DE102006046554A1 - Optical head for endoscopic application, has scanning device with two-dimensional scan actuator that is movable in level for lateral movement of fiber-focusing optic unit in direct proximity of window - Google Patents

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Abstract

The head has focusing optics (5) adapted to focus effective radiation into an object (1) by a window (3) in housing (2), and an optical fiber (4) that is rigidly connected with the focusing optics with its end in the housing, where the fiber is provided for supplying the effective radiation. A fiber focusing optics unit is formed by which the effective radiation is focused into the object. A scanning device has a two-dimensional scan actuator (6) that is movable in a level for lateral movement of the fiber-focusing optic unit in a direct proximity of the window. An independent claim is also included for a method for producing high resolution microscopic images.

Description

Die Erfindung betrifft einen miniaturisierten optischen Kopf und ein Verfahren zur Erzeugung hochauflösender mikroskopischer Abbildungen, insbesondere für endoskopische Anwendungen, sowie Verfahren zur Erzeugung mikroskopischer Bearbeitungsschritte in einem Objekt, insbesondere für mikro- und nanochirurgische Anwendungen, bei denen eine optische Faser zur Zuführung einer Wirkungsstrahlung, eine Fokussieroptik zum lokalen Energieeintrag der Wirkungsstrahlung in ein Objekt, und eine Scaneinrichtung zum Ändern des Ortes des lokalen Energieeintrags in einem handlichen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Wirkungsstrahlung über die Fokussieroptik durch ein Fenster im Gehäuse in das Objekt fokussiert wird. Die Erfindung ist vorzugsweise einsetzbar bei Mikroabbildungverfahren, Laser-Scanning-Mikroskopie, optisch-kohärente Tomographie sowie Ein- und Multiphotonen-Imaging, und findet wegen ihrer weitgehenden Miniaturisierung und Flexibilisierung des abbildenden bzw. bearbeitenden optischen Systems insbesondere Anwendung in der Endomikroskopie und Endomikrochirurgie.The The invention relates to a miniaturized optical head and a Method for generating high-resolution microscopic images, in particular for endoscopic applications, and methods for producing microscopic processing steps in an object, especially for Micro- and nanosurgical applications in which an optical Fiber to the feeder an effect radiation, a focusing optics for local energy input the effect radiation in an object, and a scanning device for changing the Place of local energy input arranged in a handy housing are, wherein the radiation effect on the focusing optics through a window in the case is focused in the object. The invention is preferably usable in micro-imaging, laser scanning microscopy, optically coherent tomography as well as single and multiphoton imaging, and takes place because of their extensive Miniaturization and flexibilization of the imaging or editing optical system in particular application in endomicroscopy and endomicrosurgery.

Die Entwicklung mehrerer mikroskopischer optischer Abbildungsverfahren (sog. Mikro-Imaging), wie Laser-Scanning-Mikroskopie (LSM), Optisch kohärente Tomographie (OCT) und Multiphotonen-Imaging (MPI) hat das optische Mikro-Imaging revolutioniert und seine Möglichkeiten schnell erweitert (siehe z.B. Concello et al. in: Nature Methods 2 (12), 2005, S. 920-931; Helmchen et al., a.a.O., S. 932-940 ). Die auf diesen Verfahren basierenden Geräte werden zunehmend im biomedizinischen Bereich eingesetzt, weil sie mikroskopische Untersuchungen schnell, nicht invasiv und ohne Benutzung von Kontrastsubstanzen erlauben (siehe z.B. Flushberg et al., a.a.O., S. 941-950 ). Zurzeit werden die optischen mikroskopischen Abtastverfahren meist für externe bzw. oberflächennahe Untersuchungen eingesetzt, weil flexible und miniaturisierte Geräte mit Scanning-Verfahren an der fehlenden Miniaturisierung der Scanner scheitern.The development of several microscopic optical imaging techniques (so-called micro-imaging), such as Laser Scanning Microscopy (LSM), Optical Coherent Tomography (OCT) and Multiphoton Imaging (MPI) has revolutionized optical micro-imaging and rapidly expanded its capabilities ( see eg Concello et al. in: Nature Methods 2 (12), 2005, p. 920-931; Helmchen et al., Supra, pp. 932-940 ). The devices based on this method are increasingly being used in the biomedical field, because they allow microscopic examinations quickly, non-invasively and without the use of contrast substances (see, for example, US Pat Flushberg et al., Supra, pp. 941-950 ). Currently, the optical microscopic scanning are usually used for external or near-surface examinations, because flexible and miniaturized devices with scanning methods fail due to the lack of miniaturization of the scanner.

Vorhandene optisch abbildende Lösungen, wie z.B. LSM-Endoskope gemäß EP 1 468 322 , haben nur eine beschränkte Auflösung und können ausschließlich für LSM verwendet werden. MPI-Endoskope (z.B. Ling Fu et al. in: Optics Express 14 (3), 2006, S. 1027-1032 ) haben intrinsisch relativ große Abmessungen, da ein MEMS- Spiegel-Scanner (micro-electromechanical system) mit guten optischen Parametern nicht kleiner als ca. 3 mm ist (wodurch ein Endoskop mit MEMS im Durchmesser nicht kleiner als ca. 5 mm sein kann).Existing optically imaging solutions, such as LSM endoscopes according to EP 1 468 322 , have only a limited resolution and can only be used for LSM. MPI endoscopes (eg Ling Fu et al. in: Optics Express 14 (3), 2006, pp. 1027-1032 ) have intrinsically relatively large dimensions, since a MEMS mirror scanner (micro-electromechanical system) with good optical parameters is not smaller than about 3 mm (whereby an endoscope with MEMS in diameter can not be smaller than about 5 mm) ,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur mikroskopisch abtastenden optischen Abbildung, insbesondere für flexible medizinische Handgeräte und Mikroendoskope, zu finden, die eine Miniaturisierung und Flexibilisierung des optischen Kopfes bei hoher örtlicher Auflösung gestattet, ohne an ein bestimmtes Abbildungs-(z.B. MPI, OCT oder LSM) gebunden zu sein.Of the Invention is based on the object, a new way for microscopically scanning optical imaging, in particular for flexible medical handsets and microendoscopes, finding a miniaturization and flexibilization of the optical head at high local Resolution allowed, without being bound to any particular imaging (e.g., MPI, OCT or LSM) to be.

Eine erweiterte Aufgabe besteht in der flexiblen Anwendung des miniaturisierten optischen Kopfes für mikroskopische Bearbeitung von biologischem Gewebe und anderen Materialien sowie für kombinierte Abbildungs- und Bearbeitungsgeräte.A extended task consists in the flexible application of the miniaturized optical head for Microscopic processing of biological tissue and other materials as well as for combined Imaging and processing equipment.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem miniaturisierten optischen Kopf, insbesondere für endoskopische Anwendungen, bei dem eine optische Faser zur Zuführung einer Wirkungsstrahlung, eine Fokussieroptik zum lokalen Energieeintrag der Wirkungsstrahlung in ein Objekt, und eine Scaneinrichtung zum Ändern des Ortes des lokalen Energieeintrags in einem handlichen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Fokussieroptik durch ein Fenster im Gehäuse die Wirkungsstrahlung in das Objekt fokussiert, dadurch gelöst, dass die optische Faser mit ihrem im Gehäuse befindlichen Ende starr mit der Fokussieroptik verbunden ist und eine Faser-Fokussieroptik-Einheit bildet, mittels der die Wirkungsstrahlung in das Objekt fokussiert ist, und dass die Scaneinrichtung einen zweidimensional in einer Ebene beweglichen Scan-Aktuator zur lateralen Bewegung der Faser-Fokussieroptik-Einheit in unmittelbarer Nähe des Fensters aufweist.According to the invention Task with a miniaturized optical head, especially for endoscopic Applications in which an optical fiber for supplying a radiation effect, a Focusing optics for local energy input of the effect radiation into an object, and a scanning device to change the location of the local Energy input are arranged in a handy housing, wherein the focusing optics through a window in the housing the effect radiation in Focusing the object, solved by the fact that the optical fiber with her in the case located end is rigidly connected to the focusing optics and a fiber-focusing optics unit forms, by means of the effect radiation is focused in the object, and that the scanning device a two-dimensional in one plane moving scan actuator to the lateral Movement of the fiber focusing optics unit in the immediate vicinity of the window having.

Vorteilhaft weist die Scaneinrichtung weiterhin eine axial bewegliche Verstelleinheit zur axialen Bewegung der Faser-Fokussier-Einheit auf, wobei die Faser-Fokussieroptik-Einheit in der Verstelleinheit axial fest eingespannt ist.Advantageous the scanning device furthermore has an axially movable adjusting unit for the axial movement of the fiber-focusing unit, wherein the Fiber-focusing optics unit in the adjustment axially clamped is.

In einer alternativen Variante weist die Scaneinrichtung zweckmäßig eine bewegliche Verstelleinheit zur axialen Bewegung der Faser auf, wobei die Verstelleinheit starr mit dem zweidimensionalen Scan-Aktuator verbunden und der Scan-Aktuator in einer axial beweglichen Scannerhalterung befestigt ist.In an alternative variant, the scanning device expedient one movable adjusting unit for the axial movement of the fiber, wherein the adjustment rigid with the two-dimensional scan actuator connected and the scan actuator in an axially movable scanner mount is attached.

Der zweidimensionale Scan-Aktuator ist vorzugsweise als Piezo-Scanner ausgebildet. Er kann aber auch als elektrostatischer Scanner oder als elektromagnetischer Scanner ausgebildet sein. Ein elektrostatischer Scanner weist zweckmäßig an der Innenwand des Gehäuses Schichtelektroden und gegenüberliegend an der Faser-Fokussieroptik-Einheit eine leitfähige Beschichtung auf, um eine gesteuerte laterale Scanbewegung der Faser-Fokussieroptik-Einheit auszuführen. Ein elektromagnetischer Scanner hat für diesen Zweck an der Innenwand des Gehäuses schichtförmige Induktivelemente und gegenüberliegend an der Faser-Fokussieroptik-Einheit einen Permanentmagneten oder Induktivelemente.The two-dimensional scan actuator is preferably designed as a piezo scanner. However, it can also be designed as an electrostatic scanner or as an electromagnetic scanner. An electrostatic scanner suitably has layered electrodes on the inner wall of the housing and a conductive coating opposite the fiber focusing optics unit for performing a controlled lateral scanning movement of the fiber focusing optics unit. An electromagnetic scanner has layered inductive elements on the inner wall of the housing for this purpose and, on the opposite side, on the fiber focusing optics unit a permanent magnet or inductive elements.

Die Faser ist für ortsaufgelöste Bildaufnahmen vorteilhaft eine Double-Clad-Large-Area-Core-PCF ist. Für andere Anwendungen ist die Faser als eine Large-Area-Core-PCF ausgebildet.The Fiber is for spatially resolved Imaging is advantageously a double-clad large area core PCF. For others Applications, the fiber is designed as a large-area core PCF.

Das Gehäuse ist zweckmäßig rohrförmig ausgebildet und ist an dessen Stirnseiten durch einen Deckel und ein Fenster hermetisch abgedichtet.The casing is suitably tubular and is at the ends by a lid and a window hermetically sealed.

Vorteilhaft ist im Gehäuse um die Faser herum mindestens ein Photoempfänger zum direkten Aufnehmen der Objektreaktionsstrahlung angeordnet. Der Photoempfänger ist zweckmäßig mit einer optischen Filterkombination versehen.Advantageous is in the case at least one photoreceiver for direct recording around the fiber the object reaction radiation arranged. The photoreceiver is appropriate with an optical filter combination provided.

Vorzugsweise können im Gehäuse um die Faser herum mehrere Photoempfänger zum direkten Aufnehmen unterschiedlicher Bestandteile von Objektreaktionsstrahlung angeordnet sein.Preferably can in the case around the fiber several photoreceivers for direct recording arranged different components of object reaction radiation be.

Um eine Mehrkanalabtastung zu erreichen, sind im Gehäuse zweckmäßig mehrere Fasern in einer Faserhalterung parallel geführt. Dabei sind die Fasern vorzugsweise in einer flexiblen Bandage eingebettet und weisen Versteifungselemente zur Schwingungsunterdrückung auf.Around To achieve a multi-channel scan, are useful in the housing several Guided fibers in a fiber holder parallel. Here are the fibers preferably embedded in a flexible bandage and have stiffening elements for vibration suppression on.

Insbesondere für endoskopische Anwendungen weist die Fokussieroptik ein strahlungsumlenkendes Element auf, wobei am Gehäuse seitlich ein Fenster angeordnet ist, so dass die Anregungsstrahlung lateral aus der Faser-Fokussieroptik-Einheit austritt und durch das seitlich angeordnete Fenster auf das Objekt fokussiert wird. Dabei sind die Verstelleinheit für eine erste laterale Scan-Dimension am Objekt und der Scan- Aktuator für eine zweite laterale Scan-Dimension sowie den Tiefenscan im Objekt vorgesehen.Especially for endoscopic Applications, the focusing optics, a radiation-deflecting element on, being on the case laterally a window is arranged so that the excitation radiation emerges laterally from the fiber focusing optics unit and through the laterally arranged window is focused on the object. Here are the adjustment for a first lateral scan dimension on the object and the scan actuator for a second lateral scan dimension and the depth scan provided in the object.

In diesem Fall weist das Gehäuse einen abgeflachten rohrförmigen Querschnitt auf, wobei das seitliche Fenster an einer abgeflachten Seite des Gehäuses angebracht ist und zusammen mit stirnseitigen Deckeln das Gehäuse hermetisch abgedichtet. Das Gehäuse weist vorzugsweise einen quadratischen Querschnitt auf.In In this case, the housing a flattened tubular Cross-section on, with the side window on a flattened Side of the housing is mounted and hermetically sealed together with end caps the housing sealed. The housing preferably has a square cross-section.

Für eine ungehinderte Bewegung des Scan-Aktuators ist es zweckmäßig, das hermetisch abgedichtete Gehäuse zu evakuieren.For an unhindered Movement of the scan actuator, it is appropriate to the hermetically sealed casing to evacuate.

Die erweiterte Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Erzeugung hochauflösender mikroskopischer Abbildungen durch folgende Schrittfolge gelöst:

  • – gepulstes Einstrahlen fokussierter Anregungsstrahlung auf ein Objekt zur Auslösung einer Objektreaktionsstrahlung mittels einer Faser-Fokussieroptik-Einheit, bestehend aus einer optischen Faser und einer mit deren Ende starr verbundenen Fokussieroptik, und
  • – mindestens zweidimensionale Scanbewegung des distalen Endes der Faser-Fokussieroptik-Einheit zur sukzessive veränderten örtlichen Ausrichtung der Anregungsstrahlung und zugeordneten ortsauflösend abgetasteten Aufnahme von Objektreaktionsstrahlung des orthogonal vor dem distalen Ende der Fokussieroptik vorliegenden Objekts.
The extended problem is solved in a method for generating high-resolution microscopic images by the following sequence of steps:
  • Pulsed irradiation of focused excitation radiation onto an object for triggering an object reaction radiation by means of a fiber focusing optical unit, consisting of an optical fiber and a focusing optic rigidly connected to its end, and
  • At least two-dimensional scanning movement of the distal end of the fiber-focusing optics unit for successively changed local orientation of the excitation radiation and associated spatially scanned recording of object reaction radiation of the object present orthogonally in front of the distal end of the focusing optics.

Vorteilhaft erfolgt ein dritter zu dem zweidimensionalen Scanbewegung orthogonaler Scanvorgang durch axiales Bewegen der Faser zur Veränderung der Tiefe einer aus dem zweidimensionalen Scanbewegung erzeugten Bildaufnahme der Objektreaktionsstrahlung in einer durch die Fokussieroptik vorgegebenen Objektebene.Advantageous a third one is orthogonal to the two-dimensional scan motion Scanning by moving the fiber axially to change the depth of one generated from the two-dimensional scan motion Image recording of the object reaction radiation in a predetermined by the focusing optics Object level.

Zweckmäßig wird durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten simultan eine mehrkanalige Abtastung des Objekts durchgeführt.It is useful through a kind of fiber bundle from multiple fiber focusing optics units simultaneously a multi-channel Scanning the object performed.

In einer anderen modifizierten Ausführung wird mit einem Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten vorteilhaft eine Mehrkanal-Scan-Bildaufnahme (Multi-Channel Scanning Imaging) ausgeführt.In another modified embodiment with a fiber bundle from a plurality of fiber focusing optics units advantageously a multi-channel scan image acquisition (Multi-Channel Scanning Imaging) executed.

In einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird mittels eines Faserbündels aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten eine Direkt-Multiphotonen-Tomographie durchgeführt.In another embodiment of the method is by means of a fiber bundle of a plurality of fiber-focusing optics units performed a direct multiphoton tomography.

Mit Hilfe eines Faserbündels aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten können des Weiteren vorteilhaft verschiedene Abbildungs- und Messverfahren simultan ausgeführt werden.With Help of a fiber bundle of multiple fiber focusing optics units may also be advantageous Various imaging and measuring methods are performed simultaneously.

Mittels eines Faserbündels aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten können Abbildungs- und Bearbeitungsfunktionen am Objekt quasi-simultan durchgeführt werden, indem die Anregungsstrahlung durch Leistungserhöhung als Wirkungsstrahlung zur Gewebebearbeitung eingesetzt wird.through a fiber bundle Multiple fiber-focusing optics units can perform imaging and editing functions be performed on the object quasi-simultaneous by the excitation radiation through increased performance is used as effect radiation for tissue processing.

Durch eine Bündelung von mehreren Einzelfaser-Direkt-Scannern werden vorteilhaft am Objekt großflächig parallele Mehrkanalabtastungen nach mindestens einem der Verfahren Multiphotonenimaging (MPI), ortsaufgelöste Spektralanalyse oder optischkohärente Tomograpie (OCT) durchgeführt.By a bundling of several single-fiber direct scanners are advantageously parallel to the object over a large area Multi-channel scans for at least one of the multiphoton imaging methods (MPI), spatially resolved Spectral analysis or optically coherent Tomography (OCT) performed.

Ein kombiniertes Abbildungs- und Bearbeitungsverfahren wird mit dem direkt scannenden Kopf vorteilhaft betrieben, indem vorteilhaft folgende zusätzliche Schritte ausgeführt werden:

  • – Umschaltung der Anregungsstrahlung zu einer leistungserhöhten Wirkungsstrahlung,
  • – gepulstes Einstrahlen der mittels der Faser-Fokussieroptik-Einheit fokussierten Wirkungsstrahlung in das Objekt zur Auslösung von lokalen Gewebeveränderungen und
  • – definiert gesteuerte Bewegung des distalen Endes einer Faser-Fokussieroptik-Einheit zur Ausführung dreidimensionaler Gewebebearbeitungsschritte im Objekt.
A combined imaging and processing method is advantageously operated with the direct-scanning head by advantageously carrying out the following additional steps:
  • - Switching the excitation radiation to a power-enhanced effect radiation,
  • Pulsed irradiation of the effect radiation focused by means of the fiber focusing optics unit into the object for triggering local tissue changes and
  • Defined controlled movement of the distal end of a fiber focusing optics unit for performing three-dimensional tissue processing steps in the object.

Dabei erfolgt die Umschaltung zur Einstrahlung der leistungserhöhten Wirkungsstrahlung zur Gewebebearbeitung des Objekts zweckmäßig im Wechsel mit dem gescannten Einstrahlen leistungsverminderter Anregungsstrahlung zur ortsauflösenden Bildaufnahme von Objektreaktionsstrahlung.there the switchover to irradiation of the power increased effect radiation for tissue processing of the object expedient in alternation with the scanned Injection of power-reduced excitation radiation for spatially resolving image acquisition of object reaction radiation.

Die erweiterte Aufgabe wird ferner mit einem Verfahren zur Erzeugung mikroskopischer Bearbeitungsschritte in einem Objekt, insbesondere für mikro- und nanochirurgische Anwendungen, gelöst durch die folgende Schritte:

  • – gepulstes Einstrahlen fokussierter Wirkungsstrahlung in ein Objekt zur Auslösung von lokalen Gewebeveränderungen mittels einer Faser-Fokussieroptik-Einheit, bestehend aus einer optischen Faser und einer mit deren Ende starr verbundenen Fokussieroptik, die in einer Scaneinrichtung gehaltert ist, und
  • – mindestens zweidimensionale definierte laterale Bewegung des distalen Endes einer Faser-Fokussieroptik-Einheit mittels einer Scaneinrichtung zur Ausführung von örtlich begrenzten Gewebebearbeitungsschritten am vorliegenden Objekt mittels der eingestrahlten Wirkungsstrahlung.
The extended object is further achieved by a method for producing microscopic processing steps in an object, in particular for micro- and nanosurgical applications, by the following steps:
  • Pulsed irradiation of focused effect radiation into an object for triggering local tissue changes by means of a fiber focusing optical unit, consisting of an optical fiber and a focusing optics rigidly connected to its end, which is mounted in a scanning device, and
  • - At least two-dimensional defined lateral movement of the distal end of a fiber-focusing optics unit by means of a scanning device for performing localized tissue processing steps on the subject object by means of the irradiated radiation effect.

Dabei erweist es sich als vorteilhaft, dass das Ende der Faser-Fokussieroptik-Einheit zusätzlich in einer dritten zu der zweidimensionalen Bewegung orthogonalen Bewegungsdimension durch eine axiale Verstelleinheit gesteuert bewegt, um Bearbeitungsschritte dreidimensional im Objekt, insbesondere Schnitte in der Nanochirurgie auszuführen.there It proves to be advantageous that the end of the fiber-focusing optics unit additionally in a third orthogonal to the two-dimensional motion Movement dimension controlled by an axial adjustment unit, to three-dimensionally processing steps in the object, in particular Perform cuts in nanosurgery.

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass herkömmliche endoskopische Bildaufnehmer oder mikrochirurgische Einheiten entweder eine zu geringe optische Auflösung oder zu große Abmessungen aufweisen oder aber an ein bestimmtes mikroskopisches Verfahren zur Abbildung gekoppelt sind, so dass biologische Gewebe nur anhand bestimmter Eigenschaften abgebildet werden können. Die Geräte sind auch schwer mit bearbeitenden optischen Anordnungen kombinierbar.The Invention is based on the consideration that conventional endoscopic imagers or microsurgical units either too low an optical resolution or too big Have dimensions or to a specific microscopic Methods of imaging are coupled, allowing biological tissue can only be mapped on the basis of specific properties. The equipment are also difficult to combine with processing optical arrangements.

Ferner haben sich endoskopische Bildaufnehmer mit GRIN-Optiken durchgesetzt, bei denen der weiteren Miniaturisierung entgegensteht, dass der Scanablenkungswinkel und somit die laterale Auflösung sehr begrenzt sind. Außerdem sind die optischen Köpfe jeweils für nur eines der mikroskopischen Abbildungsverfahren (MPI, OCT, LSM u.a.) tatsächlich angepasst und anwendbar.Further endoscopic imagers with GRIN optics have prevailed, where the further miniaturization precludes that the Scan deflection angle and thus the lateral resolution are very limited. Besides, they are the optical heads each for only one of the microscopic imaging methods (MPI, OCT, LSM Actually) adapted and applicable.

Die Erfindung löst dieses mannigfaltige Problemgefüge, indem der bisher nicht ausreichende Scanwinkel der Strahlung vor einer Fokussieroptik durch 2D- oder 3D-Scannen einer mit der Lichtleitfaser starr verbundenen Fokussieroptik realisiert wird, wobei die fasergekoppelte Fokussieroptik als integrales Teil durch einen Aktuator über ein dünnes optisches Fenster gescannt wird. Durch diese Fokussieroptik wird die Wirkungsstrahlung (d.h. die Anregungsstrahlung für eines der oben genannten bildgebenden Verfahren) aus der Faser ausgekoppelt, mittels der Fokussieroptik in einen Punkt des Objekts fokussiert und vom Objekt zurückgeworfene Reaktionsstrahlung – wiederum von der Fokussieroptik gebündelt und über das proximale Ende der Fokussieroptik an die numerische Apertur der Lichtleitfaser angepasst einem Bildsensor zugeleitet. In Abhängigkeit von dem eingesetzten Imaging-Verfahren werden unterschiedliche Fokussieroptiken (für MPI oder LSM z.B. mit hoher distaler numerischer Apertur (NA > 0,5) verwendet.The Invention solves this manifold problem structure, by the previously insufficient scanning angle of the radiation Focusing optics by 2D or 3D scanning one with the optical fiber rigidly connected focusing optics is realized, the fiber-coupled Focusing optics as an integral part of an actuator via a thin optical window is scanned. By this focusing optics is the effect radiation (i.e., the excitation radiation for a the above-mentioned imaging method) from the fiber, Focused by the focusing optics in a point of the object and reflected by the object Reaction radiation - again bundled by the focusing optics and over the proximal end of the focusing optics to the numerical aperture the optical fiber adapted to an image sensor fed. In dependence of The imaging method used uses different focusing optics (for MPI or LSM e.g. with high distal numerical aperture (NA> 0.5).

Die zum Einsatz kommenden Aktuatoren, die ein 2D-Scanningmuster ermöglichen, sind z.B. miniaturisierte Piezo-, elektrostatische oder elektromagnetische Aktuatoren. Der Abstand des distalen Endes der Fokussieroptik vom Fenster und die Fensterdicke werden mit dem Arbeitsabstand der Fokussieroptik (d.h. ihrer distalen Fokallänge) abgestimmt und berücksichtigen Änderungen des Abstandes vom Fenster für die Tiefenverstellung der fasergekoppelten Fokussieroptik. Beim lateralen Scannen des Faser-Fokussieroptik-Verbundes werden Punkte einer vorgewählten Ebene des Objekts systematisch fortschreitend abgetastet. Die nach Einwirkung der Wirkungsstrahlung erzeugte Objektreaktionsstrahlung, wie z.B. Fluoreszenz oder SHG (Second Harmonic Generation), wird über die Fokussieroptik und eine Lichtleitfaser an eine Sensoreinheit übertragen.The used actuators that enable a 2D scanning pattern, are e.g. miniaturized piezoelectric, electrostatic or electromagnetic Actuators. The distance of the distal end of the focusing optics from Window and the window thickness are at the working distance of the focusing optics (i.e., its distal focal length) coordinated and take into account changes the distance from the window for the depth adjustment of the fiber-coupled focusing optics. At the lateral scanning of the fiber focusing optics composite becomes points of a preselected level of the object is scanned systematically progressively. The after exposure the action radiation generated object reaction radiation, e.g. Fluorescence or SHG (Second Harmonic Generation), is used over the Focusing optics and an optical fiber transmitted to a sensor unit.

Die zweite Teilaufgabe, die Flexibilisierung der Erfindung für die Anwendung verschiedener Abbildungsverfahren, wird erzielt, indem die (optische) Wirkungsstrahlung einer Lichtquelle durch eine flexible Lichtleitfaser zum abzubildenden Objekt transportiert und dort zur scannenden Abtastung des Objekts verwendet und die Reaktionsstrahlung wieder vom Lichtleitfaser aufgenommen wird (sog. „Direkt-Scanner"). In Abhängigkeit von einer eingesetzten Imaging-Verfahren sind unterschiedliche optische Fasern (Transportfasern) erforderlich, für das MPI benutzt man z.B. PCF (Photonic Crystal Fibers). Der Abtastkopf ist somit durch Ankopplung verschiedener Fasern mit anderen Abbildungsverfahren anwendbar.The second sub-task, the flexibilization of the invention for the application different imaging methods, is achieved by the (optical) radiation effect a light source through a flexible optical fiber to be imaged Object transported and there for scanning scanning of the object used and received the reaction radiation again from the optical fiber becomes (so-called "direct scanner") From an inserted imaging procedure are different optical fibers (Transport fibers) required, for the MPI one uses e.g. PCF (Photonic Crystal Fibers). The scanning head is thus by coupling different fibers with other imaging methods applicable.

In dem erfindungsgemäßen Scanner (Direkt-Scanner) wird eine optische Faser, an deren distalem Ende eine miniaturisierte Fokussieroptik befestigt ist, über ein dünnes optisches Fenster, das im unmittelbaren Kontakt mit dem Objekt steht, von einem Piezo-, elektrostatischen oder elektromagnetischen Aktuator gescannt. Durch die Faser wird eine Wirkungsstrahlung (bzw. Anregungsstrahlung) zum Objekt geleitet und von der Fokussieroptik auf der Oberfläche oder in der Tiefe des Objekts fokussiert sowie eine vom Objekt zurückkommende Reaktionsstrahlung durch das optische Fenster über die Fokussieroptik einer externen oder unmittelbar im Scannergehäuse befindlichen Sensoreinheit zugeführt.In the scanner according to the invention (Direct scanner) becomes an optical fiber, at its distal end a miniaturized focusing optics is attached via a thin optical window that is in direct contact with the object, from a piezoelectric, electrostatic or electromagnetic actuator scanned. Through the fiber is an effect radiation (or excitation radiation) directed to the object and the focusing optics on the surface or focused in the depth of the object as well as returning from the object Reaction radiation through the optical window via the focusing optics external or directly in the scanner housing located sensor unit fed.

Ein so beschaffener Direkt-Scanner kann eine axiale und laterale Auflösung der Objektabbildung realisieren. Alternativ kann der Scanner in Mikro- und Nanochirurgie sowie für Bearbeitung verschiedener Gewebe und Stoffe als geführtes Bearbeitungswerkzeug eingesetzt werden, indem die Wirkungsstrahlung durch eine wesentlich erhöhte Leistung für Laser-Schneid- bzw. Bearbeitungsvorgänge verwendet wird.One Thus, a direct scanner can provide an axial and lateral resolution of the Realize object image. Alternatively, the scanner can be used in micro- and nanosurgery as well as for Processing of various fabrics and fabrics as a guided processing tool be used by the effect radiation through a material increased Performance for Laser cutting or machining operations is used.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine mikroskopisch abtastende optische Abbildung, insbesondere für flexible medizinische Handgeräte und Mikroendoskope, zu realisieren, die eine Miniaturisierung des optischen Aufnahmekopfes bei hoher örtlicher Auflösung der Bildaufnahme gestattet und für verschiedene bildgebende Abbildungsverfahren, vorzugsweise für Multiphotonen-Imaging und Laser-Scanning-Mikroskopie, geeignete Messköpfe wesentlich kleiner, leichter und flexibler zu machen. Insbesondere ergeben sich durch die Erfindung neue Einsatzgebiete des MPI-Verfahrens (z.B. in der Endoskopie) sowie Kombinationen des MPI-Verfahren mit mehreren anderen abbildenden Verfahren sowie mit Bearbeitungsverfahren.With the solution according to the invention it is possible a microscopic scanning optical image, especially for flexible medical hand tools and micro-endoscopes, to realize the miniaturization of the optical recording head at high spatial resolution of Image capture allowed and for various imaging imaging methods, preferably for multiphoton imaging and laser scanning microscopy, suitable measuring heads much smaller, lighter and more flexible. Especially arise through the invention new applications of the MPI method (for example in endoscopy) as well as combinations of the MPI method with several other imaging methods as well as machining methods.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. The drawings show:

1: einen Direkt-Scanner mit Piezo-Aktuator für axiales Scanning und Fluoreszenz-Erfassung durch eine Lichtleitfaser (Double-Clad-Faser), 1 : a direct scanner with piezo actuator for axial scanning and fluorescence detection by an optical fiber (double-clad fiber),

1a: einen Direkt-Scanner mit Piezo-Aktuator für laterales Scanning, Fluoreszenz-Erfassung durch eine Lichtleitfaser (Double-Clad-Faser), 1a : a direct scanner with piezo actuator for lateral scanning, fluorescence detection by an optical fiber (double-clad fiber),

2: einen Direkt-Scanner nach 1 mit einem elektrostatischen Aktuator, 2 : a direct scanner after 1 with an electrostatic actuator,

3: einen Direkt-Scanner nach 1 mit einem elektromagnetischen Aktuator und Permanentmagnet auf der Faseranordnung, 3 : a direct scanner after 1 with an electromagnetic actuator and permanent magnet on the fiber assembly,

4: einen Direkt-Scanner nach 1 mit einem elektromagnetischen Aktuator und induktiven Elementen auf der Faseranordnung, 4 : a direct scanner after 1 with an electromagnetic actuator and inductive elements on the fiber assembly,

5: einen Direkt-Scanner mit einem elektrostatischen Aktuator, einem unmittelbar im Scanner befindlichen Empfänger (mit Faser-Durchgang) und einer reflektierenden Schicht an den Gehäusewänden, 5 a direct scanner with an electrostatic actuator, a receiver located directly in the scanner (with fiber passage) and a reflective layer on the housing walls,

6: einen Direkt-Scanner mit einem elektrostatischen Aktuator und zwei unmittelbar integrierten Empfängern, 6 : a direct scanner with an electrostatic actuator and two directly integrated receivers,

7: einen Direkt-Scanner mit einem elektromagnetischen Aktuator und einem unmittelbar integrierten Empfänger (ohne Faser-Durchgang) 7 : a direct scanner with an electromagnetic actuator and a directly integrated receiver (without fiber passage)

8: einen Direkt-Scanner mit einem elektromagnetischen Aktuator und Fluoreszenz-Erfassung durch eine Faser mit Breitfeld-Abbildungsanordnung (ohne Faser-Durchgang), 8th a direct scanner with an electromagnetic actuator and fluorescence detection by a fiber with wide-field imaging arrangement (without fiber passage),

9: eine Darstellung einer Double-Clad-Large-Area-Core-PCF-Faser, 9 Figure 1: A representation of a Double Clad Large Area Core PCF fiber,

10: eine schematische Darstellung einer Mehrkanalanordnung in einem Gehäuse. 10 : a schematic representation of a multi-channel arrangement in a housing.

Die erfindungsgemäße Anordnung (Direkt-Scanner) besteht in ihrem Grundaufbau – wie in 1 schematisch dargestellt – aus einem handlichen starren Gehäuse 2, das mit einem für die verwendeten optischen Strahlungsanteile transparenten Fenster 3 auf ein Objekt 1 aufgesetzt wird, einer an eine Lichtleitfaser 4 angekoppelte Fokussieroptik 5 sowie einem Scan-Aktuator 6, der die starr verbundene Faser-Fokussieroptik-Anordnung 45 in einem frei wählbaren Scanning-Regime zweidimensional (X,Y-Scan) bewegt. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine axial bewegliche Scannerhalterung 7 vorgesehen, die durch eine axiale Verstelleinheit 8 eine zu den ersten beiden Scan-Richtungen orthogonale dritte Scanbewegung (Z-Scan) ermöglicht. Das Gehäuse 2 ist mit einem Gehäusedeckel 2' abgeschlossen, bevor sich ein flexibler Schlauch 2'' für Versorgungsleitungen anschließt, wie z.B. für Fasern 4 (zum Zuführen von Wirkungsstrahlung bzw. leistungsreduzierter Anregungsstrahlung) und Übertragung von Objektreaktionsstrahlung), elektrische Zuleitungen für Scan-Aktuator 6 und Verstelleinheit 8, und optional eine Vakuumleitung 9.The arrangement according to the invention (direct scanner) consists in its basic structure - as in 1 shown schematically - from a handy rigid housing 2 with a transparent window for the optical radiation components used 3 on an object 1 is attached, one to an optical fiber 4 coupled focusing optics 5 and a scan actuator 6 of the rigidly connected fiber-focusing optics arrangement 45 in a freely selectable scanning regime two-dimensional (X, Y scan) moves. Inside the case 2 is an axially movable scanner mount 7 provided by an axial adjustment 8th a third scanning movement (Z-scan) orthogonal to the first two scanning directions. The housing 2 is with a housing cover 2 ' completed before getting a flexible hose 2 '' for supply lines, such as for fibers 4 (for supplying effect radiation or reduced-power excitation radiation) and transmission of object reaction radiation), electrical feed lines for scan actuator 6 and adjustment unit 8th , and optionally a vacuum line 9 ,

Auf Basis dieser Grundvariante sind verschiedene Betriebsmodi und bauliche Modifikationen realisierbar, die nachfolgend als Ausführungsbeispiele beschrieben sind.On The basis of this basic version are different operating modes and structural Modifications realized below as exemplary embodiments are described.

1. Direkt-Scanner mit 3D-Scan1. Direct scanner with 3D scan

Der Direkt-Scanner besteht in diesem Beispiel, wie in 1 gezeigt, aus einer miniaturisierten Fokussieroptik 5, einer Faser 4, mit deren distalem Ende das proximale Ende der Fokussieroptik 5 verbunden ist und einem Scan-Aktuator 6, z.B. Piezo-Aktuator 6', der das distale Ende der Fokussieroptik 5 unmittelbar über einem dünnen optischen Fenster 3, das am Objekt 1 anliegt, abtastet. Der Brennpunkt der Fokussieroptik 5 befindet sich hinter dem Fenster 3 auf der Oberfläche des Objekts 1 oder in seiner Tiefe und wird mit der Fokussieroptik 5 gescannt (X,Y-Scan). Die Abtasttiefe im Objekt 1 kann mit einer axialen Verstelleinheit 8 eingestellt werden. Dabei wird die axial bewegliche Scannerhalterung 7, auf der der Scan-Aktuator 6, der die Faser 4 und die Fokussieroptik 5 gemeinsam lateral bewegt, befestigt ist, in der axialen Richtung verschoben. Der Abstand zwischen dem distalen Ende der Fokussieroptik 5 und dem Fenster 3 verändert sich somit und realisiert einen in Längsrichtung des Gehäuses 2 gerichteten Z-Scan. Die freie Länge der Faser 4 innerhalb der axialen Verstelleinheit 8 und der Scannerhalterung 7 wird für den Längenausgleich der Faser 4 bei der Abstandänderung der Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 gegenüber dem Fenster 3 verwendet.The direct scanner consists in this example, as in 1 shown, from a miniaturized focusing optics 5 , a fiber 4 with its distal end the proximal end of the focusing optics 5 is connected and a scan actuator 6 , eg piezo actuator 6 ' , which is the distal end of the focusing optics 5 immediately above a thin optical window 3 that on the object 1 abuts, scans. The focal point of the focusing optics 5 is located behind the window 3 on the surface of the object 1 or in its depth and is using the focusing optics 5 scanned (X, Y scan). The scanning depth in the object 1 can with an axial adjustment 8th be set. This is the axially movable scanner holder 7 on which the scan actuator 6 who is the fiber 4 and the focusing optics 5 moved together laterally, is fixed, displaced in the axial direction. The distance between the distal end of the focusing optics 5 and the window 3 thus changes and realizes one in the longitudinal direction of the housing 2 directed z-scan. The free length of the fiber 4 within the axial adjustment unit 8th and the scanner mount 7 is used for the length compensation of the fiber 4 at the distance change of the fiber-focusing optical unit 45 opposite the window 3 used.

Die Fokussieroptik 5 kann einen anderen Durchmesser als die Faser 4 haben und als GRIN-Optik, konventionelle Optik, Fresnel-Optik oder eine Kombination aus GRIN-Optik und anderer Optik (diffraktive Optik, Fresnel-Optik u.a.) ausgeführt sein.The focusing optics 5 can be a different diameter than the fiber 4 and have as GRIN optics, conventional optics, Fresnel optics or a combination of GRIN optics and other optics (diffractive optics, Fresnel optics, etc.) be executed.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Fokussieroptik 5 ein refraktives Halbkugelement 5', dessen distale Fläche eben ist, zwei GRIN-Linsen 5'' und 5''' sowie eine dazwischen angeordnete Diffraktivoptik 5* auf. Die objektseitige GRIN-Linse 5'' dient zum Ausgleich der Aberrationen des Halbkugelelements 5' und erzeugt an ihrem prostalen Ende aus der durch das Halbkugelelement 5' übertragenen stark divergenten Objektreaktionsstrahlung quasi-parallelen oder leicht divergentes Strahlenbündel. Die zweite GRIN-Linse 5''' dient zur Einkopplung dieser Strahlung in die Faser 4 bzw. Auskopplung der Wirkungsstrahlung (Anregungsstrahlung) aus der Faser 4. Die Diffraktivoptik 5* korrigiert chromatische Aberrationen des Halbkugelelements 5' sowie der GRIN-Linsen 5'' und 5'''.In a particularly advantageous embodiment, the focusing optics 5 a refractive hemisphere element 5 ' whose distal surface is flat, two GRIN lenses 5 '' and 5 ''' and a diffractive optic disposed therebetween 5 * on. The object-side GRIN lens 5 '' serves to compensate for the aberrations of the hemisphere element 5 ' and produced at its prostal end from the through the hemisphere element 5 ' transmitted highly divergent object reaction radiation quasi-parallel or slightly divergent beam. The second GRIN lens 5 ''' serves to couple this radiation into the fiber 4 or decoupling of the effect radiation (excitation radiation) from the fiber 4 , The diffractive optics 5 * corrects chromatic aberrations of the hemisphere element 5 ' as well as the GRIN lenses 5 '' and 5 ''' ,

Das Gehäuse 2, das aus einem medizinisch zugelassenen Werkstoff besteht, ist an seinem distalen Ende hermetisch (vakuumdicht) durch das optische Fenster 3 abgeschlossen, das ebenfalls aus medizinisch zugelassenen transparenten Material besteht. An seinem proximalen Ende wird das Gehäuse 2 für medizinische Anwendungen ebenfalls vakuumdicht mit dem Deckel 2' abgeschlossen. Der Deckel 2' ist mit dem Schlauch 2'' mit allen für den Scannerbetrieb notwendigen Leitungen verbunden. Auf der distalen Seite des Deckels 2' ist die axiale Verstelleinheit 8 befestigt. Der Deckel 2' gewährleistet die vakuumdichte Durchführung aller zum Scanner führenden Leitungen.The housing 2 , which consists of a medically approved material, is hermetically (vacuum-tight) at its distal end through the optical window 3 completed, which also consists of medically approved transparent material. At its proximal end, the housing becomes 2 For medical applications also vacuum-tight with the lid 2 ' completed. The lid 2 ' is with the hose 2 '' connected to all necessary for the scanner operation lines. On the distal side of the lid 2 ' is the axial adjustment unit 8th attached. The lid 2 ' ensures the vacuum-tight implementation of all cables leading to the scanner.

Das Gehäuse 2 kann durch die Vakuumleitung 9 evakuiert werden, um den Luftwiderstand für das distale Ende der Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 beim Scannen zu verringern.The housing 2 can through the vacuum line 9 Be evacuated to the air resistance for the distal end of the fiber-optic focusing unit 45 to reduce when scanning.

Die axiale Verstelleinheit 8 kann als z.B. eine Piezosteller ausgeführt sein.The axial adjustment unit 8th can be designed as eg a piezo plate.

Der Direkt-Scanner kann somit Punkt-, Linien-, 2D- oder 3D-Scannen in beliebiger Kombination der x, y und z-Bewegungen ausführen, dies wird durch eine gezielte Ansteuerung des 2D-Scan-Aktuators 6 und der axialen Verstelleinheit 8 erreicht.The direct scanner can thus perform point, line, 2D or 3D scanning in any combination of the x, y and z movements, this is achieved by targeted control of the 2D scan actuator 6 and the axial adjustment unit 8th reached.

1a zeigt eine spezielle Ausführung des Direkt-Scanners mit einem optischen Fenster 3, das seitlich an einer Wand des Gehäuses 2 angeordnet ist. Die Fokussieroptik 5 beinhaltet in diesem Fall ein Umlenkelement 5** (z.B. ein Prisma), das die Richtung der Strahlung um ca. 90° ablenkt. Dadurch wird die Tiefenverstellung bezüglich des Objekts 1 (z-Scan) bei dieser Bauform des Direkt-Scanners vom Piezo-Aktuator 6' übernommen, der den x-Scan genauso wie in 1 ausführt. Die axiale Verstelleinheit 8 übernimmt hier den y-Scan. 1a shows a special embodiment of the direct scanner with an optical window 3 , the side of a wall of the housing 2 is arranged. The focusing optics 5 includes in this case a deflecting element 5 ** (For example, a prism), which deflects the direction of the radiation by about 90 °. This will cause the depth adjustment with respect to the object 1 (z-scan) in this design of the direct scanner from the piezo actuator 6 ' taken the x-scan as well as in 1 performs. The axial adjustment unit 8th takes over the y-scan here.

2 zeigt eine modifizierte Ausführung des Direkt-Scanners mit einem elektrostatischen Scanner 6''. Hier wird die Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 dadurch bewegt bzw. verstellt, dass eine leitende Beschichtung 13, die ein elektrisches Potential über die Leitung 12 erhält, durch das elektrische Feld der gegenüberliegenden stromleitenden Schichtelektroden 10 eine gerichtete Wirkung erfährt. Die Schichtelektroden 10 sind unmittelbar auf die Innenwand des Gehäuses 2 aufgebracht, falls das Gehäuse 2 aus einem isolierenden Material besteht oder ruhen auf einer isolierenden Unterlage 11, wenn – wie in 2 gezeigt – das Gehäuse 2 aus leitenden Material besteht. 2 shows a modified version of the direct scanner with an electrostatic scanner 6 '' , Here's the fiber-focusing optics unit 45 moved or displaced by a conductive coating 13 that has an electrical potential across the line 12 obtained by the electric field of the opposite current-conducting layer electrodes 10 undergoes a directional effect. The layer electrodes 10 are directly on the inner wall of the housing 2 applied, if the case 2 made of an insulating material or resting on an insulating base 11 if - as in 2 shown - the case 2 made of conductive material.

Im Übrigen funktioniert der Direkt-Scanner mit dem elektrostatischen Aktuator 6'' nach demselben Schema wie mit dem Piezo-Aktuator 6'.Incidentally, the direct scanner works with the electrostatic actuator 6 '' according to the same scheme as with the piezo actuator 6 ' ,

3 zeigt eine geänderte Ausführung des Direkt-Scanners mit einem elektromagnetischen Aktuator 6''', in dem ein Permanentmagnet 14 verwendet wird. Hier wird die Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 dadurch bewegt bzw. verstellt, dass der Permanentmagnet 14, der auf die Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 (z.B. als ferromagnetische Beschichtung) aufgebracht ist, durch das elektromagnetische Feld der gegenüberliegenden stromleitenden Induktivelemente 15, die an der Innenwand des Gehäuses 2 angebracht sind, eine gerichtete Wirkung erfährt. Falls das Gehäuse 2 aus leitenden Material besteht wird – wie in 2 – eine isolierende Unterlage in Form einer dielektrischen Schicht 11 verwendet. 3 shows a modified version of the direct scanner with an electromagnetic actuator 6 ''' in which a permanent magnet 14 is used. Here's the fiber-focusing optics unit 45 moved or adjusted by the fact that the permanent magnet 14 pointing to the fiber-focusing optics unit 45 (Eg as a ferromagnetic coating) is applied, by the electromagnetic Field of the opposing current-conducting inductive elements 15 attached to the inner wall of the housing 2 are attached, undergoes a directional effect. If the case 2 is made of conductive material - as in 2 - An insulating pad in the form of a dielectric layer 11 used.

Eine weitere Variante dieser Ausführung ist in 4 dargestellt, bei der der Permanentmagnet 14 durch mehrere Induktivelemente 16 ersetzt ist.Another variant of this design is in 4 shown in which the permanent magnet 14 through several inductive elements 16 is replaced.

Alle übrigen Funktionen des Direkt-Scanners sind gleich denen der vorhergehenden Ausführungen mit Piezo-Scanner 6' oder elektrostatischem Scanner 6''.All other functions of the direct scanner are the same as those of the previous versions with piezo scanner 6 ' or electrostatic scanner 6 '' ,

Wenn die Ausführungsbeispiele nach den 1-4 sowie 8 für mikroskopische Abbildungszwecke benutzt werden, wird als Faser 4 eine so genannte Double-Clad-Large-Area-Core-PCF (PCF-Photonic Crystal Fiber) eingesetzt, wie sie nachfolgend mit Bezug auf 9 beschrieben wird. Eine Faser 4 dieses Typs hat einen zentralen Bereich 20 mit einem gehobenen Brechungsindex n1, der seine führenden Eigenschaften durch einen mikrostrukturierten Bereich 21 erhält, der von einem Mantel 22 aus einem optischen Material mit Brechungsindex n2 umgeben ist. Der Mantel 22 ist mit einer äußeren Beschichtung 23 umhüllt, die den niedrigen Brechungsindex n3 aufweist und vor allem die mechanischen Eigenschaften der Faser 4 verbessert. Im Allgemeinen gilt: n1 > n2 > n3. Der Kernbereich 20 wird zum Zuführen einer Wirkungsstrahlung zum Objekt 1 verwendet. Die im Objekt 1 erzeugte Reaktionsstrahlung wird durch die Fokussieroptik 5 in den Mantel 22 der Faser 4 eingekoppelt, über diese zurückgeleitet und mittels eines Strahlteilers auf einen (externen) Photoempfänger (beide nicht dargestellt) ausgekoppelt. Der Photoempfänger ist mit notwendigen Farbfilter und gegebenenfalls mit einer Sammeloptik ausgestattet. In Abhängigkeit von der konkreten Anwendung des Direkt-Scanners kann die Objektreaktionsstrahlung als spiegelnd oder diffus reflektierte Anregungsstrahlung, Photolumineszenz (insbesondere Fluoreszenz), Raman- und Rayleigh-Streuung, erzeugte Harmonische der Anregungsstrahlung usw. vorkommen. Der oben genannte Fasertyp ist auch für die Anwendungen vorteilhaft, in denen Abbildung und Gewebebearbeitung kombiniert werden.If the embodiments according to the 1 - 4 such as 8th used for microscopic imaging purposes is called fiber 4 a so-called double-clad large-area-core-PCF (PCF-Photonic Crystal Fiber) is used, as described below with reference to 9 is described. A fiber 4 This type has a central area 20 with an elevated refractive index n 1 , which has its leading properties through a microstructured area 21 that gets from a coat 22 is surrounded by an optical material with refractive index n 2 . The coat 22 is with an outer coating 23 coated, which has the low refractive index n 3 and especially the mechanical properties of the fiber 4 improved. In general, n 1 > n 2 > n 3 . The core area 20 is used to deliver an effect radiation to the object 1 used. The in the object 1 generated reaction radiation is through the focusing optics 5 in the coat 22 the fiber 4 coupled, returned via this and coupled by means of a beam splitter to an (external) photoreceiver (both not shown). The photoreceiver is equipped with necessary color filters and possibly with a collection optics. Depending on the specific application of the direct scanner, the object reaction radiation can occur as specular or diffusely reflected excitation radiation, photoluminescence (in particular fluorescence), Raman and Rayleigh scattering, generated harmonics of the excitation radiation, etc. The above-mentioned fiber type is also advantageous for the applications in which imaging and fabric processing are combined.

Beim Einsatz des Direkt-Scanners ausschließlich für Zwecke der Mikrochirurgie oder Materialbearbeitung ist die Faser 4 vorzugsweise eine sog. Large-Area-Core-PCF. In einer solchen Faser 4 ist der Mantel 22 auf den mikrostrukturierten Bereich 21 reduziert, d.h. der in 9 gezeichnete Mantel 22 ist als Funktionsschicht völlig entfallen.When using the direct scanner exclusively for purposes of microsurgery or material processing is the fiber 4 preferably a so-called large area core PCF. In such a fiber 4 is the coat 22 on the microstructured area 21 reduced, ie the in 9 drawn coat 22 is completely eliminated as a functional layer.

Weitere Möglichkeiten der Erfassung der Objektreaktionsstrahlung sind in den 5-7 dargestellt, wobei der Direkt-Scanner mit elektrostatischen bzw. elektromagnetischen Aktuatoren 6'' bzw. 6'' in spezieller Ausführung arbeitet.Other ways of detecting the object reaction radiation are in the 5 - 7 shown, wherein the direct scanner with electrostatic or electromagnetic actuators 6 '' respectively. 6 '' works in special execution.

In einer ersten Ausführung gemäß 5 wird für die Faser 4 eine Large-Area-Core-PCF verwendet. Die durch die Wirkungsstrahlung hervorgerufene Objektreaktionsstrahlung wird innerhalb des Direkt-Scanners von einem Photoempfänger 17 mit vorgeordneter optischer Filterkombination 18, die mindestens aus einem Farbfilter besteht, erfasst. Die Innenwände des Gehäuses 2 auf der distalen Seite des Photoempfängers 17 sind mit einer Spiegelschicht 10 versehen, die ersatzweise auch durch (spiegelnde) Elektroden auf der dielektrischen Schicht 11 gebildet sein kann. Diese Ausführungsvariante ist für miniaturisierte Anwendungen vorteilhaft, in denen der verwendete Photoempfänger 17 ein zentrales Loch für die Faser 4 hat.In a first embodiment according to 5 will for the fiber 4 used a large area core PCF. The object radiation radiation caused by the radiation of action is within the direct scanner of a photoreceptor 17 with upstream optical filter combination 18 , which consists of at least one color filter. The inner walls of the housing 2 on the distal side of the photoreceptor 17 are with a mirror layer 10 alternatively, by (reflecting) electrodes on the dielectric layer 11 can be formed. This embodiment is advantageous for miniaturized applications in which the photoreceiver used 17 a central hole for the fiber 4 Has.

6 offenbart eine Ausführung, in der mindestens zwei Photoempfänger 17' und 17'' so angeordnet sind, dass möglichst viel Objektreaktionsstrahlung ohne Reflexionen an den Wänden des Gehäuses 2 durch Filterkombinationen 18' und 18'' von den Photoempfängern 17', 17'' erfasst wird. Die Photoempfänger 17', 17'' und die Filterkombinationen 18', 18'' können in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung gleich oder auch unterschiedlich sein. 6 discloses an embodiment in which at least two photoreceivers 17 ' and 17 '' are arranged so that as much as possible object reaction radiation without reflections on the walls of the housing 2 through filter combinations 18 ' and 18 '' from the photoreceptors 17 ' . 17 '' is detected. The photoreceivers 17 ' . 17 '' and the filter combinations 18 ' . 18 '' may be the same or different depending on the particular application.

Für Photoempfänger 17, die keinen zentralen Durchlass haben, wie z.B. Sekundärelektronenvervielfacher (SEV bzw. PMT), ist eine alternative Ausführung in 7 dargestellt. In dieser Anordnung wird die Faser 4 in einem axial beweglichen Rahmen 7' befestigt, der eine Kreuzstegkonstruktion aufweist. Dadurch schattet der Rahmen 7' den Photoempfänger 17 nur minimal ab. Der Rahmen 7' ist auf einer ringförmigen bzw. axial segmentären Verstelleinheit 8' befestigt, der wiederum mit einem unbeweglichen ringförmigen bzw. segmentären Element 7'' verbunden ist.For photoreceptor 17 , which do not have a central passage, such as secondary electron multiplier (SEV or PMT), is an alternative embodiment in 7 shown. In this arrangement, the fiber becomes 4 in an axially movable frame 7 ' attached, which has a crossbar construction. This shadows the frame 7 ' the photoreceptor 17 only minimally off. The frame 7 ' is on an annular or axially segmentary adjustment 8th' attached, in turn, with a stationary annular or segmental element 7 '' connected is.

In allen Ausführungsvarianten gemäß den 5-7 kann auch eine Double-Clad-Large-Area-Core-PCF als Faser 4 eingesetzt werden, wenn ein Teil der Objektreaktionsstrahlung durch die Faser 4 zu einem externen Photoempfänger (nicht dargestellt) geführt werden muss.In all variants according to the 5 - 7 can also do a double-clad large-area core PCF as fiber 4 be used when a portion of the object reaction radiation through the fiber 4 to an external photoreceiver (not shown) must be performed.

8 stellt eine Ausführung dar, bei der der Direkt-Scanner mit einem elektrostatischen Aktuator 6'', gebildet aus Schichtelektroden 10, dielektrische Schicht 11, Zuleitung 12 und leitfähige Beschichtung 13, mit einem zweidimensionalen Bildsensor 19, z.B. einer CCD-Kamera inklusive zugehöriger Optik und Beleuchtung, kombiniert werden kann. Die Faser 4 wird in dieser Anordnung durch eine Double-Clad-Large-Area-Core-PCF gebildet, die sowohl für Abbildungs- als auch für mikrochirurgische oder Materialbearbeitungszwecke eingesetzt werden kann. 8th represents an embodiment in which the direct scanner with an electrostatic actuator 6 '' , formed of layer electrodes 10 , dielectric layer 11 , Supply line 12 and conductive coating 13 , with a two-dimensional image sensor 19 , For example, a CCD camera, including associated optics and lighting, can be combined. The fiber 4 is formed in this arrangement by a double-clad-large-area-area-PCF, which can be used for both imaging and microsurgical or Material processing purposes can be used.

In allen Ausführungsbeispielen des Direkt-Scanners gemäß den 5-8 können für den elektrostatischen Aktuator 6'' anstelle der leitfähigen Beschichtungen 10 und 13 zum Bewegen der Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 auch ein Permanentmagnet 14 und Induktivelemente 15, wie in 3 dargestellt, oder am Gehäuse 2 und an der Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 angebrachte Induktivelemente 15 und 16, wie in 4 gezeigt, verwendet werden.In all embodiments of the direct scanner according to the 5 - 8th can for the electrostatic actuator 6 '' instead of the conductive coatings 10 and 13 for moving the fiber focusing optics unit 45 also a permanent magnet 14 and inductive elements 15 , as in 3 represented, or on the housing 2 and at the fiber-focusing optics unit 45 attached inductive elements 15 and 16 , as in 4 shown to be used.

2. Direkt-Scanner mit mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten2. Direct scanner with several Fiber focusing optics units

Der Direkt-Scanner kann auch als ein Mehrkanalgerät ausgeführt sein. In dieser Ausführung wird die Faser-Fokussieroptik-Einheit 45 durch eine Art mehradriges Kabel – wie in 10 gezeigt, ersetzt, wobei mindestens zwei Faser-Fokussieroptik-Einheiten 45 miteinander verbunden sind. Die Fasern 4 sind in eine flexible Bandage 26 eingebettet, die frei herausstehenden distalen Faserabschnitte sind vorzugsweise gleich lang und werden durch Versteifungselemente 25 in einer Halterung 24 fixiert. Die Versteifungselemente 25 dienen zur Einstellung von Schwingungseigenschaften der distalen Abschnitte der Faser-Fokussieroptik-Einheit 45. Sie können auch zur unmittelbaren Fixierung der Fokussieroptiken 5 eingesetzt werden. Durch die Halterung 24 werden die Fasern 4 in einem geometrischen Muster anwendungsabhängig angeordnet, z.B. in einer Reihe (10B) oder zwei Reihen (10C) oder als Matrix (10D) symmetrisch oder asymmetrisch. Anwendungsabhängig sind auch noch anders gestaltete geometrische Muster möglich.The direct scanner can also be designed as a multi-channel device. In this embodiment, the fiber-focusing optics unit 45 through a kind of multi-core cable - as in 10 shown replaced with at least two fiber-focusing optics units 45 connected to each other. The fibers 4 are in a flexible bandage 26 embedded, the freely protruding distal fiber sections are preferably the same length and are made by stiffening elements 25 in a holder 24 fixed. The stiffening elements 25 are used to adjust the vibration characteristics of the distal sections of the fiber focusing optics unit 45 , They can also be used for direct fixation of the focusing optics 5 be used. Through the bracket 24 become the fibers 4 arranged in a geometric pattern depending on the application, eg in a row ( 10B ) or two rows ( 10C ) or as matrix ( 10D ) symmetrical or asymmetrical. Depending on the application, even differently designed geometric patterns are possible.

Die Fokussieroptiken 5 können abhängig vom Anwendungsfall in einer geraden (nach 1) oder abgewinkelten (nach 1a) Variante verwendet werden.The focusing optics 5 can depend on the application in a straight (after 1 ) or angled (after 1a ) Variant can be used.

Die Faserhalterung 24 wird entweder mit dem Scan-Aktuator 6 bzw. speziell einem Piezoaktuator 6' (gemäß 1 bzw. 1a) fest verbunden, oder in die axial beweglichen Scanner- oder Rahmenhalterung 7 bzw. 7' (Ausführungsvarianten nach 2-4, 8) integriert.The fiber holder 24 is either with the scan actuator 6 or especially a piezo actuator 6 ' (according to 1 respectively. 1a ) or into the axially movable scanner or frame mount 7 respectively. 7 ' (Variants according to 2 - 4 . 8th ) integrated.

Die Art der eingesetzten Fasern 4 ist anwendungsabhängig, z.B. werden für MPI vorteilhaft Double-Clad-Large-Area-Core-PCF verwendet, für andere Anwendungen genügen Large-Area-Core-PCF.The type of fibers used 4 is application-dependent, for example, double-clad-large-area-core-PCF is favorably used for MPI, for other applications large-area-core-PCF are sufficient.

2.1 Multi-Channel Scanning Imaging2.1 Multi-Channel Scanning Imaging

In modifizierten Ausführung kann der Direkt-Scanner als Mehrkanal-Scanner für mehrkanalabgetastete Abbildung wie z.B. LSM, MPI oder OCT verwendet werden. Hier werden alle Faser-Fokussieroptik-Kombinationen 45 durch einen 2D-Scan-Aktuator 6 synchron über zugeordnete Teilbereiche bewegt. Aus den durch die einzelnen Fasern 4 weitergeleiteten Teilbildern wird das Gesamtbild zusammengesetzt. Dies wird durch eine einheitliche Brennweite aller einzelnen Fokussieroptiken 5 und eine gleichmäßige Leistungsverteilung der Anregungsstrahlung erreicht.In a modified version, the direct scanner can be used as a multichannel scanner for multi-channel scanned imaging such as LSM, MPI or OCT. Here are all fiber-focusing optics combinations 45 through a 2D scan actuator 6 moved synchronously over assigned sections. From the through the individual fibers 4 forwarded partial images, the overall picture is composed. This is achieved by a uniform focal length of all individual focusing optics 5 and achieves a uniform power distribution of the excitation radiation.

Durch das parallele Scannen mehrerer Faser-Fokussieroptik-Einheiten 45 wird die Bildaufnahmezeit wesentlich verkürzt – dies kann zur Eliminierung verschiedener Artefakte, verursacht durch Herzschlag, Atem oder eventuelles Zittern des Untersuchenden und/oder des Patienten, führen. Ebenso kann dadurch die Auflösung der Abbildung bei gleichbleibender Aufnahmezeit wesentlich erhöht oder der abgebildete Gesamtbereich vergrößert werden. Eine eventuelle Tiefenverstellung erfolgt wie für 1 und 2 beschrieben.By scanning several fiber focusing optics units in parallel 45 the imaging time is significantly shortened - this can lead to the elimination of various artifacts caused by the heartbeat, breath or possible trembling of the examiner and / or the patient. Likewise, this can significantly increase the resolution of the image with a constant recording time or increase the overall image area. A possible depth adjustment takes place as for 1 and 2 described.

2.2 Direkt-Multiphotonen-Tomographie2.2 Direct multiphoton tomography

In einer weiteren Ausführung ist der Mehrkanal-Direkt-Scanner vergleichbar mit Beispiel 2.1 aufgebaut, jedoch sind die Brennweiten der Fokussieroptiken 5 von einzelnen Fasern 4 (oder Faser-Gruppen) unterschiedlich, wodurch gleichzeitig Abbildungen (Tomogramme) von mindestens zwei unterschiedlich tief im Objekt 1 liegenden Ebenen aufgenommen werden. Dadurch kann z.B. mit LSM oder MPI eine 3D-Abbildung eines Objekts 1 in einem Schritt aufgenommen werden. Des Weiteren kann die Aufnahmezeit von Tomogrammen in größeren Tiefenbereichen bzw. mit einer höheren Tiefenauflösung (mehrere Abbildungsebenen) durch Verwendung der Tiefenverstellung wesentlich verkürzt werden, wodurch wiederum die im Beispiel 2.1 genannten Artefakte eliminiert werden.In another embodiment, the multi-channel direct scanner is constructed similar to Example 2.1, but the focal lengths of the focusing optics 5 of individual fibers 4 (or fiber groups) differently, whereby at the same time images (tomograms) of at least two different depths in the object 1 lying levels. This allows eg with LSM or MPI a 3D image of an object 1 be recorded in one step. Furthermore, the acquisition time of tomograms in larger depth ranges or with a higher depth resolution (several image planes) can be significantly shortened by using the depth adjustment, which in turn eliminates the artifacts mentioned in Example 2.1.

2.3 Direkt-Scanner unter Verwendung verschiedener Abbildungs- und/oder Messverfahren2.3 direct scanner using different imaging and / or measuring methods

In einer weiteren Ausführung ist der Mehrkanal-Direkt-Scanner wie in den Beispielen 2.1 oder 2.2 aufgebaut, wobei jedoch die einzelnen Fasern 4 (oder Faser-Gruppen) mit unterschiedlichen Fokussieroptiken 5 versehen sind. Diese werden für unterschiedliche optische Abbildungs- oder Messverfahren parallel verwendet, z.B. für die gleichzeitige bzw. schnelle sequenzielle MPI bzw. MP-Tomographie und OCT. In diesem Fall sind die Faser-Fokussieroptik-Einheiten 45 für das entsprechende Abbildungs- oder Messverfahren optimiert und ihre schwingungstechnischen Eigenschaften aneinander angeglichen.In a further embodiment, the multichannel direct scanner is constructed as in Examples 2.1 or 2.2, but with the individual fibers 4 (or fiber groups) with different focusing optics 5 are provided. These are used in parallel for different optical imaging or measuring methods, eg for simultaneous or fast sequential MPI or MP tomography and OCT, in which case the fiber focusing optics units are 45 optimized for the appropriate imaging or measuring method and their vibration characteristics matched to each other.

Der Mehrkanal-Direkt-Scanner kann durch diese optimierten, angeglichenen Eigenschaften auch zur gleichzeitigen Messung verschiedener Charakteristika der Objektreaktionsstrahlung, z.B. Fluoreszenz-Polarisation, Kohärenz oder Objektabbildung, eingesetzt werden.The multichannel direct scanner can through These optimized, adapted properties can also be used for the simultaneous measurement of different characteristics of the object reaction radiation, eg fluorescence polarization, coherence or object imaging.

2.4 Mehrkanal-Direkt-Scanner mit Vereinigung von Abbildungs- und Bearbeitungsfunktion2.4 multichannel direct scanner with union of imaging and editing function

In einer multifunktionalen Ausführung ist der Mehrkanal-Direkt-Scanner gemäß einem der Beispiele 2.1 bis 2.3 aufgebaut, aber die Fokussieroptiken 5 von einzelnen Fasern 4 bzw. Faser-Gruppen und die Faser 4 sind unterschiedlich. Einige der Faser-Fokussieroptik-Kombinationen 4, 5 sind für Abbildungs- (z.B. mit LSM oder MPI) und die anderen für Mikrochirurgie- oder Materialbearbeitungszwecke (z.B. mit Multiphotonen-Laserablation) optimiert, dadurch können Abbildung und Verarbeitung parallel oder schnell abwechselnd durch unterschiedliche Faser-Fokussieroptik-Einheiten 45 oder ganze Gruppen davon erfolgen.In a multi-functional embodiment, the multi-channel direct scanner according to any one of Examples 2.1 to 2.3 is constructed, but the focusing optics 5 of individual fibers 4 or fiber groups and the fiber 4 are different. Some of the fiber focusing optics combinations 4 . 5 are optimized for imaging (eg with LSM or MPI) and the others for microsurgery or material processing purposes (eg with multiphoton laser ablation), thereby allowing imaging and processing to be alternated or rapidly alternated by different fiber focusing optics units 45 or entire groups of them.

2.5 Vereinigung mehrerer Einzelfaser-Direkt-Scanner2.5 Combination of Multiple Single Fiber Direct Scanners

Durch Zusammenfügung von vorzugsweise gleichen Varianten des Direkt-Scanners gemäß den 1 bis 8, indem die Gehäuse 2 der Einzelfaser-Scanner starr miteinander verbunden werden (nicht separat gezeichnet), wird entweder die hochauflösend abtastbare Fläche des Objekts 1 vergrößert, z.B. paralleles MPI, oder ein Mehrkanalgerät geschaffen, z.B. OCT-Mehrkanal-Direkt-Scanner.By assembling preferably identical variants of the direct scanner according to the 1 to 8th by removing the case 2 the single-fiber scanners are rigidly connected (not drawn separately), either the high-resolution scannable surface of the object 1 enlarged, eg parallel MPI, or created a multi-channel device, eg OCT multichannel direct scanner.

11
Objektobject
22
Gehäusecasing
2'2 '
Gehäusedeckelhousing cover
2''2 ''
flexibler Schlauchflexible tube
33
Fensterwindow
44
Faserfiber
4545
Faser-Fokussieroptik-EinheitFiber focusing optics unit
55
Fokussieroptikfocusing optics
5'5 '
refraktives Halbkugelementrefractive Halbkugelement
5''5 ''
erste objektseitige GRIN-Linsefirst Object-side GRIN lens
5'''5 '' '
zweite GRIN-Linsesecond GRIN lens
5*5 *
DiffraktivoptikDiffraktivoptik
5**5 **
Umlenkelementdeflecting
66
Scan-AktuatorScan actuator
6'6 '
Piezo-ScannerPiezo Scanner
6''6 ''
elektrostatischer Aktuatorelectrostatic actuator
6'''6 '' '
elektromagnetischer Aktuatorelectromagnetic actuator
77
axial bewegliche Scannerhalterungaxial movable scanner holder
7'7 '
axial bewegliche Rahmenhalterungaxial movable frame support
7''7 ''
unbewegliche Rahmenhalterungimmovable frame bracket
88th
axiale Verstelleinheitaxial adjustment
8'8th'
ringförmige axiale Verstelleinheitannular axial adjustment
99
Vakuumleitungvacuum line
1010
Schichtelektrodenfilm electrodes
1111
dielektrische Schichtdielectric layer
1212
Leitungmanagement
1313
leitfähige Beschichtungconductive coating
1414
Permanentmagnetpermanent magnet
15, 1615 16
Induktivelementeinductive elements
17, 17', 17''17 17 ', 17' '
Photoempfängerphotoreceptor
18, 18', 18''18 18 ', 18' '
Filterkombinationfilter combination
1919
(flächenhafter) Bildsensor(Areal) image sensor
2020
zentraler Bereichcentrally Area
2121
mikrostrukturierter Bereichmicrostructured Area
2222
Mantelcoat
2323
äußere Beschichtungouter coating
2424
Faserhalterungfiber mount
2525
Versteifungselementestiffeners
2626
flexible Bandageflexible bandage

Claims (33)

Miniaturisierter optischer Kopf, insbesondere für endoskopische Anwendungen, bei dem eine optische Faser zur Zuführung einer Wirkungsstrahlung, eine Fokussieroptik zum lokalen Energieeintrag der Wirkungsstrahlung in ein Objekt, und eine Scaneinrichtung zum Ändern des Ortes des lokalen Energieeintrags in einem handlichen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Fokussieroptik durch ein Fenster im Gehäuse die Wirkungsstrahlung in das Objekt fokussiert, dadurch gekennzeichnet, dass – die optische Faser (4) mit ihrem im Gehäuse (2) befindlichen Ende starr mit der Fokussieroptik (5) verbunden ist und eine Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) bildet, mittels der die Wirkungsstrahlung in das Objekt (1) fokussiert ist, und – die Scaneinrichtung einen zweidimensional in einer Ebene beweglichen Scan-Aktuator (6) zur lateralen Bewegung der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) in unmittelbarer Nähe des Fensters (3) aufweist.Miniaturized optical head, in particular for endoscopic applications, in which an optical fiber for supplying an effect radiation, a focusing optics for local energy input of the effect radiation in an object, and a scanning device for changing the location of the local energy input are arranged in a handy housing, wherein the focusing optics focused by a window in the housing the effect radiation in the object, characterized in that - the optical fiber ( 4 ) with her in the housing ( 2 ) end rigidly with the focusing optics ( 5 ) and a fiber focusing optics unit ( 45 ), by means of which the effect radiation into the object ( 1 ), and - the scanning device has a scanning actuator which is movable in two dimensions in one plane ( 6 ) for the lateral movement of the fiber focusing optics unit ( 45 ) in the immediate vicinity of the window ( 3 ) having. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung weiterhin eine axial bewegliche Verstelleinheit (8) zur axialen Bewegung der Faser-Fokussier-Einheit (45) aufweist, wobei die Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) in der Verstelleinheit (8) axial fest eingespannt ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the scanning device further comprises an axially movable adjusting unit ( 8th ) for the axial movement of the fiber-focusing unit ( 45 ), wherein the fiber-focusing optics unit ( 45 ) in the adjustment unit ( 8th ) is clamped axially fixed. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scaneinrichtung eine bewegliche Verstelleinheit (8) zur axialen Bewegung der Faser (4) aufweist, wobei die Verstelleinheit (8) starr mit dem zweidimensionalen Scan-Aktuator (6) verbunden und der Scan-Aktuator (6) in einer axial beweglichen Scannerhalterung (7) befestigt ist.Arrangement according to Claim 2, characterized in that the scanning device has a movable adjusting unit ( 8th ) for the axial movement of the fiber ( 4 ), wherein the adjusting unit ( 8th ) rigidly with the two-dimensional scan actuator ( 6 ) and the scan actuator ( 6 ) in an axially movable scanner mount ( 7 ) is attached. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Scan-Aktuator (6) als Piezo-Scanner (6') ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the two-dimensional scan actuator ( 6 ) as a piezo scanner ( 6 ' ) is trained. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Scan-Aktuator (6) als elektrostatischer Scanner (6'') ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the two-dimensional scan actuator ( 6 ) as an electrostatic scanner ( 6 '' ) is trained. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrostatische Scanner (6'') an der Innenwand des Gehäuses (2) Schichtelektroden (10) und gegenüberliegend an der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) eine leitfähige Beschichtung (13) aufweist.Arrangement according to claim 4, characterized in that the electrostatic scanner ( 6 '' ) on the inner wall of the housing ( 2 ) Layer electrodes ( 10 ) and opposite the fiber focusing optics unit ( 45 ) a conductive coating ( 13 ) having. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweidimensionale Scan-Aktuator (6) als elektromagnetischer Scanner (6''') ausgebildet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the two-dimensional scan actuator ( 6 ) as an electromagnetic scanner ( 6 ''' ) is trained. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Scanner (6''') an der Innenwand des Gehäuses (2) schichtförmige Induktivelemente (15) und gegenüberliegend an der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) einen Permanentmagneten (14) aufweist.Arrangement according to claim 6, characterized in that the electromagnetic scanner ( 6 ''' ) on the inner wall of the housing ( 2 ) layer-shaped inductive elements ( 15 ) and opposite the fiber focusing optics unit ( 45 ) a permanent magnet ( 14 ) having. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Scanner (6''') an der Innenwand des Gehäuses (2) schichtförmige Induktivelemente (15) und gegenüberliegend an der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) Induktivelemente (16) aufweist.Arrangement according to claim 6, characterized in that the electromagnetic scanner ( 6 ''' ) on the inner wall of the housing ( 2 ) layer-shaped inductive elements ( 15 ) and opposite the fiber focusing optics unit ( 45 ) Inductive elements ( 16 ) having. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser (4) eine Double-Clad-Large-Area-Core-PCF ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the fiber ( 4 ) is a double-clad large area core PCF. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faser (4) eine Large-Area-Core-PCF ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the fiber ( 4 ) is a large area core PCF. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) rohrförmig ausgebildet und an dessen Stirnseiten durch einen Deckel (2') und ein Fenster (3) hermetisch abgedichtet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the housing ( 2 ) tubular and at its end faces by a cover ( 2 ' ) and a window ( 3 ) is hermetically sealed. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) um die Faser (4) herum mindestens ein Photoempfänger (17) zum direkten Aufnehmen der Objektreaktionsstrahlung angeordnet ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that in the housing ( 2 ) around the fiber ( 4 ) at least one photoreceiver ( 17 ) is arranged for directly recording the object reaction radiation. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoempfänger (17) mit einer optischen Filterkombination (18) versehen ist.Arrangement according to claim 12, characterized in that the photoreceiver ( 17 ) with an optical filter combination ( 18 ) is provided. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) um die Faser (4) herum mehrere Photoempfänger (17) zum direkten Aufnehmen unterschiedlicher Bestandteile von Objektreaktionsstrahlung angeordnet sind.Arrangement according to claim 12, characterized in that in the housing ( 2 ) around the fiber ( 4 ) around several photoreceivers ( 17 ) are arranged for directly receiving different components of object reaction radiation. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (2) mehrere Fasern (4) in einer Faserhalterung (24) parallel geführt sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that in the housing ( 2 ) several fibers ( 4 ) in a fiber holder ( 24 ) are guided in parallel. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (4) in einer flexiblen Bandage (26) eingebettet sind und Versteifungselemente (25) zur Schwingungsunterdrückung aufweisen.Arrangement according to claim 15, characterized in that the fibers ( 4 ) in a flexible bandage ( 26 ) are embedded and stiffening elements ( 25 ) for vibration suppression. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussieroptik (5) ein strahlungsumlenkendes Element (5') aufweist und am Gehäuse (2) seitlich ein Fenster (3) angeordnet ist, so dass die Anregungsstrahlung lateral aus der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) austritt und durch das seitlich angeordnete Fenster (3) auf das Objekt (1) fokussiert wird, wobei die Verstelleinheit (8) für eine erste laterale Scan-Dimension am Objekt (1) und der Scan-Aktuator (6) für eine zweite laterale Scan-Dimension sowie den Tiefenscan im Objekt (1) vorgesehen sind.Arrangement according to claim 2, characterized in that the focusing optics ( 5 ) a radiation-redirecting element ( 5 ' ) and on the housing ( 2 ) side a window ( 3 ) is arranged so that the excitation radiation laterally from the fiber-focusing optics unit ( 45 ) and through the laterally arranged window ( 3 ) on the object ( 1 ), wherein the adjustment unit ( 8th ) for a first lateral scan dimension on the object ( 1 ) and the scan actuator ( 6 ) for a second lateral scan dimension as well as the depth scan in the object ( 1 ) are provided. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen abgeflachten rohrförmigen Querschnitt aufweist, wobei das seitliche Fenster (3) an einer abgeflachten Seite des Gehäuses (2) angebracht und zusammen mit stirnseitigen Deckeln (2') das Gehäuse (2) hermetisch abgedichtet ist.Arrangement according to claim 17, characterized in that the housing ( 2 ) has a flattened tubular cross-section, wherein the side window ( 3 ) on a flattened side of the housing ( 2 ) and together with end covers ( 2 ' ) the housing ( 2 ) is hermetically sealed. Anordnung nach Anspruch 11 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen quadratischen Querschnitt aufweist.Arrangement according to claim 11 or 18, characterized in that the housing ( 2 ) has a square cross-section. Anordnung nach Anspruch 11 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das hermetisch abgedichtete Gehäuse (2) evakuiert ist.Arrangement according to claim 11 or 18, characterized in that the hermetically sealed housing ( 2 ) is evacuated. Verfahren zur Erzeugung hochauflösender mikroskopischer Abbildungen, gekennzeichnet durch die Schritte gepulstes Einstrahlen fokussierter Anregungsstrahlung auf ein Objekt zur Auslösung einer Objektreaktionsstrahlung (1) mittels einer Faser-Fokussieroptik-Einheit (45), bestehend aus einer optischen Faser (4) und einer mit deren Ende starr verbundenen Fokussieroptik (5), und mindestens zweidimensionale Scanbewegung des distalen Endes der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) zur sukzessive veränderten Ausrichtung der Anregungsstrahlung und örtlich zugeordneten hochauflösend abgetasteten Aufnahme von Objektreaktionsstrahlung des orthogonal vor dem distalen Ende der Fokussieroptik (5) vorliegenden Objekts (1).Method for generating high-resolution microscopic images, characterized by the steps of pulsed irradiation of focused excitation radiation onto an object for triggering an object reaction radiation ( 1 ) by means of a fiber focusing optics unit ( 45 ), consisting of an optical fiber ( 4 ) and with its end rigidly connected focusing optics ( 5 ), and at least two-dimensional scanning movement of the distal end of the fiber-focusing optics unit ( 45 ) for the successively changed alignment of the excitation radiation and spatially associated high-resolution scanned recording of object reaction radiation of the orthogonal in front of the distal end of the focusing optics ( 5 ) present object ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter zu dem zweidimensionalen Scanbewegung orthogonaler Scanvorgang durch axiales Bewegen der Faser (4) erfolgt zur Veränderung der Tiefe einer aus dem zweidimensionalen Scanbewegung erzeugten Bildaufnahme der Objektreaktionsstrahlung in einer durch die Fokussieroptik (5) vorgegebenen Objektebene (25).A method according to claim 21, characterized in that a third scan orthogonal to the two-dimensional scanning movement is carried out by axially moving the fiber ( 4 ) takes place to change the depth of an image acquisition of the ob generated from the two-dimensional scan movement jektreaktionsstrahlung in one by the focusing optics ( 5 ) predetermined object level ( 25 ). Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten (45) simultan eine mehrkanalige Abtastung des Objekts (1) durchgeführt wird.A method according to claim 21, characterized in that by a kind of fiber bundle of a plurality of fiber focusing optics units ( 45 ) simultaneously a multi-channel scanning of the object ( 1 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten (45) eine Mehrkanal-Scan-Bildaufnahme (Multi-Channel Scanning Imaging) durchgeführt wird.A method according to claim 23, characterized in that by a kind of fiber bundle of a plurality of fiber-focusing optics units ( 45 ) a multi-channel scan imaging (Multi-Channel Scanning Imaging) is performed. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten (45) eine Direkt-Multiphotonen-Tomographie durchgeführt wird.A method according to claim 23, characterized in that by a kind of fiber bundle of a plurality of fiber-focusing optics units ( 45 ) a direct multiphoton tomography is performed. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten (45) verschiedene Abbildungs- und Messverfahren simultan durchgeführt werden.A method according to claim 23, characterized in that by a kind of fiber bundle of a plurality of fiber-focusing optics units ( 45 ) Various imaging and measuring methods are carried out simultaneously. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Art Faserbündel aus mehreren Faser-Fokussieroptik-Einheiten (45) Abbildungs- und Bearbeitungsfunktionen des Objekts (1) quasi-simultan durchgeführt werden, indem die Anregungsstrahlung durch Parameteränderung zur Gewebebearbeitung eingesetzt wird.A method according to claim 23, characterized in that by a kind of fiber bundle of a plurality of fiber-focusing optics units ( 45 ) Mapping and editing functions of the object ( 1 ) are carried out quasi-simultaneously by the excitation radiation is used by parameter change for tissue processing. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Bündelung von mehreren Einzelfaser-Direkt-Scannern am Objekt (1) großflächig parallele Mehrkanalabtastungen nach mindestens einem der Verfahren Multiphotonenimaging (MPI), ortsaufgelöste Spektralanalyse oder optisch-kohärente Tomograpie (OCT) durchgeführt werden.A method according to claim 21, characterized in that by bundling a plurality of single-fiber direct scanners on the object ( 1 ) large-scale parallel multi-channel scans after at least one of the methods multiphoton imaging (MPI), spatially resolved spectral analysis or optical coherent tomography (OCT) are performed. Verfahren nach Anspruch 22 gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Umschaltung der Anregungsstrahlung zu einer leistungserhöhten Wirkungsstrahlung, – gepulstes Einstrahlen der mittels der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) fokussierten Wirkungsstrahlung in das Objekt (1) zur Auslösung von lokalen Gewebeveränderungen und – definierte Bewegung des distalen Endes einer Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) zur Ausführung dreidimensionaler Gewebebearbeitungsschritte im Objekt (1).Method according to Claim 22, characterized by the further steps of: switching the excitation radiation to a power-enhanced radiation effect, pulsed irradiation of the radiation by means of the fiber-focusing optical unit 45 ) focused effect radiation into the object ( 1 ) for triggering local tissue changes and - defined movement of the distal end of a fiber-focusing optics unit ( 45 ) for performing three-dimensional tissue processing steps in the object ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet dadurch, dass die Umschaltung zur Einstrahlung der leistungserhöhten Wirkungsstrahlung zur Gewebebearbeitung des Objekt (1) im Wechsel mit dem gescannten Einstrahlen leistungsverminderter Anregungsstrahlung zur ortsauflösenden Bildaufnahme von Objektreaktionsstrahlung.A method according to claim 29, characterized in that the switching to the irradiation of the power increased effect radiation for tissue processing of the object ( 1 ) in alternation with the scanned irradiation of power-reduced excitation radiation for spatially resolving image recording of object reaction radiation. Verfahren zur Erzeugung mikroskopischer Bearbeitungschritte in einem Objekt, insbesondere für mikro- und nanochirurgische Anwendungen, gekennzeichnet durch die Schritte – gepulstes Einstrahlen fokussierter Wirkungsstrahlung in ein Objekt (1) zur Auslösung von lokalen Gewebeveränderungen mittels einer Faser-Fokussieroptik-Einheit (45), bestehend aus einer optischen Faser (4) und einer mit deren Ende starr verbundenen Fokussieroptik (5), die in einer Scaneinrichtung (6) gehaltert ist, und – mindestens zweidimensionale definierte laterale Bewegung des distalen Endes einer Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) mittels einer Scaneinrichtung (6) zur Ausführung von örtlich begrenzten Gewebebearbeitungsschritten am vorliegenden Objekt (1) mittels der eingestrahlten Wirkungsstrahlung.Method for producing microscopic processing steps in an object, in particular for micro- and nanosurgical applications, characterized by the steps - pulsed irradiation of focused effect radiation into an object ( 1 ) for triggering local tissue changes by means of a fiber-focusing optics unit ( 45 ), consisting of an optical fiber ( 4 ) and with its end rigidly connected focusing optics ( 5 ) stored in a scanning device ( 6 ), and - at least two-dimensional defined lateral movement of the distal end of a fiber-focusing optics unit ( 45 ) by means of a scanning device ( 6 ) for performing localized tissue processing steps on the subject object ( 1 ) by means of the radiated effect radiation. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Faser-Fokussieroptik-Einheit (45) in einer dritten zu der zweidimensionalen Bewegung orthogonalen Bewegungsdimension durch eine axiale Verstelleinheit (8) gesteuert bewegt wird.A method according to claim 31, characterized in that the end of the fiber-focusing optics unit ( 45 ) in a third movement dimension orthogonal to the two-dimensional movement by an axial adjustment unit ( 8th ) is moved under control.
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