光检测方法、光检测装置和程序与流程

本技术涉及光检测方法、光检测装置和程序，具体地说，涉及用于稳定地获得光束(除了准直光之外，还包括例如会聚光束或扩散光束的各种光束)的光轴或光的直径的光检测方法等。

背景技术：

在用于规定光束的传统方法中被确定为不符合的一些情况因为在通信中满足所需的光量，所以不会引起任何问题。从作为收发系统而确保通信的观点来看，没有用于规定在发送侧或接收侧的光形式的方法。存在用于规定具有呈现正态分布的光强度的光的标准，例如“iec61280-1-4”，但该标准基本上是针对表现出正态分布的单一模式来定义的。对于执行面发光的光源(例如垂直腔面发射激光器(vcsel))难以以均匀的光强度分布执行输出，并且“iec61280-1-4”不适用于这种情况。

在连接器的插座和插头之间的连接中，最主要使用的方法是使用物理接触的光学连接方法，通过该物理接触，光纤芯物理地和直接地彼此连接。在该方法中，光直接在插座和插头的芯之间传播。即使在使用具有不具有正态分布的功率的光源的情况下，当光在光纤中经过一定距离时，从芯端面输出的光被归一化，因此可以根据“iec61280-1-4”规定光的形式。

在以光通信为主导的以太网系统中，使用大量有源光缆(aoc)。在该aoc中，光电转换模块结合到插头中，因此插头在电触点处连接到插座，并且光仅在线缆中传播而不与外部接触。因此，不需要清楚地规定光的形式。因此，即使在使用诸如vcsel的不具有均匀功率分布的光源的情况下，如果确保通信就足够了，并且不需要规定光的形式。

如上所述，不需要清楚地规定不具有正态分布的光束，因此目前不存在标准。因此，如果有在端面上具有光不具有均匀功率分布的光的形式的连接器的情况下，在用于规定光束的传统方法中被确定为不符合的一些情况不会在实际通信中引起任何问题。目前，从确保通信的角度来看，没有用于在发送侧和接收侧规定光的端面的方法。

如上所述，没有用于规定具有不均匀功率分布的光束的标准，但是目前，用于将功率的重心视为轴向位置的方法通常用作规定光轴的方法。然而，重心取决于强度分布的不均匀的状态。因此，在其中的各个光学元件具有强度分布变化的光源(例如vcsel)的情况下，难以稳定地控制重心。此外，从具有不均匀功率分布的光源发射的准直光具有功率分布根据与光源的距离而改变的趋势，并且重心在每个点处偏离。结果，还预期光轴将变得不稳定。此外，在通道数量增加的情况下，轴的偏离存在于每个通道中。因此，在尝试通过使用机械公差等吸收轴的偏离的情况下，还预期规格将变得太严格而不能实现连接器。

以上描述是在以轴作为基准的情况下提供的。然而，计算准直光的直径的结果是类似地不稳定的，并且用于在准直光的特定横截面上规定x轴和y轴并且将根据轴上的强度分布计算的宽度当作准直光的直径的方法通常被用作规定光的直径的方法。或者，使用用于以重心为中点规定x轴和y轴并且将由轴上的强度分布计算的宽度作为准直光的直径的方法。然而，如果仅通过使用在某点的x和y来规定宽度，则如上所述，在强度分布不均匀的情况下，可能会产生大的误差。

例如，专利文献1描述了与多模式的准直光的规格有关的技术。该技术是与用于容易且高精度地调整准直器光学系统的会聚/扩散和轴偏离的焦点检测方法和装置有关的技术，并且即使在光源的功率分布不均匀的情况下，功率分布被认为是高斯分布，并且计算光的直径和轴。然而，上述用于在将功率分布视为高斯分布的情况下执行计算的方法仅提供了“将像素的积分值的分布视为高斯分布”的描述，但是没有提及该方法的细节。不能说上述方法是能够稳定地计算光轴和光直径的方法。

在存在诸如用于消费者使用的光学连接器的大量供应商的情况下，如果试图通过使用准直光来实现光学连接，则需要规定准直光，并且需要一种方法来稳定地计算从具有不均匀强度分布的光源(例如vcsel)发射的准直光的光轴或光直径。

引用列表

专利文件

专利文献1：日本专利申请公开no.2001-166202

技术实现要素：

本发明要解决的问题

本技术的目的是稳定地获得甚至具有不均匀强度分布的光束的光轴或光直径。

解决问题的方法

本技术的概念是一种光检测方法，包括：

第一步，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形；和

第二步，从该外形获得近似圆，并基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。

在本技术中，在第一步骤中，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形。例如，光束可以是准直光。此外，光束可以是多模激光束。此外，光束可以是由vcsel发射的激光束。

此外，例如，在第一步骤中，可以通过将在光束的横截面上的多个位置的光强度全部相加来获得总光强度，并且可以按照光强度的降序从多个位置中选择位置并可以将光强度依次相加，并且可以在相加的光强度相对于总光强度具有特定比率时，基于已经顺序选择的多个位置来获得外形。在这种情况下，例如，光束的横截面上的多个位置可以是对光束的横截面进行成像的成像元件的各个像素的位置。

此外，例如，在第一步骤中，可以通过将在光束的横截面上的多个位置的光强度全部相加来获得总光强度，并且可以按照光强度的升序从多个位置中选择位置并可以从总光强度中依次减去光强度，并且可以在剩余的光强度相对于总光强度具有特定比率时，基于已经顺序选择的多个位置来获得外形。在这种情况下，例如，光束的横截面上的多个位置可以是对光束的横截面进行成像的成像元件的各个像素的位置。

此外，在第二步骤中，从该外形获得近似圆，并且基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。例如，在第二步骤中，通过使用最小二乘法来从外形获得近似圆。然后，在这种情况下，近似圆的中心被确定为光束的光轴，并且近似圆的直径被确定为光束的光的直径。

如上所述，在本技术中，获得了光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，并且基于从该外形获得的近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。因此，可以稳定地获得光轴或光束的光直径。

此外，本技术的另一个概念是光检测装置，包括：

成像元件，其对光束的横截面进行成像并获得所拍摄的图像数据；和

处理单元，处理所拍摄的图像数据并获得光束的光轴和/或光的直径，

其中，处理单元获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，从该外形获得近似圆，并基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。

在本技术中，成像元件对光束的横截面进行成像，并且获得所拍摄的图像数据。然后，由处理单元处理所拍摄的图像数据，并获得光束的光轴和/或光的直径。在这种情况下，在处理单元中，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，从该外部获得近似圆。在该近似圆的基础上获得光束的形状和光轴和/或光的直径。

如上所述，在本技术中，处理通过对光束的横截面进行成像而获得的所拍摄的图像数据，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，并且基于从该外形获得的近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。因此，可以稳定地获得光轴或光束的光直径。

发明效果

根据本技术，可以稳定地获得具有不均匀强度分布的光束的光轴或光直径。注意，这里描述的效果仅是说明性的而非限制性的，并且可以表现出额外的效果。

附图说明

图1是示出通过使用输入到插座和插头的端面或从插座和插头的端面输出的准直光来执行通信的方式的图。

图2是示出从插座或插头的端面输出的准直光倾斜的状态的图。

图3是示出从插座或插头的端面输出的准直光会聚或扩散的状态的图。

图4是示出用作测量装置的光检测装置的配置示例的框图。

图5是示出准直光的截面上的光强度分布(功率分布)的示例的图。

图6是用于描述在具有不均匀光强度分布的准直光中，将重心的位置确定为光轴的情况的图。

图7是用于描述在具有不均匀光强度分布的准直光中，中心位置被确定为光轴的情况的图。

图8是用于描述用于获得准直光的光轴和光直径的处理的示例的图。

图9是示出显示器上的光轴和光直径的显示示例的图。

图10是用于描述通过计算两个或更多个横截面上的光轴和光的直径可以看到光轴的倾斜和准直光的会聚/扩散程度的图。

具体实施方式

以下描述用于实施本发明的模式(下文中称为“实施例”)。注意，将按照下面描述的顺序提供描述。

1.实施例

2.修改示例

<1.实施例>

[光检测装置的配置示例]

在通过使用准直光在插座和插头之间进行通信的系统的情况下，可以想到许多供应商的插座和插头被随机连接，因此需要在连接器端面上进行标准化。

图1示出了通过使用准直光30进行通信的方式，准直光30输入到插座10的端面或插座20的端面或者从插座10的端面或插座20的端面输出。这里，标准化的最初目的是消除输出这样的准直光的连接器：该准直光如图2所示由于准直光的角度倾斜而影响通信或者如图3所示由于准直光的会聚或扩散而影响通信。但是，在对于能够实现通信但是从具有不均匀光强度分布的光源(例如vcsel)发射的准直光不能稳定地计算光轴或光的直径的情况下，可以想到非故意地发生从规定值的偏离。

图4示出了用作测量装置的光检测装置100的配置示例。该光检测装置100包括诸如cmos的成像元件101、由cpu等配置的处理单元102以及由lcd等配置的显示器103。注意，该光检测装置100获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，从该外形获得近似圆，基于该近似圆获得光束的光轴或光的直径，并显示结果。

注意，在该实施例中，在假设光束是准直光30的情况下提供描述。然而，本技术不限于准直光30，并且还可应用于各种光束，例如，诸如会聚光束或扩散光束。此外，在该实施例中，假设准直光30是多模激光束，例如，从诸如垂直腔面发射激光器(vcsel)的多模光源发射的激光束。然而，本技术也适用于单模激光束。

成像元件101对准直光30的横截面进行成像，以获得所拍摄的图像数据。处理单元102处理由成像元件101获得的所拍摄的图像数据，并获得准直光30的光轴和光的直径。显示器103在未示出的存储器中存储计算轴和光的直径的结果，作为处理单元102的处理结果的，并显示光轴和光的直径。

描述处理单元102的处理细节。图5的(a)在准直光30的横截面上通过使用轮廓线示意性地示出了光强度分布(功率分布)的示例。图5的(b)示出了线a-a'上的光强度。在具有这种光强度分布的准直光30中，如果确定重心的位置是光轴，则光轴的位置根据光强度分布的不均匀性而变化，如图6的(a)和图6的(b)所示。

相反，在具有这种光强度分布的准直光30中，如果确定中心位置是光轴，即使在光强度分布具有不均匀性的情况下，也可以稳定地获得光轴的位置，如图7的(a)和图7的(b)所示。然而，难以计算具有不均匀光强度分布的准直光30的中心，并且该计算还没有被提及。

处理单元102计算尽可能接近中心的位置作为具有不均匀光强度分布的准直光30的光轴。换句话说，处理单元102获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率(在该实施例中，比率为86.5％)的光强度的范围的外形，从该外形获得近似圆，并且基于该近似圆获得准直光30的光轴和光的直径。

参考图8描述用于获得准直光30的光轴和光的直径的处理的示例。在图8中，外部实线表示准直光30的横截面的外形，即，为0的光强度和大于0的光强度之间的边界。

(1)首先，处理单元102将准直光30的横截面上的多个位置的所有光强度相加，以获得总光强度。在该实施例中，处理单元102处理所拍摄的图像数据，并且准直光30的横截面上的多个位置是对准直光30的横截面进行成像的成像元件101的各个像素的位置。在这种情况下，通过将在所拍摄的图像数据的各个像素的位置中的所有信号电平(光强度)相加来获得总光强度。

(2)接下来，处理单元102以光强度的降序从多个位置中选择位置，依次将其光强度相加，并基于在相加的光强度相对于总光强度具有规定比率(86.5％)时顺序选择的多个位置获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度范围的外形。在图8中，通过阴影线示出了相对于准直光30的横截面上的总光强度具有特定比率的光强度的范围。

(3)接下来，处理单元102从在(2)中获得的外形获得近似圆。在这种情况下，处理单元102通过使用最小二乘法计算近似圆。在图8中，用虚线示出近似圆。

(4)然后，处理单元102将在(3)中获得的近似圆的中心确定为准直光30的光轴，并将近似圆的直径确定为准直光30的光的直径，如图8所示。

图9示出了显示器103的显示示例。准直光30由近似圆圈表示。然后，在这种情况下，以可以理解所获得的准直光30的光轴从标准的基准轴位置偏离的程度和偏离的方向的方式进行显示。

如上所述，图4所示的光检测装置100获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度范围的外形，并基于从外形获得的近似圆获得光学准直光30的轴和光的直径。因此，几乎不会收到集中式的光强度分布的不均匀性的影响，并且可以稳定地获得准直光30的光轴和光的直径。

<2.修改示例>

注意，在上述实施例中，假定所规定的比率为86.5％。该比率86.5％是也在“iso11145”中描述的数值，但是本技术适用于任意数值。

此外，在上述实施例中，描述了一种方法，其中，在获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度范围的外形时，以光强度的降序从多个位置选择位置，并将光强度依次相加。然而，还可以想到一种方法，其中，在获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度范围的外形时，以光强度的升序从多个位置选择位置，并按顺序减去光强度。

在这种情况下，处理单元102以光强度的升序从多个位置中选择位置，从总光强度顺序地减去其光强度，并基于在剩余的光强度相对于总光强度具有规定比率时顺序选择的多个位置获得准直光30的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度范围的外形。

注意，如上所述，通过执行顺序相加或顺序相减来获得外形的方法不是限制性的，并且能够发现具有特定比率的外形就足够了。例如，预先确定的截面区域中的光强度的总相加值可以相对于总光强度具有特定比率。

此外，在上述实施例中，假设光束是具有不均匀光强度分布的准直光，但是本技术也适用于具有精确高斯分布的准直光。

此外，在上述实施例中，假设具有不均匀光强度分布的光束是由vcsel产生的激光束，但是本技术也适用于具有不均匀的光强分布的另一种激光束。

此外，在上述实施例中，已经在一个通道的假设下提供了描述，但是本技术也适用于多通道情况。在这种情况下，获得每个通道的总光强度，并且需要将本技术应用于每个通道。

此外，在上述实施例中(参见图4)，已经描述了从插座10或插头20的端面输出的准直光30的光轴垂直于端面的情况。然而，本技术也适用于从插座10或插头20的端面输出的准直光30的光轴不垂直于端面的情况，例如如图2所示。

此外，如图10的(a)和图10的(b)所示，通过计算准直光30的两个或多个横截面上的光轴和光的直径，可以看出准直光30的光轴倾斜和会聚/扩散程度，但这不在上面描述。

注意，下面描述的配置也落入本公开的技术范围内。

(1)一种光检测方法，包括：

第一步，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形；和

第二步，从该外形获得近似圆，并基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。

(2)上述(1)中描述的光检测方法，

其中，在第一步骤中，通过将在光束的横截面上的多个位置的光强度全部相加来获得总光强度，并且

按照光强度的降序从多个位置中选择位置并将光强度依次相加，并且在相加的光强度相对于总光强度具有特定比率时，基于已经顺序选择的多个位置来获得外形。

(3)上述(2)中描述的光检测方法，

其中，光束的横截面上的所述多个位置包括对光束的横截面进行成像的成像元件的各个像素的位置。

(4)上述(1)中描述的光检测方法，

其中，在第一步骤中，通过将在光束的横截面上的多个位置的光强度全部相加来获得总光强度，并且

按照光强度的升序从多个位置中选择位置并从总光强度中依次减去光强度，并且在剩余的光强度相对于总光强度具有特定比率时，基于已经顺序选择的多个位置来获得外形。

(5)上述(4)中描述的光检测方法，

其中，光束的横截面上的所述多个位置包括对光束的横截面进行成像的成像元件的各个像素的位置。

(6)上述(1)-(5)中任一项所述的光检测方法，

其中光束为准直光。

(7)如上述(1)-(6)中任一项所述的光检测方法，

其中，在第二步骤中，通过使用最小二乘法来从外形获得近似圆。

(8)如上述(1)-(7)中任一项所述的光检测方法，

其中光束为多模激光束。

(9)上述(1)中描述的光检测方法，

其中光束包括从垂直腔面发射激光器发射的激光束。

(10)一种光检测装置，包括：

成像元件，其对光束的横截面进行成像并获得所拍摄的图像数据；和

处理单元，处理所拍摄的图像数据并获得光束的光轴和/或光的直径，

其中，处理单元获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形，从该外形获得近似圆，并基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。

(11)一种用于使计算机执行光检测方法的程序，该光检测方法包括：

第一步，获得光束的横截面上相对于总光强度具有特定比率的光强度的范围的外形；和

第二步，从该外形获得近似圆，并基于该近似圆获得光束的光轴和/或光的直径。

参考符号列表

10插座

20插头

30准直光

100光检测装置

101成像元件

102处理单元

103显示器