DD212581A5

DD212581A5 - Vorrichtung zum messen des abstandes zwischen zwei gitterartigen strukturen sowie der groesse in zyklischer folge auftretender strukturelemente

Info

Publication number: DD212581A5
Application number: DD83254396A
Authority: DD
Inventors: Akito Iwamoto; Hidekazu Sekizawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1984-08-15
Also published as: EP0104762A2; EP0104762B1; EP0104762A3; US4560280A; DE3378785D1

Abstract

Der Abstand zwischen einer ersten und einer zweiten gitterartigen Struktur, wie beispielsweise einer Schattenmaske (11) und einem Bildschirmtraeger (12) einer Farbbildwiedergaberoehre, oder die Groesse der Strukturelemente der zweiten gitterartigen Struktur, wie zum Beispiel scharzer Streifen (13), die auf der inneren Oberflaeche des Bildschirmtraegers (12) ausgebildet sind, wird optisch gemessen. Die Schattenmaske (11) weist eine Struktur von in zyklischer Folge auftretenden Oeffnungen oder Schlitzen auf, waehrend der Bildschirmtraeger (12) eine Struktur von in zyklischer Folge auftretenden schwarzen Streifen (13) aufweist. Ein optisches System (15 bis 19), das zwischen einer Lichtquelle (14) und einer die erste und die zweite gitterartige Struktur (11,12) umfassenden Bauelementanordnung positioniert wird, richtet parallele Lichtstrahlen auf die der Messung unterzogene Bauelementanordnung und ist entsprechend ausgelegt, um eine Variation des Einfallswinkels der parallelen Strahlen zu ermoeglichen, unter dem diese auf die Bauelementanordnung auftreffen. Ein Fotodektor (24) ermittelt die Lichtmenge, welche durch die Bauelementanordnung hindurchgelassen wird, zum Zwecke der Erzeugung eines elektrischen Signales, dessen Amplitude sich in Abhaengigkeit von der Variation des Einfallswinkels, unter dem die parallelen Lichtstrahlen auf die Bauelementanordnung auftreffen, periodisch veraendert. Eine Signalverarbeitungseinheit (30) bestimmt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur (11,12) oder die Groessenabmessung der Strukturelemente (13),welche die Elemente der zweiten gitterartigen Struktur (12) bilden, auf der Grundlage des von dem Fotodetektor (24) empfangenen elektrischen Signales.

Description

' -/ - G-. Z.. 15 718 57

Vorrichtungsum Messen des Abstandes zwischen zwei gitterartigen. Strukturen sowie der Größe in zyklischer Folge austrete η d er _ι Str ukt ur e 1 e ae nt e

Anwendungsgebiet der lirfinduna;:.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Messung des Abstand es zwischen zwei gitterartigen Strukturen mit in zyklischer Folge auftretenden Strukturelementen und/ oder der Größe der Strukturelemente von einer der gitterartigen Strukturen. 3ei den beiden gitterartigen Strukturen handelt es sich susi Beispiel um eine Schattenmaske und einen Bildschirmträger einer Farbbildwiedergaberöhre.

Charakteristik der bekannten technischen Lösunsren; lüine Farbbildwiedergaberöhre umfaßt einen plattenförmigen Teil, der einen auf der inneren Oberfläche eines Bildschirm— trägers ausgebildeten Leuchtphcsphorschirm und. eine Schattenmaske aufweist, die mit Hilfe von Stiftelementen ac der Jrontplatte in einem im voraus festgelegten Abstand von dem Leuchtphosphorschirm angebracht wird,, sowie einen trichterförmigen -Teilj an dessen einem Ende ein Dreielektronenstrahler seugungssystem angeordnet ist. Die Schattenmaske des plattenförmigen Teiles wird an diesem angebracht, nachdem die Ausbildung des Leuchtphospaorschirines auf der inneren Oberfläche des Bildschirmträgers erfolgt ist, Anschliessend erfolgt dann die Verschmelzung des plattenförmigen Teiles mit dem trichterförmigen Teil. Die Leuchtphosphorschirme der ζor Zeit hergestellten Farbbildwiedergaberöhren können in eine Dreifarben-Leuchtphosphorpunkt-Ausführungsforin und eine Dreifarben-Leuchtphosphorstreifsn-Ausführungsform unterteilt werden.. Mit dem Ziel, die Qualität des wieder gegebenen Bildes zu verbessern, sind in der letzten Zeit zwei Arten von Leu.eatphosph.orschir.men entwickelt worden: ein Schirm mit einer schwarzen (strahlenabsorbierenden) Grundsubstanz (Matrix)5 bei dem ein schwarzes, nichtfluoreszierendes Material zwischen Leuchtphosphorpunkten angeordnet ist,

«Τ Ο «·

und ein Schirm mit Streifen aus schwarzer (strahlenabsorbier ender) Substanz, bei dem ein schwarzes, nichtfluoreszierendes Material zwischen senkrecht verlaufenden Leuchtphosphorstreifen angeordnet ist. Als Schattenmaske- wird für den Schirm mit den Leuchtphosphorpunkten eine Lochmaske, und für den Schirm mit den schwarzen Streifen eine Schlitzmaske (Streifenmaske) verwendet.

Bei der 'Farbbildwiedergaberöhre mit Schwarzstreifen-Leuchtschirm wird die Breite der entsprechenden Leuchtphosphorstreifen durch das Teilungsintervall zwischen den schwarzen Streifen bestimmt. Demzufolge brauchen die jeweiligen' Leuchtphosphorstreifen in ihrer Breite nicht mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt zu werden, weil sie aufgebracht werden, nachdem die schwarzen Streifen ausgebildet worden sind. Somit wird bei der Farbbildwiedergaberöhre mit Schwarzstreifen-Leuchtschirm eine größere Gleichmäßigkeit des Weißanteiles erreicht, ohne daß es notwendig ist, die jeweiligen Leuchtphosphorstreifen mit hoher Genauigkeit aufzubringen. Andererseits ist es im Falle der Farbbildwis-'dergaberöhre mit Schwarzstreifen-Leuchtschirin jedoch unerläßlich, zu kontrollieren, ob die schwarzen Streifen genau ausgebildet worden sind. Weil der Abstand zwischen der Schattenmaske und der inneren Oberfläche des Bildschirmträgers ebenfalls einen Einfluß auf die Qualität des wiedergegebenen Bildes ausübt, ist es weiterhin wichtig, diesen Abstand auf die Einhaltung eines vorgeschriebenen Wertes hin zu kontrollieren...Daraus ergibt sich, daß eine Farbbildröhre nfertigungsanlage mit einer automatisierten Einrichtung ausgerüstet werden muß, welche in der Lage ist, die Breite beziehungsweise den Abstand der schwarzen Streifen (die Strukturelementabmessung) zu -bestimmen und/oder den Abstand zwischen der Schattenmaske und dem Leuchtphosphorschirm zu messen.

Bekannt ist ein 7erfahren, bei dem ein schmaler ,Spalt (Abstand) unter Anwendung eines pneumatischen Niederdrucklän-

genmeßgerätes ("Luft-Mikrometers") gemessen wird. Sei der Anwendung dieses Verfahrens wird der Meßkopf des pneumatischen Längenmeßgerätes in den zu messenden Spalt eingeschoben; und die Spaltweite wird gemessen, indem über den Meßkopf Druckluft zugeführt and der beim Auf-treffen auf das Meßobjekt erzeugte Gegendruck gemessen wird. Da es bei der Anwendung dieses Verfahrens erforderlich ist, den Meßkopf des Längenmeßgerätes in den zu messenden Spalt einzuschieben, besteht die Gefahr, daß sowohl die Schattenmaske als auch der Bildschirmträger beschädigt werden, wenn dieses Verfahren bei Farbbildwiedergaberöhreη für die Messung eingesetzt wird. Dies ist ein ernst zu nehmender Fachteil, der gegen die Anwendung dieses Verfahrens, in einem automatisierten Fertigungsprozeß spricht.

In der JP-FA ITr.. 55-33679 ist eine Vorrichtung zur Messung eines räumlichen Abstandes mit Hilfe von Moire-Streifen, welche aus der Interferenz zwischen einem Projektionsgitter und einem Bezugsgitter resultieren, beschrieben worden. Da die Vorrichtung den Abstand über die Veränderung eines Winkels oder eines Gangunterschiedes der Moire-Streifen bestimmt, wird ein Zwei-Dimensionen-Detektor, wie zum Beispiel eine Bildaufnahmeröhre, benötigt. Dieser umstand kompliziert die Vorrichtung ebenso wie das Signalserarbeitungsverfahren.

Sine Strukturmeßeinrichtung ist in der JP-PA Fr. 55-27321 beschrieben worden. Die Einrichtung ist in der Weise ausgelegt, daß ein Laserstrahl auf das zu messende Struktur tau-· ster gerichtet, ein hindurchgelassener oder reflektierter Strahl einer Fourier-Transformation unterzogen, und die Strukturelementbreite auf der Basis der Intensität einer im voraus festgelegten Frequenzkomponente im Fourierschen Transformationsspektrum gemessen wird. Die Einrichtung weist Vorteile in der Hinsicht auf, daß bei ihrer Anwendung nicht die Notwendigkeit besteht, den Laserstrahl auf die zu messende Struktur zu fokussieren, und daß es möglich ist, innerhalb des Durchmessers des Laserstrahles schnell einen

Durchschnittswert der Strukturelementabmessung zu ermitteln. Dieses Meßverfahren ist jedoch nicht anwendbar, um eine Struktur zu messen, die auf eine optisch inhomogene lichtstreuende Platte, wie beispielsweise eine Mattglasscheibe, oder auf ein lichtundurchlässiges Medium, wie beispielsweise Papier, aufgebracht worden ist, weil das S/TT-Yerhältnis (der Störabstand) der Fourier-Transformation klein ist.

Für die Messung einer Struktur von schwarzen Streifenelementen einer Farbbildwiedergaberöhre· ist auf den Seiten 141 bis 146 des Journal of the Institute of Television Engineers of Japan, 34-0980)» Sir. 2, eine Vorrichtung beschrieben worden, die entsprechend konstruiert ist, um die Struktur der schwarzen Streifen mit einem dünnen Laser-strahl abzutasten und die Breite des schwarzen Streifens auf der Basis des Zeitintervalles von Anteilen eines elektrischen Signales zu messen, welches den schwarzen Streifen entspricht und aus der Bestimmung des hindurchgelassenen Lichtes resultiert. Bei dieser Vorrichtung ist es schwierig, den Laserstrahl auf einen gegenüber der Breite der schwarzen Streifen praktisch vernachlässigbar kleinen Durchmesser zu bringen, Hinzu kommt, daß die Einführung ei-.nes Fehlers im Verlaufe des Prozesses der Gewinnung der Strukturabmessungsinformation aus dem elektrischen Signal wahrscheinlich ist. Um den Laserstrahl gleichmäßig auf die zu messende Struktur zu fokussieren, ist es erforderlich, das AuslenkungsZentrum des Laserstrahles genau auf die Position des Krümmungsaittelpunktes des Bildschirmträgers der Farbbildwiedergaberöhre einzustellen.

Ziel der Erfindung:

Is ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eins verbesserte Vorrichtung für die optische Messung des Abstandes zwischen zwei gitterartigen Strukturen, von denen jede in zyklischer Folge auftretende Strukturelemente, die entweder lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sind, auf-

weist, odar der Größe der Strukturelemente von einer der gitterartigen Strukturen zur Verfügung zu stellen.

"Sin anderes Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung für die optische Messung des AbStandes zwischen einer Schattenmaske und einem Bildschirmträger some der mittleren Strukturelementabmessung eines Leuchtphosphorschirmes auf der inneren Oberfläche des Bildschirnrbrägers zur Verfügung zu stellen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für die optische und genaue Messung des Abstandes zwischen einer Schattenmaske und einem Bildschirmträger sowie der Strukturelementabmessung eines Leuchtphosphorschirmes, wie beispielsweise der Breite schwarzer Streifen auf der inneren Oberfläche des Bildschir-mträgers, zur Verfugung zu stellen, die mit einer hohen Sffeßgeschwindigkeit und einer einfachen Meßanordnung arbeitet,

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Entsprechend der Erfindung wird zwischen einer Lichtquelle und einer der Messung zu unterziehenden Bauelementanordnung, die eine erste und eine zweite gitterartige Struktur einschließt, von denen jede in zyklischer Folge auftretende Strukturelemente, die entweder lichtdurchlässig odar lichtundurchlässig sind, aufweist, ein optisches System' angeordnet, welches der Bauelesentanordnung parallele Lichtstrahlen zuführt und so ausgelegt ist, daß der Einfallswinkel der auf die Bauelementanordnung gerichteten parallelen Lichtstrahlen variiert werden kann. Es wird ein Fotodetektor vorgesehen, dessen Aufgabe es ist, die Menge des durch die Bauelementanordnung hindurchgelassenen Lichtes zu bestimmen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, dessen Amplitude sich in Abhängigkeit von der Variation des Einfallswinkels der auf die Bauelementanordnung auftreffenden parallelen Lichtstrahlen auf Grund der zyklischen Polge der Strukturelemente periodisch verändert. Sine Signalνer-

arbeitungseinheit bewirkt die Variation des Einfallswinkels der auf die Bau.eleinentanordnu.ng auf tr äffenden parallelen Lichtstrahlen durch entsprechende Steuerung des optischen .Systems und bestimmt den Abstand zwischen der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur oder die Größenabmessung der Strukturelemente der ersten oder der zweiten Struktur auf der Grundlage des von dem Fotodetektor empfangenen elektrischen Signales.

-o-

Im Falle einer Farbbildwiedergaberöhre entspricht der ersten gitterartigen .Struktur eine Schattenmaske, die eine Struktur von In zyklischer Folge auftretenden runden öffnungen oder Schlitzen (lichtdurchlässigen Gitterelementen) aufweist; während der zweiten gitterartigen Struktur ein Bildschirmträger entspricht, auf dessen innere Oberfläche ein Leuchtphosphorschirm aufgebracht worden ist, der eine Struktur von in zyklischer Folge auftretenden schwarzen Streifen (lichtundurchlässigen Gitterelementen) oder von Leuchtphosphorpunkten (lichtdurchlässigen Gitterelementen), die zwischen schwarzem Material eingebettet sind, aufweist.

Um den Abstand zwischen der ersten gitterartigen Struktur (der Schattenmaske) und der zweiten gitterartigen Struktur (dem Bildschirmträger) zu messen, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit den Abstand zwischen der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur auf der Grundlage des Betrages der Veränderung des Einfallswinkels der auf die erste der gitterartigen Strukturen auftreffenden parallelen Lichtstrahlen, während welcher das von dem Fotodetektor erzeugte elektrische Signal S Zyklusperioden durchläuft (wobei ^ft¥" eine ganze Zahl ist).

Zum Zwecke der Bestimmung der Strukturelementgröße (Struktur elementabmessung) der zweiten gitterartigen Struktur errechnet die Signalverarbeitungseinheit das Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dein Minimalwert der Amplitude

des von dem Fotodetektor erzeugten elektrischen Signales während eines Periodenzyklus desselben und ermittelt die Strukturelementabmessung anhand einer Usrrechnungstabelle, welche die Strukturelementgrößen und die experimenterχ ermittelten Verhältniswerte in Beziehung zueinander setzt und die vor dem Experiment aufgestellt worden ist,

Ausfuhrungsbeistieles

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung ermöglicht ein besseres Verstehen der Erfindung, wenn die beigefügten Zeichnungen zur "Srläuterung herangezogen werden. Ss zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, mit deren Hilfe der Abstand zwischen einer Schattenmaske und eines Bildschiriaträger gemessen wird;

Figur 2 ein elektrisches Signal von einem Detektor für die Bestimmung der Menge der durch den Bildschirniträger hindurchgelassenen Lichtstrahlung5

Figur 3 eine Darstellung, die das Prinzip veranschaulicht, nach dem der .Abstand zwischen einer Schattenmaske und einem Bildschirmträger gemessen wird;

Figur 4- den Aufbau einer Signalverarbeitungseinheit entsprechend der Darstellung in der Figur 13

Figur 5 ein Funktionsdiagrainm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Si.gnalverarbeitungseinheit;

Figur 6 eine Vorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbei.spiel der vorliegenden Erfindung;

Figur 7 eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, mit deren Hilfe die Größenabmessung eines Strukturelementes auf der inneren Oberfläche eines Bildschirmträgers gemessen wird;

Figur 8 eine öffnungsstruktur einer Schattenmaske und eine Schwarzstreifenstruktur auf einem Bildschirmträger;

Figur 9 ein elektrisches Signal von einem Fotodetektor entsprechend der Darstellung in der Figur 7;

Figur 10 bis Figur 12 eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die Größenabmessung einer Struktur entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemessen wird;

Figur 13 die Beziehung zwischen der Breite der schwarzen Streifen und dem Verhältnis von Maximalwert zu Minimalwert entsprechend der Darstellung in der Figur 9»

Figur 14- ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Signalνerarbeitungseinheit entsprechend der Darstellung in der Figur 7;

Figur 15 eine' Abstandsmeßvorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Srfindung; und

Figur 16 eine Anordnung der Lichtquellen.

line Vorrichtung zur Messung des Abstandes zwischen einer Schattenmaske und einem Bildschirmträger einer Farbbildwiedergaberöhre soll nun unter Bezugnahme auf die Figur 1 beschrieben werden*

Bei einer Farbbildwiedergaberöhre mit Schwarzstreifen-Leuchtschirm -//erden - wie dies allgemein bekannt ist - eine Anzahl von Schlitzen mit einem Teilungsabstand P in der horizontalen Sichtung eines Bildschirmträgers 12 in einer Schattenmaske'11 ausgebildet. Vertikale schwarze Streifen 13 werden mit einem Teilungsabstand von 1/3 P auf der inneren Oberfläche des Biidschirmträgers 12 ausgebildet.

Wie in der Figur 1 dargestellt worden ist, wird ein Lichtstrahl von einer Laserstrahlenquelle 14 durch eine erste Linse 15 auf einen halbdurchlässigen Spiegel 16 gelenkt, an dem der Lichtstrahl in einen reflektierten und einen hindurchgelassenen Lichtanteil aufgespalten wird. Der durch den halbdurchlas.sigen Spiegel 16 hindurchgelassene Lichtanteil wird durch eine zweite Linse 17 auf einen Galvanometer spiegel 18 gelenkt, dessen Oberflächen beide als Umlenkspiegel ausgeführt sind. An diesem Galvanometerspiegel 18 wird das Licht in Sichtung einer die Schattenmaske 11 und den Bildschirmträger 12 umfassenden Bauelementanordnung reflektiert. Der durch die zweite Linse 17 geführte hindurchgelassene Lichtanteil wird dann auf den Brennpunkt einer dritten Linse 19, welche zwischen dem Galvanometerspiegel -18 und der die Schattenmaske und den Bildschirm-, träger umfassenden Bauelementanordnung positioniert wird, fokussiert, nachdem er durch den Galvanometerspiegel 18 umgelenkt worden ist. Somit trifft auf die Bauelementanordnung j welche die Schattenmaske und den Bildschirmträger umfaßt j ein Bündel paralleler Lichtstrahlen auf, welche die dritte Linse 19 passiert haben.

Der von dem halbdurchlässigen Spiegel 16 reflektierte Lichtanteil wird durch einen ersten festangsbrachten umlenkspiegel 20 reflektiert und über eine vierte Linse 21 auf einen zweiten fe.stangeorachten Umlenkspiegel 22 gelenkt. Der durch die vierte Linse 21 hindurchgeführte Laserstrahl wird durch den aweiten festangebrachten Umlenkspiegel 22 nach, unten reflektiert und dann auf eine Glasskale 23 gerichtet, nachdem er an der reflektierenden Oberfläche des Galvanometerspiegeis 18 umgelenkt worden ist, die derjenigen reflektierenden Oberfläche des Galvanometerspiegels' 18 gegenüber liegt j an welcher der durch den halbdurchlassigen Spiegel 16 hindurchgelassene Lichtanteii umgelenkt wird. Die Giassxaie'23 wird an der Stelle angeordnet, an welcher sich.der durch die vierte Linse 21 hindurchgeführte Laserstrahl in einem Brennpunkt vereinigt.

Der durch den halhdurchlässigen Spiegel 16 hindurchgelassene Lichtanteil wird durch den Galvanometerspiegel 18 auf . die SauelementanOrdnung, welche die Schattenmaske und den Bildschirmträger umfaßt, gerichtet, um für die Messung des Abstandes zwischen der Schattenmaske 11 und dem .Bildschirmträger 12 eingesetzt-zu werden. Andererseits wird der von dem ha Ib durchlas si ge η Spiegel 16 reflektierte Lichtanteil', der durch den Galvanometerspiegel 18 auf die Glasskale 23 gerichtet wird, seinerseits für die Bestimmung des Drehwinkels des Galvanometerspiegels 18, das heißt, des Einfallswinkels des Bündels paralleler Laserstrahlen, eingesetzt, welche auf die Bauelementanordnung auftreffen, welche die Schattenmaske und den Bildschirmträger umfaßt.

Die Meßeinrichtung schließt einen ersten Fotodetektor 24- und einen zweiten Fotodetektor 25 ein, wobei ersterer entsprechend ausgelegt ist, um den durch die die Schattenmaske und den Bildschirmträger umfassende Bauelementanordnung hindurchgelassenen Laserstrahl zu bestimmen-, während letzterer dazu dient, den durch die Glasskale 23 hindurchgelassenen Laserstrahl nachzuweisen. Ein von dem ersten Fotodetektor 2^ erzeugtes elektrisches Signal, welches der Intensität des ermittelten Lichtes entspricht, wird über eine Verstärkerstufe 26^einein Analog-Digital-ümwandlar (A/D-£on~ verter) 27 zwecks Umwandlung in ein digitales Signal, das der Intensität des ermittalten Lichtes entspricht, zugeführt. Sin von dem zweiten Fotodetektor 25 erzeugtes elektrisches Signal wird über eine Terstärkerstufe 28 einer Binärumsetzungsschaltung 29, wie zum Beispiel einer Schmitttriggerschaltung, zugeführt, deren Aufgabe es ist, Ausgangsimpulse zu erze'.igen, deren Anzahl dem Drehmnkel des Galvanometerspiegels 18 entspricht. Die Ausgänge des Analog-Digital -Umwandler s 27 and der Binärumsetzungs schall; ung 29 werden einer Signalverarbeitungseinheit 30 zugeführt» Wie im folgenden erläutert wird, bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 30 den Abstand zwischen der .Schattenmaske und dem Bildschirmträger auf der Grundlage der Ausgänge des Analog-Digital-Umwandlers 27 und der BinärumsetzLingsschal-

tung 29; und das Ergebnis der Messung wird an einem Anzeigegerät 31 angezeigt. Die Signalverarbeitungseinheit 30 steuert über eine Treiberschaltung 32 den Galvanometerspiegel 18 mit dem Ziel der Variation des Einfallswinkels des Bündels paralleler Laserstrahlen, das auf die Bauelemerrtanordnung auftrifft, welche die Schattenmaske und den Bildschirmträger umfaßt.

Wie im vorangehenden ausgeführt worden ist, weist die Schattenmaske 11 in der horizontalen Richtung verlaufende und mit einem Teilungsabstand P angeordnete Schlitze auf, während der Bildschirmträger 12 schwarze Streifen aufweist. deren Teilungsabstand ein Drittel des Wertes von P beträgt. Somit fällt, entsprechend der vorliegenden Erfindung, das Licht der parallelen Laserstrahlen auf eine erste und eine zweite gitterartige Struktur mit in zyklischer Folge auftretenden Strukturelementen. Auch wenn der Laserstrahl einen Durchmesser hat, der um ein Mehrfaches größer ist, als der Te i lungs ab st and P, so nimmt die von dem Fotodetektor empfangene Lichtmenge doch einen Minisialwert an, wenn der ' Laserstrahl auf die schwarzen Streifen auftrifft, und einen Maximalwert, wenn der Laserstrahl auf die Leuchtphosphorstreifen zwischen den schwarzen Streifen auftrifft. Demzufolge erhält man von dem Fotodetektor 24- durch Veränderung des Einfallswinkels des auf die Schattenmaske 11 fallenden Laserstrahles ein Ausgangssignal mit einer Periodenlänge von 1/3 P, wie dies in der Figur 2 veranschaulicht worden

Die größenmäßige Beziehung zwischen dem Einfallswinkel des Bündels paralleler Laserstrahlen und dem Abstand zwischen der Schattenmaske und dem Bildschirmträger soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Figur 3 erörtert werden,

ITimmt man an, daß der Einfallswinkel des auf die Schattenmaske 11 auftreffenden Laserstrahles in bezug auf die senk rechte Sichtung zur Bbene der Schattenmaske durch die Drehung des Galvanometerspiegels IS einen Winkelwert von '^

angenommen hat, so ist der instand ^ der Verschiebung des Laserstrahles an der SchwarzStreifenstruktur gegeben mit

ΟΛ

t = q tan© . (D

wobei mit q der Abstand zwischen der Schattenmaske und dem Bildschirmträger bezeichnet wird. Wenn der Betrag der Verschiebung des Laserstrahles gleich dem Teilungsabstand P der Schlitze der Schattenmaske 11 ist, dann Ist

P = q tan S (2)

Aus der Gleichung (2) ist unschwer zu ersehen, daß dann, w^ wenn es sich bei Θ um einen bekannten Wert handelt, der Ab- ''^ stand q unter Verwendung des bekannten Wertes von P schnell zu ermitteln ist.

Zur Bestimmung des Winkels Θ wird in dem hier erörterten Ausfuhrungsbelspiel der Erfindung das optische System eingesetzt, das sich von dem halbdurchlässigen Spiegel 16 bis zu der Glasskale 23 erstreckt, Dieses optische System ist in der Weise angeordnet,, daß der Laserstrahl von der Laserstrahlenquelle 14 auf die Glasskale 23 fokussiert werden kann. Der Laserstrahl wird auf der Glasskale 23 i*i Entsprechung zu. der Drehung des GalvanometerspiegeIs 18 verschoben. An der Glasskale 23 sind Surchungen vorgesehen, die ^ Skalenteilungen entsprechen. Wenn der Laserstrahl so einfällt, daß er auf eine Furche der Glasskale trifft, so wird er gestreut, und er erreicht den Fotodetektor 25 nicht. •Wenn der Laserstrahl demgegenüber auf einen Flächenab— schnitt zwischen den Furchen einfällt, dann durchläuft er die Glasskale 23, und er erreicht den Fotodetektor 25« Sei der Verschiebung des Laserstrahles auf der Glasskale 23 gibt der Fotodetektor 23 demzufolge die entsprechenden Aus-, gangsispulse an die Blnärumsetzungsschaltung 29,damit dieselben in ein Binärsignal umgewandelt werden, welches für die Verarbeitung durch die Signalverarbeitungseinheit 30 geeignet ist.

Legt man die Annahme zugrunde, daß der Drehwinkel des Galvanometerspiegels 18, der dem Einfallswinkel des Laserstrahles an der Schattenmaske 11 entspricht, den Wert & besitzt; daß der Abstand zwischen dem Galvanometerspiegel 18 und der Glasskale 23 ^ ist; daß die Anzahl der Impulse, die von der Binärumsetζungsschaltung 29 empfangen werden, wenn der Galvanometer spie gel um den Winkel 6 gedreht wird, Έ ist; und daß. das Intervall zwischen den furchen auf der Glasskale 23 die Größe A χ hat, dann erhält mani

ΈΛ χ = L tan θ (3)

Die Substitution der Gleichung (2) in die Gleichung (3) ergibt:

• "ΊΓ* ^

Aus der Gleichung O) ist offensichtlich zu ersehen, daß auf Grund der Tatsache, daß die Werte von I , P und Ax bekannt sind, der Abstand zwischen der Schattenmaske atid dem Bildschirmträger anhand von Zählung der Anzahl der Impulse M rechnerisch bestimmt werden kann, die von der Binärumsetzungsschaltung 29 "über den Zeitraum empfangen werden, während welchem der.durch die Schattenmaske hindurchtretende Laserstrahl auf dem Bildschirmträger um den Wert P versehe·= ben wird. Die Zählung der von der Binärumsetzungsschaltung 29 empfangenen Impulse wird durch die Signalverarbeitungs™ einheit 3° ausgeführt.

Der Auslenkungsabstand des Laserstrahles auf dem Bildschirmträger wird gemessen auf der Grundlage des Ausganges I des ersten Fotodetektors 24- entsprechend der Darstellung in dar Pigur 1. In diesem !falle entspricht der Auslenkungsabstand des Laserstrahles in einer. Periode zwischen einem Maximalwert und dem nächsten Maximalwert des Ausganges I des Teilongsab stand' P/3 der schwarzen Streifen. Falls somit die Zählung der von der Binärumsetzungssehaltung 29 empfangenen. Impulse zu einem Zeitpunkt begonnen wird, zu dem der Ausgang I einen Maximalwert erreicht, und zu einem Zeitpunkt

beendet wird, zu dam der Ausgang ι den nächsten Maximalwert erreicht, so kann, die Größe von q unter Verwendung'der zwischen diesen beiden Zeitpunkten liegenden Impalsanzahl H' rechnerisch bestimmt werden. Im Vergleich zu der Hersteliungsgenauigkeit der Schlitze in der Schattenmaske 11 ist die Genauigkeit der Ausführung der einzelnen schwarzen Streifen jedoch gering. 3ine Messung mit hoher Genauigkeit kann dadurch sichergestellt werden, da£ die Anzahl der Impulse über den Zeitraum gezählt wird, während dem der Laserstrahl über einen Abstand aus ge lenkt wird, welcher dem 'Teilungs abstand j? der Schlitze in der Schattenmaske 11 entspricht. In diesem Falle ist nichts weiter erforderlich, als daß die Signalverarbeitungseinheit 3^ΰ die Zahlung der von der Binärumsetzungsschaltung 29 empfangenen Impulse zum Zeitpunkt der Feststellung des ersten Maximalwertes des Ausganges I beginnt und die Zählung der Impulse zum Zeitpunkt der Feststellung des dritten Maximalwertes beendet. Wie aus der Wellenform des Impulsausganges I geschlossen werden kann, wird das dem Maximalwert entsprechende Eurvenmasimum leicht durch Bauschen (Geräusche) beeinträchtigt, wodurch dann sin Fehler bei der Bestimmung des Maximalwertes verursacht wird. Ss ist aus diesem Grunde wünschenswert, daB der Auslankungsabstand ? des Laserstrahles auf der Grundlage von Abschnitten der Wellenform des Impulsausganges I des Fotodetektors 24 bestimmt wird, welche einer plötzlichen Änderung der Amplitude unterliegen, Wenn beispielsweise ein Zwischenwert zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des Ausganges 1 als ein Schwellenwert verwendet wird, so kann P bestimmt werden, indem gezählt .wird, wie viele Male der Ausgang I den Schwellenwertpegel durchläuft.

Sine genauere Messung wird in der Weise erfolgen, daß eine Autokorrelationsfunktion der Ausgangswellenform entsprechend der Darstellung in der Figur 2 ermittelt und die Anzahl der Impulse über die Periode der Funktion ausgezählt wird. In diesem Falle ist es nicht notwendig, die Autokorrelationsfunktion über einen weiten Bereich zu bestimmen. 3s wird ausreichend sein, wenn die Autokorrelationsfunktion für einen schmalen Bereich ermittelt wird, welcher den Wert·

von P einschließt.

Wenn die Messung abgeschlossen ist, so gibt dia Signalverar-.beitungseinheit 30 einen Befehl an eine 7/erkstücktransporteinrichtung 33 ₅ woraufhin das nächste Werkstück in die Position gebracht wird, in welcher die Messung erfolgt«

Wenngleich in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Meßsystem für die Messung des Einfallswinkels des parallelen Strahlenbündels an der Schattenmaske vorgesehen worden ist, so besteht doch auch die Möglichkeit, daß der Einfallswinkel mit Hilfe eines elektrischen Signales gemessen werden kann, das dem Galvanometerspiegel 18 zugeführt wird. Die Glasskale 23 und der Fotodetektor 25 können durch eine eindimensionale Ladungstransferschaltungsanordnung (GCD-Schaltungsanordnung) ersetzt werden.

Die. Figur 4- zeigt in sehematiscner Darstellung den Aufbau der Signalverarbeitungseinheit 3°· Die Einheit 30 umfaßt eine zentrale Verarbeitungseinheit (.GFU = central processing unit) 3^1; einen Festwertspeicher (SOM = read only memory) 3Ο2 für die Speicherung des Programmes und der Daten, welche für die Messung erforderlich sind-; einen Schreib-Lese-Speicher mit direktem Zugriff (HAM = random access memory) 3O3; ein Interface 304 für die Zuführung eines Signales' zu der Galvanometerspiegelsteuerungs-Treiberschaltung 32; ein Interface 305 für die Zuführung eines Digitalwertes von dem Analog-Digital-Ümwandler (A/D-Konverter) 27 zu der zentralen Terarbeitungseinheit 3OI; ein Interface 3°6 für die Zuführung von Ausgangsimpulsen der Binärumsetzungs.sehaltung 29 zu der zentralen Yerarbeitungseinheit 3°1; und ein Interface 307 für die Zuführung der Ergebnisse der Messung zu dem Anzeigegerät 3I. CPU 301, HOM 3OP, HAM 3Ο3 and die Interface-Einheiten 304 bis 3Ο7 werden durch einen $7stembus 3Ο8 miteinander verbunden.

Die Signalverarbeitungseinheit 30 führt die Messung entsprechend dem in der Figur 5 dargestellten Funktionsdiagramm aus.

Hs erstes liest die CPTJ 301 ein im EOM 3°2 gespeichertes Programm and führt über das Interface 304 der Treiberschaltung 32 ein .Signal ζα, wodurch der Galvanometerspiegel IS in Schwingungen versetzt wird. In der Programmstufe S 1 wandelt der Analog-Digital-Umwandler 27 den Ausgang des Fotodetektors 24 für jeden Abtastwert in ein digitales Signal am. Das digitale Signal wird über das Interface 3^5 der CPU 3^1 zugeführt. In der Programmstufe S. 2 ermittelt die CPU 3^1 einen Maximalwert "Max" und einen Minimalwert "Min'? des Ausganges des Fotodetektors 24, dessen Wellenform in der-Figur 2 dargestellt worden ist. Danach" legt die CPU einen beliebigen Zwischenwert zwischen dem Maximalwert "Mas" und dem Minimalwert ^HMin" als Schwellenwert "Mth" fest und veranlaßt die Speicherung des Schwellenwertes im RAa-I 3°3. Damit sind die Torbereitungen für die Messung abgeschlossen.

Anschließend beginnt die CPU 3OI den Meßvorgang zu einem Zeitpunkt, zu dem der Ausgangsimpuls des Analog-Digital-Umwandler s 27 den Schwellenwertpegel "Mth" durchläuft (Programmstufe S 4). In der Programsstufe 3 5 werden eine Sähleinrichtung S, deren Aufgabe es ist, zu zählen, wie viele Male der Impulsausgang des Analog-Digital-Umwandlers 27 den Schwellenwertpegsl "Mth^!t durchläuft, und eine Zähleinrichtung i für die Zählung der Anzahl der Abtastungen auf STuIl zurückgestellt. Diese Zähleinrichtungen sind Bestandteil der CPU 3OI.

In der Programmstufe S 6 beginnt die CPU 301 zu. einem Zeitpunkt, zu dem der Impulsausgang des Analog-Digital-Umwandlers 27 den Schwellenwertpegel "Mth" -durchläuft, die Anzahl der von der Binär ums et zungsscha3.tung 29 empfangenen Impulse S" zu zählen. In der Programmstufe S 7 wird der Zählwert der Zähleinrichtung i jedes Mal um 1 erhöht, wenn neue Daten von dem Analog-Digital-Umwandler 27 empfangen 7/erden. In . der Programmstufe S 8 werden die Differenzen zwischen den Digitalwerten Zi und H + 2 der "aeiden unmittelbar aufeinander folgenden Abtastungen und des Schwellenwertes "Mth"

als Di und Di +1 errechnet. In der Programmstufe S 9 erfolgt eine Einschätzung darüber, ob der Impulsausgang des Fotodetektors 24 den Schwellenwertpegel durchläuft oder nicht. Diese Einschätzung wird davon abhängig gemacht, ob Di . (Di +1)

< C ist oder nicht. Wenn der Ausgang des Fotodetektors 24 den. ScQwellenwertpegel durchläuft, so sind die Vorzeichen von Di und Di + 1 verschieden, und damit ist dann Di . (Di + 1) < 0. Wenn in der Programmstufe S 9 festgestellt worden ist, daß die Bedingung Di . (Di + 1) < 0 erfüllt ist, so wird in der Programmstufe S 10 der Zählwert der Zähleinrichtung S um 1 erhöht. Falls die Einschätzung in der Programmstufe S 9 jedoch zu der Antwort "lein" führt, so wird auf die Programmstufe S 7 zurückgegangen.- In der Programmstufe S 11 erfolgt eine Einschätzung darüber, ob 3 = 6 ist oder nicht, das heißt, ob der Impulsausgang des Fotodetektors den Schwellenwertpegel "Mth^H seit dem Beginn der Messung sechsmal durchlaufen hat oder nicht. Wenn in der Programmstufe S 11 festgestellt wird, daß der Zählwert der Zähleinrichtung 8 der Wert 6 ist, so wird die Zählung der von der Binäromsetzungsschaltung 29 empfangenen Impulse abgebrochen.; und in der Programmstufe S 12 wird die Anzahl JT der Impulse, die bis zu diesem Zeitpunkt von der Binärumsetzungsschaltung 29 empfangen worden sind, in den 2AM 3^3 eingespeichert. Falls die Einschätzung in der Programmstufe S 11 ,jedoch zu der Antwort "lein" führt, so wird auf die Programmstufe S 6 zurückgegangen,, und die Zählung der Impulse wird fortgesetzt. In der Programmstufe S 13 werden die bekannten Werte von X , P und' Δ χ aus des SOM 3^2 herausgelesen, während die gezählte Anzahl von Impulsen aus dem HAM 3°3 abgerufen wird. In der Frogrammstufe S 14- wird der Abstand q zwischen der Schattenmaske und dem Bildschirmträger auf der Grundlage der Gleichung (4) errechnet. Das Ergebnis der Sechenoperation wird in der Progranimstufe S durch das Anzeigegerät 31 angezeigt.

Me Figur 6 zeigt eine Meßvorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welche entsprechend ausgelegt worden ist, um die gesamte Oberfläche einer frsierten Bauelementanordnung, die eine Schattenmaske und einen Bildschirmträger umfaßt, durch messung zu bestimmen. Für die Kennzeichnung von Teilen oder Elementen der Torrichtung, die den in der Figur 1 dargestellten gleich sind, sind in der Figur 6 die gleichen 3ezu.gszaa.ien verwendet worden. Eine Erläuterung ist in diesen Fällen nicht sehr erforderlich. Bei der Meßvorrichtung entsprechend der Darstellung in der Figur 6 wird ein Galvanometerspiegel 4-1 für die Auslenkung von Laserstrahlen in der unmittelbaren Sähe des Krüinmungsffiittelpunktes der gekrümmten Oberfläche des Bildschirmträgers 12 angeordnet und so ausgelegt, daß er mit Hilfe eines Motors 4-2 so gesteuert werden kann, daß eine zweidimensionaie Auslenkung des Laserstrahles erreicht wird. Der Galvanometerspiegel 4-1 und der Motor 4-2 sind für die Steuerung durch eine Treiberschaltung 4-3 konstruiert, deren Funktion von der Signalverarbeitungseinheit JQ gesteuert wird. Die Laserstrahlung, welche die Schattenmaske 12 passiert hat, wir/d. über einen Licht kondensor 44, wie beispielsweise eine Fresnelsche Linse, einem Fotodetektor 24- zugeleitet. Um -zu verhindern, daß der Fotodetektor 24- zu diesem Zeitpunkt auch von Fremdlichtquellen stammendes Licht empfängt, wird ein Interferenz lichtfilter. 4-5 eingesetzt, damit nur die Laserstrahlung dem Fotodetektor 24- zugeführt wird.

Im Falle der vorstehend beschriebenen Abstandsmeßvorrichtungergibt sich die Möglichkeit,, eine Struktur von schwarzen Streifen durch Kessung zu bestimmen, indem ein Verfahren zur Verarbeitung eines von dem Fotodetektor 24- empfangenen Signales modifiziert wird·

Im folgenden soll eine Strukturmeßvorrichtung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figur 7 beschrieben werden, in der für die Kennzeichnung; von Teilen oder Elementen der

Vorrichtung, die den in der Figur 1 dargestellten gleich sind, die gleichen Bezugszahlen wie in der Figur 1 verwendet worden sind.

Bei der Meßνorrichtung entsprechend der Darstellung in der Figur 7 wird ein von einer Laserstrahlenquelle 14 erzeugter Laserstrahl über die Kollimationslinsen 5^ a und 5^ b so auf einen Galvanometerspiegel 18 a gerichtet, daß der laserstrahl über eine Xinse 19 zu einem Objekt hin reflektiert wird, daß einer Messung unterzogen werden soll. Wie im .Falle des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsheispiel.es wird der durch den Galvanometerspiegel 18a reflektierte Laserstrahl so vor der Linse 19 fokussiert, daß ein Bündel paralleler Lichtstrahlen auf das zu messende Werkstück auftrifft. Der Einfallswinkel, unter dem' das Paral-lelstrahlenhündel auf das zu messende Objekt auftrifft, wird mit Hilfe des Galvanometerspiegels 18 a variiert, dessen Funktion von der Signal'; er arheitungseinheit 30 gesteuert wird.

Die Figur 8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Durchmesser des Bündeis paralleler Laserstrahlen und der Baaalesentanordnung von Schattenmaske und Bildschirmträger. Der 'Durchmesser D des Laserstrahlenbündels, beträgt zwei bis drei Millimeter; der Teilungsabstand P der Schlitze in der Schattenmaske 11 beträgt 750 Mikrometer, der 'Teilungsabstand L der schwarzen Streifen 13 auf dem Bildschirmträger 12 beträgt' 23° Mikrometer. Wie aus der Figur 8 deutlich zu ersehen ist, trifft auf den Leuchtphosphorschirm auf dem. Bildsehirmträger 12 nur der Laserstrahlenanteil auf, welcher die Schlitze in der Schattenmaske 11 passiert hat, und erreicht den Fotodetektor 24 durch den Bildschirmträger 12 nur der Laserstrahlenanteil, welcher auf die Leuchtphosphorstreifen zwischen den schwarzen Streifen 13 aufgetroffen ist. Auf die innenliegende Oberfläche des Bildschirmträgers 12 wird eine diffus strahlende Oberflächenschicht 12 a aufgebracht j damit die Innenseite des Bildschirmträgers von außen nicht sichtbar ist. Das Vorhandensein der diffus strahlenden Oberflächenschicht 12 a gewährleistet eine ν er-

-geFärbwiedergäbe und verhindert ein Abblättern des Leuchtphosphorschirmes. Aiii Grund des Vorhandenseins der diffus strahlenden Oberflächenschicht 12a kann die Messung der Strukturelemente nicht mittels- einer Fourier-Beugung (Fouriar-Zerlegung T) unter Verwendung eines kohärenten Lichtstrahles realisiert werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Messung der Strukturelemente auf der Grundlage der Maximal- und ί-Iinimaiwerte des durch den Bildschirmträger hindurchgelassenen Lichtstrahles ausgeführt; und dabei tritt keine Beeinträchtigung der Messung durch die diffus strahlende Oberflächenschicht 12a ein. Wenn die Laserstrahlung, welche durch die Schlitze in der Schattenmaske hindurchgelassen wird, hauptsächlich auf die schwarzen Streifen 13 auftrifft, wie dies in der Figur 10 veranschaulicht worden ist, so nimmt die Menge des hindurchgelassenen Lichtes einen Mininalwert an. Wenn diese Laserstrahlung dagegen hauptsächlich auf die Leuchtphosphorstreifen zwischen den.schwarzen Streifen 13 auftrifft, wie dies in der Figur 11 veranschaulicht worden ist, so erreicht die

Die Messung der Strukt ure leine nt e entsprechend der vorliegenden Erfindung soll im folgenden erläutert werden..

Wenn f(x) das Fresnelsche Beugungsbild der Schattenmaske und g(s) das Master der schwarzen Streifen 13 (das eine Verteilung der lichtdurchlassenden Bereiche zeigt;) darstellt, so ist die Lichtsenge, welche den Fotodetektor 2^ durch den Bildschirmträger 12 erreicht, gegeben durch:

1(TT) = S* tU -¹T)S(S:)dz (5)

Dabei ist

a = D/2

und ¹T = der Abstand zwischen dem Schatten der Schattenmaske, der durch das Bündel paralleler Laserstrahlen auf den Bildschirmträger projiziert wird,

I ~

das entlang der Senkrechten zur Ebene der .Schattenmaske auf diese auftrifft, und dem durch das Bündel paralleler laserstrahlen, das unter einem Winkel von θ gegenüber der Senkrechten auf die Schattenmaske auftrifft, projisierten Schatten; wob si der Abstand ¹^'' gegeben ist durch ^ - q tan ^ ,wie im vorangegangenen erläutert worden ist.

Durch die Einführung der GröBe 1(0) das hindurchgelassenen Lichtes, die sich ergibt, wenn das Bündel paralleler Laserstrahlen vertikal auf die .Schattenmaske 11 einfällt, wird I(¹O wie folgt normiert;

Da der Durchmesser D des Strahlenbündels im Vergleich zu dem' Teilungsabstand P der Schlitze in der Schattenmaske hinreichend groß ist, so erhält man;

² _f(_s-i

t 2

Φ (^) ist nicht abhängig von dem Durchmesser des Strahlen

gig bündeis.

Die !Funktion g(s), welche die Struktur der Schatteniaaskenelemente repräsentiert, ist eine -zweiwertige Funktion mit einer Periode von einem Drittel des TeilungsabStandes P der Schlitze in der Schattenmaske 11» Demgegenüber repräsentiert die Funktion f(z) ein Sresnelsches Beugungsbild. Die Ergebnisse der Lösung der Gleichung (7) veranschaulicht die Darstellung in der Figur 9·

Wie aus den Figuren 10 and 11 zu entnehmen ist, wird der Ausgang des !Fotodetektors 24.durch die Mittellage und das Intervall der schwarzen Streifen beeinflußt, wie. dies unter Einführung der größenmäßigen Beziehungen im folgenden erläutert werden soll. Das Fresnelsche Beugungsbild der •Schattenmaske 11 an der inneren Oberfläche des Bildschirmträgers 12 ist sehr kompliziert, aber es kann durch eine trigonometrische Funktion angenähert dargestellt werden.

In der Figur 12 ist die durchgezogene Linie 61 die Darstellung des Fresnelschen Beugungsbildes der Schattenmaske, während die gestrichelte Linie 62 die Annäherung unter Anwendung der trigonometrischen Funktion veranschaulicht.

Iiiimnt man an, daß das Fresnelsche Beugungsbild f(x) zum" Beispiel durch 1 + cos ax approximiert wird, so ist das Verhältnis- 2 zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Gleichung (7) bei der in den Figuren 10 und 11 veranschaulichten Positionsbesiehung gegeben durch:

ψ si* -^₅ - ^; * * a - ^₁

S C^ (8)

^ ΐ - ³ * - 3

Dabei ist:

a die Breite der Schlitze in der Schattenmaske

und ⁰^ ein Koeffizient, der bei der Annäherung der

Fresnelschen Beugung durch die trigonometrische Funktion verwendet wird.

Wenn wir bei q = 10 mm den Koeffizienten oc = 0,76 einsetzen, so befand sich der mit Hilfe der G-leichung (S) errechnete lert in der besten Übereinstimmung mit dem Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dem Minimaiwert, das unter Verwendung des Fresnelschen Beugungsbildes errechnet worden war. Die trigonometrische Approximationsfunktion

wird als die Komponente erster Ordnung des Eresnelschen Beugungsbildes angesehen.

In der Gleichung-(8) sind die Größen oc , a und P' bekannte Werte, und 3 bezeichnet die Breite dor schwarzen Streifen. In Abhängigkeit von der Variablen 3 ergibt sich S entsprechend der Darstellung in der !Figar 13« Aus der in der Figur 13 dargestellten Kurve ist zu ersehen, daß dann, wenn das Verhältnis H zwischen dem Maximalwert und- dem Minimalwert von φ(~) ermittelt wird, die Breite B der schwarzen Streifen ebenfalls bestimmt wird.

Wenn der Einfallswinkel & des Bündels paralleler Laserstrahlen, das auf die Schattenmaske 11 auftrifft, wie' vorangehend beschrieben, durch eine leichte Drehung des Galvanometerspiegels 18 a variiert wird, so verändert sich die Wellenform des Ausgangsimpulses des Fotodetektors 24- entsprechend der Darstellung in der Figur 9· Die Breiten der schwarzen Streifen, die mit denen von roten, grünen und blauen Leuchtphcsphorstreifen korrespondieren, ergeben sich aus den drei Paaren von Maximalwert und Minimalwert entsprechend der Darstellung in der .Figur 9· So. erhält man zum .Beispiel die Breite des schwarzen Streifens, die des roten Leuchtphosphor entspricht, aus dem Verhältnis zwischen den Werten an.den Punkten 71 und 72 in der .Figur 9; die Breite des schwarzen Streifens, die dem grünen Leuchtphosphor entspricht, aus dem Verhältnis zwischen den Werten an den Punkten 73 und 74· in der ligur 9s and die Breite des schwarzen Streifens, die dem blauen Leuchtphosphor entspricht, aus dem Verhältnis zwischen den Werten an den Punkten 75 und 76 in der Figur 9.

Der Betrag ^C der Verschiebung des Schattens der Schattenmaske, der auf den Bildschirmträger projiziert wird, korrespondiert mit dem "Si.nfalIswinkel Θ des Bündels paralleler Laserstrahlen, das auf die Schattenmaske auftrifft, das heißt, mit dem Drehwinkel des Galvanometerspiegeis. Die

Korrespondenz zwischen dem schwarzen Streifen, der nunmehr gemessen wird, und irgendeinem spezifischen leu#itphosphorstreifen ergibt sich aus dem Drehwinkel des G-alvanometerspiegels 18 a_} welcher durch die Signalverarbeitungseinheit 30 eingestellt wird.

Die Signalverarbeitungseinheit 3O der Strukturmeßvorrichtung ist entsprechend der schematischen Darstellung in der Figur 4 aufgebaut. 5¹Ur die Messung der Strukturelemente wird in dem HOM 3^2 eine Wertetabelle gespeichert, welche die H/3-Kurve repräsentiert, die in der Figur 13 dargestellt worden ist.

Der Strukturmeßvorgang soll im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Figur 1²I- schematisch dargestellte Funktionsdiagramm beschrieben werden. Die CSU 301 liest Programme aus dem. HOM 3O2 und startet den .Arbeitsahlauf. In der Pro-.grammstufe S 21 versetzt die CPU ρΟΛ über das Interface 3Ο4 den C-alvanometerspiegel 13 in Schwingungen. In der Programmstufe S 22 empfängt die GPU 3 01 über das Interface 3Ο5 ein Ausgangssignal des Analog-Digital-ümwandlers 27« In der Programm stufe S 23 werden der Maximalwert ^;1Max^?t und der Minimalwert "Min" der in. der Figur 9 dargestellten Wellenform ermittelt; und in der Programmstufe S 24- wird das Verhältnis B zwischen dem Maximalwert ^T1Maz" und dem Minimalwert "Min" errechnet. In der Programmstufe S 25 wird die Breite 3 des schwarzen Streifens aus dem ROM. 3Ο2 gelesen, wobei sich die abzurufende Adresse aus dem errechneten Verhältniswert 3 ergibt. In der Programmstufe 3 26 wird die auf diese Weise ausgelesene Breite 3 des schwarzen Streifens an dem Anzeigegerät 31 angezeigt.

Ebenso wie im Falle des in der Figur 6 veranschaulichten Ausführungsbeispieles der Erfindung kann die in der Figur dargestellte Vorrichtung in einer solchen Weise gestaltet werden, daß die gesamte Oberfläche einer Schattenmaske mittels eines Laserstrahles abgetastet werden kann.

Die Figur 15t;veranschaulicht eine Vorrichtung entsprechend einem anderen Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welcher der Einfallswinkel eines Parallelstrahlenbünöelo auf die- Schattenmaslzs "ariiert werden kann. Entsprechend diesem Alisführungsbeispiel wird eine Mehrzahl von Lichtquellen, wie beispielsweise Ilchtemitterdioden oder Halbleiterlaser, vorgesehen; zum Beispiel die drei Lichtquellen 9^> 92 und 93· Diese Lichtquellen werden sequentiell geschaltet durch eine Ansteuerschaltung 94-> deren Funktion von der Signalverarbeitungseicheit gesteuert wird. Wenn die Lichtquellen 9^, 92 und 93 so angeordnet werden, wie dies in der Figur 16 dargestellt worden ist, dann besteht die Möglichkeit, den Durchmesser von Leuchtphosphorpunkten auf dem Bildschirmträger einer Farbbildwiedergaberöhre der Ausfuhrungsform mit Leuchtschirm mit schwarzer Grundsübstans (Matrix) au messen.

Wenngleich, im vorangegangenen die optische Messung des Abstandes zwischen einer Schattenmaske und einem Bildschirmträger sowie der Strukturelementgröße des Leuchtphosphorschirmes auf der innenliegenden Fläche des Bildschirmträgers beschrieben worden ist, so kann die Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung auch für die Messung der Farbbildwiedergaberöhre von - zum Beispiel - einer farbigen Flüssigkristall-Sichtanzeigeeinrichtung eingesetzt. werden.

Die farbige Flüssigkristall-Sichtanzeigeeinrichtung ist beschrieben worden in einer Arbeit unter dem Titeli "B/W and Color LG Video Displays Addressed by Poly Si TFTs¹' (Schwarζ-Weiß- und Farb-Flüssigkristallanzeigelemente, angesteuert mittels Polysilizium-Dünnschichttransistoren)_} die veröffentlicht wurde in dem Digest of Technical Papers, 14.7, des SLI) International Symposium 1983. Diese Flüssigkristallanzeigeeinrichtung umfaßt ein Paar parallele, untere und obere, Schichtträger (Substrate) sowie Polarisatoren, zwischen denen die Schichtträger so angeordnet werden, daß die mit den Polarisatoren eine Sandwichstruktur bilden»

H.G,3. (Sot/Grün/Blau- ?)-Färbfilterstreifen und durchsichtige Fixel-Slektroden werden aaf den Innenflächen des oberen beziehungsweise des unteren Schichtträgers regelmäßig 3.V^qQtg."iet · Zwischen oberem und. unteren Schichtträser wird eine auf Steuerspamiungen ansprechende, nematische Flüssigkristall-Flüssigkeit (twisted-nematic liquid crystal:) eingefüllt. Durch den Polarisator läßt man Licht von einer rückseitigen lichtquelle auf den unteren Schichtträger einfallen. Wenn eine Anordnung von oberem und unterem Schichtträger einer farbigen Flüssigkristall-Sichtanzeigeeinrichtung als Prüfstück einer Messung mit Hilfe einer der in den Figuren 1 und 6 veranschaulichten Torrichtungen unterzogen wird, so besteht die Möglichkeit, den Abstand von Schichtträger zu Schichtträger (Substrat zu Substrat) zu messen. Die Breite der Färbfilterstreifen oder der Pixel-Elektroden der Anordnung kann mit Hilfe der Torrichtung gemessen werden, welche in der Figur 7 dargestellt worden ist, Mit anderen werten ausgedrückt: 15s besteht die Möglichkeit, eine Fehlerstelle der gitterformigen Struktur der Farbfilterstreifen unter Bezugnahme auf die gitterförmige Pixel-Sllektrodenstruktur durch Messung zu bestimmen. Wenn andererseits die gitterförmige Struktur der Farbfilterstreifen als Bezugsgitter verwendet wird_s so ist gleichermaßen die Möglichkeit gegeben, eine Fehlerstelle (einen Defekt) der Pisel-Elektrodenstruktur zu bestimmen,

Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Größe (der Defekt) von TJiderstandselementen einer gitterartigen Anordnung auf einem Schichtträger (Substrat) eines Heizkopfes auf der Basis einer Maske (Bezugsgitter) gemessen werden, welche bei der Herstellung dieser Widerstandselemente verwendet wird·. Ss ist ebenfalls möglich, den Abstand zwischen den Elementen von zwei gitterartigen Strukturen zu messen, welche durch die zyklische Folge ihres' Auftretens in einer wechselseitigen Beziehung stehen, sowie die Größe von Gitter element en zu dem Zwecke zu messen, eine gitterförmige Struktur* auf der Grundlage der anderen gitterförmigen Struktur herzustellen.

Claims

G. Z. 15 718 57 ISr find ung

1. Torrichtung zum Messen des Abstandes zwischen yiner ersten und einer zweiten gitterartigen Struktur, von denen jede in zyklischer Folge auftretende Strukturelemente besitzt, oder der Größe der Strukturelemente der zweiten der beiden gitterartigen Strukturen; gekennzeichnet dadurch, daß sie umfaßt:

.eine Lichtquelle (14·);

ein optisches System (15 bis 19)? das zwischen der Licht-quelle (14) und einer die erste und die zweite' gitterartige Struktur (11, 12) umfassenden Bauelementanordnung untergebracht wird und die Aufgabe hat, auf die erste gitterartige Struktur (11) im wesentlichen parallele Lichtstrahlen auftreffen zu lassen, welche einen Durchmesser haben, der größer als die 'Teilungsabstände der Strukturelemente der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur (11, IPj ist, wobei das optische System entsprechend konstruiert wird, um den Einfallswinkel der im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen, unter dsm diese auf die erste gitterartige Struktur auftreffen, variieren zu können;

ein Fotodetektorbauelement (24) für die Ermittlung des Lichtes, das durch die Bauelementanordnung, welche die erste und die zweite gitterartige Struktur umfaßt, hindurchgelassen worden ist, zum Zwecke der Erzeugung eines elektrischen Signales mit einer Amplitude, welche der durch die genannte Bauelementancrdnung hindurchgelasser.en Lichtmenge entspricht; und

eine Signalverarbeitungseinheit (30) zur Steuerung des optischen Systems für die Variation des Einfallswinkels, unter dein die im wesentlichen parallelen Lichtstrahlen auf

die erste gitterartige Struktur (11) auftreffen, und zur Bestimmung einer Meßgröße der die erste und die zweite gitterartige .Struktur umfassenden Bauelementanordnung auf der Grundlage des von gsüi Jotüdetektorbauelement (24-) empfangenen elektrischen Signales, dessen Amplitude sich in Abhängigkeit von der Variation des Einfallswinkels, der parallelen Lichtstrahlen periodisch verändert.
2. Vorrichtung nach Punkt 1; gekennzeichnet dadurch, daß die erste und die zweite gitterartige Struktur eine Schattenmaske (11) beziehungsweise ein Bildschirmträger (12) einer Farbbildwiedergaberöhre sind,\wobei die Schattenmaskeeine Struktur von in zyklischer Folge auftretenden Schlitzen aufweist, während der Bildschirsträger eine Struktur von in zyklischer Folge auftretenden schwarzen-Streifen (13) aufweist, welche auf der inneren Oberfläche des 3ildschirmträg:ers ausgebildet sind.

3- Vorrichtung nach runkt Λ\ ^gekennzeichnet dadurch, daß die Signalverarbeitungseinheit (30) entsprechend ausgelegt wird, um den Abstand 'zwischen der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur (11, 12) auf der Grundlage des Betrages der Variation des Einfallswinkels der parallelen Lichtstrahlen, unter welchem diese auf die erste der .gitterartigen Strukturen (11) auftreffen, durch das optische System über Έ Zyklusperioden des' von dem genannten Fotodetekt or baue le se nt- (24·) erzeugten elektrischen .Signales zu messen (wobei Sf ein ganzsähliger Wert ist)..

4-. Vorrichtung nach Punkt 3? gekennzeichnet dadurch, daß sie außerdem Vorricbtungselemente für die Ermittlung der Variation des Einfallswinkels (20 bis 23, 25, 28,' 29) einschließt, die mit dem genannten optischen System entsprechend optisch gekoppelt sind, um jedesmal, wenn der Einfallswinkel der parallelen Strahlen, die über das.genannte optische System auf die erste gitterartige Struktur auftreffen, um einen vorher festgelegten Betrag variiert, einen

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Sinzelimpuls ("Eins¹'-Signal) zu erzeugen; und weiterhin gekennzeichnet dadurch, daß die Signalverarbeitungseinheit (30) entsprechend ausgelegt wird, um von den Vorrichtungseletnenten für die Ermittlung der Variation des Einfallswinkels erzeugte Impulse über die ϊΤ Zykiusperiodan des von dem Fotodetektorbauelement (24·) erzeugten elektrischen Signales za zählen, um auf diese Weise den Abstand zwischen der ersten und der zweiten gitterartigen Struktur zu. bestimmen.

.5- Vorrichtung nach Funkt M-; gekennzeichnet dadurch, daß das genannte optische System einen halbdurchlassigen Spiegel (16) für die Aufteilung eines Lichtstrahlenbündels von einer Lichtquelle (14-) in einen ersten und einen zweiten Lichtanteil sowie einen Galvanometerspiegel (18) für die Variation des Winkels des Einfalls der parallelen Lichtstrahlen auf die erste der gitterartigen Strukturen einschließt, wobei der- Galvanometerspiegel eine erste und eine zweite reflektierende Oberfläche besitzt und wobei das optische System entsprechend angeordnet wird, um den ersten Lichtanteil von dem halbdurchlässigen Spiegel (16) durch die erste reflektierende Oberfläche des GalvanometerSpiegels (18) in Richtung der die erste und die zweite gitterartige Struirtur umfassenden Bauelementanordnuns; umzulenken und um den zweiten Lichtanteil von dem halbdurchlässigeη Spiegel (16) zu den Yorrichtungselementen für die Ermittlung der Variation des Einfallswinkels hin zu reflektieren; und daß die genannten Vorrichtungselemente für die Ermittlung der Variation des Einfallswinkels eine Skale (23) > welche an der Stelle angeordnet wird, an welcher sich der zweite Lichtanteil in einem Brennpunkt vereinigt, und lichtstreuende Graduie.ru.ngen mit einem vorher festgelegten Teilungsintervall aufweist, sowie Schaltungselemente (25? 28, 29) einschließt, die mit der Skale (23) in der 'weise gekoppelt sine, daß .jedesmal ein Ausgangsimpuls erzeugt wird, ?/enn der zweite Lichtanteil auf der Scale (23) '-im einen vorher festgelegten Abstand verschoben wird, welcher dem vorher festgelegten Teilungsintervall der Graduierungen entspricht
6. Vorrichtung nach Punkt.1; gekennzeichnet dadurch, daß die Signalverarbeitungseinheit (30) entsprechend ausgelegt wird, am einen Maximalwert und einen Minimalwert des von dem Fotodetektor (24-) erzeugten elektrischen Signales über einen Periodenzyklus desselben zu ermittein, das Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dem Minimaiwert zu errechnen und die Größenabmessung der Strukturelemente (13) der z?/eiten gitterartigen Struktur (12) auf der Grundlage des rechnerisch ermittelten Verhältnisses zu bestimmen.
7. Vorrichtung nach Punkt 6; gekennzeichnet dadurch, d die Signalverarbeitungseinheit (30) einen Speicher (302) für die Speicherung einer Wertetabelle einschließt, welche eine zuvor durch Messung bestimmte Beziehung des Verhältnisses zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des elektrischen Signales und der Größenabmessung der Strukturelemente (13) der zweiten gitterartigen Struktur (12) wiedergibt, und daß die Gr ößenab ines sung der Struktur elemente der der Messung unterzogenen zweiten gitterartigen Struktur von einem Speicherplatz des Speichers (3O2) abgerufen wird, zu dessen Adressierung das errechnete Verhältnis zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert des elektrischen Signales verwendet wird.

S, Vorrichtung nach Punkt 1; gekennzeichnet dadurch, daß das optische .System einen Galvanometerspiegel (18 a), welcher die Aufgabe hat,, das von der Lichtquelle einfallende Licht auf die Bauelementanordnung, welche die erste und die zweite gitterartige Struktur umfaßt, zu richten; ein erstes Sammellinsensystem (19), das zwischen dem Galvanometerspiegel (18 a) und der Bauelementanordnung, welche die erste und die zweite gitterartige Struktur umfaßt, angeordnet wird-und einen ersten Brennpunkt auf der Seite des Galvanometerspiegels (13 a) hat; sowie ein zweites Linsensystem (5Qa, 50 b) einschließt, das zwischen der Lichtquelle (41) und dem Galvanometerspiegel (18 a) angeordnet wird, um zu ermöglichen, daß das Licht nach seiner Umlenkung durch den

- 3.7- -

Galvanometerspiegel (18 a) in dem ersten Brennpunkt des ersten Sammellinsensystenis (19) fokussiert wird, damit parallele Lichtstrahlen auf die erste und die zweite gitterartige Struktur (11, 12) auftreffen.

Q₀ Vorrichtung nach Punkt 2; gekennzeichnet dadurch, daß
die Schattenmaske (11) Schlitze aufweist, die mit einem
Teilungsabstand F ausgebildet sind, und daß auf den BiIdschirnrträ.ger (12) ein Leuchtphosphorschirm aufgebracht ist, der eine Struktur von schwarzen Streifen (13) aufweist, die mit einem Teilungsabstand von 1/3 P ausgebildet sind,

10, 'Torrichtung nach Funkt 1; gekennzeichnet dadurch, daß
die Lichtquelle (14-) eine Laserstrahlenquelle ist.

- Hierzu 10 Blatt Zeichnungen -