DE10360570B4

DE10360570B4 - Optisches Meßsystem und optisches Meßverfahren

Info

Publication number: DE10360570B4
Application number: DE10360570A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Hauger; Peter Reimer
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: EP1708612A1; US7488070B2; US20070013918A1; JP2007515220A; WO2005060823A1; JP4734502B2; DE10360570A1

Abstract

Optisches Meßsystem, umfassend:
– eine Strahlungsquelle (9a);
– einen ersten Strahlteiler (13a);
– einen zweiten Strahlteiler (33a);
– einen OCT-Detektor (49a);
– einen Wellenfront-Detektor (41a);
– wenigstens ein adaptives optisches Element (27a);
und
– einen Kollimator (65, 67, 29a);
wobei die Strahlungsquelle, der erste Strahlteiler, der zweite Strahlteiler, der OCT-Detektor, der Wellenfront-Detektor, das wenigstens eine adaptive optische Element,
und der Kollimator derart angeordnet sind, daß
– ein von der Strahlungsquelle (9a) erzeugbarer Quellstrahl (11a) durch den ersten Strahlteiler (13a) aufgeteilt wird in einen Objekt-Belichtungsstrahl (15a) und einen Referenzstrahl (17a);
– der Objekt-Belichtungsstrahl (15a) über das wenigstens eine adaptive optische Element (27a) durch den Kollimator zu einer Objektposition (69) geführt wird;
– von der Objektposition (69) ausgehende Strahlung durch wenigstens den Kollimator zu einem Objekt-Meßstrahl (73) geformt wird;
– der Objekt-Meßstrahl (73) über das wenigstens eine adaptive...

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Meßsystem und ein optisches Meßverfahren.
Insbesondere können das Meßsystem und das Meßverfahren eingesetzt werden zum Untersuchen einer Retina eines Auges eines Patienten und zum Erzeugen eines Datensatzes, aus dem Bilder der Retina erzeugt werden können. Der Datensatz kann insbesondere zweidimensional oder dreidimensional sein.

Aus US 5,321,501 ist ein optisches Meßsystem zur Untersuchung einer Retina eines Auges bekannt. Die Offenbarung dieser Schrift wird durch Inbezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.

Aus der Patentschrift DE 600 00 827 T2 ist eine Einrichtung mit zwei Lichtquellen zur Ausführung eines optischen Messverfahrens bekannt, bei dem Licht der einen Lichtquelle auf das Objekt gerichtet wird, und von dem Objekt zurückgeworfenes Licht mit Licht von der anderen Lichtquelle überlagert wird. An einem Teil des vom Objekt zurückgeworfenen Lichts wird eine Wellenfrontmessung durchgeführt, und in Abhängigkeit von dieser Messung wird ein adaptives optisches Element im Beleuchtungsstrahlengang angesteuert.

Aus National Science Foundation, Center for Adaptive Optics, University of California, Santa Cruz, Annual Report, Program Year 2, Seiten 29 und 30 ist eine Retinakamera bekannt, welche nachfolgend anhand von 1 erläutert wird.

Die Kamera 1 dient zur Aufnahme von Bildern einer Retina 3 eines Auges 5 eines Patienten. Die Kamera 1 arbeitet nach einem OCT-Verfahren, wobei OCT für "Optical Coherence Tomography" steht. Zwei Lichtquellen 7 und 9 sind vorgesehen, um wahlweise oder gemeinsam einen Quellstrahl 11 zu erzeugen, welcher durch einen ersten Strahlteiler 13 aufgeteilt wird in einen Objekt-Belichtungsstrahl 15 und einen Referenzstrahl 17. Der Referenzstrahl 17 wird an einer Aktuator-Spiegeleinheit 19 in sich zurückreflektiert, wobei eine optische Weglänge des Referenzstrahls zwischen dem Strahlteiler 13 und seiner Reflexion an der Aktuator-Spiegel-Einheit 19 durch einen Aktuator der Einheit 19 änderbar ist. Der Objekt-Belichtungsstrahl 15 wird durch eine Linse 21 des Auges 5 auf die Retina 3 fokussiert, und von der Retina 3 zurückgeworfenes Licht des Objekt-Belichtungsstrahls 15 läuft wiederum zurück zu dem Strahlteiler 13 und durchsetzt diesen. Das von der Aktuator-Spiegel-Einheit 19 zurückgeworfene Licht des Referenzstrahls wird an dem Strahlteiler 13 reflektiert und dort mit dem von der Retina 3 zurückgeworfenen Licht zu einem gemeinsamen Lichtstrahl 22 überlagert. Der Lichtstrahl 22 wird über Linsen 25 auf ein aktives optisches Element 27 geführt und von diesem reflektiert. Der reflektierte Strahl 22 wird über eine weitere Linse 29 und einen Spiegel 30 zu einem zweiten Strahlteiler 33 geführt. Der Strahlteiler 33 teilt den Strahl 22 auf in einen OCT-Meßstrahl 35 und einen Wellenfront-Meßstrahl 37. Der OCT-Meßstrahl 35 wird über Linsen 39 auf eine Kamera 49 geführt, welche OCT-Meßdaten aus einer Tiefe der Retina gewinnt, welche durch Betätigen der Aktuator-Spiegeleinheit 19 eingestellt wird.

Der Wellenfront-Meßstrahl 37 wird über eine Linse 39 zu einem Hartmann-Shack-Wellenfrontsensor 41 geführt, um Wellenfronten in dem Strahl 22 zu erfassen. Das aktive optische Element 27 wird in Abhängigkeit von den erfaßten Wellenfronten betätigt, um eine Qualität der durch den Detektor 49 aufgenommenen OCT-Aufnahmen zu verbessern.

Es hat sich herausgestellt, daß dieses herkömmliche System erwartbare Anforderungen hinsichtlich seiner Abbildungsqualität, insbesondere hinsichtlich einer lateralen Auflösung und einer Tiefenauflösung, nicht erfüllt.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Meßsystem und ein optisches Meßverfahren, insbesondere zur Vermessung einer Retina eines Auges be reitzustellen, welches gegenüber dem herkömmlichen Meßsystem und -verfahren eine verbesserte Abbildungsqualität zeigt.

Unter einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein optisches Meßsystem bereit, welches eine Strahlungsquelle, einen ersten Strahlteiler, einen zweiten Strahlteiler, einen OCT-Detektor, einen Wellenfront-Detektor, wenigstens ein adaptives optisches Element und einen Kollimator umfaßt. Diese Komponenten sind zu einer optischen Schaltung derart angeordnet, daß ein von der Strahlungsquelle erzeugbarer Quellstrahl durch den ersten Strahlteiler aufgeteilt wird in einen Objekt-Belichtungsstrahl und einen Referenzstrahl, der Objekt-Belichtungsstrahl über das wenigstens eine adaptive optische Element durch den Kollimator zu einer Objektposition geführt wird, von der Objektposition ausgehende Strahlung durch den Kollimator zu einem Objekt-Meßstrahl geformt wird, der Objekt-Meßstrahl über das wenigstens eine adaptive optische Element zu dem zweiten Strahlteiler geführt wird, der Objekt-Meßstrahl durch den weiten Strahlteiler aufgeteilt wird in einen OCT-Meßstrahl und einen Wellenfront-Meßstrahl, der Wellenfront-Meßstrahl zu dem Wellenfront-Detektor geführt wird, der OCT-Meßstrahl zu dem OCT-Detektor geführt wird, und der Referenzstrahl zu dem OCT-Detektor geführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßsystem kann das wenigstens eine optische Element in Abhängigkeit von einem von dem Wellenfront-Detektor bereitgestellten Meßsignal angesteuert werden, um eine Qualität eines von dem OCT-Detektor bereitgestellten Meßsignals zu verbessern, was ebenfalls eine Verbesserung der Daten zufolge hat, welche durch das System von dem Objekt gewonnen werden können. Hierbei werden, im Unterschied zu dem herkömmlichen System, sowohl der Objekt-Meßstrahl als auch der Wellenfront-Meßstrahl über das adaptive optische Element geführt, wobei allerdings das Licht des Referenzstrahls in seinem Verlauf zu dem OCT-Detektor nicht über das adaptive optische Element geführt wird. Ein ein adaptives optisches Element enthaltende Optik wird als adaptive Optik bezeichnet.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird das adaptive optische Element derart eingestellt, daß die von dem Wellenfront-Detektor erfaßten Wellenfronten im wesentlichen plane Wellenfronten sind.

Das adaptive optische Element weist einen ausgedehnten Querschnitt auf, in welchem der über das adaptive optische Element geführte Strahl mit diesem in Wechselwirkung tritt. Hierbei ist das adaptive optische Element derart ausgestaltet, daß der Strahl ortsabhängig innerhalb des Querschnitts einstellbare Änderungen der optischen Weglänge erfährt.

Das adaptive optische Element kann in Reflexion arbeiten, das heißt den über dieses geführten Strahl reflektieren, oder auch in Transmission arbeiten, das heißt den über dieses geführten Strahl transmittieren.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist ein erster Scanner vorgesehen, um eine Position, an der der Objekt-Belichtungsstrahl auf das Objekt trifft, in eine Richtung quer zur Richtung des auftreffenden Objekt-Belichtungsstrahls zu verlagern. Hierbei kann der erste Scanner in zwei Richtungen auslenkbar sein, um eine zweidimensionale Abtastung des Objekts zu ermöglichen.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, das adaptive optische Element als den ersten Scanner einzusetzen.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein zweiter Scanner vorgesehen, um eine optische Weglänge des Referenzstrahls zwischen dem ersten Strahlteiler und dem OCT-Detektor zu ändern. Hierdurch kann das Objekt nach dem OCT-Verfahren in seiner Tiefe, das heißt in Richtung des auftreffenden Objekt-Belichtungsstrahls abgetastet werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Wellenfront-Detektor ein Hartmann-Sensor oder ein Hartmann-Shack-Sensor.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Ort, an dem der Objekt-Belichtungsstrahl in dem Objekt fokussiert ist, auch in der Strahlrichtung des Beleuchtungsstrahls verlagert werden, um hierdurch den Bereich des Objekts, an dem die OCT-Daten gewonnen werden, in Tiefenrichtung des Objekts zu verlagern.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist hierzu der Kollimator veränderbar, beispielsweise durch Translation in Richtung des Objekt-Belichtungsstrahls.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird hierzu das wenigstens eine adaptive optische Element angesteuert, indem dieses beispielsweise eine änderbare fokussierende oder defokussierende Wirkung auf den Beleuchtungs-Lichtstrahl erzeugt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein optisches Meßverfahren bereitgestellt, welches ein Ausführen wenigstens einer OCT-Messung an einem zu untersuchenden Objekt und ein Ausführen wenigstens einer Wellenfrontmessung umfaßt. Die OCT-Messung erfolgt durch Erzeugen von Objekt-Belichtungslicht mittels einer Strahlungsquelle, Senden eines ersten Teils des Objekt-Belichtungslichts zu dem Objekt und interferentes Überlagern wenigstens eines Teils von von dem Objekt ausgehendem Objekt-Meßlicht mit einem zweiten Teil des Objekt-Belichtungslichts. Das Ausführen der wenigstens einen Wellenfrontmessung erfolgt mit wenigstens einem Teil des von dem Objekt ausgehenden Meßlichts.

Ferner werden, zur Verbesserung einer Qualität der durchgeführten Messung, optische Weglängen eines durch das Objekt-Belichtungslicht zwischen dessen Erzeugung und dem Objekt gebildeten Strahls geändert, wobei diese Änderung ortsabhängig über einen Querschnitt des Strahls und in Abhängigkeit von der wenigstens einen Wellenfrontmessung erfolgt. Auf ähnliche Weise werden optische Weglängen eines durch das Objekt-Meßlicht zwischen dem Objekt und dessen interferenter Überlagerung gebildeten zweiten Strahls geändert.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird zunächst die wenigstens eine Wellenfrontmessung ausgeführt und in Abhängigkeit davon eine Einstellung der optischen Weglängen des ersten und des zweiten Strahls vorgenommen. Sodann wird eine Mehrzahl von OCT-Messungen durchgeführt, wobei jeweils das Objekt-Belichtungslicht an verschiedenen kleinen Bereichen des Objekts fokussiert wird. Damit können, bei einer unveränderten Einstellung der optischen Weglängen des ersten und zweiten Strahls, in einem ausgedehnten Bereich des Objekts OCT-Meßdaten auf eine schnelle Weise gewonnen werden. Dieser Bereich kann als ein Fenster bezeichnet werden.

Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist hierbei vorgesehen, nach der Gewinnung der Meßdaten in einem Fenster dieses Fenster lateral zu einer Ausbreitungsrichtung des Objekt-Belichtungslichts zu verlagern und in diesem Fenster erneut OCT-Meßdaten zu gewinnen, wobei allerdings zuvor eine weitere Wellenfrontmessung durchgeführt wird, um für dieses weitere Fenster geeignete Einstellungen der optischen Weglängen des ersten und des zweiten Strahls vorzunehmen.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
1 einen Aufbau eines herkömmlichen optischen Meßsystems,
2 einen Aufbau eines optischen Meßsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines optischen Meßverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
4 eine weitere Ausführungsform eines optischen Meßsystems gemäß der Erfindung.
In 2 ist eine Ausführungsform eines optischen Meßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung als ein Schaltplan einer optischen Schaltung desselben schematisch dargestellt.
Das optische Meßsystem 1a umfaßt eine Strahlungsquelle 9a zur Erzeugung eines Quellstrahls 11a über Kollimationslinsen 51 und einen Raumfilter 52. Die Strahlungsquelle 9a ist hierbei eine solche Strahlungsquelle, welche dazu geeignet ist, Licht zu erzeugen, mit dem ein OCT-Meßverfahren an einem zu untersuchenden Objekt durchgeführt werden kann. Dieses Licht ist insbesondere zeitlich inkohärent und kann weiter insbesondere auch räumlich inkohärent sein. Beispielsweise ist die Strahlungsquelle 9a hierzu eine Superlumineszenzdiode. Das zu untersuchende Objekt ist hier beispielhaft eine Retina 3a eines Auges 5a eines Patienten.
Durch einen ersten Strahlteiler 13a wird der Quellstrahl 11a aufgeteilt in einen Referenzstrahl 17a und einen Ob jekt-Belichtungsstrahl 15a. Der Referenzstrahl 17a wird an einem Spiegel 53 einer Aktuator-Reflektor-Einheit 19a reflektiert und in sich zurückgeworfen, an dem ersten Strahlteiler 13a reflektiert und über eine Linse 39a, eine konfokale Blende 76 und eine weitere Linse 40 auf einen OCT-Detektor 49a geführt. Die Einheit 19a umfaßt weiter einen Aktuator 55, um den Spiegel 53 relativ zu einer Basis 57 zu verlagern, so daß eine optische Weglänge des Referenzstrahls 17a zwischen dessen Aufteilung an dem Strahlteiler 13a und dem Spiegel 53 änderbar ist.
Der Objekt-Belichtungsstrahl 15a durchsetzt einen zweiten Strahlteiler 33a und wird über Linsen 25a zu einem adaptiven optischen Element 27a geführt, welches den Objekt-Belichtungsstrahl 15a reflektiert. Ein Beispiel für ein solches adaptives optisches Element ist ein deformierbarer Spiegel, wie er von der Firma Xinetics, Inc., 37 MacArthur Ave., Devens, MA 01432, USA, bezogen werden kann. Der Objekt-Belichtungsstrahl 15a hat beim Auftreffen auf das adaptive optische Element 27a einen ausgedehnten Strahlquerschnitt, und das adaptive optische Element 27a ist über eine Steuerleitung 59 von einer Steuerung 61 ansteuerbar, um eine Spiegelfläche, die das adaptive optische Element 27a für den auftreffenden Strahl 15a bereitstellt, lokal zu deformieren.
Nach der Reflexion von dem adaptiven optischen Element 27a durchläuft der Objekt-Belichtungsstrahl eine oder mehrere Linsen 29a und trifft auf einen Scanspiegel 63, wird von diesem reflektiert, durchläuft eine weitere Linsenoptik 65 und tritt nach Reflexion an einem weiteren Spiegel 67 über eine Linse 21a des Auges 5a in dieses so ein, daß der Objekt-Belichtungsstrahl 15a an einer Objektposition 69 auf die Retina 3a des Auges 5a trifft. Der Scanspiegel 63 ist über eine Leitung 71 von der Steuerung 61 ansteuerbar, um die Objektposition 69 quer zu einer Auftreffrichtung des Objekt-Belichtungsstrahl auf die Retina 3a zweidimensional zu verlagern.
An der Objektposition 69 von der Retina 3a ausgehende Strahlung wird durch die Augenlinse 21a zu einem Objekt-Meßstrahl 73 geformt, dessen Hauptachse 74 im wesentlichen mit einer Hauptachse 72 des Objekt-Belichtungsstrahls 15a zusammenfällt und somit über den Spiegel 67, die Linse 65, den Schwenkspiegel 63, die Linse 29a, das adaptive optische Element 27a und die Linsen 25a zurückläuft zu dem Strahlteiler 33a. von dem Strahlteiler 33a wird der Objekt-Meßstrahl 73 aufgeteilt in einen OCT-Meßstrahl 75 und einen Wellenfront-Meßstrahl 77. Der OCT-Meßstrahl 75 durchsetzt den Strahlteiler 13a und gelangt somit in interferente Überlagerung mit dem Referenzstrahl 17a, so daß der OCT-Detektor 49a ein OCT-Meßsignal registriert, welches über eine Leitung 78 an die Steuerung 61 übertragen wird.
Der Wellenfront-Meßstrahl 77 tritt in einen Wellenfront-Detektor 41a ein, welcher beispielsweise als Hartmann-Sensor oder Hartmann-Shack-Sensor ausgeführt ist. Dort wird der Wellenfront-Meßstrahl 77 durch ein Feld 79 aus Mikrolinsen in eine Vielzahl von Teilstrahlen 81 aufgeteilt, welche jeweils auf einen ortsauflösenden Detektor 83 fokussiert sind. Ein Bild des Detektors 83 wird über eine Leitung 85 an die Steuerung 61 übertragen, welche Fokuspositionen der Teilstrahlen 81 in dem Detektorbild auswertet und in Abhängigkeit von dieser Auswertung das adaptive optische Element 27a über eine Steuerleitung 59 derart ansteuert, daß Wellenfronten in den Wellenfront-Meßstrahl 77 und damit auch in dem Objekt-Meßstrahl 73 im wesentlichen ebene Wellenfronten sind. Hierdurch werden Wellenfrontfehler, die durch eine nicht perfekte Abbildung beispielsweise der Linse 21a des Auges 5a oder/und durch Unregelmäßigkeiten in einem Glaskörper des Auges oder/und durch eine nicht perfekte Abbildung der Messoptik in dem Objekt-Meßstrahl 73 erzeugt werden, kompensiert, so daß der OCT-Meßstrahl 75 so präpariert ist, daß dessen Wellenfronten nahezu ideal mit Wellenfronten des Referenzstrahls 17a interferieren können, so daß das OCT-Meßsignal eine besonders gute Tiefenauflösung und Lateralauflösung der Retina bereitstellt. Hierbei entspricht die optische Weglänge zwischen dem Strahlteiler 13a und dem Spiegel 53 im wesentlichen der optischen Weglänge des Objekt-Meßstrahls zwischen der Objektposition 69 und dem Strahlteiler 13a. Es kann hierdurch eine Tiefenauflösung von beispielsweise 1 μm bis 5 μm erreicht werden.
Gleichzeitig werden durch diese Ansteuerung des adaptiven optischen Elements 27a auch Wellenfronten in dem Objekt-Belichtungsstrahl 15a derart präpariert, daß bei Vorhandensein der Unregelmäßigkeiten in dem Glaskörper und der nicht idealen Abbildung der Linse 21a ein besonders kleiner Fleck auf der Retina 3a an der Objektposition 69 beleuchtet wird, so daß auch die laterale Auflösung der durch das Meßsystem 1a bereitgestellten Meßdaten eine hohe Qualität aufweist. Es kann hierdurch eine laterale Auflösung von beispielsweise 1 μm bis 10 μm erreicht werden.
Eine OCT-Messung an einer Objektposition 69 wird durchgeführt, indem die Steuerung 61 über eine Steuerleitung 87 den Aktuator 55 betätigt, so daß dieser den Spiegel 53 in einem gewissen Bereich, das heißt über einen bestimmten Hub, bewegt, um die optische Weglänge des Referenzstrahls 17a zwischen dem Strahlteiler 13a und dem OCT-Detektor 49a in einem Bereich zu ändern, der dem doppelten dieses Hubs entspricht. Während eines solchen Hubs liest die Steuerung 61 mehrere Meßwerte des OCT-Detektors 49a aus, wobei diese Meßwerte detektierten Intensitäten entsprechen.
Anhand der 3 wird nachfolgend ein Verfahren zur Gewinnung von dreidimensionalen Meßdaten aus einem Volumenbereich 93 der Retina 3a beschrieben.
Der Volumenbereich 93 ist in 3 nach oben begrenzt durch eine Oberfläche 91 der Retina und erstreckt sich über eine Länge von 5 mm in x-Richtung und 5 mm in y-Richtung, wobei sich die x-Richtung und die y-Richtung quer zur Richtung des auf der Retina 3a auftreffenden Objekt-Belichtungsstrahls 15a erstrecken. In einer zu der x-Richtung und y-Richtung orthogonalen z-Richtung erstreckt sich der volumenbereich 93 über 500 μm in die Tiefe der Retina 3a.
Mit dem beschriebenen Verfahren werden Meßdaten aus drei verschiedenen Tiefen (in z-Richtung) der Retina 3a gewonnen. Diese Schichten sind in 3 mit 95₁ , 95₂ und 95₃ bezeichnet. Eine jede Schicht ist in xy-Richtung unterteilt in beispielsweise acht Felder bzw. Fenster. Zunächst wird die Objektposition 69 in das Zentrum des Feldes Nummer 1 in der Schicht 95₁ verlagert, und zwar durch Ansteuerung des Schwenkspiegels 63 und durch Ansteuerung des adaptiven optischen Elements 27a derart, daß dieses eine fokussierende oder defokussierende Wirkung derart bereitstellt, daß der Fokus des Belichtungslichstrahls 15a in der Ebene 95₁ der Retina 3a liegt. Die Steuerung 61 wertet dann ein Bild des Wellenfront-Sensors 41a aus und stellt das adaptive optische Element 27a sodann so ein, daß die Wellenfronten in dem OCT-Meßstrahl 75 im wesentlichen ebene Wellenfronten sind. Nach dieser Einstellung wird der Schwenkspiegel 63 derart angesteuert, daß die Objektposition 69 innerhalb des Fensters 1 an beispielsweise 25 verschiedenen Positionen nacheinander angeordnet wird, welche in einem 5×5-Gitter angeordnet sind. An einer jeden der 25 Positionen verweilt die Objektposition solange, daß der Aktuator 55, gesteuert durch die Steuerung 61, wenigstens einen Hub ausführen kann, um eine OCT-Messung mit dem OCT-Detektor 49a durchzuführen. Somit werden innerhalb des Fensters Nummer 1 25 OCT-Meßdatensätze gewonnen.
Sodann wird die Objektposition in das Zentrum des Feldes Nummer 2 in der Ebene 95₂ verlagert, indem der Schwenkspiegel 63 und eine fokussierende bzw. defokussierende Wirkung des adaptiveN optischen Elements 27a wie oben beschrieben entsprechend eingestellt werden, wobei auch der Aktuator 55 zur Anpassung der optischen Weglänge des Referenzstrahls an die Lage der Ebene 95₂ angesteuert wird. Es wird wiederum eine Wellenfrontmessung durchgeführt, um das adaptive optische Element 27a so einzustellen, daß für das Zentrum des Fensters Nummer 2 die Wellenfronten in dem OCT-Meßstrahl 75 im wesentlichen ebene Wellenfronten sind. Sodann werden wiederum 25 OCT-Messungen innerhalb des Fensters Nummer 2 durchgeführt.
Nachfolgend erfolgen entsprechende Messungen nacheinander für die Felder 3 und 4 in der Ebene 95₃ , das Fenster Nummer 5 in der Ebene 95₂ , die Fenster 6 und 7 in der Ebene 95₁ und so weiter.
Auf diese Weise können schnell die Meßdaten für die drei Ebenen 95₁ , 95₂ , 95₃ gewonnen werden. Hierbei sind die Einstellungen des adaptiven optischen Elements 27a für die verschiedenen Positionen innerhalb eines Fensters jeweils gleich, können allerdings von Fenster zu Fenster innerhalb einer der Ebenen 95 verschieden sein. Eine Anpassung der Fenstergrößen kann dabei anhand der erforderlichen zu erzielenden Genauigkeiten angepaßt werden im Hinblick auf eine schnelle Abtastung sämtlicher Meßpositionen innerhalb der Ebenen.
Alternativ hierzu ist auch möglich, zunächst sämtliche Fenster innerhalb einer der Ebenen abzutasten und dann zu einer nächsten Ebene zu wechseln. In dem in 3 angebenen Beispiel können dann die Fenster in beispielsweise folgender Reihenfolge abgetastet werden: 1, 24, 19, 6, 7, 18, 13, 12; 11, 14, 17, 8, 5, 20, 23, 2;3, 22, 21, 4, 16, 9, 10, 15.
Nachfolgend werden Varianten der anhand der 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen erläutert. Hinsichtlich ihrer Funktion und/oder ihres Aufbaus einander entsprechende Komponenten werden hierbei mit entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet, die zur Unterscheidung durch einen zusätzlichen Buchstaben ergänzt sind.
Ein in 4 gezeigtes optisches Meßsystem 1b weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das in 2 gezeigte Meßsystem.
Ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Meßsystemen liegt in der Detektion des OCT-Meßsignals. So wird bei dem Meßsystem 1b in 4 ein von einer Strahlungsquelle 9b erzeugter Quellstrahl 11b durch einen Strahlteiler 13b aufgeteilt in einen Objekt-Belichtungsstrahl 15b und einen Referenzstrahl 17b. Ein Strahlengang des Objekt-Belichtungsstrahls 15b zwischen dem Strahlteiler 13b und einer Retina 3b eines Auges 5b ist ähnlich dem in 2 gezeigten Strahlengang, ebenso wie ein Strahlengang des von der Retina 3b ausgehenden Lichts zurück zu dem Strahlteiler 13b als Objekt-Meßstrahl 75b. Der Objekt-Meßstrahl 75b durchsetzt den Strahlteiler 13b und wird über eine Kollimationslinse 39b in eine Glasfaser 101 eingekoppelt und von dieser zu einem Abstrahlort 103 geführt, von welchem das Licht des Strahls 75b auf einen Zeilendetektor 49b abgestrahlt wird.
Der Referenzstrahl 17b wird über einen Kollimator 105 in eine Glasfaser 107 eingekoppelt, durch einen Faserkoppler 109 geführt, in einer Glasfaser 111 weitergeführt und von dieser an einem Faserende 113 abgestrahlt. Das abgestrahlte Licht wird von einem Kollimator 115 kollimiert und an einem Spiegel 53b reflektiert. Ein Abstand des Spiegels 53b von dem Faserende 103 ist über einen Aktuator 55b änderbar, welcher von einer Steuerung 61b über eine Leitung 87b angesteuert wird. Das an dem Spiegel 53b reflektierte Licht wird sodann über den Kollimator 115 wieder in das Ende 103 der Faser 111 eingekoppelt und läuft zurück zu dem Faseroppler 109, wo ein Teil von dessen Intensität in eine Faser 117 eingekoppelt und an einem Faserende 119 hin zu dem Zeilendetektor 49b abgestrahlt wird.
Die beiden Faserenden 103 und 119 weisen einen Abstand voneinander auf, so daß an einem Ort auf dem Zeilendetektor die optische Weglänge in dem Strahlengang zwischen Strahlteiler 13b, Spiegel 53b, dem Faserende 19b und dem Ort auf dem Zeilendetektor 49b gleich der optischen Weglänge zwischen dem Strahlteiler 13b über das adaptive optische Element 27b einer bestimmten Tiefe in der Retina 3b, zurück über das adaptive optische Element 27b und durch den Strahlteiler 13b, über das Ende 103 der Faser 101 und bis zu diesem Ort auf dem Zeilendetektor 49b ist, so daß an diesem Ort die Interferenzbedingung für die entsprechende Tiefe in der Retina erfüllt ist. An einem anderen Ort auf dem Zeilendetektor ist dann die Interferenzbedingung für eine andere Tiefe der Retina erfüllt, so daß über den Zeilendetektor eine Mehrzahl von Meßdaten gleichzeitig aufgenommen werden kann, welche der Mehrzahl von Meßdaten entspricht, wie sie in der Ausführungsform der 2 über einen Hub des Akuators aufgenommen werden können, wodurch eine besonders schnelle Abtastung der Retina 3b möglich ist.
Hierbei ist es auch möglich, den Abstand zwischen den Faserenden 103 und 119 beispielsweise durch einen Antrieb oder einen Aktuator änderbar auszugestalten. Durch ändern des Abstandes ist es dann möglich, den Tiefenbereich der Retina zu ändern, der von dem Zeilendetektor gleichzeitig erfassbar ist. Bei einem größeren Abstand zwischen den Faserenden 103 und 109 ist dieser Tiefenbereich größer als bei einem kleineren Abstand. So kann beispielsweise der Abstand zwischen den Faserenden 103, 119 derart eingestellt werden, dass, unter Bezugnahme auf 3, der gesamte Tiefenbereich der Retina auf einmal erfasst wird und damit neben den Ebenen 95₁ , 95₂ , 95₃ auch Bereiche zwischen diesen Ebenen erfasst werden. Es kann somit die gesamte Tiefe der Retina oder ein Teil von deren Tiefe abgetastet werden, ohne hierbei Änderungen der optischen Weglänge des Referenzstrahls vorzunehmen. Hierbei kann es allerdings vorteilhaft sein, eine Fokussierung des Objekt-Belichtungsstrahls in einer der Ebenen 95₁ , 95₂ , 95₃ vorzunehmen und mit einer solchen Einstellung der Fokussierung die verschiedenen Fenster in dieser Ebene abzutasten und nachfolgend eine Fokussierung des Strahls in einer anderen Ebene vorzunehmen und dann diese abzutasten. Nachdem dann die Ebenen, auf welche der Fokus nicht eingestellt ist, nicht mit der besten erreichbaren Qualität erfasst werden, ist es möglich, die diesen Ebenen zugeordneten Daten aus dem Zeilendetektor im Hinblick auf eine schnelle Ausführung der Messung nicht auszulesen und das Auslesen des Zeilendetektors auf die Bereiche des Detektors zu beschränken, auf welche die Strukturen der Retina abgebildet werden, auf welche der Objekt-Belichtungsstrahl fokussiert ist.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein einziges adaptives optisches Element eingesetzt, um optische Weglängen innerhalb des Objekt-Belichtungsstrahls und innerhalb des Objekt-Meßstrahls zu ändern. Es ist jedoch auch möglich, den Objekt-Belichtungsstrahl von einem Objekt-Meßstrahl zu separieren und diese über separate und von der Steuerung entsprechend angesteuerte adaptive optische Elemente zu führen.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Strahlteiler zur Auskopplung des Wellenfront-Meßstrahls aus dem Objekt-Meßstrahl in diesem vor dem Strahlteiler zur Aufteilung des Strahls in den Objekt-Belichtungsstrahl und den Referenzstrahl angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Reihenfolge der Strahlteiler in dem Objekt-Meßstrahl zu ändern.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein einziger Schwenkspiegel vorgesehen, um die Objektposition lateral in Richtung des Objekt-Belichtungsstrahls zu verlagern. Es ist jedoch auch möglich, hier zwei separate Spiegel vorzusehen, welche jeweils eine Verlagerung der Objektposition in voneinander unabhängige Richtungen ermöglichen. Hierbei ist es auch möglich, die Funktion des einen Schwenkspiegels oder die Funktion eines der beiden Schwenkspiegel durch das adaptive optische Element bereitzustellen, was durch entsprechende Ansteuerung des adaptiven optischen Elements möglich ist.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wird eine Einstellung des Fokus' des Objekt-Belichtungsstrahls in Richtung der Tiefe der Retina durch eine entsprechende Ansteuerung des adaptiven optischen Elements bewirkt. Es ist jedoch auch möglich, hierzu beispielsweise andere strahlformende Elemente des Objekt-Belichtungsstrahls zu betätigen, beispielsweise durch eine Verlagerung solcher Elemente in Richtung des Objekt-Belichtungsstrahls.
Auch ist es denkbar, hierzu optische Elemente einzusetzen, deren optische Eigenschaften durch Anlegen eines Steuersignals änderbar sind. Ein Beispiel hierfür sind elektrisch änderbare Linsen wie sie beispielsweise von der Firma Varioptic, 69007 Lyon, Frankreich bezogen werden können.

Claims

Optisches Meßsystem, umfassend: – eine Strahlungsquelle (9a); – einen ersten Strahlteiler (13a); – einen zweiten Strahlteiler (33a); – einen OCT-Detektor (49a); – einen Wellenfront-Detektor (41a); – wenigstens ein adaptives optisches Element (27a); und – einen Kollimator (65, 67, 29a); wobei die Strahlungsquelle, der erste Strahlteiler, der zweite Strahlteiler, der OCT-Detektor, der Wellenfront-Detektor, das wenigstens eine adaptive optische Element, und der Kollimator derart angeordnet sind, daß – ein von der Strahlungsquelle (9a) erzeugbarer Quellstrahl (11a) durch den ersten Strahlteiler (13a) aufgeteilt wird in einen Objekt-Belichtungsstrahl (15a) und einen Referenzstrahl (17a); – der Objekt-Belichtungsstrahl (15a) über das wenigstens eine adaptive optische Element (27a) durch den Kollimator zu einer Objektposition (69) geführt wird; – von der Objektposition (69) ausgehende Strahlung durch wenigstens den Kollimator zu einem Objekt-Meßstrahl (73) geformt wird; – der Objekt-Meßstrahl (73) über das wenigstens eine adaptive optische Element (27a) zu dem zweiten Strahlteiler (33a) geführt wird; – der Objekt-Meßstrahl (73) durch den zweiten Strahlteiler (33a) aufgeteilt wird in einen OCT-Meßstrahl (75) und einen Wellenfront-Meßstrahl (77); – der Wellenfront-Meßstrahl (77) zu dem Wellenfront-Detektor (41a) geführt wird; – der OCT-Meßstrahl (75) zu dem OCT-Detektor (49a) geführt wird; und – der Referenzstrahl (17a) zu dem OCT-Detektor (49a) geführt wird.
Optisches Meßsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung (61), welche dazu ausgebildet ist, das adaptive optische Element (27a) in Abhängigkeit von einem von dem Wellenfront-Detektor (41a) bereitgestellten Meßsignal anzusteuern.
Optisches Meßsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, das adaptive optische Element (27a) in Abhängigkeit von einem von dem Wellenfront-Detektor (41a) bereitgestellten Meßsignal derart anzusteuern, daß Wellenfronten des Wellenfront-Meßstrahls (77) an dem Wellenfront-Detektor (41a) im wesentlichen plane Wellenfronten sind.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das adaptive optische Element (27a) dazu ausgebildet ist, eine optische Weglänge eines über das adaptive optische Element geführten Strahls zwischen einem Eingangsquerschnitt des Strahls vor dessen Wechselwirkung mit dem adaptiven optischen Element und einem Ausgangsquerschnitt nach dessen Wechselwirkung mit dem adaptiven optischen Element ortsabhängig über den Ausgangsquerschnitt zu ändern.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend wenigstens einen ersten Scanner (63), um die Position (69) zu ändern, an der der Objekt-Belichtungsstrahl auf das Objekt trifft.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen zweiten Scanner (19a), um eine optische Weglänge des Referenzstrahls (17a) zwischen dem ersten Strahlteiler (13a) und dem OCT-Detektor (49a) zu ändern.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wellenfront-Detektor einen Hartmann-Sensor umfaßt.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der OCT-Detektor einen Zeilendetektor (49b) umfaßt.
Optisches Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Brechkraft des Kollimators änderbar ist und die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Brechkraft des Kollimators in Abhängigkeit von einem von dem OCT-Detektor bereitgestellten Meßsignal anzusteuern.
Optisches Meßverfahren, umfassend: Ausführen wenigstens einer OCT-Messung an einem zu untersuchenden Objekt, durch – Erzeugen von Objekt-Belichtungslicht mittels einer Strahlungsquelle (9a), – Senden eines ersten Teils des Objekt-Belichtungslichts zu dem Objekt, und – interferentes Überlagern wenigstens eines Teils von von dem Objekt ausgehendem Objekt-Meßlicht mit einem zweiten Teil des Objekt-Belichtungslichts; Ausführen wenigstens einer Wellenfront-Messung an wenigstens einem Teil des von dem Objekt ausgehenden Objekt-Meßlichts; Ändern von optischen Weglängen eines durch das Objekt-Belichtungslicht zwischen dessen Erzeugung und dem Objekt gebildeten ersten Strahls, und zwar ortsabhängig über einen Querschnitt des Strahls und in Abhängigkeit von der wenigstens einen Wellenfront-Messung; und Ändern von optischen Weglängen eines durch das Objekt-Meßlicht zwischen dem Objekt und dessen interferenter Überlagerung gebildeten zweiten Strahls, und zwar ortsabhängig über einen Querschnitt des Strahls und in Abhängigkeit von der wenigstens einen Wellenfront-Messung.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 10, wobei ein Bereich des ersten Strahls und ein Bereich des zweiten Strahls zusammenfallen.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 11, wobei das Ändern der optischen Weglänge des ersten Strahls und das Ändern der optischen Weglänge des zweiten Strahls durch ein adaptives optisches Element erfolgt, welches in dem Bereich des ersten Strahls positioniert ist, wo dieser mit dem zweiten Strahl zusammenfällt.
Optisches Meßverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend Fokussieren des Objekt-Meßlichts in einem kleinen Bereich des Objekts.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Verlagern des kleinen Bereichs in Richtung einer Auftreffrichtung des Objekt-Meßlichts auf das Objekt.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 13 oder 14, ferner umfassend Verlagern des kleinen Bereichs quer zu einer Auftreffrichtung des Objekt-Meßlichts auf das Objekt.
Optisches Meßverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei (a) die wenigstens eine Wellenfront-Messung ausgeführt wird und in Abhängigkeit von der wenigstens einen Wellenfront-Messung die optischen Weglängen des ersten und des zweiten Strahls geändert werden, und dann (b) das Objekt-Meßlicht auf eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten verschiedenen kleinen Bereichen fokussiert wird und für einen jeden der Mehrzahl von kleinen Bereichen die wenigstens eine OCT-Messung ausgeführt wird, ohne hierbei die optischen Weglängen des ersten und des zweiten Strahls zu ändern.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl der nebeneinander angeordneten verschiedenen kleinen Bereiche innerhalb eines größeren zusammenhängenden Bereiches des Objekts angeordnet ist.
Optisches Meßverfahren nach Anspruch 17, wobei die Schritte (a) und (b) wiederholt ausgeführt werden für eine Mehrzahl von größeren zusammenhängenden Bereichen, welche miteinander höchstens teilweise überlappen.
Optisches Meßverfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner umfassend Verlagern des kleinen Bereichs in Richtung einer Auftreffrichtung des Objekt-Meßlichts auf das Objekt, wobei das Verlagern des kleinen Bereichs in Richtung der Auftreffrichtung in Schritt (a) erfolgt und in Schritt (b) im wesentlichen nicht erfolgt.