樣速率。因?yàn)橐粋€(gè)干涉結(jié)構(gòu)的各個(gè)的周期通常必須分別在多個(gè)時(shí)間點(diǎn)來(lái)采樣，所以在該樣本I的深度方向上最大可能的掃描速度取決于該探測(cè)器30的最大可能的采樣速率。在采用具有高空間分辨率的快速探測(cè)器陣列、也即每長(zhǎng)度單元有大量探測(cè)器單元的情況下，最大采樣速率典型地處于約IkHz的范圍中。如果干涉結(jié)構(gòu)每周期四個(gè)點(diǎn)被記錄，那么在被耦合入的光14的平均波長(zhǎng)比如為850nm的情況下，這導(dǎo)致約O. lmm/s的、對(duì)于深度掃描的最 大速度。圖6a)示出了一個(gè)典型的干涉信號(hào)的時(shí)間曲線，其中該信號(hào)用每周期各四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)P的采樣速率而被采樣。在該圖中示例地示出了該干涉信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)的四個(gè)這種點(diǎn)。為了提高深度掃描的速度，在本OCT系統(tǒng)中，被耦合入該第一干涉儀10中的光14的強(qiáng)度在時(shí)間上被調(diào)制。這種調(diào)制周期地進(jìn)行，其中該調(diào)制的頻率比多普勒頻率fD大或小確定量、優(yōu)選為直至40%，其中該多普勒頻率fD通過(guò)耦合入的光14的平均波長(zhǎng)λ 0與可移動(dòng)的參考鏡12的速度V來(lái)得出fD = 2ν/ λ 0Ο這種調(diào)制的典型頻率處于在IkHz與25kHz之間的范圍中。代替地或者附加地，也可以利用調(diào)制頻率fM來(lái)調(diào)制由該第一干涉儀10所輸出的、第三部分射束4的光的強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)前述的有利效果。該調(diào)制在此優(yōu)選地在該第三部分射束4的光在該第一干涉儀10的輸出端8上耦合入該第一光導(dǎo)體17期間進(jìn)行。但該強(qiáng)度調(diào)制也可以在第二干涉儀10中在該第三部分射束4的光輸出之前進(jìn)行。為了對(duì)由該第二干涉儀10所輸出的光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，優(yōu)選地設(shè)置了一個(gè)光學(xué)元件，該光學(xué)元件比如設(shè)置在該第一干涉儀10中或者在該第一干涉儀10的輸出端8的區(qū)域中，并且在其傳輸特性或者成像特性上可以有針對(duì)性地被改變。從而比如可以通過(guò)在該第一干涉儀10的輸出端8的區(qū)域中的一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件將由該第一干涉儀10輸出的、該第三部分射束4的光的強(qiáng)度周期地從“高”到“低”進(jìn)行切換。但該光學(xué)元件也可以設(shè)置在該第一干涉儀10的光路中、比如在參考鏡11或12與該第一分束器13之間。該調(diào)制頻率的精確選擇根據(jù)該光源15的耦合入的光14的平均波長(zhǎng)λ ^、深度掃描的期望掃描速度以及該探測(cè)器30的最大采樣速率來(lái)進(jìn)行。優(yōu)選地該調(diào)制頻率如此來(lái)選擇，使得其等于該探測(cè)器30的最大采樣速率或者它的整數(shù)倍。該最大采樣速率在此通過(guò)該探測(cè)器30的最小幀時(shí)間的倒數(shù)值來(lái)給出。該探測(cè)器30的最小幀時(shí)間由用于記錄一個(gè)完整圖像的至少所需的時(shí)間以及該探測(cè)器30的直至能夠記錄下一圖像所度過(guò)的最小滯后時(shí)間(Totzeit)組成。該最小幀時(shí)間通常隨著所記錄的圖像大小的增加而增加。光14的強(qiáng)度調(diào)制的波形優(yōu)選是正弦形或矩形的。后者的波形比如可以簡(jiǎn)單地通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的遮光輪(Chopper-rad) 18 (見圖I)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其他的可能性是聲-光或電-光調(diào)制或液晶調(diào)制。也可以直接調(diào)制該光源15，其方式是該光源如此被控制，使得它輸出具有時(shí)間上被調(diào)制的強(qiáng)度的光14。代替地或附加地，可以如此來(lái)達(dá)到相應(yīng)的效果，即比如設(shè)置在該第一分束器13(見圖I)之前或之后的一個(gè)光學(xué)元件在其傳輸特性或成像特性上進(jìn)行切換。這樣就可以比如通過(guò)一個(gè)自適應(yīng)光學(xué)元件的相應(yīng)切換來(lái)將第三部分射束4到該第一光導(dǎo)體17中的耦合效率周期地從“高”切換到“低”。利用優(yōu)選略微與多普勒頻率有偏差的調(diào)制頻率而對(duì)耦合入的光14的強(qiáng)度的所述調(diào)制在該調(diào)制與該干涉信號(hào)之間產(chǎn)生了一個(gè)低頻的差頻(Schwebung)。
圖6b)示出了由于耦合入的光14的所述調(diào)制而產(chǎn)生的差頻信號(hào)的時(shí)間曲線，其中該差頻信號(hào)如在圖6a)的例子中的干涉信號(hào)一樣用每周期各四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)P的采樣速率而被采樣。在該差頻信號(hào)的采樣中，由于其較小的頻率，它比在圖6a)中的干涉信號(hào)的采樣需要明顯少的每時(shí)間單位的采樣時(shí)間點(diǎn)P，使得在通過(guò)選擇探測(cè)器30而給定的固定采樣頻率的情況下能夠達(dá)到明顯更高的對(duì)于深度掃描的速度。下面更詳細(xì)解釋該方法的另一優(yōu)點(diǎn)。該探測(cè)器30的積分時(shí)間相當(dāng)于如下持續(xù)時(shí)間在該持續(xù)時(shí)間期間該探測(cè)器30探測(cè)在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)P的范圍內(nèi)投射到該探測(cè)器單元上的光并在此進(jìn)行積分。該探測(cè)器30優(yōu)選地如此被驅(qū)動(dòng)，使得該積分時(shí)間僅稍短于幀時(shí)間。該幀時(shí)間在此如此選擇，使得它正好等于一個(gè)調(diào)制周期的持續(xù)時(shí)間或者其整數(shù)倍。在圖6b)中所示的差頻信號(hào)已經(jīng)通過(guò)在兩個(gè)調(diào)制周期持續(xù)時(shí)間上的積分而被獲得。如果提高掃描速度而沒有前述的、光14的強(qiáng)度調(diào)制，那么該探測(cè)器30的幀時(shí)間-并且從而該積分時(shí)間-必須被變短，因?yàn)樵摱嗥绽疹l率會(huì)增加并且從而會(huì)需要在時(shí)間上更密的采樣時(shí)間點(diǎn)P。但是較短的積分時(shí)間會(huì)導(dǎo)致每次積分(Integration)和每個(gè)探測(cè)器單元所收集的光子減少，這由于由光子的統(tǒng)計(jì)特性所產(chǎn)生的所謂的肖特噪聲而將導(dǎo)致信噪比的降低。為了再次改善該信噪比，所耦合入的光14的強(qiáng)度必須與掃描速度成比例地提聞。相反如果借助光14的上述強(qiáng)度調(diào)制來(lái)提高掃描速度，那么該積分時(shí)間就可以保持恒定。由于光14的調(diào)制而僅僅產(chǎn)生了 50%的光損失。在優(yōu)選的調(diào)制頻率的情況下，其中該調(diào)制頻率等于一個(gè)幀時(shí)間倒數(shù)值的二倍，那么就得到了倍數(shù)為8的速度提升。在這種情況下，需要光強(qiáng)比在無(wú)調(diào)制的情況下少四倍，以達(dá)到所述的速度提升。由于調(diào)制而產(chǎn)生的達(dá)50%的光損耗的所述影響從而被過(guò)補(bǔ)償。該光源15的光14的所需強(qiáng)度在所述的方法中從而不必(與無(wú)差頻的直接采樣相反)隨著掃描速度而提高，因?yàn)樵谶@種情況下該探測(cè)器30的積分時(shí)間能夠保持恒定。光調(diào)制的另一優(yōu)點(diǎn)是減少了一次完整三維深度掃描的數(shù)據(jù)量。在一個(gè)折射率為η= 1.4的組織中在記錄橫向大小為512X640個(gè)像素并且掃描深度為Imm的一個(gè)三維數(shù)據(jù)組時(shí)，產(chǎn)生約6G字節(jié)的數(shù)據(jù)。利用光14的上述的強(qiáng)度調(diào)制，數(shù)據(jù)量被降低到750Μ字節(jié)。此外，所述直接獲得的數(shù)據(jù)還必須進(jìn)行附加處理，以顯示圖像結(jié)果。在此降低數(shù)據(jù)量也是非常有利的，因?yàn)橛纱颂幚頃r(shí)間被明顯降低，并從而圖像結(jié)果更迅速地出現(xiàn)。優(yōu)選地如此來(lái)選擇該多普勒頻率和/或該調(diào)制頻率，使得所產(chǎn)生的差頻信號(hào)的周期為該探測(cè)器30的最小幀時(shí)間的整數(shù)倍，也即，該探測(cè)器30的最大采樣速率為該差頻信號(hào)的頻率的整數(shù)倍。如果把光14調(diào)制的周期長(zhǎng)度選擇為該探測(cè)器30的最小幀時(shí)間，那么該掃描速度相對(duì)于在光14不調(diào)制時(shí)的掃描速度而提 高了 4倍。相反如果選擇一個(gè)最小巾貞時(shí)間是兩個(gè)調(diào)制周期，那么該掃描速度就提高8倍。圖6c)示出了在光14不調(diào)制以及調(diào)制時(shí)在圖6a)及6b)中所示干涉信號(hào)或差頻信號(hào)的包絡(luò)Eu或Em。包絡(luò)Eu及Em的每個(gè)點(diǎn)P'在此與所屬干涉信號(hào)及差頻信號(hào)的采樣時(shí)間點(diǎn)P相對(duì)應(yīng)。由相應(yīng)的包絡(luò)Eu或Em導(dǎo)出信息，由這些信息來(lái)組合為樣本I的首先一維、二維以及最后三維圖像。如同試驗(yàn)所示出的，通過(guò)所實(shí)施的強(qiáng)度調(diào)制，盡管測(cè)量點(diǎn)P及P'的數(shù)量明顯較少，相對(duì)于無(wú)強(qiáng)度調(diào)制的常規(guī)系統(tǒng)也不會(huì)出現(xiàn)有關(guān)系的信息損失。總之，通過(guò)對(duì)耦合入的光14的強(qiáng)度的所述調(diào)制，深度掃描的最大可能速度被倍增，而不會(huì)在信號(hào)分析中出現(xiàn)明顯的信息損失。5.探測(cè)器系統(tǒng)的敏感性的調(diào)制上述的、對(duì)耦合入該第一干涉儀10中的光14以及對(duì)由該第一干涉儀輸出的該第三部分射束4光所進(jìn)行的強(qiáng)度調(diào)制的原理可以類似地轉(zhuǎn)用到該探測(cè)器系統(tǒng)的敏感性上，其中該探測(cè)器系統(tǒng)主要包括該探測(cè)器30和該探測(cè)器物鏡31，其方式是該探測(cè)器系統(tǒng)、尤其該探測(cè)器30的敏感性針對(duì)要探測(cè)的光而利用如下頻率來(lái)調(diào)制該頻率優(yōu)選比該多普勒頻率fD大或小確定的量、尤其直至40%。在此，由該樣本I所反射的并被投射到該探測(cè)器30上的光被疊加(ueberlagert)，連同探測(cè)器系統(tǒng)30，31的敏感性被調(diào)制，使得該探測(cè)器30在探測(cè)投射到該探測(cè)器30上的干涉圖案時(shí)不是生成具有很多周期的高頻干涉信號(hào)、而是生成低頻差頻信號(hào)(Schwebungssignal)，該差頻信號(hào)具有比該高頻干涉信號(hào)明顯較少的周期。在采樣該差頻時(shí)，從而每時(shí)間單位需要比沒有調(diào)制該探測(cè)器系統(tǒng)30、31的敏感性而采樣該高頻干涉信號(hào)時(shí)明顯少的采樣時(shí)間點(diǎn)。該探測(cè)器30的敏感性比如可以直接或利用設(shè)置在該探測(cè)器30之前的可控電子快門來(lái)調(diào)制(modulieren)。代替地或附加地，可以調(diào)制在該探測(cè)器系統(tǒng)中的光學(xué)元件的特性，比如該探測(cè)器物鏡31針對(duì)由樣本I所反射的光的透射率。該探測(cè)器30的敏感性的直接調(diào)制的原理借助圖7來(lái)詳細(xì)解釋，其中圖7示出了一個(gè)充分示例性的電路。一個(gè)CMOS探測(cè)器的每個(gè)探測(cè)器單元80可以在等效電路圖上簡(jiǎn)化示出為光電二極管81,其中光電二極管利用一個(gè)電壓Ul來(lái)偏置?？蛇x地，給該光電二極管81并聯(lián)歐姆電阻和電容。通過(guò)利用光對(duì)該探測(cè)器單元80的照射，在該光電二極管81中產(chǎn)生了載流子，載流子觸發(fā)一個(gè)電流11，該電流在電子積分器83的電容82中被累加。通過(guò)借助一個(gè)開關(guān)84周期地接通和斷開該積分，其中用調(diào)制頻率fM來(lái)控制該開關(guān)，電荷量用該調(diào)制頻率fM被調(diào)制、并且從而當(dāng)前相應(yīng)探測(cè)的光強(qiáng)用該調(diào)制頻率fM被調(diào)制。通過(guò)一個(gè)采樣-保持級(jí)87，相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)被提取并輸送至另一處理。其他的開關(guān)85和86用于控制積分的復(fù)位以及該探測(cè)器信號(hào)的提取。與上述的耦合入光14或輸出光4的強(qiáng)度調(diào)制相類似，在該變型方案中不是獲得高頻干涉信號(hào)而是獲得低頻差頻信號(hào)(參見圖6a)及b))，其中該差頻信號(hào)可以利用明顯少的采樣時(shí)間點(diǎn)P而被采樣，而不會(huì)丟失在此有關(guān)系的信息。在該探測(cè)器30的一個(gè)給定最大采樣速率的情況下，這導(dǎo)致該系統(tǒng)的深度掃描的最大速度可以提高一個(gè)倍數(shù)。如同在耦合入光14或輸出光4的調(diào)制中(見第4節(jié))一樣，在此還通過(guò)合適地選擇該探測(cè)器系統(tǒng)30、31的敏感性的調(diào)制頻率，與具有恒定探測(cè)器敏感性的系統(tǒng)相比，該掃描速度被提高了4或甚至8倍。該第二參考鏡12的移動(dòng)速度與該探測(cè)器30的敏感性的調(diào)制頻率有一個(gè)固定的關(guān)系，并且優(yōu)選地如此來(lái)選擇該第二參考鏡12的移動(dòng)速度，使得在形成的差頻信號(hào)的一個(gè)周期持續(xù)時(shí)間中度過(guò)整數(shù)的采樣時(shí)間點(diǎn)、優(yōu)選四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)(參見圖6b))。這樣所采樣的差頻信號(hào)在可視化之前還必須被處理，因?yàn)樵谠撔盘?hào)中還包含有干涉信息。應(yīng)該被可視化的基本信息是相應(yīng)干涉的幅度和深度位置，但不是干涉結(jié)構(gòu)本身。為此，該差頻信號(hào)必須被解調(diào)，也即確定該差頻信號(hào)的包絡(luò)(參見圖6c)中的Em)。 因?yàn)樵摬铑l信號(hào)的相位通常是未知的，并且該相位對(duì)于來(lái)自不同深度的不同差頻信號(hào)也可能是不同的，所以采用了一種數(shù)字解調(diào)算法，該算法與該相位無(wú)關(guān)。優(yōu)選地針對(duì)具有每周期四個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)的干涉信號(hào)采樣而使用了所謂90°相移算法。由此實(shí)現(xiàn)了對(duì)該差頻信號(hào)的快速解調(diào)。6.具有非對(duì)稱林尼克干涉儀的測(cè)暈頭下面借助圖4、8和9來(lái)更詳細(xì)解釋測(cè)量頭的構(gòu)造，其中該測(cè)量頭包含該第二干涉儀20。該第二干涉儀20是一種所謂的林尼克干涉儀。圖8示出了這種林尼克干涉儀的一種典型構(gòu)造的例子，其具有分束器77、參考鏡78、探測(cè)器79和樣本70。在這種林尼克干涉儀中，出于小型化而設(shè)置了限制，這尤其適于所使用的光學(xué)元件諸如物鏡75和76及透鏡71和74的直徑以及幾何構(gòu)造。該樣本物鏡75或參考物鏡76以及其到分束器77的距離q基本相同。在本OCT系統(tǒng)所使用的林尼克干涉儀中，樣本物鏡和參考物鏡41及46到該第二分束器24(見圖4)的距離由于焦點(diǎn)跟蹤通常并不是對(duì)于所有掃描深度都是相同的。從而可能在該樣本圖像和參考圖像的圖像中心與圖像邊緣之間導(dǎo)致大的相對(duì)光程差(OPD)。這可能導(dǎo)致要探測(cè)的干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率(Ortsfrequenz)大于該二維探測(cè)器30的分辨率，由此該干涉不再或者僅僅不足以可靠地被探測(cè)。為了避免這個(gè)缺點(diǎn)，在本OCT系統(tǒng)的第二干涉儀20中不同地(“非對(duì)稱”)實(shí)施該樣本物鏡41和參考物鏡46，并相互協(xié)調(diào)，這在下文中借助圖4來(lái)詳細(xì)解釋。該樣本物鏡41、尤其該透鏡42到該第二分束器24的距離p選擇得非常小。對(duì)于上面的掃描位置，其中在該掃描位置上由位于樣本I的表面附近的截面(參見圖2a))所反射的光被探測(cè)，該距離P優(yōu)選地在I和3mm之間。從而在該樣本臂和參考臂22及23中的透鏡42及49的直徑在同時(shí)高的光輸出的情況下可以選擇得非常小。在輸出臂27中的另一組透鏡47連同該樣本物鏡及參考物鏡41及46 —起構(gòu)成了該樣本光學(xué)裝置及參考光學(xué)裝置。樣本光學(xué)裝置和參考光學(xué)裝置遠(yuǎn)心地在該樣本I側(cè)或該第三參考鏡25側(cè)。遠(yuǎn)心光學(xué)裝置其特點(diǎn)在于，物鏡距離可以被改變，并且盡管如此可圖像大小保持恒定。這通過(guò)一種孔徑光闌來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于樣本I成像的數(shù)值孔徑是相對(duì)大的，優(yōu)選地約O. 3。相反樣本I的照明的數(shù)值孔徑小于用于樣本I成像的數(shù)值孔徑，并且優(yōu)選地具有O. 2的值。由此結(jié)合樣本光學(xué)裝置及參考光學(xué)裝置的遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)而獲得的優(yōu)點(diǎn)是，在傾斜的樣本結(jié)構(gòu)上所反射的光也被該樣本物鏡41收集，因?yàn)樵摌颖疚镧R41的接受角大于該照明圓錐的發(fā)散角。相反如果針對(duì)照明的數(shù)值孔徑和成像的一樣大，那么在傾斜的樣本結(jié)構(gòu)上進(jìn)行反射時(shí)收集的光比在垂直于光軸的結(jié)構(gòu)上所進(jìn)行反射時(shí)收集的光少。通過(guò)在照明臂21中選擇該照明物鏡48來(lái)實(shí)現(xiàn)在該樣本臂22中針對(duì)照明的較小數(shù)值孔徑。在該參考臂23中的數(shù)值孔徑等于或略大于該照明臂21的數(shù)值孔徑。這尤其在這里所使用的折疊的林尼克干涉儀的情況下是有利的，因?yàn)橛纱嗽搮⒖嘉镧R46可以相對(duì)簡(jiǎn)單地與該樣本物鏡41相適配，并且此外還可以緊湊地被實(shí)現(xiàn)。穿過(guò)該參考物鏡46的透鏡49 (包括在透鏡49之間的可能的空氣間隔)的光程短
于穿過(guò)該樣本物鏡41的透鏡組42的光程。通過(guò)這種措施，實(shí)現(xiàn)了使樣本臂和參考臂22及23的像場(chǎng)拱曲(Bildfeldwolbung )盡可能一致地位于所使用的掃描深度的中心。另外還保證了在深度掃描的上端和下端上在圖像中心和圖像邊緣之間的最大光程差(OPD)是足夠小的，以保證該干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率，其中該空間頻率是足夠小的，以在該探測(cè)器30方面滿足尼奎斯特條件。從而來(lái)自該樣本I的所關(guān)注空間單元33中不同深度的干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率總是小于該二維探測(cè)器30的分辨率。該干涉結(jié)構(gòu)從而在該樣本I的所關(guān)注空間單元33的任何深度上都總是以高的可靠性被探測(cè)。這在圖9a)至c)中示出，其中示出了在深度掃描期間在三個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)該第二干涉儀20的橫截面的一個(gè)樣本側(cè)片段。在一個(gè)第一時(shí)間點(diǎn)(見圖9a))，該相干門K位于該樣本I的所關(guān)注空間單元33的一個(gè)上層34中(參見圖2a))。在此，該樣本物鏡41到該第二分束器24具有一個(gè)小的距離，并且到該材料層43或到該樣本I具有一個(gè)相對(duì)大的距離。在此所獲得的干涉結(jié)構(gòu)在圖9a)的右邊示出，并且具有如下周期長(zhǎng)度該周期長(zhǎng)度相應(yīng)于在相應(yīng)的兩個(gè)彼此相繼的明環(huán)或暗環(huán)之間的距離。該周期長(zhǎng)度大于該探測(cè)器30的單個(gè)探測(cè)器單元(像素)的中心-中心距離(間距(Pitch))，也即該干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率小于該探測(cè)器30的分辨率，其中該空間頻率相應(yīng)于該周期長(zhǎng)度的倒數(shù)值，該探測(cè)器30分辨率相應(yīng)于該探測(cè)器30的像素的中心距離的倒數(shù)值，由此滿足尼奎斯特條件。由此保證了該干涉結(jié)構(gòu)可以可靠地被該探測(cè)器30探測(cè)。在一個(gè)第二時(shí)間點(diǎn)(見圖9b))，該相干門K位于該樣本I的所關(guān)注空間單元33的一個(gè)中間層35中(參見圖2a))。該樣本物鏡41位于如下位置該位置比在圖9a)中離該第二分束器24遠(yuǎn)一些并離該材料層43近一些。在這種情況下該干涉結(jié)構(gòu)具有比在圖9a)中大的周期長(zhǎng)度，這樣在該時(shí)間點(diǎn)也滿足尼奎斯特條件。在一個(gè)第三時(shí)間點(diǎn)(見圖9c))，該相干門K位于該樣本I的所關(guān)注空間單元33的一個(gè)深層35中(參見圖2a))。該樣本物鏡41位于如下位置該位置比在圖9b)中離該第二分束器24更遠(yuǎn)并離該材料層43更近。在這種情況下該干涉結(jié)構(gòu)具有與在圖9a)中所示時(shí)間點(diǎn)大致相同的周期長(zhǎng)度，這樣在該深度掃描位置中也滿足尼奎斯特條件。由于所述的該樣本物鏡和參考物鏡41及46的非對(duì)稱構(gòu)造，可以實(shí)現(xiàn)該樣本物鏡和參考物鏡41及46到該第二分束器24的不同距離或光程P或r。在所示的例子中，從而該樣本物鏡41可以以距離p來(lái)靠近該第二分束器24，由此可以在高的光效率的情況下實(shí)現(xiàn)透鏡42的小的直徑。同時(shí)該參考物鏡46也可以以明顯較大的距離r(r > p)遠(yuǎn)離該第二分束器24地來(lái)設(shè)置，由此實(shí)現(xiàn)了該第二干涉儀20的折疊(Faltung)，其中該參考臂和照明臂23及21相對(duì)于其在未折疊林尼克干涉儀(參見圖8)中的位置分別傾斜了 90°，并從而平行于該樣本臂22延伸。這樣就實(shí)現(xiàn)了該測(cè)量頭的一種非常細(xì)的形式，并同時(shí)保證了通過(guò)該參考光學(xué)裝置或樣本光學(xué)裝置而生成的、在該探測(cè)器30上的圖像對(duì)于所有掃描深度都是大小相同的并且良好置加的。通過(guò)該參考物鏡46的上述實(shí)施，為折疊而必要的該光程的一部分被補(bǔ)償。該參考物鏡46從而在光學(xué)上短于該樣本物鏡41。由此該第一干涉儀10的實(shí)施變得更簡(jiǎn)單，因?yàn)橛纱嗽摰谝桓缮鎯x10的兩個(gè)干涉儀臂不必為了滿足出現(xiàn)干涉的相干條件而強(qiáng)烈地相互區(qū)別。
在該參考臂及樣本臂23及22中的光程差優(yōu)選地至少是最大掃描深度Tm(見圖3a)和b))的兩倍大。該最大光學(xué)掃描深度Tm說(shuō)明，在該樣本I表面之下直至哪個(gè)深度都滿足出現(xiàn)干涉的相干條件并獲得相應(yīng)的干涉圖案。從而保證了把該參考鏡12在該第一干涉儀10中的位置與在該樣本I中的確定深度明確而簡(jiǎn)單地相對(duì)應(yīng)。7.單模預(yù)調(diào)制和多模光纖在該第一干涉儀10的、在此優(yōu)選以所謂自由輻射光學(xué)裝置的構(gòu)造中，在使用通常采用的空間短光源或非相干光源的情況下，在該第一干涉儀10的輸出端8的區(qū)域中需要一個(gè)相對(duì)耗費(fèi)的物鏡，以便把所輸出的光盡可能高效地耦合入該第一光導(dǎo)體17中并在此以避免光學(xué)損耗。從而不僅該第二干涉儀20的光學(xué)構(gòu)造，其中該第二干涉儀20對(duì)于內(nèi)窺鏡應(yīng)用應(yīng)盡可能緊湊地設(shè)計(jì)，而且該第一干涉儀10的光學(xué)裝置的構(gòu)造也會(huì)受限。此外在通常采用的空間短光源或非相干光源的情況下限制了必要時(shí)對(duì)光功率的提升。為了避免這些缺點(diǎn)，作為光源15，在本OCT系統(tǒng)中采用了分別具有高空間相干性的一個(gè)或多個(gè)單模光源比如超輻射發(fā)光二極管(SLED)、短脈沖激光器或超連續(xù)激光器。該光源15的光14被稱合入該第一干涉儀10中,其中僅相應(yīng)于單個(gè)模式(單模,Singlemode)的所謂高斯模式被傳輸。在經(jīng)過(guò)該第一干涉儀10之后，所耦合入的光14的空間相干性才被破壞，其方式是在該第一干涉儀10的輸出端8上的光被稱合入該第一光導(dǎo)體17中,其中該第一光導(dǎo)體具有非常長(zhǎng)的多模光纖。多模光纖是如下光纖其數(shù)值孔徑和芯直徑允許在光的確定波長(zhǎng)情況下不僅能夠構(gòu)造一個(gè)光纖模式，而且能夠激發(fā)許多不同的光纖模式。一個(gè)光纖是單模光纖還是多模光纖，可以通過(guò)所謂的V數(shù)V來(lái)評(píng)估V = NA
A其中λ表不是f禹合入該光纖中的光的波長(zhǎng)，d表不該光纖的芯直徑，NA表不該光纖的數(shù)值孔徑。耦合入該光纖中的光的波長(zhǎng)λ在此優(yōu)選與耦合入該第一干涉儀10中的光14的平均波長(zhǎng)λ ^相一致。如果該V數(shù)大于約2. 4，那么它就是多模光纖。在該第一光導(dǎo)體17中優(yōu)選采用的多模光纖典型地具有約IOOm數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)度，并優(yōu)選地大部分都纏繞在一個(gè)繞組19上,如在圖I中所不。該多模光纖的芯直徑優(yōu)選地處于約200 μ m至約400 μ m之間。非常長(zhǎng)的、細(xì)的并優(yōu)選纏繞的多模光纖可以在該第一光導(dǎo)體17中可選地與一個(gè)相對(duì)短的、粗的光纖(未示出)相組合，該粗光纖的直徑處于約一毫米的范圍中，其長(zhǎng)度處于幾米的范圍中。通過(guò)破壞該單模光源15的光的空間相干性，避免了由該樣本I中兩個(gè)不同位置所反射的光可以進(jìn)行干涉，這也稱作所謂的相干串?dāng)_。相干串?dāng)_的有效地抑制此外還導(dǎo)致對(duì)不期望的散射光的有效抑制，其中散射光在光源具有高空間相干性的情況下同樣會(huì)有助于干涉，并且結(jié)果會(huì)導(dǎo)致不清晰的、模糊的圖像-類似于在乳白玻璃之后的圖像。以上述的方式來(lái)對(duì)空間相干性進(jìn)行有效的破壞，由此對(duì)散射光的探測(cè)被大大降低，并最后獲得清晰的圖像。在該第一干涉儀10中所生成的預(yù)調(diào)制信息、也即通過(guò)移動(dòng)該第二參考鏡12而形 成的對(duì)所耦合入的光14的頻譜調(diào)制，在通過(guò)該第一光導(dǎo)體17的非常長(zhǎng)的多模光纖對(duì)光進(jìn)行傳輸時(shí)卻并沒有被改變。這從而保證了該第一干涉儀10的兩個(gè)臂在該多模光纖中生成了具有相同模式分布(Modenverteilung)和相同相位的相同模式。每個(gè)模式本身則都傳輸預(yù)調(diào)制信息，其中這些單個(gè)模式都不相互耦合。從而這實(shí)現(xiàn)了在該第一干涉儀10中的第一和第二部分射束2及3(見圖I)共線(kollinear)并精確疊加成一個(gè)第三部分射束4，之后它們?nèi)肷涞皆摰谝还鈱?dǎo)體17的多模光纖中。光到該第一光導(dǎo)體17中的入射在此確定了在該多模光纖中所激發(fā)的模式(Moden)的數(shù)量和分布。為了尤其有效地破壞空間相干性，在此有利的是，選擇其中激發(fā)盡可能多模式的一種耦合入射。這尤其可以如此來(lái)進(jìn)行，即，如在圖IOa)和IOb)中所示，光射束的、也即該第三部分射束4的焦點(diǎn)55并不是位于該第一光導(dǎo)體17的多模光纖的端面(Facette) 9也即該入射面上，和/或該第三部分射束4的光射束被傾斜地耦合入該第一光導(dǎo)體17的多模光纖中，其中該光射束的光軸56相對(duì)于該第一光導(dǎo)體17的多模光纖的中軸57而傾斜，并與該中軸成角度ω，該角度優(yōu)選地處于5°至40°之間。這樣一方面空間相干性被最大地抑制，并且另一方面該多模光纖的端面9的照明變得更均勻。此外在圖IOa)和IOb)中還示出了在該第一光導(dǎo)體17中所使用的多模光纖的芯直徑d。高相干的光14到該第一干涉儀10中的耦合入與接著該第三部分射束4的在該第一干涉儀10中被頻譜調(diào)制的光到該第一光導(dǎo)體17中的耦合入相結(jié)合，使得能夠非常簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)在該第一干涉儀10的輸出端8的區(qū)域中的光學(xué)裝置。因?yàn)樵谠撛碇袕?qiáng)光的相干光源、比如SLED、短脈沖激光器或超連續(xù)激光器可以被用作光源15，所以比利用常規(guī)采用的空間不相干光源而能夠達(dá)到明顯更高的功率密度。所獲得的圖像信息的信噪比從而被明顯改善?？商鎿Q于在此所示和所述的自由輻射干涉儀，在采用這種原理的情況下該第一干涉儀10也可以完全作為光纖干涉儀來(lái)設(shè)計(jì)。那么所述深度掃描就可以比如不是通過(guò)移動(dòng)該第二參考鏡12，而是借助一個(gè)所謂的光纖延伸器通過(guò)延伸該第一干涉儀10的兩個(gè)臂之一中的光纖而被實(shí)施。8.通過(guò)光纖束的圖像傳輸如前面所詳細(xì)解釋的，在本OCT系統(tǒng)中通過(guò)在該第一干涉儀10中宏觀移動(dòng)該參考鏡12來(lái)實(shí)施深度掃描，而由該樣本I所反射的光通過(guò)該第二干涉儀20和該第二光導(dǎo)體29被轉(zhuǎn)送到該二維探測(cè)器30并由其來(lái)探測(cè)。作為第二光導(dǎo)體29采用了由多個(gè)單光纖組成的光纖束。光纖束通常具有高的數(shù)值孔徑，該數(shù)值孔徑在技術(shù)上是受限的并處于O. 4或更高的范圍中。此外通常的光纖束的端面、也即入射和出射橫截面的填充系數(shù)是相對(duì)較小的。這兩個(gè)因素在由該樣本I反射的光從該第二干涉儀20到該探測(cè)器30的傳輸中將導(dǎo)致不期望的光損失。為了在傳輸由該樣本I所反射的光時(shí)獲得具有微小光損失和信息損失的一種盡可能緊湊的OCT系統(tǒng)，采用了下文更詳細(xì)解釋的光纖束。圖11示出了所使用的光纖束的端面中的一個(gè)片段50，其中光纖束，如借助放大顯示的子區(qū)域51所能看到的，由多個(gè)單光纖52組合而成，所述單光纖具有一個(gè)中心距離d2(所謂的光纖間距)。圖12示出了所使用的探測(cè)器30的一個(gè)片段，其中該探測(cè)器包含有多個(gè)設(shè)置于一 個(gè)面中的探測(cè)器單元80，該探測(cè)器單元80具有一個(gè)中心距離dl (所謂的像素間距)。在這里的OCT系統(tǒng)中，該光纖束的單光纖52的光纖間距d2小于該探測(cè)器30的探測(cè)器單元80的像素間距dl。為了在高空間分辨率情況下實(shí)現(xiàn)盡可能大的視場(chǎng)，該光纖束由至少100000、優(yōu)選由約300000個(gè)單光纖52組成。該探測(cè)器30的探測(cè)器單元80的數(shù)量?jī)?yōu)選地為約328000，并從而處于與單光纖52的數(shù)量相同的數(shù)量級(jí)中。如在圖13中所示，在該入射和出射面7及6的區(qū)域中該第二光導(dǎo)體29的光纖束橫截面的形狀優(yōu)選地與該探測(cè)器30的幾何形狀相適配，其中尤其是該入射面7在該第二干涉儀20側(cè)的形狀基本等同于該出射面6在該探測(cè)器物鏡31或探測(cè)器30側(cè)的形狀(見圖I)。該入射和出射面7及6的各形狀、尤其是其長(zhǎng)寬比在此基本與該探測(cè)器30的優(yōu)選矩形的形狀相一致。在圖14a)中不例地不出了該光纖束的兩個(gè)單光纖52。單光纖52具有光纖芯65和光纖外套66。在該光纖束所優(yōu)選使用的單光纖52中,相應(yīng)光纖芯65與光纖外套66的厚度d3及d4之比d3/d4(所謂的芯/外套比)如此來(lái)選擇，使得在由于從光纖52側(cè)面出射的光(所謂的消散波)引起的光損失盡可能小的情況下獲得盡可能高的填充系數(shù)。該填充系數(shù)在此通過(guò)單光纖52的整個(gè)橫截面與光纖芯65的面積之比來(lái)給出。在該光14的波長(zhǎng)比如為1300nm的情況下，所使用的光纖束優(yōu)選地具有11 μ m的光纖間距d2、I. 7 μ m的單光纖52的外套厚度d4以及6. 8 μ m的芯直徑d3。由芯直徑d3和兩倍外套厚度d4之和而得到的、單光纖52的直徑在該情況中為10. 2 μ m,并從而略小于該光纖間距d2，因?yàn)樵谠摴饫w束的制造過(guò)程中還要生成圍繞每個(gè)單光纖52的第二外套(未示出)。在圖14b)中示出了在圖14a)中所示的單光纖52的擴(kuò)展方案的一種變型方案。在該變型方案中，單光纖52的各個(gè)光纖芯65被嵌入到由玻璃和塑料構(gòu)成的一種基質(zhì)(Matrix)66中，該基質(zhì)分別構(gòu)成了每個(gè)單個(gè)光纖芯65的光纖外套。在該變型方案中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的單光纖52共同擁有其光纖外套的一部分。相當(dāng)于外套厚度的、相鄰光纖芯64的距離d4由此能夠相對(duì)于分別具有自己的光纖外套的上述單光纖而被減少，其中消散波的出射被進(jìn)一步有效地抑制。光纖芯面積與總的光纖面積的面積之比由此變得尤其大。該芯直徑d3與該外套厚度d4的商在此處于在約5至8之間的范圍中。該第二干涉儀20如此來(lái)構(gòu)造，使得針對(duì)所有掃描深度都獲得一個(gè)橫向干涉圖案，其空間頻率低于該光纖束的單光纖52的空間頻率，其中尤其必須滿足尼奎斯特條件。這在圖15中示出。如在該橫向干涉圖案60的放大片段61中所能看出的，在該干涉圖案60的兩個(gè)彼此相繼干涉最小值63 (暗環(huán))之間的周期長(zhǎng)度比該光纖束的單光纖52的中心距離(光纖間距)大幾倍，光纖束的入射面6(見圖I)在此以片段的形式并以相應(yīng)的放大來(lái)示出。相應(yīng)地，該干涉圖案60的空間頻率明顯小于該光纖束的單光纖52的空間頻率。相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)中所公開的系統(tǒng)，其中該探測(cè)器安裝于該干涉儀中，通過(guò)使用上述的光纖束獲得了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，這在下文中更詳細(xì)描述。出于技術(shù)原因，對(duì)波長(zhǎng)處于約1300nm范圍中的光敏感的InGaAs CMOS探測(cè)器的像素間距dl可以并不遠(yuǎn)小于20 μ m。在本OCT系統(tǒng)中優(yōu)選采用的光纖束具有10 μ m的光纖間 距d2，并從而在相同分辨率的情況下具有比該探測(cè)器明顯更小的橫截面。這允許比其中探測(cè)器安裝到測(cè)量頭之中的系統(tǒng)明顯更緊湊地來(lái)構(gòu)造該測(cè)量頭。此外，在現(xiàn)有技術(shù)的所述系統(tǒng)中，由于所需的非常高的探測(cè)器采樣速率，數(shù)據(jù)從測(cè)量頭到連接在后面的電子裝置的傳輸將需要具有及其高的速度。此外在該測(cè)量頭中還必須集成Α/D變換器。在由該樣本I所獲得的圖像信息通過(guò)被構(gòu)造為光纖束的第二光導(dǎo)體29向與該第二干涉儀20相分離的探測(cè)器30進(jìn)行所述轉(zhuǎn)送的情況下，避免了這些缺點(diǎn)。因?yàn)樵诒綩CT系統(tǒng)中從而在該測(cè)量頭中不需要用于圖像探測(cè)和/或圖像處理的電子裝置，所以就不存在可能導(dǎo)致測(cè)量頭的不期望的溫升的熱損失。因?yàn)樵谠摰诙鈱?dǎo)體29中優(yōu)選地選擇了一個(gè)光纖間距d2(比如11 μ m)，該光纖間距小于該探測(cè)器30的最小可能的像素間距dl (大多大于或等于20 μ m)，在相同橫向分辨率的情況下相對(duì)于按照現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)可以降低在該測(cè)量頭中對(duì)從該樣本I所獲得的圖像的放大，這實(shí)現(xiàn)了在該第二干涉儀20中的、更簡(jiǎn)單和更小的光學(xué)裝置。為了在從該樣本I或從該第三參考鏡25到該探測(cè)器30的光傳輸及圖像信息傳輸中提高光效率，對(duì)本OCT系統(tǒng)的各個(gè)部件的數(shù)值孔徑進(jìn)行匹配，尤其該樣本物鏡41和在輸出臂27中的透鏡47的孔徑以及該參考物鏡46和該第二光導(dǎo)體29的光纖束的孔徑、該探測(cè)器物鏡31以及該探測(cè)器30的孔徑。這在下文中借助圖1、4和16來(lái)詳細(xì)解釋。圖16示出了由大量單光纖52組合而成的第二光導(dǎo)體29在該入射面7的區(qū)域中的一個(gè)片段。從該第二干涉儀20出射的、會(huì)聚的光束58具有一個(gè)孔徑角α，并相對(duì)于該入射面7的法線以一個(gè)入射角β投射到該光導(dǎo)體29。該第二光導(dǎo)體27的單光纖52具有一個(gè)孔徑角Y，在該孔徑角內(nèi)投射的光可以被單光纖52探測(cè)。該孔徑角Y通過(guò)該單光纖52的數(shù)值孔徑來(lái)給出。為了保證盡可能高的光效率，優(yōu)選地規(guī)定，該光束58的孔徑角α與該入射角β之和小于該光纖束29的單光纖52的孔徑角Y α +β < γ。從而保證了該光束58的投射到單光纖52上的全部光都入射到其中，并被傳輸至該第二光導(dǎo)體29的出射面6。該光束58的為此所需的孔徑角α和入射角β通過(guò)相應(yīng)地設(shè)計(jì)該樣本物鏡和/或參考鏡和/或輸出物鏡41、46及47來(lái)實(shí)現(xiàn)。這尤其如此來(lái)實(shí)現(xiàn)，即樣本物鏡和輸出物鏡41/47及參考物鏡和輸出物鏡46/47這兩個(gè)物鏡組合放大地進(jìn)行成像，也即在該光纖束的入射面7( “圖像側(cè)”)的區(qū)域中該光束58的孔徑角α小于在該樣本I側(cè)(“物鏡側(cè)”)的孔徑角(未示出)。從而可以以簡(jiǎn)單的方式在該樣本I側(cè)實(shí)現(xiàn)大的孔徑角，由此實(shí)現(xiàn)了高的光收集效率。連同至該第二光導(dǎo)體29的光纖束中的無(wú)損失的光耦合輸入，由此在探測(cè)由該樣本I所反射的光時(shí)保證了一個(gè)總的非常高的光效率，并從而達(dá)到高的圖像質(zhì)量。代替地或附加地，為了提高光效率，把該探測(cè)器物鏡31的光纖束側(cè)的數(shù)值孔徑與該第二光導(dǎo)體29的光纖束的數(shù)值孔徑進(jìn)行匹配。該探測(cè)器物鏡31的孔徑角在此大于該光纖束的單光纖52的孔徑角Y。 優(yōu)選地，該探測(cè)器物鏡31在該光纖束側(cè)是遠(yuǎn)心的(telezentrisch)。由此可以以簡(jiǎn)單的方式來(lái)對(duì)該光纖束的輻射特性進(jìn)行計(jì)算。在該輸出面6上的視場(chǎng)角對(duì)于在該輸出面6上的每個(gè)位置都等于零。隨著光束至該探測(cè)器30上的入射角的增加，由該探測(cè)器30所探測(cè)光功率變小。為了保證盡可能高的光效率，從而規(guī)定，把光束到該探測(cè)器30上的入射角保持得盡可能小。這優(yōu)選地通過(guò)該第二光導(dǎo)體29的光纖束在該探測(cè)器30上的放大成像以及該探測(cè)器物鏡31在該探測(cè)器30側(cè)的遠(yuǎn)心設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在使用所述光纖束用于圖像傳輸時(shí)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，該系統(tǒng)的總放大M可以被劃分為兩個(gè)步驟，即在該測(cè)量頭、也即在該第二干涉儀20中的第一放大M1，以及在該探測(cè)器物鏡31中的第二放大M2。從而在該測(cè)量頭中的物鏡41、47和47的第一放大Ml可以小于對(duì)于該OCT系統(tǒng)的標(biāo)稱分辨率所需的總放大M。這通過(guò)以下的例子來(lái)闡明在像素間距為20 μ m,光纖間距為10 μ m,且標(biāo)稱分辨率為2. 5 μ m的情況下，通過(guò)如上所述而構(gòu)造的、該第二光導(dǎo)體29的光纖束可以在該測(cè)量頭中實(shí)現(xiàn)放大Ml = 4，在探測(cè)器物鏡31中實(shí)現(xiàn)放大M2=2,以獲得一個(gè)總放大M = Ml XM2 = 8。相反,在不通過(guò)所述光纖束進(jìn)行圖像傳輸?shù)那闆r下，在該測(cè)量頭中必須產(chǎn)生一個(gè)等于總放大M = 8的放大。上述光纖束的使用從而所具有的優(yōu)點(diǎn)是，總放大M并不是必須單獨(dú)地由該第二干涉儀20的物鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得該測(cè)量頭的樣本物鏡和/或參考物鏡和/或輸出物鏡41、46及47可以簡(jiǎn)單而空間節(jié)省地被構(gòu)建，由此該測(cè)量頭總體可以明顯更緊湊地來(lái)構(gòu)造。如在圖4所示的一個(gè)第二干涉儀20的例子中，由此該樣本物鏡41或該第二干涉儀20的輸出物鏡的透鏡47的平均直徑Dl可以優(yōu)選地選擇得小于在該入射面7的區(qū)域中該第二光導(dǎo)體29的直徑D2 D1 < D2。9.該OCT系統(tǒng)的運(yùn)行樽式上述的OCT系統(tǒng)可以運(yùn)行于三個(gè)不同的運(yùn)行模式。該運(yùn)行模式是兩個(gè)實(shí)時(shí)模式以及一個(gè)靜態(tài)運(yùn)行模式，其中在所述實(shí)時(shí)模式中樣本的OCT圖像以每秒約5到10個(gè)圖像的高速率而被生成。在該第一運(yùn)行模式、實(shí)時(shí)模式I中，該樣本I的二維深度截面被實(shí)時(shí)地生成(所謂的切片)。這如下地來(lái)實(shí)現(xiàn)即作為探測(cè)器30采用了一種CMOS照相機(jī)，該照相機(jī)允許調(diào)節(jié)一個(gè)所謂的關(guān)注窗口(WOI)，在該關(guān)注窗口中該探測(cè)器30的僅僅一個(gè)部分面是對(duì)于光敏感的，并把光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)。敏感照相面的減少與照相速度的明顯提高相關(guān)聯(lián)；在這種調(diào)節(jié)下可以比在全圖像模式中每秒生成更多的照相圖像。在該實(shí)時(shí)模式I中優(yōu)選選擇一個(gè)WOI，該WOI在一個(gè)方向上相應(yīng)于全部的照相長(zhǎng)度或?qū)挾?比如640像素)，并在另一方向上——由相應(yīng)照相機(jī)的類型來(lái)給定——具有最小可能數(shù)量的像素(比如4像素)。從而該照相機(jī)的速度被進(jìn)一步提高，使得OCT圖像可以實(shí)時(shí)地被記錄。這優(yōu)選結(jié)合耦合入該第一干涉儀10中的以及從該第一干涉儀10輸出的光14及4的強(qiáng)度調(diào)制或者該探測(cè)器系統(tǒng)30、31的敏感性調(diào)制(見上面的第3及第4節(jié))來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖17示出了一個(gè)探測(cè)器面F1，其由第一數(shù)量NI的探測(cè)器單元80組合而成，并具有長(zhǎng)度Cl和寬度bl。在上述的WOI的調(diào)節(jié)中，光僅僅被位于該探測(cè)器面Fl的一個(gè)部分面F2中的探測(cè)器單元80所探測(cè)，并被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)。該部分面F2的探測(cè)器單元80的第二數(shù)量N2小于整個(gè)探測(cè)器面Fl的探測(cè)器單元80的第一數(shù)量NI。該探測(cè)器面Fl及部分面F2的長(zhǎng)度Cl和c2大小相同，而該探測(cè)器面Fl及部分面F2的寬度bl和b2是不同的。
在所示的例子中，該部分面F2僅四個(gè)像素寬，相反該探測(cè)器面Fl為512個(gè)像素寬。該探測(cè)器面F I的敏感面從而被減少128倍，這明顯縮短了用于探測(cè)干涉圖案以及將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)探測(cè)器信號(hào)所需的持續(xù)時(shí)間。如在圖18中所示，在該例子中從該樣本I的所關(guān)注空間單元33中不是獲得一個(gè)完整的三維斷層圖，而是僅獲得四個(gè)(對(duì)應(yīng)于該部分面F2的四個(gè)像素行)二維深度截面67。在該第二運(yùn)行模式、該實(shí)時(shí)模式2中，如在圖19中所示，從該樣本I的所關(guān)注空間單元33的確定深度T生成二維斷層圖68，其中該深度T是可自由選擇的。在此，該探測(cè)器30的整個(gè)探測(cè)器面Fl被用于探測(cè)由該樣本I所反射的光并把其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的探測(cè)器信號(hào)，但其中總是僅最大五個(gè)照相圖像被用于斷層圖68的計(jì)算。為此，在該第一干涉儀10中的第一參考鏡11以約I μ m的幅度被周期性移動(dòng)，而至多五個(gè)照相圖像被記錄，這五個(gè)照相圖像然后被運(yùn)算為一個(gè)OCT圖像。這樣，可以以高的重復(fù)速率來(lái)生成斷層圖68。通過(guò)宏觀移動(dòng)該第二參考鏡12并必要時(shí)結(jié)合所述的焦點(diǎn)跟蹤(見上文第I及第2節(jié))，可以自由地選擇從中獲取該斷層圖68的深度T。在該第三運(yùn)行模式、該靜態(tài)模式中，借助該第二參考鏡12的宏觀移動(dòng)并結(jié)合所述焦點(diǎn)跟蹤來(lái)記錄一個(gè)完整的三維數(shù)據(jù)組。對(duì)此詳情尤其參見第I和第2節(jié)。通過(guò)不同的運(yùn)行模式，該OCT系統(tǒng)可以滿足一系列不同的要求。在檢查樣本時(shí)，比如在尋找樣本中的有關(guān)位置時(shí)，功能性由此被大大擴(kuò)展。10.用干OCT系統(tǒng)及方法的其他發(fā)明觀點(diǎn)上文詳細(xì)闡述的OCT系統(tǒng)及方法具有單個(gè)特征或特征組合，通過(guò)這些特征或特征組合，該系統(tǒng)或方法尤其在構(gòu)造上變得更簡(jiǎn)單和更緊湊，以及在操作和圖像探測(cè)上變得更快速和更可靠，而在此并不需要在獨(dú)立權(quán)利要求的前序和/或特征部分所引用的所有特征。這些特征或特征組合同樣被視為發(fā)明。被視為發(fā)明的尤其是一種用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)，其具有-至少一個(gè)干涉儀，其用于輸出用來(lái)照射一個(gè)樣本的光，以及-探測(cè)器，其用于探測(cè)由該樣本所反射的光，其中該系統(tǒng)特征在于前述的、尤其在第I至9節(jié)中和/或結(jié)合圖I至19所詳細(xì)闡述的一個(gè)或多個(gè)特征。與該系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的方法同樣作為發(fā)明而被提供。利用由該干涉儀所輸出的光對(duì)該樣本的照射或者間接地、也即通過(guò)在該干涉儀與該樣本之間的另一干涉儀來(lái)進(jìn)行，或者直接地、也即在沒有在該干涉儀與該樣本之間的其他干涉儀的情況下來(lái)進(jìn)行。
通過(guò)該探測(cè)器對(duì)由該樣本所反射的光的探測(cè)或者間接地、也即通過(guò)在該樣本與該探測(cè)器之間的另一干涉儀來(lái)進(jìn)行，或者直接地、也即在沒有在該探測(cè)器與該樣本之間的其他干涉儀的情況下來(lái)進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.用于光學(xué)相干斷層掃描的系統(tǒng)，其具有 -至少一個(gè)干涉儀(10，20)，該干涉儀(10，20)用于輸出用來(lái)照射樣本(I)的光(4)， -擁有樣本物鏡(41)的樣本臂(22)，通過(guò)該樣本物鏡(41)把由該干涉儀(10，20)所輸出的光⑷聚焦到位于該樣本(I)中的焦點(diǎn)(F)上，以及 -探測(cè)器(30)，該探測(cè)器用于探測(cè)由該樣本(I)所反射的光， 其特征在于，所述系統(tǒng)具有 -用于控制所述系統(tǒng)的控制單元使得在探測(cè)分別在該樣本(I)的不同深度(T1-T3)中反射的光期間，該樣本物鏡(41)的成像特性發(fā)生改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有參考鏡(25)，其中，該樣本物鏡(41)的成像特性以如下方式發(fā)生改變?cè)谠摌颖?I)中的每個(gè)被采樣深度(Ti)中，一方面在該參考鏡(25)上的被照射面與另一方面在該樣本(I)的相應(yīng)深度上的被照射面是一致的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有參考臂(23)，其中，該樣本物鏡(41)的成像特性以如下方式發(fā)生改變相應(yīng)的被照射面的、通過(guò)該參考臂(23)和該樣本臂(22)在參考臂(23)和樣本臂(22)共同圖像平面(27a)中的成像是一致的并精確地重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或者2所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有參考臂(23)，其中， 在所述樣本(I)的相應(yīng)深度(Ti)的中心，所述樣本臂(22)和參考臂(23)的像場(chǎng)拱曲盡可能一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的系統(tǒng)，其中， 在所述參考臂(23)中設(shè)置有參考物鏡(46)，所述樣本物鏡(41)和參考物鏡(46)被實(shí)施為不同的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中， 穿過(guò)該參考物鏡(46)的光程短于穿過(guò)該樣本物鏡(41)的光程。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng),其中， 所述探測(cè)器(3)具有多個(gè)布置在一個(gè)平面上的探測(cè)器單元(80)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中 樣本(I)不同深度(T1-T3)的在樣本圖像和參考圖像的圖像中心與圖像邊緣之間的光程差是如此之小以使得來(lái)自該樣本(I)不同深度的待測(cè)干涉結(jié)構(gòu)的空間頻率總是小于該探測(cè)器(30)的分辨率。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中 所述干涉儀(10，20)具有分束器(13)和至少一個(gè)反射器(12)，該至少一個(gè)反射器(12)到分束器(13)的光學(xué)距離(I)能夠改變一個(gè)光程(L)，該光程(L)實(shí)質(zhì)上大于耦合進(jìn)入該干涉儀(10)中的光(14)的平均波長(zhǎng)U。)L >> A00
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中 以幅度(A)周期性地改變?cè)诜瓷淦?12)與分束器(13)之間的所述光學(xué)距離(1)，該幅度(A)實(shí)質(zhì)上大于耦合進(jìn)入該干涉儀(10)中的光(14)的平均波長(zhǎng)Utl) A>> X0。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或者10所述的系統(tǒng)，其中 所述光學(xué)距離⑴被改變的光程(L)或者幅度(A)比耦合入該干涉儀(10)中的光(14)的平均波長(zhǎng)大至少100倍、尤其是大至少1000倍100 Atl，尤其是L 彡 1000 A。或者 A > > 1000 入 0。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11之一所述的系統(tǒng)，其中 在反射器(12)到分束器(13)的所述光學(xué)距離(I)發(fā)生變化時(shí)，由探測(cè)器(30)檢測(cè)分別在樣本(I)不同深度(T1-T3)中反射的光。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的系統(tǒng)，其中 用來(lái)照射所述樣本的光在空間上是短相干或者非相干的。
14.用于光學(xué)相干斷層掃描的方法，其中 -由至少一個(gè)干涉儀(10，20)來(lái)輸出光(4)，利用該光(4)來(lái)照射樣本(1)， -由該干涉儀(10，20)輸出的光(4)被樣本物鏡(41)聚焦到位于該樣本(I)中的焦點(diǎn)(F)上，以及 -由該樣本(I)所反射的光由探測(cè)器(30)來(lái)探測(cè)， 其特征在于， -在探測(cè)分別在該樣本(I)的不同深度(T1-T3)中反射的光期間，該樣本物鏡(41)的成像特性發(fā)生改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中 該樣本物鏡(41)的成像特性以如下方式發(fā)生改變?cè)谠摌颖?I)中的每個(gè)被采樣深度(Ti)中，一方面在該參考鏡(25)上的被照射面與另一方面在該樣本(I)的相應(yīng)深度上的被照射面是一致的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于光學(xué)相干斷層掃描的一種系統(tǒng)以及一種相應(yīng)的方法，具有至少一個(gè)干涉儀(20)，該干涉儀(20)用于輸出用來(lái)照射樣本(1)的空間短相干或者非相干的光，擁有樣本物鏡(41)的樣本臂，通過(guò)該樣本物鏡(41)把由該干涉儀(20)所輸出的光聚焦到位于該樣本(1)中的焦點(diǎn)上，以及最好擁有布置在平面中的多個(gè)探測(cè)器單元的探測(cè)器，該探測(cè)器用于探測(cè)由該樣本(1)所反射的光。為了可靠地記錄最銳利的樣本(1)圖像，在探測(cè)分別在該樣本(1)的不同深度中反射的光期間，該樣本物鏡(41)的成像特性發(fā)生改變。
文檔編號(hào)G01B9/02GK102679866SQ20121014612
公開日2012年9月19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E·-G·科普, 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