Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde versucht ein Interferometermeßsystem zur Messung der Hornhaut des menschlichen Auges durch verschiedene Adaptationen zu verbessern. Als Grundlage hierzu diente ein modifiziertes Michelson-Interferometer, welches von Dorothea Gruber und Raphael Kronberger entwickelt worden war.

Wird ein Laserstrahl in zwei Teilstrahlen zerlegt, und diese später wieder zusammengeführt, so kommt es zu Interferenzerscheinungen, wenn die beiden Strahlen zueinander eine konstante Phasenbeziehung besitzen. Ein Lichtstrahl hat jedoch nur auf eine begrenzte Länge, die Kohärenzlänge, eine konstante Phase. Daher müssen die beiden Teilstrahlen einen gleich langen Strahlengang aufweisen, der nur um die Kohärenzlänge variieren darf, um ein Interferenzmuster zu erzeugen. Dieses Prinzip wurde im vorliegenden System für die Dickenmessung eingesetzt.

Der Strahl einer Laserdiode mit kurzer Kohärenzlänge – 10,6 µm – wird in zwei Teilstrahlen zerlegt, die am Meßobjekt und an mobilen bzw. stationären Referenzspiegeln reflektiert werden. Durch eine kontinuierliche Bewegung des mobilen Spiegels – 0,4 mm/s – tritt, wenn die Strahlengänge der reflektierten Teilstrahlen gleich lang sind, auf der Länge der Kohärenzlänge ein Interferenzmuster auf, das sich mit einer bestimmten Frequenz – 1013 Hz – verändert. Wird diese Frequenz detektiert und erkannt, so kann daraus die Dicke des Meßobjekts bestimmt werden.

Die wesentliche Neuerung dieser Arbeit besteht in der Einführung einer analogen Signalverarbeitung. Wurde früher das Meßsignal lediglich verstärkt und digitalisiert in einen Rechner eingelesen, so mußte es vollständig digital bearbeitet und ausgewertet werden. Dazu diente eine zeitaufwendige Fourieranalyse. Im neuen System wird das Meßsignal durch ein Demodulationsfilter analog vorbearbeitet. Das heißt, es wird durch einen Bandpaß von Störungen befreit, verstärkt, durch eine Hüllkurvendemodulation in das Basisband verschoben und durch einen Tiefpaß geglättet. Der digitalen Signalverarbeitung bleibt nur noch die Analyse und die Verwaltung des Interferenzsignals.

Durch diese Änderungen sank die Meßdauer für eine Meßstrecke von 1 mm von 3,5 Minuten auf 2,5 Sekunden. Diese Verkürzung und der Einsatz einer optischen Grundplatte verminderte markant die Empfindlichkeit auf Erschütterungen und Vibrationen. Eine Verminderung der Abtastrate um den Faktor 25 brachte bei gleichzeitiger Erhöhung der Auflösung einen stark reduzierten Speicherbedarf.

Versuchsweise Messungen von planparallelen Glas- und Kunststoffplättchen und harten Kontaktlinsen ergaben eine maximale Standardabweichung von 2,6 µm. Beim Einsatz verschiedener Flüssigkeiten als Meßmedium stieg diese trotz ungünstiger Meßparameter auf maximal 6,25 µm.

Probleme entstanden bei der Vermessung von weichen Kontaktlinsen und Hornhäuten. Durch ihren hohen Wassergehalt von über 70 % besteht während der Messung Austrocknungsgefahr. So erscheinen weiche Kontaktlinsen schon nach einem Zeitraum von 30 min außerhalb ihrer Aufbewahrungsflüssigkeit bzw. nicht durch den Tränenfilm des Auges benetzt verformt und werden leicht zerbrechlich. Mißt man die Kontaktlinsen mit dem anhaftenden Flüssigkeitsfilm, so läßt sich am Meßergebnis nur die Grenze Luft - Flüssigkeit beurteilen, nicht aber die exakten Abgrenzungen der Linse. Versucht man, die Linse vor der Messung mit einem Tupfer von der Aufbewahrungsflüssigkeit zu trocknen, dehydriert man sie schon alleine durch diesen Vorgang so sehr, daß sich ihre Form stark verändert und ihre wahre Dicke nicht mehr messen läßt.

Da Hornhäute drei bis vier mal so dick wie weiche Kontaktlinsen sind, trocknen sie langsamer als diese aus. Fehlt jedoch der Flüssigkeitsfilm bzw. die Formgebung durch den Augeninnendruck des Kammerwassers, so entstehen an der Oberfläche der Hornhaut und speziell am Endothel kleine Fältchen. Diese schwächen und verzerren den reflektierten Strahl an Vorder- und Rückseite der Hornhaut verschieden stark, und verhindern ein Zustandekommen der Interferenz.

Um die wahre Dicke von weichen Kontaktlinsen und Hornhäuten zu bestimmen, ein Austrocknen, bzw. in Falten legen zu verhindern, sollten diese in einem flüssigen Medium vermessen werden. Durch den ähnlichen Brechungsindex den diese beiden Meßobjekte und die getesteten Flüssigkeiten besitzen, ist der Reflex am Übergang Kontaktlinse - Flüssigkeit bzw. Hornhaut - Flüssigkeit zu schwach um justiert bzw. gemessen zu werden. Verschiedene Meßanordnungen brachten keine weiteren nennenswerten Verbesserungen.

Durch den Einsatz eines schnelleren Schrittmotors kann die Meßdauer noch weiter verkürzt werden. Der Photomultiplier kann in Zukunft durch eine Avalanche-Photodiode ersetzt werden. Weiters sind Versuche zu unternehmen, die Meßergebnisse mit Hilfe eines Infrarotlasers in Verbindung mit einer Infrarotkamara bzw. mit einer Superlumineszenzdiode zu verbessern. Der wichtigste Schritt, das Interferometer in der Dickenmessung für Hornhäute einsetzbar zu machen, ist es jedoch, eine Präparationsart zu finden, bei der eine Hornhaut nicht austrocknet oder sich verformt und für eine folgende Transplantation verwendbar bleibt.