(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに溶接されるファイバリボンのファイバ（１）の末端部が、レンズ系（１５）及び画像ユニット（１３，６１）の光軸に対して傾斜角（α）で傾斜する実質的に単一平面内にある輪郭を有する物体を形成するファイバ溶接装置において、該末端部を画像ユニット（１３，６１）の光検出器（１７）上のレンズ系（１５）を通して結像するときの、背景照明を作る方法であって、前記光検出器（１７）は前記レンズ系（１５）及び画像ユニット（１３，６１）の光軸と光軸の垂直な面に対して傾斜角（β）で傾斜し、
実質的に同じ強度が前記光軸と一致する中心方向の回りを実質的に回転対称に分布する光線を実質的に含む光ビームであって、該光ビームは前記画像ユニット（１３，６１）から見て前記単一平面に対して前記傾斜角（α）をもって前記物体の後ろ側に当たる、光ビームを作る工程と、
前記光ビームがこの物体に当る前に、該光ビームを絞りを通過させた後散乱または拡散させることによってその強度を前記中心方向に非対称に低減する工程であって、この光ビームの方向に見て、この物体の、画像ユニット（１３，６１）に最も近い領域に、画像ユニット（１３，６１）に対してより遠い領域より少ししか光線が当らないようにし、これによって画像ユニット（１３，６１）に近く位置する物体の領域の背景照明が、画像ユニット（１３，６１）に対してより遠く位置する領域より背景照明が強くなるようにし、レンズ系（１５）の拡大率を考慮すると、画像ユニット（１３，６１）内の背景照明の画像は、前記光検出器（１７）を通る物体の像面内において実質的に一定の光強度である工程を備える方法。
【請求項２】
請求項１による方法に於いて、上記傾斜角（α）が４５°と６０°の間にあることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１による方法に於いて、上記傾斜角（α）が４５°と５５°の間にあることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１による方法に於いて、上記光ビームの散乱または拡散は、光散乱または拡散板を通すことによって行われることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１による方法に於いて、上記光ビームを作る工程は、光源素子から光を直線状の孔（５９）を通すことにより行われることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５による方法に於いて、上記光ビームの強度を非対称に低減する工程は、光ビームは孔（５９）の壁及び該孔内へ突出する板（２７’）により形成された絞りを通過させることにより行われることを特徴とする方法。
【請求項７】
ファイバリボンのファイバ（１）の末端部を互いに溶接するファイバ溶接装置であって、
レンズ系（１５）及び画像ユニット（１３，６１）と、前記末端部を前記画像ユニット（１３，６１）の光検出器（１７）上のレンズ系（１５）を通して結像するときの背景照明を作る背景照明装置と、を備え、
前記レンズ系（１５）及び画像ユニット（１３，６１）は、該画像ユニット（１３，６１）上のレンズ系（１５）を通して前記末端部の画像化を行うための光軸を有し、前記末端部は、前記光軸と光軸の垂直な面に対して傾斜角（α）で傾斜する実質的に単一平面内にある輪郭を有する物体を形成し、前記光検出器（１７）は前記レンズ系（１５）及び画像ユニット（１３，６１）の光軸に対して傾斜角（β）で傾斜し、
前記背景照明装置は、
実質的に同じ強度が前記光軸と一致する中心方向の回りを実質的に回転対称に分布する光線を実質的に含む光ビームを提供する光源（２３；２１’、５９）であって、該光源（２３；２１’、５９）は、光ビームが物体を通過または物体に当たり、且つ、該光ビームは前記画像ユニット（１３，６１）から見て前記単一平面に対して前記傾斜角（α）をもって前記物体の後ろ側に当たるように構成された光源（２３；２１’、５９）と、
光源（２３；２１’、５９）と前記物体の間に位置する絞り（２７；２７’、５９）と、
前記絞りと前記物体の間に位置し、光ビームが前記絞りを通過した後に該光ビームを散乱または拡散する光散乱または拡散手段（２９）と、を備え、
前記絞り（２７；２７’、５９）と前記光散乱または拡散手段（２９）は、前記光ビームの強度を前記中心方向に非対称に低減し、この光ビームの方向に見て、この物体の、画像ユニット（１３，６１）に最も近い領域に、画像ユニット（１３，６１）に対してより遠い領域より少ししか光線が当らないようにし、これによって画像ユニット（１３，６１）に近く位置する物体の領域の背景照明が、画像ユニット（１３，６１）に対してより遠く位置する領域より背景照明が強くなるようにし、レンズ系（１５）の拡大率を考慮すると、画像ユニット（１３，６１）内の背景照明の画像は、前記光検出器（１７）を通る物体の像面内において実質的に一定の光強度となるように配置された装置。
【請求項８】
請求項７によるファイバ溶接装置に於いて、前記光散乱または拡散手段は光拡散板（２９）であることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７によるファイバ溶接装置に於いて、上記傾斜角（α）が４５°と６０°の間にあることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７によるファイバ溶接装置に於いて、上記傾斜角（α）が４５°と５５°の間にあることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項７によるファイバ溶接装置に於いて、上記絞りは開口を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１によるファイバ溶接装置に於いて、上記開口は扇形であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１１によるファイバ溶接装置に於いて、上記開口は半円形であることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１によるファイバ溶接装置に於いて、上記開口は対称な台形であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項７によるファイバ溶接装置に於いて、上記光源は前記直線状の孔（５９）の低端部に配置された光源素子（２１’）を備えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１５によるファイバ溶接装置に於いて、前記直線状の孔（５９）は円筒形の孔であることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１５によるファイバ溶接装置に於いて、上記絞りは前記直線状の孔及び該直線状の孔内に突出する板（２７’）により形成されることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７によるファイバ溶接装置に於いて、上記板は直線状の内側或いは低端縁を有し、前記直線状の孔の実質的な中心部へ向かって突出し、光源素子からの光ビームが実質的に半円形の開口を通過させることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切断したファイバリボンの末端領域を、特にこのファイバリボンを溶接手段によって他のファイバリボンに接続することに関連して、結像するときに、結像する意図の領域を照明するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバリボン溶接装置に於いて、互いに溶接すべきファイバのファイバ間隙、ファイバ直径、ファイバの外側間のオフセットおよびファイバコア間のオフセット等のような、種々の幾何学量を測定するためには、この装置のｘｙｚ座標系で、ファイバの位置を決めなければならない。それをするするためには、ファイバの端を、異なる二つの方向で観察しなければならす、または同等に、そのような２方向で２枚の画像を作らねばならない。そこで、これらの方向は、ファイバの位置について最大限に可能な情報を得るために、これらのファイバリボンの末端部を通る平面に関して斜めに、最も好ましくはこの平面に約４５°の方向に置いて、二つの方向が互いに約９０°の角度をなすようにしなければならない。それで、結像作業では、この物体そのもの、即ち、ファイバリボンの末端部を斜めに配置し、或る部分は、通常そのような画像を作るために使うカメラに含まれられるレンズ系から遠く、他の部分は近く位置付けられる。それが、今度は、このカメラによって取込まれた画像の倍率を変え、それによってこの画像の光強度を変える。この画像の光強度の変化は、一般的に使われる光背景に関して、それが、全画面で測定するとき、および単一画像で異なるファイバの端の輪郭の位置を互いに対して決定することにに関して最高感度を得るためにカメラを調整するときに、難点があるので、特に厄介である。
【０００３】
異なる装置に対してより均一な入射光強度を得るためのシステムは、例えば、米国特許第５，４４２，４１４号および同第４，３９１，５２１号並びに公開英国特許出願ＧＢ−Ａ２２２６１４５から知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、光学系によって結像する物体の、この物体の画像の外側の点で画像の光強度が実質的に一定であるような、適当な背景照明をする方法および装置を提供することである。
【０００５】
この発明の目的は、光学系の倍率不均一およびそれによる画像の光強度変化を補償するための方法および装置を提供することである。
【０００６】
従って、この発明が解決する問題は、特に幾分粗な物体、即ち、撮った画像の一部にしかなく、且つほぼ平坦な形状の、または何れにしても、輪郭がほぼ、この物体の位置について、垂直方向および水平方向のような、互いに垂直な２方向の情報が必要な単一面にある物体を、特に、この物体の輪郭を鮮明に描写できるように、または画像で輪郭の位置を高精度に測定できるように、結像するときに使うべき背景照明を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ファイバ溶接機で光ファイバを溶接するとき、ファイバリボンの末端部によって構成される物体を、レンズ系によって感光面上に結像する。この物体の位置を全ての次元で、即ち、ファイバ端の位置を、例えば、高さ方向と縦方向の両方で、正確に決めるためには、二つのそのような画像を取込まなければならないので、各画像の光軸は、この物体そのものの輪郭、即ち、ファイバリボンの末端部を通過する平面に関して斜めに位置しなければならない。位置が斜めであるという表現は、ここでは、それが平行位置および垂直位置の両方から実質的に外れることを意味し、従って、斜角というのも０°に等しい角度、または９０°に等しい角度から実質的に外れる角度である。結像作業で物体が斜め位置にあることは、異なるファイバの末端部の倍率が違うようになり、それによって背景照明も違うようになることを意味する。それで、そのような斜めに位置する物体の取込んだ画像のコントラストは、このファイバリボンに含まれる異なるファイバの末端を示す、画像の異なる部分で変動する。均一な背景照明を作るために、光源を、レンズ系から見て、描写すべき物体を構成する、これらの末端部の後ろに配置する。この光源と物体の間に、非対称で非円形開口、特に非回転対称または非中心対称の開口を有するように設計し、その代りに、例えば、半円形のような扇形または対称台形の絞りを配置する。この背景照明を更に改良するため、この絞りと物体の間に光拡散板を配置することができる。
【０００８】
それで、一般的に、方法および装置は、輪郭が実質的に単一平面内にある物体を結像するときの背景照明を作ることに関する。この物体は、ファイバ溶接機に互いに対向して配置した光ファイバリボンの末端部であるのが好ましい。光源が、或る方向に見て、この方向に強度がほぼ一定または均質な光ビームをもたらす。それで、この光ビームは、実質的に同じ強度を有し、中心方向周りに実質的に回転対称に分布する光線を含む。そのような光ビームは、従来の光源から光を直線チャンネルまたは孔に導くことによって容易に作られる。この光源および光ビームは、光ビームの中心方向がこの物体を通過しおよび／またはそこへ進み、この物体の裏側または後ろ側に、この物体の輪郭を実質的に通って拡がる平面に関して、例えば、４５°と６０°の間の、特に４５°と５５°の間の斜角で当るように配置する。この光源を、この中心方向が結像レンズ系の開口の実質的に中心を通っておよび／またはその光軸に平行に伸びるように配置するのが好ましい。
【０００９】
この物体に当る前に、この光ビームの強度を特別な方法で非対称に低減する。この低減は、この光ビームの方向に見て、この物体の最も近い領域に遠い領域より少ししか光線が当らないようにし、またはこの物体を通る平面で、この光源から出る光の強度が、この光源から計算して、この物面に最も近い領域で遠い領域より小さいようにする。
【００１０】
この光強度の低減は、光源と物体の間に配置した、或る絞りによって適当に行う。それで、この絞りは、半円形のような扇形または対称台形の開口を有することが出来る。光を円形均一断面のチャンネルに導くことによって光ビームを作る場合、この強度の低減は、このチャンネルに突出する絞り板によって行うのが好ましい。物体に当る前で、強度を低減してから、この光ビームの光を、光散乱または拡散板のような、適当な手段によって散乱または拡散することができる。
【００１１】
この発明の追加の目的および利点は、以下の説明に示し、一部この説明から明白であり、またはこの発明の実施によって会得できるかも知れない。この発明のこれらの目的および利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘する方法、プロセス、手段および組合せによって実現し、取得できるかも知れない。
【００１２】
この発明の新規な特徴を添付の特許請求の範囲に詳細に示すが、この発明の構成および内容の両方に関する完全な理解およびその上記およびその他の特徴の完全な理解は、以下に提示する非限定的実施例の詳細な説明を添付の図面を参照して考慮すれば得られ、且つこの発明を正しく評価できよう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１ａに、ファイバ接続装置に背景照明を配置する方法を模式的に示す。このファイバ接続装置は、光ファイバリボン接続用を意図し、接続すべきファイバリボンの末端部の画像をディスプレーモニタに表示するために、それらの末端部を結像するための光学系を含む。ファイバは、図１ａの紙面に垂直に位置すると想定するので、まとまってファイバリボンを形成する個々の光ファイバの断面を１で示す。これらのファイバ端を互いに溶接するために、電極１１がが配置され、それらは高圧源（図示せず）に接続され、縦方向がファイバ１に垂直である。溶接するとき、ファイバの端面を適当な方法電極１１の先端に関連して配置し、次にこれらの先端間に電弧を作り、それがファイバの末端領域を加熱し、それらを、やはり適当にまとまってファイバリボンを形成する、他のファイバ（図示せず）に溶接する。
【００１４】
ファイバの位置、特にそれらの端面の位置および事によるとファイバ端の他のパラメータを決めるために、カメラを使用し、その一つを１３で示し、各々レンズ系１５を含む。このレンズ系１５は、その光軸を、ファイバ１の末端領域を通って拡がる平面に対して斜めにし、この軸がこの平面に対して鋭角αをなすように配置されている。２台のカメラを使うときは、それらを溶接すべき領域に関して対称に配置する。特に、２台のカメラの光軸は、図１ａで見てファイバ端の縦方向に垂直な、同じ縦平面にあると想定できる。これらの軸は、最も好ましくは、ファイバ端の位置に関して最大限に可能な情報を得るために、互いに垂直に位置すべきである。これは、角αが４５°になる結果となる。多数の他の装置、とりわけ、後に説明するように、背景照明を備える装置を備える現実の溶接装置で、そのような角度を実際的に得ることは困難なことがある。しかし、４５〜６０°の角α、例えば、４５°と５５°の間の角度が、一般的に十分に良い情報を提供する。
【００１５】
カメラ１３は、更に、単一平面に配置された１組の感光素子、例えばＣＣＤ素子を有する光検出器１７を含む。これらの感光素子は、電子画像処理ユニット１９へ、およびそれを通してディスプレーモニタ２１に接続され、取込んだ画像をこのモニタに表示できる。ファイバ１の末端領域がカメラ１３の光軸に垂直になっていないので、レンズ系１５が作るファイバ端の画像は、それぞれの光軸に垂直な平面にはなく、それに対し角度βをなす平面にある。これらの画像の平面は、同時に提出した“光ファイバリボンの結像"という名称の特許出願に詳細に記載されているように、光検出器１７の感光素子の平面と一致する。この画像の全領域を鮮明にするために、そこで光検出器１７の感光素子を含む平面も光軸に対してこの角度βに、その上、この光学系の適正距離に配置し、各ファイバ端から得た像点がこの平面内にあるようにする。
【００１６】
この様に説明した光学系で得た画像で、ファイバ端の位置が、画像処理ユニット１９によって決定した、個々のファイバ端の画像の輪郭の位置から現れる。これらの外形または輪郭は、ファイバ端の画像そのものと光背景の画像の間のコントラストによって作られる。もし、一定の背景照明を使えば、光検出器１７での像面の光強度は、真のファイバ端の直接画像である、この画像の比較的小さい面積で考えなければ、画像の領域が異なると異なる。この光強度の変動は、画像の部分が異なると倍率変動することに依り、次に、それは、この光学系の物面および像面が斜めであることから生ずる。背景光強度の不均一は、この画像での測定およびユニット１９での自動画像処理に問題を生ずる。例えば、カメラ１３は、一般的に、画像のある部分での過大光強度に対して光検出器の感度を自動的に減ずる、内蔵自動利得制御を備える。それは、例えば、自動が像処理で、背景光強度が最小のところで、ファイバ端の画像間の境界線を決定することが困難になるほど、感度を下げる結果となることがある。また、ディスプレーモニタ２１上に出来た、ファイバの末端領域の画像がその異なる部分で光勾配が異なり、それは、操作員がこの画像を直接見るとき、その評価を更に困難にする。
【００１７】
溶接装置では、発光ダイオードのような光源２３を、一般的に、カメラ１３のレンズ系１５から見て、ファイバ端１の直ぐ後ろの方向に配置することによって、背景照明を得る。図１ａに示す場合、光源からの光を、適当な場所に置いた、例えば鏡面をファイバ端１が通る平面に平行にした、平面鏡２５で偏向する。光源２３および鏡２５からの光線の光路に、従ってこの光源と結像すべき物体、即ち、ファイバ端１との間に、絞り２７を設け、それは、例えば、開口のある平坦な、不透明板を含んでもよい。絞り２７と鏡２５の間に、適当な格子の形の光散乱または拡散板２９を設ける。そこで、絞り２７の開口は、例えば、図１ｂに示すように、適当な対称台形に設計し、光検出器１７を通る像面でのこの背景照明の画像がほぼ一定の光強度を有するようにする。
【００１８】
図２に、特に光ファイバリボン溶接用を意図した、ファイバ溶接装置の詳細図を、一部断面図で見て示し、この図および断面は、この装置のほぼ中央で取り、この図は、互いに溶接すべきファイバの方向と平行に見て、断面はそれに垂直に取る。この装置に、上に説明した、背景照明の原理を適用する。この装置の部品は、縦方向がファイバ方向と一致し、矩形断面の、長いフレームバー４３によって担持され、そのバーは、４本の傾斜脚４７を介してベース４５によって支持されている。脚４７は、４９のような弾性クッション中間品を含むことができる。フレームバー４３の中央に、中央フレーム５１が取付けられ、それから突出している。この中央フレーム５１は、全体として、その先端が下方を向いたこれらの等脚の間でフレームバー４３の方を向いた、二等辺三角形をし、ほぼ水平で平坦な上面を含み、更に二つの対称に配置された突出部または三角形半体５５を含む。それらは、ファイバの方向へ垂直に突出し、それらの三角形先端が切断され、この三角形の斜辺に対し平角を形成する。これらの突出部５５は、光源およびカメラを担持する。以下参照。
【００１９】
中央フレーム５１の水平上面は、電極ハウジング５７を担持し、それに、ファイバ端を保持するためにおよびそれを互いに整列するために必要な部品、更には溶接電極１１が取付けられている。これらの突出部５５の外側に、斜めの円筒形貫通孔５９が設けられていて、それらは突出部の外切断側と平行に伸び、それらの軸は、縦横断平面内にあり、そこに互いに接続すべきファイバの端面もある。孔５９の軸および突出部５５の外切断面は、縦平面に関して３０°と４５°の間の角度にあり、この好適な場合は、３５°と４５°の間の角度にあり、約３７°であるのが好ましい。孔５９の中を、光源２３から、例えば、孔の下端に配置された発光ダイオード２１から光が通る。
【００２０】
発光ダイオード２１からの光は、円筒形孔５９の中をその上端の方へ通るが、最初に強度を、孔５９の壁と共に板２７'によって作られる絞りによって低減される。その板は、孔５９の内部へ垂直に突出し、中央フレーム５１の上部開口からほぼこの孔５９の直径に等しい距離にあるスロットの中に配置されている。これらの絞り板２７'は、内縁または下縁が真っ直ぐで、孔５９のほぼ中心まで突出し、それで光がほぼ半円形の開口を通過させられる。図１ｃに示す設計の半円形開口を有する絞り２７を使うことによって得られるのと同じ結果の開口が得られる。均一な拡散背景照明を達成するために、孔５９の上部開口に、適当な格子のような、光散乱または拡散手段２９がある。
【００２１】
カメラユニット６１は、それらの前部がこの中央フレーム５１の逆三角形の斜面の対応する孔に挿入されている。このカメラユニット６１の前部６３に、その光学系がある。これらの光学系の光軸は、孔５９の軸に平行で、接続平面で正確に互いに接続すべきファイバまたはファイバリボンの縦軸を通過する。カメラユニット６１用の孔の延長部は、ファイバの接続領域からの光をこの光学系によってカメラユニット６１の感光素子上に結像するために、電極ハウジング５７の底側まで伸びる。これらの感光素子は、平面６５にあり、この光学系の軸に対し垂直ではなく、斜角で配置され、その角度は、接続すべきファイバリボンの異なるファイバ全ての鮮明な画像が得られるようにされている。
【００２２】
中央フレーム５１の上部および電極ハウジング５７は、軸６７の周りに互いに接近・離隔するように揺動できるように取付けられた、二つの半ケーシング６９によって保護されている。その最上部にほぼ水平な面のある、これらのケーシングの内側に、水平反射面のある鏡２５が配置され、それらは、拡散素子２９からの光線がそこに映って反射され、それらがカメラユニット６１の光学系に入り、それによってこのカメラユニットの感光面の方へ導かれるように配置されている。
【００２３】
ここに、この発明の特定の実施例を図示し且つ説明したが、多数の付加的利点、修正および変更が当業者に容易に思い浮ぶことは察知できる。従って、この発明は、その広い面で、ここに図示し説明した、特定の詳細、代表装置および説明した例に限定されない。従って、種々の修正を、添付の特許請求の範囲によって定義する、この一般的発明概念の精神または範囲およびそれらの均等物から逸脱することなく行うことができる。従って、添付の特許請求の範囲は、そのような修正および変更を全てこの発明の真の精神および範囲内に含める意図であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】挿入したファイバリボンの末端領域を結像するための光学系を含むファイバリボン溶接装置の概略図である。
【図１ｂ】台形の開口の図である。
【図１ｃ】半円形の開口の図である。
【図２】ファイバリボンの縦方向に見た、ファイバ溶接装置の側面図である。
【符号の説明】
１    物体、光ファイバ末端部
１５    結像レンズ系
２３    光源
２７    絞り
２９    光拡散手段
【図１ａ】
0004468496.tif 000002
【図１ｂ】
0004468496.tif 000003
【図１ｃ】
0004468496.tif 000004
【図２】
0004468496.tif 000005