JPH0474909A - 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　ｔｓ
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Ｘ＋＋）’＋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＋＋３’＋　は厳格に管理さ
れなければならない。そして、このためには、冑精度の
測長装置が必要である。例えば、上記の例では、寸法ｘ
１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Ｘ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Ｘ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１０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１６ａ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ア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、マイクロフンピユ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、、ｆ２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。４０Ｘ４０ＹはそれぞれＸ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からの信号とに基づ
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ェロメータ３
８Ｘに入力され、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　　　ＣｆＩ　±Δｆ１））の演算
がなされ、これに応し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じた信
号（ｆｚ　　　ｆｌ）が出力され、レシーバ４０Ｘの４
７．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（（ｆ
ｚ　　　ｆ＋　）　　　ｆｚ　＋　（ｆ＋　　±Δｆｌ
））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±Δｆ、はチーフル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１４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′４′Ｂ装置１
７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、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、９ｐ＋　　’は電極パター
ン９ｐ＋　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９ｐ１′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
９ｐ１′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１
６ａは中心線ＣとエツジＥとの間隔！！、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ｌ、を制御装置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９ｐ２とする。）を顕微鏡■０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１２が求
められ、この値１２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ｅは、最初の
視野において顕微鏡ＩＯ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１．．ｅ２１を加算して測定値Ｌ　
＜Ｌ−１，−Ｍｌ！２−Ｍりを得る。各電極パターン９
ｐの間隔は、第４図に示す電極２の間隔Ｘ＋　＋　　Ｘ
ｚ＋　　Ｘ３・・・・・・・・・と同しように、最端部
の電極パターン（９ｐ＋）のエツジ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９０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）テーフ゛ル８のたわみおよびｆ頃き（例えば、長
さ２００鶴に対する許容値は、たわみ角３１６、ｃｒｒ
ａｄ、たわみ量６３．Ｌｃｒｍ）（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、０．５μｒａｄ、５．ｃｒｒａｄ
） 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。また、このように多くの手
間と時間をかけて加工、組立、調整を行っても、測長装
置に作用する振動や構成部品の経年変化等により測定精
度が低下するのを避けることはできず、必要に応じて再
調整を行わねばならず、その都度再び多くの手間と時間
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、調整を簡易化することができるとと
もに、当該部品の変形や組立、調整ずれに対しても容易
に対処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ヘースと、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−微小頭域の値により補正す
る演算手段と、前記誤差検出手段に対して再検出を指令
する誤差検出指令手段と、この誤差検出指令手段により
得られた値で前記記憶部に記憶された値を更新する誤差
更新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
に補正値としテ記憶される。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。測長装置使用中、地震、他物体との衝突、構成部
品の変化等が生した時、使用者は再度基準マスクをテー
ブル上に載置し、誤差検出指令手段により誤差の再検出
を指令する。

これにより、誤差が再検出され、さきに記憶されている
補正値が更新される。以後、この新しい補正値により、
測定値の補正がなされる。

〔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　（−点鎖線で示されてい
る）は第５図に示す制御装置１７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ｓ１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３５等の出力その他従来の制
御装置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
。

５１は補正値更新指令部であり、使用者が必要に応じて
操作する。

本実施例では、テーブルＢ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
の弐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。上記基準マスクは、例えば第４図に示
すようなパターンを有し、各部の寸法が全て既知のマス
クである。

基準マスクの各部の寸法（真値）は予め適宜のメモリに
格納されている。基準マスクを各微小領域について測定
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Ｘ８、ＹＪであり、測定値は（Ｘｉ
　＋ΔＸ）、（Ｙｉ　＋ΔＹ）である。このことから、
当該微小領域における補正値は Ｘｉ Ｘ軸方向の補正値： Ｘ、　＋ΔＸ ＹＪ 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〜ＹＩにおいては垂直線分に対して角
度ｅ３、長さＹ　ｌ”　Ｙ　ｚにおいでは角度θ２、長
さＹ２〜Ｙ、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、図示された各微小領域では
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：Ｙθ＋　　＋　（Ｙ−Ｙ、）θ２Ｙ２
〜Ｙ１未満：ｙθ、＋（Ｙ−Ｙ、）θ２＋　（Ｙ　−Ｙ
　ｚ　）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。

このような測長装置に対して、何らかの振動や衝撃（例
えば地震や他物体の衝突等）が作用すると、前述の（１
）〜（５）の事項に変化が生じ、この結果、各微小領域
における誤差も変化する。

このため、それまで補正値記憶部５０ｂに記憶されてい
た補正値を用いて測定値を補正しても、もはや正確な測
定はできない。

そこで、使用者は、再度基準マスクをテーブル８上に載
置し、補正値更新指令部５１を操作して演算制御部５０
Ｃに対して誤差検出を指令する。

演算制御部はこの指令により、上記と同様の方法により
誤差を検出し、これに基づく補正値を、現在補正値記憶
部５０ｂに記憶されている補正値に代えて当該補正値記
憶部５０ｂに格納する。以後の測定は、この新しい補正
値による測定値補正により行われる。

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。さらに、
振動、衝撃、構成部品の経年変化等により測長装置の構
造上に変化が生じても、補正値の更新が可能であるので
、再組立、再調整を行うことなく、正確な測定を継続す
ることができる。

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。さらに、振動、衝撃、構成部品の経年変化
等により測長装置の構造上に変化が生しても、補正値の
更新が可能であるので、再組立、再調整を行うことなく
、正確な測定を継続することができる。

【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、５１・・・・・・補
正値更新指令部 第 図 呻−−−−−−一−×４−−−−−−−Ｈ（ｂ） 第 ］ 図 第 図 第 図 Ｘつ 第 図 （ａ） （ｂ）

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、前記誤差検出手段
   に対して再検出を指令する誤差検出指令手段と、この誤
   差検出指令手段により得られた値で前記記憶部に記憶さ
   れた値を更新する誤差更新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