CN106969719A - 一种光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置。检测方法为：使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定；激光器发出的光通过光纤耦合器分成能量相等的两束光，并将光纤阵列放置在成像镜头的工作距离处，通过成像镜头将光纤阵列成像在CCD上，得到两个光路发出光束的光斑图；对所得到光束的光斑图进行灰度去噪声处理，通过最小二值椭圆拟合的方法，得到两个光斑的中心即光纤阵列相邻两束光纤的纤芯间距。检测装置包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器、光纤耦合器、光纤阵列、成像镜头和CCD，其中光纤阵列设置于成像镜头的工作距离处。本发明能够准确、快速、有效地对光纤阵列纤芯间距进行检测。

Description

一种光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置

技术领域

本发明涉及光干涉计量技术领域，特别是一种光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置。

背景技术

光纤阵列由于通过光纤传像，具有能够柔性传像、重量轻、使用空间自由度大等优点，被广泛应用于光通信、医学、军事等领域，并且，随着通信、军用等领域对光纤阵列光束数量需求越来越多，二维光纤阵列的研制迫在眉睫，同时，对于光纤阵列间距的检测也变得尤其重要，目前，国内外能够实现光纤阵列纤芯间距检测的装备主要有：日本的型号为CORE-PITCH PRO的高精度的检测系统，检测精度为20nm；美国Moritex Inc公司研制的非接触自动测量系统，纤芯间距检测精度在50nm。国内则主要在实验平台上完成的系统设计，最近，将光机电结合起来的测量方法研究越来越深入。

2014年，北京信息科技大学的王润兰提出了基于显微视觉的纤芯间距测量方法。该方法利用光学显微镜和CCD结合，在图像采集卡采集到一幅图像中获得至少两根光纤的光斑。然后利用最小二乘法和二次多项式插值法对获得图像进行处理，获得光纤二维光纤阵列纤芯间距，测量精度为16nm。但是，该方法需要使用光学显微镜，因此测量过程非常繁琐，并且引入的系统误差过大，导致测量精确度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速、准确的光纤阵列纤芯间距的检测方法及装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光纤阵列纤芯间距的检测方法，步骤如下：

步骤1，使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定；

步骤2，激光器发出的光通过光纤耦合器分成能量相等的两束光，并将光纤阵列放置在成像镜头的工作距离处，通过成像镜头将光纤阵列成像在CCD上，得到两个光路发出光束的光斑图；

步骤3，对所得到光束的光斑图进行灰度去噪声处理，通过最小二值椭圆拟合的方法，得到两个光斑的中心即光纤阵列相邻两束光纤的纤芯间距。

进一步地，步骤1所述使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定，具体如下：

假设CCD像元大小为W，测量系统对已知高度为U的物体成像，且成像结果占有的CCD像素个数为V，则该测量系统的放大率β表示为：

进一步地，步骤3所述最小二值椭圆拟合的方法，具体如下：

使用椭圆的计算方程：设z为理想值，a、b分别为椭圆在x轴和y轴上的焦点到圆心的距离；

通过计算理想值与对应点的距离，求导使理想值与对应点的距离最小，使理想值z与图像光斑边缘的差值最小，得到椭圆方程的a、b的值，即得到这个椭圆方程，椭圆的中心就是光斑的中心，两个椭圆中心的距离就是两个光斑的中心即光纤阵列相邻两束光纤的纤芯间距。

一种光纤阵列纤芯间距的检测装置，包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器、光纤耦合器、光纤阵列、成像镜头和CCD，其中光纤阵列设置于成像镜头的工作距离处。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过椭圆拟合光斑边缘的方式得到两个光斑的中心即两束光纤的纤芯间距，简单、快速、准确；(2)系统结构简单，测量过程方便，并且引入的系统误差小，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明光纤阵列纤芯间距的检测装置的结构示意图.

图2光纤光斑椭圆拟合结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明对光纤阵列纤芯间距检测方法，首先使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率进行标定，然后通过光纤耦合器分成能量相等的两束光，并将光纤阵列放置在成像镜头的工作距离处，通过用一块成像镜头将光纤阵列成像在CCD上，得到两个光路发出光束的光斑图，对得到的光束的光斑图进行处理，最终通过椭圆拟合光斑边缘的方式得到两个光斑的中心即两束光纤的纤芯间距。

一种光纤阵列纤芯间距的检测方法，步骤如下：

步骤1，使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定，具体如下：

假设CCD5像元大小为W，测量系统对已知高度为U的物体成像，且成像结果占有的CCD像素个数为V，则该测量系统的放大率β表示为：

步骤2，激光器1发出的光通过光纤耦合器2分成能量相等的两束光，并将光纤阵列3放置在成像镜头4的工作距离处，通过成像镜头4将光纤阵列3成像在CCD5上，得到两个光路发出光束的光斑图；

步骤3，对所得到光束的光斑图进行灰度去噪声处理，通过最小二值椭圆拟合的方法，得到两个光斑的中心即光纤阵列3相邻两束光纤的纤芯间距；

所述最小二值椭圆拟合的方法，具体如下：

使用椭圆的计算方程：设z为理想值，a、b分别为椭圆在x轴和y轴上的焦点到圆心的距离；

通过计算理想值与对应点的距离，求导使理想值与对应点的距离最小，使理想值z与图像光斑边缘的差值最小，得到椭圆方程的a、b的值，即得到这个椭圆方程，椭圆的中心就是光斑的中心，两个椭圆中心的距离就是两个光斑的中心即光纤阵列3相邻两束光纤的纤芯间距。

结合图1，本发明光纤阵列纤芯间距的检测装置，包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器1、光纤耦合器2、光纤阵列3、成像镜头4和CCD5，其中光纤阵列3设置于成像镜头4的工作距离处。

实施例1

结合图1，对光纤阵列纤芯间距检测装置包括激光器1、光纤耦合器2、光纤阵列3、镜头4和CCD5。

首先使用标准量块为美军标1951分辨率板对成像系统放大率β进行标定，USAF1951分辨率板，符合美国MIL-STD-150A标准。将尺寸已知的标准量块经成像镜头成像在CCD上，获得标准量块的像，通过算法得到该像的像素数，计算得到缩放后的像的大小，从而确定测量系统的放大倍率。假设CCD像元大小为W，成像系统对已知高度为U的物体成像，通过实验得到其占有的CCD像素个数V，则该系统的放大率β可表示为：

本发明方法实现装置测量步骤为：激光器1发出的光通过光纤耦合器2分为能量相等的两束光，这两束光到达光纤阵列3后，通过成像镜头4成像在CCD5上，CCD5采集到的光斑图传送到电脑中，对其进行滤波去燥处理，最终通过椭圆拟合法对得到的两个光斑边缘进行拟合，得到两个光斑的圆心距离即两束光纤的纤芯间距。

对光纤阵列纤芯间距的测量方法效果如图2所示。

表1 多组纤芯间距测量结果

测量了多组光纤阵列中的纤芯间距，光纤阵列纤芯间距设计值为0.5mm，最终的得到纤芯间距的误差均值为1.75μm。

Claims (4)

1.一种光纤阵列纤芯间距的检测方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定；

步骤2，激光器(1)发出的光通过光纤耦合器(2)分成能量相等的两束光，并将光纤阵列(3)放置在成像镜头(4)的工作距离处，通过成像镜头(4)将光纤阵列(3)成像在CCD(5)上，得到两个光路发出光束的光斑图；

步骤3，对所得到光束的光斑图进行灰度去噪声处理，通过最小二值椭圆拟合的方法，得到两个光斑的中心即光纤阵列(3)相邻两束光纤的纤芯间距。

2.根据权利要求1所述的光纤阵列纤芯间距的检测方法，其特征在于，步骤1所述使用美军标1951分辨率板对测量系统的放大率β进行标定，具体如下：

假设CCD(5)像元大小为W，测量系统对已知高度为U的物体成像，且成像结果占有的CCD像素个数为V，则该测量系统的放大率β表示为：

$\mathrm{\β}=\frac{WV}{U}.$

3.根据权利要求1所述的光纤阵列纤芯间距的检测方法，其特征在于，步骤3所述最小二值椭圆拟合的方法，具体如下：

使用椭圆的计算方程：设z为理想值，a、b分别为椭圆在x轴和y轴上的焦点到圆心的距离；

通过计算理想值与对应点的距离，求导使理想值与对应点的距离最小，使理想值z与图像光斑边缘的差值最小，得到椭圆方程的a、b的值，即得到这个椭圆方程，椭圆的中心就是光斑的中心，两个椭圆中心的距离就是两个光斑的中心即光纤阵列(3)相邻两束光纤的纤芯间距。

4.一种光纤阵列纤芯间距的检测装置，其特征在于，包括沿光路方向顺次共光轴设置的激光器(1)、光纤耦合器(2)、光纤阵列(3)、成像镜头(4)和CCD(5)，其中光纤阵列(3)设置于成像镜头(4)的工作距离处。