DE102008003444A1

DE102008003444A1 - Vorrichtung zum Ermitteln eines Konzentrationswertes, Verwendung, Verfahren und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102008003444A1
Application number: DE200810003444
Authority: DE
Inventors: Werner Prof. Dr. Schröder
Original assignee: HOCHSCHULE OFFENBURG
Current assignee: HOCHSCHULE OFFENBURG
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2009-07-09

Abstract

Zusammengefaßt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium (52) mit: - zumindest einer Quelle elektromagnetischer Strahlung (10), die ausgelegt ist, ein Medium (52) zeitgleich mit erster elektromagnetischer Strahlung entlang einer ersten Strahlungsrichtung und zweiter elektromagnetischer Strahlung entlang einer zweiten Strahlungsrichtung zu bestrahlen, wobei die erste Strahlungsrichtung und die zweite Strahlungsrichtung im wesentlichen entgegengesetzt zueinander sind; - einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (42), welche ausgelegt ist, ein Magnetfeld (44) entlang einer Magnetfeldrichtung anzulegen, wobei die Magnetfeldrichtung im wesentlichen parallel zu der ersten und/oder der zweiten Strahlungsrichtung ist; - zumindest einer Detektiereinrichtung (38), welche ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums (52) bei angelegtem Magnetfeld (44) und die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums (52) bei angelegtem Magnetfeld (44) zu detektieren; - einer Bestimmungseinrichtung (40), welche ausgelegt ist, eine Phasenbeziehung der detektierten ersten elektromagnetischen Strahlung und der detektierten zweiten elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen; und - einer Auswerteeinrichtung (46), welche ausgelegt ist, anhand der bestimmten Phasenbeziehung ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium, eine Verwendung einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium, ein Verfahren zum Ermitteln eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium und ein Computerprogrammprodukt.
Es existiert eine Vielzahl von Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Messung einer Blutzuckerkonzentration. Herkömmliche optische, polarimetrische Verfahren für die Messung einer Blutzuckerkonzentration funktionieren über die zirkuläre Doppelbrechung einer glucosehaltigen Lösung, beispielsweise Blut, Serum, Augenflüssigkeit usw. Hierbei läßt sich aus einer optischen Drehung von Untersuchungslicht die Konzentration des Blutzuckers in der Lösung bestimmen. Beispielsweise kann die Konzentration des Blutzuckers im Auge bestimmt werden, die mit geringer zeitlicher Verzögerung der Blutzuckerkonzentration im Blut folgt. Alternativ kann beispielsweise im nahen Infrarotbereich die Blutzuckerkonzentration durch die Haut gemessen werden oder auch Urin optisch analysiert werden.
Weiterhin werden herkömmlicherweise spektroskopische Absorptionsmessungen verwendet, sowie die Messungen des Polarisationszustandes von reflektiertem und transmittiertem Licht.
Eine wesentliche Schwierigkeit bei polarisationsoptischen Verfahren ist die Kleinheit des Effekts, sowie störende Doppelbrechungen des Auges und in der Optik.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genaue Konzentrationswertsbestimmung einer magneto-optischen Substanz in einem Medium bereitzustellen. Diese Aufgabe wird anhand der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, der Verwendung gemäß Anspruch 20, des Verfahrens gemäß Anspruch 21 und des Computerprogrammprodukts gemäß Anspruch 22 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen bzw. -varianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium mit:

– zumindest einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, die ausgelegt ist, ein Medium zeitgleich mit erster elektromagnetischer Strahlung entlang einer ersten Strahlungsrichtung und zweiter elektromagnetischer Strahlung entlang einer zweiten Strahlungsrichtung zu bestrahlen, wobei die erste Strahlungsrichtung und die zweite Strahlungsrichtung im wesentlichen entgegengesetzt zueinander sind;
– einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, welche ausgelegt ist, ein Magnetfeld entlang einer Magnetfeldrichtung anzulegen, wobei die Magnetfeldrichtung im wesentlichen parallel zu der ersten und/oder der zweiten Strahlungsrichtung ist;
– zumindest einer Detektiereinrichtung, welche ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums bei angelegtem Magnetfeld und die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums bei angelegtem Magnetfeld zu detektieren;
– einer Bestimmungseinrichtung, welche ausgelegt ist, eine Phasenbeziehung der detektierten ersten elektromagnetischen Strahlung und der detektierten zweiten elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen und
– einer Auswerteeinrichtung, welche ausgelegt ist, anhand der bestimmten Phasenbeziehung zumindest einen Konzentrationswert einer magneto-optischen Substanz in dem Medium zu bestimmen.

Vorteilhafterweise ist anhand der vorliegenden Erfindung eine sehr genaue Bestimmung, insbesondere eine sehr genaue Messung des magneto-optischen Effekts und damit eine sehr genaue Bestimmung, insbesondere eine sehr genaue Messung eines Konzentrationswertes der magneto-optischen Substanz in einem Medium möglich. Hierbei wurde erfindungsgemäß vorteilhafterweise erkannt, nicht-reziproke Polarisationseffekte einer magneto-optischen Substanz (auch als Faraday-Effekt bezeichnet) zu detektieren. Hierbei sind weiterhin vorteilhafterweise reziproke Polarisationseffekte anhand von gegenläufiger elektromagnetischer Strahlung im wesentlichen vernachlässigbar, da sich die reziproken Polarisationseffekte gegenseitig im wesentlichen vollständig aufheben. Nicht-reziproke Polarisationseffekte können herkömmlicherweise in einem Sagnac-Interferometer detektiert werden, wobei sich in einem herkömmlichen Sagnac-Interferometer reziproke Polarisationseffekte gegenseitig aufheben. Erfindungsgemäß wurde daher vorteilhafterweise erkannt, daß sich in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 alle reziproken Effekte aus grundsätzlichen physikalischen Gründen exakt herausmitteln bzw. sich gegenseitig aufheben. Einzig der magneto-optische Effekt als nicht-reziproker Effekt verbleibt bzw. wird detektiert. Somit kann anhand des magneto-optischen Effekts eine Phasenbeziehung zwischen der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung sehr genau detektiert bzw. bestimmt bzw. gemessen werden. Anhand der gemessenen Phasenbeziehung ist der Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Medium bestimmbar, insbesondere berechenbar.
Das Herausmitteln der reziproken Polarisationseffekte ist gemäß der vorlegenden Erfindung möglich, da das Medium mit der magneto-optischen Substanz von gegenläufiger elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise gegenläufigem Licht durchstrahlt wird und, nach Durchstrahlen des Mediums (bei gleichzeitig angelegtem magnetischen Feld), eine Phasenbeziehung, insbesondere eine Phasendifferenz, zwischen den beiden Lichtstrahlen bestimmt bzw. detekiert wird.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung völlig unempfindlich auf lineare und/oder zirkulare Doppelbrechung am bzw. im Medium, da lineare und/oder zirkulare Doppelbrechung ein reziproker Polarisationseffekt ist.
Der Begriff "bestimmen" kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten, daß eine Polarisationsrichtung der ersten und/oder der zweiten elektromagnetischen Strahlung gemessen wird. Weiterhin kann der Begriff "bestimmen" beinhalten, daß eine Phasenbeziehung und/oder eine Änderung einer Phasenbeziehung anhand von detektierten Werten aus einer Tabelle bzw. Datenbank entnommen wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Phasenbeziehung und/oder eine Änderung einer Phasenbeziehung auch berechnet werden.
Weiterhin kann der Begriff "bestimmen" im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten, daß ein Konzentrationswert basierend auf einer Phasenbeziehung, insbesondere basierend auf einer Phasendifferenz aus einer Tabelle bzw. einer Datenbank entnommen wird und/oder anhand der Phasenbeziehung mittels einer mathematischen Formel berechnet wird.
In anderen Worten kann der Begriff "bestimmen" im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten, daß ein Wert einer Tabelle bzw. einer Datenbank entnommen wird und/oder anhand einer mathematischen Formel bzw. Relation berechnet wird und/oder abgeschätzt wird.
Der Begriff "detektieren" kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten, daß eine Leistung bzw. eine Energie einer elektromagnetischen Strahlung gemessen wird. Hierbei kann eine richtungsabhängige Messung, insbesondere eine polaristaionsrichtungsabhängie Messung der Leistung bzw. der Energie möglich sein. Somit kann eine Polarisationsrichtung der ersten und der zweiten elektromagnetischen Strahlung bestimmt werden. Beispielsweise kann der Begriff "detektieren" anstelle des Begriffs "messen" verwendet werden.
Der Begriff "ermitteln" kann im Sinne der vorliegenden Erfindung synonym für den Begriff "detektieren" und/oder "bestimmen" verwendet werden.
Der Begriff "magneto-optische Substanz" kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhalten, daß eine Substanz dann optisch aktiv ist, wenn an der Substanz ein Magnetfeld angelegt wird. Dies schließt nicht aus, daß die Substanz auch dann optisch aktiv ist, wenn an der Substanz kein Magnetfeld angelegt ist. Die optische Aktivität bei angelegtem Magnetfeld unterscheidet sich jedoch von der optischen Aktivität bei nicht angelegtem Magnetfeld.
Der Begriff "Strahlungsrichtung" im Sinne der vorliegenden Erfindung ist synonym zu der Ausbreitungsrichtung der entsprechenden elektromagnetischen Strahlung. Insbesondere ist die Strahlungsrichtung senkrecht zu dem Vektor des elektrischen Feldes der elektromagnetischen Strahlung. Die Strahlungsrichtung ist senkrecht zu dem Vektor des magnetischen Feldes der elektromagnetischen Strahlung (siehe 2).
In anderen Worten wird erfindungsgemäß das Medium von zwei elektromagnetischen Strahlungen, d. h. der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt. Die beiden elektromagnetischen Strahlungen durchstrahlen vorzugsweise identische Bereiche des Mediums, jedoch in im wesentlichen entgegengesetzter Richtung. Beispielsweise kann die erste elektromagnetische Strahlung ein Medium von links nach rechts durchstrahlen. Die zweite elektromagnetische Strahlung kann das Medium von rechts nach links durchstrahlen, wobei die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung im wesentlichen entgegengesetzt zueinander sind. Die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung haben daher einen identischen bzw. einen sehr ähnlichen optischen Weg durch das Medium, d. h. die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung bestrahlen im wesentlichen identische Volumenbereiche des Mediums. Hierbei ist es nicht notwendig, daß die erste elektromagnetische Strahlung das Medium geradlinig durchstrahlt. Ebenso ist es nicht notwendig, daß die zweite elektromagnetische Strahlung das Medium geradlinig durchstrahlt. Die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung breiten sich jedoch auf einem im wesentlichen identischen Weg aus. Das heißt geringfügige Abweichungen von diesem Weg durch die erste elektromagnetische Strahlung und/oder die zweite elektromagnetische Strahlung sind möglich.
Während die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung das Medium durchdringen bzw. das Medium durchstrahlen, wird an das Medium ein Magnetfeld angelegt und somit die magneto-optische Substanz optisch aktiv (Farady-Effekt). Das Magnetfeld kann beispielsweise anhand eines Stromflusses durch Spulen erzeugt und an dem Medium und somit auch an der magneto-optischen Substanz angelegt sein. Das Magnetfeld kann auch anhand eines oder mehrerer Permanentmagneten angelegt sein. Ein Permanentmagnet kann vorzugsweise zumindest teilweise aus ferromagnetischen und/oder ferrimagnetischen Materialien bestehen, wodurch vorteilhafterweise ein weniger rauschendes Meßsignal erhalten werden kann.
Aufgrund des angelegten Magnetfeldes verändert sich die optische Eigenschaft der magneto-optischen Substanz. Insbesondere wird aufgrund des angelegten Magnetfeldes die magneto-optische Substanz optisch aktiv. Die magneto-optische Substanz ist hierbei in dem Medium angeordnet. Bevorzugt ist die magneto-optische Substanz in dem Medium gelöst. Das Medium ist vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig transparent. Beispielsweise kann das Medium eine zumindest teilweise transparente bzw. vollständig transparente Flüssigkeit sein, in der die magneto-optische Substanz gelöst ist. Die magneto-optische Substanz und das Medium können auch eine Dispersion bilden.
Sind die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung jeweils polarisierte elektromagnetische Strahlungen, wird aufgrund des optisch aktiven Zustands der magneto-optischen Substanz eine Polarisationsebene sowohl der ersten als auch der zweiten elektromagnetischen Strahlung gedreht. Die Drehung der Polarisationsebene kann beispielsweise mit der Stärke des angelegten Magnetfeldes zusammenhängen. Insbesondere ist es möglich, daß die Drehung der Polarisationsebene um so größer ist, je stärker das angelegte Magnetfeld ist.
Vorzugsweise ist die magneto-optische Substanz Glucose und das Medium ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise Kammerwasser in einem Auge, Blut, Serum, Harn, usw. Die magneto-optische Substanz ist vorzugsweise in dem flüssigen Medium gelöst, beispielsweise ist Glucose in dem Fluid, insbesondere dem Kammerwasser des Auges, dem Blut, dem Serum, dem Harn, usw. gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung
Vorzugsweise weist die Vorrichtung genau eine Quelle elektromagnetischer Strahlung und einen Strahlteiler auf, wobei die Quelle elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist, eine elektromagnetische Eingangsstrahlung zu erzeugen und der Strahlteiler ausgelegt ist, die elektromagnetische Eingangsstrahlung in die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung aufzuteilen.
Alternativ hierzu können auch zwei Strahlungsquellen vorhanden sein, wobei eine Strahlungsquelle ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung zu erzeugen und die zweite Strahlungsquelle ausgelegt ist, die zweite elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Es können auch mehrere Strahlteiler angeordnet sein, d. h. zumindest ein Strahlteiler angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die erste und die zweite Strahlrichtung bei dem teilweisen Durchstrahlen des Mediums im wesentlichen parallel.
In anderen Worten durchdringen die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung das Medium auf einem im wesentlichen gleichen optischen Weg. Es ist nicht notwendig, daß der optische Weg geradlinig ist. Vielmehr kann der optische Weg auch gebogen sein. Weiterhin kann der optische Weg auch Richtungsänderungen beispielsweise anhand von Reflexion, insbesondere Totalreflexion an Flächen, umfassen. Vorzugsweise werden sowohl die erste elektromagnetische Strahlung als auch die zweite elektromagnetische Strahlung in gleicher Weise abgelenkt, so daß von der ersten elektromagnetischen Strahlung und von der zweiten elektromagnetischen Strahlung im wesentlichen identische Bereiche des Mediums bzw. identische Volumenbereiche des Mediums durchstrahlt werden.
Vorzugsweise ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgelegt, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes zu variieren.
Besonders bevorzugt ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgelegt, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes umzukehren.
Insbesondere bevorzugt ist die Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgelegt, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes periodisch zu variieren bzw. umzukehren.
Vorteilhafterweise können daher Nullpunktfehler beispielsweise weiterer optischer Elemente der Vorrichtung verringert und besonders vorteilhaft vollständig aufgehoben werden. Weitere optische Elemente können beispielsweise aufgrund der Quelle elektromagnetischer Strahlung, der Detektiereinrichtung usw. vorhanden sein. Weitere optische Elemente können z. B. Linsen, Spiegel, Lichtleiterfasern, usw. sein.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung ausgelegt, elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge größer als etwa 500 nm, bevorzugt zwischen etwa 550 nm und etwa 1600 nm, weiterhin bevorzugt von etwa 780 nm besonders bevorzugt von etwa 633 nm und weiterhin besonders bevorzugt von etwa 830 nm zu erzeugen.
Besonders bevorzugt umfaßt oder ist die Quelle elektromagnetischer Strahlung ein Laser bzw. mehrere Laser.
Weiterhin vorzugsweise ist der Polarisationszustand der ersten elektromagnetischen Strahlung und/oder der Polarisationszustand der zweiten elektromagnetischen Strahlung im wesentlichen zirkular, d. h. die elektromagnetische Strahlung ist im wesentlichen zirkular polarisiert.
Beim Durchgang durch das Medium, d. h. beim Durchstrahlen des Mediums mit der ersten und der zweiten elektromagnetischen Strahlung wird bei angelegtem Magnetfeld aufgrund der magneto-optischen Eigenschaften der magneto-optischen Substanz der Polarisationszustand der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung verändert. Beispielsweise kann die Polarisationsebene gedreht werden. In jedem Fall unterscheidet sich die Änderung des Polarisationszustandes der ersten elektromagnetischen Strahlung von der Änderung des Polarisationszustandes der zweiten elektromagnetischen Strahlung. Beispielsweise ist es möglich, daß die Drehung der Polarisationsebene der ersten elektromagnetischen Strahlung den gleichen Wert aufweist, wie die Drehung der Polarisationsebene der zweiten elektromagnetischen Strahlung, jedoch die Drehungen in verschiedenen Richtungen erfolgen und sich dadurch voneinander unterscheiden. Diese Eigenschaft wird, wie oben ausgeführt, nicht-reziproker Polarisationseffekt genannt. In anderen Worten kann aufgrund der optischen Aktivität der magneto-optischen Substanz (d. h. bei angelegtem Magnetfeld) eine Polarisationsebene bzw. Richtung der ersten elektromagnetischen Strahlung geändert werden, insbesondere gedreht werden. Ferner kann eine Polarisationsebene bzw. Polarisationsrichtung der zweiten elektromagnetischen Strahlung geändert, insbesondere gedreht werden, wobei aufgrund der entgegengesetzten Strahlrichtung der beiden elektromagnetischen Strahlungen die Drehung der Polarisationsrichtung der ersten elektromagnetischen Strahlung von der Drehung der Polarisationsrichtung der zweiten elektromagnetischen Strahlung verschieden ist.
Weiterhin vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zumindest eine zweite Lichtleiterfaser, wobei die erste elektromagnetische Strahlung durch die erste Lichtleiterfaser zu dem Fluid geleitet ist und die zweite elektromagnetische Strahlung durch die zweite Lichtleiterfaser zu dem Fluid geleitet ist und wobei die erste und die zweite Lichtleiterfaser derart angeordnet sind, daß keine Fläche eingeschlossen wird.
In anderen Worten umschließen die ersten Lichtleiterfaser und die zweite Lichtleiterfaser insbesondere keine gemeinsame Fläche. Vorteilhafterweise wirken sich daher Drehungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Raum nicht auf den Polarisationszustand der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung, die durch die Lichtleiterfaser geführt werden, aus. Es kommt daher auch bei einer Drehung der Vorrichtung im Raum nicht zu einer Änderung bzw. Drehung der Polarisationsrichtung der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung. Folglich ergibt sich auch keine Änderung der Phasenbeziehung aufgrund einer Drehung der Vorrichtung im Raum.
Die erste und/oder die zweite Lichtleiterfaser können auch Bestandteil einer Faserschleife sein. Insbesondere können die erste und die zweite Lichtleiterfaser eine Faserschleife bilden.
Eine eingeschlossene bzw. umschlossene Fläche im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist eine Fläche, die bei Projektion der Anordnung der ersten und/oder der zweiten Lichtleiterfaser im dreidimensionalen Raum auf eine zweidimensionale Fläche von der ersten und/oder der zweiten Lichtleiterfaser umgeben ist.
Dies ist der Fall, falls die erste Lichtleiterfaser/oder die zweite Lichtleiterfaser, in Projektion auf eine zweidimensionale Fläche, eine geschlossene Kurve bilden. Somit bildet gemäß der vorliegenden Anmeldung die Projektion der ersten Lichtleiterfaser und/oder der zweiten Lichtleiterfaser auf eine zweidimensionale Fläche vorzugsweise keine geschlossene Kurve.
Die erste Lichtleiterfaser und die zweite Lichtleiterfaser können anhand einer einzigen Lichtleiterfaser gebildet sein, die zum Beispiel zum Anordnen des Mediums lokal unterbrochen ist. Somit kann ein Bereich der Lichtleiterfaser die erste Lichtleiterfaser sein und ein weiterer Bereich der Lichtleiterfaser die zweite Lichtleiterfaser sein.
Weiterhin vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Kontakteinrichtung auf, welche ausgelegt ist, mit einem Auge eines Benutzers bzw. Probanden in Kontakt zu treten, wobei die beiden Lichtleiterfasern optisch an die Kontakteinrichtung gekoppelt sind und/oder mechanisch an die Kontakteinrichtung gekoppelt sind.
Beispielsweise kann die Kontakteinrichtung im wesentlichen eine einer herkömmlichen Kontaktlinse ähnliche Ausgestaltung aufweisen. Insbesondere kann die Kontakteinrichtung ähnlich einer herkömmlichen Kontaktlinse an ein Auge angelegt werden bzw. mit dem Auge in Kontakt treten. An eine nicht mit dem Auge in Kontakt befindlichen Fläche der Kontakteinrichtung kann vorzugsweise die erste Lichtleiterfaser sowohl mechanisch als auch optisch angekoppelt sein. Ferner kann an diese oder eine weitere, sich nicht mit dem Auge in Kontakt befindenden Fläche, die zweite Lichtleiterfaser mechanisch und/oder optisch gekoppelt sein. Die optische Kopplung kann einerseits das Einstrahlen der elektromagnetischen Strahlung in die Kontakteinrichtung und nachfolgend in das Auge ermöglichen. Die optische Ankopplung kann andererseits nach Durchstrahlen zumindest eines Teilbereichs des Auges und nach Eintreten der elektromagnetischen Strahlung in die Kontakteinrichtung, das Eintreten der elektromagnetischen Strahlung in die weitere der beiden Lichtleiterfasern ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine der beiden Lichtleiterfasern oder können beide Lichtleiterfasern mechanisch an die Kontakteinrichtung gekoppelt sein und derart ausgebildet sein, daß die elektromagnetische Strahlung direkt von der Lichtleiterfaser zumindest einen Teilbereich des Auges durchstrahlt, ohne vorher die Kontakteinrichtung zu durchstrahlen bzw. in die Kontakteinrichtung einzudringen.
Gleiches gilt für das Rückführen der elektromagnetischen Strahlung in die zweite Lichtleiterfaser.
Folglich ist die Kontakteinrichtung vorzugsweise ausgelegt, die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung in das Auge des Benutzers bzw. Probanden ein zu strahlen. Hierbei kann die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung aus der entsprechenden Lichtleiterfaser austreten und beispielsweise direkt das Auge zumindest teilweise durchstrahlen. Es ist auch möglich, daß die erste und/oder zweite elektromagnetische Strahlung in die Kontakteinrichtung eindringt, insbesondere optisch eingekoppelt ist, und nach Durchstrahlen zumindest eines Teilbereichs der Kontakteinrichtung in das Auge eindringt bzw. das Auge zumindest teilweise durchstrahlt.
Weiterhin vorzugsweise ist die Kontakteinrichtung ausgelegt, die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges in die zweite Lichtleiterfaser ein zu koppeln, wobei die zweite Lichtleiterfaser ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung der Detektiereinrichtung zuzuführen.
Weiterhin vorzugsweise ist die Kontakteinrichtung ausgelegt, die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges in die erste Lichtleiterfaser einzukoppeln, wobei die erste Lichtleiterfaser ausgelegt ist, die zweite elektromagnetische Strahlung der Detektiereinrichtung zuzuführen.
Vorzugsweise kann die erste und/oder die elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges direkt in die entsprechende Lichtleiterfaser eintreten, insbesondere in die entsprechende Lichtleiterfaser eingekoppelt werden. Alternativ kann die elektromagnetische Strahlung auch in die Kontakteinrichtung eindringen bzw. einstrahlen und anhand der Kontakteinrichtung in die entsprechende Lichtleiterfaser eingekoppelt werden.
Weiterhin vorzugsweise kann die erste Lichtleiterfaser an eine erste Detektiereinrichtung und die zweite Lichtleiterfaser an eine zweite Detektiereinrichtung angeschlossen sein. Es ist auch möglich, daß die erste Lichtleiterfaser und die zweite Lichtleiterfaser an eine gemeinsame Detektiereinrichtung angeschlossen sind.
Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung, insbesondere eine Augenmuschel auf, welche ausgelegt ist, zumindest Bestandteile der Vorrichtung vor einem Auge eines Benutzers bzw. Probanden zu positionieren.
Beispielsweise kann die Positioniereinrichtung ähnlich ausgebildet sein, wie eine herkömmliche Augenmuschel eines Mikroskops bzw. eines Fernglases bzw. eines Fernrohrs, usw. Insbesondere kann die Positioniereinrichtung ausgebildet sein, in Kontakt mit einem Kopf, insbesondere der Stirn eines Benutzers zu treten, um die Vorrichtung bzw. Teile der Vorrichtung in einer vorgegebenen Art und Weise vor bzw. an einem Auge des Benutzers zu positionieren. Die Positioniereinrichtung kann auch ausgebildet sein, die Vorrichtung bzw. zumindest einen Teilbereich der Vorrichtung relativ zu einem oder mehreren Körperteilen eines Benutzers zu positionieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Positioniereinrichtung ausgebildet sein, die Vorrichtung bzw. Teilbereiche der Vorrichtung relativ zu einem Gefäß bzw. relativ zu einem Behältnis zu positionieren, in welchem das Medium angeordnet ist. Beispielsweise kann ein solches Gefäß ein Reagenzglas, ein Objektträger einer Mikroskopiereinrichtung, ein Objektträger einer Spektroskopieeinrichtung, ein Blutgefäß usw. sein.
Weiterhin vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zumindest eine Sensoreinrichtung, welche ausgelegt ist, eine Position einer Augenoberfläche eines Benutzers zu bestimmen.
Die vorgenannte Sensoreinrichtung kann eine herkömmliche Sensoreinrichtung sein, welche beispielsweise eine oder mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen, insbesondere eine oder mehrere Kameras umfaßt. Die Sensoreinrichtung kann auch eine oder mehrere Abstandsmesser, beispielsweise basierend auf Ultraschall, Infrarotmessung usw. umfassen. Weiterhin kann die Sensoreinrichtung eine oder mehrere Schallerzeugungseinrichtungen, die beispielsweise ausgelegt sind, Ultraschall zu erzeugen, eine oder mehrere Lichterzeugungseinrichtungen, beispielsweise Laserdioden, Infrarotdioden usw. umfassen.
Die Sensoreinrichtung ist insbesondere ausgelegt, eine Position, insbesondere einen Abstand zwischen einer Augenoberfläche des Auges des Benutzers bzw. Probanden und zumindest eines Teilbereichs oder mehrere Teilbereiche der Vorrichtung zu bestimmen. Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung ausgelegt sein, eine Position der vorgenannten Kontakteinrichtung relativ zu einer Augenoberfläche zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoreinrichtung ausgelegt sein, eine Position einer oder beider Lichtleiterfasern relativ zu einer Augenoberfläche zu bestimmen.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung eine Regelungseinrichtung, welche ausgelegt ist, eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung zu regeln.
Vorzugsweise ist die Regelungseinrichtung ausgelegt, eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung relativ zu einer Augenoberfläche zu regeln. In anderen Worten kann die Position zumindest eines Teilbereichs bzw. mehrerer Teilbereiche, insbesondere der vollständigen Vorrichtung an eine Augenbewegung angepaßt werden, so daß, auch bei Änderung der Blickrichtung des Benutzers der Vorrichtung bzw. des Probanden, die Vorrichtung weiterhin verwendet werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Regelungseinrichtung ausgelegt, derart mit der zumindest einen Sensoreinrichtungen zusammenzuarbeiten, derart, daß eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung relativ zu der Augenoberfläche regelbar ist.
Weiterhin bevorzugt ist die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung ausgelegt, gleichzeitig die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Weiterhin vorzugsweise ist die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung ausgelegt, in zumindest zwei zeitlich aufeinander folgenden Schritten die Wellenlänge der ersten und der zweiten elektromagnetischen Strahlung gemeinsam zu ändern, wobei die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung während eines jeden zeitlichen Schritts eine identische Wellenlänge aufweisen und wobei
die Bestimmungseinrichtung ausgelegt ist, während eines jeden Schritts eine Phasenbeziehung zwischen der ersten detektierten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten detektieren elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen, wobei
die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, anhand der in den einzelnen Schritten bestimmten Phasenbeziehungen den Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Medium zu bestimmen.
In anderen Worten können in einem ersten Schritt die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung (bei angelegtem Magnetfeld) das Medium zumindest teilweise durchstrahlen. Hierbei wird anhand der Bestimmungseinrichtung eine Phasenbeziehung, insbesondere eine Phasendifferenz zwischen der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung nach Durchgang durch das Medium bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die Wellenlänge der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung verändert, wobei die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung eine identische Wellenlänge aufweisen. Wiederum wird nun das Medium (bei angelegtem Magnetfeld) durchstrahlt und nach dem Durchstrahlen des Mediums eine Phasenbeziehung zwischen der ersten elektromagnetischen Strahlung der zweiten elektromagnetischen Strahlung bestimmt. Anhand der beiden Phasenbeziehungen kann nunmehr der Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Fluid bestimmt werden.
Vorzugsweise kann dies für eine Vielzahl von Schritten, beispielsweise 3, 4, 5, usw. Schritten, bei verschiedenen Wellenlängen wiederholt werden, um den Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Medium zu bestimmen.
Es können auch zwei oder mehr Quellen elektromagnetischer Strahlung vorhanden sein, die elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlänge erzeugen. Beispielsweise können zwei Laserdioden vorhanden sein, welche Laserlicht erzeugen, wobei die Wellenlänge des Laserlichts der ersten Laserdiode von der Wellenlänge des Laserlichts der zweiten Laserdiode verschieden ist. Beispielsweise kann in dem ersten Schritt Laserlicht der ersten Laserdiode eingestrahlt werden und in einem zweiten Schritt Laserlicht der zweiten Laserdiode.
Alternativ kann auch eine Quelle elektromagnetischer Strahlung vorhanden sein, die elektromagnetische Strahlung mit verschiedener Wellenlänge, insbesondere mit einem kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Wellenlängenspektrum erzeugt. Ferner können Filter oder ähnliche Vorrichtungen angeordnet sein, die es ermöglichen, daß in dem ersten Schritt die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung eine erste Wellenlänge aufweisen und in dem zweiten Schritt die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung eine zweite Wellenlänge aufweisen.
Es können auch mehr als zwei Quellen elektromagnetischer Strahlung vorhanden sein, die elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlänge erzeugen. Beispielsweise können 3, 4, 5, usw. Quellen elektromagnetischer Strahlung vorhanden sein. Diese Quellen elektromagnetischer Strahlung können beispielsweise 3, 4, 5, usw. Laserlichtquellen sein bzw. umfassen, die Laserlicht verschiedener Wellenlängen erzeugen.
Verwendung gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein weitere Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ermitteln einer Konzentration einer magneto-optischen Substanz in einem Medium.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet, um einen Konzentrationswert von Glucose in einem Fluid, insbesondere dem Kammerwasser eines Auges, Serum, Blut, Harn, usw. zu bestimmen bzw. zu detektieren.
Verfahren gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium mit den Schritten:

– Einstrahlen zumindest einer ersten elektromagnetischen Strahlung entlang einer ersten Strahlungsrichtung auf ein Medium und zeitgleich Einstrahlen zumindest einer zweiten elektromagnetischen Strahlung entlang einer zweiten Strahlungsrichtung auf das Medium, wobei die erste und die zweite Strahlungsrichtung bei einem zumindest teilweise Durchstrahlen des Mediums im wesentlichen entgegengesetzt sind;
– Anlegen eines Magnetfeldes entlang einer Magnetfeldrichtung, wobei die Magnetfeldrichtung im wesentlichen parallel zu der ersten und/oder der zweiten Strahlungsrichtung ist;
– Detektieren der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums bei angelegtem Magnetfeld;
– Bestimmen einer Phasenbeziehung zwischen der detektierten ersten elektromagnetischen Strahlung und der detektieren zweiten elektromagnetischen Strahlung;
– Bestimmen eines Konzentrationswertes der magneto-optischen Substanz in dem Medium anhand der bestimmten Phasenbeziehung.

Bevorzugte Ausführungsvarianten des Verfahrens
Die obige Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Vorrichtungen gelten sinngemäß auch für das vorliegende Verfahren.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die weiteren Schritte:

– Bereitstellen einer elektromagnetischen Eingangsstrahlung;
– Aufteilen der elektromagnetischen Eingangsstrahlung in die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung.

Weiterhin vorzugsweise wird das Magnetfeld derart angelegt, daß das Magnetfeld das Medium zumindest teilweise durchdringt
Weiterhin vorzugsweise durchstrahlt die erste elektromagnetische Strahlung das Medium derart, daß die erste und die zweite Strahlenrichtung im wesentlichen parallel sind.
Vorzugsweise wird die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfelds variiert. Insbesondere wird die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes umgekehrt, wobei die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes periodisch variiert bzw. umgekehrt werden kann.
Weiterhin vorzugsweise wird elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge größer als etwa 500 nm, bevorzugt zwischen etwa 550 nm und etwa 1600 nm, weiterhin bevorzugt von etwa 780 nm, besonders bevorzugt von etwa 633 nm und weiterhin besonders bevorzugt von etwa 830 nm erzeugt.
Besonders bevorzugt wird zirkular polarisierte elektromagnetische Strahlung eingestrahlt.
Weiterhin vorzugsweise wird die erste elektromagnetische Strahlung durch eine erste Lichtleiterfaser zu dem Medium geleitet und die zweite elektromagnetische Strahlung durch eine zweite Lichtleiterfaser zu dem Medium geleitet, wobei die erste und die zweite Lichtleiterfaser keine gemeinsame Fläche einschließen.
Vorzugsweise tritt eine Kontakteinrichtung mit einem Auge eines Benutzers bzw. Probanden in Kontakt, wobei die beiden Lichtleiterfasern optisch an die Kontakteinrichtung gekoppelt sind und/oder mechanisch an die Kontakteinrichtung gekoppelt sind.
Weiterhin vorzugsweise werden die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung in das Auge des Benutzers eingestrahlt.
Bevorzugt wird die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges in die zweite Lichtleiterfaser eingekoppelt und durch die zweite Lichtleiterfaser an die Detektiereinrichtung geführt. Ebenso vorzugsweise wird die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisen Durchstrahlen des Auges in die erste Lichtleiterfaser eingekoppelt und mittels der ersten Lichtleiterfaser der Detektiereinrichtung zugeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird zumindest ein Bestandteil der Vorrichtung anhand einer Positioniereinrichtung vor dem Auge des Benutzers positioniert. Vorzugsweise wird anhand zumindest einer Sensoreinrichtung eine Position einer Augenoberfläche des Auges bestimmt. Zusätzlich kann anhand einer Regelungseinrichtung eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung geregelt werden. Hierbei kann die Regelungseinrichtung mit der zumindest einen Sensoreinrichtung derart zusammenarbeiten, daß eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung relativ zu der Augenoberfläche regelbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante werden in einem ersten Schritt die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung eingestrahlt, wobei die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung identische Wellenlänge aufweisen. Nach Durchgang bzw. Durchstrahlen des Mediums bzw. Teilbereichen des Mediums (bei angelegtem Magnetfeld) wird anhand der Bestimmungseinrichtung eine Phasenbeziehung zwischen der ersten detektierten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten detektierten elektromagnetischen Strahlung bestimmt. In einem weiteren Schritt werden wiederum die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung (bei angelegtem Magnetfeld) auf das Medium eingestrahlt. Hierbei weisen die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung identische Wellenlänge auf, wobei jedoch die Wellenlänge in diesem Schritt von der Wellenlänge des vorangegangenen Schritts verschieden ist. Wiederum wird anhand der Bestimmungseinrichtung eine Phasenbeziehung zwischen der ersten detektierten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten detektierten elektromagnetischen Strahlung bestimmt.
Dieser Schritt kann wiederholt durchgeführt werden, wobei die verwendete Wellenlänge der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung während eines jeden, wiederholten Schrittes, geändert werden kann und insbesondere von der Wellenlänge der vorangegangenen Schritte verschieden ist. Die Wellenlängen können auch für einige Schritte oder für alle Schritte identisch sein.
Weiterhin kann mittels der Auswerteeinrichtung der Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Medium anhand der in den einzelnen Schritten bestimmten Phasenbeziehungen bestimmt werden.
Computerprogrammprodukt gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht, welches, wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von einem Computer, bewirkt, daß der Computer ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Figurenbeschreibung
Bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung bzw. Ausführungsvarianten des Verfahrens werden nachfolgend anhand begleitender Figuren beispielhaft beschrieben. Es zeigt
1: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
2: eine schematische Ansicht des magneto-optischen Effekts;
3: eine schematische Ansicht eines Teilbereichs einer Vorrichtung;
4: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
5: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
6: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
7: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
8: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung;
9: eine schematische Ansicht einer Vorrichtung.
1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung 1. Die Vorrichtung 1 umfaßt eine Lichtquelle 10, vorzugsweise eine Superlumineszenzdiode 10, als bevorzugte Quelle elektromagnetischer Strahlung. Die Lichtquelle 10 leuchtet in eine Lichtleitfaser 12. Hierzu ist die Lichtleitfaser 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform optisch an die Superlumineszenzdiode 10 gekoppelt. Das Licht, d. h. eine Eingangsstrahlung, durchquert einen ersten Strahlteiler 14, ein Raumfilter 16 und einen Polarisator 18. Weiterhin durchquert das Licht einen zweiten Strahlteiler 20, der nun das Licht, d. h. die Eingangsstrahlung aufspaltet und in beiden Richtungen durch eine geschlossene Faserschleife 22 schickt. In anderen Worten wird anhand des Strahlteilers 20 die Eingangsstrahlung in eine erste elektromagnetische Strahlung und in eine zweite elektromagnetische Strahlung aufgeteilt. Die erste elektromagnetische Strahlung wird beispielsweise in ein Ende 24 der Faserschleife 22 eingespeist, die zweite elektromagnetische Strahlung wird beispielsweise in ein Ende 26 der Faserschleife 22 eingespeist. Anstelle einer Faserschleife 22 können auch zwei getrennte Lichtleitfasern verwendet werden. Nach Durchgang durch die Faserschleife 22 trifft das Licht wieder auf den Strahlteiler 20. Alternativ kann auch ein weiterer Strahlteiler (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Somit tritt die erste elektromagnetische Strahlung, welche an dem Ende 24 in die Faserschleife 22 eintritt, an dem Ende 26 wieder aus der Faserschleife 22 aus. Ebenso tritt die zweite elektromagnetische Strahlung, welche an dem Ende 26 in die Faserschleife 22 eintritt, an dem Ende 24 aus der Faserschleife 22 aus.
Die Faserschleife 22 besteht vorzugsweise aus sogenannter polarisationserhaltender Faser. An dem Ende 26 der Faserschleife 22 kann ein Phasenmodulator 28 angeordnet sein. Es ist auch möglich, daß mehrere Phasenmodulatoren (nicht gezeigt) an dem Ende 26 der Faserschleife 22 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich kann ein Phasenmodulator oder können mehrere Phasenmodulatoren (nicht gezeigt) an dem Ende 24 der Faserschleife 22 angeordnet sein. Ebenso kann ein Phasenmodulator oder können mehrere Phasenmodulatoren (nicht gezeigt) an anderen Positionen in der Faserschleife 22 angeordnet sein. Weiterhin umfaßt die Vorrichtung vorzugsweise eine Phasenmodulatorschaltung 30, welche den Phasenmodulator 28 elektrisch ansteuert.
Innerhalb der Faserschleife 22 kann ein Meßkopf 32 angeordnet sein. Der Meßkopf 32 wird in beiden Richtungen von Licht durchstrahlt. In anderen Worten wird der Meßkopf 32 von der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung durchstrahlt, wobei die erste elektromagnetische Strahlung im wesentlichen entgegengesetzt zur zweiten elektromagnetischen Strahlung gerichtet ist. Der Meßkopf 32 muß hierzu nicht notwendigerweise als körperliche Einheit ausgebildet sein. Vielmehr kann der Meßkopf 32 auch ausschließlich aus dem zu bestrahlenden bzw. zu untersuchenden Medium bestehen.
Nach Durchgang durch den Meßkopf 32 treten die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung aus den entsprechenden Enden 26, 24 der Faserschleife 22 aus und treten in einen Koppler 34 (gezeigt als Einheit mit dem Strahlenteiler 20) ein. In anderen Worten sind die Enden 24, 26 der Faserschleife 22 vorzugsweise optisch an den Koppler 34 gekoppelt. In dem Koppler 34 interferieren die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung zu einer Ausgangsstrahlung. In anderen Worten tritt aus dem Koppler 34 eine Ausgangsstrahlung aus, welche durch Interferenz der ersten elektromagnetischen Strahlung mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung gebildet ist. Die Ausgangsstrahlung durchläuft den Raumfilter 16 und den Polarisator 18 in umgekehrter Reihenfolge, wie die Eingangsstrahlung. Anschließend durchläuft die Ausgangsstrahlung den Strahlteiler 14 und wird von diesem in eine Lichtleiterfaser 36 eingekoppelt. Anhand der Lichtleitfaser 36 gelangt die Ausgangsstrahlung auf einen Photoempfänger 38, anhand welchem die Ausgangsstrahlung, d. h. dessen Lichtsignal, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Das anhand des Photoempfängers 38 erzeugte elektrische Signal wird in einer Schaltung 40, als eine bevorzugte Bestimmungseinrichtung, entsprechend der Phasenmodulation ausgewertet, wobei das Meß-Signal den Einfluß des magneto-optischen Effekts im Meßkopf 32 auf die Phasenbeziehung wider gibt. Der Koppler 34 und der Strahlteiler 14 können geichartige bzw. gleiche Bauteile sein, wobei das Bauteil bei Durchgang von elektromagnetischer Strahlung in einer Richtung als Koppler dient und bei Durchgang in entgegengesetzter Richtung als Strahlteiler.
Ferner ist in 1 eine Einrichtung 42 als bevorzugte Magnetfelderzeugungseinrichtung 42 dargestellt. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 42 kann ausgelegt sein, zumindest an dem Meßkopf 32 ein Magnetfeld 44 anzulegen. Eine Richtung des Magnetfelds 44 ist im wesentlichen längs des wesentlichen Lichtwegs durch den Meßkopf 32. Beispielsweise kann das Magnetfeld 44 elektrisch angesteuert und/oder umgepolt werden. Eine solche Ansteuerung bzw. Umpolung sowie eine entsprechende Demodulation kann beispielsweise anhand einer Einrichtung 46 erfolgen, deren Ausgangssignal beispielsweise proportional zu einer Konzentration von Glucose (als bevorzugter magneto-optischer Substanz) in dem Meßkopf 32 sein kann.
Vorzugsweise sind Raumfilter 16, Polarisator 18, Strahlteiler 20 sowie Phasenmodulator 28 in einer integrierten Optik ausgeführt.
Das Ausgangssignal des Photoempfängers 38 ist im wesentlichen I(t) = I0·(1+ cos(Φ(t) – Φ(t – τ) + Φnrez))mit

Φ(t):: Phase des Phasenmodulators,
τ:: Laufzeit durch die Faserschleife und
Φ_nrez:: nicht-reziproke Verschiebung durch den magneto-optischen Efffekt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ansteuerungssignal des Phasenmodulators gewählt zu: Φ(t) = Φ0·cos(ω·t)wodurch das Signal I(t) ungerade Harmonische enthält, sofern Φ_nrez ungleich 0 ist. Die Amplitude der ersten Harmonischen A1 ist proportional zu sin(Φ_nrez) und läßt sich mittels Synchrondemodulation und nachfolgender Tiefpaßfilterung gewinnen. Hier sind die Werte Φ_nrez recht klein, so daß in sehr guter Näherung Φ_nrez proportional zu A1 ist. Der Proportionalitätsfaktor läßt sich aus der absoluten Intensität auf dem Photoempfänger bzw. Detektor 38 gewinnen. Bevorzugt wird der Proportionalitätsfaktor aus der Demodulation der zweiten Harmonischen des Detektorsignals gewonnen. Mit Änderung des Vorzeichens des Magnetfeldes 44 mit der Amplitude B0 ändert sich das Vorzeichen von A1. Durch eine weitere Synchrondemodulation mit der Wechselfrequenz des Magnetfeldes 44 läßt sich daraus der Quotient Φ_nrez/B0 bestimmen. Ist die Länge einer optischen Meßstrecke (d. h. des optischen Wegs, entlang welchem die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung das Medium durchstrahlen) bekannt, läßt sich daraus eine spezifische magneto-optische Rotation bestimmen. Anhand der spezifischen magneto-optischen Rotation kann eine Glucosekonzentration in der Meßstrecke bestimmt werden.
Der Meßkopf 32 kann hierbei ein künstlicher Meßkopf sein, beispielsweise ein Reagenzglas, ein Mikrovolumen, usw., welcher ein zu untersuchendes Medium umfaßt bzw. zumindest teilweise umgibt bzw. beinhaltet. Beispielsweise kann in dem Meßkopf 32 ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit angeordnet sein, beispielsweise Harn, Serum, Blut, usw. Alternativ oder zusätzlich kann der Meßkopf 32 auch derart ausgebildet sein, daß der Meßkopf relativ zu einem externen Gefäß, beispielsweise einem Auge, einer Ader, einem Gewebe usw. des Benutzers bzw. des Probanden angeordnet ist, wobei das in die Faserschleife 22 eingespeiste Licht diesen externen Körper zumindest teilweise, insbesondere vollständig durchscheint. Somit kann ein Medium, zum Beispiel ein Fluid oder eine Flüssigkeit, welche in dem externen Körper angeordnet ist, von dem Licht bestrahlt werden und ein Konzentrationswert einer magneto-optischen Substanz in dieser Flüssigkeit bestimmt werden. Beispielsweise kann die magneto-optische Substanz Glucose sein, die in der Flüssigkeit gelöst ist. Gemäß der vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist somit eine sehr genaue Messung eines Blutzuckerspiegels aufgrund einer sehr genauen Messung des magneto-optischen Effekts möglich. Hierbei wird vorteilhafterweise die Verbindung zweier nicht-reziproker Polarisationseffekte ausgenutzt, nämlich des magneto-optischen Effekts (auch Faraday-Effekt bezeichnet) und des Sagnac-Effekts, d. h. daß eine Polarisation (insbesondere eine Richtung einer Polarisation) von elektromagnetischer Strahlung mit unterschiedlicher Strahlrichtung beim Durchgang durch das Medium unterschiedlich geändert wird.
Vorzugsweise wird in der vorgenannten Vorrichtung 1 eine polarisationserhaltende Faser verwendet und die Faserschleife 22 magnetisch abgeschirmt. Vorteilhafterweise ist die vorgenannte Vorrichtung 1 unempfindlich gegenüber linearer oder zirkularer Doppelbrechung im Lichtfeld. Insbesondere ist die vorgenannte Vorrichtung 1 unempfindlich gegenüber linearer oder zirkularer Doppelbrechung im Meßkopf 32.
In anderen Worten wird gemäß der vorgenannten bevorzugten Ausführungsform in die Faserschleife 22 eine optische Einrichtung, nämlich der Meßkopf 32, eingefügt bzw. ist der Meßkopf 32 innerhalb der Faserschleife 22 angeordnet. Anhand des Meßkopfes 32 oder innerhalb des Meßkopfes 32 kann ein Auge, Haut, Urin usw. durchleuchtet bzw. beleuchtet werden. Hierbei wird mittels einer geeigneten Magnetfelderzeugungseinrichtung 42 an dem Auge, der Haut, dem Urin usw. ein Magnetfeld angelegt, welches im wesentlichen parallel zu einem Lichtstrahl ist, der das Auge, die Haut, den Urin usw. durchstrahlt. Folglich führt die Phasenverschiebung aufgrund der magneto-optischen Eigenschaft der Glucoselösung zu einer entsprechenden Phasendifferenz zwischen der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung, welche detektiert bzw. ausgelesen werden kann. Hierbei ist vorteilhafterweise der Polarisationszustand der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung im wesentlichen zirkular. In anderen Worten ist beispielsweise die Eingangsstrahlung zirkular polarisiert. Anhand der Phasendifferenz kann der Konzentrationswert des Blutzuckers bestimmt werden.
Die Faserschleife 22 kann, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Faserkreisel, wie er in einem herkömmlichen Sagnac-Interferrometer verwendet wird, so gewickelt sein, daß die Faserschleife 22 insgesamt keine (geschlossene) Fläche umschließt und somit vorteilhafterweise auf Drehungen in Raum unempfindlich ist.
Weiterhin vorteilhafterweise kann das Magnetfeld in seiner Richtung ständig umgekehrt werden, um einen eventuellen Nullpunktfehler zu eliminieren. Alternativ oder zusätzlich kann der zirkulare Polarisationszustand der Eingangsstrahlung ständig umgekehrt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der zirkulare Polarisationszustand der ersten elektromagnetischen Strahlung und/oder der zweiten elektromagnetischen Strahlung ständig umgekehrt werden.
In diesem Fall muß jedoch auch das Ausgangssignal entsprechend demoduliert werden. Die Genauigkeit, mit der die Glucosekonzentration d. h. der Konzentrationswert von Glucose in dem Medium (beispielsweise dem Kammerwasser eines Auges) bestimmt werden kann, ist vorteilhafterweise im wesentlichen nur noch durch das Rauschen bestimmt, welches mit der Wurzel aus der Meßzeit abnimmt.
Besonders vorteilhafterweise mitteln sich in der vorgenannten Vorrichtung alle reziproken Effekte aus grundsätzlichen physikalischen Gründen exakt heraus. Einzig die Phasendifferenz basierend auf dem magneto-optischen Effekt (als nicht-reziprokem Effekt) bleibt übrig.
Der magneto-optische Effekt (auch Faraday-Effekt bezeichnet) beschreibt eine Drehung einer Polarisation von polarisiertem Licht beim Durchgang durch ein transparentes Medium, wobei im wesentlichen parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichts (als bevorzugter elektromagnetischer Strahlung) ein Magnetfeld an dem Medium (während des Durchstrahlens mit elektromagnetischer Strahlung) angelegt ist. Hierbei ist die Drehung der Polarisationsebene um so größer, je stärker das angelegte Magnetfeld ist.
Zur Beschreibung des magneto-optischen Effekts wird auf 2 verwiesen. In 2 ist eine Strahlungsrichtung 47 einer elektromagnetischen Strahlung dargestellt. Ferner ist in 2 eine Magnetfeldrichtung des Magnetfeldes 44 sowie ein Medium 52 (siehe unten) dargestellt. Weiterhin zeigt 2 einen Drehwinkel β. Der Drehwinkel β beschreibt die Drehung einer Polarisationsebene. Hierbei gilt für den Drehwinkel: β = V·d·B,wobei d die Länge des Lichtwegs durch das Medium 52 ist, welches eine magneto-optische Substanz enthält (d. h. der optische Pfad der elektromagnetischen Strahlung durch das Medium). B entspricht der Magnetfeldstrecke und V ist die sogenannte Verdet-Konstante. V ist sowohl von dem Material des Mediums bzw. dem Material der magneto-optischen Substanz als auch der verwendeten Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung abhängig.
Eine positive Verdet-Konstante führt zu einer mathematisch negativen Drehung, wenn das Magnetfeld parallel zur Ausbreitungsrichtung anliegt bzw. ausgerichtet ist. Ein antiparalleles Magnetfeld führt dann zu einer mathematisch positiven Drehung. In anderen Worten wird die Polarisationsebene einer elektromagnetischen Strahlung, die das Medium und somit auch die magneto-optische Substanz zweimal durchläuft, nämlich einmal in einer Einfallsrichtung und ein zweites Mal in entgegengesetzter Richtung hierzu (d. h. hin und zurück), zweimal um den Drehwinkel β gedreht. Anders als bei reziproken Effekten hebt sich der magneto-optische Effekt somit für elektromagnetische Strahlung nicht auf, die das Medium zweimal durchlauft, nämlich einmal in Einfallsrichtung und einmal in einer dazu entgegengesetzten Richtung.
Gemäß dem vorgenannten, beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Medium mit der magneto-optischen Substanz nicht von derselben elektromagnetischen Strahlung zweimal durchlaufen. Vielmehr wird das Medium von der ersten elektromagnetischen Strahlung entlang einer ersten Richtung durchlaufen und von der zweiten elektromagnetischen Strahlung entlang einer entgegengesetzten Richtung, wobei die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung anhand beispielsweise eines Strahlteilers aus der Eingangsstrahlung entstehen. In anderen Worten weisen die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung vor dem Durchgang durch das Medium eine identische zirkulare Polarisation auf.
Beispielsweise beträgt für eine einmolare Glucoselösung (C₆H₁₂O₆) in Wasser der Wert der Verdet-Konstante 4,5·10^–4 rad/G/cm bei einer Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung von etwa 550 nm. Im Vergleich hierzu weist reines Wasser eine Verdet-Konstante von nur etwa 3,8·10^–6 rad/G/cm auf 1 Mol Glucose hat eine Masse von etwa 180 g (12·6 + 12 + 16·6 = 180 g). Die angegebene Verdet-Konstante gilt also für eine Glucoselösung von 180 g/l. Eine typische Blutzuckerkonzentration beträgt etwa 100 mg/dl, d. h. 1 g/l Glucose. Somit beträgt die Verdet-Konstante für diese Konzentration etwa 2·10^–6 rad/G/cm.
Wird beispielsweise die Konzentration von Glucose als bevorzugter magneto- optischer Substanz im Kammerwasser als bevorzugtem Medium, beispielsweise im Auge eines Benutzers bzw. Probanden bestimmt, kann der mögliche Lichtweg etwa 1 cm betragen. Bei einer Konzentration von Glucose bei etwa normalem Zuckerspiegel von etwa 100 mg/dl entspricht einer Verdet-Konstante von 2,5·10^–6 rad/Gs/cm. Bei einem Magnetfeld von etwa 100 μT, welches an bzw. in der vorderen Augenflüssigkeit angelegt ist, ergibt sich somit eine Phasendifferenz von etwa 10^–6 rad, so daß eine genaue Messung eines Konzentrationswerts von Blutzucker im Kammerwasser innerhalb von etwa 2–10 Sekunden möglich ist. Hierbei steht die Variable G für "Gauß". Die Variable G kann auch als Gs bezeichnet werden.
Eine mögliche Ausleseoptik für die Anwendung an einem Auge könnte ähnlich wie eine etwas dickere Kontaktlinse ausgebildet sein, welche an beiden Seiten eine Zuführung bzw. mehrere Zuführungen für Lichtleiterfasern aufweist (siehe unten). In diese kontaktlinsenartige Vorrichtung können beispielsweise zwei SELFOC- oder Kugellinsen eingesetzt sein, so daß der Lichtwinkel durch den vorderen Teil des Auges geschlossen wird. In der Lichtzuführung können beiderseits so genannte Viertelwellenlängenplättchen (λ/4-Plättchen) eingefügt sein oder die entsprechenden Faserschleifen können in einer normalen Singlemode-Faser eingespleißt sein. Bei Verwendung von zirkular-polarisationserhaltender Faser für die Zuleitungen können diese Einrichtungen von der kontaktlinsenartigen-Vorrichtung weg verlegt werden. Folglich wäre eine derartige Vorrichtung in etwa so anzuwenden wie eine Kontaktlinse, die zwei Faserzuführungen hat. Somit könnte bei angebrachter Vorrichtung der Kopf bzw. zumindest das Auge des Benutzers beispielsweise vor einem Magnetsystem angeordnet werden. Gegebenenfalls kann die Vorrichtung auch kontaktfrei vor dem Auge angeordnet werden und die Messung durchgeführt werden.
Weiterhin kann es möglich sein, daß die Wellenlänge der Eingangsstrahlung variiert wird, so daß Messungen bei verschiedenen Wellenlängen möglich sind. Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Eingangsstrahlung verwendet werden, welche eine Wellenlänge hat, die sich von der ersten Eingangsstrahlung unterscheidet, so daß eine dritte und eine vierte elektromagnetische Strahlung den Meßkopf 32 durchstrahlt und eine Phasenbeziehung zwischen der dritten und der vierten elektromagnetischen Strahlung bestimmt werden kann. Es können weitere elektromagentische Strahlungen verwendet werden, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Ferner können weitere Quellen elektromagnetischer Strahlung angeordnet bzw. verwendet werden.
3 zeigt eine beispielhafte Auslegung eines Meßkopfes 32. Elektromagnetische Strahlung, beispielsweise die erste elektromagnetische Strahlung, breitet sich in der Lichtleitfaser der Faserschleife 22 aus und durchquert eine Linse 48, ein Viertel-Wellenlängenplättchen (λ/4 Plättchen) 50 und eine eigentliche Meßstrecke 51. In der eigentlichen Meßstrecke 51 ist beispielsweise ein Medium 52 angeordnet, welches die magneto-optische Substanz enthält. Ein weiteres Viertel-Wellenlängenplättchen (λ/4 Plättchen) 54 und eine weitere Linse 56 können angeordnet sein. Die Linse 56 kann zum Beispiel dazu dienen bzw. notwendig sein, daß damit die elektromagnetische Strahlung wieder in die Faserschleife 22 eintritt. Weiterhin können Spiegel und/oder andere optischen Einrichtungen eingefügt werden, um eine möglichst geeignete Durchquerung des Mediums 52, welches beispielsweise Bestandteil eines Auges sein kann bzw. in einem Auge angeordnet sein kann usw., zu gewährleisten. Die Linsen können beispielsweise als zylinderförmige Graded Indexlinsen (GRIN, SELFOC-Linsen) ausgeführt sein. Vorteilhafterweise lassen sich derartige Linsen besonders einfach montieren.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Meßkopfes 32, der in eine Faserschleife 22 eingebettet ist. Der Meßkopf 22 weist eine Kontakteinrichtung 58 auf, welche an einem Auge 60 angeordnet ist. Die elektromagnetische Strahlung, welche zum Durchstrahlen eines Teilbereichs des Auges 60 verwendet wird, ist beispielhaft als Linie 62 dargestellt. Ferner ist das Magnetfeld 44 in 4 beispielhaft dargestellt. Das Magnetfeld 44 ist im wesentlichen parallel zu der elektromagnetischen Strahlung 62, welche das Auge 60 zumindest teilweise durchstrahlt. In anderen Worten ist das Magnetfeld 44 in 4 im wesentlichen quer zu dem Auge 60.
Weiterhin sind in 4 eine Linse 48, ein Viertel-Wellenlängenplättchen 50, ein Viertel-Wellenlängenplättchen 54 und eine Linse 56 beispielhaft dargestellt.
5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Meßkopfes 32. Die elektromagnetische Strahlung bzw. das Licht breitet sich entlang der Faserschleife 22 aus, durchquert eine Linse 48 und ein Viertel-Wellenlängenplättchen 50. Nach Durchgang durch das Viertel-Wellenlängenplättchen 50 breitet sich die elektromagnetische Strahlung weiter aus und trifft auf eine Oberfläche 64 eines Probenkörpers, in welchem das Medium 52 angeordnet ist. Nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums wird die elektromagnetische Strahlung reflektiert. Die elektromagnetische Strahlung kann auch an der Oberfläche 64 reflektiert werden. Somit kann auch lediglich an der Oberfläche 64 aufgrund des magneto-optischen Effekts eine Änderung der Polarisationsrichtung stattfinden. Nach Reflexion der elektromagnetischen Strahlung durchlauft die elektromagnetische Strahlung ein weiteres Viertel-Wellenlängenplättchen 54 sowie eine weitere Linse 56, bevor die elektromagnetische Strahlung wieder in die Faserschleife 22 eingekoppelt wird.
Das Medium 52 kann auch auf der anderen Seite der Oberfläche 64 angeordnet sein, d. h. die elektromagnetische Strahlung kann beispielsweise in das Medium 52 nach Durchgang des Viertel-Wellenlängenplättchens 50 eindringen und beispielsweise an einer rückseitigen Oberfläche des Mediums 52 reflektiert werden.
Weiterhin können die Linsen 48, 56 auch eine Einheit bilden, d. h. es kann lediglich eine Linse angeordnet sein. Weiterhin ist die Reihenfolge von Linse(n) und Viertel-Wellenlängenplättchen vertauschbar.
Erfolgt die Reflexion der elektromagnetischen Strahlung auf einer oder mehreren gekrümmten Flächen, ist es vorteilhaft, die elektromagnetische Strahlung, d. h. insbesondere das Licht auf diese reflektierende Fläche zu fokussieren. Dies kann besonders bei Messung bzw. Detektion an einem Auge vorteilhaft sein, da Reflexionen von Flächen mit unterschiedlich gekrümmten Radien bei möglichst geringen optischen Verlusten im Meßkopf 32 durchgeführt werden sollen. Bei einer entsprechenden optischen Anordnung kann der Abstand des Meßkopfes 32 zu dem Auge 60 sehr groß sein. Insbesondere ist kein physischer Kontakt bzw. kein Ankoppeln notwendig. Vorteilhafterweise können daher auch weitere Elemente wie Kamera(s) und/oder Sensor(en), insbesondere eine Zielbetrachtungsoptik angeordnet werden.
6 zeigt eine Ausführungsform ähnlich, wie sie in 5 gezeigt ist, in einer Anordnung vor einem Auge 60. Die elektromagnetische Strahlung wird von vorne, vorzugsweise unter einem verhältnismäßig spitzen Winkel in das Auge 60 eingestrahlt und an einer Oberfläche 66 einer Augenlinse 68 d. h. an einer Augenlinsenoberfläche 66 reflektiert. Herkömmlicherweise beträgt der Reflexionskoeffizient an dieser Augenlinsenoberfläche 66 bzw. Grenzfläche 66 nur etwa 0,1%. Um eine korrekte Position der Vorrichtung 1 relativ zu dem Auge 60 sicherzustellen, kann beispielsweise eine Augenmuschel 70 verwendet werden, wie sie schematisch in 6 abgebildet ist. Die Augenmuschel 70 befindet sich beispielsweise in einer Position, in der sie einen Großteil der restlichen Vorrichtung umgibt. Dies ist in 6 nicht dargestellt. Die Augenmuschel 70 kann beispielsweise einer Augenmuschel wie sie bei Mikroskopen oder Ferngläsern Verwendung findet, entsprechen.
Um eine korrekte Bestimmung des Konzentrationswerts von Glucose durchzuführen, schaut der Proband vorzugsweise im wesentlichen in eine vorbestimmte bzw. vordefinierte Richtung. Dies kann beispielsweise durch ein reales oder ein virtuelles Objekt 72 erreicht werden. Um die korrekte Entfernung des Auges 60 meßtechnisch sicherzustellen, so daß der Lichtweg durch den Meßkopf 32 über die Reflexion an der Fläche bzw. Oberfläche 66 der Augenlinse 68, d. h. der Augenlinsenoberfläche 66 geschlossen wird, kann durch einen z. B. trigonometrisch wirkenden Sensor 74 eine Position einer Augenoberfläche 76 meßtechnisch erfaßt werden. Hierbei kann der Sensor 74 auf einem vorzugsweise optische Pfad 77 beispielsweise das Auge 60 detektieren bzw. abbilden.
Vorteilhafterweise wird anhand einer Regeleinrichtung und/oder einer Regelungselektronik 78 die Position des Meßkopfes 32 (schematisch anhand der durchbrochenen Linie dargestellt) und ein Abstand und/oder eine Seitenabweichung zum Auge 60 feingeregelt, so daß der Lichtweg bzw. der Weg der elektromagnetischen Strahlung durch den Meßkopf 32 geschlossen ist. Elektromagnetische Positionsaktuatoren, die Lorenzkraft nutzen, oder Piezoaktoren, insbesondere in der Ausführung als Bimorph, sind hierzu besonders geeignet, da diese schnell und nahezu linear arbeiten. Der Meßkopf 32 läßt sich vorzugsweise mit geringer Masse bauen, wobei vorteilhafterweise eine Ankopplung über der Faserschleife 22 die optische Ankopplung des Meßkopfes 32 unproblematisch macht.
Eine optimale Position des Meßkopfes 32 ist abhängig vom Probanden, d. h. individuell unterschiedlich, und kann beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme eingestellt werden, indem die optische Leistung auf dem Photoempfänger 38 beobachtet wird. In anderen Worten kann die optimale Position auf den jeweiligen Probanden geeicht werden. Alternativ kann diese Eichung auch anhand eines vorzugsweise automatischen Algorithmus bei jeder Verwendung der Vorrichtung erfolgen. Hierzu kann beispielsweise auf Bewegungsachsen des Meßkopfes 32 jeweils eine Modulation kleiner Amplituden gegeben werden und die optische Leistung oder ein Maß für die optische Leistung entsprechend demoduliert werden. Die erste Harmonische dieses Signals liefert eine Regelabweichung. Aus der Meßposition der Augenoberfläche 76 und der Position des Meßkopfes 32 läßt sich eine individuelle Länge des optischen Lichtweges berechnen, mit dem die Vorrichtung kalibriert werden kann. Alternativ oder zusätzlich zu der Bewegung des Meßkopfes 32 können auch eine oder beide Fasern der Faserschleife 22 einzeln oder anhand von Aktuatoren bewegt werden. Vorteilhafterweise ist somit mechanischer Kontakt zum Auge 60 nicht notwendig.
Die optische Leistung der Vorrichtung ist vorzugsweise begrenzt, um keine Verletzungen beispielsweise der Retina des Benutzers bzw. des Probanden hervorzurufen. Um eine geringe Leistung auf dem Photoempfänger 38 in ihrer Auswirkung zu kompensieren, kann ein starkes Magnetfeld, zum Beispiel von etwa 5 mT bis etwa 50 mT, besonders bevorzugt von etwa 10 mT angelegt werden. Da die Richtung des Magnetfelds 44 im wesentlichen senkrecht zur Blickrichtung ist, d. h. beispielsweise seitlich auf ein Auge gestrahlt wird, kann eine derartige Magnetfeldstärke leicht realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein magnetisches Wechselfeld angelegt werden bzw. es kann auch ein konstantes Magnetfeld beispielsweise anhand eines Permanentmagneten, insbesondere eines NdFeB-Permanentmagneten angelegt werden. Hierbei kann die Meßvorrichtung, insbesondere der Meßkopf 32 zwischen zwei Positionen hin- und herbewegt werden, wobei der Meßwert in der Position "Reflexion von der Augenoberfläche" als Nullwert für die magneto-optische Phasenverschiebung dient und der Meßwert in der Position "Reflexion von der Linsenoberfläche" die notwendige magneto-optische Phasenverschiebung darstellt, anhand welcher der Konzentrationswert von Glucose bestimmt werden kann. In anderen Worten kann der Meßkopf 32 derart positioniert werden, daß eine Reflexion der elektromagnetischen Strahlung von der Augenoberfläche 76 stattfindet. Dies wird als "Reflexion von der Augenoberfläche" bezeichnet.
Der Meßkopf 32 kann auch derart verschoben und positioniert werden, daß eine Reflexion von der Augenlinsenoberfläche 66 stattfindet. Dies wird als Position "Reflexion von der Linsenoberfläche" bezeichnet.
Weiterhin vorzugsweise kann insbesondere für eine laterale Positionierung eines Reflexionspunktes eine digitale Kamera eingesetzt werden. Insbesondere kann eine sogenannte "webcam" verwendet werden. Anhand eines Bildverarbeitungsverfahrens, insbesondere anhand einer Bildverarbeitungssoftware, kann in einfacher Weise eine Messung der lateralen Position einer Pupille des Auges 60 stattfinden. Weiterhin kann ein Reflexionsfleck im Auge oder auf der Augenoberfläche 76 als streuender Lichtpunkt in dem Kamerabild sichtbar sein, so daß damit die laterale Positionierung des Meßkopfes problemlos anhand von Bildverarbeitung möglich ist, wobei der Reflexionspunkt in der Mitte der Pupille liegt. Vorteilhafterweise kann dies Regelung sehr schnell ausgelegt sein, so daß damit eine Messung auch bei laufender Augenbewegung, d. h. in Echtzeit, möglich ist.
Vorteilhafterweise kann anhand der bevorzugten Vorrichtung gemäß 6 der Konzentrationswert in einer für den Probanden angenehmen Weise berührungslos, insbesondere mit nicht sichtbarem Licht bestimmt werden. Aufgrund des nicht sichtbaren Lichtes wird vorteilhafterweise ein Lidreflex des Probanden vermieden. Ferner kann aufgrund des Sensors 74 und des Reglers 78 eine Bewegung des Auges 60 detektiert und kompensiert werden. Insbesondere sind Meßzeiten bzw. Meßzyklen von etwa 5–10 s Meßzeit einschließlich einer Einregelungszeit der Position des Meßkopfes 32 realisierbar.
Weiterhin vorteilhafterweise kann bei schräger Einstrahlung der elektromagnetischen Strahlung keine Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung in der Fovea (Netzhautgrube) stattfinden, sofern das Auge 60 nicht seitlich schaut. Vorzugsweise kann anhand der Kamera 74 als bevorzugtem Sensor 74 eine eventuelle falsche Blickrichtung des Auges 60 erkannt werden und die Lichtquelle 10 gegebenenfalls abschalten.
Außerdem vorteilhafterweise kann somit auch bei Augenfehlern (beispielsweise Weitsichtigkeit) bzw. unter sehr ungünstigen Bedingungen das Licht der Lichtquelle 10 nicht versehentlich in der Fovea (Netzhautgrube) fokussiert werden. Somit wird weiterhin vorteilhafterweise eine eventuelle Schädigung dieses speziellen Netzhautbereichs durch zu viel Lichtleistung vermieden.
Abschätzung des Rauschens eines Konzentrationswertes gemäß einer der vorangegangenen Ausführungsformen
Die Ausführungsform, wie sie beispielsweise in 5 und 6 dargestellt ist, liefert aufgrund der geringen Reflexion auf der Augenlinsenoberfläche 66 ein nur geringes Signal auf dem Photoempfänger bzw. Photodetektor 38. Folglich kann eine rasche Amplitude des bestimmten Konzentrationswertes, wie nachfolgend ausgeführt, abgeschätzt werden.
In Fasertechnik ergeben sich für eine bevorzugte Ausführungsform der der Vorrichtung etwa folgende Verluste:

Koppler 34: 4 dB

Polarisator 18: 3 dB

Faserschleife 22: 2 dB

Meßkopf 32: 36 dB

Koppler 34: 4 dB

Phasenmodulator 28: 4 dB
Der Leistungsverlust ist damit etwa 53 dB entsprechend einem Verlustfaktor von 5·10^–6, der Verlust bis zum Auge etwa 13 dB entsprechend 0,05. Wenn die Superlumineszenzdiode 10 eine Leistung von 1 mW liefert, ergibt sich auf dem Photoempfänger 38 eine Leistung von ca. 5 nW. Die leicht schräg ins Auge 60 eingestrahlte Lichtleistung beträgt etwa 50 mW und ist nicht sichtbar, falls eine Wellenlänge von größer als etwa 780 nm verwendet wird.
Folglich ergibt sich für in:= √2·1,6·10 –19 ·2,5·10 –9 → in = 2,828·10–14 A.
Ein Arbeitswiderstand des Detektors von R = 10 MΩ im Detektor hat einen Rauschstrom von etwa
Folglich ist eine Bandbreite von etwa:
möglich, falls der Detektor 38 eine (sehr kleine) Kapazität von 0,1 pF besitzt.
Die Ausgangsspannung des Detektors 38 beträgt damit etwa: 2,5·10–9·10·106 = 0,025 V.
Bei optimaler Modulation hat das Photodiodensignal (d. h. das Signal des Photoempfängers 38 d. h. des Detektors 38) etwa 2,5 nA/rad Phasendifferenz. Die Phasenmessung bzw. Messung der Phasendifferenz weist damit bei 1 Hz Bandbreite ein weißes Rauschen mit eine Streuung von etwa
auf. Die magneto-optische Drehung beträgt bei 100 mg/dl Blutzucker ungefähr α:= 2·10–6 rad/cm/G.
Die Entfernung zwischen Augenoberfläche und Linse beträgt etwa 5,8 mm bis etwa 6,4 mm und wird zwei Mal durchlaufen (siehe hierzu auch Stefan Böckle, Luigi Rovati in NASA/TM-2002-211354). Die Brechzahlen der Flüssigkeit vor der Hornhaut und der Linse betragen etwa 1,336 und etwa 1,4208. Der Reflexionskoeffizient bei grob senkrechtem Einfall wird damit:
entsprechend etwa –30 dB.
Alternativ kann ein Reflexionskoeffizient etwa 0,02% bis etwa 0,25% (etwa –37 bis etwa –26 dB) betragen (siehe hierzu auch – R. Rawer, W. Stork, C. F. Kreiner in Graefe's Arch Clin Exp Ophtalmol (2004) 242: 1017–1023). Der Reflexionskoeffizient ist geringer als von der Brechzahldifferenz her erwartet, da der Brechungsindexsprung nicht abrupt erfolgt.
Hat das Magnetfeld eine Amplitude von etwa B0 = 0,01 T (entsprechend etwa 100 G), so wird bei etwa 1 cm Lichtweg: αs:= 2·10–6 rad(mg/dl).
Die Rauschamplitude des Konzentrationsmeßsignals hat damit bei etwa 1 Hz Bandbreite eine Streuung von etwa:
Bei etwa 1 s Meßzeit kann damit für die angenommenen Werte eine relative Genauigkeit von etwa 10% für den Blutzuckerspiegel erreicht werden, bei etwa 10 s etwa 3%. Absolute Nullpunktfehler fallen bei diesem Verfahren, wie bereits beschrieben, im wesentlichen heraus.
Bei der vorgenannten Analyse kann zusätzlich ein Dunkelstrom des Detektors 38, reflektiertes Licht in der Optik etc. berücksichtigt werden. Weiterhin kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis mit gepulsten Lichtquellen 10 verbessert werden, ein um den Faktor 10 größeres Magnetfeld ist ebenfalls möglich.
Weiterhin kann aufgrund von Lasersicherheitsvorschriften Class I für Geräte bei täglich mehrfacher Anwendung die maximale Leistung auf dem Auge 60 auf 35 mW bei 400 nm und 550 mW bei 780 nm begrenzt sein. Für weitere Details wird auf folgende Veröffentlichungen verwiesen:

– R. Rawer, W. Stork, C. F. Kreiner in Graefe's Arch Clin Exp Ophtalmol (2004) 242: 1017–1023;
– CDRH-rules, Part 1040.

Vorzugsweise wird als elektromagnetische Strahlung Laserlicht im nahen Infrarot Bereich, d. h. im Bereich von etwa 700 nm bis etwa 5000 nm, bevorzugt von etwa 700 nm bis etwa 1400 nm eingesetzt.
Bei Verwendung von Laserlicht im nahen Infrarot Bereich zur Bestimmung des Konzentrationswertes der magneto-optischen Substanz, insbesondere zur Bestimmung des Konzentrationswertes von Glucose in einer Lösung, lassen sich damit deutlich höhere Leistungen als in der obigen Abschätzung mit entsprechend geringerer Rauschamplitude einsetzen. Beispielsweise können herkömmliche Superlumineszenzdioden 10 mit Wellenlängen von etwa 830 nm, etwa 1300 nm und/oder etwa 1550 nm eingesetzt werden. Eine wässrige Lösung ist aufgrund der Absorption in Wasser für elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge von 1550 nm jedoch nur gering bis überhaupt nicht transparent. Bevorzugt wird elektromagnetische Strahlung im längerwelligen Bereich, insbesondere im (für das menschliche Auge) sichtbaren Spektralbereich oder im nahen Infrarot Bereich wegen geringer Meßkreuzkopplung mit Albumin und Ascorbinsäure (als bevorzugte Medien, die beispielsweise im Kammerwasser eines Auges vorhanden sind) eingesetzt. Besonders bevorzugt ist eine Wellenlänge von etwa 800 nm mit einer damit verbundenen recht hohen Designmargin. In diesem Falle wird vorzugsweise zumindest eine Superlumineszenzdiode als Lichtquelle 10 mit bis zu ca. 10 mW Ausgangsleistung (in der obigen Beispielabschätzung wurde 1 mW gewählt) verwendet, deren Licht in die Lichtleitfaser 12 eingekoppelt wird. Die Superlumineszenzdiode(n) 10 ist/sind besonders bevorzugt direkt mit der Lichtleitfaser 12 verbunden, d. h. die Superlumineszenzdiode(n) 10 ist/sind direkt mechanisch und optisch an die Lichtleitfaser 12 gekoppelt.
Aufgrund der Demodulation des Ausgangssignals, wie es an dem Photodetektor 38 detektiert wird (auch als Ausgangssignal bezeichnet), mit der Wechselfrequenz des Magnetfeldes 44, spielt die Nullpunktstabilität der Vorrichtung 1 selbst nur eine untergeordnete Rolle. Kurzzeitstabilität reicht im wesentlichen aus. Damit ergibt sich eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung 1, wie sie in 7 gezeigt ist, wobei identische Bezugszeichen, wie in 1 verwendet wurden. Die Ausführungsform gemäß 7 hat neben reduzierten Fertigungskosten den weiteren Vorteil, daß mehr als 4 dB mehr Leistung auf den Photodetektor 38 gelangt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in 8 beispielhaft dargestellt. Das Licht aus Faserschleife 22 durchquert eine Linse 80, einen Strahlteiler 82, läuft durch ein Viertelwellenlängenplättchen 84 (λ/4 Plättchen), trifft auf entweder die Augenoberfläche 76 oder die Augenlinsenoberfläche 66, wird dort reflektiert, durchquert das Viertelwellenlängenplättchen 84 (λ/4 Plättchen) und den Strahlteiler 82 und läuft durch eine andere Linse 86 in die Faserschleife 22. Bei Verwendung einer polarisationserhaltender Faser für die Faserschleife 22 sind die polarisationserhaltenden Achsen vorzugsweise senkrecht zueinander angeordnet. Es können in den Strahlengang noch ein oder mehrere Polarisatoren eingefügt werden, z. B. zwischen dem Strahlteiler 82 und den Linsen 80, 86.
Weiterhin sind in 8 zwei Sensoren 74 dargestellt, die einerseits eine Position des Auges 60 detektieren. Hierzu kann über den optischen Pfad 77 beispielsweise das Auge 60 abgebildet werden. Ferner kann eine Position des Meßkopfes 32 anhand des weiteren Sensors 74 abgebildet sein. Die Sensoren 74 können aber auch zur Positionierung des Meßkopfes 32 relativ zu dem Auge 60 dienen. Insbesondere kann anstelle eines der Sensoren 74 eine Regelungseinrichtung 78 angeordnet sein, die mit dem verbleibenden Sensor 74 zusammenarbeitet.
Vorzugsweise ist der Meßkopf 32 ist in der Faserschleife 22 außermittig angeordnet.
In anderen Worten ist der Meßkopf 32 entweder näher an dem Ende 24 der Faserschleife 22 angeordnet als an dem Ende 26 oder umgekehrt. Es können auch zwei Lichtleitfasern verwendet werden, wobei die erste Lichtleitfaser länger ist als die zweite Lichtleitfaser oder umgekehrt.
Weiterhin vorzugsweise kann der gesamte Meßkopf 32 in bis zu drei Achsen (d. h. in bis zu drei voneinander beispielsweise verschiedenen Richtungen) linear bewegt werden, evtl. auch rotiert werden, um ihn optimal auszurichten. Eine Rotation des Meßkopfes 32 kann in einer oder zwei (Dreh-)Achsen möglich sein, um eine optimale Ausrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise kann eine Drehung vorteilhafterweise um einen virtuellen Drehpunkt in etwa in der Augenlinse 68 und/oder um einen Augendrehpunkt (nicht gezeigt) des Auges 60 möglich sein. Dann kann die Vorrichtung 1, insbesondere der Meßkopf 32 einer Augendrehung folgen. Hierzu kann beispielsweise der Sensor 74, insbesondere eine Kamera 74, als bevorzugter Sensor 74, in Verbindung mit der Regeleinrichtung 78 genutzt werden. Weiterhin können hierzu Informationen aus dem Signal des Photoempfängers 38 verwendet werden. Allerdings ist die Kamera 74 bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß 8 seitlich angeordnet. Dies gilt sinngemäß auch für die weiteren, vorgenannten bevorzugten Ausführungsformen.
Der Vorteil dieser bevorzugten Ausführungsform liegt im wesentlichen darin, daß die Wellenfront des auf die Augenlinsenoberfläche 66 bzw. des auf die Augenoberfläche 76 fokussierten Strahls der elektromagnetischen Strahlung der Krümmung der entsprechenden Augenlinsenoberfläche 66 . bzw. Augenoberfläche 76 leicht angepaßt werden kann, so daß eine große, insbesondere eine maximale Transmission durch den Meßkopf 32 stattfindet.
Weiterhin vorzugsweise werden, trotz Einhaltung der Laserschutzbestimmungen, mehrfache Sicherungen gegen eine evtl. Augenschädigung vorgesehen. Beispielsweise kann die Ausgangsleistung der Laserdiode 10, als bevorzugter Lichtquelle 10, und die Ausgangsleistung des Meßkopfes 32 überwacht werden, sowie die Augenposition laufend kontrolliert werden und gegebenenfalls die Lichtquelle 10 abgeschaltet werden. Vorzugsweise wird aufgrund einer eventuellen Reflexion von der Netzhaut (Retina), die zu einem starken Rückstreusignal führen kann, die Lichtquelle 10 abgeschaltet. Eine mechanische Schädigung des Auges 60 kann weiterhin durch eine entsprechende Gestaltung der optischen Oberflächen sowie der Augenmuschel 70 vermieden werden. Die Augenmuschel 70 kann vorteilhafterweise bei Verwendung einer Kamera 74 zu einer starken Verdunkelung des Augenbereichs führen, wodurch vorteilhafterweise anhand der Daten der Kamera 74 das Streulicht des Meßflecks auf dem Auge 60 in einfacher Weise nachgewiesen werden kann und nicht von Störlicht überstrahlt wird.
Bevorzugt ist die Vorrichtung 1 zu einer Selbstüberwachung und zu einer Überprüfung der korrekten optischen Positionierung ausgelegt. Das Letztere kann beispielsweise durch eine Längsbewegung des Meßkopfes 32 erfolgen, bei dem die Reflexionen und typischen magneto-optischen Drehungen eine spezielle Signalabfolge liefern.
Werden weiterhin herkömmliche Einzelmodenfasern statt polarisationserhaltender Fasern für die Faserschleife 22 benutzt können vorzugsweise andere Konfigurationeen und Anordnungen des Meßkopfes 32, wie beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche Polarisatoren (nicht gezeigt), angeordnet werden.
Eine weitere Möglichkeit der Augenausrichtung besteht darin, daß das (virtuelle) Betrachtungsziel 72 so ausgelegt wird, daß z. B. zwei sichtbare (evtl. virtuelle) Marken durch seitliche Bewegung des Kopfes in Deckung zu bringen sind (Peilen) und daß darauf während der Messung bzw. Bestimmung des Phasenbeziehung laufend zu schauen ist. Dann ist die Position und Richtung des Auges 60 genau festgelegt und es kann auf eine Kamera 74 sowie Bewegungen des Meßkopfes 32 außer in Sichtrichtung verzichtet werden. Ein oder mehrere virtuelle Ziel(e) 72 kann/können durch eine geläufige optische Abbildung in beliebiger (scheinbarer) Entfernung dem Auge 60 dargeboten werden.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung 1 individuell eingestellt werden und auf herkömmliche Weise mit invasiver Meßtechnik individuell kalibriert werden, wodurch auf eine Längsbewegung, die beide Reflexionsflächen im Auge 60 nutzt, vorteilhafterweise verzichtet werden kann. Die Länge der Meßstrecke, d. h. des optischen Weges in dem Medium 52 ist für das Auge 60 einer gegebenen Person konstant.
Die korrekte Augenausrichtung kann auf einfache Weise laufend überprüft werden, indem im (virtuellen) Ziel laufend zufällig wechselnde Marken dargeboten werden (z. B. über zwei optisch in Deckung zu bringende LED-dot-Matrix-Anzeigen), diese Marken oder Zeichen nur in korrekter Richtung gesehen werden können und das Sichtergebnis vom Nutzer bzw. Probanden in laufender Interaktion mit der Vorrichtung 1 einzugeben ist. Valide Meßergebnisse werden dann nur bei richtiger Erkennung der Marken oder Zeichen von der Vorrichtung 1 ausgegeben. Aus Sicherheitsgründen wird die Lichtquelle 10 nach einer falschen Eingabe vorzugsweise sofort abgeschaltet, da vermutet werden kann, daß der Proband nicht auf das Ziel bzw. Objekt 72 schaut und damit eine falsche Augenposition vorliegt.
Eine Erkennung des richtigen Augenabstands sowie der korrekten lateralen Position des Nutzers zu der Vorrichtung 1 kann auch dadurch erfolgen, daß die Betrachtung eines Ziels zur Augenausrichtung optimal nur durch eine enge (virtuelle) Pupille erfolgen kann. Dann befindet sich das Auge 60 im richtigen Abstand, so daß die Verlustleistung des Meßkopfes 32 minimal wird. Hierbei ist es notwendig, das die Pupille des Auges 60 auf die (virtuelle) Pupille genau ausgerichtet ist.
Eine weitere Möglichkeit der Augenausrichtung, einer Position und einer Entfernung des Auges 60 besteht beispielsweise anhand einer Betrachtung der Pupille des eigenen Auges 60 (des Probanden) durch eine Linsenanordnung und gegebenenfalls durch einen nachfolgenden (halbdurchlässigen) Spiegel, durch den auch die Zielmarke gesehen werden kann. Durch geeignete Strahlbegrenzungen oder Zielmarken kann vorteilhafterweise eine im wesentlichen korrekte Selbstausrichtung des Auges 60 sichergestellt werden.
Die erforderliche Positioniergenauigkeit in der Längsrichtung hängt vom Strahldurchmesser im Meßkopf 32 und den gewählten Winkeln ab. Eine Genauigkeit von etwa +/–0,5 mm ist vorzugsweise ausreichend. Weiterhin bevorzugt werden keine überlappenden Reflexionen zur Messung verwendet. Ist die Vorrichtung 1 auf eine Oberfläche eingestellt, kann von der anderen keine Reflexion gesehen werden.
Bei der interaktiven Ausrichtung können schnelle Positionsänderungen des Auges 60 erfolgen, die mit einer momentanen Verminderung des Signals am Photoempfänger 38 verknüpft sind. Die Signalverarbeitung kann nun so erfolgen, daß nur Werte bei ausreichendem Signal am Photoempfänger 38 als gültig angesehen und gemittelt werden. Außerdem werden dadurch ungültige Messungen während des Lidschlags herausgesondert.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung 1 ergonometrisch so gestaltet, daß die Vorrichtung 1 ohne Verrenkungen zum Beispiel an einem Tisch sitzend genutzt werden kann. Beispielsweise kann eine Sichtanordnung wie bei einem Mikroskop verwendet werden. Insbesondere die interaktive Augenausrichtung erfordert eine entsprechende Abstützung des Körpers. Die Längsausrichtung des Meßkopfes 32 kann zudem ebenfalls interaktiv erfolgen, indem im Betrachtungsziel eine Information über die Verlustleistung des Meßkopfes 32 angezeigt wird und der Benutzer bzw. Proband die Feinjustage der Entfernung zur Augenlinsenoberfläche bzw. Oberfläche der Augenlinse beispielsweise selber einstellt, indem er diese Verlustleistung durch Verstellen der Entfernung über ein Handrad wie an einem Mikroskop oder durch ein mehr oder weniger starkes Aufdrücken des Kopfes auf die Augenmuschel 70 minimiert. Vorzugsweise kann hierzu eine (virtuelle) Pupille verwendet werden. Weiterhin vorzugsweise kann auch eine Anordnung, die an einem Helm getragen wird, verwendet werden, die vorteilhafterweise zu einer stabilen Positionierung der Meßanordnung relativ zum Auge 60 führt. Es kann auch ein getrenntes Bedienungsteil bereitgestellt werden.
Weiterhin vorzugsweise ist die Vorrichtung als eine leicht transportable, batteriebetriebene Einheit ausgebildet, die etwa die Größe und das Gewicht eines Opernglases hat und auch so ähnlich wie dieses zu benutzen ist. Die erforderliche Faseroptik, Optik, Feinmechanik und Elektronik sind beispielsweise derart dicht gepackt, daß sie in ein Gerät dieser Größe passen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in 9 dargestellt. Insbesondere ermöglicht diese Vorrichtung 1 eine leicht seitliche Einstrahlung auf den Meßkopf 32.
Weiterhin ermöglicht die Vorrichtung 1 ein Betrachten eines virtuellen Ziels durch eine enge (virtuelle) Pupille zur lateralen und longitudinalen Augenausrichtung in Geradeausrichtung. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ eine leicht seitlich angeordnete Kamera 74 zur Positionierung der lateralen Position des Meßflecks des Meßkopfes 32 angeordnet sein. Weiterhin kann längs und/oder lateral eine Positionierung über Signale des Photoempfängers 38 und/oder der magneto-optischen Rotation möglich sein. Meßlicht im nahen Infrarot kann verwendet werden, um einen Lidreflexes des Benutzers bzw. des Probanden zu vermeiden. Die anhand der vorangehenden Figuren beispielhaft beschriebene Vorrichtung 1 (insbesondere gemäß 9) kann vorzugsweise als transportables Handgerät ausgebildet sein.
Beispielsweise sind in 9 Mittel 88 zur Feinpositionierung des Meßkopfes 32 bzw. der Vorrichtung 1 dargestellt. Ebenso ist in 9 eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 42 zur Erzeugung eines Magnetfeldes dargestellt. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 42 kann beispielsweise Magnetfeldspulen und/oder einen oder mehrere Permanentmagnete(n) umfassen. Eine Meßkopfhalterung (nicht gezeigt) kann ausgelegt sein, in drei Raumrichtungen verstell- und regelbar zu sein.
Besonders vorteilhaft wird die Vorrichtung gemäß einer vorgenannten bevorzugten Ausführungsform und/oder bei Kombination einer oder mehrerer Merkmale einer oder mehrerer der vorgenannten Ausführungsformen zur Blutzuckermessung eingesetzt. Besonders Vorteilhaft ist die Verwendung am bzw. vor dem Auge 60 aufgrund der eindeutigen optischen Verhältnisse und des klaren bekannten Zusammenhangs mit der Blutzuckerkonzentration. Es ist aber auch eine Verwendung zur Durchleuchtung von Haut oder Fingern zur Messung möglich, wobei die Blutzuckerkonzentration anhand der Phasenbeziehung nach zumindest teilweisem Durchgang der elektromagnetischen Strahlung durch Haut oder Finger bzw. entsprechendem Gewebe bestimmt wird.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte, bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können einzelne Merkmale und Eigenschaften der Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten beliebig miteinander kombiniert werden, wodurch weitere, nicht beschriebene Ausführungsformen und Ausführungsvarianten gebildet werden können. Beispielsweise kann, wo möglich der Begriff "Benutzer" durch "Proband" ersetzt werden. Weiterhin kann die erste und/oder die zweite elektromagnetische Strahlung im wesentlichen parallel zu einer Iris (nicht gezeigt) des Auges 60 sein. Die erste und/oder die zweite elektromagnetische Strahlung kann im wesentlichen senkrecht zu der Iris (nicht gezeigt) des Auges 60 sein. Ebenso kann die Vorrichtung 1 zumindest teilweise wie ein herkömmliches Michelson-Interferometer ausgebildet sein bzw. Elemente eines herkömmlichen Michelson-Interferometers, wie z. B. Spiegel und deren spezielle Anordnung usw. aufweisen.

1: Vorrichtung
10: Lichtquelle
12: Lichtleitfaser
14: Strahlteiler
16: Raumfilter
18: Polarisator
20: Strahlteiler
22: Faserschleife
24: Ende
26: Ende
28: Phasenmodulator
30: Phasenmodulatorschaltung
32: Meßkopf
34: Koppler
36: Lichtleiterfaser
38: Photoempfänger
40: Schaltung/Bestimmungseinrichtung
42: Einrichtung/Magnetfelderzeugungseinrichtung
44: Magnetfeld
46: Einrichtung
47: Strahlungsrichtung
48: Linse
50: λ/4 Plättchen
51: Meßstrecke
52: Medium
54: λ/4 Plättchen
56: Linse
58: Kontakteinrichtung
60: Auge
62: Linie/elektromagnetische Strahlung
64: Oberfläche
66: Oberfläche/Augenlinsenoberfläche
68: Augenlinse
70: Augenmuschel
72: Objekt
74: Sensor
76: Augenoberfläche
77: optischer Pfad
78: Regler
80: Linse
82: Strahlteiler
84: λ/4 Plättchen
86: Linse
88: Mittel zur Feinpositionierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Stefan Böckle, Luigi Rovati in NASA/TM-2002-211354 [0143]
- R. Rawer, W. Stork, C. F. Kreiner in Graefe's Arch Clin Exp Ophtalmol (2004) 242: 1017–1023 [0144]
- R. Rawer, W. Stork, C. F. Kreiner in Graefe's Arch Clin Exp Ophtalmol (2004) 242: 1017–1023 [0149]
- CDRH-rules, Part 1040 [0149]

Claims

Vorrichtung (1) zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium (52) mit: – zumindest einer Quelle elektromagnetischer Strahlung (10), die ausgelegt ist, ein Medium (52) zeitgleich mit erster elektromagnetischer Strahlung entlang einer ersten Strahlungsrichtung und zweiter elektromagnetischer Strahlung entlang einer zweiten Strahlungsrichtung zu bestrahlen, wobei die erste Strahlungsrichtung und die zweite Strahlungsrichtung im wesentlichen entgegengesetzt zueinander sind; – einer Magnetfelderzeugungseinrichtung (42), welche ausgelegt ist, ein Magnetfeld (44) entlang einer Magnetfeldrichtung anzulegen, wobei die Magnetfeldrichtung im wesentlichen parallel zu der ersten und/oder der zweiten Strahlungsrichtung ist; – zumindest einer Detektiereinrichtung (38), welche ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums (52) bei angelegtem Magnetfeld (44) und die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums (52) bei angelegtem Magnetfeld (44) zu detektieren; – einer Bestimmungseinrichtung (40), welche ausgelegt ist, eine Phasenbeziehung der detektierten ersten elektromagnetischen Strahlung und der detektierten zweiten elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen und – einer Auswerteeinrichtung (46), welche ausgelegt ist, anhand der bestimmten Phasenbeziehung zumindest einen Konzentrationswert einer magneto-optischen Substanz in dem Medium (52) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit genau einer Quelle elektromagnetischer Strahlung (10), welche zum Erzeugen einer elektromagnetischen Eingangsstrahlung ausgelegt ist, und mit einem Strahlteiler (20), der ausgelegt ist, die elektromagnetische Eingangsstrahlung in die erste elektromagnetische Strahlung und die zweite elektromagnetische Strahlung aufzuteilen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Strahlrichtung bei dem teilweisen Durchstrahlen des Mediums (52) im wesentlichen parallel sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (42) ausgelegt ist, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes (44) zu variieren.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (42) ausgelegt ist, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes (44) umzukehren.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung (42) ausgelegt ist, die Magnetfeldrichtung des angelegten Magnetfeldes (44) periodisch zu variieren bzw. umzukehren.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung (10), die ausgelegt ist elektromagnetische Strahlung einer Wellenlänge größer als etwa 500 nm, bevorzugt zwischen etwa 550 nm und etwa 1600 nm, bevorzugt von etwa 780 nm besonders bevorzugt von etwa 633 nm und weiterhin besonders bevorzugt von etwa 830 nm zu erzeugen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die elektromagnetische Strahlung zirkular polarisiert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer ersten und zumindest einer zweiten Lichtleiterfaser (22), wobei die erste elektromagnetische Strahlung durch die erste Lichtleiterfaser (22) zu dem Medium (52) geleitet ist und die zweite elektromagnetische Strahlung durch die zweite Lichtleiterfaser (22) zu dem Medium (52) geleitet ist und wobei die erste und die zweite Lichtleiterfaser (22) derart angeordnet sind, daß keine Fläche eingeschlossen wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, mit einer Kontakteinrichtung (58), welche ausgelegt ist, mit einem Auge (60) eines Benutzers bzw. Probanden in Kontakt zu treten, wobei die beiden Lichtleitfasern (22) optisch an die Kontakteinrichtung (58) gekoppelt sind und/oder mechanisch an die Kontakteinrichtung (58) gekoppelt sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die Kontakteinrichtung ausgelegt ist, die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung in das Auge (60) des Benutzers einzustrahlen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Kontakteinrichtung ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges (60) in die zweite Lichtleiterfaser (22) einzukoppeln, wobei die zweite Lichtleiterfaser (22) ausgelegt ist, die erste elektromagnetische Strahlung der Detektiereinrichtung (38) zuzuführen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Kontakteinrichtung (58) ausgelegt ist, die zweite elektromagnetische Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Auges (60) in die erste Lichtleiterfaser (22) einzukoppeln, wobei die erste Lichtleiterfaser (22) ausgelegt ist, die zweite elektromagnetische Strahlung der Detektiereinrichtung (38) zuzuführen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Positioniereinrichtung, welche ausgelegt ist, zumindest Bestandteile der Vorrichtung vor bzw. an einem Auge (60) eines Benutzers zu positionieren.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einer Sensoreinrichtung (74), welche ausgelegt ist, eine Position einer Augenoberfläche (76) eines Benutzers zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, mit einer Regelungseinrichtung (78), welche ausgelegt ist, eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung (1) zu regeln.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei die Regelungseinrichtung (78) ausgelegt ist, derart mit der zumindest einen Sensoreinrichtung (74) zusammen zu arbeiten, daß eine Position zumindest eines Teilbereichs der Vorrichtung (1) relativ zu der Augenoberfläche (76) des Auges regelbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung (10) ausgelegt ist, gleichzeitig die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zumindest eine Quelle elektromagnetischer Strahlung (10) ausgelegt ist, in zumindest zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten die Wellenlänge der ersten und der zweiten elektromagnetischen Strahlung gemeinsam zu ändern, wobei die erste und die zweite elektromagnetische Strahlung während eines jeden zeitlichen Schritts eine identische Wellenlänge aufweisen, wobei die Bestimmungseinrichtung (40) ausgelegt ist, während eines jeden Schrittes eine Phasenbeziehung zwischen der ersten detektierten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten detektierten elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen, und wobei die Auswerteeinrichtung (46) ausgelegt ist, anhand der in den einzelnen Schritten bestimmten Phasenbeziehungen den Konzentrationswert der magneto-optischen Substanz in dem Medium (52) zu bestimmen.
Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche zum Ermitteln eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium (52).
Verfahren zum Ermitteln zumindest eines Konzentrationswertes einer magneto-optischen Substanz in einem Medium (52) mit den Schritten: – Einstrahlen zumindest einer ersten elektromagnetischen Strahlung entlang einer ersten Strahlungsrichtung auf ein Medium (52) und zeitgleich Einstrahlen zumindest einer zweiten elektromagnetischen Strahlung entlang einer zweiten Strahlungsrichtung auf das Medium (52), wobei die erste und die zweite Strahlungsrichtung bei einem zumindest teilweise Durchstrahlen des Mediums (52) im wesentlichen entgegengesetzt sind; – Anlegen eines Magnetfeldes (44) entlang einer Magnetfeldrichtung, wobei die Magnetfeldrichtung im wesentlichen parallel zu der ersten und/oder der zweiten Strahlungsrichtung ist; – Detektieren der ersten elektromagnetischen Strahlung und der zweiten elektromagnetischen Strahlung nach zumindest teilweisem Durchstrahlen des Mediums (52) bei angelegtem Magnetfeld (44); – Bestimmen einer Phasenbeziehung zwischen der detektierten ersten elektromagnetischen Strahlung und der detektierten zweiten elektromagnetischen Strahlung; – Bestimmen eines Konzentrationswertes der magneto-optischen Substanz in dem Medium (52) anhand der bestimmten Phasenbeziehung.
Computerprogrammprodukt, welches, wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von einem Computer, bewirkt, daß der Computer ein Verfahren gemäß Anspruch 21 durchführt.