DE3530939A1 - Optische datenuebertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Datenübertragungs­ vorrichtung zur Datenübertragung zwischen einem bewegli­ chen und einem feststehenden Teil.

Eine Datenübertragungsvorrichtung dieser Art ist bei­ spielsweise in der DE-OS 28 46 526 beschrieben. Der be­ wegliche Teil ist dabei vom Drehkranz eines Computertomo­ graphen gebildet, auf dem ein Röntgenstrahler und ein Strahlendetektor angeordnet sind. Die Übertragung der vom Detektor erzeugten Daten erfolgt mit Hilfe eines um das Drehzentrum gekrümmten Ringes aus lichtleitendem Materi­ al, auf dessen Oberfläche eine Lichtquelle strahlt, die den zu übertragenden Signalen entsprechende Lichtsignale ausstrahlt. Der Ring leitet das eingestrahlte Licht über seinen gesamten Umfang weiter und weist eine Kopplungs­ stelle auf, an der ein Lichtempfänger am feststehenden Teil angeordnet ist.

Die bekannte optische Datenübertragungsvorrichtung weist eine auf den Anwendungszweck, nämlich die Anwendung in einem Computertomographen zugeschnittene Ausbildung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Datenübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die sich insbesondere zur Anwendung in einem Computerto­ mographen eignet, aus wenigen, weitgehend verfügbaren Bauelementen aufzubauen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine Teil eine Reihe von Lichtsendern aufweist, die ne­ beneinanderliegend angeordnet sind und deren Licht den zu übertragenden Daten entsprechend moduliert ist, daß der andere Teil eine Reihe von Lichtempfängern aufweist, die den Lichtsendern gegenüberliegen, wobei die Abstände der Lichtsender und der Lichtempfänger so gewählt sind, daß eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen dem beweglichen Teil und dem feststehenden Teil erfolgt, und daß die Anzahl der Lichtsender und Lichtempfänger belie­ big ist, wobei aber die Anzahlen kein ganzzahliges Viel­ faches voneinander sein dürfen. Bei einer Anzahl von Lichtsendern oder Lichtempfängern von N kann die Anzahl der zugeordneten Lichtempfänger bzw. Lichtsender zweck­ mäßigerweise N+1 gewählt werden. Eine andere Ausbildung besteht darin, daß die Lichtsender oder Lichtempfänger gleichmäßig über den Umfang des einen Teiles verteilt und eine ungerade Anzahl von Lichtempfängern bzw. Lichtsen­ dern in einer Reihe solcher Länge angeordnet ist, daß der Abstand zwischen drei aufeinanderfolgenden Lichtsendern oder Lichtempfängern überbrückt wird.

Die erfindungsgemäße Datenübertragungsvorrichtung kann aus handelsüblichen Bauelementen, z. B. einem Lasermodul, Lichtwellenleitern als Lichtsender und Fotodioden als Lichtempfänger, aufgebaut werden. Sie eignet sich insbe­ sondere zur Anwendung bei einem Computertomographen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Enden einer Reihe von Lichtwellenleitern gleichmäßig über den Umfang des Rotors zu verteilen und eine ungerade Anzahl von Lichtempfängern in einer Reihe solcher Länge anzuordnen, daß der Abstand zwischen drei aufeinanderfolgenden Enden der Lichtwellen­ leiter überbrückt wird. Dadurch ist eine kontinuierliche Datenübertragung sichergestellt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Prinzipdarstellungen zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 3 eine Datenübertragungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine optische Vorrichtung zur Ergänzung der Datenübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine andere Ausbildung einer Datenübertra­ gungsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 eine weitere Ausbildung einer Datenübertra­ gungsvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 7 eine weitere Variante einer Datenübertra­ gungsvorrichtung nach der Erfindung in einem Computertomographen.

In der Fig. 1 ist eine Reihe von Lichtsendern S darge­ stellt, die über den Umfang eines Rotors gleichmäßig ver­ teilt sind. Bei dem Beispiel sind 15 Lichtsender S ge­ zeigt. Den Lichtsendern S liegen 16 Lichtempfänger E auf einem Stator gegenüber, so daß sich die dargestellte "Nonius-Teilung" ergibt. Es ist dabei auch möglich, die Lichtsender S und die Lichtempfänger E zu vertauschen, d. h. die Lichtsender S auf dem Stator und die Lichtemp­ fänger auf dem Rotor anzuordnen.

Wesentlich ist für das Prinzip gemäß Fig. 1, daß die An­ zahl der einen Gruppe von optischen Elementen, nämlich bei dem Beispiel der Lichtsender S N und die Anzahl der zweiten Gruppe von optischen Elementen, nämlich bei dem Beispiel der Lichtempfänger E N+1, gewählt ist.

In der Fig. 2 sind wiederum Lichtempfänger E auf einem Stator dargestellt, die über den Statorumfang gleichmäßig verteilt sind. Auf dem Rotor ist eine Reihe von Lichtsen­ dern S angeordnet, die den Abstand von drei Lichtempfän­ gern E überbrücken. Die Anzahl der Lichtempfänger E ist dabei 16 und die Anzahl der Lichtsender S 15. Wesentlich für das Prinzip gemäß Fig. 2 ist, daß eine ungerade An­ zahl von Lichtsendern S vorhanden ist. Auch hier ist eine Vertauschung der Lichtsender und Lichtempfänger möglich.

Für beide Prinzipien gemäß den Fig. 1 und 2 ist we­ sentlich, daß eine kontinuierliche Datenübertragung bei der Rotation des Rotors von den Lichtsendern S zu den Lichtempfängern E sichergestellt ist.

In der Fig. 3 ist ein Lasermodul 1 mit einer Laserdiode 2, einer Optik 3 und einem Modulator 4 dargestellt, durch das in einen Lichtwellenleiter 5 Licht eingestrahlt wird, das den zu übertragenden Daten entsprechend moduliert ist. Der Lichtwellenleiter 5 führt zu einem Lichtvertei­ ler 6 , der das Licht des Lichtwellenleiters 5 auf eine Reihe von Lichtwellenleitern 7 überträgt. Die Komponenten 1 bis 7 sind beispielsweise auf einem Rotor angeordnet.

Den Enden der Lichtwellenleiter 7, die in einer Reihe liegen, liegt eine Reihe von Lichtempfängern 8, z. B. Fotodioden, gegenüber, die den empfangenen Daten entspre­ chende elektrische Signale erzeugen und einer Datenverar­ beitungsanlage zuführen. Bei dem Beispiel sind N Licht­ wellenleiter 7 gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt. Ihnen stehen N+1 Lichtempfänger 8 gegenüber, die ebenfalls gleichmäßig über den Umfang des Stators verteilt sind. Während einer vollen Umdrehung entstehen N(N+1) Verbindungen zwischen je einem Lichtwellenleiter 7 und einem Lichtempfänger 8. Eine ständige Verbindung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Ausgangssignals auf der Datenleitung 9 wird aufrechterhalten, wenn jede einzelne Verbindung zwischen je einem Ende der Lichtwellenleiter 7 und einem der Lichtempfänger 8 längs eines Weges

• L2 π R/N(N+1)

besteht. R ist dabei der Radius, auf dem die Enden der Lichtwellenleiter 7 und die Lichtempfänger 8 angeordnet sind. Mit R=500 mm und N=15 muß also erfüllt sein:

• L mm.

Diese Forderung ist mit der in der Fig. 4 gezeigten An­ ordnung erfüllbar. In der Fig. 4 ist ein Lichtwellenlei­ ter 7 gezeigt, der sich beispielsweise in Richtung des Pfeiles 10 bewegt. Ferner ist die Empfangsfläche 8 a eines der Lichtempfänger 8 dargestellt.

Das aus dem Ende des Lichtwellenleiters 7 austretende Licht wird durch eine Linse 11 in Parallelstrahlung umge­ wandelt und durch eine weitere Linse 12 auf einen Brenn­ punkt 13 gerichtet, der auf der Empfangsfläche 8 a liegt. Der Durchmesser der Linse 12 ist bei dem Beispiel 15 mm gewählt, also größer als der oben als Beispiel errechnete Wert 13 mm. Bei der Bewegung des Lichtwellenleiters 7 re­ lativ zur Linse 12 zusammen mit der Linse 11 ist demgemäß die oben beschriebene Bedingung erfüllbar.

Die Fig. 5 zeigt eine Ausbildung einer erfindungsgemäßen Datenübertragungsvorrichtung, bei der zu einem lichtelek­ trischen Wandler 14 eine Reihe von Lichtwellenleitern 15 führt, deren Enden in Gehäusen liegen, in denen an den Frontseiten Linsen 16 eingefügt sind. Die Enden der Licht­ wellenleiter 15, die den Linsen 16 gegenüberliegen, sind Bestandteile von Lichtempfängern 17, denen Lichtsender 18 gegenüberliegen, die ähnlich aufgebaut sind. Die Licht­ sender 18 weisen in Gehäusen Linsen 19 auf, die vor den Enden von Lichtwellenleitern 33 liegen, die zum Lichtver­ teiler 6 führen. Der Lichtverteiler 6 ist in der in der Fig. 3 dargestellten Weise mit dem in der Fig. 5 nur schematisch dargestellten Lasermodul 1 verbunden.

Die Anzahl und Anordnung der Lichtempfänger 17 und der Lichtsender 18, die jeweils in einer Reihe liegen, ist so gewählt, daß eine kontinuierliche Datenübertragung, d. h. eine kontinuierliche Lichtübertragung vom beweglichen Teil, auf dem die Lichtsender 18 angeordnet sind, zum feststehenden Teil, auf dem die Lichtempfänger 17 ange­ ordnet sind, erfolgt.

Die in der Fig. 6 dargestellte Ausführungsform einer Da­ tenübertragungsvorrichtung entspricht senderseitig der Datenübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 3. Empfängersei­ tig weist die Datenübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 6 eine Reihe von Lichtwellenleitern 34 auf, deren Enden den Lichtwellenleitern 7 gegenüberliegen. Die Lichtwellenlei­ ter 34 sind mit ihren anderen Enden zu einer Optik 35 ge­ führt. In die linke Linse der Optik 35 strahlt demgemäß das Licht aller Lichtwellenleiter 34, das durch die Optik 35 zusammengefaßt und auf einen Lichtwellenleiter 36 ge­ bündelt wird. Der einzige Lichtwellenleiter 36 leitet dann das Licht, das den zu übertragenden Daten entspre­ chend moduliert ist, zu einem optisch-elektrischen Wand­ ler 14 b weiter, der eine nicht dargestellte, nachgeschal­ tete Elektronik ansteuert.

Die Fig. 7 zeigt in einem Gehäuse 20 einen Drehkranz 21, der durch einen Motor 22 in Pfeilrichtung 23 antreibbar ist. Auf dem Drehkranz 21 sind ein Röntgenstrahler 24 und ein Strahlendetektor 25 befestigt. Der Röntgenstrahler 24 sendet ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 26 aus, das auf dem von einer Reihe von Detektorelementen gebil­ deten Strahlendetektor 25 auftrifft. Das Röntgenstrahlen­ bündel 26 durchsetzt einen Untersuchungsraum 27, in dem ein im Querschnitt dargestellter Patient 28 auf einer Liege 29 liegt.

Die Abtastung des Patienten 28 erfolgt durch den in der Fig. 7 dargestellten Computertomographen in der Weise, daß der Drehkranz 21 mit dem Röntgenstrahler 24 und dem Strahlendetektor 25 um 360° um den Patienten 28 gedreht wird. In bestimmten Winkelstellungen werden dabei die De­ tektorsignale erfaßt. Aus ihnen berechnet ein Rechner 30 ein Bild der untersuchten Schicht des Patienten 28, das auf einem Sichtgerät 31 wiedergegeben wird.

Die Übertragung der von den Detektorelementen des Strah­ lendetektors 25 gelieferten Daten erfolgt von dem rotie­ renden zum feststehenden Teil mit Hilfe des in der Fig. 3 bereits dargestellten Lasermoduls 1 über den Lichtwel­ lenleiter 5 und den Lichtverteiler 6 sowie die Lichtwel­ lenleiter 7. Die Enden 7 a der Lichtwellenleiter 7, denen beispielsweise Lichtsender entsprechend den in der Fig. 5 mit 18 bezeichneten Lichtsendern zugeordnet sein kön­ nen, sind gleichmäßig über den inneren Umfang des Dreh­ kranzes 21 verteilt. Ihnen liegen feststehende Enden 32 a von Lichtwellenleitern 32 gegenüber, die in einer Reihe angeordnet sind. Die Enden 32 a können Lichtempfänger ent­ sprechend den Lichtempfängern 17 in der Fig. 5 bilden. Die Lichtwellenleiter 32 führen zu einem opto-elektri­ schen Wandler 14 a entsprechend dem Wandler 14 in Fig. 5.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Enden 7 a gleich­ mäßig über den Umfang des Drehkranzes 21 verteilt. Es ist eine ungerade Zahl, nämlich 15, der Enden 32 a vorhanden. Die Abstände der einander gegenüberliegenden Enden 7 a und 32 a sind so gewählt, daß eine kontinuierliche Datenüber­ tragung vom Rotor zum Stator erfolgt. Die Enden 32 a sind gemäß Fig. 2 in einer Reihe solcher Länge angeordnet, daß der Abstand zwischen drei aufeinanderfolgenden Enden 7 a überbrückt wird. Es ist auch eine Umkehrung der Anord­ nung möglich, d. h. die Lichtwellenleiter 7 können mit ihren Enden 7 a nahe nebeneinander und die Lichtwellenlei­ ter 32 mit ihren Enden 32 a gleichmäßig über dem Umfang des Stators verteilt angeordnet sein. In diesem Fall muß die Anzahl der Enden 7 a ungerade sein, die dann drei Enden 32 a überbrücken.

Wesentlich für das beschriebene Prinzip ist, daß bei ei­ ner Anzahl von Lichtsendern von X die Anzahl der zugeord­ neten Lichtempfänger Y ist, wobei X und Y beliebig ge­ wählt werden dürfen, mit der Einschränkung, daß Y kein ganzzahliges Vielfaches von X sein darf.

Im konkreten Fall gemäß Fig. 1 ist X=N und Y=N+1. Die gewählten Anzahlen können auch umgekehrt werden. Man be­ kommt auf diese Weise eine "Nonius-Teilung", die es er­ möglicht, mit einer geringen Anzahl von Lichtsendern und Lichtempfängern für die Datenübertragung auszukommen.

Wesentlich für das Beispiel gemäß Fig. 2 ist, daß bei gleichmäßig in beliebiger Anzahl X verteilten Lichtsen­ dern auf einem Abschnitt eine ungerade Anzahl Y von Lichtempfängern gegenübersteht. Dabei ist ebenfalls eine Umkehrung möglich.

Bei den beschriebenen Beispielen ist es möglich, die Da­ tenübertragung bidirektional durchzuführen oder über Wel­ lenlängenmultiplexer mehrere unabhängige, kontinuierliche Datenübertragungen vorzunehmen.

Claims (7)

1. Optische Datenübertragungsvorrichtung zur Datenüber­ tragung zwischen einem beweglichen Teil (7, 7 a, 18, 21, 33) und einem feststehenden Teil (8, 15, 17, 32, 32 a, 34), dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil (7, 7 a, 18, 21, 33) eine Reihe von Lichtsendern (7, 7 a, 18) aufweist, die nebeneinanderlie­ gend angeordnet sind und deren Licht den zu übertragenden Daten entsprechend moduliert ist, daß der andere Teil (8, 17, 32 a, 34) eine Reihe von Lichtempfängern (8, 15, 17, 32, 32 a, 34) aufweist, die den Lichtsendern (7, 7 a, 18) gegenüberliegen, wobei die Abstände der Lichtsender (7, 7 a, 18) und der Lichtempfänger (8, 17, 32 a, 34) so ge­ wählt sind, daß eine kontinuierliche Datenübertragung zwischen dem beweglichen Teil (7, 7 a, 18, 21, 33) und dem feststehenden Teil (8, 15, 17, 32, 32 a, 34) erfolgt, und daß die Anzahl der Lichtsender (7, 7 a, 18) und Licht­ empfänger (8, 15, 17, 32, 32 a, 34) beliebig ist, wobei aber die Anzahlen kein ganzzahliges Vielfaches voneinan­ der sein dürfen.

2. Optische Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anzahl von Lichtsendern (7, 18) oder Lichtempfän­ gern (8, 17, 34) von N die Anzahl der zugeordneten Licht­ empfänger (8, 17, 34) bzw. Lichtsender (7, 18) N+1 ist.

3. Optische Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender (7, 7 a, 18) oder Lichtempfänger (17, 32 a) gleichmäßig über den Umfang des einen Teiles (7, 7 a, 18, 21) verteilt und eine ungerade Anzahl (Y, X) von Licht­ empfängern (17, 32 a) bzw. Lichtsendern (7, 7 a, 18) in ei­ ner Reihe solcher Länge angeordnet ist, daß der Abstand zwischen drei aufeinanderfolgenden Lichtsendern (7, 7 a, 18) oder Lichtempfängern (17, 32 a) überbrückt wird.

4. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtsender und/oder Lichtempfänger außer elektrisch- optischen bzw. optisch-elektrischen Wandlern (8) auch Lichtwellenleiter (7, 15, 33, 34) aufweisen.

5. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Empfangsfläche (8 a) jedes Lichtempfängers (8) eine Sammellinse (12) angeordnet ist, in deren Brennpunkt (13) die Empfangsfläche (8 a) liegt, und daß vor den Sen­ deflächen je eine Sammellinse (11) angeordnet ist, die das davon ausgehende Licht auf die vor der Empfangsfläche (8 a) liegende Sammellinse (12) bündelt.

6. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsender und/oder Lichtempfänger Lichtwellen­ leiter (34) aufweisen, die zu einer Optik (35) geführt sind, in der ihr Licht auf einen einzigen Lichtwellenlei­ ter (36) gebündelt wird, der zu einem lichtelektrischen Wandler (14 b) führt.

7. Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Computertomographen zur Übertragung der Daten des Strahlendetektors (25) auf dem Drehkranz (21) zu einem feststehenden Teil (32, 32 a).