DE3106428C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ortsempfindlichen Strahlungsdetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

"Strahlung" ist dabei in weitestem Sinne zu verstehen und kann entweder elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, sichtbare Wellenlängen oder Teilchen wie Mesonen oder Protonen umfassen.

Ein herkömmlicher ortsempfindlicher Strahlungsdetektor ist eine sogenannte Mehrleiter-Proportionalkammer (MWPC). Die Verfahren zum Ableiten einer Ortsinformation von Mehrleiter- Proportionalkammern können in drei Gruppen unterteilt werden. In der ersten Gruppe wird die Avalanche- oder Lawinenlage in einer Dimension von den beiden Signalen abgeleitet, die an den Enden einer gleichförmigen Widerstands- oder Induktivitäts-Leitung anfallen. Die Leitung kann gleichförmig längs den Enden der Kathodenleiter oder Anodenleiter bzw. -drähten verteilt sein oder kann selbst eine der Elektroden bilden. Lediglich zwei Signalverarbeitungskanäle sind erforderlich und gute Linearität ist erreichbar. Der Betrieb oder die Herstellung der Leitung zeigen jedoch ganz allgemein bestimmte Einschränkungen.

Bei der zweiten Gruppe der Verfahren wird die Lawinen- Lage dadurch abgeleitet, daß der Schwerpunkt der induzierten Ladungsverteilung auf der Kathode berechnet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kathode in eine ausreichend große Anzahl gleichförmiger Streifen unterteilt und die auf jedem induzierte Ladung gemessen wird. Sowohl eine analoge als auch eine digitale Berechnung des Schwerpunkts wurde schon verwendet. Die Schwerpunkts-Verfahren sind inhärent linear und können sehr hohe Auflösung erreichen, jedoch sind die insgesamt erforderlichen Signalverarbeitungssysteme deutlich komplizierter und allgemein langsamer, als diejenige, bei dem Linien- oder Leiterverfahren.

Es gibt eine dritte Gruppe von Verfahren, die, obwohl sie der zweiten Gruppe darin ähnlich sind, daß keine Widerstands- oder Induktivitäts-Leitungen verwendet werden, wesentlich einfacher sind, da lediglich zwei Signalverarbeitungskanäle verwendet werden. Diese Verfahren "progressiver Geometrie" erreichen eine Ortsinformation durch Aufzeichnen des Bruchteils der Ladung, die auf jeder von zwei besonders geformten Komponenten einer aufgeteilten Kathode induziert wird. Derartige Kathoden können schwierig herzustellen sein. Bei einer weiteren Ausbildung auf medizinischem Gebiet wird eine Anger-Kamera verwendet, um die Szintillationen von einem Szintillator zu erfassen. Eine große Anzahl von Fotovervielfachern, bis zu 90, kann zum Erreichen einer geeigneten Aufzeichnung erforderlich sein, was aufwendig und lästig ist.

Ein ortsempfindlicher Strahlungsdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der Fachzeitschrift "Nuclear Instruments and Methods", Bd. 137, 1976, S. 141 bis 149, beschrieben. Bei diesem bekannten Strahlungsdetektor sind zur Lokalisierung von Teilchen sogenannte Mehrleiter- Anoden eingesetzt. Diesen stehen geometrisch geformte flächige Kathoden gegenüber. Ein diesem ortsempfindlichen Strahlungsdetektor ähnlicher Strahlungsdetektor ist in der US-PS 39 75 639 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ortsempfindlichen Strahlungsdetektor zu schaffen, bei dem die Ortsinformation auf einfache Weise erhältlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch das Prinzip eines erfindungsgemäßen Detektors bei Anwendung in einer Dimension bei einer Kathode eines Mehrleiter-Proportionalzählers,

Fig. 2 schematisch eine Mehrleiter-Proportionalkammer (MWPC),

Fig. 3 das Prinzip der Erfindung bei zwei Dimensionen,

Fig. 4 eine zweidimensionale Anwendung in einer Anger- Kamera.

Fig. 1 zeigt vierzehn Leiter oder Drähte einer Kathode eines Mehrleiter- Proportionalzählers. Die Leiter sind geradlinig parallel und in zwei Gruppen mit Anschlüssen A und B verbunden.

Wenn eine axiale oder Erfassungsrichtung, längs der der Ort zu erfassen ist, durch den Pfeil x wiedergegeben ist, können die Anschlüsse A, B der Leiter in jeder Gruppe derart sein, daß die lineare Dichte, die Anzahl pro Abstandseinheit, jeder Gruppe sich in besonderer Weise mit der Lage über der Kathode ändert. Dies wird als das Prinzip der abgestuften oder gestaffelten Dichte bezeichnet. Beispielsweise kann die Zunahme linear sein, d. h., die Anordnung kann so sein, daß die lineare Dichte ν_B der Gruppe B_γ annähernd linear mit der Lage X über der Kathode, senkrecht zur Leiterrichtung, zunimmt, wobei notwendigerweise die Dichte ν_A der Gruppe A annähernd linear abnimmt. Das heißt:

Bei diesen Bezeichnungen ist N die Gesamtzahl der Leiter in der Kathode und definiert die Konstante a das Verhältnis, mit der die Dichte jeder Gruppe sich ändert. Selbstverständlich sind ν_A+ν_B=N = konstant. Aus Zweckmäßigkeitsgründen werden die Abstände bezüglich der gesamten Kathodenbreite normiert. Die Lage ist in Fig. 1 lediglich schematisch wiedergegeben. Es sei erwähnt, daß die Schrittweite über der Kathode konstant bleibt, und daß deshalb unter der Voraussetzung, daß die beiden Gruppen mit virtuellen Erden bzw. mit Masse verbunden sind, diese Kathode mit gestaffelter Dichte geometrisch und elektrostatisch identisch einer normalen Leiter-Kathode ist.

Es sein nun angenommen, daß eine sogenannte Kammer-Lawine auftritt, die auf der Kathode eine Ladung mit der Schwerpunktslage x induziert. Dann ist, unter der Voraussetzung, daß die Kathoden-Schrittweite im Vergleich zur Breite der Verteilung der induzierten Ladung klein ist, und auch daß diese Breite im Vergleich zur gesamten Kathodenbreite klein ist, der Bruchteil der induzierten Ladung an jeder Gruppe proportional der örtlichen linearen Dichte dieser Gruppe. Mit den tatsächlich induzierten Ladungen q_A und q_B ergibt sich daher:

Die Menge Q wird eine annähernd lineare Funktion der Lage des Schwerpunkts der induzierten Ladung, unabhängig von der Ladungsgröße, und ist daher als Lagesignal geeignet.

Die Lageempfindlichkeit S des Systems ergibt sich zu:

Mit a=1 wird X=x und S=1.

Aufgrund lediglich Linearitätsbetrachtungen würde eine ideale Kathode mit gestaffelter Dichte eine infinitesimal kleine Schrittweite mit linearer Staffelung der Dichte in jeder Gruppe der Leiter besitzen. Mit einer finiten oder endlichen und konstanten Schrittweite ist eine genaue lineare Staffelung nicht möglich und muß eine angenäherte verwendet werden. Diese Annäherung führt zu einer gewissen örtlichen Nichtlinearität.

Eine Anwendung des Prinzips der gestaffelten Dichte wird nun näher erläutert. Das Prinzip wird in einer Dimension auf jede von zwei Gruppen von Leitern angeordnet, die orthogonal bzw. senkrecht angeordnet sind. Fig. 2 zeigt einen Mehrleiter-Proportionalzähler mit zwei Kathodenanordnungen 10, 12 mit einer Anodenanordnung 14 dazwischen. Jede Anordnung besteht aus einer Mehrheit gleich beabstandeter leitender Drähte oder Leiter. Die Kathodenanordnungen sind mit virtuellen Erden verbunden, und die Anode ist mit einer Gleichspannungsquelle HT verbunden, die sie auf hoher positiver Spannung bezüglich der Kathoden hält. Die Leiter in der Kathodenanordnung 10 liegen senkrecht zur x-Achse, und die Lage längs dieser Achse wird erfaßt, während die Leiter in der anderen Anordnung parallel zur x-Achse liegen, und die Lage längs der senkrechten y- Achse erfaßt wird. Wie in einer herkömmlichen MWPC sind die Kathoden- und Anoden-Anordnungen in einem gasdichten Behälter 15 eingeschlossen, dem ein übliches umwandelndes oder Konvertergas zugeführt ist.

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen MWPC sind die Kathodenebenen nicht mit einer Widerstands- oder Induktivitäts- Verzögerungsleitung verbunden, sondern sind jeweils in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Kathodenanordnung 10 bildet Gruppen A und B, die mit jeweiligen ladungsempfindlichen Vorverstärkern 16A, 16B verbunden sind, die ihrerseits Eingangssignale einer summierenden und verhältnisbildenden Schaltung 18 zuführen. Die Leiter in der Kathodenanordnung 12 sind in zwei Gruppen C und D angeordnet und über entsprechende Vorverstärker 16C, 16D mit einer summierenden und verhältnisbildenden Schaltung 20 verbunden.

Im Betrieb tritt ein ionisierendes Teilchen in das Erfassungssystem ein und wird in dem Gas in üblicher Weise derart umgesetzt, daß eine Anoden-Lawine ausgelöst wird, die positive Ladung an einigen Leitern in jeder Kathodenanordnung induziert. Die durch die Leiter in jeder Gruppe empfangene Ladung wird verstärkt und der jeweiligen Summier- und Verhältnisbildungs-Schaltung zugeführt. Wie mit Bezug auf Fig. 1 erläutert, erreicht die Berechnung gemäß q_B/ (q_A+q_B) ein Signal proportional zur Lage der Lawine in der x-Richtung, und ein ähnliches Verhältnis ergibt die Lage in der y-Richtung. Daher wird das eindimensionale Prinzip der gestaffelten Dichte zweimal angewendet zum Erreichen eines zweidimensionalen Lagesignals.

Wenn auch in der Zeichnung lediglich 14 Leiter dargestellt sind, sind in der Praxis viel mehr Leiter verwendet, so daß eine gute Annäherung an eine lineare Dichtestaffelung erreicht werden kann. Eine vollkommene lineare Dichte wird nur erreicht mit einer unendlich kleinen Schrittweite, weshalb zum Einhalten der Bedingung einer konstanten Schrittweite eine gewisse Annäherung bei den Anschlüssen jeder Gruppe erforderlich ist. Mit konstanter Schrittweite und a=1 ergibt sich:

ν_A = N (1 - x),

ν_B = N_x.

Der Vorgang bzw. die Prozedur, die zum Erreichen dieser Annäherung verwendet wird, ist es, vorläufige Leiterlagen x_A′, x_B′ für die beiden Gruppen zu berechnen, ausgehend von den Ausdrücken:

x_A′ = 1 - ,

x_B′ = ,

wobei n_A und n_B die Gesamtzahl der Leiter in jeder Gruppe ist, die zwischen 0 und x_A′ bzw. x_B′ liegt. Die ganzen Zahlen n_A und n_B besitzen dabei Werte zwischen 1 und N/2. Die Leiter bei der tatsächlichen Kathode mit konstanter Schrittweite werden dann so angeschlossen, daß die den Lagen x_A′ nächstliegenden Leiter die A-Leiter sind und diejenigen, die der Lage x_B′ am nächsten sind, die B-Leiter sind. Die folgende Tabelle I ergibt die Gruppe, A oder B, jedes Leiters in einer einhundertneunzig Leiter aufweisenden Kathode:

Leiter-Nr.
Gruppe
1
A
2	A
3	A
4	A
5	A
6	A
7	A
8	A
9	A
10	A
11	A
12	A
13	A
14	A
15	A
16	A
17	A
18	A
19	A
20	B
21	A
22	A
23	A
24	A
25	A
26	A
27	A
28	B
29	A
30	A
31	A
32	A
33	A
34	B
35	A
36	A
37	A
38	A
39	B
40	A
41	A
42	A
43	A
44	B
45	A
46	A
47	A
48	B
49	A
50	A
51	A
52	B
53	A
54	A
55	A
56	B
57	A
58	A
59	B
60	A
61	A
62	B
63	A
64	A
65	B
66	A
67	A
68	B
69	A
70	A
71	B
72	A
73	B
74	A
75	A
76	B
77	A
78	B
79	A
80	A
81	B
82	A
83	B
84	A
85	B
86	A
87	A
88	B
89	A
90	B
91	A
92	B
93	A
94	B
95	A
96	B
97	A
98	B
99	A
100	B
101	A
102	B
103	A
104	B
105	B
106	A
107	B
108	A
109	B
110	A
111	B
112	B
113	A
114	B
115	A
116	B
117	B
118	A
119	B
120	A
121	B
122	B
123	A
124	B
125	B
126	A
127	B
128	B
129	A
130	B
131	B
132	A
133	B
134	B
135	A
136	B
137	B
138	B
139	A
140	B
141	B
142	B
143	A
144	B
145	B
146	B
147	A
148	B
149	B
150	B
151	B
152	A
153	B
154	B
155	B
156	B
157	A
158	B
159	B
160	B
161	B
162	B
163	A
164	B
165	B
166	B
167	B
168	B
169	B
170	B
171	A
172	B
173	B
174	B
175	B
176	B
177	B
178	B
179	B
180	B
181	B
182	B
183	B
184	B
185	B
186	B
187	B
188	B
189	B
190	B

Typische Abmessungen mit Kathode mit 190 Leitern sind eine Schrittweite von 0,5 mm mit einer Gesamtabmessung von 9,5 cm quer zu den Leitern und 9 cm parallel zu den Leitern bei einem Leiterdurchmesser von 25 µm. Zwei derartige Kathoden können mit einer 9×9-cm-Anode verwendet werden, die Leiter mit 15 µm Durchmesser und 2 mm Abstand besitzt, mit einem Kathoden/Anoden-Abstand zwischen 4 und 8 mm und einem Driftbereich mit einer Tiefe von 12 mm.

Eine Untergrenze für die Kathoden-Schrittweite wird durch die Zwischenkomponenten-Kapazität C vorgegeben, die die äquivalente Rauschladung Δ_q in jedem Kanal beeinflußt und auch etwas die Systemempfindlichkeit S nachteilig beeinflußt. Wenn die dynamische Eingangskapazität zu jedem Verstärker 16 C_in beträgt, ergibt sich:

Da die Auflösung Δx=Δ_q/S beträgt, ist es sehr wesentlich, daß C_in sehr groß im Vergleich zu C ist. Für eine Kathode mit den vorstehend angegebenen Abmessungen gilt C=66 pF.

Die beiden wesentlichsten Faktoren bei der Bestimmung des Nichtlinearitäts-Beitrags von einer Kathode mit gestaffelter Dichte sind die Kathodenschrittweite und der Anoden/Kathoden- Abstand h. Eine Kathode mit den erwähnten Abmessungen wurde in einem Versuch zusammen mit einem Röntgenstrahl einer Energie von 1,5 keV und einer Breite von 50 µm verwendet, um die Nichtlinearität zu untersuchen. Wie erwartet verursachten eine Zunahme im Anoden/Kathoden-Abstand und eine Abnahme in der Schrittweite beide auffallende Abnahmen in der Nichtlinearität der Vorrichtung. Mit h=6 mm ergeben sich aus der Tabelle II Versuchsergebnisse für den quadratischen Mittelwert der Nichtlinearität in Prozenten der Kathodenbreite.

Tabelle II

Eine Minimalauflösung von 150 µm wurde erreicht, jedoch dürfte diese Begrenzung durch die verwendete Versuchsvorrichtung vorgegeben sein, statt durch die Kathode mit gestaffelter Dichte. Theoretisch wird eine wirkliche Nichtlinearität von weniger als 0,25% erwartet.

Aus der Tabelle I ergibt sich deutlich, daß in Richtung auf die äußeren Ränder jeder Kathode in den jeweiligen senkrechten Richtungen große Konzentrationen der Leiter innerhalb der gleichen Gruppe auftreten. Die Lage innerhalb einer derartigen Gruppe kann nicht bestimmt werden. Die Kathoden können lediglich eine lageinformation geben unter der Voraussetzung, daß mindestens ein Leiter in jeder Gruppe beeinflußt wird.

Die Erfindung wurde mit Bezug auf Mehrleiter-Kathoden mit konstanter Schrittweite erläutert. Ein Verfahren zum Verringern örtlicher Nichtlinearitäten ist es, die Schrittweite zu ändern.

Die Erfindung wurde bisher mit Bezug auf eine Anordnung paralleler Leiter erläutert, die in zwei Gruppen mit gestaffelter Dichte angeschlossen sind. Es ist auch möglich, die Leiter in drei oder mehr Gruppen mit gestaffelter Dichte anzuschließen, obwohl voraussichtlich zwei Gruppen die nützlichste Anordnung sein dürften.

Fig. 2 zeigt zwei Anordnungen, die jeweils in der Dichte in zwei Gruppen gestaffelt sind, wobei eine von zueinander senkrechten Lagen von jeder Anordnung erfaßt wird. Es ist auch möglich, verschiedene derartige Anordnungen in Reihe in einer oder in beiden Richtungen zu verwenden, so daß die Lage dadurch bestimmt wird, welche Anordnung ein Teilchen erfaßt zusätzlich zu der Lage des Teilchens innerhalb dieser Anordnung. Dies ermöglicht ein Erfassungssystem großer Abmessungen. Derartige Unterteilungen haben den Vorteil, daß die Kapazität verringert wird, die für jeden Vorverstärker "zu sehen" ist, so daß ein besseres Rauschverhältnis erreicht werden kann. Unter bestimmten Umständen erreicht die Zwischenleiter-Kapazität eine Nichtlinearität beim Betrieb, jedoch kann diese Nichtlinearität zumindest teilweise dadurch ausgelöscht werden, daß eine Dichte-Staffelung verwendet wird, die nichtlinear ist.

Bei einer anderen Ausführungsform wird eine Dichte-Staffelung lediglich über die mittigen 80% der Kathodenbreite verwendet und werden übliche Windungen bzw. Leiter über den Rest verwendet.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Dichten der Kathode mit zwei Gruppen konstanter Schrittweite in Übereinstimmung mit den folgenden nichtlinearen Gleichungen gestaffelt:

wobei eine geeignete Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen ist.

Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf MWPC beschränkt.

Ein wesentliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt, das die Enden von 100 Lichtleitern zeigt, die in einer 10×10-Matrix 22 angeordnet sind. Die Lichtleiter sind in vier Gruppen P, Q, R und S angeschlossen. Jede Gruppe ist so gestaffelt, daß sie in den zwei zueinander senkrechten Richtungen x und y zunimmt oder abnimmt. Beispielsweise nimmt die Dichte der Gruppe P in der x-Richtung ab und in der y-Richtung zu. Wenn die Anordnung zum Empfang von Strahlung angeordnet ist, in diesem Fall Licht bei sichtbaren Wellenlängen, von einer Quelle, wie einem Szintillator, sind die Lichtleiter-Abmessungen und -Abstände derart, daß Licht von einer Szintillation von verschiedenen Leitern in jeder Richtung der Matrix empfangen wird. Wenn die Beleuchtungsstärken, die von den Lichtleitern in den vier Gruppen empfangen werden, mit I_P, I_Q, I_R bzw. I_S bezeichnet sind, ergibt sich:

wobei x und y die Lage-Koordinaten der Szintillationen und k und C Konstanten sind.

Die Anwendung einer derartigen Matrix 22 ist in Fig. 4 dargestellt. Ein menschlicher Patient 24 wird nach Behandlung, wie einer Radio-Jod-Dosierung, über einen herkömmlichen Blei-Kollimator 25 mittels eines anorganischen Kristall- Szintillators 26 üblichen Aufbaus betrachtet. Der Szintillator wird von einer Menge von Lichtleitern 28 betrachtet, deren Enden benachbart zum Szintillator 26 in der Matrix 22 angeordnet sind. Die Lichtleiter übertragen Licht von dem Szintillator 26 zu vier Fotovervielfachern 30, 32, 34, 36, deren jeder Licht von einer Gruppe der Lichtleiter empfängt. Die Fotovervielfacher 30, 32, 34, 36 summieren das empfangene Licht, und deren Ausgangssignal wird einer Summier- und Verhältnisbildungs- Schaltung 38 zugeführt, die x- und y-Lagesignale abhängig von den Gleichungen (4) und (5) für jede Szintillation erzeugt und die Signale einem Speicher-CRT 40 oder einer anderen geeigneten Aufzeichnungsrichtung zuführt, derart, daß ein zweidimensionales Bild des Patienten aufgebaut werden kann. Die drastische Verringerung der Anzahl der Fotovervielfacher im Vergleich zu einer herkömmlichen Anger-Kamera ist offensichtlich.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich, wobei das Prinzip der gestaffelten Dichte bei jeder Situation angewendet werden kann, bei der mehrere diskrete Fühler in einer ein- oder zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind. Strahlung kann direkt erfaßt werden, oder es kann eine induzierte oder gesammelte elektrische Ladung erfaßt werden nach gegebenenfalls einem Umsetzungsvorgang. Es ist zu erwarten, daß in den meisten Fällen für zweidimensionale Erfassung von elektrischer Ladung zwei zueinander senkrechte lineare Anordnungen verwendet werden, während für die direkte Strahlungserfassung- bzw. -Sammlung eine zweidimensionale Anordnung vorgesehen werden kann, jedoch hängt offenbar die erforderliche Anordnung von der Art des verwendeten Fühlers ab.

Claims (6)

1. Ortsempfindlicher Strahlungsdetektor,
mit mindestens einer linearen Anordnung diskreter zueinander in gleichem Abstand beabstandeter Sensoren, die längs einer Erfassungsrichtung (x) angeordnet sind und durch Strahlung beeinflußt werden, bei der die Sensoren so angeschlossen sind, daß sie zwei Gruppen (A, B) bilden, und
mit einer Einrichtung (16A, 16B, 16C, 16D), die den Einfluß der Strahlung auf jede Gruppe der Sensoren summiert,
und einer Einrichtung (18), die das Verhältnis des Einflusses auf eine Gruppe der Sensoren zum gesamten Einfluß auf alle Sensoren bestimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Sensoren, das ist die Anzahl der Sensoren pro Abstandseinheit in Erfassungsrichtung (x), sich innerhalb einer Gruppe (A, B) derart ändert, daß sie in der einen Gruppe längs der Erfassungsrichtung (x) zunimmt und in der anderen Gruppe längs der Erfassungsrichtung (x) abnimmt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der einen Gruppe (A) linear zunimmt und die Dichte der anderen Gruppe (B) linear abnimmt.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor durch einen Leiter einer Mehrleiterkathode (10, 12) einer Mehrleiter-Proportionalkammer gebildet ist.

4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur zweidimensionalen Strahlungserfassung zwei lineare Anordnungen vorgesehen sind, deren Erfassungsrichtungen (x, y) zueinander senkrecht sind.

5. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor durch das Ende eines Lichtleiters gebildet ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur zweidimensionalen Strahlungserfassung vier Gruppen (P, Q, R, S) von Lichtleiter-Enden gleichbeabstandet zweidimensional in Form einer Matrix (22) angeordnet sind, wobei die Dichte der ersten Gruppe in der ersten Erfassungsrichtung und in einer zur ersten Erfassungsrichtung senkrechten zweiten Erfassungsrichtung zunimmt, wobei die Dichte der zweiten Gruppe in der ersten Erfassungsrichtung zunimmt und in der zweiten Erfassungsrichtung abnimmt, wobei die Dichte der dritten Gruppe in der ersten Erfassungsrichtung abnimmt und in der zweiten Erfassungsrichtung zunimmt und wobei die Dichte der vierten Gruppe in beiden Erfassungsrichtungen abnimmt, und daß vier Lichtstrahlungsfühler (30, 32, 34, 36) vorgesehen sind, die jeweils an den anderen Enden der Lichtleiter (28) einer Gruppe angeordnet sind.