JPH10334716A - 光ファイバリボン結像用照明 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファイバリボンを溶接するために個々の光フ
ァイバの画像を撮るとき、結像光学系に対して斜めに配
置されたファイバ全ての輪郭を鮮明に描写できるように
照明するための方法および装置を提供すること。 【解決手段】 ファイバリボンが結像光学系１５の光軸
に対して斜めであるために像面での倍率が異なるため、
個々のファイバ１の背景光度が異なり、コントラストが
異なり、画像の鮮明さが均一でない。これを補正するた
め、光源２３とファイバ１の間に非対称形絞り２７を配
置し、この光源から近いファイバには、遠いものより少
ししか光が当らないようにする。この背景照明を更に改
良するため、この絞り２７とファイバ１の間に光拡散板
２９を配置する。

Description

【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５，４４
２，４１４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４
５°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５
９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

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輪郭が実質的に単一平面内にある物体、
   特にファイバ溶接機に互いに対向して配置した光ファイ
   バリボンの末端部を結像するときの背景照明を作る方法
   であって、 実質的に同じ強度が中心方向に沿って実質的に回転対称
   に分布する光線を実質的に含む光ビームを作る工程、 この中心方向を、それがこの物体の後ろ側、特に光ファ
   イバリボンの末端部の後ろ側に、この物体の輪郭、特に
   この末端部を実質的に通って拡がる平面に関して斜角で
   入射して当るように配置する工程、およびこの光ビーム
   がこの物体に当る前に、その強度を非対称に低減し、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、それによ
   って結像装置または観察者に近く位置する、物体の領域
   が、遠く位置する領域より背景照明が強くなるようにす
   る工程に特徴がある方法。
2. 【請求項２】 請求項１による方法に於いて、上記斜角
   が４５°と６０°の間、特に４５°と５５°の間にある
   ことを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２による方法であ
   って、絞り通過後、特に光散乱または拡散板を通すこと
   によって、上記光ビームを散乱または拡散する工程に特
   徴がある方法。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までの何れか１項
   による方法に於いて、上記中心方向を、それが結像レン
   ズ系の開口の実質的に中心におよび／またはその光軸に
   平行に当るように配置することに特徴がある方法。
5. 【請求項５】 輪郭が実質的に単一平面内にある物体、
   特にファイバ溶接機に互いに対向して配置した光ファイ
   バリボンの末端部を結像するときの背景照明を作るため
   の装置で、実質的に同じ強度が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光ビームもたらす光源を
   含む装置に於いて、 この光源を、こ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、特に光ファイバリボンの末端部を通
   過し、この物体の後ろ側に、この物体の輪郭、特にこの
   末端部を実質的に通って拡がる平面に関して斜角で当る
   ように配置すること、およびこの装置が、この光ビーム
   の強度を非対称に低減するために、この光源と物体の間
   に配置された絞りを含み、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
   当らないようにすることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５による装置に於いて、上記斜角
   が４５°と６０°の間、特に４５°と５５°の間にある
   ことを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６による装置に於
   いて、上記絞りが、扇形、特に半円形の開口を有するこ
   とを特徴とする装置。
8. 【請求項８】 請求項５から請求項７までの何れか１項
   による装置であって、上記光ビームを上記絞り通過後に
   散乱または拡散するために、上記絞りと上記末端部の間
   に配置した、光散乱または拡散手段、特に光散乱または
   拡散板に特徴がある装置。
9. 【請求項９】 請求項５から請求項８までの何れか１項
   による装置に於いて、上記光源を、上記中心方向が結像
   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ことことを特徴
   とする装置。