JP2720355B2 - 線幅寸法測定装置 - Google Patents

線幅寸法測定装置

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、磁気ヘッドのギャップ幅等の微小線幅寸法
を高精度で測定するための線幅寸法測定装置に関する。
(発明の概要) 本発明は、微小線幅寸法を測定するための線幅寸法測
定装置であって、カメラで撮像したアナログ映像信号を
該カメラの分解能により細かな区間に分割し、各区間の
輝度を2ビット以上の多値階調で量子化してディジタル
輝度信号を作成処理することにより高精度で線幅寸法を
測定可能にしたものである。
(従来の技術) 従来、この種の装置では、カメラで撮像した水平走査
毎のアナログ映像信号を256又は512程度に分割し、各区
間の輝度を2値化(1ビット階調)してディジタル輝度
信号を作成し、該2値化したディジタル輝度信号を画像
メモリに複数回記憶し、その記憶内容を処理することで
線幅寸法を測定するようにしている。
第7図(A)は被測定対象物の輝度を示すアナログ映
像信号(水平同期信号HDと次のHDの間を示す)の一例で
あり、同図(B)はそのアナログ映像信号を2値化(1
ビット階調)処理したディジタル輝度信号を示す。この
ような単純な2値化処理では、背景情報は消失してしま
うことが判る。
(発明が解決しようとする課題) ところで、アナログ映像信号を2値化処理する従来装
置では、白と黒のコントラストがはっきりしている場合
には測定精度にあまり問題は無いが、被測定対象を顕微
鏡で拡大してカメラで撮像した場合の如く、コントラス
トが低下しかつ境界線もぼやけたアナログ映像信号の場
合、単なる2値化処理では測定精度が低下してしまう。
また、画像メモリーの関係で水平走査毎のアナログ映像
信号を256又は512程度に分割するために、分解能が悪
く、この面でも測定誤差の発生があった。例えば、256
分割(256dot/line)であると、各区間の長さは0.078μ
mとなる(すなわち、0.078μm/dot)。
また、本出願人より直線的な境界位置を簡単なディジ
タル処理回路で検出する画像データ取り込み処理装置が
特開昭64−50179号で提案されている。しかし、この装
置も、境界のコントラストがはっきりしている場合のみ
に有効であり、コントラストが低くくかつ境界線もぼや
けたアナログ映像信号の場合には適用できない。
本発明は、上記の点に鑑み、被測定線幅を拡大してカ
メラで撮像した場合の如く低コントラストのアナログ映
像信号しか得られない場合でも高精度の線幅測定を可能
にした線幅寸法測定装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、被測定線幅を
拡大してカメラで撮像したアナログ映像信号をディジタ
ル輝度信号に変換し、該ディジタル輝度信号から前記被
測定線幅の寸法を算出する線幅寸法測定装置において、
前記アナログ映像信号を前記カメラの分解能より細かな
区間に分割して2ビット以上の多値階調で量子化してデ
ィジタル輝度信号を作成している。
(作用) 本発明の線幅寸法測定装置においては、アナログ映像
信号を前記カメラの分解能より細かな区間に分割して2
ビット以上の多値階調で量子化してディジタル輝度信号
を作成しているので、背景との間の相対的画像処理が可
能となり、測定精度の向上を図ることができる。
(実施例) 以下、本発明に係る線幅寸法測定装置の実施例を図面
に従って説明する。
第1図は本発明の実施例の全体的な構成を示し、1は
TVカメラとしてのCCDカメラ、2は顕微鏡である。顕微
鏡2は対物レンズ3と中間レンズ4と被測定対象物を載
置するテーブル5とを有し、対物レンズ3及び中間レン
ズ4で拡大された被測定対象物の像は中間レンズ4を介
してCCDカメラ1に取り込まれるようになっている。ま
た、6は画像処理回路ユニット、7はTVモニターであ
り、被測定対象物を拡大して撮像したCCDカメラ1のア
ナログ映像信号は画像処理回路ユニット6に入力され
る。画像処理回路ユニット6は、前面に操作用のキーボ
ード8、測定結果を出力するプリンタ9等が配置されて
いる。
第2図は画像処理回路ユニット6の構成を示す。この
画像処理回路ユニット6は、CPU(メインプロセッサ)1
0、I/O回路11、画像取り込み回路12、グラフィックコン
トローラ13、CPUバス14及び映像信号処理回路15を備え
ている。
CUP10とI/O回路11と画像取り込み回路12とグラフィッ
クコントローラ13とはCPUバス14を介して相互に接続さ
れている。また、CPU10には第1図のプリンタ9が接続
され、またI/O回路11を介してキーボード8が接続され
ている。
第1図のCCDカメラ1よりのアナログ映像信号は画像
取り込み回路12と映像信号処理回路15に入力される。画
像取り込み回路12は水平走査毎のアナログ映像信号を40
MHzのクロックで量子化(2048dot/line、すなわち2048
の区間に分割)して内臓するメモリーに記憶する機能を
持つ。グラフィックコントローラ13は、文字、符号、処
理範囲を示すウインドウ、画像取り込み回路12内のメモ
リーの内容等をグラフィック表示するためのグラフィッ
ク信号を作成する部分であり、このグラフィック信号は
映像信号処理回路15に加えられる。またグラフィックコ
ントローラ13からは水平同期信号HD及び垂直同期信号VD
がCCDカメラ1、画像取り込み回路12及び映像信号処理
回路15に供給されている。映像信号処理回路15は、前記
CCDカメラよりのアナログ映像信号のエッヂを強調し、
これに前記グラフィック信号を加えて第1図のTDモニタ
ー7に出力するものである。
第3図は画像取り込み回路12の構成を示すものであ
り、バッファ20、クランプ回路21、A/D変換回路22、S/P
変換回路23、ラインメモリー(128k×8ビット)30、バ
ッファ24、クロック発生器25、タイミングコントロール
回路26、アドレスカウンタ27、バッファ28、システムコ
ントロール回路29、及びアドレスセレクタ31を備えてい
る。
ここで、第1図のCCDカメラ1からのアナログ映像信
号は、バッファ20及クランプ回路21を介してA/D変換回
路22に加えられる。A/D変換回路22はクロック発生器25
よりの40MHzのクロック信号をタイミングコントロール
回路26を介して受け、水平走査毎のアナログ映像信号
(換言すれば、水平同期信号と次の水平同期信号との間
のアナログ映像信号)を2048の区間に分割し(2048dot/
lineとする)、各区間のアナログ映像信号の輝度を8ビ
ットの多値階調(8bit/dot)で量子化したディジタル輝
度信号で表す。このディジタル輝度信号はS/P変換回路2
3を介してラインメモリー30の所定のアドレスに順次格
納されるようになっている。このアドレスの指定はCPU1
0の指令で行うことができる。なお、2048分割としたと
きにはラインメモリー側の分解能はCCDカメラ1を上回
ることになり、装置の分解能はCCDカメラ側の分解能で
規定されることになる。
システムコントロール回路29はCPU10の指令により当
該画像取り込み回路12の動作開始や終了を制御するもの
であり、アドレスカウンタ27はラインメモリー30のアド
レスを決定するものである。また、アドレスセレクタ31
はCPU10の指令によりタイミングコントロール回路26を
介してアドレスカウンタ27のカウント値を制御してアド
レスを指定する機能を持つ。
ラインメモリー30に格納されたディジタル輝度信号は
CPU10の指令により所定のアドレスのものから順次読み
出すことができ、読み出されたディジタル輝度信号はバ
ッファ24及びCPUバス14を介してCPU10等に出力されるよ
うになっている。
第4図(A)は一回の水平走査によるアナログ映像信
号、すなわち、水平同期信号HDと次の水平同期信号HDと
の間のアナログ映像信号を示し、同図(B)は水平同期
信号HDと次の水平同期信号HDの間を所定個数の区間に分
割し、各区間のアナログ映像信号の輝度を多値階調で量
子化したディジタル輝度信号を示す。この場合、ディジ
タル輝度信号には背景情報を含まれることになり、背景
との間の相対的画像処理が可能になる。
次に第5図(A)のような磁気ヘッドのギャップ部分
を被測定対象物とした場合で上記実施例の動作説明を行
う。第5図(A)は磁気ヘッドのギャップ部分を第1図
の顕微鏡2で拡大した画像であり、40はトラック、41は
メタル部分、42はギャップ部分であり、メタル部分41は
明るく(輝度大)、ギャップ部分42はは暗い(輝度
小)。
第5図(B)は同図(A)の像に対応したCCDカメラ
1の水平走査毎のアナログ映像信号である。このアナロ
グ映像信号は画像取り込み回路12において2048の区間に
分割さる(2048dot/lineとする)、各区間のアナロウ映
像信号の輝度が8ビットの多値階調(8bit/don)で量子
化されたディジタル輝度信号に変換されて記憶される。
第6図はCPU10の指令により画像取り込み回路12から
読み出されたディジタル輝度信号の主要部の波形(輝度
の大きなメタル部分41と輝度の小さなギャップ部分42を
含んでいる)であり、顕微鏡で拡大した画像を取り込ん
だものであるため、ギャップ部分42は画像のコントラス
トがはっきりしていない。このため、固定しきい値(ス
レッショルドレベル)による画像処理ではなく、背景と
の相対的コントラストを考慮した浮動しきい値による画
像処理を行う。すなわち、メタル部分41に対応するディ
ジタル輝度信号の最高値VMmax、メタル部分41の近傍に
おける左方の最低値VLmin、ギャップ部分42に対応する
最低値VGmin、及びギャップ部分42の近傍における右方
の最低値VRmaxを求め、これらの50%スライスレベルSL,
SC,SRの交点XL,XC,XRからギャップ幅を算出する。すな
わち、 SL=(VLmin+VMmax)/2 SC=(VMmax+VGmin)/2 SR=(VGmin+VRmax)/2 であり、ギャップ部分42の幅WGは WG=(XR−XC)×キャリブレーション値 メタル部分41の幅WMは、 WM=(XC−XL)×キャリブレーション値 となる。但し、キャリブレーション値は既知の線幅を予
め測定することにより求めた係数である。
上記のギャップ部分の幅WG及びメタル部分の幅WMを求
める演算を各水平走査毎に順次得られる50個程度のディ
ジタル輝度信号について次々と行い、50個程度のWG,WM
についての平均をとって測定結果とする。このような演
算はCPU側で実行でき、測定結果は第1図のプリンタ9
等に出力される。
なお、電源等のノイズの影響で50個程度の測定値のう
ちの数個に異常値が発生する可能性がある。この場合に
は、得られた50個程度の測定値の全てを平均せずに、得
られた測定値を大きい順に配列し、上位の10個、下位の
10個を除いた中間の30個程度を平均して測定結果とすれ
ば良い。
上記実施例の場合、アナログ映像信号の量子化2048do
t/line,8ビット/dotであり、画像取り込み回路12側の分
解能を0.0098μm/dotにすることができる。この分解能
はCCDカメラ1よりも優れており、最終的な分解能はCCD
カメラ側(すなわち、CCD素子の分解能)で定まる。そ
して、約20μm視野において、3σ:0.02μm以下の繰
り返し精度でギャップ部分の幅を測定可能である(但し
σは分散)。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の線幅寸法測定装置によ
れば、被測定線幅を拡大してカメラで撮像したアナログ
映像信号を前記カメラの分解能より細かな区間に分割し
て2ビット以上の多値階調で量子化してディジタル輝度
信号を作成したので、高分解能、高精度の測定が可能で
ある。また、従来装置では白線又は黒線のいずれか一方
のみしか測定できながったが、本発明の場合には白線と
黒線の両者を同時に処理できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る線幅寸法測定装置の実施例の全体
構成を示す正面図、第2図は実施例における画像処理ユ
ニット部分のブロック図、第3図は画像処理ユニット内
の画像取り込み回路部分のブロック図、第4図はアナロ
グ映像信号を多値階調で量子化する場合を説明する波形
図、第5図は被測定対象物としての磁気ヘッドのギャッ
プ部分を拡大した像及びアナログ映像信号を示す説明
図、第6図はディジタル輝度信号の要部の波形図、第7
図は従来のアナログ映像信号を2値化処理する場合を説
明する波形図である。 1……CCDカメラ、2……顕微鏡、6……画像処理ユニ
ット、10……CPU、12……画像取り込み回路、13……グ
ラフィックコントローラ、15……映像信号処理回路、30
……ラインメモリー。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定線幅を拡大してカメラで撮像したア
    ナログ映像信号をディジタル輝度信号に変換し、該ディ
    ジタル輝度信号から前記被測定線幅の寸法を算出する線
    幅寸法測定装置において、前記アナログ映像信号を前記
    カメラの分解能より細かな区間に分割して2ビット以上
    の多値階調で量子化してディジタル輝度信号を作成する
    ことを特徴とする線幅寸法測定装置。
  2. 【請求項2】前記ディジタル輝度信号における前記被測
    定線幅に対応した最高値又は最低値と、被測定線幅の外
    側で当該被測定線幅の近傍の最低値又は最高値とを検出
    し、前記最高値と最低値との平均値を前記被測定線幅の
    境界を定めるしきい値とする請求項1記載の線幅寸法測
    定装置。
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