Verfahren zur Signalauswertung bei der OCT Process for signal evaluation in OCT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalauswertung bei der optischen Kohärenztomographie (OCT).The invention relates to a method for signal evaluation in optical coherence tomography (OCT).
Die optische Kohärenztomographie erlaubt die nichtinvasive Darstellung und Messung von Strukturen innerhalb eines Gewebes. Ein ausführliches Beispiel für eine Umsetzung wird in der US 5 321 501 dargelegt. Das Prinzip besteht darin, Strahlung mit kurzer Kohärenzlänge zunächst aufzuteilen, die Teilstrahlen jeweils dem Referenz- und Probenarm eines Interferometers zuzuführen, in denen das Licht reflektiert bzw. zurückgestreut wird, und schließlich die zurückkehrenden Teilstrahlen zu überlagern, um das Interferenzmuster auszuwerten. Im Probenarm wird das Licht in unterschiedlichen Tiefen einer - z.B. bio- logischen - Probe gestreut, wobei das tiefenaufgelöste Streuvermögen der Probe die mit der OCT zu messende Größe ist. Im Referenzarm wird die optische Weglänge typischerweise kontinuierlich verändert. Zum Interferenzsignal trägt eine bestimmte Probentiefe nur dann bei, wenn die optischen Weglängen von Proben- und Referenzlicht innerhalb der Kohärenzlänge des Lichts übereinstimmen. Damit kann bei exakter Kenntnis der Referenzarmlänge die Streuung in einer bestimmten Probentiefe ermittelt werden.Optical coherence tomography allows the non-invasive display and measurement of structures within a tissue. A detailed example of an implementation is set out in US 5,321,501. The principle consists of first dividing radiation with a short coherence length, feeding the partial beams to the reference and sample arm of an interferometer, in which the light is reflected or backscattered, and finally superimposing the returning partial beams in order to evaluate the interference pattern. In the sample arm, the light is at one depth - e.g. biological - sample scattered, the depth-resolved scattering capacity of the sample being the size to be measured with the OCT. The optical path length is typically continuously changed in the reference arm. A certain sample depth only contributes to the interference signal if the optical path lengths of sample and reference light match within the coherence length of the light. With precise knowledge of the reference arm length, the scattering can thus be determined at a specific sample depth.
Wenn die Referenzarmlänge mit konstanter Geschwindigkeit v zwischen einer vorderen und hinteren Endstellung geändert wird (dies definiert die Zeitspanne der Zykluslänge eines einzelnen sogenannten A-Scans), so entsteht bei einer Zentralwellenlänge λo der verwendeten Strahlung am Lichtdetektor eine mit der FrequenzIf the reference arm length is changed at a constant speed v between a front and rear end position (this defines the time span of the cycle length of a single so-called A-scan), then a frequency with a central wavelength λo of the radiation used results at the light detector
(1) ω0 = 2λ0v(1) ω 0 = 2λ 0 v
oszillierende Intensität I(t), die mit der Tiefeninformation moduliert ist.oscillating intensity I (t), which is modulated with the depth information.
(2) I(t) = A(t) - cos[ω0 t + φ](2) I (t) = A (t) - cos [ω 0 t + φ]
Aus der Amplitude des Signals A(t) kann so auf die Reflektivität in der zur Referenzarmlänge korrespondierenden Probentiefe geschlossen werden.
Die Aufbereitung des gemessenen Signals erfolgt in der Regel, indem es zunächst einen Bandpassfilter durchläuft, dessen Passband so schmal wie möglich gewählt wird. Optimal ist hier die Bandbreite der Einhüllenden A(t), um das breitbandige Rauschen möglichst weitgehend zu beseitigen. Die Amplitude des Signals wird anschließend durch eine Gleichrichtung und nachfolgende Tiefpassfilterung demoduliert. Die Erfassung der Amplituden A(t) kann sodann mit einer Bandbreite erfolgen, die in der Regel ca. zwei Größenordnung kleiner als ω0 ist.The amplitude of the signal A (t) can thus be used to deduce the reflectivity in the sample depth corresponding to the reference arm length. The measured signal is usually processed by first going through a bandpass filter, the passband of which is chosen to be as narrow as possible. The bandwidth of the envelope A (t) is optimal here in order to largely eliminate the broadband noise. The amplitude of the signal is then demodulated by rectification and subsequent low-pass filtering. The detection of the amplitudes A (t) can then take place with a bandwidth which is generally approximately two orders of magnitude smaller than ω 0 .
In der OCT Technik sind etliche Vorrichtungen bekannt, die die Länge des Referenzarmes kontinuierlich verändern. Diese auch als Phasenmodulatoren bezeichneten Geräte werden im einfachsten Fall durch einen verschiebbaren Referenzspiegel realisiert (z.B. US 6,341,870 Bl oder US 5,220,463). In der US 6 111 645 wird eine Anordnung verschwenkbarer Spiegel oder Gitter, zwischen denen reflektiertes Licht verschieden lange Wege zurücklegt, vorgestellt. Die DE 198 14 068 AI beschreibt Phasenmodulatoren, welche auf rotierenden Spiegelanord- nungen oder Prismen basieren. Eine weitere effektive Möglichkeit, einen Phasenmodulator zu schaffen, besteht darin, eine Lichtleitfaser zu dehnen (DE 100 35 833 AI).A number of devices are known in OCT technology which continuously change the length of the reference arm. In the simplest case, these devices, which are also referred to as phase modulators, are realized by a displaceable reference mirror (e.g. US 6,341,870 B1 or US 5,220,463). In US 6 111 645 an arrangement of pivotable mirrors or gratings between which reflected light travels for different lengths is presented. DE 198 14 068 AI describes phase modulators which are based on rotating mirror arrangements or prisms. Another effective way to create a phase modulator is to stretch an optical fiber (DE 100 35 833 AI).
Bei den genannten Phasenmodulatoren kann die Änderung der Referenzarmlänge nicht über den ganzen Bereich linear in der Zeit, d. h. mit konstanter Geschwindigkeit v, erfolgen.In the phase modulators mentioned, the change in the reference arm length cannot be linear in time over the entire range, i. H. at constant speed v.
Bei den rotatorisch arbeitenden Phasenmodulatoren ist dies eine Folge der inhärent nichtlinearen Beziehung zwischen der konstanten Winkelgeschwindigkeit und der Verlängerung der optischen Weglänge. Bei Phasenmodulatoren, die repetierend eine lineare Bewegung ausführen, sind beschleunigte Bewegungen notwendig, und es entstehen variable Geschwindigkeiten aus dem in der Regel nichtlinearen Verhalten der Antriebe. Das Ausdehnungsverhalten der häufig verwendeten Piezoaktoren zeigt beispielsweise eine ausgeprägte Hysterese. Mechanische Systeme weisen außerdem starke Resonanzen bei bestimmten Anregungsfrequenzen auf. Daher neigen repetierend arbeitende Phasenmodulatoren zu starken Abweichungen der Bewegung vom gewünschten Sollverhalten.In the case of rotary phase modulators, this is a consequence of the inherently non-linear relationship between the constant angular velocity and the extension of the optical path length. In the case of phase modulators which repeat a linear movement, accelerated movements are necessary, and variable speeds arise from the usually non-linear behavior of the drives. The expansion behavior of the frequently used piezo actuators shows, for example, a pronounced hysteresis. Mechanical systems also have strong resonances at certain excitation frequencies. Therefore, repetitive phase modulators tend to deviate strongly from the desired behavior.
Eine Variation der Geschwindigkeit v, mit der die optische Weglänge und damit die Phase φ der Referenzstrahlung geändert wird, prägt sich daher der Trägerfrequenz ωo der gemessenen Intensität I(t) auf, die zu einer amplituden- und frequenzmodulierten Oszillation wird. Um die Frequenzvariation in der Auswertung zu berücksichtigen, ist man gezwungen, Filter mit wesentlich größerer Bandbreite als eigentlich wünschenswert zu verwenden, wodurch sich der Rauschanteil des Signals stark erhöht.
Zudem entstehen Fehler bei der Zuordnung der momentanen Referenzarmlänge, d.h. der Tiefe der Streustruktur in der Probe, zum Messsignal, wenn die optische Weglänge nicht noch mit einem unabhängigen Verfahren gemessen wird. Dies macht sich besonders bei der Anwendung der OCT in der Profilometrie oder Pachymetrie negativ bemerkbar.A variation in the speed v at which the optical path length and thus the phase φ of the reference radiation is changed is therefore reflected in the carrier frequency ωo of the measured intensity I (t), which becomes an amplitude and frequency-modulated oscillation. In order to take the frequency variation into account in the evaluation, one is forced to use filters with a much wider bandwidth than is actually desirable, as a result of which the noise component of the signal increases significantly. In addition, errors arise in the assignment of the current reference arm length, ie the depth of the scattering structure in the sample, to the measurement signal if the optical path length is not yet measured using an independent method. This is particularly noticeable when using OCT in profilometry or pachymetry.
Eine Lösung zur Demodulation von Signalen mit schwankenden Trägerfrequenzen ist die Frequenzverfolgung durch so genannte „Phase-Locked-Loops' (PLLs). Hierfür ist ein Trägersignal mit ausreichender Amplitude erforderlich, das zudem keine Sprünge in der Phasenlage φ aufweist. Beide Voraussetzungen sind bei der OCT von streuenden Objekten wegen der statistischen Verteilung der Streuer in der Probe nicht erfüllt. Selbst bei homogener Verteilung der Streuer bricht das Signal immer wieder auf Null zusammen, und es treten Phasensprünge auf. Dieses Phänomen ist Folge der Interferenz von Strahlung mit statistisch verteilten Phasen und ist analog zu den aus der kohärenten Optik bekannten Speckien. Deshalb können bei der OCT die üblichen elektrotechnischen Verfahren zur Frequenzverfolgung nicht verwendet werden.One solution to demodulating signals with fluctuating carrier frequencies is frequency tracking using so-called “phase-locked loops” (PLLs). For this purpose, a carrier signal with sufficient amplitude is required, which also has no jumps in the phase position φ. Both conditions are not fulfilled in the OCT of scattering objects due to the statistical distribution of the scatterers in the sample. Even with a homogeneous distribution of the spreaders, the signal keeps collapsing to zero and phase jumps occur. This phenomenon results from the interference of radiation with statistically distributed phases and is analogous to the speckles known from coherent optics. Therefore, the usual electrotechnical methods for frequency tracking cannot be used with the OCT.
Um eine größtmögliche Konstanz der Trägerfrequenz ωo zu erreichen, werden Phasenmodulatoren daher entweder mittels Signalen angesteuert, die die Abweichungen von der konstanten Geschwindigkeit in einem möglichst breiten Bereich des Tiefenscans kompensieren. Dazu wird eine einmalig Kalibriermessung durchgeführt, um eine entsprechende Korrekhαrfunktion zu berechnen. Es zeigt sich aber, dass eine einmalige Kalibrierung oft nicht ausreicht, sondern es sind je nach Betriebsbedingungen und Alterungseffekten von Zeit zu Zeit vom Benutzer neue Kalibrierkurven aufzunehmen.In order to achieve the greatest possible constancy of the carrier frequency ωo, phase modulators are therefore controlled either by means of signals which compensate for the deviations from the constant speed in the widest possible range of the depth scan. For this purpose, a one-time calibration measurement is carried out in order to calculate a corresponding correction function. It turns out, however, that a one-off calibration is often not sufficient; depending on the operating conditions and aging effects, the user has to record new calibration curves from time to time.
Alternativ wird die Ansteuerung innerhalb eines geschlossenen Regelkreises (Regelung) realisiert. Hierfür wird mittels eines geeigneten Verfahrens der optische Weg oder die Phasengeschwindigkeit im Phasenmodulator genau erfasst. Die Messwerte werden dann auf den Antrieb des Phasenmodulators so zurück gekoppelt, dass sich die Referenzarmlänge in guter Näherung mit konstanter Geschwindigkeit ändert. Diese Regelung überkommt ggf. zugleich die Drift des Antriebs, und äußere Einflüsse auf sein Verhalten werden kompensiert.Alternatively, the control is implemented within a closed control loop (control). For this purpose, the optical path or the phase velocity in the phase modulator is precisely recorded using a suitable method. The measured values are then coupled back to the drive of the phase modulator in such a way that the reference arm length changes in good approximation at a constant speed. This regulation also overcomes the drift of the drive, and external influences on its behavior are compensated for.
In beiden Fällen ist eine Erfassung der im Phasenmodulator zurückgelegten optischen Weglänge erforderlich. Dies erfolgte, z.B. indem der Drehwinkel oder der Abstand zwischen
zwei Baugruppen mittels geeigneter Sensoren erfasst wird. In der Vorrichtung nach der DE 100 35 833 AI, werden z. B. zusätzliche kapazitive Abstandssensoren verwendet.In both cases, the optical path length covered in the phase modulator must be recorded. This was done, for example, by changing the angle of rotation or the distance between two modules is detected by means of suitable sensors. In the device according to DE 100 35 833 AI, z. B. additional capacitive distance sensors are used.
Aus dem Stand der Technik sind auch Methoden bekannt, die mit optischen Mitteln direkt die Länge eines optischen Weges bzw. einer Phasengeschwindigkeit ermitteln können. Zu nennen sind hier insbesondere Interferometer oder Velocimeter, die mittels einer langkohärenten Laserlichtquelle optische Weglängenänderungen pro Zeiteinheit zwischen zwei reflektierenden Flächen bestimmen.Methods are also known from the prior art which can directly determine the length of an optical path or a phase velocity using optical means. Interferometers or velocimeters are to be mentioned here in particular, which use a long-coherent laser light source to determine optical path length changes per unit of time between two reflecting surfaces.
An die Vorrichtungen zur Bestimmung der optischen Weglängen werden erhebliche technische Anforderungen gestellt. Für eine Regelung entsprechend der DE 100 35 833 AI ist es z.B. notwendig, die Position mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 nm bei einer Bandbreite von ca. 10 kHz zu bestimmen. Unabhängig davon, ob ein geregelter oder gesteuerter Betrieb gewählt wird, bedarf es Antrieben mit hohen Resonanzfrequenzen, die erhebliche elektrische Leistungen zur Ansteuerung erfordern.Considerable technical requirements are placed on the devices for determining the optical path lengths. For a regulation according to DE 100 35 833 AI it is e.g. necessary to determine the position with an accuracy of less than 0.1 nm with a bandwidth of approx. 10 kHz. Regardless of whether a regulated or controlled operation is selected, drives with high resonance frequencies are required, which require considerable electrical power for control.
Aus all diesen Gründen trägt die Erzeugung einer konstanten Phasengeschwindigkeit erheblich zu den Gesamtkosten der Phasenmodulatoren bei. Es ist aufwändig mit diesen Verfahren Repetitionsraten besser als ca. 100 Hz zu erreichen. Für Phasenmodulatoren, die entweder auf rotatorischen Bewegungen basieren oder in mechanischer Resonanz betrieben werden, sind Verfahren zur Steuerung oder Regelung gar nicht anwendbar.For all of these reasons, generating a constant phase velocity adds significantly to the overall cost of the phase modulators. It is complex to achieve repetition rates better than approx. 100 Hz with these methods. For phase modulators that are either based on rotary movements or are operated in mechanical resonance, control or regulation methods cannot be used at all.
Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einem vereinfachten OCT Aufbau, insbesondere unter Verzicht auf Komponenten zur Steuerung oder Regelung des Phasenmodulators, Messsignale zu gewinnen, die dennoch eine Filterung mit enger Bandbreite und somit eine Auswertung mit gutem Signal-Rausch-Verhältnis erlauben.It is an object of the invention to obtain measurement signals with a simplified OCT structure, in particular without components for controlling or regulating the phase modulator, which nevertheless allow filtering with a narrow bandwidth and thus evaluation with a good signal-to-noise ratio.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Fortbildungen an.The object is achieved by a method with the features of the main claim. The subclaims indicate advantageous further training.
Die Erfindung macht sich zunutze, dass alle herkömmlichen Phasenmodulatoren eine repetierende (oder auch zyklische) Bewegung durchführen. Die Referenzarmlänge und ihre Änderungsgeschwindigkeit sind damit als Funktionen der Zeit periodisch. Die Kenntnis der Geschwindigkeit des Referenzarms im Laufe eines einzelnen Scans ist somit für relativ kurze Zeiträume auf spätere Scans übertragbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung verzichtet auf Mittel, die die Konstanz der Phasengeschwindigkeit streckenweise erzwingen. Vielmehr ist sie so ausgebildet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Referenzarmlänge während der laufenden Messung wiederholt erfasst und einem Prozessrechner zur Verfügung gestellt wird. Dies erfordert keine zusätzlichen Messkomponenten, sondern ist unmittelbar aus den ohnehin zu erhebenden Messdaten möglich, die vordergründig der Strukturuntersuchung der Probe dienen.The invention makes use of the fact that all conventional phase modulators perform a repetitive (or also cyclical) movement. The reference arm length and its rate of change are therefore periodic as functions of time. Knowledge of the speed of the reference arm in the course of a single scan can thus be transferred to later scans for relatively short periods of time. The device according to the invention dispenses with means which force the constancy of the phase velocity in places. Rather, it is designed in such a way that the rate of change of the reference arm length is repeatedly recorded during the ongoing measurement and made available to a process computer. This does not require any additional measurement components, but is possible directly from the measurement data to be collected anyway, which are used primarily to examine the structure of the sample.
Es ist dem Fachmann nicht sofort ersichtlich, dass die Messung der Phasengeschwindigkeit nach dem Velocimeter-Prinzip erfolgen kann. Denn ein Velocimeter nach dem Stand der Technik benötigt eine langkohärente Lichtquelle (Laser), die in der OCT- Vorrichtung nicht vorhanden ist. Im Unterschied zu einem Velocimeter, bei dem ein Referenzspiegel ruht und ein zweiter Spiegel mit der zu messenden Probe bewegt wird, werden bei der OCT die integralen Rückstreuungen aus allen Schichten der Probe zeitlich nacheinander mit den Reflexen von verschiedenen Referenzarmstellungen überlagert. Mit einer kurzkohärenten Lichtquelle sind Geschwindigkeitsmessungen nur innerhalb eines Messbereiches möglich, der der Kohärenzlänge der Lichtquelle entspricht (ca. 10 μm). Für die „lokale" bzw. momentane Messung der Geschwindigkeit des Referenzspiegels reicht dies jedoch aus.It is not immediately apparent to the person skilled in the art that the phase velocity can be measured using the velocimeter principle. Because a velocimeter according to the prior art requires a long-coherent light source (laser), which is not present in the OCT device. In contrast to a velocimeter, in which a reference mirror rests and a second mirror with the sample to be measured is moved, the OCT integrates the backscatter from all layers of the sample with the reflections from different reference arm positions one after the other. With a short-coherent light source, speed measurements are only possible within a measuring range that corresponds to the coherence length of the light source (approx. 10 μm). However, this is sufficient for the “local” or instantaneous measurement of the speed of the reference mirror.
Das Interferenzsignal I(t) wird direkt mit einer Abtastrate von wenigstens lωo abgetastet. Zur Ermittlung von ωo - auf äquidistanten Zeitstützstellen tj - erfolgt dann vorzugsweise eine Fenster-Analyse des OCT-Signals. Beispielsweise können die Messwerte von I(t) jeweils in einem entlang der Zeitachse beweglichen Fenster definierter Breite (wenige Fringes / Oszillationen des Trägers) „lokal" einer Fourier-Transformation unterzogen werden, um die dominante Frequenz in diesem Zeitfenster zu ermitteln. Hieraus kann die Trägerfrequenz ωo an den Stellen, an denen das Signal ausreichend ist und keine Phasensprünge aufweist, bestimmt und abgespeichert werden. Man erhält eine TabelleThe interference signal I (t) is sampled directly at a sampling rate of at least lωo. A window analysis of the OCT signal is then preferably carried out to determine ωo - on equidistant time base points tj. For example, the measured values of I (t) can each be subjected to a "local" Fourier transformation in a width defined along the time axis (a few fringes / oscillations of the carrier) in order to determine the dominant frequency in this time window Carrier frequency ωo at those points where the signal is sufficient and has no phase jumps can be determined and stored, and a table is obtained
(3) ω0(ti) = 2λ0 - v(tl)(3) ω 0 (t i ) = 2λ 0 - v (t l )
auf den St ützstellenon the support points
(4) t,. = t0 + z'Δt mit i = 0,...,N(4) t ,. = t 0 + z ' Δt with i = 0, ..., N
Die Referenzarmlängen Zj, die zu den Zeitpunkten tj vorliegen, lassen sich durch einfache Integration bestimmen, beispielsweise über
ι-lThe reference arm lengths Zj, which are present at the times tj, can be determined by simple integration, for example via ι-l
(5) z, = z(t,) = z0 + ∑v(tH)Δt n=0(5) z, = z (t,) = z 0 + ∑v (t H ) Δt n = 0
mit irgendeinem Offset z0. Es kann auch vorteilhaft sein, einen äquidistanten Satz z'j von Stützstellen zu definieren, etwa durchwith any offset z 0 . It can also be advantageous to define an equidistant set z'j of support points, for example by
1 N-\1 N- \
(6) z' = z0 + jAz mit j = ,...,N und Δz = — V v(t„)Δt(6) z '= z 0 + jAz with j =, ..., N and Δz = - V v (t „) Δt
Interpoliert man das gemessene OCT-Signal von den unregelmäßig beabstandeten Koordinaten z; auf die z'j, so ist es von Verzerrungen durch die ungleichmäßige Phasengeschwindigkeit befreit. Es tritt im Idealfall nur noch eine einzige Trägerfrequenz auf.Interpolating the measured OCT signal from the irregularly spaced coordinates z; to the z ' j , it is freed from distortions due to the uneven phase velocity. Ideally, only a single carrier frequency occurs.
Um einen vollständigen Verlauf von ωo über den gesamten Messbereich erstellen zu können, muss von der Probe allerdings erwartet werden, dass sie Reflexionen in allen Tiefen aufweist. Ist dies nicht der Fall, kann ein möglichst vollständiger Verlauf von ωo durch Variation des Abstandes des Applikators vom Messobjekt erreicht werden. Vorteilhafterweise ergibt sich bei der typischen OCT-Untersuchung lebender Proben, insbesondere auch an oder in einem Patienten, schon durch die unvermeidliche Eigenbewegung der Probe die Gelegenheit, Geschwindigkeitsinformationen für alle Referenzarmlängen aus einer Mehrzahl aufeinander folgender Scans zu erhalten. An den Stellen, an denen aufgrund von fehlendem Signal oder von Phasensprüngen die Trägerfrequenz nicht bestimmt werden kann, wird dann auf vorherige Messungen zurückgegriffen. Wegen der statistischen Struktur dieses Phänomens bei streuenden Objekten ist zu erwarten, dass über eine gewisse Zeit für alle optischen Verzögerungen die Phasengeschwindigkeit auf diese Weise bestimmt und abgespeichert werden kann. Die Information über die Trägerfrequenz ωo sollte im Fortgang der OCT- Messung immer wieder im Prozessrechner aktualisiert werden.In order to be able to create a complete course of ωo over the entire measuring range, however, the sample must be expected to have reflections at all depths. If this is not the case, the most complete possible course of ωo can be achieved by varying the distance of the applicator from the measurement object. Advantageously, in the typical OCT examination of living samples, in particular also on or in a patient, the inevitable self-movement of the sample gives the opportunity to obtain speed information for all reference arm lengths from a plurality of successive scans. At those points where the carrier frequency cannot be determined due to a missing signal or phase jumps, previous measurements are then used. Because of the statistical structure of this phenomenon with scattering objects, it can be expected that the phase velocity can be determined and stored in this way for all optical delays over a certain time. The information about the carrier frequency ωo should be updated again and again in the process computer in the course of the OCT measurement.
Der aus dem aktuellen und vielen vorherigen Scans bestimmte Verlauf von ωo über den Messbereich wird dann zur Demodulation benutzt, die entweder mathematisch auf der digitalisierten Form des Interferenzsignals I(t) oder analog (z.B. Variation der Filterfrequenz, Mischen mit ωo) erfolgen kann. Beispielsweise beim Mischen in ein Zwischenband - vorzugsweise auf Differenzfrequenz Null (Lock-In) - kann die gesuchte
Amplitudenmodulation entweder direkt erfasst oder zumindest auf eine weitgehend konstante Trägerfrequenz aufgeprägt werden, die sich mit enger Bandbreite filtern lässt.The course of ωo over the measuring range determined from the current and many previous scans is then used for demodulation, which can either take place mathematically on the digitized form of the interference signal I (t) or in an analog manner (for example variation of the filter frequency, mixing with ωo). For example, when mixing in an intermediate band - preferably to zero differential frequency (lock-in) - the one sought Amplitude modulation can either be recorded directly or at least impressed on a largely constant carrier frequency that can be filtered with a narrow bandwidth.
Die hier beschriebene direkte Bestimmung der Trägerfrequenz aus dem Interferenzsignal ist auch deshalb vorteilhaft, weil dann eine unvollständige Kopplungen zwischen der Mechanik und dem optischen Weg nicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen.The direct determination of the carrier frequency from the interference signal described here is also advantageous because an incomplete coupling between the mechanics and the optical path then does not lead to a falsification of the measurement result.
Hinsichtlich der konkreten Umsetzung der rechnerischen Ermittelung und erst recht der Demodulation lassen sich gewiss viele verschiedene Wege beschreiten. Die Erfindung will sich hier nicht auf bestimmte Algorithmen eingeschränkt verstanden wissen. Wesentlich ist in allen Fällen, dass der Verlauf von ωo im gewöhnlichen Messbetrieb an praktisch beliebigen Proben aufgenommen werden kann, ohne dass die vom Endnutzer beabsichtigte Messung irgendwie beeinträchtigt wird.With regard to the concrete implementation of the mathematical determination and especially demodulation, there are certainly many different ways to go. The invention does not want to be understood to be limited to certain algorithms. It is essential in all cases that the course of ωo can be recorded on practically any sample in normal measurement operation without the measurement intended by the end user being impaired in any way.
Die vorgenannten Wege zur Ausnutzung der Geschwindigkeitsinformation über den Referenzarm zielen auf eine nachträgliche Verbesserung der OCT-Messung im Zuge eines Post-Prozessing der elektronisch aufgezeichneten Daten ab. Ebenso kann aber bereits die Aufzeichnung selbst so beeinflusst werden, dass von vornherein ein besser zu analysierender Satz von Messdaten gewonnen wird.The above-mentioned ways of using the speed information about the reference arm aim at a subsequent improvement of the OCT measurement in the course of post-processing of the electronically recorded data. However, the recording itself can also be influenced in such a way that a set of measurement data that is easier to analyze is obtained from the outset.
Hierfür wird vorgeschlagen, die Messdaten auf den äquidistanten Stützstellen z'j gemäß (6) zu erheben. Dazu müssen korrespondierende, unregelmäßig beabstandete Zeitpunkte t'j berechnet und an den AD- Wandler übermittelt werden, damit dieser zu den vorgegebenen Zeiten das Signal erfasst.For this purpose, it is proposed to collect the measurement data on the equidistant support points z ' j according to (6). Corresponding, irregularly spaced times t ' j must be calculated and transmitted to the AD converter so that the latter detects the signal at the specified times.
Eine Möglichkeit zur Berechnung der t'j ist folgende:One way to calculate the t'j is as follows:
Jeder nach (5) berechnete Wert z; wird irgendeinem Intervall der Breite Δz zugewiesen, d.h. man erstellt eine Liste von Paaren (z;, z'j) mit der EigenschaftEvery value z calculated according to (5); is assigned to any interval of width Δz, ie a list of pairs (z ;, z ' j ) is created with the property
(7) z' . ≤ z, < z' 7+1(7) z '. ≤ z, <z '7 + 1
und berechnetand calculated
(8) t,J+ = t, + Z vj(t ) ' ^ i = 0>-> N xmά = 0>-> N - 1
aus den zuerst benutzten, äquidistanten Messzeitpunkten t, und den dazu ermittelten Werten z, und v(tι). Die zu den t'j erhobenen Messwerte ergeben eine OCT-Signalkurve, die frei von Bewegungsartefakten des Phasenmodulators ist. Die weitere Auswertung kann bei gutem Signal-Rausch-Verhältnis nach dem Stand der Technik erfolgen.
(8) t, J + = t, + Z v j (t) '^ i = 0> - > N xmά = 0> - > N - 1 from the equidistant measuring times t used first, and the values z and v (t ι ) determined for this purpose. The measured values raised to the t 'j give an OCT signal curve that is free of motion artifacts of the phase modulator. Further evaluation can take place with a good signal-to-noise ratio according to the prior art.