DE19911277C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfaßten Ort befindet - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfaßten Ort befindet

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, bei dem der Lichtpunkt auf einen Bildverstärker optisch abgebildet wird und dort jeweils eine Leuchtfläche erzeugt, deren anfäng­ liche Leuchtintensität über die Zeit abklingt.
Um die räumliche Bewegung eines Teilchens im Raum optisch erfassen zu können muß das Teilchen entweder selbst leuchten oder, z. B. durch die Beleuchtung mit einem Laser oder einer Lampe, zum Leuchten gebracht werden. Im Folgenden wird der Begriff Lichtpunkt für ein derartiges Teilchen verwendet, um anzudeuten, daß von dem Teilchen Licht ausgesandt wird. Die Bewegung eines Punktes im Raum ist durch die Angabe der örtlichen Lage (x, y, z) für verschiedene Zeiten t durch die Angabe von (x(t), y(t), z(t)) vollständig charakterisiert. Im Folgenden wird (x(t), y(t), z(t)) auch als "Spur" des Lichtpunktes, mithin als Spur des Teilchens, bezeichnet.
Stand der Technik
Aus der DE 43 21 876 C1 ist ein Verfahren zur Erfassung des Ortes und der Geschwindigkeit eines Lichtpunktes entnehmbar, jedoch ohne Einsatz eines Bildverstärkers und ohne Auswertung des Abklingverhaltens von darauf erzeugten Leuchtflächen.
Aus der WO 91/09300 A1 ist die Verwendung eines Bildverstärkers bei der ortsaufgelösten Detektion von Lichtpunkten bekannt, ohne dass jedoch Hinweise auf die Auswertung zeitlicher Intensitätsverläufe zu finden wären.
Es sind weitere Verfahren zur Bestimmung der Bewegung eines Punktes im Raum bekannt. So ist beispielsweise die Erfassung der Spuren von Teilchen bekannt, um die Strömungsgeschwindigkeit von Gasen zu bestimmen. Solche Verfahren werden auch kommerziell angeboten. In diesen Verfahren werden einer Strömung Teilchen (flüssige Tröpfchen oder feste Partikel) zugesetzt die der Strömung möglichst gut folgen sollen. Die Teilchen werden durch eine Lichtquelle (z. B. durch gepulste Laser) zum Leuchten gebracht um ihre Bewegung optisch verfolgen zu können.
Bei dem PIV-Verfahren (Particle Image Velocimetry) wird z. B. eine Ebene im Raum mit einem Lichtband beleuchtet, so daß (nur) die Teilchen auf dem Lichtband aufleuchten. Der Ort des Aufleuchtens der Teilchen in der beleuchteten Ebene wird optisch erfaßt, indem das von den Teilchen emittierte Licht über ein Objektiv auf eine Kamera abgebildet wird. Wegen der eindeutigen Zuordnung von den Punkten in der Gegenstandsebene (= beleuchtete Ebene) zu den Punkten in der Bildebene (= Kameraebene) bei einer optischen Abbildung kann aus der Lage des Bildpunktes auf der Kamera die Lage des leuchtenden Teilchens in der beleuchteten Ebene ermittelt werden. Das Bild der Kamera erlaubt daher die Bestimmung der Orte der leuchtenden Teilchen in der beleuchteten Ebene.
Bei einer Bewegung der Teilchen in der beleuchteten Ebene verschieben sich die Bildpunkte der Teilchen auf der Kamera entsprechend. Um die Bewegung zu verfolgen erfolgt eine mehrfache (z. B. blitzartige, stroboskopische) Beleuchtung zu verschiedenen bekannten Zeitpunkten t1, . . ., tn. Die Bildpunkte der Teilchen verschieben sich daher in den entsprechenden Kamerabildern. Die Verschiebung der Orte auf den Kamerabildern werden verwendet um die Verschiebung Δx der Teilchen in der beleuchteten Ebene zu bestimmen. Die Zeit des Aufleuchtens der Teilchen - und damit auch die zeitliche Differenz Δt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern - ist bekannt, da sie aktiv bei der Beleuchtung eingestellt wird. Die Geschwindigkeit des Teilchens wird dann durch v = Δx/Δt ermittelt.
Ein Problem bei der Beleuchtung in nur einer Ebene (statt in einem Volumen) ist, daß die Teilchen sich in vielen Strömungen auch senkrecht zur beleuchteten Ebene bewegen. Bei einer mehrfachen Beleuchtung kann es daher passieren, daß ein Teilchen in einem der Bildern nachgewiesen wird, in anderen Bildern aber nicht zu sehen sind.
Auch die Bestimmung der Komponenten des Geschwindigkeitsvektors senkrecht zur beleuchteten Ebene stellt ein Problem dar, weil diese Bewegung nicht zu einer Änderung der Lage des Bildpunktes auf der Kamera führt. Aus diesem Grunde werden die Teilchen manchmal aus unterschiedlichen Richtungen (mit dann mehreren Kameras) beobachtet ("Stereo PIV") so daß auch die Geschwindigkeit senkrecht zur beleuchteten Ebene bestimmt werden kann. Es werden dann alle drei Komponenten des Geschwindigkeitsvektors erfaßt. Ein Nachteil ist aber immer noch, daß die Bewegung des Gases nur in einer Ebene und nicht in dem umgebenden Volumen erfaßt werden kann.
Ein weiterer Nachteil des PIV Verfahrens ist, daß die Beleuchtung oft blitzartig erfolgen muß, weil sich sonst der Ort des Teilchens während der Beleuchtung ändert und die Ortsbestimmung des Teilchens nicht präzise genug ist und zu Fehlern in der Geschwindigkeitsbestimmung führt: es ergeben sich "verwaschene" Bilder. Bei vielen Strömungen wird bei PIV mit einer Zeitdifferenz Δt von etwa 10-100 µsec zwischen zwei Beleuchtungen gearbeitet um hinreichend scharfe Bilder zu erhalten. Um auf den Kamerabildern hinreichend helle Bilder der Teilchen zu bekommen ist es häufig notwendig eine zeitlich scharf definierte, gepulste und sehr intensive Strahlungsquelle zu verwenden. In den meisten kommerziellen Anwendungen werden zwei gepulste NdYAG-Laser bei 532 nm mit z. B. je 20 mJ Pulsenergie verwendet. Da die Beschaffung dieser Strahlungsquellen mit Kosten von etwa 30.000 DM pro Laser verbunden ist, sind Anwendungen mit mehr als zwei Lasern selten. Es ist aber von Vorteil die Spur zu mehr als zwei Zeitpunkten zu beobachten da dann die Meßgenauigkeit erhöht wird.
Ein Problem bei der Verwendung von kontinuierlichen Lasern ist, daß die Beleuchtungsstärke in dem hier geforderten kurzen Zeitintervall meist nicht ausreichend ist um einen hinreichend hellen Bildpunkt auf der Kamera zu erhalten. Auf der anderen Seite ist eine längere Verfolgung der Spur eines Teilchens in einer Strömung, z. B. mit mehreren Lichtblitzen von großem Interesse. So ist z. B. die Verfolgung der Bewegung der Luft in einem Motor vom Einlaß am Ventil bis zur Zündung in der späteren Kompressionsphase von großem Interesse, weil die Auslegung der Strömung entscheidenden Einfluß auf Schadstoffbildung, Laufruhe und Effizienz hat. Es ist daher ein Nachteil des PIV Verfahrens, daß eine mehrfache Belichtung aus Kostengründen kaum möglich ist und daher ein Verfolgung der Spur über längere Zeiten extrem schwierig wird.
Die Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist zum Ersten die Erfassung der Spur eines Teilchens nicht nur in einer Ebene, sondern in einem Volumen. Zum Zweiten soll die Spur auch über längere Zeiten verfolgt werden können. Zum Dritten soll die Information über die Zeit, zu der sich das Teilchen an einem Ort aufhält, so bestimmt werden, daß eine Verwendung teurer, extrem intensiver kontinuierliche Laser oder ebenfalls teurer gepulster Laser nicht mehr notwendig ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird nach einem ersten Verfahren vorgeschlagen, dass die x- und die y-Koordinate des Lichtpunktes aus der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und die z-Koordinate aus den geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche ermittelt wird, und zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, jeweils in mindestens zwei zeitlich versetzt aufgenommenen Kamerabildern die darin über vorbestimmte Zeitintervalle integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche ermittelt wird und die ermittelten integrierten Leuchtintensitäten mittels einer Verhältnisformel ausgewertet werden.
Zur Erfassung der Spur eines Lichtpunktes in einem Raumbereich wird der Lichtpunkt optisch auf einen Bildverstärker abgebildet und bringt dort eine Fläche zum Aufleuchten (Leuchtfläche). Die räumlichen Koordinaten (x, y, z) des Lichtpunktes werden aus der geometrischen Lage und den geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker ermittelt. Um zu bestimmen wann der Lichtpunkt an dem Ort (x, y, z) aufleuchtet, muß die Zeit t, zu der der Lichtpunkt am Ort (x, y, z) ist ermittelt werden. Dieses geschieht durch eine Analyse des Aufleuchtens am Bildverstärker.
Die Erfindung bezieht sich also auf eine schnelle und einfache Vorrichtung um 3-dimensional und zeitlich aufgelöst die Spuren (x(t), y(t), z(t)) von Lichtpunkten zu erfassen. Aus den Spuren kann dann - vektoriell - auch die Geschwindigkeit des Lichtpunktes und seine Beschleunigung bestimmt werden. Bei Kenntnis der Masse kann auch die Kraft, die auf den Leuchtpunkt wirkt, bestimmt werden.
Im nebengeordneten Verfahrensanspruch ist dargelegt, dass die x- und die y-Koordinate des Lichtpunktes aus der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und die z-Koordinate aus den geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche ermittelt wird, und zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, jeweils in einem aufgenommenen Kamerabild die darin über ein vorbestimmtes Zeitintervall integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche ermittelt und unter der Voraussetzung, dass das zeitliche Gesamtintegral der Leuchtintensität bekannt ist, ausgewertet wird. Wenn die Beleuchtung der Teilchen mit zeitlich konstanter Intensität erfolgt, ist auch die Intensität der Phosphoreszenz über die Spur des Lichtpunktes konstant. In diesem Fall muß die Kamera nicht mehrfach geöffnet werden; eine einfache Öffnung reicht dann aus. Liegt z. B. dann das nur eine Zeitintervall, über das die Phosphoreszenz integriert wird, genau nach dem Schließen des Bildverstärkers, so wird nur das Restleuchten in diesem Zeitintervall bestimmt. Je später die Phosphoreszenz startet, desto mehr wird von der Restleuchintensität registriert. Daher kann aus der restlichen Intensität des Phosphorleuchtens der Start der Phosphoreszenz am Bildverstärker bestimmt werden.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 2 wird vermieden, daß ein zu großer Abstand der Öffnungszeitintervalle der Kamera dazu führt, daß die Phosphoreszenz vollständig innerhalb eines Zeitintervalls abklingt, so daß in einem zweiten Zeitintervall kein Phosphorleuchten registriert wird. Die Zeitintervalle müssen auf die Dauer der Phosphoreszenz abgestimmt werden.
In Anspruch 4 ist dargelegt, daß auch ohne ein abgedecktes Objektiv aus der Größe der kreisförmigen Leuchtfläche der Abstand z bestimmt werden kann. Anspruch 5 bezieht sich darauf, daß bei mittig abgedecktem Objektiv die Leuchtfläche ein Ring ist. Anspruch 6 bezieht sich darauf, daß die Spur eines Leuchtpunktes über ein bestimmtes Zeitintervall verfolgt werden kann. Es kann von Vorteil sein den Bildverstärker während einer Messung mehrfach zu öffnen, da dann die Leuchtflächen weniger verwaschen. Dieses ist Gegenstand des Anspruches 7 und kann insbesondere dann Vorteil haben, wenn viele Spuren in einem Bild auftreten.
In vielen Fällen soll eine Spur über längere Zeiten verfolgt werden. In diesen Fällen kann die Messung einfach wiederholt werden. Es ist dabei notwendig, die Meßdaten abzuspeichern. Dieses ist der Gegenstand von Anspruch 8.
Eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren zeichnet sich durch ein erstes Objektiv zur optischen Abbildung des Lichtpunktes auf einen Bildverstärker aus, wodurch dort jeweils eine Leuchtfläche sichtbar wird, deren anfängliche Leuchtintensität über die Zeit abklingt, mindestens einer Kamera, die Bilder vom Bildverstärker aufnimmt, Mitteln zur Bestimmung der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und der geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche, und Mitteln, um in einem oder mehreren zeitlich versetzt aufgenommenen Kamerabildern die darin über ein vorbestimmtes Zeitintervall integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche zu bestimmen.
Anspruch 11 bezieht sich darauf, daß eine Realisierung des Verfahrens mit CCD Kameras besonders einfach ist. Anspruch 12 bezieht sich auf eine spezielle Art von CCD Kamera, die auf einer photosensitiven Fläche zwei zeitlich eng benachbarte Bilder registrieren kann. In diesen sogenannten "progressiv scan Kameras" können die Photoelektronen aus dem lichtempfindlichen Teil der photosensitiven Fläche in einen eng benachbarten nicht lichtempfindlichen Bereich sehr schnell verschoben werden.
Die Kopplung zwischen Kamera und Bildverstärker zur Registrierung der Intensität des Phosphorleuchtens kann auf verschiedene Art und Weise geschehen. Besonders effizient ist eine fiberoptische Ankopplung über einen sogenannten "taper" (ein faseroptischer Bildleiter). Besonders einfach und flexibel ist ein Objektiv zur Kopplung.
Die Verwendung eines Mikroskop-Objektives (Anspruch 14) erschließt erst viele Anwendungen des Verfahrens in der Biologie. Insbesondere ist es in vielen Anwendungen von Vorteil wenn extrem hohe Ortsauflösung erzielt werden soll, wie z. B. bei der Bewegung von Teilchen in stehenden Wellenfeldern.
Die meßtechnische Erfassung der Spur eines Lichtpunktes kann aber nicht nur zur Erfassung einer Strömungsbewegung, sondern auch in ganz anderen und sehr verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Um nur einige Beispiele zu nennen sei die Untersuchung der Wechselwirkung von Tropfen in einem Spray mit dem umgebenden Gas (Strömungen), die Messung der Viskosität von Flüssigkeiten, die Analyse biochemischer Reaktionen, die Ermittlung der Beweglichkeit von Molekülen bei Trennverfahren der analytischen Chemie und die Spurverfolgung einzelner Moleküle in lebenden Zellen erwähnt.
Das Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Realisierung des Verfahrens wird an Hand der folgenden Abbildungen beispielhaft diskutiert.
In Fig. 1 ist eine der möglichen Vorrichtungen gezeigt. In dem Volumen (V) befindet sich zur Zeit t0 ein leuchtender Punkt am Ort (x0, y0, z0). Über das Objektiv (O1) wird das Licht aus der Gegenstandsebene (G) auf die Bildebene (B) abgebildet. In der Bildebene befindet sich der Bildverstärker (BV). Der Phosphorschirm (P) des Bildverstärkers wird über des Objektiv (O2) auf eine CCD-Kamera abgebildet.
Das Objektiv bildet nur die Gegenstandsebene (G) scharf auf die Bildebene (B) ab. Befindet sich der Lichtpunkt nicht in der Gegenstandsebene G, sondern in einem Abstand z0 hinter G, so wird die Abbildung des Lichtpunktes in der Bildebene unscharf und ist eine Scheibe mit einer mehr oder weniger homogenen Verteilung der Intensität.
In dem Beispiel ist aber die Mitte des Objektives O1 abgedeckt (vorteilhafterweise symmetrisch in der Fourierebene), so daß nur das Licht vom Lichtpunkt, das durch den verbleibenden Ringspalt mit Innendurchmesser R und Breite ΔR geht, den Bildverstärker in der Bildebene erreicht. In diesem Falle liefert die Abbildung mit dem in der Mitte abgedecktem Objektiv keine Scheibe sondern einen Kreisring mit Radius r0' und Breite Δr0'. Je enger der Ringspalt gewählt wird, desto kleiner wird die Dicke ΔR des Kreisringes. Da der Radius des Kreisringes monoton zunimmt, wenn sich der Lichtpunkt weiter von der Bildebene entfernt, kann aus dem Radius r0' des Kreisringes der Abstand z0 des Lichtpunktes von der Ebene G ermittelt werden. Der Mittelpunkt des Kreisringes kann aus der radialen Intensitätsverteilung ermittelt werden und liefert die Koordinaten (x0', y0').
Obwohl es sich hier nicht um eine scharfe Abbildung handelt, kann aus den Koordinaten (x0', y0') und dem Radius r0' rückwärts eindeutig der Ort (x0, y0, z0) im Volumen V bestimmt werden. Die Zuordnung ist nur dann eindeutig, wenn G außerhalb des Analysevolumens V liegt. Liegt die Gegenstandsebene in dem Analysevolumen so ergeben Lichtpunkte im gleichen Abstand vor und hinter der Gegenstandsebene den gleichen Ringdurchmesser r0'.
Die gemessenen Koordinaten (x ', y ', r ') des Bildes des Lichtpunktes (des Kreisringes) auf dem Bildverstärker können so verwendet werden um den Ort (x, y, z) des Lichtpunktes im Volumen V zu bestimmen. Zur Charakterisierung der Zuordnung (x, y, z) ↔ (x', y', r') kann die leuchtende Spitze einer Fiberoptik im Volumen V an verschiedenen, bekannten Orten (xi, ,yi, zi) positioniert und die zu diesem Ort gehörenden Koordinaten (xi', yi', ri') abgespeichert werden.
Durch eine Bewegung des Lichtpunktes vom Ort (x0, y0, z0) zum Ort (x1, y1, z1) im Analysevolumen V ändern sich die Koordinaten des Bildes des Lichtpunktes auf dem Bildverstärker von (x0', y0', r0') auf (x1', y1', r1'). Die gemessenen Koordinaten (x0', y0', r0') und (x1', y1', r1') werden verwendet um die Ortsveränderung (Δx, Δy, Δz) = (x1, y1, z1) - (x0, y0, z0) zu bestimmen. Da der Lichtpunkt eine Zeit Δt für die Zurücklegung dieser Strecke braucht, gelangen die Photonen, die der Lichtpunkt am Ort (x0, y0, z0) aussendet um die Zeit Δt früher auf die Photokathode des Bildverstärkers als die Photonen, die der Lichtpunkt am Ort (x1, y1, z1) zur Zeit t1 = t0 + Δt aussendet.
In der hier dargestellten Vorrichtung wird diese Zeit Δt etwas indirekt über eine Analyse des zeitlichen Abklingens des Phosphorleuchtens am Bildverstärker bestimmt. Das Leuchten des Phosphorschirmes wird mit einer CCD Kamera verfolgt. Dieses wird im Folgenden an Hand des zeitlichen Ablaufschemas in Abb. 2 erläutert.
Zunächst, zum besseren Verständnis, eine kurze Erläuterung dessen, was im Bildverstärker passiert. Die Photonen, die der Lichtpunkt aussendet lösen an der Photokathode des Bildverstärkers Photoelektronen aus. Diese Photoelektronen werden im Bildverstärker (z. B. in Mikrokanalplatten = MCP's) durch Vervielfachung der Elektronen verstärkt und die aus der Verstärkung resultierende Elektronenlawine wird hinter den MCP's mit einer hohen Spannung auf den Phosphorschirm beschleunigt. Dort löst die Elektronenlawine - ein "Elektronenpuls" - Phosphoreszenz aus, wobei ein einzelnes Elektron (sehr) viele Photonen generiert.
Der Zeitpunkt zu dem der Elektronenpuls auf den Phosphor trifft bestimmt den Startzeitpunkt tp der Phosphoreszenz. Wegen der Laufzeiteffekte der Elektronen durch den Bildverstärker startet die Phosphoreszenz - verglichen mit der Ankunftzeit der vom Lichtpunkt ausgesandten Photonen - zeitlich etwas verzögert. Die zeitlichen Abläufe sind in Abb. 2 dargestellt.
Außerdem wird der Elektronenpuls, dadurch daß die Elektronen in den MCP's bei der Vervielfachung unterschiedliche Wege laufen, zeitlich etwas verzögert und verbreitert, so daß auch die Phosphoreszenz gegenüber der Auslösung des Photoelektrons etwas verzögert und verbreitert auftritt. Durch die Laufzeiteffekte der Elektronen kann es auch bei gleichzeitig ausgelösten Photoelektronen zu störenden zeitlichen Schwankung der Phosphoreszenz ("jitter") kommen (siehe Fig. 3). Typische Halbwertsbreiten der Elektronenpulse liegen aber bei nur 1-2 × 10-9 sec. Um diese Verbreiterung zu minimieren kann statt eines Bildverstärkers mit Mikrokanalplatten ein Bildwandler eingesetzt werden, in dem die Photoelektronen direkt (ohne Vervielfachung) mit einer sehr hohen Spannung direkt auf den Phosphorschirm beschleunigt werden. Da die Auslösung der Photoelektronen innerhalb von < 10-5 sec erfolgt, die Elektronen mit hohen Spannungen beschleunigt werden und praktisch gleich lange Wege durch die Röhre laufen, wird die Halbwertsbreite der Elektronenpulse sehr viel kleiner. Bei der dann engeren zeitlichen Verteilung und den kleineren zeitlichen Schwankungen der Phosphoreszenz (siehe Abb. 2) ist die Zeit des Aufleuchtens des Lichtpunktes genauer bestimmbar. Dieses kann bei extrem schnell bewegten Lichtpunkten von Vorteil sein.
Hier ist zunächst nur wichtig, daß die Phosphoreszenz zu einem relativ scharf definierten Zeitpunkt startet.
Der Bildverstärker (BV) wird für ein endliches Zeitintervall [tB1, tB2] geöffnet, so daß Photoelektronen nur in diesem Zeitintervall nachgewiesen werden (die Phosphoreszenz kann etwas länger andauern). Die Phosphoreszenz wird über das Objektiv O2 auf die CCD Kamera abgebildet, so daß die Intensität der Emission des Phosphorschirmes ortsaufgelöst nachgewiesen wird. Im Unterschied zu vielen Anwendungen bildverstärkter Kameras nimmt hier die CCD Kamera (z. B. zwei) zeitlich versetzte Bilder der Intensität des Phosphorleuchten auf.
In dem gezeigten Beispiel wird die CCD Kamera in den beiden Zeitintervallen [t11, t12] und [t21, t22] geöffnet. Die Anfangszeit des ersten Zeitintervalls sollte vorteilhaft mit dem Anfangszeitpunkt der Öffnung des Bildverstärkers übereinstimmen (t11 = tB1), d. h. die CCD wird gleichzeitig mit dem Bildverstärker geöffnet. Die Endzeit des ersten Intervalles soll kleiner sein als die Abklingzeit des Phosphors, d. h. t12 < τ. Der Anfangszeitpunkt der zweiten Öffnung der CCD Kamera ist der Umschaltzeitpunkt tu. Der Endpunkt des zweiten Intervalles kann so liegen, daß auch die Phosphoreszenz, die zum Ende des Öffnungsintervalles des Bildverstärkers ausgelöst wird, möglichst vollständig registriert wird. Das zweite Öffnungsintervalles kann also erheblich länger sein als das erste.
Auf diese Weise werden zwei Bilder der Intensität der Emission des Phosphorschirmes aufgenommen. Das erste Bild registriert mit dem Signal S1(x', y') die Intensität des Phosphorleuchtens in einem (früheren) Zeitintervall tG1 = [t11, t12] und das zweite Bild enthält das Signal S2(x', y') für die Intensität des Phosphorleuchtens in einem (späteren) Zeitintervall tG2. = [t21, t22]. Das Gesamtsignal S(x', y') = S1(x', y') + S2(x', y') setzt sich zusammen aus dem ersten und zweiten Signal. Die Größen B1(x', y') = S1(x', y')/S(x', y') und B2(x', y') = S2(x', y')/S(x', y') geben dann an, welcher Bruchteil der Phosphoreszenz in das erste bzw. zweite Bild gelangt.
Die Bruchteile der Phosphoreszenz, die in dem ersten bzw zweiten Zeitintervall registriert werden, werden zur Bestimmung des Zeitpunktes tp genutzt zu dem die Phosphoreszenz startet. Dieses wird im Folgenden erläutert.
Das zeitliche Abklingen des Phosphorleuchtens erfolgt mit einem für den Phosphor charakteristischen Abklingkurve P(t), die angibt wieviel Licht der Phosphor zur Zeit t emittiert. Nur in erster Näherung kann man diese Abklingkurve durch eine Exponentialfunktion P(t) = P0exp(-t/τ) mit einer Abklingzeit τ beschreiben. Insbesondere ergeben sich je nach Phosphor erhebliche Nachleuchtintensitäten.
Im Analysevolumen V sei der Lichtpunkt z. B. zur Zeit t1 am Ort (x1, y1, z1), zur Zeit t2 am Ort (x2, y2, z2) und zur Zeit t3 am Ort (x3, y3, z3). Dann startet die von dem Lichtpunkt verursachte Phosphoreszenz (mit gewisser zeitlicher Verzögerung und Verschmierung) zu den Zeiten t1', t2', t3'. Dieses ergibt z. B. die Abklingkurven P1(t), P2(t) und P3(t), die in Abb. 2 unten gezeigt sind. Um zu verdeutlichen welcher Anteil des Phosphorleuchtens im ersten und zweiten Bild der CCD Kamera registriert wird, ist der Anteil der Phosphoreszenz, der in Bild 1 registriert wird mit einer waagerechten Schraffur und der Teil der in Bild 2 registriert wird mit einer senkrechten Schraffur versehen. Offensichtlich nimmt der Bruchteil B1(x', y') des Signals, d. h. der Anteil des Signals das in Bild 1 registriert wird, monoton ab wenn sich die Phosphorabklingkurve zu größeren Zeiten hin verschiebt.
Weil der Bruchteil B1(x', y') mit der Zeit monoton abnimmt, gibt es eine eindeutige Zuordnung von Zeiten zu Bruchteilen. Dieses bedeutet, daß aus dem gemessenen Bruchteil die Zeit ermittelt werden kann, zu der der Phosphor angefangen hat zu leuchten.
Der Start des Phosphorleuchtens ist, bis auf die oben erwähnte, kleinen Effekte durch Laufzeitunterschiede der Elektronen im Bildverstärker, identisch ist mit der Zeit zu der der Lichtpunkt die Photonen aussendet, d. h. mit der Zeit die bestimmt werden soll.
Die Zuordnung der Zeiten t zu den Bruchteilen B1 kann experimentell durch Eichmessungen erfolgen, in denen für bekannte Zeiten t die Photokathode des Bildverstärkers beleuchtet werden und der zu dieser Zeit gehörige Bruchteil B1(x', y') bestimmt wird. Die Zuordnung B1 ↔ t kann für jeden Pixel (x', y') der Kamera ermittelt werden. Es kann zur Eichung auch z. B. eine Leuchtspur mit einer Serie von (kurzen) Laserpulsen mit präzise definierten zeitlichen Abständen dadurch erzeugt werden, daß der Laserstrahl mit einem schnell drehenden Spiegel über die Photokathode des Bildverstärkers gescannt wird.
In dieser Weise wird zusätzlich zu den Koordinaten (x', y', r') der Bruchteil B1(x', y') gemessen und über den Bruchteil die Zeit t bestimmt, zu der der Lichtpunkt in dem Analysevolumen am zugehörigen Ort (x, y, z) war. Damit ist die Spur (x(t), y(t), z(t)), die der Lichtpunkt im Analysevolumen zurücklegt, bestimmt.
Wenn der Start der Kurve P(t) im zweiten Intervall liegt ist B1 = 0 und es kann keine zeitliche Zuordnung mehr erfolgen. Will man auch im zweiten Intervall eine zeitliche Zuordnung erreichen so kann man t aus dem (dann abnehmenden!) Bruchteil B2 ermitteln, falls das zweite Intervall nicht zu lange offen ist.
Die so beschriebene Anordnung erlaubt zunächst nur die Verfolgung einer Spur über die Zeit, in der der Bildverstärker offen ist. Diese Zeit ist durch die Leuchtdauer des Phosphors begrenzt: hat die Phosphoreszenz z. B. eine Lebensdauer von 100 µsec, so sollte die Öffnungszeit des Bildverstärkers nicht viel länger als 1 msec sein. Die Information über die Spur ist in einem Doppelbild enthalten, das nach der Messung im Rechner abgespeichert wird. Nachdem die Daten abgespeichert sind kann die Messung wiederholt werden und die Spur so weiter verfolgt werden. Durch die sequentielle Aufnahme vieler solcher Doppelbilder kann die Spur über lange Zeiten verfolgt werden.
Man kann natürlich auch eine größere Zahl verschiedener Spuren in einer Messung verfolgen. Dieses wird in den meisten Fällen von Vorteil sein, da viele Daten parallel aufgenommen werden. Wird die Zahl der Spuren sehr groß, sollten besondere mathematische Algorithmen zur Analyse der Spuren (z. B. Radialanalyse der Intensität für jeden einzelnen Pixel im Bild) verwendet werden.
Daneben sind die Spuren der unterschiedlich schnellen Teilchen bei gleicher Belichtung unterschiedlich lang, so daß auch die Länge der Spuren zur Bestimmung der Geschwindigkeit der Teilchen verwendet werden kann.
Im Folgenden wird eine Reihe von Beispielen für den vorteilhaften Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung aufgeführt.
Diffusion von Teilchen in Lösungsmitteln
In dieser Anwendung werden natürliche oder angefärbte "Teilchen" (z. B. biologisch aktive Moleküle) in einem Lösungsmittel mit einer (z. B. kontinuierlichen) Strahlungsquelle beleuchtet und die Bewegung der sich dann ergebenden Lichtpunkte nach dem oben beschriebenen Verfahren analysiert. Man bestimmt den Ort (x(t), y(t), z(t)), die Geschwindigkeit (vx, vy, vz) = d/dt (x(t), y(t), z(t)), die Beschleunigung (bx, by, bz) = d2/dt2 (x(t), y(t), z(t)) des Teilchens in der Lösung.
Die Geschwindigkeit des Teilchens liefert - zeitlich hoch aufgelöst - die Diffusionsgeschwindigkeit der Teilchen in der Lösung. Bei einer längeren Verfolgung der Spur kann sich die Diffusionsgeschwindigkeit ändern. Dabei kann die Veränderung der Geschwindigkeit eines Teilchens zwei Ursachen haben:
  • 1. die Viskosität der lokalen Umgebung verändert sich. Aus der gemessenen Geschwindigkeit kann man dann die lokale Viskosität η für das Teilchen in der Lösung bestimmen.
  • 2. die Masse des Teilchens ändert sich durch eine chemische Reaktion. Dabei kann die Masse zunehmen (z. B. wenn das leuchtende Teilchen an ein größeres gebunden wurde) oder abnehmen. In dem einen Falle wird das Teilchen langsamer, im anderen Falle schneller. Falls hier die lokale Viskosität bekannt ist kann man also aus der Änderung der Diffusionsgeschwindigkeit schließen ob eine (z. B. biochemische) Reaktion stattgefunden hat oder nicht. Das sichere Erkennen einer biochemischen Reaktion spielt eine wichtige Rolle beim "reaction screening" in der kombinatorischen Chemie. Die Anordnung kann so zur Untersuchung biochemischer Reaktionen eingesetzt werden.
In diesen Anwendungen wird bevorzugt ein Mikroskop eingesetzt um die Bewegung auf mikroskopischer Skala zu verfolgen. Die Lichtpunkte sind dann vorzugsweise Biomoleküle ((einzelne Moleküle, insbesondere auch Medikamente, Viren, Proteine, DNA, RNA oder auch größere Partikel wie "quantum dots" von einigen nm Durchmesser,. u. U. mit Wirksubstanzen dotiert) die zum Leuchten gebracht werden. Dabei können sowohl Substanzen verwendet werden die mit einem künstlichen Farbstoff als Marker versehen sind (derivatisiert) als auch Substanzen die man ohne Farbstoff (natürlich) zum Leuchten bringen kann.
Verfolgung von Spuren in einem Wellenfeld
Daß die Verfolgung der Spuren von Teilchen über sehr kleine Ortsbereiche in vielen biologischen Anwendungen von großem Interesse ist sei am Beispiel der Verfolgung der Spur eines mit Farbstoff markierten Medikamentes in einer lebenden Zelle diskutiert. Um zu erkennen ob das Medikament seinen Zielort (z. B. eine Membran) in der Zelle findet ist eine möglichst präzise Ortsbestimmung mit Genauigkeiten weit im sub- µm Bereich (gewünscht wäre natürlich atomare Auflösung) von großem Vorteil. Für so genaue Ortsbestimmung reicht selbst ein Mikroskop nicht aus, da die Auflösung eines Mikroskops durch Beugung auf heute typisch 1 µm begrenzt ist.
Dieses bedeutet, daß auf der Kamera Ortsveränderungen von weniger als 1 µm nicht erfaßt werden können. Um trotzdem die Bewegung eines Teilchen über z. B. 0.1 µm mit der gegenwärtigen Erfindung verfolgen zu können kann man die langsame Bewegung des Teilchens in eine schnelle Bewegung am Bildverstärker überführen. Dieses geschieht z. B. dadurch, daß zwischen dem Objektiv und dem Bildverstärker ein schnell drehender Spiegel montiert wird. Ist die Bewegung auf dem Bildverstärker dann z. B. 1000x schneller so ergibt sich dort statt der 0.1 µm eine Spur von 100 µm Länge, die dort leicht vermessen werden kann.
Um den Ort des Teilchens genauer zu lokalisieren erfolgt die Anregung des Teilchens zum Leuchten in diesem Falle in einem stehenden Wellenfeld. Verwendet man 400 nm Licht für die Anregung des Teilchens so ist der Abstand von Knoten zu Knoten etwa 200 nm, etwas abhängig vom Brechungsindex des Mediums. Von einem Intensitätsmaximum (Wellenberg), bei dem das Teilchens stark zum Leuchten angeregt wird, zu einem Intensitätsminimum (Wellental), bei dem das Teilchen kaum zum Leuchten angeregt wird ist der Abtand etwa 100 nm. Bewegt sich das Teilchen relativ zum Wellenfeld, z. B. senkrecht zu den Wellenflächen, so braucht es eine bestimmte Zeit um vom Wellentat zum Wellenberg zu kommen. Das Aufleuchten ist schwach, wenn sich das Teilchen im Wellental befindet und stark wenn des sich auf einem Wellenberg befindet.
Bei dieser Bewegung von Tal zu Berg über nur 100 nm bewegt sich der Bildpunkt des Teilchens (durch die überlagerte Bewegung) um 100 µm am Bildverstärker. Befindet sich der Punkt genau im Tal bei 0 nm, so erscheint der Bildpunkt bei 0 µm und ist dunkel. Befindet sich der Punkt genau auf dem Berg bei 100 nm, so erscheint der Bildpunkt bei 100 µm und ist maximal hell. Befindet sich der Punkt genau zwischen Tal und Berg bei 50 nm, so ist die Helligkeit des Bildpunktes bei etwa 50% der maximalen Helligkeit. Dieses bedeutet, daß aus der Helligkeit des Bildpunktes auf die Lage des Teilchens im Wellenfeld (wo ist das Teilchen zwischen Tal und Berg?) geschlossen werden kann.
Zur Erzeugung eines stehenden Wellenfeldes kann z. B. der Resonator eines Lasers ("cavity") verwendet werden, in dem sich bei bestimmten Lichtfrequenzen nur ganz bestimmte Schwingungsmoden ausbilden. Im "single mode" Betrieb eines Lasers bildet sich nur eine einzige Schwingungsmode aus. Ein Wellenfeld kann aber auch einfach vor einem Spiegel durch Reflexion oder durch kohärente Überlagerung verschiedener Laserstrahlen erzeugt werden.
Wesentlich ist, daß (a) durch die Beleuchtung eines Teilchens in einem stehenden Wellenfeld die Intensität des Aufleuchtens des Teilchens davon abhängt, wo sich das Teilchen innerhalb des stehenden Wellenfeldes befindet und (b) durch die Überlagerung einer schnelleren Bewegung die Änderung der Helligkeit des Aufleuchtens verfolgt werden kann.
Trennung von Substanzen
Viele analytische Trennverfahren beruhen auf der Analyse der Beweglichkeit von Substanzen unter dem Einfluß von äußeren Kräften (z. B. High Pressure Liquid Chromatography HPLC, Gas Chromatography GC, Elektrophorese in Gelen oder andern Lösungen, . . .). Durch Verfolgen der Spur von Teilchen kann die Beweglichkeit direkt ermittelt werden.
Die meisten Trennverfahren beruhen auf einer örtlichen Trennung der Substanzen durch eine unterschiedliche Beweglichkeit in (verschiedenen) Lösungsmitteln: die verschieden schnellen Teilchen (v = vi, i = 1, . . ., N) befinden sich nach der gleichen Zeit t sich an verschiedenen Orten (xi = vit). Diese örtliche Trennung ist daher um so besser desto länger die Zeit ist. Bei der HPLC liegen die Zeiten, die für eine gute Trennung notwendig sind, oft im Bereich von vielen Minuten, bei der schnelleren CE schon im Bereich von wenigen Minuten.
Bei der hier vorgeschlagenen direkten Verfolgung der Spur einzelner Substanzen kann die Geschwindigkeit der beweglicheren (z. B. leichteren) Substanzen schon erkannt werden wenn die Substanzen noch nicht vollständig getrennt sind, z. B. nur 1 mm durchlaufen haben. Bei einer Auflösung von 1 µm in einem Mikroskop sind dieses 1000 Orts- Auflösungsäquivalente.
Wenn die Kraft F und die Viskosität η der lokalen Umgebung bekannt ist, kann die Masse m des Teilchens auf Basis der Bewegung eines Teilchens in reibenden Medien bestimmt werden.
Für schwerere (unbewegliche) Substanzen, die örtlich noch nicht weit gewandert sind, kann nach der Bestimmung der Geschwindigkeit der leichteren (beweglicheren) Substanzen, die äußere Kraft vergrößert werden (z. B. die Spannung bei der Elektrophorese) und dann die Spur der schwereren Teilchen verfolgt werden. Dieses Verfahren kann für noch schwerere Substanzen wiederholt werden. Bei der Sequenzierung von DNA, die nach dem Sanger Prinzip mit Farbstoffen an definierten Stellen einen Abbruch hat, können nach diesem Prinzip zunächst die kleineren und dann die immer größer werdenden Bruchstücke sequentiell analysiert werden und die Auflösung jeweils an die Bruchstückgröße der DNA angepaßt werden.
Strömungsanalyse
In dieser Anordnung werden einer Strömung in einem Volumen V Partikel zugegeben, die mit einer (kontinuierlichen) Strahlungsquelle beleuchtet werden. Die Bewegung der sich dann ergebenden Lichtpunkte wird nach dem beschriebenen Verfahren analysiert und damit der Ort, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung bestimmt.
Für die Bestimmung der Geschwindigkeit liegt eine Verwandtschaft zu dem erwähnten Verfahren PIV ("Particle Image Velocimetry") oder PTV ("Particle Tracking Velocimetry") vor. Auch bei PIV und PTV werden der Strömung Partikel zugegeben und durch eine Strahlungsquelle zum Leuchten gebracht.
Die Analyse der Bewegung eines flüssigen Tröpfchens relativ zu einer Gasströmung spielt eine wichtige Rolle z. B. bei der Direkteinspritzung von flüssigem Kraftstoff in einen Motor. Bei dieser Direkteinspritzung beeinflußt die Gasströmung (z. B. swirl oder tumble) die Bewegung der flüssigen Tropfen und die Tropfen beeinflussen die Bewegung des Gases. Die Bewegung insbesondere größerer Tropfen folgt hier nicht der Gasbewegung und muß als unabhängige Bewegung analysiert werden. Die Kraft die auf das Tröpfchen durch die Strömung ausgeübt wird kann - bei bekannter Masse des Tröpfchens - aus der Beschleunigung der Bewegung ermittelt werden und so Rückschlüsse auf die Relativbewegung zwischen Tröpfchen und Gasbewegung gezogen werden. Insbesondere kann aus der Änderung der Richtung der Geschwindigkeit des Tröpfchens auf die Richtung der Geschwindigkeit des Gases geschlossen werden.
Radar mit "Licht"
Die oben beschriebene Anordnung kann auch verwendet werden, um die drei Ortskoordinaten (x, y, z) von Objekten ähnlich einer Radarmessung zu bestimmen. Dabei ist eine gepulste Beleuchtung der Objekte mit einem Kurzpulslaser notwendig. Das von den Objekten reflektierte Licht (es kann auch eine von Laserpuls auf oder in den Objekten angeregte kurzlebige Fluoreszenz sein) wird dann scharf auf den Bildverstärker abgebildet. Damit sind dann zwei Koordinaten (x, y) der dreidimensionalen Struktur bestimmt. Die dritte Koordinate (z) wird über die oben genannte Zeitmessung gewonnen:
Die Lichtlaufzeit des Lichtpulses zu den unterschiedlichen Punkten auf den zu untersuchenden Objekten ist dabei ein Maß für deren z Position. "Radar"-Messungen mit Licht werden schon in vielfältiger Weise durchgeführt. Dabei werden derzeit entweder die Objekte mit einem Strahl abgerstert oder schnelle schaltbare Kameras verwendet, um die aus einem Tiefenbereich zurückgestreute Strahlung zu selektieren. Andere Techniken verwenden zeitlich modulierte Beleuchtungen und zeitlich modulierte Bildverstärker. Dabei ist die z-Bestimmung prinzipiell nicht eindeutig.
Der Vorteil des oben beschriebenen "Radar" mit Licht ist, daß (a) die komplette x, y, z Position mit einem einzelnene Lichtpuls bestimmt werden kann, was die Erfassung transienter Vorgänge in allen drei Koordinaten möglich macht, (b) die Genauigkeit der z-Koordinatenmessung nicht direkt mit der Dauer des Lichtpulses verknüpft ist, da die Messung der Laufzeit mit Hilfe des Phosporabklingens eine zeitliche Schwerpunktbildung des an einem Ort detektierten Lichtes beinhaltet, (c) eine sehr hohe Dynamik in z- Richtung erzielt werden kann, da lange Laufzeiten gemessen werden können und diese eindeutig mit der z-Koordinate verknüpft sind, (d) eine Genauigkeitssteigerung über viele Lichtpulse vorgenommen werden kann, die weitgehend unabhängig von einem zeitlichen "Jitter" der Lichtpulse ist, da relative z-Positionen verschiedene Punkte des Bildes in jedem Bild direkt bestimmt werden, (e) der Algorithmus für den Erhalt der z-Koordinate aus den sequentiellen Bildern sehr einfach ist und daher auch für schnelle Steuerungsaufgaben benutzt werden kann.
Mögliche Anwendungen des oben beschriebenen "Radars" mit Licht sind vielfältig.
Es ist dabei an die Steuerung von Robotern in unbekannter Umgebung zu denken, Formations-Untersuchung (Wolken, Landschaft, Wasseroberfläche) von Satelliten aus, Sicherheitssysteme in Fahrzeugen, 3D-Digitalisierung von Objekten, Ortung und Erkennung von Objekten und Charakterisierung transienter Phänomene z. B. Explosionen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes, und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, bei dem der Lichtpunkt auf einen Bildverstärker optisch abgebildet wird und dort jeweils eine Leuchtfläche erzeugt, deren anfängliche Leuchtintensität über die Zeit abklingt, die x- und die y-Koordinate des Lichtpunktes aus der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und die z-Koordinate aus den geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche ermittelt wird und zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, jeweils in mindestens zwei zeitlich versetzt aufgenommenen Kamarabildern die darin über vorbestimmte Zeitintervalle integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche ermittelt wird, und die ermittelten integrierten Leuchtintensitäten mittels einer Verhältnisformel ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitliche Integrationsintervall eines zweiten Bildes zeitlich nahe an dem Integrationsintervall des ersten Bildes liegt.
3. Verfahren zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, bei dem der Lichtpunkt auf einen Bildverstärker optisch abgebildet wird und dort jeweils eine Leuchtfläche erzeugt, deren anfängliche Leuchtintensität über die Zeit abklingt, die x- und die y-Koordinate des Lichtpunktes aus der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und die z-Koordinate aus den geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche ermittelt wird, und zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, jeweils in einem aufgenommenen Kamarabild die darin über vorbestimmte Zeitintervalle integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche ermittelt und unter der Voraussetzung, dass das zeitliche Gesamtintegral der Leuchtintensität bekannt ist, ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung des Lichtpunktes so gestaltet wird, dass die Leuchtfläche kreisförmig ist, und dass deren Radius zur Bestimmung der z-Koordinate des Lichtpunktes ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildung des Lichtpunktes so gestaltet wird, dass die Leuchtfläche ein Ring ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Spurverlaufes eines Lichtpunktes an mindestens zwei Stellen die zugehörigen Koordinaten und Zeiten bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildverstärker ähnlich einem Stroboskop mehrfach geöffnet und geschlossen wird.
8. Verfahren zur Verfolgung der Spur eines Lichtpunktes über längere Zeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen nach einem der voranstehenden Ansprüche wiederholt durchgeführt werden.
9. Vorrichtung zur Erfassung des Ortes eines Lichtpunktes und des Zeitpunktes, zu dem sich der Lichtpunkt am erfassten Ort befindet, mit einem ersten Objektiv zur optischen Abbildung des Lichtpunktes auf einen Bildverstärker, wodurch dort jeweils eine Leuchtfläche sichtbar wird, deren anfängliche Leuchtintensität über die Zeit abklingt, mindestens einer Kamera, die Bilder vom Bildverstärker aufnimmt, Mitteln zur Bestimmung der Lage der Leuchtfläche auf dem Bildverstärker und der geometrischen Abmessungen der Leuchtfläche, und Mitteln, um in einem oder mehreren zeitlich versetzt aufgenommenen Kamerabildern die darin über ein vorbestimmtes Zeitintervall integrierte Leuchtintensität der Leuchtfläche zu bestimmen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitte des ersten Objektives kreisförmig abgedeckt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als CCD-Kamera ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera als mehrfach öffnende Kamera ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme der Bilder vom Bildverstärker durch die Kamera durch ein zweites Objektiv oder durch einen fiber-optischen Bildleiter erfolgt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Objektiv Bestandteil eines Mikroskops ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildverstärker zur Erzeugung der Leuchtfläche einen Phosphorschirm aufweist.
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