借光學相干斷層成像術測量對象的內部尺寸的系統和方法

借光學相干斷層成像術測量對象的內部尺寸的系統和方法
【專利摘要】本公開提供了一種借光學相干斷層成像術測量對象的內部尺寸的系統和方法。所述系統包括：至少一個第一光學相干斷層成像術OCT設備(OCT1)，被適配為測量所述對象(10)的第一部分體積(17)中的內部尺寸，以及至少一個第二OCT設備(OCT2)，被配置為測量同一所述對象(10)的第二部分體積(19)中的內部尺寸，其中，所述第二部分體積(19)至少部分不同于所述第一部分體積(17)，其中所述第一OCT設備(OCT1)被適配為發出發出第一輻射的第一光束(B1)，所述第一輻射具有在由第一工作波長(λ1)和第一帶寬(Δλ1)限定的第一波長范圍內的波長；其中所述第二OCT設備(OCT2)被適配為發出第二輻射的第二光束(B2)，所述第二輻射具有在由第二工作波長(λ2)和第二帶寬(Δλ2)限定的第二波長范圍內的波長。
【專利說明】
借光學相干斷層成像術測量對象的內部尺寸的系統和方法
[00011 本申請是國際申請日為2011年2月15日、國家申請號為201180070052.0、發明名稱 為"通過光學相干斷層成像術測量對象的內部尺寸的系統和方法"的進入中國國家階段的 PCT國際申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發明涉及一種用于通過光學相干斷層成像術光學地測量對象的內部尺寸的系 統和方法，其中，所述對象包括內部界面，在該內部界面處(光學)折射率發生變化以使入射 光的一部分被反射回和/或散射回且能夠被檢測到。對象通常可以是在至少內部部分體積 中對于測量所述空間中的內部尺寸的光學相干斷層成像術（optical coherence tomography，OCT)設備所使用的工作波長的波長范圍內的波長來說至少部分透明的任何樣 本對象。該對象可包括與折射率變化相關的相對復雜的外部結構和內部結構，且例如，可以 為由透明塑料制成的對象，該透明塑料具有由與不同的折射率相關的塑料改進而形成的復 雜內部結構，或者可以為生物組織的樣本，例如眼睛，特別是人眼。
【背景技術】
[0003] 已知光學相干斷層成像術(optical coherence tomography，0CT)特別在人眼的 幾何特性和光學特性中的應用（例如，在眼睛診斷中的應用），在測量眼睛的不同部分以及 作為整體的眼睛的幾何特性和光學特性時，可獲得病人的個體眼睛模型，基于此為病人眼 睛的屈光手術(例如，包括基于激光的屈光矯正)開發出最佳治療方案。目前，必須包括基于 不同測量原理的不同診斷設備來獲得對眼睛不同部分（例如，包括眼睛的角膜和前部段 (corneal and anterior segment，CAS))以及作為整體的眼睛(包括眼睛的長度和包括視 網膜的眼睛后部的幾何結構）的幾何特征和光學特征的精確診斷。所需的精確度，即軸向分 辨率Az和橫向分辨率Δ Χ，對于上述眼睛的不同部分是不同的。例如，通過常規設備在描述 CAS的地形圖和厚度的特征中獲得的軸向分辨率約在5μπι和ΙΟμπι之間，而小于3μπι(更優選地 小于Ιμπι)的精確度/測量精度或分辨率對屈光矯正治療的最佳方案和先驗計算將是可取 的。另一方面，眼睛的長度(特別是軸向長度)和沿該長度分布的主要折射率界面的位置僅 需約50μπι或更好的精度/分辨率Δζ。通常，眼睛的（光學）屈光手術中的治療方案基于以不 同診斷設備的單次測量，可使用不同測量和求值原理。這就在將從不同設備中獲得的測量 數據集成到個體眼睛的單個模式時和試圖建立單次綜合治療(例如，屈光手術、方案)時帶 來問題。此外，使用不同診斷設備是耗時的，這是由于設備是相繼使用的且在設備和有待描 述的眼睛之間需要特定于設備的調節。
[0004] 作為一個示例，眼睛屈光手術中的常規治療方案可使用由
【申請人】制造的不同的診 斷設備，包括用于獲得角膜地形圖（特別是角膜前表面）和后腔表面（post chamber surface，PCS)、虹膜、瞳孔、角膜緣和眶尖的定位的所謂的Allegro Topolyzer(商標）；用于 獲得角膜前表面和后表面地形圖、角膜厚度和眼睛前腔的一些幾何數據(例如，前腔深度） 的Al I egro OcuIyzer (商標）；用于獲得由個體畸變(例如，角膜、晶狀體、玻璃體)產生的作 為整體的眼睛的整體式波前數據和擾動且用于獲得虹膜、瞳孔、角膜緣和血管的定位的 Allegro Analyzer(商標）；用于確定角膜厚度、作為整體的眼睛的軸向長度、眼睛更多部分 (例如，前腔和晶狀體）的長度/厚度以及瞳孔、尖部、虹膜、角膜緣和血管的定位的Al I egro Biograph;以及用于角膜中心厚度的局部（即，逐點的）測量和用于確定切面深度和角膜瓣 厚度(例如，在準分子激光手術(LASIK)中）的測厚儀。具有相應屬性和限制的類似設備由其 他制造商生產并用于針對人眼的現有技術的診斷和(屈光矯正)治療方案中。
[0005] 旨在通過所需的精度/分辨率對眼睛的前段(包括角膜、前房、虹膜、后腔和晶狀體 的前表面(見圖8))進行精確測量的常規診斷設備，無法測量諸如眼睛的總長度和晶狀體后 表面的地形圖/幾何圖，而這些數據是計算眼睛總體屈光所需的。通常，計算眼睛總體屈光 所需的數據通過基于眼睛的一般模型的計算迭代地進行確定，由此將計算出的數據與所測 量的穿過整個眼睛的波前特性進行比較。
[0006] -個用于前部段成像的高質量的活體成像OCT設備的示例在I.Grulkowski等人于 2009年3月12日在OPTICS EXPRESS的總第4842期第17卷第6號上公布的文章 "Anterior segment imaging with Spectral OCT system using a high-speed CMOS camera" 中公 開。另一不例在J.Jungwirth等人在Journal of Biomedical Optics Letters的2009年9 月/10月刊第14卷第5號上公布的文章 "Extended in vivo anterior eye-segment imaging with full-range complex spectral domain optical coherence tomography" 中公開。前部段測量的再一示例為由TOMEY公司制造且在所附的系統規格說明書中描述的 設備CASIA SS-1000。
[0007] 用于產生3D斷層圖像模型的測量眼睛的全軸向長度的現有技術的第一示例在 R · J · Zawadzki等人在SPIE proceedings的第5140卷上公布的文章 "Three-dimensional ophthalmic optical coherence tomography with a refraction correction algorithm"中和Dr .H.P. Iseli等人在Augenspiegel的2008年7月-8月刊第20卷上公布的文 章 "Iterative Berechnung von Ablationsprofilen in der Refraktiven Chirurgie"中 公開。
[0008] 對包含折射率變化的內部界面的樣本對象的內部尺寸的光學測量現有技術的討 論主要集中在與眼睛的診斷相關的特定應用上，在其他類型對象的光學研究中也會遇到如 上所述的類似的約束和限制。

【發明內容】

[0009] 鑒于現有技術中的用于獲得對象（如眼睛）不同內部部分體積的不同特征的不同 設備的使用的上述問題，本發明總的目標為節省診斷時間和與各自診斷設備相關的成本， 且本發明的特定技術目標為實現針對眼睛不同部分的足夠的測量精度(分辨率），以可針對 病人眼睛的視力矯正進行精確的個體(定制的)治療。
[0010]通常，通過提供允許在實際的單次測量操作（例如，單次診斷研究）中測量和獲得 不同數據的單一系統來達到本發明的目的。換言之，盡管測量一個以上的參數，但病人僅經 歷(遭受)一次測量活動。本發明涉及致力于不同測量任務以及以不同的適當（軸向和橫向） 分辨率/精度對用于研究的對象的不同內部部分體積的測量的不同光學相干斷層成像術 (OCT)設備的集成。
[0011] 根據本發明的第一方面，提供了一種用于光學地測量對象的內部尺寸的系統，所 述對象包括內部界面，在該內部界面處折射率發生變化以使得入射光的一部分被反射回 和/或散射回并能夠通過光學相干斷層成像術OCT被檢測，所述系統包括:至少一個第一 OCT 設備，被配置為測量所述對象的第一部分體積中的內部尺寸。
[0012] 根據本發明，所述系統還包括:至少一個第二OCT設備，被配置為測量同一所述對 象的第二部分體積中的內部尺寸，其中，所述第二部分體積至少部分地不同于所述第一部 分體積。
[0013] 第一 OCT設備和第二OCT設備結合為單一系統，與使用均在單次測量操作中的兩個 單獨的OCT設備相比，可在較短時間中使用單一系統以不同的適當/所需精度測量同一對象 不同內部空間中的內部尺寸。
[0014] 所述第一部分體積可位于樣本對象的前側處或該前側附近。所述前側基本上面向 所述系統。且所述第二部分體積可位于該對象的后側處或該后側附近或者可基本上從該對 象的前側延伸至該對象的后側。例如，該對象可為眼睛，特別是人眼。通過單一集成系統測 量對象(特別是眼睛）的不同部分體積的內部尺寸節省時間和測量工作，且在研究眼睛的情 況下，減少了病人經歷的痛苦。
[0015] 第一 OCT設備可包括第一參考臂和第一樣本臂，且所述第二OCT設備可包括第二參 考臂和第二樣本臂，其中，至少一段該第一樣本臂和一段該第二樣本臂指向所述對象。優選 地，所述的一段第二樣本臂空間上至少部分地與所述的一段第一樣本臂重疊。更為優選地， 所述的一段第二樣本臂和所述的一段第一樣本臂被引導通過公共透鏡系統。引導該第一樣 本臂和第二樣本臂朝向同一對象，其中，優選地，兩樣本臂在空間上重疊并最終被引導通過 公共透鏡系統，允許通過相對于要求保護的系統僅一次進行對象的單一機械調整來測量該 對象的不同特性。
[0016] 第一 OCT設備可被配置為測量位于對象的前側處或該前側附近的第一部分體積， 例如眼睛的角膜和前部段(corneal and anterior section，CAS)。第二OCT設備可被配置 為測量例如沿深度方向測量/對象的第二部分體積的長度，例如從角膜的前表面到眼睛的 視網膜的全長。與相繼地調整和使用不同測量設備來測量對象相比，將第一 OCT設備和第二 OCT設備與它們的不同測量目標(待測量的不同部分體積)相結合，可降低成本、時間和測量 工作。此外，結合的OCT診斷設備提供必要的完整數據集，以在一個程序中（"在單觸發中"） 以適當精度從總體上計算眼睛的成像屬性。
[0017] 第一 OCT設備和第二OCT設備分別可被配置為發出各自以預設的第一焦距和第二 焦距來聚焦的第一光束和第二光束，其中，該第一焦距可短于該第二焦距。這允許測量位于 相對于對象前表面的不同深度處的不同的目標內部空間。
[0018] 第一 OCT設備可被配置為發出第一輻射的第一光束，該第一輻射具有在由第一工 作波長和第一帶寬限定的第一波長范圍內的波長，進而限定第一軸向分辨率。第二OCT設備 可被配置為發出第二輻射的第二光束，該第二輻射具有在由第二工作波長和第二帶寬限定 的第二波長范圍內的波長，進而限定第二軸向分辨率。而且，所述第一軸向分辨率可高于所 述第二軸向分辨率。優選地，第一軸向分辨率可小于5WI1且第二軸向分辨率可大于15μπι。更 為優選地，第一帶寬可大于約IOOnm且第二帶寬可小于約20nm。更為優選地，第一工作波長 可在從約700nm到約1350nm的范圍內，優選從約700nm到約900nm，更優選從約750nm到約 850nm，特別是約820nm;第一帶寬可在約IOOnm到200nm之間的范圍內。第二工作波長可在從 約600nm到約1000 nm的范圍內，優選從約620nm到約750nm或從約800nm到約lOOOnm，特別是 約700nm;第二帶寬可在約5nm到IOnm之間的范圍內。在對象的不同內部尺寸和部分體積的 測量中設置不同的軸向分辨率可節省測量時間并降低數據量和數據量存儲需求，其中，在 較小尺寸上需要較低的高分辨率，而在較大尺寸上較低分辨率則足夠，這使得相比于以同 樣高的分辨率測量兩空間的系統，可處理更少的數據。
[0019] 第一 OCT設備可被配置為發出聚焦輻射的第一光束，該聚焦輻射具有在包含第一 工作波長的第一波長范圍內的波長和第一數值孔徑，進而限定第一橫向分辨率。第二OCT設 備可被配置為發出聚焦輻射的第二光束，該聚焦輻射具有在包含第二工作波長的第二波長 范圍內的波長和第二數值孔徑，進而限定第二橫向分辨率。而且，第一橫向分辨率可不同于 第二橫向分辨率。優選地，第一橫向分辨率可高于第二橫向分辨率。更為優選地，第一橫向 分辨率約為I Oym到20μL? (且更優選與ΙμL?到3μπι的軸向分辨率相結合)且第二橫向分辨率約 為50μπι到200μπι(且更優選與ΙΟμπι到50μπι的軸向分辨率相結合）。在不同的聚焦輻射光束中 設置不同的橫向分辨率可使分辨率適于不同應用需求并節省測量時間、數據量和數據存儲 需求。
[0020] 第一 OCT設備可為譜域OCT設備且第二OCT設備可為時域OCT設備。或者，第一 OCT設 備和第二OCT設備可均為譜域OCT設備。再或者，第一 OCT設備和第二OCT設備可均為時域OCT 設備。針對用于研究的對象的不同部分體積來調整OCT設備的類型，允許根據研究對象的應 用來優化測量精度、最小化測量時間并調整/優化數據采集的速度。
[0021] 第一OCT設備可具有包括第一透鏡系統和公共透鏡系統的第一樣本臂，其中，所述 第一透鏡系統和所述公共透鏡系統設置在第一光軸上并共同形成所述第一樣本臂中的第 一光束的第一聚焦部分，其中，所述第一聚焦光束部分具有第一焦距。所述第二OCT設備可 具有包括第三透鏡系統、所述公共透鏡系統和光譜部分反射鏡的第二樣本臂，所述光譜部 分反射鏡設置在所述第一透鏡系統和所述公共透鏡系統之間以將沿第二光軸的方向穿過 所述第三透鏡系統的第二光束引導至所述第一光軸的方向并穿過所述公共透鏡系統，其 中，所述第三透鏡系統和所述公共透鏡系統共同形成所述第二樣本臂中的第二光束的第二 聚焦部分，其中，所述第二聚焦光束部分具有第二焦距。在該結構中，第一焦距可不同于第 二焦距。優選地，第一焦距小于第二焦距。焦距確定深度范圍（測量的范圍）。相應地，更為優 選地，第二焦深被設計為（即，足夠長)使得眼睛的整個軸向長度能夠通過第二OCT設備來測 量。第二樣本臂產生于沿不同于第一光束的第一光軸的方向的第二光軸的第二方向、然后 重新引導至第一光軸的方向、再同第一光束一起穿過公共透鏡系統的這種設置允許第一 OCT設備被設計為不同于第二OCT設備，例如在OCT設備的類型(譜域或時域）、軸向分辨率和 橫向分辨率、輻射的波長范圍的選擇、輻射的強度和由第一 OCT設備和第二OCT設備產生的 輻射在時間上的調制等方面。在一個替代實施例中，例如，針對不同于測量眼睛的應用，第 二焦距可小于第一焦距。
[0022] 第一 OCT設備可包括具有第一工作波長和第一帶寬的第一光源，且第二OCT設備可 包括具有第二工作波長和第二帶寬的第二光源。在該結構中，第一帶寬可大于約I 00nm且第 二帶寬可小于約20nm。優選地，第一工作波長可為約820nm，第一帶寬可在約IOOnm到約 250nn范圍內（優選在約IOOnm和約200nm之間），且第二工作波長可為約700nm，第二帶寬可 小于20nn并優選在約5nm和約IOnm之間的范圍內。第一OCT設備和第二OCT設備的這種光譜 結構允許以與第二部分體積不同的軸向分辨率且優選地在不同的工作波長處對第一部分 體積進行研究。
[0023] 第一 OCT設備可具有第一樣本臂且第二OCT設備具有空間上至少部分地重疊在所 述第一樣本臂上的第二樣本臂。所述第一樣本臂和所述第二樣本臂可穿過雙焦點公共光學 透鏡系統，所述雙焦點公共光學透鏡系統包括具有第一焦距并作用在所述第一樣本臂中的 第一聚焦部分和具有第二焦距并作用在所述第二樣本臂中的第二聚焦部分。在這種結構 中，第一焦距可小于第二焦距。在優選的第一實施例中，第一聚焦部分為雙焦距系統的圓形 中心部分且第二聚焦部分為圍繞該第一聚焦部分的環形部分。更為優選地，第一聚焦部分 和第二聚焦部分可具有不同的光譜透射率特性，每一部分被配置為根據可位于對象中不同 距離/深度的相應的部分體積的研究需要來限定由相應的工作波長和帶寬所限定的適當的 波長范圍，公共透鏡系統的第一聚焦部分和第二聚焦部分的相應的焦距適于該相應的部分 體積。在優選的替代性第二實施例中，雙焦距系統具體體現為適當設計的具有至少兩個互 補區域的衍射光學元件(DOE)，第一區域被設計為提供第一焦距且第二區域被設計為提供 第二焦距。
[0024] 第一 OCT設備和所述第二OCT設備可包括公共光源。這就進一步降低了系統成本并 提高了第一 OCT設備和第二OCT設備的集成程度。
[0025] 第一 OCT設備可包括第一參考臂，且第二OCT設備可包括空間上至少部分地重疊在 所述第一參考臂上的第二參考臂。所述第一參考臂可具有大體上與所述第一樣本臂的光程 長度一致(correspond to)的光程長度，并可包括第一反射鏡和第一參考臂透鏡系統，所述 第一參考臂透鏡系統形成聚焦在所述第一反射鏡上的第一參考臂部分。所述第二參考臂可 具有大體上與所述第二樣本臂的光程長度一致的光程長度，并可包括第二反射鏡、設置在 所述第一參考臂透鏡系統前面的所述第一參考臂中的第二參考臂部分反射鏡和設置在所 述第一參考臂外且大體上位于所述第二參考臂部分反射鏡和第二參考臂透鏡系統之間的 第二參考臂透鏡系統，其中，所述部分反射鏡將具有由第二工作波長和第二寬帶限定的波 長范圍內的波長并沿第一參考臂方向穿過第一參考臂透鏡系統的光束重新引導至第二參 考臂方向并穿過所述第二參考臂透鏡系統，且其中，所述第二參考臂部分反射鏡和所述第 二參考臂透鏡系統共同形成聚焦在所述第二反射鏡上的第二參考臂部分。這種結構允許第 一 OCT設備和第二OCT設備各自的第一參考臂和第二參考臂的至少部分的集成/重疊，同時 可使第一參考臂和第二參考臂的光程長度大體上與相應的第一樣本臂和第二樣本臂的光 程長度一致。
[0026]在參考臂的替代性實施例中，第一OCT設備可包括被配置為作用在穿過雙焦點參 考臂公共透鏡系統的第一聚焦部分的第一參考臂上的第一聚焦部分，且第二OCT設備可包 括空間上至少部分地重疊在所述第一參考臂上并穿過所述雙焦點參考臂公共透鏡系統的 第二聚焦部分的第二參考臂，其中，所述第二聚焦部分被配置為作用在第二參考臂上。在該 實施例中，第一參考臂進一步包括:第一反射鏡，其在光譜上部分地反射具有在由第一工作 波長和第一帶寬限定的第一波長范圍內的波長的光，且第二參考臂進一步包括:第二反射 鏡，其在光譜上對具有在例如由第二工作波長和第二帶寬限定的第二波長范圍內的波長的 光進行反射。所述第一聚焦部分的焦距可被調整為使得所述第一參考臂的光程長度大體上 與所述第一樣本臂的光程長度一致，且所述第二聚焦部分的焦距可被調整為使得所述第二 參考臂的光程長度大體上與所述第二樣本臂的光程長度一致。優選地，所述雙焦點參考臂 公共透鏡系統的所述第一聚焦部分為圓形中心部分，且所述第二聚焦部分為圍繞該第一聚 焦部分的環形部分。在一種結構中，所述雙焦點參考臂公共透鏡系統的所述第一聚焦部分 和所述第二聚焦部分具有適于分別以用于研究的對象的第一部分體積和第二部分體積為 目標的第一光束和第二光束的應用需要的不同光譜透射特性。在替代結構中，可將具有已 選擇的光譜透射率特性的光譜濾波器設置在雙焦點參考臂公共透鏡系統之后。
[0027] 根據本發明的第二方面，如所要求的，提供了一種用于光學地測量對象的內部尺 寸的方法，所述對象包括內部界面，在該內部界面處折射率發生變化以使入射光的一部分 被反射回和/或散射回并能夠被檢測。例如，所述對象可為眼睛。
[0028] 根據本發明，所述方法包括在單次測量操作中通過光學相干斷層成像術(OCT)測 量所述對象的第一部分體積中的內部尺寸和所述對象的第二部分體積中的內部尺寸的步 驟，其中，所述第二部分體積至少部分地不同于所述第一部分體積。該方法達到上文要求保 護的系統所限定的同樣的技術效果和優點。
[0029] 在執行要求保護的方法時，可使用以上所描述的系統。
【附圖說明】
[0030] 通過以下特定實施例的詳細描述，本發明進一步的實施例、優點和技術效果可更 為清晰。該實施例不旨在對本發明的范圍進行限制，且該實施例是參照附圖來提供的，其 中：
[0031 ]圖1示出常規的譜域OCT設備的實施例；
[0032]圖2示出常規的時域OCT設備的實施例；
[0033]圖3示出根據本發明的系統的第一實施例，其中，第一OCT設備和不同于該第一OCT 設備的第二OCT設備通過僅重疊經由公共透鏡系統指向同一待研究的對象的第一樣本臂部 分和第二樣本臂的一部分而結合；
[0034]圖4示出根據本發明的系統的第二實施例，其中，第一OCT設備和第二OCT設備進一 步集成以具有結合的公共樣本臂；
[0035]圖5示出根據本發明的系統的光譜設計，提供了具有第一波長范圍內的波長的輻 射和具有第二波長范圍內的波長的輻射，所述第一波長范圍由第一工作波長和第一帶寬限 定，所述第二波長范圍由第二工作波長和第二帶寬限定；
[0036]圖6示出根據本發明的系統的第三實施例，其中，第一OCT設備和第二OCT設備均為 譜域OCT設備且具有部分集成的參考臂；
[0037] 圖7示出根據本發明的系統的第四實施例，其中，第一OCT設備和第二OCT設備均為 譜域OCT設備，且其中，參考臂的設計不同于圖6所示實施例中的參考臂的設計；以及
[0038] 圖8為穿過人眼的剖視圖，其用于示出待研究的眼睛的不同部分體積和內部界面。
【具體實施方式】
[0039] 圖1示出示例性常規譜域類型的光學相干斷層成像術(OCT)設備(SD-0CT)。標注為 100的SD-OCT包括優選的寬帶光源102、光源光纖104、光纖耦合器106、雙向使用的光纖108、 分束器112、包括第一公共透鏡系統110(樣本臂和參考臂共用）、分束器112和樣本臂透鏡系 統114的樣本臂以及包括分束器112、參考臂透鏡系統116和參考臂反射鏡117的參考臂;檢 測臂包括光纖耦合器106、檢測臂光纖118、第一校準透鏡系統120、光柵122、第二頻譜成像 透鏡系統124和包含用于測量光譜分辨的干涉圖樣的多個檢測器單元128-1到128-n的光譜 儀檢測器陣列126 JD-0CT100還包括用于執行所述光譜分辨的干涉圖樣130的快速傅里葉 變換的計算單元132,用于計算樣本對象10中的折射率界面14、14'、14"的深度分布134。
[0040] 在SD-0CT100的操作中，光源102產生寬帶光輻射，即包括分布在相對較寬的光譜 波長范圍內的波長的輻射的光輻射。所產生的輻射通過光源光纖104,經由光纖耦合器106 及雙向使用的光纖108進行傳輸，從該雙向使用的光纖108的遠端起，所述輻射以發散光束 Bl的形式發出穿過第一樣本臂透鏡系統110,這將光束Bl變為基本為平行光的光束(如圖1 所示)通過分束器112。在分束器112中，平行光光束的一部分傳輸到朝向第二樣本臂透鏡系 統114的SD-0CT100的樣本臂SAl中，將光束聚焦成焦點落在對象10上的聚焦光束部分。
[0041] 對象10包括在其內部空間中的多個內部界面14、14'、14"，在該內部界面處折射率 變化從而導致照亮對象10的聚焦光束的部分反射。從多個內部界面14、14'、14"反射的輻射 由第二樣本臂透鏡系統114聚集，進而作為基本為平行光的光束而傳輸通過第二樣本臂透 鏡系統114,傳輸通過分束器112并由第一樣本臂透鏡系統110聚焦到雙向使用的光纖108的 遠端。
[0042] 從雙向使用的光纖108作為基本平行輻射的光束通過第一樣本臂透鏡系統110傳 輸的另一部分輻射，通過內部基本上平坦的表面部分反射，以形成指向將基本為平行輻射 的光束聚焦在參考臂反射鏡117上的參考臂透鏡系統116的參考臂RAl，所述表面是傾斜的， 優選地相對于基本為平行輻射的入射光束成基本45°角傾斜。參考臂反射鏡117被設置為靜 止并反射聚焦輻射的光束，這樣被反射的發散輻射通過參考臂透鏡系統116而聚集，該參考 臂透鏡系統116將被反射的輻射作為基本為平行輻射的光束從參考臂傳輸。從參考臂返回 的輻射通過分束器112的平坦內表面朝向第一樣本臂透鏡系統110被引導，該第一樣本臂透 鏡系統110對從參考臂RAl返回的光進行傳輸并將其聚集在雙向使用的光纖108的遠端上。 因此，光纖108同時傳輸由于從對象10內部界面14、14'、14"反射從樣本臂SAl返回的輻射， 以及由于從參考臂反射鏡117反射從參考臂RAl返回的輻射，這使得這些輻射光束進行干 涉。發生干涉的輻射通過光纖108,經由光纖耦合器106傳輸到檢測臂光纖118中，從該檢測 臂光纖118的遠端起，發生干涉的輻射作為發散光束出現，該發散光束通過第一檢測透鏡系 統120聚集并傳輸到朝向光柵122的基本為平行光的光束中。光柵122根據撞擊在光柵122上 的輻射的不同波長將干涉光的入射光束反射成多個具有不同反射角的基本為平行光的光 束。本領域技術人員已知光柵122作為根據輻射的波長以不同反射角對照射的輻射進行反 射的光譜分辨元件的結構和功能，因此這里將其描述省略。
[0043] 從光柵122反射的輻射的多個光譜分辨光束由第二檢測透鏡系統124聚集，并根據 光柵122的反射角聚焦在光譜儀檢測器陣列上，在該光譜儀檢測器陣列上，聚焦的光譜分辨 光束撞擊到多個檢測器單元128-1到128-n的相應的一個上并由該多個檢測器單元128-1到 128-n的相應的一個檢測。
[0044]根據第一檢測透鏡系統120、光柵122、第二檢測透鏡系統124和光譜儀檢測器陣列 126的這種布置，沿光譜儀檢測器陣列126的特定位置/特定的檢測器單元128-i對應于干涉 輻射的相應的特定波長，所述干涉輻射源于從樣本臂SAl返回和從參考臂RAl返回的輻射的 干涉。由此，光譜儀檢測器陣列126檢測光譜分辨的干涉圖樣130,該光譜分辨的干涉圖樣 130基本為干涉輻射強度的光譜分布。將該光譜分布提交傅里葉變換，例如在快速傅里葉變 換計算單元132中執行，以產生如圖1所示的折射率界面的深度分布134。該分布134大體上 包括干涉輻射的強度/幅度a(z)的分布，該分布作為用作由對象10中內部界面14、14'、14" 反射的輻射的樣本臂SAl中所測量光程z的長度的函數。如圖1所示，分布134包括對應于圖1 所描述的對象I 〇中的三個內部界面14、14 '、14"的三個峰值。
[0045] 換言之，從光源102發出的輻射的寬帶光譜分布，在從折射率不連續/樣本臂SAl中 對象10的內部界面14、14'、14"反射之后，與參考臂RAl中反射的輻射的寬帶光譜分布相干 涉。對應于通過光柵122與特定檢測器單元128-i相結合所實現的光譜分辨率的相應干涉光 譜間隔，對應于來自對象10中內部界面14、14'、14"不同深度的信息。計算出頻譜的傅里葉 變換由光譜儀檢測器陣列126寄存，進而產生對象10中有關沿深度方向z的界面的深度位置 的信息。
[0046] 如果對象10為人眼，則眼睛20(如圖8所示)不同部分的折射率的差異由樣本臂SAl 中輻射所通過的材質的不同折射率導致，其中包括空氣（折射率1.003 )、淚膜（折射率 1.3335)、表皮（折射率1.401)和基質（折射率1.3771)。人眼20各段的上述折射率值是從 TOMEY公司制造的上述設備的規格說明書中獲得的。
[0047] 圖2示意性地示出常規的時域類型OCT設備(TD-OCT)的一個示例。TD-0CT150包括 優選的低相干光源152、第一光源光纖154、光循環器155、雙向使用的第二光源光纖156、光 纖耦合器158、包括雙向使用的樣本臂光纖160的樣本臂SA2、第一樣本臂透鏡系統162、第二 樣本臂透鏡系統164和包括折射率變化處的內部界面14、14'、14"的樣本對象10 JD-0CT150 進一步包括具有雙向使用的參考臂光纖166的參考臂RA2、參考臂透鏡系統168、位置可調制 的參考臂反射鏡170和超高速延時掃描器172 ACT設備150還包括檢測臂，該檢測臂包括第 一檢測光纖174和檢測器178。可選地，作為提高信噪比的方法，OCT設備150進一步包括循環 器155、第二檢測光纖176和檢測器178的差分形成部分（例如，雙平衡式信號檢測（dual balanced signal detect ion, DBSD)單元）。作為獲得對象10中內部界面14、14'、14"的深度 信息的方法，OCT設備150還包括帶通濾波器180、解調器182和計算機184,該計算機184用于 接收解調信號并計算內部界面14、14'、14'的深度信息。
[0048]在TD-0CT150的操作中，光源152發出足以具備相對較低的相干且包括相對較窄的 波長范圍的輻射。光源152發出的輻射經由光循環器155傳輸通過第一光源光纖154,再經由 光纖親合器158傳輸通過第二光源光纖156,在光纖親合器158中，該福射分為傳送到樣本臂 SA2的第一輻射部分和傳送到參考臂RA2的第二輻射部分。
[0049]第一輻射部分通過樣本臂光纖160傳輸，并從該樣本臂光纖160的遠端起，該第一 輻射部分以由第一樣本臂透鏡系統162聚集的發散光束出現，該第一樣本臂透鏡系統162將 該發散光束以基本為平行光的光束傳輸至第二樣本臂透鏡系統164。透鏡系統164傳輸該光 束并將其聚焦為聚焦光束，該聚焦光束的焦點落在對象10上。各個內部界面14、14'、14"將 部分入射光反射回第二樣本臂透鏡系統164,該第二樣本臂透鏡系統164將從多個內部界面 14、14'、14"反射的多個輻射部分聚集起來并將其傳輸至第一樣本臂透鏡系統162，該第一 樣本臂透鏡系統162將從樣本臂SA中反射回的輻射部分聚焦在樣本臂光纖160的遠端，該樣 本臂光纖160經由光纖耦合器158將該輻射傳輸至第一檢測光纖174。
[0050] 由光纖耦合器158分離的第二輻射部分參考臂RA2中傳輸通過參考臂光纖166,從 該參考臂光纖166的遠端起，該第二輻射部分以發散光束出現。它由參考臂透鏡系統168聚 集并以基本為平行輻射的光束傳輸至可調制的參考臂反射鏡170。參考臂反射鏡170通過高 速延時掃描器172沿著參考臂RA2部分的軸向以周期性的方式來回地高速移動（如圖2示出 的雙向箭頭所指示）。從位置可調制的參考臂反射鏡170反射的輻射由參考臂透鏡系統168 傳輸并聚焦在參考臂光纖166的遠端上，該參考臂光纖166經由光纖親合器158將反射的參 考臂輻射傳輸至第一檢測光纖174,在該處，參考臂輻射與由對象10的內部界面14、14'、14" 反射的從樣本臂SA2返回的輻射發生干涉。
[0051] 干涉光通過第一檢測光纖174傳輸至檢測器178入口級的輸入端口（_)，在該檢測 器處對干涉輻射強度的時間依賴性進行檢測和記錄。
[0052]作為提高信噪比的可選方法，例如通過執行背景相減法，由光源152發出的輻射的 一部分通過循環器155傳輸至第二檢測光纖176中，并通過第二檢測光纖176傳輸至檢測器 178入口級的另一輸入端口（ + )。檢測器178從來自干涉輻射中的信號中減去來自由光源152 發出的輻射中的信號，并由循環器155"抽頭（tapped)"。由于檢測器178具有(+ )和(-)入口 端口的結構，因此來自光源152的信號中的多余噪聲從干涉輻射的信號中減掉，進而提高了 信噪比。由此獲得的信號通過帶通濾波器180饋送至解調器182,以去除由參考臂RA2中的延 時掃描器172的高速調制產生的高頻成分。由此獲得的信號饋送至計算機184,并記錄在該 計算機184上，該計算機184由接收到的信號計算所需的對象10中內部界面14、14 '、14"的深 度信息。
[0053] 在TD-0CT150中，窄帶干涉輻射通過從樣本臂SA2中對象10的內部界面14、14'、14" 所反射的輻射與由參考臂RA2所產生輻射的干涉而降低，該窄帶干涉輻射的光程長度通過 延時掃描器172所產生的反射鏡170的周期性運動進行掃描/變化。
[0054] 譜域類型的OCT設備(如圖1所例示)具有優于主要用在商業上的時域類型的OCT設 備(如圖2所例示）的優點：在不涉及機械地移動部件(例如，時域OCT設備150的參考臂反射 鏡170)的情況下，具有更佳/更高的信噪比和可同時獲得的內部界面14、14'、14"的深度信 息。
[0055] 本領域技術人員可從光學的基本原理中得出并已知OCT設備的軸向分辨率Δζ，因 此用于獲得內部界面14、14'、14"深度位置的精度大體上通過輻射的帶寬（Δλ)和中心波長 (λο)根據以下公式而確定：
[0056]
⑴
[0057] 其中，η為表示部分反射界面的介質的折射率。如果對象10為圖8所示的人眼20,則 最前面界面的相關折射率為角膜的折射率η = 1.3771。
[0058]通過其獲得相對于軸向（ζ)的橫向上的深度信息的精度，即，橫向分辨率Ax基本 上由以下公式喪確奮.
[0059]
(2)
[0060] 其中，NA為聚焦透鏡系統的數值孔徑，f為透鏡系統將樣本臂的輻射聚焦在對象10 上的焦距。
[0061] 輻射的足夠密集部分從其反射/散射回對象10中的軸向范圍，為將輻射聚焦在對 象10上的透鏡系統的焦深(DOF)的數量級，且根據以下公式由透鏡系統的焦距f或數值孔徑 NA來確定：
[0062] DOF^l/NA2^f2 (3)
[0063] 針對第二部分體積大體上沿對象的全長延伸且第一部分體積接近或位于對象10 的前側16并從該前側延伸出例如總軸長的十分之一的軸向延伸對象，對公式（1)、（2)和(3) 進行賦值時，很明顯，被配置為測量第一部分體積內的內部界面的具有足夠精度的OCT設備 無法以與對象10第一部分體積中同樣的分辨率測量沿全長分布的內部界面，即第二部分體 積。特別是，當對象10為人眼20(如圖8所示）時，以一個被配置為測量包括角膜和前部段 (CAS)的眼睛前段的單一的OCT設備，無法獲得A z = Iym到3μπι的高精度/軸向分辨率以及從 角膜到視網膜26的眼睛20的長度。
[0064] 在常規實踐中，利用具有小于ΙΟμπι的相對較高的軸向分辨率的譜域類型的OCT設 備對眼睛20的CAS的眼內結構進行測量，其中，軸向分辨率在約Ιμπι到3μπι的范圍內。針對眼 睛的CAS的不同界面的精確測量，在本發明的范圍內，可以并且非常需要（即使不是必須)采 用軸向分辨率小于Iym的最新技術的SD類型OCT設備。
[0065] 另一方面，例如，通過基于光學低相干反射（optical low coherence reflectometryALCR)原理的設備或利用時域類型的OCT設備對眼睛長度進行常規地測量， 其中，必須在對應于眼睛長度的長度上改變(掃描)參考臂的長度，這是通過在相當的長度 上軸向地掃描反射鏡或通過橫向地移動具有相應基準的棱鏡而實現的，例如，在Haag-Streit公司制造的OLCR類型的設備中執行。
[0066] 如上所述，根據本發明，為了能夠在僅在對象全長的相對較小的部分上延伸的第 一部分體積和例如沿全長延伸或通過例如該對象全長一半以上的軸向距離與第一部分體 積軸向隔開的第二部分體積能夠以足夠高的分辨率進行同步或準同步的測量，提出將分別 被配置為測量對象的第一部分體積和第二部分體積中內部尺寸的第一 OCT設備和第二OCT 設備結合(集成)起來。下面參照圖3、4、6和7對其特定實施例進行描述。
[0067] 在以下描述的實施例中，假設第一部分體積17位于對象10的前側16附近或位于對 象10的前側16處并通過具有大體上延伸貫穿第一部分體積17的焦距范圍DOFl的第一 OCT設 備OCTl來測量，且假設第二部分體積從對象10的前側16延伸至其后側18并通過具有延伸貫 穿該第二部分體積的相應焦深D0F2的第二OCT設備0CT2來測量。
[0068] 在圖3所示的第一實施例中，通過對第二OCT設備0CT2的樣本臂SA2的一部分與第 一 OCT設備OCTl的樣本臂SAl的一部分進行重疊，并使第二OCT設備0CT2的樣本臂SA2和第一 OCT設備OCTl的樣本臂SAl的該部分均通過公共透鏡L12延伸至同一對象10,將第一 OCT設備 OCTl與第二OCT設備0CT2結合起來。第一 OCT設備OCTl的樣本臂SAl被設計為穿過第一透鏡 系統Ll和公共透鏡系統L12,該第一透鏡系統Ll和公共透鏡系統L12共同形成大致對應于第 一部分體積17與公共透鏡系統L12間的距離和大體上延伸貫穿該對象的第一部分體積17的 焦深DOFl的聚焦樣本臂光束部分B1。第二OCT設備0CT2的樣本臂SA2被設計為包括第三透鏡 系統L3、部分反射鏡M和公共透鏡系統L12，由此，第三透鏡系統L3和部分反射鏡M分別被設 置在第一透鏡系統Ll和公共透鏡系統L12之間的第一 OCT設備OCTl第一樣本臂SAl的外部和 內部，以將第二OCT系統0CT2的樣本臂SA2的一部分偏轉至第一 OCT設備OCTl第一樣本臂SAl 的方向。特別地，第二OCT系統0CT2的樣本臂SA2的一部分大體上垂直于第一OCT設備OCTl的 樣本臂SAl，且部分反射鏡M以相對于第一OCT設備OCTl的第一樣本臂SAl的方向成45°的角 度進行設置。
[0069] 部分反射鏡M的設置并不限定于上述設置。部分反射鏡M可以不同于45°的角度Θ來 設置，例如Θ的范圍從20°到70°，且樣本臂SA2的包括第三透鏡系統L3的一部分和第二OCT設 備0CT2的組件(除了樣本臂透鏡SA2)可以相對于樣本臂SAl成2Θ的角度來設置。
[0070] 第三透鏡系統L3與公共透鏡系統L12共同形成第二聚焦部分B2,該第二聚焦部分 B2具有大體上對應于對象10的后半部分與公共透鏡系統L12間距離的焦距f2,且第二聚焦 部分FP2的焦深D0F2大體上延伸貫穿第二部分體積19。
[0071 ] 第一 OCT設備OCT1為譜域OCT設備，例如，為圖1所示的SD-OCT100的結構，由此，圖1 中SD-0CT100的第一樣本臂透鏡系統110和第二樣本臂透鏡系統114分別對應圖3所示的結 合系統的第一透鏡系統Ll和公共透鏡系統L12。
[0072] 第二OCT系統0CT2為時域OCT系統，例如，為圖2所示的TD-0CT150的結構，由此，圖2 中TD-0CT150的第一樣本臂透鏡系統162和第二樣本臂透鏡系統164分別對應圖3所示系統 的第三透鏡系統L3和公共透鏡系統L12,且其中，如圖3所示，圖2中設備150的樣本臂SA2通 過在第一樣本臂透鏡系統162和第二樣本臂透鏡系統164之間部分插入部分反射鏡M，將樣 本臂SA2 "折疊"而修改。
[0073] 第一/第二OCT設備0CT1/0CT2具有第一/第二光源(未示出），該第一/第二光源產 生第一/第二輻射，該第一/第二輻射包括具有在由第一/第二工作波長λ1/λ2和第一帶寬Δ λ?/ △ λ2所限定的第一/第二波長范圍內的波長的相應光譜。
[0074]當第一 OCT設備OCTl用于測量圖8所示的人眼20的CAS22、24時，適當的第一工作波 長為λ?~1.300nm，但λ?可為約700nm到約950nm范圍內的波長，例如，如圖5示例所示，λ?為 約850nm(見下文）。第一帶寬Δ λ?可在從約IOOnm到約200nm的范圍內，例如約100nm。第一 OCT設備OCTl可為譜域OCT設備(例如，上述提及的由TOMEY公司制造的OCT設備），其中，光源 包括具有中心輸出波長為λ?~1310nm且輸出功率小于或等于5mW的掃描源激光器。圖3所示 結構中的部分反射鏡M可以常規方法中的二向色鏡來實施。
[0075] 當第二OCT設備0CT2用于測量圖8所示的人眼20的全長時，適當的第二波長λ2在從 約800nm到約1000 nm的范圍內。以往，前部OCT設備使用約1300nm的波長，但由于工作在小于 約950nm的范圍內的適當的光檢測器(例如使用Si-CMOS技術的光檢測器)經改進的可用性 (，該波長正向更短波長轉變。包括由第二光譜帶寬△ λ2所限定的范圍的第二波長λ2應不同 于第一波長λ?且優選地在由包括第一波長λ?的第一光譜帶寬Δλ?所限定的范圍之外，例 如，以降低第一光譜帶和第二光譜帶之間的相互串擾，特別是簡化二向色分束器針對分離 第一光譜帶與第二光譜帶的光譜設計(盡管這不是必須的）。
[0076] 第一光譜帶與第二光譜帶的光譜設置的優選示例如圖5所示。在圖5的示例中，第 一工作波長λ?約為850nm且第一帶寬Δ λ?為l〇〇nm，這樣第一光譜帶覆蓋從約750nm到約 950nm的范圍，與基于Si-CMOS技術的檢測器和Si-C⑶檢測器的光譜靈敏度特性一致;第二 工作波長λ2約為700nm且第二帶寬Δ λ2較之第一帶寬Δ λ?非常小，特別地小于20nm。在這種 情況下，例如在Haag-Streit公司制造的設備中，第二OCT設備0CT2可由基于光學低相干反 射(OLCR)原理的設備來代替。
[0077]第二OCT系統0CT2的樣本臂SA2中的第三透鏡系統L3和公共透鏡系統L12的結合具 有相對較長的焦距f2,以允許測量延伸貫穿對象10總軸長的第二部分體積19,并且還具有 適當地被設計為相對較長以延伸貫穿第二部分體積19的焦深D0F2。相反，第一 OCT設備OCTl 的第一樣本臂SAl中的第一透鏡系統Ll和公共透鏡系統L12的結合具有相對較短的焦距Π 和相對較短的焦深DOFl，該焦距Π 和焦深DOFl分別位于并僅延伸貫穿位于對象10前表面16 或在該對象10前表面16附近的第一部分體積17。
[0078]圖4示出第二實施例的集成系統0CT12'，其中，如圖4所示，通過空間上至少部分地 將第二OCT設備的樣本臂SA2與第一 OCT設備的樣本臂SAl重疊，并通過將第一 OCT設備與第 二OCT設備集成在結合系統0CT12中，來實現第一OCT設備和第二OCT設備的結合。
[0079] 在結合系統0CT12'中，第一OCT設備和第二OCT設備的檢測臂在集成的檢測臂（未 示出）中共用，第一OCT設備和第二OCT設備的參考臂如分別在圖6和圖7中示出的第三和第 四實施例中所實施的集成在一集成的參考臂(未示出）中，且第一 OCT設備和第二OCT設備的 光源集成在結合系統0CT12的公共光源LS12中。
[0080] 如圖4所示第二實施例的系統0CT12'包括分別將第一 OCT設備和第二OCT設備的樣 本臂SAl和SA2集成到公共樣本臂，其中，第一OCT設備的第一樣本臂SAl的光束Bl和第二OCT 設備的第二樣本臂SA2的光束B2很大程度地空間上彼此重疊。
[0081] 如圖4所示，通過引導輻射通過公共光纖S0F12,使以第一波長范圍內的波長發出 的與第一 OCT設備相關的輻射(如圖5所示)和以第二波長范圍內的波長發出的與第二OCT設 備相關的輻射在集成的樣本臂SA12中被引導，從公共光纖S0F12的遠端起，該輻射以發散的 公共光束B12出現，該公共光束B12由第一透鏡Ll聚集并以基本為平行光的公共光束B12'傳 輸至公共透鏡系統，該公共透鏡系統具體體現為雙焦點公共透鏡系統BFL12,且具備代表第 一波長范圍的輻射的第一聚焦部分FPl和代表第二波長范圍的輻射的第二聚焦部分FP2。如 圖4所示，第一聚焦部分FPl提供第一焦距Π 和延伸貫穿第一部分體積17的第一焦深DOFl， 且第二聚焦部分FP2提供第二焦距f2和沿對象10的第二部分體積19延伸的第二焦深D0F2。 [0082] 公共透鏡系統BFL12這樣設計：第一聚焦部分FPl和第二聚焦部分FP2可被設置為 例如以兩個半平面的形式彼此緊靠。或者，如圖4所示，它們被設置為一個圍繞另一個，由此 第一聚焦部分FPl為中心圓形部分且第二聚焦部分FP2為圍繞中心圓形的第一聚焦部分的 環形部分。
[0083]作為公共透鏡系統體現為雙焦點公共透鏡系統的替代，公共透鏡系統可具體體現 為具有兩個不同焦距(例如，具有類似雙焦點眼內透鏡（IOL)的設計）的雙焦點菲涅耳透鏡 (Fresnel lens)或雙焦點衍射光學元件(DOE)。
[0084]在第一子實施例中，輻射的公共光束B12、B12'輻射包括覆蓋圖5所示的第一波長 范圍和第二波長范圍的連續輻射光譜，且透鏡系統BFL12的第一聚焦部分FPl和第二聚焦部 分FP2分別具有適于在相應的第一和第二波長范圍（如圖5所不，分別由第一/第二工作波長 λ?、λ2和第一/第二帶寬Δ λ?、Δ λ2限定）內提供高透射系數的光譜濾波的透射特性，所述高 透射系數優選地大于90%和優選地接近或約為100%。
[0085]在第二子實施例中，如圖5所示，樣本臂中公共光束Β12、Β12'的光譜成分通過分別 設置分別與雙焦點公共透鏡系統BFL12的第一聚焦部分FPl和第二聚焦部分FP2疊合 (congruent)的第一光譜濾波器和第二光譜濾波器而獲得。
[0086] 在圖4所示實施例的第一子實施例和第二子實施例中，由于穿過雙焦點公共透鏡 系統BFL12,輻射的公共光束B12'分成輻射的第一光束Bl和輻射的第二光束B2,其中，第一 光束Bl穿過第一聚焦部分FPl且包括在第一波長范圍（由圖5的λ?和△ λ?限定）內的波長，并 提供第一焦距Π 和延伸貫穿對象的第一部分體積17的第一焦深D0F1;第二光束Β2穿過第二 聚焦部分FP2且包括在第二波長范圍（由圖5的λ2和△ λ2限定）內的波長，并提供第二焦距f2 和延伸貫穿基本貫穿對象10全長12的第二部分體積19的第二焦深D0F2。在雙焦點公共透鏡 系統BFL12中通過設置第一聚焦部分FPl圍繞第二聚焦部分FP2,第一聚焦部分FPl具有比第 二聚焦部分FP2更大的直徑，且相應地，第一光束Bl具有比第二光束B2更大的數值孔徑。因 此，根據公式(2)，第一部分體積17中的第一光束Bl達到比第二部分體積19中的第二光束B2 更小的橫向分辨率A X。根據公式(3)，第一光束Bl的焦深DOFl小于被配置為測量第二部分 體積19的第二光束B2的焦深D0F2。此外，由于第一光束Bl的第一帶寬Δλ?相對較寬，例如在 約IOOnm到200nm的范圍，且第一工作波長λ?在約700nm到950nm之間的范圍內，例如為 850nm;第二光束B2的帶寬Δλ2相對較窄，例如約小于20nm，根據公式（1)，第一光束Bl的軸 向分辨率cxl/Δ zl遠遠高于第二光束B2的軸向分辨率&1/Δ z2,或者說，Δ zl〈〈 Δ z2。
[0087] 當第一 OCT系統和第二OCT系統均為SD-OCT類型設備時，它們可具有集成的樣本臂 (如圖4、6或7所示），可共用公共光源LS12(如圖6和7所示），且可進一步集成其參考臂（例 如，如圖6和7示出的實施例中所示）。
[0088]當光源LS12為適合于SD-OCT的寬帶光源并具有例如從小于約700nm到大于約 950nm范圍的發射光譜時，這種結構尤其可被配置為測量人眼20的CAS段17和全長19(見圖 8)。這一范圍很適于現代高速的基于硅(SI)的檢測器的光譜靈敏度。第一波長可再光譜上 例如通過光譜濾波元件從共用光源LF12的發射光譜中濾出，該光譜濾波元件被設計為傳輸 具有在約為820nm的中心第一工作波長λ?附近的波長且在IOOnm到200nm范圍內的第一帶寬 Αλ?的輻射。此外，第二波長范圍可例如通過濾波器從共用光源LS12的發射光譜中濾出，該 濾波器被設計為傳輸在約為700nm的中心第二工作波長λ2附近的波長和約5nm到約20nm范 圍內的第二帶寬A λ2。
[0089] 相應的光譜濾波器分離地設置在集成的樣本臂SA12中以與雙焦點公共透鏡系統 BFL12的第一聚焦部分FPl和第二聚焦部分FP2相疊合，或者相應的光譜濾波器可通過例如 相應的適當光譜濾波器涂層，特別是邊緣濾波器涂層，直接應用于雙焦點公共透鏡系統 BFL12的第一聚焦部分FPl和第二聚焦部分FP2中，其中，應用于第一聚焦部分FPl的第一邊 緣濾波器的邊緣被設計為位于圖5所示的第一波長范圍和第二波長范圍之間。
[0090] 圖6示出第三實施例的結合系統0CT12"。結合系統0CT12"具有基本上如圖1所示的 譜域OCT設備的結構，但相對于圖4所示實施例進行了如下修改。
[0091] 首先，包括樣本光纖S0F12的樣本臂SA12、第一長度系統Ll和雙焦點公共透鏡系統 BFLl 2如圖4示出的第二實施例所示地構造。其次，光源LSl 2為適于SD-OCT應用的寬帶光源， 且寬帶輻射光譜的光譜濾波被設置為通過分別對雙焦點公共透鏡系統BFL12的第一聚焦部 分FPl和第二聚焦部分FP2應用第一光譜濾波器和第二光譜濾波器，以濾出第一波長范圍和 第二波長范圍（如圖5所示來限定）。第三，檢測器臂通過使用用于引導來自第一光束Bl和第 二光束Β2的干涉輻射的公共檢測臂光纖D0F12、第一檢測臂光學透鏡系統DL1、公共檢測臂 光柵DG12、第二檢測臂光學透鏡系統DL2和公共檢測臂光譜儀檢測器陣列SDA12而集成，這 些共同形成了與圖1示出的SD-OCT設備100的第一檢測透鏡系統120、光柵122、第二檢測透 鏡系統124和光譜儀檢測器陣列126類似的結構。但公共檢測器臂光柵DG12與公共檢測器臂 光譜儀檢測器陣列SDA12的結合被配置為檢測包括由上述光譜濾波器產生且如圖5所示的 第一波長范圍和第二波長范圍的輻射并在光譜上對該輻射進行分辨。
[0092]第四，參考臂通過至少部分地在空間上使分別對應于第一樣本臂SAl和第二樣本 臂SA2的第一參考臂RAl和第二參考臂RA2進行重疊而集成。第一參考臂RAl包括公共分束器 BS12、第一參考臂透鏡LRl和第一參考臂反射鏡MRl，其中，第一參考臂反射鏡MRl被設置為 靜止且設置在相對于公共分束器BS12-位置（距離）處，從而使得第一參考臂RAl中輻射 RADl的光程長度與第一光束Bl聚焦在第一部分體積17上的輻射的光程長度一致。第二參考 臂RA2包括所述公共分束器BS12、第二參考臂部分反射鏡MRA、第二參考臂透鏡系統LR2和第 二參考臂反射鏡MR2,其中，反射鏡MRA設置在公共分束器BS12和第一參考臂透鏡系統LRl之 間的第一參考臂RAl的光程中，且被配置為部分地反射(偏轉)包括第二波長范圍（由λ2和Δ λ2限定，見圖5)內的波長的輻射RAD2,使其遠離第一參考臂RAl的方向并朝向第二參考臂透 鏡系統LR2和第二參考臂反射鏡MR2。此外，第二參考臂反射鏡MR2被設置為靜止且設置在相 對于公共分束器BS12-距離處，從而使得第二參考臂RA2中輻射RAD2的光程長度與第二樣 本臂SA2的第二光束Β2的聚焦在對象10的第二部分體積19上的輻射的光程長度一致。部分 反射鏡MRA被配置為對于第一光譜范圍內的第一輻射RADl的波長選擇性地透射以及對于第 二波長范圍內的第二輻射RAD2的波長選擇性地反射。
[0093]為了提高信噪比和/或改善從第一部分體積17中的折射率界面返回的第一光束Bl 的干擾信號，設置了額外的第三參考臂反射鏡MR3(見圖6)，該第三參考臂反射鏡MR3被設計 為通過設置約在10 %到50 %范圍內的透射系數對于第二波長范圍內的波長部分地透射，并 對于第一波長范圍內的波長進行反射。反射鏡MR3設置在第二參考臂RA2中一位置處，從而 使得分束器BS12和反射鏡MR3之間的光程與分束器BS12和反射鏡MRl之間的光程一致。
[0094] 在圖6所示的實施例中，第二參考臂透鏡系統LR2可具有與雙焦點公共光學透鏡系 統BFL12的第二聚焦部分FP2相同的焦距。相應地，在對應于樣本臂SA2中第二聚焦部分FP2 的焦深D0F2的相對較長的焦深上，透鏡系統LR2在第二參考臂反射鏡MR2和第三參考臂反射 鏡MR3上成像類似的光束直徑，以便獲得足夠的參考信號。
[0095] 圖7示出第四實施例的結合系統0CT12" '，其在樣本臂SA12、光源LS12和檢測臂的 集成方面與圖6所示的第三實施例的結合系統0CT12"類似，僅在參考臂的結構和集成程度 方面不同。
[0096]在圖7中，集成參考臂RA12包括雙焦點公共參考臂透鏡系統BFLRA或設計為以與雙 焦點透鏡系統BFLRA相同的方式執行的適當的雙焦點衍射光學元件(DOE)，二者均包括第一 參考臂聚焦部分FPRl和圍繞第一參考臂聚焦部分FPRl的第二參考臂聚焦部分FPR2。第一參 考臂部分FPRl具有被配置為傳輸具有在第一波長范圍（由λ?和△ λ?限定，見圖5)內的波長 的輻射并將該輻射聚焦在第一參考臂反射鏡MRl上的焦距，且其中，第二參考臂聚焦部分 FPR2被配置為傳輸包括在第二波長范圍（由λ2和△ λ2限定，見圖5)內的波長的輻射并將該 輻射聚焦在第二參考臂反射鏡MR2上。第一參考臂反射鏡MRl和第二參考臂反射鏡MR2設置 在相對于公共分束器BS12某距離處，從而使得由第一參考臂聚焦部分FPRl產生的第一參考 臂RAl的光程長度與樣本臂SA12中第一光束BI的光程長度一致，且使得由第二參考臂聚焦 部分FPR2產生的第二參考臂RA2的光程長度與樣本臂SA12中第二光束B2的光程長度一致。 因此，雙焦點公共參考臂公共透鏡系統BFLRA可與樣本臂SA12中的雙焦點公共透鏡系統 BFLl 2進行類似地配置。
[0097]在如圖4、6和7所示的第二、第三和第四實施例的集成系統0CT12'、0CT12"和 0CT12"'中，可設置雙焦點菲涅耳透鏡系統，分別來代替樣本臂SA12中的雙焦點公共透鏡系 統BFL12和參考臂中的雙焦點參考臂公共透鏡系統BFLRA。
[0098]此外，色差的失真校正可設置在這些集成系統的參考臂RA12中，以估算對象10的 第一部分體積17和第二部分體積19中的第一光束Bl和第二光束B2的色差并提高集成系統 的信噪比。
[0099] 附圖標記和數字的列表：
[0100] SD-OCT 譜域類型的光學相干斷層成像術
[0101] TD-OCT 時域類型的光學相干斷層成像術
[0102] 10 對象樣本
[0103] 12 長度
[0104] 14,14,，14" 內部界面
[0105] 16 前側
[0106] 17 第一部分體積
[0107] 18 后側
[0108] 19 第二部分體積
[0109] 20 眼睛
[0110] 22 角膜段
[0111] 24 前部段
[0112] 26 視網膜
[0113] 100 譜域 OCT 設備(SD-OCT)
[0114] 102 光源（寬帶）
[0115] 104 光源光纖
[0116] 106 光纖耦合器
[0117] 108 雙向光纖
[0118] 110 第一樣本臂透鏡系統
[0119] 112 分束器
[0120] 114 第二樣本臂透鏡系統
[0121] 116 參考臂透鏡系統
[0122] 117 參考臂反射鏡
[0123] 118 檢測臂光纖
[0124] 120 第一檢測透鏡系統
[0125] 122 光柵
[0126] 124 第二檢測透鏡系統
[0127] 126 光譜儀檢測器陣列
[0128] 128-1，….128-i, ·…128-n 檢測器單元
[0129] 130 光譜分辨的干涉圖樣
[0130] 132 快速傅里葉變換計算單元
[0131] 134 折射率界面的深度分布
[0132] 150 時域 OCT 設備(TD-OCT)
[0133] 152 光源(低相干）
[0134] 154 第一光源光纖
[0135] 155 循環器(可選的）
[0136] 156 第二光源光纖
[0137] 158 光纖親合器
[0138] 160 (雙向使用的)樣本臂光纖
[0139] 162 第一樣本臂透鏡系統
[0140] 164 第二樣本臂透鏡系統
[0141] 166 參考臂光纖
[0142] 168 參考臂透鏡系統
[0143] 170 參考臂反射鏡
[0144] 172 (高速)延時掃描器
[0145] 174 第一檢測光纖
[0146] 176 第二檢測光纖
[0147] 178 檢測器
[0148] 180 帶通濾波器
[0149] 182 解調器
[0150] 184 計算機
[0151] OCTl 第一 OCT 設備
[0152] LSl 第一光源
[0153] RAl 第一參考臂
[0154] LRl 第一參考臂長度系統
[0155] RADl 第一參考臂方向
[0156] SAl 第一樣本臂
[0157] Bl 第一光束
[0158] Π 第一焦距透鏡
[0159] λ? 第一工作波長
[0160] Δλ? 第一帶寬
[0161] Ll 第一透鏡系統
[0162] MRl 第一反射鏡
[0163] 0CT2 第二 OCT 設備
[0164] LS2 第二光源
[0165] RA2 第二參考臂
[0166] LR2 第二參考臂長度系統
[0167] RAD2 第二參考臂方向
[0168] SA2 第二樣本臂
[0169] B2 第二光束
[0170] f2 第二焦距透鏡
[0171] λ2 第二工作波長
[0172] Δλ2 第二帶寬
[0173] L2 第二透鏡系統
[0174] L3 第三透鏡系統
[0175] MR2 第二反射鏡
[0176] MR3 第三反射鏡
[0177] 0CT12 …0CT12'" 集成系統
[0178] LSl 2 公共光源
[0179] L12 公共透鏡系統
[0180] BFLl 2 雙焦點公共透鏡系統
[0181] FPl 第一聚焦部分
[0182] FP2 第二聚焦部分
[0183] MRA 第二參考臂部分反射鏡
[0184] BFLRA 雙焦點參考臂公共透鏡系統
[0185] FPRl BFLRA的第一聚焦部分
[0186] FPR2 BFLRA的第二聚焦部分
[0187] OFl OCTl 的第一光纖
[0188] 〇F2 0CT2 的第二光纖
[0189] OFl2 OCTl2,-OCTl2'"的公共(樣本臂)光纖
[0190] SAl2 OCTl2,-OCTl2'"的公共樣本臂
[0191] Β12，Β12' 樣本臂輻射的公共光束
[0192] SOF12 樣本臂光纖
[0193] DOFl 第一焦深
[0194] D0F2 第二焦深
[0195] DOF12 檢測臂的光纖
[0196] DLl 第一檢測臂光學透鏡系統
[0197] DL2 第二檢測臂光學透鏡系統
[0198] DGl 2 公共檢測臂光柵
[0199] SDAl 2 公共光譜儀檢測器陣列
[0200] FFTl 2 快速傅里葉變換單元
[0201] COMP12 計算機
[0202] BS12 公共分束器
【主權項】
1. 一種用于光學地測量樣本對象（10)的內部尺寸的系統(OCTl2-0CT12" '），所述樣本 對象是人的眼睛（20)，所述對象（10)包括內部界面（14、14'、14"），在該內部界面（14、14'、 14"）處折射率發生變化，以使得入射光的一部分被反射回和/或散射回并能夠通過光學相 干斷層成像術(OCT)被檢測，所述系統包括： -至少一個第一OCT設備(OCTl)，被適配為測量所述對象（10)的第一部分體積（17)中的 內部尺寸，以及 -至少一個第二OCT設備(0CT2)，被配置為測量同一所述對象（10)的第二部分體積（19) 中的內部尺寸，其中， -所述第二部分體積(19)至少部分地不同于所述第一部分體積(17)， 其中所述第一OCT設備(OCTl)被適配為發出第一輻射的第一光束(BI)，所述第一輻射 具有在由第一工作波長(λ?)和第一帶寬（Δλ?)限定的第一波長范圍內的波長，進而限定第 一軸向分辨率； 其中所述第二OCT設備(0CT2)被適配為發出第二輻射的第二光束(Β2)，所述第二輻射 具有在由第二工作波長(λ2)和第二帶寬（Δλ2)限定的第二波長范圍內的波長，進而限定第 二軸向分辨率； 其中以下項適用： -所述第一工作波長大于所述第二工作波長，以及 其特征在于： 所述第一帶寬比所述第二帶寬大得多，以及 所述第一軸向分辨率高于所述第二軸向分辨率。2. 根據權利要求1所述的系統(OCT12 )，其中： 所述第一OCT設備(0CT1)包括第一參考臂(RAl)和第一樣本臂(SAl)， 所述第二OCT設備(0CT2)包括第二參考臂(RA2)和第二樣本臂(SA2)，以及 所述第一樣本臂(SAl)和所述第二樣本臂(SA2)在空間上重疊。3. 根據前述權利要求中任一項所述的系統(0CT12-0CT12"'），其中，所述第一OCT設備 (OCTl)被適配為測量所述眼睛（20)的角膜(22)和前部（24)段，和/或，所述第二OCT設備 (0CT2)被適配為測量例如沿深度方向測量的長度、和/或測量所述眼睛(20)的視網膜(26)。4. 根據前述權利要求中任一項所述的系統(OCT12、OCT12 '），其特征在于，所述第一 OCT 設備(OCTl)被適配為發出以預設的第一焦距(Π )聚焦的第一光束(BI)，且所述第二OCT設 備(0CT2)被適配為發出以預設的第二焦距(f2)聚焦的第二光束(B2)，其中，所述第一焦距 (Π )短于所述第二焦距(f2)。5. 根據前述權利要求中任一項所述的系統(0CT12-0CT12"'），其中，所述第一OCT設備 (OCTl)被適配為發出聚焦福射的第一光束(BI)，所述聚焦福射的第一光束(BI)具有在包含 第一工作波長(λ?)的第一波長范圍內的波長和第一數值孔徑(NAl)，進而限定第一橫向分 辨率（Δ xl);以及 所述第二OCT設備(0CT2)被適配為發出聚焦輻射的第二光束(Β2)，所述聚焦輻射的第 二光束（Β2)具有在包含第二工作波長（λ2)的第二波長范圍內的波長和第二數值孔徑 (ΝΑ2)，進而限定第二橫向分辨率（△ χ2)，以及 所述第一橫向分辨率（A xl)不同于所述第二橫向分辨率（△ χ2)，優選地小于所述第二 橫向分辨率（A x2)。6. 根據權利要求1至5中任一項所述的系統(OCT12)，其中，所述第一OCT設備(OCTI)為 譜域OCT設備(SD-OCT)且所述第二OCT設備(0CT2)為時域OCT設備(TD-OCT)。7. 根據權利要求1至5中任一項所述的系統(OCT12-0CT12" '），其中，所述第一OCT設備 (OCTl)和所述第二OCT設備(0CT2)中的每一個均為譜域OCT設備(SD-OCT)。8. 根據權利要求1至7中任一項所述的系統(OCT12-0CT12" '），其中，所述第一OCT設備 (OCTl)具有包括第一透鏡系統(LI)和公共透鏡系統(L12)的第一樣本臂（SAl)，其中，所述 第一透鏡系統(LI)和所述公共透鏡系統(L12)設置在第一光軸上并共同形成所述第一樣本 臂(SAl)中的第一光束(BI)的第一聚焦部分，所述第一聚焦部分具有第一焦距(fl); 所述第二OCT設備(0CT2)具有包括第三透鏡系統(L3)、所述公共透鏡系統(LI 2)和光譜 部分反射鏡(M)的第二樣本臂（SA2)，所述光譜部分反射鏡(M)設置在所述第一透鏡系統 (LI)和所述公共透鏡系統(L12)之間，以將沿第二光軸的方向穿過所述第三透鏡系統(L3) 的第二光束(B2)重新引導至所述第一光軸的方向并穿過所述公共透鏡系統(L12)，其中，所 述第三透鏡系統(L3)和所述公共透鏡系統(L12)共同形成所述第二樣本臂（SA2)中的第二 光束的第二聚焦部分，所述第二聚焦部分具有第二焦距(f2);以及 所述第一焦距(Π )不同于所述第二焦距(f2)，優選地小于所述第二焦距(f2)。9. 根據權利要求8所述的系統(0CT12)，其中，所述第一OCT設備(0CT1)包括具有第一工 作波長(λ?)和第一帶寬（Δλ?)的第一光源(LSI)，且所述第二OCT設備(0CT2)包括具有第二 工作波長(λ2)和第二帶寬（△ λ2)的第二光源(LS2);以及 所述第一帶寬（Δ λ?)在IOOnm到200ηη的范圍內，且所述第二帶寬（Δ λ2)小于20ηη。10. 根據權利要求1至7中任一項所述的系統(0CT12'、0CT12"），其中，所述第一OCT設備 (OCTl)具有第一樣本臂（SAl)且所述第二OCT設備(0CT2)具有空間上至少部分地重疊在所 述第一樣本臂(SAl)上的第二樣本臂(SA2)，所述第一樣本臂(SAl)和所述第二樣本臂(SA2) 穿過雙焦點公共光學透鏡系統(BFLl 2 )，所述雙焦點公共光學透鏡系統(BFLl 2)包括具有第 一焦距(Π )并作用在所述第一樣本臂(SAl)中的第一聚焦部分(FPl)和具有第二焦距(f2) 并作用在所述第二樣本臂(SA2)中的第二聚焦部分(FP2);以及 所述第一焦距(Π )不同于所述第二焦距(f2)，優選地小于所述第二焦距(f2)。11. 根據權利要求1或10中任一項所述的系統(0CT12-0CT12"'），其中，所述第一OCT設 備(OCTl)和所述第二OCT設備(0CT2)包括公共光源(LSl2)。12. 根據權利要求10或11所述的系統(OCT12"），其中，所述第一OCT設備(OCT1)包括第 一參考臂(RAl)且所述第二OCT設備(0CT2)包括空間上至少部分地重疊在所述第一參考臂 (RAl)上的第二參考臂(RA2); 所述第一參考臂(RAl)具有大體上與所述第一樣本臂（SAl)的光程長度一致的光程長 度，并包括第一反射鏡(MR1)和第一參考臂長度系統(LR1 )，所述第一參考臂長度系統(LRl) 形成沿第一參考路徑方向（RADl)延伸并聚焦在所述第一反射鏡(MRl)上的第一參考臂部 分；以及 所述第二參考臂(RA2)具有大體上與所述第二樣本臂（SA2)的光程長度一致的光程長 度，并包括第二反射鏡(MR2)、設置在所述第一參考臂透鏡系統(LRl)前面的所述第一參考 臂(RAl)中的第二參考臂部分反射鏡(MRA)和設置在所述第一參考臂(RAl)外且大體上位于 所述第二參考臂部分反射鏡(MRA)與第二參考臂透鏡系統(LR2)之間的第二參考臂透鏡系 統(LR2)，其中，所述部分反射鏡(MRA)將具有與所述第二參考臂(RA2)相關的第二波長范圍 內的波長并穿過所述第一參考臂透鏡系統(LRl)的光束重新引導至第二參考臂方向（RAD2) 并通過所述第二參考臂透鏡系統(LR2)，且其中，所述第一參考臂透鏡系統(LRl)和所述第 二參考臂透鏡系統(LR2)共同形成聚焦在所述第二反射鏡(MR2)上的第二參考臂部分。13. 根據權利要求1O或11所述的系統(OCT12" '），其中，所述第一OCT設備(OCT1)包括穿 過雙焦點參考臂公共透鏡系統(BFLRA)的第一聚焦部分(FPRl)的第一參考臂(RAl)，且所述 第二OCT設備(0CT2)包括空間上至少部分地重疊在所述第一參考臂(RAl)上并穿過所述雙 焦點參考臂公共透鏡系統(BFLRA)的第二聚焦部分(FPR2)的第二參考臂(RA2)， 所述第一參考臂(RAl)進一步包括:第一反射鏡(MRl)，被適配為對具有在由第一工作 波長(λ?)和第一帶寬（Δλ?)限定的第一波長范圍內的波長的光進行反射； 所述第二參考臂(RA2)進一步包括:第二反射鏡(MR2)，被配置為在光譜上對具有在由 第二工作波長(λ2)和第二帶寬（Δλ2)限定的第二波長范圍內的波長的光進行反射； 所述第一聚焦部分(FPRl)的焦距被確定為使得所述第一參考臂(RAl)的光程長度大體 上與所述第一樣本臂(SAl)的光程長度一致;以及 所述第二聚焦部分(FPR2)的焦距被確定為使得所述第二參考臂(RA2)的光程長度大體 上與所述第二樣本臂(SA2)的光程長度一致， 其中，優選地所述第一聚焦部分(FPRl)為圓形中心部分，且所述第二聚焦部分(FPR2) 為圍繞所述雙焦點參考臂公共透鏡系統(BFLRA)的所述第一聚焦部分(FPRl)的環形部分。14. 一種使用根據權利要求1至13中任一項所述的系統來光學地測量對象（10)的內部 尺寸的方法，所述對象例如是眼睛(20)，所述對象包括內部界面(14、14'、14"），在該內部界 面（14、14'、14"）處折射率發生變化以使得入射光的一部分被反射回或散射回并能夠被檢 測，所述方法包括如下步驟:在單次診斷研究中借助于光學相干斷層成像術(OCT)測量所述 對象（10)的第一部分體積（17)中的尺寸和所述對象（10)的第二部分體積(19)中的尺寸，其 中，所述對象（10)的所述第二部分體積（19)至少部分地不同于所述對象（10)的所述第一部 分體積(17)。
【文檔編號】G01N21/47GK105942967SQ201610320352
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2011年2月15日
【發明人】克勞斯·沃格勒, 克里斯蒂安·維爾納, 克勞迪婭·格舍博特, 克里斯托夫·德尼茨基
【申請人】視樂有限公司