DE2544296A1

DE2544296A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der mittleren lochgroesse in einem gelochten koerper

Info

Publication number: DE2544296A1
Application number: DE19752544296
Authority: DE
Inventors: Jun Frank Rowland Ragland
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-10-03
Publication date: 1976-04-08
Also published as: FR2287028A1; JPS5611083B2; US3954337A; GB1490906A; MX3203E; ES441345A1; IT1042757B; JPS5163641A; BE834206A; NL7511668A; AU8508075A; ZA756158B; CA1036401A

Description

2544298

7855-75 K/rw
RCA No. 67,997
US-Anm. No. 512,135
vom 4. Oktober 1974

RCA Corporation

New York, N.Y. (V.St.A.)

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der mittleren Lochgröße

in einem gelochten Körper

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der mittleren Lochgröße in einem gelochten Körper bzw. der mittleren Größe einer Gruppe von Löchern in einem Körper, der eine feldartige Anordnung von Löchern ähnlicher Größe aufweist. Die Erfindung ist insbesondere zur Messung der Löcher einer Lochmaske für eine Kathodenstrahlröhre, z.B. eine Farbfernsehröhre, anwendbar.

Bei einem Typ von Farbfernsehröhren werden Lochmasken mit schlitzförmigen Löchern eingesetzt. Solch eine Lochmaske besteht aus einem Metallblech, das etwa 0,10 bis 0,20 mm dick ist und eine Feldanordnung von Schlitzen aufweist, die etwa 0,075 bis 0,25 mm breit sind, und deren Mittellinien im wesentlichen unter einem gleichen Abstand von 0,5 bis 2,0 mm auseinander liegen, wobei die Schlitze in parallelen Reihen oder Spalten angeordnet sind. Die Schlitze können eine gleichförmige Breite haben, oder die Breite der Schlitze kann von der Mitte zu den Rändern hin allmählich kleiner werden. Die Schlitze können eine gleiche, eine abgestufte

60981B/1029

254429a

oder eine ungleichmäßige Länge in den Reihen haben und sind im allgemeinen etwa 0,75 bis 1,5 mm lang. Wenigstens für die Zwecke der Qualitätskontrolle ist es erwünscht, die Breite der Schlitze von einem Bereich zu einem anderen auf einer einzigen Lochmaske und auch die Breite der Schlitze von einer Lochmaske zur anderen zu überprüfen.

Bekanntlich wird, wenn ein Lichtstrahl aus im wesentlichen monochromatischem Licht von einer Seite durch eine Feldanordnung paralleler Schlitzöffnungen mit im wesentlichen gleichförmigen weiten Abmessungen und Abständen projiziert wird, ein kombiniertes Interferenz- und Beugungsmuster in einer Ebene erzeugt, die unter Abstand von der gegenüberliegenden Seite der feldartigen Lochanordnung liegt. Das Interferenzmuster besteht aus abwechselnden hellen und dunklen Bändern oder Streifen. Das Beugungsmuster ist eine Einhüllende, die durch die Spitzenintensitäten der hellen Streifen des Interferenzmusters definiert wird. Die Einhüllende besteht ebenfalls aus abwechselnden hellen und dunkeln Bändern, die ein Maximum in der Mitte und unter gleichförmigen Abständen angeordnete Seitenmaxima (helle Bänder) aufweist, die durch Minima (dunkle Bänder) getrennt sind. Die physikalischen Größen und Abstände der Interferenzstreifen und der Beugungsbänder sind proportional zu den mittleren Breitenabmessungen und Abständen der erzeugenden Löcher. Bisher wird die mittlere Lochbreite dadurch abgeleitet, daß einer oder mehrere dieser Abstände gemessen und dann die mittlere Breite berechnet wird. Diese bekannten Verfahren sind langsam, und die Resultate sind nicht so genau, wie dies für die Qualitätskontrolle während der Lochmaskenherstellung erwünscht ist. Ferner eignen sich die bekannten Verfahren nicht für die automatische Durchführung durch moderne elektronische Einrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung der mittleren Lochgröße in einem gelochten Körper, insbesondere in einer Lochmaske, anzugeben. Die Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet, wobei die Unteransprüche vorteil-

609815/1029

hafte Ausgestaltungen charakterisieren.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Strahl aus im wesentlichen monochromatischem Licht durch eine Vielzahl von Löchern in einem verhältnismäßig kleinen Bereich eines gelochten Körpers projiziert, um ein kombiniertes Interferenz- und Beugungsmuster zu erzeugen. Dann werden die Intensitäten bei wenigstens zwei hellen Streifen des Interferenzmusters, vorzugsweise in dem mittleren Maximum des Beugungsmusters, abgetastet, um elektrische Signale zu erzeugen, die eine Funktion der Intensitäten der Streifen sind. Ein elektrisches Signal wird dann aus dem Verhältnis der vorher erzeugten elektrischen Signale abgeleitet, wobei das abgeleitete Signal direkt die mittleren Breiten der in dem Strahlengang befindlichen Löcher darstellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Projektionseinrichtung auf, um einen Strahl aus monochromatischem Licht durch eine Vielzahl Löcher in einem gelochten Körper zu projizieren, so daß ein kombiniertes Interferenz- und Beugungsmuster erzeugt wird, und es ist eine auf das Muster ansprechende Einrichtung vorgesehen, um daraus ein Signal zu erzeugen, das ein Maß für die mittlere Breite ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Laserstrahl niedriger Leistung oder eine andere Quelle für monochromatisches Licht in einer festen Position angeordnet und projiziert einen Strahl durch den gelochten Körper auf zwei Fotozellen, die an ortsfesten Positionen in Bezug aufeinander und unter festen Abständen von dem Körper angeordnet sind. Vorzugsweise wird der Strahl so gebeugt, daß er auf die Fotozellen fokussiert wird, von denen jede ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von dem einfallenden Licht erzeugt. Der Körper kann stationär sein oder sich linear bewegen, wenn die Ablesung gemacht wird, da das Muster unabhängig von einer Translationsbewegung des Werkstückes stationär bleibt. Der Lichtstrahl kann in Intensität oder Helligkeit, beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Speisespannung, variieren. Das Verhältnis der Intensitäten von einem gemessenen Streifen zu dem anderen bleibt jedoch konstant. Mit einer einfachen, elektronischen Verarbeitungsschaltung wird die mittlere Breite der in dem

809815/1029

254429a

Strahlengang des Strahles liegenden Löcher aus den erzeugten elektrischen Signalen abgeleitet. Das abgeleitete Signal kann dazu verwendet werden, einen automatischen Prozess einzuleiten, oder es kann zur Betätigung einer Anzeigeeinrichtung für die Lochbreite eingesetzt werden.

Nur die mittlere Breite der Löcher ist eine Variable in jeder bestimmten Vorrichtung. Die Mittellinien der Lochreihen, die in dem Strahl liegen, haben einen im wesentlichen gleichförmigen Abstand. Die Wellenlängen des Lichtes für den Lichtstrahl sind durch die Wahl der Lichtquelle vorgegeben. -Der Abstand des Werkstückes von der Bildebene (Interferenz- und Beugungsmuster) ist durch die Auslegung und Einstellung der Vorrichtung festgelegt. Eine Änderung in der mittleren Loch- oder Schlitzbreite führt zu einer Änderung in dem Verhältnis der Intensitäten der Interferenzstreifen, die eine ortsfeste Position in der Ebene der Fotozellen in Bezug aufeinander und in -Bezug auf die Mittelinie des Lichtstrahles durch die Justierung der Vorrichtung haben. Wenn in dem gelochten Körper der Abstand zwischen den Mitten nebeneinander liegender Löcher erheblich schwankt, verschiebt sich die Position der Streifen, so daß eine scheinbare Änderung in der Lochbreite erzeugt wird. Zusätzliche Detektoren können verwendet werden, um die Änderung in der Position der Streifen abzustasten und sie können die Lochbreite-Ausgangssignale kombinieren und auch dazu verwendet werden, das Maß der Verschiebung anzuzeigen. Dadurch ist eine Messung der Lochmasken möglich, wenn der Abstand der Löcher nicht konstant ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beruhen darauf, daß die mittlere Lochbreite eines gelochten Körpers in einer bestimmten Beziehung zu den Intensitäten der Lichtstreifen steht, die das kombinierte Indifferenz- und Beugungsmuster bilden, das von dem Körper erzeugt wird. Diese Beziehung kann in guter Näherung in dem interessierenden Bereich algebraisch angegeben werden, so daß die mittlere Lochbreite schnell und genau durch eine elektronische Einrichtung errechnet werden kann.

609815/1029

"⁵" 2544299

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine zum Teil schematische Teil-Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 2 eine Teil-Draufsicht auf eine Maske mit einer ausgerichteten Feldanordnung von Lochschlitzen;

Figur 3 ein Diagramm einer Schaltung, die in der Vorrichtung von Figur 1 verwendet wird;

Figur 4 ein schematisches Diagramm, das zur Erläuterung einiger optischer Effekte dient, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgenutzt werden.

Figur 1 zeigt einen unteren Rahmen 21 und einen oberen Rahmen 23, die in fester räumlicher Anordnung zueinander durch eine nicht gezeigte Einrichtung montiert sind. Die Unterseite des unteren Rahmens 21 trägt eine Halterung 25, auf der eine Helium-Neon-Laserröhre 27 montiert ist, die in zwei Führungen 29 und 31 durch Federn 33 gehalten ist. Eine zehnfache Sammellinse in einem Linsenhalter 35 ist auf der Ausgangsseite der Laserröhre 27 montiert, so daß ein Lichtstrahl 28 von der Laserröhre 27 derart durch die Linse nach oben projiziert wird, daß schädliche Effekte auf die in dem Bereich der Vorrichtung arbeitenden Personen vermieden werden. Eine beliebige, monochromatische Lichtquelle kann statt der speziellen Laserröhre 27 verwendet werden. Ein Helium-Neon-Laser mit niedriger Leistung ist bevorzugt, weil er verhältnismäßig geringe Anschaffungskosten, geringe Betriebskosten und eine relativ hohe Sicherheit bietet. Die Linse kann jede geeignete Größe, Brechkraft und optische Eigenschaften haben, so lange sie in der Lage ist, einen Lichtfleck der gewünschten Größe in der Ebene der auszumessenden Lochmaske zu erzeugen und einen Punkt in der Ebene des Detektors 61 zu fokusieren, der noch beschrieben wird.

609815/1029

254429a

Der untere Rahmen 21 hat eine öffnung 26, durch die der Lichtstrahl 28 von der Laserröhre 27 nach oben durchtreten kann, und er trägt einen Verschluß 30, um den Lichtstrahl 28 nach Wunsch zu unterbrechen oder durchzulassen. Die Oberseite des unteren Rahmens 21 trägt einen Maskenträger 37 und Führungseinrichtungen, um die Bewegung derselben in einer horizontalen Ebene senkrecht zu dem Strahlengang des Lichstrahles zu führen. Der Träger 37 hat einen abnehmbaren Einsatz 39 mit einem offenen Abschnitt, der in Größe und Form zur Aufnahme einer auszumessenden Lochmaske 41 abgestimmt ist. Der Träger 37 kann in einer Richtung (y-Richtung) auf zwei y-Führungsstangen 43 auf zwei Trägern 45 bewegt werden. Die Träger 45 können in der anderen Richtung (x-Richtung) auf zwei x-Führungsstangen 47 bewegt werden, die in der gezeigten Weise auf dem unteren Rahmen 21 gelagert sind. Die Anordnung der x- und y-Führungsstangen 43 und 47 gestattet eine schnelle Translationsbewegung der Lochmaske 41 in dem Träger 37 durch den Strahl 28, um verschiedene Bereiche der Lochmaske ausmessen zu können.

Der obere Teil des oberen Rahmens 23 trägt einen lichtundurchlässigen Kasten (nicht gezeigt) in einer Position, die grob über der Laserröhre 27 zentriert ist,und eine Kreuzplatte 51. Der obere Rahmen 23 hat eine öffnung 49, so daß der Lichtstrahl 28 von der Laserröhre 27 nach oben durchtreten kann. Eine senkrechte Montagestange 53, die auf der Kreuzplatte 51 gelagert ist, trägt einen ersten einstellbaren Träger 55 _und einen Planspiegel 57 auf diesem. Ein zweiter einstellbarer Träger 59, der einen Streifendetektor 61 trägt, ist auf der Kreuzplatte 51 gelagert. In Betrieb werden die Träger 55 und 59 so einjustiert, daß der Spiegel 57 das Licht von der Laserröhre 27 aufnimmt und auf den Streifendetektor 61 reflektiert.

Der Streifendetektor 61 weist zwei Fotozellen P1 und P 2 in einem einzigen Behältnis auf, der unter einem bekannten Abstand liegt. Der Detektor wird dazu verwendet, gleichzeitig zwei verschiedene Streifen des Interferemzmusters zu messen« Es können auch Fotozellen

609815/1029

-ν- 254429a

in getrennten Behältern verwendet werden. Es können auch mehr als zwei Fotozellen verwendet werden. Die Ausgänge des Streifendetektors 61 werden in eine Schaltungseinrichtung eingespeist, die im Einzelnen in Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wird und zwei Stom-Spannungsumsetzer C1 und C2, einen einstellbaren Bezugssignalgenerator G1, eine Signalverarbeitungsschaltung S1 und eine Schaltung A1 hat» die eine Konstante k zu dem Ausgangssignal der Sxgnalverarbeitungsschaltung addiert. Diese Schaltung leitet die gewünschte Information über die Breite der Löcher ab und zeigt sie auf einer Anzeigeeinrichtung D1 an.

Figur 2 zeigt einen Teil einer Lochmaske 41, die eine Vielzahl von schlitzförmigen Löchern 42 hat, die in Längsrichtung in Spalten angeordnet sind und einen gleichförmigen Abstand a von Mitte zu Mitte bezüglich der benachbarten Lochspalte haben. Die Löcher sollten im Idealfall die gleiche Breite b haben. Bei der Herstellung der Lochmaske 41 ist der Abstand a von Mitte zu Mitte der Löcher durch die Art des Herstellungsverfahrens für eine bestimmte Lochmaske vorgegeben. Es gibt eine vernachlässigbare Schwankung in dem Abstand a von einer Lochmaske zur anderen. Die Löcher werden jedoch in einem Verfahren hergestellt, bei dem die Schlitzbreiten b sich in der selben Maske und von einer Maske zur anderen erheblich ändern können. Daher ist es wichtig, die mittlere Breite b einer Vielzahl von Löchern 42 in kleinen Bereichen in einer vorgegebenen Lochmaske feststellen zu können.

Bei der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß, wenn eine monochromatischer Lichstrahl durch ein Feld von Löchern projiziert wird, ein Interferenz-Muster gebildet wird, bei dem das Verhältnis der Intensitäten von zwei Streifen des Musters, vorzugsweise von zwei nebeneinanderliegenden Streifen in dem (zentralen) Hauptmaximum, eine Funktion der mittleren Lochbreite in dem ausgeleuchteten Bereich ist. Es kann gezeigt werden, daß die mittlere Breite b durch das folgende Polynom gegeben ist:

b = o( + /SR + y-R² + ... +S Rⁿ (1)

609815/1029

wobei R das Verhältnis der Intensitäten ist. Eine gute Näherung dieser Gleichung ist:

b = k + V R^m (2)

wobei k, V und m vorbestimmte Werte sind, die für jeden Lochmaskentyp empirisch bestimmt werden. Solche Bestimmungen liegen im Können des Durchschnittsfachmanns. Unter Lochmaskentyp ist zu verstehen, daß es sich um eine Maske mit einem bestimmten Größenbereich der Löcher, bestimmten Lochabständen oder anderen Eigenschaften handelt, die einen erheblichen Effekt auf die Werte k, V und m haben.

In der Schaltung von Figur 3 werden die zwei Ausgangssignale der Fotozellen P1 und P2, die die Intensitäten der zwei Streifen in dem Interferenzmuster darstellen, zur Erzeugung der Signale V und V in den·Strom-Spannungs-Umsetzern-C1 bzw. C2 verwendet. Die Schaltung leitet dann die mittlere Lochbreite b entsprechend der Beziehung b = k + V (V /V )^m ab, wobei k, V und m voreingestellte Werte für jeden Lochmaskentyp oder für jeden Typ des gelochten Körpers sind. Das Ausgangssignal wird dann an eine geeignete Anzeigeeinrichtung D1 angelegt, die eine im Handel erhältliche, digitale Anzeigeplatte sein kann. Die Anzeigeeinrichtung D1 weist einen Analog-Digital-Umsetzer und eine digitale Anzeige auf, um die Größe des an ihrem Eingang anstehenden Analogsignales anzuzeigen.

Die Umsetzer C1 und C2 sind im wesentlichen identisch, so daß nur einer der Umsetzer beschrieben werden muß. Die selben Bezugszeichen mit und ohne Apostroph bezeichnen die entsprechenden Teile in den Umsetzern C1 und C2. Der Umsetzer C1 besteht aus einem Funktionsverstärker 56 und einer Filterkapazität 58, die parallel zu zwei in Serie angeschlossenen Widerständen 60 und 62 geschältet ist, die zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 56 angeschlossen sind. Der nicht invertierende Eingang de§ Verstärkers 56 ist mit einem auf Bezugspotential liegenden Punkt verbunden,, beispielsweise mit Erde. Die Werte der Widerstände 60 und 62 bestim-' men des Verstärkungsgrad des Funktionsverstärkers 56. Der Widerstand

60981 S/1029

254429a

62 ist variabel, um die Ausgangsspannung auf der Ausgangsleitung 69 in einem gewünschten Bereich einstellen zu können, der sich für die Verwendung mit der Signalverarbeitungsschaltung S1 eignet. Die Kapazität 58 dient als Tiefpaßfilter, um augenblickliche Änderungen in der Intensität der Lichtquelle auszufiltern. Das Ausgangssignal V auf der Ausgangsleitung 69 des Umsetzers C1 ist ein Signal, dessen Spannüngsamplitude die Intensität des von der ersten Fotozelle P1 empfangenen Lichtes darstellt. In ähnlicher Weise stellt die Spannungsamplitude des Signales V auf der Ausgangsleitung 71 des Umsetzers C2 die Intensität des von der zweiten Fotozelle P2 empfangenen Lichtes dar.

Die Ausgangsleitungen 69 und 71 sind mit dem Eingang einer Log-Einrichtung 64 verbunden, die einen Teil der Signalverarbeitungsschaltung S1 ist. Die Log-Einrichtung 64 erzeugt ein Signal, dessen Spannungsgröße den Logarithmus des Quotienten aus der Amplitude des Signales ν in Bezug auf die Amplitude des Signales V darstellt. Das Ausgangssignal der Log-Einrichtung 64 wird durch eine Leitung 66 an einen Widerstand 68 und einen damit in Reihe geschalteten, variablen Widerstand 70 und dann durch einen ersten Schleiferarm 73 an eine Summerstufe 72 angelegt. Die Werte der Widerstände 68 und 70 bestimmen die Größe des Exponenten m, mit dem das Verhältnis V /V potenziert wird.

Ein Bezugssignalgenerator G1 weist eine Bezugsspannungsquelle 74 auf, deren Ausgang an einem Anschluß 76 über Spannungsteilerwiderstände 78, 80 und 82 mit einem Bezugspotential, beispielsweise Erde, verbunden ist. Ein zweiter Schleiferarm 86 auf dem Widerstand 80 ist mit der Ausgangsleitung 84 des Generators G1 verbunden. Die Einstellung des zweiten Schleiferarmes 86 bestimmt den Wert des erzeugten Signales V , das auf der Leitung 84 erscheint.

Die Leitung 84 ist mit der Summierstufe 72 über eine Log-Einrichtung 88 verbunden, die den Logarithmus des Amplitudenwertes des Signales · V erzeugt. Die Summierstufe 72 erzeugt ein Signal, das die Summe aus dem Logarithmus des Signales V und dem Logarithmus des Verhältnisses der Signale V /V potenziert mit m oder

XZ

609815/1029 ί

^Vy^^Vx/^Vz^ ^^st· Dieses Signal wird als ein Eingangssignal an eine An-tilog-Einrichtung 90 angelegt, die ein Signal erzeugt, dessen Amplitude den Antilogarithmus des Signales darstellt, das an ihren Eingang angelegt wird. Das Ausgangssignal der Antilog-Einrichtung 90 wird entlang der Leitung 92 an eine Addierstufe A1 angelegt, die den Wert k zu dem Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung addiert. Die Addierstufe A1 besteht aus einer Spannungsquelle 95 und einem damit parallel geschalteten, variablen Widerstand 97. Ein dritter Schleif erar-m 96 (dessen Position den Wert k bestimmt) des variablen Widerstandes 97 ist mit einer geeigneten Analog-Digital-Umsetzerund digitalen Anzeigeeinrichtung verbunden.

Die Log-Einrichtung 64, die Antilog-Einrichtung 90, die Log-Einrichtung 88, die Summierstufe 72 und die Bezugsspannungsquelle 74 sind im Handel erhältliche Bauteile. Solche Einrichtungen werden in einem einzigen, mehrere Funktionen ausführenden Modul, beispielsweise als Modul Nr. 433J von der Firma Analog Devices, Inc. in Norwood, Mass. hergestellt. Eine Beschreibung dieser Einrichtung ist in dem Katalog C12 5-10 vom Mai 1972, herausgegeben von Analog Devices Inc., gegeben.

Bei dem Aufstellen und Einjustieren der Vorrichtung für den Betrieb wird die Höhe der Plattform 55 oberhalb der Kreuzplatte 51 so eingestellt, daß sich der gewünschte Streifenabstand an dem Detektor 61 ergibt. In einem Beispiel beträgt der Lichtweg von dem Halter 3 9 zu dem Detektor 61 etwa 1,52 m und die Mittelpunkte der Fotozellen P1 und P2 liegen etwa 0,137 cm auseinander. Die Ausgangssignale der Umsetzer C1 und C2 werden so einjustiert, daß sie im wesentlichen gleich groß sind, wenn gleich große Lichtmengen auf die Fotozellen P1 und P2 einfallen. Dies kann dadurch geschehen, daß man eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise die Anzeigeeinrichtung D1, zeitweise direkt mit den Leitungen 69 und 71 koppelt. Die Signalverarbeitungsschaltung 54, die oben beschrieben wurde, spricht auf die entlang den Leitungen 69 und 71 angegebenen Spannungs-Eingangssignale an, die Spannungen im Bereich von 0 bis 10 Volt führen. Die Aus gangs signale der Umsetzer C1 und .C2 werden

609815/1029

durch Einstellen der Widerstände 62 bzw. 62' justiert. Wenn keine Lochmaske 41 eingelegt ist und gleiche Lichtmengen auf die Fotozellen P1 und P2 auftreffen, werden die Signale V und V abgestimmt. Dann wird eine Lochmaske 41 in den Lochmaskenhalter 37 eingelegt, und ein Strahl 28 wird durch die Lochmaske geschickt. Die Linse in dem Halter 35 wird so eingestellt, daß der Strahl auf den Detektor 61 fokusiert wird. Der Detektor 61 wird in dem fokusierten Strahl so angeordnet, daß die gewünschten Streifen gemessen werden und daß der Wert von V größer als der Wert von V ist.

Drei Standardlochmasken des selben Typs, deren Lochbreiten einen maximalen, einen mittleren bzw. einen minimalen Wert haben, sind vorgesehen, wobei die Lochbreiten in einem Meßmikroskop oder dergleichen bestimmt sind. Die Maske mit der maximalen Lochgröße wird als erstes in den Meß-Lichtstrahl 28 eingesetzt. Der dritte Schleiferarm 96 wird nun in eine Stellung gebracht, so daß die richtige Stellung auf der Anzeige einrichtung D1 angezeigt wird. Als nächstes wird die Maske mit der minimalen Lochgröße in den Strahl 28 eingesetzt. Der zweite Schleiferarm 86 in dem einstellbaren Bezugssignalgenerator G1 wird so eingestellt, daß eine richtige Ablesung der Lochgröße auf der Anzeigeeinrichtung D1 erscheint. Als nächstes wird die Maske mit der mittleren Lochgröße in den Lichtstrahl 28 eingesetzt, und der erste Schleiferarm 73 des Widerstandes 70 wird so eingestellt, daß die richtige Ablesung auf der Anzeigeeinrichtung D1 erscheint. Wenn der erste, der zweite und der dritte Schleiferarm 73, 8 6 und 96 in Position gebracht sind, wodurch die Werte von m, V bzw. k bestimmt werden, wird der Justiervorgang wiederholt, um die Schleiferarme noch genauer in Position zu bringen, so daß eine richtige Ablesung auf der Anzeigeeinrichtung für jede der drei Standardmasken erscheint, die in dem Lichtstrahl 28 eingesetzt werden. Die Positionen der drei Schleiferarme 96, 86 und 73 werden notiert, und diese Werte können immer dann verwendet werden, wenn Masken des selben Typs geprüft werden sollen. Ein ähnlicher Justiervorgang wird für jeden Maskentyp durchgeführt.

Beim Einsatz der in den Figuren 1 und 3 gezeigten vorrichtung

809815/1029

wird zunächst eine Maske 41 mit schlitzförmigen Löchern in den Halter 39 eingelegt. Die Maske kann ein flaches, geätztes Blech sein, bevor das Blech in die gewölbte Form zur Verwendung in einer Farbfernsehröhre geformt wird. Die Vorrichtung kann jedoch auch bei einer geformten Lochmaske verwendet werden. Die Laserröhre 27 wird eingeschaltet, so daß der Strahl 28 nach oben projiziert wird, und die drei Schleiferarme 96,86 und 73 werden entsprechend den Positionen eingestellt, die man für den bestimmten Maskentyp notiert hat. Der Maskenhalter 39 wird auf den x- und y-Führungen 43 und 47 in die gewünschte Position geschoben, und die mittlere Lochbreite des von dem Strahl ausgeleuchteten Bereiches erscheint auf der Anzeigeeinrichtung D1. Der Maskenhalter 3 9 kann in verschiedene Positionen bewegt werden, um die mittlere Lochbreite an verschiedenen Bereichen der Maske zu messen. Dann kann die Maske aus dem Halter entfernt werden, und einen andere Maske des selben Typs wird darin eingesetzt, worauf das Meßverfahren wiederholt wird.

Figur 4 zeigt in vereinfachter Form, was in dem optischen System vor sich geht, wenn der Strahl 28 von der Laser-Röhre 27 durch den gelochten Körper, d.h. die Lochmaske 41, zu dem Detektor 61 durchtritt. Die Laserröhre 27, z.B. ein 5mV-Helium-Neon-Laser, wird in ein Linsensystem eingesetzt, das den Laserstrahl aufweitet und dann den aufgeweiteten Strahl in der Ebene 109 des Detektors 61 fokussiert. Durch Änderung der Stärke des Linsensystems kann die Strahlgröße geändert werden, um die Zahl der in die Messung einbezogenen Maskenlöcher zu ändern. In einem System erzeugt.eine Linse mit zehnfacher Vergrößerung einen Strahl, der einen Durchmesser von etwa 1,27 cm an der Stelle hat, wo er durch die Lochmaske 41 durchtritt. Die Intensität über dem Strahl 28 hat nahezu eine Gauss-Verteilung, so daß die Löcher in der Nähe der Strahlmitte mehr Licht durchlassen als die Löcher nahe an den Rändern des Strahles, so daß die in der Mitte liegenden.Löcher auch einen größeren Einfluß auf die Messungen haben. Die Lochmaske 41 ist so angeordnet, daß der Strahl auf die Lochmaske 41 senkrecht zu der Oberfläche auftrifft. Beim Auftreffen des Strahls auf die Lochmaske 41 erfolgt eine Beugung, und Streifen 106 eines Interferenzmusters können in der Detektorebene 109 beobachtet werden, die unter einem geeigneten

609815/1029

Abstand von der Lochmaske 41 liegt. Je größer der Abstand ist, desto größer ist der Abstand der Streifen in der Interferenzmuster. Die Streifen 106 haben einen in wesentlichen gleichförmigen Abstand d-. Der Detektor 61 ist so angeordnet, daß er zwei nebeneinander liegende, helle Streifen 106a und 106b auf zwei Fotozellen P1 bzw. P2 empfängt. In Figur 4 ist die Helligkeit der Streifen durch den horizontalen Abstand der Kurve 106 von der Detektorebene 109 dargestellt. Wenn die Lichtquelle in der Ebene 109 des Detektors 61 fokusiert ist, erscheint ein stationäres Muster selbst dann, wenn die Maske 41 linear bewegt wird. Die Drehung der Maske bewirkt eine Drehung des Musters in der Ebene 109, wobei das Muster jedoch auf der selben Achse zentriert bleibt.

In Figur 4 ist ferner eine Einhüllende 107 gezeigt, die durch die Spitzen der Streifen 106 gebildet wird und ein Beugungsmuster definiert. Das Beugungsmuster weist ein zentrales Hauptmaximum und Seitenmaxima auf. Der Abstand d, zwischen den Spitzen der Streifen 106 ist eine inverse Funktion des Abstandes zwischen den Reihen der Löcher in der Lochmaske 41. Die Breite d, eines

Seitenmaximums ist gleich der halben Breite d des mittleren Hauptmaximums in dem Beugungsmuster, und diese Breiten sind inverse Funktionen der Lochbreite. Die relative Höhe oder die Intensität der verschiedenen Streifen 106 des Beugungsmusters werden durch die Lochbreite bestimmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert eine schnelle, genaue und zuverlässige Messung der Größe der Lochmaskenlöcher. Die Vorrichtung wurde hauptsächlich für die Messung von Schlitzbreiten in einer flachen Lochmaske mit schlitzförmigen Löchern entwickelt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Vorrichtung auch in der Lage ist, Stege zu messen (den Abstand zwischen den Enden von zwei schlitzförmigen Löchern in einer Reihe). Die Vorrichtung kann auch zur Messung von Löchern in geformten Lochmasken, von Masken mit runden Löchern und auch von Maskenvaterplatten (Hauptmasken) verwendet werden. Einige Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bisherigen Verfahren (bei denen in Transmission und

609815/1029

mit dem Mikroskop gemessen wird) sind eine erhöhte Genauigkeit, eine schnellere Meßgeschwindigkeit und eine verbesserte Fähigkeit, den Mittelwert einer großen Zahl von Löchern zu bilden oder einzelne Löcher mit derselben Arbeitsgeschwindigkeit zu messen.

609815/1029

Claims

2544298

Patentansprüc he

Verfahren zur Bestimmung der mittleren Lochbreite in einem einer feldartigen Anordnung von Löchern in einem gelochten Körper, bei dem ein Strahl aus im wesentlichen monochromatischem Licht durch eine Vielzahl von Löchern in den Teil des Körpers projiziert wird, um ein kombiniertes Lichtinterferenz- und Beugungsmuster zu erzeugen, das die gewünschte Information über die mittlere Lochbreite enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die Intensitäten von wenigstens zwei Interferenzstreifen des Musters gemessen wird, daß elektrische Signale erzeugt werden, die die gemessenen Intensitäten darstellen, und daß die erzeugten, elektrischen Signale verarbeitet werden, um die mittlere Breite der Löcher abzuleiten, durch die der Strahl hindurchgetreten ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher im wesentlichen rechteckige Schlitze sind, die in in Längsrichtung angeordneten Reihen liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interferenzstreifen die zwei nebeneinanderliegenden Streifen auf einer Seite des Hauptmaximums des Musters aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der Signale die Schritte aufweist, daß von den erzeugten Signalen ein Quotientensignal gebildet wird, das die mittlere Lochbreite darstellt, und das das Quotientensignal in einen Mittelwert für die Lochbreite umgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten elektrischen Signale entsprechend der folgenden Gleichung verarbeitet werden:

b = k + V _R^m,

609815/1029

wobei b die mittlere Breite, R der genannte Quotient und k, m und V vorbestimmte Parameter für einen vorgegebenen Körper sind.
6. Verfahren zur Bestimmung der mittleren Lochbreite in einem Abschnitt einer rechteckigen, feldartigen Anordnung ähnlicher Löcher in einer Lochmaske einer Katodenstrahlröhre, die zwei gegenüberliegende Hauptflächen hat, wobei ein Strahl aus im wesentlichen monochromatischem Licht von einer Lichtquelle, die von einer der Hauptflächen einen bestimmten Abstand hat, durch eine Vielzahl der Löcher in nebeneinanderlegenden Reihen des Abschnittes der Lochmaske projiziert und der Strahl in einer Ebene fokussiert wird, die von der anderen Hauptfläche der Lochmaske einen Abstand hat, um ein kombiniertes Lichtinterferenzund-Beugungsmuster in der Ebene zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensitäten von wenigstens zwei Interferenz streifen in dem mittleren Hauptmaximum des Musters gemessen wird, wobei der Quotient der Intensitäten eine Funktion der mittleren Breite der Vielzahl der Löcher ist, das aus den gemessenen Intensitäten ein elektrisches Signal erzeugt wird, das den Quotienten der Intensitäten darstellt, und das das erzeugte elektrische Signal weiter verarbeitet wird, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das direkt die mittlere Breite der Vielzahl der Löcher darstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Breite angezeigt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 6, gekennzeichnet durch eine Projektionseinrichtung (27, 3^ um einen Strahl aus im wesentlichen monochromatischenm Licht durch die Vielzahl der Löcher zu projizieren, um ein kombiniertes Lichtinterferenz- und-Beugungsmuster zu erzeugen, das die gewünschte Information über die mittlere Lochbreite enthält, durch eine Detektor einrichtung (61), die auf das Muster anspricht, um wenigstens zwei Signale zu erzeugen, die jeweils die Intensität eines separaten, unterschiedlichen Streifens von wenigstens zwei

609815/1029

Streifen (106a, 106hJ des Musters darstellen, und durch eine Einrichtung (C1, C2, G1, S1, A1), die auf die zwei Signale anspricht, umd daraus ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, das die mittlere Lochbreite darstellt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Projektionseinrichtung eine Einrichtung (27) zur Erzeugung eines Laserstrahls entlang einem vorbestimmten Lichtweg,
und eine Einrichtung (35) aufweist, um den Strahl auf der
Detektoreinrichtung (61) zu fokussieren.

609816/1029

4*

Leerseite