DE102004058293A1

DE102004058293A1 - Optischer Drehübertrager mit Reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004058293A1
Application number: DE102004058293A
Authority: DE
Inventors: Harry Schilling; Thomas Tartler; Hans Thiele
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Übertragung modulierter optischer Signale zwischen einer ersten Einheit und einer zweiten Einheit, wobei die erste Einheit gegenüber der zweiten Einheit drehbar gelagert ist. Die Vorrichtung umfasst einen Lichtleiter entlang einer Kreisbahn an der ersten Einheit, einen ersten Lichtkoppler zur Lichtein- bzw. Auskopplung in den Lichtleiter und einen zweiten Lichtkoppler zur Lichtein- bzw. Auskopplung in den Lichtleiter, welcher an der zweiten Einheit angeordnet ist und gegenüber dem Mittel zur Lichtleitung beweglich ist.
Um eine Verschmutzung des Lichtleiters zu vermeiden bzw. zu beseitigen, welche zu einer hohen Dämpfung bzw. Übertragungsstörungen führen kann, wird eine Reinigungseinheit zur Entfernung von Schmutz und Staubpartikeln vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten. Derartige Vorrichtungen werden vorzugsweise in Computertomografen eingesetzt.

Zur Übertragung optischer Signale zwischen gegeneinander drehbaren Einheiten, insbesondere mit einem freiem Innendurchmesser sind verschiedene Vorrichtungen bekannt. Grundsätzlich besteht hierin das Problem, ein Mittel zum Transport von Licht entlang des Umfangs der Vorrichtung sowie geeignete Mittel zur ein- und Auskopplung von Licht zu gestalten. Zum Einsatz in Computertomografen müssen derartige Vorrichtungen große freie Innendurchmesser in einer Größenordnung von 1 Meter aufweisen. Die Umfangsgeschwindigkeit bei der Rotation kann in einer Größenordnung von 20 m/s liegen. Gleichzeitig sollten Datenraten mit über 1 Gigabit pro Sekunde (GBaud) möglich sein.

Nahezu alle Arten von optischen Drehübertragern reagieren empfindlich auf Verschmutzungen im Bereich des optischen Signalpfades. Auch in relativ sauberen Umgebungen, in denen beispielsweise Computertomografen eingesetzt werden, treten Staubpartikel auf. So wird beispielsweise in Computertomografen zur Energieversorgung der Röntgenröhre meist ein Schleifring mit einer Messingbahn und darauf laufenden Kohlebürsten eingesetzt. Diese Kohlebürsten werden im Betrieb durch das Schleifen auf der Messingbahn abgerieben und verursachen so einen extrem feinen Staub, welcher auch in feinste Öffnungen eindringen kann.

In der WO 03/069392 ist eine Vorrichtung zur breitbandigen Signalübertragung mittels eines in Längsrichtung geteilten Lichtleiters offenbart. Es ist der Inhalt der WO 03/069392 durch Bezugnahme mit in dieses Dokument aufgenommen. Der Lichtleiter liegt hier frei und damit ungeschützt vor Staub und anderen Verschmutzungen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung optischer Signale zwischen zwei gegeneinander drehbaren Einheiten, vorzugsweise zum Einsatz in Computertomographen, derart zu gestalten, dass Staub und anderen Verschmutzungen die Übertragungsqualität nicht beeinträchtigen können.

Erfindungsgemäße Lösungen dieser Aufgabe sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen optischen Drehübertrager mit Lichtleiter 3, welcher entlang einer Kreisbahn an einer ersten Einheit 1 angeordnet ist. Der Einfachheit halber wird hier nur ein Lichtlei ter beschrieben. Selbstverständlich können auch mehrere Lichtleiter in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen werden. Zum Abgriff der Signale aus dem Lichtleiter 3 ist an einer zweiten Einheit 2, welche gegenüber der ersten Einheit 1 drehbar gelagert ist, ein Lichtkoppler 5 vorgesehen. Weiterhin ist eine Reinigungseinheit 40, 41 zur Entfernung von Schmutz und/oder Staubpartikeln von dem Lichtleiter 3 vorgesehen. Die Aufgabe der Reinigungseinheit ist es primär, Verschmutzungen von dem Lichtleiter 3 zu entfernen. Weiterhin können selbstverständlich auch Verschmutzungen von umgebenden Bauteilen, wie einer Lagerung, insbesondere einer Luftlagerung entfernt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Reinigungseinheit 40 mit wenigstens einer zweiten Einheit 2 derart verbunden, so dass diese zusammen mit der zweiten Einheit 2 entlang des Lichtleiters 3 bewegbar ist. Somit bewegt sich die Reinigungseinheit zusammen mit der Bewegung der zweiten Einheit. Dadurch lässt sich eine einfache Halte- und Antriebs- Konstruktion für die Reinigungseinheit 40 realisieren. Besonders günstig ist es, wenn die Reinigungseinheit in Bewegungsrichtung vor einem Lichtkoppler 5 geführt wird, so dass der Lichtleiter vor der Übertragung gereinigt wird. Bei Ausführungen mit flüssigen Reinigungsmitteln kann es dagegen besonders vorteilhaft sein, die Reinigungseinheit in Bewegungsrichtung hinter einem Lichtkoppler 5 zu führen, da dann eine eventuell auf dem Lichtleiter verbliebene Reinigungsflüssigkeit trocknen kann.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Reinigungseinheit 41 vor, welche unabhängig von einer zweiten Einheit entlang des Lichtleiters 3 bewegbar ist. Mit dieser Ausgestaltung kann eine unabhängige Steuerung der Bewegung der Reinigungseinheit 41 von der Bewegung eines Lichtkopplers 5 erfolgen. So könnten beide mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden, um beispielsweise eine Anpassung der Geschwindigkeit an den Grad der Verschmutzung zu erreichen. Entsprechend können auch mehrere Reinigungseinrichtungen vorgesehen, welche sich in festen Abständen oder auch unabhängig voneinander entlang des Lichtleiters bewegen können. Entsprechend der Ausgestaltung der Reinigungseinheit 41 kann die Bewegung auf der gleichen Bahn wie die eines Lichtkoppler 5 erfolgen. Dabei ist es unmöglich, dass eine Reinigungseinheit 41 einen Lichtkoppler 5 überholt. Dennoch kann die lokale Geschwindigkeit der Reinigungseinheit 41 angepasst werden. So könnte diese beispielsweise bei einer besonders stark verschmutzten Stelle reduziert und nach Reinigung dieser Stelle zumindest kurzzeitig erhöht werden, um eine Kollision mit einem Lichtkoppler 5 zu vermeiden. Alternativ kann eine Reinigungseinheit 41 auch derart ausgestaltet werden, dass sie eine andere Bahn als ein Lichtkoppler 5 verwendet. Hier kann eine solche Reinigungseinheit 41 vollständig unabhängig von einem Lichtkoppler 5 bewegt werden. Dazu ist dann die Reinigungseinheit 41 vorzugsweise seitlich oder oberhalb der Bahn eines Lichtkopplers 5 anzuordnen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Sensor zur Erkennung von Verschmutzung vor. Weiterhin ist eine optionale Steuereinheit vorgesehen, welche abhängig von Verschmutzungsgrad die Einwirkzeit und/oder Reinigungsintensität die Reinigungseinheit einstellt. So kann beispielsweise bei besonders starker Verschmutzung mit höherem Druck, höherer Temperatur, oder höherer Flüssigkeitsmenge gereinigt werden, während beispielsweise bei sehr geringer oder nicht nachweisbarer Verschmutzung die Reinigungseinrichtung abgeschaltet wird. Dadurch lässt sich ein niedrigerer Energieverbrauch sowie gegebenenfalls ein geringerer Verbrauch an Reinigungsmitteln erreichen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einrichtung zum Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln vor. Hierzu wird vorzugsweise mit einer Düse 42 Luft in einem Luftstrom 44 auf den Lichtleiter 3 geblasen. Neben Luft sind selbstverständlich auch andere Gase oder Flüssigkeiten geeignet. Zur Speisung der Düse mit einem Luftstrom 43 ist eine Luftdruckquelle bzw. Luftpumpe vorgesehen. Durch den Luftstrom werden die Staub bzw. Schmutzpartikel von der Oberfläche des Lichtleiters 3 aufgewirbelt und fortgerissen. Besonders günstig ist es, die Düse derart anzuordnen, dass die aufgewirbelten Partikel seitlich von dem Lichtleiter weggeblasen werden. Zur Unterstützung dieses Effekts können auch Luftleitvorrichtungen, wie Luftleitbleche vorgesehen sein. Vorteilhafterweise weist die Luftpumpe ein Filter auf, so dass ausschließlich gereinigte Luft auf den Lichtleiter geblasen wird. Eine weitere Verbesserung der Reinigungswirkung lässt sich durch die Erzeugung von Wirbeln, welche auf der Oberfläche des Lichtleiters eine lokal begrenzte, hohe Strömungsgeschwindigkeit besitzen, erreichen. Hierbei kann es solche vorteilhaft sein, den Luftstrom 44 entgegen der Bewegungsrichtung der Reinigungseinheit zu richten.

Bei Anwendungen, in denen ein Luftlager zu Abstützung eines Lichtkopplers 5 gegenüber dem Lichtleiter 3 vorgesehen ist, kann die Strömung zum Wegblasen der Staub- und Schmutzpartikel durch zusätzliche Strömungskanäle zur Führung der ohnehin für die Lagerung benötigten Luft erzeugt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine Reinigungseinheit 40, 41 eine Saugvorrichtung auf. Eine solche Saugvorrichtung wird an eine Unterdruckquelle, wie beispielsweise eine Luftpumpe angeschlossen. Sie weist eine Absaugöffnung 60 auf, durch welche die Luft von der Oberfläche des Lichtleiters 3 abgesaugt wird. Diese Absaugöffnung ist vorzugsweise so angeordnet, dass sie zumindest in einem engen Bereich an der Oberfläche des Lichtleiters eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit erzeugt. Diese Strömungsgeschwindigkeit sollte so hoch bemessen sein, dass ein hoher Anteil an Schmutzpartikeln mitgerissen wird. Vorteilhafterweise ist in dem Luftstrom noch ein Filter vorgesehen, welches die Staub und Schmutzpartikel zurückhält, so dass diese nicht weiter an die Umgebungsluft abgegeben werden. Eine solche Saugvorrichtung lässt sich sehr vorteilhaft mit der oben beschriebenen Einrichtung zum Ausblasen kombinieren. In diesem Fall kann es ausreichend sein, wenn die Einrichtung zum Ausblasen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luft erzeugt. Dieser Vorrichtung muss dann nur noch die aufgewirbelten Partikel entfernen, benötige hierzu aber keine hohe Strömungsgeschwindigkeit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Bürsteneinheit zur Reinigung der Oberfläche des Lichtleiters vor. Diese Bürsteneinheit umfasst typischerweise einen Bürstenträger 52, welcher eine oder mehrere Bürsten 53 aufnimmt. Die Bürsten sind so angeordnet, dass sie entlang der Oberfläche des Lichtleiters 3 gleiten. Die Bürsten können wie Pinsel, aber auch in Form einer Walze ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind mehrere Bürsten in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet, um eine besonders gründliche Reinigung zu erreichen. Weiterhin können Bürsten unterschiedlicher Härtegrade miteinander kombiniert werden, um verschiedene Partikelgrüßen von unterschiedlichen Verschmutzungen von dem Lichtleiter 3 zu entfernen. Besonders vorteilhaft ist auch hier die Kombination einer Bürsteneinheit mit der zuvor beschriebene Saugvorrichtung und/oder der zuvor beschriebenen Einrichtung zum Ausblasen. Dadurch kann eine wesentlich stärkere Reinigungswirkung, als mit nur einer dieser Vorrichtungen alleine erreicht werden.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters 3 in der oben angegebenen Anordnung zu Übertragung optischer Signale durch Erzeugen eines Luftstroms 44 mit einer Düse 42 und Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters 3.

Ein weiteres erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters 3 umfasst das Absaugen von Staubpartikeln und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters 3.

Ein weiteres erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters 3 umfasst das Abbürsten von Staubpartikeln und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters 3.

Ein weiteres erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters 3 umfasst die Abgabe eines Dampfstroms 56, welcher auf den Lichtleiter 3 gerichtet ist.

Ein weiteres erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters 3 umfasst die Abgabe einer Reinigungsflüssigkeit 48 auf den Lichtleiter 3 sowie die Aufnahme der Reinigungsflüssigkeit 48 mit darin gelösten Schmutzpartikeln 39.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.

1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht.

3 zeigt eine Reinigungseinheit in Form einer Einrichtung zum Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln.

4 zeigt eine Reinigungseinheit in Form einer Saugvorrichtung.

5 zeigt eine Reinigungseinheit in Form einer Bürsteneinheit.

1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt. Darin sind sowohl die erste Einheit 1 als auch die zweite Einheit 2 als Scheiben mit zentrischer Bohrung, welche um die Drehachse 6 drehbar gelagert sind, dargestellt. Der Lichtleiter 3 ist hier beispielhaft als auf der Innenseite verspiegelter Graben dargestellt. Er erstreckt sich um den gesamten Umfang der ersten Einheit. Im Eingriff mit diesem Graben ist ein zweiter Lichtkoppler 5, welcher an der zweiten Einheit 2 angeordnet ist. Dieser Lichtkoppler greift das in dem Lichtleiter geführte Licht ab und leitet es mit einer lichtleitenden Faser 7 weiter. Zur exakten Ausrichtung von Lichtleiter und zweitem Lichtkoppler in einer Achse ist eine Hydrodynamischen Lagerung sowie eine elektrodynamische Lageregelung vorgesehen. Die hydrodynamische Lagerung basiert auf einem dünnen Luftfilm, welche sich durch die Bewegung der beiden Einheiten gegeneinander zwischen der ersten Lagerfläche 21 und der zweiten Lagerfläche 20 ausgebildet wird. Zur Unterstützung sind beispielsweise zusätzliche Mittel zur Luftführung vorgesehen. Ein Aktuator 8 dient zur exakten Höheneinstellung des Lichtkopplers. Die Sensoren 9a und 9b dienen zur Ermittlung von Verschmutzungen.
2 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht. Eine erste Einheit 1 dient zur Aufnahme eines ringförmigen Lichtleiters 3. Dieser Lichtleiter ist beispielsweise ein auf der Innenseite verspiegelter Graben. Eine zweite Einheit 2 dreht sich gegenüber der ersten Einheit um die Drehachse 6. Die zweite Einheit enthält einen zweiten Licht koppler 5. Licht aus einem nicht dargestellten Sender wird bezogen auf das Modulationssignal gleichphasig mittels der beiden ersten Lichtkoppler 4a, 4b in den Lichtleiter 3 eingespeist. Das Licht vom ersten Lichtkoppler 4a läuft auf der rechten Seite der Abbildung bis zum Absorber 13. Gleichzeitig läuft das Licht des ersten Lichtkopplers 4b auf der linken Seite bis zum Absorber 13. Der Absorber ist symmetrisch in Bezug auf die Einkoppelstelle der ersten Lichtkoppler angeordnet, so dass die Lichtwege 32 auf beiden Seiten gleich lang sind. Der Abgriff des Lichts erfolgt mittels eines zweiten Lichtkopplers 5, welcher um die Drehachse 6 entlang der Bahn des Lichtleiters 3 drehbar gelagert ist und das abgegriffene Licht einem optischen Empfänger zuführt. Zur Vereinfachung ist der optische Empfänger ebenfalls nicht abgebildet. Eine Reinigungseinheit 40 ist in die zweite Einheit 2 integriert. Sie läuft mit dieser zweiten Einheit entlang dem Lichtleiter 3 und reinigt ihn entsprechend. Weiterhin ist eine unabhängige Reinigungseinheit 41 dargestellt, welche sich unabhängig von dem zweiten Lichtkoppler bewegen lässt.
In 3 ist eine Reinigungseinheit in Form einer Einrichtung zum Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln dargestellt. Mittels einer Düse 42 wird ein Luftstrom 43 von einer Luftdruckquelle in Richtung des Lichtleiters Ziffer 3 geblasen. Der aus der Düse austretenden Luftstrom 44 wirbelt die Staubpartikel 39 auf und bläst diese vom Lichtleiter 3 fort.
4 zeigt eine Reinigungseinheit in Form einer Saugvorrichtung. Ein Düsenblock 45, welcher in Form einer Düse ausgebildet ist, weist eine Absaugöffnung 60 auf, durch welche Luft von der Außenseite angesaugt wird. Der Luftstrom 61 reißt die Staubpartikel 39 mit und entfernt sie somit von der Oberfläche des Lichtleiters 3.
5 zeigt eine Reinigungseinheit in Form einer Bürsteneinheit. Ein Bürstenträger 52 dient zur Aufnahme der Bürsten 53a, 53b, 53c. Die Bürsten werden entlang dem Lichtleiter 3 bewegt und kehren so auf der Oberfläche angelagerte Schmutzpartikel ab.

1: Erste Einheit
2: Zweite Einheit
3: Lichtleiter
4: Erster Lichtkoppler an der ersten Einheit
5: Lichtkoppler an der zweiten Einheit
6: Drehachse der Drehung zwischen erster und zwei
: ter Einheit
7: Lichtleitende Faser
8: Aktuator
9: Sensor
10: Steuereinheit
11: Referenzspur
13: Absorber
20: zweite Lagerfläche
21: erste Lagerfläche
32: Lichtstrahl
39: Staubpartikel bzw. Schmutzschicht
40: in die zweite Einheit integrierte Reinigungsein
: heit
41: unabhängige Reinigungseinheit
42: Düse
43: Luftstrom von einer Luftdruckquelle
44: Luftstrom aus der Düse auftretend
45: Düsenblock
52: Bürstenträger
53: Bürsten
60: Absaugöffnung
61: Luftstrom mit Schmutzpartikeln

Claims

Vorrichtung zum Einsatz in Computertomographen zur Übertragung modulierter optischer Signale zwischen einer ersten Einheit (1) und einer zweiten Einheit (2), wobei die erste Einheit gegenüber der zweiten Einheit drehbar gelagert ist, umfassend – einen Lichtleiter (3) entlang einer Kreisbahn an der ersten Einheit, – wenigstens einen mit dem Lichtleiter verbundenen ersten Lichtkoppler (4) zur Lichtein- bzw. Auskopplung in den Lichtleiter, – wenigstens einen zweiten Lichtkoppler (5), welcher an der zweiten Einheit angeordnet ist, und gegenüber dem Lichtleiter beweglich ist, zur Lichtein- bzw. Auskopplung in den Lichtleiter, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (40, 41) zur Entfernung von Schmutz und/oder Staubpartikeln vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (40) mit wenigstens einer zweiten Einheit (2) derart verbunden ist, so dass diese zusammen mit der zweiten Einheit entlang des Lichtleiters bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (41) vorgesehen ist, welche unabhängig von einem Lichtkoppler (5) entlang des Lichtleiters bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor zur Erkennung von Verschmutzungen auf der zu reinigenden Oberfläche vorgesehen ist, und dieser einer optionalen Steuereinheit die Verschmutzung signalisiert, so dass diese abhängig von Verschmutzungsgrad die Einwirkzeit und/oder Reinigungsintensität der Reinigungseinheit einstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (40, 41) eine Einrichtung zum Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln mit einer Düse (42) zur Erzeugung eines Luftstroms (44), welcher zumindest auf den Lichtleiter (3) gerichtet ist, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (40, 41) eine Saugvorrichtung mit einer Absaugöffnung durch welche die Staubpartikel und Schmutzpartikel von der Oberfläche des Lichtleiters (3) abgesaugt werden, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Reinigungseinheit (40, 41) eine Bürsteneinheit aus einem Bürstenträger (52) mit wenigstens einer Bürste (53) umfasst.
Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters (3) einer Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch Erzeugen eines Luftstroms (44) mit einer Düse (42) und Ausblasen von Staub und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters (3).
Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters (3) einer Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch Absaugen von Staubpartikeln und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters (3).
Verfahren zur Reinigung der Oberfläche eines Lichtleiters (3) einer Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch Abbürsten von Staubpartikeln und Schmutzpartikeln von der Oberfläche des Lichtleiters (3).