AT500501B1 - Vorrichtung zur messung von teilstrecken am auge mittels fourier-domain kurzkohärenz-interferometrie - Google Patents

Description

2 AT 500 501 B1

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge mittels Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie, bestehend aus einer Kurzkohärenzlichtquelle, einem Faserkoppler oder Strahlteiler, einem Messarm und einem Referenzarm, denen das Licht über den Faserkoppler bzw. den Strahlteiler zugeführt wird, sowie einem Spektrometer.

Die WO 2003/086180 A2 zeigt ein Gerät für ophthalmologische Messungen, welches auf Kurzkohärenzinterferometrie beruht.

Das Licht wird in einen Messstrahl und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Der Messstrahl wird dann geteilt und es können so zwei verschiedene Messungen gleichzeitig durchgeführt werden.

Die Brechkraft einer zu implantierenden Intraokularlinse wird bei der Katarakt-Chirurgie und der refraktiven Augenchirurgie aus dem refraktiven Ausgangszustands des Auges, der akustisch oder optisch bestimmten Länge des Auges und einer Abschätzung der postoperativen Vorderkammertiefe bestimmt.

Die Bestimmung der axialen Augenlänge erfolgt heute bereits sehr häufig mittels optischer Time-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie, die gegenüber der bisher dominierenden Ultraschall-Methode die Vorteile der berührungsfreien und hochpräzisen Arbeitsweise hat. Die Time-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie hat jedoch den Nachteil, dass sie mit einem mechanisch auszuführenden, in Analogie zur entsprechenden Ultraschalltechnik sogenannten A-Scan, arbeitet. Hierbei wird das Messobjekt in einem Arm des Interferometers positioniert, während der Referenzspiegel in dem anderen Interferometerarm den A-Scan ausführt, der aus einer linearen Bewegung des Referenzspiegels in Richtung der Referenzstrahlachse besteht. Dieser Scanvorgang liefert am Interferometerausgang ein Signal, aus dessen zeitlichem Ablauf die zu messenden Längen bestimmt werden. Dieser Scanvorgang braucht Zeit; Bewegungen des Probanden während der Messung haben Fehler oder ungenaue Ergebnisse zur Folge.

Demgegenüber arbeitet die Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie mit dem Wellenzahl- 4n

Spektrum (oder: K-Spektrum; K = —— ) des Signals am Interferometerausgang. Dieses

A

Spektrum kann mittels eines Spektrometers aufgenommen werden, welches üblicherweise ein dispergierendes Element, beispielsweise ein Beugungsgitter, ferner eine fokussierende Optik und Photodioden-Arrays oder Array-Kameras enthält. Das mittels eines Detektor-Arrays registrierte Wellenlängenspektrum / (λ) kann beispielsweise mit Hilfe der Gittergleichung in das benötigte Signalspektrum oder K-Spektrum / (K) umgerechnet werden. Der von typischen Photodioden-Arrays oder Array-Kameras hier elektronisch auszuführende Scan ist sehr schnell, er benötigt wenige Millisekunden oder Bruchteile einer Millisekunde. Damit wäre die für Messungen an Probanden vorteilhafte „One-Shot“ Qualität, bei der die relevanten Messdaten aus einer einzigen Belichtung des Auges gewonnen werden, praktisch erreicht.

Die Auflösung Δζ der Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie hängt mit der Halbwertsbreite Δλ des Wellenlängenspektrums und seiner mittleren Wellenlänge λ über die Fouriersche Unschärfe-Relation zusammen [Fercher-AF, Drexler-W, Hitzenberger-CK, Lasser-T. Optical Coherence Tomography - Principles and Applications. Rep. Prog. Phys. 66(2), 239-303. 2003], Für ein Gaußsches Spektrum gibt das mit der mittleren Wellenlänge J:

Az = 2ln2 λ2 π Αλ (1)

Das ist derselbe Wert wie bei der Time-domain Methode. Hingegen ergeben sich bezüglich der Ausdehnung oder Tiefe Z des Messfelds erhebliche Unterschiede. Die Messfeldtiefe Z ist bei 3 AT 500 501 B1 der Time-Domain Methode einfach durch die Länge der A-Scan Strecke gegeben, also nur durch die Länge der hierzu benutzten Scanvorrichtung. Bei der Fourier-Domain Methode jedoch ist die Messfeldtiefe durch die Pixelzahl oder Anzahl der Array-Photodioden N in der Dispersionsrichtung des Spektrometers begrenzt. Eine nähere Analyse [Fercher-AF, Drexler-W, Hitzen-berger-CK, Lasser-T. Optical Coherence Tomography - Principles and Applications. Rep. Prog. Phys. 66(2), 239-303. 2003] liefert für diese Zahl

π (2) worin AK die Bandbreite der benutzten optischen Strahlung im K-Raum ist. Die Messfeldtiefe ist also (3) Ä2 4 AÄ

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass man mit derzeit üblichen Array-Pixelzahlen von N ~ 1000 nur Messfeldtiefen Z von rund (für eine Wellenlängen-Bandbreite von Δλ = 30nm bei NÄ2 8002 einer mittleren Wellenlänge von Ä = 800 nm) Z=---= 250——— = 5,3mm erreicht. Der 4 AÄ 30

Ursprung dieses Messfelds ist die „Wegdifferenz-Null-Position“, das ist jene Position im Messstrahl, für welche die optische Länge des Messstrahls gleich der des Referenzstrahl ist.

Man könnte das auch ausdrücken als jene Position im Messstrahl, für welche das dort remittierte Licht mit dem zugehörigen Referenzstrahl am Interferometerausgang, beispielsweise am Detektorarray 43 Kurzkohärenz-Interferenzen liefert. Jedoch werden bei der Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie keine üblichen Kurzkohärenz-Interferenzen beobachtet. Vielmehr treten Interferenzen im Spektrum auf, die bei einfachen Objekten zu dem schön länger bekannten "Channeled Spectrum", einem intensitätsmodulierten Wellenlängenspektrum, Anlaß geben. Wegdifferenz Null zwischen Mess- und Referenzstrahl ist hier daran erkennbar, dass die Periodenlänge des zu einer entsprechenden Objektstruktur gehörigen Wellenlängenspektrums gleich der Array-Ausdehnung oder größer ist. Umgekehrt führt zunehmende Wegdifferenz zu zunehmender Raumfrequenz oder abnehmender Periodenlänge des zu der entsprechenden Objektstruktur gehörigen Wellenlängenspektrums.

Die gesamte Augenlänge kann mit einem solchen Array nicht ohne weiteres gemessen werden, weil in diesem Fall die Intensitätsmodulation so räumlich-hochfrequent wird, dass das intensitätsmodulierte Wellenlängenspektrum von üblichen Detektor-Arrays nicht mehr aufgelöst wird. Eine Messung auf der Basis mehrerer aufeinander folgender Teilstreckenmessungen würde sehr zeitaufwendig und wegen der erforderlichen Zusammenfügung der gemessenen Spektren des Interferometersignals oder der gemessenen Teilstrecken auch ungenau werden. Eine "One-Shot"-Messung der Augenlänge wäre so schon gar nicht möglich.

Es ist daher die technische Aufgabe der Erfindung, Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometer anzugeben, welche mittels einer einzigen sehr schnell erfolgenden Aufnahme des Signalspektrums am Interferometerausgang mehrere Teilstrecken des Auges gleichzeitig zu messen erlauben. Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung der eingangsgenannten Art erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zur gleichzeitigen Registrierung mehrerer Teilstrecken an verschiedenen Augenstrukturen mittels einer einzigen Aufnahme mindestens ein weiterer Faserkoppler und/oder Strahlteiler zur Aufspaltung des Referenzstrahls in mehrere Referenzstrahlen vorgesehen ist. Bevorzugte Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. 4 AT 500 501 B1

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mehrere Teilmessungen gleichzeitig quasi als "One-Shot" Aufnahmen erfolgen oder auch Messesequenzen mit vielen schnell aufeinander folgenden Einzelmessungen, die jeweils aus mehreren Teilmessungen bestehen, ausgeführt werden.

Figur 1 stellt eine faseroptische Implementierungen der erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnungen dar. Diese werden hier mittels faseroptischer Koppler realisiert; es können auch andere faseroptische Interferometerstrukturen benutzt werden, beispielsweise solche, die faseroptische Zirkulatoren verwenden. Außerdem wird mit dieser Figur die gleichzeitige Messung von nur drei Positionen der Augenstruktur (Corneavorderfläche, Linsenvorderfläche und Fundus) beschrieben. Man kann das Verfahren jedoch auch auf die Messung von mehr als drei Positionen ausbauen.

Das von der Kurzkohärenz-Lichtquelle 1, beispielsweise einer mit einer "Pig-Tail" Faser ausgestatteten Superlumineszenzdiode oder von einer anderen Kurzkohärenz-Lichtquelle kommende Licht wird von dem Faserkoppler 2 auf Interferometer-Messarm 3 und Interferometer-Referenzarm 4 aufgeteilt. Um die drei in unterschiedlichen Tiefenbereichen z des Auges liegenden Strukturen Cornea 5, Augenlinse 6 und Augenfundus 7 mittels der Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie erfassen zu können, werden simultan drei Referenzstrahlbündel benutzt. Diese werden aus der Referenzarm-Faser 4 mittels Faserkoppler gewonnen: der Koppler 8 teilt das Referenzlicht auf Fundus-Referenzlicht in der Faser 9 und Cornea- und Augenlinsen-Referenzlicht in der Faser 10 auf; letzteres wird von dem Koppler 11 auf die Faser 12 für das Cornea-Referenzlicht und die Faser 13 für das Augenlinsen-Referenzlicht getrennt. Die Faserlängen für diese drei Referenzlichtbündel (Fasern 9, 10 und 13) werden so dimensioniert, dass am Photodetektorarray 43 trotz kurzer Kohärenzlänge Interferenz mit dem jeweiligen aus den unterschiedlichen Objekttiefen kommenden Objektlicht, nämlich von Cornea 5, Augenlinse 6 und Augenfundus 7, auftritt.

Das bei 20 aus der Faser 3 austretende Mess-Lichtbündel 21 wird von der Optik 22, beispielsweise eines Faser-Kollimators, kollimiert, durchläuft als paralleles Lichtbündel 24 den Strahlteiler 25 und beleuchtet das Auge 26. Das an der Corneavorderfläche reflektierte Lichtbündel 27 kommt virtuell aus dem 1. Purkinje-Sanson-Bild 28 und das von der Linsenvorderfläche reflektierte Lichtbündel 29 kommt virtuell aus dem 3. Purkinje-Sanson-Bild 30. Diese beiden Lichtbündel werden divergent reflektiert und auf Winkel γ beziehungsweise δ aufgeweitet. In der Figur 1 ist von diesen beiden reflektierten Lichtbündeln - um die Übersicht zu wahren - nur ein kleinerer Winkelbereich gezeichnet. Ein weiterer Reflex kommt vom Fundus 7 und bildet das reflektierte Lichtbündel 31.

Die am Auge reflektierten Lichtbündel 27, 29 und 31 werden vom Strahlteiler 25 auf die Relaisoptik 33 vor dem Spektrometer gerichtet. Die Relaisoptik 33 paßt die aus dem Interferometer austretenden Strahlen an das nachfolgende Spektrometer an. Diese Optik besteht in dem Beispiel der Figur 1 aus drei Teiloptiken 34, 35 und 36 unterschiedlicher Brennweiten. Diese Brennweiten sind so ausgelegt, dass alle drei am Auge reflektierten Lichtbündel in derselben Bildebene 40 vor dem Spektrometer fokussiert werden; diese Foki werden weiters von den Spektrometeroptiken 4T und 41" über das Beugungsgitter 42 auf das Photodetektor-Array 43 beispielsweise einer Array-Kamera 44 abgebildet. Die Spektrometeroptiken 41' und 41" können auch zu einer einzigen Optik zusammengefaßt vor oder hinter dem Beugungsgitter 42 aufgestellt werden.

Wie in der Figur 2 dargestellt, dispergiert das Beugungsgitter 42 die verschiedenen Wellenlängen des eintreffenden Lichts in x-Richtung auf die Photodetektoren 435 des Photodetektor-Array 43. In Figur 2 ist 140 ein von den Optiken 41' und 41" (siehe Figur 1) fokussiertes Lichtbündel nullter Beugungsordnung des Gitters 42; 141 und 142 sind von dem Beugungsgitter in x-Richtung dispergierte Lichtbündel erster Beugungsordnungen verschiedener Wellenlängen, die von den Optiken 41' und 41" auf die Photoempfänger des Arrays in der Spalte 432 fokussiert 5 AT 500 501 B1 werden; 141 und 142 sind spektrale Komponenten des vom Fundus remittierten Lichtbündels 31 mit den entsprechenden spektralen Komponenten des Referenzlichts überlagert. Die von Cornea und Augenlinse remittierten und ebenfalls mit Referenzlicht überlagerten Lichtbündel 27 und 29 werden von den Optiken 41' und 41" auf die benachbarten Array-Spalten 431 und 433 5 fokussiert.

Das bei 50 aus der Faser 9 austretende Referenz-Lichtbündel 51 wird von der Optik 52 eines Faser-Kollimators kollimiert, durchläuft als paralleles Referenz-Lichtbündel 53 zwei Dispersions-Kompensationsprismen 54' und 54" und wird von dem Reflexionsprisma 55 über den Strahlteiler io 56 in Richtung der optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt. Das Lichtbündel 53 ist hier, wie auch die Lichtbündel 63 und 73, nur durch seinen Hauptstrahl gekennzeichnet. In der Figur 1 ist weiters angedeutet, dass dieser Referenzstrahl auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem vom Fundus 7 kommenden Objektlichtbündel 31 überlagert. Durch Anpassung der optischen Länge dieses Referenzstrahls vom Koppler 2 bis zum Strahltei-15 ler 25 an die optische Länge des Messstrahls 24 vom Koppler 2 über den Fundus des Auges und zurück zum Strahlteiler 25 werden Interferenzen der überlappenden Lichtbündel sichergestellt; das bedeutet, dass der Ursprung des betreffenden Messfelds am - hier vorliegenden -Fündusort liegt. Dies kann durch geeignete Wahl der Faserlängen und/oder der Position des Reflektor-Prismas 55 erfolgen. Das Reflektor-Prisma 55 ist auf dem Tisch 57 einer manuell oder 20 elektrisch betätigbaren Verschiebeeinheit 57' montiert. Eine Anpassung an unterschiedliche Augenlängen und Augenpositionen kann außerdem während einer Messsequenz durch eine manuelle oder elektronisch angetriebene Verschiebung des Reflektor-Prismas 55 mittels der Verschiebeeinheit 57' erfolgen. Die aktuelle Position des Prismas 55 kann mit Hilfe des Zeigers 58 und des Maßstabs 59 festgestellt werden. Alternativ können auch elektronische Positionsan-25 zeigen benutzt werden und deren Daten können direkt in den Computer 220 eingegeben werden. Zur Kompensation der Probanden-abhängigen Dispersion des Auges können die Prismen 54' und 54" relativ zueinander in Richtung des Doppelpfeils 54'" verschoben werden.

Das bei 60 aus der Faser 12 austretende Referenz-Lichtbündel 61 wird von der Optik 62 eines 30 Faser-Kollimators kollimiert und wird als Parallelstrahl 63 von dem Reflexionsprisma 65 über den Strahlteiler 66 unter einem Winkel ß zur optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt. In der Figur 1 ist angedeutet, dass dieser Referenzstrahl auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem von der Cornea 5 kommenden Objektlichtbündel 27 überlagert. Durch Anpassung der optischen Länge dieses Referenzstrahls vom Koppler 2 bis zum Strahltei-35 ler 25 an die optische Länge des Messstrahls 24 vom Koppler 2 über die Cornea zum Strahlteiler 25 werden Kurzkohärenz-Interferenzen dieser zwei überlagernden Lichtbündel sichergestellt beziehungsweise der Ursprung des Messfelds festgelegt. Dies kann auch hier durch geeignete Wahl der Faserlängen und/oder der Position des Reflektor-Prismas 65 erfolgen. Auch hier kann eine Anpassung an unterschiedliche Augenlängen und Augenpositionen während einer Mes-40 sung erfolgen, und zwar durch eine Verschiebung des Reflektor-Prismas 65 mittels der manuell oder elektrisch betätigten Verschiebeeinheit 67'. Die Position des Prismas 65 kann mit Hilfe des Zeigers 68 und des Maßstabs 69 festgestellt werden. Alternativ können auch hier elektronische Positionsanzeigen benutzt werden und deren Daten können direkt in den Computer 220 eingegeben werden. 45

Das bei 70 aus der Faser 13 austretende Referenz-Lichtbündel 71 wird von der Optik 72 eines Faser-Kollimators kollimiert und als Parallelstrahl 73 nach Reflexion an dem Reflexionsprisma 75 von dem Reflexionsprisma 76 unter dem Winkel α zur optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt. In der Figur 1 ist angedeutet, dass dieser Referenz-50 strahl auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem von der Vorderfläche der Augenlinse 6 beziehungsweise aus dem 3. Purkinje-Sanson Bild 30 kommenden Objektlichtbündel 29 überlagert. Durch Anpassung der optischen Länge des Referenzstrahls 71 vom Koppler 2 bis zum Strahlteiler 25 an die optische Länge des Messstrahls 24 vom Koppler 2 über die Vorderfläche der Augenlinse zum Strahlteiler 25 werden Kurzkohärenz-Interferenzen der überlagernden Licht-55 bündel sichergestellt beziehungsweise die Position des Ursprungs dieses Messfelds festgelegt. 6 AT 500 501 B1

Dies erfolgt auch hier durch geeignete Wahl der Faserlängen und/oder der Position des Reflektor-Prismas 75. Auch während einer Messsequenz am Auge kann eine Anpassung an unterschiedliche Augenlängen und Augenpositionen erfolgen, und zwar durch eine Verschiebung des Reflektor-Prismas 75 mittels einer manuell oder elektrisch betätigten Verschiebeeinheit 77'. Schließlich kann die Position des Reflexionsprismas 75 mit Hilfe des Zeigers 78 und des Maßstabs 79 festgestellt werden. Alternativ können auch hier elektronische Positionsanzeigen benutzt werden und deren Daten können direkt in den Computer 220 eingegeben werden.

In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Interferometer-Anordnung in Freistrahloptik dargestellt. Das von der Kurzkohärenz-Lichtquelle 1, beispielsweise von einer Superlumineszenzdiode oder von einer anderen Kurzkohärenz-Lichtquelle emittierte Lichtbündel 101, wird von einer Optik 102 kollimiert und trifft als Parallelstrahl auf den Strahlteiler 103. Der Strahlteiler 103 teilt dieses Lichtbündel auf ein Lichtbündel 104 im Interferometer-Messarm und ein Lichtbündel 105 im Interferometer-Referenzarm auf. Das Lichtbündel 105 ist hier, wie auch die Lichtbündel 106, 107 und 108 nur durch seinen Hauptstrahl angedeutet.

Das vom Strahlteiler 103 reflektierte Lichtbündel 104 durchläuft als paralleles Mess-Lichtbündel den Strahlteiler 25 und beleuchtet das Auge 26. Das an der Corneavorderfläche reflektierte Lichtbündel 27 kommt virtuell aus dem 1. Purkinje-Sanson-Bild 28 und das von der Linsenvorderfläche reflektierte Lichtbündel 29 kommt virtuell aus dem 3. Purkinje-Sanson-Bild 30. Diese beiden Lichtbündel werden divergent reflektiert und auf Winkel γ beziehungsweise δ aufgeweitet. In der Figur 3 ist von diesen beiden reflektierten Lichtbündeln jedoch - um die Übersicht zu wahren - nur ein kleiner Winkelbereich gezeichnet. Ein weiterer Reflex kommt vom Fundus 7 und bildet das reflektierte Lichtbündel 31.

Die am Auge reflektierten Lichtbündel 27, 29 und 31 werden vom Strahlteiler 25 auf die Relaisoptik 33 gerichtet. Die Relaisoptik 33 paßt auch hier die aus dem Interferometer austretenden Strahlen an das nachfolgende Spektrometer an und besteht auch in dem Beispiel der Figur 3 aus drei Teiloptiken 34, 35 und 36 unterschiedlicher Brennweiten. Diese Brennweiten werden so ausgelegt, dass alle drei Lichtbündel in derselben Bildebene 40 (strichpunktiert gezeichnet) fokussiert werden; diese Foki werden weiters von der Spektrometer-Optik 41, bestehend aus den Teiloptiken 4T und 41", über das Beugungsgitter 42 oder über ein anderes dispergierendes optisches Element, beispielsweise ein Dispersionsprisma, auf das Photodetektor-Array 43, beispielsweise einer Array-Kamera 44, abgebildet.

Wie in der Anordnung nach Figur 1 dispergiert das Beugungsgitter 42 die verschiedenen Wellenlängen des eintreffenden Lichts in x-Richtung, normal zur Zeichenebene der Figur 3, wie in der Figur 2 dargestellt. Für drei in unterschiedlichen Tiefenbereichen des Auges befindlichen Strukturen, beispielsweise Cornea 5, Augenlinse 6 und Augenfundus 7 werden, wie in der auf einem faseroptischen Interferometer beruhenden erfindungsgemäßen Interferometer-Anordnung nach Figur 1, drei Referenzstrahlbündel 106, 107 und 108 benutzt. Diese werden hier mit Hilfe der Strahlteiler 109 und 110 erzeugt. Das vom Strahlteiler 109 reflektierte Lichtbündel 106 durchläuft als paralleles Referenz-Lichtbündel zwei Dispersions-Kompensationsprismen 54' und 54" und wird von dem Reflexionsprisma 55 über den Strahlteiler 56 in Richtung der optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt. In der Figur 3 ist auch angedeutet, dass der Referenzstrahl 106 auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem vom Fundus 7 kommenden Lichtbündel 31 überlappt. Das Reflexionsprisma 55 ist auf dem Tisch 57 einer manuell oder elektrisch betätigbaren Verschiebeeinheit 57' montiert und kann mit dessen Hilfe so positioniert werden, dass für das vom Fundus 7 kommende Lichtbündel 31 und den Referenzstrahl 106 Wegdifferenz Null vorliegt. Zur Kompensation der Probanden-abhängigen Dispersion des Auges können die Prismen 54' und 54" relativ zueinander in Richtung des Doppelpfeils 54'" verschoben werden. Eine Anpassung an unterschiedliche Augenlängen und Augenpositionen kann auch während einer Mess-Sequenz durch eine Verschiebung des Reflektor-Prismas 55 mittels 7 AT 500 501 B1 der Verschiebeeinheit 57' erfolgen.

Das vom Strahlteiler 110 reflektierte Referenz-Lichtbündel 107 wird von dem Reflexionsprisma 65 unter dem Winkel ß zur optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt und auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem von der Cornea 5 kommenden Objektlichtbündel 27 überlagert. Eine Anpassung an unterschiedliche Corneapositionen kann während einer Messsequenz oder zwischen Einzelmessungen durch eine Verschiebung des Reflektor-Prismas 65 mittels einer manuell oder elektrisch betätigten Verschiebeeinheit 67' erfolgen.

Das vom Strahlteiler 110 transmittierte Referenz-Lichtbündel 108 wird von dem Reflektor 113 um 90° reflektiert, von dem Reflexionsprisma 75 auf den Spiegel 76 gerichtet und unter dem Winkel α zur optischen Achse 19 des Referenzarms in das Interferometer eingespiegelt. In der Figur 3 ist angedeutet, dass dieser Referenzstrahl auf dem Photodetektor-Array 43 mit dem von der Vorderfläche der Augenlinse 6 beziehungsweise virtuell aus dem 3. Purkinje-Sanson Bild kommenden Objektlichtbündel 29 überlagert. Durch Anpassung der optischen Länge des Referenzstrahls 108 vom Strahlteiler 103 bis zum Strahlteiler 25 an die optische Länge des Messstrahls 24 vom Strahlteiler 103 über die Vorderfläche der Augenlinse zum Strahlteiler 25 wird der Ursprung des Messfelds in die Position der Linsenvorderfläche zentriert. Dies wird durch geeignete Positionierung des Reflexionsprismas 75 mittels einer manuell oder elektrisch betätigten Verschiebeeinheit 77' erreicht; eine Anpassung an unterschiedliche Augenlängen und Augenpositionen während einer Messsequenz kann ebenfalls durch Verschiebung des Reflektor-Prismas 75 mittels der manuell oder elektrisch betätigten Verschiebeeinheit 77’ erfolgen.

Auch hier werden die mit Referenzlicht überlagerten Beugungsordnungen der von Fundus, Cornea und Augenlinse remittierten Lichtbündel 31, 27 und 29 von den Optiken 41' und 41" auf die Array-Spalten 432, 431 und 433 fokussiert.

In der Figur 3 ist außerdem zur Beobachtung der Position des Probandenauges 26 relativ zum Messstrahl 31 noch eine Beobachtungsvorrichtung bestehend aus einem teildurchlässigen Spiegel 130 und einer Optik 131 angeordnet. Die Beobachtung des Probandenauges kann dann direkt (132), mit Hilfe eines Okulars 133 oder mit Hilfe einer Fernsehkamera 134 erfolgen. Es kann auch sinnvoll sein, das Probandenauge 26 zusätzlich mit einer inkohärenten Lichtquelle 135 zu beleuchten. Ferner kann zur präzisen Positionierung des Probandenauges das Bild 136 einer Strichplatte 137 benutzt werden, welches über die teildurchlässigen Spiegel 138 und 130 auf die Probanden-Cornea projiziert wird.

Bei Fehlsichtigkeit können dem Auge 26 sammelnde oder zerstreuende Hilfsoptiken 140 vorgesetzt werden, welche die Fehlsichtigkeit kompensieren.

Es sei noch erwähnt, dass man zur Vermeidung von störenden Reflexionen und zur Optimierung der Strahlintensitäten das auf den Strahlteiler 25 treffende Lichtbündel 104 mittels eines Polarisators 120 linear polarisieren kann und den Strahlteiler 25 als polarisierenden Strahlteiler ausbilden kann. Unter Verwendung weiterer polarisationsoptischer Komponenten wie A/4-Platten in den Positionen 121 und 122 können dem Stand der Technik entsprechend Reflexionsverluste von Referenz- und Messlichtbündel beim mehrmaligen Durchgang durch den Strahlteiler weitgehend vermieden werden. Solche in der technischen Optik bekannte Methoden können auch an den Strahlteilern 56 und 66 benutzt werden.

Die oben beschriebene Beobachtungsvorrichtung bestehend aus teildurchlässigem Spiegel 130 und Optik 131 sowie Hilfsoptiken 140 zur Kompensation von Ametropien des Probandenauges, können auch in der Anordnung nach Figur 1 eingesetzt werden. Ebenso kann dort auch zur Vermeidung von störenden Reflexionen und zur Optimierung der Strahlintensitäten das auf den Strahlteiler 25 treffende Lichtbündel 24 mittels eines Polarisators 120 linear polarisiert werden, der Strahlteiler 25 als polarisierender Strahlteiler ausgebildet werden, und λ/4-Platten in den Positionen 121 und 122 angeordnet werden. 8 AT 500 501 B1

Die Relaisoptik 33 kann im einfachsten Fall aus drei kreisrunden Teiloptiken 131, 132 und 133 unterschiedlicher Brechkräfte zusammengesetzt werden, wie das in der Figur 4, Teilbild a angedeutet ist. 131', 132' und 133' sind die Durchstoßpositionen der zugehörigen optischen Achsen. Die Teiloptiken sind so anzuordnen, dass ihre optischen Achsen in der y-z-Ebene liegen, entsprechend der Auffächerung der Referenzstrahlen in der y-z-Ebene.

Alternativ können diese drei Teiloptiken zur Erhöhung ihrer Lichtleitwerte auch aus Teilen größerer kreisrunder Optiken unterschiedlicher Brechkräfte zusammengesetzt werden, wie im Teilbild b der Figur 4 skizziert. Den Optiken 131, 132 und 133 des Teilbilds a. entsprechen hier die Teiloptiken 141, 142, und 143; die Durchstoßpunkte der optischen Achsen 14T und 143' können hier auch außerhalb der zugehörigen Teiloptiken liegen.

Schließlich können die drei Teiloptiken auch aus zentralen Ausschnitten größerer kreisrunder Optiken unterschiedlicher Brechkräfte zusammengesetzt werden, wie im Teilbild c abgebildet. Hier sind die Optiken 151, 152 und 153 zentrale Ausschnitte größerer Optiken (wie für 151 mit dem Kreis 151" angedeutet). 151', 152' und 153' sind die Positionen der zugehörigen optischen Achsen.

Grundsätzlich können die Teiloptiken der Relaisoptik 33 auch an verschiedenen z-Positionen der optischen Interferometerachse 19 positioniert sein. Es muß dann nur durch entsprechende Wahl ihrer Brennweiten gewährleistet sein, dass die drei Messbündel 27, 29 und 31 in der gemeinsamen Ebene 40 vor dem Spektrometer fokussiert werden.

Das Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometer muß wegen der separaten Messstrahlen kalibriert werden: Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie liefert als Messergebnis die optische Distanz der Objekt-Messstelle relativ zur „Wegdifferenz-Null-Position" (für diese ist die optische Länge des Messstrahls gleich der des Referenzstrahls). Die Distanzen der Ursprünge der voneinander unabhängigen Messstrahlengänge (mit Referenzstrahlen 53, 63 und 73 im Beispiel der Figur 1 und Referenzstrahlen 106, 107 und 108 im Beispiel der Figur 3) müssen daher festgelegt werden. Außerdem ist der Messbereich in der Tiefen begrenzt, bei den eingangs angenommenen Parametern beispielsweise auf rund 5,3mm; das Interferometer muss daher auch an die zu erwartenden Augendistanzen grob angepasst werden. Zur Anpassung und Kalibrierung kann beispielsweise als Grundeinstellung ein Planspiegel als Objekt im Messstrahlengang an der zu erwartenden Position der Cornea positioniert werden. Als nächstes werden dann alle Reflexionsprismen (55, 65 und 75) so positioniert, dass alle zugehörigen Referenzstrahlen Kurzkohärenz-Interferenzen mit von dieser Planplatte reflektierten Lichtbündel zeigen. Von dieser Grundjustierung ausgehend, können beispielsweise die Positionen je eines Referenzspiegel in die zu erwartenden Positionen der zu messenden Linsenvorderfläche und des Augenfundus eingestellt werden. Durch Ablesen der ausgeführten Verschiebungen mittels der Messvorrichtungen 58, 59 sowie 68, 69 und 78, 79 oder der entsprechenden elektronischen Positionssignale hat man einen Basiswert für zu messenden Längen. Die optische Messung gibt nun die Distanz der tatsächlichen Position der Reflexionsstellen im Auge relativ zur Basisposition. Addiert man diese zum Basiswert, hat man die gesuchte Distanz.

Die drei vom Auge remittierten Lichtbündel 27, 29 und 31 beleuchten neben den zugehörigen Teiloptiken 34, 35 und 36 auch die jeweils anderen Teiloptiken und werden von diesen defo-kussiert auf das Detektorarray 43 treffen. Es kommt durch dieses Falschlicht zu einem unerwünschten Untergrund. Da dieses Falschlicht mit den dort fokussierten Referenzstrahlen bezüglich Wegdifferenz nicht angepasst ist, entstehen am Detektorarray sehr hohe Modulationsfrequenzen, die vom Detektorarray nicht aufgelöst werden. Dennoch kann es neben dem erhöhten Rauschen durch Aliasing zu zusätzlichen Fehlsignalen kommen. Es ist daher sinnvoll, dieses Falschlicht so weit wie möglich zu unterdrücken. Das ist zumindest teilweise durch eine räumliche Filterung in der Bildebene 40 möglich. Hierzu wird in dieser Ebene eine Lochblendenmaske 80 angebracht, mit drei Öffnungen an den Stellen der Bündelfoki. Die Positionen der Bündelfoki hängen allerdings - mit Ausnahme des Fundusbündel-Fokus - von der Position des Auges 26

Claims (15)

1. 9 AT 500 501 B1 ab. Das Auge muß daher mittels der oben beschriebenen Vorrichtung zur Beobachtung der Position des Probandenauges positioniert werden. So können jedenfalls die Lichtbündel von Fundus und Cornea recht gut diskriminiert werden. Da die Position des 3. Sanson-Purkinje Bildes aber auch noch von der Anatomie des Auges abhängt, wird man die Diskrimination mittels der Lochblendenmaske 80 nicht sehr scharf machen können. Das Zusammenwirken der nicht angepassten Wegdifferenz mit der Diskrimination durch die Lochblendenmaske 80 bewirkt jedoch eine hinreichende Separation der elektronischen Messsignale. Die Figuren 1 und 3 beschreiben die Messung der Positionen von Corneavorderfläche, Linsenvorderfläche und Fundus. Wie schon eingangs erwähnt, können jedoch noch weitere Positionen von Augenstrukturen gleichzeitig gemessen werden, beispielsweise die Linsenrückfläche mit Hilfe des vom 4. Purkinje-Sanson Bild virtuell remittierten Lichts oder die Position der Cornea-Rückfläche mit Hilfe des vom 2. Purkinje-Sanson virtuell remittierten Lichts. Es bedarf hierzu entsprechender zusätzlicher Referenzstrahlbündel und Relais-Teiloptiken (33) sowie zusätzlicher Öffnungen in der Lochblendenmaske 80 und weiterer Arrayspalten. Allerdings kann man bei Messfeldtiefen um die 5mm ohnehin davon ausgehen, dass die beiden Cornea-Positionen im Messsignal gleichzeitig vorhanden sind. Schließlich kann man eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Messung von beispielsweise nur drei Positionen - etwa wie oben für Cornea-Vorderfläche, Linsenvorderfläche und Fundus - auch zur Messung anderer Positionen wie etwa der Linsenrückfläche modifizieren. Hierzu muß der Referenzstrahl 53 entsprechend verkürzt werden und die Brennweite der Optik 35 muß verkleinert werden. Es sei noch erwähnt, dass die Verwendung eines Arrays 43 mit nur 3 (431,432 und 433) oder 4 Spalten nicht einschränkend zu verstehen ist. Kommerziell erhältliche Array-Kameras besitzen oft mehrer hundert Spalten. Diese können auf zweierlei Weise benutzt werden: man kann einerseits zwischen den auszulesenden Spalten mehrere ungenutzt lassen und damit optisches und elektronisches Nebensprechen unterbinden. Es können aber auch die Zeilenelemente mehrerer benachbarter Spalten durch Binning miteinander verbunden werden und so die Messempfindlichkeit erhöht werden. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge mittels Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie, bestehend aus einer Kurzkohärenzlichtquelle (1), einem Faserkoppler (2) oder Strahlteiler (103), einem Messarm (3) und einem Referenzarm (4), denen das Licht über den Faserkoppler (2) bzw. den Strahlteiler (103) zugeführt wird, sowie einem Spektrometer, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Registrierung mehrerer Teilstrecken an verschiedenen Augenstrukturen mittels einer einzigen Aufnahme mindestens ein weiterer Faserkoppler (8, 11) und/oder Strahlteiler (109, 110) zur Aufspaltung des Referenzstrahls in mehrere Referenzstrahlen vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relaisoptik (33), durch welche die am Auge reflektierten Lichtbündel (27, 29 und 31) in eine gemeinsame Ebene (40) vor dem Spektrometer fokussierbar sind, vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisoptik (33) aus mehreren Teiloptiken unterschiedlicher Brennweiten besteht.
4. 4. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisoptik (33) aus drei kreisrunden Teiloptiken (131, 132 und 10 AT 500 501 B1 133) unterschiedlicher Brechkräfte besteht.
5. 5. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisoptik (33) aus Segmenten (141, 142, 143) größerer kreisrunder Optiken unterschiedlicher Brechkräfte zusammengesetzt wird.
6. 6. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relaisoptik (33) aus zentralen Segmenten (151, 152, 153) größerer kreisrunder Optiken unterschiedlicher Brechkräfte zusammengesetzt wird.
7. 7. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jedes Referenzarms ein Reflektorprisma sowie eine manuell oder elektrisch betätigbare Vorrichtung zur Verschiebung desselben vorgesehen sind, wodurch die Länge des Referenzarmes an die Augenposition und die Augenabmessungen anpassbar sind.
8. 8. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der Fehlsichtigkeit des zu untersuchenden Auges (26) diesem vorzusetzende sammelnde oder zerstreuende Hilfsoptiken (140) vorgesehen sind.
9. 9. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenteiler polarisierende Strahlteiler sind, zur Vermeidung störender Reflexe.
10. 10. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der gemeinsamen Bildebene (40) vor dem Spektrometer eine Lochblendenmaske (80) angebracht ist.
11. 11. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung weiterer Positionen von Augenstrukturen mit zusätzlichen Referenzstrahlbündel Relais-Teiloptiken (33) sowie zusätzliche Öffnungen in der Lochblendenmaske (80) und weitere Arrayspalten vorgesehen sind.
12. 12. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den auszulesenden Array-Spalten (431,432 und 433) mehrere ungenutzte Array-Spalten vorgesehen sind.
13. 13. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zeilenelemente mehrerer benachbarter Array-Spalten durch Binning miteinander verbunden sind.
14. 14. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen (57’, 67' und 77') zur Kalibrierung der relativen Positionen der Ursprünge der Messstrahlengänge zueinander vorgesehen sind.
15. 15. Vorrichtung zur Messung von Teilstrecken am Auge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtungen (57', 67' und 77') zur Anpassung der Ursprünge der Messstrahlengänge an die zu erwartenden Augendistanzen vorgesehen sind. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen