专利名称：光纤的观察设备和熔接器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于观察光纤位置的观察设备和使用这种光纤观察设备的熔接器。
在日本的1-107218号专利申请公开中公开了一种现有的光纤观察设备。该申请中描述的传统光纤观察设备是这样一种设备，其从斜上方向成排固定在支架上的多个光纤发射光束并通过倾斜地位于下方的TV摄像机拾取受光照射的光纤联接部分处相邻端面的图像。
图9是表示现有光纤观察设备中光学系统的视图。如图9所示，将TV摄像机的图像拾取面100设置在垂直于光学透镜101之光轴102的位置上并且调整光学系统以便在与光轴102相交的图像拾取面100上得到焦点。相应地，随着离该位置距离的加大，焦点将出现偏移从而使得图像变模糊；所以，如果用几个μm或更小的精度来测量光纤外径部分，则可在屏幕上显示出图像的光纤数量仅仅限于四对。
顺便提一下，光纤的观察设备常常与光纤的熔接器结合使用。在这种情况下，应在熔接之前进行观察以检查在将要熔接的光纤之间是否发生轴线偏移或类似事情。近年来，用光纤熔接器一次联接的光纤对数已经增加以便提高光纤的接合效率。目前，一次熔接12对光纤的技术已经形成，而一次熔接16对光纤或24对光纤的技术也正在研究和发展中。
然而，在上述光纤观察设备中，在一个屏上只能观察四对光纤；而且，由于在观察每个与之垂直的光纤的同时还必须测量轴线的偏移，所以如下表1所示，随着一次熔接的光纤数量的增加，也大大增加了联接的时间。
表1
就联接时间而言，实际熔接所需的时间与光纤的数量无关，而增加的大部分联接时间是因用光纤观察设备观察光纤的位置和端面情况造成的。如上所述，由于观察光纤的时间随着光纤对数量的增加而增加，所以仅增加在一次操作中联接的光纤对的数量并不能提高光纤对的联接效率。
日本第2-304403号专利申请公开中公开了一种现有的光纤观察设备。这篇申请中描述的现有光纤观察设备试图通过使图像拾取装置的图像拾取面相对于光轴倾斜而将更多的光纤带入焦点。然而，这个光纤观察设备需要一个驱动反射镜的装置，这是因为它需要用反射镜作为在两个方向上进行观察的器件。由于虚像(镜像)的位置随安装反射镜时的调整而变化，所以很难确定图像拾取面的合适位置和合适角度。此外，上述申请描述了在实际应用的设备中必须从截面上观察多个光纤对。所以最终还是不可能使多对光纤全部进入焦点。
此外，使用上述任一种光纤观察设备时，得到的图像放大率不是恒定的而是随光纤的位置而变化，所以需要借助计算程序或图像处理进行矫正以达到一致的图像放大率。这个过程同样会延长观察光纤的时间而且还提出了涉及设备尺寸和成本的问题。
本发明的一个目的是解决上述问题，从而提供一种能在短时间内精确观察在多个光纤情况下所有光纤的位置和端面状态的光纤观察设备和光纤熔接器。本发明的另一个目的是提供一种适用于这些设备的观察单元。
本发明所述的光纤观察设备包括与多对光纤相对设置的成象光学系统，和拾取由成象光学系统形成的光纤图像的图像拾取装置，其中成象光学系统包括从光纤一侧按顺序布置的前透镜系统，孔径光阑，该孔径光阑的孔径位于前透镜系统的后焦点位置上，和后透镜系统，该系统的前焦点位于前透镜系统的后焦点位置上。
本发明所述光纤观察设备的一个更优选实施例是一种用于观察多个光纤的光纤观察设备，其中从光纤一侧将成象光学系统和图像拾取器件(图像拾取装置)按顺序设置在两个不同光轴的每一个上，所述光轴垂直于平行设置和成扁平形状的多个光纤的光轴，且其方向与多个光纤放置表面的垂线方向不同，图像拾取器件拾取由成象光学系统形成的多个光纤的图像，其中成象光学系统包括从多个光纤一侧按顺序布置的前透镜系统，孔径光阑，该孔径光阑的孔径位于前透镜系统的后焦点位置上，和后透镜系统，该系统的前焦点位于前透镜系统的后焦点位置上，而且图像拾取器件的图像拾取面相对于成象光学系统的光轴是倾斜的，从而使得光纤的物距越长，其象距就越短，而且其中图像拾取器件的图像拾取面处于平行于多个光纤光轴的位置上。
就这种光纤观察设备来说，由光源照亮并从作为被观察物体的多个光纤上射出的光聚焦在图像拾取器件的图像拾取面上并由图像拾取器件拾取。
在这种设备中，将成象光学系统设置在两个不同光轴的每一个上，所述光轴几乎垂直于多个光纤的光轴，且其方向与多个光纤放置表面不垂直，图像拾取器件的图像拾取面实际上处于平行于光纤光轴的方向上并且相对于成象光学系统的光轴是倾斜的，从而使得物距越长，其象距就越短。因此，图像拾取器件之图像拾取面上的焦点对准范围变宽，因此能够使多对(例如12对)光纤全部聚焦，所以一次可以得到所有光纤的清晰图像。由于具有如上所述结构的成象光学系统包括前透镜系统，孔径光阑，和后透镜系统，所以图像拾取器件拾取的图像放大率是恒定的且始终与光纤的位置无关。
在本发明所述的光纤观察设备中，前透镜系统和后透镜系统可以彼此相同而且将它们布置成相对于孔径光阑中的孔径位置彼此对称。在这种情况下，消除了成象光学系统产生的图像彗差并且由图像拾取器件拾取的光纤图像质量极佳。
在另一个实施例中，按照本发明所述的光纤观察设备进一步包括用于校正多个光纤中每个光纤物距差的器件，将该物距差校正器件设置在多个光纤和成象光学系统之间。在这种情况下，可以校正因各光纤的位置差异而引起的物距差，这样象距差就变得较小，因此由图像拾取器件和成象光学系统的光轴形成的角度近似为直角。由此所构成的图像拾取器件尺寸紧凑，它能从整体上减小观察设备的尺寸。优选的物距差校正器件是一个具有楔形截面的棱镜。
本发明的光纤熔接器是一种把多对彼此相对保持的光纤端面熔接在一起的设备。该设备包括(1)上述光纤观察设备，其用于拾取多对光纤的图像，(2)检查器件，其根据由光纤观察设备拾取的多对光纤图像检定多对光纤是否处于可熔接状态，和(3)熔接器件，其根据由检查器件得到的检定结果熔融和联接多对光纤的端表面。
当使用熔接器时，应通过捕获光纤的图像监视光纤的轴向偏移和角度偏移以降低联接损失。
按照本光纤熔接器，上述光纤观察设备拾取多对光纤上彼此相对端面的图像，检查器件根据图像确定是否可进行熔接，当检查器件断定可以进行熔接时，熔接器件熔融和联接光纤。而且可以在短时间内同时对多对光纤进行观察和检查，以便缩短熔接光纤的处理时间。
按照本发明所述的观察单元包括从光轴上的物体一侧按顺序排列的成象光学系统和图像拾取器件。图像拾取器件拾取由成象光学系统形成物体图像。成象光学系统包括如上所述从被观察的物体一侧按顺序布置的前透镜系统，其孔径在前透镜系统后焦点位置上的孔径光阑，和前焦点在前透镜系统后焦点位置上后透镜系统。将图像拾取器件的图像拾取面设置成使其相对于成象光学系统的光轴倾斜。
这种观察单元适用于上述光纤观察设备和上述光纤熔接器。就该观察单元而言，成象光学系统使从受观察的物体(例如，平行设置并呈扁平形状的多个光纤或类似物)射出的光聚焦在图像拾取器件的图像拾取平面上，而图像拾取器件拾取受观察物体的图像。在把成象光学系统设置在大致垂直于上述光纤的光轴且与光纤放置表面的垂直方向不同的光轴上，以及设置图像拾取器件的图像拾取面使其大致上平行于多个光纤的光轴并相对成象光学系统的光轴倾斜时，物距越长，象距越短。所以在图像拾取器件之图像拾取面上的焦点对准距离变宽，从而使多对(例如12对)光纤全部聚焦，这样便能够一次获得所有光纤的清晰图像。由于按上述结构构成的成象光学系统包括前透镜系统，孔径光阑，和后透镜系统，所以由图像拾取器件拾取的图像的放大率是恒定的而且与光纤的位置无关。优选的是根据成象光学系统的光轴和受观察物体放置表面的垂线之间的角度适当地确定成象光学系统的光轴和图像拾取器件的图像拾取面之间的角度。
通过下面的详细说明并结合为进行说明而给出的附图将更有助于理解本发明，这些说明和附图并不对本发明构成限制。
通过以下给出的详细说明可以明显看出本发明具有更广阔的应用范围。然而，应该认识到，由于对本领域的技术人员来说很显然，在本发明的构思和范围内可以对其作出各种变换和改进，所以在展示本发明的优选实施例时给出的详细说明和具体实施只是说明性的。
图1是表示本发明所述光纤观察设备实施例的方框图；图2是表示上述实施例所述光纤观察设备之成象光学系统的示例性视图；图3A是表示在比较例中由光纤观察设备得到的图像之视图，而图3B是表示在上述实施例中由光纤观察设备得到的图像之视图；图4是表示从多个光纤到图像拾取面的光学系统之第一修正例的方框图；图5是表示从多个光纤到图像拾取面的第二修正例的方框图；图6是表示本发明所述光纤熔接器实施例的方框图；图7A和图7B是分别表示在比较例所述的光纤熔接器中和上述实施例所述光纤熔接器中的光纤观察步骤的流程图；图8是表示按照本发明所述光纤观察设备另一个实施例的方框图；和图9是表示按照比较例所述光纤观察设备的光学系统图。
下面将参照附图详细描述本发明的实施例。在对附图进行说明时将用相同的标号标注相同的元件而且将不对其进行重复描述。
图1是表示按照本发明所述光纤观察设备实施例的方框图。该图是沿被观察的多个光纤2的光轴方向得到的视图。光纤观察设备1具有一对光源3，4，所述光源位于多个(例如12对)光纤2两侧的放置表面14的斜上方，所述光纤在放置表面14上平行设置并呈扁平形状，观察设备还带有一对显微摄像机(观察单元)5,6，其位于放置表面14的斜下方。每一个显微摄像机5,6都是一个由每个光源3,4进行后部照射的多光纤2的图像拾取摄像机。可以把两个显微摄像机5,6集成成一个单元。
光纤的观察设备1具有图像输入/输出装置7，其接收从显微摄像机5,6输出的光纤2的图像，所述观察设备还包括显示器8，其显示从图像输入/输出装置7输出的图像。观察设备1上还设有向每一对光源3、4，图像输入/输出装置7，和显示器8提供电能的电源9。
每一个显微摄像机5,6带有一个成象光学系统12、13和CCD(图像拾取装置)10、11，所述成象光学系统12、13接收来自光纤2的光并形成光纤的图像，而CCD则拾取所述图像。成象光学系统12、13是具有相同放大率的显微镜。将每个成象光学系统12、13设置在光源3、4和CCD 10、11之间的光路上。沿两个方向设置成象光学系统的光轴12a、13a使之几乎垂直于光纤2的光轴但与放置表面14的垂直方向不同。例如，将每个光轴12a、13a设置成使之与放置表面14成45度倾角并同时穿过光纤2的截面中心。在这种情况下，由于成象光学系统的光轴12a垂直于成象光学系统13的光轴13a，所以在彼此垂直的两个方向(X方向和Y方向)上能观察到光纤2。
成象光学系统12由从光纤2一侧按顺序布置的前透镜12A、孔径光阑12B和后透镜12C组成，同样，成象光学系统13由从光纤2一侧按顺序布置的前透镜13A、孔径光阑13B和后透镜13C构成。在此，每一个前透镜12A、13A和后透镜12C、13C既可以是单个的凸透镜也可以是透镜组。还应注意到，光轴12a和13a并不总是必须彼此垂直，还可以将它们布置成任何彼此不同的方向。
下面将详细说明成象光学系统12。成象光学系统13也具有相同的结构。图2是成象光学系统12的解释性视图。该图也是沿光纤2之光轴方向的视图。如该图中所示，该成象光学系统12的光轴12a穿过一排光纤2的中心位置S，近似垂直于光纤2的光轴，并相对光纤2的放置表面14倾斜45度。
在成象光学系统12中从光纤2一侧按顺序布置有前透镜12A，孔径光阑12B，和后透镜12C。具体地说，设置孔径光阑12B要使其孔径位于前透镜12A的后焦点位置上，和设置后透镜12C使其前焦点位于前透镜12A的后焦点位置上。孔径光阑12B的孔径处于包含光轴12a的特定区域内。即，前透镜12A的后焦点位置几乎与后透镜12C的前焦点位置重合，而且它们处于孔径光阑12B的孔径处。
在具有上述结构的成象光学系统12中，从被光源3背部照射的光纤2平行于光轴12a射出的主射线由前透镜12A会聚在后焦点位置F处并通过孔径光阑12B的孔径。然后通过后透镜12C使这些射线再次变换成平行于光轴12a的主射线并到达CCD 10的图像拾取面10a。因此，在CCD 10的图像拾取面10a上形成的光纤2的图像放大率是恒定的或始终与光纤2中的任一个无关。既使是光纤2的位置在成象光学系统12的光轴12a方向上发生变化或者既使是CCD 10的图像拾取面10a的位置发生变化放大率也不会改变。成象光学系统12的放大率用fC/fA表示，通过成象光学系统12的放大率、光纤2的放置表面14和光轴12a之间的角度、以及CCD 10的图像拾取面10a和光轴12a之间的角度来确定由CCD 10拾取的图像的放大率。应注意，在图中示出了透镜12A、12C的焦距fC、fA。
在此，前透镜12A和后透镜12C优选为具有相同结构和相对于孔径光阑12B彼此对称布置的透镜。这种结构能够容易地放置前透镜12A、孔径光阑12B、后透镜12C和CCD 10并能消除彗差和通过CCD 10提供高质量图像。
优选将光纤2的中心位置S设在前透镜12A的前焦点位置上。在这种情况下，通过成象光学系统12在后透镜12C的后焦点位置上形成中心位置S的象S′，从中心位置S产生的光束在该位置上变为光阑间距内的平行光，并能容易地校正象差使之很好地平衡。
就这种成象光学系统12而言，每个物距(光纤和前透镜12A之间的光程)随每个光纤2的位置而不同。当用保持不变的象距(后透镜12C和图像位置之间的光程)得到光纤的图像时，即当通过使图像拾取面与光轴12a保持垂直而得到图像时，散焦度随各纤维的位置而变化。为了解决这个因物距不同而引起的问题，需将CCD 10的图像拾取面10a定位使之近似平行于光纤2的光轴并相对于成象光学系统12的光轴12a倾斜。相对于每一个光纤2来说，通过使图像拾取面10a倾斜可以满足图像形成条件，从而使得物距越长，象距越短。这种布置使在CCD 10的图像拾取面10a上的焦点对准范围变大，所以对每个光纤2来说能得到理想的聚焦。所以从CCD 10能输出所有光纤2的清晰图像。
根据所谓的沙伊姆弗勒原理用傍轴成象公式通过近似算出CCD 10的图像拾取面10a和成象光学系统12的光轴12a之间的角度θ之最佳值。通过进行光线跟踪模拟能够更精确地得到角度θ之最佳值。由此，可以将角度θ设定在45度-27度的范围内以便以×1-×2的放大率观察光纤。
在本实施例所述的光纤观察设备中，把由图像拾取面10a和光轴12a构成的角度θ设定为45度，而放大率是×1。如上所述，光轴12a和光纤2的放置表面14之间的角度与上面一样为45度。因此，放置表面14和图像拾取面10a之间的角度是直角，所以在图像拾取面10a上形成的光纤2之图像中的畸变非常小。
以上参照图2对成象光学系统12的有关描述也适用于成象光学系统13。所以由CCD 10、11拾取并通过图像输入/-出装置7在显示器8上显示的光纤2之图像具有与光纤2各个位置无关的恒定放大率，而且图像清晰无模糊现象。因此，能够一次观察多个(例如12对)光纤2的状态，从而能在短时间内在显示器上捕获光纤2的位置和端面状态。
图3A和3B是表示观察到的光纤图像实例的示图。每一个图都表示端面彼此靠近设置的多对光纤的图像。图3A是表示由比较例所述光纤观察设备得到的图像之视图而图3B是表示由本实施例所述光纤观察设备得到图像之视图。这些图表示的是观察六对端面彼此相对的光纤时的情况。
如3A所示，在由比较例所述光纤观察设备得到的图像15中，离显微摄像机最远的光纤图像16的放大率是光纤图像的最小放大率，放大率随着光纤和显微摄像机之间距离的减小而逐渐变大，最靠近显微摄像机的光纤图像17的放大率成为光纤图像的最大放大率。这是由于物距和象距随每个光纤2的位置不同而不同而且每个形成在显微摄像机之图像拾取面上的光纤的真正放大率也随之发生变化。因此，按照比较例所述的光纤观察设备需要进行图像处理以修正图像放大率的这种不均匀性，这将导致设备尺寸和成本增加。
与之相反，按照本实施例所述的光纤观察设备1具有按上述方式构成的成象光学系统12、13，所以如图3B所示在用该系统得到的图像19中图像的放大率对所有光纤2来说都是不变的。因此按照本实施例所述的光纤观察设备1不需要进行使图像放大率均匀的图像处理，因此缩短了确定光纤位置所需的时间，并减小了设备尺寸和成本。
除了图2中所示的从光纤2通过成象光学系统12到CCD 10的图像拾取面10a的光学系统结构之外还可以考虑各种改进的形式。下面将说明两种改进的实施例。应注意的是同样的结构也适用于从光纤2通过成象光学系统13到CCD 11的图像拾取面11a的光学系统。为简化起见，在下面描述的图4和图5中，用方框表示由前透镜12A、孔径光阑12B和后透镜12C构成的成象光学系统12而用线段表示平行并呈扁平形状设置的多个光纤2。
图4是表示从光纤2到图像拾取面10a之第一改进实例的方框图。在这个实例中，在光纤2和成象光学系统12之间的光轴12a上设有棱镜50，该棱镜是一个用于校正随光纤2的各位置而出现的物距差的器件。棱镜50的截面为楔形并将该棱镜设置成使其脊线平行于光纤2的光轴方向和使得在光纤一侧的物距较短。也就是说，物距越长，主光线穿过棱镜50的距离越长。
例如，假设棱镜50的顶角是25度，折射率是1.5，入射角是90度，则偏向角是14.34度。当成象光学系统12的放大率是×1时，光轴12a和放置图像拾取面10a的平面之间的角度是54.4度，该角度大于图2中的45度。这意味着，由于各光纤2的不同位置而导致的物距差得到了校正，所以既使是由光纤2的放置表面14和成象光学系统12的光轴12a形成角度与图2中相同，即为45度，也能减小所形成的象距差。
例如，让我们考虑一下在12对以0.25mm间距设置的光纤2中最外侧两个光纤距离为2.75mm(0.25×11)的情况。在没有棱镜50(即图2的情况下)的情况下，在图像拾取面10a上的图像中两个对应端纤维之间的距离是2.75mm；而在这种变换实例的情况下，距离仅仅是2.04mm。如上所述，由于在图像拾取面10a上形成的光纤2的图像变得较小，所以CCD 10的尺寸可以更紧凑。
图5是表示从光纤2到图像拾取面10a的光学系统第二修正例的方框图。在该实例中，成象光学系统12的放大率(fC/fA)是×1.5。在这种情况下，光轴12a和放置图像拾取面10a的平面之间的角度是33.7度。如果以0.25mm间隔设置的12个光纤2的两个端纤维之间的距离是2.75mm，则在图像拾取面10a上的图像中两个相应端纤维之间的距离将是5.41mm。如上所述，成象光学系统12的放大率越大，图像拾取面10a和光轴12a之间的角度θ越小，而图像则越大。因此，要求CCD 10的尺寸越大。
下面参照图6描述的是与上述光纤观察设备结合使用的光纤熔接器。与光纤观察设备1中同样或相同的部件将用相同的参考标号表示而且在此省略了对它们的描述。
按照该实施例所述的光纤熔接器20包括一对从斜上方向多对光纤(例如12对)发射光的光源3、4，所述光纤2a、2b的端面彼此相对并布置成扁平形状；显微摄像机21，其在两个方向上拾取多个光纤2a、2b的图像，所述摄像机位于多个光纤2a、2b的斜下方；图像输入/输出装置7，其接收从显微摄像机21输出的图像；图像处理装置18，其对从图像输入/输出装置7输出的图像进行图像处理；显示器8，其显示从图像处理装置18输出的图像；和向每个装置提供电能的电源9。
此外，光纤熔接器20具有一对位于多个光纤2a、2b彼此相对的端面部分两侧上的放电电极22,23；用于分析从图像处理装置18输出的图像并确定在目前的位置和多个光纤2a、2b之端面状态的情况下是否可以进行熔接的计算装置(检查器件)24；和当计算装置24确定可以进行熔接时向放电电极22、23施加高电压的放电装置25。此外，光纤熔接器20设有当计算装置24确定可以进行熔接时使每一对相对的光纤2a、2b彼此相接触的左、右纤维输送器26，和在计算装置24的确定过程中使用的存储确定数据的存储器装置27。
计算装置24接收从图像处理装置18输出的多个光纤2a、2b的图像并根据存储在存储装置27中的确定数据对它们进行分析以完成下列检查，即在熔接的每一对彼此相对的光纤之间是否存在轴的偏移，在成排的多个光纤2a、2b中是否存在空位或类似现象，每个光纤的端面中否有损坏或类似现象，等等。当这些检查结果确定可以进行熔接时，计算装置24首先向左右纤维输送器26发出驱动指令信号。该信号驱动左右纤维输送器26并通过输送器26使相对的多个光纤2a、2b的端面相互靠近。随后，计算装置24向放电装置25施加驱动指令信号。这个信号导致在放电电极22、23之间施加高电压，由此使各光纤的端面熔合在一起。这时驱动左右纤维输送器26中的一个把多个光纤2a、2b的一侧再向前推一点，从而使彼此相对的多个光纤2a、2b一次熔接完毕。
图7A和图7B是分别表示在比较例所述的光纤熔接器中和在本实施例所述的光纤熔接器中光纤观察步骤的流程图。
如图所示，在比较例所述的光纤熔接器中一次观察多个光纤中的四个光纤。为了观察12个纤维对的光纤，按照比较例所述的熔接器需要在移动显微镜的同时进行三次观察，因此在测量时要花费很长时间。更具体地说，当沿光纤斜下方的两个方向(X方向和Y方向)观察多个光纤时，首先移动X方向上的显微镜(步骤30)，对第一到第四光纤对的光纤进行X方向的观察(步骤31)。然后稍稍移动X方向的显微镜(步骤32)并对第五到第八对光纤对的光纤进行X方向的观察(步骤33)。然后再稍稍移动X方向的显微镜(步骤34)并对第九到第十二对光纤对的光纤进行X方向的观察(步骤35)。用上述步骤30-35的方法获得十二对光纤在X方向上的光纤图像。
然后移动Y方向上的显微镜(步骤36)并对第九到第十二光纤对的光纤进行Y方向的观察(步骤37)。然后稍稍移动Y方向的显微镜(步骤38)并对第五到第八光纤对的光纤进行Y方向的观察(步骤39)。然后再一次稍稍移动Y方向的显微镜(步骤40)并对第一到第四纤维对的光纤进行Y方向的观察(步骤41)。用上述步骤36-41的方法获得十二个光纤对在Y方向上的光纤图像。
与此相反，按照本实施例所述的光纤熔接器20既使在观察十二个光纤对的光纤2a、2b的情况下也能通过上述光纤观察设备一次观察和测量这些纤维，所以测量时间非常短。更具体地说，当在光纤斜下方的两个方向(X方向和Y方向)上观察多个光纤2a、2b时，首先用CCD 10在X方向上一次测量十二个光纤对的光纤2a、2b(步骤42)，然后用CCD 11在Y方向上一次测量十二个光纤对的光纤2a、2b(步骤43)。由此获得十二个光纤对的光纤2a、2b在X方向上的图像和在Y方向上的图像。
如上所述，按照本实施例的光纤熔接器20仅仅通过两个步骤的处理便能得到十二个光纤对的光纤2a、2b在两个方向上的图像，所以与比较例所述的光纤熔接器相比极大地减少了处理步骤的数量。而且也减少了对光纤熔接器20中的多个光纤2a、2b的测量时间。
如上所述，由于每个成象光学系统12、13是设置在光纤观察设备中的，其作为光纤熔接器20的一部分，所以对由每个CCD 10、11拾取的多个光纤2a、2b的图像放大率是均匀的，从而在图像处理装置18中不需要特别进行均匀放大率的图像处理。从这一方面来看，也减少了多个光纤2a、2b的测量时间。
由于在光纤熔接器20的观察过程中不移动显微镜，所以不需要显微镜驱动机构。因此，简化了光纤熔接器20的设备结构并减小了设备的尺寸和重量。
图8是表示按照本发明所述另一个光纤观察设备实施例的方框图。与图1的设备比较后可知，该设备是除去了同一图中左侧上的光源3和显微镜单元6后获得的设备。作为替代物，该设备设有反射镜99，反射镜的法线垂直于光纤2的光轴，并与成象光学系统12的光轴成45度角，而且与光源4的光轴也成45度角。将反射镜99设置成使之能沿与法线垂直的方向(V)运动而且显微镜单元5能沿垂直于反射镜99的方向(H)运动。
当在X方向上看到光纤对2时可用这样的方式获得观察的光纤透射象，即，从光源4发出的光被反射镜99反射，反射光穿过光纤对2，然后该光将射入显微镜单元5。
当在Y方向上看到光纤对2时，可用这种方式获得观察的光纤透视图，即，从光源4射出的光通过光纤对2，透射光由反射镜99反射，而且该光射入显微镜单元5。因此，用一个图像拾取面即可同时获得X方向的图像和Y方向的图像。参考标号2′表示在这种情况下光纤图像的反射镜图像。在建立光纤对2期间反射镜99向下移动。由于该设备仅使用一个成象光学系统，所以可降低其生产成本。
如上所述，把按照本发明所述的光纤观察设备设计成通过成象光学系统使从受光源照射且作为被观察物体的光纤发射的光聚焦在图像拾取器件的图像拾取面上并由图像拾取器件拾取该图像。在这种结构中，把成象光学系统设置在两个彼此不同的光轴中的每一个上，所述两个光轴几乎垂直于光纤的光轴且与光纤放置表面的垂直方向不同，而且图像拾取器件的图像拾取面几乎平行于光纤的光轴且相对于成象光学系统的光轴呈倾斜状从而使得物距越长，象距越短；因此图像拾取器件之图像拾取面上的焦点对准范围变宽，从而使多个光纤对(例如12个光纤对)的所有光纤都得以聚焦，并由此可一次获得所有光纤的清晰图像。由于按上述方式的成象光学系统包括前透镜系统，孔径光阑，和后透镜系统，所以由图像拾取器件拾取的图像的放大率是恒定的并始终与光纤的位置无关。因此，甚至在短时间内也能观察多个光纤对的光纤而且不需要进行均匀图像放大率的图像处理。所以能够减小尺寸和降低成本。
当前透镜系统和后透镜系统彼此相等且相对于孔径光阑的孔径位置彼此对称定位时，可消除由成象光学系统形成的图像中的模糊现象，因此由图像拾取器件拾取的光纤图像具有很好的质量。
如果上述设备进一步包括设置在光纤和成象光学系统之间用于校正多个光纤中每个光纤之物距差的物距差校正器件，该器件将能根据各光纤的位置校正物距之间的差值，从而使所形成的象距差变小，图像拾取器件的图像拾取面和成象光学系统的光轴之间的角度近似为直角。因此，使整个光纤观察设备以及图像拾取器件的结构紧凑。优选的物距差校正器件是截面为楔形的棱镜。
就本发明所述的光纤熔接器而言，由被上述光纤观察设备拾取端面彼此相对的多个光纤对的图像，检查器件根据这些图像确定是否可以进行熔接，当检查器件确定可以进行熔接时，熔接器件对光纤进行熔接。所以可以在较短的时间内一次完成多个光纤对的观察和检查，而且缩短了熔接光纤的处理时间。由于不再需要过去必需的驱动部分，所以设备结构更加简化。
就本发明所述的观察单元而言，从观察物体(例如，以平行和扁平形状或类似方式设置的多个光纤)上射出的光通过成象光学系统聚焦在图像拾取器件的图像拾取面上，而且由图像拾取器件拾取观察物体的图像。在将成象光学系统设置在与上述光纤之光轴几乎垂直且与光纤放置表面的垂直方向不同的光轴上和将图像拾取器件的图像拾取面布置成使其几乎平行于光纤的光轴和相对于成象光学系统的光轴呈倾斜状从而使物距越长，象距越短的情况下，图像拾取器件之图像拾取面上的焦点对准范围变宽从而使多个光纤对(例如12个光纤对)的所有光纤都得以聚焦，因此能一次得到所有光纤的清晰图像。由于按上述方式构成的成象光学系统包括前透镜系统，孔径光阑，和后透镜系统，所以由图像拾取器件拾取的图像的放大率是恒定的和始终与光纤的位置无关。这种观察单元适用于上述光纤观察设备和上述光纤熔接器。
通过以上对本发明的描述，能清楚地看到可以用多种方式对本发明的实施例作出改进。这些改进并未脱离本发明的构思和范围，而且对本领域的技术人员来说，所有这些变化都包含在下列权利要求的范围内。
权利要求
1．光纤观察设备包括(A)与多对光纤相对设置的第一成象光学系统，所述第一成象光学系统包括(a)第一前透镜系统，(b)第一孔径光阑，其包括处于所述第一前透镜系统后焦点位置上的孔径，和(c)第一后透镜系统，其包括处于所述第一前透镜系统后焦点位置上的前焦点，其中所述第一前透镜系统、所述第一孔径光阑和所述第一后透镜系统从所述光纤一侧按顺序布置；和(B)图像拾取装置，该装置拾取由所述第一成象光学系统形成的光纤图像。
2．根据权利要求1所述的光纤观察设备，进一步包括第二成象光学系统，该系统用于在不同于所述第一成象光学系统的方向上观察所述光纤对，所述第二成象光学系统具有(a)第二前透镜系统，(b)第二孔径光阑，其包括处于所述第二前透镜系统后焦点位置上的孔径，和(c)第二后透镜系统，其包括处于所述第二前透镜系统后焦点位置上的前焦点，其中所述第二前透镜系统、所述第二孔径光阑和所述第二后透镜系统从所述光纤一侧按顺序布置。
3．根据权利要求1所述的光纤观察设备，其中所述图像拾取装置的图像拾取面相对于所述第一成象光学系统的光轴呈倾斜状从而使得所述光纤对中的光纤物距越长，其象距越短，而且将所述图像拾取装置的图像拾取面设置在平行于所述光纤对之光轴的位置上。
4．根据权利要求1所述的光纤观察设备，进一步包括向所述第一成象光学系统反射所述光纤图像的反射镜，所述反射镜位于所述光纤附近。
5．根据权利要求4所述的光纤观察设备，其中所述反射镜是可移动的。
6．根据权利要求2所述的光纤观察设备，其中所述第一和第二成象光学系统是具有相同放大率的显微镜。
7．根据权利要求1所述的光纤观察设备，进一步包括用于校正每个光纤之物距差的物距差校正器件，所述物距差校正器件设置在所述光纤对和所述第一成象光学系统之间。
8．根据权利要求7所述的光纤观察设备，其中所述物距差校正器件是截面为楔形的棱镜。
9．光纤熔接器包括如权利要求1所述的光纤观察设备；和一对用于熔融和联接所述光纤端部的放电电极，所述放电电极设在所述多对光纤端部之间间隔两侧的各位置上。
10．根据权利要求9所述的光纤熔接器，进一步包括检查器件，该器件根据由所述图像拾取装置拾取的光纤对图像确定所述光纤对是否处于可由所述放电电极进行熔融和联接的状态。
11．光纤熔接器包括如权利要求2所述的光纤观察设备；和一对用于熔融和联接所述光纤端部的放电电极，所述放电电极设在所述多对光纤端部之间间隔两侧的各位置上。
全文摘要
每个成象光学系统具有一个后透镜系统,其前焦点处于前透镜系统的后焦点位置上。将每个光轴设置在垂直于光纤之光轴且与光纤放置表面的垂直方向不同的方向上。使CCD的每一个图像拾取面相对于成象光学系统的光轴倾斜以便使得光纤中每个光纤的物距越长,其象距越短,而且将每个图像拾取面设在平行于光纤光轴的方向上。
文档编号G02B6/255GK1214455SQ9812095
公开日1999年4月21日 申请日期1998年10月14日 优先权日1997年10月15日
发明者大阪启司, 服部一成, 渡辺勤, 田锅昭 申请人:住友电气工业株式会社