JPS6341486B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、２つの格子間、もしくは、格子の
指標が設けられた物体間の距離を測定する距離測
定装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来狭い間隙を測定する手段として、エアマイ
クロメータを用いる方法が知られている。すなわ
ちエアマイクロメータを測定すべき間隙に挿入
し、エアマイクロメータにエアを送つてそのエア
の背圧の大きさを測定することにより、間隙を測
定するものである。しかし、この装置では完全な
意味での非接触測定とはならない。すなわち、エ
アマイクロメータを挿入するとき、どうしても被
測定物に当りやすく、シヤドウマスクやフエース
プレート等に傷を付けやすい欠点があつた。さら
にこのような物を挿入することは、プロセスの自
動化を計る上で障害となる。またシヤドウマスク
等のように穴の開いた板においては、得られたデ
ータに補正を施さなければならない等の不都合が
あつた。

また投影格子と基準格子との干渉で生ずるモア
レ縞により距離を測定する装置（特開昭55−
33679号公報）もある。この装置では上記モアレ
縞の角度変化もしくはピツチ変化により測定して
いるため、検出器は撮像管等の２次元検出器が必
要となり、装置が複雑となる。またその信号の処
理方法も複雑となるため時間が掛る等の不都合が
あつた。

〔発明の目的〕

この発明は以上の欠点を除去し、特別な装置を
測定すべき間隙に挿入する必要がなく、さらに検
出器はポイント検出器で良く、また検出した信号
の処理も比較的容易で、高速かつ高精度な測定を
可能とする距離測定装置を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

この発明は、第２の格子の上に第１の格子を具
備した被測定物において、適当なビーム径を有す
る光束を第１の格子パターンに照射する。この第
１の格子パターンを通過した光を、第２の格子パ
ターンに導びく。次にこの第２の格子パターンの
後方に置かれた光電変換素子で、この第２の格子
パターンを通過した光量を電気信号に変える。こ
のとき光学系を用いて、第１の格子パターンに入
射する光の角度のみを変化させる。すると第１の
格子パターンの影は、第２の格子パターン上を移
動することになる。したがつてこの２つの格子パ
ターンを通過した光量を光電変換した電気信号
は、これらの格子定数に依存した周期関数とな
る。

一方この第１の格子パターンの影が第２の格子
パターン上を移動する量は、入射する光の角度と
この２つの格子間の距離で決まる。そこでこの光
電信号の周期とそのときの入射する光の角度がわ
かれば、ただちに２つの格子間の距離を求めるこ
とができる。

〔発明の効果〕

この発明では２つの格子に入射する光の角度と
その透過光量の周期より求めているので、この２
つの格子間にはなんら装置を挿入する必要がな
く、完全に非接触で測定ができる。またモアレ縞
測定のように、縞の角度やピツチを測定する２次
元検出器を必要とせず、ポイント測定で良い。ま
たその信号の処理も容易である。さらに２つの格
子の透過光量のみで測定しているため、ピツチ合
せの必要がないなどの利点も有している。

〔発明の実施例〕

次に、この発明の一実施例を図面に従つて説明
する。この実施例は、第１図に示されるように、
被測定物であるカラーブラウン管の第１の格子で
あるシヤドウマスク１１と第２の格子であるフエ
ースプレート１２間の距離を測定する装置に関す
る。

一般的にシヤドウマスク１１は、開口がピツチ
Ｐで多数設けられた鉄の板である。これに対し、
フエースプレート１２の内面には、（1/3）Ｐのピ
ツチで格子パターン、光を透過しない格子パター
ンが描かれている。この格子パターンは、ブラツ
クストライプ１３（東京芝浦電気株式会社発録商
標）パターンと呼ばれる。

さて、この実施例での距離測定装置は、第１図
に示されるように、レーザー光源１４と、このレ
ーザー光源１４からのレーザー光のビーム径を一
旦拡大させる第１のレンズ１５と、この第１のレ
ンズ１５からのレーザー光の光路を直進方向（こ
の方向の光が関与する系を検査光系と呼ぶ。）と、
垂直方向（この方向の光が関与する系を角度検出
光系と呼ぶ。）とに２分するハーフミラー１６と、
このハーフミラー１６から直進方向に進むレーザ
ー光を収束させる第２のレンズ１７と、この第２
のレンズ１７によつてレーザー光が収束する点と
第２のレンズ１７との間に設けられその両面が反
射鏡であるガルバノミラー１８と、第２のレンズ
１７によつてレーザー光が収束される点がその前
焦点位置である第３のレンズ１９と、この第３の
レンズ１９からシヤドウマスク１１及びフエース
プレート１２を介して受光された光を電気信号に
変換する第１の検出器１９と、この第１の検出器
１９からの電気信号を増幅する第１の増幅器２０
と、この第１の増幅器２０からの信号をデイジタ
ル信号に変換するＡ―Ｄ変換器２１と、ハーフミ
ラー１６からの垂直方向に進むレーザー光を反射
する第１の反射鏡２２と、この第１の反射鏡２２
からのレーザー光を収束させる第４のレンズ２３
と、この第４のレンズ２３からのレーザー光を再
度反射し、第１の反射鏡２２と対となりハーフミ
ラー１６から垂直方向に進むレーザー光の光路を
180゜変える第２の反射鏡２４と、この反射鏡２４
からのレーザー光がガルバノミラー１８の片面で
反射された後、収束する位置に設けられたガラス
スケール２３と、このガラススケール２３の後方
に設けられ受光光量に応じた電気信号を出力する
第２の検出器２４と、この第２の検出器２４から
の電気信号を増幅する第２の増幅器２５と、この
第２の増幅器２５からの信号を２値化する２値化
回路２６と、Ａ―Ｄ変換器２１及び２値化回路２
６からの信号に対して、演算処理を施す信号処理
装置２７と、この信号処理装置２７で得られた結
果を表示する表示装置２８とから成り、信号処理
装置２７は、被測定物を搬送する移動装置２９及
び駆動回路３０を介してガルバノミラー１８を制
御する。

このような距離測定装置において、ハーフミラ
ー１６を直進するレーザー光は、前述のようにシ
ヤドウマスク１１の影を、フエースプレート１２
の内面につくる。シヤドウマスク１１に反射する
レーザー光は、ガルバノミラー１８により、その
入射方向が変化する。従つて、シヤドウマスク１
１の影は、フエースプレート１２の内面を移動す
る。この移動する影が、ブラツクストライプ１３
の上に位置する時に、フエースプレート１２を透
過する光量が小さくなる。一方、ブラツクストラ
イプ１３の開口に位置する時に、フエースプレー
ト１２を透過する光量は大きくなる。

このような定性的な推論を裏付けるように、第
１の検出器１９の出力波形は、第２図に示される
ように、周期Ｐの周期関数となる。

より定量的に説明を行う。今、第３図に示され
るように、ガルバノミラー１８が振れ、シヤドウ
マスク１１に入射する光束が、シヤドウマスク１
１の法線方向から角度θだけ傾いたとする。シヤ
ドウマスク１１とブラツクストライプ１３のパタ
ーンとの間の距離をｑとすれば、第３図より、シ
ヤドウマスク１１の影３０は、影３１の方向に移
動する。この移動量τは、 τ＝ｑ tanθ ……(1) となる。ここで、影の移動量が、シヤドウマスク
１１の開口ピツチＰだけあると、 Ｐ＝ｑ tanθ ……(2) という関係が成立する。ここで、Ｐの値は、ブラ
ウン管の品種により既知であるから、θの値さえ
求まれば、ｑはただちに求まる。

この実施例では、この角度θを求めるために、
ハーフミラー１６等により角度検出光系を用いて
いる。ガルバノミラー１８の片面により反射され
た光が、ガラススケール２３上にスポツト光を結
ぶように、第１のレンズ１５及び第４のレンズ２
３とは選択されている。

このようなガラススケール２３上のスポツト光
は、ガルバノミラー１８の振動によつて移動す
る。ガラススケール２３は、ガラスに目盛に相当
するきざみを設けておく。このきざみに光束が照
射されると、光は散乱され、ガラススケール２３
を透過しない。これに対し、光がきざみのない領
域に照射されると、光はガラススケール２３を透
過し、第２の検出器２４に達する。

従つて、第２の検出器２４の出力は、スポツト
光がガラススケール２３のきざみに位置する時
に、最小となり、きざみのない領域ではほぼ一定
値を有する。この実施例では、第２の検出器２４
の出力を増幅した後、２値化回路２６によつてパ
ルス信号にする。

さて、ガルバノミラー１８の振れ角をθ、ガル
バノミラー１８とガラススケール２３との距離を
ｌ、ガルバノミラー１８が角度θだけ振れたとき
に２値化回路２６からのパルス信号数をＮ、ガラ
ススケール２３のきざみの間隔を△ｘとすると、 Ｎ△ｘ＝ｌ tanθ ……(3) という関係が成り立つ。

更に、(2)，(3)式より ｑ＝lP／△ｘ・１／Ｎ ……(4) という関係も成り立つ。ここで、△ｘ，ｌ，Ｐは
すべて既知であるから、第２図に示される周期Ｐ
の間のパルス信号数Ｎを計数すれば、ｑが求ま
る。

このパルス信号数の計数は２値化回路２６から
のパルス信号数を信号処理装置２７で行う。

この信号処理装置２７は、CPUから構成され、
光によるフエースプレート１２内面の走査距離の
測定を行い、この走査距離がＰになる迄の光の振
れ角θの測定を行う。そして、(4)式の演算を実行
する。

走査距離の測定は、第２図に示されるような第
１の検出器１９からの信号Ｉの最大値の位置を求
めてもよい。隣り合う最大値の位置の差を求めれ
ば、Ｐの３分の１の値が得られる。従つて、１つ
の最大値が検出されたら２値化回路２６からのパ
ルス信号の計数を開始する。そして、次の最大値
が検出されたらこのパルス信号の計数を中止す
る。こうして得られた数値Ｐ／３，N′を用いて
(4)式に示されるｑの値が得られる。

しかし、ブラツクストライプ１３の個々の幅は
製作上、不正確になりがちである。カラーブラウ
ン管の場合にはシヤドウマスク１１の開口ピツチ
Ｐに相当する距離を測定した方がより精度が高
い。

すなわち、１つの最大値を検出したら、パルス
信号の計数を開始し、３つ目の最大値が検出され
たならパルス信号の計数を中止すれば良い。

又、第２図に示されるように、最大値を示すピ
ークは丸みを帯びているので、検出に際してはノ
イズの影響を受けやすい。そこで、信号の変化率
の大きい点で検出した方が好ましい。例えば、第
２図中の点線でされるように、最大値と最小値の
中間点を閾値とし、この閾値を通過する回数によ
りＰを求めた方が正確である。

更に、正確に行うには、第２図に示される波形
の自己相関を求め、その周期より求めることが好
ましい。しかし、自己相関の計算は、一般的に長
い時間を要する。そこで、この自己相関を求める
には、全領域について行うのではなく、ブラウン
管の品種によりＰのおよその値は既知であるの
で、このＰの前後のずれ量についてのみ実行すれ
ば充分である。

このようにすることにより、高速で、かつ高精
度でｑが求まる。このｑの値は、表示装置２８で
表示される。

ひとつの点の測定が終了したら、CPUは移動
装置２９に指令を送る。移動装置２９は、被測定
物であるブラウン管フエースプレート１２の位置
を変換させ、被測定点を変える。

この実施例では、一被測定点において、ガルバ
ノミラー１８の振動制御は、CPUの演算速度等
を考慮に入れ駆動回路３０を介して信号処理装置
２７により制御される。

〔発明の他の実施例〕

次に本発明の他の実施例について図面に従つて
説明する。基本的には第１図に示される実施例と
同様であるが、この実施例では被測定物を固定し
たままで、被測定物であるブラウン管フエースプ
レートの全面の測定を可能としたものである。す
なわちブラウン管フエースプレートの曲面の曲率
中心近くに、偏向用ガルバノミラー４１を配置
し、さらにこの偏向用ガルバノミラー４１をモー
タ４２で回転させ、２次元走査を可能としたもの
である。４３は偏向用ガルバノミラー４１および
モータ４２を信号処理装置２７の信号で制御する
駆動回路である。次に光の検出はフレネルレンズ
等の集光器４４により検出器１９に光を集める。
このとき外光も集光される可能性があるため、干
渉フイルタ４５を用いてレーザ光のみを受光して
いる。このようにしてレーザ光を偏光用ガルバノ
ミラー４１で走査することにより、被測定物を固
定したままで全面の測定が可能となる。なお他の
動作は第１図の実施例と同様である。なおこの実
施例ではフエースプレート１２の曲面の曲率中心
近くを回転中心として、光を走査しているため、
サンプルが多少傾いて置かれた場合でも正確な測
定が可能である。

次に第５図にもう一つの他の実施例を示す。こ
れはフエースプレート板１２にブラツクストライ
プパターンが成形されていない場合の測定例であ
る。この場合にはブラツクストライプパターンと
同一のパターン５０を検出器１９ａの前面に配置
する。次にシヤドウマスク１１の影がフエースプ
レート１２に投影されているものを、レンズ５１
を用いてこのパターン５０上に結像する。このよ
うにすることにより、第１図の実施例と全く同様
にｑを測定することが可能となる。なおここでパ
ターン５０はフエースプレート１２に投影された
影のパターンと同一の方が周期Ｐの測定が容易と
なる。

以上述べた実施例では、ブラウン管のシヤドウ
マスクとフエースプレート間の距離を測定する例
を説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、測定すべき２つの物体にそれぞれ格子を
配置し反射光又は透過光を用いれば、第１図の実
施例と同様に種々の物体間の距離を測定すること
が可能となる。

又、以上の実施例ではガラススケール２３と第
２の検出器２４を用いて、スポツト光の位置を求
めたが、CCDセンサのような一次元センサを用
いても良い。また半導体位置センサのようなアナ
ログ値で出力されるセンサを用いても良い。さら
にあまり正確さを必要としない場合には、ガルバ
ノミラー１８に加える電気信号によりミラーの傾
きを求めれば良く、この場合にはハーフミラー１
６、第１の反射鏡２２、第４のレンズ２３、第２
の反射鏡２４、ガラススケール２３、第２の検出
器２４、第２の増幅器２５及び２値化回路２６は
不要となる。

このように、この発明は、以上の実施例に何ら
限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱
しない限りどのような変形もこの発明に含まれる
のは当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一実施例の構成を示す図、第２図及
び第３図は、この発明の原理を説明するための
図、第４図及び第５図は、他の実施例の構成を示
す図である。 １１……シヤドウマスク、１２……フエースプ
レート、１３……ブラツクストライプ、１４……
レーザー光源、１９ａ……第１の検出器、２７…
…信号処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第２の格子の上に所定距離離れて第１の格子
   が備えられている被測定物の前記第１と第２の格
   子間の距離を測定する装置において、前記第１及
   び第２の格子に光を照射する光源と、前記第１の
   格子に照射させる前記光の入射角度を変化させる
   光学部と、前記第１の格子を介し前記第２の格子
   を透過した光の光量を電気信号に変換する光検出
   器と、この光検出器からの出力がＮ周期（但し、
   Ｎは整数）変化する間に前記光源からの光が前記
   第１の格子に入射する角度の変化を測定する入射
   角測定部と、この入射角測定部によつて得られた
   角度により前記第１の格子と第２の格子間の距離
   を算出する信号処理部とを備えたことを特徴とす
   る距離測定装置。 ２ 光学部は、ガルバノミラーで構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距
   離測定装置。