JP2008102051A - 干渉計角度感度較正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定する傾斜角度が所定の角度範囲に限定されるような傾斜角度測定用の干渉計における角度感度を、容易かつ高精度に較正することが可能な干渉計角度感度較正方法を得る。
【解決手段】被検面の傾斜角度に対応した所定の被測定角度範囲内においては、被検面の単位長さあたりの干渉縞の本数と傾斜角度との間に、比例関係が成立するとみなして所定の角度感度式を設定し、この設定した角度感度式の比例係数を、被測定角度範囲内の基準傾斜角度をなすように設定された基準傾斜面３１の測定結果に基づき較正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検面の傾斜角度を測定する干渉計の角度感度を較正する方法に関する。

従来、被検面の傾斜角度を測定し得るように構成された干渉計として、光ファイバのコネクタ部に用いられる斜め研磨型フェルールの先端面測定用のものが知られている（下記特許文献１参照）。

斜め研磨型フェルールは、先端面の傾斜角度（フェルールの軸線に垂直な面に対する角度）がＪＩＳにより８度に規格化されている。一方、フェルール測定用の干渉計の中には、測定可能な傾斜角度範囲が５度程度に制限されるものがあり、このようなフェルール測定用の干渉計では、測定光軸の垂直面に対するフェルール先端面の傾斜角度が４度程度となるように保持する専用の保持具を用いて、測定を行うようにしている（下記特許文献２参照）。

ところで、この種の傾斜角度測定用の干渉計では、観察される縞本数と傾斜角度との対応関係を示す角度感度が予め設定されているが、干渉計の設置誤差や経年使用により生ずる誤差等により、一旦設定された角度感度を較正する必要が生じる場合がある。

従来、このような較正を行う方法としては、較正対象となる干渉計により計測された被検面の傾きと、同じ被検面をオートコリメータ等の基準角度計により測定した傾きとを比較して較正する方法が知られているが、較正対象となる干渉計および基準角度計の各アライメントを高精度に行い、かつ被検面の傾きを変えて複数回の測定を行う必要があるので、較正に要する手順が煩雑で多くの時間を要するという問題がある。

一方、本願出願人は、互いのなす角度が既知の２つの反射面を有する較正用治具を用いる較正方法を提案し、既に特許庁に対し開示している（下記特許文献３参照）。この較正方法は、較正対象となる干渉計により撮像された１つの縞画像に基づき較正を行うことができるので、角度感度の較正を容易に行うことが可能となる。

特開２００４−３７１６７号公報 特開２００４−２８６５９５号公報 特願２００５−１０２９３４号明細書

しかしながら、上記特許文献３に記載された較正方法は、フェルール測定用の干渉計に適用することが難しいという問題がある。すなわち、この較正方法では２つの反射面を有する較正用治具を用いることを前提としているが、フェルール測定用の干渉計の場合、較正用治具をかなり小さく形成する必要があるので、２つの反射面（特に、互いの境界部分）を高精度に作製することが困難となる。

また、この較正方法では、干渉計の角度感度が測定角度の大きさに対して線形性を有している（被検面の傾斜角度の変化に対する、観察される干渉縞の本数の変化の割合が一定となる）場合には有効であるが、角度感度が非線形性を有している場合には高精度な較正を行えない虞がある。

フェルール測定用の干渉計の場合、測定する傾斜角度が、基準角度（例えば４度）を挟んだ所定の狭い角度範囲（例えば、±０．１度程度の角度範囲）に限定されるので、この角度範囲内における角度感度について、容易かつ高精度に較正することができれば極めて有益である。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、測定する傾斜角度が所定の角度範囲に限定されるような傾斜角度測定用の干渉計における角度感度を、容易かつ高精度に較正することが可能な干渉計角度感度較正方法を提供することを目的とする。

本発明に係る干渉計角度感度較正方法は、被検面の傾斜情報を担持した干渉縞画像を撮像し、該干渉縞画像に基づき前記被検面の傾斜角度を測定する干渉計における角度感度を較正する方法であって、
前記被検面の傾斜角度に対応した所定の被測定角度範囲内においては、前記被検面の単位長さあたりの干渉縞の本数ｐと前記傾斜角度θとの間に、所定の比例係数ｋを用いた比例関係が成立するとみなして、下式（１）で示される角度感度式を設定する角度感度式設定ステップと、
前記被測定角度範囲内の基準傾斜角度αをなすように設定された基準傾斜面を前記干渉計により測定して、該基準傾斜面の単位長さあたりの縞本数ｐ_１を求めるとともに、該縞本数ｐ_１と下式（１）とに基づき前記基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定して、下式（２）の関係を得る測定ステップと、
前記縞本数ｐ_１と前記基準傾斜角度αとに基づき下式（３）により、較正された比例係数ｋ_１を求め、該較正された比例係数ｋ_１を下式（１）の比例係数ｋと置き換えて下式（４）で示される較正された角度感度式を得る較正ステップと、
をこの順で行うことを特徴とする。
ｐ＝ｋ・θ ……（１）
ｐ_１＝ｋ・α_１ ……（２）
ｋ_１＝ｐ_１／α ……（３）
ｐ＝ｋ_１・θ ……（４）

前記測定ステップにおいて、前記基準傾斜面を前記干渉計に対して所定角度だけ自転させ、該自転の操作の前後における２つの回転位置においてそれぞれ測定を行い、これら２つの測定結果に基づき所定の演算式を用いて前記基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定することができる。

本発明に係る干渉計角度感度較正方法によれば、被検面の傾斜角度に対応した所定の被測定角度範囲内においては、被検面の単位長さあたりの干渉縞の本数と傾斜角度との間に、比例関係が成立するとみなして所定の角度感度式を設定し、この設定した角度感度式の比例係数を、被測定角度範囲内の基準傾斜角度をなすように設定された基準傾斜面の測定結果に基づき較正するようにしているので、以下のような効果を奏する。

すなわち、従来方法とは異なり、２つの反射面を有する校正用治具を用いる必要がないので、フェルール測定用の干渉計に対しても適用することが可能となる。

また、フェルール測定用の干渉計のように、測定する傾斜角度が所定の狭い角度範囲に限定される干渉計においては、広いレンジでは角度感度が非線形性を有する場合でも、上記基準傾斜角度をこの狭い角度範囲内の角度に設定することにより、該角度範囲内の測定解析に使用される角度感度については、容易かつ高精度に較正することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態が適用される干渉計の概略構成を示す図であり、図２は基準傾斜面を有する較正用治具の構成を示す斜視図である。

図１に示す干渉計は、撮像された干渉縞画像に基づき被検面の傾斜角度を測定するものであり、干渉縞画像を撮像するフィゾー型の干渉計本体１と、撮像された干渉縞画像を解析する解析部２とを備えてなる。

上記干渉計本体１は、高可干渉性の光束を出力する光源部１１と、該光源部１１から出射された発散光束を平行光束とするコリメータレンズ１２と、該コリメータレンズ１２からの平行光束の光路上に配されたビームスプリッタ１３および基準板１４とを備えている。

また、この干渉計本体１は、被検面から反射された光束と、上記基準板１４の基準面１４ａから反射された基準光との干渉により、被検面の形状および傾斜情報を担持した干渉縞を得るように構成されており、得られた干渉縞を結像させる結像レンズ１５と、該干渉縞を撮像する撮像カメラ１６とを、上記構成と共に備えている。

一方、上記解析部２は、画像処理や縞解析を行う縞解析装置２１と、キーボード等の入力装置２２と、表示装置２３とを備えてなる。上記縞解析装置２１は、コンピュータ等により構成されており、画像処理や縞解析を行うためのプログラムを格納した記憶部や、プログラムの実行や各種演算を行う演算部等を備え、上記撮像カメラ１６において撮像された干渉縞に基づき、被検面の傾斜角度を求めることが可能となっている。

また、図１に示す干渉計には、観察される縞本数と傾斜角度との対応関係を示す角度感度が予め設定されており、設定された角度感度は上記縞解析装置２１のメモリ等に格納されている。

さらに、図１に示す干渉計は、測定する傾斜角度が、基準角度（例えば４度）を挟んだ所定の狭い角度範囲（例えば、±０．１度の角度範囲）に限定されるものとされている。このような干渉計としては、例えば、前掲の特許文献１、２に記載されている斜め研磨型フェルール測定用の干渉計を、その具体的な態様として挙げることができる。

図２に示す較正用治具３は、後述する干渉計角度感度較正方法を実施する際に用いられるものであり、円柱状の部材の先端に基準傾斜面３１を備えてなる。この基準傾斜面３１は、図１に示す干渉計が測定対象とする被検面の傾斜角度と対応した所定の被測定角度範囲内（例えば、４度を挟んだ±０．１度の角度範囲内）の基準傾斜角度α（図２では、較正用治具３の中心軸線Ｓと基準傾斜面３１の法線Ｔとのなす角度として示す）を有するように構成されている。

次に、本発明の一実施形態に係る干渉計角度感度較正方法の実施手順について説明する。

〈１〉まず、上記被測定角度範囲内においては、被検面の単位長さあたりの干渉縞の本数ｐと前記傾斜角度θとの間に、所定の比例係数ｋを用いた比例関係が成立するとみなして、下式（１）で示される角度感度式を設定する（角度感度式設定ステップ）。
ｐ＝ｋ・θ ……（１）

〈２〉次に、図１に示すように、較正用治具３を干渉計にセットして測定を行い、基準傾斜面３１の単位長さあたりの縞本数ｐ_１を求めるとともに、該縞本数ｐ_１と上式（１）とに基づき基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定して（α_１＝ｐ_１／ｋ）、下式（２）の関係を得る（測定ステップ）。
ｐ_１＝ｋ・α_１ ……（２）

〈３〉次いで、求められた縞本数ｐ_１と基準傾斜角度αとに基づき下式（３）により、較正された比例係数ｋ_１を求め、該較正された比例係数ｋ_１を上式（１）の比例係数ｋと置き換えて下式（４）で示される較正された角度感度式を得る（較正ステップ）。
ｋ_１＝ｐ_１／α ……（３）
ｐ＝ｋ_１・θ ……（４）

以上の手順により、角度感度の較正が完了する。すなわち、上記手順により得られた角度感度式（４）を用いて、被検面の傾斜角度を算定すればよい。
なお、上記較正用治具３を干渉計にセットする際には、例えば、前掲の特許文献１、２に記載されているクランプ装置およびその保持具を用いることが可能である。

また、上記手順〈２〉においては、セットされた較正用治具３の中心軸線Ｓ（図２参照）と、干渉計の測定光軸Ｒ（図１参照）とが互いに一致していることを前提としている。しかし、実際のセット状況においては、較正用治具３の中心軸線Ｓが干渉計の測定光軸Ｒに対し傾いた状態でセットされる場合も生じ得る。

この点を考慮して、上記手順〈２〉の測定ステップにおいて、前掲の特許文献１に記載された反転法と称される手法を用いることが可能である。この反転法は、柱状部材がクランプ装置に保持された状態で、柱状部材を干渉計に対して所定角度だけ自転させ、２つの回転位置において、各々、干渉計の基準面と柱状部材先端面との相対角度を検出し、該検出された２つの角度に基づき、所定の演算式を用いて該柱状部材の軸の傾きを測定するものであり、上記所定角度が１８０度の場合には、上記演算式としては、例えば下式（５）で示されるものが用いられる。
α_１＝（ｍ_１−ｍ_２＋１８０）／２ ……（５）
ただし、ｍ_１は第１の回転位置で検出された、干渉計の基準面と柱状部材先端面との相対角度を示し、ｍ_２は第２の回転位置で検出された、干渉計の基準面と柱状部材先端面との相対角度を示している。

すなわち、この反転法を用いる場合には、上記基準傾斜面を干渉計に対して１８０度だけ中心軸線Ｓ回りに自転させ、２つの回転位置においてそれぞれ測定を行い、２つの測定結果に基づき上記演算式（５）を用いて基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定するようにする。なお、上記説明に用いた各式においては、傾斜角度をベクトル量として扱っている。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態においては、円柱状の較正用治具を用いているが、角柱状に形成された較正用治具を用いることも可能である。

また、上記実施形態においては、斜め研磨型フェルール測定用の干渉計に本発明を適用した例を示しているが、本発明は、測定する傾斜角度が所定の角度範囲に限定されるような種々の傾斜角度測定用の干渉計に対し、その角度感度の較正を行う場合に好適に適用することが可能である。

本発明の一実施形態が適用される干渉計の概略構成を示す図 基準傾斜面を有する較正用治具の構成を示す斜視図

符号の説明

１ 干渉計本体
２ 解析部
３ 較正用治具
１１ 光源部
１２ コリメータレンズ
１３ ビームスプリッタ
１４ 基準板
１４ａ 基準面
１５ 結像レンズ
１６ 撮像カメラ
２１ 縞解析装置
２２ 入力装置
２３ 表示装置
３１ 基準傾斜面
Ｒ （干渉計の）光軸
Ｓ （較正用治具の）中心軸線
Ｔ （基準傾斜面の）法線
α 基準傾斜角度

Claims (2)

1. 被検面の傾斜情報を担持した干渉縞画像を撮像し、該干渉縞画像に基づき前記被検面の傾斜角度を測定する干渉計における角度感度を較正する方法であって、
   前記被検面の傾斜角度に対応した所定の被測定角度範囲内においては、前記被検面の単位長さあたりの干渉縞の本数ｐと前記傾斜角度θとの間に、所定の比例係数ｋを用いた比例関係が成立するとみなして、下式（１）で示される角度感度式を設定する角度感度式設定ステップと、
   前記被測定角度範囲内の基準傾斜角度αをなすように設定された基準傾斜面を前記干渉計により測定して、該基準傾斜面の単位長さあたりの縞本数ｐ_１を求めるとともに、該縞本数ｐ_１と下式（１）とに基づき前記基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定して、下式（２）の関係を得る測定ステップと、
   前記縞本数ｐ_１と前記基準傾斜角度αとに基づき下式（３）により、較正された比例係数ｋ_１を求め、該較正された比例係数ｋ_１を下式（１）の比例係数ｋと置き換えて下式（４）で示される較正された角度感度式を得る較正ステップと、
   をこの順で行うことを特徴とする干渉計角度感度較正方法。
   ｐ＝ｋ・θ ……（１）
   ｐ_１＝ｋ・α_１ ……（２）
   ｋ_１＝ｐ_１／α ……（３）
   ｐ＝ｋ_１・θ ……（４）
2. 前記測定ステップにおいて、前記基準傾斜面を前記干渉計に対して所定角度だけ自転させ、該自転の操作の前後における２つの回転位置においてそれぞれ測定を行い、これら２つの測定結果に基づき所定の演算式を用いて前記基準傾斜角度αの測定仮値α_１を算定することを特徴とする請求項１記載の干渉計角度感度較正方法。
   

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