DE19810980A1 - Measuring distance between optical boundary surfaces using interferometer - Google Patents

Measuring distance between optical boundary surfaces using interferometer

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Abstract

A reference signal is produced, having a frequency (fr) which is a factor of at least two greater than the frequency (fmMax) of the measurement signal, where fMmax corresponds to the maximum possible rate of change of the wavelength difference. The reference signal frequency is used as a clock signal for digitizing the measurement signal. Position values of the optical boundary surfaces are determined from the digitized measurement signal. An Independent claim is also included for an apparatus for measuring the distance between optical boundary surfaces.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, bei dem in eine Interferometeranordnung Licht einer kurzen Kohärenzlänge und einer festen Wellenlänge λ eingestrahlt wird, die opti­ sche Weglängendifferenz der Interferometerarme geändert wird, aus den dabei entstehenden Interferenzen ein Meßsi­ gnal mit einer von der Änderungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz abhängigen Frequenz fm gewonnen und aus der Verknüpfung des Meßsignals mit einem Referenzsignal Meßwerte für die Positionen bzw. die Abstände der Grenzflä­ chen ermittelt werden. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for measuring distances between optical interfaces, in which light of a short coherence length and a fixed wavelength λ is radiated into an interferometer arrangement, the optical path length difference of the interferometer arms is changed, a signal from the resulting interferences a frequency f m dependent on the rate of change v of the path length difference is obtained and measured values for the positions or the distances of the boundary surfaces are determined from the combination of the measurement signal with a reference signal. The invention further relates to arrangements for performing this method.

Aus der Patentschrift WO 92/19930 ist eine Anordnung zur Erfassung von Strukturen und Abständen bekannt, die ein Mi­ chelson-Interferometer und eine Lichtquelle kurzer Kohä­ renzlänge umfaßt, deren Strahlung als Meßlicht in die In­ terferometeranordnung eingekoppelt wird. Im Meßarm des Mi­ chelson-Interferometers befindet sich das zu untersuchende Objekt, während im Referenzarm ein verschiebbarer Reflektor zur Veränderung der optischen Weglänge vorgesehen ist.From the patent specification WO 92/19930 an arrangement for Acquisition of structures and distances known that a Mi chelson interferometer and a light source of short Kohä limit length, the radiation of which as measuring light into the In terferometer arrangement is coupled. In the measuring arm of the Mi chelson interferometer is the one to be examined Object, while in the reference arm a sliding reflector is provided to change the optical path length.

Zur Ermittlung von Abständen bzw. zur Erfassung von Struk­ turen des Meßobjektes wird der Reflektor verschoben und das entstehende Interferenzsignal mit Hilfe eines optoelektro­ nischen Wandlers detektiert. Das Interferenzsignal hat die Frequenz f = 2v/λ und ist amplitudenmoduliert, wobei λ die Wellenlänge und v die Geschwindigkeit der Änderung der op­ tischen Weglänge im betreffenden Interferometerarm bedeu­ ten.To determine distances or to record structure structures of the test object, the reflector is moved and that resulting interference signal using an optoelectro African transducer detected. The interference signal has the Frequency f = 2v / λ and is amplitude modulated, where λ is the Wavelength and v the rate of change of the op table path length in the relevant interferometer arm ten.

Aufgrund der geringen Kohärenzlänge des beispielsweise von einer Superlumineszenzdiode ausgehenden Lichtes tritt das Interferenzsignal nur dann auf, wenn der Abstand des Re­ flektors zum Strahlteiler des Interferometers gleich dem Abstand zwischen einer optischen Grenzfläche des Meßobjek­ tes und dem Strahlteiler ist.Due to the short coherence length of, for example,  a superluminescent diode that emits light Interference signal only when the distance of the Re to the beam splitter of the interferometer is equal to that Distance between an optical interface of the measurement object tes and the beam splitter.

Ein Interferenzsignal ist daher ein Beweisanzeichen für das Vorhandensein einer optischen Grenzfläche im Meßobjekt; aus den Positionen des Reflektors, bei denen Interferenzsignale auftreten, sind somit Rückschlüsse auf Positionen von Grenzflächen möglich. Die Ermittlung dieser Positionen des Reflektors ist demzufolge der Zweck dieser Anordnung. Aus den Positionswerten können durch Differenzbildung die Ab­ stände zwischen den Grenzflächen bestimmt werden.An interference signal is therefore an evidence of that Presence of an optical interface in the measurement object; out the positions of the reflector at which interference signals occur, are therefore conclusions on positions of Interfaces possible. The determination of these positions of the Reflector is therefore the purpose of this arrangement. Out the position values can be calculated from the Ab levels between the interfaces can be determined.

Verursacht durch die geringe Reflektivität der zu vermes­ senden Grenzflächen ist die Intensität der zu detektieren­ den Interferenzsignale jedoch sehr gering. Diese sind au­ ßerdem mit Rauschen überlagert. Sollen die Interferenzsi­ gnale mit vertretbarem elektronischen Aufwand selektiert werden, beispielsweise durch schmalbandige elektronische Filterung für eine feste Signalfrequenz, muß eine gleich­ bleibende Geschwindigkeit v bei der Veränderung der opti­ schen Weglänge bzw. der Verstellung des Reflektors voraus­ gesetzt werden, da auch kurzzeitige Geschwindigkeitsschwan­ kungen zu Signalfrequenzen führen, die außerhalb der er­ laubten Filterbandbreite liegen, so daß das Meßsignal nicht oder zumindest nicht exakt detektiert werden kann.Caused by the low reflectivity of the measurement send interfaces is the intensity of the to be detected the interference signals, however, very low. These are au also overlaid with noise. Should the interference si gnale selected with reasonable electronic effort be, for example, by narrowband electronic Filtering for a fixed signal frequency must be the same remaining speed v when changing the opti path length or the adjustment of the reflector ahead be set, as also short-term speed swan cations lead to signal frequencies that are outside of the allowed filter bandwidth, so that the measurement signal is not or at least cannot be detected exactly.

Es sind Anordnungen entwickelt worden, mit denen die Gleichförmigkeit der Verstellgeschwindigkeit des Reflektors und damit die Detektierbarkeit der Signale verbessert wer­ den soll. So ist beispielsweise nach dem WO-Patent 96/53100 die Veränderung der optischen Weglänge mit Hilfe eines ro­ tierenden Reflektors vorgesehen. Damit wird erreicht, daß sich die optische Weglänge in einem größeren Bereich linear verändert.Arrangements have been developed with which the Uniformity of the adjustment speed of the reflector and thus improves the detectability of the signals that should. For example, according to WO patent 96/53100 the change in the optical path length with the help of a ro ting reflector provided. This ensures that  the optical path length becomes linear over a larger area changed.

Aus DE 195 04 444 ist eine Anordnung bekannt, in der eben­ falls ein Michelson-Interferometer mit veränderbarer Weglängendifferenz vorgesehen ist und die Strahlung einer Lichtquelle kurzer Kohärenzlänge als Meßlicht in die Inter­ ferometeranordnung eingekoppelt wird. Abweichend vom vorher beschriebenen Stand der Technik wird hier jedoch außer dem Interferenzsignal ein Referenzsignal gewonnen, das bei der Verschiebung des Reflektors seine Frequenz ebenso ändert wie das Meß- bzw. Interferenzsignal.From DE 195 04 444 an arrangement is known in which if a Michelson interferometer with changeable Path length difference is provided and the radiation one Light source of short coherence length as measuring light in the inter ferometer arrangement is coupled. Different from the previous one State of the art described here, however, is in addition to Interference signal obtained a reference signal that at Moving the reflector changes its frequency as well like the measurement or interference signal.

Zur Erzeugung dieses Referenzsignals wird ein Gittergeber mit einem beweglichen Maßstabsgitter genutzt, das mit der Vorrichtung zur Veränderung der optischen Weglängendiffe­ renz, etwa einer mit einem Reflektor gekoppelten Verstel­ leinrichtung, starr verbunden ist. Dem Gittergeber, der sich im Strahlengang einer Lichtquelle befindet, ist ein separater photoelektrischer Empfänger nachgeordnet, an des­ sen Ausgang ein Sinussignal verfügbar ist, das die gleiche Frequenz aufweist wie das mit Rauschen überlagerte Meß- bzw. Interferenzsignal. Dieses Sinussignal wird als Refe­ renzsignal genutzt. Meß- und Referenzsignal werden nach De­ modulation in zwei um 90° phasenverschobenen Kanälen koor­ dinatentransformiert, wobei die Hüllkurve des amplitudenmo­ dulierten Meßsignals, die proportional dem Interferenzkon­ trast ist, ermittelt und diese schließlich als Funktion der bei Interferenz erreichten Verschiebeposition dargestellt wird.A grating encoder is used to generate this reference signal used with a movable scale grid, which with the Device for changing the optical path length differences limit, such as an adjuster coupled with a reflector Oil device is rigidly connected. The grating sensor, the is in the beam path of a light source is a separate photoelectric receiver downstream, on the output a sinusoidal signal is available that is the same Has frequency like the measurement or noise Interference signal. This sine signal is called Refe limit signal used. Measurement and reference signal are according to De modulation in two channels phase-shifted by 90 ° dinate-transformed, the envelope of the amplitudes mo dulated measurement signal, which is proportional to the interference con is determined, and this ultimately as a function of displacement position reached in case of interference becomes.

Die Nachteile dieser Lösung bestehen in der aufwendigen Analog-Elektronik, die viele Operationsverstärker erfor­ dert, welche alle hinsichtlich Verstärkung und Offset auf­ einander abgestimmt sein müssen. Außerdem ist eine genaue Abstimmung der Frequenzen des Gittergebersignals und des Meßsignals auf ein ganzzahliges Vielfaches erforderlich.The disadvantages of this solution are the complex Analog electronics that many operational amplifiers require changes, all in terms of gain and offset must be coordinated. It is also an accurate one  Matching the frequencies of the grating signal and the Measurement signal to an integer multiple required.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß die Grenzfre­ quenz des der Koordinatentransformation vorgeordneten Tief­ passes bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten wächst, was zur Folge hat, daß die Bandbreite in der gesamten Anordnung zu­ nimmt und das auszuwertende Signal sehr schlecht vom Rau­ schen getrennt werden kann.Another disadvantage arises from the fact that the Grenzfre sequence of the low preceding the coordinate transformation passes at high travel speeds, which leads to As a result, the bandwidth in the entire arrangement increases takes and the signal to be evaluated very badly from the rough can be separated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekann­ ten Verfahren der vorbeschriebenen Art so weiterzubilden, daß eine präzisere Detektion des Meßsignals und damit eine Erhöhung der Meßgenauigkeit möglich ist.The invention is therefore based on the object that was known to further develop methods of the type described above, that a more precise detection of the measurement signal and thus a Increasing the measuring accuracy is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das Refe­ renzsignal mit einer Frequenz fr erzeugt wird, die um einen Faktor k ≧ 2 über der Frequenz fmMax des Meßsignals liegt. Dabei ist fmMax die Frequenz, die bei der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz auftritt. Das Referenzsignal mit der Frequenz fr wird als Taktsignal der Digitalisierung des Meßsignals zugrunde gelegt.According to the invention the object is achieved in that the reference signal is generated at a frequency f r which is a factor k ≧ 2 above the frequency f mMax of the measurement signal. Here f mMax is the frequency that occurs at the maximum possible rate of change of the path length difference. The reference signal with the frequency f r is used as the clock signal for digitizing the measurement signal.

Damit wird einmal erreicht, daß bei der Digitalisierung des Meßsignals Schwankungen der Verstellgeschwindigkeit des Re­ flektors kompensiert werden, so daß auch bei hohen Verfahr­ geschwindigkeiten eine schmalbandige Filterung mit hoher Genauigkeit des Meßergebnisses möglich ist. Zum anderen ist es auf diese Weise möglich, das Meßsignal präzise zu detek­ tieren. Aufgrund dessen wird eine höhere Meßgenauigkeit er­ zielt und außerdem eine Senkung des Schaltungsaufwandes für die elektronische Signalverarbeitung im Vergleich zum Stand der Technik erreicht, da nun eine schmalbandige Filterung möglich ist. This ensures that the digitization of the Measurement signal fluctuations in the adjustment speed of the Re be compensated for, so that even at high travel speeds a narrow-band filtering with high Accuracy of the measurement result is possible. Second is it is possible in this way to precisely detect the measurement signal animals. Because of this, he will have a higher measurement accuracy aims and also a reduction in circuitry for the electronic signal processing compared to the state technology achieved, since now a narrow-band filtering is possible.  

Eine vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht dar­ in, daß das digitalisierte Meßsignal in adressierbaren Speicherzellen abgelegt wird. In den Speicherzellen stehen dann Daten, die der Amplitude des Meßsignals entsprechen. Aus der Lage der Speicherzellen, in denen die Einhüllende dieser Amplitudenwerte ein Maximum hat, werden nun die Po­ sitionen der Grenzflächen ermittelt.An advantageous embodiment of the invention is in that the digitized measurement signal in addressable Memory cells is stored. Stand in the memory cells then data corresponding to the amplitude of the measurement signal. From the location of the memory cells in which the envelope of these amplitude values has a maximum, the Po are now sitions of the interfaces.

Dazu wird erfindungsgemäß eine numerische digitale Filte­ rung vorgenommen, beispielsweise nach der Funktion
For this purpose, a numerical digital filtering is carried out according to the invention, for example according to the function

yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + . . . + aM-1xN-(M-1) - b1yN-1 - b2yN-2 - . . . - bzyN-z
y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 +. . . + a M-1 x N- (M-1) - b 1 y N-1 - b 2 y N-2 -. . . - b z y Nz

mit yN dem Filterausgangswert der Speicherzelle N, YN-1 dem Filterausgangswert der vorherbenutzten Speicherzelle N-1, xN dem Meßwert in der Speicherzelle N, xN-1 dem Meßwert in der Speicherzelle N-1 usw. sowie a0 bis aM-1 und b1 bis bz den Filterkoeffizienten.with y N the filter output value of the memory cell N, Y N-1 the filter output value of the previously used memory cell N-1, x N the measured value in the memory cell N, x N-1 the measured value in the memory cell N-1 etc. and a 0 to a M-1 and b 1 to b z the filter coefficients.

Eine besondere Ausgestaltung sieht die Filterung mit b1 = 0 bis bz = 0 vor und damit nach der Funktion
Filtering with b 1 = 0 to b z = 0 provides for a special embodiment and thus for the function

yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + . . . + aM-1xN-(M-1).y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 +. . . + a M-1 x N- (M-1) .

Nach der Filterung wird die Speicherzelle ermittelt, in welcher der abgelegte Meßwert xN . . . xN-(M-1) ein Maximum hat. Aus der Lage dieser Zelle innerhalb des Speichers wird die Position des verschiebbaren Reflektors hergeleitet, bei der ein Interferenzsignal auftritt. Aus verschiedenen der­ artigen Positionen wird auf die Abstände der optischen Grenzflächen in dem zu untersuchenden Objekt geschlossen.After filtering, the memory cell in which the stored measured value x N. . . x N- (M-1) has a maximum. The position of the displaceable reflector at which an interference signal occurs is derived from the position of this cell within the memory. The distances between the optical interfaces in the object to be examined are inferred from various of the like positions.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, vor­ zugsweise zwischen verschiedenen Gewebeschichten des menschlichen Auges, mit einer Interferometeranordnung, mit veränderbarer optischer Weglängendifferenz einer kurzkohä­ renten Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßstrahlenganges mit einer Verstelleinrichtung zum Ändern der optischen Weglängendifferenz, mit einem Empfänger zur Gewinnung eines elektronischen Meßsignals aus der Meßstrahlung bei Verstel­ lung der Weglängendifferenz, mit einem Referenzsignalgeber und mit einer Signalverarbeitungseinrichtung.The invention further relates to an arrangement for Measuring distances between optical interfaces preferably between different tissue layers of the human eye, with an interferometer arrangement, with changeable optical path length difference of a short co  pension light source for generating a measuring beam path with an adjustment device for changing the optical Path length difference, with a receiver to obtain a electronic measuring signal from the measuring radiation at Verstel the path length difference, with a reference signal transmitter and with a signal processing device.

Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß am Ausgang des Referenzsignalgebers ein Referenzsignal mit einer Frequenz fr verfügbar ist, die um den Faktor k ≧ 2 über der maximal vorkommenden Frequenz fmMax des Meßsignals liegt, die in Ab­ hängigkeit von der maximal möglichen Änderungsgeschwindig­ keit v der Weglängendifferenz auftritt und daß der Ausgang des Referenzsignalgebers an den Takteingang eines A/D- Wandlers gelegt ist, während am Signaleingang des A/D- Wandlers das Meßsignal anliegt.It is provided according to the invention that a reference signal with a frequency f r is available at the output of the reference signal transmitter, which is by a factor of k ≧ 2 above the maximum frequency f mMax of the measurement signal, which depends on the maximum possible rate of change from Path length difference occurs and that the output of the reference signal generator is connected to the clock input of an A / D converter, while the measurement signal is present at the signal input of the A / D converter.

Es sind verschiedene Ausgestaltungsvarianten von Referenz­ signalgebern denkbar, von denen im folgenden drei näher be­ schrieben werden. Jede Variante umfaßt eine Referenzlicht­ quelle, einen Detektor zum Empfang des Referenzlichtes und ein dem Detektor nachgeschalteter Trigger zur Rechteckfor­ mung des Referenzsignals. Der Ausgang des Triggers ent­ spricht dabei dem Ausgang des Referenzsignalgebers.There are different design variants of reference signal transmitters conceivable, three of which are described below be written. Each variant includes a reference light source, a detector for receiving the reference light and a trigger downstream of the detector for rectangular form measurement of the reference signal. The exit of the trigger ent speaks to the output of the reference signal generator.

Bei einer ersten Variante des Referenzsignalgebers sind neben den vorgenannten Baugruppen optische Elemente zur Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranord­ nung und zu deren Auskopplung nach einmaligem Durchlauf durch die Interferometeranordnung vorgesehen.In a first variant of the reference signal generator in addition to the aforementioned assemblies optical elements for Coupling the reference light into the interferometer arrangement and their decoupling after a single pass provided by the interferometer arrangement.

In einer zweiten Ausgestaltungsvariante umfaßt der Refe­ renzsignalgeber neben den vorgenannten Baugruppen und den optischen Elementen zur Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung reflektierende Elemente, die einen mehrfachen Durchlauf des Referenzlichtes durch den Interferenzarm mit veränderlicher optischer Weglänge veran­ lassen. Die reflektierenden Elemente sind beispielsweise einstrahlungsseitig auf Außenflächen des Strahlteilers der Interferometeranordnung angeordnete Spiegel, die lediglich für die Wellenlänge des Referenzlichtes reflektierend wir­ ken und das Referenzlicht in den jeweiligen Interferometer­ arm zurückwerfen. Mit dem mehrfachen Durchlauf entsteht ein Referenzsignal, das bereits um den Faktor k ≧ 2 über der Frequenz fm des Meßsignals liegt.In a second embodiment variant, the reference signal generator comprises, in addition to the aforementioned assemblies and the optical elements for coupling the reference light into the interferometer arrangement, reflective elements which cause the reference light to pass through the interference arm several times with a variable optical path length. The reflecting elements are, for example, mirrors arranged on the irradiation side on outer surfaces of the beam splitter of the interferometer arrangement, which reflect only the wavelength of the reference light and reflect the reference light poorly in the respective interferometer. The multiple pass results in a reference signal which is already a factor of k ≧ 2 above the frequency f m of the measurement signal.

Eine dritte Ausgestaltungsvariante des Referenzsignalgebers sieht dagegen keine Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung vor, sondern einen im Strahlengang der Referenzlichtquelle angeordneten Gittergeber mit einem beweglichen Maßstabsgitter, das mit der Verstelleinrichtung fest verbunden ist.A third embodiment of the reference signal transmitter sees no coupling of the reference light into the Interferometer arrangement in front, but one in the beam path the reference light source arranged grating with a movable scale grid that with the adjustment device is firmly connected.

Zur Erzeugung einer Referenzsignalfrequenz, die um den Fak­ tor k ≧ 2 über der Frequenz fm des Meßsignals liegt, können bei der ersten und dritten Ausgestaltungsvariante im Signalweg zwischen Detektor und Trigger jeweils ein Fre­ quenz-Vervielfacher vorgesehen sein.To generate a reference signal frequency, which lies by the factor k ≧ 2 above the frequency f m of the measurement signal, a frequency multiplier can be provided in the signal path between the detector and the trigger in the first and third embodiment variants.

Die Frequenz-Vervielfacher können beispielsweise aus einer Schaltungsanordnung bestehen, in der der Signalweg des Re­ ferenzsignals in zwei Pfade aufgezweigt ist, wobei das Re­ ferenzsignal über einen ersten Pfad, in dem ein 90°- Phasenschieber, ein Komparator und ein Monoflop in Reihe geschaltet sind, an einem ersten Eingang eines ODER- Bausteines und über den zweiten Pfad, in dem ein Komparator und ein Monoflop vorgesehen sind, am zweiten Eingang des ODER-Bausteines anliegt. Der Ausgang des ODER-Bausteines entspricht dem Ausgang des Frequenz-Vervielfachers. The frequency multipliers can, for example, from one Circuit arrangement exist in which the signal path of the Re reference signal is branched into two paths, the Re reference signal via a first path in which a 90 ° Phase shifter, a comparator and a monoflop in series are connected to a first input of an OR Building block and via the second path in which a comparator and a monoflop are provided at the second input of the OR module is present. The output of the OR block corresponds to the output of the frequency multiplier.  

Damit ist die Erzeugung von Referenzsignalen möglich, die im vorbeschriebenen Verfahren erfindungsgemäß der Digitali­ sierung des Meßsignals zugrundegelegt werden können. Vor­ teilhaft ist hierbei, als Referenzlichtquelle eine Monomo­ de-Laserdiode vorzusehen.This makes it possible to generate reference signals that in the above-described method according to the invention, the digitali sation of the measurement signal can be used as a basis. Before Part of this is a monomo as the reference light source to provide de-laser diode.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann an­ stelle eines Referenzwertgebers mit Frequenz-Vervielfacher eine Referenzlichtquelle vorgesehen sein, deren Frequenz bereits mindestens um den Faktor k = 2 höher ist als die Fre­ quenz fm der kurzkohärente Lichtquelle zur Erzeugung des Meßstrahlenganges. Auch in diesem Fall sind ein Detektor zum Empfang des Referenzlichtes und ein dem Detektor nach­ geschalteter Trigger vorhanden.In an alternative embodiment of the invention, instead of a reference value transmitter with a frequency multiplier, a reference light source can be provided, the frequency of which is already at least a factor k = 2 higher than the frequency f m of the short-coherent light source for generating the measuring beam path. In this case too there is a detector for receiving the reference light and a trigger connected after the detector.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß im Referenzsignalge­ ber ein Positionsmelder vorgesehen ist, der mit der Ver­ stelleinrichtung in Beziehung steht. Damit kann, ausgehend von einer vorgegebenen Position bei der Verstellung der Weglänge in dem entsprechenden Interferometerarm, ein Startsignal für den A/D-Wandler bzw. für die Digitalisie­ rung des Meßsignals gewonnen werden. Das erfolgt dann, wenn der Reflektor, mit dessen Verstellung die optische Weglänge in einem Interferometerarm variiert wird, diese vorgegebene Position passiert.It is within the scope of the invention that in the reference signal Via a position sensor is provided, which with the Ver actuator is related. With that, starting out from a given position when adjusting the Path length in the corresponding interferometer arm Start signal for the A / D converter or for digitization tion of the measurement signal can be obtained. This happens when the reflector, with its adjustment the optical path length is varied in an interferometer arm, this predetermined Position happens.

Weiterhin sollte die Signalverarbeitungseinrichtung einen adressierbaren Speicher sowie eine Auswerteeinheit aufwei­ sen und in der Auswerteeinheit eine Rechenschaltung zur nu­ merischen Filterung des digitalisierten Meßsignals vorhan­ den sein.Furthermore, the signal processing device should be one addressable memory and an evaluation unit sen and in the evaluation unit a calculation circuit for nu merischer filtering of the digitized measurement signal existing be that.

Zum Zweck der Vorfilterung kann dem Empfänger zur Gewinnung eines elektronischen Meßsignals aus der Meßstrahlung bei Verstellung der Weglängendifferenz ein breitbandiger Vor­ verstärker nachgeschaltet sein, dessen obere Grenzfrequenz der Frequenz fmMax und dessen untere Grenzfrequenz der Fre­ quenz fmMin entsprechen.For the purpose of pre-filtering, the receiver for obtaining an electronic measurement signal from the measurement radiation when adjusting the path length difference can be followed by a broadband pre-amplifier, the upper limit frequency of which corresponds to the frequency f mMax and the lower limit frequency of which corresponds to the frequency f mMin .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgese­ hen, daß der Auswerteeinheit eine Ausgabeeinrichtung für das Meßergebnis nachgeordnet ist. In der Ausgabeeinrichtung kann dabei ein Display zur Meßwertanzeige und/oder ein Er­ gebnisdrucker vorhanden sein.In a further advantageous embodiment, it is provided hen that the evaluation unit has an output device for the measurement result is subordinate. In the output facility can be a display for measured value display and / or an Er result printer available.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand meh­ rerer Ausgestaltungsvarianten für die Referenzsignalgewin­ nung erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zei­ gen:The method according to the invention is described below with the aid of meh Other design variants for the reference signal gain be explained. In the accompanying drawings gene:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Anord­ nung, Fig. 1 voltage the principle diagram of the present invention Anord,

Fig. 2 eine erste Variante der Referenzsignalgewinnung, Fig. 2 shows a first variant of the reference signal extraction,

Fig. 3 eine zweite Variante der Referenzsignalgewinnung, Fig. 3 shows a second variant of the reference signal extraction,

Fig. 4 eine dritte Variante der Referenzsignalgewinnung, Fig. 4 shows a third variant of the reference signal extraction,

Fig. 5 eine Schaltungsvariante des Frequenz-Vervielfachers, Fig. 5 is a circuit variation of the frequency multiplier,

Fig. 6 Den Ausschnitt eines idealen Meßsignales, Fig. 6 The cut of an ideal measurement signal,

Fig. 7 Das Verhältnis von Meß- und Referenzsignal. Fig. 7 The ratio of measurement and reference signal.

In Fig. 1 sind ein Strahlteiler 1, ein feststehender Reflek­ tor 2 und ein verschiebbarer Reflektor 3 als Baugruppen ei­ ner Interferometeranordnung dargestellt; die Reflektoren 2, 3 können beispielhaft als Tripelprismen ausgebildet sein. In die Interferometeranordnung wird über einen weiteren Strahlteiler 4 das Licht einer Superlumineszenzdiode 5 fe­ ster Wellenlänge λ als Beleuchtungs- bzw. Meßstrahlengang eingestrahlt.In Fig. 1, a beam splitter 1 , a fixed reflector 2 and a movable reflector 3 are shown as assemblies egg ner interferometer arrangement; the reflectors 2 , 3 can be designed, for example, as triple prisms. In the interferometer arrangement, the light of a superluminescent diode 5 fe ster wavelength λ is irradiated as an illumination or measuring beam path via a further beam splitter 4 .

Über eine Blende 6 und eine Planplatte 7 wird ein Kon­ trollanteil des Beleuchtungslichtes auf eine Photodiode 8 gerichtet, während der übrige Teil über einen Polarisati­ onsstrahlteiler 9 und eine λ/4-Platte 10 auf das Patienten­ auge 11 gelangt.Via a diaphragm 6 and a flat plate 7 , a control portion of the illuminating light is directed onto a photodiode 8 , while the rest of the beam beam splitter 9 and a λ / 4 plate 10 reach the patient's eye 11 .

Das vom Patientenauge 11 reflektierte Meßlicht wird über den Polarisationsstrahlteiler 9 und ein Abbildungssystem 12, das durch zwei Linsen dargestellt ist, in eine Beobach­ tungsebene abgebildet, in der sich das Auge 15 eines Beob­ achters befindet. Vor dem Auge 15 wird mit einem weiteren Strahlteiler 13 ein Teil des Meßlichtes auf einen Photoemp­ fänger 14, vorzugsweise eine Avalance-Photodiode, gelenkt.The measurement light reflected from the patient's eye 11 is imaged via the polarization beam splitter 9 and an imaging system 12 , which is represented by two lenses, into an observation plane in which the eye 15 of an observer is located. In front of the eye 15 with a further beam splitter 13 part of the measuring light on a Photoemp catcher 14 , preferably an avalance photodiode, is directed.

Die Signalausgänge von Photoempfänger 14, Photodiode 8 und ein Referenzsignalgeber 20 stehen mit den Eingängen einer Signalverarbeitung 17 in Verbindung, die ausgangsseitig über eine Ansteuereinheit 19 mit der Superlumineszenzdiode 5 und mit einer Verstelleinrichtung 16 für den verschiebba­ ren Reflektor 3 verbunden ist. Ebenfalls mit der Signalver­ arbeitung 17 verbunden ist eine Ausgabeeinrichtung 18 für die Meßergebnisse, beispielsweise ausgestattet mit einem Display und/oder einem Drucker.The signal outputs of photoreceiver 14 , photodiode 8 and a reference signal generator 20 are connected to the inputs of a signal processing 17 which is connected on the output side via a control unit 19 to the superluminescent diode 5 and to an adjusting device 16 for the displaceable reflector 3 . Also connected to the signal processing 17 is an output device 18 for the measurement results, for example equipped with a display and / or a printer.

Mit der dargestellten Anordnung kann in bekannter Weise vom Photoempfänger 14 ein Meßsignal empfangen werden, dessen Frequenz fm von der Geschwindigkeit v abhängig ist, mit welcher die Änderung der Differenz der optischen Weglänge in beiden Interferometerarmen erfolgt. Die Differenz der optischen Weglänge wird verändert durch Verstellung der Po­ sition des verschiebbaren Reflektors 3, der zu diesem Zweck mit der Verstelleinrichtung 16 mechanisch gekoppelt ist.With the arrangement shown, a measurement signal can be received in a known manner from the photoreceiver 14 , the frequency f m of which is dependent on the speed v at which the change in the difference in the optical path length takes place in both interferometer arms. The difference in the optical path length is changed by adjusting the position of the displaceable reflector 3 , which is mechanically coupled to the adjusting device 16 for this purpose.

Aus der Auswertung des mit Hilfe des Photoempfängers 14 ge­ wonnenen Meßsignals und seiner Verknüpfung mit dem vom Re­ ferenzsignalgeber 20 abgegebenen Referenzsignal werden Po­ sitionswerte für die Lage einzelner Gewebeschichten des Pa­ tientenauges 11 und aus diesen Positionswerten Abstände der betreffenden Gewebeschichten ermittelt, wie im folgenden anhand Fig. 2 erläutert werden soll.From the evaluation of the measurement signal obtained with the aid of the photoreceiver 14 and its combination with the reference signal emitted by the reference signal generator 20 , position values for the position of individual tissue layers of the patient eye 11 and from these position values, the distances between the tissue layers concerned are determined, as in the following with reference to FIG to be explained. 2nd

Das vom Photoempfänger 14 empfangene, entsprechend der Ko­ härenzlänge der Superlumineszenzdiode 5 amplitudenmodulier­ te Meßsignal mit der Frequenz fm = 2v/λ (v ist die Geschwin­ digkeit der Weglängenänderung im Interferometerarm bei Ver­ stellung des Reflektors 3) wird in einem Verstärker 21 vor­ verstärkt, im A/D-Wandler 22 in ein digitales Signal gewan­ delt und in einem adressierbaren Speicher 23 abgelegt. Der Verstärker 21 ist breitbandig für die Frequenzen fmMax und fmMin ausgelegt, wobei fmMax die Frequenz des Meßsignals bei der maximal möglichen und fmMinn die Frequenz des Meßsignals bei der minimal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz ist.The received by the photoreceiver 14 , corresponding to the coherence length of the superluminescent diode 5, amplitude-modulated measurement signal with the frequency f m = 2v / λ (v is the speed of the path length change in the interferometer arm when adjusting the reflector 3 ) is amplified in an amplifier 21 , in the A / D converter 22 converted into a digital signal and stored in an addressable memory 23 . The amplifier 21 is designed to be broadband for the frequencies f mMax and f mMin , where f mMax is the frequency of the measurement signal at the maximum possible and f mMin n is the frequency of the measurement signal at the minimum possible rate of change of the path length difference.

Die gespeicherten Meßwerte werden von der Auswerteeinheit 40 abgerufen und nach der entsprechenden Signalverarbeitung als Ergebnis an die Ausgabeeinrichtung 18 bzw. als Anwei­ sung an die Ansteuereinheit 19 weitergegeben.The stored measured values are called up by the evaluation unit 40 and, after the corresponding signal processing, are passed on as a result to the output device 18 or as instructions to the control unit 19 .

Aufgrund der kleinen Kohärenzlänge der Superlumineszenz­ diode 5 tritt während der Positionsänderung des Reflektors 3 ein auswertbares Interferenzsignal immer dann auf, wenn die Differenz der Abstände der Reflektoren 2 und 3 zum Strahlteiler 1 gleich dem Abstand zweier optischer Grenz­ flächen im Patientenauge 11 sind (vgl. Fig. 1). Die Aufgabe der Messung besteht also darin, die Positionen des Reflek­ tors 3 zu bestimmen, bei denen Interferenzsignale auftreten und daraus die Abstände zwischen Gewebeschichten im Patien­ tenauge 11 zu ermitteln.Due to the small coherence length of the superluminescent diode 5 occurs during the change in position of the reflector 3 evaluable interference signal always on, if the difference in distances between the reflectors 2 and 3 to the beam splitter 1 is equal to the distance between two optical interfaces in the patient's eye 11 (cf. Fig. . 1). The task of the measurement is therefore to determine the positions of the reflector 3 , at which interference signals occur, and from this to determine the distances between tissue layers in the patient's eye 11 .

Da jedoch die Intensität der zu detektierenden Interferenz­ signale sehr gering ist und diese außerdem noch mit Rau­ schen überlagert sind, wird zwecks Erhöhung der Meßsicher­ heit neben dem kurzkohärenten Beleuchtungs- bzw. Meßlicht der Superlumineszenzdiode 5 das Licht einer Referenzlicht­ quelle 25 mit vorgegebener Wellenlänge λr und im Vergleich zum Meßlicht größerer Kohärenzlänge als Grundlage für ein Referenzsignal genutzt, das auf erfindungsgemäße Weise er­ zeugt und mit dem Meßsignal verknüpft wird.However, since the intensity of the interference signals to be detected is very low and these are also superimposed with noise, in order to increase the measuring certainty, in addition to the short-coherent illuminating or measuring light of the superluminescent diode 5, the light of a reference light source 25 with a predetermined wavelength λ r and compared to the measuring light of greater coherence length used as the basis for a reference signal, which he generates in the manner according to the invention and is linked to the measuring signal.

In der Ausgestaltungsvariante nach Fig. 2 sind in dem Refe­ renzsignalgeber 24 eine Referenzlichtquelle 25 (beispiels­ weise eine Monomode-Laserdiode), optische Elemente 26 zur Einkopplung des Referenzlichtes über den Strahlteiler 1 in die Interferometeranordnung, ein Detektor 27, ein Frequenz- Vervielfacher 28, ein Trigger 29 sowie ein Positionsmelder 30 vorgesehen.In the embodiment variant according to FIG. 2, a reference light source are in the Refe rence beeper 24 25 (Example, a single-mode laser diode), optical elements 26 for coupling the reference light via the beam splitter 1 in the interferometer, a detector 27, a frequency multiplier 28, a trigger 29 and a position indicator 30 are provided.

Mit dieser Anordnung wird zunächst erreicht, daß mit dem Detektor 27 ein Referenzsignal aufgenommenen wird, dessen Frequenz fr' sich während der Positionsverstellung des Re­ flektors 3 ebenso ändert wie die Frequenz fm des Meßsi­ gnals. Die Frequenz fr' des Referenzsignals wird im Fre­ quenz-Vervielfacher 28 um mindestens den Faktor k = 2 er­ höht, wonach am Eingang des Triggers 29 ein Referenzsignal mit der Frequenz fr zur Verfügung steht. Im Meßarm des In­ terferometers befindet sich ein das Licht der kohärenten Laserdiode reflektierendes Element (nicht dargestellt), so daß dieses Licht nicht in das Patientenauge 11 fallen kann und eine Gefährdung des Patienten vermieden wird.With this arrangement it is first achieved that a reference signal is recorded with the detector 27 , the frequency f r 'changes during the position adjustment of the reflector 3 as well as the frequency f m of the measuring signal. The frequency f r 'of the reference signal is increased in the frequency multiplier 28 by at least a factor k = 2, after which a reference signal with the frequency f r is available at the input of the trigger 29 . In the measuring arm of the interferometer there is an element (not shown) reflecting the light of the coherent laser diode, so that this light cannot fall into the patient's eye 11 and danger to the patient is avoided.

Ein Beispiel für die Ausgestaltung des Frequenz- Vervielfachers 24 ist in Fig. 5 dargestellt. Der Signalweg 31 für das sinusförmige Referenzsignal ist aufgezweigt; in einem ersten Zweig 32 gelangt das Signal über einen 90°- Phasenschieber 33, einen Komparator 34 und ein Monoflop 35 zu einem ODER-Baustein 36, während im zweiten Zweig 37 das Signal über einen Komparator 38 und ein Monoflop 39 zu dem ODER-Baustein 36 gelangt. In beiden Zweigen 32, 37 wandeln die Komparatoren 34, 38 die sinusförmigen Signale in Recht­ ecksignale um und die Monoflops 35, 39 geben bei jeder fal­ lenden und/oder steigenden Flanke eines Rechtecksignals ei­ nen Impuls aus. Am Ausgang des Frequenz-Vervielfachers 28 bzw. am Eingang des Triggers 22 (vergl. Fig. 2) liegen so für jede Periode des Referenzsignals vier Impulse an.An example of the design of the frequency multiplier 24 is shown in FIG. 5. The signal path 31 for the sinusoidal reference signal is branched; in a first branch 32 the signal reaches a OR module 36 via a 90 ° phase shifter 33 , a comparator 34 and a monoflop 35 , while in the second branch 37 the signal reaches the OR module via a comparator 38 and a monoflop 39 36 arrives. In both branches 32 , 37 , the comparators 34 , 38 convert the sinusoidal signals into rectangular signals and the monoflops 35 , 39 emit a pulse on each falling and / or rising edge of a rectangular signal. At the output of the frequency multiplier 28 or at the input of the trigger 22 (see FIG. 2) there are four pulses for each period of the reference signal.

Bei Auslösung einer Messung durch einen Bediener gibt die Ansteuereinheit 19 ein Startsignal aus, durch welches die Superlumineszenzdiode 5 eingeschaltet und zugleich über die Verstelleinrichtung 16 die Verschiebung des Reflektors 3 über den vorgesehenen Verfahrweg veranlaßt wird. Das vom Auge reflektierte Licht wird auf den Photoempfänger 14 ab­ gebildet und das entstehende Interferenzsignal wird detek­ tiert. Das mit dem Photoempfänger 14 detektierte Interfe­ renzsignal wird durch den breitbandigen Verstärker 21 ge­ filtert und liegt danach (wegen der nicht konstanten Ver­ fahrgeschwindigkeit mit schwankender Periode) am A/D- Wandler 22 an, wegen der geringen Kohärenzlänge jedoch nur, wenn die Wegdifferenz des Lichtes im Interferometer der im Meßobjekt entstehenden Wegdifferenz entspricht.When a measurement is triggered by an operator, the control unit 19 outputs a start signal, by means of which the superluminescent diode 5 is switched on and, at the same time, the displacement of the reflector 3 over the intended travel path is initiated via the adjusting device 16 . The light reflected from the eye is formed on the photoreceptor 14 and the resulting interference signal is detected. The detected with the photoreceiver 14 interference signal is filtered by the broadband amplifier 21 and is then (because of the non-constant travel speed with fluctuating period) at the A / D converter 22 , because of the low coherence length, however, only if the path difference of the Light in the interferometer corresponds to the path difference occurring in the test object.

In Fig. 6 ist ein Ausschnitt eines idealen, am Eingang des A/D-Wandlers 22 anliegenden Interferenz-Meßsignals 54 dar­ gestellt. Die Schwankungen der Frequenz fm des Signals sind dabei durch die ungleichmäßige Verfahrgeschwindigkeit ver­ ursacht. Im Vergleich dazu weist auch das am Ausgang des Detektors 27 abgreifbare Referenzsignal 55 mit der Frequenz fr' diese Frequenzschwankungen auf. Wegen der großen Kohä­ renzlänge der Referenzlichtquelle wird das Referenzsignal 55 im Gegensatz zum Meßsignal 54 während des Verfahrens des Reflektors 3 über dessen gesamte Weglänge empfangen. In Fig. 6 a section of an ideal, at the input of the A / D converter 22 applied interference measurement signal 54 is provided. The fluctuations in the frequency f m of the signal are caused by the uneven travel speed. In comparison to this, the reference signal 55 with the frequency f r ', which can be tapped at the output of the detector 27 , also has these frequency fluctuations. Because of the large coherence length of the reference light source, the reference signal 55, in contrast to the measurement signal 54, is received during the movement of the reflector 3 over its entire path length.

Wenn der Reflektor 3 eine vorgegebene Position durchfährt, gibt der Positionsmelder 30 in Fig. 2, beispielsweise ein Endlagenschalter, ein Startsignal an den Trigger 29, worauf dieser mit der Ausgabe des Referenzsignals mit der Frequenz fr an den A/D-Wandler beginnt. Das Verhältnis der Frequenz fm des am Signaleingang des A/D-Wandlers anliegenden Meßsi­ gnals 54 zur Frequenz fr des am Taktsignaleingang des A/D- Wandlers anliegenden Referenzsignals 56 ist in Fig. 7 er­ kennbar.When the reflector 3 passes through a predetermined position, the position indicator 30 in FIG. 2, for example a limit switch, gives a start signal to the trigger 29 , whereupon the trigger 29 begins with the output of the reference signal with the frequency f r to the A / D converter. The ratio of the frequency f m of the measurement signal 54 present at the signal input of the A / D converter to the frequency f r of the reference signal 56 present at the clock signal input of the A / D converter can be seen in FIG. 7.

Die Überlagerung des Meßsignals im A/D-Wandler mit dem Re­ ferenzsignal der Frequenz fr führt dazu, daß beginnend mit dem Startimpuls während des Verfahrens des Reflektors 3 bei jedem aus dem Referenzsignal abgeleiteten Impuls ein A/D- Wandlerwert in den Speicher 23 geschrieben wird. Damit ist jeder Speicherzelle ein Ort des Reflektors 3 zugeordnet und in der Speicherzelle N steht der Meßwert xN, in der Spei­ cherzelle N-1 der Meßwert xN-1 usw.The superimposition of the measurement signal in the A / D converter with the reference signal of the frequency f r leads to an A / D converter value being written into the memory 23 for each pulse derived from the reference signal, starting with the start pulse during the movement of the reflector 3 becomes. Each memory cell is thus assigned a location of the reflector 3 and the measured value x N is in the memory cell N, the measured value x N-1 in the memory cell N-1 , etc.

Nach dem Durchfahren des gesamten Verfahrweges werden die gespeicherten Daten in die Auswerteeinheit 40 gerufen, in welcher eine numerische digitale Filterung der Daten durch­ geführt wird nach der Funktion
After driving through the entire travel path, the stored data are called into the evaluation unit 40 , in which a numerical digital filtering of the data is performed according to the function

yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + . . . + aM-1xN-(M-1)
y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 +. . . + a M-1 x N- (M-1)

mit yN dem gefilterten Meßwert und a0 bis aM-1 den Filter­ koeffizienten des Filters der Ordnung M. Für die Filter­ koeffizienten gilt:
with y N the filtered measured value and a 0 to a M-1 the filter coefficient of the filter of order M. The following applies to the filter coefficients:

bei k = 0, 1, 2 . . . (M-1). Diese Operation entspricht einer Filte­ rung der Daten mit der Mittenfrequenz f. Dabei wird die Mittenfrequenz f aus der Beziehung
at k = 0, 1, 2. . . (M-1). This operation corresponds to filtering the data at the center frequency f. The center frequency f becomes from the relationship

mit λr der Wellenlänge des Referenzsignals und λm der Wellenlänge des Meßsignals abgeleitet. Der Faktor 1/4 entspricht der vier­ fachen Interpolation des detektierten Referenzsignales fr' zur Erzeugung des Referenzsignales fr. Die Bandbreite Δf des Filters ergibt sich aus der Kohärenzlänge des Meßsi­ gnales.derived with λr the wavelength of the reference signal and λ m the wavelength of the measurement signal. The factor 1/4 corresponds to four times the interpolation of the detected reference signal f r 'for generating the reference signal f r . The bandwidth Δf of the filter results from the coherence length of the measuring signal.

Nach der Filterung wird die Speicherzelle ermittelt, in welcher die Einhüllende den abgelegten Meßwert ein Maximum hat. Aus der Lage dieser Zelle innerhalb des Speichers wird die Position des Reflektors 3 hergeleitet, bei der ein In­ terferenzsignal auftritt. Aus verschiedenen derartigen Po­ sitionen wird wie oben beschrieben auf die Abstände der op­ tischen Grenzflächen in dem zu untersuchenden Objekt ge­ schlossen.After the filtering, the memory cell is determined in which the envelope has a maximum of the stored measured value. From the position of this cell within the memory, the position of the reflector 3 is derived, in which an interference signal occurs. From various positions of this kind, as described above, the distances between the optical interfaces in the object to be examined are concluded.

Fig. 3 zeigt die Ausgestaltungsvariante eines Referenzsi­ gnalgebers 24, in dem eine Referenzlichtquelle 41, ein op­ tisches Elemente 42 zum Einkoppeln des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung, reflektierende Elemente 43 und 44, ein Detektor 45 für das aus der Interferometeranordnung ausgekoppelte Referenzlicht und, dem Detektor 45 nachge­ schaltet, ein Trigger 46 vorgesehen sind. Der Ausgang des Triggers 46 ist mit dem Ausgang des Referenzsignalgebers 24 identisch und liegt am Steuereingang des A/D-Wandlers 22 an. In den Referenzsignalgeber 24 einbezogen ist weiterhin ein Positionsmelder 47, dessen Ausgang mit dem Startsi­ gnaleingang des Triggers 26 in Verbindung steht. Zwischen Detektor 45 und Trigger 46 kann zusätzlich ein Frequenzver­ vielfacher vorgesehen sein. Fig. 3 shows the embodiment variant of a reference signal generator 24 , in which a reference light source 41 , an optical element 42 for coupling the reference light into the interferometer arrangement, reflecting elements 43 and 44 , a detector 45 for the reference light coupled out of the interferometer arrangement and, the detector 45 nachge switched, a trigger 46 are provided. The output of the trigger 46 is identical to the output of the reference signal generator 24 and is present at the control input of the A / D converter 22 . Also included in the reference signal generator 24 is a position indicator 47 , the output of which is connected to the start signal input of the trigger 26 . A frequency multiplier can additionally be provided between detector 45 and trigger 46 .

Das Referenzlicht gelangt über das optische Element 42 zur Teilerfläche des Strahlteilers 1 und wird dort in zwei Teilstrahlengänge aufgespaltet, von denen jeweils einer auf den feststehenden Reflektor 2 sowie auf den verschiebbaren Reflektor 3 gerichtet ist.The reference light reaches the splitting surface of the beam splitter 1 via the optical element 42 and is split there into two partial beam paths, one of which is directed in each case at the fixed reflector 2 and at the displaceable reflector 3 .

Der erste Teilstrahlengang des Referenzlichtes wird vom Re­ flektor 2 zum Strahlteiler 1 zurückgeworfen und trifft auf das an der Oberfläche des Strahlteilers 1 angeordnete, für die Wellenlänge des Referenzlichtes undurchlässige reflek­ tierende Element 43, von dem es wieder zum Reflektor 2 und von da zur Teilerfläche des Strahlteilers 1 reflektiert wird, wo schließlich die Ablenkung in Richtung auf den De­ tektor 45 erfolgt.The first partial beam path of the reference light is thrown back from the reflector 2 to the beam splitter 1 and strikes the reflector element 43 arranged on the surface of the beam splitter 1 , impermeable to the wavelength of the reference light, from which it again to the reflector 2 and from there to the divider surface of the Beam splitter 1 is reflected, where the deflection finally takes place in the direction of the detector 45 .

Die zweite von der Teilerfläche des Strahlteilers 1 auf den verschiebbaren Reflektor 3 gerichtete Teilstrahlung wird vom Reflektor 3 wieder auf den Strahlteiler 1 reflektiert und dort von dem das Referenzlicht reflektierenden Element 44 zum Reflektor 3 zurückgeworfen. Vom Reflektor 3 erreicht diese Teilstrahlung durch den Strahlteiler 1 hindurch den Detektor 45.The second partial radiation directed from the splitting surface of the beam splitter 1 onto the displaceable reflector 3 is reflected again by the reflector 3 onto the beam splitter 1 and is reflected there by the element 44 reflecting the reference light back to the reflector 3 . This partial radiation reaches the detector 45 from the reflector 3 through the beam splitter 1 .

Die reflektierenden Elemente 43 und 44 können beispielswei­ se als Retroreflektoren oder Spiegel ausgebildet sein.The reflecting elements 43 and 44 can, for example, be designed as retroreflectors or mirrors.

Das Referenzlicht durchläuft also beide Interferometer zweimal und gelangt dann erst zum Detektor 45. Aufgrund des mehrfachen Durchlaufs weist das Referenzsignal bereits die mehrfache Frequenz des Meßsignals auf. Damit liegt am Steu­ ereingang des A/D-Wandlers ein Taktsignal an, das ebenso wie bei der vorbeschriebenen Ausgestaltungsvariante gemäß Fig. 2 zur Digitalisierung des Meßsignals genutzt werden kann.The reference light thus passes through both interferometers twice and only then arrives at the detector 45 . Due to the multiple pass, the reference signal already has the multiple frequency of the measurement signal. Thus, a clock signal is present at the control input of the A / D converter, which can be used for digitizing the measurement signal, just as in the previously described embodiment variant according to FIG. 2.

Das bisher dargelegte gilt dann, wenn die Wellenlängen bei Meß- und Referenzlichtquellen gleich oder etwa gleich sind. The previously stated applies when the wavelengths at Measuring and reference light sources are the same or approximately the same.  

Wird dagegen eine Referenzlichtquelle mit kleinerer Wellen­ länge im Vergleich zur Meßlichtquelle verwendet, als sie die Meßlichtquelle hat, kann eine noch höhere Frequenz des Referenzsignals erzielt werden.In contrast, becomes a reference light source with smaller waves length compared to the measuring light source used as it the measuring light source has an even higher frequency Reference signal can be achieved.

Eine weitere Ausgestaltungsvariante zur Gewinnung eines Re­ ferenzsignals zeigt Fig. 4. Hier sind im Referenzsignalgeber 24 eine Referenzlichtquelle 48, ein Gittergeber 49, ein De­ tektor 50, ein Frequenz-Vervielfacher 51 sowie ein dem Fre­ quenz-Vervielfacher 51 nachgeschalteter Trigger 52 vorgese­ hen. Der Ausgang des Triggers 52 entspricht dem Ausgang des Referenzsignalgebers 24 und liegt am Steuereingang des A/D- Wandlers 22 an. Hier ist ebenfalls ein Positionsmelder 53 vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Startsignaleingang des Triggers 52 in Verbindung steht.A further variant to obtain a Re ference signal shown in FIG. 4. Here, in the reference signal generator 24, a reference light source 48, a grating encoder 49, a De Tektor 50, a frequency multiplier 51 and a the fre quency multiplier 51 downstream trigger 52 vorgese hen. The output of the trigger 52 corresponds to the output of the reference signal generator 24 and is present at the control input of the A / D converter 22 . A position indicator 53 is also provided here, the output of which is connected to the start signal input of the trigger 52 .

Der Gittergeber verfügt über ein feststehendes sowie über ein bewegliches Gitter, wobei das bewegliche Gitter (nicht im Detail dargestellt) mechanisch mit der Verstelleinrich­ tung 16 gekoppelt ist und bei Verstellung der Weglängendif­ ferenz synchron zum Reflektor 3 verstellt wird. Damit ist es möglich, während der Verstellbewegung ein Referenzsignal zu gewinnen, dessen Periode sich bei ungleichförmiger Ver­ stellgeschwindigkeit ebenso ändert wie die des Meßsignals. Schwankungen der Periode des Meßsignals, die auf Ungleich­ mäßigkeiten in der Geschwindigkeit bei der Verschiebung des Reflektors 3 zurückzuführen sind, sind der Referenzsignal­ frequenz gleichermaßen aufgeprägt.The grating sensor has a fixed as well as a movable grating, the movable grating (not shown in detail) is mechanically coupled to the adjusting device 16 and is adjusted synchronously to the reflector 3 when the path length difference is adjusted. This makes it possible to obtain a reference signal during the adjustment movement, the period of which changes in the case of a nonuniform adjustment speed as well as that of the measurement signal. Fluctuations in the period of the measurement signal, which can be attributed to irregularities in the speed when the reflector 3 is displaced, the reference signal frequency are equally impressed.

Wie weiter oben in der Ausführungsvariante anhand Fig. 2 be­ schrieben, wird auch hier das vom Detektor 50 erfaßte und ausgegebene Referenzsignal nach Frequenzänderung mit dem Vervielfacher 51, der wie in Fig. 5 dargestellt ausgestaltet sein kann, und nach Rechteckformung mit dem Trigger 52 zur Digitalisierung des Meßsignals genutzt. As described further above in the embodiment variant with reference to FIG. 2, the reference signal detected and output by the detector 50 is also used after the frequency change with the multiplier 51 , which can be configured as shown in FIG. 5, and after the rectangle has been formed with the trigger 52 Digitization of the measurement signal used.

BezugszeichenlisteReference list

11

Strahlteiler
Beam splitter

22nd

Reflektor, fest
Reflector, fixed

33rd

Reflektor, verschiebbar
Sliding reflector

44th

Strahlteiler
Beam splitter

55

Superlumineszenzdiode
Superluminescent diode

66

Blende
cover

77

Planplatte
Face plate

88th

Photodiode
Photodiode

99

Polarisationsstrahlteiler
Polarization beam splitter

1010th

λ/4-Platte
λ / 4 plate

1111

Patientenauge
Patient eye

1212th

Abbildungssystem
Imaging system

1313

Strahlteiler
Beam splitter

1414

Empfänger
receiver

1515

Auge
eye

1616

Verstelleinrichtung
Adjustment device

1717th

Signalverarbeitung
Signal processing

1818th

Ausgabeeinrichtung
Output device

1919th

Ansteuereinheit
Control unit

2020th

Referenzsignalgeber
Reference signal generator

2121

Verstärker
amplifier

2222

A/D-Wandler
A / D converter

2323

Speicher
Storage

2424th

Referenzsignalgeber
Reference signal generator

2525th

Referenzlichtquelle
Reference light source

2626

optische Elemente
optical elements

2727

Detektor
detector

2828

Frequenz-Vervielfacher
Frequency multiplier

2929

Trigger
Trigger

3030th

Positionsmelder
Position detector

3131

Signalweg
Signal path

3232

Zweig
branch

3333

90°-Phasenschieber
90 ° phase shifter

3434

Komparator
Comparator

3535

Monoflop
Monoflop

3636

ODER-Baustein
OR block

3737

Zweig
branch

3838

Komparator
Comparator

3939

Monoflop
Monoflop

4040

Auswerteeinheit
Evaluation unit

4141

Referenzlichtquelle
Reference light source

4242

optisches Element
optical element

4343

, ,

4444

reflektierende Elemente
reflective elements

4545

Detektor
detector

4646

Trigger
Trigger

4747

Positionsmelder
Position detector

4848

Referenzlichtquelle
Reference light source

4949

Gittergeber
Lattice encoder

5050

Detektor
detector

5151

Frequenzvervielfacher
Frequency multiplier

5252

Trigger
Trigger

5353

Positionsmelder
Position detector

5454

Interferenzmeßsignal
Interference measurement signal

5555

Referenzsignal fr Reference signal for r

'
'

5656

Referenzsignal fr
Reference signal for r

Claims (16)

1. Verfahren zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, bei dem in eine Interferometeranordnung Licht kurzer Kohärenzlänge und fester Wellenlänge λ eingestrahlt wird, die optische Weglängendifferenz der Interferometerarme geändert wird, aus den dabei entste­ henden Interferenzen ein Meßsignal mit einer von der Änderungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz ab­ hängigen Frequenz fm gewonnen und aus der Verknüpfung des Meßsignales mit einem Referenzsignal Meßwerte für die Positionen bzw. die Abstände der Grenzflächen er­ mittelt werden, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß das Referenzsignal mit einer Frequenz fr erzeugt wird, die um einen Faktor k ≧ 2 über der Frequenz fmMax des Meßsignales liegt, wobei fmMax der maximal möglichen Änderungsgeschwindigkeit der Weglängendifferenz ent­ spricht,
  • - daß das Referenzsignal mit der Frequenz fr als Taktsi­ gnal einer Digitalisierung des Meßsignales zugrunde ge­ legt wird und
  • - an dem auf diese Weise digitalisierten Meßsignal Posi­ tionswerte der optischen Grenzflächen ermittelt werden.
1. A method for measuring distances between optical interfaces, in which light of short coherence length and fixed wavelength λ is radiated into an interferometer arrangement, the optical path length difference of the interferometer arms is changed, from the resulting interference a measurement signal with a change in the velocity v of the path length difference obtained from the dependent frequency f m and measuring values for the positions or the distances of the interfaces are determined from the combination of the measurement signal with a reference signal, characterized in that
  • - that the reference signal having a frequency f r is produced, the f by a factor k ≧ 2 the frequency of the measuring signal is mMax wherein mMax the maximum possible rate of change of path length difference f ent speaks
  • - That the reference signal with the frequency f r as a clock signal is based on a digitization of the measurement signal and
  • - Position values of the optical interfaces are determined on the measurement signal digitized in this way.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Frequenz fr digitalisierte Meßsignal in adressierbare Speicherzellen abgelegt wird, aus der Lage der Speicherzellen, in denen die Amplitude des Meßsigna­ les ein Maximum hat, die Positionen der Grenzflächen er­ mittelt und aus diesen Positionen die Abstände zwischen den Grenzflächen hergeleitet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that the digitized with the frequency f r measurement signal is stored in addressable memory cells, from the position of the memory cells in which the amplitude of the Meßsigna les has a maximum, he determines the positions of the interfaces and from the distances between the interfaces are derived from these positions. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das gespeicherte Meßsignal einer numerischen digitalen Filterung unterzogen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the stored measurement signal of a numerical digital filtering. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterung vorgenommen wird nach der Funktion
yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + . . . + aM-1xN-(M-1) - b1yN-1 - b2yN-2 - . . . -bzyN-z
mit yN dem Filterausgangswert der Speicherzelle N, yN-1 dem Filterausgangswert der vorherbenutzten Speicherzel­ le N-1, xN dem Meßwert in der Speicherzelle N, xN-1 dem Meßwert in der Speicherzelle N-1 usw. und a0 bis aM-1 und b1 bis bz den Filterkoeffizienten des Filters.
4. The method according to claim 3, characterized in that a filtering is carried out according to the function
y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 +. . . + a M-1 x N- (M-1) - b 1 y N-1 - b 2 y N-2 -. . . -b z y Nz
with y N the filter output value of the memory cell N, y N-1 the filter output value of the previously used memory cell N-1, x N the measured value in the memory cell N, x N-1 the measured value in the memory cell N-1 etc. and a 0 to a M-1 and b 1 to b z the filter coefficient of the filter.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung mit b1 = 0 bis bz = 0 und der sich daraus er­ gebenden Funktion
yN = a0xN + a1xN-1 + a2xN-2 + . . . + aM-1xN-(M-1)
vorgenommen wird.
5. The method according to claim 4, characterized in that the filtering with b 1 = 0 to b z = 0 and the resulting function
y N = a 0 x N + a 1 x N-1 + a 2 x N-2 +. . . + a M-1 x N- (M-1)
is made.
6. Anordnung zum Messen von Abständen zwischen optischen Grenzflächen, vorzugsweise zwischen verschiedenen Gewe­ beschichten des menschlichen Auges,
  • - mit einer Interferometeranordnung, bei der die optische Weglängendifferenz durch Änderung der optischen Weglän­ ge in einem der Interferometerarme verstellbar ist und in der eine kurzkohärente Lichtquelle (5) zur Erzeugung eines Meßstrahlenganges einer Frequenz fm vorgesehen ist,
  • - mit einer Verstelleinrichtung (16) zum Ändern der opti­ schen Weglängendifferenz,
  • - mit einem Empfänger (14) zur Gewinnung eines elektroni­ schen Meßsignales aus der Meßstrahlung bei Verstellung der Weglängendifferenz,
  • - mit einem Referenzsignalgeber (24) und mit einer Si­ gnalverarbeitung (17), dadurch gekennzeichnet,
  • - daß am Ausgang des Referenzsignalgebers (24) ein Refe­ renzsignal mit einer Frequenz fr verfügbar ist, die um den Faktor k ≧ 2 über der Frequenz fmMax des Meßsignales liegt, wobei fmMax bei der maximal möglichen Änderungs­ geschwindigkeit v der Weglängendifferenz auftritt, und
  • - daß der Ausgang des Referenzsignalgebers (24) an den Takteingang eines A/D-Wandlers (22) gelegt ist, während am Signaleingang des A/D-Wandlers (22) das Meßsignal anliegt.
6. Arrangement for measuring distances between optical interfaces, preferably coating different tissues of the human eye,
  • - With an interferometer arrangement in which the optical path length difference is adjustable by changing the optical path length in one of the interferometer arms and in which a short-coherent light source ( 5 ) is provided for generating a measuring beam path of a frequency f m ,
  • - With an adjusting device ( 16 ) for changing the optical path length difference,
  • - With a receiver ( 14 ) for obtaining an electronic measuring signal's from the measuring radiation when adjusting the path length difference,
  • - With a reference signal generator ( 24 ) and with a signal processing ( 17 ), characterized in that
  • - that at the output of the reference signal generator (24) Refe rence signal having a frequency f r is available, f by a factor k ≧ 2 over the frequency is mMax of the measurement signal, wherein f mMax at the maximum possible change speed v of the path length occurs, and
  • - That the output of the reference signal generator ( 24 ) is connected to the clock input of an A / D converter ( 22 ), while the measurement signal is present at the signal input of the A / D converter ( 22 ).
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Referenzsignalgeber (24) vorgesehen sind
  • - eine Referenzlichtquelle (25),
  • - optische Elemente (26) zur Einkopplung des Referenz­ lichtes in die Interferometeranordnung,
  • - ein Detektor (27) zum Empfang des aus der Interferome­ teranordnung ausgekoppelten Referenzlichtes und
  • - ein dem Detektor (27) nachgeschalteter Trigger (29).
7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the reference signal generator ( 24 ) are provided
  • - a reference light source ( 25 ),
  • - Optical elements ( 26 ) for coupling the reference light into the interferometer arrangement,
  • - A detector ( 27 ) for receiving the reference arrangement coupled out of the interferome and
  • - A trigger ( 29 ) connected downstream of the detector ( 27 ).
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Referenzsignalgeber (24) vorgesehen sind:
  • - eine Referenzlichtquelle (41),
  • - mindestens ein optisches Element (42) zur Einkopplung des Referenzlichtes in die Interferometeranordnung,
  • - das Referenzlicht reflektierende Elemente (43, 44), die einen mehrfachen Durchlauf des Referenzlichtes durch die Interferometeranordnung bewirken,
  • - ein Detektor (45) zum Empfang des aus der Interferome­ teranordnung ausgekoppelten Referenzlichtes und
  • - ein dem Detektor (45) nachgeschalteter Trigger (46).
8. Arrangement according to claim 6, characterized in that the reference signal transmitter ( 24 ) are provided:
  • - a reference light source ( 41 ),
  • - at least one optical element ( 42 ) for coupling the reference light into the interferometer arrangement,
  • the elements ( 43 , 44 ) reflecting the reference light and causing the reference light to pass through the interferometer arrangement several times,
  • - A detector ( 45 ) for receiving the coupling out of the interferome reference arrangement and
  • - A trigger ( 46 ) connected downstream of the detector ( 45 ).
9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Referenzsignalgeber (24) vorgesehen sind
  • - eine Referenzlichtquelle (48),
  • - ein im Strahlengang des Referenzlichtes angeordneter Gittergeber (49) mit einem beweglichen Maßstabsgitter, das mit der Verstelleinrichtung (16) in Beziehung steht,
  • - ein dem Gittergeber (49) nachgeordneter Detektor (50) zum Empfang des Referenzlichtes und
  • - ein Trigger (52), der dem Detektor (50) nachgeschaltet ist.
9. Arrangement according to claim 6, characterized in that the reference signal generator ( 24 ) are provided
  • - a reference light source ( 48 ),
  • a grating sensor ( 49 ) arranged in the beam path of the reference light and having a movable scale grating which is related to the adjusting device ( 16 ),
  • - A detector ( 50 ) downstream of the grating sensor ( 49 ) for receiving the reference light and
  • - A trigger ( 52 ) which is connected downstream of the detector ( 50 ).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Signalweg zwischen Detektor (27, 45, 50) und Trigger (29, 46, 52) Frequenz- Vervielfacher (28, 51) vorgesehen sind.10. Arrangement according to one of claims 6 to 9, characterized in that in the signal path between the detector ( 27 , 45 , 50 ) and trigger ( 29 , 46 , 52 ) frequency multiplier ( 28 , 51 ) are provided. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenz-Vervielfacher (28, 51) aus einer Schal­ tungsanordnung besteht, in welcher der Signalweg des Referenzsignales in zwei Pfade (32, 37) aufgezweigt ist, wobei der erste Pfad (32) einen 90°-Phasenschieber (33), einen Komparator (34) und ein Monoflop (35) und der zweite Pfad (37) einen Komparator (38) und ein Monoflop (39) enthalten und jeder der beiden Pfade (32, 37) an einem Eingang eines ODER-Bausteines (36) anliegt.11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the frequency multiplier ( 28 , 51 ) consists of a circuit arrangement in which the signal path of the reference signal is branched into two paths ( 32 , 37 ), the first path ( 32 ) a 90 ° phase shifter ( 33 ), a comparator ( 34 ) and a monoflop ( 35 ) and the second path ( 37 ) contain a comparator ( 38 ) and a monoflop ( 39 ) and each of the two paths ( 32 , 37 ) an input of an OR component ( 36 ) is present. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Referenzsignalgeber (24) ein Po­ sitionsmelder (30, 47, 53) vorgesehen ist, der mit der Verstelleinrichtung (16) in Beziehung steht und dessen Ausgang mit einem Startsignaleingang des Triggers (29, 46, 52) verbunden ist.12. Arrangement according to one of claims 6 to 11, characterized in that in the reference signal transmitter ( 24 ) a Po sitionsmelder ( 30 , 47 , 53 ) is provided, which is related to the adjusting device ( 16 ) and whose output with a start signal input Triggers ( 29 , 46 , 52 ) is connected. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzlichtquelle (25, 41, 48) eine Monomode-Laserdiode vorgesehen ist.13. Arrangement according to one of claims 6 to 12, characterized in that a single-mode laser diode is provided as the reference light source ( 25 , 41 , 48 ). 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzlichtquelle (25, 41, 48) vorgesehen ist, deren Frequenz mindestens um den Faktor k = 2 höher ist als die Frequenz fm der kurzkohärente Lichtquelle (5) zur Erzeugung des Meßstrahlenganges.14. Arrangement according to one of claims 6 to 12, characterized in that a reference light source ( 25 , 41 , 48 ) is provided, the frequency of which is at least a factor k = 2 higher than the frequency f m of the short-coherent light source ( 5 ) Generation of the measuring beam path. 15. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Signalverarbeitung (17) ein adressierbarer Spei­ cher (23) sowie eine Auswerteeinheit (40) vorgesehen sind und in der Auswerteeinheit (40) eine Rechenschal­ tung zur numerische Filterung des digitalisierten Meß­ signales und zur Suche nach Maxima im gefilterten Meß­ signal vorhanden ist.15. The arrangement according to claim 6, characterized in that an addressable memory ( 23 ) and an evaluation unit ( 40 ) are provided in the signal processing ( 17 ) and in the evaluation unit ( 40 ) a computing circuit for numerical filtering of the digitized measurement signal and to search for maxima in the filtered measurement signal is present. 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfänger (14) ein breitbandi­ ger Vorverstärker (21) nachgeschaltet ist, dessen obere Grenzfrequenz der Frequenz fmMax und dessen untere Grenzfrequenz der Frequenz fmMin entspricht, wobei fmMax und fmMin die Frequenzen des Meßsignales sind, die bei der maximal möglichen und bei der minimal möglichen Än­ derungsgeschwindigkeit v der Weglängendifferenz auftre­ ten.16. An arrangement according to one of claims 6 to 15, characterized in that the receiver (14) with a wide banding ger preamplifier (21) is connected downstream, the upper limit frequency of the frequency f mMax and the lower limit frequency of the frequency f Mmin corresponds, where f mMax and f mMin are the frequencies of the measurement signal which occur at the maximum possible and at the minimum possible rate of change v of the path length difference.
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