JP3557951B2

JP3557951B2 - 回転偏差測定装置および回転偏差測定方法

Info

Publication number: JP3557951B2
Application number: JP20597099A
Authority: JP
Inventors: 浩保古川; 隆史白瀬; 将光岡村; 浩美大工; 登成黒川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP2001035378A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光透過性の管の内側にある部品の回転偏差を測定する装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光透過性の管の内部で所定の姿勢からの回転ずれが小さいことすなわち回転偏差が小さいことを要求されるものとしては、例えばＣＲＴにおけるブラウン管ネックガラス管内の電子銃がある。ＣＲＴにおいては、インライン電子銃の出す３本の電子ビームをマスクおよび蛍光面に対して正しい位置に照射することが求められる。すなわち、ＣＲＴ蛍光面の水平軸と、電子銃のインラインに配置したＲ，Ｇ，Ｂ対応各電子ビーム通過穴の中心を通る軸すなわちインライン水平軸は、それらの軸方向が正確に平行であることが必要である。電子銃がその長手方向の軸を中心として回転し、蛍光面水平軸と電子銃インライン水平軸がずれていると、電子ビームが蛍光面に正確に照射されず、色ずれなどの画質の劣化を起こす。このため、電子銃のネックガラス管内に取り付け時に、蛍光面水平軸と電子銃インライン水平軸の平行関係からのずれ、すなわち、電子銃の回転偏差の測定方法が必要である。
【０００３】
このような測定方法として、例えば特開平１０−８３７６３号公報には、従来から採用されている、電子銃の回転偏差を計測する方法が開示されている。図８において、１は平行光を射出する光源、２は光源射出光線４が部品５の開口部７を通過した光量を検出できる受光手段、３は光源１、受光手段２を支持し、ネックガラス管である光透過性の管６の管軸を中心に回転させる回転手段である。部品５は電子銃の一部品で、入口孔と出口孔よりなる開口部７が部品の回転軸を直角に横切る形で設けられている。この図において、部品の基準姿勢からの回転すなわち回転偏差の測定は、光源１から光源射出光線４の内で部品５の開口部７を通過する光線を受光手段２で受光してその受光量を測定し、回転手段３で光源１と受光手段２よりなる光学系をその光源射出光線４が蛍光面水平軸と平行になる位置から回転させ、平行光線の方向と入口孔と出口孔の結ぶ方向すなわち開口部の軸方向が一致し、前記受光量が最大となる回転角度を電子銃の回転偏差とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような方法は、電子銃をネックガラス管内に挿入する前の段階では測定可能であるがＣＲＴ製造時において挿入後や封止後にネックガラス管を通して測定を行う場合には、光がネックガラス管を通過する際の光の屈折により、回転偏差を正しく計測できない。例えば、図２に示すように、光源１と受光手段２を結び光透過性の管６の管軸を通る座標軸をｕ軸、同じく管軸を通りｕ軸に垂直な座標軸をｖ軸とすると、光源１から受光手段２に向かう光源射出光線４は全てｕ軸に平行な平行光線であるが、管軸に垂直なｕ−ｖ座標系の平面内で、ｕ軸からｖ軸方向にｖ_１離れた位置でネックガラス管すなわち光透過性の管６入射した場合、管壁のガラスによる屈折によって、管内の光線４ａは、ｕ軸に対して角度φを持って進み、管６から出る時、管壁による屈折の影響で再度進行方向が変わり、受光手段２に受光される受光光線４ｂはｕ軸に対して角度２φを持つ。すなわち、光源からの平行光線は、光透過性の管を通過する時、図２に示すように、ｕ軸上の光線であって管軸を通る場合、管壁に垂直に入射するため、進行方向の変化は無いが、ｕ軸上以外の光線は管壁によって屈折を受けるため、光線の進行方向が変わる。
【０００５】
光透過性の管の内部にある部品の回転偏差を、管の外部から光線を入射し、入口孔と出口孔よりなる開口部を通過させ、管に対して対抗する位置に設けた受光手段で受光し、その受光量から求める従来法においては、図８に示すように光源からの光線は管内でもその進行方向が変わらないことを前提として、光の進行方向が部品５の開口部７の軸方向と一致した時、開口部７の入口孔を通過した光が１００％出口孔を通過し、通過光量すなわち受光量が最大になることから、光の進行方向すなわち光学系の回転角度を部品の回転偏差としている。しかし、実際には、図２のように、平行光線が光透過性の管を透過するとき、管壁に屈折の影響で、光線が管軸を通過する時以外は、進行方向が変わる。このため、管内の部品が光透過性の管に対して偏芯していると、図８に示す従来法では、光源射出光線４の進行方向が光透過性の管６の内側でも変化しないという前提が崩れ、方向特開平１０−８３７６３号公報にも述べられているように、回転偏差の測定精度に問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものである。光透過性の管の内部の部品の回転偏差を、管外から光を入射し、管に対して対抗する位置に設けられた受光手段で部品に設けられた開口部の通過光を受光することにより測定する場合に、光透過性の管と管の内側の部品の偏芯時における管壁による光の屈折の影響を補正して、正確な回転偏差を測定できる装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる回転偏差測定装置は、部品に設けた開口部の通過光を受光して受光幅および受光位置を求める受光手段と、光源と前記受光手段からなる光学系を管軸に垂直な平面内で回転させる回転手段を設けたものである。
【０００８】
この回転偏差測定装置によると、前記受光幅が最大となる前記光学系の回転角と受光手段上の受光位置により、光透過性の管の内側の部品の回転偏差を、管軸と部品の回転軸が偏芯している場合においても、正確に求められる。
【０００９】
また、本発明に係わる回転偏差測定装置は、前記受光手段と、前記回転手段に加えて、部品開口部の通過光の受光幅が最大となる光学系の回転角と受光手段上の受光位置に基づいて部品の回転偏差を判定する回転偏差判定手段を設けたものである。回転偏差判定手段を装置に組み込むことにより、瞬時に回転偏差の測定が可能となり、ＣＲＴ製造ライン上などオンラインで回転偏差の測定が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係わる回転偏差測定装置においては、光源は、平行光線発光素子を平面上に配置した光源を含むものである。本測定装置において、光源は、その射出光線が、光源と受光部の間に位置して入口孔と出口孔よりなる開口部を通過し、受光手段で受光されうる位置にあることが前提である。平行光線発光素子を平面上に直線状もしくはアレイ状に配置することにより、偏芯した部品の測定時における光源の位置調整が容易となる。
【００１１】
さらにまた、光源は、平行光線発光素子を平面上を移動させる光源を含むものである。このような構成により、偏芯した部品の測定時における光源の位置調整が容易となる。
【００１２】
また、受光手段は、受光素子を光源からの平行光線に対して垂直な平面上に配置した受光手段を含むものである。本測定装置において、受光手段は、開口部の通過光を受光して受光幅および受光位置が求めることが前提である。受光素子を平面上に配置することにより、受光幅の検出および偏芯した部品の測定時における受光位置の検出が容易となる。
【００１３】
さらにまた、受光手段は、受光素子を光源からの平行光線に対して垂直な平面上を移動させる受光手段を含むものである。このような構成により、受光幅の検出および偏芯した部品の測定時における受光位置の検出が容易となる。
【００１４】
また、本発明に係わる回転偏差測定方法は、管外の光源から平行光線を射出させ、管の内側にある部品に設けられた入口孔と出口孔よりなる開口部を通過させ、前記管を挟んで対抗する位置に配置された受光手段で受光し、前記光源と前記受光部とからなる光学系を管軸に垂直な平面内で回転させ、前記開口部の通過光の受光幅が最大になる光学系の回転角と受光手段上の受光位置より、部品の回転偏差を判定するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００１６】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転偏差装置の構成を示す斜視図である。図１において、１は半導体レーザなどの平行光を射出する光源、２は受光手段で、光源１より射出された光を感知するフォトダイオードなど受光素子２ａが平面上に直線状に配置されている。３は光源１と受光手段２よりなる光学系を支持し、透過性の管６の管軸を回転軸として、回転させる回転手段である。４は光源１よりの光源射出光線であり、部品５は光透過性の管６の内にあって、入口孔と出口孔よりなり部品５の回転軸に垂直に貫通した形態の開口部７が設けられている。
【００１７】
このように構成された測定装置において、管外の光源１から平行光線を出射させ、部品５に設けられた開口部７を通過させ、光透過性の管６を挟んで対抗する位置に配置された受光手段２で受光し、回転手段３を用い前記光源１と前記受光手段２とからなる光学系を管軸に垂直な平面内で回転させ、受光手段２上の受光幅が最大になる光学系の回転角θ’と受光手段上２の受光位置より、正確な部品の回転偏差が求められる。
【００１８】
以下、図により、本発明に係わる回転偏差測定装置の作用を説明する。図３において、ｘｙ座標系は、部品の回転偏差基準となる固定座標系であり、例えば、部品を電子銃とすると、蛍光面水平軸をｘ軸、垂直軸をｙ軸である。一方、ｕｖ座標系は、光学系に対する座標系であり、光学系の回転平面内にあって、ｕ軸は光源と受光手段よりなる光学系における光源１、受光手段２を結んで光学系の回転軸すなわち管軸を通る座標軸であり、ｖ軸は光学系の回転軸を通りｕ軸に垂直な座標軸である。また、固定座標系ｘｙに対するｕｖ座標系の回転角度をθ’とする。また、受光手段上の受光位置、すなわち、受光領域の中心はｕ軸からの距離をｖ_３とする。
【００１９】
本発明に係わる回転偏差測定装置を用いた測定において、ｖ_３が零の場合、すなわち、図３（ａ）のように、管の内側の部品に偏芯が無く、管軸すなわち光学系の回転軸に部品の回転軸が一致する場合、光源１からの光源射出光線４は、ｕ軸上およびその近傍でその進行方向を管内においても変えることなく、ｕ軸に平行に進む。このため、部品開口部の通過光の受光手段上の受光幅は、開口部の中心軸すなわち開口部の入口孔の中心と出口孔の中心を結ぶ線がｕ軸と一致する時光線の進行方向にも一致し、最大となる。従って、光学系を回転させ、受光手段上の受光幅が最大になる固定座標系ｘｙに対するｕｖ座標系の回転角度をθ’とすると、開口部の中心軸イコールｕ軸のため、部品の回転偏差も、θ’となる。
【００２０】
一方、受光手段上の受光領域の中心である受光位置ｖ_３がある値を持つ場合は、図３（ｂ）のように、管内の部品５は偏芯している結果である。この場合、受光幅が最大となるのは、開口部７の中心軸方向が、管壁による屈折の影響で変化した光線光路と一致した時、すなわち、ｕ軸に対して角度φを持つところで、部品５の回転偏差θは、光学系の回転角度θ’にφを加えた値となる。
【００２１】
φはｖ_３より一義的に求められる。すなわち、光透過性の管の内径ｒ径及び外径Ｒ、管壁材の屈折率並びに管軸から受光手段への距離Ｌといった光透過性の管および光学系の位置関係、寸法等が定まっている時、一義的にφとｖ_３の関係は決まる。図４に示すように、管壁による屈折の影響で変化した管内の光線４ａのｕ軸に対する角度が開口部７の中心軸方向のｕ軸に対する角度φが一致した時、管内の光線４ａの開口部７の通過幅は最大となり、受光手段上の受光幅も最大となる。管内光線４ａは管外に出て、受光手段受光光線４ｂになり、ｕ軸との角度２φで持って受光手段に到達し、ｖ_３の位置が受光領域の中心である受光位置になる。従って、ｖ_３の値からφが求められる。例えば、ｖ_３とφの関係は、ｕ軸に対して開口部の中心軸が一定角度φに設定した部品を、管の内側で移動させ、前記通過光量が最大になる時のｖ_３を、種々のφに対して実測により求め、換算表若しくは近似換算グラフとして得られる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１と同じ測定装置を用い、得られたｖ_３からφを計算で求め、部品の回転偏差を求めた。すなわち、開口部の中心軸のｕ座標に対する傾きは、受光幅が最大になる時の管内における光線４ａのｕ軸に対する角度φであり、以下のように、受光位置ｖ_３から計算できる。図４に示すように、光透過性の管６の外径をＲ、内径をｒ、６の管壁材の屈折率をｎ（＞１）とすると、前記φは、光源射出光線４が光透過性の管６に入射する点をＡとしたときのＯＡとｕ軸との角度θ_１の関係は、Ｒ、ｒ、ｎを定数とすると、一義的に決まる。このときのφとθ_１の関係を以下のように表す。
【００２３】
θ_１＝Ｆ_１（φ）
【００２４】
また、管内の光４ａが光透過性の管６の外に出る点をＢとして、ＯＢとｕ軸との角度をθ_２すると、θ_２は以下のように表すことができる。
【００２５】

【００２６】
さらにまた、光透過性の管６の中心Ｏから受光手段２までの距離をＬとし、点Ｂのｖ座標をｖ_２、受光位置のｖ座標をｖ_３とすると、ｖ_３は以下のように表される。
【００２７】

【００２８】
よって、以下のように、Ｆ_３の逆関数により受光位置ｖ_３から受光幅が最大になる時の管内における光線４ａのｕ軸に対する角度φを求めることができる。
【００２９】
φ＝Ｆ_３ ^― ^１（ｖ_３）
【００３０】
このようにして、受光幅が最大になった光学系の回転角度θ’に、受光位置ｖ_３から計算により求めたφを加えることにより、光透過性の管６に対する偏芯に影響されず、管内の部品５の回転偏差θを正確に求めることができる。
【００３１】
実施の形態３．
図５はこの発明の測定装置におけるひとつの実施形態の構成を示す斜視図である。以下、図１と同一符号は、同一もしくは相当部分であるので説明を省略する。図５において、８は、開口部７を通過した光線の受光幅が最大になる回転手段３の回転角と、受光手段２上の受光領域の中心である受光位置より部品回転偏差を判定する回転偏差判定手段である。
【００３２】
実施の形態１と同様に求めた前記受光幅が最大になる光学系の回転角θ’とその時の受光手段上の受光位置ｖ_３の情報を回転偏差判定手段８に送り、実施の形態２で求めたｖ_３と受光幅が最大になる時の管内における光線４ａのｕ軸に対する角度φの関数式を予めインプットしたマイコンで計算し、θ’＋φとして部品５の回転偏差θを正確に求めることができる。
【００３３】
実施の形態４．
図６にこの発明の実施の形態４の測定装置の斜視図を示す。９は受光手段２の直線移動を支持するリニアガイド、１０は、モーター１１によって受光手段２を直線移動させるボールネジである。図６のように、一つの受光素子２ａ、例えばフォトダイオードを用いて、これを平行光線に対して垂直な直線上に移動させることによっても、受光幅および受光位置を感知することができ、実施の形態１の受光手段と同じ効果が得られる。
【００３４】
実施の形態５．
図７にこの発明の実施の形態５の測定装置の斜視図を示す。図７のように、複数の受光素子を、平行光線に対して垂直な平面上にアレイ状すなわち、格子状に配置した受光手段、例えば、ＣＣＤ撮像デバイスやＭＯＳ撮像デバイスなど用いても、同じ効果が得られる上、管軸方向の受光位置も感知できるため、部品５の管軸方向の位置を同時に計測可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係わる回転偏差測定装置によれば、部品に設けた開口部の通過光を受光して受光幅と受光位置を求める受光手段と、光源と前記受光手段からなる光学系を管軸に垂直な平面内で回転させる回転手段を設けることにより、光透過性の管の内側の部品の回転偏差を、管軸と部品の回転軸が偏芯している場合においても、正確に求められる。また、受光手段上の受光幅は、先に述べた従来法の受光量と本質的に同じ意味を持つが、受光位置すなわち受光中心を求めるために、受光領域端を求める必要があるため、必然的に求められ、受光幅がある一定以上の光量を受光する領域の幅とするディジタル的数値であるため、周囲光や受光素子間の感度にばらつ等の影響を受けにくく、より正確な測定が可能になる。
【００３６】
また、本発明に係わる回転偏差測定装置は、前記受光手段と、回転手段に加えて、受光幅が最大となる光学系の回転角と受光位置に基づいて部品の回転偏差を判定する回転偏差判定手段を設けることにより、瞬時に回転偏差の測定が可能となり、ＣＲＴ製造ライン上などオンラインで測定、回転偏差の補正ができる。
【００３７】
さらにまた、光源として、平行光線発光素子を平面上に配置した光源を用いることにより、偏芯部品の測定時における光源の位置調整が容易となる。
【００３８】
また、光源として、平行光線発光素子を平面上を移動させる光源を用いることにより、偏芯部品の測定時における光源の位置調整が容易となる。
【００３９】
さらにまた、受光手段として、受光素子を光源からの平行光線に対して垂直な平面上に配置した受光手段を用いることにより、受光幅の検出および偏芯部品の測定時における受光位置の検出が容易となる。
【００４０】
また、受光手段として、受光素子を光源からの平行光線に対して垂直な平面上を移動させる受光手段を用いることにより、受光幅の検出および偏芯部品の測定時における受光位置の検出が容易となる。
【００４１】
さらにまた、管外の光源から平行光線を出射させ、管の内側にある部品に設けられた開口部を通過させ、前記管を挟んで対抗する位置に配置された受光手段で受光し、前記光源と前記受光部とからなる光学系を管軸に垂直な平面内で回転させ、前記受光手段上の受光幅が最大になる光学系の回転角と受光領域の中心である受光位置より、部品の回転偏差を判定することにより、正確な光透過性の管内の部品の回転偏差が求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による回転偏差測定装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】管壁による屈折の影響による管内透過光線の光路を示す説明図である。
【図３】偏芯による受光位置のずれを示す説明図である。
【図４】受光位置と管内における光線の角度の関係を示す説明図である。
【図５】この発明による回転偏差測定装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図６】この発明による回転偏差測定装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図７】この発明による回転偏差測定装置の実施の一形態を示す斜視図である。
【図８】従来の電子銃の回転偏差を測定する装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１光源、２受光手段、２ａ受光素子、３回転手段、４光源射出光線、４ａ管内の光線、４ｂ受光光線、５部品、６光透過性の管、７開口部、８回転偏差判定手段、９リニアガイド、１０ボールネジ、１１モーター。

Claims

略円筒形状を呈する光透過性の管の内側にあり前記光透過性の管の管軸に対して略垂直方向に貫通する開口部を有する部品の回転偏差を測定する回転偏差測定装置であって、
前記光透過性の管外から平行光線を射出する光源と、
前記光源に対して前記光透過性の管を挟んで対向する平面上に直線状または２次元的に配置された複数の受光素子で構成され、前記開口部の通過光を受光して所定の光量以上を受光する領域を受光幅として感知し、前記平行光線が前記管軸を通過する線をｕ軸とする場合に前記ｕ軸が前記平面と交差する点と前記受光幅の中心との距離を受光位置として感知する受光手段と、
前記光源と前記受光手段からなる光学系を管軸に垂直な平面内で前記管軸を回転軸として回転させる回転手段と、
前記受光幅が最大となる前記部品の固定座標に対する前記光学系の回転角と前記受光位置に基づいて部品の回転偏差を判定する回転偏差判定手段とを、
備えたことを特徴とする回転偏差測定装置。
前記部品が、電子銃であることを特徴とする請求項１記載の回転偏差測定装置。
前記受光手段が、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載の回転偏差測定装置。
前記受光手段が、前記平面上に格子状に配置された複数の受光素子であることを特徴とする請求項１記載の回転偏差測定装置。
略円筒形状を呈する光透過性の管の内側にあり前記光透過性の管の管軸に対して略垂直方向に貫通する開口部を有する部品の回転偏差を測定する回転偏差測定方法であって、
前記光透過性の管外の光源から平行光線を出射させ、前記部品に設られた前記開口部を通過させ、前記光源に対して前記光透過性の管を挟んで対向する平面上に直線状または２次元的に配置された複数の受光素子で構成された受光手段によって前記通過光を、前記光源と前記受光手段とからなる光学系を管軸に垂直な平面内で前記管軸を回転軸とする回転手段により各回転位置で受光させ、
所定の光量以上を受光する領域を受光幅とし、前記平行光線が前記管軸を通過する線をｕ軸とする場合に前記ｕ軸が前記平面と交差する点と前記受光幅の中心との距離を受光位置として前記受光幅が最大となる前記部品の固定座標に対する前記光学系の回転角と前記受光位置に基づき前記部品の回転偏差を判定することを特徴とする回転偏差測定方法。