WO2005033624A1 - Vorrichtung zum verstellen der optischen verzögerung in einem strahlengang - Google Patents

Vorrichtung zum verstellen der optischen verzögerung in einem strahlengang Download PDF

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WO2005033624A1
WO2005033624A1 PCT/EP2004/010312 EP2004010312W WO2005033624A1 WO 2005033624 A1 WO2005033624 A1 WO 2005033624A1 EP 2004010312 W EP2004010312 W EP 2004010312W WO 2005033624 A1 WO2005033624 A1 WO 2005033624A1
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WO
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delay
delay element
optical
mirror
beam path
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/010312
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Inventor
Jesús-Miguel CABEZA-GUILLEN
Original Assignee
Carl Zeiss Meditec Ag
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting the optical delay in a beam path, in particular in a reference beam path of an OCT interferometer, with a first mirror device which can be pivoted at least in a first pivot plane about a first pivot axis for selectively deflecting beams of the beam path onto a first Delay route from a number of first delay routes with different optical delays. It further relates to a corresponding delay element and a method for producing such a delay element for a device according to the invention.
  • a large number of optical applications use the interference phenomena that occur when separate wave trains of a light source are brought together again. This makes it possible, for example, to make statements about the geometry or nature of certain bodies by directing a measuring beam separated from a reference beam onto the body. The measuring beam reflected at least partially on the surface of the body or, more generally, on refractive index transitions is then combined again with the reference beam. In this case, interference phenomena occur between the measuring beam and the reference beam if and only if the difference in length of the optical path that the reference beam and the measuring beam have traveled lies below the coherence length of the light used.
  • the length of the optical path can be determined from the known optical path length in the reference beam path, which causes such interference phenomena of the measuring beam and thus the location of the reflection location.
  • This method is used, for example, in medical technology, in particular in the field of ophthalmology, frequently in so-called OCT devices (Optical Coherence Tomography) for diagnostic purposes or for operation support.
  • OCT devices Optical Coherence Tomography
  • a device is known from US Pat. No. 5,321,501 with which, using the described method, tests are carried out on a human eye, among other things.
  • BESTATIGUNGSKOPIE the boundary beam path varies in order to obtain depth information for a tomographic image.
  • the examination i.e. also the variation of the optical path length in the reference beam path
  • the examination either has to be carried out in a very short time or the movement or the changes in the state of the examination object are complex must be recorded in order to be able to take into account and eliminate undesirable influences on the examination result caused by such movements or changes in state.
  • the measurement must be completed within a few milliseconds in order to eliminate the influence of unintentional eye movements.
  • the speed at which such an ⁇ CT system can generate a tomographic image of the examination object is limited by a number of factors such as the positioning speed between the individual depth scans, the signal-to-noise ratio and the computing speed of the processing electronics.
  • the main limiting factor is the speed of adjustment of the optical path length in the reference beam path for the respective depth scan.
  • the typical stroke frequency of a longitudinally movable mirror, as is known from US Pat. No. 5,321,501, is a few hundred Hz.
  • a device for adjusting the optical delay in a reference beam path is known from US Pat. No. 6,421,164 B2, in which the optical delay can be adjusted via an optical grating and a pivotable mirror.
  • depth scanning frequencies of two to four kHz can be achieved with this device, the adjustment or depth range is only a few millimeters, so that, for example, the complete measurement of a human eye, which requires a depth range of approximately 25 mm, is not possible.
  • this device requires a relatively high light output, which appears unsuitable for use in biological samples with regard to tissue damage to be avoided.
  • a device of the generic type is known from DE 199 30408 A1 in connection with an OCT-based surgery system, in which an axially movable mirror in the reference beam path effects the adjustment of the optical delay required for the depth scan.
  • the light in the reference beam path is directed by a pivotable mirror synchronized with the movement of the axially movable mirror on several separate fiber optic delay lines with different optical delays.
  • An adjustment range of approximately 50 mm can be achieved with a stroke movement of the axially movable mirror which is only a fraction of the adjustment range.
  • the device is comparatively complex due to the two moving mirrors.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a device, a delay element and a method of the type mentioned at the outset which do not have the disadvantages mentioned above, or at least to a lesser extent, and in particular with simple design, high adjustment frequencies and allows a large adjustment range of the optical delay.
  • the present invention solves this problem on the basis of a device according to the preamble of claim 1 by the features specified in the characterizing part of claim 1. It further solves this problem starting from a delay element according to the preamble of claim 18 by the features specified in the characterizing part of claim 18. It finally solves this problem on the basis of a method according to the preamble of claim 20 by the features specified in the characterizing part of claim 20.
  • the present invention is based on the technical teaching that, with a simple construction of the adjusting device, both high adjustment frequencies and a large displacement Adjustment range of the optical delay can be achieved if the first delay lines are formed in at least one delay element which has at least one first surface stepped in a first direction in order to vary the optical delay.
  • the stepped first surface can be comparatively easily produced using manufacturing or replication techniques known from the field of micro-optics.
  • the gradation of the first surface of the delay element allows a defined, very fine gradation of the optical delay in a manner that would not be possible or would only be possible with very great effort if delay lines were used in separate delay elements, for example separate glass fibers or the like.
  • a correspondingly small transverse dimension of the steps in a very small space enables a comparatively high number of steps and thus a high density of different delay lines to be achieved, which overall ensures a large adjustment range of the optical delay. Due to the pivotable first mirror device, which already allows significantly higher adjustment frequencies than a conventional axially movable mirror, and the compact arrangement of the first delay lines in the delay element, high adjustment frequencies are also possible, which are also suitable for real-time measurements, for example in vivo human eye, sufficient.
  • the stepped first surface of the delay element can be arranged on the side of the delay element facing or facing away from the first mirror device. Likewise, it goes without saying that both the surface of the delay element facing the first mirror device and the surface of the delay element facing away from the first mirror device can be correspondingly stepped in the first direction. Furthermore, a plurality of delay elements with a correspondingly stepped first surface can be arranged next to one another in the first direction in order to achieve a predetermined number of steps.
  • the beams of the beam path for example the reference beam path of an OCT interferometer
  • the beams of the beam path can be combined in any way with the measurement beams in the measurement beam path.
  • the beams are focused on an optical fiber after passing through the respective delay line by means of a suitable lens device or the like, via which the beams are then combined with the measurement beams in the measurement beam path.
  • a suitable lens device or the like
  • any other light guide devices such as mirrors, prisms, etc. may be provided.
  • a second mirror device is provided on the side of the delay element facing away from the first mirror device, which reflects the beams of the beam path in the direction of the first mirror device in such a way that the reflected beams pass through the same delay line again. Due to the fact that the speed of the light beams is several orders of magnitude greater than the swiveling speed of the first mirror device, the first mirror device is practically still in the same swivel position in which it preceded the light beams when the light beams reflected by the second mirror device reappear has distracted to the delay line in question. This makes it possible in a simple manner to use the components of the device for the return of the light rays, which results in a particularly inexpensive and compact arrangement.
  • the second mirror device can be a separate mirror or the like.
  • the second mirror device can in principle be arranged at any distance from the delay element. However, it is preferably arranged as close as possible to the delay element for reasons of space saving.
  • the second mirror device can be formed by a correspondingly reflective coating on the side of the delay element facing away from the first mirror device, which results in a particularly compact arrangement.
  • the delay element preferably has a first surface section of the first surface and an assigned second surface section of a second surface, on which the main beam of the beam path strikes essentially perpendicularly.
  • the delay element can be curved.
  • the respective first and second surface sections can in particular also be curved.
  • the radius of curvature of the respective surface section corresponds to the distance between the point of incidence of the main beam of the beam path on the first mirror device and the point of impact of the main beam of the beam path on the respective surface section.
  • At least the respective first surface section is preferably essentially flat. More preferably, both the first surface section and the second surface section are substantially flat.
  • the grading of the surface of the delay element which is carried out for varying the optical delay can be provided both on the side facing the first mirror device and on the side facing away from the first mirror device as well as on both sides.
  • the second surface sections are preferably formed from a stepless second surface of the delay element because of the simpler manufacture.
  • a lens device is arranged between the first mirror device and the delay element, the optical axis of which lies in the first pivot plane, the first pivot axis running through the point of incidence of the main beam of the beam path on the first mirror device and the optical axis of the lens device cuts at the focal point of the lens device.
  • the main beam of the beam path emerges from the lens device parallel to the optical axis, regardless of the pivot position of the first mirror device.
  • the distance between the lens device and the delay element can in principle be chosen arbitrarily. It is preferably provided that the optical axis of the lens device intersects the stepped first surface of the delay element in the focal point of the lens device and in the area of a delay line with a medium optical delay.
  • the focal point of the lens device on the delay element side is preferably in the region of a delay line with a medium optical delay on the first surface of the delay element since this ensures, for example, in the case of delay elements with optical deceleration continuously increasing or decreasing along the first direction that the widening of the beam upon striking the first surface also occurs with the delay sections furthest away along the first direction - with minimal or maximum optical delay - still keeps within narrow limits.
  • the delay line can thus have very small overall dimensions, which, as described above, has a favorable effect on the density of the delay lines in the delay element and thus on the achievable adjustment speed and the achievable adjustment range of the optical delay.
  • the delay element can only be stepped along the first direction.
  • this enables, on the one hand, the choice between a lens device with one or more spherical lenses and a lens device with one or more cylindrical lenses.
  • a particularly high adjustment speed and a particularly large adjustment range of the optical delay can, however, be achieved if the delay element is stepped in two directions running transversely to one another.
  • a plurality of stepped delay elements can be arranged next to one another transversely to the first direction, the gradation of which along the first direction is then selected such that a corresponding gradation also results in a second direction running transversely to the first direction.
  • the first mirror device can then be designed in such a way that it can be pivoted in several directions in such a way that the beams of the beam path can be directed onto all the delay lines generated by the steps.
  • one or more further mirror devices can be provided in addition to the first mirror device, by means of which, in cooperation with the first mirror device, the beams of the beam path can be directed to all the delay lines generated by the steps ,
  • the first mirror device for selectively deflecting beams of the beam path onto a second delay path from a number of second delay paths with different optical delays can preferably be pivoted about a second pivot axis in a second pivot plane.
  • the second swivel plane transverse, in particular perpendicular, to the first pivot plane.
  • the second delay lines are then at least partially formed in the delay element which, for varying the optical delay, has at least one surface stepped in a second direction running transversely to the first direction.
  • the delay element can be graded in the second direction at any suitable location.
  • the first surface of the delay element is preferably stepped in the second direction.
  • a lens device can be provided between the first mirror device and the delay element, via which the beams of the beam path are directed onto the delay element.
  • the optical axis of this lens device preferably lies in the second swivel plane, the second swivel axis running through the point of incidence of the main beam of the beam path on the first mirror device and intersecting the optical axis of the lens device at the focal point of the lens device.
  • the lens device is preferably a simple spherical lens.
  • first and second surface sections can then, for example, each be aligned parallel to the optical axis of the lens device.
  • the delay element has a first surface section of the first surface and an assigned second surface section of a second surface for each delay section , wherein the optical axis of the lens device is substantially perpendicular to the plane of the respective first and second surface section.
  • the focusing of the beam of rays of the beam path which is carried out by the lens device, also has the advantage that the transverse dimensions of the respective delay line, in particular the transverse dimensions of the first surface section, can be chosen to be particularly small.
  • the dimensions are therefore preferably
  • the first surface section is smaller, more preferably at least half smaller, than the transverse dimension of the beam that strikes the first mirror device from the side facing away from the delay element.
  • the total optical path difference OPD to tai achieved in the case of k passes of the light through the respective delay path between two delay paths adjacent along the first direction can in principle be selected in accordance with the desired or required resolution for the respective application.
  • the maximum achievable resolution for example the maximum achievable depth resolution in an interference-based depth measurement using the device according to the invention, is limited by the coherence length of the light used. Therefore, the total optical path difference OPD tota ⁇ between two delay lines adjacent along the first direction preferably corresponds at most to the coherence length of the light used in the beam path.
  • the total optical path difference OPDt o tai between two delay lines adjacent along the first direction preferably corresponds to at most half the coherence length of the light used, since this ensures in each case that the maximum resolution can be achieved. In other words, with such a gradation of the delay element, in spite of the discrete change in the optical delay from delay line to delay line, the result is no difference to a continuous change in the optical delay.
  • the optical path difference OPD between two delay lines adjacent along the first direction preferably corresponds at most to the coherence length of the light used in the beam path.
  • the optical path difference OPD between the adjacent delay lines preferably corresponds to at most half the coherence length of the light used.
  • the optical path difference OPD between two delay lines adjacent along the first direction accordingly preferably corresponds to at most half the coherence length of the one used in the beam path Light.
  • the optical path difference OPD between the adjacent delay lines preferably corresponds at most to a quarter of the coherence length of the light used, since this variant ensures that the maximum resolution is achieved in spite of the discrete changes in the optical delay can.
  • the optical path length OPL of a delay line is determined from the geometric path length GPL of the delay line and the refractive index n of the material of the delay line:
  • the change in the optical delay that is to say the optical path difference OPD between two delay sections adjacent along the first direction, is accordingly:
  • the material of the delay element has the lowest possible refractive index n.
  • a material with a refractive index below n 1.6 is preferably provided.
  • the delay element can be produced in any suitable manner.
  • any manufacturing processes and replication techniques known from the field of micro-optics can be used. Spatial ion doping, hot stamping or other nanoreplication techniques, as are usually used for the production of microlens arrays, may be mentioned here as examples.
  • At least the stepped first surface of the delay element is preferably through made an impression process. This enables inexpensive and rapid series production of the delay element.
  • any suitable mirror devices such as simple swivel mirrors etc.
  • the frequency of the pivoting movement of the first mirror device is preferably 500 Hz to 10 kHz.
  • larger measurement volumes can be recorded even with living objects. It is thus possible, for example, to measure a human eye in real time in vivo.
  • the pivoting angle of the pivoting movement of the first mirror device in the first or second pivoting plane is preferably up to ⁇ 40 ° in order to be able to control as many delay lines as possible.
  • higher adjustment frequencies can generally be achieved with smaller swivel angles, so that the swivel angle of the swivel movement of the first mirror device is preferably up to ⁇ 20 °, depending on the requirements of the respective application.
  • the present invention further relates to a delay element for a device according to the invention.
  • the delay element has at least one first surface stepped in a first direction in order to form a number of first delay lines with different optical delays.
  • the delay element according to the invention can furthermore have all of the features detailed above and the associated advantages. To avoid repetition, reference is therefore made to the above statements.
  • the delay element preferably has at least one surface which is stepped in a second direction running transversely to the first direction in order to form a number of second delay lines with different optical delays. More preferably, the first surface of the delay element is stepped in the second direction.
  • the delay element according to the invention can also have all of the features detailed above and the advantages associated therewith. To avoid repetition, reference is therefore made to the above statements.
  • the present invention further relates to a method for producing a delay element according to the invention for a device according to the invention for adjusting the optical delay in a beam path. It is provided according to the invention that a number of first delay lines with different optical delays are formed in the delay element by providing a first surface of the delay element with a step in a first direction.
  • the first surface of the delay element is preferably provided with a step in order to form a number of second delay lines with different optical delays in a second direction running transverse to the first direction, in order to achieve the large adjustment range described above.
  • the delay element is composed of a carrier and a step body which has been provided with the step.
  • Figure 1 is a schematic representation of an OCT system with a preferred embodiment of the device according to the invention for adjusting the optical delay in the reference beam path of the OCT system;
  • FIG. 2 shows the device according to the invention for adjusting the optical delay from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a detail of the device according to the invention for adjusting the optical delay from FIG. 1;
  • 4A to 4D are schematic views of the delay element of the device for adjusting the optical delay from FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a further embodiment of the device according to the invention for adjusting the optical delay
  • 6A to 6D are schematic views for explaining the design of the delay element of the device for adjusting the optical delay from FIG. 5;
  • FIGS. 7A and 7B are schematic representations of a further embodiment of the delay element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an OCT system 1 with an inventive device 2 for adjusting the optical delay in the reference beam path of the OCT system 1, which is used to create three-dimensional images of a schematically represented biological sample 3.
  • a light source in the form of a so-called super-luminescent diode (SLD) 1.1 emits a narrow bundle 5 of strongly collimated light with a short coherence length in the direction of a beam splitter 6.
  • the beam splitter 6 deflects a measuring beam 5.1 into the measuring beam path 7 as part of the light bundle 5 OCT system 1, specifically on the biological sample 3.
  • the other part of the light beam 5 is transmitted as a reference beam 5.2 from the beam splitter 6 into the reference beam path 8 in the direction of the device 2.
  • a fraction of the measuring beam 5.1 is reflected back in the direction of the beam splitter 6. This in turn allows a certain portion of this to pass through to an evaluation unit 9 connected to the device 2.
  • the device 2 in turn reflects the reference beam 5.2 at least partially back in the direction of the beam splitter 6, which in turn reflects at least a part thereof in the direction of the evaluation unit 9.
  • the device 2 adjusts the optical delay in the reference beam path 8 over a specific adjustment range in a depth scan cycle.
  • interference phenomena can be recorded in the evaluation unit 9 in a known manner, which, based on the knowledge of the currently set optical delay in the device 2, allows a conclusion to be drawn about the Z coordinate, ie. H. enable the depth position of the reflective tissue layer in the sample 3.
  • the measuring beam bundle 5.1 is moved point by point in the X and Y directions with respect to the biological sample 3 in a known manner, with a depth scan in the direction for each point (X, Y) is performed as described above.
  • the mode of operation of the device 2 according to the invention for adjusting the optical delay in the reference beam path 8 is explained in more detail below in connection with FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 shows the device 2 according to the invention with a first mirror device in the form of a flat first mirror 10 which can be pivoted in a defined manner about a first pivot axis in a first pivot plane coinciding with the drawing plane.
  • a corresponding pivoting device (not shown) of the first mirror 10 is provided, which is connected to the evaluation unit 9 in order to always provide the latter with information about the current pivoting angle of the first mirror 10.
  • the first pivot axis runs perpendicular to the plane of the drawing through the point of incidence 11 of the main beam 5.3 of the reference beam 5.2 on the first mirror 10.
  • the first mirror 10 In its neutral position shown, the first mirror 10 is inclined by 45 ° to the main beam 5.3, so that it deflects the reference beam 5.2 in this position by 90 °.
  • the first mirror 10 can, as indicated by the arrow 12, be deflected from this neutral position at a frequency of 5 kHz by a swivel angle of ⁇ 10 °.
  • the first mirror 10 directs the still collimated reference beam 5.2 onto a lens device in the form of a lens 13, the optical axis 13.1 of which lies in the first pivot plane and in the neutral position of the first mirror 10 with that of the first mirror 10 in the direction of the lens 13 reflected part of the main beam 5.3 coincides.
  • the lens is arranged such that its focal point on the side of the first mirror 10 coincides with the point of incidence 11 of the main beam 5.3 on the first mirror 10.
  • the lens 13 is distant from the point of impact 11 by its focal length f.
  • This arrangement of the lens 13 ensures that the main beam 5.3 emerges from the lens 13 independently of the pivoting angle of the first mirror 10 parallel to the optical axis 13.1, as indicated by the dashed lines 14 and 15.
  • the distance of the main beam 5.3 from the optical axis 13.1 depends on the current swivel angle of the first mirror 10.
  • the reference beam 5.2 is directed by the lens 13 on its side facing away from the first mirror 10 onto a delay element 16 which has a number of first delay lines with different optical delays. Depending on the pivot position of the first mirror 10, the reference beam 5.2 passes through delay lines with different optical delays. In other words, the optical delay that the reference beam 5.2 in the reference beam gear 8 experiences can be set by defined pivoting of the first mirror 10 in the first pivot plane.
  • the delay element 16 has on its side facing away from the lens 13 a first surface 16.1 stepped in a first direction (Y direction), while on its side facing the lens 13 it has a flat second surface 16.2 , which is aligned perpendicular to the optical axis 13.1.
  • each delay line is assigned a flat first surface section 16.3 of the first surface 16.1 and a flat second surface section 16.4 of the second surface 16.2.
  • Both the plane of the second surface sections 16.4 and the planes of the first surface sections 16.3 each run perpendicular to the optical axis 13.1, so that the main beam 5.3 hits them perpendicularly regardless of the pivoting angle of the first mirror 10 and therefore does not experience any deflection when the delay element passes through.
  • the main beam 5.3 consequently emerges from the delay element 16 parallel to the optical axis 13.1.
  • the optical path length OPL in the respective delay path and thus the optical delay which is achieved by the respective delay path is determined from the distance of the associated first surface section 16.3 from the associated surface section 16.4 according to equation (2).
  • the delay element 16 is arranged with respect to the lens 13 such that the focal point of the lens 13 on the delay element side is arranged on the first surface 16.1 in the region of the first surface section 16.5 of a delay line with medium optical delay.
  • the focal point of the lens 13 on the delay element side lies on the first surface section 16.5, the distance of which from the associated second surface section corresponds to the mean value of all distances between the associated first and second surface sections 16.3 and 16.4.
  • the focal point of the lens on the delay element side can also be arranged elsewhere in other variants of the device according to the invention.
  • the reference beam 5.2 After passing through the delay element 16, the reference beam 5.2 strikes a second mirror device in the form of a flat second mirror 17, the plane of which is also perpendicular to the optical axis 13.1.
  • the main beam 5.3 of the reference beam 5.2 is reflected by the second mirror 17 on itself in the direction of the first mirror 10. He goes through the path described above the delay element 16 and the lens 13 in the opposite direction. Finally, it hits the first mirror 10 again at the airing point 11.
  • the speed of the main beam 5.3 is several orders of magnitude greater than the pivoting speed of the first mirror 10, when the main beam 5.3 reappears, the first mirror 10 is practically still in the same pivoting position in which it previously pointed the main beam 5.3 has distracted the delay line concerned.
  • the main beam 5.3 is accordingly reflected by the first mirror 10 back onto the beam splitter 6 without lateral deflection.
  • no additional optical components are required for the return of the main beam 5.3 but also of the entire reference beam 5.2 to the evaluation unit 9.
  • the reference beam 5.2 is focused by the lens 13 regardless of the pivoting position of the first mirror 10 at a distance from the focal length f of the lens 13. Since a narrow, strongly collimated reference beam 5.2 is used, the system has a very small numerical aperture, which has the following advantages. On the one hand, there is a negligible spherical deviation while the reference beam 5.2 passes through the delay element 16. On the other hand, there is a large depth of focus.
  • the large depth of focus ultimately means that the converging reference beam 5.2 also passes through the relevant first surface section 16.3 with a very small diameter at a greater distance from the optical axis 13.1, which corresponds almost to the focal point.
  • This makes it possible to keep the transverse dimensions of the respective first surface section 16.3, in particular the length L of the respective step in the first direction (Y direction) small.
  • This makes it possible to implement the largest possible number of steps in a usable dimension of the delay element 16 in the first direction that is ultimately predetermined by the maximum pivoting angle of the first mirror 10 and the lens 13.
  • the number of steps corresponds to the number of different delay lines along the first direction and thus also determines the overall achievable adjustment range of the optical delay.
  • a numerical example for an embodiment of the above-described embodiment of the device 2 according to the invention is to be given below.
  • a narrow collimated reference beam 5.2 coming from the beam splitter 6 with a diameter of approximately 0.5 mm it can be expected that the diameter of the reference beam 5.2 in a depth range of approximately ⁇ 10 mm around the focus plane of the lens 13 on the delay element side is less than 100 ⁇ m.
  • a step length L 100 ⁇ m can therefore be selected, which is significantly smaller than the diameter of the reference beam 5.2 coming from the beam splitter 6.
  • a usable diameter of the lens 13 of approximately 55 mm, it is thus possible to provide 550 steps in the first surface 16.1 in the first direction, and thus 550 delay distances of different decelerations.
  • a depth scan carried out using the device 2 can have a depth resolution of 550 pixels. This value is in the range of conventional OCT systems with axially movable mirrors, which, however, can only work with significantly lower adjustment frequencies.
  • the optical path difference OPD between two stages adjacent in the first direction (Y direction) should, because of the twice passing through the respective delay path, be a quarter of the coherence length of the light used, in order to achieve a maximum depth resolution. With a coherence length of 20 ⁇ m, this results overall for the delay element 16 in an adjustment range of the optical delay of up to 5.5 mm in 550 steps of 10 ⁇ m each.
  • FIGS. 4A to 4D show different schematic views of a detail from the delay element 16 from FIG. 2.
  • FIG. 4A is a plan view of the detail in the direction of the arrow IV A from FIG. 4B.
  • FIG. 4B is a plan view of the detail in the direction of arrow IV B from FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a top view of the detail in the direction of arrow IV C from FIG. 4B.
  • FIG. 4C is a perspective view of the detail.
  • the device 2 according to the invention from FIG. 1 comprises a delay element 16 which is stepped only in the first direction.
  • the lens 13 can be designed as a cylindrical or as a spherical lens.
  • FIGS. 5 and 6A to 6D A variant of the device according to the invention is described below in connection with FIGS. 5 and 6A to 6D, with which a significantly larger adjustment range of the optical delay can be achieved.
  • FIG. 5 shows a schematic section through a further preferred embodiment of the device 2 ′ according to the invention, the basic design and function of which is the same as that of the device 2 from FIG. 2. For this reason, similar components are provided with the same reference numerals. Only the differences will be discussed here.
  • the first mirror 10 ' is not only pivotable in the first pivot plane coinciding with the plane of the drawing.
  • the first mirror 10' can also be pivoted in a second pivot plane, which runs perpendicular to the first pivot plane through the optical axis 13.1 'of the lens 13'.
  • the second pivot axis 10.1 'of the first mirror 10' in turn runs through the point of incidence 11 of the main beam 5.3 on the first mirror 10 ', the focus of the lens 13' also coinciding with the point of impact 11 here.
  • the swivel angle and swivel frequency in the second swivel plane correspond to those in the first swivel plane which have already been described above.
  • FIGS. 6A to 6D show different schematic views of a delay element 18, on the basis of which the design of the delay element 16 'from FIG. 5 is to be explained with a significantly smaller number of stages.
  • FIG. 6A is a plan view of the delay element 18 in the direction of the arrow IV A from FIG. 6B.
  • Figure 6B is a plan view of the delay element 18 in the direction of arrow IV B of Figure 6A.
  • FIG. 6C is a plan view of the delay element 18 in the direction of the arrow IV C from FIG. 6B.
  • FIG. 6C is a perspective view of the delay element 18.
  • the delay element 16 ' there is a further difference in the design of the delay element 16 ', the first surface 16.1' of which is stepped not only in a first direction (Y direction) but also in a second direction (X direction) running perpendicular thereto is, while its second surface 16.2 'is again flat. This gradation in the second direction forms a series of second delay lines with different optical delays.
  • the reference beam in this variant can be deflected via the lens 13', which is now a rotationally symmetrical spherical lens, any delay path of the delay element 16 '.
  • the lens 13' which is now a rotationally symmetrical spherical lens, any delay path of the delay element 16 '.
  • a deflection on the delay lines of the delay element can also take place by an arrangement with a plurality of pivotable mirrors and corresponding lenses.
  • the delay element 18 and thus also the delay element 16 ' have a serpentine step, in which the length of the delay lines decreases in a line.
  • the geometric length of the delay lines initially decreases in the first direction (Y direction) in steps of height d until the end of the delay element 18 in the delay line 18.2 is reached in this direction.
  • a step of height d in the second direction to the adjacent delay line 18.3.
  • the geometric length of the delay lines then decreases again in steps of height d opposite to the first direction (Y direction) until the end of the delay element 18 in the delay line 18.4 is reached again in this direction.
  • This serpentine decrease in the length of the delay lines continues until the shortest delay line 18.6 is reached.
  • serpentine gradation just described in other variants of the device according to the invention also by several in the second direction lined up delay elements can be achieved, which have a corresponding gradation in the first direction.
  • FIGS. 7A and 7B show schematic representations of a further embodiment of the delay element 19 according to the invention for an embodiment of the device according to the invention without a lens device.
  • FIG. 7B shows a variant of the device 2 ′′ according to the invention, in which the lens 13, the delay element 16 and the second mirror 17 are replaced by the delay element 19 in comparison to the device 2 from FIG. 2.
  • FIG. 7A shows the detail VII A Figure 7B.
  • the delay element 19 is curved, it has a stepped first surface 19.1 with first surface sections 19.3 and a continuously curved second surface 19.2.
  • the radius of curvature of the first surface sections 19.3 and the second surface 19.2 corresponds in each case to the distance from the point of incidence 11 of the main beam 5.3 on the first mirror 10.
  • the main beam 5.3 hits the second surface 19.2 and the respective one perpendicular to the pivoting angle of the first mirror 10 Surface section 19.3, so that it therefore does not experience any deflection.
  • the second mirror device is formed by a reflective coating 20 on the first surface 19.1.
  • the delay element 19 consists of a carrier 19.4 with a constant thickness T, to which a step body in the form of a plastic strip 19.5 with the stepped first surface 19.1 has been applied and fastened to produce the delay lines with different optical delays.
  • the gradation of the plastic strip 19.5 was generated as described above before applying it to the carrier 19.4 by a known impression technique.
  • plastic strip 19.5 was initially manufactured as a planar element. The curved shape was only impressed on the carrier 19.4 when it was used, using its elastic properties. However, it goes without saying that the plastic strip can also be produced in the corresponding curved shape in other variants.
  • the present invention has been described above using an example of an OCT system.
  • the device according to the invention can be used not only in connection with such OCT applications but also in connection with so-called low coherence interferometry (LCI) or any other interferometry-based optical measurement or imaging method.
  • LCDI low coherence interferometry

Abstract

Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang, insbesondere in einem Referenzstrahlengang eines OCT-Interferometers, mit einer wenigstens in einer ersten Schwenkebene um eine erste Schwenkachse schwenkbaren ersten Spiegeleinrichtung (10) zum wahlweisen Ablenken von Strahlen des Strahlenganges auf eine erste Verzögerungsstrecke aus einer Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen, wobei die ersten Verzögerungsstrecken in wenigstens einem Verzögerungselement (16) ausgebildet sind, das zur Variation der optischen Verzögerung wenigstens eine in einer ersten Richtung gestufte erste Oberfläche (16.1) aufweist.

Description

Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang, insbesondere in einem Referenzstrahlengang eines OCT- Interferometers, mit einer wenigstens in einer ersten Schwenkebene um eine erste Schwen- kachse schwenkbaren ersten Spiegeleinrichtung zum wahlweisen Ablenken von Strahlen des Strahlenganges auf eine erste Verzögerungsstrecke aus einer Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen. Sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Verzögerungselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verzögerungselements für eine erfindungsgemässe Vorrichtung.
Eine Vielzahl optischer Anwendungen nutzen die Interferenzphänomene, die auftreten, wenn getrennte Wellenzüge einer Lichtquelle wieder zusammengeführt werden. Hiermit lassen sich beispielsweise Aussagen über die Geometrie oder Beschaffenheit bestimmter Körper treffen, indem ein von einem Referenzstrahl abgetrennter Messstrahl auf den Körper gerichtet wird. Der an der Oberfläche des Körpers oder allgemeiner an Brechungsindexüber- gangen zumindest teilweise reflektierte Messstrahl wird dann wieder mit dem Referenzstrahl zusammengeführt. Hierbei treten genau dann Interferenzphänomene zwischen dem Messstrahl und dem Referenzstrahl auf, wenn der Längenunterschied des optischen Pfades, den der Referenzstrahl und der Messstrahl durchlaufen haben, unterhalb der Kohärenzlänge des verwendeten Lichts liegen. Bei einer definierten Variation der optischen Weglänge, die der Referenzstrahl durchläuft, mit anderen Worten also bei einer definierten Variation der optischen Verzögerung im Referenzstrahlengang, kann aus der bekannten optischen Weglänge im Referenzstrahlengang, bei der es zu solchen Interferenzerscheinungen kommt, auf die Länge des optischen Weges des Messstrahls und damit die Lage des Reflexionsortes geschlossen werden.
Dieses Verfahren wird beispielsweise in der Medizintechnik, insbesondere im Bereich der Augenheilkunde, häufig bei so genannten OCT-Einrichtungen (Optical Coherence Tomogra- phy) zu Diagnosezwecken oder zur Operationsunterstützung genutzt. So ist beispielsweise aus der US 5,321,501 eine Vorrichtung bekannt, mit der unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens unter anderem Untersuchungen an einem menschlichen Auge durchgeführt werden. Dabei wird durch Längsverschieben eines Spiegels die optische Weglänge im Refe-
BESTATIGUNGSKOPIE renzstrahlengang variiert, um so eine Tiefeninformation für eine tomografische Abbildung zu erhalten.
Problematisch hierbei ist, dass die Untersuchung, also auch die Variation der optischen Weglänge im Referenzstrahlengang, bei bewegten Objekten, insbesondere bei lebenden Untersuchungsobjekten wie dem menschlichen Auge, entweder in sehr kurzer Zeit erfolgen muss oder in aufwändiger Weise die Bewegung bzw. die Zustandsänderungen des Untersuchungsobjekts erfasst werden muss, um durch solche Bewegungen bzw. Zustandsänderungen entstehende unerwünschte Einflüsse auf das Untersuchungsergebnis berücksichtigen und eliminieren zu können. Insbesondere bei Messungen am menschlichen Auge muss die Messung innerhalb von wenigen Millisekunden abgeschlossen sein, um den Einfluss unbeabsichtigter Augenbewegungen zur eliminieren.
Zwar ist die Geschwindigkeit, mit der ein solches ÖCT-System ein tomographisches Bild des Untersuchungsobjekts erzeugen kann, durch eine Reihe von Faktoren wie die Stellgeschwindigkeit zwischen den einzelnen Tiefenscans, das Signal-Rausch-Verhältnis und die Rechengeschwindigkeit der Verarbeitungselektronik begrenzt. Als der hauptsächlich limitierende Faktor erweist sich jedoch die Verstellgeschwindigkeit der optischen Weglänge im Referenzstrahlengang für den jeweiligen Tiefenscan. So liegt die typische Hubfrequenz eines längsbeweglichen Spiegels, wie er aus der US 5,321,501 bekannt ist, bei wenigen hundert Hz.
Aus der US 6,421 ,164 B2 ist eine Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Referenzstrahlengang bekannt, bei der die optische Verzögerung über ein optisches Gitter und einen schwenkbaren Spiegel verstellt werden kann. Mit dieser Vorrichtung können zwar Tiefenscanfrequenzen von zwei bis vier kHz erzielt werden, der Verstell- bzw. Tiefenbereich beträgt jedoch nur wenige Millimeter, sodass beispielsweise die vollständige Ver- messung eines menschlichen Auges, welche einen Tiefenbereich von etwa 25 mm erfordert, nicht möglich ist. Zudem erfordert diese Vorrichtung eine relativ hohe Lichtleistung, die im Hinblick auf zu vermeidende Gewebeschäden für die Verwendung bei biologischen Proben ungeeignet erscheint.
Aus der US 6,407,872 ist eine Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Referenzstrahlengang bekannt, bei der im Strahlengang angeordnete Prismen durch Drehung eines scheibenförmigen Trägers relativ zueinander bewegt werden, um so die Wegelänge des Lichts durch die Prismen und damit die optische Verzögerung zu verstellen. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass sie zum einen bei den einzuhaltenden engen Toleranzen vergleichsweise kompliziert herzustellen ist und zum anderen auch hier wegen der hohen Trägheitsbelastungen die Drehzahl des Trägers begrenzt ist und daher nur vergleichsweise geringe Verstellfrequenzen erzielt werden können.
Aus der DE 199 30408 A1 ist im Zusammenhang mit einem OCT-gestützten Chirurgiesy- stem eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der ein axial beweglicher Spiegel im Referenzstrahlengang die für den Tiefenscan erforderliche Verstellung der optischen Verzögerung bewirkt. Um den erforderlichen Hub des axial beweglichen Spiegels und damit die Zeit für einen vollständigen Tiefenscan zu begrenzen, wird das Licht im Referenzstrahlengang durch einen schwenkbaren Spiegel synchronisiert mit der Bewegung des axial beweg- liehen Spiegels auf mehrere getrennte faseroptische Verzögerungsstrecken mit unterschiedlicher optische Verzögerung gelenkt. Hiermit kann zwar ein Verstellbereich von etwa 50 mm mit einer Hubbewegung des axial beweglichen Spiegels erzielt werden, die nur einen Bruchteil des Verstellbereichs beträgt. Die Vorrichtung ist jedoch nicht zuletzt durch die beiden bewegten Spiegel vergleichsweise aufwändig gestaltet. Zudem ist immer noch ein be- trächtlicher Hub des axial beweglichen Spiegels erforderlich, der die erzielbare Tiefenscan- frequenz begrenzt. Zwar wäre eine weitere Reduktion des erforderlichen Hubs des axial beweglichen Spiegels durch eine Erhöhung der Anzahl der faseroptischen Verzögerungsstrek- ken möglich, hierdurch würde sich jedoch der Aufwand für die Herstellung, Positionierung und Abstimmung der getrennten faseroptischen Verzögerungsstrecken deutlich erhöhen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung, ein Verzögerungselement sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welche bzw. welches die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere bei einfacher Gestaltung hohe Verstellfrequenzen und einen großen Verstellbereich der optischen Verzögerung ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe weiterhin ausgehend von einem Verzögerungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 18 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 18 angegebenen Merkmale. Sie löst diese Aufgabe schließlich ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 20 angegebenen Merkmale.
Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Lehre zu Grunde, dass man bei einfachem Aufbau der Versteilvorrichtung sowohl hohe Verstellfrequenzen als auch einen großen Ver- Stellbereich der optischen Verzögerung erzielen kann, wenn die ersten Verzögerungsstrek- ken in wenigstens einem Verzögerungselement ausgebildet sind, das zur Variation der optischen Verzögerung wenigstens eine in einer ersten Richtung gestufte erste Oberfläche aufweist. So lässt sich zum einen die gestufte erste Oberfläche vergleichsweise einfach mit aus dem Bereich der Mikrooptik bekannten Herstellungs- bzw. Replikationstechniken erzeugen. Zum anderen ermöglicht die Stufung der ersten Oberfläche des Verzögerungselements in einfacherWeise eine definierte, sehr feine Abstufung der optischen Verzögerung, wie sie bei einer Verwendung von Verzögerungsstrecken in getrennten Verzögerungselementen, beispielsweise getrennten Glasfasern oder dergleichen, nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand möglich wäre.
Dabei kann durch eine entsprechend geringe Querabmessung der Stufen auf kleinsten Raum eine vergleichsweise hohe Anzahl von Stufen und damit eine hohe Dichte an unterschiedlichen Verzögerungsstrecken realisiert werden, die insgesamt einen großen Verstellbereich der optischen Verzögerung gewährleistet. Durch die schwenkbare erste Spiegelein- richtung, die schon von sich aus deutlich höhere Verstellfrequenzen als ein herkömmlicher axial beweglicher Spiegel ermöglicht, und durch die kompakte Anordnung der ersten Verzögerungsstrecken in dem Verzögerungselement sind zudem hohe Verstellfrequenzen möglich, die auch für Echtzeitmessungen, beispielsweise in vivo am menschlichen Auge, ausreichen.
Die gestufte erste Oberfläche des Verzögerungselements kann auf der der ersten Spiegeleinrichtung zu- oder abgewandten Seite des Verzögerungselements angeordnet sein. Ebenso versteht es sich natürlich, dass sowohl die der ersten Spiegeleinrichtung zugewandte als auch die der ersten Spiegeleinrichtung abgewandte Oberfläche des Verzögerungselements entsprechend in der ersten Richtung gestuft ausgebildet sein kann. Weiterhin können mehrere Verzögerungselemente mit einer entsprechend gestuften ersten Oberfläche in der ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein, um eine vorgegebene Anzahl von Stufen zu erreichen.
Nach Durchlaufen der jeweiligen Verzögerungsstrecke können die Strahlen des Strahlengangs, beispielsweise des Referenzstrahlengangs eines OCT-Interferometers, in beliebiger Weise mit den Messstrahlen im Messstrahlengang zusammengeführt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Strahlen nach Durchlaufen der jeweiligen Verzögerungsstrecke durch eine geeignete Linseneinrichtung oder dergleichen auf eine Lichtleitfaser fokussiert werden, über welche die Strahlen dann mit den Messstrahlen im Messstrahlengang zusammengeführt werden. Ebenso können zu diesem Zweck natürlich auf der der er- sten Spiegeleinrichtung abgewandten Seite des Verzögerungselements beliebige andere Lichtleiteinrichtungen, wie Spiegel, Prismen etc. vorgesehen sein.
Bei bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auf der der ersten Spiegeleinrichtung abgewandten Seite des Verzögerungselements eine zweite Spiegeleinrich- tung vorgesehen, welche die Strahlen des Strahlenganges derart in Richtung der ersten Spiegeleinrichtung reflektiert, dass die reflektierten Strahlen dieselbe Verzögerungsstrecke erneut durchlaufen. Auf Grund der Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Lichtstrahlen um mehrere Größenordnungen größer ist als die Schwenkgeschwindigkeit der ersten Spiegeleinrichtung, befindet sich die erste Spiegeleinrichtung auch beim erneuten Auftreffen der durch die zweite Spiegeleinrichtung reflektierten Lichtstrahlen praktisch noch in derselben Schwenkposition, in der sie die Lichtstrahlen zuvor auf die betreffende Verzögerungsstrecke abgelenkthat. Hierdurch ist es in einfacher Weise möglich, die Komponenten der Vorrichtung auch für die Rückführung der Lichtstrahlen zu nutzen, wodurch sich eine besonders kostengünstige und kompakte Anordnung ergibt.
Bei der zweiten Spiegeleinrichtung kann es sich um einen gesonderten Spiegel oder dergleichen handeln. Die zweite Spiegeleinrichtung kann grundsätzlich in einem beliebigen Abstand von dem Verzögerungselement angeordnet sein. Bevorzugt ist sie jedoch schon aus Gründen der Platzersparnis möglichst nahe an dem Verzögerungselement angeordnet. Ebenso kann die zweite Spiegeleinrichtung von einer entsprechend reflektierenden Beschichtung auf der der ersten Spiegeleinrichtung abgewandten Seite des Verzögerungselements gebildet sein, wodurch sich eine besonders kompakte Anordnung ergibt.
Vorzugsweise weist das Verzögerungselement für jede Verzögerungsstrecke einen ersten Oberflächenabschnitt der ersten Oberfläche und einen zugeordneten zweiten Oberflächenabschnitt einer zweiten Oberfläche aufweist, auf die der Hauptstrahl des Strahlenganges im wesentlichen senkrecht auftrifft. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, dass die Strahlen des Strahlenbündels beim Eintritt in das Verzögerungselement und beim Austritt aus dem Verzögerungselement wenn überhaupt nur eine minimale Ablenkung erfahren. Dies gewährleistet wiederum geringe Querabmessungen der jeweiligen Verzögerungsstrecke und damit eine besonders hohe Dichte an unterschiedlichen Verzögerungsstrecken im Verzöge- rungselement, die sich wiederum positiv auf den erzielbaren Verstellbereich und die erzielbare Verstellfrequenz auswirkt.
Das Verzögerungselement kann gewölbt ausgebildet sein. Hierbei kann insbesondere auch der jeweilige erste und zweite Oberflächenabschnitt gekrümmt sein. Insbesondere kann da- bei der Krümmungsradius des jeweiligen Oberflächenabschnitts dem Abstand zwischen dem Auftreffpunkt des Hauptstrahls des Strahlengangs auf erste Spiegeleinrichtung und dem Auftreffpunkt des Hauptstrahls des Strahlengangs auf den jeweiligen Oberflächenabschnitt entsprechen.
Wegen der einfacheren Herstellung der Stufung des Verzögerungselements ist vorzugsweise wenigstens der jeweilige erste Oberflächenabschnitt im wesentlichen eben ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind sowohl der erste Oberflächenabschnitt als auch der zweite Oberflächenabschnitt im wesentlichen eben.
Wie bereits oben erwähnt, kann die zur Variation der optischen Verzögerung vorgenomme- ne Stufung der Oberfläche des Verzögerungselements sowohl auf der der ersten Spiegeleinrichtung zugewandten Seite als auch auf der der ersten Spiegeleinrichtung abgewandten Seite als auch auf beiden Seiten vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die zweiten Oberflächenabschnitte jedoch wegen der einfacheren Herstellung von einer stufenlosen zweiten Oberfläche des Verzögerungselements gebildet.
Bei besonders vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und dem Verzögerungselement eine Linseneinrichtung angeordnet, deren optische Achse in der ersten Schwenkebene liegt, wobei die erste Schwenkachse durch den Auftreffpunkt des Hauptstrahls des Strahlengangs auf die erste Spiegeleinrichtung verläuft und die optische Achse der Linseneinrichtung im Brennpunkt der Linsenein- richtung schneidet. Bei einer solchen Konfiguration tritt der Hauptstrahl des Strahlengangs unabhängig von der Schwenkposition der ersten Spiegeleinrϊchtung parallel zu optischen Achse aus der Linseneinrichtung aus. Hierdurch ist eine besonders einfache Gestaltung des Verzögerungselements, insbesondere eine besonders einfache Anordnung der ersten und zweiten Oberflächenabschnitte möglich. So können die Flächennormalen der ersten und zweiten Oberflächenabschnitte dann beispielsweise jeweils parallel zu optischen Achse der Linseeinrichtung ausgerichtet sein.
Der Abstand zwischen der Linseneinrichtung und dem Verzögerungselement kann hierbei grundsätzlich beliebig gewählt werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die optische Achse der Linseneinrichtung die gestufte erste Oberfläche des Verzögerungselements im Brennpunkt der Linseneinrichtung sowie im Bereich einer Verzögerungsstrecke mit mittlerer optischer Verzögerung schneidet. Mit anderen Worten liegt der verzögerungselementseitige Brennpunkt der Linseneinrichtung bevorzugt im Bereich einer Verzögerungsstrecke mit mittlerer optischer Verzögerung auf der ersten Oberfläche des Verzögerungselements, da hiermit beispielsweise bei Verzögerungselementen mit entlang der ersten Richtung durch die Stufung kontinuierlich zu- oder abnehmender optischer Verzögerung sichergestellt ist, dass sich die Aufweitung des Strahlenbündels beim Auftreffen auf die erste Oberfläche auch bei den entlang der ersten Richtung am weitesten entfernten Verzögerungsstrecken - mit mini- maier bzw. maximaler optischer Verzögerung - noch in engen Grenzen hält. Dies ermöglicht wiederum geringe Querabmessungen für die jeweilige Stufe bzw. den jeweiligen ersten Oberflächenabschnitt. Die Verzögerungsstrecke kann somit insgesamt sehr geringe Querabmessungen aufweisen, was sich wie oben beschrieben günstig auf die Dichte der Verzögerungsstrecken im Verzögerungselement und damit die erzielbare Verstellgeschwindigkeit und den erzielbaren Verstellbereich der optischen Verzögerung auswirkt.
Das Verzögerungselement kann je nach der erforderlichen Größe des Verstellbereichs und der Verstellgeschwindigkeit nur entlang der ersten Richtung gestuft sein. Dies ermöglicht bei den Varianten mit der Linseneinrichtung zum einen die Auswahl zwischen einer Linseneinrichtung mit einer oder mehreren sphärischen Linsen und einer Linseneinrichtung mit einer oder mehreren zylindrischen Linsen.
Eine besonders hohe Verstellgeschwindigkeit und ein besonders großer Verstellbereich der optischen Verzögerung lassen sich jedoch erzielen, wenn das Verzögerungselement in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen gestuft ist. Alternativ können auch mehrere gestufte Verzögerungselemente quer zur ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein, deren Stufung entlang der ersten Richtung dann so gewählt ist, dass sich auch in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung eine entsprechende Stufung ergibt.
In beiden Fällen kann die erste Spiegeleinrichtung dann so ausgebildet sein, dass sie in mehreren Richtungen derart schwenkbar ist, dass die Strahlen des Strahlenganges auf sämtliche durch die Stufungen erzeugten Verzögerungsstrecken gelenkt werden können. Alternativ können bei einer solchen Gestaltung des Verzögerungselements bzw. bei einer solchen Anordnung der Verzögerungselemente neben der ersten Spiegeleinrichtung eine oder mehrere weitere Spiegeleinrichtungen vorgesehen sein, über die im Zusammenspiel mit der ersten Spiegeleinrichtung die Strahlen des Strahlenganges auf sämtliche durch die Stufungen erzeugten Verzögerungsstrecken gelenkt werden können.
Vorzugsweise ist hierzu die erste Spiegeleinrichtung zum wahlweisen Ablenken von Strahlen des Strahlenganges auf eine zweite Verzögerungsstrecke aus einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen in einer zweiten Schwenkebene um eine zweite Schwenkachse schwenkbar. Dabei ist die zweite Schwenke- bene quer, insbesondere senkrecht, zur ersten Schwenkebene angeordnet. Weiterhin sind die zweiten Verzögerungsstrecken dann wenigstens teilweise in dem Verzögerungselement ausgebildet, das zur Variation der optischen Verzögerung wenigstens eine in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung gestufte Oberfläche aufweist.
Die Stufung des Verzögerungselements in der zweiten Richtung kann an beliebiger geeignete Stelle vorgenommen werden. Aus Gründen der einfachen und schnellen Fertigung ist jedoch bevorzugt wiederum die erste Oberfläche des Verzögerungselements in der zweiten Richtung gestuft.
Analog zu der bereits oben beschriebenen Ausführung, kann auch hier wiederum zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und dem Verzögerungselement eine Linseneinrichtung vorgesehen sein, über welche die Strahlen des Strahlengangs auf das Verzögerungselement gelenkt werden. Vorzugsweise liegt die optische Achse dieser Linseneinrichtung in der zweiten Schwenkebene, wobei die zweite Schwenkachse durch den Auftreffpunkt des Hauptstrahls des Strahlengangs auf die erste Spiegeleinrichtung verläuft und die optische Achse der Lin- seneinrichtung im Brennpunkt der Linseneinrichtung schneidet. Bei einer solchen Konfiguration tritt der Hauptstrahl des Strahlengangs unabhängig von der Schwenkposition der ersten Spiegeleinrichtung parallel zu optischen Achse aus der Linseneinrichtung aus. Bei der Linseneinrichtung handelt es sich in diesem Fall bevorzugt um eine einfache sphärische Linse.
Hierdurch ist eine besonders einfache Gestaltung des Verzögerungselements, insbesondere eine besonders einfache Anordnung der ersten und zweiten Oberflächenabschnitte möglich. So können die Flächennormalen der ersten und zweiten Oberflächenabschnitte dann beispielsweise jeweils parallel zu optischen Achse der Linseneinrichtung ausgerichtet sein.
Wie bereits oben beschrieben, ist bei den Varianten mit der Linseneinrichtung zwischen der ersten Spiegeleinrichtung und dem Verzögerungselement wegen der besonders einfachen Herstellbarkeit des Verzögerungselements bevorzugt vorgesehen, dass das Verzögerungselement für jede Verzögerungsstrecke einen ersten Oberflächenabschnitt der ersten Oberfläche und einen zugeordneten zweiten Oberflächenabschnitt einer zweiten Oberfläche aufweist, wobei die optische Achse der Linseneinrichtung im wesentlichen senkrecht zur Ebene des jeweiligen ersten und zweiten Oberflächenabschnitts verläuft.
Die durch die Linseneinrichtung erfolgende Fokussierung des Strahlenbündels des Strahlengangs bringt weiterhin den Vorteil mit sich, dass die Querabmessungen der jeweiligen Verzögerungsstrecke, insbesondere die Querabmessungen des ersten Oberflächenabschnitts, besonders klein gewählt werden können. Vorzugsweise sind daher die Abmessun- gen des ersten Oberflächenabschnitts geringer, weiter vorzugsweise wenigstens um die Hälfte geringer, als die Querabmessung des Strahlenbündels, das von der dem Verzögerungselement abgewandten Seite auf die ersten Spiegeleinrichtung auftrifft.
Die bei k Durchläufen des Lichts durch die jeweilige Verzögerungsstrecke erzielte gesamte optische Pfaddifferenz OPDtotai zwischen zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Verzögerungsstrecken kann grundsätzlich entsprechend der gewünschten bzw. erforderlichen Auflösung für die jeweilige Anwendung gewählt werden. Die gesamte optische Pfad- differenz OPDtotai bestimmt sich dabei aus der optischen Pfaddifferenz OPD und der Anzahl k der Durchläufe zu: OPDtotal =OPD - k . (1)
Die maximal erzielbare Auflösung, beispielsweise die maximal erzielbare Tiefenauflösung bei einer interferenzbasierten Tiefenmessung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist durch die Kohärenzlänge des verwendeten Lichts begrenzt. Daher entspricht die gesamte optische Pfaddifferenz OPDtotaι zwischen zwei entlang der ersten Richtung be- nachbarten Verzögerungsstrecken bevorzugt höchstens der Kohärenzlänge des im Strahlengang verwendeten Lichts. Vorzugsweise entspricht die gesamte optische Pfaddifferenz OPDtotai zwischen zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Verzögerungsstrecken höchstens der Hälfte der Kohärenzlänge des verwendeten Lichts, da hiermit in jedem Fall sichergestellt ist, dass die maximale Auflösung erzielt werden kann. Mit anderen Worten besteht bei einer solchen Stufung des Verzögerungselements trotz der diskreten Änderung der optischen Verzögerung von Verzögerungsstrecke zu Verzögerungsstrecke im Ergebnis kein Unterschied zu einer kontinuierlichen Änderung der optischen Verzögerung.
Daher entspricht bei Varianten der Erfindung, bei denen das Licht die jeweilige Verzögerungsstrecke nur einmal durchläuft (k=1), die optische Pfaddifferenz OPD zwischen zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Verzögerungsstrecken bevorzugt höchstens der Kohärenzlänge des im Strahlengang verwendeten Lichts. Vorzugsweise entspricht bei diesen Varianten die optische Pfaddifferenz OPD zwischen den benachbarten Verzögerungsstrecken hierbei höchstens der Hälfte der Kohärenzlänge des verwendeten Lichts.
Bei Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen das Licht die jeweilige Verzö- gerungsstrecke zweimal durchläuft (k=2), entspricht die optische Pfaddifferenz OPD zwischen zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Verzögerungsstrecken demgemäß bevorzugt höchstens der Hälfte der Kohärenzlänge des im Strahlengang verwendeten Lichts. Weiter vorzugsweise entspricht bei diesen Varianten die optische Pfaddifferenz OPD zwischen den benachbarten Verzögerungsstrecken höchstens einem Viertel der Kohärenzlänge des verwendeten Lichts, da hiermit auch bei dieser Variante in jedem Fall sichergestellt ist, dass trotz der diskreten Änderungen der optischen Verzögerung die maximale Auf- lösung erzielt werden kann.
Die optische Pfadlänge OPL einer Verzögerungsstrecke bestimmt sich dabei aus der geometrischen Pfadlänge GPL der Verzögerungsstrecke und dem Brechungsindex n des Materials der Verzögerungsstrecke zu:
OPL = GPL - n . (2)
Die Änderung der optischen Verzögerung, also die optische Pfaddifferenz OPD zwischen zwei entlang der ersten Richtung benachbarten Verzögerungsstrecken beträgt mit einer geometrischen Höhe d der Stufe demgemäß:
OPD = d - n . ' (3)
Für eine bei einer vorgegebenen Anzahl k von Durchläufen des Lichts durch die Verzöge- rungsstrecke vorgegebene gesamte optische Pfaddifferenz OPDtotai zwischen zwei derart benachbarten Stufen des Verzögerungselements berechnet sich die geometrische Höhe d der Stufen des Verzögerungselements bei konstanter Stufenhöhe somit zu: d = PD,„„ (4) n - k
Um die Stufenhöhe d im Interesse der einfachen Herstellbarkeit des Verzögerungselements möglichst groß gestalten zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass das Material des Verzögerungselements einen möglichst geringen Brechungsindex n aufweist. Vorzugsweise ist ein Material mit einem Brechungsindex unterhalb von n=1,6 vorgesehen.
Das Verzögerungselement kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise hergestellt sein. So können beispielsweise beliebige aus den Bereich der Mikrooptik bekannte Herstel- lungsverfahren und Replizierungstechniken verwendet werden. Als Beispiele seien hier die räumliche lonendotierung, die Heißprägung oder andere Nanoreplizierungstechniken genannt, wie sie üblicherweise zur Herstellung von Mikrolinsenarrays verwendet werden. Vorzugsweise ist wenigstens die gestufte erste Oberfläche des Verzögerungselements durch ein Abformverfahren hergestellt. Hierdurch ist eine kostengünstige und schnelle Serienproduktion des Verzögerungselements möglich.
Für die erste Spiegeleinrichtung können grundsätzlich beliebige geeignete Spiegeleinrichtungen, wie beispielsweise einfache Schwenkspiegel etc., verwendet werden, die eine für die jeweilige Anwendung ausreichend hohe Verstellfrequenz aufweisen. Bevorzugt beträgt die Frequenz der Schwenkbewegung der ersten Spiegeleinrichtung 500 Hz bis 10 kHz. Insbesondere bei den höheren Frequenzen können damit auch bei lebenden Objekten größere Messvolumina erfasst werden. So ist es hiermit beispielsweise möglich, ein menschliches Auge in vivo in Echtzeit zu vermessen.
Vorzugsweise beträgt der Schwenkwinkel der Schwenkbewegung der ersten Spiegeleinrichtung in der ersten bzw. zweiten Schwenkebene bis zu ±40°, um damit möglichst viele Verzögerungsstrecken ansteuern zu können. Höhere Verstellfrequenzen sind jedoch in der Regel mit kleineren Schwenkwinkeln zu erzielen, sodass der Schwenkwinkel der Schwenkbewegung der ersten Spiegeleinrichtung je nach den Anforderungen der jeweiligen Anwen- düng vorzugsweise bis zu ±20° beträgt.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verzögerungselement für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Erfindungsgemäß weist das Verzögerungselement es zur Ausbildung einer Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen wenigstens eine in einer ersten Richtung gestufte erste Oberfläche auf. Das erfindungs- gemäße Verzögerungselement kann weiterhin sämtliche oben ausführlich dargelegten Merkmale und die damit verbundenen Vorteile aufweisen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Vorzugsweise weist das Verzögerungselement zur Ausbildung einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen wenigstens eine in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung gestufte Oberfläche auf. Weiter vorzugsweise ist die erste Oberfläche des Verzögerungselements in der zweiten Richtung gestuft.
Das erfindungsgemäße Verzögerungselement kann weiterhin sämtliche oben ausführlich dargelegten Merkmale und die damit verbundenen Vorteile aufweisen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die vorliegenden Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verzögerungselements für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in dem Verzögerungselement eine Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedli- chen optischen Verzögerungen ausgebildet werden, indem eine erste Oberfläche des Verzögerungselements in einer ersten Richtung mit einer Stufung versehen wird.
Vorzugsweise wird die erste Oberfläche des Verzögerungselements zur Ausbildung einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung mit einer Stufung versehen, um so den oben beschriebenen großen Verstellbereich zu erzielen.
Bei bevorzugten, weil besonders einfach durchzuführenden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verzögerungselement aus einem Träger und einem Stufenkörper zusammengesetzt, der mit der Stufung versehen wurde.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines OCT-Systems mit einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung im Referenzstrahlengang des OCT-Systems;
Figur 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung aus Figur 1 ;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung aus Figur 1 ;
Figur 4A bis 4D schematische Ansichten des Verzögerungselements der Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung aus Figur 1 ;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung; Figur 6A bis 6D schematische Ansichten zur Erläuterung der Gestaltung des Verzögerungselements der Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung aus Figur 5;
Figur 7A und 7B schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verzögerungselements.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines OCT-Systems 1 mit einer der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Verstellen der optischen Verzögerung im Referenzstrahlengang des OCT-Systems 1, das zur Erstellung dreidimensionaler Bilder einer schematisch dargestellten biologischen Probe 3 dient.
Eine Lichtquelle in Form einer so genannten super-lumineszenten Diode (SLD) 1.1 emittiert ein enges Bündel 5 stark kollimierten Lichts mit kurzer Kohärenzlänge in Richtung eines Strahlteilers 6. der Strahlteiler 6 lenkt als einen Teil des Lichtbündels 5 ein Messstrahlenbündel 5.1 in den Messstrahlengang 7 des OCT-Systems 1 und zwar auf die biologische Probe 3. Der andere Teil des Lichtbündels 5 wird als Referenzstrahlenbündel 5.2 vom Strahlteiler 6 in den Referenzstrahlengang 8 in Richtung der Vorrichtung 2 durchgelassen.
An Brechungsindexübergängen an und in der biologischen Probe 3 wird ein Bruchteil des Messstrahlenbündels 5.1 zurück in Richtung des Strahlteilers 6 reflektiert. Dieser lässt hiervon wiederum einen gewissen Anteil in Richtung einer mit der Vorrichtung 2 verbundenen Auswertungseinheit 9 durch. Die Vorrichtung 2 reflektiert wiederum das Referenzstrahlen- bündel 5.2 zumindest teilweise zurück in Richtung des Strahlteilers 6, der zumindest einen Teil hiervon wiederum in Richtung der Auswertungseinheit 9 reflektiert.
Wie im Folgenden noch ausführlich beschrieben wird, verstellt die Vorrichtung 2 in einem Tiefenscanzyklus die optische Verzögerung im Referenzstrahlengang 8 über einen bestimmten Verstellbereich. Hierbei können in der Auswertungseinheit 9 in bekannter Weise Interferenzphänomene erfasst werden, die aufgrund der Kenntnis der aktuell eingestellten optischen Verzögerung in der Vorrichtung 2 einen Rückschluss auf die Z-Koordinate, d. h. die Tiefenposition der reflektierenden Gewebelage in der Probe 3 ermöglichen.
Um ein dreidimensionales Bild der biologischen Probe 3 zu erlangen, wird das Messstrah- ienbündel 5.1 bezüglich der biologischen Probe 3 in bekannter Weise Punkt für Punkt in X- und Y-Richtung verfahren, wobei für jeden Punkt (X,Y) ein Tiefenscan in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird. Im Folgenden wird im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Verstellen der optischen Verzögerung im Referenzstrahlengang 8 näher erläutert.
Figur 2 zeigt die erfindüngsgemäße Vorrichtung 2 mit einer ersten Spiegeleinrichtung in Form eines ebenen ersten Spiegels 10, der in einer mit der Zeichnungsebene zusammenfallenden ersten Schwenkebene um eine erste Schwenkachse definiert schwenkbar ist. Hierzu ist eine entsprechende - nicht dargestellte - Schwenkeinrichtung des ersten Spiegels 10 vorgesehen, die mit der Auswertungseinheit 9 verbunden ist, um dieser stets eine Information über den aktuellen Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 zu liefern. Die erste Schwenkachse verläuft dabei senkrecht zur Zeichnungsebene durch den Auftreffpunkt 11 des Hauptstrahls 5.3 des Referenzstrahlenbündels 5.2 auf den ersten Spiegel 10.
Der erste Spiegel 10 ist in seiner dargestellten Neutralstellung um 45° zum Hauptstrahl 5.3 geneigt, sodass er das Referenzstrahlenbündel 5.2 in dieser Stellung um 90° ablenkt. Der erste Spiegel 10 kann, wie durch den Pfeil 12 angedeutet ist, aus dieser Neutralstellung mit einer Frequenz von 5 kHz um einen Schwenkwinkel von ±10° ausgelenkt werden.
Der erste Spiegel 10 lenkt das nach wie vor kollimierte Referenzstrahlenbündel 5.2 auf eine Linseneinrichtung in Form einer Linse 13, deren optischen Achse 13.1 in der ersten Schwenkebene liegt und in der Neutralstellung des ersten Spiegels 10 mit dem von dem ersten Spiegel 10 in Richtung der Linse 13 reflektierten Teil des Hauptstrahls 5.3 zusam- menfällt. Die Linse ist dabei so angeordnet, dass ihr auf der Seite des ersten Spiegels 10 liegender Brennpunkt mit dem Auftreffpunkt 1 1 des Hauptstrahls 5.3 auf den ersten Spiegel 10 zusammenfällt. Mit anderen Worten ist die Linse 13 um ihre Brennweite f vom Auftreffpunkt 11 entfernt. Durch diese Anordnung der Linse 13 ist sichergestellt, dass der Hauptstrahl 5.3 unabhängig vom Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 parallel zu optischen Achse 13.1 aus der Linse 13 austritt, wie durch die gestrichelten Linien 14 und 15 angedeutet ist. Der Abstand des Hauptstrahls 5.3 von der optischen Achse 13.1 richtet sich dabei nach dem aktuellen Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10.
Das Referenzstrahlenbündel 5.2 wird durch die Linse 13 auf deren dem ersten Spiegel 10 abgewandten Seite auf ein Verzögerungselement 16 gelenkt, welches eine Reihe erster Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen aufweist. Je nach Schwenkposition des ersten Spiegels 10 durchläuft das Referenzstrahlenbündel 5.2 Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen. Mit anderen Worten kann also die optische Verzögerung, die das Referenzstrahlenbündel 5.2 im Referenzstrahlen- gang 8 erfährt, durch definiertes Verschwenken des ersten Spiegels 10 in der ersten Schwenkebene eingestellt werden.
Zur Ausbildung der Verzögerungsstrecken mit unterschiedlicher optischer Verzögerung weist das Verzögerungselement 16 auf seiner der Linse 13 abgewandten Seite eine in einer ersten Richtung (Y-Richtung) gestufte erste Oberfläche 16.1 auf, während es auf seiner der Linse 13 zugewandten Seite eine ebene zweite Oberfläche 16.2 aufweist, die senkrecht zur optischen Achse 13.1 ausgerichtet ist.
Wie insbesondere Figur 3 zu entnehmen ist, ist jeder Verzögerungsstrecke ein ebener erster Oberflächenabschnitt 16.3 der ersten Oberfläche 16.1 und ein ebener zweiter Oberflächen- abschnitt 16.4 der zweiten Oberfläche 16.2 zugeordnet. Sowohl die Ebene der zweiten Oberflächenabschnitte 16.4 als auch die Ebenen der ersten Oberflächenabschnitte 16.3 verlaufen jeweils senkrecht zu optischen Achse 13.1, sodass der Hauptstrahl 5.3 unabhängig vom Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 jeweils senkrecht auf sie auftrifft und daher beim Durchtreten des Verzögerungselements keine Ablenkung erfährt. Der Hauptstrahl 5.3 tritt folglich jeweils parallel zur optischen Achse 13.1 aus dem Verzögerungselement 16 aus.
Die optische Pfadlänge OPL in der jeweiligen Verzögerungsstrecke und damit die optische Verzögerung, die durch die jeweilige Verzögerungsstrecke erzielt wird, bestimmt sich aus dem Abstand des zugehörigen ersten Oberflächenabschnitts 16.3 vom zugehörigen Oberflächenabschnitt 16.4 nach der Gleichung (2). Das Verzögerungselement 16 ist bezüglich der Linse 13 so angeordnet, dass der verzögerungselementseitige Brennpunkt der Linse 13 auf der ersten Oberfläche 16.1 im Bereich des ersten Oberflächenabschnitts 16.5 einer Verzögerungsstrecke mit mittlerer optischer Verzögerung angeordnet. Mit anderen Worten liegt der verzögerungselementseitige Brennpunkt der Linse 13 auf dem ersten Oberflächenabschnitt 16.5, dessen Abstand zum zugehörigen zweiten Oberflächenabschnitt dem Mittelwert aller Abstände zwischen den zugehörigen ersten und zweiten Oberflächenabschnitten 16.3 und 16.4 entspricht. Es versteht sich jedoch, dass der verzögerungselementseitige Brennpunkt der Linse bei anderen Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch an anderer Stelle angeordnet sein kann.
Nach Durchlaufen des Verzögerungselements 16 trifft das Referenzstrahlenbündel 5.2 auf eine zweite Spiegeleinrichtung in Form eines ebenen zweiten Spiegels 17, dessen Ebene ebenfalls senkrecht auf der optischen Achse 13.1 steht. Der Hauptstrahl 5.3 des Referenzstrahlenbündels 5.2 wird durch den zweiten Spiegel 17 wieder auf sich selbst in Richtung des ersten Spiegels 10 reflektiert. Er durchläuft dabei den zuvor beschriebenen Weg durch das Verzögerungselement 16 und die Linse 13 in umgekehrter Richtung. Schließlich trifft er wieder im Aüftreffpunkt 11 auf dem ersten Spiegel 10 auf.
Auf Grund der Tatsache, dass die Geschwindigkeit des Hauptstrahls 5.3 um mehrere Größenordnungen größer ist als die Schwenkgeschwindigkeit des ersten Spiegels 10, befindet sich der erste Spiegel 10 beim Wiederauftreffen des Hauptstrahls 5.3 praktisch noch in derselben Schwenkposition, in der er den Hauptstrahl 5.3 zuvor auf die betreffende Verzögerungsstrecke abgelenkt hat. Der Hauptstrahl 5.3 wird demgemäß durch den ersten Spiegel 10 ohne seitliche Ablenkung zurück auf den Strahlteiler 6 reflektiert. Mit anderen Worten sind bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Rückführung des Hauptstrahls 5.3 aber auch des gesamten Referenzstrahlenbündels 5.2 zur Auswertungseinheit 9 keine zusätzlichen optischen Komponenten erforderlich.
Während der Hauptstrahl 5.3 des Referenzstrahlenbündels 5.2 in der oben beschriebenen Weise abgelenkt und verzögert wird, wird das Referenzstrahlenbündel 5.2 unabhängig von der Schwenkposition des ersten Spiegels 10 durch die Linse 13 im Abstand der Brennweite f der Linse 13 fokussiert. Da ein enges, stark kollimiertes Referenzstrahlenbündel 5.2 verwendet wird, ergibt sich eine sehr geringe numerische Apertur des Systems, die folgende Vorteile hat. Zum einen ergibt sich eine vemachlässigbare sphärische Abweichung, während das Referenzstrahlenbündel 5.2 das Verzögerungselement 16 passiert. Zum anderen ergibt sich eine große Fokustiefe.
Die große Fokustiefe bedeutet letztlich, dass das konvergierende Referenzstrahlenbündel 5.2 auch in größerem Abstand von der optischen Achse 13.1 mit einem sehr geringen Durchmesser durch den betreffenden ersten Oberflächenabschnitt 16.3 hindurchtritt, der nahezu dem Fokuspunkt entspricht. Hierdurch ist es möglich, die Querabmessungen des jeweiligen ersten Oberflächenabschnitts 16.3, insbesondere die Länge L der jeweiligen Stufe in der ersten Richtung (Y-Richtung), gering zu halten. Hierdurch ist es möglich, in einer letztlich durch den maximalen Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 und die Linse 13 vorgegebenen nutzbaren Abmessung des Verzögerungselements 16 in der ersten Richtung eine möglichst große Anzahl von Stufen zu realisieren. Die Stufenanzahl entspricht der Anzahl unterschiedlicher Verzögerungsstrecken entlang der ersten Richtung und bestimmt damit auch den insgesamt erzielbaren Verstellbereich der optischen Verzögerung.
Im Folgenden soll ein Zahlenbeispiel für eine Ausführung der vorbeschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 gegeben werden. Mit Brennweiten f = f = 60 mm, einem Durchmesser der Linse 13 von 60 mm und dem angegebenen Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 von ±10° kann ohne weiteres der gesamte nutzbare Durchmesser der Linse 13 genutzt werden. Mit einem von dem Strahlteiler 6 kommenden engen kollimierten Referenzstrahlenbündel 5.2 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm ist zu erwarten, dass der Durchmesser des Referenzstrahlenbündels 5.2 in einem Tiefenbereich von etwa ±10 mm um die verzögerungselementseitige Fokusebene der Linse 13 eine Durchmesser von weniger als 100 μm aufweist. Andererseits ist mit einer üblichen Winkelauflösung und Winkelgenauigkeit herkömmlicher Schwenkspiegel in der Größenordnung von wenigen Mikroradians davon auszugehen, dass der Positionierungsfehler des Referenzstrahlenbündel 5.2 bei einer Brennweite von 60 mm höchstens bei 10 μm liegt.
Es kann daher eine Stufenlänge L = 100 μm gewählt werden, die deutlich geringer ist als der Durchmesser des von dem Strahlteiler 6 kommenden Referenzstrahlenbündels 5.2. Bei einem nutzbaren Durchmesser der Linse 13 von etwa 55 mm ist es somit möglich, in der ersten Richtung 550 Stufen in der ersten Oberfläche 16.1 und damit 550 Verzögerungsstrek- ken unterschiedlicher Verzögerung vorzusehen. Mit anderen Worten kann also ein unter Verwendung der Vorrichtung 2 durchgeführter Tiefenscan eine Tiefenauflösung von 550 Pixel haben. Dieser Wert liegt im Bereich herkömmlicher OCT-Systeme mit axial beweglichen Spiegeln, die jedoch nur mit deutlich geringeren Verstellfrequenzen arbeiten können.
Die optische Pfaddifferenz OPD zwischen zwei in der ersten Richtung (Y-Richtung) benach- harten Stufen soll wegen des zweimaligen Durchlaufens der jeweiligen Verzögerungsstrecke wie oben bereits erläutert ein Viertel der Kohärenzlänge des verwendeten Lichts betragen, um eine maximale Tiefenauflösung zu erzielen. Bei einer Kohärenzlänge von 20 μm ergibt sich damit für das Verzögerungselement 16 insgesamt ein Verstellbereich der optischen Verzögerung von bis zu 5,5 mm in 550 Schritten von jeweils 10 μm.
Bei dieser Kohärenzlänge von 20 μm ergibt sich damit weiterhin eine optische Pfaddifferenz OPD = 5 μm und damit aus Gleichung (3) mit einem Brechungsindex 1,55 für das Material des Verzögerungselements 16 eine geometrische Höhe der Stufen von d = 3,23 μm. Derartige Stufen sind bei einem planaren Element wie dem Verzögerungelement 16 durch die oben angeführten Herstellungsmethoden ohne weiteres herzustellen. Eines besonders ein- fache Herstellung ergibt sich dabei, wenn die Stufen nach einem aus der Mikrooptik hinlänglich bekannten Abformverfahren in einen dünnen Kunststoffstreifen eingebracht werden, der dann zur Herstellung des Verzögerungselements 16 auf einen ebenen Träger aufgebracht und dort befestigt wird. Wegen der geringen Kohärenzlänge des verwendeten Lichts wird es dabei auch zu keinen Selbstinterferenzen durch Reflexionen im Verzögerungselement selbst kommen.
Die Figuren 4A bis 4D zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Ausschnitts aus dem Verzögerungselement 16 aus Figur 2. Figur 4A ist eine Draufsicht auf in den Aus- schnitt in Richtung des Pfeils IV A aus Figur 4B. Figur 4B ist eine Draufsicht auf den Ausschnitt in Richtung des Pfeils IV B aus Figur 4A. Figur 4C ist eine Draufsicht auf den Ausschnitt in Richtung des Pfeils IV C aus Figur 4B. Figur 4C ist schließlich eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 aus Figur 1 umfasst ein Verzögerungselement 16, wel- ches lediglich in der ersten Richtung gestuft ist. Die Linse 13 kann aus diesem Grund als zylindrische oder als sphärische Linse ausgebildet sein.
Im Folgenden wird im Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6A bis 6D eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, mit der ein deutlich größerer Verstellbereich der optischen Verzögerung erzielt werden kann.
Figur 5 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2', die in ihrer grundsätzlichen Gestaltung und Funktion der Vorrichtung 2 aus Figur 2 gleicht. Aus diesem Grund sind gleichartige Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Es soll hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden.
Ein Unterschied besteht darin, dass der erste Spiegel 10' nicht nur in der mit der Zeichnungsebene zusammenfallenden ersten Schwenkebene schwenkbar ist. Wie durch den Doppelpfeil 12.1' angedeutet ist, ist der erste Spiegel 10' zusätzlich auch in einer zweiten Schwenkebene schwenkbar, die senkrecht zur ersten Schwenkebene durch die optische Achse 13.1' der Linse 13' verläuft. Die zweite Schwenkachse 10.1' des ersten Spiegels 10' verläuft hierbei wiederum durch den Auftreffpunkt 11 des Hauptstrahls 5.3 auf den ersten Spiegel 10', wobei auch hier der Brennpunkt der Linse 13' mit dem Auftreffpunkt 11 zusammenfällt. Die Schwenkwinkel und Schwenkfrequenz in der zweiten Schwenkebene entsprechen dabei denjenigen in der ersten Schwenkebene, die bereits oben beschrieben wurden.
Die Figuren 6A bis 6D zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Verzögerung- selements 18, anhand dessen die Gestaltung des Verzögerungselements 16' aus Figur 5 mit einer deutlich geringeren Anzahl von Stufen erläutert werden soll. Figur 6A ist eine Draufsicht auf das Verzögerungselement 18 in Richtung des Pfeils IV A aus Figur 6B. Figur 6B ist eine Draufsicht auf das Verzögerungselement 18 in Richtung des Pfeils IV B aus Figur 6A. Figur 6C ist eine Draufsicht auf das Verzögerungselement 18 in Richtung des Pfeils IV C aus Figur 6B. Figur 6C ist schließlich eine perspektivische Ansicht des Verzögerungselements 18.
Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, besteht einen weiterer Unterschied in der Gestaltung des Verzögerungselements 16', dessen erste Oberfläche 16.1' nicht nur in einer ersten Richtung (Y-Richtung) sondern auch in einer senkrecht dazu verlaufenden zweiten Richtung (X-Richtung) gestuft ist, während seine zweite Oberfläche 16.2' wiederum eben ausgebildet ist. Durch diese Stufung in der zweiten Richtung ist eine Reihe von zweiten Verzögerungs- strecken mit unterschiedlicher optischer Verzögerung ausgebildet.
Durch definiertes Verschwenken des ersten Spiegels 10' in der ersten und/oder zweiten Schwenkebene kann das Referenzstrahlenbündel bei dieser Variante über die Linse 13', bei der es sich nunmehr um eine rotationssymmetrische sphärische Linse handelt, eine beliebige Verzögerungsstrecke des Verzögerungselernents 16' abgelenkt werden. Es versteht sich jedoch, dass eine solche Ablenkung auf die Verzögerungsstrecken des Verzögerungselements bei anderen Varianten auch durch eine Anordnung mit mehreren schwenkbaren Spiegeln und entsprechende Linsen erfolgen kann.
Wie den Figuren 6A bis 6D, insbesondere Figur 6D, zu entnehmen ist, weist das Verzögerungselement 18 und damit auch das Verzögerungselement 16' eine serpentinenförmige Stufung auf, bei der die Länge der Verzögerungsstrecken zeilenförmig abnimmt. Ausgehend von der Verzögerungsstrecke 18.1 mit maximaler optischer Verzögerung nimmt die geometrische Länge der Verzögerungsstrecken zunächst in der ersten Richtung (Y-Richtung) in Stufen der Höhe d ab bis in dieser Richtung das Ende des Verzögerungselements 18 bei der Verzögerungsstrecke 18.2 erreicht ist. Anschließend erfolgt eine Stufe der Höhe d in der zweiten Richtung zur benachbarten Verzögerungsstrecke 18.3. Von dort aus nimmt dann die geometrische Länge der Verzögerungsstrecken wiederum entgegen der ersten Richtung (Y- Richtung) in Stufen der Höhe d ab bis in dieser Richtung erneut das Ende des Verzögerungselements 18 bei der Verzögerungsstrecke 18.4 erreicht ist. Anschließend erfolgt eine wiederum eine Stufe der Höhe d in der zweiten Richtung zur benachbarten Verzögerungsstrek- ke 18.5. Diese serpentinenförmige Abnahme der Länge der Verzögerungsstrecken setzt sich fort, bis die kürzeste Verzögerungsstrecke 18.6 erreicht ist.
Es versteht sich, dass die soeben beschriebene serpentinenförmige Stufung bei anderen Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch durch mehrere in der zweiten Richtung aneinandergereihte Verzögerungselemente erzielt werden kann, die eine entsprechende Stufung in der ersten Richtung aufweisen.
Werden bei der Ausführung aus Figur 5 analog zu der Ausführung aus Figur 2 quadratische Stufen mit der Kantenlänge 100 μm verwendet, so erhält man innerhalb eines durch die Lin- se 13' vorgegebenen nutzbaren Durchmessers von 55 mm mehr als 150.000 Verzögerungsstrecken unterschiedlicher optischer Verzögerung. Mit auch ansonsten gegenüber dem oben zur Ausführung aus Figur 2 angeführten Zahlenbeispiel unveränderten Dimensionierungen erhält man bei einer Stufung mit einer optischen Pfaddifferenz von 10 μm zur nächsten angrenzenden Verzögerungsstrecke einen Verstellbereich von bis zu 1.500 mm bei Verstell- frequenzen von 5 kHz.
Hieraus wird deutlich, dass man mit der vorliegenden Erfindung ohne weiteres für herkömmliche Diagnosezwecke, beispielsweise im Bereich der Augenheilkunde, nur einen Bruchteil des verfügbaren Verstellbereichs zu nutzen braucht, um Messungen in Echtzeit durchzuführen. So ist es mit dieser Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise mög- lieh, eine Tomografie eines kompletten menschlichen Auges, die einen Tiefenverstellbereich von etwa 30 mm erfordert, in Echtzeit durchzuführen. Hiermit ist es unter anderem auch möglich, die Veränderungen in der kristallinen Linse des menschlichen Auges zu erfassen, die während der Akkomodation stattfinden.
Die Figuren 7A und 7B zeigen schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verzögerungselements 19 für eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Linseneinrichtung. Figur 7B zeigt dabei eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2", bei der im Vergleich zur Vorrichtung 2 aus Figur 2 die Linse 13, das Verzögerungselement 16 und der zweite Spiegel 17 durch das Verzögerungselement 19 ersetzt sind. Figur 7A zeigt dabei das Detail VII A aus Figur 7B.
Das Verzögerungselement 19 ist gewölbt ausgebildet, wobei es eine gestufte erste Oberfläche 19.1 mit ersteren Oberflächenabschnitten 19.3 und eine kontinuierlich gewölbte zweite Oberfläche 19.2 aufweist. Der Krümmungsradius der ersten Oberflächenabschnitte 19.3 und der zweiten Oberfläche 19.2 entspricht dabei jeweils dem Abstand zum Auftreffpunkt 11 des Hauptstrahls 5.3 auf den ersten Spiegel 10. Hierdurch trifft der Hauptstrahl 5.3 unabhängig vom Schwenkwinkel des ersten Spiegels 10 jeweils senkrecht auf die zweite Oberfläche 19.2 und den jeweiligen Oberflächenabschnitt 19.3, sodass er demzufolge hierbei keine Ablenkung erfährt. Die zweite Spiegeleinrichtung ist bei dieser Variante durch eine reflektierende Beschichtung 20 auf der ersten Oberfläche 19.1 gebildet. Sie reflektiert das auftreffende Licht wieder zurück in Richtung des ersten Spiegels 10, wobei dieses erneut dieselbe Verzögerungsstrecke im Verzögerungselement 19 durchläuft und wieder auf den ersten Spiegel 10 auftrifft, der sich wie oben beschrieben dank der hohen Lichtgeschwindigkeit praktisch noch in derselben Schwenkposition befindet, in der er das Licht auf die entsprechende Verzögerungsstrecke abgelenkt hat.
Das Verzögerungselement 19 besteht aus einem Träger 19.4 mit konstanter Dicke T, auf den zur Erzeugung der Verzögerungsstrecken mit unterschiedlicher optischer Verzögerung ein Stufenkörper in Form eines Kunststoffstreifens 19.5 mit der gestuften ersten Oberfläche 19.1 aufgebracht und befestigt wurde. Die Stufung des Kunststoffstreifens 19.5 wurde wie oben beschrieben vor dem Aufbringen auf den Träger 19.4 durch eine bekannte Abformtechnik erzeugt. Bei wurde der Kunststoffstreifen 19.5 zunächst als planares Element hergestellt. Die gekrümmte Form wurde ihm erst beim Aufbringen auf den Träger 19.4 unter Aus- nutzung seiner Elastizitätseigenschaften aufgeprägt. Es versteht sich jedoch, dass der Kunststoffstreifen bei anderen Varianten auch bereits in der entsprechenden gekrümmten Form hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines Beispiels eines OCT-Systems beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht nur im Zusammenhang mit solchen OCT-Anwendungen sondern auch im Zusammenhang mit der so genannten Low Coherence Interferometry (LCI) oder beliebigen anderen interferometrie- basierten optischen Mess- oder Bildgebungsverfahren Verwendung finden kann.
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Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang, insbesondere in einem Referenzstrahlengang eines OCT-Interferometers, mit einer wenigstens in einer ersten Schwenkebene um eine erste Schwenkachse schwenkbaren ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') zum wahlweisen Ablenken von Strahlen des Strahlenganges auf eine erste Verzögerungsstrecke aus einer Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Verzögerungsstrecken in wenigstens einem Verzögerungselement (16; 16'; 19) ausgebildet sind, das zur Variation der optischen Verzö- gerung wenigstens eine in einer ersten Richtung gestufte erste Oberfläche (16.1 ; 16. 1'; 19.1) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der der ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') abgewandten Seite des Verzögerungselements (16; 16') eine zweite Spiegeleinrichtung (17; 17'; 20) vorgesehen ist, welche die Strahlen des Strahlenganges derart in Richtung der ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') reflektiert, dass die reflektierten Strahlen dieselbe Verzögerungsstrecke durchlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungselement (16; 16'; 19) für jede Verzögerungsstrecke einen ersten Oberflächenabschnitt (16.3; 19.3) der ersten Oberfläche (16.1 ; 19.1) und einen zugeordneten zweiten Oberflächenabschnitt (16.4) einer zweiten Oberfläche (16.2; 16.2'; 19.2) aufweist, auf die der Hauptstrahl (5.3) des Strahlenganges im wesentlichen senkrecht auftrifft.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Oberflächenabschnitt (16.3) und der zweite Oberflächenabschnitt (16.4) im wesentlichen eben sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Oberflächenabschnitte (16.4) von einer stufenlosen zweiten Oberfläche (16.2) des Verzögerungselements (16; 16'; 19) gebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') und dem Verzögerungsele- ment (16; 16') eine Linseneinrichtung (13; 13') angeordnet ist, deren optische Achse (13.1 ; 13.1') in der ersten Schwenkebene liegt, wobei die erste Schwenkachse durch den Auftreffpunkt (1 1 ) des Hauptstrahls des Strahlengangs auf die erste Spiegeleinrichtung (10; 10') verläuft und die optische Achse (13.1 ; 13.1') der Linseneinrichtung (13; 13') im Brennpunkt der Linseneinrichtung (13; 13') schneidet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Achse (13.1 ; 13.1') der Linseneinrichtung (13; 13') die gestufte erste Oberfläche (16.1 ; 16.1') des Verzögerungselements (16; 16') im Brennpunkt der Linseneinrichtung (13; 13') sowie im Bereich einer Verzögerungsstrecke mit mittlerer optischer Verzögerung schneidet.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spiegeleinrichtung (10') zum wahlweisen Ablenken von Strahlen des Strahlenganges auf eine zweite Verzögerungsstrecke aus einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen in einer zweiten Schwenkebene um eine zweite Schwenkachse (10.1') schwenkbar ist, wobei die zweite Schwenkebene quer, insbesondere senkrecht, zur ersten Schwenkebene angeordnet ist und die zweiten Verzögerungsstrecken wenigstens teilweise in dem Verzögerungselement (16') ausgebildet sind, das zur Variation der optischen Verzögerung we- nigstens eine in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung gestufte Oberfläche (16.1 ') aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche des (16.1') Verzögerungselements (16') in der zweiten Richtung gestuft ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Spiegeleinrichtung (10') und dem Verzögerungselement (16') eine Linseneinrichtung (13') angeordnet ist, deren optische Achse (13.1') in der zweiten Schwenkebene liegt, wobei die zweite Schwenkachse (10.1') durch den Auftreffpunkt (11 ) des Hauptstrahls (5.3) des Strahlengangs auf die erste Spiegeleinrichtung (10') verläuft und die optische Achse (13.1 ') der Linseneinrichtung (13') im Brennpunkt der Linsen- einrichtung (13') schneidet.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verzögerungselement (16; 16') für jede Verzögerungsstrecke einen ersten Oberflächenabschnitt (16.3) der ersten Oberfläche (16.1 ; 16.1") und einen zugeordneten zweiten Oberflächenabschnitt (1 6.4) einer zweiten Oberfläche (16.2; 16.2') aufweist, wobei die optische Achse (13.1 ; 13.1') der Linseneinrichtung (13; 13') im wesentlichen senkrecht zur Ebene des jeweiligen ersten und zweiten Oberflächenabschnitts (16.3, 16.4) verläuft.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des ersten Oberflächenabschnitts (16.3) geringer, insbesondere wenigstens um die Hälfte geringer, sind als die Querabmessung des Strahlenbündels (5.2), das von der dem Verzögerungselement (16; 16') abgewandten Seite auf die erste Spiegeleinrichtung (10; 10') auftrifft.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Pfaddifferenz zwischen zwei benachbarten Verzögerungsstrecken höchstens der Kohärenzlänge, insbesondere höchstens der Hälfte der Kohärenzlänge, vorzugsweise höchstens einem Viertel der Kohärenzlänge des im Strahlengang verwendeten Lichts entspricht.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Verzögerungselements (16; 16'; 19) einen möglichst geringen Brechungsindex, vorzugsweise einen Brechungsindex von weniger als 1 ,6, aufweist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die gestufte erste Oberfläche (16.1 ; 16.1'; 19.1 ) des Verzögerungselements (16; 16'; 19) durch ein Abformverfahren hergestellt ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Schwenkbewegung der ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') 500 Hz bis 10 kHz beträgt.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkwinkel der Schwenkbewegung der ersten Spiegeleinrichtung (10; 10') bis zu ±40°, vorzugsweise bis zu ±20°, beträgt.
18. Verzögerungselement für eine Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, mit wenigstens einer ersten Verzögerungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausbildung einer Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen wenigstens eine in einer ersten Richtung gestufte erste Oberfläche (16.1; 16.1'; 19.1) aufweist.
19. Verzögerungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ausbildung einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen wenigstens eine in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung gestufte Oberfläche (16.1; 16.1'; 19.1) aufweist, wobei insbesondere die erste Oberfläche (16.1; 16.1'; 19.1) des Verzögerungselements in der zweiten Richtung gestuft ist.
20. Verfahren zur Herstellung eines Verzögerungselements für eine Vorrichtung zum Verstellen der optischen Verzögerung in einem Strahlengang, insbesondere für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit wenigstens einer ersten Verzögerungsstrecke, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verzögerungselement (16; 16'; 19) eine Anzahl von ersten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen ausgebildet werden, indem eine erste Oberfläche (16.1; 16.1'; 19.1) des Verzögerungselements (16; 16'; 19) in einer ersten Richtung mit einer Stufung versehen wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (16.1 ; 16.1'; 19.1) des Verzögerungselements (16; 16'; 19) zur Ausbildung einer Anzahl von zweiten Verzögerungsstrecken mit unterschiedlichen optischen Verzögerungen in einer quer zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung mit einer Stufung versehen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 und 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verzöge- rungselement aus einem Träger (19.4) und einem Stufenkörper (19.5) zusammengesetzt wird, der mit der Stufung versehen wurde.
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