DE10153104B4 - Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources - Google Patents

Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources Download PDF

Info

Publication number
DE10153104B4
DE10153104B4 DE2001153104 DE10153104A DE10153104B4 DE 10153104 B4 DE10153104 B4 DE 10153104B4 DE 2001153104 DE2001153104 DE 2001153104 DE 10153104 A DE10153104 A DE 10153104A DE 10153104 B4 DE10153104 B4 DE 10153104B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
glass fiber
measuring device
fiber bundles
filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE2001153104
Other languages
German (de)
Other versions
DE10153104A1 (en
Inventor
Helmut Dr. Tüg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Original Assignee
Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung filed Critical Alfred Wegener Insitut fuer Polar und Meeresforschung
Priority to DE2001153104 priority Critical patent/DE10153104B4/en
Publication of DE10153104A1 publication Critical patent/DE10153104A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10153104B4 publication Critical patent/DE10153104B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0418Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using attenuators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0455Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings having a throughhole enabling the optical element to fulfil an additional optical function, e.g. a mirror or grating having a through-hole for a light collecting or light injecting optical fibre
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/763Bioluminescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/0266Field-of-view determination; Aiming or pointing of a photometer; Adjusting alignment; Encoding angular position; Size of the measurement area; Position tracking; Photodetection involving different fields of view for a single detector
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/0271Housings; Attachments or accessories for photometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/029Multi-channel photometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0488Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Lichtmessvorrichtung (1) zur ortsaufgelösten Detektion von schwachen Lichtquellen mittels einer abbildenden Glasfaseroptik (2) mit mehreren Glasfaserbündeln (3), deren Lichteingänge (4) an den einzelnen Messorten und deren Lichtausgänge (5) in einem zentralen Photodetektor (6) enden, der als photonenzählende, mehrstufige Multikanalplatte (26) mit einer Photokathode (27) ausgebildet ist, und einer Auswertungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteingänge (4) der Glasfaserbündel (3) in einer räumlichen Anordnung gleichmäßig einer geschlossenen Kugeloberfläche (10) mit in Abhängigkeit von den räumlichen Erfassungswinkeln (α) der Glasfaserbündel (3) gewählten Abständen zugeordnet sind, wobei die Gesamtheit aller räumlichen Erfassungswinkel α die Kugeloberfläche (10) vollständig überdeckt, und dass 32 Glasfaserbündel (3) vorgesehen sind, die einen Erfassungswinkel (α) in einem Bereich von 20° aufweisen und die mit ihren Lichteingängen (4) zentral in den ebenen Flächen (7, 8) eines in die Kugeloberfläche (10) eingeschriebenen regelmäßigen Polyeders (9) in der Form eines abgestumpften Ikosaeders aus 12 Fünfecken (7) und 20 Sechsecken (8) als Hilfskonstruktion zur...Light measuring device (1) for spatially resolved Detection of weak light sources by means of an imaging glass fiber optic (2) with multiple fiber bundles (3), whose light inputs (4) at the individual measuring locations and their light outputs (5) in a central photodetector (6) ending up as a photon counting, Multi-stage multi-channel plate (26) formed with a photocathode (27) is, and an evaluation unit, characterized in that the light inputs (4) the glass fiber bundle (3) in a spatial Arrangement evenly one closed sphere surface (10) with depending from the spatial Detection angles (α) the glass fiber bundle (3) elected intervals are assigned, wherein the totality of all spatial coverage angle α the spherical surface (10) completely covered, and that 32 glass fiber bundles (3) are provided which a detection angle (α) in a Range of 20 ° and those with their light inputs (4) centrally in the flat areas (7, 8) one in the spherical surface (10) inscribed regular polyhedron (9) in the form of a truncated icosahedron of 12 pentagons (7) and 20 hexagons (8) as an auxiliary construction ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtmessvorrichtung zur ortsaufgelösten Detektion von schwachen Lichtquellen mittels einer abbildenden Glasfaseroptik mit mehreren Glasfaserbündeln, deren Lichteingänge an den einzelnen Messorten und deren Lichtausgänge in einem zentralen Photodetektor enden, und einer Auswertungseinheit.The The invention relates to a light measuring device for spatially resolved detection from weak light sources by means of an imaging glass fiber optic with several fiber bundles, their light inputs at the individual measuring locations and their light outputs in a central photodetector end, and an evaluation unit.

Zu den schwachen Lichtquellen zählen sowohl periodische und stochastische lichtveränderliche Phänomene im Weltraum als auch eine Reihe von Lichtquellen in den Tiefen der Ozeane. Hierbei kann es sich insbesondere um Biolumineszenz oder um Cerenkovstrahlung handeln. Letztere wird hauptsächlich durch radioaktive Teilchen und atmosphärische Myonen im Wasser erzeugt. In der Forschung ist die Intensität und die räumliche Verteilung von auftretenden schwachen Lichtquellen von besonderem Interesse.To counting the weak light sources both periodic and stochastic light - changing phenomena in the Space as well as a series of light sources in the depths of the Oceans. This may be in particular bioluminescence or to Cerenkov radiation act. The latter is mainly due to radioactive particles and atmospheric Myons generated in the water. In research is the intensity and the spatial Distribution of occurring weak light sources of particular interest.

Auf dem Gebiet der Weltraumforschung ist aus dem Aufsatz „Entwicklung eines Unterwasser-Neutrinodetektors" (vgl. „Forschungsthemen DESY-Zeuthen" aus DESY, Wissenschaftlicher Jahresbericht 1995, Seiten 165–167) ein Unterwasser-Neutrinodetektor bekannt, mit dem die von Sekundärteilchen, die bei einer seltenen Reaktion von hochenergetischen Weltraum-Neutrinos entstehen, erzeugte Cerenkovstrahlung nachweisbar ist. Das Licht wird dazu in einer Vielzahl (in Planung 4.800, vgl. wysiwig://29/http://www.wissenschaft.de/ sixcms/detail.php?id=7730, Seite 1, Stand 28.03.01) von räumlich verteilten Photomultipliern registriert, die in druckfesten Glaskugeln untergebracht und in großer Wasser- oder Eistiefe angeordnet werden. Aus den Ankunftszeiten und den Amplituden wird die Bahn der Sekundärteilchen (i.a. Myonen) rekonstruiert. Die Signatur von Sekundärteilchen aus Neutrino-Reaktionen besteht aus ihrer Richtung: sie durchqueren den Photodetektor von unten kommend, da die gesuchten Weltraum-Neutrinos zuvor die Erde als Filter durchtunneln müssen. Wichtig für die Neutrino-Identifizierung ist daher eine möglichst fehlerfreie Rekonstruktion des Zenithwinkels der sekundären Myonen, um diese von den von oben aus der Atmosphäre kommenden, sehr viel häufiger auftretenden Myonen unterscheiden zu können. Aus einem Vortrag von G. van Aller auf der Frühjahrstagung der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft (vgl. G. van Aller et al., Tagungsband der Frühjahrstagung der Schweizerischen Physikalischen Gesellschaft, veröffentlicht in Helv. Phys. Acta 59 (1986), Seiten 1119–1133, Auszug Kapitel 1 und 2) ist der Aufbau der einzelnen optischen Module näher bekannt, bei denen die obere Hälfte der druckfesten Auftriebskugel innen mit einer großflächigen Photokathode ausgelegt ist. Dadurch wird zwar eine besonders hohe Empfindlichkeit erreicht, es wird jedoch auch ein hoher Dunkelstrom bzw. ein hohes elektronisches Rauschen registriert.On The field of space research is from the essay "Development an underwater neutrino detector "(see" Research topics DESY-Zeuthen "from DESY, Wissenschaftlicher Annual Report 1995, pages 165-167) an underwater neutrino detector is known with which of secondary particles, in a rare reaction of high-energy space neutrinos arise, generated Cerenkov radiation is detectable. The light is doing so in a variety (in planning 4,800, see Wysiwig: // 29 / http: //www.wissenschaft.de/ sixcms / detail.php? id = 7730, page 1, stand 28.03.01) of spatially distributed Photomultipliern registered, which housed in pressure-resistant glass balls and in big Water or ice depth can be arranged. From the arrival times and the amplitudes, the path of the secondary particles (i.a. Myonen) is reconstructed. The signature of secondary particles Neutrino reactions consist of their direction: they traverse The photodetector coming from below, because the sought-after space neutrinos previously have to tunnel through the earth as a filter. Important for neutrino identification is therefore one possible error-free reconstruction of the zenith angle of the secondary muons these are from the much more common muons coming from the atmosphere to be able to distinguish. From a lecture by G. van Aller at the Spring Meeting of the Swiss Physical Society (see G. van Aller et al., Proceedings the Spring Conference Swiss Physical Society, published in Helv. Phys. Acta 59 (1986), pages 1119-1133, Excerpt Chapter 1 and 2) is the structure of the individual optical modules closer known, where the top half the pressure-resistant buoyancy sphere inside with a large-area photocathode is designed. Although this is a particularly high sensitivity reached, but it is also a high dark current or a high registered electronic noise.

Auf dem Gebiet der Biolumineszenzforschung ist ein Tiefseephotometer (HIDEX-BP – „high intake defined excitation bathyphotometer") aus dem Aufsatz „Scales of measurements and methods of calibration" bekannt (vgl. Workshop-Abstracts, E.A.Widder, http://lifesci.uscb.edu/~biolum/sdworkshop/ widderabs.html, Stand 12.10.2001). Bei diesem computerunterstützten Tiefseephotometer handelt es sich um eine röhrenförmige Messapparatur (vgl. 2), in der Organismen in der eintretenden Strömung durch Auftreffen auf ein Stimulierungsgitter Biolumineszenz erzeugen. Diese wird von einer abbildenden Faseroptik aus mehreren Glasfaserbündeln registriert, deren Lichteingänge in optischen Fenstern entlang einer axialen Linie der lichtaufnehmenden Röhre enden sind. Damit kann mit der bekannten Messapparatur quantitativ Biolumineszenz in der Tiefsee nachgewiesen werden. Eine Ortsauflösung beschränkt sich grob auf den Aufenthaltsort der Messapparatur. Eine Ortauflösung einzelner Lichtereignisse im Raum kann mit dieser bekannten Apparatur nicht erfolgen.In the field of bioluminescence research, a deep-sea photometer (HIDEX-BP - "high intake defined excitation bathyphotometer") from the article "Scales of measurements and methods of calibration" is known (see Workshop Abstracts, EAWidder, http: //lifesci.uscb .edu / ~ biolum / sdworkshop / widderabs.html, as of 12.10.2001). This computer-aided deep-sea photometer is a tubular measuring apparatus (cf. 2 ) in which organisms produce bioluminescence in the incoming flow by hitting a stimulation grid. This is registered by an imaging fiber optic of several fiber optic bundles whose light inputs in optical windows along an axial line of the light-receiving tube ends. Thus, quantitatively bioluminescence in the deep sea can be detected with the known measuring apparatus. A spatial resolution is roughly limited to the location of the measuring apparatus. A spatial resolution of individual light events in space can not be done with this known apparatus.

Auf dem Gebiet der Bildprojektion ist aus der DE 32 26 015 A1 eine Anordnung von Lichtleitern auf einem Kugelsektor nach Art eines Weitwinkelobjektivs zur Abbildung einer dreidimensionalen Raumszene auf eine zweidimensionale Ebene mit möglichst geringer Verzeichnung und guter Auflösung bekannt. Dazu ist in einem halbschaligen Kugelsektor, der bei Bedarf auch größer sein kann, eine Vielzahl von Lichtleitern gleichmäßig verteilt angeordnet, die die Szene möglichst lückenfrei erfassen sollen. Die Lichtleiter werden aus dem nach unten offenen Kugelsektor heraus- und einer Abbildungsebene und einer dieser nachgeschalteten Elektronik zugeführt. Eine Realisation einer geschlossenen Kugel mit einer Integration aller Komponenten ist schon aus konstruktiven Gründen hier nicht möglich. Weiterhin werden keine einzelnen Lichtereignisse mit Hilfe eines zentralen Detektors gezählt, es ist lediglich die Erfassung einer Einstrahlrichtung mit Hilfe einer Bildaufnahmeanordnung möglich. Außerdem wird über die Erreichung der gleichmäßig verteilten Positionierung der Lichtleiter im Kugelsektor keine Angabe gemacht, da eine hochgenaue Ortsauflösung wie bei der Erfindung zur räumlichen Registrierung einzelner Photonen nicht erforderlich ist.In the field of image projection is from the DE 32 26 015 A1 an arrangement of optical fibers on a spherical sector in the manner of a wide-angle lens for imaging a three-dimensional spatial scene on a two-dimensional plane with the least possible distortion and good resolution known. For this purpose, in a half-shell ball sector, which can be larger if necessary, arranged a plurality of optical fibers evenly distributed, which should capture the scene as completely as possible. The optical fibers are fed out of the downwardly open spherical sector and onto an imaging plane and one of these downstream electronics. A realization of a closed ball with an integration of all components is not possible here for design reasons. Furthermore, no individual light events are counted by means of a central detector, it is only possible to detect an irradiation direction with the aid of an image recording arrangement. In addition, no indication is given of the achievement of uniformly distributed positioning of the optical fibers in the sphere sector, since a highly accurate spatial resolution as in the invention for the spatial registration of individual photons is not required.

Eine ähnliche aufgebaute Vorrichtung zur permanenten Erfassung der Strahlungsdichte von diffusem Tageslicht (Pyranometer) ist aus der DE 197 33 383 A1 bekannt, die eine Kugelkappe mit plan in die Oberfläche integrierten optischen Lichtempfängern umfasst, die über Glasfasern mit einer zentral angeordneten gemeinsamen Photodiode verbunden sind. Die Kugelkappe ist als Halbschale ausgebildet und ruht auf einer massiven Sockelplatte. Nach oben wird sie von einer gegen die Sockelplatte abgedichteten Schutzhaube gegen Wettereinflüsse geschützt. Die Schutzhaube mag zwar nur einen geringen Einfluss auf das einfallende diffuse Tageslicht haben, auf einzelne Lichtereignisse wirkt sie sich aber mit Sicherheit durch Absorption und Ablenkung negativ aus. Mit dem Pyranometer werden jedoch auch keine einzelnen Lichtereignisse gezählt, sondern die Einstrahldichte des diffusen Tageslichts mit Hilfe einer Photodiode und einer nachgeschalteten Sammellinse erfasst. Außerdem wird über die Erreichung der gleichmäßig verteilten Positionierung der Lichtleiter im Kugelsektor keine Angabe gemacht, da eine hochgenaue Ortsauflösung zur räumlichen Registrierung einzelner Photonen nicht erforderlich ist. Es wird lediglich ausgeführt, dass der räumliche (polare) Abstand der Lichtempfänger zueinander so gewählt ist, dass sie statistisch gleich verteilt über der Oberfläche der Kugelkappe angeordnet sind und somit das einfallende diffuse Licht in seiner Einstrahldichte sphärisch flächendeckend erfasst wird.A similar built-up device for permanent detection of the radiation density of diffused daylight (pyranometer) is from the DE 197 33 383 A1 known which comprises a spherical cap with surface optical light receivers integrated into the surface, which has glass fibers with a central arranged common photodiode are connected. The ball cap is designed as a half shell and rests on a solid base plate. It is protected from the weather by a protective hood sealed against the base plate. Although the protective hood may only have a minor influence on the incident daylight, it certainly has a negative effect on individual light events due to absorption and distraction. With the pyranometer, however, no individual light events are counted, but the irradiation density of the diffuse daylight is detected by means of a photodiode and a downstream converging lens. In addition, no indication is given of the achievement of the uniformly distributed positioning of the light guides in the sphere sector, since a highly accurate spatial resolution for the spatial registration of individual photons is not required. It is merely stated that the spatial (polar) distance of the light receivers from each other is chosen such that they are arranged statistically evenly distributed over the surface of the spherical cap and thus the incident diffuse light is detected in its sphere density spherical coverage.

Wiederum auf dem Gebiet der Weltraumforschung ist aus dem Aufsatz „Das Mehr-Kanal-Spektralphotometer MEKASPEK" von K.-H. Mantel, Universitäts sternwarte München, Deutschland (vgl. http://bigbang.usm.unimuenchen.de:8002/USM/WDST/inst/meka/index german.html, Seiten 1–21, Stand 09.07.2001) zur Untersuchung veränderlicher Sterne ein in seinen Abmaßen bereits relativ kompaktes Mehr-Kanal-Spektralphotometer bekannt, mit dem örtlich und spektral aufgelöste Messungen von Helligkeitsveränderungen auf sehr kurzen Zeitskalen mit hoher Genauigkeit durchführbar sind. Dazu leiten vier, eine Vielzahl von einzelnen Glasfasern umfassende Glasfaserbündel, die in der Fokalebene eines Teleskops rechnergesteuert auf das Messobjekt, zwei Vergleichsobjekte und den Himmelshintergrund justiert sind, die jeweils empfangenen Lichtsignale in einen Doppel-Prismenspektrographen. Dort wird das Licht spektral zerlegt und auf die Photokathode eines zweidimensionalen, photonenzählenden Detektors abgebildet. Die über den Photoeffekt entstehenden Elektronen werden mit Hilfe einer Kaskade von 5 Mikrokanalplatten verstärkt und auf eine Widerstandsanode geleitet. Ein VME-Bus-Rechnersystem wird zur Registrierung und Auswertung der Messdaten verwendet. Zur Auswahl der Objekte und zur Nachführung des Teleskops während der Beobachtung wird eine CCD-Kamera mit Bildverstärker eingesetzt. Die Glasfaserbündel weisen kreisförmige Lichteingänge und rechteckige, an den Eingangsgalt des Spektrographen angepasste Lichtausgänge auf.In turn in the field of space research is from the article "The multi-channel spectrophotometer MEKASPEK "by K.-H. Mantel, University Observatory Munich, Germany (see http://bigbang.usm.unimuenchen.de:8002/USM/WDST/inst/meka/index german.html, pages 1-21, Stand 09.07.2001) to investigate variable stars in his dimensions already relatively compact multi-channel spectrophotometer known with the local and spectrally resolved Measurements of brightness changes very short time scales with high accuracy are feasible. To this end, four, a variety of individual glass fibers comprehensive Glass fiber bundles, the in the focal plane of a telescope computer-controlled on the measurement object, two comparison objects and the sky background are adjusted, the respective received light signals in a double-prism spectrograph. There, the light is spectrally decomposed and onto the photocathode of a two-dimensional, photon counting Detector shown. The over the Photoelectric resulting electrons are using a cascade reinforced by 5 microchannel plates and directed to a resistance anode. A VME bus computer system is registering and evaluation of the measured data used. To select the objects and for tracking of the telescope during The observation uses a CCD camera with image intensifier. The glass fiber bundles point circular light inputs and rectangular, adapted to the input law of the spectrograph light output on.

Bei dieser bekannten Lichtmessvorrichtung, von der für die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgegangen wird, ist entsprechend der Fokalebene nur ein kleiner Raumwinkel erfassbar. Es können nur solche Objekte detektiert werden, die zuvor durch Beobachtung genau lokalisiert wurden, sodass die vier lichteinfangenden Glasfaserbündel entsprechend justiert werden müssen. Während der Messung sind ständig Nachjustagen erforderlich, wenn die zu messenden Objekte den jeweiligen Erfassungsbereich der einzelnen Glasfaserbündel verlassen. Eine allgemeine Ortsauflösung zur freien Lichtdetektion im gesamten Raum ist mit der bekannten Messvorrichtung nicht möglich. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, eine Messvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Ortsauflösung im kompletten 4π-Raum erreicht wird. Dabei sollen auch sich bewegende Objekte kontinuierlich detektierbar sein. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung soll kompakt und unempfindlich in ihrem Aufbau sein. Eine einfache Herstellung und Handhabung sollen gewährleistet sein.at this known light measuring device, of which for the present invention as nearest State of the art is assumed, according to the focal plane only a small solid angle detectable. Only such objects can be detected that were previously accurately located by observation so the four light-trapping glass fiber bundles adjusted accordingly Need to become. While the measurement are constant Adjustments required if the objects to be measured are the respective ones Exit the detection range of the individual fiber optic bundles. A general spatial resolution For free light detection throughout the room is familiar with the Measuring device not possible. The The object underlying the present invention is therefore therein to see, a measuring device of the type mentioned in such a way that a spatial resolution in the complete 4π space is reached. It should also be moving objects continuously be detectable. The measuring device according to the invention should be compact and be insensitive in their construction. A simple production and handling should be guaranteed be.

Als Lösung ist bei einer Lichtmessvorrichtung der eingangs beschriebenen, gattungsgemäßen Art deshalb erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lichteingänge der Glasfaserbündel in einer räumlichen Anordnung gleichmäßig einer geschlossenen Kugeloberfläche mit in Abhängigkeit von den räumlichen Erfassungswinkeln α der Glasfaserbündel gewählten Abständen zugeordnet sind, wobei die Gesamtheit aller räumlichen Erfassungswinkel α die Kugeloberfläche vollständig überdeckt.When solution is in a light measuring device of the type described above, generic type Therefore provided according to the invention, that the light inputs the glass fiber bundle in a spatial Arrangement evenly one closed sphere surface with in dependence from the spatial Detection angles α the glass fiber bundle selected intervals are assigned, wherein the totality of all spatial coverage angle α completely covers the spherical surface.

Bei der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung wird der Messraum auf eine Kugeloberfläche mit der Einheitsoberfläche 4π übertragen. Um den gesamten Messraum vollständig erfassen zu können, wird dieser nunmehr in eine Anzahl möglichst gleichgroßer Einzelflächen gleichmäßig aufgeteilt. Die Größe der Einzelflächen hängt dabei vom räumlichen Erfassungswinkel α ab, den jedes zentral in den Einzelflächen mit seinem Lichteingang geführte Glasfaserbündel aufweist. In einer bereits geringen Entfernung zur Kugeloberfläche ergibt sich ein lückenlose Aneinanderreihung aller Erfassungsbereiche. Die Unter- bzw. Überdeckung der einzelnen Erfassungsbereiche vor bzw. hinter der optimalen Entfernung kann bei der Messauswertung kompensiert werden. Eine Überdeckung der Erfassungsbereiche führt zu einer gleichzeitigen Detektion eines Lichtpulses durch zwei oder mehr Glasfaserbündel. Dies kann zur Bestimmung der Entfernung des Lichtereignisses verwendet werden. Insgesamt ist eine in Abhängigkeit vom gewählten Erfassungswinkel α genau bestimmte Anzahl von Einzelflächen definiert, mit denen der 4π-Raum vollständig erfassbar ist. Jedes im Raum auftretende Lichtereignis wird sicher von einem Glasfaserbündel eingefangen und zur Photonenmessung weitergeleitet. Durch die Kenntnis des Lagewinkels des jeweils lichtsendenden Glasfaserbündels ist neben einer Aussage über die Lichtintensität auch sofort eine Aussage über den Winkelauftrittsort des aufgetretenen Lichtereignisses möglich. Somit können mit der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung mit hoher Empfindlichkeit und Ortsauflösung Lichtereignisse von schwachen Lichtquellen im gesamten 4π-Raum um die Glasfaseroptik einfach und zuverlässig detektiert werden.In the light measuring device according to the invention, the measuring space is transferred to a spherical surface with the unit surface 4π. In order to fully capture the entire measuring space, it is now evenly divided into a number of individual areas of the same size. The size of the individual surfaces depends on the spatial coverage angle α, which has each guided centrally in the individual areas with its light entrance glass fiber bundle. At an already short distance from the surface of the sphere, there is a complete juxtaposition of all detection ranges. The under- or overlapping of the individual detection ranges before and after the optimal distance can be compensated during the measurement evaluation. An overlap of the detection areas leads to a simultaneous detection of a light pulse through two or more fiber optic bundles. This can be used to determine the removal of the light event. Altogether, a number of individual surfaces which are precisely determined as a function of the selected detection angle α is defined, with which the 4π space can be completely detected. Everybody in the Space incident light event is safely captured by a fiber optic bundle and forwarded to the photon measurement. By knowing the positional angle of the respective light-emitting fiber-optic bundle, in addition to a statement about the light intensity, it is also possible to make an immediate statement about the angular occurrence location of the light event that has occurred. Thus, with the light measuring device according to the invention with high sensitivity and spatial resolution light events of weak light sources in the entire 4π space can be detected easily and reliably around the optical fiber optics.

Für die Zuordnung der Glasfaserbündel zu einer geschlossenen Kugeloberfläche als Projektion des vollständigen 4π-Raumes können diese beispielsweise direkt in die Oberfläche einer Kugel integriert sein. Dabei wird ihr gegenseitiger Abstand vom Erfassungswinkel α festgelegt. Je kleiner dieser ist, desto enger sind die Glasfaserbündel zu positionieren und desto mehr Glasfaserbündel sind erforderlich. Außerdem ist die Realisierung einer symmetrischen Anordnung auf einer Kugeloberfläche äußerst schwierig. Gäbe es Glasfaserbündel mit einem Erfassungswinkel α von 2π, wären hingegen nur 6 Glasfaserbündel erforderlich, die in die Flächen eines Würfels integriert sind. Derartige Erfassungswinkel α sind aber derzeit nicht realisierbar. Eine annähernd symmetrische Verteilung einer immer noch relativ geringen Anzahl von Glasfaserbündeln kann aber erreicht werden, wenn nach einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung 32 Glasfaserbündel vorgesehen sind, die einen Erfassungswinkel α in einem Bereich von ±20° aufweisen und die mit ihren Lichteingängen zentral in den ebenen Flächen eines in die projizierte Kugeloberfläche eingeschriebenen regelmäßigen Polyeders in der Form eines Bucky Balls aus 12 Fünfecken und 20 Sechsecken geführt sind. Der aus der Fullerenchemie bekannte Bucky Ball als dritte Erscheinungsform des Kohlenstoffs beschreibt eine Struktur, wie sie beispielsweise auch von einem Fußball bekannt ist. Im Unterschied hierzu sind die Einzelflächen jedoch eben und nicht gerundet. Trotzdem wird mit dem Bucky Ball bei der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung eine gute Annäherung an eine Kugeloberfläche erreicht, da die Glasfaserbündel in flächenzentralen Bohrungen so geführt werden, dass sie die projizierte (oder reale) Kugeloberfläche (bzw. deren Innenfläche) erreichen. Der Abstand zwischen den ebene Flächen des Bucky Balls und der ihn umschreibenden Kugel wird somit ausgeglichen. Ein Erfassungswinkel α in einem Bereich von ±20°, insbesondere ±20,7°, ist ein für gebräuchliche Glasfaserbündel üblicher Wert. Eine Verteilung von 32 derartigen Glasfaserbündeln in Ausrichtung auf die Zentren der sich abwechselnden Fünf- und Sechsecke des Bucky Balls gewährleistet damit in einfacher Weise in einem nur relativ geringen Abstand zur Kugeloberfläche bereits eine vollständige, optimale Erfassung des 4π-Raumes mit einer relativ geringen Anzahl von Glasfaserbündeln, sodass auch der Aufwand bei der Auswertung der Messergebnisse moderat ist. Durch die Positionierung der Lichteingänge der Glasfaserbündel zentral in den einzelnen Flächen des Bucky Balls, der damit als Hilfskonstruktion zur Fixierung der Lichteingänge anzusehen ist, wird eine weitgehend symmetrische Anordnung der einzelnen Glasfaserbündel mit nahezu konstanten Abständen zueinander erreicht. Dabei wird die Montage und Wartung noch vereinfacht, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung der Polyeder in Form eines Bucky Balls in zwei symmetrische Hälften mit je 16 Teilflächen aufgeteilt ist. Diese lassen sich in einfacher Weise von innen her mit den Glasfaserbündeln bestücken und dann zusammenfügen, wobei nur eine einzige Datenleitung aus dem Innern herausgeführt werden muss. Die Einzelflächen des Bucky Balls können transparent sein, um einen einfachen Einblick in das Innere zu ermöglichen. Sie können aber auch lichtundurchlässig sein, wodurch Fehlmessungen durch Störlicht vermieden werden.For the assignment the glass fiber bundle to a closed spherical surface as a projection of the complete 4π-space they can for example, integrated directly into the surface of a sphere be. Their mutual distance from the detection angle α is determined. The smaller this is, the closer the fiber optic bundles are to position and the more fiber optic bundles are required. Besides that is the realization of a symmetrical arrangement on a spherical surface extremely difficult. There would be glass fiber bundle with a detection angle α of 2π, however, would be only 6 fiber optic bundles required in the areas a cube are integrated. Such coverage angle α are currently not feasible. An approximate symmetrical distribution of a still relatively small number of glass fiber bundles but can be achieved if according to an embodiment of the light measuring device according to the invention 32 glass fiber bundles are provided, which have a detection angle α in a range of ± 20 ° and those with their light inputs centrally in the flat areas a regular polyhedron inscribed in the projected spherical surface in the form of a Bucky ball made up of 12 pentagons and 20 hexagons. The fullerene chemistry known Bucky Ball as a third manifestation of carbon describes a structure such as, for example also from a football is known. In contrast to this, however, the individual surfaces are flat and not rounded. Nevertheless, with the Bucky Ball at the Light measuring device according to the invention a good approach to a spherical surface achieved because the fiber optic bundles in area centers Drilled so be that they the projected (or real) spherical surface (or. their inner surface) to reach. The distance between the flat surfaces of the Bucky Ball and the thus circumscribing sphere is thus compensated. A detection angle α in one Range of ± 20 °, in particular ± 20,7 °, is a for common Glass fiber bundles more usual Value. A distribution of 32 such fiber bundles in Orientation to the centers of the alternating five- and Hexagons of the Bucky Ball ensures with it in a simple manner in a relatively small distance to the spherical surface already a complete, optimal detection of the 4π-space with a Relatively small number of fiber optic bundles, so that the effort is moderate in the evaluation of the measurement results. By the positioning the light inputs the glass fiber bundle centrally in the individual areas of the Bucky Ball, which serves as an auxiliary construction for fixing the To look at light inputs is, is a largely symmetrical arrangement of the individual fiber optic bundles almost constant distances reached each other. The assembly and maintenance is simplified if according to a next Inventive design of the polyhedra in the shape of a Bucky Ball in two symmetrical halves each with 16 partial surfaces is divided. These can be easily from the inside with the glass fiber bundles equip and then put it together, with only a single data line leading out of the interior got to. The individual surfaces of the Bucky Ball be transparent to allow easy insight into the interior. You can but also opaque be, whereby erroneous measurements are avoided by stray light.

Zur möglichen Erfüllung von speziellen Anforderungen an die erfindungsgemäße Lichtmessvorrichtung im Messbetrieb und bei der Messauswertung ist es vorteilhaft, wenn bei dieser gemäß einer Erfindungsfortführung vorgesehen ist, dass in der Glasfaseroptik zwischen den Lichtausgängen der Glasfaserbündel und dem zentralen Photodetektor eine optische Zusatzkomponente vorgesehen ist. Diese kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung insbesondere eine einzelne Konvexlinse oder zwei Konvexlinsen mit einem dazwischen angeord neten Filterrad aufweisen. Im Falle einer einzelnen Konvexlinse; die der Lichtstrahlfokussierung dient, muss diese jeweils einen Abstand in Höhe ihrer doppelten Brennweite zum Lichtausgang des Glasfaserbündels und zur Photokathode des Detektors haben. Werden, wie im zweiten Fall, zwei Konvexlinsen mit einem dazwischen liegenden Filterrad verwendet, ist jeweils nur der einfache Brennweitenabstand erforderlich. Das Filterrad kann Interferenzmessungen dienen. Insbesondere ist es gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorteilhaft, wenn das Filterrad einen Durchlassfilter mit einer Transmission τ = 1, einen Sperrfilter mit einer Transmission τ = 0, einen neutralen Abschwächfilter, beispielsweise mit einer Transmission τ = 0,001, einen Rotfilter und einen Blaufilter aufweist. Somit können verschiedenen Messbedingungen durch einfache Rotation des Filterrades hergestellt werden. Dabei kann das Filterrad über dieselbe Zuleitung wie die Messanordnung gesteuert werden. Der Durchlassfilter bzw. eine Position im Filterrad ohne Filter realisiert einen einfachen Messaufbau mit zwei Konvexlinsen. Der Abschwächungsfilter, der beispielsweise nur 1/1000 der auftreffenden Lichtstrahlung durchlässt, wird eingesetzt, um den empfindlichen Photodetektor zu schützen, wenn relativ lichtstarke Ereignisse – als Stör- oder auch als Messereignisse – erwartet werden. Blau- und Rotlichtfilter werden verwendet, wenn Lichtereignisse mit einem Schwerpunkt im jeweiligen Spektralbereich erwartet oder detektiert werden sollen. Bei der Lagerung und beim Transport der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung bis zu seinem Einsatzort in der Umgebung schwacher Lichtquellen ist es darüber hinaus sinnvoll, den empfindlichen Photodetektor durch den Sperrfilter vollständig abzuschatten, das heißt, zu verschließen, um Zerstörungen zu vermeiden.For the possible fulfillment of special requirements for the light measuring device according to the invention in the measuring operation and in the measurement evaluation, it is advantageous if it is provided according to a Invention continuation, that in the optical fiber optics between the light outputs of the fiber optic bundle and the central photodetector an additional optical component is provided. This can according to a further embodiment, in particular a single convex lens or two convex lenses having an interposed angeord Neten filter wheel. In the case of a single convex lens; which serves the light beam focusing, this must each have a distance equal to their double focal length to the light output of the glass fiber bundle and the photocathode of the detector. If, as in the second case, two convex lenses are used with an intermediate filter wheel, only the simple focal distance is required in each case. The filter wheel can serve interference measurements. In particular, according to a next embodiment of the invention it is advantageous if the filter wheel has a transmission filter with a transmission τ = 1, a blocking filter with a transmission τ = 0, a neutral attenuation filter, for example with a transmission τ = 0.001, a red filter and a blue filter. Thus, different measurement conditions can be established by simple rotation of the filter wheel. In this case, the filter wheel can be controlled via the same feed line as the measuring arrangement. The pass filter or a position in the filter wheel without filter realizes a simple measuring setup with two convex lenses. The attenuation filter, which transmits, for example, only 1/1000 of the incident light radiation, is used to protect the sensitive photodetector when relatively bright events - as interference or as Mes events - to be expected. Blue and red light filters are used when light events with a center of gravity in the respective spectral range are to be expected or detected. When storing and transporting the light measuring device according to the invention to its place of use in the environment of weak light sources, it is also useful to completely shade the sensitive photodetector through the notch filter, that is, to close to avoid destruction.

Bei dem empfindlichen Photodetektor kann es sich um eine elektronische Kamera, beispielsweise um eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) handeln. Diese weist zwar ein zweidimensionales Abbildungsfeld auf, auf der eine gewisse Spektrumsbreite abbildbar ist. Derartige Kameras registrieren aber keine einzelnen Photonen, sondern integrieren auftreffende Photonen vor ihrem Nachweis auf. Deshalb ist es gemäß einer nächsten Fortführung der erfindungsgemäßen Lichtmessvorrichtung vorteilhaft, wenn der zentrale Photodetektor als photonenzählende, mehrstufige Multikanalplatte mit einer Photokathode ausgebildet ist und die runden Lichteingänge der Glasfaserbündel in rechteckige Lichtausgänge überführt sind, die entweder mit einem Abbildungsverhältnis von 1:1 auf die Photokathode abgebildet werden oder eng benachbart als Reihen oder Spalten direkt an der Photokathode positioniert sind. Bei der 1:1-Abbildung auf die Photokathode entspricht das von den rechteckigen Lichtausgängen gebildete Glasfaserarray dann dem Raster des Kanalplattendetektors. Für die Signalerfassung kann insbesondere ein Photodetektor mit einer zweistufigen Mikrokanalplatte eingesetzt werden. Ein auf die Photokathode auftreffendes Lichtquant setzt über den äußeren Photoeffekt ein Elektron frei, das im angelegten Hochspannungsfeld beschleunigt wird und in dem zugeordneten Kanal der Mikrokanalplatte einen Lawineneffekt auslöst. Abhängig von der Größe des elektrischen Feldes werden pro Photonenereignis 103 bis 106 Elektronen freigesetzt. Diese treffen auf ein Anodenarray zum Nachweis der Elektronenwolke. Mit den Anschlüssen des Anodenarrays ist dann die Messwertelektronik verbunden. Die Photokathode besitzt zwar in Abhängigkeit von der Wellenlänge eine maximale Quantenausbeute von 20%, das heißt, dass nur von jedem fünften auftreffenden Photon eine Ladungswolke erzeugt wird, trotzdem sind mit einem derartig empfindlichen Photonendetektor auch einzelne Photonen, die bei schwachen Lichtquellen des Öfteren auftreten können, durchaus registrierbar. Die Überführung der runden Lichteingänge in rechteckige Lichtausgänge der Glasfaserbündel dient einer besonders einfachen und schnellen Zuordnung der Messwerte zu den Messorten.The sensitive photodetector can be an electronic camera, for example a CCD camera (charge coupled device). Although this has a two-dimensional image field on which a certain spectrum width can be imaged. However, such cameras do not register individual photons, but integrate incident photons before they are detected. Therefore, it is advantageous according to a next continuation of the light measuring device according to the invention, when the central photodetector is designed as a photon counting, multistage multi-channel plate with a photocathode and the round light inputs of the glass fiber bundles are converted into rectangular light outputs, either with a reproduction ratio of 1: 1 on the photocathode imaged or closely adjacent as rows or columns are positioned directly on the photocathode. In the 1: 1 image on the photocathode corresponds to the glass fiber array formed by the rectangular light outputs then the grid of the channel plate detector. For the signal detection, in particular a photodetector with a two-stage microchannel plate can be used. An incident on the photocathode quantum of light releases an electron via the external photoelectric effect, which is accelerated in the applied high voltage field and triggers an avalanche effect in the associated channel of the microchannel plate. Depending on the size of the electric field 10 3 to 10 6 electrons are released per photon event. These meet an anode array for detection of the electron cloud. The measuring electronics are then connected to the terminals of the anode array. Although the photocathode has a maximum quantum efficiency of 20% as a function of the wavelength, that is to say that a charge cloud is only generated by every fifth impinging photon, with such a sensitive photon detector individual photons which often occur in weak light sources are nevertheless present , quite registrable. The conversion of the round light inputs into rectangular light outputs of the fiber optic bundles provides a particularly simple and fast assignment of the measured values to the measuring locations.

Die auf der Lichteintrittsseite getrennten und durchnummerierten 32 Glasfaserbündel sind durch Messinghülsen mechanisch stabilisiert und im Raum beliebig ausrichtbar. Auf der Lichtaustrittsseite der Faseroptik erfolgt die Anordnung der einzelnen Glasfasern derart, dass jedes Bündel in ein Rechteck überführt ist und die Summe der nebeneinander angeordneten Rechtecke ein Array ergibt, in dem sich die Rechtecke in der gleichen Nummerierung wiederfinden. Die einzelnen Rechtecke sind durch dünne Bleche oder Folien mechanisch getrennt. Stattdessen ist das gesamte Array zur Stabilisierung in eine rechteckige Aussparung eines Messingzylinders eingegossen und zusätzlich durch einen Schrumpfschlauch stabilisiert. Die Form und Größe des Arrays entspricht im Abbildungsmaßstab 1:1 der Anordnung der Anoden hinter der zweistufigen Kanalplatte. Die Kanalplatte sowie die unmittelbar davor befindliche Photokathode sind nicht strukturiert. Die geringen Abstände zwischen Photokathode, Kanalplatte und Anoden vermeiden weitgehend eine Streuung der freigesetzten Elektronen und lassen eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Ort auf der Photokathode, an dem das Photoelektron erzeugt wird, und der jeweiligen Anode zu.The separated and numbered 32 on the light entry side glass fiber bundle are through brass sleeves mechanically stabilized and arbitrarily alignable in the room. On the Light exit side of the fiber optics is the arrangement of the individual Glass fibers such that each bundle is converted into a rectangle and the sum of the juxtaposed rectangles an array results, in which the rectangles are found in the same numbering. The individual rectangles are mechanical due to thin sheets or foils separated. Instead, the entire array is in for stabilization a rectangular recess of a brass cylinder and cast additionally stabilized by a shrink tube. The shape and size of the array match in the reproduction scale 1: 1 of the arrangement of anodes behind the two-stage channel plate. The channel plate and the photocathode immediately in front of it are not structured. The small distances between photocathode, Channel plate and anodes largely avoid scattering of the released Electrons and leave a clear association between the place on the photocathode, where the photoelectron is generated, and the respective anode.

Ein erster möglicher Schutz der hochempfindlichen Lichtmessvorrichtung nach der Erfindung wurde in Form des zusätzlichen Filterrades beschrieben. Ein weiterer Schutz vor Zerstörung ist gegeben, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung die Glasfaseroptik mit den Lichtausgängen der Glasfaserbündel von einer lichtundurchlässigen Gummitülle umgeben ist. Mit einer einfachen Gummitülle kann die empfindliche Optik sowohl vor Licht als auch vor Wasser, insbesondere Spritz- und Schwitzwasser geschützt werden. Darüber hinaus kann die gesamte Messvorrichtung bei Unterwassermessungen von schwachen Lichtquellen wirksam gegen Wasser geschützt werden, wenn nach einer anderen Erfindungsfortführung die Kugeloberfläche von einer unterwassertauglichen Glaskugel in Form einer druckfesten, äquatorial geteilten Auftriebskugel gebildet ist, die an ihrem Nordpol einen Unterwasserstecker zum Anschluss eines Versorgungs- und Datenaustauschkabels und ein Be- und Entlüftungsventil aufweist. In der Auftriebskugel sind dann die optischen und elektronischen Komponenten für die Lichtmessung untergebracht. Über ein an den Unterwasserstecker anschließbares Einleiterkabel (die Abschirmung ist der zweite Leiter) als Versorgungs- und Datenübertragungsleitung ist die Auftriebskugel beispielsweise mit einem Forschungsschiff als Überwassereinheit verbunden. Dort befindet sich insbesondere eine Rechnereinheit, mit deren Software die Einstellungsaufgaben, die Auswertung und Darstellung der Messdaten erfolgen. Die Auftriebskugel, die über eine Druckfestigkeit für Wassertiefen bis 6000 m verfügen kann, besteht aus zwei Halbkugeln mit plangeschliffenen Rändern. Als Glas wird Borosilikat mit einem Brechungsindex von n = 1,48 (n von Wasser = 1,33) verwendet. Um die Kugelhälften zu verschließen, werden die Glasschliffe sorgfältig von Fett und Staub gereinigt und die beiden Halbschalen mit geringem Druck durch Evakuieren über das Be- und Entlüftungsventil aufeinandergepresst. Bei den Messungen in der Tiefsee sorgt dann der Wasserdruck für einen verstärkten Zusammenhalt der beiden Hälften. Eine Demontage erfolgt nach vorheriger Belüftung über das Ventil.A first possible protection of the highly sensitive light measuring device according to the invention has been described in the form of the additional filter wheel. Further protection against destruction is given if, according to a next embodiment of the invention, the glass fiber optic with the light outputs of the glass fiber bundles is surrounded by an opaque rubber grommet. With a simple rubber grommet, the sensitive optics can be protected from both light and water, especially spray and condensation water. In addition, the entire measuring device can be effectively protected from underwater measurements of weak light sources against water, if according to another Invention continuation, the ball surface is formed by a untersertauglichen glass ball in the form of a pressure-resistant, equatorial divided buoyancy ball, at its north pole an underwater plug for connecting a supply and data exchange cable and a ventilation valve. The buoyancy sphere then houses the optical and electronic components for the light measurement. By way of a single conductor cable which can be connected to the underwater plug (the shield is the second conductor), the buoyancy sphere is connected, for example, to a research vessel as an overwater unit as a supply and data transmission line. There, in particular, there is a computer unit with whose software the setting tasks, the evaluation and presentation of the measured data take place. The buoyancy ball, which can have a compressive strength for water depths up to 6000 m, consists of two hemispheres with ground edges. Borosilicate with a refractive index of n = 1.48 (n of water = 1.33) is used as the glass. To close the ball halves, the glass cuts are carefully made of grease and Dust cleaned and pressed the two half-shells with low pressure by evacuation via the air valve. In the measurements in the deep sea, the water pressure then ensures a stronger cohesion of the two halves. Dismantling takes place after previous ventilation via the valve.

Zum einfachen Ein- und Ausbringen der in der beschriebenen Weise mit einer Auftriebskugel geschützten Lichtmessvorrichtung vor Ort unter relativ rauen Einsatzbedingungen ist es besonders vorteilhaft, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung die Auftriebskugel über zwei gegeneinander verspannte Halteringe in Höhe der Wendekreise in einem Haltegestell gelagert ist, das über ein Drahtseil absenkbar ist. Die Halteringe verstärken noch den Zusammenhalt der beiden Kugelhälften und stellen einen sicheren Anschluss an ein robustes Haltegestell dar. Dieses gewährleistet einen sicheren Schutz der Lichtmessvorrichtung sowohl unter Wasser als auch bei der Lagerung über Wasser, insbesondere an Bord eine Forschungsschiffes. Weitere konstruktive Details sind dem speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.To the easy insertion and removal of in the manner described a buoyancy ball protected Light measuring device on site under relatively harsh operating conditions it is particularly advantageous if, according to a next embodiment of the invention the buoyancy ball over two mutually braced retaining rings in the amount of the tropics in one Holding rack is stored, the over a wire rope is lowered. The retaining rings reinforce the Cohesion of the two hemispheres and provide a secure connection to a sturdy rack This ensures safe protection of the light measuring device both under water as well as during storage Water, especially on board a research vessel. Further constructive Details can be found in the special description section.

Beispielhafte Ausbildungsformen der Lichtmessvorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren und Diagramme zum weiteren Verständnis der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigtexemplary Embodiments of the light measuring device according to the invention will be below with reference to the schematic figures and diagrams for further understanding closer to the invention explained. It shows

1 eine Anordnung der Glasfaserbündel in einem Bucky Ball in der Teilansicht, 1 an arrangement of the glass fiber bundles in a Bucky ball in the partial view,

2 ein Diagramm zum räumlichen Erfassungswinkel α eines Glasfaserbündels, 2 a diagram of the spatial coverage angle α of a glass fiber bundle,

3 ein Diagramm zu detektierten Lichtpulsen, 3 a diagram of detected light pulses,

4 eine Glasfaseroptik mit einer zusätzlichen Konvexlinse, 4 a fiber optic with an additional convex lens,

5 eine Glasfaseroptik mit einem Filterrad, 5 a fiber optic with a filter wheel,

6 einen halben Bucky Ball mit Photodetektor, 6 half a Bucky ball with photodetector,

7 die rechteckig zusammengefassten Glasfaserbündel in einer starken Vergrößerungsansicht von unten, 7 the rectangular bundled glass fiber bundles in a strong magnification view from below,

8 mehrere in einem Messingzylinder zusammengefasste Glasfaserbündel in der Perspektive und 8th several in a brass cylinder combined fiber bundles in perspective and

9 eine komplette Lichtmessvorrichtung nach der Erfindung mit Haltegestell in der Ansicht. 9 a complete light measuring device according to the invention with holding frame in the view.

In der 1 ist eine Lichtmessvorrichtung 1 nach der Erfindung zur ortsaufgelösten Detektion von schwachen Lichtquellen in der Ansicht dargestellt. Im Detail wird eine abbildende Glasfaseroptik 2 mit mehreren, aus jeweils einer Vielzahl einzelner Glasfasern bestehender Glasfaserbündeln 3 gezeigt. Die Lichteingänge 4 der Glasfaserbündel 3 enden in den einzelnen Messorten, die Lichtausgänge 5 der Glasfaserbündel 3 enden in einem zentralen Photodetektor 6. Die von einzelnen Glasfaserbündeln 3 eingefangenen Lichtpulse werden von dem Photodetektor 6 registriert und einer in der 1 nicht weiter dargestellten Auswertungseinheit zugeführt (Pfeil). Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Lichteingänge 4 der Glasfaserbündel 3 zentral in den fünfeckigen Flächen 7 und den sechseckigen Flächen 8 eines Polyeders 9 in Form eines Bucky Balls räumlich angeordnet. Der Bucky Ball stellt mit seinen insgesamt 32 Einzelflächen (12 Fünfecke 7, 20 Sechsecke 8) eine gute Annäherung an eine geschlossenen Kugeloberfläche 10 dar. Damit ergibt sich eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der den Einzelflächen 7, 8 zentral zugeordneten 32 Lichteingänge 4 im gesamten 4π-Raum. Weiterhin weist jeder Lichteingang 4 der Glasfaserbündel 3 einen räumlichen Erfassungswinkel α in einem Bereich von ±20° auf (vgl. 2), sodass durch die Summe aller Erfassungswinkel α eine weitgehend geschlossene Erfassungsoberfläche entsteht. Dadurch kann mit der Lichtmessvorrichtung 1 nach der Erfindung jedes im Raum in der Nähe stattfindende Lichtereignis zuverlässig von je einem Lichteingang 4 detektiert werden.In the 1 is a light measuring device 1 according to the invention for the spatially resolved detection of weak light sources shown in the view. In detail, an imaging glass fiber optics 2 with several, consisting of a plurality of individual glass fibers glass fiber bundles 3 shown. The light inputs 4 the glass fiber bundle 3 end in the individual measuring locations, the light outputs 5 the glass fiber bundle 3 end in a central photodetector 6 , The single glass fiber bundles 3 captured light pulses are from the photodetector 6 registered and one in the 1 Not shown further evaluation unit supplied (arrow). In the illustrated embodiment, the light inputs 4 the glass fiber bundle 3 centrally in the pentagonal areas 7 and the hexagonal surfaces 8th a polyhedron 9 spatially arranged in the form of a Bucky Ball. The Bucky Ball presents with its total 32 Individual surfaces ( 12 pentagons 7 . 20 hexagons 8th ) a good approximation to a closed spherical surface 10 This results in a largely uniform distribution of the individual surfaces 7 . 8th centrally assigned 32 light inputs 4 in the entire 4π space. Furthermore, each light entrance 4 the glass fiber bundle 3 a spatial detection angle α in a range of ± 20 ° (see. 2 ), so that the sum of all detection angles α results in a largely closed detection surface. This can be done with the light measuring device 1 According to the invention, each occurring in the room nearby light event reliably from one light entrance 4 be detected.

Die 2 zeigt ein Diagramm zur winkelabhängigen Messung an einem Lichteingang eines Glasfaserbündels. Aufgetragen sind die gemessenen Impulse einer Punktlichtquelle über dem Erfassungswinkel α. Deutlich ist zu erkennen, dass innerhalb eines Erfassungswinkels α von ungefähr ±20° die meisten Lichtimpulse erfasst werden. Der genaue Wert des räumlichen Erfassungswinkels α kann dabei rechnerisch ermittelt werden. Die Oberfläche einer Kugel mit dem Radius R berechnet sich zu 4πR2 (I). Diese ist bei 32 Glasfaserbündeln in 32 Einzelflächen aufzuteilen: 4πR2/32 (II). Die Fläche einer kreisförmigen Einzelfläche mit dem Radius r berechnet sich zu πr2 (III). Der Quotient r/R beschreibt an der Kugel den Sinus des gesuchten Erfassungswinkels α. Es muss gelten (II) = (III). Daraus kann für den Erfassungswinkel α unabhängig von den Werten der Radien R und r ein genauer Wert von ±20,7° errechnet werden. Dadurch ist nachgewiesen, dass mit 32 Glasfaserbündeln mit je einem Erfassungswinkel α von ±20,7° der 4π-Raum vollständig erfasst werden kann. Bei anderen Erfassungswinkeln α sind entsprechend andere Anzahlen von einzelnen Glasfaserbündeln erforderlich, wodurch sich eine andere polyedrische Hilfskonstruktion als die in Form eines Bucky Balls ergibt.The 2 shows a diagram for the angle-dependent measurement at a light input of a glass fiber bundle. Plotted are the measured pulses of a point light source above the detection angle α. It can clearly be seen that within a detection angle α of approximately ± 20 °, most of the light pulses are detected. The exact value of the spatial detection angle α can be determined by calculation. The surface of a sphere of radius R is calculated as 4πR 2 (I). This is split at 32 glass fiber bundles in 32 individual areas: 4πR 2/32 (II). The area of a circular single surface with the radius r is calculated to πr 2 (III). The quotient r / R describes on the sphere the sine of the desired detection angle α. It must be valid (II) = (III). From this, an exact value of ± 20.7 ° can be calculated for the detection angle α, independently of the values of the radii R and r. This proves that with 32 glass fiber bundles, each with a detection angle α of ± 20.7 °, the 4π space can be completely detected. At other detection angles α correspondingly different numbers of individual fiber optic bundles are required, resulting in another polyedri The auxiliary structure as the results in the form of a Bucky ball.

Die 3 zeigt ein Messdiagramm, wie es beispielsweise auf einer Antarktisexpedition entstehen kann. Die Messungen beziehen sich auf einen wolkenlosen Himmel bei Sonnenaufgang und eine mit Eis bedeckte Wasseroberfläche. Es werden Lichtpulse in eine Wassertiefe von 500 m unter dem Eis bei Dämmerlicht aufgenommen. Die einzelnen Kurven, die eine Auftragung der gemessenen Lichtpulse über der Zeit wiedergeben, beziehen sich auf unterschiedliche Messreihen. Bei hochstehender Sonne ist Tageslicht bei klarem Ozeanwasser bis zu einer Tiefe von ungefähr 1000 m messbar. Die Messempfindlichkeit reicht bis zur Auflösung einzelner Photonen.The 3 shows a measurement diagram, as it can arise, for example, on an Antarctic expedition. The measurements refer to a cloudless sky at sunrise and an ice-covered water surface. Light pulses are taken in a depth of 500 m under the ice in dim light. The individual curves, which represent a plot of the measured light pulses over time, relate to different measurement series. When the sun is high daylight can be measured with clear ocean water to a depth of about 1000 m. The measurement sensitivity extends to the resolution of individual photons.

In den 4 und 5 sind unterschiedliche optische Zusatzkomponenten 20 in der Glasfaseroptik 2 dargestellt. In 4 handelt es sich hierbei um eine einzelne Konvexlinse 21 zur 1:1-Abbildung des Lichtaustritts des Glasfaserbündels 3 auf die Photokathode 27. In der 5 sind zwei Konvexlinsen 22 dargestellt, zwischen denen ein Filterrad 23 angeordnet ist. Die einzelne Konvexlinse 21 in 4 ist im Strahlengang zwischen den zusammengefassten Glasfaserbündeln 3 und dem zentralen Photodetektor 6 in einem Gehäuse 24 zwischen Befestigungen 25 angeordnet. Bei dem zentralen Photodetektor 6 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Multikanalplatte 26 mit einem runden Photokathodenfenster 31. Die Glasfaserbündel 3 sind mit einem Schrumpfschlauch 28 zusammengefasst und enden in rechteckigen Lichtausgängen 5, die so zusammengefasst sind, dass sie in der Fläche genau der Fläche des Anodenarrays 32 entsprechen. Die Konvexlinse 21 ist nun jeweils im Abstand der doppelten Linsenbrennweite f zwischen den Lichtausgängen 5 und der Photokathode 27 angeordnet. In der 5 ist jeweils eine Konvexlinse 22 im Abstand der einfachen Linsenbrennweite f, die beispielsweise 40 mm betragen kann, zu den zusammengefassten Lichtausgängen 5 und der Photokathode 27 angeordnet. Zwischen den Konvexlinsen 22 befindet sich das Filterrad 23 mit verschiedenen Filtereinsätzen 29. Hierbei kann es sich um Durchlass-, Sperr-, Abschwäch- und Farbfilter handeln. Je nach Anwendungsfall wird einer der Filtereinsätze 29 durch Ansteuerung über die Auswertungseinheit in den Strahlengang gedreht. Ein Sperrfilter 30 dient dem Schutz des hochempfindlichen Photodetektors 6 vor schädlichem Lichteinfall, insbesondere beim Transport. Zu diesem Zweck und zum Schutz vor Wasser kann die Glasfaseroptik in diesem Bereich auch mit einer lichtundurchlässigen Gummitülle umgeben sein, was hier jedoch nicht weiter dargestellt ist.In the 4 and 5 are different optical additional components 20 in glass fiber optics 2 shown. In 4 this is a single convex lens 21 for 1: 1 mapping of the light exit of the glass fiber bundle 3 on the photocathode 27 , In the 5 are two convex lenses 22 shown, between which a filter wheel 23 is arranged. The single convex lens 21 in 4 is in the beam path between the combined glass fiber bundles 3 and the central photodetector 6 in a housing 24 between fortifications 25 arranged. At the central photodetector 6 is it in the illustrated embodiment is a multi-channel plate 26 with a round photocathode window 31 , The glass fiber bundles 3 are with a shrink tube 28 summarized and ends in rectangular light outputs 5 that are grouped together in the area exactly the area of the anode array 32 correspond. The convex lens 21 is now at a distance of twice the lens focal length f between the light outputs 5 and the photocathode 27 arranged. In the 5 is in each case a convex lens 22 at a distance of the simple lens focal length f, which may be 40 mm, for example, to the combined light outputs 5 and the photocathode 27 arranged. Between the convex lenses 22 is the filter wheel 23 with different filter inserts 29 , These can be pass, lock, attenuate and color filters. Depending on the application, one of the filter cartridges 29 rotated by control via the evaluation unit in the beam path. A blocking filter 30 serves to protect the highly sensitive photodetector 6 from harmful light, especially during transport. For this purpose and to protect against water, the glass fiber optics may be surrounded in this area with an opaque rubber grommet, but this is not shown here.

In der 6 ist eine Hälfte 40 eines Polyeders 9 in der Form eines Bucky Balls in der Ansicht dargestellt. 16 Glasfaserbündel 3 mit runden Lichteingängen 4 (Messinghülsen) enden mit rechteckigen Lichtausgängen 5 vor einem Photodetektor 6 in Form einer Multikanalplatte 26. Die Zusammenfassung der einzelnen Glasfaserbündel 3 zu einem Rechteck 50 ist der 7 zu entnehmen. Zwischen den einzelnen, durchnummerierten Glasfaserbündeln 3 befinden sich zur Trennung dünne Metallbleche oder Kunststofffolien (nicht gezeigt). In der 7 werden die rechteckig zusammengefassten Glasfaserbündel von unten gezeigt, wobei zur besseren Unterscheidung in jeden zweiten Lichteingang Licht eingespeist wird. Durch die Positionierung aller 32 rechteckigen Glasfaserbündel 3, die zuvor zur Stabilisierung in dem Schrumpfschlauch 28 zusammengefasst wurden, in einem runden, einen entsprechenden rechteckigen Ausschnitt 51 in der Stirnseite aufweisenden Messingzylinder 52 nebeneinander, entsteht ein Glasfaserarray 53 (vgl. 8), das in seinen Abmessungen genau dem Anodenarray 32 der Multikanalplatte 26 (vgl. 6, nur Belegungsanteil gezeigt) entspricht. Die Lichtsignale werden über eine Abbildurtgsoptik 59 in Form einer optischen Zusatzkomponente gemäß 4 und 5 auf dem Anodenarray 32 1:1 abgebildet. Die Abbildungsoptik 59 kann dazu auch direkt vor der Photokathode 54 positioniert sein. Somit ist durch den beschriebenen Aufbau eine einfache, aber vollständige Transformation der Informationen von den einzelnen Glasfaserbündeln 3 auf die Multikanalplatte 26 gewährleistet. Dabei ist die Zuordnung zu den einzelnen Messorten als eindimensional anzusehen, da jede Spalte nur einen Messort charakterisiert, wodurch eine besonders schnelle und effektive Messwertauswertung gewährleistet ist. Dabei sind die Abmessungen der beteiligten Komponenten sehr moderat. Bei einer Länge von ungefähr 40 cm weisen die Glasfaserbündel 3 einen Querschnitt von ungefähr 2,1 mm auf. Jedes rechteckige Glasfaserbündel hat die Abmessungen von 6 mm × 0, 5 mm, sodass das gesamte Glasfaserarray 53 bei 32 Glasfaserbündeln 3 Abmessungen von 6 mm × 16 mm aufweist. In der 6 ist eine zweistufige Multikanalplatte 26 dargestellt, bei der unter der Photokathode 54 zwei Verstärkerschichten 55 und 32 Einzelanoden 56 angeordnet des Anodenarrays 32 sind. Zur Auswertungseinheit 57 führen dann insgesamt 32 Datenleitungen 58.In the 6 is a half 40 a polyhedron 9 presented in the shape of a bucky ball in the view. 16 glass fiber bundles 3 with round light inputs 4 (Brass sleeves) end with rectangular light outputs 5 in front of a photodetector 6 in the form of a multi-channel plate 26 , The summary of the individual fiber optic bundles 3 to a rectangle 50 is the 7 refer to. Between the individual, numbered glass fiber bundles 3 are located for separation thin metal sheets or plastic films (not shown). In the 7 the rectangularly bundled glass fiber bundles are shown from below, with light being fed into each second light entrance for better discrimination. By positioning all 32 rectangular glass fiber bundle 3 previously used for stabilization in the shrink tube 28 were summarized, in a round, a corresponding rectangular section 51 in the front side having brass cylinder 52 next to each other, a glass fiber array is created 53 (see. 8th ), which in its dimensions exactly the anode array 32 the multi-channel plate 26 (see. 6 , only occupancy share shown) corresponds. The light signals are via a Bildbildgsoptik 59 in the form of an optical additive component according to 4 and 5 on the anode array 32 1: 1 shown. The imaging optics 59 can also do this directly in front of the photocathode 54 be positioned. Thus, the structure described is a simple but complete transformation of the information from the individual fiber optic bundles 3 on the multi-channel plate 26 guaranteed. In this case, the assignment to the individual measuring locations is to be regarded as one-dimensional, since each column characterizes only one measuring location, whereby a particularly fast and effective measured value evaluation is ensured. The dimensions of the components involved are very moderate. At a length of about 40 cm, the fiber optic bundles 3 a cross section of about 2.1 mm. Each rectangular glass fiber bundle has the dimensions of 6 mm × 0.5 mm, so that the entire glass fiber array 53 at 32 glass fiber bundles 3 Dimensions of 6 mm × 16 mm. In the 6 is a two-stage multi-channel plate 26 shown at the bottom of the photocathode 54 two amplifier layers 55 and 32 Single anodes 56 arranged the anode array 32 are. To evaluation unit 57 then lead overall 32 data lines 58 ,

Die 9 zeigt eine Lichtmessvorrichtung 1 nach der Erfindung mit einem 32-flächigen, regelmäßigen Polyeder 9 als Hilfskonstruktion zur gleichmäßigen Verteilung und Fixierung von 32 Glasfaserbündeln im 4π-Raum. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sollen Tiefseemessungen durchgeführt werden. Die Lichtmessvorrichtung 1 ist deshalb zum Schutz in eine äquatorial geteilte Auftriebskugel 60 eingekapselt. Bei der Auftriebskugel 60 kann es sich beispielsweise um eine handelsübliche Vitrovex-Kugel der Firma Jenaer Glaswerke GmbH handeln. Diese hat einen Durchmesser von 432 mm und wiegt ungefähr 17,3 kg. Sie ist für Tauchtiefen bis 6.700 m geeignet. Im Bereich der Teilung weist die Auftriebskugel auf ihrer Oberfläche einen schmalen Klebebandring 61 auf. Hierbei handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Lage Wickelband und darüber eine Lage Isolierband, da das Wickelband eine klebrige Oberfläche aufweist. Der Klebebandring 61 dient nur zum Schutz der Teilungsnaht. Die Dichtung erfolgt ausschließlich über die Glasflächen der Halbkugeln. Weiterhin ist am Nordpol der Auftriebskugel 60 ein Unterwasserstecker 62 zum Anschluss eines Versorgungs- und Datenaustauschkabels 63 vorgesehen. Daneben befindet sich ein Be- und Entlüftungsventil 64 zur einfachen Montage der beiden Halbkugelschalen. In Höhe der Wendekreise ist die Auftriebskugel 60 in zwei Halteringen 65 gelagert. Diese sind ihrerseits mit einem Haltegestell 66 fest verbunden. Eine Verspannung der beiden Halteringen 65 im Haltegestell 66 unterstützt noch den Zusammenhalt der beiden Halbschalen im Messbetrieb und insbesondere auch bei der Lagerung, wenn die Auftriebskugel 60 nicht durch den Wasserdruck zusammen gedrückt wird. Weder der äquatoriale Klebebandring 61 noch die beiden Halteringe 65 behindern die ortsaufgelöste Lichtpulsmes sung. In dem Haltegestell 66 ist die Auftriebskugel 60 vor Zerstörungen geschützt und kann leicht über ein Drahtseil 67 aus- und wieder eingebracht werden. Eine Lagerung an Bord im Haltgestell 66 dient ebenfalls dem Schutz der Lichtmessvorrichtung 1.The 9 shows a light measuring device 1 according to the invention with a 32-area, regular polyhedron 9 as an auxiliary construction for the even distribution and fixation of 32 glass fiber bundles in 4π space. In the illustrated embodiment, deep-sea measurements are to be performed. The light measuring device 1 is therefore in an equatorial split buoyancy ball for protection 60 encapsulated. In the buoyancy sphere 60 it may be, for example, a commercial Vitrovex ball of the company Jenaer Glaswerke GmbH. This one has egg diameter of 432 mm and weighs about 17.3 kg. It is suitable for diving depths up to 6,700 m. In the area of the division, the buoyancy ball has a narrow tape ring on its surface 61 on. This is in the illustrated embodiment, a layer winding tape and about a layer of insulating tape, since the winding tape has a sticky surface. The tape ring 61 only serves to protect the dividing seam. The seal is made exclusively on the glass surfaces of the hemispheres. Furthermore, the buoyancy ball is at the north pole 60 an underwater plug 62 for connecting a supply and data exchange cable 63 intended. Next to it is a ventilation valve 64 for easy installation of the two hemispherical shells. At the height of the tropics is the buoyancy sphere 60 in two retaining rings 65 stored. These are in turn with a holding frame 66 firmly connected. A tension of the two retaining rings 65 in the holding frame 66 still supports the cohesion of the two half-shells in the measuring mode and in particular also during storage, when the buoyancy ball 60 not compressed by the water pressure. Neither the equatorial tape ring 61 still the two retaining rings 65 hamper the spatially resolved Lichtpulsmes solution. In the holding frame 66 is the buoyancy ball 60 Protected from destruction and can easily over a wire rope 67 be removed and returned. A storage on board in the support frame 66 also serves to protect the light meter 1 ,

11
LichtmessvorrichtungLight measuring device
22
GlasfaseroptikFiber optic
33
Glasfaserbündelglass fiber bundle
44
Lichteinganglight input
55
Lichtausganglight output
66
Photodetektorphotodetector
77
fünfeckige Flächepentagonal area
88th
sechseckige Flächehexagonal area
99
Polyederpolyhedron
1010
Kugeloberflächespherical surface
2020
optische Zusatzkomponenteoptical additional component
2121
Konvexlinseconvex lens
2222
Konvexlinseconvex lens
2323
Filterradfilter wheel
2424
Gehäusecasing
2525
Befestigungattachment
2626
MultikanalplatteMulti-channel plate
2727
Photokathodephotocathode
2828
Schrumpfschlauchshrinkable tubing
2929
Filtereinsatzfilter cartridge
3030
Sperrfiltercut filter
3131
PhotokathodenfensterPhotocathodes window
3232
Anodenarrayanode array
4040
Hälfte eines PolyedersHalf of one polyhedron
5050
RechteckquerschnittRectangular cross-section
5151
rechteckiger Ausschnittrectangular neckline
5252
Messingzylinderbrass cylinder
5353
Glasfaserarrayfiber optic array
5454
Photokathodephotocathode
5555
Verstärkerschichtpromoting layer
5656
Einzelanodesingle anode
5757
Auswertungseinheitevaluation unit
5858
Datenleitungdata line
5959
Abbildungsoptikimaging optics
6060
Auftriebskugeldrift ball
6161
Klebebandringtape ring
6262
UnterwassersteckerUnderwater plug
6363
Versorgungs- und Datenaustauschkabelsupply and data exchange cable
6464
Be- und Entlüftungsventilloading and bleed valve
6565
Halteringretaining ring
6666
Haltegestellholding frame
6767
DrahtseilWire rope

Claims (9)

Lichtmessvorrichtung (1) zur ortsaufgelösten Detektion von schwachen Lichtquellen mittels einer abbildenden Glasfaseroptik (2) mit mehreren Glasfaserbündeln (3), deren Lichteingänge (4) an den einzelnen Messorten und deren Lichtausgänge (5) in einem zentralen Photodetektor (6) enden, der als photonenzählende, mehrstufige Multikanalplatte (26) mit einer Photokathode (27) ausgebildet ist, und einer Auswertungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteingänge (4) der Glasfaserbündel (3) in einer räumlichen Anordnung gleichmäßig einer geschlossenen Kugeloberfläche (10) mit in Abhängigkeit von den räumlichen Erfassungswinkeln (α) der Glasfaserbündel (3) gewählten Abständen zugeordnet sind, wobei die Gesamtheit aller räumlichen Erfassungswinkel α die Kugeloberfläche (10) vollständig überdeckt, und dass 32 Glasfaserbündel (3) vorgesehen sind, die einen Erfassungswinkel (α) in einem Bereich von 20° aufweisen und die mit ihren Lichteingängen (4) zentral in den ebenen Flächen (7, 8) eines in die Kugeloberfläche (10) eingeschriebenen regelmäßigen Polyeders (9) in der Form eines abgestumpften Ikosaeders aus 12 Fünfecken (7) und 20 Sechsecken (8) als Hilfskonstruktion zur Fixierung und weitgehend symmetrischen Anordnung geführt sind, wobei die Kugeloberfläche (10) von einer Glaskugel gebildet wird, in die die gesamte Lichtmessvorrichtung (1) eingekapselt ist, an deren Innenfläche die geführten Glasfaserbündel (3) anstoßen und aus der nur eine Versorgungs- und Datenübertragungsleitung herausgeführt wird.Light measuring device ( 1 ) for the spatially resolved detection of weak light sources by means of an imaging glass fiber optic ( 2 ) with several glass fiber bundles ( 3 ) whose light inputs ( 4 ) at the individual measuring locations and their light outputs ( 5 ) in a central photodetector ( 6 ), which serves as a photon counting, multistage multichannel plate ( 26 ) with a photocathode ( 27 ), and an evaluation unit, characterized in that the light inputs ( 4 ) of the glass fiber bundles ( 3 ) in a spatial arrangement uniformly a closed spherical surface ( 10 ) depending on the spatial detection angles (α) of the glass fiber bundles ( 3 ) are selected, wherein the totality of all spatial coverage angle α the spherical surface ( 10 ) completely covered, and that 32 glass fiber bundles ( 3 ) are provided, which have a detection angle (α) in a range of 20 ° and with their light inputs ( 4 ) centrally in the flat areas ( 7 . 8th ) one into the spherical surface ( 10 ) regular polyhedron ( 9 ) in the form of a truncated icosahedron of 12 pentagons ( 7 ) and 20 hexagons ( 8th ) are performed as an auxiliary construction for fixing and largely symmetrical arrangement, wherein the spherical surface ( 10 ) is formed by a glass sphere into which the entire light measuring device ( 1 ) is encapsulated, on whose inner surface the guided glass fiber bundles ( 3 ) and from which only one supply and data transmission line is led out. Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyeder (9) in Form eines abgestumpften Ikosaeders in zwei symmetrische Hälften (40) mit je 16 Teilflächen aufgeteilt ist.Measuring device according to claim 1, characterized in that the polyhedron ( 9 ) in the form of a truncated icosahedron in two symmetrical halves ( 40 ) is divided with 16 faces each. Lichtmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Glasfaseroptik (2) zwischen den Lichtausgängen (4) der Glasfaserbündel (3) und dem zentralen Photodetektor (6) eine optische Zusatzkomponente (20) vorgesehen ist.Light measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that in the optical fiber optics ( 2 ) between the light outputs ( 4 ) of the glass fiber bundles ( 3 ) and the central photodetector ( 6 ) one additional optical component ( 20 ) is provided. Lichtmessvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Zusatzkomponente (20) eine einzelne Konvexlinse (21) oder zwei Konvexlinsen (22) mit einem dazwischen angeordneten Filterrad (23) aufweist.Light measuring device according to claim 3, characterized in that the additional optical component ( 20 ) a single convex lens ( 21 ) or two convex lenses ( 22 ) with an interposed filter wheel ( 23 ) having. Lichtmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterrad (23) einen Durchlassfilter mit einer Transmission τ = 1, einen Sperrfilter (30) mit einer Transmission τ = 0, einen neutralen Abschwächfilter, beispielsweise mit einer Transmission τ = 0,001, einen Rotfilter und einen Blaufilter (29) aufweist.Light measuring device according to claim 4, characterized in that the filter wheel ( 23 ) has a transmission filter with a transmission τ = 1, a blocking filter ( 30 ) with a transmission τ = 0, a neutral attenuation filter, for example with a transmission τ = 0.001, a red filter and a blue filter ( 29 ) having. Lichtmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die runden Lichteingänge (4) der Glasfaserbündel (3) in rechteckige Lichtausgänge (5) überführt sind, die entweder mit einem Abbildungsverhältnis von 1:1 auf die Photokathode (27) abgebildet werden oder eng benachbart als Reihen oder Spalten direkt an der Photokathode (27) positioniert sind.Light measuring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the round light inputs ( 4 ) of the glass fiber bundles ( 3 ) in rectangular light outputs ( 5 ), either with a reproduction ratio of 1: 1 on the photocathode ( 27 ) or closely adjacent rows or columns directly to the photocathode ( 27 ) are positioned. Lichtmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaseroptik mit den Lichtausgängen der Glasfaserbündel von einer lichtundurchlässigen Gummitülle umgeben ist.Light measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the glass fiber optics with the light outputs of glass fiber bundle from an opaque rubber grommet is surrounded. Lichtmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaskugel von einer unterwassertauglichen Glaskugel in Form einer druckfesten, äquatorial geteilten Auftriebskugel (60) gebildet ist, die an ihrem Nordpol einen Unterwasserstecker (62) zum Anschluss eines Versorgungs- und Datenaustauschkabels (63) und ein Be- und Entlüftungsventil (64) aufweist.Light measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the glass ball of a unterassertauglichen glass ball in the form of a pressure-resistant, equatorial divided buoyancy ball ( 60 ), which at its north pole is an underwater plug ( 62 ) for connecting a supply and data exchange cable ( 63 ) and a ventilation valve ( 64 ) having. Lichtmessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebskugel (60) über zwei gegeneinander verspannte Halteringe (65) in Höhe der Wendekreise in einem Haltegestell (66) gelagert ist, das über ein Drahtseil (67) absenkbar ist.Light measuring device according to claim 8, characterized in that the buoyancy ball ( 60 ) via two mutually braced retaining rings ( 65 ) at the level of the tropics in a support frame ( 66 ), which is connected via a wire rope ( 67 ) is lowered.
DE2001153104 2001-10-21 2001-10-21 Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources Expired - Fee Related DE10153104B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001153104 DE10153104B4 (en) 2001-10-21 2001-10-21 Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001153104 DE10153104B4 (en) 2001-10-21 2001-10-21 Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10153104A1 DE10153104A1 (en) 2003-05-08
DE10153104B4 true DE10153104B4 (en) 2006-09-21

Family

ID=7703947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001153104 Expired - Fee Related DE10153104B4 (en) 2001-10-21 2001-10-21 Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10153104B4 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7872750B1 (en) 2008-09-30 2011-01-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Space radiation detector with spherical geometry
CN103883859B (en) * 2014-03-12 2015-09-09 浙江大学 The equator flexible support structure of plexiglass prober
CN107990130B (en) * 2017-12-22 2023-05-12 中国石油大学(华东) Sleeve type supporting structure of organic glass detector

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3226015A1 (en) * 1982-07-12 1984-01-12 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Device for imaging a scene

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3226015A1 (en) * 1982-07-12 1984-01-12 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Device for imaging a scene

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mantel,K.H.: Das Mehr-Kanal-Spektralphotometer MEKASPEK. Universitätssternwarte München, Deutschland. Im Internet: <http://bigbang.usm.uni- muenchen.de:8002/USM/WDST/inst/meka/index_german.h tml>, S. 1-21, Stand 09.07.2001
Mantel,K.H.: Das Mehr-Kanal-Spektralphotometer MEKASPEK. Universitätssternwarte München, Deutschland. Im Internet: <http://bigbang.usm.uni-muenchen.de:8002/USM/WDST/inst/meka/index_german.html>, S. 1-21, Stand 09.07.2001 *
Van Aller, G. et al.: Titel nicht bekannt. In: Helv. Phys. Acta 59 (1986), S. 1119-1133, Auszug Kap. 1 u. 2 *
Widder,E.A.: Scales of measurements and methods of calibration (Abstract). SD Workshop-Abstracts. Im Internet: <http://lifesci.uscb.edu/ APPROX biolum/sdworkshop/widderabs.html>, Stand 12.10.2001 *
Widder,E.A.: Scales of measurements and methods of calibration (Abstract). SD Workshop-Abstracts. Im Internet: <http://lifesci.uscb.edu/~biolum/sdwo rkshop/widderabs.html>, Stand 12.10.2001

Also Published As

Publication number Publication date
DE10153104A1 (en) 2003-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005002630T2 (en) TWIN BAND SENSOR SYSTEM WITH A WAVELENGTHELECTIVE BEAM SPREADER
DE202017007509U1 (en) Optical system for collecting distance information in a field
DE2637960A1 (en) ANGLE POSITION SENSOR
WO2010049409A1 (en) Electronic x-ray camera with spectral resolution
DE202006014264U1 (en) Light detection and ranging system or optical radar, for remote measurement of atmospheric aerosols, measures elastic-, Raman- and fluorescence back-scattering
DE102007024051A1 (en) Device and method for the detection and localization of laser radiation sources
DE3304780A1 (en) DEVICE FOR DETERMINING A SURFACE STRUCTURE, ESPECIALLY THE ROUGHNESS
DE10153104B4 (en) Light measuring device for the spatially resolved detection of weak light sources
DE102017011352A1 (en) CAMERA MODULE FOR DIGITAL RECORDINGS
EP3367050B1 (en) Measuring frame with optical filter for contactless optical sensing of a penetrating position
DE19851010B4 (en) Device for the detection and localization of laser radiation sources
DE102015008272A1 (en) Slit diaphragm system for hard radiation imaging
DE3642275C2 (en)
DE3640946C1 (en) Dice-shaped warning device for laser radiation
Ientilucci Synthetic simulation and modeling of image intensified CCDs (IICCD)
DE1623425C2 (en) Optoelectronic process and system for carrying out this process
DE2811382A1 (en) ROENTGEN DETECTOR
DE3720019C2 (en) Location system for determining the location and orientation of a moving body
DE202009018974U1 (en) Sensor for angle-resolved detection of flames or fires
DE102012020922A1 (en) Laser scanner for panorama image pick-up application, has single-channels provided in optical receiving section, where spectral single sensitivities are adapted selectively to single-spectrums of laser light source
DE2830308A1 (en) Optical pulses incidence angle measurement - involves monitoring signals from four detectors and two highest voltage signals are used for calculation
DE3733764A1 (en) Device for measuring electromagnetic radiation
DE19733188C1 (en) Device for detecting solar coronal mass outbreaks
DE1572650C3 (en) Multi-channel imaging method and device for carrying out the method
AT397153B (en) DEVICE FOR THE INTANGIBLE HIT IMAGE DISPLAY

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8320 Willingness to grant licenses declared (paragraph 23)
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee