DE19947389A1

DE19947389A1 - Rotierende optische Verbindung unter Verwendung einer abgestrahlten Welle in einem örtlichen Bereich

Info

Publication number: DE19947389A1
Application number: DE19947389A
Authority: DE
Inventors: Ertugrul Berkcan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2000-05-04
Also published as: US6108483A; JP2000135213A

Abstract

Erfindungsgemäß verwendet ein Computer-Tomographie-System eine optische Kommunikationsverbindung (100) zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Bandbreite von einem Fasslager (15) zu einer zugehörigen Verarbeitungseinrichtung. Die Kommunikationsverbindung (100) umfasst einen optischen Emitter (150), einen Lichtwellenleiter (120), eine induzierte Strahlungswellenkammer (110) und eine optische Erfassungseinrichtung (180). Der optische Emitter (150) ist an dem Fasslager (15) des Computer-Tomographie-Systems angebracht. Der Lichtwellenleiter (120) erzeugt einen Totalreflexionsbruch als Antwort auf ein elektrisches Feld, Lichtenergie, magnetsiche Energie und alternativ dazu als Antwort auf Wärme, die in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) erzeugt wird. Der optische Emitter (150) erzeugt ein optisches Datensignal hoher Bandbreite, das entlang dem Lichtwellenleiter (120) läuft, in Übereinstimmung mit durch das Erfassungsarray (14) an dem Fasslager (15) erzeugten Daten. Die induzierte Strahlungswellenkammer (110) induziert einen Bruch in der Totalreflexionsbedingung in dem Abschnitt des Wellenleiters, der in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) angeordnet ist, um eine Reflexion des optischen Datensignals hoher Bandbreite von dem Wellenleiter in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) zu bewirken und dementsprechend keine Reflexion außerhalb des Wellenleiters (120) zu bewirken. Die optische Erfassungseinrichtung (180), die an der induzierten ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Computer- Tomographie-(CT-)Kommunikation und insbesondere auf ein opti sches Kommunikationssystem, das bei einem CT-System angewen det wird, bei dem elektrische Energie, Lichtenergie, ein ma gnetisches Feld oder thermische Energie zur Änderung innerer Reflexionsbedingungen in einem Wellenleiter verwendet wird, um eine Brechung der geführten Welle derart zu bewirken, dass darin enthaltene Daten hoher Bandbreite von dem Wellenleiter abgestrahlt und durch eine optische Erfassungseinrichtung in einem örtlichen Bereich erfasst werden.

Bei CT-Systemen wird typischerweise ein rotierender Rahmen oder ein Fasslager zum Erhalten einer Vielzahl von Röntgen bildern oder Ansichten an verschiedenen Rotationswinkeln ver wendet. Jeder Bildsatz wird als "Schnitt" identifiziert. Ein Patient oder ein nichtlebendes Objekt wird im allgemeinen in einer zentralen Öffnung in dem rotierenden Rahmen auf einem Tisch positioniert, wobei der Tisch in der zentralen Öffnung axial beweglich ist, so dass der Patient an verschiedenen Or ten positioniert werden kann, so dass jeweils Schnitte an ei ner Vielzahl axialer Positionen erhalten werden können. Jeder erhaltene Schnitt wird dann in einem Computer zur Erzeugung verbesserter Bilder verarbeitet, die zur Diagnose und Kon trolle nützlich sind.

Der rotierende Rahmen beinhaltet eine Röntgenstrahlquelle, ein Erfassungsarray und eine Vorrichtung, die zur Erzeugung von Bilddaten für jede Ansicht erforderlich sind. Eine sta tionäre Vorrichtung wird zur Verarbeitung roher Bilddaten verwendet. Bilddaten müssen zwischen dem rotierenden Rahmen und einem stationären Rahmen des CT-Systems übertragen wer den.

Die Rate der Datenkommunikation zwischen dem stationären und dem rotierenden Rahmen ist wichtig, da sie sich auf die Ge schwindigkeit auswirkt, mit der Bilder verarbeitet werden können. Man möchte Bildansichten so schnell wie möglich er halten, um die Unbequemlichkeit für den Patienten zu verrin gern und die Verwendbarkeit der Einrichtung zu maximieren. Bei aktuellen CT-Systemen umfasst eine einzelne Ansicht typi scherweise um 800 Erfassungskanäle mit einer 16-Bit- Darstellung für jeden einzelnen Erfassungskanal (d. h., 12.800 Bits pro Ansicht), und wird typischerweise 1000 mal pro Se kunde wiederholt, was zu einer Nutzdatenrate von näherungs weise 13 Millionen Bits pro Sekunde (Mbit/sec) allein für Bilddaten führt. Zukünftige CT-Systeme, die eine Vielzahl von Bildschnitten durch die Anwendung von vier-, acht-, sechzehn- oder mehr mal so vielen Erfassungskanälen gleichzeitig auf bauen können, werden die Datenbandbreitenerfordernisse auf einen Bereich von Gigabits pro Sekunde erhöhen.

Herkömmliche CT-Systeme verwendeten Bürsten, Kontaktringe und Hochfrequenzverbindungen zur Kommunikation bzw. Übertragung der Bilddaten zwischen dem rotierenden Rahmen und einem sta tionären Rahmen. Bürsten und Kontaktringe zur Kommunikation verwendende CT-Systeme leiden im allgemeinen an erheblichen Einschränkungen bezüglich der Datenübertragungsraten aufgrund der zur Ausbreitung der Signale um die kreisförmigen Kontrak tringe erforderlichen wesentlichen Zeit. Bei den gewünschten Datenraten ist die elektrische Weglänge um die Ringe ein nen nenswerter Bruchteil der Datenbitübertragungsperiode, so dass um die Ringe in der entgegengesetzten Richtung laufende elek tromagnetische Wellen an dem Empfangspunkt zu wesentlich un terschiedlichen Zeitpunkten in der Bitübertragungsperiode an kommen können, was eine Signalinterferenz bewirkt.

Außerdem waren Hochfrequenz-Kommunikationsverbindungen bisher nicht in der Lage, die Datenübertragungsraten im Gigahertzbe reich zu erreichen, die für die aktuellen und zukünftige CT- Systeme erforderlich sind. Hochfrequenzverbindungen arbeiten typischerweise aufgrund der Hochfrequenz- Seitenbandinterferenz und aufgrund von Ausbreitungsbeschrän kungen elektrischer Signale in der Vorrichtung, die die Hoch frequenzträgersignale erzeugt, in der Megahertzbandbreite.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine CT- Kommunikationsverbindung zwischen der stationären Vorrichtung und der rotierenden Vorrichtung zu verwenden, die in der Gi gahertzbandbreite arbeiten kann, um den gleichzeitigen Bild aufbau unter Verwendung einer Vielzahl von Erfassungskanälen zu erleichtern.

Es soll auch eine Kommunikationsverbindung zwischen dem sta tionären Rahmen und dem rotierenden Rahmen vorgesehen werden, die immun gegen elektromagnetische Strahlungsinterferenz ist, wie sie typischerweise in einer Krankenhausumgebung durch Mo biltelefone, Defibriliergeräte, chirurgische Sägen und elek trisches Rauschen von einem beliebigen vorhandenen CT-System erzeugt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Computer- Tomographie-System gelöst, das eine optische Kommunikations verbindung zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Bandbreite über die optische Verbindung verwendet. Die Kommu nikationsverbindung umfasst einen optischen Emitter, einen Lichtwellenleiter, eine induzierte Strahlungswellenkammer und eine optische Erfassungseinrichtung. Der optische Emitter ist mit dem Fasslager des Computer-Tomographie-Systems verbunden und erstreckt sich entlang der Länge des Fasslagers. Der Lichtwellenleiter erzeugt einen Totalreflexionsbruch im An sprechen auf einem Abschnitt des Wellenleiters zugeführte Energie bzw. Leistung. Der optische Emitter erzeugt ein opti sches Datensignal in Übereinstimmung mit Daten, die in dem sich entlang dem optischen Wellenleiter bewegenden Fasslagers erzeugt werden. Die induzierte Strahlungswellenkammer erzeugt die Energie, auf die der Wellenleiter anspricht, in dem Ab schnitt des Wellenleiters, der in der induzierten Strahlungs wellenkammer angeordnet ist, um zu bewirken, dass das opti sche Datensignal von dem Wellenleiter in der induzierten Strahlungswellenkammer gebrochen und dementsprechend nicht ausserhalb des Wellenleiters gebrochen wird. Die optische Er fassungseinrichtung ist mit der induzierten Strahlungswellen kammer verbunden und zur Erfassung von aus dem optischen Da tensignal gebrochenen Daten eingerichtet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines herkömmlichen Computer- Tomographie-Systems mit einem Fasslager und einer stationären Vorrichtung,

Fig. 2 eine optische Darstellung der Erzeugung einer sich aus einem TIR-Bruch ergebenden gedämpften Welle,

Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemä ßen Kommunikationsverbindung, die mit dem Fasslager eines Computer-Tomographie-Systems verbunden ist,

Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der induzierten Strahlungswellenkammer, wobei Gitter in den Kern eines Wel lenleiterabschnitts induziert wurden,

Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild der induzierten Strahlungswellenkammer, wobei Gitter in die lichtdurchlässige Umhüllung eines Wellenleiterabschnitts induziert wurden,

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild der Erfindung, wobei ein TIR-Bruch in den Wellenleiter durch Hitze induziert wird,

Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild der Erfindung, wobei ein TIR-Bruch in den Wellenleiter durch ein elektrisches Feld induziert wird,

Fig. 8 ein schematisches Blockschaltbild der Erfindung, wobei ein Gitter in den Wellenleiter durch Lichtenergie induziert wird, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Erfindung, wobei ein TIR-Bruch in den Wellenleiter durch ein magnetisches Feld induziert wird.

Ein in Fig. 1 gezeigtes Computer-Tomographie-(CT-)System 50 verwendet typischerweise eine CT-Basis 2, eine Abbildungse nergiequelle 13, ein Erfassungsarray 14, einen ringförmigen rotierenden Rahmen oder ein Fasslager 15 mit einem Außenum fang 16 und ein stationäres elektronisches System 30 mit ei ner Steuervorrichtung und einer Arrayverarbeitungseinrichtung zum Erhalten einer Vielzahl von Röntgenbildern eines Patien ten oder eines Objekts. Der Patient oder das Objekt wird im allgemeinen in oder nahe einer zentralen Öffnung 11 des Fass lagers 15 auf einem Tisch 10 positioniert, der entlang der Basis 2 axial beweglich ist, wodurch das Erhalten jeweiliger Röntgenschnitte an einer Vielzahl axialer Positionen ermög licht wird. Jeder erhaltene Schnitt wird dann in einem Compu ter zur Erzeugung verbesserter Bilder verarbeitet, die zur Diagnose und Kontrolle nützlich sind.

Die Totalreflexion (TIR) ist die Bedingung bzw. der Zustand, bei dem eine geführte Welle in einem Wellenleiter in dem Wel lenleiter intern reflektiert wird. Die TIR ist durch das Snell'sche Gesetz definiert, und wird unter Verwendung des Brechungsgesetzes dargestellt,

n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂ Gleichung 1

wobei θ₁ 195 als Winkel zwischen der einfallenden Welle 192 und einer Achse 194 senkrecht zu einer Achse 199 definiert ist, die die Grenzfläche zwischen den zwei Brechungsindices definiert, wobei θ₂ 197 als Winkel zwischen einer reflektier ten Welle 196 und der Achse 194 senkrecht zur Achse 199 defi niert ist, die die Grenzfläche zwischen den zwei Brechnungs indices definiert, wobei n₂ 193 als Brechungsindex des Kern materials definiert ist, das die einfallende Welle 192 und die reflektierte Welle 196 umfasst, die zusammen eine geführ te Welle 260 (Fig. 4) umfassen, und wobei n₁ 191 als Bre chungsindex des Materials definiert ist, das an das Kernmate rial angrenzt und mit diesem in Kontakt ist, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Der kritische Winkel θ_c ist als Winkel definiert, oberhalb dessen die einfallende Welle 192 total reflektiert wird, wie es durch die reflektierte Welle 198 in Fig. 2 gezeigt ist. Ist die TIR-Bedingung nicht erfüllt, wird zumindest ein Teil der einfallenden Welle 192 von dem Kernmaterial gebrochen, wodurch das Erfassen einer gebrochenen Welle 280 ermöglicht wird, die auch als gedämpfte Welle 280 bezeichnet wird. Der kritische Winkel wird durch das Einsetzen von 90 Grad für θ₂ in Gleichung 1 bestimmt, was zu

führt, wobei θ_c der kritische Winkel ist.

Das CT-System 50 (Fig. 1) ist zur Verwendung einer optischen Kommunikationsverbindung 100 zur zuverlässigen Übertragung von Erfassungsarraydaten hoher Bandbreite von dem Fasslager 15 zu der stationären Vorrichtung 30 eingerichtet, indem Ver fahren zum Brechen der TIR-Bedingung angewendet werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Beschreibung wird der Bruch der TIR-Bedingung als TIR-Bruch bezeichnet. Die opti sche Kommunikationsverbindung 100 wird zur Verbesserung der Datenübertragungsrate um mehrere Größenordnungen bezüglich der Bandbreite der typischen Kommunikationsverbindung verwen det. Beispielsweise wird die Bandbreite von Erfassungsarray daten erfindungsgemäß von ungefähr 13 Mega-Hertz, was der Bandbreite der typischen Hochfrequenzkommunikationsverbindung entspricht, auf mehrere Giga-Hertz erhöht, wie es nachstehend beschrieben ist. Hier ist die Bandbreite als Datenübertra gungsrate von durch das Erfassungsarray 14 erzeugten Signalen definiert. Dabei umfasst das Erfassungsarray 14 eine Vielzahl von Erfassungseinrichtungen. Beispielsweise kann das Erfas sungsarray 14 über eine Million Erfassungseinrichtungen um fassen, wobei die Erfassungseinrichtungen zur Erzeugung von Röntgendaten eingerichtet sind, die zur gleichzeitigen Aus bildung einer Vielzahl von CT-Bildschnitten verwendet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die op tische Kommunikationsverbindung 100 einen optischen Emitter 150, der mit einer optischen Emittervorrichtung 160 verbunden ist, einen Lichtwellenleiter 120 mit einem Wellenleiterende 130, eine induzierte Strahlungswellenkammer 110 und eine op tische Erfassungseinrichtung 180, die mit der optischen Er fassungsvorrichtung 170 verbunden ist, wie es in Fig. 3 ge zeigt ist. Der Lichtwellenleiter 120 umfasst einen Wellenlei terkern 290, eine Reflexionsumhüllung 240 und auch eine lichtdurchlässige Umhüllung 230, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.

Der optische Emitter 150 (Fig. 3) ist zur Erzeugung eines op tischen Datensignals hoher Bandbreite in Übereinstimmung mit durch das Erfassungsarray 14 (Fig. 1) erzeugten Daten einge richtet. Das optische Datensignal hoher Bandbreite wird auch als geführtes Wellensignal 260 identifiziert (Fig. 4). Das optische Datensignal weist im allgemeinen eine Wellenlänge von (λ) auf und schreitet entlang dem Lichtwellenleiter 120 fort und wird am Wellenleiterende 130 reflektiert. Die Wel lenlänge (λ) kann typischerweise um 1300 Nano-Meter betragen, und somit eine Datenbandbreite um 1,2 Giga-Hertz haben. Al ternativ dazu kann die Wellenlänge (λ) einen Wert von unge fähr 1000 bis zu ungefähr 10000 Nano-Meter zur Erzeugung ei ner Bandbreite von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Giga-Hertz ha ben. Die Wellenlänge λ kann auch zur Minimierung einer Daten signaldispersion in dem Wellenleiter 120 gewählt werden. Die Wellenlänge λ wird derart gewählt, dass sie sich über dem kritischen Frequenzvektor befindet, so dass es lediglich ei nen einzigen geführten Wellenmodus und alternativ wenige ge führte Wellenmoden gibt, wie allgemein bekannt ist. (Der op tische Emitter 150 ist mechanisch mit dem Lichtwellenleiter 120 verbunden.) Das Fasslager 15 dreht sich um den Patienten bzw. das Objekt, und der optische Emitter 150 dreht sich ent sprechend mit dem Wellenleiter 120, wie es in Fig. 3 darge stellt ist.

Die Erfassungseinrichtung 180 ist zur Messung der gedämpften Welle 280 eingerichtet, die in der induzierten Strahlungswel lenkammer 110 erzeugt wird. Die Erfassungseinrichtung 180 um fasst beispielsweise eine Silizium-Photodiode, die zur Mes sung der Wellenlänge der gedämpften Welle 280 und zur Erzeu gung eines zu der gedämpften Welle 280 proportionalen Stroms ausgewählt ist. Alternativ dazu umfasst die Erfassungsein richtung 180 eine Germanium-Photodiode. Die Erfassungsein richtung 180 ist mit der Erfassungsvorrichtung 170 verbunden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Erfassungsvorrichtung um fasst beispielsweise einen Operationsverstärker.

Es ergeben sich mehrere Vorteile aus der Verwendung der indu zierten Strahlungswellenkammer 120 zur Erzeugung einer ge dämpften Welle lediglich entlang dem Abschnitt des Wellenlei ters 120 in der induzierten Strahlungswellenkammer 110. Die Totalreflexion ermöglicht die Führung der geführten Welle 260 in dem Inneren des Wellenleiters 120 anstatt ihres Abstrah lens aus dem Wellenleiter 120, wodurch der Energieinhalt der Daten in der geführten Welle 260 maximiert wird. Ebenso wird der Signalrauschabstand der geführten Welle 260 maximiert, da die Amplitude der geführten Welle 260 sich nicht verschlech tert, wenn sie entlang dem Wellenleiter 120 fließt, da die geführte Welle 260 nur in der induzierten Strahlungswellen kammer 110 und nicht entlang dem Abschnitt des Wellenleiters 120 gedämpft wird, der nicht in der Kammer 110 angeordnet ist. Die Totalreflexion wird für das optische Datensignal 260 in dem Wellenleiter 120 für Abschnitte des Wellenleiters 120 ausserhalb der induzierten Strahlungswellenkammer 110 auf rechterhalten. Außerdem kann der Wellenleiter 120 optisch po larisiert sein. Ist der Wellenleiter 120 polarisiert, wird die Dispersion der geführten Welle 260 minimiert, da ledig lich der Abschnitt der geführten Welle 260, der die Polarisa tionsbedingung erfüllt, im Inneren reflektiert wird. Da die Signaldispersion minimiert ist, kann die Bandbreite der ge führten Welle 260 maximiert werden (d. h., es kann ein Daten inhalt höherer Frequenz der geführten Welle 260 verwendet werden). Beispielsweise wird die Bandbreite des Dateninhalts der geführten Welle 260 um einen Faktor von ungefähr 10 ver bessert, da die Dispersion erfindungsgemäß minimiert wird. Ein weiterer zu der verbesserten Dispersion beitragender Fak tor ist die Verwendung einer Erfassungseinrichtung 180 klei nerer Fläche aufgrund des geringeren Energieverlusts der ge führten Welle 260 bei der Erfindung.

Die stationäre induzierte Strahlungswellenkammer 110 wird zur Änderung der Bedingungen in einem kleinen Abschnitt des Wel lenleiters 120 durch das Brechen der TIR-Bedingung derart verwendet, dass eine gedämpfte Welle 280 erzeugt wird, die den Wellenleiter 120 in der induzierten Strahlungswellenkam mer 110 verläßt. Es werden mehrere Verfahren bei der Erzeu gung der gedämpften Welle verwendet, einschließlich der Ver wendung von Gittern im Kern 290 und der lichtdurchlässigen Umhüllung 230 des Wellenleiters 120, der Anpassung an den In dex des Kerns 290, Modulation des Index der lichtdurchlässi gen Umhüllung 230 und Änderung der Polarisation des Wellen leiters 120.

Erzeugen eines Gitters im Kern und der Umhüllung

Zwei Verfahren können zur Erzeugung von Gittern im Kern 290 und der Umhüllung 230 des Wellenleiters 120 verwendet werden, einschließlich der elektrischen Feldantwort und der Lichtbre chungsantwort. In jedem dieser Fälle wird eine Periode "Λ" (360) des Gitters zur Erfüllung der Bragg-Bedingung bei der Wellenlänge λ der geführten Welle 260 gewählt, wie es in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Die Bragg-Bedingung stellt die Gruppe an Konditionen dar, wenn eine Vielzahl von Gittern in einem Material zum Ablenken der geführten Welle erzeugt wird, wodurch die zur Erzeugung einer reflektierten oder gedämpften Welle erforderlichen Bedingungen erfüllt werden. Des weiteren definiert die Bragg-Bedingung einen Winkel Θ (370) und eine Periode Λ (360), wobei eine Vielzahl von Gittern 270 am Win kel 370 bezüglich der geführten Welle 260 gesetzt werden und voneinander um eine Entfernung oder Periode Λ 360 entfernt sind, um die geführte Welle 260 (und somit den durch die ge führte Welle 260 getragenen Informationsgehalt) zum Verlassen des Wellenleiters 120 als gedämpfte Welle 280 zu veranlassen. Das erste Gitter 270 weist einen Brechungsindex von n_x (390) = n₂ - Δn₂ auf, und ein nächstes Gitter 270 weist einen Bre chungsindex n_y (380) = n₂ + Δn₂ auf. In einem typischen Fall, bei dem Gitter 270 erzeugt werden, gibt es eine Vielzahl er zeugter Gitter 270. Die Gitter 270 bewirken das Brechen der geführten Welle 260 in eine neue von ihrer ursprünglichen Trajektorie verschiedene Richtung. Die neue Trajektorie der geführten Welle 260 liegt an einem Winkel, der zur Erfüllung der TIR-Brechbedingung ausreicht, und die gedämpfte Welle 280 erzeugt. Die gedämpfte Welle 280 verläßt den Wellenleiter 120 wie vorstehend beschrieben. Die gedämpfte Welle 280 kann dann durch die optische Erfassungseinrichtung 180 erfasst werden.

Die gedämpfte Welle 280 kann auch in der lichtdurchlässigen Wellenleiterumhüllung 230 erzeugt werden, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Das Material der lichtdurchlässigen Umhül lung 230 ist zur Ausbreitung der geführten Welle 260 einge richtet, wenn sie durch die Erfüllung des Snell'schen Geset zes wie vorstehend beschrieben total reflektiert wird. Durch das Induzieren von Umhüllungsgittern 410 in der lichtdurch lässigen Umhüllung 230, die die Bragg-Bedingung wie vorste hend beschrieben erfüllt, wird die gedämpfte Welle 280 er zeugt.

Elektrische Feldantwort

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Wellenleiter 120 eine mit einem Polyvinylidenfluorid-(PVF₂-)Film umhüllte Lichtleitfaser, so dass auf ein elektrisches Feld angespro chen werden kann, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Es wurde demonstriert, dass der PVF₂-Film den Brechungsindex bei Lichtleitfasern ändern kann, wie es in dem Artikel von Kee P. Koo und G. H. Sigel, Jr., mit dem Titel "An Electric Field Sensor Utilizing a Piezoelectric Polyvinylidene Fluoride (PVF₂) Film in a Single-Mode Fiber Interferometer", in IEEE Journal of Quantum Electronics, Band QE-18, Nr. 4, April 1982, Seiten 670-675 beschrieben ist. Der PVF₂-Film kann direkt auf den Wellenleiter 120 während der Herstellung auf gebracht werden, wodurch durch den PVF₂-Film die Streckung der Lichtleitfaser ermöglicht wird, da PVF₂ Druck auf die Um gebung der Lichtleitfaser ausübt, wodurch die Dichte des PVF₂-Materials und dementsprechend der Brechungsindex des PVF₂-Materials geändert wird. Da PVF₂ auf ein elektrisches Feld anspricht, kann PVF₂ zum Bewirken eines TIR-Bruchs in dem Wellenleiter 120 verwendet werden.

Eine Anode 210, eine Kathode 270 und ein Erdungsanschluss 250 umfassen Komponenten, die zur Erzeugung des elektrischen Fel des verwendet werden, auf die der Wellenleiter 120 anspricht, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Lichtbrechungsantwort

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Wellen leiter 120 ein Lichtbrechungsmaterial wie Ti-diffundiertes LiNbO₃. Beispielsweise ist ein Glasfaserkabel zur Erzeugung von Bragg-Bedingungsgradienten, wobei das Glasfaserkabel Ti- diffundiertes LiNbO₃ umfasst, in dem Artikel mit dem Titel "Bragg switch for optical channel waveguides", von B. Chen und C. M. Meijer, in Appl. Phys. Lett. 33(1), 1. Juli 1998, veröffentlicht vom American Institute of Physics, offenbart. Dieser Artikel offenbart Lichtstrahlen, die zwischen zwei Wellenleitern mit gekreuzten Kanälen unter Verwendung elek tro optischer Phasengitter abgelenkt werden. Gemäß einem Bei spiel war der Bragg-Gitterabstand bzw. die Periode Λ (360) 4 Mikro-Meter, und der Kreuzwinkel Θ (370) für die Kanalfüh rungen betrug 4 Grad, 6 Minuten. Die elektromagnetische Wel lenlänge des verwendeten Lichts betrug 6328 Angstrom.

Fig. 8 zeigt die in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 erzeugte Lichtenergie 311, die mit dem Wellenleiter 120 zur Erzeugung des Gitters gekoppelt wird, das zur Erfüllung der Bragg-Bedingung erforderlich ist.

Änderung des Brechungsindex des Kerns und der Umhüllung Thermische Lichtbrechungsantwort

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Wellen leiter 120 thermisches Lichtbrechungsmaterial wie transparen tes Polymerharz. Beispielsweise beschreibt die US-A-5 767 200 ein transparentes Polymerharz, das auf Wärmeenergie zur Ände rung des Brechungsindex des transparenten Polymerharzes an spricht. Wärme ist als der Temperaturanstieg des Abschnitts des Wellenleiters 120 in der induzierten Strahlungswellenkam mer 110 bezüglich der Temperatur des Abschnitts des Wellen leiters 120 außerhalb der induzierten Strahlungswellenkammer 110 definiert. Typischerweise bewegt sich der zur Änderung des Brechungsindex des transparenten Polymerharzes erforder liche Temperaturanstieg in einem Bereich von ungefähr 25 Grad Celsius bis zu ungefähr 45 Grad Celsius.

Fig. 6 zeigt die in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 erzeugte Wärmeenergie 310, die mit dem Wellenleiter 120 zur Erzeugung der Änderung der TIR-Bedingungen verknüpft ist, die zur Erzeugung der gedämpften Welle 280 erforderlich sind.

Änderung des Brechungsindex der Umhüllung

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Umhül lung 230 flüssiges lichtbrechendes Material, wie lichtdurch lässiges Polymerelektrolyt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Brechungsindex n₁ zur Erzeugung eines TIR-Bruchs im Kern 290 modifiziert, um die Erzeugung der gedämpften Welle 280 zu bewirken. Das Polymerelektrolyt wird derart ausge wählt, dass der Brechungsindex des Polymerelektrolyts 191 zur Modifizierung des kritischen Winkels 370 zur Erzeugung eines TIR-Bruchs geändert wird. Die resultierende gedämpfte Welle 280 kann dann durch die optische Erfassungseinrichtung 180 erfasst werden.

Modulation des Kern- und Umhüllungsgitters

Die induzierte Strahlungswellenkammer 110 ist zur Erzeugung einer Vielzahl optischer Gitter eingerichtet, die in dem in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 angeordneten Ab schnitt des Wellenleiters 120 modulieren, um das Brechen des optischen Datensignals hoher Bandbreite von dem Wellenleiter 120 in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 zu bewir ken, und dementsprechend keine Brechung außerhalb des Wellen leiters 120, wie es vorstehend beschrieben ist. Die Erzeugung eines modulierten Energiefeldes im Kern 290 oder der Umhül lung 230 wird durch die Erzeugung von Gittern wie vorstehend beschrieben bewirkt, allerdings wird die Energie zur Erzeu gung modulierender Gitter moduliert. Diese Gitter verursachen einen TIR-Bruch im Wellenleiter 120 und daraufhin die ge dämpfte Welle 280. Die optische Erfassungseinrichtung 180 kann dann mit dem gedämpften Signal 280 verbundene optische Daten hoher Bandbreite erfassen, die aus dem optischen Daten signal 260 hoher Bandbreite erzeugt werden.

Polarisationsbrechungsantwort

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Wellenlei ter 120 eine Polarisationsbeibehaltungsfaser unter Verwendung eines Materials, wie GeO₂/SiO₂ mit B₂O₃-spannungserzeugenden Bereichen, wodurch ein TIR-Bruch unter Verwendung einer ma gnetisch gesteuerten Änderung des Polarisationsvektors er zeugt wird. Eine geführte Welle kann von einem polarisations- aufrechterhaltenden Wellenleiter gebrochen werden, wenn sie einer Polarisationsvektoränderung bei der geführten Welle un terzogen wird. Beispielsweise ist die Polarisationsänderung, die sich aus einem an den Wellenleiter 120 angelegten Magnet feld ergibt, durch das als Faraday-Effekt bekannte Linien integral definiert:

ψ ≅ ∫αVBdl Gleichung 3

wobei B 434 der Magnetfeldvektor, Ψ 438 der Drehungswinkel des Polarisationsvektors 436 bezüglich des Magnetfeldvektors 434, α 260 der geführte Wellenvektor, V die Verdet-Konstante des Wellenleitermaterials 290 und dl 432 die inkrementale Länge des Wellenleiters 120 ist, über die der Magnetfeldvek tor 434 Einfluss hat, wie es in Fig. 9 gezeigt ist. Der Ma gnetfeldvektor 434 wirkt sich auf die Gesamtlänge der indu zierten Strahlungswellenkammer 110 aus, und so kann die Pola risation des Wellenleiters 120 in der Kammer 110 geändert werden. Wird der Polarisationsvektorwinkel 438 derart geän dert, dass der geführte Wellenvektor 260 die TIR-Bedingungen nicht erfüllt, wird eine gedämpfte Welle 280 in der Kammer 110 erzeugt. Die gedämpfte Welle 280 kann dann durch die op tische Erfassungseinrichtung 180 erfasst werden.

Multi-Moden-polarisierter Wellenleiter

Der Wellenleiter 120 ist auch zum Aufnehmen einer Vielzahl gleichlaufender geführter Wellenvektoren 260 eingerichtet, wobei jeder geführte Wellenvektor 260 eine eindeutige Wellen länge hat. Somit kann jeder Polarisationsvektor 436, der be sonders zur Erzeugung eines TIR-Bruchs in dem zugehörigen ge führten Wellenvektor 260 abgestimmt ist, aktiviert werden, so dass der Wellenleiter 120 mit einer Vielzahl geführter Wel lenvektoren 260, die gleichzeitig reflektiert werden, die Er zeugung einer vorbestimmten jeweiligen gedämpften Welle 280 bewirken kann. Es kann eine Vielzahl optischer Emitter 150 zur Erzeugung der jeweiligen geführten Wellenvektoren 260 verwendet werden. Die optische Erfassungseinrichtung 180 wird mit einer Erfassungsbandbreite angewendet, die zur Erfassung jeder gedämpften Welle 280 ausreicht. Die effektive Bandbrei te der Kommunikationsverbindung 100 wird erweitert, wenn die vorstehend beschriebene Multi-Moden-Verbindung 100 zum Über tragen von Daten von dem Erfassungsarray 14 zu dem stationä ren System 30 angewendet wird.

Stationärer Wellenleiter

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der optische Emitter 150 innen im Wellenleiter 120 angeord net. Der Wellenleiter 120 ist stationär, und die optische Er fassungseinrichtung 180 und die induzierte Strahlungswellen kammer 110 rotieren zusammen mit dem Fasslager 15. Der Be trieb der Kommunikationsverbindung 100 ist allerdings dahin gehend der gleiche wie vorstehend beschrieben, dass, wenn der Wellenleiter 120 die induzierte Strahlungswellenkammer 110 durchläuft, ein TIR-Bruch erzeugt wird, der die Erzeugung der gedämpften Welle 280 bewirkt. Die gedämpfte Welle 280 wird danach durch die Erfassungseinrichtung 180 erfasst.

Das Computer-Tomographie-System ist zur Verwendung der opti schen Kommunikationsverbindung 100 gemäß der Erfindung zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Bandbreite von dem Erfassungsarray 14 zu einer stationären Vorrichtung 30 mit einer Datenübertragungsrate im Bereich von ungefähr einem bis 10 Giga-Hertz eingerichtet. Der Lichtwellenleiter 120 spricht auf Energie an, die dem Abschnitt des Lichtwellenleiters 120 in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 zugeführt wird, um einen TIR-Bruch zu erzeugen. Ein optischer Emitter 150 er zeugt ein optisches Datensignal 260 hoher Bandbreite, das in dem Lichtwellenleiter 120 läuft, in Übereinstimmung mit durch das Erfassungsarray 14 an dem Fasslager 15 erzeugten Daten. Die induzierte Strahlungswellenkammer 110 erzeugt Energie, die einen Totalreflexionsbruch in dem Abschnitt des Wellen leiters 120, der in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 angeordnet ist, zum Bewirken einer gedämpften Welle 280 entsprechend einem optischen Datensignal 260 hoher Bandbreite bewirkt, dass sie vom Wellenleiter 120 in der induzierten Strahlungswellenkammer 110 gebrochen und dementsprechend nicht außerhalb des Wellenleiters 120 gebrochen wird. Die op tische Erfassungseinrichtung 180, die mit der induzierten Strahlungswellenkammer 110 und der stationären Vorrichtung 30 verbunden ist, erfasst die gedämpfte Welle 280 und mit dir gedämpften Welle 280 verbundene Daten.

Wie vorstehend beschrieben verwendet das erfindungsgemäße Computer-Tomographie-System eine optische Kommunikationsver bindung zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Band breite von einem Fasslager zu einer zugehörigen Verarbei tungseinrichtung. Die Kommunikationsverbindung umfasst einen optischen Emitter, einen Lichtwellenleiter, eine induzierte Strahlungswellenkammer und eine optische Erfassungseinrich tung. Der optische Emitter ist an dem Fasslager des Computer- Tomographie-Systems angebracht. Der Lichtwellenleiter erzeugt einen Totalreflexionsbruch als Antwort auf ein elektrisches Feld, Lichtenergie, magnetische Energie und alternativ dazu als Antwort auf Wärme, die in der induzierten Strahlungswel lenkammer erzeugt wird. Der optische Emitter erzeugt ein op tisches Datensignal hoher Bandbreite, das entlang dem Licht wellenleiter läuft, in Übereinstimmung mit durch das Erfas sungsarray an dem Fasslager erzeugten Daten. Die induzierte Strahlungswellenkammer induziert einen Bruch in der Totalre flexionsbedingung in dem Abschnitt des Wellenleiters, der in der induzierten Strahlungswellenkammer angeordnet ist, um ei ne Reflexion des optischen Datensignals hoher Bandbreite von dem Wellenleiter in der induzierten Strahlungswellenkammer zu bewirken und dementsprechend keine Reflexion außerhalb des Wellenleiters zu bewirken. Die optische Erfassungseinrich tung, die an der induzierten Strahlungswellenkammer befestigt ist, erfasst reflektierte Daten aus dem optischen Datensi gnal.

Claims

1. Computer-Tomographie-System, das eine optische Kommu nikationsverbindung (100) zur zuverlässigen Übertragung opti scher Datensignale über die optische Verbindung (100) verwen det, mit einem rotierenden Fasslager (15) und einem mit dem Fasslager (15) verbundenen Erfassungsarray (14) und mit
einem Lichtwellenleiter (120) der mit dem Fasslager (15) des Computer-Tomographie-Systems verbunden ist und sich ent lang der Länge des Fasslagers (15) erstreckt, wobei der Lichtwellenleiter (120) optische Eigenschaften aufweist, die sich im Ansprechen auf einem Abschnitt des Lichtwellenleiters (120) zugeführte Energie ändern, und
einer induzierten Strahlungswellenkammer (110), durch die der Lichtwellenleiter (120) fließen kann, wobei die indu zierte Strahlungswellenkammer (110) Energie aus Wärme, Licht, einem Magnetfeld oder einem elektrischen Feld zur Erzeugung eines Totalreflexionsbruchs in dem Abschnitt des Wellenlei ters (120) verwendet, der in der induzierten Strahlungswel lenkammer (110) angeordnet ist, um die Abstrahlung des in dem optischen Wellenleiter vorhandenen optischen Datensignals von dem Abschnitt des Wellenleiters in der induzierten Strah lungswellenkammer (110) zu bewirken.

2. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 1, ferner mit zumindest einem optischen Emitter (150), der mit dem Lichtwellenleiter (120) verbunden ist, wobei der zumindest eine optische Emitter (150) ein entsprechendes optisches Da tensignal in Übereinstimmung mit durch das Erfassungsarray (14) an dem Fasslager (15) erzeugten Daten erzeugt, und wobei das entsprechende optische Datensignal sich in dem Lichtwel lenleiter (120) fortbewegt.

3. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 1, ferner mit einer mit der induzierten Strahlungswellenkammer (110) verbundenen optischen Erfassungseinrichtung (180), wobei die optische Erfassungseinrichtung (180) das jeweilige abge strahlte optische Datensignal empfängt.

4. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 2, wobei der zumindest eine optische Emitter (150) ein jeweils eindeu tiges optisches Signal hoher Bandbreite erzeugt.

5. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 1, wobei das Computer-Tomographie-System ein Magnetresonanzabbildungs system ist, das eine optische Kommunikationsverbindung zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Bandbreite über die optische Verbindung anwendet.

6. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 1, wobei der Lichtwellenleiter stationär ist.

7. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 6, wobei die induzierte Strahlungswellenkammer mechanisch mit dem Fasslager verbunden ist, und wobei die induzierte Strahlungs wellenkammer sich damit dreht.

8. Computer-Tomographie-System, das eine optische Kommu nikationsverbindung (100) zur zuverlässigen Übertragung eines optischen Datensignals hoher Bandbreite über die optische Verbindung (100) verwendet, mit einem rotierenden Fasslager (15) und einem mit dem Fasslager (15) verbundenen Erfassungs array (14), ferner mit
einem Lichtwellenleiter (120), der mit dem Fasslager (15) des Computer-Tomographie-Systems verbunden ist und sich entlang der Länge des Fasslagers (15) erstreckt, wobei der Lichtwellenleiter (120) optische Eigenschaften aufweist, die sich im Ansprechen auf an einen Abschnitt des Lichtwellenlei ters angelegte Energie ändern,
einem mit dem Lichtwellenleiter (120) verbundenen opti schen Emitter (150), wobei der optische Emitter (150) zur Er zeugung des optischen Datensignals hoher Bandbreite in Über einstimmung mit durch das Erfassungsarray (14) an dem Fassla ger (15) erzeugten Daten eingerichtet ist, und wobei das op tische Datensignal hoher Bandbreite zum Fortschreiten in dem Lichtwellenleiter (120) eingerichtet ist,
einer induzierten Strahlungswellenkammer (110), durch die der Lichtwellenleiter (120) fließen kann, wobei die indu zierte Strahlungswellenkammer (110) zum Bewirken eines Total reflexionsbruchs in dem Abschnitt des Wellenleiters einge richtet ist, der sich in der induzierten Strahlungswellenkam mer (110) befindet, um eine Abstrahlung des optischen Daten signals hoher Bandbreite von dem Wellenleiter (120) in der induzierten Strahlungswellenkammer zu bewirken, und wobei das optische Datensignal hoher Bandbreite von dem Wellenleiter (120) nicht außerhalb der induzierten Strahlungswellenkammer (110) abgestrahlt wird, und
einer optischen Erfassungseinrichtung (180), die mit der induzierten Strahlungswellenkammer (110) verbunden ist, wobei die optische Erfassungseinrichtung (180) das abgestrahlte op tische Datensignal hoher Bandbreite empfängt.

9. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 8, wobei die induzierte Strahlungswellenkammer (110) Energie aus Wär me, Licht, einem magnetischen Feld oder einem elektrischen Feld zur Erzeugung eines Totalreflexionsbruchs in dem Ab schnitt des Wellenleiters (120) verwendet, der sich in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) befindet, um eine Abstrahlung des optischen Datensignals hoher Bandbreite von dem Abschnitt des Wellenleiters (120) in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) zu bewirken.

10. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 9, wobei der optische Emitter innen in dem Lichtwellenleiter angeord net ist.

11. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 10, wobei die optische Erfassungseinrichtung mit der induzierten Strah lungswellenkammer mechanisch verbunden ist und sich damit dreht.

12. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 8, wobei der Lichtwellenleiter stationär ist.

13. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 12, wobei die induzierte Strahlungswellenkammer mit dem Fasslager me chanisch verbunden ist, und wobei sich die induzierte Strah lungswellenkammer damit dreht.

14. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 8, wobei das Computer-Tomographie-System ein Magnetresonanzabbildungs system ist, das eine optische Kommunikationsverbindung zur zuverlässigen Übertragung des optischen Datensignals hoher Bandbreite über die optische Verbindung verwendet.

15. Computer-Tomographie-System, das eine optische Kom munikationsverbindung (100) zur zuverlässigen Übertragung von Daten hoher Bandbreite über die optische Verbindung (100) verwendet, mit einem rotierenden Fasslager (15) und einem mit dem Fasslager (15) verbundenen Erfassungsarray (14), ferner mit
einer Einrichtung zur Erzeugung (150) zumindest eines optischen Datensignals hoher Bandbreite,
einem Lichtwellenleiter (120), der mit dem Fasslager (15) des Computer-Tomographie-Systems verbunden ist und sich entlang der Länge des Fasslagers (15) erstreckt, wobei der Lichtwellenleiter (120) optische Eigenschaften hat, die sich im Ansprechen auf einem Abschnitt des Lichtwellenleiters (120) zugeführte Energie ändern,
einer induzierten Strahlungswellenkammer (110), durch die der Lichtwellenleiter (120) fließen kann, und
einer Einrichtung zur Erzeugung eines Totalreflexions bruchs in dem Abschnitt des Lichtwellenleiters (120), der in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) angeordnet ist, um die Abstrahlung des zumindest einen optischen Datensignals hoher Bandbreite, das sich in dem Lichtwellenleiter befindet, von dem Lichtwellenleiter (120) in die induzierte Strahlungs wellenkammer (110) zu bewirken.

16. Computer-Tomographie-System nach Anspruch 15, ferner mit einer Einrichtung zur Erfassung (180) des zumindest einen optischen Datensignals hoher Bandbreite, das von dem Licht wellenleiter (120) in der induzierten Strahlungswellenkammer (110) abgestrahlt wird.

17. Computer-Tomographie-System, das eine optische Kom munikationsverbindung (100) zur zuverlässigen Übertragung ei nes optischen Datensignals hoher Bandbreite über die optische Verbindung (100) verwendet, mit einem rotierenden Fasslager (15) und einem mit dem Fasslager (15) verbundenen Erfassungs array (14), ferner mit
einer Einrichtung zur Erzeugung des optischen Datensi gnals hoher Bandbreite in einem Lichtwellenleiter (120),
einer Einrichtung zur Erzeugung (150) eines Totalrefle xionsbruchs in dem optischen Datensignal hoher Bandbreite, um eine Abstrahlung des optischen Datensignals hoher Bandbreite von dem Abschnitt des Lichtwellenleiters (120) zu bewirken, der sich in einer induzierten Strahlungswellenkammer (110) befindet, und
einer Einrichtung zur Erfassung (180) des abgestrahlten optischen Datensignals hoher Bandbreite.