DE102008020147A1

DE102008020147A1 - Method for determination of m different wavelengths of m optical measuring beam bundles, involves producing output bundle from measuring beam bundles and reference beam bundles with known ten wavelengths

Info

Publication number: DE102008020147A1
Application number: DE102008020147A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dr. Bublitz
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-10-29

Abstract

The method involves producing output bundle from measuring beam bundles and a reference beam bundle with known ten wavelengths, which does not resemble the m wavelengths. An interferometer bundle is overlaid with another interferometer bundle after passing through an interferometer arm for producing interference beam. The length of the interferometer arm is varied during predetermined measuring period. An independent claim is included for a device for determination of m different wavelengths of m optical measuring beam bundles.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen von m optischen Meßstrahlbündel.The The present invention relates to a method and an apparatus for determining the m different wavelengths of m optical Meßstrahlbündel.

Bei einem bekannten Verfahren zur Wellenlängenbestimmung werden z. B. die Meßstrahlbündel jeweils zum Teil an zwei voneinander beabstandete Luft-Glas-Grenzflächen reflektiert und die reflektierten Meßstrahlbündel zur Interferenz gebracht. Diese reflektierte Interferenzstrahlung wird spektral aufgespalten und die Intensität wird für jede Wellenlänge separat gemessen. Wenn die Ordnung der Interferenz für die jeweilige Wellenlänge bekannt ist (Anzahl der ganzen Wellenlängen, die in den doppelten Abstand der beiden Luft-Glas-Grenzflächen passen), kann aus der gemessenen Intensität die genaue Wellenlänge berechnet werden. Die Genauigkeit der berechneten Wellenlänge hängt insbesondere von der ausgewerteten Photonenzahl und von der Genauigkeit ab, mit der der Abstand der beiden Luft-Glas-Grenzflächen während der Messung bekannt ist.at a known method for wavelength determination z. B. the Meßstrahlbündel in each case in part reflected two spaced air-glass interfaces and the reflected measuring beams for interference brought. This reflected interference radiation becomes spectral split and the intensity becomes for each Wavelength measured separately. If the order of interference for the respective wavelength is known (number the whole wavelengths, which is twice the distance of the can fit both air-glass interfaces), can be measured from the Intensity the exact wavelength can be calculated. The accuracy of the calculated wavelength depends in particular the number of photons evaluated and the accuracy starting with the distance between the two air-glass interfaces during the measurement is known.

Wenn zur Erzeugung der optischen Meßstrahlbündel preiswerte Standard-Laserdioden, die nach ihrem Aufbau auch als Fabry-Perot-Laserdioden bezeichnet werden können, eingesetzt werden, kann dies zu folgenden Schwierigkeiten bei der beschriebenen Wellenlängenbestimmung führen. Für die Fabry-Perot-Laserdioden ist es typisch, daß sie mehrere longitudinale Moden (also unterschiedliche Wellenlängen) emittieren, die dadurch charakterisiert sind, daß sie ganzzahlig oft in die doppelte optische Länge des Resonators des Lasers passen. Wenn die optische Wellenlänge des Laserresonators der Laserdiode mit der optischen Länge zwischen beiden Luft-Glas-Grenzflächen übereinstimmt oder ein Vielfaches davon ist, können Modensprünge der Laserdiode prinzipiell nicht mehr detektiert werden. Falls eine solche Übereinstimmung der optischen Längen nicht vorliegt, führen die Modensprünge der Laserdiode bei der Intensitätsmessung zu einem unerwünschten Rauschen, da die einzelnen Moden einer Laserdiode zueinander inkohärent sind.If inexpensive for generating the optical Meßstrahlbündel Standard laser diodes, which are also called Fabry-Perot laser diodes after their construction can be called, can be used to the following difficulties in the described wavelength determination to lead. It is for the Fabry-Perot laser diodes typical that they have several longitudinal modes (ie different Wavelengths) characterized thereby that they are integer often in the double optical length of the resonator of the laser. When the optical wavelength of the laser resonator of the laser diode with the optical length between matches both air-glass interfaces or a multiple of this is fashion fads of the Laser diode in principle no longer be detected. If one such conformity of optical lengths not is present, cause the mode jumps of the laser diode in the intensity measurement to an undesirable Noise, since the individual modes of a laser diode incoherent to each other are.

Ausgehend hiervon soll ein Verfahren zur Wellenlängenbestimmung von m optischen Meßstrahlbündeln mit m verschiedenen Wellenlängen zur Verfügung gestellt werden, bei dem die beschriebenen Schwierigkeiten überwunden werden können. Ferner soll eine entsprechende Vorrichtung zur Wellenlängenbestimmung bereitgestellt werden.outgoing Of these, a method for wavelength determination of m optical Meßstrahlbündeln with m different Wavelengths are provided at which overcome the difficulties described can. Furthermore, a corresponding device for Wavelength determination can be provided.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen von m optischen Meßstrahlbündeln, bei dem

a) ein Ausgangsbündel aus den Meßstrahlbündeln und einem Referenzstrahlbündel mit einer vorbekannten (m + 1)-ten Wellenlänge, die keiner der m Wellenlängen gleicht, erzeugt wird,
b) aus dem Ausgangsbündel ein erstes Interferometerbündel mit den m + 1 Wellenlängen in einen ersten Interferometerarm und ein zweites Interferometerbündel mit den m + 1 Wellenlängen ausgekoppelt wird,
c) das erste Interferometerbündel nach Durchlaufen des ersten Interferometerarms mit dem zweiten Interferometerbündel zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert wird,
d) die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig für jede der m + 1 Wellenlängen während einer vorbestimmten Meßdauer gemessen wird,
e) während der vorbestimmten Meßdauer die Länge des ersten Interferometerarms variiert wird, und
f) jede der m Wellenlängen der Meßstrahlbündeln rechnerisch aus dem gemessenen zeitlichen Intensitätsverlauf der entsprechenden Wellenlänge und dem gleichzeitig gemessenen zeitlichen Intensitätsverlauf der (m + 1)-ten Wellenlänge unter Berücksichtigung der vorbekannten (m + 1)-ten Wellenlänge bestimmt wird.

The object is achieved by a method for determining the m different wavelengths of m optical Meßstrahlbündeln, in which

a) an output beam of the Meßstrahlbündeln and a reference beam having a known (m + 1) -th wavelength, which is equal to none of the m wavelengths is generated,
b) a first interferometer bundle having the m + 1 wavelengths is coupled out of the output bundle into a first interferometer arm and a second interferometer bundle having the m + 1 wavelengths,
c) the first interferometer bundle is superimposed after passing through the first interferometer arm with the second interferometer bundle for generating interference radiation,
d) the intensity of the interference radiation is measured simultaneously for each of the m + 1 wavelengths during a predetermined measurement period,
e) during the predetermined measurement period, the length of the first interferometer is varied, and
f) each of the m wavelengths of Meßstrahlbündeln is calculated from the measured temporal intensity curve of the corresponding wavelength and the simultaneously measured temporal intensity curve of the (m + 1) -ten wavelength, taking into account the previously known (m + 1) -ten wavelength.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, zur Erzeugung der m verschiedenen Wellenlängen kostengünstige Multimodelaser zu verwenden und dennoch die m verschiedenen Wellenlängen hochgenau bestimmen zu können. Lediglich die (m + 1)-te Wellenlänge muß genau bekannt sein.With This method makes it possible to produce the m different Wavelengths cost-effective multimode laser too use and still the m different wavelengths to be able to determine with high precision. Only the (m + 1) th Wavelength must be known exactly.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, die m Wellenlängen mit der Genauigkeit zu bestimmen, mit der die Wellenlänge des Referenzstrahlbündels bekannt ist. Damit wird es möglich, eine Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängen hochgenau bestimmen zu können, wobei dazu lediglich eine Wellenlänge (die des Referenzstrahlbündels) hochgenau bekannt sein muß.With The method according to the invention thus makes it possible to to determine the m wavelengths with accuracy, using the wavelength of the reference beam is known. This will allow a variety of different Wavelengths to determine highly accurate, where to only one wavelength (that of the reference beam) must be known with high accuracy.

Unter einem optischen Strahlbündel (z. B. dem optischen Meßstrahlbündel) wird hier elektromagnetische Strahlung verstanden, die sich gemäß den optischen Gesetzen (z. B. bzgl. Brechung, Beugung, Reflexion) verhält.Under an optical beam (eg the optical measuring beam) is understood here as electromagnetic radiation, according to the optical laws (eg with respect to refraction, diffraction, reflection) behaves.

Die Wellenlängen sind aus dem UV-Bereich, sichtbaren Wellenlängenbereich und/oder Infrarotbereich und die Wellenlängen der optischen Meßstrahlbündel sowie des Referenzstrahlbündels liegen bevorzugt im Bereich von 400–1300 nm.The wavelengths are from the UV range, visible wavelength range and / or infrared range and the wavelengths of the optical measuring beam and the reference beam are preferably in the range of 400-1300 nm.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Schritt e) die Längenänderung zeitlich ungleichmäßig durchgeführt werden. Dies kann aktiv erfolgen oder auch passiv. Wesentlich ist nur, daß eine Längenänderung stattfindet.at The process according to the invention can be carried out in step e) the change in length is carried out unevenly over time become. This can be active or passive. It is essential only that a change in length takes place.

In dem Schritt f) kann aus den zeitlichen Intensitätsverläufen jeweils ein zeitlicher Phasenverlauf abgeleitet werden, die bei der rechnerischen Bestimmung der Wellenlängen ausgewertet werden.In the step f) can from the temporal intensity gradients In each case a temporal phase profile are derived, the at evaluated the mathematical determination of the wavelengths become.

Insbesondere kann der zeitliche Phasenverlauf der entsprechende Wellenlänge, die bestimmt werden soll, nicht als Funktion der Zeit, sondern als Funktion des zeitlichen Phasenverlaufs der (m + 1)-ten Wellenlänge dargestellt werden.Especially can the temporal phase curve of the corresponding wavelength, which is to be determined, not as a function of time, but as Function of the temporal phase curve of the (m + 1) th wavelength being represented.

Die Phasenverläufe werden insbesondere so abgeleitet, daß sie jeweils stetig sind.The Phase curves are derived in particular so that they each are steady.

Zur Ableitung der Phasenverläufe können die Extremwerte bestimmt werden und aus den bestimmten Extremwerten dann die Phasenverläufe abgeleitet werden.to Derivation of the phase curves can be the extreme values be determined and from the determined extreme values then the phase curves be derived.

Bei der Bestimmung der Extremwerte kann der Intensitätsverlauf im Bereich der Extremwerte durch eine angepaßte Modelfunktion dargestellt werden, die zur Extremwertbestimmung benützt wird.at The determination of the extreme values can be the intensity curve in the range of extreme values by an adapted model function are displayed, which uses the extreme value determination becomes.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann im Schritt f) ein zeitlicher Bereich der vorbestimmten Meßdauer bestimmt werden, in dem die Länge des ersten Interferometerarms entweder nur zugenommen oder abgenommen hat. Die rechnerische Bestimmung der Wellenlänge wird dann für den bestimmten zeitlichen Bereich durchgeführt. Damit kann vorteilhaft vermieden werden, daß ein Extremwert bei der Wellenlängenbestimmung berücksichtigt wird, der aufgrund einer Umkehrung der Bewegungsrichtung der Änderung der Armlänge gemessen wird und somit kein Extremwert ist, der nach Durchschreiten einer vollen Periode der Schwingung auftritt. Damit kann die Genauigkeit der Wellenlängenbestimmung erhöht werden.at The process according to the invention can be carried out in step f) determines a time range of the predetermined measurement duration in which the length of the first interferometer arm either only increased or decreased. The mathematical determination the wavelength is then for the particular time Area performed. This can be advantageously avoided be that an extreme value in the wavelength determination is taken into account, due to a reversal of the direction of movement the change in the arm length is measured and thus There is no extreme value after passing through a full period the vibration occurs. This allows the accuracy of the wavelength determination increase.

Diese Bestimmung des zeitlichen Bereiches kann für nur eine der m + 1 Wellenlängen durchgeführt werden. Es ist jedoch möglich, diese Bestimmung für mehrere oder auch für alle der m + 1 Wellenlängen durchzuführen. Damit kann sicher der zeitliche Bereich ermittelt werden, in dem die Abstandsänderung des ersten Interferometerarms entweder nur zu- oder nur abnimmt.These Determining the temporal range can be for only one of m + 1 wavelengths are performed. It is however, it is possible to use this provision for several or also for all of the m + 1 wavelengths. Thus, the time range can be determined safely in the the change in distance of the first interferometer arm either only increasing or decreasing.

Ferner kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der vorbestimmten Meßdauer die Intensität zumindest eines Meßstrahlbündels gemessen und im Schritt f) berücksichtigt werden. Damit können unerwünschte Intensitätsschwankungen des zumindest einen Meßstrahlbündels während der vorbestimmten Meßdauer bei der rechnerischen Bestimmung der Wellenlängen berücksichtigt werden, so daß die Wellenlängenbestimmung mit sehr hoher Genauigkeit möglich ist.Further can in the inventive method during the predetermined measurement duration, the intensity at least a Meßstrahlbündels measured and in the step f). This can be undesirable Intensity fluctuations of the at least one Meßstrahlbündels during the predetermined measurement period in the computational Determining the wavelengths to be taken into account, so that the wavelength determination with very high Accuracy is possible.

Es ist möglich, daß für alle Meßstrahlbündel die Intensität selektiv gemessen und im Schritt f) berücksichtigt wird. Auch die Intensität des Referenzstrahlbündels kann, falls Intensitätsschwankungen des Referenzstrahlbündels zu hoch sind, gemessen und im Schritt f) berücksichtigt werden.It it is possible that for all Meßstrahlbündel the intensity is selectively measured and taken into account in step f) becomes. Also the intensity of the reference beam can, if intensity fluctuations of the reference beam are too high, measured and taken into account in step f) become.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen von m optischen Meßstrahlbündeln, mit einer Strahlungsquelle, die ein optisches Referenzstrahlbündel mit einer vorbekannten (m + 1)-ten Wellenlänge, die keiner der m Wellenlängen gleicht, abgibt, einem Überlagerungsmodul, das aus den Meßstrahlbündeln und dem Referenzstrahlbündel ein Ausgangsbündel erzeugt, einem Interferometermodul, das aus dem Ausgangsbündel eine erstes Interferometerbündel mit den m + 1 Wellenlängen in einen ersten Interferometerarm und ein zweites Interferometerbündel mit den m + 1 Wellenlängen ausgekoppelt und das erste Interferometerbündel nach Durchlaufen des ersten Interferometerarms mit dem zweiten Interferometerbündel zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert, einem Meßmodul, das die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig für jede der m + 1 Wellenlängen während einer vorbestimmten Meßdauer mißt, wobei während der vorbestimmten Meßdauer eine Variation der Länge des ersten Interferometerarms auftritt, sowie mit einer Steuereinheit, die jede der m Wellenlängen des Meßstrahlbündels rechnerisch aus dem gemessenen zeitlichen Intensitätsverlauf der entsprechenden Wellenlänge und dem gleichzeitig gemessenen Intensitätsverlauf der (m + 1)-ten Wellenlänge unter Berücksichtigung der vorbekannten (m + 1)-ten Wellenlänge bestimmt.The Problem is further solved by a device for determination the m different wavelengths of m optical Meßstrahlbündeln, with a radiation source, which is a reference optical beam with a known (m + 1) -th wavelength, none which equals m wavelengths, gives off an overlay module, that from the Meßstrahlbündeln and the reference beam generates an output beam, an interferometer module, from the output bundle a first interferometer bundle with the m + 1 wavelengths into a first interferometer arm and a second interferometer bundle with the m + 1 wavelengths decoupled and the first interferometer bundle after going through of the first interferometer arm with the second interferometer beam superimposed to generate interference radiation, a Measuring module, which determines the intensity of the interference radiation simultaneously for each of the m + 1 wavelengths during Measures a predetermined measurement duration, wherein during the predetermined measurement duration is a variation of the length of the first interferometer arm, and with a control unit, each of the m wavelengths of Meßstrahlbündels computationally from the measured temporal intensity course of the corresponding Wavelength and the simultaneously measured intensity curve taking into account the (m + 1) -th wavelength determines the previously known (m + 1) -th wavelength.

Die Strahlungsquelle kann eine frequenzstabilisierte Lichtquelle sein, wie z. B. ein temperaturstabilisierter VCSEL-, DFB-, oder DBR-Laser, ein frequenzstabilisierter He/Ne-Laser, sein. Auch ist es möglich, daß die Strahlungsquelle ein Singlemode-Laser ist, dessen Frequenz hochgenau während der vorbestimmten Meßdauer bekannt ist, da sie beispielsweise durch ein weiteres Verfahren gemessen wird.The Radiation source may be a frequency stabilized light source, such as A temperature-stabilized VCSEL, DFB, or DBR laser, a frequency stabilized He / Ne laser. It is also possible the radiation source is a singlemode laser whose Frequency highly accurate during the predetermined measurement period is known, for example, by another method is measured.

Die Längenvariation des ersten Interferometerarms während der vorbestimmten Meßdauer kann aktiv über die Steuereinheit und beispielsweise einen entsprechenden Aktuator bewirkt werden. Bevorzugt wird während der vorbestimmten Meßdauer die Länge des ersten Interferometerarms nur vergrößert oder nur verkleinert. Es ist jedoch möglich, daß zufällige, von der jeweiligen Ausbildung des Interferometerarms abhängige Bewegungen genutzt werden, um erfindungsgemäß die m Wellenlängen bestimmen zu können. Solche zufälligen Bewegungen können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden, da die Längenvariation zeitlich nicht gleichmäßig erfolgen muß. Wesentlich ist nur, daß während der vorbestimmten Meßdauer eine Änderung der (optischen) Länge des ersten Interferometerarms auftritt. Diese Längenänderung sollte bevorzugt als Funktion der Zeit zusammenhängend (also ohne Sprünge) sein.The Length variation of the first interferometer arm during the predetermined measurement duration can be active over the Control unit and, for example, causes a corresponding actuator become. It is preferred during the predetermined measurement period the length of the first interferometer arm only increased or just downsized. However, it is possible that random, from the respective training of the interferometer arm dependent movements be used to according to the invention the m wavelengths to be able to determine. Such random movements can in the inventive device be used because the length variation is not even in time must be done. It is essential only that during the predetermined measurement period a change in the (optical) Length of the first interferometer arm occurs. This change in length should preferably be coherent as a function of time (without jumps).

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Steuereinheit aus den zeitlichen Intensitätsverläufen jeweils einen zeitlichen Phasenverlauf ableiten, der bei der rechnerischen Bestimmung der Wellenlängen ausgewertet wird. Die Steuereinheit kann die Phasenverläufe insbesondere so ableiten, daß sie jeweils stetig sind.at the device according to the invention, the control unit from the temporal intensity gradients respectively derive a temporal phase course, which in the computational Determination of the wavelengths is evaluated. The control unit can derive the phase curves in particular so that they each are steady.

Zur Ableitung der Phasenverläufe kann die Steuereinheit die Extremwerte bestimmen und dann jeweils für alle Intensitätswerte zwischen den jeweiligen Extremwerten den Phasenverlauf rechnerisch ermitteln.to Derivation of the phase curves, the control unit can Determine extreme values and then for all intensity values between the respective extreme values the phase progression arithmetically determine.

Zur Bestimmung der Extremwerte kann der Intensitätsverlauf durch die Steuereinheit im Bereich der Extremwerte durch eine angepaßte Modellfunktion dargestellt bzw. gefittet werden. Die so gefittete Modellfunktion wird dann zur Extremwertbestimmung benützt.to Determining the extreme values can be the intensity curve by the control unit in the range of extreme values by an adapted Model function are shown or fit. The so fit Model function is then used to determine the extreme value.

insbesondere kann die Steuereinheit den zeitlichen Phasenverlauf der entsprechenden Wellenlänge, die zu bestimmen ist, nicht als Funktion der Zeit, sondern als Funktion des zeitlichen Phasenverlaufs der (m + 1)-ten Wellenlänge darstellen. Somit werden die Phasenverläufe der zu bestimmenden Wellenlängen mit dem Phasenverlauf der bekannten (m +)-ten Wellenlänge normiert.especially the control unit can the temporal phase of the corresponding Wavelength to be determined, not as a function of Time, but as a function of the temporal phase of the (m + 1) -th wavelength. Thus the phase progressions become the wavelengths to be determined with the phase curve normalized to the known (m +) th wavelength.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Steuereinheit so ausgebildet sein, daß sie einen zeitlichen Bereich der vorbestimmten Meßdauer, in dem die Länge des ersten Interferometerarms entweder nur zu- oder nur abgenommen hat, bestimmt und die rechnerische Bestimmung der Wellenlängen für den bestimmten zeitlichen Bereich durchführt.at the device according to the invention, the control unit be designed so that they have a temporal range of predetermined measurement duration, in which the length of the first Interferometerarms either only or only decreased, determined and the mathematical determination of the wavelengths for the particular time range.

Damit können vorteilhaft Extremwerte der gemessenen Intensität der Interferenzstrahlung nicht berücksichtigt werden, die aufgrund einer Umkehr der Bewegungsrichtung der Änderung der Armlänge des ersten Interferometerarms und somit nicht nach Durchlaufen einer vollen Periode der Schwingung auftreten. Dies erhöht die Genauigkeit bei der Bestimmung der Wellenlängen.In order to can advantageously extremes of measured intensity the interference radiation is not taken into account, the due to a reversal of the direction of the change the arm length of the first interferometer arm and thus not after passing through a full period of oscillation. This increases the accuracy in determining the wavelengths.

Ferner kann die Vorrichtung ein weiteres Meßmodul aufweisen, mit dem während der vorbestimmten Meßdauer die Intensität zumindest eines Meßstrahlbündels gemessen wird, wobei die Steuereinheit die vom zweiten Meßmodul gemessene(n) Intensität(en) bei der Wellenlängenbestimmung berücksichtigt. Damit können auch nachteilige Intensitätsschwankungen der Meßstrahlbündel kompensiert werden, was die Genauigkeit bei der Wellenlängenbestimmung erhöht.Further the device can have a further measuring module, with the intensity during the predetermined measuring period at least one measuring beam is measured, wherein the control unit measures the measured by the second measuring module (s) Intensity (s) in the wavelength determination considered. This can also be disadvantageous Intensity fluctuations of Meßstrahlbündel be compensated, what the accuracy in the wavelength determination elevated.

Natürlich ist es möglich, daß die Intensität jedes Meßstrahlbündels gemessen wird. Auch kann, falls dies notwendig werden sollte, die Intensität des Referenzstrahlbündels gemessen und bei der Auswertung berücksichtigt werden.Naturally is it possible for the intensity of each Meßstrahlbündels is measured. Also, if so should be necessary, the intensity of the reference beam measured and taken into account in the evaluation.

Das Interferometermodul kann insbesondere einen zweiten Interferometerarm aufweisen, in dem das zweite Interferometermodul eingekoppelt wird. Das Interferometermodul kann insbesondere als Interferometer nach Michelson ausgebildet sein. Es ist jedoch auch jede andere Ausbildung des Interferometermoduls möglich, wesentlich ist dabei insbesondere, daß die beiden Interferometerbündel unterschiedliche optische Weglängen durchlaufen und danach zur Erzeugung der Interferenzstrahlung überlagert werden.The Interferometer module can in particular a second interferometer in which the second interferometer module is coupled. The interferometer module can be used in particular as an interferometer Michelson be trained. But it is also any other training of the interferometer module is possible, it is essential in particular, that the two interferometer bundles go through different optical path lengths and after be overlaid to generate the interference radiation.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung können insbesondere bei dem in der DE 10 2006 048 849 A1 beschriebenen Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen verwendet werden.The inventive method and the device according to the invention can in particular in the in the DE 10 2006 048 849 A1 described method and apparatus for measuring the concentration of at least one substance from a group of n located in a sample material and the dispersion the substances influencing the sample material are used.

So kann das z. B. in Verbindung mit 1 dieser Druckschrift beschriebene Interferometermodul 2 als Interferometermodul der vorliegenden Erfindung genutzt werden, wobei der Meßarm 30 von 1 der DE 10 2006 048 849 A1 dem ersten Interferometerarm des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Da in diesem Fall die Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und der Augenlinse 35 des Auges A einem Endspiegel des ersten Interferometerarms entspricht, können z. B. die durch unwillkürliche Bewegungen, Atmung und/oder Pulsschlag auftretende Längenänderungen des ersten Interferometerarms gleich als Variationen der Länge des ersten Interferometerarms während der vorbestimmten Meßdauer genutzt werden. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da die zeitliche Längenänderung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht gleichmäßig sein muß, sondern zeitlich ungleichmäßig sein kann.So the z. B. in conjunction with 1 This document described interferometer module 2 be used as interferometer module of the present invention, wherein the measuring arm 30 from 1 of the DE 10 2006 048 849 A1 corresponds to the first interferometer of the inventive method or the device according to the invention. Because in this case the interface between aqueous humor 34 and the eye lens 35 of the eye A corresponds to an end mirror of the first interferometer, z. For example, the changes in length of the first interferometer arm occurring as a result of involuntary movements, respiration and / or pulsation are used as variations in the length of the first interferometer arm during the predetermined measurement period. This is particularly possible because the temporal change in length in the apparatus and method of the invention need not be uniform, but may be temporally uneven.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen kann somit in gleicher Weise wie die Vorrichtung der DE 10 2006 048 849 A1 ausgebildet sein. Im Unterschied zu der Vorrichtung der DE 10 2006 048 849 A1 können jedoch sieben der acht Laserdioden 5 bis 12 gemäß 1 der DE 10 2006 048 849 A1 durch kostengünstige Standard-Laserdioden, wie z. B. Multimode-Laserdioden, ersetzt werden. Die achte Laserdiode ist entweder ein frequenzstabilisierter Laser mit der gewünschten Genauigkeit oder die Wellenlänge der Laserstrahlung der achten Laserdiode wird z. B. über den Hohlraumresonator 25, wie in Verbindung mit 3 und 4 der DE 10 2006 048 849 A1 beschrieben ist, während der Meßdauer mit der erforderlichen Genauigkeit bestimmt.The inventive device for determining the m different wavelengths can thus in the same way as the device of DE 10 2006 048 849 A1 be educated. Unlike the device of DE 10 2006 048 849 A1 however, seven of the eight laser diodes 5 through 12 may be shown in FIG 1 of the DE 10 2006 048 849 A1 by inexpensive standard laser diodes, such. B. multimode laser diodes replaced. The eighth laser diode is either a frequency stabilized laser with the desired accuracy or the wavelength of the laser radiation of the eighth laser diode is z. B. over the cavity resonator 25 , as in connection with 3 and 4 of the DE 10 2006 048 849 A1 is determined during the measurement period with the required accuracy.

Wenn der Hohlraumresonator 25 nicht benötigt wird, kann er und auch alle weiteren Elemente, die in der DE 10 2006 048 849 A1 zur Messung der Wellenlängen in Verbindung mit dem Hohlraumresonator 25 beschriebenen sind, weggelassen werden. Damit kann die Vorrichtung kleiner, leichter und dabei auch noch kostengünstiger bereitgestellt werden.When the cavity resonator 25 not needed, he and also all other elements that are in the DE 10 2006 048 849 A1 for measuring the wavelengths associated with the cavity resonator 25 are omitted, be omitted. Thus, the device can be made smaller, lighter and also cheaper.

Der Inhalt der DE 10 2006 048 849 A1 wird hiermit in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.The content of DE 10 2006 048 849 A1 is hereby incorporated in full in the present application.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features not only in the specified Combinations, but also in other combinations or used alone are without departing from the scope of the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:following The invention is for example with reference to the accompanying Drawings which also disclose features essential to the invention, explained in more detail. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen von m optischen Meßstrahlbündeln; 1 a schematic view of an embodiment of the inventive device for determining the m different wavelengths of m optical Meßstrahlbündeln;

2 ein Diagramm, das die gemessenen Intensitäten der Interferenzstrahlung für jede der acht Wellenlängen zeigt; 2 a diagram showing the measured intensities of the interference radiation for each of the eight wavelengths;

3 ein Diagramm, das die Intensität der Interferenzstrahlung der Wellenlänge λ₁ zeigt; 3 a diagram showing the intensity of the interference radiation of the wavelength λ ₁ ;

4 ein Diagramm, das die Phasenfunktion der ersten Wellenlänge λ₁ zeigt; 4 a diagram showing the phase function of the first wavelength λ ₁ ;

5 ein Diagramm, das die Phasenfunktionen aller acht Wellenlängen zeigt, und 5 a diagram showing the phase functions of all eight wavelengths, and

6 ein Diagramm, das die Phasenfunktionen aller acht Wellenlängen als Funktion der Phasenfunktion der ersten Wellenlänge zeigt. 6 a diagram showing the phase functions of all eight wavelengths as a function of the phase function of the first wavelength.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Bestimmung der m unterschiedlichen Wellenlängen von m optischen Meßstrahlbündeln, die von einer Strahlquelle 2 als Meßstrahlung MS abgegeben wird, einen Referenzlaser 3, der ein Referenzstrahlbündel RS einer vorbekannten Wellenlänge λ₁ (hier gleich 405 nm) abgibt, einen teiltransparenten Spiegel 4, der die Meßstrahlung MS mit dem Referenzstrahlbündel RS zu einem Ausgangsbündel AS überlagert, ein Interferenzmodul 5, dem das Ausgangsbündel AS zugeführt wird, ein Meßmodul 6 zur wellenlängenselektiven Detektion der mittels dem Interferenzmodul 5 erzeugten Interferenzstrahlung IS sowie eine Steuereinheit 7.At the in 1 embodiment shown comprises the device according to the invention 1 for determining the m different wavelengths of m optical measuring beams received from a beam source 2 is emitted as measuring radiation MS, a reference laser 3 which emits a reference beam RS of a known wavelength λ ₁ (here equal to 405 nm), a partially transparent mirror 4 , which superimposes the measuring radiation MS with the reference beam bundle RS to an output bundle AS, an interference module 5 to which the output beam AS is supplied, a measuring module 6 for wavelength-selective detection of the means of the interference module 5 generated interference radiation IS and a control unit 7 ,

Der Referenzlaser 3 ist hier so ausgebildet, daß die Wellenlänge λ₁ des Referenzstrahlbündels RS mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner als 10^–6 (also Δλ/λ < 10^–6) bekannt ist.The reference laser 3 is here designed so that the wavelength λ _{1 of} the reference beam RS with an absolute accuracy of less than 10 ^-6 (ie Δλ / λ <10 ^-6 ) is known.

Die Meßstrahlung MS enthält sieben Meßstrahlbündel M1–M7 (mit den Wellenlängen λ₂–λ₈), die von sieben Lasern L1–L7 abgegeben und über sechs teiltransparente Spiegel S1–S6 zu der Meßstrahlung MS überlagert werden. Die sieben diskreten Wellenlängen λ₂–λ₈ der Meßstrahlbündel MS–M7 und somit der Meßstrahlung MS sind im Vergleich zum Referenzstrahlbündel RS mit einer geringeren Genauigkeit bekannt und sollen mittels der erfindungsgemäß Vorrichtung mit höherer Genauigkeit bestimmt werden.The measuring radiation MS contains seven Meßstrahlbündel M1-M7 (with the wavelengths λ ₂ -λ ₈ ), which are emitted by seven lasers L1-L7 and superimposed on six semi-transparent mirror S1-S6 to the measuring radiation MS. The seven discrete wavelengths λ ₂ -λ _{8 of} the measuring beam MS-M7 and thus of the measuring radiation MS are known in comparison to the reference beam RS with a lower accuracy and should be determined by means of the inventive device with higher accuracy.

Die Wellenlängen λ₂–λ₈ der Meßstrahlbündel M1–M7 betragen 443, 488, 532, 635, 780, 980 und 1300 nm.The wavelengths λ ₂ -λ _{8 of} the measuring beams M1-M7 are 443, 488, 532, 635, 780, 980 and 1300 nm.

Das Interferenzmodul 5 enthält einen Interferenzteilerspiegel 8, der das zugeführte Ausgangsbündel AS teilweise reflektiert und teilweise transmittiert und dadurch ein erstes Interferometerbündel IB1 (der vom Spiegel 8 reflektierte Teil) mit den Wellenlängen λ₁–λ₈ und ein zweites Interferometerbündel IB2 (der vom Spiegel 8 transmittierte Teil des Ausgangsbündels) mit den Wellenlängen λ₁–λ₈ erzeugt. Die beiden Interferometerbündel IB1 und IB2 werden von einem ersten und einem zweiten Endspiegel 9, 10 in sich zurückreflektiert, treffen wiederum auf den Interferenzteilerspiegel 8, der sie zur Erzeugung der Interferenzstrahlung IS überlagert. Somit umfaßt das Interferenzmodul 5 einen ersten Interferometerarm 11 vom Teilerspiegel 8 bis zum ersten Endspiegel 9 und einen zweiten Interferometerarm 12 vom Teilerspiegel 8 bis zum zweiten Endspiegel 10, die von dem jeweiligen Interferometerbündel IB1, IB2 jeweils zweimal durchlaufen werden.The interference module 5 contains an interference splitter mirror 8th which partially reflects and partially transmits the supplied output beam AS, and thereby a first interferometer beam IB1 (that of the mirror 8th reflected part) with the wavelengths λ ₁ -λ ₈ and a second interferometer beam IB 2 (that of the mirror 8th transmitted part of the output beam) with the wavelengths λ ₁ -λ ₈ generated. The two interferometer beams IB1 and IB2 are defined by a first and a second end mirror 9 . 10 reflected back into itself, in turn meet the interference splitter mirror 8th which superimposes them to generate the interference radiation IS. Thus, the interference module includes 5 a first interferometer arm 11 from the splitter mirror 8th until the first end mirror 9 and a second interferometer arm 12 from the splitter mirror 8th to the second end mirror 10 , which are each traversed twice by the respective Interferometerbündel IB1, IB2.

Der Endspiegel 9 ist mit einem Aktuator 13 (z. B. Schrittmotor oder Piezostellelement) verbunden, der den ersten Endspiegel 9 in Richtung der Ausbreitungsrichtung des ersten Interferometerbündels IB1 bewegen kann, wie durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ist. Dadurch kann der Abstand zwischen dem ersten Endspiegel 9 und dem Interferometerteilerspiegel 8 verändert werden. Mit dieser Abstandsänderung wird die Länge des ersten Interferometerarms 11 und somit die optisch Weglänge, die das erste Interferometerbündel IB1 durchläuft, verändert.The end mirror 9 is with an actuator 13 (eg, stepping motor or piezoelectric actuator) connected to the first end mirror 9 can move in the direction of propagation direction of the first interferometer beam IB1, as indicated by the double arrow P1. This allows the distance between the first end mirror 9 and the interferometer divider mirror 8th to be changed. This change in distance becomes the length of the first interferometer arm 11 and thus the optical path length, which passes through the first interferometer beam IB1 changes.

Das Meßmodul 6, dem die Interferenzstrahlung IS zugeführt wird, umfaßt ein wellenlängenabhängiges Aufspaltungselement 14 (beispielsweise ein Prisma) sowie acht Detektoren D1–D8.The measuring module 6 to which the interference radiation IS is supplied comprises a wavelength-dependent splitting element 14 (For example, a prism) and eight detectors D1-D8.

Die Ausbreitungsrichtung der Interferenzstrahlung IS wird beim Durchlaufen des Aufspaltungselementes 14 so verändert, daß die Intensität der Interferenzstrahlung für jede Wellenlänge λ₁–λ₈ des Ausgangsbündels AS selektiv gemessen werden kann.The propagation direction of the interference radiation IS is when passing through the splitting element 14 changed so that the intensity of the interference radiation for each wavelength λ ₁ -λ _{8 of} the output beam AS can be selectively measured.

Die Steuereinheit 7 dient zur Steuerung des Aktuators 13, empfängt die Meßsignale der Detektoren D1–D8 und führt die nachfolgend beschriebenen Berechnungen durch.The control unit 7 serves to control the actuator 13 , receives the measurement signals of the detectors D1-D8 and performs the calculations described below.

Im Betrieb wird dem Interferenzmodul 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Ausgangsbündel AS zugeführt, das in die beiden Interferometerbündel IB1 und IB2 aufgespalten und nach zweimaligem Durchlaufen der Interferometerarme 11, 12 zur Interferenzstrahlung IS überlagert wird. Die Intensität der Interferenzstrahlung IS wird wellenlängenabhängig über die Detektoren D1–D8 gemessen. Diese Messung wird für eine vorbestimmte Meßdauer durchgeführt, wobei während der Meßdauer der erste Endspiegel 9 so bewegt wird, daß die Länge des ersten Interferometerarms 11 variiert wird. Die Längenvariation kann zeitlich gleichmäßig oder auch ungleichmäßig durchgeführt werden.In operation, the interference module 5 the device according to the invention the output beam AS supplied, which is split into the two interferometer beams IB1 and IB2 and after passing through the interferometer two times 11 . 12 is superimposed on the interference radiation IS. The intensity of the interference radiation IS is measured as a function of wavelength via the detectors D1-D8. This measurement is carried out for a predetermined measurement period, during which time the first end mirror 9 is moved so that the length of the first interferometer 11 is varied. The length variation can be performed evenly or unevenly in time.

Das Meßergebnis für alle acht Wellenlängen λ₁–λ₈ ist in 2 dargestellt, wobei entlang der x-Achse die Zeit t und entlang der y-Achse die gemessene Intensität I (jeweils in beliebigen Einheiten) aufgetragen ist.The measurement result for all eight wavelengths λ ₁ -λ ₈ is in 2 in which the time t is plotted along the x-axis and the measured intensity I (in any desired units) along the y-axis.

Aus diesen zeitlichen Intensitätssignalen I(t, λ) werden zunächst für jede Wellenlänge λ₁–λ₈ der zeitliche Phasenverlauf φ(t, λ) ermittelt, wie nachfolgend anhand des Detektorsignals für die Interferenzstrahlung IS mit der Wellenlänge λ₁ erläutert wird.From these temporal intensity signals I (t, λ), the temporal phase curve φ (t, λ) is first determined for each wavelength λ ₁ -λ ₈ , as will be explained below with reference to the detector signal for the interference radiation IS with the wavelength λ ₁ .

In 3 ist nur die Intensität I(t, λ₁) für die Wellenlänge λ₁ über eine etwas kürzere Zeitdauer im Vergleich zu 2 dargestellt.In 3 is only the intensity I (t, λ ₁ ) for the wavelength λ ₁ over a slightly shorter period compared to 2 shown.

Es werden als erstes die Extremwerte (Maxima und Minima) des zeitlichen Intensitätsverlaufes I(t) ermittelt. Anhand der ermittelten Extremwerte kann dann für jeden Zeitpunkt zwischen den beiden Extremwerten die gesuchte Phase φ(t) gemäß der nachfolgenden Formel 1 berechnet werden:

First, the extreme values (maxima and minima) of the temporal intensity profile I (t) are determined. On the basis of the determined extreme values, the desired phase φ (t) can then be calculated in accordance with the following formula 1 for each time between the two extreme values:

Wenn z. B. für den in 3 gezeigten Intensitätswert I(t₃) die Phase φ(t₃) berechnet werden soll, werden in die obige Formel 1 für I_max und I_min die Intensitätswerte zu den Zeitpunkten t₂ und t₄ (I_max1 und I_min2) und für I(t) der Intensitätswert I(t₃) eingesetzt.If z. B. for the in 3 In the above formula I (t ₃ ) the phase φ (t ₃ ) is to be calculated, in the above formula 1 for I _max and I _min the intensity _values at the times t ₂ and t ₄ (I _max1 and I _min2 ) and for I (t) the intensity value I (t ₃ ) is used.

Für Intensitätswerte I(t), die nicht zwischen einem Maximum und einem zeitlich folgenden Minimum liegen, sondern zwischen einem Minimum und einem zeitlich folgenden Maximum (wie z. B. ein Intensitätswert zwischen t₁ und t₂) wird die Phase φ(t) mit der folgenden Formel 2 berechnet, die sich von Formel 1 nur durch Addition der festen Phasen π unterscheidet (bei dem angegebenen Beispiel wird I_max1 für I_max und wird I_min1 für I_min eingesetzt).For intensity values I (t) that are not between a maximum and a temporally following minimum, but between a minimum and a temporally following maximum (such as an intensity value between t ₁ and t ₂ ), the phase φ (t) calculated by the following formula 2, which differs from formula 1 only by adding the fixed phases π (in the example given, I _{max1 is} I _max and I _{min1 is} I _min ).

Der so ermittelt Phasenverlauf wird noch verstetigt, so daß man den in 4 gezeigten zeitlich Phasenverlauf φ(t) für die Wellenlänge λ₁ erhält. Die Phasenfunktion φ(t) von 4 ist nicht linear, da die Abstandsänderungen des ersten Interferometerarms 11 zeitlich ungleichförmig waren.The thus determined phase curve is still steady, so that the in 4 shown phase characteristic φ (t) for the wavelength λ ₁ receives. The phase function φ (t) of 4 is not linear, since the distance changes of the first interferometer 11 were not uniform in time.

In dieser Art wird für jede der Wellenlänge der zeitliche Phasenverlauf φ(t) ermittelt, die in 5 als Phasenverläufe φ(t, λ₁), φ(t, λ₂), ... φ(t, λ₈) für die acht Wellenlängen λ₁–λ₈ gezeigt sind.In this way, for each of the wavelengths, the temporal phase curve φ (t) is determined 5 are shown as phase curves φ (t, λ ₁ ), φ (t, λ ₂ ), ... φ (t, λ ₈ ) for the eight wavelengths λ ₁ -λ ₈ .

Als nächster Schritt werden nun die Phasenfunktionen nicht mehr als Funktion der Zeit, sondern als Funktion der Phasenfunktion der ersten Wellenlänge λ₁, deren Wellenlänge bekannt ist, dargestellt: φ(t, λ_n), φ(t, λ₁) → φ(φ(t, λ₁), λ_n), wobei n = 1 – 8.As a next step, the phase functions are no longer represented as a function of time, but as a function of the phase function of the first wavelength λ ₁ whose wavelength is known: φ (t, λ _n ), φ (t, λ ₁ ) → φ φ (t, λ ₁ ), λ _n ), where n = 1-8.

Durch diese Transformation werden die Nichtlinearitäten herausgerechnet und die Phasenfunktionen φ sind linearisiert bzw. Geraden, wie in 6 gezeigt ist. Die Phasenfunktion für die Wellenlänge λ₁ weist die Steigung 1 auf. Bei den anderen sieben Phasenfunktionen φ ist der Kehrwert der Steigung der Faktor, mit dem die Wellenlänge λ₁ zu multiplizieren ist, um die Wellenlänge λ_n(n = 2, 3, ...7) mit der Genauigkeit der ersten Wellenlänge λ₁ zu bestimmen.By this transformation, the nonlinearities are calculated out and the phase functions φ are linearized or straight lines, as in 6 is shown. The phase function for the wavelength λ ₁ has the slope 1 on. In the case of the other seven phase functions φ, the reciprocal of the slope is the factor with which the wavelength λ _{1 is} to be multiplied by the wavelength λ _n (n = 2, 3,... 7) with the accuracy of the first wavelength λ ₁ determine.

Man kann die Phasenfunktionen gemäß 6 auch im Hinblick auf die Frequenzen der Interferenzstrahlung so verstehen, daß die jeweilige Steigung der Phasenfunktion der gesuchte Frequenzfaktor des entsprechenden Kanals (also der entsprechenden Wellenlänge) im Verhältnis zur Frequenz des ersten Kanals (also der ersten Wellenlänge und somit der Referenzstrahlung) ist. Um die Frequenz eines Kanals (also eines der Meßstrahlenbündel M1–M7) zu bestimmen, muß man nur die entsprechende Steigung gemäß 6 ermitteln und diese mit der Frequenz des ersten Kanals (der Referenzstrahlung RS) multiplizieren.You can the phase functions according to 6 also with regard to the frequencies of the interference radiation so understand that the respective slope of the phase function of the sought frequency factor of the corresponding channel (ie the corresponding wavelength) in relation to the frequency of the first channel (ie the first wavelength and thus the reference radiation). In order to determine the frequency of a channel (ie one of the measuring beams M1-M7), one has only the corresponding slope according to 6 and multiply them by the frequency of the first channel (the reference radiation RS).

Die so bestimmten Frequenzen bzw. Wellenlängen können dann z. B. bei dem aus der DE 10 2006 048 849 A1 bekannten Verfahren (bzw. der entsprechenden bekannten Vorrichtung) dazu genutzt werden, um aus den Daten gemäß 5 der vorliegenden Anmeldung unter Berücksichtigung der berechneten Frequenzen die Dispersionsfunktion der Medien im Interferometermodul 5 zu berechnen. Das Interferometermodul 5 der vorliegenden Erfindung entspricht in diesem Fall dem Interferometermodul 2 gemäß 1 der DE 10 2006 048 849 A1 und die Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und der Augenlinse 35 des Auges A gemäß dieser Druckschrift entspricht dem ersten Endspiegel 9 gemäß der vorliegenden 1.The thus determined frequencies or wavelengths can then z. B. in which from the DE 10 2006 048 849 A1 known method (or the corresponding known device) are used to from the data according to 5 in the present application, taking into account the calculated frequencies, the dispersion function of the media in the interferometer module 5 to calculate. The interferometer module 5 In this case, the present invention corresponds to the interferometer module 2 according to 1 of the DE 10 2006 048 849 A1 and the interface between aqueous humor 34 and the eye lens 35 of the eye A according to this document corresponds to the first end mirror 9 according to the present 1 ,

Zur Berechnung der Dispersionsfunktion der Medien im Kammerwasser wird dann im wesentlichen davon ausgegangen, daß jede der Kurven in 5 nur auf Modulo 2π genau bestimmt werden kann, d. h. alle Kurven können um n·2π mit π ∈ Z verschoben werden. Die Dispersion der Medien ergibt sich, indem die Phase z. B. des ersten Kanals gewichtet mit dem Frequenzverhältnis zwischen dem ersten und jedem der sieben anderen Kanäle von diesen Kanälen abgezogen wird. Dazu wird vorher jede Funktion so oft um 2π verschoben, bis die berechnete Dispersion mit einem vorher ermittelten Schätzwert für die Interferometerdispersion möglichst gut übereinstimmt.To calculate the dispersion function of the media in the aqueous humor is then essentially assumed that each of the curves in 5 can only be determined exactly on modulo 2π, ie all curves can be shifted by n · 2π with π ∈ Z. The dispersion of the media results by the phase z. Weighted, for example, of the first channel with the frequency ratio between the first and each of the seven other channels being subtracted from these channels. For this purpose, each function is shifted by 2π until the calculated dispersion agrees as well as possible with a previously determined estimated value for the interferometer dispersion.

Aus diesem Grund gehen die Frequenzen der Kanäle in die Dispersionsbestimmung ein. Um die Dispersion mit der entsprechenden Genauigkeit bestimmen zu können, ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche Bestimmung der Frequenzen der Kanäle auf besser als 10^–6 notwendig.For this reason, the frequencies of the channels are included in the dispersion determination. In order to be able to determine the dispersion with the corresponding accuracy, the determination of the frequencies of the channels possible with the method according to the invention and the device according to the invention is better as 10 ^-6 necessary.

Die Qualität der Meßdaten und die Genauigkeit der Frequenzbestimmung der Kanäle bestimmt bei diesem Beispiel die maximal erreichbare Genauigkeit der Dispersion. Ein entscheidender Vorteil des hier beschriebenen Beispiels besteht darin, daß die Frequenz der Kanäle genau an der Stelle im Auswertungsprozeß bestimmt wird, wo die Frequenzen in die Berechnung der Dispersion eingehen. So kann sichergestellt werden, daß die Frequenzen immer mit genau der Genauigkeit bestimmt werden, die für die maximale erreichbar Dispersionsgenauigkeit benötigt werden. Dazu muß lediglich die Frequenz eines Kanals (Referenzkanal bzw. Referenzstrahlung RS) schon vorher mit einer Genauigkeit von besser als 10^–6 bekannt sein. Es ist jedoch nicht mehr notwendig, daß alle acht Frequenzen mit dieser Genauigkeit bekannt sein müssen, was die technische Realisierung des Aufbaus der DE 10 2006 048 849 A1 deutlich vereinfacht.The quality of the measurement data and the accuracy of the frequency determination of the channels in this example determines the maximum achievable accuracy of the dispersion. A decisive advantage of the example described here is that the frequency of the channels is determined exactly at the point in the evaluation process, where the frequencies are included in the calculation of the dispersion. Thus it can be ensured that the frequencies are always determined with exactly the accuracy needed for the maximum achievable dispersion accuracy. For this purpose, only the frequency of a channel (reference channel or reference radiation RS) must be known before with an accuracy of better than 10 ^-6 . However, it is no longer necessary that all eight frequencies must be known with this accuracy, which is the technical realization of the structure of the DE 10 2006 048 849 A1 much easier.

Die berechnete Dispersion kann dann, wie in der DE 10 2006 048 849 A1 beschrieben, nach den verschieden Kammerwasserbestandteilen separiert werden und daraus kann z. B. ein Maß für den Zuckerspiegel und/oder des Alkohols des Kammerwassers und daraus wieder ein Maß für den entsprechenden Spiegel im Blut bestimmt werden.The calculated dispersion can then, as in the DE 10 2006 048 849 A1 described, are separated according to the different aqueous humor components and it can be used, for. As a measure of the sugar level and / or the alcohol of the aqueous humor and from it again a measure of the corresponding level in the blood can be determined.

Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, gibt es Maxima bzw. Minima, die in ihrer Größe deutlich vom Mittelwert der Maxima bzw. Minima abweichen. So ist z. B. das Maxima I_max0 in 3 um mehr als die Hälfte kleiner als die folgenden Maxima I_max1, I_max2, .... Der Grund für eine solche Abweichung liegt in einer Umkehr der Bewegungsrichtung des ersten Spiegels 9 bzw. einer Umkehr der Richtung der Änderung der Länge des ersten Interferometerarms 11 von einer Zunahme der Armlänge zu einer Abnahme der Armlänge oder umgekehrt. Das Maxima I_max0 in 3 zeigt einen solchen Umkehrpunkt, bei dem zwar ein Maximum auftritt, jedoch keine volle Periode der Schwingung durchschritten wurde. Die Berücksichtigung eines solchen Extremwertes würde die Genauigkeit des Ergebnisses der Wellenlängenbestimmung nachteilig beeinflussen. Daher kann vor der in Verbindung mit 4 bis 6 beschriebenen Auswertung eine Vorprozessierung durchgeführt werden, wenn es zu erwarten ist, daß solche Umkehrpunkte der Bewegungsrichtung während der Messung auftreten, oder wenn es bekannt ist, daß solche Umkehrungen der Bewegungsrichtung auftreten werden.As in the 2 and 3 can be seen, there are maxima or minima that differ significantly in size from the average of the maxima or minima. So z. B. the maxima I _max0 in 3 more than half smaller than the following maxima I _max1 , I _max2 , .... The reason for such a deviation is a reversal of the direction of movement of the first mirror 9 or a reversal of the direction of change in the length of the first interferometer arm 11 from an increase in arm length to a decrease in arm length or vice versa. The maxima I _max0 in 3 shows such a reversal point, in which although a maximum occurs, but not a full period of oscillation has been passed. The consideration of such an extreme value would adversely affect the accuracy of the result of the wavelength determination. Therefore, before in conjunction with 4 to 6 pre-processing is performed if it is to be expected that such reversal points of the direction of movement occur during the measurement, or if it is known that such reversals of the direction of movement will occur.

Bei der Vorprozessierung wird zunächst das arithmetische Mittel aller Maxima

sowie das arithmetische Mittel aller Minima

gemäß den nachfolgenden Formeln 3 und 4 berechnet.In preprocessing, first the arithmetic mean of all maxima

as well as the arithmetic mean of all minima

calculated according to the following formulas 3 and 4.

Danach werden alle Maxima bzw. Minima, die mehr als ein vorbestimmter Prozentwert von der Differenz der arithmetischen Mittel abweichen, als potentielle Umkehrpunkte markiert. Der Prozentwert kann z. B. 10 betragen, so daß alle Maxima bzw. Minima, die mehr als

abweichen, aussortiert und als potentielle Umkehrpunkte markiert werden. Somit wird bei dem Beispiel von 3 das lokale Maximum I_max0 als Umkehrpunkt markiert.Thereafter, all maxima or minima that deviate more than a predetermined percentage from the difference of the arithmetic mean are marked as potential reversal points. The percentage can be z. B. 10, so that all maxima or minima that more than

differ, be sorted out and marked as potential reversal points. Thus, in the example of 3 the local maximum I _max0 is marked as reversal point.

Die in Verbindung mit 4 bis 6 beschriebene Auswertung erfolgt dann nur in Bereichen, in denen keine ermittelten Umkehrpunkte liegen.The in conjunction with 4 to 6 The evaluation described then takes place only in areas in which no determined reversal points lie.

Die Auswahl der Bereiche kann entweder durch Vorprozessierung nur eines Kanales (also der Intensität einer der Wellenlängen) erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, daß mehrere oder alle Kanäle vorprozessiert werden, um sicherzustellen, daß nur ein Bereich oder mehrere Bereiche ausgewertet werden, in denen jeweils die Bewegungsrichtung keine Umkehrung aufweist.The Selection of areas can be done either by pre-processing only one Channel (ie the intensity of one of the wavelengths) respectively. However, it is also possible that several or all channels are preprocessed to ensure that only one area or several areas are evaluated, in each of which the direction of movement has no inversion.

Wenn man als Laser L1–L7 Multimode-Laserdioden einsetzt, kann es sein, daß deren zeitliche Kohärenzlänge relativ gering ist. In diesem Fall kann der Kontrast der Maxima bzw. Minima mit dem Abstand zum abgeglichenen Interferometerzustand (beide Armlängen der beiden Interferometerarme 11, 12 sind gleich lang) abnehmen. Wenn diese Abnahme des Kontrastes über eine Periode der Intensitätsschwingung einen bestimmten Wert überschreitet (beispielsweise 1–5%), kann dies berücksichtigt werden, um eine maximale Genauigkeit bei der Bestimmung der Wellenlängen zu erreichen. In diesem Fall können z. B. die Maxima- und Minimawerte für jeden Meßwert aus einem Bereich nach den folgenden Formeln 5 und 6 interpoliert werden.If one uses as a laser L1-L7 multimode laser diodes, it may be that their temporal coherence length is relatively low. In this case, the contrast of the maxima or minima with the distance to the balanced interferometer state (both arm lengths of the two interferometer arms 11 . 12 are the same length) decrease. If this decrease in contrast over one period of the intensity oscillation causes a If the value exceeds a certain value (for example 1-5%), this can be taken into account in order to achieve maximum accuracy in the determination of the wavelengths. In this case, z. B. the maximum and minimum values for each measured value from a range according to the following formulas 5 and 6 are interpolated.

Die so ermittelten Extremwerte werden dann in die obigen Formeln 1 und 2 zur Phasenbestimmung gemäß der Beschreibung in Verbindung 3 bis 6 eingesetzt.The extreme values determined in this way are then combined in the above formulas 1 and 2 for phase determination as described 3 to 6 used.

Ferner können Intensitätsschwankungen der Laser L1–L7 und des Referenzlasers 3, wenn sie während der vorbestimmten Meßdauer zu groß werden, die Genauigkeit der Wellenlängenbestimmung beeinflussen. Man kann dann beispielsweise Laser mit geringeren Intensitätsschwankungen einsetzen oder die Intensität der von den einzelnen Lasern L1–L7 und 3 abgegebenen Strahlung M1–M7, RS während der Meßdauer messen und dann bei der Bestimmung der Wellenlängen berücksichtigen.Furthermore, intensity fluctuations of the laser L1-L7 and the reference laser 3 if they become too large during the predetermined measurement period, affect the accuracy of the wavelength determination. It is then possible, for example, to use lasers with smaller intensity fluctuations or to measure the intensity of the radiation M1-M7, RS emitted by the individual lasers L1-L7 and 3 during the measurement period and then to take this into account in the determination of the wavelengths.

In 1 ist gestrichelt für die Laser L1 und L2 eine Möglichkeit der Intensitätsmessung über Detektoren D9 und D10 dargestellt. Die Detektoren D9 und D10 sind natürlich mit der Steuereinheit 7 verbunden. Diese Verbindung ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet. Um die Strahlung des Lasers L1 zu messen, wird die durch den Spiegel S1 transmittierte Strahlung detektiert. Bei der Strahlung des Lasers L2 wird zusätzlich ein Spiegel S7 eingeführt, mit dem ein Teil der Strahlung ausgekoppelt und über den Detektor D10 gemessen werden kann.In 1 is shown in broken lines for the laser L1 and L2 a possibility of intensity measurement via detectors D9 and D10. The detectors D9 and D10 are of course with the control unit 7 connected. This connection is not shown to simplify the illustration. In order to measure the radiation of the laser L1, the radiation transmitted through the mirror S1 is detected. In the case of the radiation of the laser L2, a mirror S7 is additionally introduced, with which part of the radiation can be coupled out and measured via the detector D10.

Diese so gemessenen Intensitätswerte, die für alle Laser L1 und L7 und gegebenenfalls für den Laser 3 gemessen werden, werden dann bei der beschriebenen Auswertung berücksichtigt.These measured intensity values for all lasers L1 and L7 and possibly for the laser 3 are then taken into account in the described evaluation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006048849 A1 [0032, 0033, 0034, 0034, 0034, 0034, 0035, 0036, 0066, 0066, 0069, 0070]

Claims

Method for determining the m different Wavelengths of m optical Meßstrahlbündeln, at the a) an output beam from the Meßstrahlbündeln and a reference beam with a prior art (m + 1) -th wavelength, none of the m wavelengths equals, is generated, b) from the output bundle first interferometer bundle with the m + 1 wavelengths into a first interferometer arm and a second interferometer bundle is decoupled with the m + 1 wavelengths, c) the first interferometer bundles after passing through the first Interferometerarms with the second interferometer bundle is superimposed to generate interference radiation, d) the intensity of the interference radiation simultaneously for each of the m + 1 wavelengths during a predetermined one Measuring time is measured, e) during the predetermined Measurement duration the length of the first interferometer arm is varied, and f) each of the m wavelengths of Meßstrahlbündeln calculated from the measured temporal intensity curve of the corresponding wavelength and the simultaneously measured temporal intensity profile taking into account the (m + 1) -th wavelength the previously known (m + 1) -th wavelength is determined.

The method of claim 1, wherein in step e) the length change temporally uneven is carried out.

Method according to one of the above claims, in the step f) from the temporal intensity gradients In each case a temporal phase profile is derived, which in the arithmetic determination of the wavelengths are evaluated.

Method according to Claim 3, in which the phase profiles be derived so that they are each continuous.

A method according to claim 3 or 4, wherein for the derivation the phase curves determine and take into account the extreme values become.

The method of claim 5, wherein for determining the extreme values of the intensity course in the range of extreme values represented by an adapted model function, the used to determine the extreme value.

Method according to one of claims 3 to 6, in which the temporal phase curve of the wavelength to be determined not as a function of time, but as a function of time Phase curve of the (m + 1) -th wavelength shown becomes.

Method according to one of the above claims, in step f), a time range of the predetermined measurement duration is determined in which the length of the interferometer either only increased or decreased, and the arithmetic Determination of the wavelengths for the particular time range is performed.

Method according to one of the above claims, in which during the predetermined measurement period the Intensity of at least one Meßstrahlbündels measured and taken into account in step f).

Device for determining the m different wavelengths of m optical measuring beam bundles, with a radiation source ( 3 ), which emits an optical reference beam (RS) having a known (m + 1) -th wavelength, which does not equal any of the m wavelengths, to an overlay module ( 4 ), which generates an output beam (AS) from the measuring beams and the reference beam (RS), an interferometer module ( 5 ), from the output beam (AS) a first interferometer beam (IB1) with the m + 1 wavelengths in a first interferometer ( 11 ) and a second interferometer bundle (IB2) with the m + 1 wavelengths and the first interferometer bundle (IB1) after passing through the first interferometer arm ( 11 ) is superimposed on the second interferometer bundle (IB2) for generating interference radiation (IS), a measuring module ( 6 ) which measures the intensity of the interference radiation (IS) simultaneously for each of the m + 1 wavelengths during a predetermined measurement period, the first interferometer arm ( 11 ) is formed so that its length during the predetermined Measuring period changes, and wherein the device further comprises a control unit ( 7 ), which determines each of the m wavelengths of the Meßstrahlbündel computationally from the measured temporal intensity curve of the corresponding wavelength and the simultaneously measured temporal intensity curve of the (m + 1) th wavelength, taking into account the previously known (m + 1) -th wavelength.

Device according to Claim 10, in which the control unit ( 7 ) performs the change in length of the first interferometer arm unevenly.

Apparatus according to claim 10 or 11, wherein the Control unit from the temporal intensity gradients respectively derives a temporal phase progression, which in the computational Determination of the wavelengths is evaluated.

Device according to Claim 12, in which the control unit ( 7 ) Derives the phase curves so that they are each continuous.

Device according to Claim 12 or 13, in which the control unit ( 7 ) to derive the phase curves determines the extreme values and then taken into account.

Device according to Claim 14, in which the control unit ( 7 ) for determining the extreme values represents the intensity profile in the region of the extreme values by means of an adapted model function and uses these for determining the extreme value.

Device according to one of claims 12 to 15, in which the control unit ( 7 ) represents the temporal phase curve of the corresponding wavelength that is determined, not as a function of time, but as a function of the temporal phase curve of the (m + 1) th wavelength.

Device according to one of Claims 10 to 16, in which the interferometer module ( 5 ) the second interferometer bundle (IB2) into a second interferometer arm ( 12 ) leads.

Device according to one of claims 10 to 17, in which a control module ( 13 ) is provided, the length of the first Interterometerarms ( 11 ) varies during the predetermined measurement period.

Device according to one of claims 10 to 18, in which the control unit ( 7 ) determines a time range of the predetermined measuring period in which the length of the interferometer arm has either only increased or decreased only, and carries out the mathematical determination of the wavelengths for the specific time range.

Device according to one of claims 10 to 19, with a further measuring module (S7, D9, D10) with which the intensity of at least one measuring beam is measured during the predetermined measuring period, wherein the control unit ( 7 ) takes into account the intensity (s) measured by the second measuring module (S7, D9, D10) during the wavelength determination.