DE10310801B4

DE10310801B4 - Signal transmission device and method for transmitting signals between two relatively moving elements and use thereof

Info

Publication number: DE10310801B4
Application number: DE10310801A
Authority: DE
Inventors: Werner Hödlmayr; Stefan Prof. Popescu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: DE10310801A1

Abstract

Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung von Signalen zwischen zwei relativ zueinander bewegten Elementen (1, 2), bei der auf einem ersten (1) der beiden Elemente eine Sendeeinrichtung (3) und auf einem zweiten (2) der beiden Elemente eine Empfangseinrichtung (7) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinrichtung (7) zumindest einen ersten Lichtwellenleiter (8) aus einem elektrooptische oder magnetooptische Eigenschaften aufweisenden Material und die Sendeeinrichtung (3) eine Anordnung (4, 30) zum Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes lokal an den Lichtwellenleiter (8) umfasst, bei welcher Empfangseinrichtung (7) der erste Lichtwellenleiter (8) und die Anordnung (4, 30) so auf dem ersten (1) und zweiten (2) Element angeordnet sind, dass sich die Anordnung (4, 30) zumindest während eines Bewegungsabschnittes der Relativbewegung der beiden Elemente entlang eines Längsabschnittes des ersten Lichtwellenleiters (8) bewegt, um durch ein mit den Signalen moduliertes elektrisches oder magnetisches Feld lokal optische Eigenschaften des Lichtwellenleiters (8) und damit im Lichtwellenleiter (8) geführte optische Strahlung...Signal transmission means for transmission of signals between two relatively moving elements (1, 2), in which on a first (1) of the two elements a transmitting device (3) and on a second (2) of the two elements a receiving device (7) is fastened, characterized in that the receiving device (7) at least one first optical waveguide (8) made of an electro-optical or magneto-optical properties material and the Transmitting device (3) has an arrangement (4, 30) for applying an electrical or magnetic field locally to the optical waveguide (8), at which receiving device (7) of the first optical waveguide (8) and the arrangement (4, 30) so on the first (1) and second (2) element are arranged such that the arrangement (4, 30) at least during one Movement section of the relative movement of the two elements along a longitudinal section of the first optical waveguide (8) to move through with the signals modulated electric or magnetic field local optical properties the optical waveguide (8) and thus in the optical waveguide (8) guided optical Radiation...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung von Signalen zwischen zwei in geringem Abstand relativ zueinander bewegten Elementen, insbesondere zur Übertragung von Messdaten zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären Teil eines Computertomographen, bei der auf einem ersten der beiden Elemente eine Sendeeinrichtung und auf einem zweiten der beiden Elemente eine Empfangseinrichtung befestigt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Signalübertragung.The The present invention relates to a signal transmission device for transmission of signals between two at a small distance relative to each other moving elements, in particular for the transmission of measured data between a rotating part and a stationary part of a computer tomograph, in which on a first of the two elements a transmitting device and on a second of the two elements a receiving device is attached. The invention further relates to a method for Signal transmission.

In vielen Bereichen der Technik sind heutzutage große Datenmengen zwischen in geringem Abstand relativ zueinander bewegten Elementen, insbesondere einzelnen Geräteteilen einer Messeinrichtung, zu übertragen. Die Daten werden dabei häufig mit einem verstellbaren Geräteteil erfasst und müssen zur Weiterverarbeitung noch während der Datenerfassung an eine Auswerteeinrichtung an einem stationären Geräteteil übertragen werden. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung stellt die medizinische Bildgebung und hierbei insbesondere die Computertomographie dar, bei der von einem rotierenden Teil, der sog. Gantry, während der Rotation eine große Menge an Messdaten in Echtzeit an den stationären Teil übertragen werden muss. Die verfügbare Übertragungsrate stellt ein wichtiges Kriterium für die in Echtzeit übertragbare Datenmenge dar.In In many fields of technology today, large amounts of data are in between small distance relative to each other moving elements, in particular individual device parts a measuring device. The data is often with you an adjustable device part recorded and must for further processing while still the data acquisition transmitted to an evaluation device on a stationary part of the device become. An example for such an application provides medical imaging and this particular computer tomography, in which of a rotating part, the so-called gantry, during rotation a large amount must be transmitted to measured data in real time to the stationary part. The available transmission rate represents an important criterion for the real-time transferable Amount of data

Bisher sind unterschiedliche Techniken zur Signalübertragung zwischen zwei in geringem Abstand relativ zueinander bewegten Elementen bekannt, die sich im Bereich der Computertomographie einsetzen lassen. Die bekannten Techniken lassen sich in die Übertragungstechniken mittels kapazitiver Kopplung und mittels optischer Kopplung einteilen. Bei der Übertragung durch kapazitive Kopplung werden die Signale von einem am rotierenden Teil befestigten Sender auf eine am stationären Teil angeordnete Antenne übertragen. So beschreibt die DE 100 07 601 A1 eine Einrichtung zur Datenübertragung, bei welchem als Sender ein Hohlleiter eingesetzt wird. Für die Datenübertragung werden die Daten auf ein Trägersignal aufmoduliert und in den Hohlleiter eingekoppelt. Eine in geometrisch bestimmter Weise relativ zu dem Hohlleiter angeordnete Antenne empfängt das Trägersignal berührungslos, so dass nach einer Demodulation des Trägersignals die Daten am stationären Teil zur Verfügung stehen. In der dargestellten Anwendung ist der Hohlleiter entlang des Umfanges des C-Bogens eines C-Bogen-Röntgengerätes und die Antenne an der Lagerung dieses C-Bogens befestigt.So far, different techniques for signal transmission between two at a small distance relative to each other moving elements are known, which can be used in the field of computed tomography. The known techniques can be divided into the transmission techniques by means of capacitive coupling and by means of optical coupling. In the case of transmission by capacitive coupling, the signals are transmitted from a transmitter attached to the rotating part to an antenna arranged on the stationary part. That's how it describes DE 100 07 601 A1 a device for data transmission, in which a waveguide is used as a transmitter. For data transmission, the data are modulated onto a carrier signal and coupled into the waveguide. A geometrically determined relative to the waveguide arranged antenna receives the carrier signal without contact, so that after a demodulation of the carrier signal, the data are available at the stationary part. In the illustrated application, the waveguide is mounted along the circumference of the C-arm of a C-arm X-ray machine and the antenna is mounted on the support of this C-arm.

Die US 5,140,696 A beschreibt eine Einrichtung zur Signalübertragung zwischen relativ zueinander bewegten Elementen, insbesondere in einem Computertomographen, bei der als Sender eine kreisförmige Stripleitung am Umfang der Gantry angeordnet und als Empfänger ein kurzer Abschnitt einer Stripleitung am stationären Teil in unmittelbarer Nähe der Sendeleitung vorgesehen ist. Die Datenübertragung erfolgt in gleicher Weise wie bei der vorangehend genannten Druckschrift.The US 5,140,696 A describes a device for signal transmission between relatively moving elements, in particular in a computer tomograph, in which arranged as a transmitter a circular strip line on the circumference of the gantry and provided as a receiver, a short section of a strip line on the stationary part in the immediate vicinity of the transmission line. The data transmission takes place in the same way as in the aforementioned document.

Bei einer Signalübertragung durch optische Kopplung wird die Übertragung der Daten über eine optische Schnittstelle durchgeführt. So beschreibt die US 4,259,584 eine Einrichtung zur Signalübertragung, insbesondere für einen Computertomographen, bei dem am stationären Teil ein um das Rotationszentrum verlaufender Ring aus einem Lichtwellenleiter befestigt ist, an dessen Auskoppelstelle ein Demodulator angeordnet ist. Am rotierenden Teil ist gegenüber dem Lichtwellenleiter eine Lichtquelle befestigt, deren Intensität mit den zu übertragenden Daten moduliert wird. Die modulierten Lichtsignale werden während der Relativbewegung aufgrund dieser geometrischen Anordnung ständig in den Lichtwellenleiterring eingekoppelt und vom Demodulator empfangen, der die Daten durch Demodulation extrahiert.In a signal transmission by optical coupling, the transmission of the data is performed via an optical interface. That's how it describes US 4,259,584 a device for signal transmission, in particular for a computed tomography scanner, in which a ring running around the center of rotation of an optical waveguide is fastened to the stationary part, at the decoupling point of which a demodulator is arranged. On the rotating part of the optical waveguide, a light source is attached, the intensity of which is modulated with the data to be transmitted. The modulated light signals are constantly coupled during the relative movement due to this geometric arrangement in the optical waveguide ring and received by the demodulator, which extracts the data by demodulation.

Die US 5,535,033 A zeigt eine Signalübertragungseinrichtung, bei der am rotierenden Teil eines Computertomographen ein Ring aus einem optisch leitfähigen Material als Teil einer Sendeeinrichtung befestigt ist, der das eingekoppelte Licht auch senkrecht zu seiner Längsachse abstrahlt. Die zu übermittelnden Daten werden in diesen Ring durch Modulation einer Lichtquelle eingekoppelt und am stationären Teil über einen optoelektrischen Detektor empfangen. Durch die ringförmige Ausbildung der Sendeeinrichtung ist auch hier während nahezu jeder Rotationsphase ein Empfang der Daten durch den Empfänger möglich.The US 5,535,033 A shows a signal transmission device in which the rotating part of a computed tomography a ring of an optically conductive material is attached as part of a transmitting device which emits the coupled light also perpendicular to its longitudinal axis. The data to be transmitted are coupled into this ring by modulation of a light source and received at the stationary part via an opto-electrical detector. Due to the ring-shaped design of the transmitting device, reception of the data by the receiver is also possible here during almost every rotation phase.

Die US 6,396,613 B1 zeigt eine vergleichbare Einrichtung zur Signalübertragung, bei der der Ring aus optisch leitfähigem Material zusätzlich mit Streukörpern versehen ist, um die laterale Abstrahlung zu verbessern.The US 6,396,613 B1 shows a comparable device for signal transmission, in which the ring of optically conductive material is additionally provided with scattering bodies in order to improve the lateral radiation.

Diese bekannten Techniken sind jedoch zum Teil in der Übertragungsrate stark beschränkt, so dass sie für die Übertragung der in der Computertomographie ständig zunehmenden Datenmengen in naher Zukunft nicht mehr einsetzbar sind, oder erfordern aufgrund der Übertragungstechnik sehr empfindliche Detektoren, die die Störanfälligkeit der Übertragung erhöhen.These However, known techniques are in part severely limited in the transmission rate, so that she for the transfer the constantly increasing amounts of data in computed tomography in the near future are no longer applicable, or require due the transmission technology very sensitive detectors that reduce the susceptibility to transmission increase.

Die gattungsbildende Druckschrift DE 199 47 389 A1 beschreibt eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Übertragung von Signalen zwischen zwei relativ zueinander bewegten Elementen, die eine optische Signalübertragung zwischen den beiden Elementen nutzen. Hierzu wird auf einem der beiden bewegten Teile, beispielsweise dem rotierenden Teil eines Computer-Tomographen, ein Lichtwellenleiter angeordnet, in den über einen optischen Emitter mit den zu übertragenden Signalen modulierte optische Strahlung eingekoppelt wird. Auf dem zweiten Teil, beispielsweise dem stationären Teil des Computer-Tomographen, ist eine optische Empfangseinrichtungangeordnet, die aus dem sich bewegenden Lichtwellenleiter austretende modulierte optische Strahlung detektieren soll. Da in der Regel nur ein sehr geringer Anteil an Strahlung aus einem Lichtwellenleiter austritt, wird bei der Einrichtung und dem Verfahren der Druckschrift an der Empfangseinrichtung eine induzierte Strahlungswellenkammer angeordnet, über die der Lichtwellenleiter lokal so beeinflussbar ist, dass sich der Grenzwinkel der Totalreflexion ändert und somit ein größerer Anteil der im Lichtwellenleiter geführten optischen Strahlung austritt. Es handelt sich somit um eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur rein optischen Signalübertragung zwischen den beiden relativ zueinander bewegten Teilen.The generic document DE 199 47 389 A1 describes a device and a method for transmitting signals between two re relative to each other moving elements that use an optical signal transmission between the two elements. For this purpose, an optical waveguide is arranged on one of the two moving parts, such as the rotating part of a computer tomograph, is coupled into the modulated via an optical emitter with the signals to be transmitted optical radiation. On the second part, for example the stationary part of the computer tomograph, an optical receiving device is arranged, which is to detect modulated optical radiation emerging from the moving optical waveguide. Since usually only a very small proportion of radiation exits an optical waveguide, an induced radiation wave chamber is arranged in the device and the method of the publication at the receiving device, via which the optical waveguide is locally influenced so that the critical angle of total reflection changes and Thus, a greater proportion of guided in the optical waveguide optical radiation exits. It is thus a device and a method for purely optical signal transmission between the two relatively moving parts.

Die DE 35 01 967 C2 beschreibt ein optisches Datenübertragungssystem mit einer optischen Übertragungsleitung, an der mehrere Teilnehmerstationen über Kopplungseinrichtungen hängen, die elektrooptische Modulation nutzen. Die Druckschrift befasst sich nicht mit der vorliegenden Problematik der Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander bewegten Teilen.The DE 35 01 967 C2 describes an optical data transmission system with an optical transmission line to which a plurality of subscriber stations hang via coupling devices utilizing electro-optical modulation. The document does not address the present problem of signal transmission between two relatively moving parts.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Einrichtung sowie ein Verfahren zur Signalübertragung zwischen zwei in geringem Abstand relativ zueinander bewegten Elementen, insbesondere zur Übertragung von Messdaten zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären Teil eines Computertomographen, anzugeben, die eine zuverlässige Datenübertragung in Echtzeit mit einer hohen Übertragungsrate ermöglichen.outgoing from this prior art, the object of the present Invention therein, an apparatus and method for signal transmission between two small spaced relative to each other moving elements, in particular for transmission of measured data between a rotating part and a stationary part of a computed tomograph, indicate the reliable data transmission in real time with a high transfer rate enable.

Die Aufgabe wird mit der Signalübertragungseinrichtung sowie dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 20 sowie mit der Verwendung gemäß Anspruch 25 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen. The Task is with the signal transmission device and the method according to claims 1 or 20 and with the use according to claim 25 solved. Advantageous embodiments of the device and the method are the subject of the dependent claims or can be understood from the following description and the embodiments remove.

Die vorliegende Signalübertragungseinrichtung weist in bekannter Weise eine auf einem ersten der beiden relativ zueinander bewegten Elemente befestigte Sendeeinrichtung und auf einem zweiten der beiden Elemente befestigte Empfangseinrichtung auf. Bei der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung umfasst die Empfangseinrichtung zumindest einen ersten Lichtwellenleiter aus einem elektrooptische oder magnetooptische Eigenschaften aufweisenden Material. Das elektrooptische Eigenschaften aufweisende Material, das bei Anlegen eines elektrischen Feldes aufgrund des Pockels-Effektes den Brechungsindex ändert, wird im Folgenden als elektrooptisches Material bezeichnet. Beispiele für derartige Materialien sind ADP (NH₄H₂PO₄), KDP (KH₂PO₄), LiNbO₃, LiTaO₃, CdTe oder mit Chromophoren verunreinigte Polymerfasern. Die Sendeeinrichtung umfasst eine Anordnung zum Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes lokal an den Lichtwellenleiter. Der erste Lichtwellenleiter und die Anordnung sind dabei so auf dem ersten und zweiten Element angeordnet, dass sich die Anordnung zumindest während eines Bewegungsabschnittes der Relativbewegung der beiden Elemente entlang eines Längsabschnittes des ersten Lichtwellenleiters bewegt, um durch ein mit den zu übertragenden Signalen moduliertes elektrisches oder magnetisches Feld lokal optische Eigenschaften des Lichtwellenleiters zu modulieren.The present signal transmission device has, in a known manner, a transmitting device fastened on a first of the two elements moved relative to one another and a receiving device mounted on a second of the two elements. In the present signal transmission device, the receiving device comprises at least one first optical waveguide made of a material having electro-optical or magneto-optical properties. The electro-optic material which changes the refractive index upon application of an electric field due to the Pockels effect is hereinafter referred to as electro-optical material. Examples of such materials are ADP (NH ₄ H ₂ PO ₄ ), KDP (KH ₂ PO ₄ ), LiNbO ₃ , LiTaO ₃ , CdTe or chromophore-contaminated polymer fibers. The transmitting device comprises an arrangement for applying an electric or magnetic field locally to the optical waveguide. The first optical waveguide and the arrangement are arranged on the first and second elements in such a way that the arrangement moves along a longitudinal section of the first optical waveguide, at least during a movement section of the relative movement of the two elements, in order to generate an electrical or magnetic modulated by the signals to be transmitted Field to locally modulate optical properties of the optical waveguide.

Die vorliegende Signalübertragungseinrichtung nutzt in einer Ausgestaltung das Prinzip der elektrooptischen Modulation eines Interferometers, an dessen Ausgang die übertragenen Signale als intensitätsmodulierte optische Strahlung empfangen und, ggf. nach entsprechender optoelektrischer Wandlung, de moduliert werden können. Bei dieser Ausgestaltung ist einer der beiden Interferometerarme durch den ersten Lichtwellenleiter und der andere durch einen zweiten Lichtwellenleiter gebildet. Die Anordnung zum Anlegen eines elektrischen Feldes ist in diesem Fall als Elektrodenanordnung augebildet. Das Interferometer, das vorzugsweise mit dem Licht eines Lasers betrieben wird, ist bei einer derartigen Anwendung vorzugsweise so eingestellt, dass ohne eine durch die Elektrodenanordnung angelegte Spannung am Ausgang des Interferometers destruktive Interferenz vorliegt, das Interferometer somit phasenkompensiert ist. Durch die Modulation der elektrischen Spannung an der Elektrodenanordnung mit den zu übertragenden Signalen bzw. Daten können diese somit direkt über die lokale Brechungsindexmodulation des Lichtwellenleiters in eine optische Modulation am Ausgang des Interferometers umgesetzt werden. Die lokale Modulation des Brechungsindex des Lichtwellenleiters ändert die optische Weglänge in diesem Interferometerarm, so dass eine entsprechende Modulation der Interferenz am Ausgang des Interferometers resultiert. Bei der Übertragung digitaler elektrischer Signale können diese direkt in digitale optische Signale umgesetzt werden.The present signal transmission device uses the principle of electro-optical modulation in one embodiment an interferometer, at the output of which the transmitted signals are intensity-modulated receive optical radiation and, if appropriate after appropriate opto-electrical conversion, can be modulated. In this embodiment, one of the two interferometer arms through the first optical fiber and the other through a second optical fiber Fiber optic formed. The arrangement for applying an electrical Feldes is formed in this case as an electrode assembly. The Interferometer, preferably operated with the light of a laser is preferably set in such an application, that without a voltage applied by the electrode assembly there is destructive interference at the output of the interferometer, the interferometer is thus phase-compensated. By the modulation the electrical voltage at the electrode assembly with the to be transmitted Signals or data can these directly over the local refractive index modulation of the optical waveguide in a optical modulation can be implemented at the output of the interferometer. The local modulation of the refractive index of the optical waveguide changes the optical path length in this interferometer, so that a corresponding modulation the interference at the output of the interferometer results. When transferring digital electrical signals can these are converted directly into digital optical signals.

Das zugrunde liegende Prinzip der Signalübertragung mittels elektrooptischer Modulation ist bspw. aus der US 6,175,672 B1 bekannt. In der Druckschrift wird dieses Übertragungsprinzip zur verlustlosen Übertragung von Hochfrequenzsignalen eingesetzt, die durch eine elektrooptische Modulation als optische Signale übertragen und am Ende der Übertragungsstrecke wieder in Hochfrequenzsignale umgesetzt werden. In einem Beispiel wird als Modulator auch ein Mach-Zehnder Interferometer beschrieben. Einen Hinweis auf die Ausgestaltung einer Signalübertragungseinrichtung zur Übertragung von Signalen bzw. Daten zwischen relativ zueinander bewegten Elementen liefert diese Druckschrift jedoch nicht.The underlying principle of the Signalü Transmission by means of electro-optical modulation is, for example, from the US 6,175,672 B1 known. In the document, this transmission principle is used for the lossless transmission of high-frequency signals, which are transmitted by an electro-optical modulation as optical signals and converted at the end of the transmission path back into high-frequency signals. In one example, the modulator also describes a Mach-Zehnder interferometer. An indication of the configuration of a signal transmission device for the transmission of signals or data between relatively moving elements, however, does not provide this document.

In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung wird der Faraday-Effekt zur Modulation ausgenutzt. Bei Anlegen eines magnetischen Feldes an den magnetooptische Eigenschaften aufweisenden Lichtwellenleiter dreht sich die Polarisation eines linear polarisierten, durch den Lichtwellenleiter transmittierten Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Größe des angelegten Feldes. In diesem Falle wird als Anordnung zum Anlegen eines mit den zu übertragenden Signalen modulierten magnetischen Feldes vorzugsweise ein Elektromagnet eingesetzt und der Lichtwellenleiter zwischen zwei gekreuzten oder parallelen Polarisationsfiltern angeordnet. Durch Modulation des magnetischen Feldes zwischen 0 und einem vorgebbaren Maximalwert lässt sich eine Modulation des aus dem Polarisationsfilter am Ausgang des Lichtwellenleiters austretenden Lichtes messen, aus der die Signale wiedergewonnen werden können.In another embodiment of the present signal transmission device the Faraday effect is exploited for modulation. When creating a magnetic field at the magneto-optical properties Optical fiber rotates the polarization of a linearly polarized, by the optical waveguide transmitted light beam in dependence on the size of the applied Field. In this case, as an arrangement for applying a with the one to be transferred Signals modulated magnetic field, preferably an electromagnet used and the optical fiber between two crossed or arranged parallel polarizing filters. By modulation of the magnetic field between 0 and a predetermined maximum value let yourself a modulation of the polarization filter at the output of the optical waveguide outgoing light from which the signals are recovered can be.

Bei Einsatz eines Lichtwellenleiters aus einem elektrooptischen Kristall mit geeigneter Kristallorientierung lässt sich in Verbindung mit einer Elektrodenanordnung und den obigen Polarisationsfiltern eine Modulation des Lichtes durch Polarisationsdrehung auch über den Pockels-Effekt erreichen. Die Modulationsgeschwindigkeit sollte hierbei höher sein als bei Nutzung des Faraday-Effektes.at Use of an optical waveguide made of an electro-optical crystal with appropriate crystal orientation can be combined with an electrode assembly and the above polarizing filters a Modulation of light by polarization rotation also over the Achieve pockels effect. The modulation speed should be higher here than using the Faraday effect.

Grundsätzlich lässt sich die vorliegende Signalübertragungseinrichtung für unterschiedliche Bewegungsformen der relativ zueinander bewegten Elemente einsetzen. So kann bei einer geradlinigen Bewegung der erste Lichtwellenleiter geradlinig am stationären oder bewegten Teil verlaufen, so dass er über einen möglichst großen Abschnitt der Bewegung in Kontakt oder in unmittelbarer Nähe der Anordnung zum Anlegen des elektrischen oder magnetischen Feldes stehen kann. Bei einer Rotationsbewegung des bewegten Elementes verläuft der Lichtwellenleiter hingegen zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn um das Rotationszentrum. Selbstverständlich können sich bei der Relativbewegung auch beide Elemente bewegen. Eine Signalübertragung ist nur in dem Abschnitt der Relativbewegung möglich, in dem die Anordnung zum Anlegen des elektrischen oder magnetischen Feldes an einem der Lichtwellenleiter anliegt oder sich zumindest in unmittelbarer Nähe befindet, so dass eine lokale Brechungsindexmodulation oder Drehung der Polarisation möglich ist. In den restlichen Abschnitten der Bewegung ist die Datenübertragung unterbrochen. Eine unterbrechungsfreie Datenübertragung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass sich der Lichtwellenleiter über den gesamten Streckenabschnitt der Relativbewegung erstreckt oder dass mehrere Lichtwellenleiter oder aus diesen gebildete Interferometer in geeigneter Anordnung, d. h. in Bewegungsrichtung hintereinander oder zumindest versetzt zueinander, angeordnet werden, um zu jedem Zeitpunkt der Bewegung eine entsprechende Modulation eines der Lichtwellenleiter zu erreichen. Bei Einsatz mehrerer Interferometer müssen entsprechende Schalteinheiten vorgesehen sein, die den Empfang auf die jeweils aktuellen Interferometer umschalten. Die Interferometer sind dabei gleichzeitig in Betrieb. Nur die Datenübertragung erfolgt alternierend. Das Umschalten von einem Interferometer zum anderen wird an den Stellen vorgenommen, an denen sich die jeweiligen Splitter/Combiner befinden, um die kontinuierliche Datenübertragung zu erreichen.Basically you can the present signal transmission device for different Use movement forms of relatively moving elements. Thus, in a rectilinear motion, the first optical waveguide straight at the stationary or moving part so that it covers as much of the movement as possible in contact or in the immediate vicinity of the arrangement for application the electric or magnetic field can stand. At a Rotational movement of the moving element of the optical fiber, however, runs at least in sections on a circular path around the center of rotation. Of course can move both elements in the relative movement. A signal transmission is possible only in the portion of the relative movement in which the arrangement for applying the electric or magnetic field to one of the optical fibers is present or at least in the immediate vicinity, so that a local Refractive index modulation or rotation of the polarization is possible. In the remaining sections of the movement is the data transfer interrupted. An uninterrupted data transmission can, for example be realized in that the optical fiber over the entire section of the relative movement extends or that several Optical fiber or interferometer formed from these in a suitable Arrangement, d. H. in the direction of movement behind each other or at least offset from one another, be arranged to at any time of the Movement a corresponding modulation of one of the optical fibers to reach. When using multiple interferometers must be appropriate Switching units are provided, which receive the reception on each switch over the current interferometer. The interferometers are included at the same time in operation. Only the data transmission takes place alternately. Switching from one interferometer to another is done on the Places made where the respective splitter / combiner to achieve continuous data transmission.

Für den Einsatz bei rotierenden Elementen, wie beispielsweise in einem Computertomographen, wird das Zweistrahlinterferometer vorzugsweise als Mach-Zehnder-Interferometer aufgebaut. In diesem Falle bilden die beiden Interferometerarme jeweils zumindest annähernd Halbkreise in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Rotationsbewegung, die zusammen zumindest annähernd einen Vollkreis um das Rotationszentrum ergeben. Die Elektrodenanordnung befindet sich dann während der Rotationsbewegung jeweils entweder über dem einen oder über dem anderen Lichtwellenleiter, so dass bis auf die Übergänge zwischen den beiden Halbkreisen, an denen vorzugsweise auch die Ein- und Auskoppelstellen mit den entsprechenden Strahlteilern oder Splittern liegen, eine nahezu ununterbrochene Datenübertragung ermöglicht wird. Selbstverständlich ist die vorliegende Einrichtung auch bei rotatorischen Bewegungen nicht auf den Aufbau eines Mach-Zehnder-Interferometers beschränkt.For use at rotating elements, such as in a computed tomography, is the two-beam interferometer preferably as a Mach-Zehnder interferometer built up. In this case, the two interferometer arms form each at least approximately Semicircles in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotational movement, at least approximately together make a full circle around the center of rotation. The electrode arrangement is then during the Rotational movement either above the one or above other fiber optics, so except for the transitions between the two semicircles, at which preferably also the coupling and decoupling with the corresponding beam splitters or splitters are, an almost uninterrupted data transfer allows becomes. Of course The present device is not even with rotary movements limited to the construction of a Mach-Zehnder interferometer.

Zur weiteren Verminderung der Unterbrechung der Datenübertragung sind die beiden Lichtwellenleiter an den Enden der Halbkreise vorzugsweise über Kreuz geführt. Weiterhin ist es möglich, zwei derartige Interferometeraufbauten um 90° versetzt am stationären Teil anzuordnen. Jedes dieser beiden Interferometer korrespondiert dabei mit einer eigenen Elektrodenanordnung am rotierenden Teil. Mit entsprechenden Schalteinheiten lässt sich dann durch zyklisches Umschalten zwischen den beiden aus Interferometer und Elektrodenanordnung gebildeten Übertragungssystemen eine unterbrechungsfreie Datenübertragung während der Rotation erreichen.To further reduce the interruption of the data transmission, the two optical waveguides are preferably guided at the ends of the semicircles. Furthermore, it is possible to arrange two such interferometer superstructures offset by 90 ° on the stationary part. Each of these two interferometers corresponds with its own electrode arrangement on the rotating part. With appropriate switching units can then be cyclically switched between the two From interferometer and electrode assembly formed transmission systems achieve an uninterruptible data transmission during rotation.

Die Elektrodenanordnung ist vorzugsweise als Mikrostrip-Leitung ausgebildet, an deren einem Ende zwei elastische Kontaktfedern ausgebildet sind, die beidseitig am jeweiligen Lichtwellenleiter anliegen. Die Mikrostrip-Leitung ist am anderen Ende mit einer charakteristischen Impedanz abgeschlossen.The Electrode arrangement is preferably designed as a microstrip line, at one end of which two elastic contact springs are formed, which rest on both sides of the respective optical fiber. The microstrip line is terminated at the other end with a characteristic impedance.

In einer anderen Ausgestaltung verläuft die Mikrostrip-Leitung über einen ausreichend großen Abschnitt in gleichem Abstand zum Lichtwellenleiter, so dass eine Wanderfeld-Modulation des Lichtwellenleiters erreicht werden kann. In diesem Fall wird die Impedanz der Mikrostrip-Leitung so gewählt, dass die elektromagnetische Feldgeschwindigkeit in der Mikrostrip-Leitung gleich der Lichtgeschwindigkeit im Lichtwellenleiter ist. Dadurch ist die Modulationsleistung geringer und der Modulationsprozess effizienter.In another embodiment runs the microstrip line over a sufficiently large section at the same distance from the optical waveguide, so that a traveling-field modulation of the optical waveguide can be achieved. In this case, the impedance of the microstrip line chosen so that the electromagnetic field velocity in the microstrip line is equal to the speed of light in the optical waveguide. Thereby the modulation power is lower and the modulation process more efficient.

Die vorliegende Signalübertragungseinrichtung sowie das zugehörige Verfahren ermöglichen eine zumindest nahezu kontinuierliche Messdatenübertragung, insbesondere bei Computertomographen, mit einer Geschwindigkeit, die den bekannten Lösungen weit überlegen ist. Die Datenübertragung ist dabei un abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Computertomographen. Durch die abgestimmte Mikrostrip-Technologie entstehen keine EMV-Probleme im GHz-Bereich. Der Übertragungsweg ist auch für atmosphärische Verschmutzung unempfindlich.The present signal transmission device as well as the associated Procedures allow one at least almost continuous measurement data transmission, in particular at Computer tomographs, with a speed far superior to the known solutions is. The data transfer is un dependent from the rotational speed of the computer tomograph. Through the coordinated microstrip technology There are no EMC problems in the GHz range. The transmission path is also for atmospheric Pollution insensitive.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The The present invention will now be described with reference to exemplary embodiments briefly explained in connection with the drawings. in this connection demonstrate:

1 das vorliegend in einer Ausgestaltung eingesetzte Prinzip der Signalübertragung durch elektrooptische Modulation am Beispiel eines Mach-Zehnder-Interferometers; 1 the presently used in one embodiment, the principle of signal transmission by electro-optical modulation using the example of a Mach-Zehnder interferometer;

2 ein Beispiel für den Aufbau eines Computertomographen mit den relativ zueinander bewegten Elementen; 2 an example of the construction of a computed tomography with the relatively moving elements;

3 schematisch ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung; 3 schematically an example of an embodiment of the present signal transmission device;

4 schematisch ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung; 4 schematically another example of an embodiment of the present signal transmission device;

5 eine Veranschaulichung der über Kreuz geführten Lichtwellenleiter der 3 und 4; 5 an illustration of the cross-guided optical fibers of the 3 and 4 ;

6 ein Beispiel für die Ausgestaltung der Elektrodenanordnung sowie den Kontakt mit dem Lichtwellenleiter in Querschnittsansicht und Seitenansicht; 6 an example of the configuration of the electrode assembly and the contact with the optical waveguide in cross-sectional view and side view;

7 schematisch ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung; 7 schematically another example of an embodiment of the present signal transmission device;

8 schematisch ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung; und 8th schematically another example of an embodiment of the present signal transmission device; and

9 ein Beispiel für die Ausgestaltung der Anordnung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes in Querschnittsansicht und Seitenansicht. 9 an example of the configuration of the arrangement for generating a magnetic field in cross-sectional view and side view.

1 zeigt schematisiert das Prinzip der bei der vorliegenden Einrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung eingesetzten Signalübertragungstechnik am Beispiel eines Mach-Zehnder-Interferometers als Empfangseinrichtung. Das Prinzip eines Mach-Zehnder-Interferometers als elektrooptischer Modulator ist aus der optischen Kommunikationstechnik bekannt. Die beiden Interferenzarme des Interferometers werden durch zwei Lichtwellenleiter 8, 9 aus einem elektrooptischen Material gebildet. Bei einem derartigen Interferometer, wie es auch bei der vorliegenden Einrichtung zur Signalübertragung zum Einsatz kommen kann, wird ein von einem Laser 10 emittierter Laserstrahl durch einen Splitter 11 auf die beiden durch die Lichtwellenleiter 8, 9 gebildeten Interferometerarme aufgeteilt, die eine identische Länge aufweisen. Die beiden Lichtwellenleiter 8, 9 werden am Kombinierer 12 wieder zusammengeführt, so dass die über den Splitter 11 aufgeteilten Teilstrahlen des Lasers am bzw. nach dem Kombinierer 12 interferieren. Für den Einsatz dieses Interferometers als Modulator wird an einen der beiden Lichtwellenleiter 9 aus elektrooptischem Material lokal eine elektrische Modulationsspannung Um angelegt, um den Brechungsindex des Lichtwellenleiters 9 an dieser Stelle zu ändern. Dies ist in der 1 schematisch mit der Elektrodenanordnung 4 angedeutet, die über einen Generator 14 mit der Modulationsspannung U_m beaufschlagt wird. Das Interferometer ist so eingestellt, dass eine Phasenkompensation vorliegt, wenn keine elektrische Spannung (Um = 0) über die Elektrodenanordnung 4 am Lichtwellenleiter 9 anliegt. Die Teilstrahlen des Lasers erreichen dann den Kombinierer 12 um 180° phasenversetzt, so dass am Ausgang des Kombinierers 12 durch destruktive Interferenz eine Löschung des Signals auftritt. Der Empfänger 13, der am Ausgang des Kombinierers 12 angeordnet ist, misst somit in diesem Zustand kein Signal. Wird dagegen durch den Generator 14 eine Modulationsspannung Um über die Elektrodenanordnung 4 an den Lichtwellenleiter 9 angelegt, so misst der Empfänger 13 eine entsprechend der Modulationsspannung U_m modulierte Ausgangsintensität am Kombinierer 12, die durch die Interferenz der dann nicht mehr phasenkompensierten Teilstrahlen erreicht wird. Durch Wechsel der Spannung der Elektrodenanordnung 4 zwischen den beiden Zuständen U_m = 0 und U_m = konstant lassen sich somit in einfacher Weise digitale Signale übertragen. Die über den Generator 14 auf die Elektrodenanordnung 4 aufmodulierten elektrischen Signale lassen sich am Ausgang des Interferometers, d. h. am Kombinierer 12, somit als optische Modulation messen und, falls erforderlich, zum Erhalt der Ursprungssignale demodulieren. 1 schematically shows the principle of the signal transmission technique used in the present device in a preferred embodiment using the example of a Mach-Zehnder interferometer as a receiving device. The principle of a Mach-Zehnder interferometer as an electro-optical modulator is known from optical communication technology. The two interference arms of the interferometer are made by two optical fibers 8th . 9 formed from an electro-optical material. In such an interferometer, as can also be used in the present device for signal transmission, one of a laser 10 emitted laser beam through a splitter 11 on the two through the optical fibers 8th . 9 divided formed interferometer arms, which have an identical length. The two optical fibers 8th . 9 be on the combiner 12 merged again so that the over the splitter 11 split partial beams of the laser on or after the combiner 12 interfere. For the use of this interferometer as a modulator is to one of the two optical fibers 9 from electro-optical material locally an electrical modulation voltage applied to the refractive index of the optical waveguide 9 to change at this point. This is in the 1 schematically with the electrode assembly 4 indicated by a generator 14 with the modulation voltage U _{m is} applied. The interferometer is set so that there is phase compensation when no electrical voltage (Um = 0) across the electrode assembly 4 on the optical fiber 9 is applied. The partial beams of the laser then reach the combiner 12 180 ° out of phase so that at the output of the combiner 12 destructive interference causes cancellation of the signal. The recipient 13 , the output of the combiner 12 is arranged, thus measures no signal in this state. In contrast, by the generator 14 a modula tion voltage To over the electrode assembly 4 to the optical fiber 9 created, so the receiver measures 13 a modulated according to the modulation voltage U _m output intensity at the combiner 12 , which is achieved by the interference of the then no longer phase-compensated sub-beams. By changing the voltage of the electrode assembly 4 between the two states U _m = 0 and U _m = constant thus digital signals can be transmitted in a simple manner. The over the generator 14 on the electrode assembly 4 modulated electrical signals can be at the output of the interferometer, ie the combiner 12 , thus measuring as optical modulation and, if necessary, demodulating to obtain the original signals.

Beim Einsatz dieser Signalübertragungstechnik in der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung zur Übermittlung von Signalen zwischen zwei relativ zueinander bewegten Teilen wird die Elektrodenanordnung 4 als Teil der Sendeeinrichtung 3 und das Interferometer 8–13 als Empfangseinrichtung 7 eingesetzt. Als Lichtwellenleiter 8, 9 werden dabei vorzugsweise Einmoden-Fasern eingesetzt, deren Faserkern aus dem elektrooptischen Material besteht, wobei die Splitter bzw. Kombinierer 11, 12 in diesem Fall Faserkoppler sind. Die Fasern sind kostengünstig herstellbar und insbesondere aufgrund ihrer Flexibilität gerade für Anwendungen geeignet, bei denen die Signalübertragung zwischen einem stationären Teil und einem innerhalb oder um das stationäre Teil rotierenden Teil erfolgen soll, wie dies bspw. beim bevorzugten Einsatz der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung in einem Computertomographen der Fall ist.When using this signal transmission technique in the present signal transmission device for transmitting signals between two relatively moving parts, the electrode arrangement 4 as part of the transmitting device 3 and the interferometer 8th - 13 as receiving device 7 used. As optical fiber 8th . 9 einmode fibers are preferably used, the fiber core consists of the electro-optical material, wherein the splitter or combiner 11 . 12 in this case are fiber couplers. The fibers are inexpensive to produce and particularly suitable because of their flexibility just for applications in which the signal transmission between a stationary part and a rotating within or around the stationary part should be done, as for example. In the preferred use of the present signal transmission device in a computer tomograph of Case is.

Ein Computertomograph umfasst u. a. eine Röntgenröhre 18, zeilenförmig angeordnete Röntgendetektoren 19 und einen Pati entenlagerungstisch, der in der 2 nicht dargestellt ist. Die Röntgenröhre und die Röntgendetektoren sind an einer Gantry 20 angeordnet, welche um den Patientenlagerungstisch bzw. eine parallel zu diesem verlaufende Untersuchungsachse rotieren. Der Patientenlagerungstisch ist in der Regel relativ zu der Gantry 20 entlang der Untersuchungsachse verschiebbar. Die Röntgenröhre erzeugt ein in einer Schichtebene senkrecht zur Untersuchungsachse fächerförmig aufgeweitetes Strahlenbündel, das bei Untersuchungen in der Schichtebene eine Schicht eines Objektes, bspw. eine Körperschicht eines Patienten 21, welcher auf dem Patientenlagerungstisch gelagert ist, durchdringt und auf die der Röntgenröhre 18 gegenüberliegenden Röntgendetektoren 19 auftrifft. Der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlbündel die Körperschicht des Patienten 21 durchdringt und ggf. die Position des Patientenlagerungstisches relativ zu der Gantry 20 verändern sich während der Bildaufnahme mit dem Computertomographen kontinuierlich. Während der Bildaufnahme fällt daher eine große Menge an von den Röntgendetektoren erfassten Messdaten an, die zur Rekonstruktion eines zweidimensionalen Schnittbildes oder eines dreidimensionalen Bildes des Körpers des Patienten 21 ausgewertet werden müssen. Diese Auswertung erfolgt in der Regel in einem stationären Rechnersystem 24, das mit dem Computertomographen verbunden ist. 2 zeigt hierbei eine stark schematisierte Ansicht eines Computertomographen, in dem wesentliche Systemkomponenten dargestellt sind. In der Figur ist die Gantry 20 mit der Röntgenröhre 18 und der gegenüberliegenden Detektorbank mit den Röntgendetektoren 19 zu erkennen. Die Gantry 20 rotiert während der Bildaufnahme kontinuierlich um einen Patienten 21. Das von der Röntgenröhre 18 emittierte fächerförmige Röntgenstrahlbündel 22 ist in dieser Figur angedeutet. Die Gantry 20 als erstem Element 1 rotiert hierbei innerhalb des stationären Teils 23 des Computertomographen als zweiten Element 2, der u.a. die Steuerungselektronik des Computertomographen umfassen kann. Die von den Röntgendetektoren 19 erfassten Messdaten müssen ständig vom rotierenden Teil, der Gantry 20, auf den stationären Teil 23 übertragen werden, von dem Sie an einen Bildrechner 24 zur Bildrekonstruktion aus den Messdaten weiter geleitet werden. Für diese Datenübertragung der Messdaten vom rotierenden auf den stationären Teil sind im vorliegenden Beispiel am Innenumfang des stationären Teils 23 gegenüber der Gantry 20 die beiden Lichtwellenleiter-Fasern 8, 9 eines Zweistrahl-Interferometers angeordnet, die aus einem elektrooptischen Material bestehen. Der Verlauf dieser Lichtwellenleiter-Fasern 8, 9 ist in der Figur nur schematisch angedeutet. Im linken Teil ist die Einheit mit dem Laser 10 und dem ersten Splitter 11, im rechten Teil die Einheit mit dem Kombinierer 12 sowie dem Empfänger 13 zu erkennen. Vom Empfänger 13 werden die Messdaten, ggf. über einen Demodulator 16, an den Bildrechner 24 weiter geleitet.A computer tomograph includes, inter alia, an x-ray tube 18 , line-shaped X-ray detectors 19 and a patient bed table placed in the 2 not shown. The X-ray tube and the X-ray detectors are on a gantry 20 arranged, which rotate about the patient support table or parallel to this examination axis. The patient table is usually relative to the gantry 20 displaceable along the examination axis. The x-ray tube produces a bundle of rays which widens in a fan-shaped manner in a layer plane perpendicular to the examination axis and, in the case of investigations in the layer plane, produces a layer of an object, for example a body layer of a patient 21 , which is mounted on the patient table, penetrates and on the X-ray tube 18 opposite X-ray detectors 19 incident. The angle at which the x-ray beam is the body layer of the patient 21 Penetrates and possibly the position of the patient support table relative to the gantry 20 change continuously during imaging with the CT scanner. During image acquisition, therefore, a large amount of measurement data acquired by the X-ray detectors is necessary for reconstructing a two-dimensional slice image or a three-dimensional image of the patient's body 21 must be evaluated. This evaluation is usually done in a stationary computer system 24 which is connected to the computer tomograph. 2 shows a highly schematized view of a computer tomograph in which essential system components are shown. In the figure is the gantry 20 with the x-ray tube 18 and the opposite detector bank with the X-ray detectors 19 to recognize. The gantry 20 rotates continuously around a patient during image acquisition 21 , That from the x-ray tube 18 emitted fan-shaped X-ray beam 22 is indicated in this figure. The gantry 20 as the first element 1 rotates within the stationary part 23 of the computer tomograph as a second element 2 , which may include, among other things, the control electronics of the computed tomography. The of the x-ray detectors 19 recorded measurement data must constantly from the rotating part, the gantry 20 , on the stationary part 23 from which you transfer to an image calculator 24 for image reconstruction from the measurement data forwarded. For this data transmission of the measurement data from the rotating to the stationary part are in the present example on the inner circumference of the stationary part 23 opposite the gantry 20 the two fiber optic fibers 8th . 9 a two-beam interferometer arranged, which consist of an electro-optical material. The course of these optical fibers 8th . 9 is indicated only schematically in the figure. In the left part is the unit with the laser 10 and the first splitter 11 , in the right part the unit with the combiner 12 as well as the receiver 13 to recognize. From the recipient 13 become the measured data, possibly via a demodulator 16 , to the image calculator 24 passed on.

Auf Seite des rotierenden Teils 20 ist eine Elektrodenanordnung 4 befestigt, die während der Rotation die Lichtwellenleiter 8, 9 berührt oder sich nahe an diesen bewegt. Die von den Detektoren 19 erfassten Messdaten werden über einen Modulator 15 auf eine durch den Generator 14 erzeugte elektrische Spannung aufmoduliert, die über die Elektrodenanordnung 4 an den elektrooptischen Fasern 8, 9 anliegt und dort eine entsprechende Brechungsindexmodulation erzeugt. Hierdurch wird die kontinuierliche Modulation der Lichtwellenleiter-Fasern während der Drehung des Systems möglich.On the side of the rotating part 20 is an electrode assembly 4 attached, which during the rotation the optical fibers 8th . 9 touches or moves close to these. The of the detectors 19 acquired measurement data are via a modulator 15 on one by the generator 14 modulated electrical voltage generated via the electrode assembly 4 on the electro-optical fibers 8th . 9 is applied there and generates a corresponding refractive index modulation. This makes possible the continuous modulation of the optical fibers during the rotation of the system.

Der grundsätzliche Aufbau der Sende- und der Empfangseinrichtung bei einer derartigen Anwendung wird in den nachfolgenden Figuren nochmals näher erläutert. In 3 ist der prinzipielle Verlauf der elektrooptischen Fasern 8, 9 eines am stationären Teil des Computertomographen befestigten Mach-Zehnder-Interferometers zu erkennen. Dieses als Empfangseinrichtung dienende Interferometer weist auch hier eine Laserquelle 10 auf, deren Licht durch einen Splitter 11 in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird, die in die beiden elektrooptischen Fasern 8, 9 eingekoppelt werden. Die beiden Fasern 8, 9 verlaufen auf zwei Halbkreisen um das Rotationszentrum der Gantry und werden über den Kombinierer 12 wieder zusammengeführt. Der Empfänger 13 misst die aus dem Kombinierer 12 austretende Lichtintensität. Die Sendeeinrichtung 3 setzt sich aus dem rotierenden Generator 14 mit der daran angedeuteten Elektrodenanordnung 4 zusammen, die in Pfeilrichtung innerhalb des stationären Teils des Computertomographen rotieren.The basic structure of the transmitting and receiving device in such an application will be explained in more detail in the following figures. In 3 is the principal course of the electro-optical fibers 8th . 9 one attached to the stationary part of the computer tomograph Recognize Mach-Zehnder interferometer. This interferometer serving as a receiving device also has a laser source here 10 on, their light through a splinter 11 split into two sub-beams, which are in the two electro-optical fibers 8th . 9 be coupled. The two fibers 8th . 9 run on two semicircles around the center of rotation of the gantry and are over the combiner 12 merged again. The recipient 13 measure the one from the combiner 12 emerging light intensity. The transmitting device 3 sits down from the rotating generator 14 with the electrode arrangement indicated thereon 4 together, which rotate in the direction of the arrow inside the stationary part of the computer tomograph.

Die Phasenkompensation des Interferometers wird auf einem seiner Zweige mit einer Einrichtung zur Phasenkompensation 17 realisiert, mit der eine einstellbare konstante Spannung U_p an eine der Fasern 9 angelegt werden kann. Diese Phasenkompensation ist notwendig, um die geometrischen und thermischen Abweichungen der beiden Zweige des Interferometers auszugleichen. Der Kompensationsvorgang wird vor jeder Messung so durchgeführt, dass bei einer Spannung U_m = 0 über die Spannung U_p eine Extension des Signals am Empfänger eingestellt wird. Mit dieser Einstellung wird dann die Signalübertragungseinrichtung am Computertomographen betrieben. Um Temperaturschwankungen der Fasern auf ein Minimum zu reduzieren, sollte die Gantry im Bereich der elektrooptischen Fasern 8, 9 auf konstanter Temperatur gehalten werden.The phase compensation of the interferometer is on one of its branches with a means for phase compensation 17 realized with the adjustable constant voltage U _p to one of the fibers 9 can be created. This phase compensation is necessary to compensate for the geometric and thermal deviations of the two branches of the interferometer. The compensation process is performed before each measurement so that at a voltage U _m = 0 via the voltage U _p an extension of the signal is set at the receiver. With this setting, the signal transmission device is then operated on the computer tomograph. In order to minimize temperature fluctuations of the fibers, the gantry should be in the range of electro-optical fibers 8th . 9 be kept at a constant temperature.

Die Übertragung der Modulationsspannung U_m auf die jeweiligen Fasern 8, 9 wird beim vorliegenden Beispiel über einen Mikrostrip-Läufer 5 vorgenommen, der mit elastischen, elektrisch leitfähigen Kontaktfedern 6 verbunden ist, wie dies in 6 im Detail dargestellt ist. Der Mikrostrip-Läufer 5 bildet zusammen mit den elastischen Kontaktfedern 6 die Elektrodenanordnung 4. Durch den Einsatz eines Mikrostrip-Läufers können Frequenzen von etwa 40 GHz mit nur minimalen Reflexionsverlusten geleitet und übertragen werden.The transmission of the modulation voltage U _m on the respective fibers 8th . 9 in the present example is a microstrip runner 5 made with elastic, electrically conductive contact springs 6 is connected, as in 6 is shown in detail. The microstrip runner 5 forms together with the elastic contact springs 6 the electrode assembly 4 , By using a microstrip rotor, frequencies of about 40 GHz can be conducted and transmitted with minimal reflection losses.

In 4 ist eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung dargestellt, bei der ebenfalls ein Mach-Zehnder-Interferometer als Empfangseinrichtung eingesetzt wird. Im Gegensatz zu der Ausgestaltung der 3 ist bei dieser Ausgestaltung jedoch nur der erste Lichtwel lenleiter 8 im Wesentlichen ringförmig um die Rotationsachse angeordnet. Der zweite Lichtwellenleiter 9, der im Vergleich zum ersten Lichtwellenleiter 8 sehr kurz ausgebildet sein kann und nicht aus elektrooptischem Material bestehen muss, wird auf direktem Weg in den Kombinierer 12 geführt. Die Funktionsweise dieser Ausgestaltung ist identisch der Funktionsweise der vorangehend erläuterten Ausgestaltung. Zusätzlich ist hier noch ein einstellbarer Abschwächer 27 im Strahlengang des zweiten Lichtwellenleiters 9 angeordnet, mit dem die unterschiedliche Lichtschwächung in den beiden unterschiedlich langen Lichtwellenleitern ausgeglichen wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass je Umdrehung der Gantry nur einmal eine kurze Unterbrechung der Signalübertragung stattfindet.In 4 a further embodiment of the present signal transmission device is shown, in which also a Mach-Zehnder interferometer is used as a receiving device. In contrast to the design of the 3 However, in this embodiment, only the first Lichtwel waveguide 8th arranged substantially annularly around the axis of rotation. The second optical fiber 9 that compared to the first fiber optic cable 8th can be very short and does not have to be made of electro-optical material, is on the direct way in the combiner 12 guided. The operation of this embodiment is identical to the operation of the above-explained embodiment. In addition, here is still an adjustable attenuator 27 in the beam path of the second optical waveguide 9 arranged, with which the different light attenuation in the two different lengths of optical fibers is compensated. This embodiment has the advantage that only one short interruption of the signal transmission takes place per revolution of the gantry.

6 zeigt den in 3 gestrichelt angedeuteten Bereich A der Elektrodenanordnung 4 in Querschnitts- und Seitenansicht im Detail. Die Mikrostrip-Leitung 5 ist mit der charakteristischen Impedanz Z abgeschlossen, und hat symmetrisch zur elektrooptischen Faser 8 die beiden elastischen Kontaktfedern 6, über welche die Modulationsspannung an die Faser 8 gekoppelt wird. Im linken Teil der Figur ist die Querschnittsansicht durch die am stationären Teil 23 befestigte Faser 8 und einen Teil der Gantry 20 mit der darauf angeordneten Mikrostrip-Leitung 5 und den Kontaktfedern 6 zu erkennen. Der rechte Teil der Figur zeigt einen Abschnitt dieser Anordnung in Seitenansicht. Der Spalt zwischen dem stationären Teil 23 des Computertomographen und der rotierenden Gantry 20 ist so gering, dass relativ kurze Kontaktfedern 6 eingesetzt werden können, die während der gesamten Drehung der Gantry 20 an der Faser 8 bzw. 9 anliegen. 6 shows the in 3 Dashed line indicated area A of the electrode assembly 4 in cross-section and side view in detail. The microstrip line 5 is terminated with the characteristic impedance Z, and has symmetrical to the electro-optical fiber 8th the two elastic contact springs 6 over which the modulation voltage is applied to the fiber 8th is coupled. In the left part of the figure, the cross-sectional view through the stationary part 23 attached fiber 8th and part of the gantry 20 with the microstrip line arranged thereon 5 and the contact springs 6 to recognize. The right part of the figure shows a portion of this arrangement in side view. The gap between the stationary part 23 the computer tomograph and the rotating gantry 20 is so low that relatively short contact springs 6 can be used during the entire rotation of the gantry 20 on the fiber 8th respectively. 9 issue.

Neben dieser Ausgestaltung, bei der die Fasern 8, 9 über die Kontaktfedern 6 direkt kontaktiert werden, kann die Elektrodenanordnung 4 auch in einem geringen Abstand zur Faser 8, 9 geführt werden. Hierbei sollte die Länge der Mikrostrip-Leitung 5 parallel zur Faser 8 bzw. 9 so gewählt werden, dass eine Wanderfeld-Modulation der Faser ermöglicht wird. Diese Wanderfeld-Modulation lässt sich mit geringerer Spannung durchführen als die Modulation bei dem Ausführungsbeispiel der 6. Im Falle der Wanderfeld-Modulation wird die Impedanz der Mikrostrip-Leitung 5 so eingestellt, dass die elektromagnetische Feldgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit in der elektrooptischen Faser 8, 9 ist. Somit ist die Modulationsleistung geringer und damit der Modulationsprozess sehr effizient. Ein direkter Kontakt mit der Faser ist bei dieser Ausgestaltung nicht erforderlich.In addition to this design, in which the fibers 8th . 9 over the contact springs 6 can be contacted directly, the electrode assembly 4 even at a small distance to the fiber 8th . 9 be guided. This should be the length of the microstrip line 5 parallel to the fiber 8th respectively. 9 be chosen so that a traveling field modulation of the fiber is made possible. This traveling field modulation can be carried out with lower voltage than the modulation in the embodiment of the 6 , In the case of traveling-wave modulation, the impedance of the microstrip line becomes 5 set so that the electromagnetic field velocity is equal to the speed of light in the electro-optical fiber 8th . 9 is. Thus, the modulation power is lower and thus the modulation process is very efficient. Direct contact with the fiber is not required in this embodiment.

In dem Beispiel der 3 und 4 ist zu erkennen, dass die beiden elektrooptischen Fasern 8, 9 (3) bzw. die elektrooptische Faser 8 (4) am Splitter 11 bzw. Kombinierer 12 über Kreuz bzw. überlappend geführt sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Zeitspanne einer Unterbrechung der Datenübertragung in diesen Bereichen verkürzt wird. Die bei der Überlappung der Fasern entstehende kleine Lücke im kreisförmigen Verlauf der Fasern wird vorzugsweise mechanisch mit einem geeigneten Material aufgefüllt, um die Bahn der Kontaktfedern bei der Rotation der Gantry kontinuierlich zu gestalten. In 5 ist der in den 3 und 4 gestrichelt angedeutete Bereich B nochmals deutlicher herausgestellt. Der untere Teil der Figur zeigt schematisisert eine Seitenansicht der beiden Fasern 8, 9 bzw. der einzelnen Faser 8 im überlappenden Bereich, der obere Teil zeigt eine Draufsicht an dieser Stelle.In the example of 3 and 4 it can be seen that the two electro-optical fibers 8th . 9 ( 3 ) or the electro-optical fiber 8th ( 4 ) on the splitter 11 or combiner 12 are guided over cross or overlapping. By this measure, it is achieved that the period of interruption of data transmission in these areas is shortened. The small gap in the circular course of the fibers resulting from the overlapping of the fibers is preferably filled up mechanically with a suitable material in order to continuously increase the path of the contact springs during the rotation of the gantry to design. In 5 is the one in the 3 and 4 Dashed line indicated area B again highlighted. The lower part of the figure shows a schematic side view of the two fibers 8th . 9 or the individual fiber 8 in the overlapping region, the upper part shows a plan view at this point.

Eine weitere Lösung zur Erhöhung der Übertragungskapazität und zur lückenlosen Datenübertragung während der Rotation kann durch eine Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung erreicht werden, wie sie in 7 beispielhaft stark schematisiert dargestellt ist. Bei diesem Beispiel werden zwei unabhängig voneinander arbeitende Interferometer mit den entsprechenden elektrooptischen Fasern 8, 8' und 9, 9' bezüglich der Ein- und Auskoppelstellen um 90° zueinander versetzt am stationären Teil angeordnet. Jedem dieser Interferometer ist eine entsprechende Sendeeinrichtung mit einer separaten Elektrodenanordnung 4, 4' zugeordnet. Die von den beiden Empfängern 13, 13' empfangenen Daten werden einer Schalteinrichtung 25 zugeführt, die zwischen den beiden Empfängern umschaltet. Synchron hierzu wird das Laserlicht über eine entsprechende Schalteinrichtung 26 alternierend den Splittern 11, 11' der beiden gleichzeitig betriebenen Interferometer zugeführt. Durch den Versatz um 90° werden die Daten jeweils nach Durchlaufen eines Winkelbereiches der Rotation von 90° von einem auf das andere System umgeschaltet. Auf diese Weise wird eine Unterbrechung der Datenübertragung an den Splitterlücken vermieden. Die Schaltelektronik 25, 26 sorgt dafür, dass die Daten mit erhöhter Kapazität und ohne Unterbrechung vom rotierenden zum stationären Teil des Computertomographen gelangen.Another solution for increasing the transmission capacity and seamless data transmission during the rotation can be achieved by an embodiment of the present signal transmission device, as described in US Pat 7 is shown as a highly schematic example. In this example, two independently operating interferometers are used with the corresponding electro-optical fibers 8th . 8th' and 9 . 9 ' with respect to the input and output coupling offset by 90 ° to each other on the stationary part. Each of these interferometers is a corresponding transmitting device with a separate electrode arrangement 4 . 4 ' assigned. The one from the two receivers 13 . 13 ' received data is a switching device 25 fed, which switches between the two receivers. In synchronism with this, the laser light is transmitted via a corresponding switching device 26 alternating the splinters 11 . 11 ' fed to the two simultaneously operated interferometer. Due to the 90 ° offset, the data is switched from one system to the other after passing through an angular range of 90 ° rotation. In this way, an interruption of the data transmission to the splinter gaps is avoided. The switching electronics 25 . 26 Ensures that the data with increased capacity and without interruption from the rotating to the stationary part of the computer tomograph.

8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Signalübertragungseinrichtung, bei dem ein Faraday Rotator für die Übertragung eingesetzt wird. In diesem Beispiel ist ein polarisationserhaltender Lichtwellenleiter 8 aus einem magnetooptischen Material annähernd ringförmig angeordnet. Hierbei wird ein von einem Laser 10 emittierter Laserstrahl durch einen Polarisationsfilter 28 linear polarisiert in den Lichtwellenleiter 8 eingekoppelt und über einen zweiten Polarisationsfilter 29, der in diesem Beispiel bezüglich der Polarisationsrichtung parallel angeordnet ist, aus dem Lichtwellenleiter 8 wieder ausgekoppelt. Die aus dem zweiten Polarisationsfilter 29 austretende Lichtintensität wird mit einem Empfänger 13 zeitaufgelöst erfasst. Für den Einsatz dieses Faraday-Rotators als Modulator wird an den Lichtwellenleiter 8 lokal ein moduliertes magnetisches Feld angelegt, das über eine elektrische Modulationsspannung U_m eines Elektromagneten 30 erzeugt wird. Durch das Magnetfeld wird die Polarisationsrichtung des durch den Lichtwellenleiter 8 tretenden Lichtes in Abhängigkeit von der Größe des Magnetfeldes gedreht. Dies ist in der 1 schematisch mit dem Elektromagneten 30 angedeutet, der über einen Generator 14 mit der Modulations spannung Um beaufschlagt wird. Der Faraday-Rotator ist im vorliegenden Beispiel so eingestellt, dass die lineare Polarisation des Lichtes bei einer elektrischen Spannung U_m = konstant um 90° gedreht wird, so dass am Ausgang des Faraday-Rotators mit dem Empfänger kein Licht erfasst wird, während bei einer Spannung Um = 0 die volle Intensität des Laserlichtes gemessen wird, da in diesem Fall keine Drehung der Polarisation stattfindet. Durch Wechsel der Spannung des Elektromagneten 30 zwischen den beiden Zuständen U_m = 0 und U_m = konstant lassen sich somit in einfacher Weise digitale Signale übertragen. 8th shows a further embodiment of the present signal transmission device, in which a Faraday rotator is used for the transmission. In this example, a polarization-maintaining optical fiber 8th made of a magneto-optical material arranged approximately annular. This is one of a laser 10 emitted laser beam through a polarizing filter 28 linearly polarized in the optical waveguide 8th coupled and via a second polarizing filter 29 which in this example is arranged in parallel with respect to the polarization direction, from the optical waveguide 8th decoupled again. The from the second polarization filter 29 escaping light intensity comes with a receiver 13 recorded time-resolved. For using this Faraday rotator as a modulator is attached to the optical fiber 8th locally applied a modulated magnetic field, via an electrical modulation voltage U _{m of} an electromagnet 30 is produced. Due to the magnetic field, the polarization direction of the through the optical waveguide 8th passing light depending on the size of the magnetic field rotated. This is in the 1 schematically with the electromagnet 30 hinted that about a generator 14 with the modulation voltage To be acted upon. The Faraday rotator is set in the present example, that the linear polarization of the light is rotated at an electrical voltage U _m = constant by 90 °, so that no light is detected at the output of the Faraday rotator with the receiver, while at a Voltage Um = 0 the full intensity of the laser light is measured, since in this case no rotation of the polarization takes place. By changing the voltage of the electromagnet 30 between the two states U _m = 0 and U _m = constant thus digital signals can be transmitted in a simple manner.

9 zeigt den in 8 gestrichelt angedeuteten Bereich A des Elektromagneten 30 in Querschnitts- und Seitenansicht im Detail. Im linken Teil der Figur ist die Querschnittsansicht durch die am stationären Teil 23 befestigte Faser 8 und einen Teil der Gantry 20 mit dem darauf angeordneten Elektromagneten 30 zu erkennen. Der rechte Teil der Figur zeigt einen Abschnitt dieser Anordnung in Seitenansicht. 9 shows the in 8th Dashed line indicated area A of the electromagnet 30 in cross-section and side view in detail. In the left part of the figure, the cross-sectional view through the stationary part 23 attached fiber 8th and part of the gantry 20 with the electromagnet arranged thereon 30 to recognize. The right part of the figure shows a portion of this arrangement in side view.

Claims

Signal transmission device for transmitting signals between two relatively moving elements ( 1 . 2 ), at a first ( 1 ) of the two elements a transmitting device ( 3 ) and on a second ( 2 ) of the two elements a receiving device ( 7 ), characterized in that the receiving device ( 7 ) at least a first optical waveguide ( 8th ) made of an electro-optical or magneto-optical properties material and the transmitting device ( 3 ) an arrangement ( 4 . 30 ) for applying an electric or magnetic field locally to the optical waveguide ( 8th ), at which receiving device ( 7 ) the first optical fiber ( 8th ) and the arrangement ( 4 . 30 ) so on the first ( 1 ) and second ( 2 ) Element are arranged so that the arrangement ( 4 . 30 ) at least during a movement section of the relative movement of the two elements along a longitudinal section of the first optical waveguide (US Pat. 8th ) is moved in order, by means of an electric or magnetic field modulated with the signals, to local optical properties of the optical waveguide (FIG. 8th ) and thus in the optical waveguide ( 8th ) to modulate guided optical radiation.

Signal transmission device according to claim 1, characterized in that the receiving device ( 7 ) comprises at least a two-beam interferometer with two interferometer arms, one of which through the first optical waveguide ( 8th ) from the electro-optic properties material and the other by a second Lichtwellenlei ter ( 9 ) is formed, and the arrangement ( 4 . 30 ) as an electrode arrangement ( 4 ) is formed for applying an electric field.

Signal transmission device according to claim 2, characterized in that the optical waveguides ( 8th . 9 ) of the two-beam interferometer so on the second element ( 2 ) are arranged such that the electrode arrangement ( 4 ) during the relative movement of the two elements ( 1 . 2 ) first along the longitudinal section of the first optical waveguide ( 8th ) and then along a longitudinal section of the second optical waveguide ( 9 ), which is also formed from the electro-optic properties having material.

Signal transmission device according to claim 2 or 3, characterized in that the optical waveguides ( 8th . 9 ) of the two-beam interferometer extend in a plane perpendicular to the axis of rotation at least partially approximately on each of a semicircle about the axis of rotation at a partially about an axis of rotation, wherein the two semicircles together at least approximately form a circle with a lying on the axis of rotation center.

Signal transmission device according to claim 4, characterized in that the optical waveguides ( 8th . 9 ) at the ends of the two semicircles.

Signal transmission device according to one of claims 2 to 5, characterized in that offset by an angle to each other two two-beam interferometer, each with two optical waveguides ( 8th . 9 . 8th' . 9 ' ) are arranged side by side on the second element and switching units are provided which switch the signal transmission alternately between the two Zweistrahlinterferometer to achieve an uninterrupted signal transmission during the relative movement, wherein for each Zweistrahlinterferometer the receiving device ( 7 ) an electrode arrangement ( 4 . 4 ' ) of the transmitting device ( 3 ) is provided.

Signal transmission means according to claim 6, characterized in that the two Zweistrahlinterferometer at an angle of 90 ° to each other are arranged offset.

Signal transmission means according to one of the claims 2 to 7, characterized in that the / the two-beam interferometer as a Mach-Zehnder interferometer is / are constructed.

Signal transmission device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the electrode arrangement ( 4 . 4 ' ) as a microstrip line ( 5 ) is trained.

Signal transmission device according to one of claims 2 to 8, characterized in that the electrode arrangement ( 4 . 4 ' ) a microstrip line ( 5 ) and a spring mechanism of two electrically conductive, elastic contact springs ( 6 ) as electrodes, which are on both sides of the optical waveguide ( 8th . 9 . 8th' . 9 ' ) issue.

Signal transmission device according to claim 1, characterized in that the first optical waveguide ( 8th ) between two optical polarizers ( 28 . 29 ) is arranged, the polarization directions are at least approximately parallel or perpendicular to each other.

Signal transmission device according to claim 11, characterized in that the first optical waveguide ( 8th ) consists of the electro-optic properties having material and the arrangement ( 4 . 30 ) as an electrode arrangement ( 4 ) is designed for applying an electric field.

Signal transmission device according to claim 11, characterized in that the first optical waveguide ( 8th ) consists of the magneto-optical properties material and the arrangement ( 4 . 30 ) as electromagnet ( 30 ) is designed for applying a magnetic field.

Signal transmission device according to one of claims 1, 2, 6 to 13, characterized in that the first optical waveguide ( 8th is at least partially approximately on a circle with a lying on the axis of rotation center at a first or second element rotating about a rotation axis in a plane perpendicular to the axis of rotation.

Signal transmission device according to claim 14, characterized in that the first optical waveguide ( 8th ) crosses at one point of the circle.

Signal transmission device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the optical waveguides ( 8th . 9 . 8th' . 9 ' ) are formed by optical waveguide fibers, wherein at least the first optical waveguide ( 8th ) comprises a fiber core of the electro-optical or magneto-optical properties material.

Signal transmission device according to one of claims 1 to 16, characterized in that on one of the optical waveguides ( 8th . 9 . 8th' . 9 ' ) a device for phase compensation ( 17 ) is arranged, over which a portion of the optical waveguide ( 8th . 9 . 8th' . 9 ' ) can be acted upon by an adjustable constant electric or magnetic field.

Signal transmission device after a of claims 1 to 17, characterized in that the transmitting device ( 3 ) with a transmit modulator ( 15 ) and the receiving device ( 7 ) with a receiver demodulator ( 16 ) connected is.

Signal transmission device according to one of claims 1 to 18, characterized in that the receiving device ( 7 ) on the stationary part and the transmitting device ( 3 ) is mounted on the rotating part of a computer tomograph.

Method for transmitting signals between two relatively moving elements ( 1 . 2 ), in which on one of the two elements ( 1 . 2 ) a receiving device ( 7 ) and on the other element ( 1 . 2 ) a transmitting device ( 3 ) are used, characterized in that as a receiving device ( 7 ) a receiving device ( 7 ) with a first optical waveguide ( 8th ) made of an electro-optical properties material and as a transmitting device ( 3 ) an arrangement ( 4 . 30 ) for applying an electric field locally to the optical waveguide ( 8th ) are used, and the signals via an electric field of the arrangement modulated with the signals ( 4 . 30 ), which at least during a movement section of the relative movement of the two elements ( 1 . 2 ) along a longitudinal section of the first optical waveguide ( 8th ) in a local modulation of the refractive index of the first optical waveguide ( 8th ) and thus into a modulation of in the optical waveguide ( 8th ) guided optical radiation can be implemented.

A method according to claim 20, characterized in that a two-beam interferometer with two interferometer arms, one of which by the first optical waveguide ( 8th ) from the electro-optical properties material and the other by a second optical waveguide ( 9 ), as a receiving device ( 7 ) is used, and the signals via an electric field modulated with the signals as the electrode arrangement ( 4 ) trained arrangement ( 4 . 30 ) in the modulation of the refractive index of the first optical waveguide ( 8th ) are implemented.

Method according to claim 21, characterized in that for the electrode arrangement ( 4 ) Microstrip lines ( 5 ) are used.

A method according to claim 21, characterized in that one over a longitudinal section parallel to the first optical waveguide ( 8th ) extending microstrip line ( 5 ) and tuned so that the electromagnetic field velocity in the microstrip line ( 5 ) equal to the speed of light in the optical waveguide ( 8th ) is to a traveling field modulation of the optical waveguide ( 8th ) to reach.

Method according to one of claims 20 to 23, characterized that the signals are transmitted as digital signals.

Use of a method according to any one of claims 20 to 24 for transmission of measured data between a rotating part and a stationary part a computer tomograph.