DE4446134B4

DE4446134B4 - Interferometrische Meßanordnung

Info

Publication number: DE4446134B4
Application number: DE19944446134
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr.rer.nat. Dorsel; Beate Dr. Möller; Karl-Heinz Dr.Rer.Nat. Donnerhacke; Günter SCHÖPPE
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1994-12-23
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: DE4446134A1

Abstract

Interferometrische Messanordnung, wobei zumindest für die Aufspaltung in die interferometrischen Teilstrahlengänge ein Strahlteiler zur Aufspaltung in zwei senkrecht aufeinander stehende Strahlen vorgesehen ist, wobei der Strahlteiler aus 2 Dreiecksprismen mit einer Teilerschicht an der Grenzfläche zwischen den beiden Prismen besteht, und zur Reflexbeseitigung so im Strahlengang angeordnet ist, dass das Licht nicht senkrecht auf die Außenflächen des Strahlteilers fällt.

Description

Die Erfindung betrifft eine interferometrische Meßanordnung, vorzugsweise zur Messung intraokularer Distanzen zwischen verschiedenen optischen Grenzflächen des lebenden Auges, mit einer kohärenten Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Auges über ein interferometrisches Meßsystem, das Mittel zur meßbaren Verstellung der optischen Weglängendifferenz zwischen zwei interferometrischen Teilstrahlengängen aufweist, sowie Mittel zur Beobachtung und/oder Detektion der von unterschiedlichen Grenzflächen des Auges reflektierten und interferierenden Strahlungsanteile.

Es ist, unter anderem aus "Lasers in Surgery and Medicine" 13:447-452(1993), bereits bekannt, zur axialen Längenmessung zwischen verschiedenen Grenzflächen des Auges, einen Beleuchtungsstrahlengang, beispielsweise mittels einer Laserdiode, über eine interferometrische Anordnung mit einstellbarer Weglängendifferenz zwischen den interferometrischen Teilstrahlen, auf das Auge zu richten und mittels einer Photodetektoranordnung auftretende Interferenzen der von verschiedenen Grenzflächen des Auges reflektierten Strahlungsanteile in Abhängigkeit von der Verstellung der Weglängendifferenz zu detektieren. Die erfolgte Verstellung der Weglängendifferenz ist ein Maß für die zu ermittelnde Distanz.

Bei derartigen " OCDR" -Anordnungen müssen oft Signale mit sehr geringer Strahlungsleistung nachgewiesen werden.

Der interferometrische Meßaufbau bringt es mit sich, daß, beispielsweise zur Verzweigung der interferometrischen Teilstrahlengänge, bei der Beleuchtung des Auges und der Aufteilung in einen Beobachtungs-und einen Detektionsstrahlengang, Strahlteiler zur Amplitudenteilung in zwei senkrecht aufeinander stehende Teilstrahlen eingesetzt werden.

Bei der Verwendung von Strahlteilerwürfeln entsprechend der DIN-Norm 58171 bzw. auch einer Planplatte führt dies jedoch zu Rückreflexen und Mehrfachreflexionen, die leicht zu Verfälschungen des Meßergebnisses führen können.

Die Erfindung geht nunmehr von der Aufgabe aus, die Strahlteilung in zwei senkrecht aufeinander stehende Teilstrahlen unter Vermeidung von Störlicht und Verfälschungen des Meßergebnisses zu realisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2, 3 und 4.

Insbesondere können bei Verwendung kurzkohärenter Strahlung zur Beleuchtung des Auges zur axialen Augenlängenmessung die von den einzelnen Grenzflächen innerhalb des optischen Systems stammenden Störsignale eliminiert werden, die bei einer derart empfindlichen Messanordnung besonders störend sind, da das vom Augenhintergrund stammende Signal so schwach ist, dass eine hohe Verstärkung erforderlich ist, die auch die Störsignale vervielfacht. Vorteilhaft kann der Strahlteiler beispielsweise rhombische Form aufweisen oder aus zwei rechtwinkligen, nicht gleichschenkligen Dreieckprismen zusammengesetzt sein.

Ausführungsbeispiel
Die Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine OCDR-Anordnung unter Einsatz erfindungsgemäßer 90 Grad-Strahlteiler mit rhombischer Grundform
2a Eine Darstellung eines üblichen Strahlteilerwürfels mit störenden Lichtreflexen.
2b Die Strahlteilung mittels einer Planplatte, bei der parallel versetzte Störreflexe auftreten.
3 Einen im Strahlengang gedrehten Strahlteilerwürfel
4 Den Verlauf der Strahlung in einem rhombischen Strahlteiler.
5 Die räumliche Darstellung einer Ausführungsform mit rechtwinkligen und nicht gleichschenkligen Dreiecksprismen.
In 1 bildet ein Strahlteiler 1 mit Tripelprisma 2 sowie einem verschiebbaren Tripelprisma 3 eine Interferometeranordnung, in die über einen weiteren Strahlteiler 5 wahlweise das Licht einer Superlumineszenzdiode 4 oder einer Laserdiode 6 als Meß- bzw. Einstellichtquelle eingestrahlt wird.
Über eine Blende 7 sowie eine Planplatte 8 zur Ausblendung eines Anteils zur Leistungskontrolle auf eine Photodiode 9 gelangt das Beleuchtungslicht über einen Polarisationsstrahlteiler 10 und eine λ/4-Platte 11 auf das Patientenauge 12.
Das von verschiedenen Schichten des Auges reflektierte Licht wird über den Strahlteiler 10 und ein Abbildungssystem 13 und über einen Strahlteiler 14 in eine Beobachtungsebene , in der auch die Sensorfläche einer CCD-Kamera angeordnet sein kann, bzw. auf einen Photodetektor 16, vorzugsweise eine Avalanche- Photodiode, abgebildet wird.
Die Elemente 3,4,6,9 und 16 sind mit einer gemeinsamen Ansteuer-und Rechnereinheit 17 verbunden.
In 2a wird sichtbar, daß neben einfallendem Strahl e, durchgehendem Strahl d und reflektiertem Strahl r dargestellte störende Reflexe durch Reflexion an den Quaderaußenflächen auftreten, die in Richtung der einfallenden, reflektierten und transmittierten Strahlung zurückgeworfen werden und so das eigentliche Meßlicht verfälschen.
In 2b ist die bekannte Strahlteilung mittels einer Planplatte dargestellt. Hier entstehen parallel versetzte Störreflexe, die nur durch eine ausreichende Dicke der Planplatte und Ausblendung der Störanteile mittels einer Blende eliminiert werden können. Bei Verwendung einer Keilplatte als Strahlenteiler liegen die Strahlen, die durch Störreflexe entstehen, nicht mehr parallel zu ein-und ausfallender Strahlung vor, durch den entstehenden Ablenkwinkel wird jedoch die optische Achse des Systems verändert. In 3 werden diese Störanteile aus der Richtung der eigentlichen Strahlengänge heraus reflektiert, indem der Strahlteilerwürfel um einen Winkel α zwischen einfallendem Licht und Einfallslot gedreht wird.
Die einfallende Stahlung fällt unter einem Winkel ungleich 45 Grad auf die Teilerschicht t.
Der Winkel zwischen transmittiertem und reflektiertem Licht d und r beträgt 90 Grad +– 2α.
Der Strahlteilerwürfel kann hier zusätzlich einen von der rechteckigen Form abweichenden Grundriß aufweisen.
In 4 bilden die Strahlen e und r außerhalb des Rhombus einen Winkel von 45 Grad mit der Teilerschicht t. Der Einfallswinkel auf die Teilerschicht ist in diesem Fall kleiner als 45 Grad, hängt jedoch von der Rhombusform ab.
Transmittierter und reflektierter Strahl d und r stehen genau senkrecht aufeinander.
In 5 ist in räumlicher Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Strahlenteilers (ohne Strahlengänge) dargestellt, der aus zwei rechtwinkligen, aber nicht gleichschenkligen Prismen besteht.
In mathematischer Näherung läßt sich zeigen, daß es sowohl für Strahlteiler aus zwei gleichschenkligen aber nicht rechtwinkligen Prismen als auch für Strahlteiler aus zwei rechtwinkligen, aber nicht gleichschenkligen Prismen immer einen Einfallswinkel
gibt, bei dem die Strahlteilung unter 90 Grad erfolgt,
wobei, wie dargestellt, φ und ξ die Winkel der Prismenflächen an der Tellerschicht sind und nur geringfügig von 45 Grad abweichen.

Claims

Interferometrische Messanordnung, wobei zumindest für die Aufspaltung in die interferometrischen Teilstrahlengänge ein Strahlteiler zur Aufspaltung in zwei senkrecht aufeinander stehende Strahlen vorgesehen ist, wobei der Strahlteiler aus 2 Dreiecksprismen mit einer Teilerschicht an der Grenzfläche zwischen den beiden Prismen besteht, und zur Reflexbeseitigung so im Strahlengang angeordnet ist, dass das Licht nicht senkrecht auf die Außenflächen des Strahlteilers fällt.
Interferometrische Messanordnung nach Anspruch 1, wobei für den Einfallswinkel α gilt:
wobei φ und ξ die Winkel der Prismenflächen an der Teilerschicht und n die Brechzahl des Strahlteilers ist.
Interferometrische Messanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strahlteiler eine quaderförmige oder rhombusprismenförmige Außenform aufweist.
Anordnung zur Messung intraokulärer Distanzen zwischen verschiedenen Grenzflächen des lebenden Auges, mittels eines interferometrischen Messsystems, mit einer kohärenten Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Auges über ein interferometrisches Messsystem, das Mittel zur messbaren Verstellung der optischen Weglängendifferenz zwischen zwei interferometrischen Teilstrahlengängen aufweist, sowie Mittel zur Beobachtung und/oder Detektion der von unterschiedlichen Schichten des Auges reflektierten und interferierenden Strahlungsanteile, wobei zumindest für die Aufspaltung in die interferometrischen Teilstrahlengänge und/oder für die Beleuchtung des Auges und die Abbildung der vom Auge reflektierten Strahlen in Richtung der Beobachtung/Detektion und/oder für die Aufspaltung in einen Beobachtungs- und einen Detektionsstrahlengang ein Strahlteiler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 vorgesehen ist.