(57)【要約】  強度分布が一様ではない光ビームでも光軸や光径を安定的に求める。  光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める。この外形から近似円を求める。例えば、近似円は、最小二乗法を用いて算出する。この近似円に基づいて光ビームの光軸および/または光径を求める。
2018131700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める第１のステップと、
上記外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める第２のステップを有する
光検出方法。
【請求項２】
上記第１のステップでは、
上記光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して上記総光強度とし、
上記複数の位置から光強度の強い順に位置を選択して光強度を順次加算していき、加算光強度が上記総光強度に対して特定の割合となったときの上記順に選択された複数の位置により上記外形を求める
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項３】
上記光ビームの断面における複数の位置は、上記光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である
請求項２に記載の光検出方法。
【請求項４】
上記第１のステップでは、
上記光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して上記総光強度とし、
上記複数の位置から光強度の弱い順に位置を選択して上記総光強度から光強度を順次減算していき、残りの光強度が上記総光強度に対して特定の割合となったときの上記順に選択された複数の位置により上記外形を求める
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項５】
上記光ビームの断面における複数の位置は、上記光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である
請求項４に記載の光検出方法。
【請求項６】
上記光ビームは、コリメート光である
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項７】
上記第２のステップでは、
上記外形から最小二乗法を用いて上記近似円を求める
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項８】
上記光ビームは、マルチモードのレーザー光である
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項９】
上記光ビームは、垂直共振器面発光型レーザーで発光されたレーザー光である
請求項１に記載の光検出方法。
【請求項１０】
光ビームの断面を撮像して撮像画像データを得る撮像素子と、
上記撮像画像データを処理して、上記光ビームの光軸および/または光径を求める処理部を備え、
上記処理部は、
上記光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、該外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める
光検出装置。
【請求項１１】
光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める第１のステップと、
上記外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める第２のステップを有する
光検出方法をコンピュータに実行させるための
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、光検出方法、光検出装置およびプログラムに関し、詳しくは、光ビーム（コリメート光の他に、例えば収束や拡散するような種々の光ビームも含まれる）の光軸や光径を安定的に求める光検出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光ビームの規定方法では不適合となる場合でも通信上は必要な光量を満足しているため問題とならない場合もあり、送受信システムとして通信が担保されるという観点で送信側、受信側の光形を規定する方法が存在しない。光の強度が正規分布を示す光を規定する規格は「IEC61280-1-4」にあるとおり存在するが、基本的に正規分布を成すシングルモード用に策定されたものであり、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：垂直共振器面発光型レーザー）のような面発光する光源は一様な光強度分布で出力することが難しく、このような場合には「IEC61280-1-4」は適用できない。【０００３】
コネクタのレセプタクルとプラグの接続はファイバのコアどうしを物理的に直接接続するフィジカルコンタクトを用いた光接続方式が最も主流である。これはレセプタクルとプラグのコアどうしを光が直接伝わって伝搬するが、コア端面から出る光については、パワーが正規分布ではない光源を用いたとしてもファイバ内である程度の距離を通ると光は正規化されるため「IEC61280-1-4」で光形を規定できる。【０００４】
光通信で先行しているイーサーネット（Ethernet）系ではＡＯＣ(Active Optical Cable)も多数使われているが、これは光電変換モジュールがプラグ内に内蔵されるためレセプタクルとは電気接点で接続され、光は外との接点が無くケーブル内のみ伝搬するため光形を明確に規定する必要がない。よってＶＣＳＥＬのような一様なパワー分布を持たない光源を用いた場合でも通信が担保されればよく光形を規定する必要がない。【０００５】
このように正規分布以外の光ビームを明確に規定する必要がないため規格自体が存在しないのが現状である。よって光のパワー分布が一様ではない光形を端面に持つコネクタがあった場合、これまでのコリメート光の規定方法では不適合となる場合でも実際の通信では問題がないものもあり、通信が担保されるという観点で送信側と受信側の光の端面を規定する方法が現状存在しない。【０００６】
上述の通り、不均一なパワー分布を持つ光ビームを規定する規格は存在しないが、現状、光軸を定める手法として一般的にはパワーの重心を軸位置とみなす方法が用いられる。しかし、強度分布の偏り具合に重心が左右されるため、ＶＣＳＥＬのような光素子毎に強度分布のばらつきが存在する光源の場合、重心を安定的に制御することが難しい。また、パワー分布が不均一な光源からなるコリメート光は、光源からの距離によってパワー分布が変化する傾向をもち、各ポイントで重心がずれることになり、結果光軸も不安定となることが予想される。さらにチャネル数が増えると、各チャネルで軸のばらつきが存在するため、その軸ばらつきをメカ公差等で吸収しようとした場合、コネクタとして成り立たないほどに要求スペックが厳しくなることも予想される。【０００７】
上述では軸を基準に記載したが、コリメート光径に関しても算出結果の不安定さは同様で、光径を定める手法として一般的には、コリメート光のある断面においてＸ軸とＹ軸を定め、その軸上の強度分布から算出された幅をコリメート光径とみなす方法が用いられる。または、重心を中点としてＸ軸とＹ軸を定め、その軸上の強度分布から算出された幅をコリメート光径とみなす方法が用もある。しかし、このようにあるポイントでのＸ、Ｙのみで幅を規定してしまうと、強度分布が不均一の場合大きな誤差となる可能性がある。【０００８】
例えば、特許文献１には、マルチモードタイプのコリメート光の規定に関連する技術が記載されている。この技術は、コリメータ光学系の拡散収束および軸ずれの調整を容易にかつ高精度に行うための焦点検出方法および装置に関する技術であり、光源のパワー分布が不均一である場合にもガウシアン分布とみなして光径及び軸を算出している。しかし、そのガウシアン分布とみなす算出方法は、“画素の積算値の分布をガウシアン分布とみなす”、と書かれているのみで詳細な言及がなく、安定的に光軸及び光径を算出できる方法とはいえない。【０００９】
民生向け光コネクタのような多数のベンダが存在する場合、コリメート光で光コネクトを実現しようとするとそのコリメート光の規定が必要となり、ＶＣＳＥＬのような強度分布が不均一な光源からなるコリメート光に対しては安定的に光軸や光径を算出する方法が必然的に求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１６６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本技術の目的は、強度分布が一様ではない光ビームでも光軸や光径を安定的に求めることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術の概念は、
光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める第１のステップと、
上記外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める第２のステップを有する
光検出方法にある。【００１３】
本技術において、第１のステップでは、光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形が求められる。例えば、光ビームは、コリメート光である、ようにされてもよい。また、光ビームは、マルチモードのレーザー光である、ようにされてもよい。また、光ビームは、ＶＣＳＥＬで発光されたレーザー光である、ようにされてもよい。【００１４】
また、例えば、第１のステップでは、光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して総光強度とし、複数の位置から光強度の強い順に位置を選択して光強度を順次加算していき、加算光強度が総光強度に対して特定の割合となったときの順に選択された複数の位置により上記外形を求める、ようにされてもよい。この場合、例えば、光ビームの断面における複数の位置は、光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である、ようにされてもよい。【００１５】
また、例えば、第１のステップでは、光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して総光強度とし、複数の位置から光強度の弱い順に位置を選択して総光強度から光強度を順次減算していき、残りの光強度が総光強度に対して特定の割合となったときの順に選択された複数の位置により上記外形を求める、ようにされてもよい。この場合、例えば、光ビームの断面における複数の位置は、光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である、ようにされてもよい。【００１６】
また、第２のステップでは、外形から近似円が求められ、この近似円に基づいて光ビームの光軸および/または光径が求められる。例えば、第２のステップでは、外形から最小二乗法を用いて近似円が求められる。そして、この場合、近似円の中心が光ビームの光軸とされ、近似円の径が光ビームの光径とされる。【００１７】
このように本技術においては、光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、この外形から求められた近似円に基づいて光ビームの光軸および/または光径を求めるものである。そのため、光ビームの光軸や光径を安定的に求めることが可能となる。【００１８】
また、本技術の他の概念は、
光ビームの断面を撮像して撮像画像データを得る撮像素子と、
上記撮像画像データを処理して、上記光ビームの光軸および/または光径を求める処理部を備え、
上記処理部は、
上記光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、該外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める
光検出装置にある。【００１９】
本技術において、撮像素子により、光ビームの断面を撮像して撮像画像データが得られる。そして、処理部により、撮像画像データが処理されて、光ビームの光軸および/または光径が求められる。この場合、処理部では、光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形が求められ、この外形から近似円が求められ、この近似円に基づいて光ビームの光軸および/または光径が求められる。【００２０】
このように本技術においては、光ビームの断面を撮像して得られた撮像画像データを処理して、光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、この外形から求められた近似円に基づいて光ビームの光軸および/または光径を求めるものである。そのため、光ビームの光軸や光径を安定的に求めることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本技術によれば、強度分布が一様ではない光ビームでも光軸や光径を安定的に求めることができる。本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】レセプタクルとプラグの端面から入出力されるコリメート光によって通信される様子を示す図である。
【図２】レセプタクルやプラグの端面から出力されるコリメート光が傾いている状態を示す図である。
【図３】レセプタクルやプラグの端面から出力されるコリメート光が収束または拡散する状態を示す図である。
【図４】測定装置としての光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】コリメート光の断面における光強度分布（パワー分布）の一例を示す図である。
【図６】不均一な光強度分布を持つコリメート光においてその重心位置を光軸とする場合を説明するための図である。
【図７】不均一な光強度分布を持つコリメート光においてその中心位置を光軸とする場合を説明するための図である。
【図８】コリメート光の光軸および光径を求める手順の一例を説明するための図である。
【図９】表示部における光軸および光径の表示例を示す図である。
【図１０】２点以上の断面における光軸および光径を算出することでコリメート光の光軸の傾きおよび収束/拡散具合を見ることができることを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例
【００２４】
＜１．実施の形態＞
［光検出装置の構成例］
レセプタクルとプラグの間をコリメート光で通信するシステムの場合、多くのベンダのレセプタクルとプラグをランダムに接続することが考えられるため、コネクタ端面で規格化することは必須となる。
【００２５】
図１は、レセプタクル１０とプラグ２０の端面から入出力されるコリメート光３０によって通信される様子を示している。ここで、規格化する本来の意味としては、図２に示すようなコリメート光の角度が傾いている、あるいは図３に示すようなコリメート光が収束または拡散することで通信に影響を及ぼすようなコリメート光を出すコネクタを弾くことである。しかし、通信として成り立つコリメート光であるにも関わらずＶＣＳＥＬのような光強度分布が不均一な光源からなるコリメート光に対して安定的に光軸や光径を算出できない場合、意図せず規定値から外れてしまうことが考えられる。
【００２６】
図４は、測定装置としての光検出装置１００の構成例を示している。この光検出装置１００は、ＣＭＯＳ等の撮像素子１０１と、ＣＰＵなどで構成される処理部１０２と、ＬＣＤ等で構成される表示部１０３を有している。なお、この光検出装置１００は、光ビームの断面において、総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、この外形から近似円を求め、この近似円に基づいて光ビームの光軸や光径を求め、その結果を表示する。
【００２７】
なお、この実施の形態においては、光ビームがコリメート光３０であるとして説明する。しかし、本技術は、コリメート光３０に限らず、例えば収束や拡散するような種々の光ビームにも適用可能である。また、この実施の形態においては、コリメート光３０がマルチモードのレーザー光、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のようなマルチモードの光源から出るレーザー光を想定している。しかし、本技術は、シングルモードのレーザー光にも適用可能である。
【００２８】
撮像素子１０１は、コリメート光３０の断面を撮像して撮像画像データを得る。処理部１０２は、撮像素子１０１で得られた撮像画像データを処理して、コリメート光３０の光軸および光径を求める。表示部１０３は、図示しないメモリに処理部１０２の処理結果である軸および光径の算出結果を蓄積し、光軸および光径の表示をする。
【００２９】
処理部１０２における処理の詳細を説明する。図５（ａ）は、コリメート光３０の断面における光強度分布（パワー分布）の一例を等高線により概略的に示している。図５（ｂ）は、Ａ−Ａ´線上の光強度を示している。このような光強度分布を持つコリメート光３０において、その重心位置を光軸とすると、図６（ａ），（ｂ）に示すように、光強度分布の偏りにより光軸位置が左右される。
【００３０】
一方、このような光強度分布を持つコリメート光３０において、その中心位置を光軸とすると、図７（ａ），（ｂ）に示すように、光強度分布に偏りがあっても、光軸位置を安定的に定めることができる。しかし、不均一な光強度分布を持つコリメート光３０の中心を算出することは難しく、過去に言及もされていない。
【００３１】
処理部１０２は、不均一な光強度分布を持つコリメート光３０に対して、限りなく中心に近い位置を光軸として算出する。すなわち、処理部１０２は、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合、この実施の形態では８６．５％の割合となる光強度の範囲の外形を求め、この外形から近似円を求め、この近似円に基づいてコリメート光３０の光軸および光径を求める。
【００３２】
コリメート光３０の光軸および光径を求める手順の一例について、図８を参照して、説明する。この図８において、外側の実線は、コリメート光３０の断面の外形、つまり光強度が０からそれより大きくなる境界を示している。
【００３３】
（１）最初に、処理部１０２は、コリメート光３０の断面における複数の位置の光強度を全て加算して総光強度を求める。この実施の形態において、処理部１０２は撮像画像データを処理するものであり、コリメート光３０の断面における複数の位置は、コリメート光３０の断面を撮像する撮像素子１０１の各画素位置となる。この場合、撮像画像データの各画素位置の信号のレベル（光強度）が全て加算されて総光強度とされる。
【００３４】
（２）次に、処理部１０２は、複数の位置から光強度の強い順に位置を選択して光強度を順次加算していき、加算光強度が総光強度に対して特定の割合（８６．５％）となったときの、順に選択された複数の位置により、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める。図８において、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲をハッチングして示している。
【００３５】
（３）次に、処理部１０２は、（２）で求めた外形から近似円を求める。この場合、処理部１０２は、最小二乗法を用いて、近似円を算出する。図８において、近似円を、破線で示している。
【００３６】
（４）そして、処理部１０２は、図８に示すように、（３）で求めた近似円の中心をコリメート光３０の光軸とし、その近似円の径をコリメート光３０の光径とする。
【００３７】
図９は、表示部１０３における表示例を示している。コリメート光３０が近似円で示される。そして、この場合、求められたコリメート光３０の光軸が規格上の基準軸位置に対してどの方向にどの程度ずれているかがわかるように表示される。
【００３８】
上述したように、図４に示す光検出装置１００においては、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、この外形から求められた近似円に基づいてコリメート光３０の光軸および光径を求めるものである。そのため、ピンポイントの光強度分布の偏りに左右されにくく、コリメート光３０の光軸や光径を安定的に求めることができる。
【００３９】
＜２．変形例＞
なお、上述実施の形態においては、特定の割合を８６．５％としている。この８６．５％は、「ＩＳＯ１１１４５」内でも記載されている数値であるが、本技術は、任意の数値に対して適用可能である。
【００４０】
また、上述実施の形態においては、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める際に複数の位置から光強度の強い順に位置を選択して光強度を順次加算していく方法を示したが、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める際に複数の位置から光強度の弱い順に位置を選択して光強度を順次減算していく方法も考えられる。
【００４１】
この場合、処理部１０２は、複数の位置から光強度の弱い順に位置を選択して総光強度から光強度を順次減算していき、残りの光強度が総光強度に対して特定の割合となったときの、順に選択された複数の位置により、コリメート光３０の断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める。
【００４２】
なお、上述したような順次加算や順次減算で求める方法に限らず、特定の割合となる外形を見つけられればよい。例えば、決め打ちで区切ったエリアの光強度の加算合計値が総光強度に対して特定の割合となっていてもよい。
【００４３】
また、上述実施の形態においては、光ビームとして光強度分布が不均一なコリメート光を想定しているが、綺麗なガウシアン分布を持つコリメート光にも本技術を適用できる。
【００４４】
また、上述実施の形態においては、光強度分布が不均一な光ビームとしてＶＣＳＥＬで発生されるレーザー光を想定しているが、他の光強度分布が不均一なレーザー光にも本技術を適用できる。
【００４５】
また、上述実施の形態においては、１チャネルを想定して説明を行っているが、多チャネルの場合にも本技術を適用できる。その場合、各々のチャネルの総光強度を求め、各チャネルにおいて本技術を適用する必要がある。
【００４６】
また、上述実施の形態（図４参照）においては、レセプタクル１０やプラグ２０の端面から出るコリメート光３０の光軸が端面に対して垂直である場合を示している。しかし、本技術は、例えば図２に示すように、レセプタクル１０やプラグ２０の端面から出るコリメート光３０の光軸が端面に対して垂直でない場合にも適用できる。
【００４７】
また、上述していないが、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、コリメート光３０に対して２点以上の断面における光軸および光径を算出することで、コリメート光３０の光軸の傾きおよび収束/拡散具合を見ることができる。
【００４８】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める第１のステップと、
上記外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める第２のステップを有する
光検出方法。
（２）上記第１のステップでは、
上記光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して上記総光強度とし、
上記複数の位置から光強度の強い順に位置を選択して光強度を順次加算していき、加算光強度が上記総光強度に対して特定の割合となったときの上記順に選択された複数の位置により上記外形を求める
前記（１）に記載の光検出方法。
（３）上記光ビームの断面における複数の位置は、上記光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である
前記（２）に記載の光検出方法。
（４）上記第１のステップでは、
上記光ビームの断面における複数の位置の光強度を全て加算して上記総光強度とし、
上記複数の位置から光強度の弱い順に位置を選択して上記総光強度から光強度を順次減算していき、残りの光強度が上記総光強度に対して特定の割合となったときの上記順に選択された複数の位置により上記外形を求める
前記（１）に記載の光検出方法。
（５）上記光ビームの断面における複数の位置は、上記光ビームの断面を撮像する撮像素子の各画素位置である
前記（４）に記載の光検出方法。
（６）上記光ビームは、コリメート光である
前記（１）から（５）のいずれかに記載の光検出方法。
（７）上記第２のステップでは、
上記外形から最小二乗法を用いて上記近似円を求める
前記（１）から（６）のいずれかに記載の光検出方法。
（８）上記光ビームは、マルチモードのレーザー光である
前記（１）から（７）のいずれかに記載の光検出方法。
（９）上記光ビームは、垂直共振器面発光型レーザーで発光されたレーザー光である
前記（１）に記載の光検出方法。
（１０）光ビームの断面を撮像して撮像画像データを得る撮像素子と、
上記撮像画像データを処理して、上記光ビームの光軸および/または光径を求める処理部を備え、
上記処理部は、
上記光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求め、該外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める
光検出装置。
（１１）光ビームの断面において総光強度に対して特定の割合となる光強度の範囲の外形を求める第１のステップと、
上記外形から近似円を求め、該近似円に基づいて上記光ビームの光軸および/または光径を求める第２のステップを有する
光検出方法をコンピュータに実行させるための
プログラム。
【符号の説明】
【００４９】
１０・・・レセプタクル
２０・・・プラグ
３０・・・コリメート光
１００・・・光検出装置
１０１・・・撮像素子
１０２・・・処理部
１０３・・・表示部
【図１】
2018131700.tif 000003
【図２】
2018131700.tif 000004
【図３】
2018131700.tif 000005
【図４】
2018131700.tif 000006
【図５】
2018131700.tif 000007
【図６】
2018131700.tif 000008
【図７】
2018131700.tif 000009
【図８】
2018131700.tif 000010
【図９】
2018131700.tif 000011
【図１０】
2018131700.tif 000012
【国際調査報告】
2018131700.tif 000013
2018131700.tif 000014
2018131700.tif 000015
2018131700.tif 000016