[發明專利]一種光纖陣列纖芯間距的檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201710191783.X
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106969719A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 沈華;矯岢蓉;朱日宏;李嘉;高金銘;王勁松;孫越;陳磊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 薛云燕

技術領域

本發明涉及光干涉計量技術領域，特別是一種光纖陣列纖芯間距的檢測方法及裝置。

背景技術

光纖陣列由于通過光纖傳像，具有能夠柔性傳像、重量輕、使用空間自由度大等優點，被廣泛應用于光通信、醫學、軍事等領域，并且，隨著通信、軍用等領域對光纖陣列光束數量需求越來越多，二維光纖陣列的研制迫在眉睫，同時，對于光纖陣列間距的檢測也變得尤其重要，目前，國內外能夠實現光纖陣列纖芯間距檢測的裝備主要有：日本的型號為CORE-PITCH PRO的高精度的檢測系統，檢測精度為20nm；美國Moritex Inc公司研制的非接觸自動測量系統，纖芯間距檢測精度在50nm。國內則主要在實驗平臺上完成的系統設計，最近，將光機電結合起來的測量方法研究越來越深入。

2014年，北京信息科技大學的王潤蘭提出了基于顯微視覺的纖芯間距測量方法。該方法利用光學顯微鏡和CCD結合，在圖像采集卡采集到一幅圖像中獲得至少兩根光纖的光斑。然后利用最小二乘法和二次多項式插值法對獲得圖像進行處理，獲得光纖二維光纖陣列纖芯間距，測量精度為16nm。但是，該方法需要使用光學顯微鏡，因此測量過程非常繁瑣，并且引入的系統誤差過大，導致測量精確度降低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種快速、準確的光纖陣列纖芯間距的檢測方法及裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種光纖陣列纖芯間距的檢測方法，步驟如下：

步驟1，使用美軍標1951分辨率板對測量系統的放大率β進行標定；

步驟2，激光器發出的光通過光纖耦合器分成能量相等的兩束光，并將光纖陣列放置在成像鏡頭的工作距離處，通過成像鏡頭將光纖陣列成像在CCD上，得到兩個光路發出光束的光斑圖；

步驟3，對所得到光束的光斑圖進行灰度去噪聲處理，通過最小二值橢圓擬合的方法，得到兩個光斑的中心即光纖陣列相鄰兩束光纖的纖芯間距。

進一步地，步驟1所述使用美軍標1951分辨率板對測量系統的放大率β進行標定，具體如下：

假設CCD像元大小為W，測量系統對已知高度為U的物體成像，且成像結果占有的CCD像素個數為V，則該測量系統的放大率β表示為：

進一步地，步驟3所述最小二值橢圓擬合的方法，具體如下：

使用橢圓的計算方程：設z為理想值，a、b分別為橢圓在x軸和y軸上的焦點到圓心的距離；

通過計算理想值與對應點的距離，求導使理想值與對應點的距離最小，使理想值z與圖像光斑邊緣的差值最小，得到橢圓方程的a、b的值，即得到這個橢圓方程，橢圓的中心就是光斑的中心，兩個橢圓中心的距離就是兩個光斑的中心即光纖陣列相鄰兩束光纖的纖芯間距。

一種光纖陣列纖芯間距的檢測裝置，包括沿光路方向順次共光軸設置的激光器、光纖耦合器、光纖陣列、成像鏡頭和CCD，其中光纖陣列設置于成像鏡頭的工作距離處。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：(1)通過橢圓擬合光斑邊緣的方式得到兩個光斑的中心即兩束光纖的纖芯間距，簡單、快速、準確；(2)系統結構簡單，測量過程方便，并且引入的系統誤差小，提高了測量精度。

附圖說明

圖1為本發明光纖陣列纖芯間距的檢測裝置的結構示意圖.

圖2光纖光斑橢圓擬合結果示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步說明。

本發明對光纖陣列纖芯間距檢測方法，首先使用美軍標1951分辨率板對測量系統的放大率進行標定，然后通過光纖耦合器分成能量相等的兩束光，并將光纖陣列放置在成像鏡頭的工作距離處，通過用一塊成像鏡頭將光纖陣列成像在CCD上，得到兩個光路發出光束的光斑圖，對得到的光束的光斑圖進行處理，最終通過橢圓擬合光斑邊緣的方式得到兩個光斑的中心即兩束光纖的纖芯間距。

一種光纖陣列纖芯間距的檢測方法，步驟如下：

步驟1，使用美軍標1951分辨率板對測量系統的放大率β進行標定，具體如下：

假設CCD5像元大小為W，測量系統對已知高度為U的物體成像，且成像結果占有的CCD像素個數為V，則該測量系統的放大率β表示為：

步驟2，激光器1發出的光通過光纖耦合器2分成能量相等的兩束光，并將光纖陣列3放置在成像鏡頭4的工作距離處，通過成像鏡頭4將光纖陣列3成像在CCD5上，得到兩個光路發出光束的光斑圖；