DE102006048849B4

DE102006048849B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen

Info

Publication number: DE102006048849B4
Application number: DE102006048849.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bublitz Daniel; Michel Stutz; Dr.rer.nat. Kühner Martin
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: WO2008046464A1; DE102006048849A1

Abstract

Verfahren zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, bei dema) ein Strahlenbündel (20), das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum aufweist, in ein Meß- und ein Referenzbündel (28, 29) aufgeteilt wird, wobei das Strahlenbündel n+1 verschiedene Wellenlängen aufweist,b) das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial geführt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel (29) zur Erzeugung von Interferenzstrahlung (36) überlagert wird,c) die Intensität der Interferenzstrahlung (36) gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen gemessen wird,d) n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so gebildet werden, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare,e) aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt wird,f) für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt,g) eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, insbesondere zur Messung der Glukosekonzentration im Kammerwasser des Auges.
Eine solche nicht invasive Messung des Glukosegehaltes wird aufgrund der nicht invasiven Durchführung bevorzugt. So treten bei der herkömmlichen Standard-Blutzucker-Messung auf Basis der Glukose-Oxidation immer wieder Schwierigkeiten auf, da dieses Verfahren eine Blutentnahme aus dem Körper erfordert und somit ein invasives Verfahren ist.
Bisher bekannte nicht invasive Verfahren weisen jedoch häufig den Nachteil auf, daß Sie einen komplexen optischen Aufbau benötigen, häufig sind lange Meßzeiten notwendig und ist die Auswertung der Meßergebnisse mathematisch äußerst aufwendig und komplex.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Messung der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen bereitzustellen, mit dem in einfacher Art, schnell und genau die Konzentration gemessen werden kann. Ferner soll noch eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit der das Verfahren zum Messen der Konzentration ausgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, bei dem

a) ein Strahlenbündel, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum aufweist, in ein Meß- und ein Referenzbündel aufgeteilt wird, wobei das Strahlenbündel n+1 verschiedene Wellenlängen aufweist,
b) das Meßbündel durch das Probenmaterial geführt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert wird,
c) die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen gemessen wird,
d) n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so gebildet werden, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare,
e) aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt wird,
f) für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt,
g) eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt wird.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Konzentration des zumindest einen Stoffes analytisch zu berechnen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist keine Fourier-Transformation durchzuführen. Des weiteren ist eine äußerst kurze Meßdauer ausreichend. Insgesamt kann die Berechnungszeit beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um mehrere Größenordnungen (beispielsweise um den Faktor 1.000) kürzer sein.
Wesentlich ist, daß die Messung der Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig für alle Wellenlängen durchgeführt wird. Damit kann eine äußerst hohe Genauigkeit erreicht werden, da zeitlich sich ändernde Parameter, die zu einer Änderung der Phase führen würden, nicht gemessen werden.
Durch die Bestimmung der Wellenlängendifferenz wird der Vorteil erreicht, daß solche Parameter des Probenmaterials und/oder der Meßanordnung für das Meß- und das Referenzbündel, die zwar die Phase verändern, aber nicht von der Wellenlänge abhängen, nicht bekannt sein müssen, da sich diese Parameter bei der Differenzbildung gegenseitig aufheben.
Bei dem Probenmaterial kann es sich insbesondere um transparentes oder teiltransparentes Gewebe oder wäßrige Lösungen, wie z. B. das Kammerwasser des menschlichen Auges, handeln.
Wenn die Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser gemessen wird, wird das Meßbündel bevorzugt an der Grenzfläche zwischen dem Kammerwasser und der Vorderseite der Augenlinse reflektiert. Insbesondere kann das Meßbündel auf diese Grenzfläche fokussiert werden. Ferner ist es bevorzugt, die an dieser Grenzfläche reflektierte Strahlung konfokal zu detektieren.
Ferner kann noch eine Messung mit einem an einer weiteren Grenzfläche zwischen der Rückseite der Cornea des Auges und dem Kammerwasser durchgeführt werden, um den Einfluß der Cornea (also den Einfluß auf die Phasenverschiebung bei Messung des reflektierten Meßbündels an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser und Augenlinse) auf die Messung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser zu berücksichtigen.
Natürlich ist es auch möglich, die Konzentration eines Stoffes in der Cornea zu messen. Dazu wird bevorzugt das an der weiteren Grenzfläche reflektierte Meßbündel (das insbesondere auf die weitere Grenzfläche fokussiert sein kann) verwendet.
Das Meßbündel kann in sich zurück reflektiert werden, so daß es zweimal durch das Probenmaterial geführt wird. Insbesondere kann eine an das Probenmaterial anschließende Grenzfläche als Spiegel dienen. Wenn es sich beim Probenmaterial um das Kammerwasser eines Auges handelt, kann die Grenzfläche die angrenzende Seite der Augenlinse sein.
Bei dem Verfahren können im Schritt a die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel gemessen werden (bevorzugt gleichzeitig mit der Messung der Intensität der Interferenzstrahlung) und in den Schritten d und e können die gemessenen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel verwendet werden.
Durch die Messung der Intensitäten und Wellenlängen der n+1 Wellenlängen ist es möglich, kostengünstige Laserdioden einzusetzen. Solche Laserdioden weisen zwar eine gewisse zeitliche Schwankung hinsichtlich Intensität und Wellenlänge der abgestrahlten Laserstrahlung auf. Da jedoch die aktuell vorliegenden Wellenlängen und Intensitäten im Strahlenbündel gemessen werden, sind diese Werte ausreichend genau bekannt, um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Messung der Konzentration des zumindest einen Stoffes durchzuführen.
Insbesondere kann im Schritt d eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge ausgewählt werden, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist. Damit werden alle Wellenlängendifferenzen auf dieselbe Referenzwellenlänge bezogen, was die Berechnung der Konzentrationen vereinfacht.
Das Meßbündel und das Referenzbündel können in zwei Arme einer Intereferometeranordnung nach Michelson eingekoppelt werden, wobei in dem Arm, in den das Meßbündel eingekoppelt wird, das Probenmaterial angeordnet wird. Damit läßt sich leicht die erforderliche Interferenzstrahlung erzeugen.
Das Meßbündel wird insbesondere konfokal detektiert. Dadurch werden unerwünschte Interferenzstrahlungen wirksam unterdrückt, was zu einer höheren Meßgenauigkeit führt.
Die relativen Dispersionen werden bevorzugt jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitgestellt. Insbesondere kann die eine der n+1 Wellenlängen die Referenzwellenlänge sein, wodurch sich die Berechnung der Konzentration des zumindest einen Stoffes weiter vereinfacht.
Das Probenmaterial kann ein Hauptmedium aufweisen und zum Bereitstellen der relativen Dispersion kann jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedene Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen werden. Für diese Messung kann insbesondere eine Interferometer-Anordnung nach Michelson eingesetzt werden.
Vor dem Schritt g kann die Länge der Strecke ermittelt werden, die das Meßbündel durch das Probenmaterial läuft. Die Länge wird dann im Schritt g berücksichtigt.
Die Ermittlung der Streckenlänge kann beispielsweise mit einem externen Gerät durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die Zuckerkonzentration im Kammerwasser des Auges einer Person bestimmt werden soll, können entsprechend bekannte Geräte zur Messung der Länge der Vorderkammer eingesetzt werden. Der gemessene Wert wird dann bevorzugt in einer Auswerteeinheit einer Vorrichtung gespeichert, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
Ferner ist es möglich, eines der n Paare von Wellenlängen aus dem Schritt d auszuwählen. Dies wird dann mit einer bekannten Wasserdispersionsfunktion verglichen, die die Phasenverschiebung beim Durchlaufen einer Wasserstrecke vorbestimmter Länge als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Wasserstrecke beschreibt. Daraus kann dann auf die tatsächlich durchlaufene Länge in der Vorderkammer geschlossen werden.
Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise das Meßbündel fokussiert werden, wobei der Meßfokus von der Cornearückseite zur Linsenvorderseite verschoben wird und dieses Verschieben direkt gemessen werden kann.
Es können natürlich mehr als n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel enthalten und auch wellenlängenselektiv detektiert werden. Bei der Verwendung von p Wellenlängen, wobei p > n+1 ist, kommt man in der Regel zu einem überbestimmten Gleichungssystem, das man dadurch lösen kann, daß man die Summe der Fehlerabweichungen minimiert.
Wenn p Wellenlängen verwendet werden, werden im Schritt d auch p Paare von Wellenlängen gebildet und wird im Schritt e für jedes der p Paare jeweils ein Differenzwert ermittelt. Im Schritt f werden natürlich immer noch n Dispersionen bereitgestellt, die im Schritt g für die lineare Superposition eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren kann das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweisen, für das im Schritt f eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des Hauptmediums auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der vom Meßbündel zu durchlaufenden Strecke beschreibt, und bei dem im Schritt g zusätzlich zu den n relativen Dispersionen der n Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter noch die relative Dispersion des Hauptmediums mit der zu durchlaufenden Strecke als Parameter zur Ermittlung der Konzentration des zumindest einen Stoffes berücksichtigt wird.
Insbesondere können beispielsweise bei der Messung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges n+2 Wellenlängen im Strahlenbündel verwendet werden, wobei die zusätzliche (n+2.-te) Wellenlänge genutzt wird, um die Länge der Vorderkammer zu bestimmen.
Die einzelnen Wellenlängen des Strahlenbündels weisen insbesondere eine solche Bandbreite auf, daß ihre Kohärenzlänge größer ist als 0,1 mm. Wenn ihre Kohärenzlänge darüber hinaus auch noch kleiner als 5 mm ist, also im Bereich von 0,1 bis 5 mm liegt, kann bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges noch der zusätzliche Vorteil erreicht werden, daß bei Fokussierung des Meßbündels auf die Linsenvorderseite unerwünschte Reflexe an der Cornea zu keinem (oder zu einem sehr geringen) Beitrag zur Interferenzstrahlung aufgrund der angegebenen Kohärenzlänge führen.
Ferner kann das Referenzbündel im Schritt b durch einen Dispersionsreferenzeinheit geführt werden, der zumindest einen Teil der Dispersion des Probenmaterials kompensiert. Darunter wird hier verstanden, daß die Dispersionsreferenzeinheit dem Referenzbündel eine ähnliche Phasenverschiebung einprägt wie die Phasenverschiebung, die das Probenmaterial dem Meßbündel einprägt. Die Dispersion der Dispersionsreferenzeinheit ist natürlich bekannt und wird bei der Konzentrationsermittlung berücksichtigt.
Die Dispersionsreferenzeinheit ist insbesondere von Vorteil, wenn das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist (bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser eines Auges einer Person ist das Hauptmedium das Wasser im Kammerwasser), das eine relativ große Phasenänderung dem Meßbündel einprägt. In diesem Fall kann diese Phasenänderung, die relativ groß ist im Vergleich zur Phasenänderung, die durch die einzelnen Stoffe im Kammerwasser bedingt wird, zu großen Teilen durch die Dispersionsreferenzeinheit kompensiert werden.
Die Dispersionsreferenzeinheit kann einen Dispersionsreferenzkörper aufweisen, der als transparenter Festkörper oder Flüssigkeit bekannter Dispersion (z.B. bei bekannter Dicke und Temperatur) ausgebildet sein kann. Bei einem Interferenzaufbau nach Michelson für den Schritt b) kann der Strahlteiler als Dispersionsreferenzkörper ausgebildet sein.
Die Dispersionsreferenzeinheit kann ferner so ausgebildet sein, daß das Referenzbündel wellenlängenabhängig in verschiedene Referenzteilbündel aufgeteilt wird, deren Dispersion jeweils wellenlängenabhängig kompensiert wird und die dann zu einem dispersionskompensierten Referenzbündel überlagert werden, das mit dem Meßbündel im Schritt b) überlagert wird. Dies kann beispielsweise in einem Aufbau nach Michelson dazu genutzt werden, daß unterschiedliche Referenzarme mit unterschiedlichen Längen vorgesehen werden, so daß eine ausgezeichnete Dispersionskompensation durchgeführt werden kann.
Bei dem Verfahren kann das Meßbündel in sich zurückreflektiert werden und dabei das Probenmaterial zweimal zu durchlaufen. Dies wird insbesondere bei einem Aufbau nach Michelson leicht erreicht.
Insbesondere wird dabei das Meßbündel in die Ebene fokussiert, in der es reflektiert wird. Bei der Bestimmung der Konzentration eines Stoffes im Kammerwasser des Auges ist dies beispielsweise die Grenzfläche zwischen dem Kammerwasser und der Vorderseite der Augenlinse. Die Fokusposition kann dadurch festgelegt werden, daß die Fokuslänge verändert wird. Andererseits kann der Abstand zwischen dem zu untersuchenden Probenmaterial und der Ebene, in der das Meßbündel fokussiert wird, verändert werden.
Ferner kann die Interferenzstrahlung im wesentlichen entgegengesetzt zum Strahlenbündel verlaufen. In diesem Fall kann das Verfahren mit einer äußerst kompakten Meßvorrichtung verwirklicht werden.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, mit
einem Interferometermodul, das einen Meß- und einen Referenzarm aufweist, wobei das Probenmaterial im Meßarm angeordnet ist,
einem dem Interferometermodul nachgeordneten Detektionsmodul,
einem Strahlerzeugungsmodul, das ein Strahleribündel erzeugt, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum mit n+1 verschiedenen Wellenlängen aufweist und das vom Interferometermodul in ein Meßbündel für den Meßarm und ein Referenzbündel für den Referenzarm aufgeteilt wird, wobei das Interferometermodul das Meßbündel durch das Probenmaterial führt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel aus dem Referenzarm zur Erzeugung von Interferenzstrahlung überlagert und dem Detektionsmodul zuführt, das die Intensität der Interferenzstrahlung gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen mißt,
einem Auswertemodul, das n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so bildet, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare,
aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt,
für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitstellt, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, und
eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt.
Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, die Konzentration des zumindest einen Stoffes mit hoher Genauigkeit zu messen, wobei der Aufbau der Vorrichtung insgesamt geringe Komplexität aufweist und die Meßzeit sehr gering sein kann.
Bei der Vorrichtung kann das Strahlerzeugungsmodul die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel gleichzeitig zur Intensitätsmessung der Interferenzstrahlung messen und das Auswertemodul kann die gemessenen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel zur Ermittlung der Brechzahldifferenz verwenden. Damit ist es möglich, kostengünstige Laserdioden einzusetzen, da die zeitlichen Schwankungen hinsichtlich Intensität und Wellenlänge solcher kostengünstigen Laserdioden durch die Messung mittels des Strahlerzeugungsmoduls erfaßt werden und daher berücksichtigt werden können.
Das Auswertemodul kann eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge auswählen, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist. Dies vereinfacht die Berechnungen der Stoffkonzentration.
Das Probenmaterial kann das Kammerwasser eines Auges sein, wobei dann das Meßbündel an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser und Augenlinse reflektiert wird. Damit kann sehr einfach die Zuckerkonzentration im Kammerwasser des Auges gemessen werden. Sofern die Abhängigkeit der Glukosekonzentration im Kammerwasser von der Glukosekonzentration im Blut bekannt ist, kann somit die Glukosekonzentration im Blut durch Messung der Glukosekonzentration im Kammerwasser des Auges bestimmt werden.
Insbesondere detektiert das Detektionsmodul das Meßbündel konfokal. Dies erhöht die Meßgenauigkeit.
Das Interferometermodul weist insbesondere einen Aufbau nach Michelson auf. Mit diesem Aufbau läßt sich leicht die erforderliche Meßgenauigkeit erreichen.
Das Auswertemodul kann jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine n+1 Wellenlängen bereitstellen. Insbesondere stellt das Auswertemodul die n relative Dispersion in Bezug auf die Referenzwellenlänge bereit.
Das Probenmaterial kann ein Hauptmedium aufweisen, wobei zum Bereitstellen der relativen Dispersion jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedene Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen wird. Für diese Messung kann ein herkömmliches Interferometer eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäß Vorrichtung dazu zu nutzen. In diesem Fall kann sowohl der Referenzarm als auch der Meßarm durch einen Endspiegel abgeschlossen werden. Im Referenz und Meßarm wird jeweils das Hauptmedium von bestimmter Dicke eingeführt, wobei im Meßarm oder im Referenzarm dem Hauptmedium der eine Stoff mit der vorbestimmten Konzentration zugeführt wird. Dann kann für verschiedene Wellenlängen die relative Dispersion gemessen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner die Länge der Strecke ermitteln, die das Meßbündel durch das Probenmaterial läuft, und das Auswertemodul kann die Länge bei der Ermittlung der Brechzahldifferenzen berücksichtigen.
Das Strahlerzeugungsmodul kann eine Meßeinheit aufweisen, die laufend die einzelnen Wellenlängen mißt. Damit ist es möglich, relativ kostengünstige Laserdioden einzusetzen, deren tatsächliche Wellenlänge stets gemessen wird.
Zur Messung der Wellenlänge kann beispielsweise an zwei Positionen im Strahlverlauf des Strahlenbündels für jede der Wellenlängen einen Teil der Strahlung ausgekoppelt werden, wobei die an beiden Positionen ausgekoppelte Strahlung so überlagert wird, daß Interferenzstrahlung erzeugt wird. Die Intensität dieser Interferenzstrahlung wird wellenlängenabhängig gemessen. Aus der genauen Kenntnis des Abstandes der beiden Positionen kann die exakte Wellenlänge berechnet werden. Insbesondere können zwei planparallele Grenzflächen an den beiden Positionen angeordnet werden. Dies läßt sich besonders einfach durch einen Hohlraumresonator verwirklichen, der in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels zwei voneinander beabstandete und parallel zueinander ausgerichtete Grenzflächen aufweist. Diese können beispielsweise durch keilförmige Platten verwirklicht werden, wobei die einander zugewandten Seiten der keilförmigen Platten parallel zueinander ausgerichtet sind. Die keilförmigen Platten sind bevorzugt mit einer planparallelen Abstandsschicht um den Strahlquerschnitt herum aus dem gleichen Material verschweißt, so daß ein luftdicht verschlossener Innenraum vorliegt, in dem sich Gas bzw. Luft befinden kann oder in dem sich Vakuum befindet. Die keilförmigen Platten sowie die Abstandsschicht sind so dimensioniert und aus einem solchen Material gebildet, daß sich der Abstand der einander zugewandten Seiten z.B. um nicht mehr als 10^-6 verändert.
Ferner kann im Referenzarm des Interferometermoduls eine Dispersionsreferenzeinheit eingebracht sein, die einen Teil der Dispersion im Meßarm kompensiert (als dem Referenzbündel eine ähnliche Phasenverschiebung einprägt wie das Probenmaterial dem Meßbündel). Dies ist insbesondere bei der Messung der Konzentration eines Bestandteils im Kammerwasser eines Auges einer Person von Vorteil, da der Dispersionsreferenzkörper in diesem Fall bevorzugt so ausgelegt ist, daß er die Phasenänderung, die durch das Durchlaufen der Kammerwasserstrecke alleine (also des Kammerwassers ohne die weiteren Bestandteile) so gut wie vollständig kompensiert. Der Dispersionsreferenzkörper kann beispielsweise ein transparenter Festkörper oder eine Flüssigkeit jeweils mit bekannter Dicke, Temperatur und Dispersion sein. Bei einem Aufbau nach Michelson kann der Dispersionsreferenzkörper der Strahlteiler zur Aufteilung des Strahlenbündels in Meß- und Referenzbündel sein.
Es ist jedoch auch möglich, ein dispersives Element im Referenzarm anzuordnen, das das Referenzbündel wellenlängenabhängig aufspaltet und somit das Referenzbündel in mehrere Referenzunterarme einkoppelt. Die Länge jedes Referenzunterarmes kann individuell (beispielsweise über die Lage des Endspiegels) verstellt werden, wodurch eine ausgezeichnete Dispersionskompensation erreicht werden kann. Natürlich kann in zumindest einem Teilarm wiederum ein Dispersionsreferenzkörper angeordnet sein. In diesem Fall kann (muß aber nicht) die Länge des entsprechenden Teilarms nicht verstellbar sein.
Bevorzugt entspricht die Anzahl der Referenzunterarme der Anzahl der Wellenlängen. Zur Aufspaltung kann das dispersive Element z.B. als Prisma, dichroitischer Spiegel oder als Gitter ausgebildet sein.
Generell können die Zusammenführung oder Aufspaltung der einzelnen Strahlungen hier über dichroitische Teiler, über ein Gitter oder über ein Prisma erfolgen.
Das Strahlerzeugungsmodul kann beispielsweise n+1 Strahlquellen aufweisen. Es kann für jede der Strahlungsquellen die tatsächliche Wellenlänge laufend gemessen werden. Die Messung kann beispielsweise mit der oben beschriebenen Hohlraumresonatoreinheit durchgeführt werden, wobei diese eine Meßgenauigkeit der Wellenlängen von 10^-6 garantieren sollte. Die Länge des Innenraums der Hohlraumresonatoreinheit sollte sich also zeitlich nicht ändern bzw. nicht mehr als 10^-6 ändern.
Alternativ ist es möglich, daß zumindest eine der Strahlungsquellen wellenlängenstabilisiert ist, z.B. ein wellenlängenstabilisierter Laser. In diesem Fall könnte sich die Länge des Innenraums der Hohlraumresonatoreinheit zeitlich ändern, da diese Länge über den wellenlängenstabilisierten Laser normiert werden kann und somit die Wellenlängen der restlichen Strahlungsquellen äußerst genau bestimmt werden können.
Insbesondere weist die Vorrichtung noch ein Fokussiermodul auf, mit dem die Fokuslage des Meßbündels in Ausbreitungsrichtung veränderbar ist. Insbesondere ist das Fokussiermodul so ausgebildet, daß das Meßbündel zumindest auf die Rückseite der Cornea und auf die Vorderseite der Augenlinse fokussiert werden kann. Bevorzugt wird dies dadurch realisiert, daß das gesamte Interferometermodul relativ zum Probenmaterial bewegt wird. Alternativ kann das Probenmaterial auch relativ zum Interferometermodul bewegt werden.
Bei der Bestimmung der Konzentration eines Bestandteils des Kammerwassers eines Auges einer Person kann die gemessene Konzentration des Bestandteils mit z.B. der Konzentration dieses Bestandteiles im Blut der Person verglichen werden. Die Konzentration im Blut wird in der Regel invasiv zu bestimmen sein. Wenn z.B. der Zuckergehalt im Blut bestimmt werden soll, kann der Zuckergehalt im Kammerwasser des Auges bestimmt werden. Mit der gleichzeitig durchgeführten invasiven Blutzuckerbestimmung erhält man dann einen Korrekturfaktor oder eine Korrekturfunktion, die es erlaubt, ausgehend von der gemessenen Zuckerkonzentration im Kammerwasser auf die Blutzuckerkonzentration oder den Blutzuckerspiegel umzurechnen. Der Korrekturfaktor bzw. die Korrekturfunktion kann insbesondere im Auswertemodul der Meßvorrichtung abgespeichert sein.
Die Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Interferenzstrahlung im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung zum Strahlenbündel im Strahlerzeugungsmodul verläuft, so daß gleiche optische Elemente für die Führung des Strahlenbündels als auch für die Führung der Interferenzstrahlung eingesetzt werden können. Dies führt zu einer Einsparung an optischen Bauelementen, wodurch die Vorrichtung insgesamt kleiner, leichter und kostengünstiger wird.
Natürlich können bei der beschriebenen Vorrichtung, in gleicher Weise wie oben im Zusammenhang mit dem Meßverfahren beschrieben wurde, mehr als n+1 Wellenlängen eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, daß mit ihr das erfindungsgemäße Verfahren und die Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Auges A von 1;
3 eine vergrößerte Darstellung der Hohlraumresonatoreinheit 25 von 1;
4 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Strahlerzeugungsmoduls 1 von 1;
5 eine Diagramm mit relativen Dispersionen von einzelnen Kammerwasserbestandteilen;
6 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
7 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Strahlerzeugungs- und Meßmoduls von 6.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von mehreren sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen so ausgebildet, daß mit ihr die Glucosekonzentration im Kammerwasser eines Auges A einer Person gemessen werden kann.
Bei dieser Messung wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich mit ändernder Glucose- bzw. Zuckerkonzentration im Kammerwasser die Brechzahl des Kammerwassers ändert. Jedoch sind noch weitere Bestandteile im Kammerwasser, wie z.B. NaCl, Albumin, Lactat, Alkohol und Harnstoff, deren Konzentrationen auch schwanken, was auch zu einer Änderung der Brechzahl des Kammerwassers führt. Der Einfluß der weiteren Bestandteile des Kammerwassers auf die Brechzahl kann jedoch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart berücksichtigt werden, daß die gewünschte Zuckerkonzentration gemessen werden kann.
Dazu wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird, für verschiedene Wellenlängen gleichzeitig eine durch das Kammerwasser bedingte Phasenverschiebung interferometrisch gemessen. Um den durch den Zucker bedingten Anteil der Phasenverschiebung und daraus die Zuckerkonzentration zu ermitteln, wird von dem bekannten Einfluß, den Zucker und jeder der weiteren Bestandteile alleine in Abhängigkeit seiner Konzentration auf die Brechzahl des Kammerwassers aufweist, ausgegangen. Rechnerisch kann dann ausgehend vom dem bekannten Einfluß der einzelnen Stoffe und der gemessenen Phasenverschiebung die Konzentration jedes der Stoffe und somit auch die Zuckerkonzentration ermittelt werden. Der Anteil des Kammerwassers an der Phasenverschiebung wird dabei auch berücksichtigt, da dieser in der Regel schon aufgrund einer geringfügigen Änderung der Länge der Vorderkammer, die z.B. aufgrund von Temperaturänderungen oder wegen des Pulsschlages der Person auftritt, nicht konstant ist.
Die Vorrichtung weist hierfür ein Strahlerzeugungsmodul 1, ein Interferometermodul 2, ein Detektionsmodul 3 sowie ein Auswertemodul 4 auf.
Das Strahlerzeugungsmodul 1 umfaßt bei der hier beschriebenen Ausführungsform acht Laserdioden 5 bis 12, die jeweils einen Laserstrahl mit einer anderen Wellenlänge abgeben. Die verwendeten Laserdioden 5 bis 12 geben Laserstrahlen mit den Wellenlängen 405 nm, 445 nm, 475 nm, 532 nm, 632 nm, 780 nm, 980 nm sowie 1300 nm ab. Diese acht Laserstrahlen mit den acht verschiedenen Wellenlängen werden mittels nicht gezeigten Linsen kollimiert und über dichroitische Teiler 13 bis 19 zu einem Strahlenbündel 20 überlagert.
Das Strahlenbündel 20 wird über die Elemente 21 bis 26 und 56, die nachfolgend noch näher erläutert werden, auf einen Strahlteiler 27 des Interferometermoduls 2 gelenkt. Der Strahlteiler 27 teilt das Strahlenbündel 20 in ein Meßbündel 28, das zu dem sich im Meßarm 30 des Interferometermoduls 2 befindenden Auge A gelenkt wird, und in ein Referenzbündel 29, das in einen Referenzarm 31 des Interferometermoduls 2 gelenkt wird. Der Referenzarm 31 weist einen Endspiegel 32 auf, der das Referenzbündel 29 zurück zum Strahlteiler 27 reflektiert.
Im Meßarm 30 läuft das Meßbündel 28, wie insbesondere der vergrößerten Ausschnittsdarstellung des Auges A in 2 zu entnehmen ist, durch die Cornea 33, das Kammerwasser 34 in der Vorderkammer des Auges A und wird an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und Augenlinse 35 in sich zurückreflektiert, so daß das Meßbündel 28 bis zum Strahlteiler 27 läuft und dort mit dem vom Endspiegel 32 zurück reflektierten Referenzbündel 29 kolinear überlagert wird.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird das Strahlenbündel 20 bzw. Meßbündel 28 auf die Vorderseite als Augenlinse 35 fokussiert. Die beiden Spiegel 23, 24 und die Lochblende 56 bewirken eine konfokale Filterung des Strahlenbündels 20, um die Kolinearität der Laserstrahlen im Strahlenbündel 20 sicherzustellen.
Die optischen Längen des Meß- und Referenzarms 30, 31 sind so gewählt, daß die mittels des Strahlteilers 27 überlagerten Meßbündel 28 und Referenzbündel 29 miteinander interferieren, so daß Interferenzstrahlung 36 erzeugt wird (1). Die Intensität der Interferenzstrahlung 36 wird in dem Detektionsmodul 3 selektiv für jede der acht Wellenlängen gemessen.
Dazu wird die Interferenzstrahlung 36 über einen Hohlspiegel 37 durch eine Blende 38 geführt. Der Hohlspiegel 37 und die Blende 38 dienen zur konfokalen Unterdrückung von unerwünschter Interferenzstrahlung, also Interferenzstrahlung, die nicht durch das an der Augenlinse 35 reflektierte Meßbündel 28 und am Endspiegel 32 reflektierte Referenzbündel 29 erzeugt wurde. Die so konfokal detektierte Interferenzstrahlung 36 wird an einem weiteren Hohlspiegel 39 reflektiert, der die Interferenzstrahlung 36 als paralleles Strahlenbündel auf ein Prisma 40 lenkt, das aufgrund seiner Dispersion die verschiedenen Wellenlängen im Interferenzstrahlenbündel unterschiedlich stark ablenkt.
Die aus dem Prisma 40 austretende und wellenlängenabhängig aufgefächerte Interferenzstrahlung 36 trifft auf einen konkaven Fokussierspiegel 41, der die Interferenzstrahlung direkt oder über den Polygonspiegel 42 auf acht separate Detektoren 43, 44, 45, ... 50 lenkt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist vom Fokussierspiegel 41 bis hin zu den Detektoren 43-50 nur noch die jeweilige Strahlachse für jede der acht Wellenlängen eingezeichnet. Die so gemessenen Intensitätswerte sind ein Maß für die Phasenverschiebung zwischen dem Meßbündel 28 und dem Referenzbündel 29 und damit auch ein Maß für den Zuckerspiegel im Kammerwasser und werden dem Auswertemodul 4 zugeführt.
Ferner werden dem Auswertemodul 4 noch die Intensitäten und genauen Wellenlängen der Laserstrahlen der acht Laserdioden 5-12 zugeführt (also der in das Interferometermodul 2 eingekoppelten Laserstrahlung), die wie folgt gemessen werden.
Die von den Laserdioden 5-12 erzeugte Laserstrahlung ist linear polarisiert und wird durch einen Polarisator 21 (hier ein Rochon-Prisma oder ein Wollastonprisma) geführt, aus dem das Strahlenbündel linear polarisiert austritt und dann durch ein achromatisches λ/4-Element 22 (hier z.B. ein Fresnelrhombus oder ein K-Prisma) läuft, das die Polarisation in zirkulare Polarisation umwandelt. Das Strahlenbündel 20 mit zirkularer Polarisation wird über die beiden konkaven Umlenkspiegel 23 und 24 auf eine Hohlraumresonatoreinheit 25 gelenkt.
Wie in der vergrößerten Querschnittsdarstellung in 3 ersichtlich ist, wird ein Hohlraum zwischen einem vorderen und hinteren Glaselement 51, 52 gebildet, der durch Abstandselemente 53 und 54, die ebenfalls aus Glas hergestellt sind, nach außen abgedichtet ist. Die Elemente 52 bis 54 sind alle aus einem speziellen Glas hergestellt, das eine äußerst geringe Ausdehnung bei Temperaturänderungen aufweist. Die einander zugewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselements 51 und 52 sind parallel zueinander ausgerichtet und weisen eine Reflektivität von ungefähr 4% auf.
Wie in 3 angedeutet ist, wird daher an diesen beiden Seiten jeweils ein gewisser Teil des Strahlenbündels 20 in sich zurückreflektiert. Die zurückreflektierten Anteile interferieren miteinander und werden über die Spiegel 24 und 23 zur λ/4-Einheit 22 geführt wird, die die zirkulare Polarisation dieser Strahlung in lineare Polarisation umwandelt, wobei die Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Polarisator 21 zur λ/4-Einheit 22 kommenden Strahlenbündels 20 gedreht ist. Aufgrund dieser gedrehten linearen Polarisation lenkt der Polarisator 21 das zurückreflektierte Licht nach unten ab, wie in der Seitenansicht von 4 schematisch dargestellt ist. Das zurückreflektierte Licht trifft daher nicht auf die Laserdiode 5, sondern auf den unterhalb der Laserdiode 5 angeordneten Detektor 55, der die Intensität der zurückreflektierten Strahlung mißt.
Bei der Ausführungsform von 1 ist unterhalb jeder Laserdiode 5 bis 12 ein Detektor 55 angeordnet, so daß aufgrund der diochroitischen Teiler 13 bis 19 für jede Wellenlänge selektiv die Intensität der zurückreflektierten Strahlung gemessen werden kann. Aus der gemessenen Intensität kann für jede Laserdiode 5-12 die Wellenlänge der Laserstrahlung im Strahlenbündel 20, das in das Interferometermodul 2 eingekoppelt wird, berechnet werden. Dazu werden natürlich die Meßwerte der Detektoren 55 dem Auswertemodul 4 über nicht eingezeichnete Leitungen zugeführt.
Da der Abstand der einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 bekannt ist, kann aus der gemessenen Intensität die tatsächliche Wellenlänge der jeweiligen Laserstrahlung berechnet werden. Die Genauigkeit der Messung der tatsächlichen Wellenlänge hängt von der Genauigkeit ab, mit der der Abstand der beiden zueinander gewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 bekannt ist. Da die Glaselemente eine äußerst geringe Wärmeausdehnung aufweisen und die Hohlraumresonatoreinheit 25 noch bevorzugt auf konstanter Temperatur gehalten werden kann, um Temperaturänderungen im eingeschlossenen Hohlraum zu vermeiden, ist der Abstand der beiden Seiten mit einer Genauigkeit 1 x 10^-6 bekannt. Somit können auch die Wellenlängen mit dieser Genauigkeit gemessen werden, so daß selbst schnelle zeitliche Schwankungen der Wellenlängen synchron zur Messung der Interferenzsignale im Detektormodul 3 gemessen werden können.
Die einander abgewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselementes 51, 52 sind gegenüber den einander zugewandten Seiten so geneigt, daß die an den einander abgewandten Seiten reflektierte Strahlung nicht in den Detektor 55 gelangt (sie wird zum größten Teil schon durch die Blende 56 abgehalten), so daß diese Strahlung die Messung der Intensität der an den einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51, 52 reflektierten Strahlung nicht beeinflußt.
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es somit möglich, die Intensität und Wellenlänge der einzelnen Laserstrahlen der Laserdioden 5-12 äußerst genau zu messen und ferner die Intensität der Interferenzstrahlung 36 für die verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig zu messen.
Mit diesen Meßwerten und der Kenntnis der Länge L der Vorderkammer, die vom Meßbündel 28 durchlaufen wird, kann man Brechzahldifferenzwerte Δn(λ) = n(λ)-n(λ₀) aus folgender Formel berechnen: $Δ n (λ) = \frac{λ}{2 π L} arcsin (\frac{I (λ)}{I_{0} (λ)}) - \frac{λ_{0}}{2 π L} arcsin (\frac{I (λ_{0})}{I_{0} (λ_{0})})$
wobei I(λ) die gemessene Intensität der Interferenzstrahlung ist, I₀(λ) die Intensität der entsprechenden Wellenlänge im einfallenden Strahlenbündel 20 und n(λ) die wellenlängenabhängige Brechzahl des Kammerwassers ist. Δn(λ) kann als relative Dispersion des Kammerwassers bezogen auf eine Referenzwellenlänge λ₀ bezeichnet werden. Aufgrund der Tatsache, daß hier nur die Brechzahldifferenzwerte bestimmt werden, müssen die Parameter, die zwar die Phase verändern, aber nicht von der Wellenlänge abhängen, nicht bekannt sein, da diese Parameter sich bei der Differenzbildung gegenseitig aufheben. Da die Messung für alle Wellenlängen gleichzeitig durchgeführt wird, haben selbst zeitliche Schwankungen einzelner Parameter, die z.B. durch den Pulsschlag und kaum zu vermeidende Augenbewegungen bedingt sind, keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Dies vereinfacht die Messung deutlich.
Ferner ist für verschiedene im Kammerwasser enthaltene Stoffe, deren Konzentration schwanken kann und die die Brechzahl des Kammerwassers dabei ändern, die relative Dispersion Δn_Stoff (k, λ) = n_Stoff (k, λ)-n_Stoff (k, λ₀) in Abhängigkeit der Stoffkonzentration k und relativ zur Bezugswellenlänge λ₀ bekannt. In 5 ist die relative Dispersion für fünf Kammerwasserbestandteile für jeweils die angegebene Konzentration dargestellt. Dabei ist entlang der x-Achse $\frac{1}{Wellenlängendifferenz}$
aufgetragen und entlang der y-Achse in rad die relative Dispersion mal $\frac{2 π L'}{λ}$
(im folgenden auch als relative Dispersionsphase bezeichnet). L' ist eine bekannte Länge, die aufgrund der nachfolgend beschriebenen Messung zur Gewinnung der gezeigten relativen Dispersion zu berücksichtigen ist. Wie in 5 ersichtlich ist, treffen sich alle Kurven im Punkt P1, der der relativen Dispersion für λ = λ₀ entspricht, wobei hier λ₀ = 405 nm. Die maximale Wellenlängendifferenz beträgt 895 nm (Punkt P2).
Die Meßwerte wurden dadurch gewonnen, daß in einer Interferometeranordnung nach Michelson in beiden Armen jeweils eine mit Wasser gefüllte Cuvette mit einer Dicke L' von 5 mm angeordnet war. Eine der beiden Cuvetten wurde z.B. NaCl zugegeben, bis eine Konzentration von 6,5 g/l erreicht wurde. Dann wurde für die angegebenen Wellenlängendifferenzen die Phasenänderungen gemessen. Nachdem in dem hier relevanten Konzentrationsbereich die relative Dispersionsphase direkt proportional zur Konzentration ist, ist daher nach Messung für eine Konzentration die relative Dispersionsphase für NaCl als Funktion der Stoffkonzentration und der Wellenlänge λ in Bezug zur Referenzwellenlänge λ₀ bekannt. Die gleiche Bestimmung der relativen Dispersion wird einzeln für jeden der restlichen Stoffe durchgeführt, wobei hier zur Vereinfachung der Darstellung die relative Dispersion für Alkohol nicht eingezeichnet ist, da sie qualitativ ähnlich zur relativen Dispersion von NaCl ist, aber deutlich größere absolute Werte für die Dispersionsphase aufweist. Bevorzugt wird die Bestimmung der relativen Dispersion mit den gleichen Wellenlängen durchgeführt, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden.
Wie 5 zu entnehmen ist, ist ferner eine relative Dispersion für reines Wasser (H₂O), also Wasser ohne eines der Kammerwasserbestandteile, eingezeichnet. Diese relative Dispersion ist nicht abhängig von einer Konzentration, sondern von der Länge der durchlaufenden Wasserstrecke. In 5 ist die relative Dispersionsphase für Wasser für eine Länge von 40 µm eingezeichnet. Diese relative Referenzdispersionsphase wurde dadurch ermittelt, daß in einer Interferometeranordnung nach Michelson in beiden Armen jeweils eine mit Wasser gefüllte Cuvette angeordnet war, wobei eine erste Cuvette 5 mm (= L') dick war und die zweite Cuvette um 40 µm dicker war als die erste Cuvette. Damit ist es möglich, den Einfluß der Vorderkammerlänge zu berücksichtigen, da die relative Dispersion von Wasser direkt proportional zur Wasserlänge ist. Sofern hier von der Konzentration eines Stoffes gesprochen wird, ist bei Wasser stets die zu durchlaufende Wasserstrecke gemeint.
Zur Ermittlung der Zuckerkonzentration führt das Auswertemodul 4 eine lineare Superposition mit den bekannten relativen Dispersionen sechs einzelnen Stoffe (5) mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter sowie der relativen Dispersion von Wasser mit der Wasserlänge als Parameter so durch, daß die daraus sich ergebende relative Gesamtdispersion die ermittelten Werte der relativen Dispersion (gemäß Formel 1) als Funktionswerte aufweist. Die sich dabei ergebenden Parameter entsprechen dann den Konzentrationen der Stoffe im Kammerwasser (bzw. bei Wasser entspricht der Parameterwert der Wasserstrecke).
Anders gesagt, wird ein lineares Gleichungssystem mit m Gleichungen und m Unbekannten aufgestellt, das analytisch gelöst werden kann. Es ist somit möglich, z.B. die Glukosekonzentration im Kammerwasser durch eine einzige, schnelle Messung genau zu bestimmen. Wenn zur gleichen Zeit die Zuckerkonzentration im Blut der Person mit einem bekannten invasiven Verfahren ermittelt wird, kann man daraus für die Person z.B. den Umrechnungsfaktor bestimmen, um von der Glucosekonzentration im Kammerwasser auf die Glucosekonzentration im Blut umzurechnen. Dieser Umrechnungsfaktor kann z.B. im Auswertemodul 4 abgespeichert werden und kann in Zukunft benutzt werden, um die Glucosekonzentration im Blut nicht-invasiv für diese Person mit dem beschriebenen Verfahren und/oder der beschriebenen Vorrichtung zu bestimmen.
Bei der oben angegebenen Formel 1 für die relative Dispersion des Kammerwassers wurde die Kenntnis der Länge L der Vorderkammer des Auges A vorausgesetzt. Nachdem jedoch, wie oben beschrieben wurde, auch die relative Dispersionsphase von Wasser bei der rechnerischen Ermittlung der Zuckerkonzentration berücksichtigt wird, langt eine ungefähre Kenntnis (z.B. ± 10 %) der Länge L. Der Fehler von z.B. ± 10 % wird bei der rechnerischen Ermittlung durch die Berücksichtigung der relativen Dispersionsphase von Wasser kompensiert. Dies ist insofern vorteilhaft, da somit die Länge L zum Zeitpunkt der Messung äußerst genau bestimmt werden kann. Würde man die relative Dispersion von Wasser nicht berücksichtigen, müßte man die Länge L mit äußerst hoher Genauigkeit zum Meßzeitpunkt kennen. Da jedoch schon durch den Pulsschlag der Person während der Messung eine zu berücksichtigende Änderung der Länge L auftritt, müßte man zum Meßzeitpunkt auch die Länge L mit einer weiteren Vorrichtung äußerst exakt messen, was kaum möglicht ist, und wenn ja, dann nur mit sehr großem Aufwand. Daher wird hier bevorzugt der beschriebene Weg gewählt, bei dem man die Länge L der Vorderkammer mit einer Genauigkeit von z.B. ± 10 % bestimmt und während der rechnerischen Bestimmung als einen Stoff die relative Dispersion von Wasser berücksichtigt.
Die Länge L kann beispielsweise mit bekannten Meßgeräten vorab gemessen werden. Dabei reicht in der Regel für ein Auge und eine Person eine einzige Bestimmung, da die Länge L der Vorderkammer mit der gewünschten Genauigkeit von z.B. ± 10 % als im wesentlichen konstanter Wert für eine Person anzusehen ist. Die Vorderkammerlänge liegt üblicherweise im Bereich von 1,5 bis 6 mm.
Ferner kann die Länge L auch direkt aus den ermittelten Brechzahldifferenzwerten abgeleitet werden. Dabei wird angenommen, daß nur die Länge der Vorderkammer (und somit die von der Laserstrahlung durchlaufene Länge im Kammerwasser) die gemessenen relativen Dispersionswerte bzw. die gemessene Phase bestimmt. Es wird also der Einfluß der Stoffe auf die Phase vernachlässigt, was hier deshalb möglich ist, da der absolute Einfluß der Stoffe auf die Phase ca. 10 % beträgt und die Zuckerkonzentration auch nur mit einer Genauigkeit von 10 % ermittelt werden soll. Zur Berechnung der Länge der Vorderkammer wird von der relativen Dispersionsphase von Wasser als Funktion der durchlaufenden Länge im Wasser ausgegangen. Das Auswertemodul 4 kann durch Variation der Länge L (in Formel 1) die relative Gesamtdispersion ermitteln, bei der die ermittelten Werte der relativen Dispersionsphase als Funktionswerte enthalten sind.
Ferner ist es möglich, zusätzlich zu der beschriebenen Messung an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und der Augenlinse 35 an der Grenzfläche zwischen der Hinterseite der Cornea 33 und dem Kammerwasser 34 zu messen. Dies ist beispielsweise durch eine aktive kalibrierte Fokusverschiebung möglich. Damit kann einerseits direkt die Länge L gemessen werden. Andererseits kann durch Differenzbildung (der Meßwerte bei Reflexion an der Vorderseite der Augenlinse 35 einerseits und an der Rückseite der Cornea 34 andererseits) der Einfluß der Dispersion der Cornea auf die Dispersionsmessung bei Reflexion an der Vorderseite der Augenlinse 35 herausgerechnet werden.
Bei der bisherigen Beschreibung wurde stets davon ausgegangen, daß das absolute Intensitätsmaximum (nullte Ordnung) gemessen wird. Es ist jedoch auch möglich, daß höhere Interferenzordnungen gemessen werden. Dies kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, daß über eine gewisse Zeit gemessen wird. Da schon aufgrund der normalen Augenbewegungen und Dickenschwankungen der Vorderkammer (z.B. aufgrund des Pulsschlages) während der Messung eine Variation der Länge des Meßarms 30 des Interferometermoduls 2 auftritt, die zu einem Durchlaufen von mehreren Interferenzmaxima führt, wird mittels des Detektionsmoduls 3 bevorzugt laufend gemessen, so daß die Variationen in der Intensität auch erfaßt werden. Es kann daher beispielsweise durch einfaches Abzählen von der maximalen Intensität festgestellt werden, welche Interferenzordnung gerade gemessen wurde.
Es hat sich ferner gezeigt, daß die lineare Superposition der bekannten relativen Dispersion der einzelnen Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter nur für die in Frage kommenden Interferenzordnungen nacheinander durchgeführt werden muß. Eine falsch angenommene Interferenzordnung führt dann zu einer relativen Gesamtdispersion, deren Verlauf sich von der zu erwartenden relativen Gesamtdispersion schon qualitativ deutlich unterscheidet. Es läßt sich somit durch Durchprobieren der relevanten Interferenzordnungen leicht die richtige Interferenzordnung herausfinden.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann die relative Dispersion zu einem ersten Zeitpunkt bestimmt werden. Wenn in der Folge nur Änderungen der Konzentration der Kammerwasserbestandteile in Bezug zur Konzentration zum ersten Zeitpunkt zu bestimmen sind, kann bei einer erneuten Messung die zum ersten Zeitpunkt bestimmte relative Dispersion abgezogen werden. Damit läßt sich sehr genau die Änderung relativ zum ersten Zeitpunkt messen, ohne die Dispersion der Cornea messen zu müssen, wenn diese Dispersion nicht in das Dispersionssignal des Kammerwassers eingehen soll.
Bei der Dispersionsmessung und der beschriebenen Fokussierung des Meßbündels 28 auf die Vorderseite der Augenlinse 35 kann bevorzugt ein passives Wandern des Fokus ausgenutzt werden, was beispielsweise allein aufgrund des Pulsschlages der Person, dessen Kammerwasserkonzentration gemessen werden soll, auftritt. Ferner kann die Fokussierung durch ein manuelles Heran- und Wegführen des Auges A zu bzw. vom Strahlteiler 27 bewirkt werden. Während des Wanderns des Fokus wird laufend die Intensität der Interferenzstrahlung wellenlängenabhängig gemessen, so daß auch laufend die Phase bestimmt werden kann. Dazu kann beispielsweise das Maximum und das Minimum der gemessenen Intensität für jede Wellenlänge ggf. durch Interpolation einer Einhüllenden, da sich die Amplitude aufgrund der Konfokalität und Kohärenz ändert, bestimmt werden. Jeder Meßwert der Detektoren 43 bis 50 wird dann auf die lokale Amplitude bezogen und daraus wird die Phase bestimmt.
Dieses beschriebene passive Wandern des Fokus kann natürlich auch bei der oben beschriebenen Referenzmessung an der Grenzfläche zwischen Cornea und Kammerwasser durchgeführt werden.
Die bereits beschriebenen und im nachfolgenden noch beschriebenen Ausführungsformen und Weiterbildungen können beliebig untereinander kombiniert werden.
So ist es z.B. ferner möglich, in den Referenzarm einen Dispersions-Kompensationskörper einzubringen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Festkörper bekannter Dicke und Dispersion, temperiertes Wasser bekannter Dicke und/oder Wasser bekannter Dicke mit Temperaturmessung handeln. Ferner ist es möglich, für jede Wellenlänge eine selektive Dispersionskompensation durchzuführen, dazu können beispielsweise dispersive Elemente in Form eines Gitters, eines Prismas und/oder eines Dichroids eingesetzt werden. So kann z.B. durch das dispersive Element eine Aufspaltung der Strahlverläufe für jede Wellenlänge erzeugt werden, so daß der Referenzarm in n Unterarme aufgeteilt wird. Jeder Unterarm weist einen Endspiegel auf, mit dem die Länge jedes Unterarms unabhängig von den Längen der restlichen Unterarme eingestellt werden kann. Somit kann eine ausgezeichnete Dispersionskompensation für jede Wellenlänge erreicht werden, was die Konzentrationsbestimmung erleichtert. Die bewirkte Kompensation der Dispersion wird bei der nachfolgenden rechnerischen Bestimmung der Zuckerkonzentration berücksichtigt. Die Dispersionskompensation ist hier von Vorteil, da der relativ große Anteil der erzeugten Phasenverschiebung, der durch das Kammerwasser bewirkt wird und keine Aussage über die Zuckerkonzentration liefert, fast vollständig kompensiert werden kann, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.
Bei der bisher in Verbindung mit 1 beschriebenen Ausführungsform werden mehrere (hier 8) separate Laserlichtquellen über die Hohlraumresonatoreinheit 25, die λ/4-Einheit 22, den Polarisator 21 und die Detektoren 55 genau vermessen bzw. referenziert. Dies hat u.a. den Vorteil, daß diese Lösung äußerst kostengünstig ist. Natürlich können auch stabilisierte Laser eingesetzt werden. In diesem Fall ist keine separate Messung der Wellenlänge und der Intensität notwendig. Jedoch sind die Kosten für eine solche Vorrichtung aufgrund der stabilisierten Laser deutlich höher im Vergleich zu der in 1 gezeigten Lösung.
Anstatt der einzelnen Laserlichtquellen 5 bis 12, die in Verbindung mit 1 beschrieben wurden, kann z.B. auch eine oder mehrere breitbandige Lichtquellen zur Erzeugung der gewünschten Laserstrahlung eingesetzt werden, die Laserstrahlung in einem oder mehreren Bändern abgibt bzw. abgeben. Aus diesem Band bzw. Bändern können dann die gewünschten Wellenlängen extrahiert werden (beispielsweise durch Filter, Gitter oder Prismen). Die extrahierten Wellenlängen können dann wiederum entweder stabilisiert oder referenziert (wie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde) werden.
Zur Messung bzw. Referenzierung der Wellenlängen werden in 1 im wesentlichen die Elemente 21, 22 und 25 genutzt. Man kann jedoch die Elemente 21 und 22 weglassen, wenn die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51, 52 nicht mehr senkrecht zum einfallenden Strahlenbündel 20 ausgerichtet sind, sondern unter einem Winkel von ungleich 90°. Mit einem solchen Schrägstellen der Hohlraumresonatoreinheit 25 wird die gewünschte Strahlseparation erreicht, so daß die reflektierte Strahlung nicht mehr kolinear zum einfallenden Strahlenbündel 20 ist.
Bei der in 1 gezeigten Vorrichtung kann die Bestimmung der Zuckerkonzentration zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden. Der Patient hält sein Auge A vor das Gerät in der in 1 gezeigten Position. Wenn das Gerät kompakt genug ist, kann der Patient auch das Gerät vor sein Auge halten. Das Auge wird mit dem Beleuchtungsstrahlenbündel 20 beleuchtet, wobei der Fokus aktiv oder passiv durch die Kammerwasser / Augenlinse-Grenzfläche wandert, und dabei alle Signale der Detektoren 43 bis 50 sowie 55 gemessen werden. Aus den Meßwerten ermittelt das Auswertemodul 4 die relative Dispersion für sieben Wellenlängendifferenzen. Unter Kenntnis der Länge L der Vorderkammer werden die bekannten relativen Dispersionen der einzelnen Stoffe (5) mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter sowie die relative Dispersion für Wasser mit der Wasserlänge als Parameter linear so kombiniert, daß die sich daraus ergebende relative Gesamtdispersion die ermittelten relativen Dispersionswerte (gemäß Formel 1) abdeckt. Der dabei ermittelte Koeffizient für Glucose ist ein Maß für die Glucosekonzentration im Kammerwasser.
Bei dem beschriebenen Vorgehen beeinflußt die Dispersion der Cornea 33 die gemessene Dispersion, da das Meßbündel 28 auch durch die Cornea 33 läuft. Um diesen Einfluß zu eliminieren, kann der Einfluß der Cornea dadurch gemessen werden, daß das Meßbündel 28 auf die Grenzfläche zwischen der Rückseite der Cornea 33 und dem Kammerwasser 34 fokussiert wird. Dabei kann auch in diesem Fall ein passives Wandern des Fokus des Meßbündels 28 durch diese Grenzfläche genutzt werden. Die so gemessene relative Dispersion der Cornea 33 wird von der gemessenen Dispersion bei Fokussierung auf die Grenzfläche zwischen Kammerwasser 34 und Vorderseite der Linse 35 abgezogen, so daß eine Differenz-Dispersion vorliegt. Die lineare Überlagerung wird dann so durchgeführt, daß die Gesamtdispersion die Meßwerte der ermittelten Differenz-Dispersion aufweist. Damit wird eine höhere absolute Genauigkeit der Messung der Zuckerkonzentration erreicht.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung gezeigt, die eine Abwandlung der Meßvorrichtung von 1 ist. Daher sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen wird auf die entsprechende obige Beschreibung bezüglich dieser Elemente verwiesen.
Die Meßvorrichtung von 6 unterscheidet sich hinsichtlich des Strahlerzeugungsmoduls 1 von der Meßvorrichtung von 1 im wesentlichen nur dadurch, daß die Hohlraumresonatoreinheit 25 bei der Ausführungsform von 6 zwischen dem Teiler 19 und dem Polarisator 21 angeordnet ist. Ferner ist der Hohlraumresonator 25 so angeordnet, daß die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 nicht mehr senkrecht zum einfallenden Strahlenbündel 20 ausgerichtet sind, wie in der vergrößerten Seitenansicht der Hohlraumresonatoreinheit 25 in 7 angedeutet ist. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 7 in gleicher Weise wie in 4 die Teiler 13 bis 19 nicht eingezeichnet und der Strahlenverlauf nur für eine Laserdiode (hier die Diode 5) und somit nur für eine Wellenlänge schematisch darstellt.
Durch die in 7 schematisch gezeigte Schrägstellung der Hohlraumresonatoreinheit 25 treffen die an den einander zugewandten Seiten des vorderen und hinteren Glaselementes 51 und 52 reflektierten und miteinander interferierenden Anteile des Strahlenbündels 20 auf den unterhalb der Diode 5 angeordneten Detektor 55. Nachdem unter jeder Laserdiode 5 - 12 ein solcher Detektor 55 angeordnet ist, kann in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform von 1 wegen der dichroitischen Teiler 13 bis 19 für jede Wellenlänge selektiv die Intensität der zurückreflektierten Strahlung gemessen werden. Aus dieser gemessenen Intensität kann wiederum die Wellenlänge der Laserstrahlung im Strahlenbündel 20, das in das Interferometermodul eingekoppelt wird, berechnet werden.
Das Strahlenbündel 20 bzw. der überwiegende Anteil des Strahlenbündels 20, für das die Intensität jeder Wellenlänge in der beschriebenen Weise gemessen wird, läuft über die Elemente 21, 22, die Spiegel 23, 24 und 26 sowie die Blende 56 zum Strahlteiler 27 des Interferometermoduls 2. Der Meßarm und Referenzarm 30, 31 des Interferometermoduls 2 sind gleich aufgebaut wie bei der Ausführungsform von 1. Jedoch wird bei der Meßanordnung von 6 die Interferenzstrahlung detektiert, die vom Strahlteiler 27 zum Umlenkspiegel 26 läuft, die also durch Überlagerung des am Strahlteiler 27 zum Spiegel 26 hin reflektierten Meßbündels 28 mit dem am Strahlteiler 27 transmittierten Referenzbündel 29 erzeugt wird. Die Ausbreitungsrichtung der Interferenzstrahlung ist durch den Pfeil P3 angedeutet.
Die Interferenzstrahlung ist zirkular polarisiert, da auch das in der Interferometermodul 2 eingekoppelte Strahlenbündel zirkular polarisiert ist aufgrund des Polarisators 21 und des achromatischen λ/4-Elementes 22, durch das das Strahlenbündel 20 vor der Einkopplung in das Interferometermodul 2 läuft.
Die Interferenzstrahlung, die nun in entgegengesetzter Richtung zur Richtung des Strahlenbündels 20 im Strahlerzeugungsmodul 1 läuft, wird an den Spiegeln 26, 24 umgelenkt, durchläuft die Blende 56 zwischen den Spiegeln 24 und 23 und trifft dann über den Spiegel 23 auf das λ/4-Element 22. Nach Durchlaufen des Elementes 22 ist die zirkulare Polarisation der Interferenzstrahlung in eine lineare Polarisation umgewandelt, wobei jedoch die Polarisationsrichtung um 90° gegenüber der Polarisationsrichtung des vom Polarisator 21 zur λ/4-Einheit 22 kommenden Strahlenbündels 20 gedreht ist. Aufgrund dieser Drehung der linearen Polarisationsrichtung erfolgt in dem Polarisator 21 eine Ablenkung nach unten (7), die hier so gewählt ist, daß die Interferenzstrahlung möglichst senkrecht auf die einander zugewandten Seiten der Glaselemente 51 und 52 trifft. Die Interferenzstrahlung durchläuft somit die Hohlraumresonatoreinheit 25 und trifft dann auf einen Detektor 43, der unterhalb des Detektors 55 angeordnet ist. Nachdem unter jeder Laserdiode 5 - 12 jeweils ein Detektor 55 zur Messung der Intensität der zugeführten Laserstrahlung und ein Detektor 43 - 50 zu Messung der Intensität der Interferenzstrahlung der entsprechenden Wellenlänge angeordnet ist, kann somit für jede der acht Wellenlängen die Intensität im Strahlenbündel und die Intensität der Interferenzstrahlung gemessen werden.
Der Aufbau kann natürlich so gewählt werden, daß nur die von den Laserdioden 5 - 12 kommende Laserstrahlung durch die Hohlraumresonatoreinheit 25 läuft und daß die Interferenzstrahlung nicht mehr durch den Hohlraumresonator 25 läuft.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform werden somit die dichroitischen Teiler 13 bis 19 sowohl für die Erzeugung der Laserstrahlung (also für das Strahlerzeugungsmodul 1) als auch für die Detektion und somit für das Detektionsmodul 3 verwendet. Daher können im Vergleich zu der Ausführungsform von 1 eine Vielzahl von optischen Elementen (hier z.B. Elemente 37 - 42) eingespart werden, was zu einer kostengünstigeren, kompakteren und leichteren Meßvorrichtung führt. Ferner hat sich gezeigt, daß der Einfluß von unerwünschter Störstrahlung bei dem Aufbau von 6 geringer ist und daß die Justierung einfacher ist, da die Laserdioden 5 - 12 und die Detektoren 55 sowie 43 - 50 örtlich sehr nah beieinander angeordnet sind.
Mit dem beschriebenen Verfahren läßt sich nicht nur die Zuckerkonzentration bei einer Messung am Kammerwasser ermitteln, sondern beispielsweise auch die Alkoholkonzentration, so daß die beschriebene Meßvorrichtung beispielsweise auch als Alkoholtestgerät eingesetzt werden kann.

Claims

Verfahren zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, bei dem a) ein Strahlenbündel (20), das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum aufweist, in ein Meß- und ein Referenzbündel (28, 29) aufgeteilt wird, wobei das Strahlenbündel n+1 verschiedene Wellenlängen aufweist, b) das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial geführt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel (29) zur Erzeugung von Interferenzstrahlung (36) überlagert wird, c) die Intensität der Interferenzstrahlung (36) gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen gemessen wird, d) n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so gebildet werden, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, e) aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt wird, f) für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, g) eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Schritt a) die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) gemessen werden und in den Schritten d) und e) die gemessen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) verwendet werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt d) eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge ausgewählt wird und die Referenzwellenlänge in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Probenmaterial das Kammerwasser (34) eines Auges (A) ist und das Meßbündel an der Grenzfläche zwischen Kammerwasser (34) und Augenlinse (35) reflektiert wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Meßbündel (28) konfokal detektiert wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist und zum Bereitstellen der relativen Dispersionen jeweils für jeden Stoff die Phasenänderung für verschiedene Wellenlängen bei einer vorbestimmten Konzentration nur des einen Stoffes im Hauptmedium gemessen wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem vor dem Schritt g) die Länge der Strecke ermittelt wird, die das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial läuft, und die Länge im Schritt g) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt b) das Referenzbündel (29) durch eine Dispersionsreferenzeinheit geführt wird, die zumindest einen Teil der Dispersion des Probenmaterials kompensiert.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Referenzbündel (29) durch einen Dispersionsreferenzköper der Dispersionsreferenzeinheit geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Referenzbündel (29) wellenlängenabhängig in verschiedene Referenzteilbündel aufgeteilt wird, deren Dispersion jeweils wellenlängenabhängig kompensiert wird und die dann zu einem dispersionskompensierten Referenzbündel überlagert werden, das mit dem Meßbündel im Schritt b) überlagert wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem im Schritt a) das erzeugte Strahlenbündel p verschiedene Wellenlängen aufweist, wobei p > n+1, im Schritt d) p Paare von Wellenlängen gebildet werden und im Schritt e) für jedes der p Paare jeweils ein Differenzwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Probenmaterial ein Hauptmedium aufweist, für das im Schritt f) eine relative Dispersion bereitgestellt wird, die nur den Einfluß des Hauptmediums auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der vom Meßbündel (28) im Hauptmedium zu durchlaufenden Strecke beschreibt, und bei dem im Schritt g) zusätzlich zu den n relativen Dispersionen der n Stoffe mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter noch die relative Dispersion des Hauptmediums mit der zu durchlaufenden Strecke als Parameter zur Ermittlung der Konzentration des zumindest eines Stoffes berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Meßbündel (28) in sich zurückreflektiert wird und dabei das Probenmaterial zweimal durchläuft.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Interferenzstrahlung (36) im wesentlichen entgegengesetzt zum Strahlenbündel (20) verläuft.
Vorrichtung zum Messen der Konzentration zumindest eines Stoffes aus einer Gruppe von n sich in einem Probenmaterial befindenden und die Dispersion des Probenmaterials beeinflussenden Stoffen, mit einem Interferometermodul (2), das einen Meß- und einen Referenzarm (30, 31) aufweist, wobei das Probenmaterial im Meßarm (30) angeordnet ist, einem dem Interferometermodul (2) nachgeordneten Detektionsmodul (3), einem Strahlerzeugungsmodul (1), das ein Strahlenbündel (20) erzeugt, das elektromagnetische Strahlung mit einem diskreten Wellenlängenspektrum mit n+1 verschiedenen Wellenlängen aufweist und das vom Interferometermodul (3) in ein Meßbündel (28) für den Meßarm (30) und ein Referenzbündel (29) für den Referenzarm (31) aufgeteilt wird, wobei das Interferometermodul (2) das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial führt und danach mit dem nicht durch das Probenmaterial geführte Referenzbündel (29) aus dem Referenzarm (31) zur Erzeugung von Interferenzstrahlung (36) überlagert und dem Detektionsmodul (3) zuführt, das die Intensität der Interferenzstrahlung (36) gleichzeitig und selektiv für jede der n+1 Wellenlängen mißt, einem Auswertemodul (4), das n Paare von Wellenlängen aus den n+1 Wellenlängen so bildet, daß die Wellenlängendifferenz jedes Paares verschieden ist zu allen Wellenlängendifferenzen der anderen Paare, aus den gemessenen Intensitäten für jedes der n Paare jeweils ein Differenzwert zwischen der Brechzahl des Probenmaterials für die eine Wellenlänge des Paares und der Brechzahl des Probenmaterials für die andere Wellenlänge des Paares ermittelt, für jeden der n Stoffe eine relative Dispersion bereitstellt, die nur den Einfluß des einzelnen Stoffes auf die Dispersion des Probenmaterials als Funktion der Wellenlängendifferenz und der Konzentration des entsprechenden Stoffes beschreibt, und eine Gesamtdispersion, die die ermittelten Brechzahldifferenzen als Funktionswerte aufweist, durch lineare Superposition der n relativen Dispersionen mit der Konzentration der einzelnen Stoffe als Parameter und somit die Konzentration des zumindest einen Stoffes ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das Strahlerzeugungsmodul (1) die n+1 Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) gleichzeitig mit der Intensitätsmessung der Interferenzstrahlung (36) mißt und das Auswertemodul (4) die gemessen Wellenlängen sowie die Intensitäten der n+1 Wellenlängen im Strahlenbündel (20) zur Ermittlung der Brechzahldifferenzen verwendet.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der das Strahlerzeugungsmodul (1) zur Messung der n+1 Wellenlängen und Intensitäten an zwei Positionen im Strahlverlauf des Strahlenbündels (20) für jede der Wellenlängen einen Teil der Strahlung auskoppelt, die an beiden Positionen ausgekoppelte Strahlung so überlagert, daß Interferenzstrahlung erzeugt wird, und die Intensität der erzeugten Interferenzstrahlung wellenlängenabhängig mißt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei der das Auswertemodul (4) eine der n+1 Wellenlängen als Referenzwellenlänge auswählt, die in jedem der n Paare eine der beiden Wellenlängen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei der das Detektionsmodul (3) das Meßbündel (28) konfokal detektiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der das Auswertemodul (4) jede der n relativen Dispersionen jeweils bezogen auf eine der n+1 Wellenlängen bereitstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Vorrichtung die Länge (L) der Strecke ermittelt, die das Meßbündel (28) durch das Probenmaterial läuft, und das Auswertemodul (4) die Länge (L) bei der Ermittlung der Brechzahldifferenzen berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei der im Referenzraum (31) eine Dispersionsreferenzeinheit angeordnet ist, durch die das Referenzbündel (29) läuft und die zumindest einen Teil der Dispersion des Probenmaterials kompensiert.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Dispersionsreferenzeinheit einen Dispersionsreferenzkörper aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der die Dispersionsreferenzeinheit den Referenzarm (31) in mehrere Referenzteilarme aufteilt und eine Aufteileinheit umfaßt, die das Referenzbündel (29) wellenlängenabhängig in Referenzteilbündel aufteilt und in die einzelnen Referenzteilarme einkoppelt.