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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Inspektion einer
periodischen Struktur durch einen optischen Bildaufnehmer mit einer
Pixelstruktur, dessen aufgenommenes Bild insbesondere mittels einer
an sich bekannten Bildauswertung mit einem fehlerfreien Referenzbild
der periodischen Struktur verglichen wird, um beispielsweise Fehler
in der periodischen Struktur des aufgenommenen Bildes zu ermitteln.
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Die
Erfindung kann zur Inspektion von sehr feinen periodischen Strukturen
mit einer insbesondere im Vergleich zu der Gesamtfläche der
zu überprüfenden Oberfläche kleinen
Periode verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Überprüfung von Farbfiltern für LCD-Bildschirme
bei denen in periodischer Reihenfolge nebeneinander rote, gelbe
und grüne
Filterelemente angeordnet sind, durch deren selektive Hinterleuchtung
für den
Betrachter ein farbiges Bild erzeugt werden kann.
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Derartige
Strukturen sollen häufig
noch während
des Produktionsprozesses auf Fehlstellen untersucht werden. Ein
hierzu bekanntes Verfahren besteht darin, die zu überprüfenden Strukturen
aufzunehmen und mittels einer entsprechende Bildverarbeitung mit
fehlerfreien Referenzbildern dieser Strukturen zu vergleichen.
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Die
zur Bildaufnahme verwendeten optischen Bildaufnehmer, beispielsweise
CCD-Kameras, weisen aufgrund ihres Aufbaus selbst eine periodische
Pixelstruktur auf, auf der das aufzunehmende Bild mit der periodischen
Struktur abgebildet und in Pixel zerlegt digitalisiert wird. Solange
eine aufzunehmende periodische Struktur groß im Vergleich zu der Pixelauflösung des
optischen Bildaufnehmers ist, können Übergänge der
periodischen Struktur in dem aufgenommenen Bild einfach identifiziert
werden, da ein in der Aufnahme gleich erscheinender Bereich innerhalb
der Periode der aufzunehmenden Struktur auf einer großen Anzahl
von Pixeln des Bildaufnehmers abgebildet wird und ein Übergang
in der periodischen Struktur in einer im Vergleich dazu kleinen Anzahl
von Pixeln erfolgt. Die periodische Struktur wird also mit einer
hohen Auflösung
aufgenommen.
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Wenn
jedoch eine große
Fläche
mit einer im Verhältnis
zu der Flächenausdehnung
kleinen periodischen Struktur aufgenommen werden soll, lässt sich
eine für
eine optimale Bildauswertung erforderliche hohe Auflösung des
optischen Bildaufnehmers nur mit erheblichem gerätetechnischem Aufwand erreichen,
dessen Kosten meist nicht im Verhältnis zu der gewünschten Überwachungsaufgabe
stehen.
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Daher
werden in der Praxis für
die Überwachung
großflächiger Muster
mit kleinen periodischen Strukturen in der Regel optische Aufnahmeeinrichtungen
mit einer geringeren Auflösung
eingesetzt, so dass mit einer Aufnahmeeinrichtung große Teile
des zu inspizierenden Musters auf einmal erfasst werden können. Dies
hat jedoch zur Folge, dass ein Strukturelement der zu inspizierenden
periodischen Struktur auf einer in derselben Größenordnung liegenden Anzahl
von Pixeln der Aufnahmeeinrichtung abgebildet wird, beispielsweise
ein Strukturelement auf drei bis vier Pixeln. Durch die Überlagerung
der zu inspizierenden Struktur mit der ebenfalls periodischen Pixelstruktur
entstehen somit in dem aufgenommenen Bild Artefakte durch Sub-Pixel-Verschiebungen, wenn
das Periodenverhältnis
der zu inspizierenden periodischen Struktur und der Pixelstruktur
nicht exakt ganzzahlig sind und die Phasenlage nicht exakt konstant
ist. Da sich derartige Bedingungen in der Praxis kaum oder nur mit
immensem Aufwand erfüllen
lassen, hängt
der Wert in einem Pixel des aufgenommenen Bildes also stark von
der Phasenlage bei der Aufnahme ab, so dass ein unmit telbarer Vergleich
mit einem Referenzbild keine hinreichend genaue Aussage über das
Vorliegen eines Fehlers in der zu inspizierenden periodischen Struktur
erlaubt.
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Aus
der
DE 101 61 737
C1 ist ein Verfahren für
eine Erfassung eines Fehlers in einer periodischen Oberflächenstruktur
bekannt, bei dem der gemessene Ursprungswert wenigstens eines aktuellen Abschnitts
einer Periode mit wenigstens zwei weiteren gemessenen Ursprungswerten
von entsprechenden Abschnitten anderer Perioden der zu untersuchenden
Struktur verglichen wird. Dabei wird der Median der betrachteten
Ursprungswerte ermittelt und in einem Abbild als Wert des dem aktuellen
Abschnitt entsprechenden Abschnitts der periodischen Struktur gesetzt.
Dadurch wird aus Vergleichsabschnitten ein Abbild der periodischen
Struktur geschaffen, das im Wesentlichen einer idealen periodischen
Struktur entspricht, weil ein möglicher
Fehler durch den Austausch der ihn enthaltenen Abschnitte mit solchen Abschnitten,
die einer fehlerfreien Struktur entsprechen, ausgeblendet wird.
Aus dem so erzeugten idealen Abbild und den Ursprungswerten des
aufgenommenen Bildes wird ein Differenzbild gebildet, um Fehler
in der Struktur zu identifizieren.
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Durch
die Bildung des Medians werden Probleme aufgrund der Ermittlung
der Phasenlage teilweise herausgemittelt. Allein aufgrund der Phasenbeziehung
zwischen der periodischen Struktur und Pixelstruktur bei der Aufnahme
werden in der Praxis jedoch vermeintliche Fehler identifiziert,
die in der realen periodischen Struktur nicht vorkommen.
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In
der
US 5,513,275 A ist
beschrieben, bei dem für
den Vergleich des aufgenommenen Bildes mit einem Referenzbild kein
durch eine optische Aufnahmeeinrichtung aufgenommenes Referenzbild verwendet,
sondern nach der Erfassung eines Musters dessen periodische Struktur
rechnerisch bestimmt. Dies erfordert jedoch einen sehr hohen Rechenaufwand.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit
für die Inspektion
einer kleinen periodischen Struktur auf einer großen Fläche zu schaffen,
mit der Fehler in der periodischen Struktur zuverlässig erkannt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren und ein System gemäß den Ansprüchen 1 und
11 gelöst. Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorgesehen, dass in dem Referenzbild an mindestens einer oder
vorzugsweise mehreren Positionen die Phasenlage der in dem Referenzbild
abgebildeten periodischen Struktur zu der Pixelstruktur des optischen Bildaufnehmers
ermittelt und vorzugsweise zusammen mit dem Referenzbild abgespeichert
wird. Das aufgenommene Bild der zu inspizierenden Oberfläche wird
dann in Inspektionsbereiche eingeteilt. Für jeden Inspektionsbereich
wird die Phasenlage der in dem Inspektionsbereich abgebildeten periodischen Struktur
zu der Pixelstruktur des Bildaufnehmers ermittelt, mit dem insbesondere
auch in vergleichbarer Anordnung das Referenzbild aufgenommen sein kann.
Für einen
Vergleich eines Inspektionsbereichs mit dem Referenzbild wird ein
entsprechender Referenzbildbereich ausgewählt, dessen Phasenlage mit der
Phasenlage des Inspektionsbereichs korrespondiert. Die Größe des Referenzbildbereichs
wird dabei vorzugsweise an die Größe des Inspektionsbereichs angepasst.
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Durch
die Ermittlung der Phasenlage der in einem Inspektionsbereich abgebildeten
periodischen Struktur zu der Pixelstruktur des optischen Bildaufnehmers,
die mit dem Fachmann geläufigen
Verfahren durchgeführt
werden kann, ist es möglich,
einen Referenzbildbereich in dem Referenzbild auszuwählen, der
die gleiche oder zumindest eine sehr ähnliche Phasenlage hat. Dadurch
werden die Einflüsse der
unterschiedlicher Phasenlagen zwischen der Pixelstruktur und der
zu inspizierenden periodischen Struktur bei dem Vergleich des aufgenommenen Bilds
mit dem Referenzbild auf einfache Weise ohne großen Aufwand eliminiert, so
dass Fehler mit großer Zuverlässigkeit
erkannt werden können.
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Für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zur Auswahl des Referenzbildbereichs
eine Position des Referenzbilds ausgewählt wird, deren Phasenlage
die kleinste Phasendifferenz zu der Phasenlage des Inspektionsbereichs
aufweist. Dabei können je
nach Beschaffenheit der zu inspizierenden Struktur die verschiedenen
Phasenrichtungen, bspw. in X-Richtung und Y-Richtung, unterschiedlich
gewichtet werden, insbesondere wenn scharfe Konturen in einer Phasenrichtung
vorliegen, die einen großen
Effekt auf die Auswertung der Pixel haben. Grundsätzlich können die
verschiedenen Phasenrichtungen in dem Bild jedoch auch gleich gewichtet
werden.
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Wenn
ein Inspektionsbereich und ein Referenzbildbereich immer gleich
groß gewählt werden, können an
jeder Position, an welcher die Phasenlage der periodischen Struktur
in dem Referenzbild bestimmt wird, ein entsprechender Referenzbildbereich als
Bild und/oder Position in einem Bild und die dazugehörige Phasenlage
abgespeichert werden. Wenn diese Informationen in einem Speicher
abrufbar sind, kann die für
den Vergleich benötigte
Zeit verkürzt
und damit die Inspektionsgeschwindigkeit insgesamt erhöht werden.
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Zur
Speicherung des Referenzbildbereichs und der Phasenlage ist es insbesondere
vorteilhaft, eine Tabelle abzuspeichern, in welche die Phasenlagen
in verschiedenen Phasenrichtungen und die Position eines definierten
Punkts aus dem Referenzbildbereich, beispielsweise eine definierte
Ecke, gespeichert werden. Die Tabelle kann suchoptimiert so organisiert
sein, dass die Suche nach den Tabelleneinträgen mit den kleinsten Phasendifferenzen
in den verschiedenen Phasenrichtungen, insbesondere der X- und der
Y-Richtung, mit minimaler Suchzeit gelingt. Eine derartige, diskrete
Tabelle erlaubt eine beson ders schnelle Zuordnung geeigneter Referenzbildbereiche
zu einem Inspektionsbereich.
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Es
ist besonders vorteilhaft, wenn in dem Referenzbild die Phasenlage
der periodischen Struktur zu der Pixelstruktur an jeder sich wiederholenden
Periode der periodischen Struktur ermittelt wird. Dadurch wird das
gesamte Referenzbild abgedeckt, so dass die Ermittlung nahezu aller
praktisch vorkommenden Phasenlagen möglich wird und eine sehr gute Übereinstimmung
der Phasenlagen zwischen Referenzbildbereich und Inspektionsbereich
erreicht werden kann. Grundsätzlich
wäre es
zwar auch möglich,
nach einer einmaligen Bestimmung der Phasenlage in einem Referenzbild
die Phasenlage an jeder Periode der periodischen Struktur zu berechnen.
Da es in der Praxis zusätzlich
jedoch auch nicht-periodische Phasenschwankungen gibt, die beispielsweise durch
Ungenauigkeiten beim Transportsystem während des Bildeinzugs entstehen
können,
ist es vorteilhaft, die Phasenlagen an jeder Periode gesondert zu bestimmen.
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Um
bspw. Abbildungsfehler des optischen Bildaufnehmers zu minimieren,
kann ein Referenzbildbereich zum Vergleich mit dem Inspektionsbereich
herangezogen werden, der insbesondere bezogen auf den Bildausschnitt
des durch den Bildaufnehmer aufgenommenen Gesamtbilds in räumlicher Nähe zu dem
Inspektionsbereich liegt. Diese Auswahl kommt vorzugsweise dann
zum Tragen, wenn für
einen Inspektionsbereich mehrere Referenzbildbereiche mit vergleichbar
guter Phasenlage zur Verfügung
stehen. Der prinzipiell vorteilhaften Vorgabe einer möglichst
unmittelbaren räumlichen
Nachbarschaft von Referenzbildbereich und Inspektionsbereich in
dem Gesamtbild wird zugunsten der Phasengenauigkeit erfindungsgemäß jedoch
eine niedrigere Gewichtung gegeben. Eine gemeinsame Bewertung der
Phasenübereinstimmung
mit untergeordneter Gewichtung der räumlichen Nachbarschaft der
zu vergleichenden Bereiche kann durch Definition einer Qualitätsfunktion
erfolgen.
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Es
ist grundsätzlich
vorteilhaft, wenn der Inspektionsbereich nicht das gesamte aufgenommene Bild
abdeckt, sondern einen Ausschnitt des aufgenommenen Bilds auswählt, weil
sich in kleineren Bildausschnitten optische Abbildungsfehler des
Bildaufnehmers oder nicht-periodische Phasenschwankungen beispielsweise
aufgrund von Ungenauigkeiten bei dem Transportsystem weniger stark
auswirken, so dass für
diese Inspektionsbereiche konstante Verhältnisse angenommen werden können.
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Wenn
der Inspektionsbereich deutlich kleiner gewählt wird als der Ausschnitt
des aufgenommenen Bilds, können
der Referenzbildbereich und der Inspektionsbereich erfindungsgemäß auch aus
demselben aufgenommenen Bild stammen.
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Um
eine Fehlerfreiheit der Referenzbildbereiche sicherstellen zu können, kann
erfindungsgemäß vorgesehen
werden, dass ein Referenzbildbereich durch Vergleich mit anderen
Referenzbildbereichen entsprechend dem vorbeschriebenen Verfahren
auf Fehlerfreiheit überprüft wird.
Dies ist besonders vorteilhaft, weil bei dem oben beschriebenen Verfahren
auch ein aufgenommenes Referenzbild nicht frei von lokalen Fehlern
sein muss. Die Prüfung kann
beispielsweise derart durchgeführt
werden, dass nach Erzeugung einer Referenz-Phasentabelle mit den abgespeicherten
Referenzbildbereichen eine Selbstprüfung jedes Referenzbilds analog
zu einer normalen Inspektion durchgeführt wird. Im Falle eines lokalen
Defekts kann in einem weiteren Vergleich dann die genaue Position
des lokalen Defekts festgestellt und so der Ausschnitt des Referenzbilds,
der den lokalen Defekt enthält,
von der Referenz-Phasentabelle gelöscht werden. Auf diese Weise
kann eine Fehlerfreiheit der verwendeten Referenzbildbereiche erreicht
werden.
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Um
eine dynamische Referenzbildbereichsverwaltung zu erreichen, können erfindungsgemäß auch als
fehlerfrei erkannte Inspektionsbereiche anschließend als Referenzbildbereiche
verwendet und insbesondere mit der Phaselage beispielsweise in der
Referenz-Phasentabelle abgespeichert werden. Um im Vergleich jeweils
möglichst
aktuelle Referenzbildbereiche heranzuziehen, kann die Verwaltung
in Form eines First-In-First-Out-Speichers (FIFO) organisiert sein,
so dass jeweils ältere
Referenzbildbereiche sukzessive mit dem Auffüllen im laufenden Inspektionsbetrieb
gelöscht
werden. Eine dynamische Referenzbild-Verwaltung erlaubt auch einen Start des
erfindungsgemäßen Inspektionssystems
mit nur wenigen gespeicherten Referenzbildbereichen und einem selbstlernenden
System.
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Alternativ
oder zusätzlich
zu der Aufnahme eines Referenzbilds kann ein Referenzbild auch aus mehreren,
insbesondere aufgenommenen Referenzbildbereichen berechnet werden.
Dies kann so erfolgen, dass aus mehreren aufgenommenen Referenzbildern
bzw. Referenzbildbereichen in verschiedener Phasenlage ein mathematisches
Modell für
den Zusammenhang zwischen Phasenlage und entsprechendem Bild berechnet
wird. Dann kann bei der Inspektion für jede tatsächlich auftretende Phasenlage das
Referenzbild berechnet werden, um eine vergleichbare Phasenlage
zwischen dem Referenzbildbereich und dem Inspektionsbereich zu erhalten.
In diesem Fall kann in dem Referenzbild die Phasenlage der optischen
Struktur zu der Pixelstruktur des optischen Bildaufnehmers an einer
Position also durch Berechnung ermittelt und für den Vergleich mit dem Inspektionsbereich
herangezogen werden.
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Der
eigentliche Bildvergleich eines Inspektionsbereichs mit einem Referenzbildbereich
erfolgt erfindungsgemäß vorzugsweise
durch eine Subtraktion oder Division der gleichgroßen, in
ihrer Phasenlage übereinstimmenden
Bereiche. Dann ist das Resultat ein Bild gleicher Intensität, das nur
bei Vorliegen lokaler Defekte Abweichungen zeigt, die mit bekannten
Methoden der Bildverarbeitung einfach erkannt und weiter verarbeitet
werden können.
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Erfindungsgemäß bezieht
sich die Erfindung auch auf ein System zur Inspektion einer periodischen
Struktur mit einem optischen Bildaufnehmer mit einer Pixelstruktur
zur Aufnahme von Bildern der periodischen Struktur und einer Bildverarbeitung
mit Speicher. Die Bildverarbeitung ist erfindungsgemäß derart
eingerichtet, dass in einem insbesondere aufgenommenen Referenzbild
an mindestens einer oder mehreren Positionen die Phasenlage der
optischen Struktur zu der Pixelstruktur des optischen Bildaufnehmers
ermittelt wird, dass das aufgenommene Bild in Inspektionsbereiche
eingeteilt und für
jeden Inspektionsbereich die Phasenlage der periodischen Struktur
zu der Pixelstruktur des optischen Bildaufnehmers ermittelt wird
und dass für
den Vergleich eines Inspektionsbereichs mit dem Referenzbild ein Referenzbildbereich
ausgewählt
wird, dessen Phasenlage mit der Phasenlage des Inspektionsbereichs korrespondiert.
Natürlich
können
erfindungsgemäß in der
Bildverarbeitung auch die weiteren Verfahrensschritte und -varianten
des vorbeschriebenen Verfahrens implementiert sein.
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Dazu
kann die Bildverarbeitung ein Field-Programmable-Gate-Array (FPGA)
aufweisen, in dem die einzelnen Verfahrensschritte berechnet werden.
Die Referenzbilder und/oder Referenzbildbereiche können dann
beispielsweise in einem direkt mit den Field-Programmable-Gate-Array
verbundenen Speicher abgelegt sein. Eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit
kann dadurch erreicht werden, dass die Referenzbilder und/oder Referenzbildbereiche
mit der zugehörigen
Phasenlage in den Field-Programmable-Gate-Array selbst mit abgespeichert
sind, weil dadurch die Zugriffszeiten insgesamt verkürzt werden.
Dabei ist es besonders platzsparend, wenn die Bilddaten des Referenzbildes
nur genau einmal und die Referenzbildbereiche durch Angabe der Position
(X, Y) gespeichert werden, welche mit den Pixeln in dem Referenzbild
korreliert sind. Aus der Position (X, Y) und der gewünschten
Größe des Bereichs
kann der Referenzbildbereich dann einfach in dem gespeicherten Referenzbild
ausgewählt werden.
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Der
besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass
bei dem Vergleich zwischen einem aufgenommenen Inspektionsbereich mit
einem Referenzbildbereich die Phasenlage zwischen der zu untersuchenden
periodischen Struktur und der Pixelstruktur des Bildaufnehmers berücksichtigt
wird, so dass unterschiedliche Phasenlagen in dem Referenzbildbereich
und dem Inspektionsbereich nicht mehr zu Artefakten führen, die
fälschlicher Weise
vermeintliche Fehlstellen in der periodischen Struktur anzeigen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben
sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich
dargestellten Merkmale für
sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, unabhängig
von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
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Es
zeigen:
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1 das
Bild einer zu inspizierenden periodischen Struktur und einer zugeordneten
Bildzeile eines optischen Bildaufnehmers;
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2 ein
Referenzbild gemäß der vorliegenden
Erfindung, in dem die Phasenlage zwischen der zu inspizierenden
periodischen Struktur und der Pixelstruktur des Bildaufnehmers bestimmt
wird;
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3 die
Zuordnung von Referenzbildbereichen zu Inspektionsbereichen in einem
aufgenommenen Bild und
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4 eine
aufgenommene Bildzeile einer periodischen Struktur mit dem Vergleich
eines bekannten Auswerteverfahrens zu dem erfindungsgemäßen Auswerteverfahren.
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In 1 ist
eine periodische Struktur 1 dargestellt, die durch einen
optischen Bildaufnehmer inspiziert werden soll. In horizontaler
Richtung weist die periodische Struktur P1 bis Pn Perioden auf,
die im Vergleich zu der Gesamtfläche
des zu inspizierenden Musters mit der periodischen Struktur 1 klein
ist. Der optische Bildaufnehmer, mit dem die periodische Struktur 1 aufgenommen
ist, weist seinerseits eine Pixelstruktur 2 auf, die seiner
Auflösung
entspricht. Ein Pixel ist durch die Breite eines Eintrags in der
Pixelstruktur 2 gegeben. Die dargestellte Pixelstruktur 2 entspricht
einer horizontalen Bildzeile 3 in der periodischen Struktur 1.
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Die
periodische Struktur 1 besteht aus drei benachbarten Bereichen
B1, B2 und B3 unterschiedlicher Helligkeit, die sich mit der Periode
Pi, i = 1 bis n wiederholen. Diese Bereiche B1, B2 und B3 finden sich
in der als Intensitätsdarstellung
gezeigten Pixelstruktur 2 durch Peaks unterschiedlicher
Höhe, die sich
im Wesentlichen periodisch wiederholen.
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Eine
bekannte, klassische Methode zur Inspektion derartiger Strukturen 1 liegt
in einem Vergleich mit einem abgespeicherten Sollmuster. Dies ist
jedoch dann sehr schwer zu realisieren, wenn feine Strukturen von
beispielsweise wenigen um Größe auf vergleichsweise
großen
Flächen
von 1 bis 2 m2 aufgebracht sind, weil dann
eine sehr große
Datenmenge abgespeichert werden müsste. Deshalb wurden für periodische
Strukturen Verfahren entwickelt, bei denen die umliegenden Strukturelemente
als Muster für
das zu inspizierende Strukturelement benutzt werden, damit nicht
das gesamte Muster als Referenzbild abgespeichert werden.
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Der
klassische Algorithmus für
diese Inspektion ist ein Vergleich jedes einzelnen Pixels mit dem Mittelwert
der beiden mit dem Periodenabstand P korrespondierenden Pixel der
vorangehenden bzw. nachfolgenden Periode. Dabei wird beispielsweise ein
Fehler angenommen, wenn das zu überprüfende Pixel
zu stark von diesem Mittelwert abweicht. Betrachtet man die Pixelstruktur 2 in 1 genauer,
ist festzustellen, dass in den einzelnen Perioden P1 bis Pn Unterschiede
in der Struktur der den Bereichen B1, B2 und B3 entsprechenden Peaks
vorliegen. Diese kommen daher, dass die Phasenlage der zu inspizierenden
periodischen Struktur P1 und die Pixelstruktur 2 in jeder
Periode P1 bis Pn unterschiedlich ist. Die Pixelstruktur 2 ist
durch die Auflösung
des optischen Bildaufnehmers vorgegeben, welche in der Pixelstruktur 2 durch
die Länge
des kleinsten horizontalen Eintrags in dem Intensitätsverlauf
abzulesen ist.
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Die
Intensität
eines Pixels bei dem Übergang von
einem Bereich B1 in einen Bereich B2 hängt davon ab, wie weit das
eine Pixel der Pixelstruktur 2 noch dem jeweiligen Bereich
zugeordnet werden kann bzw. bereits in einem Zwischenbereich liegt. Wenn
ein phasenrichtig aufgenommenes Bild als Referenzbild vorliegen
würde oder
eine Transformation in die richtige Phasenlage durchgeführt würde, könnte die
Inspektion durch einen einfachen Vergleich zwischen dem Referenzbild
und dem aufgenommenen Bild erreicht werden. Dies wird mit dem durch
die Erfindung vorgeschlagenen Verfahren bzw. einem entsprechenden
System umgesetzt und nachfolgend anhand der 2 und 3 erläutert.
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In 2 ist
ein Referenzbild 4 mit der periodischen Struktur 1 dargestellt,
bei dem an mehreren Positionen X, Y die Phasenlage Phase X, Phase
Y der periodischen Struktur 1 relativ zu der Pixelstruktur 2 des
optischen Bildaufnehmers ermittelt wird. Die Ermittlung der Phasenlage
eines Bildes relativ zu einer durch das Bild aufgenommenen Struktur
kann der Fachmann mit an sich bekannten, gängigen Verfahren durchführen, so
dass diese nicht näher
erläutert
werden müssen.
Dabei werden die Positionen X, Y derart ausgewählt, dass die Phasen lage der
periodischen Struktur 1 an jeder Periode P1, P2, P3, usw. in
X-Richtung ermittelt
wird. Entsprechendes gilt für die
Phasenlage in der Y-Richtung.
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Die
ermittelten Werte werden in eine Referenz-Phasentabelle 5 eingetragen,
die die Positionen X, Y in dem Referenzbild 4 zusammen
mit den zugehörigen
Phasen Phase X, Phase Y in X- und Y-Richtung aufweist, so dass das
Referenzbild 4 an jeder Periode Pi auf die tatsächlich auftretenden,
sub-pixeligen Phasenverschiebungen in X- und Y-Richtung untersucht
wird. Sämtliche
ermittelten Phasenverschiebungen werden in einer Referenz-Phasentabelle
gespeichert, so dass mit dem zusätzlich
in dem Speicher der Bildverarbeitung hinterlegten Referenzbild 4 an
den in der Tabelle aufgeführten
Positionen X und Y beliebig große
Referenzbildbereiche aus dem Referenzbild 4 mit bekannter
Phasenlage extrahiert werden können.
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Dies
wird, wie in 3 dargestellt, für die eigentliche
Inspektion der periodischen Struktur 1 verwendet. In 3 ist
ein aufgenommenes Bild 6 mit der zu untersuchenden periodischen
Struktur 1 dargestellt. In dem aufgenommenen Bild 6 sind
mit geringer Überlappung
Inspektionsbereiche 7 definiert, die nacheinander jeweils
einzeln inspiziert werden. Die Größe der Inspektionsbereiche 7 ist
dabei derart angepasst, dass für
die Größe des Inspektionsbereichs 7 konstante
optische Verhältnisse
angenommen werden können.
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Bei
der Durchführung
der Inspektion wird zunächst
für jeden
Inspektionsbereich 7 die Phasenlage (Phase X, Phase Y)
der in dem Inspektionsbereich 7 abgebildeten periodischen
Struktur 1 zu der Pixelstruktur 2 des optischen
Bildaufnehmers ermittelt. Abhängig
von dieser Phasenlage wird in der Referenz-Phasentabelle 5 für den Vergleich
des Inspektionsbereichs 7 mit dem Referenzbild 4 ein
Referenzbildbereich 8 ausgewählt, der die gleiche Größe wie der
Inspektionsbereich 7 aufweist und dessen Phasenlage mit
der Phasenlage des Inspektionsbereichs 7 korrespondiert.
Dazu wird aus der Referenz-Phasentabelle 5 ein Phasenpaar
Phase X, Phase Y ausgewählt,
welches die kleinste Phasendifferenz zu der Phasenlage Phase X,
Phase Y des Inspektionsbereichs 7 aufweist. Die Zuordnung
einzelner Referenzbildbereiche 8 zu den jeweiligen Inspektionsbereichen 7 ist
in 3 dargestellt.
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Zur
Inspektion der periodischen Struktur werden die einander zugeordneten
Inspektionsbereiche 7 und Referenzbildbereiche 8 jeweils
voneinander abgezogen. Aufgrund der nahezu identischen Phasenlage
der beiden Bereiche 7, 8 ergibt sich ein Vergleichsbild
mit nahezu konstanter Intensität,
in dem einzelne Fehler einfach identifiziert werden können.
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Die
Vorzüge
des vorbeschriebenen Verfahrens gegenüber einem Verfahren, in dem
die Pixelwerte einfach mit dem Mittelwert der korrespondierenden
Pixel der vorausgehenden Phase P(i – 1) und der nachfolgenden
Phase P(i + 1) verglichen werden, ist in 4 dargestellt.
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Diese
zeigt in 4a einen Ausschnitt aus der
in 1 dargestellten Pixelstruktur 2 entlang
der Bildzeile 3. Im Bereich des Pixels Nr. 30 ist ein Fehler (Defect)
eingezeichnet.
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4b zeigt ein Differenzbild, bei dem 4a von einem Abbild abgezogen wird, in
dem jeweils die Mittelwerte der Pixel der vorausgehenden und nachfolgenden
Perioden eingetragen sind. Da an den Übergängen der jeweiligen Bereiche
B1, B2, B3 der periodischen Struktur 1 aufgrund der verschiedenen
Phasenlage zwischen dem aufgenommenen Bild 6 und dem Referenzbild 4 Intensitätsschwankungen
auftreten, kann der Fehler bei Pixel Nr. 30 kaum identifiziert werden.
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Im
Vergleich dazu ist in der in 4c dargestellten
Intensitätsverteilung
der Defekt bei Pixel Nr. 30 deutlich zu erkennen.
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Diese
Intensitätsverteilung
wurde durch die vorbeschriebene Inspektion periodischer Strukturen mit
einem phasengenauen Vergleich durch eine Subtraktion von dem aufgenommenen
Bild 6 und dem Referenzbild 4 erzeugt. Daher kann
mit der vorliegenden Erfindung eine periodische Struktur sehr zuverlässig auf
Fehler untersucht werden.
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- 1
- periodische
Struktur
- 2
- Pixelstruktur
- 3
- Bildzeile
- 4
- Referenzbild
- 5
- Referenz-Phasentabelle
- 6
- aufgenommenes
Bild
- 7
- Inspektionsbereich
- 8
- Referenzbildbereich
- P1
bis Pn
- Periode
- B1,
B2, B3
- Bereiche
- X,
Y
- Position