Lochkameras und Teleskope mit kodierten Masken nutzen absorbierende Folien mit einem oder vielen Löchern zur Abbildung mit Röntgenlicht.

 

Lochkameras

Eine Lochkamera besteht aus einer absorbierenden Wand mit einem kleinen Loch in der Mitte und einem Detektor hinter der Wand (Abb. 1). Vom Objekt ausgehende Lichtstrahlen, die das Loch passieren, liefern bei ausreichend langer Belichtungszeit ein Abbild das Objekts auf dem Detektor. Um so kleiner der Durchmesser des Loches ist, um so schärfer wird das Bild. Wird der Lochdurchmesser zu klein gewählt, nimmt die Schärfe der Abbildung durch Beugung an dem Loch wieder ab. Da das meiste vom Objekt ausgehende Licht das Loch nicht trifft, ist die Intensität in der Detektorebene sehr gering. Die Helligkeit im Bild nimmt ab, um so weiter der Bildpunkt von der optischen Achse entfernt ist, weil das Loch von Bildpunkten aus gesehen, die nicht auf der optischen Achse liegen, elliptisch erscheint (Abb. 1: die Ecken des rechteckigen hellblauen Rahmens sind dunkler, ebenso die achsfernen Teile des Buchstaben "R"). Diesen Effekt nennt man Vignettierung. Wenn die Dicke der absorbierenden Wand oder Folie im Vergleich zum Lochdurchmesser nicht vernachlässigt werden kann, nimmt die Vignettierung stark zu.

pin hole camera

Abb. 1: Skizze einer Lochkamera: Testobjekt (links), Wand mit Lochblende (Mitte) und Detektorebene mit simulierter Intensitätsverteilung (rechts)

 

Teleskope mit kodierten Masken

Sehr harte Röntgenstrahlung im MeV-Bereich, zum Beispiel aus astronomischen Quellen, lässt sich praktisch nicht mit Spiegeloptiken oder anderen Röntgenoptiken abbilden, wie sie bei niedrigeren Photonenenergien eingesetzt werden. In diesen Fällen lassen sich sogenannte kodierte Masken verwenden. Ein Teleskop mit einer kodierten Maske funktioniert wie eine Lochkamera, bei der das eine kleine Loch durch eine spezielle Anordnung von größeren Löchern ersetzt ist (Abb. 2). Die Maske besteht aus einem stark absorbierenden Material wie beispielsweise Wolfram. Da die transparente Fläche in der Maske viel größer ist als bei einer Lochkamera, ist auch der Photonenfluss durch die Maske viel größer. Jedes einzelne Loch in der kodierten Maske ergibt -wie bei der Lochkamera- ein (wenn auch unscharfes) Bild in der Detektorebene. Da es viele Löcher gibt, ergeben sich in der Detektorebene ebensoviele überlappende Bilder. Wurde das Lochmuster der Maske geeignet gewählt, lässt sich aus den Detektorsignalen die reale Intensitätsverteilung vor dem Teleskop errechnen.

Abb. 2: 3D-Animation eines Teleskops mit kodierter Maske (dunkelgrau) mit einem Detektor mit 19 Pixeln (blau), wie es im Spektrometer SPI (SPectrometer for INTEGRAL) an Bord der INTEGRAL-Mission eingesetzt wird.

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