DE4325323C1

DE4325323C1 - Berührungsloses optisches Datenübertragungssystem

Info

Publication number: DE4325323C1
Application number: DE4325323A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Guempelein; Peter Dr Gawlik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2013-07-29
Also published as: JPH0787012A; US5490008A

Description

In der Technik besteht häufig die Aufgabe, Daten zwischen zwei im Abstand zueinander liegenden Teilen berührungslos zu übertragen. Diese Aufgabe tritt z. B. in der Computertomogra phie auf, bei der die durch den Detektor erzeugten Daten vom rotierenden zum feststehenden Teil übertragen werden müssen.

Es ist bekannt, Daten berührungslos mit Hilfe von Lichtwellenleitern zu übertragen (DE 40 05 770 C2, DE 27 03 586 A1, DE 28 46 526 A1). Dabei wird das in einen Lichtwellenleiter einstrahlende Licht der zu übertragenden Information entsprechend moduliert. Es ist auch bekannt, photooptische Effekte in Halbleitern zur Informationsübertragung zu nutzen (MASERJIAN, Joseph u. a.: "Optically adressed spatial light modulators by MBE-grow nipi MQW structures" in Applied Optics, Vol. 28, No. 22, 15. Nov. 1989, Seiten 4801 bis 4807).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein berührungsloses optisches Datenübertragungssystem zu schaffen, das die Daten übertragung zwischen relativ zueinander bewegten Teilen, aber auch zwischen feststehenden Teilen erlaubt und bei dem ein kontinuierlicher Informationsfluß bei störungsfreier Informationsübertragung gewährleistet ist, so daß sich das System insbesondere zur Anwendung in der Computertomographie für die Übertragung der Detektordaten eignet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Bei dem erfindungsgemäßen Datenüber tragungssystem erfolgt die Datenübertragung berührungsfrei mittels optisch verursachter Amplitudenmodulation einer Hochfrequenzwelle. Ein kontinuierlicher Informationsfluß ist im stationären sowie im bewegten Zustand sichergestellt.

Die Erfindung ist allgemein für die Datenübertragung zwischen relativ zueinander bewegten und stationären Sendern und Emp fängern zur berührungsfreien Datenübertragung anwendbar, wo bei eine Potentialtrennung sichergestellt ist. Speziell eignet sich die Erfindung zur Anwendung in der Computertomo graphie und in der Nuklearmedizin. Hier wurde die Datenüber tragung bisher mittels mechanischer Schleifringe oder direk ter optischer Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger durchgeführt.

Grundlage der Erfindung sind lichtinduzierte DBR-(Distributed-Bragg-Reflection)-Mikrowellenfilterstrukturen. Solche Mikrowellenfilterstrukturen sind periodisch gestörte Wellenleiter oder Leitungsabschnitte, an denen verteilt ange ordnete Inhomogenitäten partielle Signalreflexionen erzeugen.

Unter Ausnutzung konstruktiver Interferenzen ergeben sich frequenzselektive Wellenleiter oder Leitungsreflektoren. Bis her werden örtlich oder zeitlich fixierte DBR-Strukturen durch Verwendung von Wellenleitern mit örtlich-periodischer Schichtdicken- oder Brechzahländerung innerhalb des dielek trischen Grundmaterials realisiert.

Wird nun das nichtleitende dielektrische Grundmaterial teil weise oder vollständig durch fotoempfindliches Halbleiter material ersetzt, 59 kann mittels örtlich-periodischer Dauer lichteinstrahlung die zunächst homogene Wellenleiteranordnung in eine periodisch gestörte (nicht permanente) DBR-Struktur umgewandelt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzip einer lichtinduzierten periodischen Lei tungsstruktur

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Datenübertragungssystems nach der Erfindung,

Fig. 3 den Signalverlauf am Empfänger bei dem Datenübertra gungssystem gemäß Fig. 2,

Fig. 4 ein Datenübertragungssystem nach der Erfindung in ei nem Computertomographen,

Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau der Sendeeinheit,

Fig. 6 den prinzipiellen Aufbau der Empfangseinheit und

Fig. 7 eine technische Realisierung der für die Datenübertra gung wesentlichen Teile des Computertomographen gemäß Fig. 4.

In der Fig. 1 ist ein Wellenleiter 1 in Form einer Silizium- Koplanarleitung dargestellt, der Bereiche 2 aus photoempfind lichen Material aufweist. Mit Hilfe einer Lichtquelle 3, z. B. einer Lumineszenzdiode, und einer Maske 4 wird auf den Berei chen 2 ein Beleuchtungsmuster erzeugt. Dadurch entsteht über den inneren lichtelektrischen Effekt, nämlich die optische Erzeugung von Elektronen- und Lochpaaren im Inneren des Halb leitermaterials eine periodische Änderung der Photoleitfähig keit, d. h. ein Leitfähigkeitsgitter wird eingeschrieben. Es werden also optisch angeregte Leitungsabschnitte zusammen mit abgedunkelten Leitungsabschnitten zu einer lichtinduzierten periodischen Leitungsstruktur zusammengeschaltet.

Für die Ausbildung des Gitters gilt gemäß der Bragg-Bedin gung:

Λ = m(λ/2) m = 1, 2, . . .
Λ: Periodenlänge des Gitters
λ: Wellenlänge des Mikrowellensignals auf dem Wellenleiter 1

Aufgrund konstruktiver Interferenzen einerseits und photo induzierter Wellendämpfung andererseits ergeben sich selek tive Gesamtreflexionsfaktoren von bis zu etwa 50%, die zeit lich und örtlich nicht fixiert sind. Durch die geschilderte Kaskade ist die zur Steuerung notwendige optische Leistung dabei gering.

Erfindungsgemäß wird das geschilderte Prinzip zur Datenüber tragung ausgenutzt. Die Fig. 2 zeigt den Wellenleiter 1 und die Sendeeinheit 3, 4, die diesen bestrahlt. Widerstände 5 erzeugen einen reflexionsfreien Leitungsabschluß. Am Eingang des Wellenleiters I ist ein HF-Generator 6 und am Ausgang ein HF-Empfänger 7 angeschlossen. Der HF-Empfänger 7 speist einen Entscheider 8. Das Licht der Sendeeinheit 3, 4 wird binär moduliert, d. h. ein- und ausgeschaltet (getastet). Licht be deutet beispielsweise eine binäre Eins und kein Licht eine binäre Null. In den Wellenleiter 1 wird das Hochfrequenz signal mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz am Leitungsanfang eingespeist und am Leitungsende reflexionsfrei abgegriffen. Das Reflexionsverhalten des Wellenleiters 1 wird durch die Gitterbeleuchtung entsprechend Fig. 1 verändert. Durch Einschaltung des Lichtes erfolgt eine Reflexionsfaktor erhöhung um bis zu 50%. Dies bedeutet, daß bei ausgeschalte tem Licht die Amplitude des empfangenen Signales gegenüber dem eingespeisten Signal unverändert ist, während bei einge schaltetem Licht eine Schwächung der Amplitude des empfange nen Signales gegenüber dem eingespeisten Signal um bis zu 50% erfolgt, und zwar durch Reflexion an der Stelle, wo durch Be leuchtung eine DBR-Struktur entsteht. Ein mögliches Empfangs signal ist in der Fig. 3 dargestellt. Anhand der am HF-Emp fänger 7 ankommenden amplitudenmodulierten Welle lassen sich null/eins Folgen entsprechend der Fig. 3 detektieren, die das zu übertragende Signal darstellen.

Die Fig. 4 zeigt den rotierenden Teil 9 und den stationären Teil 10 eines Computertomographen mit einem Röntgenstrahler 11, einem Detektor 12, einer Datenvorverarbeitung 13, einer Sendeeinheit 14, einer Empfangseinheit 15 und einem Bildrech ner 16, an dem ein Monitor 17 zur Wiedergabe der erzeugten Bilder angeschlossen ist. Der Röntgenstrahler 11 rotiert in bekannter Weise mit dem Detektor 12 um einen Patienten und durchstrahlt diesen aus verschiedenen Richtungen. Aus den Detektor-Ausgangssignalen berechnet der Bildrechner 16 ein Bild des Patienten. Die Daten des Detektors 12 werden vom rotierenden Teil 9 zum stationären Teil 10 mit Hilfe einer Datenübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 2 übertragen. Die Sendeeinheit 14 entspricht dabei der Sendeeinheit nach Fig. 5, während die Empfangseinheit 15 nach dem in Fig. 6 darge stellten Prinzip realisiert ist.

Die Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Sendeeinheit genauer. Eine Modulationsstufe 18 moduliert entsprechend dem zu übertragenden Signal das Licht der Lichtquelle 3, die durch die Maske 4 strahlt. Die prinzipielle Empfangseinheit 15 weist gemäß Fig. 6 einen Wellenleiter 1 auf, der entspre chend Fig. 1 ausgebildet ist und findet in einem Aufbau gemäß Fig. 2 Verwendung.

In der Fig. 7 ist der stationäre Teil 10 des Computertomogra phen gemäß Fig. 4 in seiner technischen Realisierung darge stellt. Er ist als Ring ausgebildet, auf dem sich der ring förmig ausgebildete Wellenleiter 1 befindet, bei dem über den ganzen Umfang, d. h. über die gesamte Länge, das dielektrische Grundmaterial ganz oder teilweise bezüglich des Querschnitts durch photoempfindliches Material ersetzt ist. Der Wellenlei ter 1 ist z. B. dreigeteilt, wobei jedes Teil eine komplette Empfangseinheit nach Fig. 6 darstellt. Auf dem gegenüberlie genden, nicht dargestellten, rotierenden Geräteteil befindet sich die Sendeeinheit gemäß Fig. 5, welche das Datensignal mittels der Ein- und Ausschaltung der Lichtquelle 3 emit tiert. An dem HF-Empfänger des jeweils beleuchteten Leitungs segmentes kann die übertragene Information gemäß Fig. 3 detektiert werden. In der Fig. 7 ist auch das von der Sende einheit 14 erzeugte Beleuchtungsmuster gezeigt.

Claims

1. Berührungsloses optisches Datenübertragungssystem mit einem Wellenleiter (1), an dessen einem Ende ein HF-Generator (6) und an dessen anderem Ende ein HF-Empfänger (7) angeordnet ist und dessen Grundmaterial photoempfindliches Material (2) aufweist, auf dem mittels einer Lichtquelle (3) und einer Maske (4) ein Beleuchtungsmuster erzeugt wird, durch das das Reflexionsverhalten des Wellenleiters (1) verändert wird, derart, daß die Amplitude des durch den Wellenleiter (1) übertragenen Signals durch Tastung der Lichtquelle (3) entsprechend der zu übertragenden Information moduliert wird und damit zur Datenübertragung verwendet wird.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) und der Wellenleiter (1) relativ zueinander bewegbar sind.

3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) auf dem einen Teil (9) und der Wellenleiter (1) auf dem anderen Teil (10) eines Computertomographen angeordnet ist, wobei diese Teile (9, 10) relativ gegeneinander verdrehbar sind.