EP3649487A1 - Mehrkanalphotomultiplier mit auslese-elektronik - Google Patents

Mehrkanalphotomultiplier mit auslese-elektronik

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Publication number
EP3649487A1
EP3649487A1 EP18734207.6A EP18734207A EP3649487A1 EP 3649487 A1 EP3649487 A1 EP 3649487A1 EP 18734207 A EP18734207 A EP 18734207A EP 3649487 A1 EP3649487 A1 EP 3649487A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
event
integrated circuit
signal
photomultiplier
analog
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.)
Withdrawn
Application number
EP18734207.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Engels
Uwe Clemens
Codin GHEORGHE
Petter ØJA
Günter KEMMERLING
Sebastian Jaksch
Henrich Frielinghaus
Arne Olav Fredriksen
David STEENARI
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.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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 Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP3649487A1 publication Critical patent/EP3649487A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/208—Circuits specially adapted for scintillation detectors, e.g. for the photo-multiplier section

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting a photon or photons on a front side of a multi-channel photomultiplier, the device comprising the multichannel photomultiplier and a read-out electronics connected to the multichannel photomultiplier.
  • the invention further relates to a system.
  • multichannel photomultiplier readout systems are typically custom-made for a given built-in geometry and multi-unit detector area, e.g. for the electronic readout of the photomultiplier, for the interim evaluation of the signals or for a white balance with manual intervention.
  • a device for detecting a photon or photons on a front side of a multi-channel photomultiplier wherein the device comprises the Mehrkanalphotomultiplier and connected to the multi-channel photomultiplier readout electronics, wherein the read-out electronics has a base area which is smaller than or equal to Area of the front is.
  • the device may detect one or more photons striking a detection surface of the multi-channel photomultiplier at the front of the multi-channel photomultiplier.
  • the device serves to detect a photon or a charged or uncharged particle or a plurality of photons or a plurality of charged or non-charged particles.
  • a charged particle e.g. an electron or proton, or uncharged particle, e.g. a neutron
  • a front-end conversion unit e.g. a scintillator
  • a particularly suitable scintillator is known from document WO 2016/083021 A1. It is made of pixels that are separated by gaps or grooves.
  • Detecting on a front side of the multi-channel photomultiplier means that, for example, one or more photons strike for detection on the front side, in particular on a detection surface that extends over part or all of the front side of the multichannel photomultiplier.
  • a circumferential outer edge around the detection surface is provided on the front side for stabilization and optical shielding.
  • the edge occupies a total of less than 5%, preferably equal to or less than 3% of the total area of the front.
  • a non-detecting edge around the detection surface on the front side is less than 2 mm, preferably equal to or less than 1, 5 mm wide.
  • a photomultiplier is also called photomultiplier, photomultiplier or engl., "Photomultiplier tube” and commonly abbreviated to "PMT".
  • An ordinary photomultiplier includes a photocathode that converts one or more photons via the photoelectric effect into at least one or a plurality of photoelectrons, that is, free electrons, regardless of where a photon strikes the photocathode. In this way, an analog signal can be provided via an anode upon detection of one or more photons by the photomultiplier.
  • a multichannel photomultiplier also called Multianodenmultiplier or Engl, "multianode photomultiplier” and commonly abbreviated to “MaPMT” corresponds to several integrated Photomultipliern especially in a single housing.
  • Each of the individual anodes then provides an output for an analog signal in each case in particular via a pin penetrating the housing to the outside, which output can be forwarded, read out and / or further processed by the readout electronics.
  • a photocathode covers a certain surface portion of the detection surface, which is hereinafter referred to as pixels. If a photon falls on this surface section, ie on this pixel, the corresponding photocathode will detect the photon and output a corresponding analog signal via the analog output. Each analog signal can thus be assigned locally to a pixel on the detection surface.
  • the number of channels of the multi-channel photomultiplier corresponds to the number of photocathodes, the anodes and / or the analog outputs.
  • the number of channels is therefore a measure of the resolution, i. Pixels per area, multichannel photomultiplier or detection area.
  • the multi-channel photomultiplier is connected to the read-out electronics, in particular by means of post connectors.
  • a signal connection can optionally also be mechanically connected to a mechanically fixed fixation between the multi-channel photomultiplier and the readout electronics.
  • Signal connection means the connection of signal conductors or signal lines, ie, for example, a line for an analog or digital signal.
  • Mechanically connected means generally non-positively, materially connected or positively connected.
  • Mechanically fixed or fixed generally means not manually without tools and / or non-destructive releasable. In other words, a mechanically fixed assembly is not provided in operation for separating the fixedly connected components.
  • a readout electronics for a multi-channel photomultiplier comprises a plurality of signal lines, logic and / or programmable devices, one or more printed circuit boards and / or at least one preferably digital interface for an external evaluation unit.
  • Readout electronics take at least one step to further process at least one analog signal.
  • an external evaluation unit e.g. PC (personal computer).
  • read-out electronics can nevertheless determine, for example, a yes / no result from the signals read out, e.g. whether at a pixel a measured value has exceeded a threshold or not, and output what is not considered herein a detailed evaluation or analysis.
  • the footprint of the readout electronics is defined by the projection of the outermost contours of the entire readout electronics onto a plane parallel to the detection area of the multichannel photomultiplier.
  • Entire read-out electronics in this context means without connected cables, for example to the external evaluation unit or an external power source.
  • the base area indicates how far the entire readout electronics extend outward parallel to the detection surface.
  • This imaginary tube would have the outer contour of the base both on the back and on the opposite side, which faces the multi-channel photomultipher.
  • the hose would then be stretched in a straight line at each point of the outer contour, because no component or no part of the read-out electronics would project beyond this imaginary hose.
  • the hose thus illustrates a sufficient volume for the entire read-out electronics, ie without cables to external components.
  • such a tube would be cuboid.
  • the base area viewed from the back of the device or readout electronics, covers the entire readout electronics toward the front.
  • the multi-channel photomultipher has no outer contour that extends beyond the outer contour of the front side of the multi-channel photomultiphers.
  • the read-out electronics has a base area which is smaller than or equal to the area of the front side of the multi-channel photomultiphers, a modular construction of a system with several of the devices according to the invention is made possible.
  • the structure can be scaled arbitrarily in this way, and thus an overall detection area can be provided as the sum of a plurality of adjacent detection surfaces each of a device according to the invention in any size.
  • Dead areas of the detection area or total detection area can thus be reduced.
  • the structure is particularly flexible and can also be changed later if necessary.
  • a compact device for a simple and flexibly constructed system is made possible so that an automated use of the measurement data or measurement information directly from the readout unit permits.
  • a footprint of the read-out electronics which is smaller than or equal to the area of the front face of the multi-channel photomultiplier has a smaller length and / or width compared with the front face of the multi-channel photomultiplier. In other words, the footprint is shorter and / or narrower than the front.
  • the base area is thus at no point on the outer circumference of the front, so in particular over the edge around the detection area around, over or beyond.
  • the base area as the front side is spanned by the length and the width.
  • the length and width are in the plane or a parallel plane to the detection surface of the multi-channel photomultiplier.
  • the length is generally perpendicular to the width.
  • the depth is perpendicular to the length and perpendicular to the width. The depth extends from the direction of the front to the back of the readout electronics.
  • the length and width of the base together with the depth form an imaginary parallelepiped corresponding to the imaginary tube described above.
  • the front side is rectangular or square and / or the base is substantially rectangular or substantially square.
  • a rectangular shape and a square shape allow for a particularly close juxtaposition and stacking to minimize dead areas of a total detection area.
  • a square shape allows a particularly flexible arrangement of several devices in the length and width direction.
  • the base area or its outer contour can thereby take the form of a non-rectangular polygonal shape.
  • the overall impression of the base surface shape is still rectangular or square, it is a substantially rectangular or substantially square base.
  • the read-out electronics are configurable so that the read-out electronics can be operated in an event report mode or in an event data mode, wherein in the event report mode only the occurrence of an event, in particular in the form of an event signal, while in event data mode, measurement information about the event, in particular in the form of a measurement signal, is output.
  • This embodiment is based on the recognition that the mere occurrence of an event, e.g. detecting a photon at a pixel, detected particularly quickly and in particular in the form of the event signal, i. e.g. as a binary code, so yes or no or 1 or 0, can be output.
  • an event e.g. detecting a photon at a pixel
  • the form of the event signal i. e.g. as a binary code, so yes or no or 1 or 0, can be output.
  • providing one or more measurement information e.g. a measured pulse height of a detected photon, compared to much longer.
  • the measurement signal containing the measurement information eg the Detected waveform output for this event, which is relatively slow.
  • the waveform is transmitted only in event data mode.
  • event reporting mode the transmission of an event signal always occurs only for the pixel which is addressed first, in particular until the next dead time.
  • the event data mode the analog-digitally converted values of all pixels are transmitted.
  • Output can generally be a forwarding to a downstream component or a downstream component within the device, which processes the event signal or measurement signal or makes it available unprocessed to an external evaluation unit via an interface.
  • the speed of processing could be increased, in which the downstream components, which will be discussed in more detail, are equipped particularly powerful.
  • this requires space, which in the present case is preferably to save, so that the base area is less than or equal to the area of the front.
  • each pixel of the multi-channel photomultiplier is assigned an analog output of the multi-channel photomultiplier, and each of these analog outputs is in turn connected to an analog input of an integrated circuit unit, wherein the integrated circuit unit is in particular an ASIC.
  • a particularly high processing speed can be achieved in this way.
  • the integrated circuit unit for example, a first processing of the signals, eg amplification, can be carried out.
  • a plurality of integrated circuit units are provided to divide the analog outputs to a plurality of integrated circuit units.
  • the multichannel photomultiplier has 64 analog outputs, it would be possible to provide exactly four integrated circuit units each having 16 analog inputs.
  • the integrated circuit units are connected in parallel. A particularly high processing speed can be realized in this way.
  • An ASIC is the abbreviation for an application-specific integrated circuit and is also called a "custom chip.” By using an ASIC as an integrated circuit unit, a particularly high processing speed can be achieved.
  • a signal provided by an integrated circuit unit will hereinafter be called an output signal.
  • the integrated circuit unit which preferably only processes a signal analogously, additionally has one or only one event signal A / D converter in order to convert the preferably analog-processed signal into a digital output signal of the integrated circuit unit for outputting to a downstream one Convert component.
  • the integrated circuit unit may be configured such that the integrated circuit unit only forwards all the signals of the analog outputs of the multi-channel photomultiplier, i. without performing any signal processing. Preferably, then forwarded purely analog, so that the output signal is analog.
  • the integrated circuit unit transmits an event signal via a trigger line or in event data mode.
  • Mode a measurement signal via a measurement information line to a programmable and / or digitally operating logic device unit, in particular an FPGA.
  • the occurrence of an event can be reported very quickly to an external evaluation unit or measurement information about the event in a ready-prepared form, for example, for a PC as an external evaluation unit can be provided by the readout electronics.
  • Ready-prepared form of measurement information means, for example via an Ethernet interface transmitted.
  • the trigger line is connected directly to the integrated circuit unit to transmit an event signal as an output signal of the integrated circuit unit by means of the trigger line, preferably a trigger line for each channel.
  • the event signal is a digital output of the integrated circuit unit.
  • the integrated circuit unit it is possible for the integrated circuit unit to comprise digital and / or analog circuits or functions.
  • the integrated circuit unit has an event signal A / D converter. An event can be reported so fast.
  • the measurement information line is connected to or connected to an integrated circuit unit for transmitting a measurement signal as an output signal of the integrated circuit unit by means of the measurement information line.
  • a separate measurement information line is provided, but a common measurement information line to transmit a measurement signal of one of the integrated circuit units to the logic device unit.
  • the read-out electronics have a total of at least two and / or at most five measurement information lines, in particular independently from the number of integrated circuit units. In this way, several different measurement information about an event can be transmitted very quickly in parallel and at the same time a simple structure can be obtained.
  • the measurement signal is an analog output signal of the integrated circuit unit, which is transmitted via the measurement information line.
  • the read-out electronics have a measurement signal A / D converter, which is preferably arranged on the measurement information line, preferably between the integrated circuit unit and the logic module, around the analog measurement signal of the integrated circuit unit to convert the path to the logic device into a digital measurement signal.
  • the measurement signal A / D converter is multiplexable, can convert the measurement signals of multiple parallel measurement information lines into digital measurement signals. Space can be saved.
  • analog signals of the multi-channel photomultiplier and / or the analog output signals of the integrated circuit unit are generally current signals, ie no voltage signals.
  • the measurement signal A D converter is preferably preceded by a current-voltage converter so that a voltage signal is received at the measurement signal A D converter which is to be converted into the digital signal, in particular for the logic module.
  • a particularly effective conversion from the analog output signal into a digital input signal for the logic module can thus be made possible.
  • the measurement information line is an analog differential line.
  • An FPGA is the abbreviation for "Field Programmable Gate Array.”
  • An FPGA is a particularly digitally working integrated circuit in which a logic circuit can be loaded.
  • an FPGA as the logic device unit, a ready-processed measurement signal can be provided in a particularly reliable and simple manner. Furthermore, an FPGA allows a particularly simple and user-friendly adjustability and use in operation.
  • the number of trigger lines corresponds to the number of analog outputs of the multi-channel photomultiplier associated with each pixel. A particularly fast event signal transmission can thus be made possible.
  • event reporting mode when an event occurs at a pixel, only the respective trigger line is used to transmit the event signal while blocking all other trigger lines.
  • a particularly fast transmission and further processing of the event signal by the downstream component, in particular logic module, can be made possible.
  • the device has only one multi-channel photomultiplier and / or the read-out electronics have only one logic module for controlling the readout electronics and for providing a data interface for an external evaluation unit.
  • the logic module further serves to calibrate the readout electronics, preferably the at least one integrated circuit unit.
  • the read-out electronics comprise a plurality of integrated circuit units for first processing the analog signals of the multi-channel photomultiplier, which split the analog outputs of the multi-channel photomultiplier and / or use a common measurement information line for the transmission of a measurement signal to the logic module.
  • First processing of the analog signals means that the signals are subsequently processed by a downstream component such as the logic module.
  • Processing or processing means that in principle there is the possibility of scheduled modification of the signal, but also a calibration can be provided, by which the signal is forwarded only without modification.
  • a simple cable is not set up or suitable for processing or further processing a signal, because it does not allow any scheduled modification of the signal in the sense of the present application.
  • the mere physical properties of a cable, such as intrinsic resistance, which may also affect a signal are not expressly meant to be a modification herein. Rather, a planned modification of a signal requires, for example, a logical operation, interconnection or at least one additional electronic component.
  • the logic device unit processes the event signal by forwarding the signal to a data interface, even though the event signal may not have been purposefully modified. Because the logic module has basically the means to be able to modify the event signal with an appropriate configuration. Similarly, the integrated processes Switching unit a measurement signal by forwarding in the direction of the logic device unit, even if the measurement signal may not be specifically modified. Because the integrated switching unit basically has the facility to be able to modify the measurement signal with an appropriate configuration.
  • an event signal A / D converter is associated with the integrated circuit unit to communicate a digital event signal to the logic device unit.
  • a measurement signal A / D converter is interposed on a measurement information line to communicate a digital measurement signal to the logic device unit.
  • the logic module allows controlling and / or configuring the integrated circuit unit or the plurality of integrated circuit units.
  • the central control and / or calibration by the logic module allows a simple structure.
  • a control and calibration is particularly simple and convenient, for example by the evaluation unit possible, in particular, due to the programmability of the logic device unit a variety of measures can be automated, which would otherwise require manual intervention.
  • a D / A converter is interposed on a calibration line from the logic device unit to the integrated circuit device a calibration signal analog to the at least one integnerte circuit unit to transmit.
  • the at least one integrated circuit unit and / or all integrated circuit units can be calibrated particularly easily at the same time, because also digitally processed signals from the logic module can be used for the calibration.
  • a calibration line with an interposed D / A converter in the readout electronics is provided, which is shared when providing a plurality of integrated circuit units.
  • a control line is provided between the logic device unit and the at least one integrated circuit unit.
  • the control line is for example the configuration, which is e.g. the selection between the two alternatives, event notification mode and event data mode, includes. Discrimination generally concerns the information in which energy domain useful signals are to be found.
  • a separate control line is provided for each of the integrated circuit units.
  • control lines are provided to each of the integrated circuit units in order to realize a particularly high degree of automation in operation.
  • a separate analog calibration line is provided from the logic module to the at least one integrated circuit unit.
  • the readout electronics only one of the logic device unit to the integrated circuit unit purely analog Calibration line on. An analog-to-digital conversion can thus be omitted and calibrated very quickly.
  • a photomultiplier simulation unit is provided, preferably by means of one or more capacitances.
  • the photomultiplier simulation unit is interposed on the calibration line and / or on the calibration line, in particular between an integrated circuit unit and a D / A converter.
  • a particularly high level of automation and at the same time reliable detection operation can be achieved.
  • the multi-channel photomultiplier comprises at least 32, at least or exactly 64, at least or exactly 256, and / or at most 1024 channels, anodes or analog outputs.
  • Exactly 64, ie 8 ⁇ 8, or exactly 256, ie 16 ⁇ 16, have the advantage that this number of channels, anodes or analog outputs can be arranged in a space-efficient manner and / or on a square area where the number of rows is equal to the number of rows Number of columns is.
  • a manageable and manageable number of chips is also sufficient for processing the signals of the analog outputs, so that still a particularly simple structure and controllable system can be obtained.
  • At least 32 channels, anodes or analogue outputs have the advantage that this number still allows to provide a device in which the footprint is less than or equal to the area of the front face.
  • the front side length and / or the front side width is at least 35 mm, preferably 45 mm, and / or at most 70 mm, preferably at most 60 mm, particularly preferably at most 55 mm.
  • At least 35 mm allow to provide a device in which the base area is less than or equal to the area of the front. At most 70 mm allows a particularly compact, but simple design, with a system with several such devices can be built very flexible.
  • a particularly advantageous tuning and utilization of the components is hereby made possible.
  • the front side depth is substantially as large or larger than the front side length and / or the front side width, preferably at most 1.5 times as large.
  • the device With a substantially as large front side depth as front side length and front side width, the device has a cube-like overall impression.
  • a particularly easy and flexible handleable device By having the front side depth larger than the front side length and / or the front side width, but preferably not larger than 1.5 times, a particularly easy and flexible handleable device can be provided, which due to the balanced proportions and the comparatively uniform weight distribution a particularly stable system with several devices releasably assembled and can also be changed if necessary.
  • a mechanical receiving and fixing device is used to a particularly easy fixability and solvability of a single device of one or more adjacent devices of a system with several identical devices.
  • such a receiving and fixing device may be made of metal and / or have at least one screw for releasable fixing.
  • the read-out electronics ie the entire readout electronics, are arranged distributed on at least two printed circuit boards and / or at most six printed circuit boards, wherein the printed circuit boards are arranged one behind the other, parallel or orthogonal to the front side and / or to the detection surface of the multi-channel photomultiplier ,
  • a circuit board is generally a carrier of insulating material for the mechanical attachment of electronic components and / or electrical connection (s).
  • the division into at least two printed circuit boards makes it possible in a particularly simple manner that the base area is smaller than or equal to the area of the front side.
  • a separation of analog / digital signal processing is made possible and crosstalk avoided or reduced.
  • the structure would achieve a particularly high level of complexity and also an excessively large depth, which would hinder smooth operation in practice.
  • the successive arrangement of the printed circuit boards parallel to the front side and / or to the detection surface enables a particularly compact construction with a particularly reliable mode of operation.
  • the line lengths between the multi-channel photomultiplier and the at least one integrated circuit unit can thus be minimized.
  • this can be spatially particularly efficient to obtain a base area that is less than or equal to the area of the front.
  • the readout electronics is distributed to two separate, but firmly mechanically connected components, wherein the first component, the at least one integrated circuit unit and / or the second component of the Logic unit comprises.
  • a component comprises at least one printed circuit board.
  • a component may also comprise two printed circuit boards and / or additional electronic components, which are, however, mechanically firmly connected to each other.
  • data is exchanged or transmitted between two components through lines that freely traverse an air gap of more than 1 mm. In other words, freely suspended cables run between two components.
  • the data lines between the components are preferably not firmly integrated in a carrier.
  • a particularly compact and functionally clear structure can thus be made possible.
  • a receiving and fixing device can hold a readout electronics with two components particularly reliable and easy attachable and detachable for the user and fix. Also, the base can be kept in this way, taking advantage of the synergies described above less than or equal to the area of the front.
  • the first component is arranged between the multi-channel photomultiplier and the second component and / or connects the multichannel photomultiplier to the second component.
  • the inputs of the integrated circuit unit are arranged at or about the positions of the analog outputs of the multi-channel photomultiplier, preferably in rows and columns, i. a matrix.
  • the measurement signal A / D converter, the current-voltage converter, the D / A converter and / or the photomultiplier simulation unit are arranged on the second component.
  • the read-out electronics preferably the second component, has at least one interface for outputting a signal to an external evaluation unit, preferably an RJ-45 interface, a lemo interface and / or a JTAG interface.
  • a particularly high degree of automation and user comfort can be achieved in this way.
  • the arrangement of at least one interface on the second component simplifies the access to connect a cable for the user and also allows a particularly compact design, because as little space is lost through cable management.
  • a JTAG or IEEE interface can be used for user-side control, configuration and / or programming of the logic module, in particular FPGA.
  • An ordinary computer or PC can be used as an evaluation device by the JTAG interface or Ethernet interface.
  • the lemo interface is used for temporal synchronization in the further processing of the signals of the multi-channel photomultiplier.
  • the RJ-45 interface ie an Ethernet interface, allows the logic device unit, in particular FPGA, to receive instructions via the Internet.
  • an Internet interface is provided.
  • the logic module can also forward data without instructions via an Internet interface.
  • an electrical energy distributor for supplying the read-out electronics with power and / or a separate high-voltage distributor for the multi-channel photomultiplier is preferably provided on the second component.
  • the separate provision of the electrical power distributor and the high-voltage distributor can be technically particularly simple implement.
  • Another aspect of the invention for solving the problem relates to a system with a plurality of devices, in particular according to at least one embodiment of the device described above for achieving the object, wherein the Front sides of the multi-channel photomultiplier of the devices are arranged on a common plane to form a coherent total detection area, wherein two adjacent devices on one another and / or next to each other directly abut or adjoin one another.
  • Adjacent means that two devices are arranged side by side and parallel to each other as closely as possible juxtaposed and preferably mechanically firmly connected in this position.
  • Concern means that two adjacent devices adjoin one another at least in one point or area section.
  • two adjacent edge portions which surround the respective detection surface of their device, abut each other.
  • a particularly large total detection area with minimal dead areas can thus be provided and controlled and operated with little effort.
  • an integrated data preparation and a direct readout of user data can be made possible.
  • FIG. 1 Schematic representation of the device
  • FIG. 1 Schematic overview of the structure of the device
  • FIG. 1 Schematic isometric rear view of the device
  • Figure 4 Schematic isometric back view of a system with multiple mechanically connected devices
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the device with a scintillator 23, shown in dashed lines, which can be coupled to the front side, and an evaluation unit 22, in particular a computer, which can be connected to the device and is shown in dashed lines.
  • FIG. 2 shows the division of the readout electronics 2, 3 onto the first component 2 and the second component 3, which are explained in more detail below.
  • FIG. 3 shows the outer dimensions of the device 10, which has a total of a preferably square front side 4 with a square detection surface 21 and a rectangular or substantially square base 5, which is spanned by the length L 'and the width B'.
  • the entire read-out electronics are located within a cuboid, imaginary tube with the length L ', the width B' and the depth T ", as outlined by a dashed line in Fig. 3.
  • the base area 5 is smaller than the area of the Front side 4 with the length L and the width B. Also, the remaining outer contours of the multi-channel photomultiplier remain in the length and width direction within the outer contour of the front side. 4
  • the device 10 can be easily arranged to a system 20 adjacent to each other and adjacent to each other and adjacent, so that a flat total detection area from the single detection surface 21 of the individual devices 10 can be assembled.
  • FIG. 4 shows by way of example such a system 20 with four devices 10 arranged next to one another and one above the other.
  • the system 20 can be scaled arbitrarily and the outer contour of the total detection area can be changed flexibly if required by changing the arrangement of the devices 10.
  • FIG. 5 shows the system 20 of FIG. 4 with optionally coupled scintillators 23.
  • the scintillator 23 is for illustrative purposes hidden to show the detection surface 21.
  • the readout electronics 2, 3 has also been hidden in FIG.
  • a scintillator is a body whose molecules are traversed by the passage of high-energy particles, e.g. a neutron, in particular by collision processes are excited and the excitation energy in the form of, for example, light, so photons, again. Some of these photons propagate toward the detection surface 21 of the multi-channel photomultiplier 1 and fall on a pixel of the detection surface 21.
  • high-energy particles e.g. a neutron
  • the scintillator is brought to the multichannel photomultiplier by an air gap of about 1 mm from the detection surface 21 separately, in particular when the scintillator has no grooves, and / or comprises or consists of Li glass.
  • grooves are provided in the scintillator, in particular when the scintillator lies directly on the detection surface 21, in order to achieve a clear separation of the pixels of the multichannel photomultiplier 1 and thereby, for example, the so-called "cross-talk" effect, ie crosstalk effect in which, for example, a photon generated in a certain pixel of the scintillator in the course of a detection process strikes an adjacent pixel of the detection surface 21 due to an oblique propagation direction and the air gap past the corresponding pixel of the detection surface 21 and is consequently misallocated ,
  • a multi-channel photomultiplier 1 is shown on the left.
  • the first component 2 follows, which performs the function amplifier, discriminator and analog-to-digital conversion for the measurement signal.
  • the discriminator ensures that the useful signals are filtered out of the multiplicity of measured signals of the multi-channel photomultiplier 1.
  • the signals filtered out by the integrated circuit unit 7 are transmitted to the second component 3 with the FPGA as the logic module 1 1, preferably in digital form.
  • the FPGA places a measurement signal, which has been provided analogously by the integrated circuit unit 7 through a first processing and digitally transmitted to the FPGA by the measurement signal A / D converter 25, a location the detector surface 21, so for example the position or the number of a pixel.
  • the FPGA can provide the measurement signal with a time stamp and / or calculates, if necessary, for example, the pulse height as a measurement information into a corresponding units.
  • the FPGA receives only the event signal with the yes / no information that there has been an event at a particular pixel or at a pixel associated with a particular integrated circuit device.
  • the data processed in this way are transmitted by the FPGA into a network or via a network, for example to a computer.
  • the numbers set in parenthesis indicate the number of lines used in the illustrated embodiment, which are shown in a simplified manner only by a line. That Sixteen lines extend from the multi-channel photomultiplier 1 to each of the four integrated circuit units 7.
  • the integrated circuit units 7, which are in the form of a chip, serve as amplifiers and discriminators and can additionally perform an analog-to-digital conversion of an event signal.
  • Each of the four chips or integrated circuit units 7 has sixteen signal inputs. This ensures that a separate signal input into the chip or the integrated circuit unit is available for each pixel of the detection surface 21.
  • the chips or integrated circuit units 7 are connected in parallel in a logical sense. It has been found that in this way a particularly reliable and fast operation can be achieved.
  • the FPGA 1 1 controls, for example, the discrimination, ie transmits the information in which energy range the useful signals are to be found.
  • the FPGA 1 1 continues to perform a calibration.
  • the calibration line 12 comprises a D / A converter 19.
  • a photomultiplier simulation unit 24 in particular one or more capacitances, which are responsible for simulating a photomultiplier.
  • the FPGA outputs a digital calibration signal. This is converted into an analog calibration signal via the D / A converter 19 and then fed into capacitances.
  • the capacities now simulate a photomultiplier.
  • the resulting simulation signal is then forwarded to the chips, that is to say the integrated circuit units 7. Subsequently, the integrated circuit units 7 output a digital signal. This is then calibrated so that all the integrated circuit units 7 produce an equal output in response to a same input signal.
  • the multichannel photomultiplier 1 also reacts differently, as a rule. However, these different reactions are previously known and are stored in the FPGA, so that an adjustment or calibration can be made here as well.
  • trigger lines 8 For forwarding an event signal in event reporting mode there are trigger lines 8.
  • a differential analog measurement information line 9 serves to forward measurement information, for example the pulse height or the pulse shape, ie complete pulse shape, preferably as analog data. This distinction between two different redirects serves to allow a quick readout when it only depends on the occurrence of events. If only one event is to be measured and if, for example, an event is detected on any pixel, eg a photon is registered, this event is further processed and transmitted by the integrated circuit unit 7 as a digital signal to the FPGA.
  • Each integrated circuit unit 7 has only one event signal A / D converter (not shown).
  • the differential analog measurement information line 9 likewise comprises a measurement signal A D converter.
  • the chips or integrated circuit units 7 are further created so that no digital processing needs to take place. Each integrated circuit unit 7 therefore has sixteen analog outputs.
  • the chips or integrated circuit units 7 can be switched, via FPGA and control lines 17, that is, that an analog signal of the multi-channel photomultiplier 1 is forwarded to an analog output 6 of the integrated circuit units 7, which is merely optionally leveled by resistors.
  • the analog signals can be transmitted via 4x16 lines, namely the trigger line 8, or else only via a line 9, namely the measurement information line 9, to the second component 3, preferably in digital form according to an analog-digital Conversion by the above-mentioned A / D converter.
  • the measuring signal A / D converter 25 is preferably capable of multiplexing, ie it can process several signals simultaneously.
  • a / D converters it would also be possible to provide correspondingly a plurality of A / D converters, that is to say an arrangement which can operate more efficient analog-to-digital conversion.
  • a / D converter 25 only one measurement signal A / D converter 25 is preferable.
  • the preferably multiplexable measurement signal A / D converter 25 then forwards the digitized data to the FPGA.
  • a standardized l 2 C-Sch n ittstel le 26 is provided, preferably on the second component 3, which is arranged so that data from a sensor 27 (in Fig. 2 only schematically indicated by a dashed line) can be fed, preferably in the logic module 1 1.
  • the sensor may be a temperature sensor, humidity sensor and / or voltage sensor. If required, temperature, humidity, voltage and current values can be fed in, for example, to ambient data such as: For example, if light was on and the multichannel photomultiplier could not measure anything.
  • RJ-45 interface 16 through which the FPGA receives instructions.
  • a lemo interface via which a clock for the internal quartz crystal oscillations can be specified for the purpose of synchronization.
  • a clock for the internal quartz crystal oscillations can be specified for the purpose of synchronization.
  • JTAG interface 14 which can be connected to an external evaluation unit 22, preferably PC, and serves to be able to upload firmware into the FPGA.
  • an external evaluation unit 22 preferably PC
  • a supply unit 30 provides the energy for the energy distributor 28 and / or the high-voltage distributor 29, ie converts the current of the external energy supply accordingly.
  • the second component 3 as a whole is the FPGA or an FPGA component or FPGA component arrangement.
  • the second component 3 or the FPGA or the FPGA component is composed of two sub-components - as illustrated in FIG. 2 by the two boxes bordered by dashed lines, both of them are again surrounded by a dashed line representing the second component 3.
  • the interfaces to external components and the power supply are combined in a sub-component, ie the RJ-45 interface 16, the LEMO interface 15, and the JTAG interface 14 and the power distributor 28, the high-voltage distributor 29 and the supply unit 30 This allows a simple and clear structure as well as a particularly compact design.
  • the multi-channel photomultiplier 1 is a Hamamatsu Flat-Plan MaPMT H8500 with 8x8 PMTs.
  • the integrated circuit unit 7 is an Ideas IDE3465 from the company Ideas Integrated Detector Electronics AS.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Detektieren eines Photons oder mehrerer Photonen an einer Frontseite (4) eines Mehrkanalphotomultipliers (1), wobei die Vorrichtung (10) den Mehrkanalphotomultiplier (1) und eine mit dem Mehrkanalphotomultiplier verbundene Auslese-Elektronik (2,3) umfasst, wobei die Auslese-Elektronik (2,3) eine Grundfläche 5 aufweist, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite (4) ist. Die Erfindung betrifft ferner ein System umfassend mehrere der Vorrichtungen,die auch Logikschaltungen beinhalten und so integrierte Datenaufbereitung sowie ein direktes Auslesen von Nutzdaten erlauben. Ein einfacher, flexibler und skalierbarer Aufbau und eine besonders einfache Steuerbarkeit mit hohem Automatisierungsgrad kann so ermöglicht werden.

Description

Mehrkanalphotomultiplier mit Auslese-Elektronik
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren eines Photons oder mehrerer Photonen an einer Frontseite eines Mehrkanalphotomultipliers, wobei die Vorrichtung den Mehrkanalphotomultiplier und eine mit dem Mehrkanalphotomultiplier verbundene Auslese-Elektronik umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein System.
Zurzeit werden Auslesesysteme für Mehrkanalphotomultiplier üblicherweise als Sonderanfertigung für eine vorgegebene Einbaugeometrie und Detektorfläche aus mehreren Einheiten z.B. zum elektronischen Auslesen des Photomultipliers, zum Zwischenauswerten der Signale oder für einen Weißabgleich mit manuellem Eingriff zusammengesetzt.
Sowohl die Anzahl der Komponenten als auch der Betriebsaufwand, d.h. der Aufwand für manuelle Eingriffe, limitiert derzeit die Einsatzbereiche dieser Technologie. Zudem sind die bestehenden Systeme wenig flexibel und die komplex aufgebaute und in der Regel nur aufwändig steuerbare Elektronik nimmt viel Bauraum ein, was zu großen toten Bereichen in der Detektionsfläche führen kann.
Die vorgenannten, aus dem Stand der Technik bekannten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination mit einem der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Gegenstände kombiniert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Vorrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe dient eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch und ein System nach dem Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Lösung der Aufgabe dient eine Vorrichtung zum Detektieren eines Photons oder mehrerer Photonen an einer Frontseite eines Mehrkanalphotomultipliers, wobei die Vorrichtung den Mehrkanalphotomultiplier und eine mit dem Mehrkanalphotomultiplier verbundene Auslese-Elektronik umfasst, wobei die Auslese-Elektronik eine Grundfläche aufweist, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite ist.
Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Photon oder mehrere Photonen bei einem Auftreffen auf eine Detektionsfläche des Mehrkanalphotomultiplier an der Frontseite des Mehrkanalphotomultiplier detektieren.
Insbesondere dient die Vorrichtung zum Detektieren eines Photons oder eines geladenen oder nicht geladenen Teilchens oder mehrerer Photonen oder mehrerer geladener oder nicht geladener Teilchen. Ein geladenes Teilchen, z.B. ein Elektron oder Proton, oder nicht geladenes Teilchen, z.B. ein Neutron, kann vorzugsweise unter Zuhilfenahme einer an der Frontseite vorgeschalteten Umwandlungseinheit, z.B. einen Szintillator, durch den Mehrkanalphotomultiplier an der Frontseite detektiert werden. Ein besonders geeigneter Szintillator ist aus der Druckschrift WO 2016/083021 A1 bekannt. Dieser ist aus Pixeln gebildet, die durch Zwischenräume oder Rillen voneinander getrennt sind.
Detektieren an einer Frontseite des Mehrkanalphotomultipliers meint, dass beispielsweise ein Photon oder mehrere Photonen für das Detektieren auf die Frontseite treffen, insbesondere auf eine Detektionsfläche, die sich über einen Teil oder die ganze Frontseite des Mehrkanalphotomultipliers erstreckt. Vorzugsweise ist an der Frontseite zur Stabilisierung und optischen Abschirmung ein umlaufender Außenrand um die Detektionsfläche herum vorgesehen. Insbesondere nimmt der Rand insgesamt weniger als 5%, bevorzugt gleich oder weniger als 3% der gesamten Fläche der Frontseite ein. Vorzugsweise ist ein nicht detektierender Rand um die Detektionsfläche an der Frontseite weniger als 2 mm, bevorzugt gleich oder weniger als 1 ,5 mm breit. Ein Photomultiplier wird auch Photoelektronenvervielfacher, Photovervielfacher oder engl, „photomultiplier tube" genannt und üblicherweise mit „PMT" abgekürzt. Ein gewöhnlicher Photomultiplier umfasst eine Photokathode, die ein Photon oder mehrere Photonen über den photoelektrischen Effekt in mindestens ein Photoelektron oder mehrere Photoelektronen, also freie Elektronen, umwandelt, und zwar unabhängig davon, wo ein Photon auf die Photokathode trifft. Über eine Anode kann auf diese Weise bei Detektieren eines Photons oder mehrerer Photonen durch den Photomultiplier ein analoges Signal bereitgestellt werden.
Ein Mehrkanalphotomultiplier, auch Multianodenmultiplier oder engl, „multianode photomultiplier" genannt und üblicherweise mit „MaPMT" abgekürzt, entspricht mehreren integrierten Photomultipliern insbesondere in einem einzigen Gehäuse. Jede der einzelnen Anoden stellt dann jeweils insbesondere über einen das Gehäuse nach außen durchdringenden Pin einen Ausgang für ein analoges Signal bereit, das durch die Auslese-Elektronik weitergeleitet, ausgelesen und/oder weiterverarbeitet werden kann.
Vorzugsweise deckt eine Photokathode einen bestimmten Flächenabschnitt der Detektionsfläche ab, der nachfolgend Pixel genannt wird. Fällt ein Photon auf diesen Flächenabschnitt, also auf diesen Pixel, wird die entsprechende Photokathode das Photon detektieren und ein entsprechendes analoges Signal über den analogen Ausgang ausgeben. Jedes analoge Signal kann also örtlich einem Pixel auf der Detektionsfläche zugeordnet werden.
Insbesondere entspricht die Anzahl der Kanäle des Mehrkanalphotomultipliers der Anzahl der Photokathoden, der Anoden und/oder der analogen Ausgänge. Die Anzahl der Kanäle ist daher ein Maß für die Auflösung, d.h. Pixel pro Fläche, des Mehrkanalphotomultipliers oder der Detektionsfläche.
Der Mehrkanalphotomultiplier ist mit der Auslese-Elektronik verbunden, insbesondere mittels Pfostenstecker. Neben einer Signalverbindung kann optional auch zusätzlich mechanisch verbunden werden, um eine mechanisch feste Fixierung zwischen des Mehrkanalphotomultipliers und der Auslese-Elektronik zu erhalten. Signalverbindung meint das Verbinden von Signalleitern oder Signalleitungen, also z.B. eine Leitung für ein analoges oder digitales Signal. Mechanisch verbunden meint allgemein kraftschlüssig, stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden. Mechanisch fest verbunden oder fixiert meint allgemein manuell nicht ohne Werkzeug und/oder nicht zerstörungsfrei lösbar. Mit anderen Worten ist eine mechanisch fest verbundene Baueinheit im Betrieb nicht für ein Trennen der fest verbundenen Komponenten vorgesehen.
Eine Auslese-Elektronik für einen Mehrkanalphotomultiplier umfasst mehrere Signalleitungen, logische und/oder programmierbare Bausteine, eine oder mehrere Leiterplatten und/oder mindestens eine vorzugsweise digitale Schnittstelle für eine externe Auswertungseinheit. Eine Auslese-Elektronik nimmt mindestens einen Schritt zur Weiterverarbeitung mindestens eines analogen Signals vor. Eine detaillierte Auswertung und Analyse der von der Auslese-Elektronik bereitgestellten, insbesondere digitalen Signale erfolgt jedoch an einer externen Auswertungseinheit, z.B. PC (Personal Computer). Allgemein kann eine Auslese-Elektronik dennoch aus den ausgelesenen Signalen beispielsweise ein Ja/Nein-Ergebnis ermitteln, z.B. ob an einem Pixel ein gemessener Wert einen Schwellenwert überschritten hat oder nicht, und ausgeben, was vorliegend nicht als eine detaillierte Auswertung oder Analyse angesehen wird.
Die Grundfläche der Auslese-Elektronik wird definiert durch die Projektion der äußersten Konturen der gesamten Auslese-Elektronik auf eine Ebene parallel zu der Detektionsfläche des Mehrkanalphotomultipliers.
Gesamte Auslese-Elektronik meint in diesem Zusammenhang ohne angeschlossene Kabel z.B. zu der externen Auswertungseinheit oder einer externen Stromquelle. Mit anderen Worten zeigt die Grundfläche an, wie weit sich die gesamte Auslese- Elektronik parallel zur Detektionsfläche nach außen erstreckt. Man stelle sich einen imaginären Schlauch um die gesamte Auslese-Elektronik herum aus Richtung der Frontseite des Mehrkanalphotomultiphers bis zu der gegenüberliegenden Rückseite der Auslese-Elektronik vor, wie schematisch durch eine gestrichelte Linie in Figur 3 dargestellt. Dieser imaginäre Schlauch würde sowohl an der Rückseite als auch an der gegenüberliegenden Seite, die dem Mehrkanalphotomultipher zugewandt ist, die Außenkontur der Grundfläche aufweisen. Zwischen der Rückseite und der gegenüberliegenden Seite wäre dann der Schlauch an jeder Stelle der Außenkontur geradlinig gespannt, weil keine Komponente oder kein Teil der Auslese-Elektronik über diesen imaginären Schlauch überstehen oder hinausragen würde. Der Schlauch illustriert somit ein hinreichendes Bauvolumen für die gesamte Auslese-Elektronik, also ohne Kabel zu externen Komponenten. Vorzugsweise wäre ein solcher Schlauch quaderförmig.
Mit anderen Worten überdeckt die Grundfläche von der Rückseite der Vorrichtung oder Auslese-Elektronik aus gesehen die gesamte Auslese-Elektronik in Richtung zur Frontseite.
Vorzugsweise weist der Mehrkanalphotomultipher keine Außenkontur auf, die über die Außenkontur der Frontseite des Mehrkanalphotomultiphers hinausragt.
Dadurch, dass die Auslese-Elektronik eine Grundfläche aufweist, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite des Mehrkanalphotomultiphers ist, wird ein modularer Aufbau eines Systems mit mehreren der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglicht.
Der Aufbau kann auf diese Weise beliebig skaliert werden und somit eine Gesamtdetektionsfläche als die Summe mehrerer angrenzender Detektionsflächen jeweils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in beliebiger Größe bereitgestellt werden.
Tote Bereiche der Detektionsfläche oder Gesamtdetektionsfläche können so reduziert werden. Zudem ist der Aufbau besonders flexibel und kann bei Bedarf auch nachträglich geändert werden.
Eine kompakte Vorrichtung für ein einfaches und flexibel aufgebautes System wird so ermöglicht, dass eine automatisierte Verwendung der Messdaten oder Messinformation direkt aus der Ausleseeinheit zulässt. Insbesondere weist eine Grundfläche der Auslese-Elektronik, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite des Mehrkanalphotomultipliers ist, eine geringere Länge und/oder Breite verglichen mit der Frontseite des Mehrkanalphotomultipliers auf. Mit anderen Worten ist die Grundfläche kürzer und/oder schmaler als die Frontseite.
Die Grundfläche steht also an keiner Stelle über den Außenumfang der Frontseite, also insbesondere über den Rand um die Detektionsfläche herum, über oder ragt darüber hinaus.
Grundsätzlich wird die Grundfläche wie die Frontseite durch die Länge und die Breite aufgespannt. Die Länge und Breite liegen in der Ebene oder einer parallelen Ebene zur Detektionsfläche des Mehrkanalphotomultipliers. Die Länge steht allgemein senkrecht auf der Breite. Insbesondere steht die Tiefe senkrecht auf der Länge und senkrecht auf der Breite. Die Tiefe erstreckt sich aus Richtung der Frontseite zur Rückseite der Auslese-Elektronik hin. Insbesondere bilden die Länge und Breite der Grundfläche zusammen mit der Tiefe einen imaginären Quader, der dem imaginären Schlauch entspricht, der oben beschrieben wurde.
In einer Ausführungsform ist die Frontseite rechteckig oder quadratisch und/oder die Grundfläche ist im Wesentlichen rechteckig oder im Wesentlichen quadratisch ist.
Eine Rechteckform und Quadratform erlaubt ein besonders eng anliegendes nebeneinander und übereinander Anordnen zur Minimierung von toten Bereichen einer Gesamtdetektionsfläche. Zudem erlaubt eine Quadratform ein besonders flexibles aneinander Anordnen von mehreren Vorrichtungen in Längen- und Breitenrichtung.
Wenn eine Komponente oder ein Teil der Auslese-Elektronik an nur einer Stelle punktuell oder lokal eine äußere Konturauswölbung bildet, kann dadurch die Grundfläche oder dessen Außenkontur die Form eines nicht rechtwinkligen Mehrecks annehmen. Wenn der Gesamteindruck der Grundflächenform jedoch immer noch rechteckartig oder quadratartig ist, handelt es sich um ein im Wesentlichen rechteckige bzw. im Wesentlichen quadratische Grundfläche.
In einer Ausführungsform ist die Auslese-Elektronik so konfigurierbar, dass die Auslese-Elektronik in einem Ereignis-Melde-Modus oder in einem Ereignis-Daten- Modus betrieben werden kann, wobei in dem Ereignis-Melde-Modus nur das Auftreten eines Ereignisses, insbesondere in Form eines Ereignis-Signal, ausgegeben wird, während im Ereignis-Daten-Modus eine Messinformation über das Ereignis, insbesondere in Form eines Mess-Signals, ausgegeben wird.
Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das bloße Auftreten eines Ereignisses, z.B. das Detektieren eines Photons an einem Pixel, besonders schnell ermittelt und insbesondere in Form des Ereignis-Signals, d.h. z.B. als binärer Code, also Ja oder Nein bzw. 1 oder 0, ausgegeben werden kann. Hingegen dauert das Bereitstellen einer oder mehrerer Messinformationen, z.B. eine gemessene Pulshöhe eines detektierten Photons, im Vergleich dazu deutlich länger.
Diese Unterscheidung zwischen den erläuterten zwei verschiedenen Signalverarbeitungsweisen in Form des Ereignis-Melde-Modus oder des Ereignis- Daten-Modus dient dazu, eine schnelle Auslesung zu ermöglichen, wenn es lediglich auf das Auftreten von Ereignissen ankommt.
Soll jedoch ein Ereignis gemessen werden und wird auf einem bestimmten Pixel ein Ereignis festgestellt, wird das Mess-Signal mit der Messinformation, z.B. die detektierte Signalform, für dieses Ereignis ausgegeben, was vergleichsweise langsam abläuft.
Es ist ebenfalls möglich, im Ereignis-Daten-Modus alle Mess-Signale aller Pixel auszugeben, was im Vergleich noch langsamer abläuft. Vorzugsweise wird die Signalform nur im Ereignis-Daten-Modus übermittelt.
Im Ereignis-Melde-Modus wird insbesondere keine Signalform übermittelt. Vorzugsweise geschieht Im Ereignis-Melde-Modus die Übermittlung eines Ereignis- Signals immer nur für den Pixel, das als erstes angesprochen wird insbesondere bis zur nächsten Totzeit. Hingegen werden im Ereignis-Daten-Modus die analog-digital- gewandelten Werte aller Pixel übermittelt.
Ausgeben kann allgemein ein Weiterleiten an eine nachgelagerte Komponente oder ein nachgelagertes Bauteil innerhalb der Vorrichtung sein, welches das Ereignis- Signal oder Mess-Signals verarbeitet oder unverarbeitet einer externen Auswertungseinheit über eine Schnittstelle bereitstellt.
Im Ereignis-Daten-Modus könnte die Schnelligkeit der Verarbeitung erhöht werden, in dem die nachgelagerten Komponenten, auf die noch näher eingegangen wird, besonders leistungsfähig ausgestattet werden. Dies benötigt jedoch Bauraum, den es vorliegend bevorzugt einzusparen gilt, damit die Grundfläche kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite wird.
In einer Ausführungsform ist jedem Pixel des Mehrkanalphotomultipliers jeweils ein analoger Ausgang des Mehrkanalphotomultipliers zugeordnet ist, und jeder dieser analogen Ausgänge ist wiederum an jeweils einen analogen Eingang einer integrierten Schaltungseinheit angeschlossen, wobei die integrierte Schaltungseinheit insbesondere ein ASIC ist. Eine besonders hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit kann so erreicht werden. Durch die integrierte Schaltungseinheit kann z.B. eine erste Verarbeitung der Signale, z.B. Verstärkung, vorgenommen werden. Bevorzugt sind mehrere integrierte Schaltungseinheiten vorgesehen, um die analogen Ausgänge auf mehrere integrierte Schaltungseinheiten aufzuteilen. Wenn der Mehrkanalphotomultiplier beispielsweise 64 analoge Ausgänge hat, könnten vorzugsweise genau vier integrierte Schaltungseinheiten mit jeweils 16 analogen Eingängen vorgesehen werden. Vorzugsweise sind bei Vorsehen von mehreren integrierten Schaltungseinheiten die integrierten Schaltungseinheiten parallel geschaltet. Eine besonders hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit kann so realisiert werden.
Ein ASIC ist die Abkürzung für eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (engl,„application-specific integrated circuit" und wird auch„Custom Chip" genannt. Durch den Einsatz eines ASIC als integrierte Schaltungseinheit kann eine besonders hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erzielt werden.
Ein Signal, das von einer integrierten Schaltungseinheit bereitgestellt wird, wird im Folgenden Ausgangssignal genannt.
In einer Weiterentwicklung weist die integrierte Schaltungseinheit, die bevorzugt nur analog ein Signal verarbeitet, zusätzlich einen oder nur einen Ereignis-Signal-A/D- Wandler auf, um das bevorzugt analog verarbeitete Signal in ein digitales Ausgangssignal der integrierten Schaltungseinheit zum Ausgeben an eine nachgeschaltete Komponente umzuwandeln.
In einer alternativen oder ergänzenden Weiterentwicklung kann die integrierte Schaltungseinheit so konfiguriert werden, dass die integrierte Schaltungseinheit alle Signale der analogen Ausgänge des Mehrkanalphotomultipliers nur weiterleitet, d.h. ohne eine Signalverarbeitung durchzuführen. Bevorzugt wird dann rein analog weitergeleitet, so dass auch das Ausgangssignal analog ist.
In einer Ausführungsform übermittelt die integrierte Schaltungseinheit im Ereignis- Melde-Modus ein Ereignis-Signal über eine Trigger-Leitung oder im Ereignis-Daten- Modus ein Mess-Signal über eine Messinformations-Leitung an eine programmierbare und/oder digital arbeitende Logikbausteineinheit, insbesondere ein FPGA.
Auf diese Weise kann das Auftreten eines Ereignisses besonders schnell an eine externe Auswertungseinheit gemeldet werden oder Messinformationen über das Ereignis in einer fertig aufbereiteten Form beispielsweise für einen PC als externe Auswertungseinheit durch die Auslese-Elektronik bereitgestellt werden. Fertig aufbereitete Form von Messinformationen meint beispielsweise über eine Ethernet- Schnittstelle übermittelbar.
Insbesondere ist die Trigger-Leitung unmittelbar an die integrierte Schaltungseinheit angeschlossen, um ein Ereignis-Signal als Ausgangssignal der integrierten Schaltungseinheit mittels der Trigger-Leitung zu übermitteln, vorzugsweise für jeden Kanal eine Trigger-Leitung.
Vorzugsweise ist das Ereignis-Signal ein digitales Ausgangssignal der integrierten Schaltungseinheit. Grundsätzlich ist es möglich, dass die integrierte Schaltungseinheit digitale und/oder analoge Schaltungen oder Funktionen umfasst. Insbesondere weist die integrierte Schaltungseinheit einen Ereignis-Signal-A/D- Wandler auf. Ein Ereignis kann so besonders schnell gemeldet werden.
Insbesondere ist die Messinformations-Leitung an eine integrierte Schaltungseinheit angeschlossen oder damit verbunden, um ein Mess-Signal als Ausgangssignal der integrierten Schaltungseinheit mittels der Messinformations-Leitung zu übermitteln.
Insbesondere ist bei Vorsehen von mehreren integrierten Schaltungseinheiten nicht für jede der integrierten Schaltungseinheiten eine eigene Messinformations-Leitung vorgesehen, sondern eine gemeinsame Messinformations-Leitung, um ein Mess- Signal einer der integrierten Schaltungseinheiten zur Logikbausteineinheit zu übermitteln. Bevorzugt weist die Auslese-Elektronik insgesamt mindestens zwei und/oder höchstens fünf Messinformations-Leitungen auf, insbesondere unabhängig von der Anzahl der integrierten Schaltungseinheiten. Auf diese Weise können parallel mehrere verschiedene Messinformationen über ein Ereignis besonders schnell übermittelt werden und gleichzeitig ein einfacher Aufbau erhalten werden.
Vorzugsweise ist das Mess-Signal ein analoges Ausgangssignal der integrierten Schaltungseinheit, das über die Messinformations-Leitung übermittelt wird.
In einer Weiterentwicklung weist die Auslese-Elektronik einen Mess-Signal-A/D- Wandler auf, der bevorzugt an der Messinformations-Leitung, vorzugsweise zwischen der integrierten Schaltungseinheit und der Logikbausteineinheit, angeordnet ist, um das analoge Mess-Signal der integrierten Schaltungseinheit auf dem Weg zur Logikbausteineinheit in ein digitales Mess-Signal umzuwandeln. Vorzugsweise ist der Mess-Signal-A/D-Wandler multiplexfähig, kann die Mess- Signale mehrerer paralleler Messinformations-Leitungen in digitale Mess-Signale umwandeln. Bauraum kann so eingespart werden.
Bevorzugt sind allgemein die analogen Signale des Mehrkanalphotomultipliers und/oder die analogen Ausgangssignale der integrierten Schaltungseinheit Stromsignale, also keine Spannungssignale.
Wenn das Mess-Signal von der integrierten Schaltungseinheit als analoges Stromsignal ausgegeben wird, ist dem Mess-Signal-A D-Wandler vorzugsweise ein Strom-Spannungs-Wandler vorgeschaltet, so dass an dem Mess-Signal-A D- Wandler ein Spannungssignal empfangen wird, das in das digitale Signal insbesondere für die Logikbausteineinheit umgewandelt werden soll. Eine besonders effektive Umwandlung von dem analogen Ausgangssignal in ein digitales Eingangssignal für die Logikbausteineinheit kann so ermöglicht werden.
Insbesondere ist die Messinformations-Leitung eine analoge Differentialleitung. Eine einfache und zuverlässige Funktionsweise der Auslese-Elektronik für die Bereitstellung von Messdaten eines Ereignisses kann so ermöglicht werden. Ein FPGA ist die Abkürzung für engl.„Field Programmable Gate Array". Ein FPGA ist ein insbesondere digital arbeitender integrierter Schaltkreis, in welchen eine logische Schaltung geladen werden kann.
Durch den Einsatz eines FPGA als die Logikbausteineinheit kann ein fertig aufbereitetes Mess-Signal besonders zuverlässig und einfach bereitgestellt werden. Ferner erlaubt ein FPGA eine besonders einfache und benutzerfreundliche Einstellbarkeit und Nutzung im Betrieb.
In einer Weiterentwicklung ist nur eine Logikbausteineinheit vorgesehen, vorzugsweise für größere Anzahl an integrierten Schaltungseinheiten wie z.B. ASICS. Ein einfacher und platzsparender Aufbau kann so realisiert werden.
In einer Ausführungsform entspricht die Anzahl der Trigger-Leitungen der Anzahl der jeweils einem Pixel zugeordneten analogen Ausgänge des Mehrkanalphotomultipliers. Eine besonders schnelle Ereignis-Signal-Übermittlung kann so ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform wird im Ereignis-Melde-Modus bei Auftreten eines Ereignisses an einem Pixel nur die jeweilige Trigger-Leitung für die Übermittlung des Ereignis-Signals genutzt wird, während alle übrigen Trigger-Leitungen blockiert werden. Eine besonders schnelle Übermittlung und auch Weiterverarbeitung des Ereignis-Signals durch die nachgelagerte Komponente, insbesondere Logikbausteineinheit, kann so ermöglicht werden.
Insbesondere werden alle übrigen Trigger-Leitungen derselben integrierten Schaltungseinheit blockiert, also keine Trigger-Leitungen anderer integrierter Schaltungseinheiten bei Vorsehen von mehreren integrierten Schaltungseinheiten. Ein besonders einfacher Aufbau kann so ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung nur einen Mehrkanalphotomultiplier auf und/oder die Auslese-Elektronik weist nur eine Logikbausteineinheit zum Steuern der Auslese-Elektronik und zum Bereitstellen einer Datenschnittstelle für eine externe Auswertungseinheit auf. Insbesondere dient die Logikbausteineinheit ferner zum Kalibrieren der Auslese-Elektronik, vorzugsweise der mindestens einen integrierten Schaltungseinheit. Durch nur einen Mehrkanalphotomultiplier und nur eine Logikbausteineinheit kann ein besonders einfacher und kompakter Aufbau realisiert werden, der sich mit geringem Aufwand herstellen und steuern lässt.
In einer Ausführungsform umfasst die Auslese-Elektronik mehrere integrierte Schaltungseinheiten für ein erstes Verarbeiten der analogen Signale des Mehrkanalphotomultiplier, welche die analogen Ausgänge des Mehrkanalphotomultipliers unter sich aufteilen und/oder eine gemeinsame Messinformations-Leitung für die Übermittlung eines Mess-Signals an die Logikbausteineinheit nutzen.
Erstes Verarbeiten der analogen Signale meint, dass die Signale anschließend noch durch eine nachgelagerte Komponente wie z.B. der Logikbausteineinheit weiterverarbeitet werden. Verarbeiten oder Weiterverarbeiten meint, dass grundsätzlich die Möglichkeit zur planmäßigen Modifikation des Signals besteht, jedoch auch eine Kalibrierung vorgesehen werden kann, durch die das Signal lediglich ohne Modifikation weitergeleitet wird. Ein einfaches Kabel ist nicht zur Verarbeitung oder Weiterverarbeitung eines Signals eingerichtet oder geeignet, weil es keine planmäßige Modifikation des Signals im Sinne der vorliegenden Anmeldung erlaubt. Die bloßen physikalischen Eigenschaften eines Kabels wie z.B. der intrinsische Widerstand, die auch Auswirkungen auf ein Signal haben können, sind hier ausdrücklich nicht als eine planmäßige Modifikation gemeint. Vielmehr verlangt eine planmäßige Modifikation eines Signals beispielsweise eine logische Operation, Verschaltung oder zumindest eine zusätzliche elektronische Komponente. Somit verarbeitet beispielsweise die Logikbausteineinheit das Ereignis-Signal durch das Weiterleiten des Signals zu einer Datenschnittstelle, auch wenn das Ereignis-Signal möglicherweise nicht gezielt modifiziert wurde. Denn die Logikbausteineinheit verfügt grundsätzlich über die Einrichtung, um bei entsprechender Konfiguration das Ereignis-Signal modifizieren zu können. Ebenso verarbeitet die integrierte Schalteinheit ein Mess-Signal durch das Weiterleiten in Richtung der Logikbausteineinheit, auch wenn das Mess-Signal möglicherweise nicht gezielt modifiziert wurde. Denn die integrierte Schalteinheit verfügt grundsätzlich über die Einrichtung, um bei entsprechender Konfiguration das Mess-Signal modifizieren zu können.
Die Vorteile des Vorsehens mehrerer integrierter Schaltungseinheiten, des Aufteilens der analogen Signale des Mehrkanalphotomultipliers unter mehreren integrierten Schaltungseinheiten sowie der Nutzung einer gemeinsamen Messinformations- Leitung für die Übermittlung eines Mess-Signals wurden bereits oben erläutert.
In einer Ausführungsform ist ein Ereignis-Signal-A/D-Wandler der integrierten Schaltungseinheit zugeordnet, um ein digitales Ereignis-Signal an die Logikbausteineinheit zu übermitteln. Die entsprechenden Vorteile wurden bereits oben erläutert.
In einer Ausführungsform ist ein Mess-Signal-A/D-Wandler an einer Messinformations-Leitung zwischengeschaltet, um ein digitales Mess-Signal an die Logikbausteineinheit zu übermitteln. Die entsprechenden Vorteile wurden bereits oben erläutert.
In einer Weiterentwicklung erlaubt die Logikbausteineinheit ein Steuern und/oder Konfigurieren der integrierten Schaltungseinheit oder der mehreren integrierten Schaltungseinheiten. Durch die zentrale Steuerung und/oder Kalibrierung durch die Logikbausteineinheit wird ein einfacher Aufbau ermöglicht. Eine Steuerung und Kalibrierung ist besonders einfach und komfortabel beispielsweise durch die Auswertungseinheit möglich, wobei insbesondere aufgrund der Programmierbarkeit des Logikbausteineinheit eine Vielzahl von Maßnahmen automatisiert werden können, die sonst manuelle Eingriffe erfordern würden.
In einer Ausführungsform ist ein D/A-Wandler an einer Kalibrationsleitung von der Logikbausteineinheit zu der integrierten Schaltungseinheit zwischengeschaltet, um ein Kalibrationssignal analog an die mindestens eine integnerte Schaltungseinheit zu übermitteln.
Auf diese Weise lässt sich die mindestens eine integrierte Schaltungseinheit und/oder alle integrierten Schaltungseinheiten gleichzeitig besonders einfach kalibrieren, weil auch digital verarbeitete Signale von der Logikbausteineinheit für die Kalibrierung genutzt werden können. Vorzugsweise ist nur eine Kalibrationsleitung mit zwischengeschaltetem D/A-Wandler in der Auslese-Elektronik vorgesehen, die bei Vorsehen von mehreren integrierten Schaltungseinheiten gemeinsam genutzt wird.
In einer Ausführungsform ist eine Steuerleitung zwischen der Logikbausteineinheit und der mindestens einen integrierten Schaltungseinheit vorgesehen. Die Steuerleitung dient beispielsweise der Konfiguration, was z.B. die Auswahl zwischen den beiden Alternativen, Ereignis-Melde-Modus und Ereignis-Daten-Modus, umfasst. Diskriminierung betrifft allgemein die Information, in welchem Energiebereich Nutzsignale zu finden sind.
Vorzugsweise sind nur diese beiden alternativen Modi vorgesehen, um einen Aufbau und eine Steuerbarkeit mit besonders geringer Komplexität umzusetzen.
Bei mehr als einer integrierten Schaltungseinheit ist eine eigene Steuerleitung für jede der integrierten Schaltungseinheiten vorgesehen.
Vorzugsweise sind neun Steuerleitungen zu jeder der integrierten Schaltungseinheiten vorgesehen, um einen besonders hohen Automatisierungsgrad im Betrieb realisieren zu können.
In einer Weiterentwicklung ist eine separate analoge Kalibrierungsleitung von der Logikbausteineinheit bis zu der mindestens einen integrierten Schaltungseinheit vorgesehen. Vorzugsweise weist die Auslese-Elektronik nur eine solche von der Logikbausteineinheit bis zur integrierten Schaltungseinheit rein analoge Kalibrierungsleitung auf. Eine Analog-Digital-Umwandung kann somit entfallen und besonders schnell kalibriert werden.
In einer Ausführungsform ist eine Photomultiplier-Simulationseinheit vorgesehen, vorzugsweise mittels einer Kapazität oder mehrerer Kapazitäten.
Insbesondere ist die Photomultiplier-Simulationseinheit an der Kalibrierungsleitung und/oder an der Kalibrationsleitung, insbesondere zwischen einer integrierten Schaltungseinheit und einem D/A-Wandler, zwischengeschaltet. Ein besonders hoher Automatisierungsgrad und ein zugleich zuverlässiger Detektionsbetrieb kann dadurch erreicht werden.
In einer Ausführungsform umfasst der Mehrkanalphotomultiplier mindestens 32, mindestens oder genau 64, mindestens oder genau 256, und/oder höchstens 1024 Kanäle, Anoden oder analoge Ausgänge.
Genau 64, also 8 x 8, oder genau 256, also 16 x 16, haben den Vorteil, dass diese Anzahl von Kanäle, Anoden oder analoge Ausgänge platzeffizient und/oder auf einer quadratischen Fläche angeordnet werden können, wo die Anzahl der Reihen gleich der Anzahl der Spalten ist.
Eine überschaubare und gut handhabbare Anzahl von Chips genügt zudem zur Verarbeitung der Signale der analogen Ausgänge, so dass immer noch ein besonders einfach aufgebautes und steuerbares System erhalten werden kann.
Mindestens 32 Kanäle, Anoden oder analoge Ausgänge haben den Vorteil, dass diese Anzahl es noch erlaubt, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Grundfläche kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite ist.
Bei mehr als 1024 Kanälen, Anoden oder analogen Ausgängen wäre eine so große Anzahl von Chips zur Signalverarbeitung nötig, dass die resultierende Komplexität wieder zu einem limitierenden Faktor werden könnte und zudem die Fehleranfälligkeit der Vorrichtung ansteigen würde.
In einer Ausführungsform beträgt die Frontseitenlänge und/oder die Frontseitenbreite mindestens 35 mm, bevorzugt 45 mm, und/oder höchstens 70 mm, bevorzugt höchstens 60 mm, besonders bevorzugt höchstens 55 mm.
Mindestens 35 mm erlauben, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Grundfläche kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite ist. Höchstens 70 mm ermöglicht eine besonders kompakte, aber einfache Bauweise, wobei ein System mit mehreren solcher Vorrichtungen besonders flexibel aufgebaut werden kann.
Höchstens 55 mm haben insbesondere in Verbindung mit 64 Kanälen des Mehrkanalphotomultipliers durch vorzugsweise vier Chips den Vorteil eines besonders leicht zu handhabbaren, fehlerrobusten und automatisierten Betriebs der Auslese-Elektronik. Eine besonders vorteilhafte Abstimmung und Auslastung der Komponenten wird hiermit ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist die Frontseitentiefe im Wesentlichen so groß oder größer als die Frontseitenlänge und/oder die Frontseitenbreite, bevorzugt höchstens 1 ,5 mal so groß.
Bei einer im Wesentlichen so großen Frontseitentiefe wie Frontseitenlänge und Frontseitenbreite weist die Vorrichtung einen würfelartigen Gesamteindruck auf.
Dadurch, dass die Frontseitentiefe größer ist als die Frontseitenlänge und/oder die Frontseitenbreite, bevorzugt aber nicht größer als das 1 ,5-fache, kann eine besonders einfach und flexible handhabbare Vorrichtung bereitgestellt werden, die aufgrund der ausgewogenen Proportionen und der vergleichsweise gleichmäßigen Gewichtsverteilung zu einem besonders stabilen System mit mehreren Vorrichtungen lösbare zusammengesetzt und bei Bedarf auch verändert werden kann. Vorzugsweise dient eine mechanische Aufnahme- und Fixierungseinrichtung zu einer besonders einfachen Fixierbarkeit und Lösbarkeit einer einzelnen Vorrichtung von einer oder mehrerer benachbarter Vorrichtungen eines Systems mit mehreren baugleichen Vorrichtungen. Insbesondere kann so eine Aufnahme- und Fixierungseinrichtung aus Metall hergestellt sein und/oder mindestens eine Schraubverbindung für das lösbare Fixieren aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Auslese-Elektronik, also die gesamte Auslese- Elektronik, auf mindestens zwei Leiterplatten und/oder höchstens sechs Leiterplatten verteilt angeordnet, wobei die Leiterplatten hintereinander angeordnet sind, und zwar parallel oder orthogonal zur Frontseite und/oder zur Detektionsfläche des Mehrkanalphotomultipliers. Eine Leiterplatte ist allgemein ein Träger aus Isolationsmaterial zur mechanischen Befestigung von elektronischen Bauteilen und/oder elektrischen Verbindung(en).
Durch die Aufteilung auf mindestens zwei Leiterplatten wird besonders einfach ermöglicht, dass die Grundfläche kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite ist. Zudem wird eine Trennung von analoger/digitaler Signalverarbeitung ermöglicht und ein Übersprechen vermieden oder reduziert. Bei mehr als sechs Leiterplatten würde der Aufbau eine besonders hohe Komplexität und zudem übermäßig große Tiefe erreichen, welche einem reibungslosen Einsatz in der Praxis hinderlich wäre.
Das zur Frontseite und/oder zur Detektionsfläche parallele hintereinander Anordnen der Leiterplatten ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau mit einer besonders zuverlässigen Funktionsweise. Beispielsweise können so die Leitungslängen zwischen dem Mehrkanalphotomultiplier und der mindestens einen integrierten Schaltungseinheit minimiert werden. Schlussendlich kann hierdurch räumlich besonders effizient eine Grundfläche erhalten werden, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite ist.
In einer Ausführungsform ist die Auslese-Elektronik auf zwei separate, jedoch fest mechanisch verbundene Bauteile verteilt, wobei das erste Bauteil die mindestens eine integrierte Schaltungseinheit und/oder das zweite Bauteil die Logikbausteineinheit umfasst. Insbesondere umfasst ein Bauteil mindestens eine Leiterplatte. Ein Bauteil kann aber auch zwei Leiterplatten und/oder zusätzliche Elektronikbausteine umfassen, die jedoch mechanisch fest miteinander verbunden sind. Vorzugsweise werden Daten zwischen zwei Bauteilen durch Leitungen ausgetauscht oder übertragen, die einen Luftspalt von mehr als 1 mm frei durchqueren. Mit anderen Worten verlaufen zwischen zwei Bauteilen frei hängende Kabel. Zwei benachbarte Bauteile sind somit zwar fest miteinander verbunden, jedoch sind die Datenleitungen zwischen den Bauteilen vorzugsweise nicht fest in einem Träger integriert.
Ein besonders kompakter und funktionell übersichtlicher Aufbau kann so ermöglicht werden. Eine Aufnahme- und Fixierungseinrichtung kann eine Auslese-Elektronik mit zwei Bauteilen besonders zuverlässig und für den Benutzer einfach anbringbar und lösbar halten und fixieren. Auch die Grundfläche kann auf diese Weise unter Ausnutzung der oben beschriebenen Synergien kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite gehalten werden.
In einer Weiterentwicklung ist das erste Bauteil zwischen dem Mehrkanalphotomultiplier und dem zweiten Bauteil angeordnet und/oder verbindet den Mehrkanalphotomultiplier mit dem zweiten Bauteil. Insbesondere sind die Eingänge der integrierten Schaltungseinheit entsprechend oder ungefähr an den Positionen der analogen Ausgänge des Mehrkanalphotomultipliers angeordnet, vorzugsweise in Reihen und Spalten, d.h. matrixförmig. Ein übersichtlicher und einfacher Aufbau, kurze Kabellängen und eine kompakte Bauweise können so ermöglicht werden.
In einer Weiterentwicklung sind auf dem zweiten Bauteil der Mess-Signal-A/D- Wandler, der Strom-Spannungs-Wandler, der D/A-Wandler und/oder die Photomultiplier-Simulationseinheit angeordnet. Eine kompakte Bauweise kann so ermöglicht werden. In einer Ausführungsform weist die Auslese-Elektronik, bevorzugt das zweite Bauteil, mindestens eine Schnittstelle zur Ausgabe eines Signals an eine externe Auswertungseinheit auf, vorzugsweise eine RJ-45-Schnittstelle, eine Lemo- Schnittstelle und/oder eine JTAG-Schnittstelle.
Ein besonders hoher Automatisierungsgrad und Benutzerkomfort können so erzielt werden. Das Anordnen mindestens einer Schnittstelle an dem zweiten Bauteil vereinfacht den Zugang zum Anschließen eines Kabels für den Benutzer und ermöglicht ferner eine besonders kompakte Bauweise, weil möglichst wenig Bauraum durch Kabelführung verloren geht.
Eine JTAG- oder lEEE-Schnittstelle kann zur benutzerseitigen Steuerung, Konfiguration und/oder Programmierung der Logikbausteineinheit, insbesondere FPGA, genutzt werden. Ein gewöhnlicher Computer oder PC kann durch die JTAG- Schnittstelle oder Ethernet-Schnittstelle als Auswertungseinrichtung, eingesetzt werden. Die Lemo-Schnittstelle dient der zeitlichen Synchronisation bei der Weiterverarbeitung der Signale des Mehrkanalphotomultipliers. Die RJ-45- Schnittstelle, also eine Ethernet-Schnittstelle, ermöglicht, dass der Logikbausteineinheit, insbesondere FPGA, Anweisungen über das Internet erhalten kann. Bevorzugt ist eine Internetschnittstelle vorgesehen. Umgekehrt kann die Logikbausteineinheit aber auch ohne Anweisungen über eine Internetschnittstelle Daten weiterleiten.
In einer Weiterentwicklung ist ein elektrischer Energieverteiler zum Versorgen der Auslese-Elektronik mit Strom und/oder ein separater Hochspannungsverteiler für den Mehrkanalphotomultiplier vorzugsweise auf dem zweiten Bauteil vorgesehen. Das separate Vorsehen des elektrischen Energieverteilers und des Hochspannungsverteilers lässt sich technisch besonders einfach umsetzen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung zur Lösung der Aufgabe betrifft ein System mit mehreren Vorrichtungen insbesondere gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorhergehend beschriebenen Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe, wobei die Frontseiten der Mehrkanalphotomultiplier der Vorrichtungen auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, um eine zusammenhängende Gesamtdetektionsfläche zu bilden, wobei zwei benachbarte Vorrichtungen übereinander und/oder nebeneinander unmittelbar aneinander anliegen oder angrenzen.
Angrenzen meint, dass zwei Vorrichtungen seitlich und parallel zueinander ausgerichtet so eng wie möglich nebeneinander angeordnet und bevorzugt in dieser Position mechanisch fest verbunden sind. Anliegen meint, dass zwei benachbarte Vorrichtungen mindestens in einem Punkt oder Flächenabschnitt aneinander angrenzen.
Bevorzugt liegen zwei benachbarte Rand-Abschnitte, welche die jeweilige Detektionsfläche ihrer Vorrichtung umgeben, aneinander an. Eine besonders große Gesamtdetektionsfläche mit minimalen toten Bereichen kann so bereitgestellt und mit geringem Aufwand gesteuert und betrieben werden. Zudem kann eine integrierte Datenaufbereitung sowie ein direktes Auslesen von Nutzdaten ermöglicht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert und mit Bezug zu den Zeichnungen die Ausführungsformen sowie zusätzliche vorteilhafte Ausgestaltungen näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 Schematische Darstellung der Vorrichtung;
Figur 2 Schematische Übersicht über den Aufbau der Vorrichtung;
Figur 3 Schematische isometrische Rückansicht der Vorrichtung;
Figur 4 Schematische isometrische Rückansicht eines Systems mit mehreren mechanisch verbundenen Vorrichtungen;
Figur 5: Schematische isometrische Detail-Frontansicht eines Systems mit mehreren mechanisch verbundenen Vorrichtungen, wobei auf drei der vier Frontseiten optionale Szintillatoren angekoppelt sind; Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einem an die Frontseite ankoppelbaren gestrichelt dargestellten Szintillator 23 und einer an die Vorrichtung anschließbaren gestrichelt dargestellten Auswertungseinheit 22, insbesondere Computer.
Die Figur 2 zeigt die Aufteilung der Auslese-Elektronik 2, 3 auf das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3, die unten näher erläutert werden.
Die Figur 3 zeigt die äußeren Dimensionen der Vorrichtung 10, die insgesamt eine vorzugsweise quadratische Frontseite 4 mit einer quadratischen Detektionsfläche 21 sowie eine rechteckige oder im Wesentlichen quadratische Grundfläche 5 aufweist, die durch die Länge L' und die Breite B' aufgespannt wird. Die gesamte Auslese- Elektronik befindet sich - wie in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie umrissen - innerhalb eines quaderförmigen, imaginären Schlauches mit der Länge L', der Breite B' und der Tiefe T". Die Grundfläche 5 ist kleiner als die Fläche der Frontseite 4 mit der Länge L und der Breite B. Auch die restlichen Außenkonturen des Mehrkanalphotomultipliers bleiben in Längen- und Breitenrichtung innerhalb der Außenkontur der Frontseite 4.
Die Vorrichtung 10 kann problemlos zu einem System 20 nebeneinander und übereinander angrenzend und anliegend angeordnet werden, so dass eine ebene Gesamtdetektionsfläche aus den einzelnen Detektionsfläche 21 der einzelnen Vorrichtungen 10 zusammengesetzt werden kann.
Die Figur 4 zeigt exemplarisch ein solches System 20 mit vier nebeneinander und übereinander fixiert angeordneten Vorrichtungen 10. Das System 20 ist beliebig skalierbar und die Außenkontur der Gesamtdetektionsfläche kann bei Bedarf flexibel verändert werden, indem die Anordnung der Vorrichtungen 10 verändert wird.
Die Figur 5 zeigt das System 20 der Figur 4 mit optional angekoppelten Szintillatoren 23. Bei einer Vorrichtung 10 ist für Illustrationszwecke der Szintillator 23 ausgeblendet, um die Detektionsfläche 21 zu zeigen. Die Auslese-Elektronik 2, 3 wurde in Figur 5 ebenfalls ausgeblendet.
Ein Szintillator ist ein Körper, dessen Moleküle beim Durchgang von energiereichen Teilchen, wie z.B. einem Neutron, insbesondere durch Stoßprozesse angeregt werden und die Anregungsenergie in Form beispielsweise von Licht, also Photonen, wieder abgeben. Einige dieser Photonen breiten sich in Richtung der Detektionsfläche 21 des Mehrkanalphotomultipliers 1 aus und fallen auf ein Pixel der Detektionsfläche 21 .
Vorzugsweise ist der Szintillator durch einen Luftspalt von ca. 1 mm von der Detektionsfläche 21 getrennt an dem Mehrkanalphotomultiplier an gebracht, insbesondere wenn der Szintillator keine Furchen aufweist, und/oder umfasst Li-Glas oder besteht daraus. Vorzugsweise sind Furchen in dem Szintillator vorgesehen, insbesondere bei einem direkten Aufliegen des Szintillators auf der Detektionsfläche 21 , um eine klare Trennung der Pixel des Mehrkanalphotomultipliers 1 zu erreichen und dadurch beispielsweise den sogenannten„Cross-Talk"-Effekt, also Übersprech- Effekt, zu reduzieren, bei dem beispielsweise ein Photon, dass in einem bestimmten Pixel des Szintillators im Rahmen eines Detektionsvorgangs erzeugt wurde, aufgrund einer schrägen Ausbreitungsrichtung und des Luftspalts an dem korrespondierenden Pixel der Detektionsfläche 21 vorbei auf ein benachbartes Pixel der Detektionsfläche 21 trifft und folglich falsch zugeordnet wird.
In Figur 2 ist links ist ein Mehrkanalphotomultiplier 1 gezeigt. Rechts davon schließt sich das erste Bauteil 2 an, welches die Funktion Verstärker, Diskriminator und Analog-Digitalwandlung für das Mess-Signal übernimmt. Der Diskriminator sorgt dafür, dass aus der Vielzahl der gemessenen Signale des Mehrkanalphotomultipliers 1 die Nutzsignale herausgefiltert werden. Die durch die integrierte Schaltungseinheit 7 herausgefilterten Signale werden an das zweite Bauteil 3 mit der FPGA als die Logikbausteineinheit 1 1 weiter übermittelt und zwar vorzugsweise in digitaler Form. Im Ereignis-Daten-Modus ordnet der FPGA einem Mess-Signal, der von der integrierten Schaltungseinheit 7 durch ein erstes Verarbeiten analog bereitgestellt und durch den Mess-Signal-A/D-Wandler 25 digital an den FPGA übermittelt worden ist, einen Ort auf der Detektorfläche 21 , also z.B. die Lage oder die Nummer eines Pixel zu. Zudem kann der FPGA das Mess-Signal mit einem Zeitstempel versehen und/oder rechnet bei Bedarf z.B. die Pulshöhe als eine Messinformation in eine entsprechende Einheiten umrechnen.
Im Ereignis-Melde-Modus erhält der FPGA lediglich das Ereignis-Signal mit der Ja/Nein-Information, dass es ein Ereignis an einem bestimmten Pixel oder an einem einer bestimmten integrierten Schaltungseinheit zugeordneten Pixel gegeben hat.
Die so aufbereiteten Daten werden durch den FPGA in ein Netzwerk oder über ein Netzwerk beispielsweise einem Computer zugeleitet.
In Figur 2 bedeuten die in Klammern gesetzten Zahlen die Anzahl der in der abgebildeten Ausführungsform eingesetzten Leitungen, die vereinfacht nur durch eine Linie dargestellt sind. D.h. sechzehn Leitungen verlaufen von dem Mehrkanalphotomultiplier 1 zu jeder der vier integrierten Schaltungseinheiten 7.
Die integrierten Schaltungseinheiten 7, die in Form eines Chips vorliegen, dienen als Verstärker und Diskriminator und können zusätzlich auch eine Analog-Digital- Umwandlung eines Ereignis-Signals vornehmen. Jeder der vier Chips bzw. integrierten Schaltungseinheiten 7 verfügen über sechzehn Signaleingänge. So wird erreicht, dass für jeden Pixel der Detektionsfläche 21 ein eigener Signaleingang in den Chip bzw. die integrierte Schaltungseinheit zur Verfügung steht. Die Chips bzw. integrierten Schaltungseinheiten 7 sind in logischer Hinsicht parallel geschaltet. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine besonders zuverlässige und schnelle Funktionsweise erzielt werden kann.
Um die Verarbeitung zu steuern, gibt es 4x9 serielle Steuerungsleitungen 17, also neun Steuerungsleitungen 17 pro Chip bzw. integrierte Schaltungseinheit 7. Die Steuerung erfolgt über das zweite Bauteil 3 bzw. den FPGA 1 1 . Der FPGA 1 1 steuert beispielsweise die Diskriminierung, übermittelt also die Information, in welchem Energiebereich die Nutzsignale zu finden sind.
Über den FPGA 1 1 wird weiter eine Kalibrierung durchgeführt. Dafür ist eine Kalibrationsleitung 12 und eine insbesondere analoge Kalibrierungsleitung 18 vorgesehen. Die Kalibrationsleitung 12 umfasst einen D/A-Wandler 19. Weiter gibt es eine Photomultiplier-Simulationseinheit 24, insbesondere eine oder mehrere Kapazitäten, die dafür zuständig sind, einen Photomultiplier zu simulieren. Der FPGA gibt ein digitales Kalibrationssignal aus. Dieses wird über den D/A-Wandler 19in ein analoges Kalibrationssignal umgewandelt und anschließend in Kapazitäten eingespeist. Die Kapazitäten simulieren nun einen Photomultiplier. Das sich hieraus ergebende Simulations-Signal wird dann an die Chips, also die integrierten Schaltungseinheiten 7 weitergeleitet. Im Anschluss daran geben die integrierten Schaltungseinheiten 7 ein Digitalsignal aus. Dieses wird dann kalibriert, so dass alle integrierten Schaltungseinheiten 7 in Reaktion auf ein gleiches Eingangssignal ein gleiches Ausgangssignal erzeugen. Auch der Mehrkanalphotomultipliers 1 reagiert in der Regel unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Reaktionen sind jedoch vorher bekannt und werden in dem FPGA hinterlegt, so dass auch hier ein Abgleich bzw. eine Kalibrierung vorgenommen werden kann.
Zur Weiterleitung eines Ereignis-Signals im Ereignis-Melde-Modus gibt es Trigger- Leitungen 8. Zur Weiterleitung eines Mess-Signals im Ereignis-Daten-Modus gibt es eine differential analoge Messinformations-Leitung 9. Die Trigger-Leitungen 8 dienen also für die Weiterleitung der Information, dass ein Ereignis stattgefunden hat. Die Messinformations-Leitung 9 hingegen dient zur Weiterleitung einer Messinformation, z.B. der Pulshöhe oder der Pulsform, also komplette Pulsform, vorzugsweise als analoge Daten. Diese Unterscheidung zwischen zwei verschiedenen Weiterleitungen dient dazu, eine schnelle Auslesung zu ermöglichen, wenn es lediglich auf das Auftreten von Ereignissen ankommt. Soll nur ein Ereignis gemessen werden und wird beispielsweise auf einem beliebigen Pixel ein Ereignis festgestellt, also z.B. ein Photon registriert, wird dieses Ereignis weiterverarbeitet und von der integrierten Schaltungseinheit 7 als Digitalsignal an den FPGA übermittelt. In dieser Zeit werden die anderen fünfzehn Kanäle der entsprechenden integrierten Schaltungseinheit 7 blockiert. Die Weiterleitung erfolgt über die Trigger-Leitungen 8. Der Ereignis-Melde-Modus wurde zuvor vom FPGA an die integrierten Schaltungseinheiten 7 übermittelt und zwar über die Steuerleitungen 17. Jede integrierte Schaltungseinheit 7 verfügt nur über einen Ereignis-Signal-A/D- Wandler (nicht dargestellt). Um in dem Fall, dass Pulshöhen und/oder Pulsform von Interesse sind, also im Ereignis-Daten-Modus, besonders schnell verarbeiten zu können, umfasst die differential analoge Messinformations-Leitung 9 ebenfalls einen Mess-Signal-A D-Wandler. Die Chips bzw. integrierten Schaltungseinheiten 7 sind weiter so geschaffen, dass keine digitale Verarbeitung stattzufinden braucht. Jede integrierte Schaltungseinheit 7 verfügt daher über sechzehn analoge Ausgänge. Die Chips bzw. integrierte Schaltungseinheiten 7 können so geschaltet werden, über FPGA und Steuerleitungen 17, dass also ein analoges Signal des Mehrkanalphotomultipliers 1 an einen analogen Ausgang 6 der integrierten Schaltungseinheiten 7 weitergeleitet wird, welches lediglich gegebenenfalls durch Widerstände nivelliert wird. Es können so grundsätzlich also die Analogsignale über 4x16 Leitungen, nämlich die Trigger-Leitung 8, oder aber nur über eine Leitung 9, nämlich die Messinformations-Leitung 9, an das zweite Bauteil 3 weitergeleitet werden, vorzugsweise in digitaler Form nach einer analog-digital-Umwandlung durch die oben erwähnten A/D-Wandler. Der Mess-Signal-A D-Wandler 25 ist vorzugsweise multiplexfähig, kann also mehrere Signale gleichzeitig bearbeiten. Alternativ oder ergänzend könnten auch entsprechend mehrere A/D-Wandler vorgesehen werden, also eine Anordnung, welches leistungsfähiger Analog- Digitalwandlung betreiben kann. Aus Bauraumgründen ist nur ein Mess-Signal-A/D- Wandler 25 zu bevorzugen. Der bevorzugt multiplexfähige Mess-Signal-A/D-Wandler 25 leitet dann die digitalisierten Daten an den FPGA weiter.
In einer Ausführungsform ist eine standardisierte l2C-Sch n ittstel le 26 vorgesehen, vorzugsweise an dem zweiten Bauteil 3, die so eingerichtet ist, dass Daten von einem Sensor 27 (in Fig. 2 nur schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet) eingespeist werden können, vorzugsweise in die Logikbausteineinheit 1 1 . Der Insbesondere kann der Sensor ein Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor und/oder Spannungssensor sein. Bei Bedarf können so Temperatur-, Feuchtigkeits-, Spannungs- und Stromwerte eingespeist werden, z.B. zu Umgebungsdaten wie z. B. ob Licht an war und der Mehrkanalphotomultiplier folglich nichts messen konnte.
Es gibt vorzugsweise eine RJ-45-Schnittstelle 16, über diese der FPGA Anweisungen erhält.
Es gibt vorzugsweise eine Lemo-Schnittstelle, über die zwecks Synchronisation ein Takt für die internen Quarzkristall-Schwingungen vorgegeben werden kann. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sämtliche internen Taktgeber gleichgeschaltet sind und somit zeitgleich gemessen werden kann, also beispielsweise bei Takt eins. Quarze werden nicht physisch umgestellt, stattdessen wird mit einer Logik festgestellt, wann zeitgleich gemessen worden ist.
Es gibt vorzugsweise eine JTAG-Schnittstelle 14, die an eine externe Auswertungseinheit 22, vorzugsweise PC, angeschlossen werden kann und dazu dient, Firmware in den FPGA hochladen zu können. Es gibt darüber hinaus vorzugsweise einen Energieverteiler 28 für die Komponenten des ersten und zweiten Bauteils 2, 3 und/oder einen Hochspannungsverteiler 29, abgekürzt HV, zur Versorgung des Mehrkanalphotomultipliers 1 mit Hochspannung. Es ist technisch vorteilhaft und einfacher, die beiden unterschiedlichen Spannungsversorgungen zu trennen. Eine Versorgungseinheit 30 stellt die Energie für den Energieverteiler 28 und/oder den Hochspannungsverteiler 29 bereit, wandelt also den Strom der externen Energieversorgung entsprechend um.
In einer Ausführungsform ist das zweite Bauteil 3 insgesamt der FPGA bzw. ein FPGA-Bauteil oder FPGA-Bauteilanordnung. Vorzugsweise ist das zweite Bauteil 3 oder der FPGA bzw. das FPGA-Bauteil aus zwei Sub-Bauteilen zusammengesetzt - wie in Fig. 2 durch die zwei gestrichelt umrandeten Kästen illustriert, die beide wiederum durch eine Strichpunktlinie umgeben sind, die das zweite Bauteil 3 repräsentiert. Insbesondere sind in einem Sub-Bauteile die Schnittstellen zu externen Komponenten und der Stromversorgung zusammengefasst, also die RJ-45- Schnittstelle 16, die LEMO- Schnittstelle 15, und die JTAG-Schnittstelle 14 sowie der Energieverteiler 28, der Hochspannungsverteiler 29 und die Versorgungseinheit 30. Dies ermöglicht einen einfachen und übersichtlichen Aufbau sowie eine besonders kompakte Bauweise.
Die vorbeschriebene Aufteilung auf zwei Bauteile 2, 3, wobei das zweite Bauteil 3 wiederum aus zwei Sub-Bauteilen insbesondere mit jeweils einer eigenen Leiterplatten 13 zusammengesetzt ist, ermöglicht eine schlauchförmige Bauweise und damit ein größen-skalierbares System 20 mit mehreren Vorrichtungen 10.
Vorzugsweise ist der Mehrkanalphotomultiplier 1 ein Hamamatsu Flat-Planel MaPMT H8500 mit 8x8 PMTs.
Vorzugsweise ist die integrierte Schaltungseinheit 7 ein Ideas IDE3465 von der Fa. Ideas Integrated Detector Electronics AS.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (10) zum Detektieren eines Photons oder mehrerer Photonen an einer Frontseite (4) eines Mehrkanalphotomultipliers (1 ), wobei die Vorrichtung (10) den Mehrkanalphotomultiplier (1 ) und eine mit dem Mehrkanalphotomultiplier verbundene Auslese-Elektronik (2, 3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese-Elektronik (2, 3) eine Grundfläche (5) aufweist, die kleiner oder gleich der Fläche der Frontseite (4) ist.
2. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseite (4) rechteckig oder quadratisch ist und/oder die Grundfläche
(5) im Wesentlichen rechteckig oder im Wesentlichen quadratisch ist.
3. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese-Elektronik (2, 3) so konfigurierbar ist, dass die Auslese-Elektronik (2, 3) in einem Ereignis-Melde-Modus oder in einem Ereignis- Daten-Modus betrieben werden kann, wobei in dem Ereignis-Melde-Modus nur das Auftreten eines Ereignisses ausgegeben wird, während im Ereignis-Daten- Modus eine Messinformation über das Ereignis ausgegeben wird.
4. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Pixel des Mehrkanalphotomultipliers (1 ) jeweils ein analoger Ausgang
(6) des Mehrkanalphotomultipliers (1 ) zugeordnet ist, und jeder dieser analogen Ausgänge (6) wiederum an jeweils einen analogen Eingang einer insbesondere analog arbeitenden integrierten Schaltungseinheit (7), insbesondere ein ASIC, angeschlossen ist.
5. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltungseinheit (7) im Ereignis-Melde-Modus ein Ereignis- Signal über eine Trigger-Leitung (8) oder im Ereignis-Daten-Modus ein Mess- Signal über eine Messinformations-Leitung (9) an eine programmierbare und/oder digital arbeitende Logikbausteineinheit (1 1 ), insbesondere ein FPGA, übermittelt.
6. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Trigger-Leitungen (8) der Anzahl der jeweils einem Pixel zugeordneten analogen Ausgänge (6) des Mehrkanalphotomultiphers (1 ) entspricht und/oder dass im Ereignis-Melde-Modus bei Auftreten eines Ereignisses an einem Pixel nur die jeweilige Trigger-Leitung (8) für die Übermittlung des Ereignis-Signals genutzt wird, während alle übrigen Trigger- Leitungen (8), insbesondere derselben integrierten Schaltungseinheit (7), blockiert werden.
7. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nur einen Mehrkanalphotomultiplier (1 ) aufweist, die Auslese-Elektronik (2, 3) nur eine Logikbausteineinheit (1 1 ) zum Steuern der Auslese-Elektronik und zum Bereitstellen einer Datenschnittstelle für eine externe Auswertungseinheit (22) aufweist, und/oder die Auslese-Elektronik (2, 3) mehrere integrierte Schaltungseinheiten (7) für ein erstes Verarbeiten der analogen Signale des Mehrkanalphotomultiplier (1 ) umfasst, welche die analogen Ausgänge (6) des Mehrkanalphotomultiphers (1 ) unter sich aufteilen und/oder eine gemeinsame Messinformations-Leitung (9) für die Übermittlung eines Mess- Signals an die Logikbausteineinheit (1 1 ) nutzen.
8. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ereignis-Signal-A/D-Wandler der integrierten Schaltungseinheit (7) zugeordnet ist, um ein digitales Ereignis-Signal an die Logikbausteineinheit zu übermitteln, ein Mess-Signal-A/D-Wandler an einer Messinformations-Leitung (9) zwischengeschaltet ist, um ein digitales Mess- Signal an die Logikbausteineinheit (1 1 ) zu übermitteln, und/oder ein D/A-Wandler an einer Kalibrationsleitung (12) von der Logikbausteineinheit (1 1 ) zu der integrierten Schaltungseinheit (7) zwischengeschaltet ist, um ein Kalibrationssignal analog an die mindestens eine integrierte Schaltungseinheit (7) zu übermitteln.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrkanalphotomultiplier (1 ) mindestens 32, genau 64 oder 256 Kanäle, Anoden oder analoge Ausgänge (6) umfasst.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitenlänge (L) und/oder die Frontseitenbreite (B) mindestens 35 mm, bevorzugt 45 mm, und/oder höchstens 70 mm, bevorzugt höchstens 60 mm, besonders bevorzugt höchstens 55 mm, beträgt.
1 1 .Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontseitentiefe (T) im Wesentlichen so groß oder größer ist als die Frontseitenlänge (L) und die Frontseitenbreite (B), bevorzugt höchstens 1 ,5 mal so groß.
12. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese-Elektronik (2, 3) auf mindestens zwei Leiterplatten (13) und/oder höchstens sechs Leiterplatten (13) verteilt angeordnet ist, wobei die Leiterplatten (13) hintereinander angeordnet sind, und zwar parallel oder orthogonal zur Frontseite (4) und/oder zur Detektionsfläche (21 ) des Mehrkanalphotomultipliers (1 ).
13. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese-Elektronik (2, 3) auf zwei separate, jedoch fest mechanisch verbundene Bauteile (2, 3) verteilt ist, wobei das erste Bauteil (2) die mindestens eine integrierte Schaltungseinheit (7) und/oder das zweite Bauteil (3) die Logikbausteineinheit (1 1 ) umfasst.
14. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslese-Elektronik (2, 3), bevorzugt das zweite Bauteil (3), mindestens eine Schnittstelle zur Ausgabe eines Signals an eine externe Auswertungseinheit (22) aufweist, vorzugsweise eine JTAG-Schnittstelle (14), eine Lemo-Schnittstelle (15) und/oder eine RJ-45-Schnittstelle (16).
15. System (20) mit mehreren Vorrichtungen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frontseiten (4) der Mehrkanalphotomultiplier (1 ) der Vorrichtungen (10) auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, um eine zusammenhängende Gesamtdetektionsfläche zu bilden, wobei zwei benachbarte Vorrichtungen (10) übereinander und/oder nebeneinander unmittelbar aneinander anliegen oder angrenzen.
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