DE4130526C2

DE4130526C2 - Laser time-of-flight anemometer

Info

Publication number: DE4130526C2
Application number: DE19914130526
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Kramer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: DE4130526A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laser-Flugzeit-Anemometer zur quasipunktförmigen Ermittlung von Strömungskenngrößen in optisch transparenten Medien durch Messung der Flugzeit einzelner, in der Strömung enthaltener optisch erfaßbarer Teilchen, mit mindestens zwei Strahlengängen, die zur Erzeugung nebeneinanderliegender Fokussierungsstellen bekannten Abstandes dienen, und mit mindestens einem Photoempfänger, der die Streulichtimpulse bei Durchgang von Partikeln durch die Fokussierungsstellen detektiert und als Start- bzw. Stoppsignale für die Flugzeitmessung bereitstellt.The invention relates to a laser time-of-flight anemometer for quasi-point-shaped Determination of flow parameters in optically transparent media by measurement the flight time of individual optically detectable particles contained in the flow, with at least two beam paths that are used to create adjacent Focus points known distance, and with at least one Photo receiver that detects the scattered light pulses when particles pass through the Focus points detected and as start or stop signals for the Provides time of flight measurement.

Ein derartiges Laser-Flugzeit-Anemometer ist aus der DE 24 49 358 B2 bekannt. Es besitzt zur quasipunktförmigen Ermittlung von Strömungskenngrößen in optisch transparenten Medien zwei parallele Beleuchtungsstrahlengänge, die am Meßort zwei Fokussierungsstellen mit sehr geringem Durchmesser aufweisen. Tritt ein in der Strömung enthaltenes optisch erfaßbares Teilchen nacheinander durch beide Fokussierungsstellen, entsteht jeweils Streulicht, welches durch eine Empfangsoptik aufgenommen und durch Photoempfänger in elektrische Impulse gewandelt wird. Der zeitliche Abstand der aufgenommenen Streulichtimpulse ist die Flugzeit des Partikels, die durch eine Zeitmeßeinrichtung bestimmt wird. Aus der Flugzeit kann mit Hilfe des bekannten Abstandes der Fokussierungsstellen die Geschwindigkeit des Teilchens und damit die Strömungsgeschwindigkeit des Mediums berechnet werden. Da nur bei einer laminaren Strömung, deren Strömungsrichtung mit der Verbin dungslinie der Fokussierungsstellen übereinstimmt, jedes Teilchen sowohl einen Start- als auch einen Stoppimpuls liefert, ist bei turbulenten Strömungen eine statistische Auswertung der Flugzeitwerte notwendig. Zur Aufnahme von Flugzeitstatistiken eignen sich Zeit-Pulshöhenwandler in Verbindung mit Mehrkanalanalysatoren, wie aus der DE 24 49 358 B2 bekannt ist.Such a laser time-of-flight anemometer is known from DE 24 49 358 B2. It owns for quasi-point determination of flow parameters in optically transparent Media two parallel illumination beam paths, two at the measuring location Have focusing points with a very small diameter. Occurs in the Flow containing optically detectable particle through both in succession Focusing points, there is scattered light, which is due to a receiving optics is recorded and converted into electrical impulses by photo receivers. The time interval between the scattered light pulses is the flight time of the Particle, which is determined by a time measuring device. From the flight time can with With the help of the known distance of the focusing points, the speed of the Particle and thus the flow velocity of the medium can be calculated. Since only with a laminar flow, the direction of flow with the connec line of focus points coincides, each particle has both a start and also delivers a stop pulse is a statistical one in turbulent flows Evaluation of the flight time values necessary. For recording flight time statistics time pulse height converters are suitable in connection with multi-channel analyzers, such as those from the DE 24 49 358 B2 is known.

Ist die Hauptströmungsrichtung am Meßort unbekannt, ist es erforderlich, eine schrittweise Drehung der Beleuchtungsstrahlen vorzugsweise um die Längsachse eines der beiden Beleuchtungsstrahlen vorzunehmen und bei jeder Winkelstellung eine Flugzeitstatistik aufzunehmen. Zur Auswertung der zweidimensionalen Häufigkeitsverteilung über der Flugzeit und dem Meßwinkel sind aus der Zeitschrift Feinwerktechnik & Meßtechnik, 90. Jahrgang, 1982, Heft 2, S. 65-69 statistische Verfahren bekannt, die sich, wie in der Zeitschrift Messen Steuern Regeln msr, 31. Jahrgang, 1988, Heft 7, S. 304-311 erläutert, hinsichtlich der erreichbaren Genauigkeit und Auswertezeit erheblich unterscheiden.If the main flow direction at the measuring point is unknown, it is necessary to use a incremental rotation of the illumination beams preferably around the longitudinal axis of a of the two illuminating beams and one at each angular position Record flight time statistics. To evaluate the two-dimensional Frequency distribution over the flight time and the measuring angle are from the magazine Feinwerktechnik & Meßtechnik, 90th year, 1982, volume 2, pp. 65-69 statistical Process known, which, as in the magazine Measure Tax Rules msr, 31. Volume, 1988, Issue 7, pp. 304-311, with regard to the achievable Distinctly differentiate accuracy and evaluation time.

Zur Drehung der Beleuchtungsstrahlen um die optische Achse können entweder das gesamte Meßsystem oder einzelne optische Komponenten der Beleuchtungs- und Empfangsoptik gedreht werden. So wird bei dem aus der DE 24 49 358 B2 bekannten Laser-Flugzeit-Anemometer der Strahlteiler zur Erzeugung der beiden Beleuchtungsstrahlengänge und eine Zweilochblende in der Empfangsoptik synchron gedreht. Das aus der DE 28 45 592 C2 bekannte Laser-Flugzeit-Anemometer besitzt sowohl in der Beleuchtungs- als auch in der Empfangsoptik doppelbrechende Elemente, die zur Drehung der Beleuchtungsstrahlen im Meßort in einem konstanten Verhältnis zueinander zu verdrehen sind. Wie aus der schematischen Darstellung eines Laser-Flugzeit-Anemometers in der Zeitschrift Technisches Messen tm, 52. Jahrgang, 1985, Heft 6, S. 253-263 ersichtlich, wird das Streulicht im allgemeinen in Rückwärtsrichtung konzentrisch um die Beleuchtungsstrahlengänge gesammelt. Bei dem aus der DE 27 39 676 A1 bekannten Laser-Flugzeit-Anemometer wird deshalb zur Drehung der Beleuchtungsstrahlengänge am Meßort eine Bilddrehvorrichtung eingesetzt, die auf die Beleuchtungsstrahlengänge und die Empfangsstrahlengänge gleichermaßen wirkt.To rotate the illuminating rays around the optical axis, either entire measuring system or individual optical components of the lighting and Receiving optics are rotated. So is known from DE 24 49 358 B2 Laser time-of-flight anemometer the beam splitter used to generate the two Illumination beam paths and a two-hole aperture in the receiving optics synchronously turned. The laser time-of-flight anemometer known from DE 28 45 592 C2 has birefringent in both the lighting and reception optics Elements used to rotate the illuminating rays in the measuring location at a constant Relationship to each other are to be twisted. As from the schematic representation of a Laser time-of-flight anemometer in the magazine Technisches Messen tm, 52nd year, 1985, Issue 6, pp. 253-263, the scattered light is generally in Reverse direction collected concentrically around the illumination beam paths. At The laser time-of-flight anemometer known from DE 27 39 676 A1 is therefore used Rotation of the illuminating beam paths at the measuring location an image rotating device used on the illuminating beam paths and the receiving beam paths works equally.

Alle bekannten Laser-Flugzeit-Anemometer besitzen aber den Nachteil, daß das von den Partikeln bei Durchgang durch eine Fokussierungsstelle in den gesamten Raumwinkel gestreute Licht nur zu einem geringen Teil durch die Empfangsoptik aufgenommen wird.All known laser time-of-flight anemometers have the disadvantage, however, that that of the particles as they pass through a focal point throughout Spatial angle scattered light only to a small extent through the receiving optics is recorded.

Da in den zu untersuchenden Medien oftmals nur sehr kleine Teilchen enthalten sind, die nur wenig Streulicht erzeugen, ist es deshalb erforderlich, sehr hohe Lichtintensitäten in den Fokus sierungsstellen zu erzeugen. Da andererseits die Fokussier barkeit von Laserlicht begrenzt ist, müssen hohe Laserlei stungen bereitgestellt werden.Since the media to be examined often only contains very small particles, which generate little scattered light, it is therefore necessary to use very high ones Focus on light intensities generating places. On the other hand, because the focus availability of laser light is limited, high laser light services are provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laser-Flugzeit-Anemometer der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß die Lichtintensität in den Fokussierungs stellen zur Detektion von kleinen Partikeln verringert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Laser-Laufzeit-Anemometer der eingangs erwähnten Art dadurch ge löst, daß die bei Durchgang eines Teilchens durch eine Fokussierungsstelle infolge von Lichtstreuung auftretende Leistungsminderung in einem der beiden Strahlengänge mit Hilfe von mindestens einem Photoempfänger, auf den beide Strahlengänge hinter den Fokussierungsstellen geleitet wer den, detektiert wird.The invention is based on the object Laser time-of-flight anemometer of the type mentioned above train that the light intensity in the focusing places for the detection of small particles can be reduced can. This object is achieved according to the invention with a laser transit time anemometer of the type mentioned ge solves that when a particle passes through a Focusing point due to light scattering Performance reduction in one of the two beam paths Help from at least one photo receiver on both Beam paths behind the focusing points which is detected.

Es ist möglich, beide Beleuchtungs strahlen mit einem, ausreichend großflächigen Photoempfänger auszuwerten oder jeden Beleuchtungsstrahl durch eine geeigne te optische Anordnung auf jeweils einen Photoempfänger zu leiten. Die letztgenannte Möglichkeit hat den Vorteil, daß die Leistungsminderung im Verhältnis zur Gleichleistung, die auf den Photoempfänger gelangt, stärker ist als bei Detektion der Leistungsminderung in beiden Strahlen mit nur einem Photoempfänger.It is possible to have both lights radiate with a sufficiently large photo receiver evaluate or each lighting beam by a suitable te optical arrangement to one photo receiver each conduct. The latter possibility has the advantage that the reduction in performance in relation to the equal benefit reaches the photoreceiver is stronger than when it is detected derating in both beams with just one Photo receiver.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß die Lei stungsminderung in einem Strahlengang in Folge von Licht streuung in den gesamten Raumwinkelbereich bei Durchgang eines Partikels durch eine Fokussierungsstelle die Streu lichtleistung, die durch eine Empfangsoptik aufgenommen werden kann, um ein vielfaches übersteigt. Da insbesondere kleine Teilchen näherungsweise in alle Richtun gen gleichmäßig Licht streuen, ist das Verhältnis zwischen dem Empfangsraumwinkel einer herkömmlichen Empfangsoptik und dem gesamten Raumwinkel ein Anhaltspunkt für die Erhöhung der auswertbaren Lichtleistung bei der erfindungsgemäß zur Detek tion ausgewerteten Leistungsminderung in einem Strahlengang bei Durchgang eines Teilchens. Der Empfangsraumwinkel einer Empfangsoptik ist auch bei sehr grobem Öffnungsverhältnis des Empfangsobjektivs (Öffnungsverhältnis 1:1,4) um den Faktor 35 kleiner als der gesamte Raumwinkel, wobei der Faktor auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten der meisten Meßobjekte, wie mögliche Fenstergrößen meist noch größer ist. Durch die Detektion der Leistungsminderung in den Strahlengängen kann somit die notwendige Laserleistung erheblich verringert werden.The invention is based on the finding that the power reduction in a beam path as a result of light scattering in the entire solid angle range when a particle passes through a focussing point, the scattering light power, which can be picked up by a receiving optics, many times exceeds. Since in particular small particles approximately uniformly scatter light in all directions, the ratio between the reception solid angle of conventional receiving optics and the entire solid angle is an indication of the increase in the light output that can be evaluated in the case of the power reduction in a beam path that is evaluated for detection when a particle passes through. The reception solid angle of a receiving optic is smaller by a factor of 35 than the total solid angle, even with a very rough opening ratio of the receiving lens (opening ratio 1 : 1.4), whereby the factor due to the structural conditions of most measurement objects, such as possible window sizes, is usually even larger. The necessary laser power can thus be considerably reduced by detecting the reduction in power in the beam paths.

Die Leistungsminderung in einem Strahlengang bei Durchgang eines Teilchens wird mit wachsendem Verhältnis zwischen Teilchendurchmesser und Strahldurchmesser stärker. Da ande rerseits die Beleuchtungsstrahlen vor den Fokussierungsstel len stark konvergieren bzw. nach den Fokussierungsstellen stark divergieren, wird die Detektion von Teilchen auf die Fokussierungsstellen räumlich begrenzt.The reduction in performance in a beam path when passing through of a particle becomes with increasing relationship between Particle diameter and beam diameter stronger. There other on the other hand, the illuminating beams in front of the focusing point len converge strongly or after the focus points diverge greatly, the detection of particles on the Focusing points limited in space.

Da die Lichtleistung, welche auf die Photoempfänger fällt, in der Größenordnung der eingesetzten Laserleistung liegt, können Photodioden (PIN-Dioden) als Detektoren angewendet werden. Diese sind wesentlich einfacher zu handhaben als Photomultiplier und Avalanche-Photodioden, die zur Detektion der kleinen Streulichtleistungen, die bei herkömmlichen Laser-Flugzeit-Anemometern auftreten, erforderlich sind. Da nur der Beleuchtungsstrahlengang durch die zu untersuchende Strömung geschickt werden muß, können für die Messung notwen dige Fenster klein gehalten werden.Since the light output, which falls on the photoreceiver, in the magnitude of the laser power used, can use photodiodes (PIN diodes) as detectors will. These are much easier to use than Photomultiplier and avalanche photodiodes used for detection of the small stray light outputs that conventional Laser time-of-flight anemometers are required. There only the illumination beam path through the one to be examined Current must be sent, may be necessary for the measurement windows are kept small.

Ist es notwendig, die Strömungsrichtung zu erkennen, müssen die Start- und Stoppsignale den einzelnen Fokussierungsstellen zugeordnet werden und die gemessenen Flugzeitwerte stati stisch ausgewertet werden. Das wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß die bei Durchgang eines Teilchens durch eine Fokussierungsstelle infolge von Lichtstreuung auftre tende Leistungsminderung im zugehörigen Strahlengang durch jeweils einen Photoempfänger, auf den jeweils ein Beleuch tungsstrahlengang geleitet wird, detektiert wird. Eine Lei stungsminderung in dem einen Strahlengang wird als Startim puls verwendet, während eine Leistungsminderung im anderen Strahlengang als Stoppimpuls dient. Ist die Zuordnung von Start- und Stoppimpulsen mit der tatsächlichen Strömungsrich tung identisch, liefert der Flugzeitmesser die Flugzeit des Partikels. Anderenfalls stammen Start- und Stoppimpuls von unterschiedlichen Teilchen, so daß der Flugzeitmesser einen zufälligen, falschen Flugzeitwert liefert.If it is necessary to recognize the direction of flow, the Start and stop signals to the individual focus points are assigned and the measured flight time values stati be evaluated statistically. It will be advantageous achieved in that when a particle passes through a focus point due to light scatter performance in the associated beam path one photo receiver each, each with an illumination tion beam path is guided, is detected. A lei Reduced power in one beam path is called Startim pulse used while a degradation in the other Beam path serves as a stop pulse. Is the assignment of Start and stop pulses with the actual flow direction identical, the flight time meter delivers the flight time of the Particle. Otherwise the start and stop impulses come from different particles, so that the time-of-flight meter one random, wrong flight time value.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended in the following with reference to the drawing illustrated embodiments are explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä ßen Laser-Flugzeit-Anemometers mit einer Photodiode und Flugzeitmeßeinrichtung Fig. 1 is a schematic representation of an inventive laser time-of-flight anemometer with a photodiode and time-of-flight measuring device

Fig. 2 eine Einrichtung gemäß Fig. 1 mit 2 Photodioden zur Richtungserkennung der Strömung. Fig. 2 shows a device according to FIG. 1 with 2 photodiodes for direction detection of the flow.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Laserdiodenstrahl der Laserdiode 1 durch ein Mikroskopobjek tiv 2 kollimiert. Mit Hilfe des Wollastonprismas 3 wird der Laserdiodenstrahl in zwei Strahlengänge 4, 5, die einen klei nen Winkel einschließen, aufgespalten. Die Beleuchtungslinse 6 erzeugt am Meßort zwei Fokussierungsstellen 7, 8 mit gerin gem Durchmesser und bekanntem Abstand. Die beiden Strahlen gänge 4, 5 werden hinter den Fokussierungsstellen 7, 8 mit Hilfe der Empfangslinse 9 auf eine Photodiode 10 mit genügend grober aktiver Fläche geleitet. Tritt ein Partikel durch die Fokussierungsstelle 7 bzw. 8, wird Licht aus dem Strahlengang 4 bzw. 5 gestreut, so daß auf der Photodiode 10 eine Lei stungsminderung zu verzeichnen ist. Die dadurch auftretende Verringerung des Photostroms kann nach Hochpaßfilterung und Verstärkung 11 durch den Signaldiskriminator 12 in Start- bzw. Stoppimpulse für die Flugzeitmesser 13 gewandelt werden. Liegt der Strömungsvektor in der von den Strahlengängen 4, 5 aufgespannten Ebene, wird ein Partikel nacheinander sowohl durch die Fokussierungsstelle 7 als auch 8 gelangen und zunächst einen Start- und dann einen Stoppimpuls erzeugen. Die Zeitdauer, die bis zum nächsten Durchtritt eines anderen Teilchens durch eine Fokussierungsstelle verstreicht, ist im statistischen Mittel auf Grund der im allgemeinen sehr geringen Streuteilchenkonzentration in den zu untersuchenden Strömun gen viel größer als die Flugzeit eines Teilchens zwischen den Fokussierungsstellen 7, 8. Dieser Sachverhalt kann dazu ausgenutzt werden, den Flugzeitmesser 13 nach Verstreichen einer Zeit, die der minimal zu erwartenden Strömungsgeschwin digkeit am Meßort entspricht, zurückzusetzen, so daß ein danach vom Signaldiskriminator 12 gelieferter Impuls einen Startimpuls darstellt.In the embodiment shown in FIG. 1, the laser diode beam of the laser diode 1 is collimated by a microscope lens 2 . With the help of the Wollaston prism 3 , the laser diode beam is split into two beam paths 4 , 5 , which include a small angle. The illuminating lens 6 generates two focusing points 7 , 8 with a small diameter and a known distance at the measuring location. The two beam paths 4 , 5 are directed behind the focusing points 7 , 8 with the aid of the receiving lens 9 onto a photodiode 10 with a sufficiently large active area. If a particle passes through the focussing point 7 or 8 , light is scattered from the beam path 4 or 5 , so that a reduction in power is recorded on the photodiode 10 . The resulting reduction in the photocurrent can, after high-pass filtering and amplification 11 by the signal discriminator 12, be converted into start or stop pulses for the flight time meter 13 . If the flow vector lies in the plane spanned by the beam paths 4 , 5 , a particle will pass through both the focusing point 7 and 8 in succession and first generate a start and then a stop pulse. The time that elapses until another particle passes through a focussing point is, on statistical average, much longer than the flight time of a particle between the focussing points 7 , 8 due to the generally very low concentration of scattering particles in the flows to be examined. This fact can be exploited to the flight timer after the lapse of a time corresponding to the minimum expected Strömungsgeschwin speed at the measuring site to reset 13, so that a thereafter supplied from the signal discriminator 12 pulse representing a start pulse.

Der zeitliche Abstand von Start- und Stoppimpuls wird durch den Flugzeitmesser 13 bestimmt und der Flugzeitwert einem Rechner 14 übergeben.The time interval between the start and stop pulse is determined by the time-of-flight meter 13 and the time-of-flight value is transferred to a computer 14 .

Bei turbulenten Strömungen können auch unterschiedliche Teilchen aufeinanderfolgende Start- bzw. Stoppimpulse auslö sen, so daß eine statistische Auswertung der Flugzeitwerte zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit durch einen Rechner 14 erforderlich ist.In the case of turbulent flows, different particles can also trigger successive start or stop pulses, so that a statistical evaluation of the flight time values for determining the flow velocity by a computer 14 is necessary.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt zur Detektion der Leistungsminderung im Strahlengang 4 die Photo diode 10, den Hochpaß und Verstärker 11 sowie den Signaldis kriminator 12. Zur Detektion der Leistungsminderung im Strah lengang 5 dient die Photodiode 15, der Hochpaß und Verstärker 16 sowie der Signaldiskriminator 17. Die aktiven Flächen der Photodioden 10, 15 werden in der Bildebene der von der Emp fangslinse 9 abgebildeten Fokussierungsstellen 7, 8 angeord net. Zweckmäßigerweise wird eine Doppeldiode mit zwei dicht nebeneinander liegenden aktiven Flächen verwendet.The embodiment shown in Fig. 2 has the photodiode 10, the high-pass filter and amplifier 11 and the Sign Aldis kriminator 12th in the beam path 4 for detecting the derating For the detection of performance degradation in the beam path Strah 5 serves the photodiode 15, the high-pass filter and amplifier 16 and the signal discriminator 17th The active areas of the photodiodes 10 , 15 are arranged in the image plane of the focusing points 7 , 8 imaged by the receiving lens 9 . A double diode with two active areas lying close to one another is expediently used.

Die Ausgangsimpulse der Signaldiskriminatoren 12, 17 werden über den Umschalter 18 dem Start- und Stoppeingang des Flug zeitmessers 13 fest zugeordnet. Stimmt die Strömungsrichtung mit der vorgegebenen Start-Stoppreihenfolge überein, liefert die statistische Auswertung der Flugzeitwerte eine Häufung bei dem Flugzeitwert, der der mittleren Strömungsgeschwindig keit entspricht. Im anderen Fall stammen die auf einen Start impuls folgenden Stoppimpulse stets von einem anderen Teil chen und die gemessenen Flugzeitwerte sind näherungsweise statistisch gleichverteilt. Somit ist es möglich, nach stati stischer Auswertung von zwei Ensembles von Teilchen, die jeweils bei unterschiedlich angenommener Startfokussierungsstelle, das heißt, die bei unterschiedlichen Stellungen des Umschalters 18 aufgenommen wurden, auf die Strömungsrichtung zu schließen.The output pulses of the signal discriminators 12 , 17 are assigned to the start and stop inputs of the flight timer 13 via the changeover switch 18 . If the direction of flow coincides with the specified start-stop sequence, the statistical evaluation of the flight time values provides an accumulation at the flight time value which corresponds to the average flow speed. In the other case, the stop pulses following a start pulse always originate from another particle and the measured flight time values are approximately statistically equally distributed. It is thus possible to infer the flow direction after statistical analysis of two ensembles of particles, each with a differently assumed start focusing point, that is to say those recorded at different positions of the switch 18 .

Claims

1.Laser time-of-flight anemometer for the quasi-point-like determination of flow parameters in optically transparent media by measuring the time of flight of individual, optically detectable particles contained in the flow, in which at least two beam paths for illuminating adjacent focussing points known distance, with light from a sufficiently focusable radiation source are illuminated, and at least one photoreceiver, which is used for the detection of start and stop signals, is present, characterized in that the beam paths ( 4 , 5 ) for illuminating the focusing points ( 7 , 8 ) behind the focusing points ( 7 , 8 ) at least one photoreceiver ( 10 , 15 ) are passed so that the reduction in power which occurs when a particle passes through a focusing point ( 7 , 8 ) is detected in the associated beam path ( 4 , 5 ).

2. Laser time-of-flight anemometer according to claim 1, characterized in that the beam paths ( 4 , 5 ) for illuminating the focusing points ( 7 , 8 ) behind the focusing points ( 7 , 8 ) are each guided to a photoreceiver ( 10 , 15 ) .