[發明專利]用于供應能量和返回數據的光學收發器、光學系統、介入設備和方法

有效

• 申請號: 201780053814.3
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN109644047B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: M·B·范德馬克;K·C·J·韋杰布蘭斯;G·W·呂卡森
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H04B10/25
• 分類號: H04B10/25;H04B10/80
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

本發明涉及一種光學收發器，其包括光學轉換器電路(24)，所述光學轉換器電路包括光電子設備(26)、生成數據的電子器件(30)、以及被配置為控制所述光電子設備(26)的所述電子器件(30)電路(28)。所述光電子設備(26)被配置為在接收入射光束時將所述光束轉換成電能。所述光電子設備(26)還被配置為發射光脈沖，其中，所述光脈沖的發射是通過由入射光束光致電致發光(PIEL)而引起的，其中，基于光致電致發光的光脈沖包括由所述電子器件(30)生成的數據。所述電路(28)被配置為根據多信號水平編碼方案將所述數據調制到所述光電子設備上(26)，使得所述光電子設備(26)以光強度離散的集合的多于兩個不同水平發射所述光脈沖。

技術領域

本發明涉及光學收發器、光學系統和介入設備。光學收發器可用于向遠程電子設備光學地供應能量和從遠程電子設備返回數據，特別是在醫療技術領域。本發明還涉及光學地供應能量和光學地返回數據的方法。

背景技術

光學收發器在應用中是有用的，其中，經由電線的功率輸送和數據傳輸是有問題的，特別是由于功率輸送和數據傳輸路徑的尺寸限制。盡管本發明不限于在醫學應用中的用途，但是本文中將關于醫學應用描述本發明。

在醫學領域，存在利用微創介入來取代傳統外科手術的顯然和持續的趨勢。創傷減少、住院時間縮短和成本降低是采用微創技術的最重要驅動因素。為了實現醫學儀器的進一步革新——從而實現更先進和更具挑戰性的微創介入——需要在如導管和導絲的儀器中集成微型傳感器，用于體內成像和生理測量。傳感器在這些儀器的尖端中的集成意味著需要能夠將電力傳遞到醫學設備的遠端尖端并且將數據從遠端尖端傳送回醫學設備的近端末端的線。

將數據和功率輸送到諸如導管或導絲的長而薄的設備的尖端用于成像、感測、敏化或甚至消融可能是具有挑戰性的。除此之外，包括從遠端到近端的高數據速率返回通道更加成問題。這是由于幾個原因。

首先，醫學介入所需的小的橫截面(即小直徑)與導線或導管的長的長度的組合確實嚴重限制了可以集成在這樣的儀器中的電線的總數。

其次，多根電線的集成損害了儀器的靈活性，而靈活性是這類儀器的關鍵特性。

第三，對于高數據速率，例如尖端處的超聲換能器所需或用于敏感測量，通常需要同軸電纜，與單芯線相比需要更多空間。

第四，由于電線中的或者電線的諧振導致連接的電子器件中的電磁干擾并且還可能導致組織加熱，因此具有電線的儀器通常與磁共振成像的使用不兼容。此外，細電纜通常不能支撐相對高的量的功率以在導管的遠端末端使用。

而且，由于它們的一次性使用，導管和導絲必須以相對簡單且成本有效的方式制造。

WO2014/072891A1描述了一種光學收發器，其從遠程激光光源接收光能并將光能轉換成電能以為收發器的光學轉換器電路供電。為此，光學收發器包括呈發光二極管(LED)形式的光電子設備。光學轉換器電路可以具有生成數據的電子器件。雖然這種已知的光學收發器在提供足夠的功率輸送能力以致動作為電子設備的超聲導管方面是有效的，但是因為光電子設備具有所需的大表面積以實現必要功率輸出，所以光電子設備的大表面積限制了帶寬以及因此從收發器到近端的返回路徑中的數據傳輸的數據速率。出于這個原因，進一步提出在那里使用單獨的光電子設備，特別是垂直腔表面發射激光器(VCSEL)，用于從遠端到近端的返回路徑中的數據傳輸。然而，用于數據傳輸的單獨的光電子設備和用于能量收集的單獨的光電子設備為使用光學收發器的介入儀器的電子和光學部件增加了顯著的復雜性。用作光電子設備的較小的LED將增加數據傳輸的帶寬，但是雜散電容和邊緣效應會破壞這種情況，并且LED的光電轉換效率降低。

因此，問題在于光學收發器要么不能僅用單個LED提供高帶寬，要么在光電轉換中效率較低，要么由于額外的VCSEL以及相關的成本、制造和對準問題而復雜。

因此，需要一種改進的光學收發器，其保持實現足夠的轉換功率輸出的能力，但增加了返回路徑中的數據傳輸的帶寬。