(57)【要約】【課題】陰極構体と第１制御電極とを組み付ける際の電子銃の組み立て精度を高める。【解決手段】電子を放出する陰極１を有する陰極構体３と、陰極１からの電子放出を制御する第１制御電極６とを組み付ける際に用いられる電子銃の組み立て方法として、第１制御電極６と陰極１とを対向させて両者の距離を設定する場合に、第１制御電極６の電極面に対する光学系の焦点合わせと陰極１の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを画像処理オートフォーカスユニット１２を用いて行うことにより、測定のばらつきを低減する。【選択図】　　　　図１
2004146141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する陰極を有する陰極構体と、前記陰極からの電子放出を制御する第１制御電極とを組み付ける際に用いられる電子銃の組み立て方法であって、
前記第１制御電極と前記陰極とを対向させて当該第１制御電極と当該陰極との距離を設定する場合に、前記第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと前記陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを画像処理オートフォーカスユニットを用いて行う
ことを特徴とする電子銃の組み立て方法。
【請求項２】
前記第１制御電極は、一つの陰極線管に対して複数のビーム通過孔を有するものであって、
前記画像処理オートフォーカスユニットを用いた前記陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを、前記陰極構体を軸廻りに回転させて複数回行うことにより、前記第１制御電極の電極面とこれに対向する前記陰極の電子放出面とがほぼ平行になる前記陰極構体の回転角度を算出し、この回転角度にしたがって前記陰極構体の回転位置を設定する
ことを特徴とする請求項１記載の電子銃の組み立て方法。
【請求項３】
電子を放出する陰極を有する陰極構体と、前記陰極からの電子放出を制御する第１制御電極とを組み付ける際に用いられる電子銃の組み立て装置であって、
前記第１制御電極を保持する第１の保持手段と、
前記第１の保持手段に保持された前記第１制御電極に前記陰極が対向する状態で前記陰極構体を保持する第２の保持手段と、
前記第１の保持手段で保持された前記第１制御電極と前記第２の保持手段で保持された前記陰極構体の前記陰極とを対向させて当該第１制御電極と当該陰極との距離を設定する場合に、前記第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと前記陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを行う画像処理オートフォーカスユニットと
を備えることを特徴とする電子銃の組み立て装置。
【請求項４】
前記第１制御電極は、一つの陰極線管に対して複数のビーム通過孔を有するものであって、
前記第２の保持手段に保持された前記陰極構体を軸廻りに回転させる回転手段と、
前記回転手段で前記陰極構体を軸廻りに回転させて前記画像処理オートフォーカスユニットにより前記陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを複数回行ったときに、前記第１制御電極の電極面とこれに対向する前記陰極の電子放出面とがほぼ平行になる前記陰極構体の回転角度を算出し、この回転角度にしたがって前記回転手段を駆動することにより前記陰極構体の回転位置を設定する設定手段と
を具備することを特徴とする請求項３記載の電子銃の組み立て装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子銃の組み立て方法及び組み立て装置に関し、特に、陰極構体と第１制御電極とを組み付ける際に用いられる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インライン形の電子銃は、水平方向にインライン上に配列される複数の電子ビームを出射するための陰極（カソード）と、この陰極と対向する位置にビーム通過孔を有する第１制御電極（第１グリッド電極）とを備えている。
【０００３】
図４は電子銃の部分的な構造例を示すもので、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその平面図である。図示のように電子銃の陰極１は、この陰極１を先端部で保持しかつ陰極１を加熱する発熱体（ヒータ）が内装される筒状体（以下、スリーブという）２とともに陰極構体３を構成している。陰極構体３はスリーブホルダー４に保持されている。また、スリーブホルダー４はホルダー固定部材（絶縁物）５に固定され、このホルダー固定部材５を介して陰極構体３が第１制御電極６に組み付けられる構成になっている。第１制御電極６は、これに隣接する第２制御電極７や図示せぬ他の制御電極とともにビードガラスに一体に固着されるものである。
【０００４】
一般に、カラー陰極線管の電子銃では、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）といった光の３原色に対応する陰極構体３を各色毎に備えている。また、電子銃の第１制御電極６には、図４（Ｂ）に示すように、一つの陰極１に対して一つのビーム通過孔（電子ビームが通過する孔）８が設けられているのが一般的である。この種の電子銃を組み立てる場合は、第１制御電極６に陰極構体３を組み付けるにあたって、第１制御電極６と陰極１との距離を予め設定された基準距離（目標値）に合わせるための位置調整（照合）が行われる。
【０００５】
また一方では、単一の陰極の電子放射能力を超えることなく高電流密度の電子ビームを形成し、かつ陰極の駆動電圧を低減するために、一つの陰極に対して複数のビーム通過孔を有する第１制御電極を採用し、これによって一つの陰極から複数の電子ビームを取り出す方式（以下、マルチビーム方式）の電子銃も知られている。
【０００６】
マルチビーム方式の電子銃では、第１制御電極の各ビーム通過孔とこれに対向する陰極の電子放出面との距離が、カットオフ特性、ドライブ特性、電子ビームのクロスオーバ等に大きな影響を与える。そのため、電子銃を組み立てる際には、第１制御電極の各ビーム通過孔と陰極の電子面との距離をできるだけ均一に設定する必要がある。
【０００７】
一般的な電子銃の組み立て工程では、陰極構体を保持する陰極保持部材（スリーブホルダー、ホルダー固定部材等）を予め第１制御電極に組み付けた状態で、組み立ての完了した陰極構体を陰極保持部材に挿入し、溶接等により固定している。
【０００８】
しかしながら、陰極構体の組み立て時には、陰極自体の寸法誤差やスリーブの寸法誤差などにより、陰極が傾いた状態で取り付けられることがある。また、陰極保持部材に陰極構体を挿入する場合、両者の間（嵌合部分）に所定のクリアランスを確保する必要があるため、陰極構体が傾いた状態で挿入されることがある。さらに、第１制御電極の電極面がプレス加工で傾いて形成されることもある。
【０００９】
そうした場合、第１制御電極と陰極構体の組み付け時において、第１制御電極と陰極との平行度が悪化してしまう。その結果、一つの陰極とこれに対応する第１制御電極の各ビーム通過孔との距離が不均一になり、先述した電子銃の動作特性（カットオフ特性、ドライブ特性等）が劣化してしまう。
【００１０】
そこで本出願人は、陰極を有する陰極構体と一つの陰極に対して複数のビーム通過孔を有する第１制御電極とを組み付けるにあたって、陰極構体を軸周りに回転させて、第１制御電極の各ビーム通過孔と陰極のビーム出射面との距離を測定し、その測定結果に基づいて、各ビーム通過孔とビーム出射面との距離の差が最小となる条件で陰極構体の回転位置を設定する技術を提案している（特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２５０４７６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、第１制御電極と陰極との距離を設定するためのフォーカスユニットとして、レーザ光を用いたレーザオートフォーカスユニットを使用しているため、表面が粒状となる多孔質の陰極の電子放出面で光学系の焦点合わせを行う場合に、陰極表面の微小な凹凸の影響で測定誤差が生じやすいという難点があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、陰極構体と第１制御電極とを組み付ける際の電子銃の組み立て精度を高めることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子を放出する陰極を有する陰極構体と、陰極からの電子放出を制御する第１制御電極とを組み付ける際に用いられる電子銃の組み立て方法であって、第１制御電極と陰極とを対向させて当該第１制御電極と当該陰極との距離を設定する場合に、第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを画像処理オートフォーカスユニットを用いて行うものである。
【００１５】
また本発明は、電子を放出する陰極を有する陰極構体と、陰極からの電子放出を制御する第１制御電極とを組み付ける際に用いられる電子銃の組み立て装置であって、第１制御電極を保持する第１の保持手段と、この第１の保持手段に保持された第１制御電極に陰極が対向する状態で陰極構体を保持する第２の保持手段と、第１の保持手段で保持された第１制御電極と第２の保持手段で保持された陰極構体の陰極とを対向させて当該第１制御電極と当該陰極との距離を設定する場合に、第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを行う画像処理オートフォーカスユニットとを備えるものである。
【００１６】
上記電子銃の組み立て方法及び組み立て装置においては、第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを画像処理オートフォーカスユニットを用いて行うことにより、測定対象部となる電極面や電子放出面の表面状態に左右されることなく、測定対象部の位置を測定することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態においては、上記従来技術で挙げた構成要素と同様の部分に同じ符合を付して説明することとする。
【００１８】
図１は本発明の実施形態に係る電子銃の組み立て装置を示す概略図である。図示した電子銃の組み立て装置は、測定部１０とワーク保持部１１とが上下に対向する状態で配置されている。測定部１０は、画像処理オートフォーカスユニット（以下、画像処理ＡＦＵと略称する）１２と、変位計測器１３と、昇降用モータ１４とを備えて構成されている。ワーク保持部１１は、第１の保持部１５と、第２の保持部１６と、回転用モータ１７と、昇降用モータ１８とを備えて構成されている。
【００１９】
演算処理装置１９は、予め設定された制御プログラムにしたがって装置全体の動作を制御するものである。この演算処理装置１９には、上述した画像処理ＡＦＵ１２、変位計測器１３、昇降用モータ１４、回転用モータ１７及び昇降用モータ１８がそれぞれ電気的に接続されている。
【００２０】
画像処理ＡＦＵ１２は、例えば、測定対象部に光を照射するための照明ランプ（光源）、測定対象部からの反射光を受光して画像信号を生成するＣＣＤセンサ等の撮像素子、測定対象部からの反射光を撮像素子の受光面で結像させるレンズ系、ハーフミラーや光学フィルタなどの光学部品、撮像素子が生成した画像信号を処理する画像処理部などを用いて構成されている。この画像処理ＡＦＵ１２は、図示しないＸＹステージによって水平２軸方向に移動可能に支持されている。また、画像処理ＡＦＵ１２は、図示しない支持機構によって上下方向に移動可能（昇降可能）に支持されている。そして、昇降用モータ１４が回転駆動すると、これにしたがって画像処理ＡＦＵ１２が昇降動作する構成となっている。
【００２１】
上記画像処理ＡＦＵ１２は、測定対象部（本形態では第１制御電極６と陰極１）に光（例えば、可視光）を照射するとともに、測定対象部からの反射光を撮像素子で受光して画像信号を生成し、この画像信号を用いた画像処理部のオートフォーカス処理により、測定対象部に光学系の焦点を合わせる。画像処理部のオートフォーカス処理では、昇降用モータ１４の駆動により、合焦位置を含む所定範囲内で画像処理ＡＦＵ１２を上昇動作又は下降動作させるとともに、この昇降動作中における測定対象部の画像信号を撮像素子で生成し、その画像信号の高周波成分が最も大きくなるところをフォーカスポイントとして検出する。そして、このフォーカスポイントに一致するように昇降用モータ１４を駆動して画像処理ＡＦＵ１２自身を昇降動作させる。
【００２２】
変位計測器１３は、画像処理ＡＦＵ１２による測定対象部の位置を測定するために、上下方向における画像処理ＡＦＵ１２の移動量（変位量）を高精度（例えば、サブミクロンオーダ）に検出するものである。変位計測器１３としては、例えば磁気式の変位計測用スケールを用いることができる。
【００２３】
第１の保持部１５は、第１制御電極６を保持するものである。第１の保持部１５は、例えば開閉式のクランパにより、スリーブホルダー４とホルダー固定部材５とともに第１制御電極６を水平状態に保持する。スリーブホルダー４とホルダー固定部材５は予め第１制御電極６と一体に組み付けられ、これによって得られたアセンブリ部品が第１の保持部１５によって保持される構成となっている。
【００２４】
第２の保持部１６は、陰極１及びスリーブ２からなる陰極構体３を保持するものである。第２の保持部１６は、その先端部（上端部）で陰極構体３のスリーブ２を受ける棒状のワーク受け部材２０を有している。また、第２の保持部１６は、図示せぬ支持機構によって上下方向に移動可能に支持されている。
【００２５】
ワーク受け部材２０の断面形状はスリーブ２の断面形状に合わせて円形となっている。また、ワーク受け部材２０の外径寸法は、スリーブ２の後端側（陰極１の取り付け部位と反対側）の内径寸法より僅かに小さく設定され、これによってワーク受け部材２０の先端部がスリーブ２に抜き差し可能に構成されている。
【００２６】
上記第１の保持部１５で第１制御電極６を保持する一方、上記第２の保持部１６で陰極構体３を保持した状態では、第１制御電極６と陰極１とが上下の位置関係で対向した状態となる。
【００２７】
回転用モータ１７は、図示せぬ動力変換機構（例えば、ベルト伝達、歯車伝達機構等）を介してワーク受け部材２０をθ方向に回転動作させるものである。昇降用モータ１８は、第２の保持部１６を回転用モータ１７と一体に昇降させることにより、上下方向で第１制御電極６と陰極１との距離を可変（調整）するものである。
【００２８】
続いて、本発明の実施形態に係る電子銃の組み立て方法を、演算処理装置１９からの制御指令に基づく組み立て装置の動作手順と合わせて説明する。なお、組み立ての対象となる電子銃の構成としては、例えば図２の（Ａ）の平面図及び（Ｂ）のＭ−Ｍ断面図で示すように、一つの陰極１に対して２つのビーム通過孔８Ａ，８Ｂを有する第１制御電極６を採用した場合を例に挙げて説明する。第１制御電極６は、ビーム通過孔８Ａ，８Ｂ近傍の電極面がプレス加工によって平面視円形の段付き状に凹んだ状態で形成されている。
【００２９】
先ず、スリーブホルダー４、ホルダ固定部材５及び第１制御電極６からなるアセンブリ部品（ワーク）を第１の保持部１５で保持するとともに、ワーク受け台２０の先端部にスリーブ２の後端部を挿入して陰極構体３（ワーク）を第２の保持部１６で保持する。このとき、ワーク受け台２０にセットされた陰極構体３は、第１の保持部１５による上記アセンブリ部品の保持位置よりも下方に退避した状態となる。
【００３０】
次に、演算処理装置１９からの制御指令に基づく昇降用モータ１８の駆動により第２の保持部１６が上昇し、これによって陰極構体３がスリーブホルダー４に挿入される。このとき、上下方向における陰極１の位置（高さ）は、この陰極１と第１制御電極６との間の距離が予め設定された基準距離（目標値）よりも大きくなるように調整される。
【００３１】
次いで、第１制御電極６に設けられた２つのビーム通過孔８Ａ，８Ｂの近傍で、この第１制御電極６の電極面に画像処理ＡＦＵ１２からの光を照射し、そこからの反射光を用いた上記オートフォーカス処理により、第１制御電極６の電極面に光学系の焦点を合わせるとともに、この状態（合焦状態）でＸＹステージの座標値と変位計測器１３の計測値を読み取る。これにより、水平方向における測定対象部の座標データと垂直方向における測定対象部の座標データとを対応付けた３次元の座標データ（Ｘ・Ｙ・Ｚ座標データ）が得られる。このとき、２つのビーム通過孔８Ａ，８Ｂの近傍で、第１制御電極６の電極面の複数箇所（図例ではＰ１〜Ｐ４の４箇所）を測定対象部とし、各々の測定対象部毎に３次元の座標データを取得する。
【００３２】
続いて、第１制御電極６の各々のビーム通過孔８Ａ，８Ｂを通して、陰極１の電子放出面（先端面）に画像処理ＡＦＵ１２からの光を照射し、その電子放出面からの反射光を用いた上記オートフォーカス処理により、陰極１の電子放出面に光学系の焦点を合わせるとともに、この状態（合焦状態）でＸＹステージの座標値と変位計測器１３の計測値を読み取ることにより、陰極１の電子放出面の２箇所Ｐ５，Ｐ６でそれぞれ３次元の座標データを取得する。
【００３３】
次に、演算処理装置１９からの制御指令に基づく回転用モータ１７の駆動により、ワーク受け台２０がθ方向の一方に回転し、この回転角度が９０度に達したところでワーク受け第２０が停止する。このとき、ワーク受け台２０の回転により、これと一体に陰極構体３が軸周りに回転させられる。このように陰極構体３を回転させたら、再び、第１制御電極６の各々のビーム通過孔８Ａ，８Ｂを通して、陰極１の電子放出面（先端面）に画像処理ＡＦＵ１２からの光を照射し、その電子放出面からの反射光を用いた上記オートフォーカス処理により、陰極１の電子放出面に光学系の焦点を合わせるとともに、この状態（合焦状態）でＸＹステージの座標値と変位計測器１３の計測値を読み取ることにより、陰極１の電子放出面の２箇所Ｐ５，Ｐ６でそれぞれ３次元の座標データを取得する。この場合、電子放出面上での測定対象部の位置は、陰極構体３を回転する前の後で９０度異なるものとなる。
【００３４】
続いて、第１制御電極６の電極面に光学系の焦点を合わせて読み取った４箇所分の座標データと、陰極構体３を回転させる前に陰極１の電子放出面に光学系の焦点を合わせて読み取った２箇所分の座標データと、陰極構体３を９０度回転させた後に陰極１の電子放出面に光学系の焦点を合わせて読み取った２箇所分の座標データとを用いて、例えば最小二乗法により演算処理装置１９で演算処理を行うことにより、第１制御電極６の電極面とこれに対向する陰極１の電子放出面とがほぼ平行になる回転角度を算出し、この算出した回転角度にしたがって回転用モータ１７を駆動することにより陰極構体３の回転位置を設定する。
【００３５】
これにより、例えば図３（Ａ）に示すように、陰極１の電子放出面に対して第１制御電極６の電極面が大きく傾いていた場合でも、上述のように算出した回転角度にしたがって陰極構体３を回転させることにより、図３（Ｂ）に示すように、第１制御電極６の電極面と陰極１の電子放出面とを平行に配置することができる。その結果、第１制御電極６のビーム通過孔近傍の電極面と陰極１の電子放出面との距離Ｌａ，Ｌｂの差分が最小となる条件で、陰極構体３の回転位置を設定することができる。
【００３６】
次いで、昇降用モータ１８を駆動することにより、第１制御電極６のビーム通過孔８Ａ，８Ｂ近傍の電極面と陰極１の電子放出面との距離Ｌａ，Ｌｂが、先述の基準距離に一致するように陰極１の位置（高さ）を調整する。この場合、陰極１と第１制御電極６との距離は予め基準距離よりも大きく設定されているため、ここでは陰極構体３を第１制御電極６に近づける方向で位置の調整が行われる。
【００３７】
その後、ワーク保持部材２０で陰極構体３を保持したままの状態で、スリーブ２をレーザ溶接等の固着手段によりスリーブホルダー４に固定する。これにより、第１制御電極６を含むアセンブリ部品と陰極構体３とが組み付けられるとともに、第１制御電極６と陰極１との位置関係が固定される。以上の組み付け作業は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応する陰極１ごとに行われる。
【００３８】
このように本実施形態においては、第１制御電極６と陰極１との距離を設定する場合に画像処理ＡＦＵ１２を用いて光学系の焦点合わせを行うため、測定対象部となる電極面や電子放出面の表面状態に左右されることなく、測定対象部の位置を精度良く測定することができる。これにより、第１制御電極６に陰極構体３を組み付ける際の組み立て精度を向上させることができる。その結果、電子銃の動作特性を安定させることができる。また、画像処理ＡＦＵ１２の採用により、１点又は多点あるいはエリア全体での焦点合わせによる位置の測定が容易に行えるようになる。
【００３９】
【表１】
2004146141.tif 000003
【００４０】
上記表１はレーザーオートフォーカスユニットを用いた場合と画像処理オートフォーカスユニットを用いた場合の測定の繰り返し再現性を調べた実験結果を示すものである。ここでは陰極の電子放出面を測定対象部として、それぞれのオートフォーカスユニットで光学系の焦点合わせによる位置の測定を１０回ずつ行った場合の繰り返し再現性を、標準偏差（Ｓｄｔ）と最大ばらつき（Ｒ）で示している。この実験結果から、オートフォーカスユニットとして画像処理オートフォーカスを使用することにより、レーザーオートフォーカスユニットを使用する場合に比較して、測定の繰り返し再現性がほぼ１／３に軽減されることが確認された。
【００４１】
【表２】
2004146141.tif 000004
【００４２】
また、実際の組み立て精度で比較してみた場合でも、上記表２に示すような実験結果が得られた。すなわち、組み立ての部品サンプル数をオートフォーカスユニットごとに２０個用意してそれぞれ部品の組み付けを行い、第１制御電極と陰極との距離Ｌａ，Ｌｂ（図３参照）とその差分について、目標値に対する平均値（Ａｖｅ）と標準偏差（Ｓｔｄ）を求めた。そうしたところ、オートフォーカスユニットとして画像処理オートフォーカスユニットを使用することにより、レーザーオートフォーカスユニットを使用する場合に比較して、目標値に対する寸法上のばらつきを１／３〜１／２程度に抑えられることが確認された。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、組み立ての対象となる電子銃の構成として、一つの陰極に対して複数のビーム通過孔を有する第１制御電極を備えたマルチビーム方式の電子銃を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、一つの陰極に対して一つのビーム通過孔を有する第１制御電極を備えた電子銃を組み立てる場合にも適用可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１制御電極の電極面に対する光学系の焦点合わせと陰極の電子放出面に対する光学系の焦点合わせを画像処理オートフォーカスユニットを用いて行うことにより、測定対象部となる電極面や電子放出面の表面状態に左右されることなく、測定対象部の位置を測定することができる。これにより、第１制御電極と陰極との距離を適切かつ高精度に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子銃の組み立て装置を示す概略図である。
【図２】組み立ての対象となる電子銃の構成例を示す図である。
【図３】陰極構体の回転位置を設定する前後の第１制御電極と陰極の配置状態を示す図である。
【図４】電子銃の部分的な構造例を示す図である。
【符号の説明】
１…陰極、３…陰極構体、６…第１制御電極、８Ａ，８Ｂ…ビーム通過孔、１２…画像処理オートフォーカスユニット、１５…第１の保持部、１６…第２の保持部、１９…演算処理装置
【図１】
2004146141.tif 000005
【図２】
2004146141.tif 000006
【図３】
2004146141.tif 000007
【図４】
2004146141.tif 000008