Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Beleuchtung desjenigen Bereichs, der abgebildet werden soll, wenn die Endregion eines abgeschnittenen optischen Faserbändchens abgebildet wird, insbesondere in Verbindung mit dem Spleißen des Faserbändchens an ein anderes Faserbändchen mittels Schweißen,.

Um in einer Faserbändchen-Schweißvorrichtung verschiedene geometrische Größen wie etwa einen Faserspalt, den Faserdurchmesser die seitliche Verschiebung zwischen den äußeren Seiten der Fasern und zwischen den Kernen der Fasern und so weiter der miteinander zu verschweißenden Fasern zu messen, müssen die Positionen der Fasern in einem XYZ-Koordinatensystem der Vorrichtung bestimmt werden. Um zu gewährleisten, dass die Enden der Fasern in zwei unterschiedlichen Richtungen oder äquivalent untersucht werden können, müssen zwei Bilder in zwei derartigen Richtungen aufgenommen werden. Diese Richtungen müssen dann schräg in Bezug auf eine Ebene durch die Endabschnitte der Faserbändchen, besonders bevorzugt in Richtungen von etwa 45° zu dieser Ebene platziert werden, so dass die zwei Richtungen einen Winkel von etwa 90° zueinander aufweisen, um die größtmögliche Information über die Positionen der Fasern zu erhalten. Im Bildgebungsbetrieb wird dann das exakte Ziel, d.h. die Endabschnitte der Faserbändchen, schräg platziert, wobei einige Teile weiter entfernt von anderen Teilen in einer kürzeren Distanz von der Öffnung eines Linsensystems platziert sind, das in der Kamera eingebaut ist, mittels derer ein solchen Bild üblicherweise angefertigt wird. Dies bewirkt wiederum eine variierende Vergrößerung in dem von der Kamera aufgenommenen Bild und hierdurch eine variierende Lichtintensität im Bild. Die variierende Lichtintensität im Bild ist insbesondere schwierig in Bezug auf den üblicherweise erleuchteten Hintergrund, der Schwierigkeiten bei der Messung des gesamten Bildfelds dann bewirkt, wenn die Kamera eingestellt wird, um eine maximale Genauigkeit in Bezug auf die Bestimmung der Position der Umrisse der Enden der unterschiedlichen Fasern in Bezug zueinander in einem einzelnen Bild zu erhalten.

Systeme zum Erzielen einer gleichmäßigeren einfallenden Lichtintensität bei unterschiedlichen Vorrichtungen sind beispielsweise aus den US-Patenten US-A 5,442,414 und US-A 391,521 und aus der veröffentlichen britischen Patentanmeldung GB-A 2 226 145 bekannt.

Eine Vorrichtung zum Spleißen optischer Faserbändchen inklusive einer schrägen Beleuchtung der Fasern ist aus der EP-0 720 032-A1 bekannt. Ein Verfahren, das die schräge Beleuchtung von Faseranordnungen umfasst, ist in der JP-02-037306 offenbart.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereit zu stellen, wie sie in den Ansprüchen 1 bzw. 7 definiert sind. Beim Verschweißen optischer Faserbändchen in einer Faserverschweißmaschine wird mittels eines Linsensystems auf einer lichtsensitiven Oberfläche ein Objekt abgebildet, welches durch die Endabschnitte der Faserbändchen zusammengesetzt ist,. Da zwei derartige Bilder in nahezu senkrechten Richtungen aufgenommen werden müssen, um die Position des Ziels in sämtlichen Dimensionen genau zu bestimmen, d.h. der Position der Faserenden beispielsweise sowohl in Höhenrichtung als auch in deren Längsrichtung, muss die optische Achse jedes Bilds schräg in Bezug auf eine Ebene platziert werden, die durch die Umrisse des tatsächlichen Objekts, d.h. durch die Endabschnitte der Fasernbändchen verläuft. Durch den Begriff, dass eine Position schräg ist, wird hierbei verstanden, dass sie im Wesentlichen sowohl von einer parallelen als auch einer senkrechten Position abweicht und somit ebenso ein schräger Winkel ein Winkel ist, der im Wesentlichen von etwa 0° oder etwa 90° abweicht. Die schräge Position des Objekts im Bildgebungsbetrieb impliziert, dass die Vergrößerung der Endabschnitte der unterschiedlichen Faser sich unterscheiden wird und daher auch die Hintergrundbeleuchtung unterscheiden wird. Der Kontrast in einem so von einem schräg platzierten Objekt aufgenommenen Bild wird dann in unterschiedlichen Abschnitten des Bilds variieren, welches die Enden der unterschiedlichen Fasern zeigt, die in den Faserbändchen eingeschlossen sind. Um eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung zu erzeugen, wird eine Lichtquelle gesehen vom Linsensystem hinter den Endabschnitten platziert, die das abzubildende Objekt ausbilden. Zwischen der Lichtquelle und dem Objekt wird ein Diaphragma angeordnet, das asymmetrisch und so gestaltet ist, dass es eine nicht unrunde Öffnung, insbesondere eine nicht rotationssymmetrische oder nicht zentriert symmetrische Öffnung aufweist, und dass anstelle dessen beispielsweise die Form eines Kreissegments wie etwa eines Halbkreises oder eines symmetrischen Trapezoids aufweist. Um die Hintergrundbeleuchtung weiter zu verbessern, wird eine lichtstreuende Platte zwischen dem Diaphragma und dem Objekt platziert.

Somit ist das Verfahren und die Vorrichtung mit der Erzeugung einer Hintergrundbeleuchtung befasst, wenn ein Objekt abgebildet wird, dass Umrisse aufweist, die im Wesentlichen in einer einzelnen Ebene platziert sind. Das Objekt wird durch die Endabschnitte von optischen Faserbändchen gebildet, die einander gegenüber in einer Faserschweißvorrichtung platziert sind. Eine Lichtquelle stellt gesehen in einer Richtung einen Lichtstrahl zur Verfügung, der eine im Wesentlichen gleichmäßige und homogene Intensität in dieser Richtung aufweist. Der Lichtstrahl umfasst somit Lichtstrahlen, die im Wesentlichen die gleiche Intensität aufweisen und im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine zentrale Richtung angeordnet sind. Ein solcher Lichtstrahl wird leicht durch das Hindurchtreten von Licht von einer konventionellen Lichtquelle durch einen geraden Kanal oder eine Bohrung erzeugt. Die Lichtquelle sowie der Lichtstrahl werden so angeordnet, dass die zentrale Richtung des Lichtstrahls durch das Objekt hindurch und/oder an diesem Objekt vorbei verläuft und die Rückseite oder die rückwärtige Seite des Objekts unter einem schrägen Winkel, beispielsweise zwischen 45° und 60° und insbesondere zwischen 45° und 55° in Bezug auf eine Ebene, die sich im Wesentlichen durch die Umrisse des Objekts erstreckt, verläuft. Die Lichtquelle wird vorzugsweise derart platziert, dass die zentrale Richtung sich im Wesentlichen zentral durch eine Öffnung von und/oder parallel zu einer optischen Achse ein bildgebendes Linsensystem erstreckt.

Bevor der Lichtstrahl auf das Objekt auftrifft, wird er asymmetrisch auf eine bestimmte Weise reduziert. Die Reduktion wird so erzeugt, dass weniger Lichtstrahlen auf den Bereich des Objekts auftreffen, der in Lichtstrahlrichtung gesehen am nächsten liegt, verglichen mit weiter beabstandet platzierten Regionen, oder derart, dass in der Ebene durch das Objekt hindurch die Intensität des von der Lichtquelle kommenden Lichts niedriger in nächstliegenden Regionen zur Objektebene als in beabstandeteren Regionen ist, wenn von der Lichtquelle aus gesehen.

Die Reduktion der Lichtintensität wird durch ein asymmetrisches Diaphragma erzeugt, das zwischen der Lichtquelle und dem Objekt platziert ist. Das Diaphragma kann dann eine Öffnung aufweisen, die die Form eines Kreissegments wie etwa eines Halbkreises oder eines symmetrischen Trapezoids aufweist. In dem Fall, in dem der Lichtstrahl durch das Hindurchführen von Licht in einem Kanal mit einem kreisförmigen gleichmäßigen Querschnitt erzeugt wird, wird die Reduktion der Intensität vorzugsweise mittels einer Diaphragmaplatte bewirkt, die in den Kanal hinein hervorsteht. Bevor der Lichtstrahl auf das Objekt auftrifft und nachdem die Intensität des Lichts reduziert wurde, kann der Lichtstrahl mittels geeigneter Elemente getrübt oder gestreut werden, wie etwa mittels eines Licht-Trübungs-Platte oder einer Licht-Streuplatte.

Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung angegeben und insbesondere aus der Beschreibung ersichtlich werden, oder können durch Ausübung der Erfindung erlernt werden. Die Ziele und Vorteile der Erfindung können mittels des Verfahrens und der Vorrichtung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert sind, realisiert und erreicht werden.

Während die neue Merkmale der Erfindung in den anhängenden Ansprüchen definiert sind, kann ein komplettes Verständnis der Erfindung sowohl in Bezug auf die Organisation als auch den Gehalt sowie in Bezug auf die oben angegebenen und anderen Merkmale der Erfindung erhalten werden und die Erfindung wird besser bei Berücksichtigung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsform verständlich, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen angegeben wird. In den Zeichnungen ist:

1a ein schematisches Bild, das eine Faserbändchen-Schweißvorrichtung zeigt, welche ein optisches System zum Abbilden von Endregionen von in die Vorrichtung eingesetzten Faserbändchen umfasst,

1b eine Ansicht einer Öffnung mit einer trapezoiden Form,

1b eine Ansicht einer Öffnung mit einer Halbkreisform, und

2 eine Seitenansicht einer Faserschweißvorrichtung, wie sie in Längsrichtung der Faserbändchen gesehen wird.

In 1a ist ein Verfahren zum Anordnen einer Hintergrundbeleuchtung in einer Faserspleißvorrichtung schematisch illustriert. Die Faserspleißvorrichtung ist dazu vorgesehen, optische Faserbändchen zu verspleißen und umfasst ein optisches System zum Abbilden der Endabschnitte der zu verspleißenden Faserbändchen, um deren Bilder auf einem Anzeigemonitor anzuzeigen. Die Querschnitte der einzelnen zusammengehaltenen optischen Fasern zum Ausbilden eines Faserbändchens sind beim Bezugszeichen 1 gezeigt, da angenommen wird, dass die Faser senkrecht zur Ebene des Papiers in 1a platziert sind. Um die Faserenden miteinander zu verschweißen, sind andere Elektroden 11 angeordnet, die mit einer Hochspannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden sind und die Längsrichtungen aufweisen, die senkrecht zu den Fasern 1 stehen. Beim Verschweißen werden die Endoberflächen der Fasern auf eine geeignete Weise in Bezug auf die Punkte der Elektroden 11 platziert und dann zwischen den Punkten ein elektrischer Bogen ausgebildet, der die Endabschnitte der Fasern erhitzt und diese mit (nicht gezeigten) anderen Fasern, die ebenso zum Ausbilden eines Faserbändchens zusammengehalten werden, zu verschweißen.

Um die Positionen der Fasern und insbesondere die Positionen von deren Endoberflächen und möglicherweise andere Parameter der Faserenden zu bestimmen, werden Kameras verwendet, von denen eine beim Bezugszeichen 13 gezeigt ist und welche sämtlich ein Linsensystem 15 umfassen. Das Linsensystem 15 ist so angeordnet, dass dessen optische Achse schräg zur Ebene platziert ist, die sich durch die Endabschnitte der Fasern 1 erstreckt, so dass die Achse einen Spitzenwinkel &agr; zu dieser Ebene ausbildet. Wenn zwei Kameras verwendet werden, sind sie symmetrisch in Bezug auf den Abschnitt platziert, in dem die Verschweißung durchgeführt werden soll. Insbesondere kann angenommen werden, dass die optischen Achsen der zwei Kameras in der gleichen vertikalen Ebene, wie sie in 1a gezeigt ist, senkrecht zur Längsrichtung der Faserenden platziert werden müssen. Die Achsen sollten ganz besonders bevorzugt senkrecht zueinander platziert werden, um die größtmögliche Information in Bezug auf die Positionen der Faserenden zu erhalten. Dies führt zu einem Winkel &agr; von 45°. Es kann schwierig sein, in der Praxis einen derartigen Winkel in der tatsächlich vorliegenden Schweißvorrichtung zu erhalten, in der eine Vielzahl weiterer Vorrichtungen vorgesehen ist, etwa Vorrichtungen, die eine Hintergrundbeleuchtung zur Verfügung stellen, wie es im Anschluss beschrieben werden wird. Ein Winkel &agr; von 45° bis 60°, beispielsweise innerhalb des Intervalls von 45° bis 55°, ergibt jedoch generell ausreichend gute Informationen.

Die Kamera 13 umfasst des Weiteren Lichtdetektoren 17 inklusive eines Sets von lichtsensitiven Elementen, beispielsweise CCD-Elementen, die in einer einzelnen Ebene angeordnet sind. Die lichtsensitiven Elemente sind mit einer elektronischen Bildbearbeitungseinheit 19 und hierdurch mit einem Anzeigemonitor 21 verbunden, so dass das aufgenommenene Bild auf dem Monitor angezeigt werden kann. Da die Endabschnitte der Fasern 1 nicht senkrecht zu den optischen Achsen der Kameras 13 platziert sind, sind die Bilder der Faserenden, die mittels der Linsensysteme 15 erzeugt wurden, nicht in einer Ebene platziert, die senkrecht zu der jeweiligen optischen Achse, sondern in einer Ebene platziert, die einen Winkel &bgr; hierzu ausbildet. Die Ebene der Bilder stimmt mit der Ebene der lichtsensitiven Elemente im Lichtdetektor 17 überein, wie dies detailliert in der gleichzeitig angemeldeten Patentanmeldung mit dem Titel „Imaging optical fiber ribbons" beschrieben wird.

In dem durch das so beschriebene optische System erhaltenen Bilds erscheinen die Positionen der Faserenden von den Positionen der Umrisse der Bilder der einzelnen Faserenden, die durch die Bildbearbeitungseinheit 19 bestimmt wurden. Die Konturen oder Umrisse werden durch den Kontrast zwischen dem einzelnen Bild eines Faserendes und dem Bild des erleuchteten Hintergrunds ausgebildet. Wenn eine konstante Hintergrundbeleuchtung verwendet wird, unterscheidet sich die Lichtintensität in der Bildebene am Lichtdetektor 17 in unterschiedlichen Regionen des Bilds, wobei nicht vergleichsweise kleine Bereich in dem Bild in Betracht gezogen werden, die direkte Bilder der tatsächlichen Faserenden sind. Die variierende Lichtintensität hängt von der variierenden Vergrößerung in unterschiedlichen Teilen des Bilds ab, die wiederum auf der Tatsache beruht, dass das optische System ein schräges Objekt und schräge Bildebenen umfasst. Die nicht gleichmäßige Hintergrundlichtintensität bewirkt Probleme bei der Messung des Lichts und bei der automatischen Bildbearbeitung in der Einheit 19. Beispielsweise ist die Kamera 13 generell mit einer eingebauten automatischen Zielsteuerung versehen, die automatisch die Sensitivität des Lichtdetektors für eine zu große Lichtintensität in einigen Teilen des Bilds reduziert. Dies kann dazu führen, dass die Sensitivität derart reduziert wird, dass es beispielsweise in einer automatischen Bildbearbeitung sehr schwierig wird, die Grenzlinien zwischen einem Bild des Faserendes zu bestimmen, an dem die Hintergrundlichtintensität die niedrigste ist. Ebenso erscheinen beim Bild von den Endregionen der Fasern, die auf einem Anzeigemonitor 21 erzeugt werden unterschiedliche Lichtgrade in den unterschiedlichen Teilen, was es noch schwieriger für den Anwender macht, dieses Bild zu bewerten, wenn er direkt darauf schaut.

In der Schweißvorrichtung wird eine Hintergrundbeleuchtung durch Platzieren einer Lichtquelle 23 wie einer Licht emittierenden Diode generell in einer Richtung grade hinter den Faserenden 1 gesehen von dem Linsensystem 15 der Kamera 13 angeordnet ist. In dem in 1a illustrieren Fall wird das Licht von der Lichtquelle mittels eines flachen Spiegels 25 abgelenkt, der an einem geeigneten Ort platziert ist, beispielsweise mit seiner Spiegelebene parallel zu der Ebene durch die Faserenden 1 hindurch. In dem Pfad der Lichtstrahlen von der Lichtquelle 23 und dem Spiegel 25 und somit zwischen der Lichtquelle und den abzubildenden Objekten, d.h. in Faserenden 1, ist ein Diaphragma 27 vorgesehen, welches beispielsweise eine flache, nicht transparente Platte mit einer Öffnung darin umfassen kann. Zwischen dem Diaphragma 27 und dem Spiegel 25 ist eine Licht-Trübungsplatte oder Licht-Streuplatte 29 mit einer Form eines geeigneten Gitters vorgesehen. Die Öffnung in der Apertur 27 wird dann beispielsweise so gestaltet, dass sie eine geeignete symmetrische Trapezoidform aufweist, wie dies in 1b dargestellt ist, so dass das Bild der Hintergrundbeleuchtung in der Bildebene durch den Lichtdetektor 17 hindurch eine im Wesentlichen konstante Lichtintensität aufweist. In 2 ist eine detaillierte Ansicht, teilweise im Schnitt gezeigt, durch eine Faserschweißvorrichtung gezeigt, die insbesondere zum Verschweißen optischer Faserbändchen vorgesehen ist, in der die Ansicht/der Querschnitt im Wesentlichen zentral durch die Vorrichtung erfolgt und die Ansicht parallel zu und die Schnittansichten senkrecht zur Richtung der Fasern liegen, die miteinander zu verschweißen sind. In dieser Vorrichtung ist das Prinzip der Hintergrundbeleuchtung angewendet, dass oben bereits beschrieben wurde. Die Komponenten der Vorrichtung werden von einer länglichen Rahmenstange 43 getragen, die einen Längsrichtung aufweist, die mit der Faserrichtung übereinstimmt und einen rechteckigen Querschnitt aufweist, welche von einer Basis 45 über vier schräge Beine 47 gestützt wird. Die Beine 47 können elastische Pufferzwischenstücke wie bei 49 umfassen. Zentral an der Rahmenstange 43 ist ein Zentralrahmen 51 angebracht und steht hiervon hervor. Der Zentralrahmen 51 weist die generelle Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf, dessen Punkt zwischen zwei gleichen Schenkeln nach unten auf die Rahmenstange 43 hin ausgerichtet ist und eine im Wesentlichen horizontale und flache obere Oberfläche umfasst und des weiteren zwei symmetrisch platzierte Vorsprünge oder Dreieckshälften 55 umfasst. Diese stehen senkrecht zur Richtung der Faser hervor und werden an deren Dreieckspunkten ausbildenden Oberflächen, die im geraden Winkel zu den schrägen Seiten der Dreiecksform platziert sind, abgeschnitten. Die Vorsprünge 55 tragen Lichtquellen und Kameras, siehe im Folgenden.

Die horizontale obere Oberfläche des Zentralrahmens 51 umfasst ein Elektrodengehäuse 57, an dem nicht gezeigt Teile angebracht sind, die für die Beibehaltung der Enden der Fasern und für deren Ausrichtung miteinander erforderlich sind, und des Weiteren die Schweißelektroden 11. An den äußeren Seiten der Vorsprünge 55 sind schräge zylindrische Durchgangslöcher 59 vorgesehen, die sich parallel zu den äußeren abgeschnittenen Seiten der Vorsprünge erstrecken und deren Achsen in einer vertikalen transversalen Ebene platziert sind, in der ebenso die Endoberflächen der miteinander zu verspleißenden Fasern platziert sind. Die Achsen der Löcher 59 und die äußeren abgeschnittenen Oberflächen 55 sind in einem Winkel zwischen 30° und 45° in Bezug auf die vertikale Ebene, in einem bevorzugten Fall in einem Winkel zwischen 35° und 40° und bevorzugt etwa 34° platziert. In den Löchern 59 verläuft Licht von Lichtquellen 23 wie etwa Licht emittierenden Dioden 21, die an den Bodenenden der Löcher befestigt sind.

Licht von den Licht emittierenden Dioden 21' verläuft in den kreisförmigen zylindrischen Löchern 59 auf deren oberen Enden hin, werden jedoch zuerst in ihrer Intensität durch Diaphragmen, die zusammen mit den Wänden der Löcher 59 durch Platten 27' ausgebildet sind, welche senkrecht in das Innere der Löcher 59 hervorstehen und in Schlitzen in dem Zentralrahmen 51 unter einem Abstand von dessen oberen Öffnungen, der im Wesentlichen so groß ist wie der Durchmesser der Löcher 59 ist, angeordnet sind, reduziert. Die Diaphragma-Platten 27' weisen gerade innere oder untere Kanten auf und stehen bis zu etwa den Zentrum der Löcher 59 nach innen, so dass dem Licht ermöglicht wird, durch eine etwa halbkreisförmige Öffnung hindurch zu treten. Die gleiche daraus resultierende Apertur wird erhalten, wenn ein Diaphragma 27 verwendet wird, welches eine halbkreisförmige Apertur wie in dem in 1c dargestellten Design aufweist. An den oberen Öffnungen der Löcher 59 sind Licht-Trübungs- oder Licht-Streuelemente 29 so als geeignete Gitter platziert, um eine gleichförmige, diffuse Hintergrundbeleuchtung zu erhalten.

Kameraeinheiten 61 sind mit ihren vorderen Abschnitten in korrespondierende Löcher in den schrägen Oberflächen der umgedrehten Dreiecksform des Zentralrahmens 51 eingesetzt. Die Kameraeinheiten 61 weisen einen Vorderabschnitt 63 auf, der deren optisches System enthält. Die optischen Achsen der optischen Systeme liegen parallel zu den Achsen der Löcher 59 und erstrecken sich durch die Längsachse der Fasern oder Faserbändchen, die miteinander exakt in der Verspleißebene verspleißt werden sollen. Die Fortsätze der Löcher für die Kameraeinheit 61 erstrecken sich nach oben zur Bodenseite des Elektrodengehäuses 57, damit das Licht von der Verspleißregion der Fasern durch die optischen Systeme an den lichtsensitiven Lichtelementen der Kameraeinheit 61 angebildet wird, wobei die lichtsensitiven Elemente an der Ebene 65 platziert und in einem schrägen Winkel und nicht senkrecht zu den Achsen der optischen Systeme angeordnet sind und wobei der Winkel so angepasst ist, dass er ein scharfes Bild sämtlicher unterschiedlicher Fasern oder Faserbändchen, die miteinander zu verspleißen sind, ergibt.

Der obere Abschnitt des Zentralrahmens 51 und das Elektrodengehäuse 57 werden von zwei Gehäusehälften 69 geschützt, die so befestigt sind, dass sie in der Lage sind, aufeinander hin und voneinander weg um Wellen 67 zu schwenken. An der Innenseite der Gehäuse sind an deren obersten Abschnitten, die nahezu horizontale Oberflächen beinhalten, die Spiegel 25 mit horizontalen reflektierenden Oberflächen angeordnet die derart platziert sind, dass die Lichtstrahlen von den Streuelementen 29 darin gespiegelt und reflektiert werden können so dass sie in die optischen Systeme der Kameraeinheiten 61 einfallen können und hierdurch auf die lichtsensitiven Oberflächen in den Kameraeinheiten hin weitergeleitet werden können.