JPH0474908A - 測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、板体上の所定のパターン間の距離等を測定す
る測長装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、各種技術分野においては装置が微小化又は高精度
化され、これに伴い装置の製造時における各部の寸法も
厳格な管理が必要となり、このため、サブμｍオーダの
精度で測定可能な測長装置が要望されるようになった。

ここで、上記のように高精度の測長が必要である対象物
として、テレビジョン、コンピュータ等の表示に使用さ
れる液晶表示装置を例示して説明する。

第４図は液晶表示装置の電極の配置図である。

図で、１は基板、２は基板１上に縦横に多数配置された
電極である。例えば、図で横方向の長さが４００　ｍの
基板１上に電極２が横方向１列に６７００個配列されて
いる。これら各電極２は互いに正確な間隔で配置される
必要がある。即ち、第４図に示す隣接する電極２間の寸
法ｘＩ、ｙｌは正確でなければならない。したがって、
このような電極パターンを製造するための原板（マスク
）における上記寸法Ｘ＋＋）’＋　は厳格番こ管理され
なければならない。そして、このためには、高精度の測
長装置が必要である。例えば、上記の例では、寸法Ｘ。

は６０μであるので、測長装置としてはサブμｍオーダ
の精度のものが要望される。このような装置の測定に使
用される測長装置を第５図により説明する。

第５図は測長装置の系統図である。図で、Ｘ。

Ｙは座標軸を示す。この測長装置はＹ軸およびＹ軸方向
の測定が可能な２軸の測長装置である。５ｘ、５ｙはそ
れぞれＹ軸、Ｙ軸方向の移動機構が備えられているステ
ージであり、ステージ５Ｙは図示されていない空気定盤
上に支持され、また、ステージ５Ｘはステージ５Ｙ上に
おいてＹ軸方向に移動可能に設置されている。６はステ
ージ５上でＸ軸方向に移動可能な移動台、７Ｘは移動台
６をＸ軸方向に移動させるモータ、７Ｙはステージ５Ｘ
をＹ軸方向に移動させるモータである。ステージ５Ｘお
よび移動台６は、それぞれモータ７Ｘ、７Ｙの回転によ
り移動する構成となっている。８は移動台６に固定され
たテーブル、９はテーブル８上に載置された被測長対象
物である原板を示す。

９ｐは第４図に示す電極２を作成するため原板９に構成
された電極パターンである。電極パターン９ｐは第４図
に示す電極２の配置に等しく配置されている。１０はこ
れら電極パターン９ｐを観察するオートフォーカス付の
顕微鏡、１１は顕微鏡１０を支持するスタンド、１２は
原板９を照明する光源、１３は光源１２を支持すると共
に光を顕微鏡ｌＯに導く導光管である。１４は顕微鏡１
０の視野内の像を撮像するカメラであり、像に応じた電
気信号を出力する。

１６は画像処理装置を示し、画像処理部１６ａおよび表
示部１６ｂで構成されている。画像処理部１６．ａはカ
メラ１４からの信号に基づき顕微鏡１０の視野内の像を
表示部１６ｂに表示する処理を行なうとともに、後述す
るようにその像についての種々の処理を実行する。表示
部１６ｂは等間隔に縦横に配列された微粒子（画素）で
構成されている。これらの画素は表示部１６ｂにおける
発光単位であり、各画素が選択的に発光することにより
、映像が形成表示される。各画素は、画像処理部１６ａ
に内蔵されたメモリの７ドレスに対応せしめられている
のが通常である。どの画素を発光させるかの選択は、カ
メラ１４の信号に基づいて画像処理部１６ａで行なわれ
る。１７は測長装置における所定の演算制御を行なう制
御装置であり、マイクロコンピュータを用いて構成され
ている。

３６はレーザヘッドであり、例えば２周波レーザヘッド
が用いられる。このレーザヘッドは僅かに異なる周波数
ｆ、、ｆ、のレーザ光を出力する。

３７はレーザヘッド３６からのレーザ光を直線方向およ
びこれと直角方向に分割するビームスプリッタである。

３８Ｘ、　３８Ｙはレーザ光のうち周波数ｆ１のレーザ
光のみを出力するインタフェロメータである。３９はテ
ーブル８に固定されたＬ型ミラーであり、Ｘ軸方向の反
射を行なう部分３９ＸおよびＹ軸方向の反射を行なう部
分３９Ｙを有する。４０Ｘ。

４０ＹはそれぞれＹ軸、Ｙ軸のレシーバであり、インタ
フェロメータ３８Ｘ、３８Ｙから送られてくるレーザ光
の周波数に基づいて所定の信号を出力する。

４１はパルスコンパレータであり、レーザヘッド３６か
らの信号とレシーバ４０Ｘ、４０Ｙがらの信号とに基づ
いてＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を演算し、これを
制御装置１７に出力する。レーザヘッド３６、ビームス
プリッタ３７、インタフェロメータ３８Ｘ、３８Ｙ、Ｌ
型ミラー３９、レシーバ４０Ｘ、４０Ｙ。

およびパルスコンパレータ４１によりレーザ測長器が構
成される。このレーザ測長器の測定原理の概略を説明す
る。

レーザヘッド３６からの各レーザ光はビームスプリッタ
３７により分割され、その一方がインタフエロメータ３
８Ｘに人力され、かつ、周波数ｆ１のレーザ光のみミラ
ー３９の部分３９Ｘに照射される。この状態でテーブル
８が変位すると照射されたレーザ光には、ドツプラ効果
によりドツプラ変調が発生し、ミラ一部分３９Ｘから反
射されるレーザ光の周波数は（ｆ、　±Δｆ、）となる
。この反射レーザ光はインタフェロメータ３８Ｘを経て
周波数ｆ２のレーザ光とともにレシーバ４０Ｘに入力さ
れ、レシーバ４０Ｘでは、これら２つのレーザ光の周波
数に基づき（ｆｚ　　　（ｆ＋　　±Δｆ１））の演算
がなされ、これに応じた信号が出力される。一方、レー
ザヘッド３６からは各レーザ光の周波数の差に応した信
号（ｆｚ　　ｆ＋）が出力され、レシーバ４０Ｘの信号
とともにパルスコンパレータ４１に入力される。パルス
コンパレータ４１では両人力値に基づいて（（ｆｚ　　
　ｆ＋　）　　　ｆｚ　＋　（ｆ＋　　±Δｆｌ）１の
演算が実行され、この結果、信号±Δｆ、がとり出され
る。この信号±Δｆ１はテーブル８の変位に比例した信
号であり、これにより測定値を得ることができる。

次に、上記測長装置の動作を第６図（ａ）、（ｂ）に示
す画像処理装置の表示像を参照しながら説明する。まず
、原板９をテーブル８上にセットし、顕微鏡１０の倍率
を電極パターン９ｐの全体像やその周辺が把握可能な程
度（例えば５倍）に低くする。

次いで、カメラエ４に撮影され表示部１６ｂに表示され
た顕微鏡１０の視野を観察しながら、制御装置１７を介
して（又は手動で）テーブル８を移動させ、最端部の電
極パターン９ｐ（この電極パターンを９ｐ＋　とする）
を顕微鏡１０の視野にとらえる。この状態で、オートフ
ォーカス機構を使用し顕微鏡１０の倍率を高倍率（例え
ば２００倍）とする。このとき、表示部１６ｂに表示さ
れた顕微鏡１０の視野内の映像が第６図（ａ）に示され
ている。第６図（ａ）において、Ａは顕微鏡１０の視野
、Ｃは顕微鏡１０の中心線に対応する中心線、また、９
ｐは電極パターン９ｐＩの映像である。

電極パターン９ｐ＋　は顕微鏡１０で拡大されているた
め、その映像９ｐｌ′は電極パターン９ｐ＋の極く一部
であり、かつ、その縁部（エツジ）は図示のように凹凸
となって現われる。ところで、原板９における測長は、
各電極パターン９ｐのエツジ間を測定するのであるから
、エツジに凹凸が存在していては測定不可能となる。こ
のため、何等かの手段によりエツジを確定する必要があ
る。

このエツジの確定は、画像処理部１６ａにおいて、映像
９１）＋’の縁部の発光画素の位置を多数検出し、それ
らの平均値を演算することにより行なわれる。なお、こ
のようなエツジの確定方法は、投影分布法として周知で
あるので詳細な説明は省略する。第６図（ａ＞において
、確定したエツジが符号Ｅで示されている。画像処理部
１６ａは中心線ＣとエツジＥとの間隔１１を、その間の
画素数でカウントする（メモリのアドレスの差を演算す
る）ことにより求め、その値１１を′＃ＩＩ御装置１７
に出力する。

次に、制御装置１７はモータ７Ｘに指令信号を出力し、
テーブル８を移動して次の電極パターン９ｐ　（この電
極パターン９ｐｚ　とする。）を顕微鏡１０の視野に入
れ、これを表示部１６ｂに表示する。

このときのテーブル８の移動量ｌはレーザ測長器により
検出され、制御装置１７に出力される。第６図（ｂ）に
電極パターン９ｐｚが視野に入ったときの状態が示され
ている。第６図（ｂ）で第６図（ａ）と同一部分には同
一符号が付しである。９ｐ２′は電極パターン９ｐｚの
映像を示す。電極パターン９ｐｚの映像９ｐ２′に対し
ても、電極パターン９ｐ＋　の映像９ｐ１′と全く同様
にしてエツジＥが確定され、中心線Ｃとの間隔７！２が
求められ、この値β２が制御装置１７に出力される。

ここで、レーザ測長器で検出された移動量ｌは、最初の
視野において顕微鏡１０の中心線に対向する原板９上の
位置と、次の視野において顕微鏡１０の中心線に対向す
る原板９上の位置との間の間隔に等しい。したがって、
第６図（ａ）、（ｂ）に示す視野の場合、制御装置１７
は入力された値Ｘ、、＊。

ｌを加算して測定値Ｌ　（Ｌ＝１．＋１．＋１）を得る
。各電極パターン９ｐの間隔は、第４図に示す電極２の
間隔ｘｌ、ｘ、、ｘ、・・・・・・・・・と同じように
、最端部の電極パターン（９ｐ＋）のエッジＥを基準と
し、上述のような方法で、当該エツジＥからの間隔とし
て測定される。

Ｙ軸方向における各電極パターン９の間隔の測定も上記
と同様の手段により実施される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記測長装置の測定精度は、次のような要因
によって左右される。

（１）ミラー３９Ｘ、３９Ｙ相互の直角度（例えば、許
容される直角からのずれの角度は１．２５μｒａｄであ
る）、およびそれらの固定状態（ステージ５Ｘ、移動台
６の移動方向に対するミラーの直角度、例えば許容値２
２４μｒａｄ）（２）ステージ５Ｘと移動台６の直角度
（３）テーブル８のたわみおよび傾き（例えば、長さ２
００ｍに対する許容値は、たわみ角３１６μｒａｄ、た
わみ量６３．２．ｃｚｍ）（４）レーザ測長器の設置状
態（例えば、ミラー３９Ｘ、３９Ｙに対する入射角の許
容値２２３μｒａｄ） （５）ステージ５Ｘと移動台６の移動時のピッチング、
ローリングおよびヨーイングの発生（各許容値はそれぞ
れ、０．５μｒａｄ、０．５ｐｒａｄ、　５　ｐ　ｒ　
ａ　ｄ） 上記各許容値は単なる一例であるが、いずれにしても、
許容値は上記オーダの微小値である。

測長装置を上記各許容値以下の精度で構成するためには
、各部品の加工、組立をこれら許容値に応じた精度で行
わねばならず、このような加工、組立は不可能に近く、
仮に可能であっても、それら加工、組立、調整には多大
な手間と時間が必要となる。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、
部品の加工、組立、調整を部品化することができる測長
装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、被測長物を載置
するテーブルと、このテーブルを移動させる移動台と、
この移動台を移動可能に支持するベースと、前記テーブ
ルに対向して配置された顕微鏡と、この顕微鏡像を撮影
するカメラと、このカメラにより撮影された顕微鏡像を
処理する処理手段と、前記テーブルの移動量を測定する
測定手段とを備えた測長装置において、前記テーブルを
多数の微小領域に区分するとともに当該テーブルに載置
され寸法が既知であるパターンをもつ基準マスクを実測
して得られた前記各微小領域毎の誤差を求める誤差検出
手段と、この誤差検出手段により得られた誤差を記憶す
る記憶部と、前記被測長物の前記各微小領域の実測値を
前記記憶部に記憶された同一微小領域の値により補正す
る演算手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

最初、テーブルを多数の微小領域に区分し、当該テーブ
ル上に、寸法が既知のパターンをもつ基準マスクを載置
し、この基準マスクを測長装置により測定する。この測
定により、各微小領域における測定誤差が算出される。

これら各微小領域の測定誤差は、各微小領域毎に記憶部
に補正値として記憶される。次に、被測長物がテーブル
に載置され、その測定がなされる。このとき、当該測定
により得られた測定値は、記憶部からとりだされた当該
測定における微小領域と同一微小領域の補正値に基づい
て補正され、これにより、正確な測定値を得ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る測長装置の制御装置のブ
ロック図である。図で、５０は第５図に示す制御装置１
７に相当する制御装置である。この制御装置５０は、加
算手段５０ａ、補正値記憶部５０ｂ、および演算制御部
５０ｃで構成されている。加算手段５０ａは画像処理部
１６ａで得られた前述のカウント値の信号Ｓ、とレーザ
測長器で得られた測定値の信号ｓ２とを加算する手段で
あり、従来の制御装置にも備えられている。補正値記憶
部５０ｂについては後述する。また、演算制御部５０ｃ
は、前述のエツジ検出指令信号ｓ３、オートフォーカス
指令信号ｓ４、ステージ５Ｘ、５Ｙの駆動指令信号Ｓ２
等の出力その他従来の制鍵装置１７と同一の所定の制御
を行う以外に、これら制御とは異なる特定の制御も行う
。この特定の制御については、前記補正値記憶部５０ｂ
の説明とともに説明する。

本実施例では、テーブル８上に、直交座標を想定し、こ
の座標に基づいて多数の微小領域を想定する。これらの
微小領域を第２図に示す。図で、０は座標原点、ｉ、ｊ
はそれぞれある微小領域を区分するＸ軸上、Ｙ軸上の線
分の番号を示す。また、第３図（ａ）、（ｂ）は第２図
に示す微小領域の拡大図である。

ここで、本実施例を用いた測定動作を説明する。

測長装置が完成すると、まず、テーブル８上に基準マス
クが載置される。このとき、−例として、基準マスクの
パターンのＸ軸と、測定装置の計測系のＸ軸とを座標変
換の式を用いて整合させる。

なお、この整合はＹ軸について行ってもよい。当該基準
マスクは、例えば第４図に示すようかパターンを有し、
各部の寸法が全て既知のマヌ′である。基準マスクの各
部の寸法（真価）は矛め適宜のメモリに格納されている
。基準マスクを各微小頭域について測定することにより
、それら測定値と基準マスクから得られる真価との差、
即ち、測定誤差を得ることができる。

第３図（ａ）に、座標（ｉ−１、ｊ）、（ｉ、ｊ−１）
により規定される微小領域のＸ軸、Ｙ軸方向の誤差ΔＸ
、ΔＹが示されている。なお、これらの誤差は極端に誇
張されて描かれている（第３図（ｂ）においても同じ）
。この場合、真価はＸ、　、Ｙ、であり、測定値はＣＸ
ｉ　＋ΔＸ）、（Ｙ、＋ΔＹ）である。このことから、
当該微小頭域における補正値は Ｘ、 Ｘ軸方向の補正値： Ｘｌ　＋ΔＸ Ｙ。

Ｙ軸方向の補正値： ＹＪ　＋ΔＹ となる。

さらに、第３図（ｂ）には、Ｙ軸方向に並んだ微小領域
における傾きによる誤差が示されている。

Ｙ軸方向の長さ０〜Ｙ、においては垂直線分に対して角
度θ１、長さＹ１〜Ｙ２においては角度θ２、長さＹ２
〜Ｙｆｆにおいては角度θ３が誤差として表されている
。これらの誤差により、図示された各微小頭域では任意
の寸法ＹについてＸ軸方向に次のような誤差を生じる。

０〜Ｙ１未満：　ｙｅ。

７１〜７２未満：　ＹＩ８＋　　＋　（Ｙ　　Ｙ＋　）
ｅｚＹ　ｚ　〜Ｙ　３未満：Ｙ、ｅ、＋、（ｙｚ　　ｙ
ｌ　）θ２＋（ＹＹｚ）θ３ これらは全てＸ軸方向の誤差であるから、各微小領域に
ついて、第３図（ａ）における前述のＸ軸方向の補正値
とともにＸ軸方向の補正値となる。

ここで、参考までに、各誤差を生しる要因を列挙してお
く。

Ｘ軸方向の寸法誤差（ΔＸ）：ミラー固定状態、テーブ
ルのたわみ、テーブルの傾き、レーザ測長装置の設置状
態、ステージ５Ｘのピッチングおよびヨーイング Ｙ軸方向の寸法誤差（ΔＹ）：ミラー固定状態、テーブ
ルのたわみ、テーブルの傾き、レーザ測長装置の設置状
態、ステージ５Ｙのピッチングおよびヨーイング 傾きによる誤差：ミラーの直角度、ステージ５Ｘと移動
台の直角度、ステージ５Ｘおよびステージ５Ｙのローリ
ング このようにして得られた補正値は、演算制御部５０ｃの
制御のもとに補正値記憶部５０ｂに格納される。これに
より、本実施例の測長装置が使用可能状態となる。

この測長装置を使用する場合、１つの測定毎に、演算制
御部５０ｃはその測定端の属する微小領域を見出し、補
正値記憶部５０ｂから同一微小領域の補正値をとりだし
、この補正値を用いて測定値を補正する。例えば、演算
制御部５０ｃは測定値に対して寸法誤差による補正値を
乗算し、傾き誤差を加算する。これにより、正確な測定
を行うことができる。

このように、本実施例では、基準マスクに基づいて各微
小領域毎に補正値を作成し、これらを記憶部に記憶して
おき、実際の測定においては、当該補正値により測定値
を補正するようにしたので、測長装置の加工、組立、調
整を許容値以内の高精度レベルで実施する必要はなく、
当該加工、組立、調整等を飛躍的に簡素化することがで
き、しかも、正確な測定を行うことができる。

なお、上記実施例の説明では、レーザ測長器を使用した
例について述べたが、これに代えてリニアエンコーダを
使用してもよいのは当然である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、基準マスクに基づいて
、誤差検出手段により各微小領域毎に補正値を見出し、
これらを記憶部に記憶しておき、実際の測定においては
、演算手段により、記憶部に記憶された同一微小領域の
補正値を用いて測定値を補正するようにしたので、測長
装置の加工、組立、調整を許容値以内の高精度レベルで
実施する必要はなく、当該加工、組立、調整等を飛躍的
に簡素化することができ、しかも、正確な測定を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る測長装置の制御装置のブ
ロック図、第２図は微小領域の説明図、第３図（ａ）、
（ｂ）は寸法誤差および傾き誤差の説明図、第４図は液
晶表示装置の電極の配置図、第５図は従来の測長装置の
系統図、第６図（ａ）、（ｂ）は顕微鏡像の平面図であ
る。 ６・・・・・・移動台、８・・・・・・テーブル、１０
・・・・・・顕微鏡、１４・・・・・・カメラ、５０・
・・・・・制御装置、５０ｂ・・・・・・補正値記憶部
、５０ｃ・・・・・・演算制御部第１ＪＩ 第３図 第２図 第 図 第 図 第 図 ６ｂ ６ａ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測長物を載置するテーブルと、このテーブルを
   移動させる移動台と、この移動台を移動可能に支持する
   ベースと、前記テーブルに対向して配置された顕微鏡と
   、この顕微鏡像を撮影するカメラと、このカメラにより
   撮影された顕微鏡像を処理する処理手段と、前記テーブ
   ルの移動量を測定する測定手段とを備えた測長装置にお
   いて、前記テーブルを多数の微小領域に区分するととも
   に当該テーブルに載置され寸法が既知であるパターンを
   もつ基準マスクを実測して得られた前記各微小領域毎の
   誤差を求める誤差検出手段と、この誤差検出手段により
   得られた誤差を記憶する記憶部と、前記被測長物の前記
   各微小領域の実測値を前記記憶部に記憶された同一微小
   領域の値により補正する演算手段とを設けたことを特徴
   とする測長装置
2. （２）請求項（１）において、前記記憶部に記憶された
   値は、所定の原点からの前記微小領域の第１の軸方向の
   寸法誤差、および前記第１の軸方向に垂直な方向の寸法
   誤差、ならびに前記各軸のうちの一方の軸に対する傾き
   の角度誤差であることを特徴とする測長装置