(57)【要約】【課題】欠点を克服した、信号源の位置を決定する装置を提供すること。【解決手段】本発明は、変調周波数により変調された変調信号を出力するように構成された信号源の位置を決定するための装置に関するものであり、当該装置は、前記変調信号を、導体に沿って種々異なる位置で受信するように配置されており、変調信号を受信すると、当該変調信号を、第1の導体端部と第2の導体端部にそれぞれ反対方向に導くように構成された導体と、前記変調信号を、前記第1の導体端部と前記第2の導体端部で検出するように構成された検出器と、決定装置とを有し、該決定装置は、前記第1の導体端部で検出された変調信号と、前記第2の導体端部で検出された変調信号との位相差を決定し、前記導体を基準にした前記信号源の位置を、前記位相差に基づいて決定するように構成されている。【選択図】図1
2015031694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数により変調された変調信号を出力するように構成された信号源(1)の位置を決定するための装置であって、
・前記変調信号を、導体に沿って種々異なる位置で受信するように配置されており、変調信号を受信すると、当該変調信号を、第1の導体端部(5)と第2の導体端部(5)にそれぞれ反対方向に導くように構成された導体(3)と、
・前記変調信号を、前記第1の導体端部と前記第2の導体端部で検出するように構成された検出器(7)と、
・決定装置(9)と、を有し、該決定装置は、
前記第1の導体端部で検出された変調信号と、前記第2の導体端部で検出された変調信号との位相差を決定し、
前記導体を基準にした前記信号源の位置を、前記位相差に基づいて決定するように構成されている装置。
【請求項２】
前記決定装置(9)はさらに、
・前記第1の導体端部(5)で検出された変調信号の伝搬時間を第1の伝搬時間として、前記第2の導体端部(5)で検出された変調信号の伝搬時間を第2の伝搬時間として、前記位相差に基づいて決定し、
・前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比を決定し、
・信号源(1)の位置を、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する前記比に基づいて決定するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
変調周波数により変調された変調信号を出力するように構成された信号源(1)の位置を決定するための装置であって、
前記変調信号は、種々異なる位置で導体(3)に入力結合することができ、前記導体(3)に沿って反対方向に導かれ、
当該装置は、
・導体(3)の第1の端部(5)で検出された変調信号と、導体の第2の端部(5)で検出された変調信号との位相差を決定し、
・前記導体を基準にした前記信号源の位置を、前記位相差に基づいて決定するよう構成されている装置。
【請求項４】
当該装置はさらに、
・前記第1の導体端部(5)で検出された変調信号の伝搬時間を第1の伝搬時間として、前記第2の導体端部(5)で検出された変調信号の伝搬時間を第2の伝搬時間として、前記位相差に基づいて決定し、
・前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比を決定し、
・信号源(1)の位置を、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する前記比に基づいて決定するように構成されている、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記信号源(1)と前記導体(3)は、相対的に互いに可動に構成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記導体(3)は、リング形に構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記導体(3)は、少なくとも1つの導体区間から構成されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記信号源(1)から出力される信号は光学的信号であり、前記導体(3)は蛍光発光する光導体ファイバである、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記信号源(1)から出力される信号は電気信号であり、前記導体(3)は導電性の導体である、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記信号源(1)から出力される信号は音響信号であり、前記導体(3)は音響的導体である、請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
共通の軸を中心に相対的に互いに回転する2つの部分の間でデータを伝送するための機器(15)であって、請求項8から10のいずれか一項に記載の装置を有し、一方の部分に信号源(1)が、他方の部分に導体(3)が、回転軸を中心に配置されている機器(15)。
【請求項１２】
前記機器はコンピュータトモグラフィである、請求項11に記載の機器(15)。
【請求項１３】
前記機器はレーダ機器である、請求項11に記載の機器(15)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号源の位置を決定するための装置、およびこのような装置が使用される機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な適用において当業者には、円軌道上を運動するコンポーネントの位置を決定するという問題が課せられる。コンピュータトモグラフィにおいて、例えば回転するセンサの位置を決定する場合がある。
【０００３】
従来技術から、これに関する多数の解決策が公知である。これら解決策の1つは、円軌道上を運動し、したがって回転するコンポーネント(すなわち回転するセンサ)に符号化パターン(いわゆるコードディスク)を設け、これを光学的に走査することである。これら解決策のさらなる1つは、ホール素子を回転するコンポーネント上に配置することであり、このホールセンサによって位置決定のために磁気的測定を実行することができる。
【０００４】
しかしながらこの技術の問題は、コードディスクないしホール素子を回転対称の構成体に取り付けなければならないことである。コードディスクの使用は、多くの場合、コストがかなり掛かる。さらに取り付けの際には、労力を掛けてコードディスクを調整しなければならない。コードディスクを取り付けることも、ホール素子を取り付けることも、スペースの理由からコードディスクおよびホール素子に対して個別の解決策を発見しなければならない場合には往々にして困難になる。
【０００５】
さらなる解決策が、例えばドイツ特許公開公報第4421616号に記載されている。この従来技術では、蛍光発光する光導体ファイバが1つのリング形のループに湾曲される。蛍光発光する光導体ファイバ自体は通常の光導体ファイバであり、適切なやり方で蛍光発光色素、例えばローダミンG、ナイルブルーまたはその他がドープされている。
【０００６】
この蛍光発光する光導体ファイバを適切な波長、例えば650nmの光により照射すると、光導体ファイバに含まれる色素が光線を吸収し、比較的に大きな波長の光(ストークスシフト)を再び放射する。放射は光導体ファイバ内で、全ての方向で行われる。したがって、このように放射された蛍光光の一部が光導体ファイバに沿ってその端部に導かれ、そこで検知することができる。
【０００７】
前記従来技術によれば、この種の蛍光発光する光導体ファイバに側面からその周面を介して、信号源、例えばLEDまたはレーザダイオードから発する光学的信号が印加され、この信号がRZまたはNRZパルス変調スキームにしたがって変調される。別の言い方をすれば、デジタル信号が離散的パルスにより伝送され、このときに光オン状態は1を、光オフ状態は0を、またはその逆を指示することができる。
【０００８】
電気的ポテンシオメータと同じように、光が蛍光発光する光導体ファイバに入力結合される位置を決定することができる。これは、光導体ファイバの両端部において、まず光出力をファイバセンサによって測定し、続いて、光ファイバの両端部における光出力の比を計算することによって行われる。別の言い方をすれば、光ファイバの両端部で検出された光信号のそれぞれの振幅をまずファイバセンサによって測定する。続いて、測定された振幅の比を計算する。
【０００９】
しかしながらこの技術の問題は、振幅の測定が、この種のファイバセンサでは外部のパラメータに強く依存しており、そのため急速に誤測定に至ることがあることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ドイツ特許公開公報第4421616号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって本発明の課題は、これらの欠点を克服した、信号源の位置を決定する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のこの課題は、独立請求項1と独立請求項3による装置によって、および独立請求項11による機器によって解決される。従属請求項は、本発明のさらなる有利な構成に関するものである。
【００１３】
本発明の一態様によれば、変調周波数により変調された変調信号を出力するように構成された信号源の位置を決定するための装置が提供される。この装置は、
・前記変調信号を、導体に沿って種々異なる位置で受信するように配置されており、前記変調信号を受信すると、当該変調信号を、第1の導体端部と第2の導体端部にそれぞれ反対方向に導くように構成された導体と、
・前記変調信号を前記第1の導体端部と前記第2の導体端部で検出するように構成された検出器と、
・決定装置とを有し、該決定装置は、
前記第1の導体端部で検出された変調信号と、前記第2の導体端部で検出された変調信号との位相差を決定し、
前記導体を基準にした信号源の位置を、前記位相差に基づいて決定する、ように構成されている。
【００１４】
本発明のさらなる一態様によれば、前記決定装置がさらに次のように構成された装置が提供される。すなわち、前記決定装置は、
・前記第1の導体端部で検出された変調信号の伝搬時間を第1の伝搬時間として、前記第2の導体端部で検出された変調信号の伝搬時間を第2の伝搬時間として、前記位相差に基づいて決定し、
・前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比を決定し、
・信号源の位置を、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する前記比に基づいて決定する、ように構成されている。
【００１５】
本発明のさらなる一態様によれば、変調周波数により変調された変調信号を出力するように構成された信号源の位置を決定する装置が提供され、前記変調信号は、種々異なる位置で導体に入力結合することができ、当該導体に沿って反対方向に導かれる。この装置は、
・導体の第1の端部で検出された変調信号と、前記導体の第2の端部で検出された変調信号との位相差を決定し、
・前記導体を基準にした前記信号源の位置を、前記位相差に基づいて決定するように構成されている。
【００１６】
本発明のさらなる一態様によれば装置が提供され、この装置はさらに、
・前記第1の導体端部で検出された変調信号の伝搬時間を第1の伝搬時間として、前記第2の導体端部で検出された変調信号の伝搬時間を第2の伝搬時間として、前記位相差に基づいて決定し、
・前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比を決定し、
・信号源の位置を、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比に基づいて決定するように構成されている。
【００１７】
本発明のさらなる一態様によれば、信号源と導体は相対的に互いに可動であるように構成されている装置が提供される。
【００１８】
本発明のさらなる一態様によれば、導体はリング形に構成されている装置が提供される。
【００１９】
本発明のさらなる一態様によれば、導体は少なくとも1つの導体区間から構成されている装置が提供される。
【００２０】
本発明のさらなる一態様によれば、信号源から出力される信号は光学的信号であり、導体は蛍光発光する光導体ファイバである装置が提供される。
【００２１】
本発明のさらなる一態様によれば、信号源から出力される信号は電気信号であり、導体は導電性の導体である装置が提供される。
【００２２】
本発明のさらなる一態様によれば、信号源から出力される信号は音響信号であり、導体は音響的導体である装置が提供される。
【００２３】
本発明のさらなる一態様によれば、共通の軸を中心に相対的に互いに回転する2つの部分の間でデータを伝送するための機器であって、本発明の装置を備える機器が提供される。ここでは一方の部分に信号源が、他方の部分に導体が、回転軸を中心に配置されている。
【００２４】
本発明のさらなる一態様によれば、この機器はコンピュータトモグラフィである機器が提供される。
【００２５】
本発明のさらなる一態様によれば、この機器はレーダ機器である機器が提供される。
【００２６】
以下本発明を、添付図面と好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】好ましい実施形態による本発明の装置のブロック回路図である。
【図２】光源と蛍光発光する光導体ファイバとの間のデータ伝送の機能原理図である。
【図３】デジタル信号を光学的に伝送するための装置を備えるファイバオプティック回転伝達体の大凡の概略構造を示す図である。
【図４】本発明の装置を備えるコンピュータトモグラフィの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の好ましい一実施形態によれば、変調周波数により変調された変調信号を出力する信号源1の位置を決定するための装置であって、前記変調信号は種々異なる位置で導体3に入力結合され、該導体3に沿って反対方向に導かれる本発明の装置は、決定装置9を有する。
【００２９】
本発明のさらなる好ましい一実施形態によれば、変調周波数により変調された変調信号を出力する信号源の位置を決定するための本発明の装置は、導体3と、検出器7と、決定装置9とを有する。
【００３０】
図1は、好ましい一実施形態による本発明の装置のブロック回路図を示す。
【００３１】
図示しないデータ源では、デジタル信号が前置歪み器(Vorverzerrer)11aに供給される。この前置歪み器11aでは、デジタル信号がアナログ信号に変換され、信号源1に印加される。信号源1は信号を出力する。信号源1から出力される信号は、伝送すべきデジタルデータに基づいて変調周波数により変調されたレベルを有している。言い替えると、信号は振幅変調されている。この振幅変調された信号は、公知のパルス振幅変調にしたがい、または直交周波数分割多重/離散的マルチトーン変調(OFDM/DMT)にしたがい変調することができる。他の振幅変調技術も同様に可能である。
【００３２】
変調信号は種々異なる位置で導体3に沿って導体3により受信され、ないし導体3に入力結合される。受信位置から変調信号は導体3の両端部5へ、それぞれ反対方向に導かれる。
【００３３】
導体3の端部5は検出器7と接続しており、この検出器は変調信号が端部5に到達すると直ちにこの変調信号を検出する。
【００３４】
決定装置9が検出器7に後置接続されている。この決定装置9は、導体3の一方の端部で検出された変調信号と、導体3の他方の端部5で検出された変調信号との位相差を決定する。決定装置9は、導体3の一方の端部5で検出された変調信号の伝搬時間(第1の伝搬時間)と、導体3の他方の端部5で検出された変調信号の伝搬時間(「第2の伝搬時間」)を前記位相差に基づいて決定する。決定装置9は、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する比を決定する。決定装置9は、導体3を基準にした信号源1位置を、前記第1の伝搬時間の前記第2の伝搬時間に対する前記比に基づいて決定する。このことはさらに、検出装置9は、導体3を基準にした信号源1の位置を前記位相差に基づいて決定することを意味する。
【００３５】
信号源1と導体3は、相対的に互いに可動である。信号源1と導体3は、同軸に互いに運動することができる。導体3はリング形に構成することができる。択一的に導体3はらせん形に構成するか、または線形に構成することができる。さらに導体3は少なくとも1つの導体区間から構成されている。導体3は複数の導体区間から構成することもでき、したがって複数の部分区間からなる。
【００３６】
好ましくは検出器7と決定装置9には歪み除去器(Entzerrer)11bが割り当てられており、この歪み除去器は受信された信号の歪みを除去し、デジタル信号に逆変換する。
【００３７】
本発明のさらなる好ましい一実施形態によれば、信号源1から出力される信号は光学的信号であり、導体3は蛍光発光する光導体ファイバである。このようにして、信号伝送が信号源1と導体3との間で無接触で行われる。
【００３８】
蛍光発光する光導体ファイバの機能原理が、図1に関連して説明される。光源1から放射される光は、蛍光発光する光導体ファイバ3の周面に衝突する。蛍光発光する光導体ファイバ3に含まれる色素がこの光の一部を吸収し、比較的に波長の大きな蛍光光を放射する。色素と励起波長が適切に選択されていると、吸収スペクトルと放射スペクトルとの通常は存在する部分的なオーバラップが小さく維持されることが可能であり、したがって僅かな自己吸収しか発生しない。
【００３９】
放射プロセスは、色素に対して典型的な時間遅延(いわゆる蛍光寿命)をもって行われ、この時間遅延は通常、数ナノ秒の範囲にあり、これが伝送帯域幅を制限する。
【００４０】
蛍光発光する光導体ファイバ3の構造、とりわけ開口数、直径等に依存して、蛍光発光する光導体ファイバ3内で形成される光の一部がこの光導体ファイバに捕獲され、周面における全反射を介して蛍光発光する光ファイバ3の両端部5に案内される。そこで光を適切に検知することができる。光の検知は、例えばフォトセル等のような検出器7によって行われる。案内された光線の成分は、いわゆるパイピング効率(Piping-Efficiency)PEにより記述される。
【００４１】
PE=1-nm/nk
ここでnmとnkは、蛍光発光する光導体ファイバ3のファイバクラッドないしファイバコアのそれぞれの屈折率である。
【００４２】
図3に示されるように、蛍光発光する光導体ファイバ3が、ループの形に(すなわちリング形に)、第2の構造部分の回転軸に対して同芯に湾曲すると特に有利である。この第2の構造部分には光学的信号源1として、回転軸から離間したレーザダイオードまたはLEDが設けられており、これから放射された光が他の構造部分の蛍光発光する光導体ファイバ3に入射するよう構成されている。2つ構造部分の1つが共通の回転軸を中心に回転しても、2つの部分の間の確実な信号伝送が可能である。
【００４３】
この好ましい実施形態によれば、蛍光発光する光導体ファイバ3の2つの端部5の一方にミラーを配置することができ、このミラーでファイバを通って導かれた光が反射される。これにより光は2つの端部5の他方にファイバを通って導かれる。
【００４４】
本発明のさらなる好ましい一実施形態によれば、信号源1から出力される信号は電気信号であり、導体3は導電性の導体である。例えば導体3は導電材料からなることができる。信号源1から導体3への信号の伝達は、信号源1が導体3に例えばスリップコンタクト(Schleifkontakt)により接触することで行われる。
【００４５】
本発明のさらなる好ましい一実施形態によれば、信号源1から出力される信号は音響信号であり、導体3は音響的導体である。例えば導体3は液体の満たされたパイプとすることができ、このパイプの中を信号源1により励振された音波が伝播する。
【００４６】
図4は、本発明の装置を特に有利に使用することのできるシステムないし機器としてのコンピュータトモグラフィ15と関連する本発明の適用を示す。コンピュータトモグラフィでは、周期的に大容量のデータを短時間で、回転部分と固定部分との間で伝送しなければならない。回転軸を介する伝送は不可能である。なぜならそこには被検患者ないし患者用の寝台13が配置されているからである。したがって本発明によれば、図4に示すように、コンピュータトモグラフィの固定部分の上にループ形(すなわちリング形)の導体3が配置され、その端部は適切な検出回路7と接続されている。
【００４７】
このループは回転軸に対して同芯に構成されており、患者に対して十分なスペースが得られるようにこの回転軸から離間している。回転部分には回転軸から離間して信号源1が設けられている。
【００４８】
コンピュータトモグラフィの回転部分により記録された画像情報はデジタルデータに変換され、パルス振幅変調法または多重周波数マルチプレクス法により振幅変調された信号に信号源1で変換され、導体3に伝送される。
【００４９】
この信号は導体3を通ってその端部5に導かれる。適切な検出器7が、導体の端部5でこの信号を検出し、この信号には歪み除去、復調並びにアナログ/デジタル変換が施される。このようにしてデジタル画像データが受信側で復元される。本発明の機器が使用できるデータ伝送帯域幅が大きいので、画像データを適切なエラー補正データと共に伝送することができる。これにより回転部分と固定部分との間で、確実で信頼性があり高速のデータ伝送を行うことができる。
【００５０】
本発明の好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。コンピュータトモグラフィの代わりに、本発明は有利にはレーダアンテナでも使用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
1  信号源
3  導体
5  端部
7  検出器
9  決定装置
11a  前置歪み器
11b  歪み除去器
13  寝台
15  コンピュータトモグラフィ
【図１】
2015031694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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