WO2008058515A1 - Optical waveguide circuit - Google Patents

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    • G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
    • G01D5/35377—Means for amplifying or modifying the measured quantity

Abstract

The invention relates to an optical waveguide circuit of a sensitive response keypad or a sensitive joystick actuator for applications in medical areas, potentially explosive areas, and areas comprising harmful energies. According to the invention, the signals that are to be transmitted by means of optical waveguides can be modulated by mechanically deforming the optical waveguides in a defined manner. Such modulations of the fiber optic signals can be converted into electronically processable data by means of an opto- and microelectronic device. The application of the invention is particularly significant in the MRT and MEG sector featuring strong magnetic fields because the magnetic pulses are perfectly interference-free. The optical waveguide circuit according to the invention has the following advantages: - the intuitive perception of the authentic response key click requires or triggers no unconscious learning effects in patients' or test persons' brains; and - staff performing evaluations can for the first time monitor and register the actuation dynamics in any finely adjusted manner according to the distance and time. A response keypad or a joystick actuator is thus suitable for obtaining continuous distance-time data while allowing new, previously unmonitored activities or manipulations of a patient or test person to be monitored and registered.

Description

LichtwellenleiterSchaltungFiber optic circuit
Die Erfindung betrifft eine Lichtwellenleiterschaltung als Sensor einer sensiblen Response- - Tastatur oder einer sensiblen Joystickbetätigung oder einer anderen Sensorbetätigung für Anwendungen in medizinischen Bereichen, in explosionsgefährdeten Bereichen, in Bereichen mit gefährlichen Energien oder besonderen Umgebungen, in Büro und/oder Industrieumgebungen, oder anstelle von herkömmlichen Standard-Tastaturen oder Sensoren, insbesondere jedoch für die Magnet—Resonanz-Tomographie (MRT) und für die Magnet-Enzephalographie (MEG) .The invention relates to an optical waveguide circuit as a sensor of a sensitive response - keyboard or a sensitive joystick or other sensor actuation for applications in medical areas, in hazardous areas, in hazardous energy or special environments, in office and / or industrial environments, or instead of conventional standard keyboards or sensors, but especially for magnetic resonance imaging (MRI) and magnetic encephalography (MEG).
Bekannt ist einen MRT taugliche Response-Tastatur zur Schaltung und Übertragung von Lichtwellenleitersignalen mittels Lichtschranken und mit intuitiver Tastaturbetätigung.An MRT capable response keyboard is known for switching and transmitting optical waveguide signals by means of light barriers and with intuitive keyboard actuation.
Nachteilig ist daran, dass damit nur ausschließlich Ja - Nein- Aussagen realisierbar sind und keine Informationen über das Weg- Zeit- Verhalten, d.h. über die Art und Weise und der Dynamik der Tastaturbetätigung, wie Eigenschaften von Zögerlichkeit, Entschlossenheit, Reaktionsschnelligkeit oder die Bereitschaft des Bedieners der Tastatur erhältlich sind.The disadvantage of this is that only yes-no statements can be realized with it and no information about the path-time behavior, ie about the nature and dynamics of the keyboard operation, such as properties of hesitancy, determination, Reaction speed or the willingness of the operator of the keyboard are available.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine MRT und MEG taugliche Lichtwellenleiterschaltung als Sensor für eine sensible Response-Tastatur und/oder einer Joystickbetätigung und/oder einer anderen > Sensorbetätigung, wie Dreh- oder Schieberegler zu '' schaffen, welcheThe object of the invention is to provide an MRI and MEG capable optical waveguide circuit as a sensor for a sensitive response keyboard and / or a joystick and / or another> sensor operation, such as rotary or slide control to '' , which
- einerseits das aus dem normalen Umfeld bekannte und übliche Bedienverhalten an Standard-Tastaturen aufweist, um bei dem Benutzer keine neuen unerwünschten Lernvorgänge auszulösen, die zu zusätzlichen störenden Gehirnreaktionen führen " könnten und welche- On the one hand has the familiar and usual operating behavior on standard keyboards from the normal environment in order to trigger the user no new unwanted learning processes that " could lead to additional disturbing brain responses " and which
-andererseits nicht nur allein eine Ja - Nein - Information über deren Betätigung liefert, sondern- darüber hinaus möglichst viele weitere Informationen über das Weg- Zeit- Verhalten sowie des ' , Kraftaufwandes der Tastaturbetätigung liefert, welche wichtige Rückschlüsse auf die Art und Weise sowie der Dynamik der Responsetastatur- oder Joystick- oder der anderen Sensorbetätigung erlauben, wie zum Beispiel Eigenschaften von Zögerlichkeit, Entschlossenheit, Reaktionsschnelligkeit sowie Beginn, Verlauf und Ende sowie Weg und Kraftaufwand der Tastatur- oder Joystickbetätigung .On the other hand not only provides a yes-no-information about their operation, but also provides as much more information about the way-time behavior as well as the ' effort of keyboard operation, which important conclusions on the way and the Dynamics of response keyboard or joystick or the other sensor operation allow, such as Characteristics of hesitancy, determination, responsiveness, and the beginning, course and end, as well as the way and effort of the keyboard or joystick operation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst .According to the invention the object is achieved as indicated by the claims.
Im Allgemeinen ist eine Krümmung von Lichtwellenleitern für die Signalübertragung wegen ihrer Dämpfung der Signale nachteilig und störend. Eine Überkrümmung führt in der Regel zu einer völligen Funktionsunfähigkeit der Signalübertragung. Es wurde nun gefunden, dass durch eine definierte mechanische Verformung von Lichtwellenleitern die damit zu übertragenden Signale modulierbar sind. Mittels einer Opto- und Mikro- Elektronik lassen sich nun solche Modulationen der Lichtwellensignale in elektronische verarbeitbare Informationen umwandeln. Die Anwendung der Erfindung ist besonders im MRT und MEG Bereich mit ihren starken magnetischen Feldern wegen der völligen Störfreiheit der magnetischen Impulse von Bedeutung.In general, a curvature of optical waveguides for the signal transmission is disadvantageous and disturbing because of their attenuation of the signals. An overbending usually leads to a total inoperability of the signal transmission. It has now been found that the signals to be transmitted can be modulated by a defined mechanical deformation of optical waveguides. By means of optoelectronics and microelectronics, such modulations of the lightwave signals can now be converted into electronic processable information. The application of the invention is particularly important in the MRI and MEG range with their strong magnetic fields because of the complete freedom from interference of the magnetic pulses of importance.
Die Lichtwellenleiterschaltungsbetätigung einer Responsetastatur oder einer Joystickbetätigung ist mit einer Elektronik-Unit, getrennt oder in Funktionseinheit zusammengeschaltet bzw. gekoppelt, wobeiThe optical fiber switching operation of a response keyboard or a joystick operation is with an electronics unit, separated or interconnected in functional unit or coupled, wherein
a) im Gehäuse einer lichtwellenleitergeschalteten Responsetastatur, ein jeweils einer Taste zugeordneter, dort befindlicher Lichtwellenleiter biegeelastisch verformbar so angeordnet und gelagert ist, dass der Taster oder ein vom Taster bewegliches mechanisches Bauelement der Responsetastatur den Lichtleiter so berührt oder nahezu so berührt oder an diesem so befestigt ist, dass die Bewegung des Tasters den Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt oder dass eine Joystickbetätigung so gestaltet ist, dass das dem Handgriff gegenüber, im Gehäuseinneren befindliche Ende desselben oder im Handgriff desselben selbst oder ein damit verbundenes oder daran befestigtes bewegliches mechanisches Bauelement, einen oder mehrere dort befindliche biegeelastisch verformbare Lichtwellenleiter so berührt oder nahezu berührt oder daran befestigt ist, dass die Bewegung des Joysticks einen oder mehrer Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt oder dass anstelle der Responsetastatur und/oder des Joysticks eine andere Sensorbetätigung, wie Drehregler oder Schieberegler sinngemäß ebenso gestaltet und angeordnet sind unda) in the housing of an optical waveguide responsive keyboard, each associated with a key, there located optical waveguide elastically deformable arranged and stored so that the button or movable from the button mechanical component of the response keyboard touches the optical fiber so almost touched or attached to this is that the movement of the probe defines the optical waveguide mechanically deformed or that a joystick operation is designed so that the handle opposite, located inside the housing end thereof or in the handle itself or an associated or attached thereto movable mechanical component, one or more there bend elastically deformable optical waveguide so touched or almost touched or attached to it, that the movement of the joystick defines one or more optical waveguides mechanically deformed or that instead of the response keyboard and / or the joystick another sensor operation, such as knobs or sliders are designed and arranged mutatis mutandis, and
b) in der Elektronik-Unit eine mit dem Lichtwellenleiter oder den Lichtwellenleitern zusammengeschalte Opto- Mikro-Elektronik zur Umwandlung der durch die mechanische Verformung der Lichtwellenleiter in der Responsetastatur oder der Joystickbetätigung modulierten Signale in elektronisch weiterverarbeitbare Informationen und zur Auswertung derselben, angeordnet ist.b) in the electronics unit, an opto-microelectronics interconnected with the optical waveguide or the optical waveguides for converting the signals modulated by the mechanical deformation of the optical waveguide in the response keypad or the joystick operation in electronically processed information and the evaluation of the same.
Die Vorzüge der erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterschaltung bestehen darin, dass bei MRT und MEG- AnwendungenThe advantages of the optical waveguide circuit according to the invention are that in MRI and MEG applications
-einerseits die intuitive Wahrnehmung des authentischen Response-Tastenklicks keine unbewussten Lerneffekte im Gehirn von Patienten oder Probanden erfordert oder solche auslöst und -andererseits seitens des Auswertenden Personals die Betätigungsdynamik nach Weg und Zeit nunmehr erstmals unter den Bedingungen von MRT und MEG beliebig fein beobachtet und registriert werden kann. So kann z.B. sogar bei einer Response-Tastatur das' : bloße „Finger auf die Taste legen" oder das Erfassen des Joysticks jetzt erstmals beobachtet werden.On the one hand, the intuitive perception of the authentic response button click does not require or induce subconscious learning effects in the brains of patients or subjects On the other hand, on the part of the evaluating personnel, the actuation dynamics by way and time can now for the first time under the conditions of MRI and MEG be observed and registered at will. For example, even with a response keyboard, the ' : bare finger' can be placed on the key 'or the joystick can now be detected for the first time.
Damit eignet sich eine Response-Tastatur oder eine Joystickbetätigung oder solche andere Sensorbetätigung nunmehr für eine kontinuierliche Weg-Zeit-Information. Es werden damit auch neue bisher nicht beobachtbare Tätigkeiten oder Handhabungen eines Patienten oder Probanden der Beobachtung und Registrierung zugänglich. Die Lichtwellenleiterschaltung sowie deren codiertes Lichtwellenleitersystem sind in ihrer Sensibilität' bzw. ihrem Ansprechverhalten mechanisch als auch elektrisch oder Software basiert justierbar. Sie lassen sich ohne besonderen Aufwand an vorhandene MRT oder MEG Anlagen adaptieren.Thus, a response keyboard or a joystick or such other sensor operation is now for a continuous path-time information. It also makes new unobservable activities or manipulations of a patient or subject of observation and registration accessible. The optical waveguide circuit as well as the coded optical waveguide system are in their sensitivity 'and their response mechanically and electrically or software based adjustable. They can be adapted without any special effort to existing MRT or MEG systems.
Bei Einfach- und Mehrfachanwendungen des Erfinduηgs- prinzips sind auch Einsatzmöglichkeiten bei 2- und 3 dimensionaler Computersteuerung mit Computermaus und Joystick, Fahrsimulator, Musikinstrument denkbar sowie noch andere Anwendungen, allgemein, in der Sensorik. Auch in der Optoelektronik sind solche erfindungsgemäß gestalteten Sensorelemente anwendbarIn single and multiple applications of the principle of the invention also possible applications in 2- and 3-dimensional computer control with computer mouse and joystick, driving simulator, musical instrument are conceivable as well as other applications, in general, in sensor technology. Also in optoelectronics such inventively designed sensor elements are applicable
Nachstehend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen sind mit Fig.l eine Response-Tastatur mit Elektronik-Unit und mit Fig.2 die definierte Krümmung eines geradenThe invention will be explained below with reference to two exemplary embodiments. In the accompanying drawings are Fig.l a response keyboard with electronics unit and with Fig.2 the defined curvature of a straight
Lichtwellenleiters und mit Fig.3 die definierte Krümmung eines gebogenenOptical waveguide and with 3 the defined curvature of a curved
Lichtwellenleiters und mit Fig.4 die definierte Krümmung eines einfach gewundenen Lichtwellenleiters und mit Fig.5 die definierte Krümmung eines mehrfach alsOptical waveguide and with 4 the defined curvature of a single-wound optical waveguide and with 5 the defined curvature of a multiple than
Wicklung gewundenen Lichtwellenleiters und mit Fig.6 die definierte Krümmung mehrererWinding wound optical waveguide and with Fig.6 the defined curvature of several
Lichtwellenleiterwicklungen mittels einerFiber optic windings by means of a
Joystickanordnung .Joystick arrangement.
Beispiel 1example 1
Innerhalb des Response-Tastaturgehäuses 5 mit den Tasten 1 bis 4 sind jeder Taste ein mehrfach gewundener Lichtwellenleiter 10 zugeordnet. Die Tasten wirken dabei auf den einseitig im Response-Tastaurgehäuse 5 angelenkten Hebel 8 gegen den Widerstand der Feder 9 und die geringe Eigenspannung der Lichtwellenleiterwicklung 10. Die Hebelverhältnisse sind so bemessen, dass eine optimale Funktionalität gewährleistet ist. Die Lichtwellenleiterwicklung 10 ist dabei unterhalb des anderen freien Hebelendes so angeordnet, dass sie die Unterseite desselben gerade berührt. Sobald der Hebel 8 über die Taste 1 betätigt wird, verformen sich die Lichtwellenleiterwindungen der Lichtwellenleiterwicklung 10 definiert, was wiederum eine definierte Störung der Lichtwellensignale, die auch als Modulationen gelten, auslöst. Mittels der Elektronik-Unit 7 werden diese definierten Modulationen (Störungen) gemessen, registriert und ausgewertet .Within the response keyboard housing 5 with the keys 1 to 4 each button a multi-threaded optical fiber 10 are assigned. The keys act on the hinged on one side in the response Tastaurgehäuse 5 lever 8 against the resistance of the spring 9 and the low residual stress of the optical waveguide winding 10. The leverage ratios are such that optimum functionality is guaranteed. The optical waveguide winding 10 is arranged below the other free end of the lever so that it just touches the bottom thereof. As soon as the lever 8 is actuated via the key 1, the optical waveguide windings of the optical waveguide winding 10 deform, which in turn triggers a defined disturbance of the lightwave signals, which are also considered as modulations. By means of the electronics unit 7 these defined modulations (disturbances) are measured, registered and evaluated.
Beispiel 2Example 2
Im Joystickgehäuse sind an der Peripherie desThe joystick housings are on the periphery of the
Joysticks mehrere Lichtwellenleiterwicklungen 10 so angeordnet, dass diese direkt oder über Mechanismen vom Joystick kontaktiert sind.Joysticks several optical fiber windings 10 arranged so that they are contacted directly or via mechanisms of the joystick.
Sobald der Joystick betätigt wird, erfolgt über dieAs soon as the joystick is actuated, the
Kontaktierung desselben mit mindestens einerContacting the same with at least one
Lichtwellenleiterwicklung 10 eine definierte Verformung derselben, die eine gewisse Modulation verursacht. Je nach dem, wie die Kontaktierungen justiert sind und in welcher Richtung der Joystick bewegt wird, werden die Lichtwellensignale im Lichtwellenleiter verändert und mittels der Elektronik-Unit angezeigt und auswertbar gemacht. Auch können zusätzlich eine oder mehrere Tasten 12 (Fire-Button) im Handgriff 11 des Joysticks angeordnet sein. Optical waveguide winding 10 a defined Deformation of the same, which causes some modulation. Depending on how the contacts are adjusted and in which direction the joystick is moved, the lightwave signals are changed in the optical waveguide and displayed and evaluated by means of the electronics unit. In addition, one or more keys 12 (fire button) may be arranged in the handle 11 of the joystick.

Claims

Patentanspruchclaim
Lichtwellenleiterschaltung als Sensor einer Responsetastatur oder einer Joystickbetätigung oder einer anderen Sensorbetätigung wie Dreh- oder Schieberegler mit einer Elektronik-Unit, getrennt oder in Funktionseinheit zusammengeschaltet bzw. gekoppelt, wobeiOptical waveguide circuit as a sensor of a response keyboard or a joystick or other sensor operation such as rotary or slider with an electronics unit, separated or connected together in a functional unit or coupled, wherein
a) im Gehäuse einer lichtwellenleitergeschalteten Responsetastatur, ein jeweils einer Taste zugeordneter, dort befindlicher Lichtwellenleiter als Sensor biegeelastisch verformbar so angeordnet und gelagert ist, dass der Taster oder ein vom Taster bewegliches mechanisches Bauelement der Responsetastatur den Lichtwellenleiter so berührt oder nahezu so berührt oder an diesem so befestigt ist, dass die Bewegung des Tasters den Lichtleiter definiert mechanisch verformt oder dass eine Joystickbetätigung so gestaltet ist, dass das dem Handgriff gegenüber, ima) in the housing of an optical waveguide responsive keyboard, each associated with a button, there located optical waveguide as a sensor bendable deformable arranged and stored so that the button or a movable mechanical probe of the pushbutton touches the optical waveguide so touches or nearly so or on this is fixed so that the movement of the probe defines the optical fiber mechanically deformed or that a joystick actuation is designed so that the handle opposite, im
Joystickgehäuseinneren befindliche Ende desselben oder ein damit verbundenes oder daran befestigtes bewegliches mechanisches Bauelement, einen oder mehrere dort befindliche biegeelastisch verformbare Lichtwellenleiter so berührt oder nahezu berührt oder daran befestigt ist, dass die Bewegung des Joysticks einen oder mehrere Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt, wobei auch am Handgriff desJoystick housing interior located end of the same or an associated or attached thereto movable mechanical component, one or more located there bend elastically deformable Optical fiber is so touched or nearly touched or attached to it that the movement of the joystick defines one or more optical fibers mechanically deformed, being also on the handle of the
Joysticks weitere Sensortasten angeordnet sein können. oder dass anstelle der Responsetastatur und/oder desJoysticks other sensor buttons can be arranged. or that instead of the response keyboard and / or the
Joysticks eine andere Sensorbetätigung, wieJoysticks another sensor operation, such as
Drehregler oder Schieberegler sinngemäß ebenso angeordnet sind undKnobs or sliders are also arranged in the same way and
b) in der Elektronik-Unit eine mit dem Lichtwellenleiter oder den Lichtwellenleitern zusammengeschalte Opto-b) in the electronics unit, an optical system connected to the optical waveguide or the optical waveguides
Mikro-Elektronik zur Umwandlung der durch die mechanische Verformung der Lichtwellenleiter in derMicro-electronics for the conversion of the mechanical deformation of the optical fibers in the
Responsetastatur oder der Joystickbetätigung oder anderen Sensorbetätigungen modulierten Signale in elektronisch weiterverarbeitbare Informationen und zur Auswertung derselben, angeordnet ist und c) dass die Elektronik -Unit als integrierterResponse key or the joystick or other sensor actuators modulated signals in electronically processed information and the evaluation of the same, is arranged and c) that the electronics unit as an integrated
Schaltkreis gestaltet ist in welchem dieCircuit is designed in which the
Response-, Joystick- oder Sensordetektierung integriert ist. Response, joystick or sensor detection is integrated.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5374821A (en) * 1993-06-30 1994-12-20 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Elastomeric optical fiber sensors and method for detecting and measuring events occurring in elastic materials
DE102004057364A1 (en) * 2003-12-03 2005-07-28 Naumann, Hellmuth, Dr. Response-keyboard esp. for magnetic resonance tomography, uses movable light barrier in form of opaque plate

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