DE102017129519A1

DE102017129519A1 - Anordnung und Verfahren zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten, beispielsweise dem Augenhintergrund

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Publication number: DE102017129519A1
Application number: DE102017129519.4A
Authority: DE
Inventors: Dieterich Schweitzer; Jens HAUEISEN; Matthias Klemm
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: DE102017129519B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem, beispielsweise dem Augenhintergrund.Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem anzugeben, welches ermöglicht, dass die Fluoreszenz einzelner Strukturen, insbesondere von anatomischen Schichten des Augenhintergrundes, räumlich getrennt und simultan gemessen werden kann, wird dadurch gelöst, dass die Anordnung einen Anregungs- und einen Messstrahlengang, welche einen Langpassfilter LP sowie einen dichroitischen Spiegel SP zur Trennung zwischen Anregungs- und Messstrahlengang passieren, wobei ein Laser 1 im Anregungsstrahlengang angeordnet ist, ein Strahlaufweitungssystem aus drei Linsen L1, L2, L3 und ein Strahl-formendes Element StF zur Beleuchtung des Objektes SO mit Muster, welche im Anregungsstrahlengang angeordnet sind, eine Feldblende FB1 zur Anregung eines kleinen Feldes am Hintergrund des Objektes SO, welche sich im Anregungsstrahlengang befindet, eine kreisförmige Aperturblende AP konjugiert zum Muster des Anregungslichtes peripher in der Aperturblendenebene des Objektes, welche sich im Messstrahlengang befindet, sowie eine Feldblende FB2, die konfokal im Messstrahlengang zur Feldblende FB1 im Anregungsstrahlengang angeordnet ist und weiterhin ein Strahl-separierendes Element 4 im Messstrahlengang umfasst, wobei eine Detektoreinheit 5 vorgesehen ist, die daten- und informationsleitend mit einer Auswerteeinheit 6 und mit einem Rechner 7 verbunden ist, und wobei sich das Strahlaufweitungssystem sowie das Strahl-formende Element StF nur im Anregungsstrahlengang befinden und das Muster des Lichtes des Lasers 1 zur Beleuchtung des Objektes SO als dünnes Bündel zur schrägen und kollimierten Anregung der Fluoreszenz des Schichtsystems zur Verfügung steht, wobei die Struktur des Anregungslichts formbar ist, vermittels dessen lateral örtlich separiert die einzelnen Schichten des Objektes SO zur Fluoreszenz anregbar sind, welche auf das Strahl-separierende Element 4 abgebildet wird, an dessen Ausgängen die integrale Fluoreszenz jeder einzelnen Struktur vermittels der Detektoreinheit 5 im Zusammenwirken mit der Auswerteeinheit 6 und dem Rechner 7 charakterisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem gemäß der Gattung der Patentansprüche, insbesondere einzelner Schichten des lebenden Augenhintergrundes.
Die Fluoreszenz, insbesondere die Autofluoreszenz, von biologischem Gewebe kann zur Ermittlung metabolischer Veränderungen als Zeichen zur Früherkennung von Erkrankungen herangezogen werden. Erfolgt eine äquivalente Therapie bereits im Stadium reversibler Veränderungen, kann der Ausbruch einer Erkrankung verhindert werden.
Von besonderem Interesse ist dabei die zeitaufgelöste Fluoreszenz, da diese im Gegensatz zur Messung der spektral aufgelösten Fluoreszenzintensität nicht von der Konzentration der Fluorophore oder von der Absorption von Schichten beeinflusst ist, die im Detektionsstrahlengang das Emissionsspektrum verändern. Weiterhin können schwach von stark emittierenden Fluorophoren unterschieden werden, falls sich ihre Abklingzeiten deutlich unterscheiden.
Die DE 199 20 158 A 1 offenbart ein Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von Fluorophoren, insbesondere am lebenden Augenhintergrund, wobei angegeben wird, wie die zeitaufgelöste Autofluoreszenz des lichtempfindlichen Objektes Auge bei schwacher Fluoreszenzanregung nach dem Prinzip des zeitkorrelierten Einzelphotonenzählens gemessen werden kann.
Der Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht darin, dass die zeitaufgelöste Autofluoreszenz des Auges integral zwar gemessen wird, wobei jedoch die Fluoreszenz der Augenlinse trotz der Anwendung des konfokalen Laser-Scanning-Prinzips einen nicht zu vernachlässigbaren Beitrag bei der Messung liefert.
Die DE 10 2008 045 886 A1 lehrt ein Verfahren zur exakten Bestimmung der Fluoreszenz in einem Schichtsystem, beispielsweise dem Auge, wie die Fluoreszenz einzelner Schichten entsprechend ihrer Erscheinungszeit aus der integral gemessenen Fluoreszenz separiert werden kann.
Entsprechend dem gegenwärtigen Stand der erreichbaren Zeitauflösung nach dem Prinzip des zeitkorrelierten Einzelphotonenzählens ist eine Unterscheidung zwischen der Fluoreszenz der Augenlinse und des Augenhintergrundes zwar grundsätzlich möglich, jedoch nicht die Unterscheidung der Fluoreszenz einzelner Fundusschichten, was von Nachteil ist.
Die Publikation von M.G.O. Gräfe et al, „Ultrafast fluorescence spectroscopy for axial resolution of fluorophore distribution" Applied Physics B, Vol. 117, Issue 3, pp. 833-840 offenbart, dass unter Anwendung von Femtosekunden- Lasern eine Auflösung der Fluoreszenz von Schichten der Dicke kleiner als 100 µm nach dem Prinzip der Messung der Erscheinungszeit möglich ist.
Der Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht darin, dass auf Grund der erforderlichen hohen Strahlungsleistung, die das Auge schädigt, und des hohen materiellen Aufwandes ein Einsatz zur Messung der Fluoreszenz in einzelnen Fundusschichten nicht gegeben ist.
Im Programmsystem FLIMX, online verfügbar unter www.FLIMX,de, und beschrieben in Klemm M., Schweitzer D., Peters S., Sauer L., Hammer M., Haueisen J. (2015) FLIMX: A Software Package to Determine and Analyze the Fluorescence Lifetime in Time-Resolved Fluorescence Data from the Human Eye. PLoS ONE 10(7): e0131640. doi:10.1371/journal.pone.0131640) ist die Separierung der zeitaufgelösten Fundusfluoreszenz aus der gesamten vom Auge gemessenen zeitaufgelösten Fluoreszenz durch die zusätzlich gemessene zeitaufgelöste Fluoreszenz der Augenlinse realisiert.
In der so erhaltenen zeitaufgelösten Fluoreszenz des Augenhintergrundes ist mit der gegenwärtig erreichbaren Zeitauflösung des zeitkorrelierten Einzelphotonenzählens jedoch keine weitere schichtspezifische Auflösung möglich, was von Nachteil ist.
In der Publikation von D. Schweitzer et al., „Detection of early metabolic alterations in the ocular fundus of diabetic patients by time-resolved autofluorescence of endogenous Fluorophores,“ Proc, SPIE 8087, 80871G (2011) wird gelehrt, dass durch den Vergleich mit der bekannte Verteilung anatomischer Strukturen bei 3-exponentieller Approximation der zeitaufgelösten Fluoreszenz des lebenden Auges eine gewisse Zuordnung zwischen den Komponenten der Approximation und den anatomischen Strukturen besteht.
Das prinzipiell eine Anregung der Fluoreszenz in Schichten mit einer Dicke von wenigen µm durch 2-Photonenprozesse möglich ist zeigt die Publikation von Olivier La Schiazza und Josef F. Bille “ Highspeed two-photon excited autofluorescence imaging of ex vivo human retinal pigment epithelial cells toward age-related macular degeneration diagnostic“ Journal of Biomedical Optics 13(6), 064008 November/December 2008).
Die Anwendung der 2-Photonenanregung in Verbindung mit adaptiver Optik wurde von Jennifer J. Hunter et al „Images of photoreceptors in living primate eyes using adaptive optics two-photon ophthalmoseopy" 2011 / Vol. 2, No. 1 / BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS pp.139-148, am lebenden Auge von macaca mulatta vorgenommen.
Allerdings wurde die zum Erzeugen einer detektierbaren Fluoreszenz notwendige Intensität um mehr als das 4,5 Fache des zulässigen MPE (maximal permissible exposure) Wertes des ANSI Standards überschritten, was von großem Nachteil ist.
Die starke Absorption des Anregungslichtes im retinalen Pigmentepithel kann zu thermischen Schäden führen. Aus diesem Grunde ist die 2-Photonenanregung zur diagnostischen Untersuchung des menschlichen Augenhintergrundes nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht ausführbar, was sehr nachteilig ist.
Da die 2-Photonen Fluoreszenzanregung nach dem derzeitigen Stand der Technik die Sicherheitsanforderungen nicht erfüllt, ist ihr Einsatz zur medizinischen Diagnostik am lebenden menschlichen Augenhintergrund nicht gegeben.
Es ist bekannt, dass in der klinischen Praxis der Abstand beispielsweise zwischen der Oberfläche der Retina und dem Pigmentepithel durch schräge Beleuchtung mit einer Spaltlampe subjektiv abgeschätzt werden kann.
Gemäß der Offenbarung von US 4,883,061 wird dieses Prinzip zur objektiven Bestimmung der Dicke der Retina verwendet.
Dazu wird bei festem Winkel zwischen Einfalls- und Austrittsstrahl der Abstand der Reflexionsprofile an der vorderen und hinteren reflektierenden Retinafläche gemessen.
Dabei wird der Abstand der Profile nach Abtastung mit einem Scanner als zeitlicher Unterschied der korrespondierenden elektronischen Signale bestimmt.
Der Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass die Unterscheidung der Fluoreszenz einzelner Fundusschichten nicht möglich ist.
Die DE 10 2014 017 006 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung und Auswertung von Parametern zeitaufgelöster Fluoreszenz- oder Reflexionsbilder an einer ausgedehnten dreidimensionalen Oberfläche von Objekten, bei dem ein punktweises pulsförmiges Abtasten der ausgedehnten dreidimensionalen Oberfläche mittels Beleuchtungs- und Detektionsstrahl erfolgt, wobei unterschiedliche Entfernungen des Beleuchtungsstrahlaustritts- und Detektionsstrahleintrittspunktes von den pulsförmig beleuchteten Punkten des ausgedehnten dreidimensionalen Objektes vorhanden sind und ein beleuchteter erster Objektpunkt und ein beleuchteter zweiter Objektpunkt, der sich in einer anderen Entfernung zum Beleuchtungsstrahlaustritts- und Detektionsstrahleintrittspunkt befindet, sich in der Laufzeit des Anregungs- und Detektionsstrahles des ersten Objektpunkts und des Beleuchtungs- und Detektionsstrahles des zweiten Objektpunkts unterscheiden und eine bildpunktweise Modellierung der unterschiedlichen Laufzeiten erfolgt, wobei das von jedem Punkt der Oberfläche detektierte optische Signal mit der Gleichung $I (t, x, y) = \sum_{i} α_{i} (x, y) \cdot f_{i} (t - t_{k} (x, y), x, y) + b (x, y)$
approximiert wird, wobei

I(t,x,y) die Intensität zum Zeitpunkt t am Bildpunkt (x,y),
i die Komponente,
αi(x,y) der präexponentieller Faktor für Komponente i am Bildpunkt (x,y),
tK(x,y): die Zeit, die ein Photon vom Anregungsstrahlaustrittspunkt zur dreidimensionalen Oberfläche und zurück zum Detektor benötigt,
b(x,y) die Hintergrundintensität und
f(t,x,y): Modellfunktion der Komponente i ist

f (t, x, y) = I R F \otimes e^{- \frac{t}{τ (x, y)}}

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Der Nachteil dieser bekannten technischen Lösung besteht darin, dass sie keine Möglichkeit bietet, die Fluoreszenz einzelner Objekt-Schichten (weder als Intensität, noch zeitaufgelöst) zu erfassen.
Die DE 10 2008 018 475 A1 offenbart eine optische Vorrichtung zur Lumineszenzmessung umfassend einen Pulsgenerator zur Erzeugung eines periodischen Modulationssignals mit rechteckförmigen Pulsen, wobei die Pulslänge der Pulse variabel einstellbar ist, Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung eines Untersuchungsobjekts mit einer Anregungsstrahlung, welche abhängig von dem Modulationssignal pulsartig moduliert ist, und eine Laufzeitkamera zur phasensensitiven Erfassung einer von dem Untersuchungsobjekt in Reaktion auf die Anregungsstrahlung abgegebenen Lumineszenzantwort, wobei der Laufzeitkamera als Referenzsignal das Modulationssignal zugeführt ist. Bei dieser optischen Vorrichtung erfolgt eine Lumineszenzmessung, wobei die Anregungsstrahlung mit Strahlteilern aufgespalten und von mehreren Seiten auf das Untersuchungsobjekt eingestrahlt wird.
Diese Vorgehensweise ist eine Modifikation der Fuoreszenzlebensdauermessung in der Frequenzdomäne. Um die beste Modulation des Fluoreszenzsignals zu erreichen, muss der erwartete Bereich der Abklingzeit/-zeiten bekannt sein. Danach ist die Modulationsfrequenz zu wählen.
Der Nachteil dieser technischen Lösung besteht darin, dass keine Untersuchung einzelner fluoreszierender Schichten eines Systems möglich ist, insbesondere keine getrennte Ermittlung der Abklingzeiten aus den einzelnen Schichten einer fluoreszierenden Anordnung erfolgen kann.
Die DE 10 2011 053 880 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Abbilden eines Augenhintergrunds, umfassend eine Bestrahlungseinrichtung mit einer Strahlungsquelle und optischen Komponenten zum Erzeugen eines Beleuchtungsstreifens, eine Abtasteinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Abtastbewegung des Beleuchtungsstreifens zum Abtasten des Augenhintergrunds zu bewirken, einen optoelektronischen Sensor zum Erfassen von dem Augenhintergrund ausgehendem Detektionslicht, wobei der optoelektronische Sensor mehrere Sensorzeilen aufweist und eingerichtet ist, um in einer Sensorzeile enthaltene Ladungen jeweils mit einer Zeitverzögerung in eine weitere Sensorzeile zu verschieben, und eine Steuerung, die mit der Abtasteinrichtung und / oder dem optoelektronischen Sensor gekoppelt ist und die eingerichtet ist, um die Abtastbewegung und / oder die Zeitverzögerung zu steuern.
Dazu wird eine Schlitzkamera in Form einer technischen Lösung zwischen konfokaler Bildaufnahme und großflächiger Fundus-Beleuchtung einer Kamera mit Aperturblendenteilung eingesetzt.
Die Bildaufnahme ist dabei „quasi“ konfokal, in Spaltenrichtung durch die Zeilenbreite konfokal, aber in Zeilenlänge nichtkonfokal.
Diese technische Lösung hat den Nachteil, dass sie keine Möglichkeit bietet, die Fluoreszenz einzelner Fundus-Schichten (weder als Intensität, noch zeitaufgelöst) zu erfassen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem anzugeben, welche die zuvor stehend genannten Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere die bekannte integrale Messung der zeitaufgelösten Autofluoreszenz oder der Fluoreszenz von Markern in geschichteten Objekten, vor allem am menschlichen Auge, so zu verbessern, so dass die Fluoreszenz einzelner Strukturen, insbesondere von anatomischen Schichten des Augenhintergrundes, räumlich getrennt vorwiegend simultan gemessen werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des 1. und 10. Patentanspruchs gelöst. Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung sind in den nachgeordneten Patentansprüchen angegeben.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Tiefen-Information eines Objekts (die Fluoreszenz einzelner Fundus-Schichten des Objekts) in laterale Information (sowohl als Intensität als auch zeitaufgelöst) umgewandelt wird.
Dazu wird für die fluoreszenzspektrometrische Untersuchung an einem aus Schichten bestehenden Objekt, beispielsweise dem Augenhintergrund, in einem Anregungsstrahlengang eines Laser für die Anregung der Fluoreszenz (einem Pulslaser für die Anregung der zeitaufgelösten Fluoreszenz) durchgeführt, dessen schmales Strahlungsbündel aufgeweitet wird.
Dieses aufgeweitete Strahlungsbündel trifft auf ein Strahl formendes Element und wird anschließend so abgebildet, dass in der Ebene der Aperturblende des zu untersuchenden Objektes, beispielsweise in der Pupillenebene des Auges, eine vorausbestimmte Form entsteht.
Diese Form kann beispielsweise ein dünnwandiger Ring sein, der möglichst weit von der optischen Achse entfernt abgebildet wird.
Mittels einer Linse, die sich am Ort der Aperturblende befindet, beispielsweise der Augenlinse, wird das beispielsweise ringförmige Anregungslicht, in Gestalt eines dünnwandigen Kegelmantels auf das zu untersuchende Schichtsystem fokussiert.
Durch die schmalen Strahlen des schräg einfallenden Anregungslichtes werden die Schichten des Objektes örtlich getrennt zur Fluoreszenz angeregt, wobei beispielsweise bei ringförmiger Form des Anregungslichtes in der Pupillenebene des Objektes ein ringförmiges Muster der Fluoreszenz der einzelnen Schichten entsteht.
Dabei ist der äußere Ring die Fluoreszenz der Schicht, die am nahesten zum Anregungslicht hin angeordnet ist.
Wird nur ein Laserstrahl peripher in die Pupillenebene des Objektes, beispielsweise des Auges, abgebildet und trifft dieser schräg auf die geschichtete Struktur des Objektes, so erscheint die Fluoreszenz der in Achsrichtung hintereinander angeordneten Schichten punktförmig in lateral getrennten punktförmigen Bereichen.
Zur Erhöhung des auswertbaren Fluoreszenzlichtes wird das Anregungslicht in der Pupillenebene als Linie abgebildet, die als konvergierende Linie das Schichtsystem zur Fluoreszenz anregt.
Eine optimale Anregung wird dann erreicht, wenn das Anregungslicht in Form eines Kegelmantels die Schichtstruktur anregt, wie zuvor stehend angegeben.
Im Anregungsstrahlengang ist eine Feldblende angeordnet, deren Bild in der zu untersuchenden Schichtstruktur des Objektes, beispielsweise dem Augenhintergrund, entsteht.
Im Messstrahlengang, der durch einen dichroitischen Spiegel von Anregungsstrahlengang getrennt wird, ist neben abbildenden Elementen und einem Langpassfilter ein Element angeordnet, das die Fluoreszenz der Schichten separiert und einzelnen Detektoren zuführt.
Für den Fall der Anregung mit einem einzelnen Strahl wird hierzu eine Detektorzeile eingesetzt.
Werden zwei periphere Anregungsstrahlen auf die Schicht fokussiert, die am weitesten von der Aperturblende entfernt ist, so wird die Fluoreszenz der einzelnen Schichten ebenfalls mit einer Detektorzeile registriert, auf die das Fluoreszenzlicht beispielsweise mit einer Zylinderlinse fokussiert wird.
Dabei befindet sich die Fluoreszenz der Schicht, auf die das Anregungslicht fokussiert wurde, in der Mitte der Zeile und die Fluoreszenzen der davor liegenden Schichten werden symmetrisch von den angrenzenden Detektorelementen erfasst.
Erfolgt eine linienförmige Anregung, so wird die Fluoreszenz der einzelnen Schichten mit einem Matrixdetektor erfasst oder mittels einer Zylinderlinse auf eine Detektorzeile fokussiert.
Im Fall der Anregung des Schichtsystems in Form eines Kegelmantels ist das Fluoreszenz separierende Element eine Multilayerfaser oder ein Taper, deren Ausgang zu Einzelfasern geformt sind, die die kreisförmige Fluoreszenz der einzelnen Schichten des Objektes zu den Detektoren, beispielsweise einer Detektorzeile, leiten.
Die Eintrittsebene des Fluoreszenz separierenden Elementes wirkt als Feldblende und ist konfokal zum Ausgang des vorzugsweisen Singlemodelasers angeordnet.
Im Messstrahlengang ist weiterhin eine Aperturblende angeordnet, deren Bild in der Aperturebene des zu untersuchenden Objektes, beispielsweise in der Pupillenebene des Auges, nur das achsnahe Fluoreszenzlicht passieren lässt und das peripher aus dem Objekt austretende Fluoreszenzlicht sperrt.
Durch diese Kombination der strukturierten Form des Anregungslichtes und des davon räumlich getrennten Durchlassbereichs des Aperturblendenbildes für das Messlicht in der Aperturebene des Objektes wird die Fluoreszenz, beispielsweise der Augenlinse, blockiert.
Die quasi konfokale Anordnung der Feldblenden im Anregungs- und im Messstrahlengang reduziert weiterhin den Einfluss von störender Fluoreszenz auf die Messung der Fluoreszenz des Schichtsystems, wenn sich weitere fluoreszierende Strukturen in Einfallsrichtung des Anregungslichtes vor der zu untersuchenden Schichtstruktur befinden, beispielsweise die Augenlinse bei Messung der Fluoreszenz in den Schichten des Augenhintergrundes.
Mit dieser technischen Lösung kann die Fluoreszenz einzelner Schichten eines Objektes, vorzugsweise des Augenhintergrundes, gleichzeitig, aber örtlich getrennt detektiert werden.
Das Strahl formende Element kann ein Axicon, ein Biprisma oder ein Element auf der Grundlage von Phasendislokation, z.B. eine spiral phase plate oder ein binäres diffraktives Gitter, sein.
Die vorliegende technische Lösung kann sowohl zur Detektion der statischen als auch der zeitaufgelösten Fluoreszenz von Schichten angewendet werden, die in Richtung der optischen Achse hintereinander angeordnet sind.
Zur Messung der Fluoreszenzspektren der einzelnen Schichten ist die konfokale Feldblende des Detektionsstrahlengangs der Eintrittsspalt eines abbildenden Spektrographen,
Zur Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz ist die Detektorzeile mit einer Einheit zum vorzugsweise zeitkorrelierten Einzelphotonenzählen verbunden, die aus den zu bestimmten Zeiten nach dem Anregungspuls eintreffenden Photonen die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion des Abfalls der Fluoreszenzintensität rekonstruiert.
Mit der technischen Lösung kann auch die Ausdehnung von Anomalitäten in Richtung der optischen Achse, beispielsweise Drusen oder Ablösungen zwischen den fluoreszierenden Schichten, abgeschätzt werden.
Da mit der vorliegenden technischen Lösung die Tiefen-Information des Objekts (die Fluoreszenz einzelner Fundus-Schichten des Objekts) in laterale Information (sowohl als Intensität als auch zeitaufgelöst) umgewandelt werden, stehen nach Auswertung der Fluoreszenzspektren oder nach der Approximation der zeitaufgelösten Fluoreszenz der einzelnen Schichten mit geeigneten Modellfunktionen Ergebnisse zur Verfügung, die im Fall medizinischer Anwendungen Aussagen über frühe pathologische Veränderungen ermöglichen wodurch bei entsprechend rechtzeitigen Therapien der Ausbruch von Erkrankungen vermieden oder verzögert werden kann.
Die vorliegende technische Lösung kann aber auch zur Messung der Reflexion in Schichtstrukturen und überall dort, wo die Fluoreszenz einzelner Schichten wegen zeitlicher Wechselwirkungen simultan gemessen werden muss oder wegen hoher Strahlungsempfindlichkeit oder wegen nicht ausreichender Schärfentiefe nicht gemessen werden kann, eingesetzt werden.
So kann die vorliegende technische Lösung neben der Ophthalmologie auch zur Messung der Fluoreszenz in Schichten von Hohlorganen, wie beispielsweise der tierischen oder menschlichen Blase oder dem tierischen oder menschlichen Darm eingesetzt werden.
Es ist weiterhin möglich, die technische Lösung zur Messung der Fluoreszenz in geschichteten technischen, biologischen oder künstlerischen Objekten einzusetzen, wie beispielsweise bei der Restauration alter Gemälde.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen und der Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der Fluoreszenz eines Schichtsystems, hier des Augenhintergrundes, an einem Ort.
2 das Schema für die Anwendung der Erfindung in einem Laser Scanner Ophthalmoskop.
3 die schematische Darstellung der lateralen Ringstruktur der Fluoreszenz aus den in Richtung der optischen Achse nacheinander angeordneten fluoreszierenden Schichten.
4 die Anregung eines geschichteten Objektes durch zwei periphere Strahlen.
5 die schematische Darstellung der Anregung und die Fluoreszenz der einzelnen Schichten eines geschichteten Systems durch einen einzelnen, schmalen Strahl.

Die in 1 dargestellte Anordnung zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem eines Objektes SO umfasst:

• einen Anregungs- und einen Messstrahlengang, welche einen Langpassfilter LP sowie einen dichroitischen Spiegel SP zur Trennung zwischen Anregungs- und Messstrahlengang passieren, wobei ein Laser 1 im Anregungsstrahlengang angeordnet ist,
• ein Strahlaufweitungssystem aus drei Linsen L1, L2, L3 und ein Strahl-formendes Element StF zur Beleuchtung des Objektes SO mit Muster, welche im Anregungsstrahlengang angeordnet sind,
• eine Feldblende FB1 zur Anregung eines kleinen Feldes am Hintergrund des Objektes SO, welche sich im Anregungsstrahlengang befindet,
• eine kreisförmige Aperturblende AP konjugiert zum Muster des Anregungslichtes peripher in der Aperturblendenebene des Objektes, welche sich im Messstrahlengang befindet, sowie eine Feldblende FB2, die konfokal im Messstrahlengang zur Feldblende FB1 im Anregungsstrahlengang angeordnet ist und weiterhin ein Strahl-separierendes Element 4 im Messstrahlengang,

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• sich das Strahlaufweitungssystem und das Strahl-formende Element StF nur im Anregungsstrahlengang befinden und
• das Muster des Lichtes des Lasers 1 zur Beleuchtung des Objektes SO als dünnes Bündel zur schrägen und kollimierten Anregung der Fluoreszenz des Schichtsystems zur Verfügung steht, wobei die Struktur des Anregungslichts formbar ist, vermittels dessen lateral örtlich separiert die einzelnen Schichten des Objektes SO zur Fluoreszenz anregbar sind, welche auf das Strahl-separierende Element 4 abgebildet wird, an dessen Ausgängen die integrale Fluoreszenz jeder einzelnen Struktur vermittels der Detektoreinheit 5 im Zusammenwirken mit der Auswerteeinheit 6 und dem Rechner 7 charakterisierbar ist.

Der Ausgang des Lasers (oder alternativ dazu der Ausgang einer Singlemodefaser) befindet sich in der Brennebene einer Linse L1, die mit der Linse L2 ein Keplersches Fernrohr zur Aufweitung des Anregungslichtes bildet.
In dem aufgeweiteten parallelen Strahlengang ist ein Strahl formendes Element StF angeordnet, das aus dem achsnahen Strahlenbündel definiert abgelenkte Parallelbündel formt.
Durch Linse L3 wird nach Reflexion an dem dichroitischen Spiegel SP aus den geformten Strahlenbündeln ein vorgegebenes Muster des Anregungslichtes in der Aperturebene des zu untersuchenden Objektes mit Schichtstruktur, hier in der Pupillenebene des Auges 2, peripher erzeugt, die sich in der Brennebene von Linse L3 befindet.
Das Muster des Anregungslichtes kann beispielsweise in Form eines einzelnen Punktes, einer Linie, eines Kreisrings usw. realisiert sein.
Von dem strukturierten Bild des Anregungslichtes LAM in der Aperturblendenebene wird das Anregungslicht, beispielsweise von der Augenlinse L4, konvergierend auf die Schichtstruktur abgebildet.
Durch den schrägen Einfall wird die Fluoreszenz der in Achsrichtung hintereinander liegenden Schichten lateral getrennt angeregt.
Wird die Struktur des Anregungslichtes in der Pupillenebene im einfachsten Fall durch einen einzelnen Strahl realisiert, so bildet die Fluoreszenz in der Schichtstruktur ein Punktmuster.
Ein lineares Punktemuster der Fluoreszenz der einzelnen Schichten entsteht auch, wenn das Anregungslicht durch zwei symmetrisch zur optischen Achse angeordnete periphere Randstrahlen realisiert wird.
Hat das Anregungslicht in der Pupillenebene die Form einer Linie, so bildet die Fluoreszenz in der Schichtstruktur ein Muster aus weitgehend parallel zueinander verlaufenden Linien.
Im umfangreicheren Fall einer Ringstruktur des Anregungslichtes in der Aperturblendenebene wird dieses in Form eines Kegelmantels auf die Schichtstruktur fokussiert. Dort bildet die Fluoreszenz der Schichten eine Struktur aus Ringen.
Wird für die Anwendung dieser technischen Lösung am Auge angenommen, dass ein Anregungsstrahl 3,5 mm von der optischen Achse entfernt die Pupille durchtritt und durch die Augenlinse auf den Augenhintergrund fokussiert wird, so beträgt der Abstand der Fluoreszenzmaxima von 100 µm dicken Schichten ca. 20 µm.
Auf diese Weise entsteht am Augenhintergrund 3 ein Bild aus fluoreszierenden Ringen, wobei der äußere Ring durch die Fluoreszenz der Schicht gebildet wird, die der Augenlinse L4 am nahesten angeordnet ist.
Im Messstrahlengang wird das langweilige Fluoreszenzlicht der Struktur aus Ringen von Augenhintergrund 3 ins Unendliche abgebildet.
Die Aperturblende AP, die sich an der Linse L5 befindet, begrenzt den Durchmesser dieses achsparallelen Bündels so, dass keine Überschneidung mit dem strukturierten Anregungslicht in der Pupillenebene stattfindet. Dadurch wird das Prinzip der Aperturblendenteilung realisiert, ohne dass sich eine körperliche Aperturblende im Anregungsstrahlengang befindet.
Nach Transmission des Fluoreszenzlichtes durch den dichroitischen Spiegel SP und einen Langpassfilter LP bildet Linse L5 das Bild FB 1' der Feldblende FB 1 in deren bildseitige Brennebene ab, in der sich konfokal zur Feldblende FB1 die Feldblende FB2 befindet.
Diese Feldblende FB2 kann durch das Ort separierende Element, beispielsweise eine Multilayerfaser oder einen Taper, oder durch die Detektoren selbst realisiert sein.
Der Langpassfilter LP, der das eventuell noch verbleibende kurzweilige Anregungslicht sperrt und nur das langwellige Fluoreszenzlicht passieren lässt, ist im parallelen Strahlengang des Messlichtes angeordnet.
Die Ausgänge des orts separierenden Elements 4 leiten das Fluoreszenzlicht der beispielsweise ringförmigen Strukturen jeweils auf einzelne Detektoren eines Liniendetektors 5, der für die Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz mit einem Auswerteeinheit 6 für das zeitkorrelierte Einzelphotonenzählen daten- und informationsleitend verbunden ist und in daten- und informationsleitender Verbindung mit einem Rechner 7 die Rekonstruktion der Abklingkurven der Fluoreszenz der einzelnen Schichten des Augenhintergrundes vornimmt.
Im Rechner 7 werden dazu die gemessenen Abklingkurven mit geeigneten Modellfunktionen approximiert.
Zur Frühdetektion pathologischer Veränderungen, vorzugsweise im zellulären Metabolismus, werden nach einem abgeschlossenen Fit die gewonnenen Parameter der Modellfunktion geeigneten Vergleichswerten gegenüber gestellt.
Der Rechner 7 steuert den Ablauf der Messung, insbesondere synchronisiert er das Zeitregime des Lasers I, wenn dieser ein Pulslaser ist, mit dem Ablauf im Board 6 für das zeitkorrelierte Einzelphotonenzählen.
Für die Messung der statischen Fluoreszenz sind die Einheiten 4, 5 und 6 ein abbildendes Spektrometer, dessen Eintrittsspalt die Feldblende FB2 realisiert.
Für den Fall kreisförmiger Fluoreszenzstrukturen sind die Ausgänge des orts separierenden Elements 4 im Eintrittsspalt des abbildenden Spektrometers angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird durch den schrägen Einfall einer wählbaren Struktur des Anregungslichtes die Fluoreszenz der Schichten eines Objektes lateral getrennt angeregt und örtlich getrennt detektiert.
Damit sind Aussagen über das Fluoreszenzverhalten in einzelnen Schichten, beispielsweise des Augenhintergrundes, möglich.
Durch die vorliegende technische Lösung wird durch die Realisierung des Prinzips der Aperturblendenteilung und durch die Anwendung des Konfokalprinzips bei Messungen am Auge der störende Einfluss der Fluoreszenz der Augenlinse unterdrückt, was mit den vorbekannten technischen Lösungen nicht möglich ist.
Wie in der 2 dargestellt beleuchtet ein Anregungslaser 1, für die Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz ein Pulslaser, die Feldblende FB1, die sich in der Brennebene einer Linse LI befindet und diese ins Unendliche abbildet.
Die Feldblende FB1 kann dabei durch den Ausgang des Lasers selbst oder durch das Ende einer Singlemodefaser realisiert sein.
In Strahlrichtung hinter Linse L2 ist ein Strahl formendes Element StF angeordnet, das aus dem achsnahen Parallelbündel des Anregungslichtes divergierende Parallelbündel erzeugt.
Zur Anwendung in einem Laser Scanner System befinden sich ein Vertikalscanner Sv und ein Horizontalscanner Sh im Anregungs- und Messstrahlengang.
Durch Linse L3 werden diese Bündel nach Reflexion an einem dichroitischen Spiegel SP in die Ebene des Vertikalscanners Sv und Horizontalscanners Sh abgebildet.
Der Fokus dieser Bündel befindet sich in der Brennebene einer Linse L6, die die Anregungsbündel ins Unendliche abbildet.
Von Linse L7 werden die parallelen Bündel des Anregungslichtes mit der durch das Strahl formende Element StF bestimmten Struktur in die Brennebene von der Linse L7 abgebildet, in der sich die Pupillenebene des zu untersuchenden Auges 2 befindet.
Durch die Augenlinse L4 wird die vorgegebene Struktur des Anregungslichtes in der Pupillenebene des Auges, beispielsweise Einzelpunkt, Linie oder Kreis, als dünne Strahlen schräg und konvergierend auf die Schichten des Augenhintergrundes 3 abgebildet.
Das schräg unter einem Winkel zur Flächennormalen des Augenhintergrundes auf dessen in Richtung der optischen Achse hintereinanderliegenden Schichten auftreffende Licht regt diese lateral getrennt zur Fluoreszenz an.
Dieses Muster aus der örtlich getrennt angeregten Fluoreszenz der einzelnen Schichten wird von der Augenlinse L4 als achsparalleles Bündel ins Unendliche und von Linse L7 in deren Brennebene abgebildet.
Von Linse L6, deren objektseitiger Brennpunkt mit dem bildseitigen Brennpunkt von Linse L7 zusammen fällt, wird das Messlicht des Augenhintergrundes wieder ins Unendliche abgebildet.
Nach Transmission durch den dichroitischen Spiegel SP und einen Langpassfilter LP ist das langwellige Fluoreszenzlicht vom kurzwelligen Anregungslicht getrennt.
Im achsparallelen Strahlengang des Messlichtes ist eine Aperturblende AP angeordnet, deren Bild AP' das Fluoreszenzlicht vom Anregungslicht in der Pupillenebene des Auges trennt.
Von einer Linse L5 wird das achsparallele Fluoreszenzlicht des Augenhintergrundes in die Feldblende FB2 abgebildet, wobei diese durch die Detektoren 5, die Eintrittsfläche eines Strahl separierenden Elements 4 oder durch den Eintrittsspalt eines abbildenden Spektrographen realisiert sein kann.
Die Struktur aus fluoreszierenden Kreisen, die entsteht, wenn die Anregung in Form eines Kegelmantels erfolgt, kann durch eine Multilayerfaser aufgenommen werden, deren Layer zu Einzelfasern geformt sind und die die Fluoreszenz der einzelnen Ringe auf einen Liniendetektor 5 zur Detektion der vorwiegend zeitaufgelösten Fluoreszenz nach dem Prinzip der zeitaufgelösten Einzelphotonenzählens leiten.
Zur Detektion der örtlich aufgelösten Fluoreszenz des Augenhintergrundes kann auch ein Detektor verwendet werden, der eine unabhängige Detektion der Fluoreszenz verschiedener Ortsbereiche mit hoher Auflösung ermöglicht, beispielsweise ein Matrixdetektor.
In diesem Fall kann auf ein zusätzliches Element zur Separation der einzelnen Schichtfluoreszenzen verzichtet werden.
Die Feldblenden FB1 und FB2 sind konfokal zueinander angeordnet, wodurch zusätzlich zur Aperturblendenteilung in der Pupillenebene die Fluoreszenz der Augenlinse L4 unterdrückt wird.
Zur Auswertung der vorwiegend zeitaufgelösten Fluoreszenz ist die Detektionseinheit 5 daten- und informationsleitend mit einer Auswerteeinheit 6 verbunden, in der die Fluoreszenz der Detektorelemente, die den einzelnen Schichten beispielsweise des Augenhintergrundes zugeordnet sind, nach dem Prinzip des zeitkorrelierten Einzelphotonenzählens berechnet wird.
Durch die Anwendung der Vertikal -und Horizontalscanner wird jeder Ort im abgescannten Feld des Augenhintergrundes zur Fluoreszenz angeregt. Erfindungsgemäß wird dadurch gleichzeitig die Fluoreszenz der einzelnen Schichten des Augenhintergrundes simultan erfasst.
Nachdem in der Auswerteeinheit 6 die Fluoreszenz Abklingzeiten aus dem Abfall der Fluoreszenzintensität nach Anregung mit Laserpulsen für jede Schicht und für jeden Ort im Bildfeld berechnet wurde, werden im Rechner 7 durch Anpassen geeigneter Modellfunktionen Parameter des zeitaufgelösten Fluoreszenzverhaltens berechnet, beispielsweise Amplituden, Fluoreszenzlebensdauern und relative Beiträge bei exponentieller Approximation. Bilder von Parametern der zeitaufgelösten Fluoreszenz können für jede angeregte Schicht des Auges dargestellt werden und zur Beurteilung pathologischer Veränderungen herangezogen werden.
Der Rechner 7 steuert den Ablauf der Messung, insbesondere synchronisiert er das Zeitregime des Lasers 1, wenn dieser ein Pulslaser ist, mit dem Ablauf in der Auswerteeinheit 6, in diesem Fall im Board für das zeitkorrelierte Einzelphotonenzählen.
Für die Messung der statischen Fluoreszenz sind die Einheiten 5 und 6 ein abbildendes Spektrometer, auf dessen Eintrittsspalt die Ausgänge des orts separierenden Elements 4 das Fluoreszenzlicht der einzelnen Strukturen des Augenhintergrundes leiten.
In der 3 stellt KM schematisch das Anregungslicht in Form eines Kegelmantels dar, das eine geschichtete Struktur OS anregt, so dass die Fluoreszenzstrahlungen der separat angeregten Schichten eine Ringstruktur AFB bilden.
In der 4 ist die keilförmige Anregung KE der Fundusschichten SO dargestellt. Hierzu ist das Strahl-separierende Element ein Biprisma.
Die Linienstruktur der Fluoreszenzstrahlung der separat angeregten Schichten AFL ist dabei das linienförmige Bild der simultan angeregten Fluoreszenz der einzelnen Fundusschichten.
Eine linienförmige Anregung wird dabei realisiert, wenn Linse 3 eine Zylinderlinse ist.
Die 5 zeigt das Teilbild A die Entstehung der Summenfluoreszenz bei Anregung durch einen senkrecht auf das Schichtsystem einfallenden Strahls. Im Teilbild B ist schematisch die örtlich getrennt detektierbare Fluoreszenz der einzelnen Schichten bei Anregung durch einen schräg einfallenden Strahl dargestellt.
Die zuvor stehend beschrieben Anordnung wird bestimmungsgemäß bei einem Verfahren zur Messung der lateral ortsaufgelösten Fluoreszenz eines in Richtung der optischen Achse angeordneten Schichtsystems eines Objektes SO wie folgt betrieben:
Die Strahlung des Lasers 1 wird im Anregungsstrahlengang nach dem Durchgang durch das Strahlaufweitungssystem aus den drei Linsen L1, L2, L3 und das Strahl-formende Element StF so in den peripheren Bereich einer Aperturebene des Objektes SO abgebildet, dass das Anregungslicht dort ein zuvor bestimmtes Muster annimmt und dieses Muster mittels der Linse L4, die sich in der Aperturebene des Objektes SO befindet und das konvergent abgebildete Muster des Anregungslichtes auf die Schichtstruktur des Objektes SO trifft, die sich in deren Brennebene befindet und durch den schrägen Einfall lateral örtlich separiert die einzelnen Schichten der Schichtstruktur des Objektes SO als Struktur zur Fluoreszenz anregt und diese Struktur auf das Strahl-separierendes Element 4 abgebildet wird, an dessen einzelnen Ausgängen die integrale Fluoreszenz jeder einzelnen Struktur den Einzeldetektoren der Detektoreinheit 5 zugeführt wird, aus deren Signalen die Auswerteeinheit 6 charakteristische Fluoreszenzdarstellungen erzeugt, die mittels des Rechners 7 ausgewertet werden.
Durch die Verwendung der konfokalen Feldblende FB1 im Anregungsstrahlengang und der Feldblende FB2 im Detektionsstrahlengang sowie durch die Wirkung der zum Muster des Anregungslichtes in der Aperturblendenebene konjugierten angeordneten Aperturblende AP im Messstrahlengang die Eintrittsbereiche des Anregungslichtes und die Austrittsbereiche des Messlichtes in der Ebene der Aperturblende AP voneinander getrennt werden, wodurch die Fluoreszenz der Linse 1, die das geformte Anregungslicht auf das Schichtsystem fokussiert, unterdrückt wird.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen technischen Lösung bestehen darin, dass die bekannte integrale Messung der zeitaufgelösten Autofluoreszenz oder der Fluoreszenz von Markern in geschichteten Objekten, vor allem am menschlichen Auge, so verbessert wird, dass die Fluoreszenz einzelner Strukturen, insbesondere von anatomischen Schichten des Augenhintergrundes, räumlich getrennt und simultan gemessen werden kann.
Alle in der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

1: - Laser
2: - Auge
3: - Augenhintergrund
4: - Strahl separierendes Element
5: - Detektoreinheit
6: - Auswerteeinheit, TCSPC Board für Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz, abbildendes Spektrometer für Messung der statischen Fluoreszenz
7: - Rechner
L1: - Linse
L2: - Linse
L3: - Linse
L4: - Linse, Augenlinse
L5: - Linse
L6: - Linse
L7: - Linse
AFR: - Ringstruktur der Fluoreszenzstrahlungen der separat angeregten Schichten
AFL: - Linienstruktur der Fluoreszenzstrahlung der separat angeregten Schichten
AP: - Aperturblende im Mess- und im Detektionsstrahlengang
AP': - Bild der Aperturblende AP
FB1: - Feldblende im Anregungsstrahlengang
FB1': - Bild der Feldblende FB 1
FB1'': - Bild der Feldblende FB 1
FB1'''': - Bild der Feldblende FB 1
FB2: - konfokale Feldblende im Detektionsstrahlengang
KE: - keilförmiges Anregungslicht
KM: - kegelmantelförmiges Anregungslicht
LP: - Langpassfilter
LAM: - Muster des Anregungslichtes in der Aperturblendenebene, in der Pupillenebene des Auges 2
StF: - Strahl-formendes Element
SP: - dichroitischer Spiegel
Sv: - Vertikalscanner
Sh: - Horizontalscanner
SO: - geschichtetes Objekt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19920158 A [0004]
DE 102008045886 A1 [0006]
US 4883061 [0019]
DE 102014017006 A1 [0023]
DE 102008018475 A1 [0025]
DE 102011053880 A1 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

M.G.O. Gräfe et al, „Ultrafast fluorescence spectroscopy for axial resolution of fluorophore distribution“ Applied Physics B, Vol. 117, Issue 3, pp. 833-840 offenbart [0008]
Jennifer J. Hunter et al „Images of photoreceptors in living primate eyes using adaptive optics two-photon ophthalmoseopy“ 2011 / Vol. 2, No. 1 / BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS pp.139-148 [0014]

Claims

Anordnung zur simultanen Messung der Fluoreszenz einzelner Schichten in einem Schichtsystem eines Objektes (SO) umfassend • einen Anregungs- und einen Messstrahlengang, welche einen Langpassfilter (LP) sowie einen dichroitischen Spiegel (SP) zur Trennung zwischen Anregungs- und Messstrahlengang passieren, wobei ein Laser (1) im Anregungsstrahlengang angeordnet ist, • ein Strahlaufweitungssystem aus drei Linsen (L1, L2 und L3) und ein Strahl-formendes Element (StF) zur Beleuchtung des Objektes (SO) mit einem Muster, welche im Anregungsstrahlengang angeordnet sind, • eine Feldblende (FB1) zur Anregung eines kleinen Feldes am Hintergrund des Objektes (SO), welche sich im Anregungsstrahlengang befindet, • eine kreisförmige Aperturblende (AP) konjugiert zum Muster des Anregungslichtes peripher in der Aperturblendenebene des Objektes, welche sich im Messstrahlengang befindet, sowie eine Feldblende (FB2), die konfokal im Messstrahlengang zur Feldblende (FB1) im Anregungsstrahlengang angeordnet ist und weiterhin ein Strahl-separierendes Element (4) im Messstrahlengang, wobei eine Detektoreinheit (5) vorgesehen ist, die daten- und informationsleitend mit einer Auswerteeinheit (6) und mit einem Rechner (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass • sich das Strahlaufweitungssystem und das Strahl-formende Element (StF) nur im Anregungsstrahlengang befinden und • das Muster des Lichtes des Lasers (1) zur Beleuchtung des Objektes (SO) als dünnes Bündel zur schrägen und kollimierten Anregung der Fluoreszenz des Schichtsystems zur Verfügung steht, wobei die Struktur des Anregungslichts formbar ist, vermittels dessen lateral örtlich separiert die einzelnen Schichten des Objektes (SO) zur Fluoreszenz anregbar sind, welche auf das Strahl-separierende Element (4) abgebildet wird, an dessen Ausgängen die integrale Fluoreszenz jeder einzelnen Struktur vermittels der Detektoreinheit (5) im Zusammenwirken mit der Auswerteeinheit (6) und dem Rechner (7) charakterisierbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahl-formende Element (StF) ein Axicon oder ein Biprisma oder eine spiral-phase-plate oder ein dispersives Gitter ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahl-separierende Element (4) eine Feldblende (FB2) oder eine Multilayerfaser, deren Schichten am Ausgang zu Einzelfasern geformt sind, oder eine Detektormatix oder ein Taper, in dessen Eingangsebene Fasern angeordnet sind, deren Ausgänge mit einzelnen Detektoren der Detektoreinheit (5) verbunden sind, ist oder das Strahlselektierende Element aus ringförmig angeordneten Detektorelementen oder aus linienförmig angeordneten Detektorelementen der Detektoreinheit (5) besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) zur Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz ein Pulslaser ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (5) für die Messung der zeitaufgelösten Fluoreszenz ein Liniendetektor für Einzelphotonendetektion und die Auswerteeinheit (6) eine Einheit zum zeitkorrelierten Einzelphotonenzählen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (1) zur Messung der statischen Fluoreszenz ein cw-Laser ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit (5) und die Auswerteeinheit (6) zur Messung der statischen Fluoreszenz ein abbildendes Spektrometer bilden, wobei sich dessen Eintrittsspalt in einer zur Schichtstruktur konjugierten Bildebene befindet oder die Ausgänge des Strahl-separierenden Elements (4) im Eintrittsspalt des Spektrometers angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bildebene des mit wählbarer Struktur geformten Anregungs-/ Beleuchtungslichtes die Linse (4) für die Messung der Fluoreszenz oder der Reflexion eines Schichtsystems des Objekts (SO) angeordnet ist, in deren Brennebene sich das Schichtsystem befindet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im im Anregungs- und Messstrahlengang ein Vertikalscanner (Sv) und ein Horizontalscanner (Sh) befinden.
Verfahren zur Messung lateral ortsaufgelösten Fluoreszenz eines in Richtung der optischen Achse angeordneten Schichtsystems unter Verwendung einer Anordnung nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Strahlung des Lasers (1) im Anregungsstrahlengang nach Durchgang durch das Strahlaufweitungssystem aus den drei Linsen (L1, L2 und L3) und das Strahl-formende Element (StF) so in den peripheren Bereich einer Aperturebene des Objektes (SO) abgebildet wird, dass das Anregungslicht dort ein zuvor bestimmtes Muster annimmt und dieses Muster mittels der Linse (L4), die sich in der Aperturebene des Objektes (SO) befindet und das konvergent abgebildete Muster des Anregungslichtes auf die Schichtstruktur des Objektes (SO) trifft, die sich in deren Brennebene befindet und durch den schrägen Einfall lateral örtlich separiert die einzelnen Schichten der Schichtstruktur des Objektes (SO) als Struktur zur Fluoreszenz anregt und diese Struktur auf das Strahl-separierendes Element (4) abgebildet wird, an dessen einzelnen Ausgängen die integrale Fluoreszenz jeder einzelnen Struktur den Einzeldetektoren der Detektoreinheit (5) zugeführt wird, aus deren Signalen die Auswerteeinheit (6) charakteristische Fluoreszenzdarstellungen erzeugt, die mittels des Rechners (7) ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verwendung der konfokalen Feldblende (FB1) im Anregungsstrahlengang und der Feldblende (FB2) im Detektionsstrahlengang sowie durch die Wirkung der zum Muster des Anregungslichtes in der Aperturblendenebene konjugierten angeordneten Aperturblende (AP) im Messstrahlengang die Eintrittsbereiche des Anregungslichtes und die Austrittsbereiche des Messlichtes in der Ebene der Aperturblende (AP) voneinander getrennt werden, wodurch die Fluoreszenz der Linse (4), die das geformte Anregungslicht auf das Schichtsystem fokussiert, unterdrückt wird.
Verwendung einer Anordnung gemäß Anspruch 1 bis 9 zur lateral ortsaufgelösten Fluoreszenzbestimmung eines in Richtung der optischen Achse angeordneten Schichtsystems.