DE2461651B2

DE2461651B2 - Zählvorrichtung zum Zählen von Mustern

Info

Publication number: DE2461651B2
Application number: DE2461651A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Yokohama Kawahara (Japan)
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1979-05-03
Also published as: JPS5723295B2; DE2461651C3; GB1498630A; DE2461651A1; JPS5099230A; US4000399A

Description

r¹ + Ri-i)

mit 1 < / < Ar, η + 1 als zuletzt abgetastete Zeile, S,"⁺ < als abgetastetes Informationssignal, und

L₁ = K₁ =

i¹⁺¹ +L_f+1) r⁺¹ +«,·-,),

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wobei die Anfangsbedingungen M" = 0, Lk+\ = 0 und Ro = 0 gelten, und daß eine Speichereinrichtung (SRj) vorgesehen ist zur Speicherung der k weiteren Maskensignale. so

3. Zählvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung zum Generieren weiterer Maskensignale als zeitlich sequentiell arbeitende Vorrichtung derart ausgebildet ist, daß ein Paar von Ar-elementigen Speicherein- richtungen (1, 4) zum Speichern in Abtastrichtung von abgetasteten Informationssignalen vorgesehen ist, daß ein zweites Paar von Ar-elementigen Speichereinrichtungen (2, 3) vorgesehen ist zur Aufnahme von zuvor erzeugten Maskensignalen, daß die Adressiereinrichtung (7, B) für die beiden Paare von Speichereinrichtungen so ausgebildet ist, daß jeweils eine Speichereinrichtung (3, 4) jedes Paares nach der Informationsaufnahme die Daten in umgekehrter Reihenfolge ausgeben kann, daß eine aus Verknüpfungs- und Verzögerungselementen bestehende Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Maskenzwischensignalen aus den in den Speichereinrichtungen (1, 2, 3, 4) ausgegebenen Daten vorgesehen ist, daß ein drittes Paar (5,6) von Ar-elementigen Speichereinrichtungen vorgesehen ist zur Aufnahme der erzeugten MaskenzwischensignaJe, wobei deren Adressiereinrichtung (9Λ, 9B) so ausgebildet ist, daß die Daten aus einer der beiden Speichereinrichtungen (5, 6) in Abtastrichtung und aus der jeweils anderen Speichereinrichtung entgegen der Abtastrichtung ausgebbar sind und daß die aus dem dritten Paar (5,6) von Speichereinrichtungen ausgegebenen Maskenzwischensignale mittels eines UND-Gliedes zu weiteren Maskensignalen verknüpft werden.

Die Erfindung betrifft eine Zählvorrichtung zum Zählen von Mustern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Zählvorrichtung läßt sich beispielsweise dazu verwenden, transparente Kunststoffbälle zu zählen, die so aussehen, als ob sich Poren in ihren Mustern oder Strukturen befinden würden, wenn man sie unter einem Mikroskop betrachtet; weiterhin können nichtmetallische Einschlüsse gezählt werden, die in einem Metallgelde in komplizierten Strukturen erzeugt werden. Bei einer bekannten Zählvorrichtung der eingangs genannten Art (DE-OS 19 22 302) wird das zu analysierende Bild von einer Abtastvorrichtung zeilenweise abgetastet, wodurch für jede Zeile ein Signal entsteht, das beispielsweise für die hellen Bildbereiche eine Amplitude »1« und für die dunklen Bildbereiche eine Amplitude »0« aufweist Dieses binäre Signal für eine abgetastete Zeile π wird mittels einer logischen Schaltung um eine Zeilenabtastperiode verzögert, um beim Eintreffen des Signals für die Zeile η + 1 mit diesem einer Koinzidenzschaltung zugeführt werden. Geht man davon aus, daß Muster in einem Bild der Amplitude »1« zugeordnet sind, so entstehen »Maskensignale« mit der Amplitude »1« in dem Zeilensignal der jeweiligen Zeile π + 1 überall dort, wo entweder wirklich Muster (hier: helle Muster) vorhanden sind, oder in dem daran anschließenden Bereich, sofern die Amplitude des Signals für die vorangegangene Zeile an entsprechender Stelle »1« ist Ein derartiges Signalverhalten ist nötig, damit durch konkave Bereiche gebildete »überhängende« Teile des Musters sowie durch Bohren oder Einschlüsse entstehende Musterteile nicht unzulässig mehrfach gezählt werden. Der Effekt liegt darin, daß alle Muster so zu Maskenmustern umgebildet werden, daß letztere lediglich konvexe Struktur haben. Ein Zählimpuls kann somit leicht erzeugt werden, wenn das Signal einer Zeile η + 1 nur die Amplitude »0« aufweist, d. h., wenn die Signalamplitude für die Zeile η + \ an keiner Stelle des Musterbereiches mit der Signalamplitude für Zeile η übereinstimmt. Bei diesem Verfahren jedoch entstehen in dem »Maskenmuster« Schattenbereiche, die durch die am weitesten in Abtastrichtung ragende Musterkante und die am weitesten »unten« liegende Musterkante bestimmt werden. Die Folge ist, daß andere Muster, die in diesem Schattenbereich liegen, nicht von der Zählung erfaßt werden. Bei der bekannten Vorrichtung hat man versucht, diesen Nachteil zu kompensieren, indem durch Auswerten des Signalausschnitts im Endbereich des Musters das Schattenmuster bildende Maskensignal der jeweiligen Zeile η + I einige Zeit früher beendet wird.

Hierdurch entsteht zwar eine verkleinerte Schattenfläche, die aber, insbesondere bei Mikroskopbildern, bei denen die Muster oft komplizierte Strukturen aufweisen, noch untragbar groß ist und andere Muster oft verdeckt, so daß trotzdem noch fehlerhafte Zählergebnisse erhalten werden.

Aus der US-PS 34 08 485 ist eine Zählvorrichtung zum Zählen von Mustern in einem mittels Zeilenabtastung zu analysierenden Bild bekannt Bei dieser Vorrichtung wird jedem bei einer Abtastung angetroffenen Muster eine Zahl zugeordnet, und diese Zahl wird im Speicher eines Rechners gespeichert Wird beim Abtasten einer nachfolgenden Zeile ein Muster angetroffen, so wird geprüft, ob in der vorhergehenden Zeile ein Muster angetroffen wurde, welches den soeben angetroffenen Teil des Musters wenigstens teilweise überlappt Ist dies der Fall, so wird dem neu angetroffenen Muster dieselbe Nummer zugeordnet Werden einzelnen Bereichen eines einzelnen Musters zuerst verschiedene Zahlen zugeordnet, weil das Muster sich »nsch oben« verzweigt, so wird nach Erkennen der Verbindungsstelle eine einzelne gemeinsame Zahl zugeordnet Diese Zählvorrichtung erzeugt zwar keine Schattenbereiche, jedoch erfordert sie einen beträchtlichen Aufwand. Es müssen nämlich Speicher vorgesehen sein, welche die entsprechenden Zahlen speichern. Weiterhin müssen aufwendige schaltungstechnische Einrichtungen zum Verarbeiten der Information zur Verfügung gestellt werden. Dieser hohe Aufwand steht einer wirtschaftlichen und vielfältigen Anwendung der Zählvorrichtung entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zählvorrichtung der eingangs genannten Art so weiteraubilden, daß die Genauigkeit der Zählung erhöht wird, indem die durch das Maskenbild entstehenden Schattenflächen verkleinert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugte Maskenbild füllt die konkaven Bereiche des Musters nur jeweils bis zu derjenigen Abtastzeile auf, die durch die Spitze des »höher gelegenen« Musterteils läuft. Hinsichtlich der eingangs erläuterten bekannten Vorrichtung, bei der die Schattenbereiche schräg zu den Abtastzeilen begrenzt waren, wird bei der Erfindung ein wesentlich geringerer Schattenbereich erzeugt, was zur Folge hat, daß eventuell in diesem nunmehr nicht verdeckten Bereich liegende Muster erfaßt werden können. Gegenüber der aus der US-PS 34 08 485 bekannten Zählvorrichtung hat die erfindungsgemäße Verrichtung den Vorteil des einfachen Aufbaus, wodurch sich die Anschaffungskosten beträchtlich vermindern, so daß sich der Einsatz der Zählvorrichtung in vielen Bereichen rentiert

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es «igt

Fig. 1 ein beispielhaftes Muster zur Erläuterung des Zählprinzips nach der vorliegenden Erfindung, sowie zur Veranschaulichung des Verfahrens, nach dem ein Bild abgetastet wird,

Fig.2 ein erfindungsgemäßes Maskenbild des in F i g. 1 dargestellten Bildes,

F i g. 3 eine schematische Schaltungsanordnung einer Zelle zur Erzeugung des Maskenbildes unter Verwendung einer logischen Schalung,

Fig.4 eine schematische Darstellung einer parallel

arbeitenden Schaltung zum Erzeugen eines Maskenbildes,

Fig.5 ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Zählen der konvexen Bereiche von Mustern und F i g. 6 eine schematische Darstellung einer sequenziell arbeitenden Schaltung zur Erzeugung von Maskenbildern unter Verwendung einer logischen Schaltung.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Prinzip soll zunächst an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert

ίο werden.

Es wird von folgender Annahme ausgegangen: Wenn das rechtwinklige System der Koordinaten X- Y in der gezeigten Richtung in bezug auf das Bild in F i g. 1 definiert ist so erfolgt die Abtastung für jede Abtastzeile in Richtung der X-Achse, während die Abtastung für aufeinanderfolgende Abtastzeilen in Richtung der y-Achse erfolgt und zwar in der Reihenfolge π-*η +1-»·η+2... Bei einem herkömmlichen Verfahren wird die sogenannte »Schwellwertfest- Stellungstechnik« (threshold detecting ..ächnique) auf ein elektrisches Signa! angewandt, das für jede Abtastzeile erzeugt wird; indem an K Punkten, die in Richtung der X-Achse den gleichen Abstand haben, eine Abtastung durchgeführt wird, kann ein binäres Bild erzeugt werden, das in der Weise digitalisiert ist daß der Bereich eines Musters als logische »1« und die andere Phase als logische »0« dargestellt sind.

Durch die vorliegende Erfindung sollen Poren, d. h, Einschlüsse und die konkaven Bereiche, die in Fig.2 nach unten geöffnet sind, aufgefüllt werden, und zwar soweit, daß diese Bereiche Grenzlinien haben, die parallel zu den Abtastzeilen verlaufen. In Fig.2 bezeichnet feinen Bereich, der zu dem zu untersuchenden Muster gehört; Q bezeichnet neu geschaffene, d. h.

-15 aufgefüllte Bereiche, und das Maskenmuster ist ein Bereich PUQ, der die Summenmenge des zu untersuchenden Musters P und der neu geschaffenen Bereiche ζ» ist. Eine auf diesem Prinzip der vorliegenden Erfindung

■to beruhende Ausführungsform soll im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 erläutert werden.

Dabei ist das Signal, das sich auf das ursprüngliche Bild bezieht, durch S gekennzeichnet und das sich auf das Maskenbild beziehende Signal durch M, wird ein Bildelement bzw. Digitalisierung in Aotastrichtung bezeichnet, so wird der Wert des Bildelements des zu untersuchenden Bildes durch 5," angegeben, und der Wert des Bildelements des entsprechenden Maskenbildes ist durch Mp gekennzeichnet. Da von einer binären

so Abbildung ausgegangen wird, nehmen sowohl Sp als auch Mp die logischen Werte »1« oder »0« an.

Wenn der Wert Mp⁺* des Bildelements der Maskenabbildung, die der (n+\)-ten Abtastzeile entspricht, erzeugt werden so!!, so reichen das Signal Mp für die Maskenabbildung, dte der (7i+l)-ten Abtastzeile vorhergeht, und das Signal Sr⁺¹ von der (n+l)-ten Abtastzeile für das ursprüngliche Bild nicht aus, das Muster in den schraffierten Bereichen (die Poren konkaven Bereiche) zu füllen, so daß zusätzlich

zwischen benachbarten Bildelementen tine horizontale Informationsübertragung durchgeführt werden muß. Bei diesem Übertragungssignal wird das Signal, das sich in der horizontalen Abtastrichtung fortpflanzt, Ri genannt, während das in die entgegengesetzte Richtung

e>5 übertragene Signal L genannt wird; dabei zeigt der Zusatz i, das das Übertragungssignal von dem /-ten Bildelement auf der Abtastzeile erzeugt wird. Mit dieser Definition der vorhandenen Signale kann die Erzeugung

der Maskenabbildung durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:

mv^x = (sr¹ + L_l+l)(sr^l +«,-.) (D

Li = Mf-, -(Si^{1 + 1} + L₁₊₁) (2)

Ri = MU₁ (S" ^{+ 1} + Ri-i) (3)

dabei gelten die folgenden Anfangsbedingungen:

M° ^ 0 (4)

L₄₊₁ = 0 (5)

R₁, = 0 (6)

Gleichung (I) zeigt, daB das Bildelement M,"+¹ der Maskenabbildung aus dem Bildelement S,"*¹ der entsprechenden ursprünglichen Abbildung und den Ubertragungssignalen Λ,_ι und Li₊] von dem dazu benachbarten Bildelement erzeugt wird; die Gleichungen (2) und (3) zeigen die Bedingungen, unter denen die nach links und nach rechts gerichteten Übertragungssignale erzeugt werden.

Eine in Fig. 3 gezeigte Zelle Ci zur Erzeugung des Maskenbildes kann sofort aus den Gleichungen (1), (2) und (3) gebildet werden; diese Zelle kann als Schaltung betrachtet werden, in der die Logik zur Erzeugung der Maskenstrukturen wie die in den Gleichungen (1), (2) und (3) angegeben ist, räumlich verwirklicht ist. In Fig.3 bezeichnet der Buchstabe A ein UND-Glied, während der Buchstabe B ein ODER-Glied bezeichnet. Fig. 4 zeigt eine parallel arbeitende Schaltung zur Erzeugung der Maskenbilder, die durch die Verwendung der Erzeugungszellen Ci für das Maskenbild in Form einer iterativ arbeitenden logischen Schaltung gebildet ist (im folgenden sollen die Zellen Ci nur noch als »Erzeugungszellen« bezeichnet werden).

Es soll nun eine Folge von Betriebsabläufen unter Bezugnahme auf Fig.4 beschrieben werden; das Bildsignal 5, das nacheinander durch lineare Abtastung erzeugt wird, wird zeitweilig in einem Schieberegister SRt mit parallelem Ausgang mit K Bits gespeichert, die gleich der Zahl der Bildelemente pro Abtastzeile sind; die parallelen Ausgangssignale des Schieberegisters werden als Eingangssignale auf die entsprechenden Erzeugungszellen Cigegeben, die die iterativ arbeitende logische Schaltung bilden; dadurch wird jeder Erzeugungszelle Ci ein Bildsignal S,"⁺¹ übermittelt, das sich auf die (n +1 )-te Abtastzeile bezieht.

Andererseits empfängt jede Erzeugungszelle C/auch als Eingangssignal das Signal Mp für die Maskenabbildung, das für die n-te Abtastung bereits erzeugt ist,(d. h, das Ausgangssignal des Schieberegisters SRi), während gleichzeitig jede Erzeugungszelle Ci Übertragungssignale Ri-} und Li>i in bezug auf seine benachbarte Erzeugungszelle Ci abgibt und aufnimmt; nachdem also die Informationen in alle Schieberegister SR\ und SRi eingegeben worden sind und die Übertragungssignale das Verknüpfungsglied einer jeden Erzeugungszelle Ci passiert haben, erzeugt das Ausgangssignal einer jeden Erzeugungszelle Ci ein Maskenbild-Signal M,"⁺¹ für die (n+\yte Abtastung, das die Gleichungen (1),(2) und (3) erfüllt Diese Signale werden parallel zu einem Schieberegister SR3 ausgelesen, das als Parallel-Serien-Umsetzer arbeitet; diese Signale werden weiterhin seriell synchron mit dem S Eingangssignal für eine neue Abtastung ausgelesen, wodurch das (n+i)-te Maskenbild-Signal M erzeugt wird. Das Maskenbildsignal M wird sofort zu dem Schieberegister S/?₂ übertragen, um ein neues Maskenbild zu erzeugen.

Das Ausgangssignal M' des Schieberegisters SR2 ist j ein Maskensignal, das in bezug auf das Maskenbildsignal Mum eine Abtastung verzögert ist. Eine Einrichtung Co verwendet diese beiden Signale M und M', um die Maskenmuster zu zählen. Die dafür vorgesehene Schaltung ist in F i g. 5 dargestellt und soll im folgenden erläutert werden.

Die Schaltung weist logische Elemente auf und enthält D-Flip-Flops 11 und 12, /-K-Flip-Flops 13 und 14 und einen Zähler 15, um als Eingangssignal ein Signal aufzunehmen, das synchron in bezug auf den Anstieg

ι-ι des Taktimpulses CP geformt ist, der durch die Anordnung nach F i g. 4 erhalten wird; dadurch wird das Muster gezählt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer logischen Schaltung nach der vorliegenden F.rfindung zur Erzeugung der Maskenstruktur; dabei wird statt der räumlich-parallelen Schaltung nach F i g. 4 eine vollständig zeitlich sequentielle Behandlung verwendet. Aus dem rechten Ausdruck von Gleichung (I) ist es bekannt, daß eine Maskenabbildung erzeugt werden kann durch

2'j Bildung von

und anschließend des logischen Produktes davon. Dies kann einfach duichgeführt werden, indem Signalspeichereinrichtungen, wie beispielsweise Schreib-/ Lese-Speicher 1, 2, 3, 4, 5 und 6 mit einer

ü Speicherkapazität von Ιζ Bits pro Abtastzeile verwendet werden; darin werden Adressen mit Hilfe von reversiblen oder Zweirichtungszählern 7,8,9 A und 9 B gekennzeichnet. Das Eingangsbildsignal S für die (n+ I )-te Abtastung kann in die Speicher mit wahlfreiem

.in Zugriff 1 und 4 für die Bildelemente 1 bis K auf der Abtastzeile eingeschrieben werden, indem die Zweirichtungszähler 7 und 8 vorwärts, also in Richtung auf den Höchststand, gezählt werden. Gleichzeitig damit wird das Maskenbildsignal M für die n-te Abtastzeile mit Hilfe der gleichen reversiblen Zähler in den Speichern 2 und 3 gespeichert. Anschließend werden die Zähler 7 und 8 zurückgesetzt, wonach wiederum eine Zählung in Vorwärtsrichtung mit dem Zähler 7 durchgeführt wird, während mit dem Zähler 8 eine Rückwärtszählung, also in Richtung 0 durchgeführt wird, um die gespeicherten Informationen auszulesen; dadurch werden die BiHeIemente von Nr. 1 an aufwärts nacheinander von den Speichern 1 und 2 ausgelesen, während die Bildelemente von Nr. K an nacheinander von den Speichern 3 und 4 ausgelesen werden. Wird eine Schaltung mit zwei Verzögerungselementen r pro Bildelement in bezug auf das Ausgangssignai des Speichers 1 und das Ausgangssignal des Speichers 2 eingesetzt, so ergibt sich Ri in Gleichung (3) mit dem Ergebnis, daß AfJf¹ erzeugt wird,

ω das die Gleichung (7) erfüllt In bezug auf die Speicher 3 und 4 wird in ähnlicher Weise AfJf¹ erzeugt, das Gleichung (8) erfüllt An dem Ausgang des UND-Gliedes 10 wird also ein Maskenmustersignal M erzeugt, das dem durch die vorher beschriebene Ausführungsform erzeugten ähnelt, wenn im einzelnen der folgende Betriebsablauf stattfindet: Der Speicher 5 speichert MSi"¹, wenn mit dem reversiblen Zähler 9 A in Vorwärtsrichtung, also in Richtung auf seinen Höchst-

stand, gezählt wird; der Speicher 6 speichert MV, wenn der reversible Zähler 9 B in Rückwärtsrichtung, also in Richtung Null zählt; dann zählen die reversiblen Zähler 9 A und 9 B synchron mit dem zunächst beschriebenen Lesevorgang für ein neues Bildeingangssignal 5 wieder in Vorwärtsrichtung, um dadurch M W auszulesen; und dann wird hiervon mit Hilfe des UNrVGIiedes 10 das logische Produkt genommen. Das so erzeugte Maskenmustersignal M kann durch die Speicher 2 und 3 auf die gleiche Weise gelesen werden, wie es oben beschrieben wurde. Das Ausgangssignal der Zählschaltung Co für den konvexen Bereich stellt also wie bei der vorherigen Ausführungsform die Zahl der Muster dar; dabei sind Mund M'die Eingangssignale zu dieser Schaltung und M' das Ausgangssignal des Speichers 2.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Zählvorrichtung zum Zählen von Mustern in einem mittels Zeilenabtastung zu analysierenden Bild, mit einer Ar-elementigen Speichereinrichtung zum zwischenzeitlichen Speichern von Ar Abschnitten einer abgetasteten Zeile, sowie einer Vorrichtung zum Vergleichen der Information von zwei nacheinander abgetasteten Zeilen und zur Bildung von Maskensignalen für ein Maskenbild, das aus jedem festgestellten Muster dadurch entsteht, daß in Richtung der Zeilenfolge geöffnete konkave Bereiche des Musters aufgefüllt werden, und eine Zählschaltung zum Zählen der in der Zeilenfolge is üefstliegenden konvexen Bereiche der Maskenbilder, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Ar-elementige Speichereinrichtung (SR₂; 2, 3) vorgesehen ist zur Aufnahme von Ar für die zuvor abgetastete Zeileninformation gebildeten Maskensignalen, daß eine logische Schaltung (Ci, τ, F i g. 6B) zum Generieren weiterer Ar Maskensignale aus den in den Speichereinrichtungen (SR 1, SR 2-, 1, 4, 2, 3) gespeicherten Signalen vorgesehen ist, welche dann an einer betreffenden Stelle ein Maskensignal erzeugt, wenn entweder an dieser Stelle ein Mustersignal abgetastet wurde, oder wenn in der vorhergehenden Zeile an derselben Stelle ein Maskensignal erzeugt wurde und auf jeder Seite dieser Stelle in derselben Zeile mindestens ein Signal desselben Musters abgetastet wurde.

2. Zählvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die log; ehe Schaltung zum Generieren weiterer k Miskensignale aus £ gleichen Elementen (Ci) besteht, die jewer' - gemäß folgender J5 Formeln generierte Maskensignale (Mp⁺ ') abgeben: