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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Computertomographie
(CT)-Kommunikationsvorrichtung und insbesondere eine optische Kommunikationsvorrichtung,
die in einer CT-Vorrichtung verwendet wird.
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CT-Vorrichtungen
verwenden typischerweise einen rotierenden Rahmen oder Gantry, um
vielfache Röntgenstrahlenbilder,
oder Ansichten, bei verschiedenen Drehungs-Winkeln zu erhalten.
Jeder Satz von Bildern wird als eine „Schicht" bezeichnet. Ein Patient oder Objekt
wird im Allgemeinen in einer zentralen Öffnung in dem rotierenden Rahmen,
typischerweise auf einem Tisch, positioniert. Der Tisch ist in Richtung
der Achse innerhalb des rotierenden Rahmens so bewegbar, dass der
Patient an verschiedenen Orten positioniert werden kann, die es
erlauben, dass die jeweiligen Schichten an den vielfachen axialen
Positionen erhalten werden. Jede der erhaltenen Schichten wird dann
in einem Computer bearbeitet, um verstärkte oder verbesserte Bilder
zu erhalten, die nützlich
für die
Diagnose und die Betrachtung sind.
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Der
drehbare Rahmen enthält
typischerweise eine Röntgenquelle,
ein Detektorarray und eine Elektronikeinrichtung, die notwendig
ist, um die Bilddaten für
jede Ansicht zu erzeugen. Eine Elektronikeinrichtung, die typischerweise
stationär
ist, wird verwendet, um Rohbilddaten zu erzeugen. Dies ist notwendig,
um Bilddaten zwischen dem drehbaren Rahmen und der Elektronikeinrichtung
zur Bildbearbeitung zu übermitteln.
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Die
Datenübertragungsrate
zwischen der stationären
Elektronikeinrichtung und der Gantry ist wichtig, da die Rate die
Geschwindigkeit bei der die Bilder bearbeitet werden können beeinflusst.
Es ist wünschenswert
Bildansichten so schnell wie möglich zu
erhalten, um die Bildqualität
zu maximieren, die Unbequemlichkeit des Patienten zu verringern
und die Benutzung der Anlagen zu erhöhen. In gegenwärtigen CT-Vorrichtungen
weist eine einzelne Ansicht typischerweise ungefähr 800 Detektorkanäle mit einer
16 Bit Darstellung für
jeden einzelnen Detektorkanal auf und wird typischerweise eintausend
Mal pro Sekunde wiederholt, was zu einer Nettodatenrate von ungefähr 13 Millionen
Bits pro Sekunde (Mbit/Sek.) für
die Bilddaten führt.
Fortschrittliche CT-Vorrichtungen, die in der Lage sind gleichzeitig Vielfachschichtbilder
durch die Verwendung von vier, acht, sechzehn und mehr Detektorkanälen aufzubauen,
werden die verlangte Datenrate in dem Bereich von Hunderten von
Megabits pro Sekunde steigern.
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Frühere CT-Vorrichtungen
haben Bürsten, Schleifringe
und Hochfrequenzverbindungen zur Übertragung der Bilddaten zwischen
dem drehbaren Rahmen und dem stationären Rahmen verwendet. Die CT-Vorrichtungen,
die Bürsten
und Schleifringe zur Übertragung
verwenden, haben im Allgemeinen den Nachteil von einschneidenden
Begrenzungen der Datenübertragungsraten
auf Grund der beträchtlichen
Zeit, die benötigt
wird, damit die Signale sich um die kreisförmigen Schleifringe fortpflanzen.
Bei den gewünschten
Datenraten ist die elektrische Pfadlänge um die Ringe ein beachtlicher
Anteil der Datenbitübertragungsperiode,
sodass die elektromagnetischen Wellen, die sich um die Ringe in
entgegengesetzter Richtung fortpflanzen, an dem Empfangspunkt zu
beträchtlich
unterschiedlichen Zeiten innerhalb der Bit-Transferperiode ankommen,
was zu Interfe renzen des Signals führt.
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Zusätzlich sind
die Hochfrequenz-Kommunikationsverbindungen nicht in der Lage die
hohen Datenübertragungsraten
für zukünftige CT-Vorrichtungen
bei annehmbaren Kosten zu erreichen. Hochfrequenz-Verbindungen sind
typischerweise teurer in der Herstellung, wenn die Datenraten auf
Grund der elektromagnetischen Emissionsanforderungen ansteigen,
die erfüllt
werden müssen.
Folglich ist es wünschenswert
eine CT-Übertragungsverbindung zwischen
der stationären
Elektronik und der rotierenden Elektronik zu verwenden, die mit
sehr hohen Datenraten arbeiten kann oder betrieben werden kann, ohne
Interferenzen mit anderen Anlagenteilen zu verursachen.
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Es
ist ebenfalls wünschenswert,
eine Kommunikationsverbindung zwischen einem stationären Rahmen
und dem rotierenden Rahmen zu schaffen, die unempfindlich gegen
elektromagnetische Strahlungsinterferenz ist, wie diese typischerweise
in der Krankenhausumgebung durch Mobiltelefone, Defibrillatoreinrichtungen,
chirurgische Sägen
und elektrisches Rauschen, das von jeder CT-Vorrichtung erzeugt
wird.
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Gegenwärtig sind
optische drehbare Verbindungen teuer. Eine Art verwendet Linsen,
Spiegel oder viele Emitter und Detektoren, um eine durchgängige optische
Kommunikation bei vielen Gantry-Winkeln sicherzustellen. Derartige
Vorrichtungen verlangen eine teure Ausrichtung. Andere Arten der drehbaren
Verbindung verwenden eine „optische Bürste", die eine optische Übertragungsleitung
mit genügender
Leistung ausstattet, um die Leitung zu deformieren. Bei der Deformierbarkeit
kann das Signal der hohen optischen Datenrate bei einem derartigen
Winkel in die Leitung eintreten (oder diese verlassen), dass dieses
innerhalb der Übertragungsleitung
wieder eingefangen werden kann (totale interne Reflektion) und dann
sich weiter fortpflanzt, unabgeschwächt zu einem Detektor, der
am Ende der Übertragungsleitung
angeordnet ist. Das schafft einen Mechanismus zum Koppeln eines
extern erzeugten Signals mit hoher optischer Datenrate in die Leitung an
jedem Punkt entlang der Übertragungsleitung
(bei jedem Gantrywinkel). Der Deformationspunkt bewegt sich jedoch
entlang der Übertragungsleitung,
wenn die Gantry sich dreht und dieser Prozess verursacht möglicherweise
Verschleiß an
der Übertragungsleitung
und dem Koppler, was zu Versagen führt.
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Ein
weiterer Typ von drehbarer optischer Verbindung verwendet eine Übertragungsleitung,
die mit einer Farbe dotiert ist, die zeitweise lumineszent wird,
wenn diese mit Laserlicht bestrahlt wird. Die lumineszente Strahlung
erfolgt vom Inneren der optischen Übertragungsleitung und ein
Teil dieses optischen Datensignals ist bei einem solchen Winkel, dass
dieses innerhalb der Übertragungsleitung
eingefangen wird. Das Anregen der Farben besitzt eine Antwort, die
zu langsam ist, um die gewünschte
hohe Datenrate zu unterstützten.
Darüber
hinaus können die
Farben möglicherweise
zerfallen.
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Schließlich verwendet
ein anderer Typ von drehbarer Verbindung eine optische Übertragungsleitung,
die beispielsweise wärmebehandelt
ist, um viele kleine Frakturen zu erzeugen. Jede Fraktur streut das
Datensignal mit hoher Datenrate bei einem solchen Winkel, dass dieses
innerhalb der Leitung eingefangen wird. Bei diesem Ansatz ist die
behandelte Faser sehr klein und brüchig und die Kopplung und Fortpflanzungsverluste
sind sehr hoch. In vielen der vorstehend genannten Ansätze oder
Herangehensweisen gibt es einen Totpunkt oder Gantrywinkel bei dem
die Kommunikation und Verbindung nicht unterstützt wird.
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Die
DE 43 42 778 A offenbart
eine Übertragungsverbindung,
die einen lateral strahlenden optischen Faser-Leiter verwendet,
der an einem Ende mit einem elektrooptischen Datenübertrager
und mit einem mit diesem zusammenwirkenden opto-elektrischen Detektor,
der sich parallel zu seiner longitudinalen Achse erstreckt, verbunden
ist.
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Die
FR-A-2 600 879 offenbart
eine Vorrichtung, die eine Röntgenquelle,
um eine gerichtete Strahlung durch ein Objekt oder den Körper eines
zu untersuchenden Patienten zu erzeugen, und einen Vielkanaldetektor
aufweist, um Informationen bereitzustellen, die die Intensität der Strahlung
betreffen, die von dem untersuchten Objekt zurückgesendet wird.
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Demzufolge
gibt es im Stand der Technik einen Bedarf für eine verbesserte Kommunikationsverbindung
für CT-Röntgenstrahlenvorrichtungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Verschiedene
Aspekte und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den nachfolgenden angefügten Ansprüchen offenbart.
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Eine
Computertomographie-Vorrichtung verwendet eine optische Kommunikationsverbindung, um
zuverlässig
eine hohe Datenrate zu übertragen. Die
Kommunikationsverbindung weist einen optischen Emitter, eine optische Übertragungsleitung, die
mindestens zwei Bereiche, mehrere optische Ablenker oder Deflektoren
aufweist, die zufällig
innerhalb der Übertragungsleitung
angeordnet sind, und einen optischen Empfänger auf. Der optische Emitter ist
mit einer Gantry der Computertomographievor richtung verbunden und
erstreckt sich entlang der Länge
der Gantry. Der optische Emitter erzeugt ein optisches Datensignal
mit hoher Datenrate, das entlang der optischen Übertragungsleitung in Zusammenhang
mit Daten, die von einem Detektorarray auf der Gantry erzeugt werden.
Mehrere der optischen Deflektoren verursachen, dass Bereiche des
optischen Datensignals mit hoher Datenrate intern reflektiert und
nachfolgend von der Übertragungsleitung
gebrochen werden. Der optische Empfänger, der in der Nähe der Übertragungsleitung
angeordnet ist, detektiert den Bereich der hohen Datenrate, die von
der Übertragungsleitung
gebrochen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine konventionelle Computertomographievorrichtung, die eine Gantry
und eine stationäre
Elektronik aufweist;
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2 ist
ein funktionelles Blockdiagramm einer Ausführungsform der Kommunikationsverbindung
der vorliegenden Erfindung, die mit einer Gantry einer Computertomographievorrichtung
gekoppelt ist;
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3 ist
eine Darstellung in einem Blockdiagramm einer Ausführungsform
einer Kommunikationsverbindung, die durchsichtige Blasen verwendet, um
ein Datensignal zu streuen;
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4 ist
eine Darstellung in einem Blockdiagramm einer Ausführungsform,
die eine Transmissionsleitung mit einer rauen inneren Hüllen-Oberfläche verwendet;
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5 ist
eine Darstellung einer Übertragungsleitung,
die einen rauen Bereich der äußeren Flächen aufweist;
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6 ist
eine Darstellung in einem Blockdiagramm eines mit Linsen fokussierten
optischen Detektors;
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7 ist
eine Darstellung in einem Blockdiagramm einer Multi-Segment Kommunikationsleitung;
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8 ist
eine Darstellung in einem Blockdiagramm einer bidirektionalen Multi-Segment
Kommunikationsleitung;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Computertomographie-(CT)-Vorrichtung 50 verwendet typischerweise
eine CT-Basis 2, eine Quelle einer Bildgebungsenergie 13,
ein Detektorarray 14, eine ringförmige drehbare Gantry 15,
die einen äußeren Umfang 16 und
stationäre
elektronische Vorrichtung 30 aufweist, um vielfache Röntgenstrahlenbilder
eines Patienten oder eines Objektes zu erhalten, wie dies in 1 dargestellt
ist.
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Das
Detektorarray 14 weist mehrere Detektoren auf, beispielsweise
mehrere tausend Detektoren, wobei die Detektoren Röntgenstrahlendaten
erzeugen, die verwendet werden, um simultan vielfache Bildschichten
zu konstruieren. Das Detektorarray 14 ist typischerweise
mechanisch verbunden mit der Gantry 15 und dreht sich mit
dieser. In einer Ausführungsform
ist die Gantry 15 ungefähr
1.22 m (vier (4) Fuß)
im Durchmesser und dreht sich mit ungefähr zwei Umdrehungen pro Sekunde.
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Ein
Patient oder Objekt ist im Allgemeinen in oder nahe einer zentralen
Apertur 11 der Gantry 15 auf einem Tisch positioniert,
der axial entlang einer Basis 2 bewegbar ist, was es ermöglicht,
dass die jeweiligen Röntgenstrahlenschichten
bei verschiedenen axialen Positionen erhalten werden. Die Röntgenstrahlenschichten
werden von stationären
Elektronikvorrichtungen 30 bearbeitet, um verbesserte Bilder
zur Diagnose oder Betrachtung zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine optische Kommunikationsverbindung 100 in
einer CT-Vorrichtung 98 verwendet, um Detektorarraydaten
von der Gantry 15 zu den stationären Elektronikeinrichtungen 30 zu übertragen,
wie dies in 2 gezeigt ist.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist die optischen Kommunikationsverbindung 100 eine
optische Übertragungsleitung 120 auf,
die um den Umfang der Gantry 15 angeordnet ist, einen optischen
Emitter 150, der mit einem ersten Ende der optischen Übertragungsleitung 120 verbunden
ist, und eine stationären
optischen Detektor 180, der benachbart zu der Übertragungsleitung 120 angeordnet
ist.
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Der
optische Emitter 150 ist beispielsweise eine Licht emittierende
Diode oder eine Laserdiode, die mit binären Daten 156, die
von dem Detektorarray 14 erzeugt werden, moduliert werden,
und erzeugt ein optisches Datensignal mit hoher Datenrate 240, wobei
das Signal 240 mit hoher Datenrate durch die Übertragungsleitung 120 übertragen
wird.
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Der
stationäre
optische Detektor 180 ist benachbart zu der Übertragungsleitung 120 angeordnet,
um einen Bereich des Signals 240 mit hoher Datenrate zu
detektieren, das außerhalb
der Übertragungsleitung 120 gebrochen
wird, wobei der Teil als gebrochenes Signal 230 bezeichnet
wird.
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Die
optische Übertragungsleitung 120 weist typischerweise zwei,
im allgemeinen halbkreisförmige
Segmente auf, wobei jeder optisch an einem ersten Ende mit dem optischen
Emitter 150, um das Signal 240 mit hoher Datenrate
zu empfangen, und an einem zweiten Ende mit einem optischen Absorber 130 gekoppelt
ist, wobei der optische Absorber 130 die internen Reflektionen
des Signals 240 mit hoher Datenrate minimiert.
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In
einer Ausführungsform,
ist die Übertragungsleitung 120 aus
Glas, Plastik oder einem anderen durchsichtigen Polymermaterial
hergestellt. Die Übertragungsleitung 120 weist
ferner interne Streuzentren 220 auf, beispielsweise Blasen,
um Bereiche des Signals 240 mit hoher Datenrate zu streuen,
wie dies in 3 gezeigt ist. Interne Lichtstreuzentren 220 lenken
Teile des Signals 240 mit hoher Datenrate zu einer äußeren Fläche 226 der Übertragungsleitung 120 derart
ab, dass ein Bereich des Signals 240 mit hoher Datenrate
dann von einem optischen Detektor 180 detektiert wird.
Die nicht ausgetretenen Teile des Signals 240 mit hoher
Datenrate pflanzen sich durch die Übertragungsleitung 120 fort
und werden dann von einem optischen Detektor 130 absorbiert.
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Das
optische Signal 240 mit hoher Datenrate weist Röntgenstrahlendsten
auf, die von einem Detektorarray 14 erzeugt wurden. Die
Röntgenstrahlendsten
weisen sowohl Bild als auch Steuerinformationen auf. Im vorliegenden
Beispiel stimmen die Röntgenstrahlendsten
mit den Bilddaten und den Kommunikationsprotokolldaten überein,
die von der CT-Vorrichtung 50 erzeugt werden. Die Röntgenstrahlendsten
können,
beispielsweise Impulsbreitenmoduliert oder Frequenzmoduliert sein.
Die Datenrate der Röntgenstrahlendsten
kann im Bereich von Giga-Hertz
liegen und beträgt
typischerweise ungefähr 10
Megahertz bis 10 Gigahertz. Der Informationsgehalt des optischen
Signals 240 mit hoher Datenrate ist ebenfalls in dem gebrochenen optischen
Signal 230 derart vorhanden, dass der Informationsgehalt des
optischen Signals 240 mit dem optischen Detektor 180 während des
Kommunikationsprozesses der vorliegenden Erfindung gekoppelt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Übertragungsleitung 120 ausgelegt,
einen Kunststoff- oder Plastikstab mit einem Durchmesser von 0.0032
m (1/8 Inch) und einem Brechungsindex von ungefähr 1.5 zu verwenden. Während des
Herstellungsprozesses kann der Kunststoffstab durch eine Düse gezogen
werden, in die bevor sich der Kunststoffstab vollständig verfestigt
kleine Luftblasen injiziert werden. Der Luftstrom wird so eingestellt,
dass ungefähr
10 Blasen pro 0.025 m (pro Inch) Leitungslänge mitgerissen werden, wobei
die Blasen ungefähr
0.00025 m (0.01 Inch) im Durchmesser aufweisen. Die Dichte und Größe der Blasen 220 wird
so angepasst oder eingestellt, dass pro Bereich von 0.025 m (1 Inch)
der Übertragungsleitung 120,
ungefähr
5% der Leistung in dem optischen Datensignal 240 durch
die Blasen 220 gebrochen wird, um ein gebrochene optisches
Datensignal 230 zu erhalten. Dies führt zu einem exponentiellen
Abfall der Signalleistung entlang der Leitung, wobei ungefähr 50% der Leistung
am Ende eines 0.30 m (12 Inch) Leitungsbereichs verbleiben.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird in 4 veranschaulicht.
In diesem Ausführungsbeispiel
weist die Übertragungsleitung 120 eine
hohle Röhre
oder alternativ ein lichtdurchlässiges
Wellenleitermaterial 210 auf. Eine innere Fläche 222 der
Röhre wird
geätzt,
um ihr eine Rauhigkeit zum Streuen eines optischen Signals 240 mit
hoher Datenrate zu verleihen. Das Wellenleitermaterial 210 hat
eine dielektrische Konstante, die verschieden von der dielektrischen Konstante
des Materials mit der inneren Fläche 222 ist.
Das optische Signal 240 pflanzt sich innerhalb des Wellenleiter-Kernmaterials 210 fort.
Das optische Datensignal 240 streut nachdem es auf die
raue Fläche 222 aufgetroffen
ist. Das Wellenleiter-Kernmaterial 210 weist zusätzlich beispielsweise
klaren Kunststoff, ein Gas, eine klare Flüssigkeit oder Ähnliches auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Übertragungsleitung 120 ein
Wellenleiter-Kernmaterial 210 auf, das einen groben Bereich
einer äußeren Fläche und
einen glatten Bereich einer äußeren Fläche aufweist.
Die groben Bereiche der äußeren Fläche schaffen
einen Zweig der totalen inneren Reflektionsbedingungen, um Bereiche
des Signals 240 mit hoher Datenrate abzulenken, um aus
der Übertragungsleitung 120 auszutreten,
wie dies in 5 gezeigt ist.
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Als
ein Beispiel wird ein Kunststoffstab mit 0.0064 m (0.25 Inch) im
Durchmesser der Bereich der Strahlungsübertragung der Leitung verwendet. Um
die TIR-Bedingung zu brechen und einige Strahlung zu erlauben, ist
ein einzelner rauer Streifen entlang der Länge des Leitungsbereichs angeordnet. Die
Oberflächenrauhigkeit
entlang des Streifens kann ungefähr
0.000025 m (1 mil) Effektivwert (Oberflächenhöhenschwankung) betragen. Die
Streifenbreite beträgt
ungefähr
0.00318 m (0.125 Inch) oder eine entsprechende Spanne von ungefähr einem
Radian des Umfanges.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersignal an einem groben
Bereich oder an groben Bereichen 128 in die Übertragungsleitung
geleitet, um eine bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Übertragungsleitung 120 eine
reflektierende äußere Fläche auf,
wie dies in 6 gezeigt ist. Die Übertragungsleitung
ist mit einer reflektierenden Umhüllung 226 verkapselt,
beispielsweise Aluminium. Eine Apertur 228 ist entlang
der axialen Länge
der Übertragungsleitung 120 angeordnet.
Die Apertur 228 kann alternativ mehrere in regelmäßigen Abständen periodisch
angeordnete schmale Schlitze aufweisen.
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Der
optische Detektor 180 verwendet eine Linse 178 und
einen Filter 179, um die gebrochenen Signale 230 aus
der Übertragungsleitung 120 aufzufangen.
Die Apertur 228 ist so dimensioniert, um einem Teil des
Signals 240 mit hoher Datenrate zu ermöglichen aus der Übertragungsleitung 120 so
auszutreten, dass dieses von einem optischen Detektor 180 aufgenommen
werden kann. Die Breite der Apertur 228 Liegt im Bereich
zwischen ungefähr
1/10 bis ungefähr
1/100 des Umfanges der Übertragungsleitung 120.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine unterteilte Übertragungsleitung 120 in 7 gezeigt.
Die Unterteilung der Übertragungsleitung 120 schafft
eine kürzere Länge für jeden Übertragungsleitungsabschnitt.
Dies reduziert den schlechtesten Fall einer Verzögerungsdispersion in jedem Übertragungsleitungsabschnitt. Die
Datenrate des Signals 240 mit hoher Datenrate kann entsprechend
der Verringerung oder Erniedrigung der Verzögerungsdispersion erhöht werden. Um
eine zuverlässige
Datenkommunikation zu erlauben, sollte die Verzögerungsdispersion in dem gebrochenem
optischen Signal 230 an jeder Detektorposition so sein,
dass das Augenmuster oder Eye-Pattern im Wesentlichen offen ist,
wie dies dem Fachmann wohlbekannt ist. Beispielsweise für eine Datenrate von
1 Gigabit/Sekunde und einer bi nären
(Ein-AUS) Signalgebung, sollte ungefähr 90% des gebrochenen optischen
Signals 230, die den Detektor erreichen, eine Zeitdispersion
von weniger als ± 0.125
Nanosekunden (ns) haben. Um die Verzögerungsdispersion in der Übertragungsleitung 120 zu
verringern, ist die Übertragungsleitung 120 in
mehrere Unterbereiche eingeteilt.
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Eine
Ausführungsform,
in der die Übertragungsleitung 120 in
zwei im Wesentlichen gleiche Unterbereiche 120a und 120b aufgeteilt
ist, ist in 2 dargestellt. Die Unterbereiche 120a und 12b sind
jeder optisch an einem ersten Ende mit einem Splitter 127 und
an einem zweiten Ende mit einem optischen Absorber 130 gekoppelt.
Ein zusätzlicher Unterbereich 120c kann
verwendet werden, um das Signal 240 mit hoher Datenrate
optisch mit dem Splitter 127 zu koppeln.
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Wenn
in der Kommunikationsverbindung 100 die Gantry 15 gedreht
wird und der Detektor 180 sich weg von dem Splitter 127 entlang
der Übertragungsleitung 120 bewegt,
kann die Datenkommunikationsverzögerung
anwachsen bis der optische Detektor 180 benachbart zu dem
optischen Absorber 130 angeordnet ist. Wenn die Drehung
fortgesetzt wird, sinkt die Verzögerung
bis der Detektor wieder benachbart zu dem Splitter 127 angeordnet
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
die in 7 dargestellt ist, ist die Übertragungsleitung 120 in
vier Unterabschnitte (jeweils 117, 119, 121, 123) aufgeteilt,
um die Verzögerungsdispersion
in der Transmissionsleitung 120 zu verringern.
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Es
ist bevorzugt, dass das Signal 240 mit hoher Datenrate
an jedem der zwei Enden der Übertragungsleitung 120,
die benachbart zu dem Spalt 128 liegen, zur gleichen Zeit
in weniger als 0.125 ns ankommt. Beispielsweise wenn mit einer binären Signalgebung
bei 1.0 Gigahertz/Sekunde kommuniziert wird, sollte das optische
Datensignal 240 an jedem der zwei benachbarten Enden der
Transmissionsleitung 120 zeitlich abgeglichen innerhalb
von ± 0.125 ns
ankommen. Das bedeutet, dass die ansteigende Flanke einer einzigen
Ein-Aus-Übertragung
an dem Ausgang der Laserdiode an den zwei Seiten des jeweiligen
Spalts 128 innerhalb von 0.125 ns ankommen sollte. Für das Material
der Übertragungsleitung, das
einen Brechungsindex von ungefähr
1,5 aufweist, ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ungefähr 5.0 ns/m
(1.5 ns/Fuss) und die zwei Längen
der optischen Pfade zu einem zugehörigen Spalt sollten innerhalb
von ungefähr
0.025 m ( ein Inch) voneinander liegen, um einen Zeitabgleich von ± 0.125
ns zu erreichen.
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Während des
Betriebs wird ein Signal 240 mit hoher Datenrate durch
den optischen Emitter 150 erzeugt und läuft entlang der vier Pfade
der Übertragungsleitung 120.
In einem ersten Pfad wird das Signal 240 mit hoher Rate
durch einen ersten Splitter 129 geteilt und läuft durch
einen Bereich 115b, wird durch einen zweiten Splitter 127 geteilt
und läuft durch
den Bereich 117 in einem optischen Absorber 130.
In dem zweiten Pfad wird das Signal 240 mit hoher Rate
durch den ersten Splitter 129 geteilt und läuft durch
einen Bereich 115a a, wird durch einen dritten Splitter 125 geteilt
und läuft
durch den Bereich 121 zu dem optischen Absorber 130.
In einem dritten Pfad wird das Signal 240 mit hoher Rate
durch den ersten Splitter 129 geteilt und läuft durch
den Bereich 115b zu dem zweiten Splitter 127 und
läuft durch
den Bereich 119 zu dem optischen Absorber 130.
In einem vierten Pfad wird das Signal 240 mit hoher Rate in
dem ersten Splitter 129 geteilt und läuft durch den Bereich 115a zu
dem dritten Splitter 125 und läuft durch einen Bereich 123 zu
dem optischen Absorber 130. In dieser Ausführungsform
ist die Länge
jedes Pfades im Wesentlichen gleich. Jeder Pfad wird so ausgewählt, dass
das Signal 240 mit hoher Rate an jedem optischen Absorber 130 zu
der im Wesentlichen gleichen Zeit ankommt, typischerweise ± 0.125 ns
getrennt.
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Demzufolge
kommen in dieser Ausführungsform
zwei Teile eines jeweiligen Signals 240 mit hoher Rate
an dem jeweiligen optischen Absorber 130, der benachbart
zu dem jeweiligen Spalt 128 angeordnet ist, zu der im Wesentlichen
selben Zeit an. Ferner ist ein gebrochenes Signal 181,
das von einer ersten Seite des Spaltes 128 abgestrahlt
wird, ebenfalls zeitlich mit einem gebrochenen Signal 127 abgeglichen,
das von einem zweiten Seite des Spaltes 128 abgestrahlt
wird.
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Demzufolge
empfängt
der Detektor 180 die gebrochenen Signale 181 und 187 im
Wesentlichen in derselben Zeit. Folglich wird in dieser Ausführungsform
die Zwischen-Symbol-Interferenz
minimiert, wenn der Detektor 180 benachbart zu dem Spalt 128 angeordnet
ist, und in der Übertragungsleitung 120 werden „Totpunkte" minimiert. Wie hierin verwendet
ist eine Inter-Symbol-Interferenz eine Interferenz zwischen der
Zeit benachbarter Symbole, die über
die Kommunikationsverbindung übertragen werden.
Das Signal, die Spannung, der Strom, usw., die mit dem übertragenen
Symbol zu einer Zeit zugeordnet sind, müssen so ausreichend zerfallen,
dass kein wesentlicher Rest während
der Übertragungszeit
für die
nachfolgenden Symbole zurückbleibt.
Der restliche Pegel, relativ zu dem gewünschten Symbolpegel, ist ein
Maß für die Inter-Symbol-Interferenz. Wie
hierin verwendet, ist der Ausdruck „Totpunkte" definiert als ein Teil der Übertragungsleitung,
in der der optische Detektor 180 kein gebrochenes Signal 230 detektieren
kann.
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In
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein zusätzlicher
optischer Emitter 151 in der Kommunikationsverbindung 300 verwendet,
um die bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen, wie dies in 8 veranschaulicht
ist. Der optische Emitter 151 ist ausreichend nahe zu der Übertragungsleitung 120 angeordnet,
um die optischen Datensteuersignale 231 in die Übertragungsleitung 120 einzukoppeln.
Der Emitter 151 ist folglich angepasst, um die relative
Bewegung bezogen auf die Übertragungsleitung 120 entlang
des Pfades 182 zu ermöglichen.
Ein zweiter optischer Detektor 180a wird ebenfalls verwendet
und ist mit der Übertragungsleitung 120 gekoppelt,
um das Datensteuersignal 231 zu detektieren. Das Datensteuersignal 231 durchquert
den Abschnitt 115a, passiert den Splitter 129 und
einen Splitter 131. Das Datensteuersignal 231 wird
dann mittels einer Linse 178a fokussiert, mittels des Filters 179a gefiltert
und mittels des Detektors 180a detektiert. Die Daten können folglich
von dem optischen Emitter 150 mit dem Detektor 180 gekoppelt
werden, und zusätzlich
kann das Datensteuersignal 231 von dem Emitter 151 mit
dem Detektor 180a gekoppelt werden. Es sollte deutlich
geworden sein, dass das Steuersignal 231 ebenfalls Daten
enthalten kann.