JP5558127B2 - Misalignment measuring device, misalignment measuring method, and misalignment measuring program - Google Patents

Misalignment measuring device, misalignment measuring method, and misalignment measuring program Download PDF

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Description

本発明は、例えば、画像等のパターンの位置ずれを測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a positional deviation of a pattern such as an image, for example.

半導体等の各種製造装置や製品の検査装置において、位置決め制御のために位置(ずれ)を検出、測定する装置(以下、「位置ずれ測定装置」ともいう。)が用いられることがある。   In various manufacturing apparatuses such as semiconductors and product inspection apparatuses, an apparatus for detecting and measuring a position (deviation) for positioning control (hereinafter also referred to as “position deviation measuring apparatus”) may be used.

位置ずれ測定装置には、画像(信号)の相関に基づいた手法が使われることがある。例えば、予め撮影してメモリ等に記憶、登録しておいた画像(以下、「登録画像」ともいう。)と、登録画像との照合対象として撮影した画像(以下、「照合画像」ともいう)との相関に基づいた手法である。例えば、登録画像の画像パターンと照合画像の画像パターンとの相対的な位置関係をずらしながら、両画像パターン間の相関(係数)を算出する。そして、相関が最大になる位置を求めることで、両画像の位置の差異(位置ずれ)を測定することができる。   A method based on correlation between images (signals) may be used for the position shift measuring apparatus. For example, an image (hereinafter also referred to as “registered image”) captured in advance and stored in a memory or the like (hereinafter also referred to as “registered image”) and an image captured as a target for verification between the registered image (hereinafter also referred to as “matched image”). This is a method based on the correlation with For example, the correlation (coefficient) between both image patterns is calculated while shifting the relative positional relationship between the image pattern of the registered image and the image pattern of the verification image. Then, by obtaining the position where the correlation is maximized, the difference (positional deviation) between the positions of both images can be measured.

相関を用いた代表的な手法の一つに、正規化相関関数に基づく手法や、位相限定相関法と呼ばれる手法がある。位相限定相関法を用いたパターンの照合装置の一例が下記の特許文献1に記載されている。   One of the representative methods using correlation is a method based on a normalized correlation function or a method called a phase only correlation method. An example of a pattern matching apparatus using the phase only correlation method is described in Patent Document 1 below.

正規化相関法は、通常の相関係数を用いる方法である。位相限定相関法は、周波数領域で振幅抑制をすることで、位相成分を強調した相関パターンを得る方法である。位相限定相関法は、正規化相関法に比べて、検出感度が高く、精度の高い位置ずれ測定が可能な手法として知られる。   The normalized correlation method is a method using a normal correlation coefficient. The phase only correlation method is a method of obtaining a correlation pattern in which phase components are emphasized by suppressing the amplitude in the frequency domain. The phase-only correlation method is known as a technique capable of measuring a positional deviation with higher detection sensitivity and higher accuracy than the normalized correlation method.

特開平09−022406号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-022406

上述したような相関に基づくパターンの照合や位置ずれ測定においては、ローパスフィルタやバンドパスフィルタ等を用いたフィルタリング(帯域制限)が適用されることがある。フィルタリングにより画像パターンに含まれるノイズ成分を除去あるいは低減することができ、ノイズ成分による検出、測定精度の劣化を抑制できる。このようなノイズ低減効果は、画像パターン間の相関演算時に周波数による重み付けをする(例えば、高周波数における重みを相対的に低くする)ことによっても得ることができる。   Filtering (band limitation) using a low-pass filter, a band-pass filter, or the like may be applied in the above-described pattern collation based on correlation or measurement of positional deviation. The noise component included in the image pattern can be removed or reduced by filtering, and the detection due to the noise component and the deterioration of measurement accuracy can be suppressed. Such a noise reduction effect can also be obtained by weighting with a frequency during correlation calculation between image patterns (for example, a relatively low weight at a high frequency).

しかしながら、フィルタリングや周波数成分の重み付けを行なうと、ノイズ成分だけではなく照合対象となる画像パターンの周波数成分も抑えられてしまう場合がある。その結果、位置分解能が低下し、ひいては位置ずれ測定の精度が劣化するおそれがある。   However, if filtering or weighting of frequency components is performed, not only the noise component but also the frequency component of the image pattern to be verified may be suppressed. As a result, the position resolution is lowered, and as a result, the accuracy of the position shift measurement may be deteriorated.

本発明の目的の一つは、照合される2つのパターン間の相関に基づく位置ずれ測定の精度を向上できるようにすることにある。なお、照合される2つのパターンには、N次元のパターンを適用でき、N=2の場合が画像の照合(パターンマッチング)に相当し、N=3の場合が立体のパターンマッチングに相当する。   One of the objects of the present invention is to improve the accuracy of positional deviation measurement based on the correlation between two patterns to be collated. Note that an N-dimensional pattern can be applied to the two patterns to be collated, where N = 2 corresponds to image matching (pattern matching), and N = 3 corresponds to three-dimensional pattern matching.

ただし、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。   However, the present invention is not limited to the above-described object, and other effects of the present invention can be achieved by the functions and effects derived from the respective configurations shown in the embodiments for carrying out the invention which will be described later. It can be positioned as one of

本発明の位置ずれ測定装置の一態様は、照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理を実施する相関演算手段と、前記相関演算手段で求められたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める位置ずれ算出手段と、を備える。   One aspect of the positional deviation measuring apparatus of the present invention is m types (two types of pattern signals corresponding to two N-dimensional patterns (N is an integer of 2 or more) to be collated, which indicate phase traveling directions that are not parallel to each other. m is an integer satisfying m ≧ N), and correlation calculation means for performing signal processing corresponding to calculation for obtaining a correlation between m sets of pattern signals to which the same phase information is added, and the correlation Misregistration calculation means for obtaining a misregistration corresponding to the phase difference between the patterns based on m sets of correlation phase information obtained by the computing means.

また、前記位置ずれ測定装置は、前記パターン信号どうしを比較して前記パターン間の位置ずれを推定する位置ずれ推定手段を更に備え、前記位置ずれ算出手段は、前記位置ずれ推定手段で得られた位置ずれの推定値と前記信号処理により得られた相関の位相情報とに基づいて、前記位置ずれを決定する、こととしてもよい。   The positional deviation measuring device further includes positional deviation estimation means for comparing the pattern signals to estimate the positional deviation between the patterns, and the positional deviation calculation means is obtained by the positional deviation estimation means. The positional deviation may be determined based on the estimated value of the positional deviation and the phase information of the correlation obtained by the signal processing.

さらに、前記位置ずれ推定手段は、前記パターン信号の振幅に関する相関を求める振幅相関演算部と、前記振幅相関演算部で求められた相関の最大値を求め、前記最大値に対応する位置ずれを前記推定値として求める最大値演算部と、を備えてもよい。   Further, the positional deviation estimation means obtains a correlation value obtained by the amplitude correlation calculation unit for obtaining a correlation related to the amplitude of the pattern signal, a maximum value of the correlation obtained by the amplitude correlation calculation unit, and the positional deviation corresponding to the maximum value And a maximum value calculation unit obtained as an estimated value.

また、前記位置ずれ推定手段は、前記信号処理において得られた前記相関の振幅情報の最大値を求め、前記最大値に対応する位置ずれを前記推定値として求める最大値演算部を備えてもよい。   The positional deviation estimation means may include a maximum value calculation unit that obtains a maximum value of the amplitude information of the correlation obtained in the signal processing and obtains a positional deviation corresponding to the maximum value as the estimated value. .

さらに、前記相関演算手段は、前記m種類の位相情報にそれぞれ対応したフィルタ特性を有するm種類の複素フィルタを備え、前記パターン信号のそれぞれに前記m種類の複素フィルタを適用することで、前記パターン信号のそれぞれに前記m種類の位相情報を付加する、こととしてもよい。   Further, the correlation calculation means includes m types of complex filters each having a filter characteristic corresponding to each of the m types of phase information, and applies the m types of complex filters to each of the pattern signals. The m kinds of phase information may be added to each of the signals.

また、前記相関演算手段は、前記信号処理における前記位相情報の付加と前記相関の演算とを周波数領域において実施する、こととしてもよい。   Further, the correlation calculation means may perform the addition of the phase information and the calculation of the correlation in the signal processing in the frequency domain.

さらに、前記複素フィルタの一部又は全部は、連続ウェーブレット変換によるフィルタとしてもよい。   Furthermore, a part or all of the complex filter may be a filter by continuous wavelet transform.

また、本発明の位置ずれ測定方法の一態様は、照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理と、前記信号処理により得られたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める処理と、を有する。   Further, according to one aspect of the positional deviation measuring method of the present invention, m indicating phase traveling directions that are non-parallel to each of pattern signals corresponding to two N-dimensional (N is an integer of 2 or more) patterns to be collated. Obtained by the signal processing corresponding to an operation for adding a type (m is an integer satisfying m ≧ N) and obtaining a correlation between m sets of pattern signals to which the same phase information is added, and the signal processing. And a process for obtaining a positional shift according to the phase difference between the patterns based on the phase information of the m sets of correlations.

さらに、本発明の位置ずれ測定プログラムの一態様は、コンピュータに読み取られることによって所定の位置ずれ測定処理を前記コンピュータに実施させる、コンピュータ読み取り可能な位置ずれ測定プログラムであって、照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理と、前記信号処理により得られたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める処理と、を前記コンピュータに実行させる。   Furthermore, one aspect of the misregistration measurement program of the present invention is a computer-readable misregistration measurement program that causes a computer to perform a predetermined misregistration measurement process by being read by a computer, M types (m is an integer satisfying m ≧ N) indicating phase traveling directions that are not parallel to each other are added to the pattern signals corresponding to the N-dimensional (N is an integer of 2 or more) pattern, and the same. Based on the signal processing corresponding to the calculation for obtaining the correlation between the m sets of pattern signals to which the phase information is added and the phase information of the m sets of correlations obtained by the signal processing, according to the phase difference between the patterns. And causing the computer to execute a process for obtaining the misalignment.

上記本発明の一態様によれば、パターン間の相関に基づく位置ずれの測定精度を向上できる。例えば、相関演算に用いられる画像等のパターンにノイズ低減のためのフィルタリングや周波数重み付け等の帯域制限が適用されていても、位置ずれの測定精度を向上することができる。別言すると、ノイズ低減と測定精度向上の両立が可能である。   According to the above aspect of the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy of the positional deviation based on the correlation between patterns. For example, even if a band limitation such as filtering for noise reduction or frequency weighting is applied to a pattern such as an image used for correlation calculation, it is possible to improve the measurement accuracy of the positional deviation. In other words, both noise reduction and measurement accuracy improvement can be achieved.

位置ずれ測定精度の低下を説明すべく相関値の等高線マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour-line map of a correlation value in order to explain the fall of position shift measurement accuracy. 1次元のパターン信号及び当該パターン信号をlだけずらした信号の波形の一例をそれぞれ示す図である。It is a figure which respectively shows an example of the waveform of the signal which shifted the 1-dimensional pattern signal and the said pattern signal by l. 図2に例示するパターン信号に位相情報を付加した信号の波形と位相差を説明する図である。It is a figure explaining the waveform and phase difference of the signal which added phase information to the pattern signal illustrated in FIG. 図2に例示するパターン信号間の相互相関関数の位相及び絶対値の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the phase and absolute value of the cross correlation function between the pattern signals illustrated in FIG. パターン信号に位相情報を付加することにより複素平面上に描かれる等位相線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an equiphase line drawn on a complex plane by adding phase information to a pattern signal. パターン信号に位相情報を付加することにより複素平面上に描かれる等位相線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an equiphase line drawn on a complex plane by adding phase information to a pattern signal. パターン信号に2種類の位相情報を付加することにより複素平面上に描かれる2つの等位相線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of two equiphase lines drawn on a complex plane by adding two types of phase information to a pattern signal. パターン信号に3種類の位相情報を付加した場合に複素平面上に描かれる3つの等位相線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of three equiphase lines drawn on a complex plane when three types of phase information are added to a pattern signal. 本発明の一実施形態に係る位置ずれ測定システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the position shift measurement system which concerns on one Embodiment of this invention. 図9に示す信号処理装置の第1の態様を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the 1st aspect of the signal processing apparatus shown in FIG. パターン信号の次元数N=2の場合の図10に示す信号処理装置の機能ブロック図である。FIG. 11 is a functional block diagram of the signal processing apparatus shown in FIG. 10 when the number of dimensions of the pattern signal is N = 2. 図10及び図11に例示する位置ずれ概略値推定部の構成例を示す機能ブロック図である。12 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a positional deviation approximate value estimation unit illustrated in FIGS. 10 and 11; FIG. 図9に示す信号処理装置の第2の態様を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the 2nd aspect of the signal processing apparatus shown in FIG. (A)及び(B)はそれぞれ図10及び図11に例示する位相情報付加フィルタ部に適用するフィルタの特性例を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the example of the characteristic of the filter applied to the phase information addition filter part illustrated to FIG.10 and FIG.11, respectively. (A)及び(B)はそれぞれ図14(A)及び図14(B)に例示するフィルタ適用後のパターン信号の位相進行方向の一例を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows an example of the phase advancing direction of the pattern signal after the filter application illustrated to FIG. 14 (A) and FIG.14 (B), respectively. 図9に示す信号処理装置の第3の態様を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the 3rd aspect of the signal processing apparatus shown in FIG. 図9に示す信号処理装置の第4の態様を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the 4th aspect of the signal processing apparatus shown in FIG. 図9に示す信号処理装置の第5の態様を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the 5th aspect of the signal processing apparatus shown in FIG. (A)及び(B)はそれぞれ図18に示す第5の態様の信号処理装置による位置ずれ測定に用いたパターンの一例を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows an example of the pattern used for the position shift measurement by the signal processing apparatus of the 5th aspect shown in FIG. 18, respectively. (A)及び(B)はそれぞれ図18に示す第5の態様の信号処理装置による位置ずれ測定の過程で得られた複素相関パターンの一例を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows an example of the complex correlation pattern obtained in the process of the position shift measurement by the signal processing apparatus of the 5th aspect shown in FIG. 18, respectively. 図18に示す第5の態様の信号処理装置による位置ずれ測定の過程で得られた複素相関パターンにおける等位相線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the equiphase line in the complex correlation pattern obtained in the process of the position shift measurement by the signal processing apparatus of the 5th aspect shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形(各実施例を組み合わせる等)して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described below. In other words, the present invention can be implemented with various modifications (combining the embodiments, etc.) without departing from the spirit of the present invention. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. The drawings are schematic and do not necessarily match actual dimensions and ratios. In some cases, the dimensional relationships and ratios may be different between the drawings.

〔A〕概要説明
相関を用いたパターン照合や位置ずれ測定手法は、一般的にはノイズに強いといわれている。例えば、画像照合等のパターンマッチングにおいて、照合の度に変化するランダムなノイズ成分(パターン)が照合対象のパターン(信号)に含まれていたとしても、当該ノイズ成分による影響は低減できる。これは、ノイズ成分と照合対象のパターンとの間に相関が無いか低いことを利用している。
[A] Outline Description It is generally said that pattern matching and positional deviation measurement methods using correlation are resistant to noise. For example, in pattern matching such as image matching, even if a random noise component (pattern) that changes each time matching is included in the pattern (signal) to be verified, the influence of the noise component can be reduced. This utilizes the fact that there is no or low correlation between the noise component and the pattern to be collated.

しかし、ノイズ成分と照合対象のパターンとの間に相関がある場合は、当該ノイズ成分による影響を無視できない。例えば、照合対象の2つのパターンを同じ撮像装置で撮影した場合、双方のパターンに、撮像装置に由来する固定パターンノイズが共通して含まれることがある。   However, when there is a correlation between the noise component and the pattern to be collated, the influence of the noise component cannot be ignored. For example, when two patterns to be collated are photographed by the same imaging device, the fixed pattern noise derived from the imaging device may be included in both patterns in common.

この場合、同一か実質的に同一であるパターンノイズが両パターンに含まれているため、パターン間に強い相関が生じる。その結果、位置ずれの測定精度が低下する。例えば、実際の位置ずれに関係無く、位置ずれが無いという結果が得られることがある。これは照合される2つのパターンのそれぞれ同じ位置にパターンノイズが存在するため、本来測定すべきパターンの位置ずれではなく、固定パターンノイズ間の位置ずれを測定してしまうからである。   In this case, since the same or substantially the same pattern noise is included in both patterns, a strong correlation occurs between the patterns. As a result, the measurement accuracy of misalignment decreases. For example, a result that there is no positional deviation may be obtained regardless of the actual positional deviation. This is because the pattern noise exists at the same position in each of the two patterns to be collated, and therefore, the positional deviation between the fixed pattern noises is measured instead of the positional deviation of the pattern to be originally measured.

相関演算に位相限定相関法を用いた場合、位相限定相関法の感度の高さが逆効果となり、固定パターンノイズどうしの相関(自己相関)の影響を受けやすい。また、正規化相関法を用いた場合も、固定パターンノイズの影響を受けることがある。   When the phase only correlation method is used for the correlation calculation, the high sensitivity of the phase only correlation method has an adverse effect and is easily influenced by the correlation (autocorrelation) between fixed pattern noises. In addition, when the normalized correlation method is used, it may be affected by fixed pattern noise.

このような事態を回避する方法の一つとして、既述のフィルタリングや周波数重み付けがある。ノイズ成分は、通常、低周波数から高周波数にわたって広く分布するのに対し、照合対象のパターンは、低周波数領域に偏って分布する傾向がある。そこで、パターンに含まれる高周波数成分をフィルタリングや周波数重み付けにより除去あるいは低減することで、ノイズ成分による影響を除去あるいは軽減できる。   One of the methods for avoiding such a situation includes the above-described filtering and frequency weighting. While noise components are generally distributed widely from low to high frequencies, the pattern to be verified tends to be distributed in a low frequency region. Therefore, the influence of the noise component can be removed or reduced by removing or reducing the high frequency component included in the pattern by filtering or frequency weighting.

しかし、フィルタリングや周波数重み付けを用いて高周波成分を抑制(帯域制限)すると、ノイズ成分だけではなく照合対象のパターンの高周波成分も抑えられてしまう場合がある。照合対象のパターンの高周波成分が抑えられてしまうと、相関演算により得られる相関値(パターン)からも高周波成分の情報が失われるため、位置分解能が低下し、結果的に位置ずれの測定精度が劣化する。   However, if high frequency components are suppressed (band limitation) using filtering or frequency weighting, not only noise components but also high frequency components of the pattern to be matched may be suppressed. If the high-frequency component of the pattern to be matched is suppressed, the high-frequency component information is lost also from the correlation value (pattern) obtained by the correlation calculation, so that the position resolution is lowered and consequently the measurement accuracy of the positional deviation is improved. to degrade.

例えば図1の相関値(相関パターン)の等高線マップに模式的に例示するように、パターンの高周波数成分が帯域制限によって除去あるいは抑制されると、相関値の高低差がなだらかになり、位置検出の確度が低下する。結果として、相関値がピーク(最大)を示す位置と、実際の位置ずれの真値とが一致しない結果になりやすい。   For example, as schematically illustrated in the contour map of the correlation value (correlation pattern) in FIG. 1, when the high frequency component of the pattern is removed or suppressed by band limitation, the difference in the correlation value becomes gentle and position detection is performed. The accuracy of is reduced. As a result, the position where the correlation value shows a peak (maximum) and the true value of the actual positional deviation tend to be inconsistent.

そこで、本実施形態では、照合される2つのパターンに対応するパターン信号のそれぞれに位相情報を付加し、当該位相情報が付加されたパターン信号の相関に基づき、両パターンの位相差に応じた位置ずれを求めることとする。このように付加的な位相情報を用いることで、位置分解能、ひいては位置ずれの測定精度を向上することが可能となる。なお、照合される2つのパターンには、N次元のパターンを適用でき、例えば、N=2の場合が画像パターンに相当し、N=3の場合が立体パターンに相当する。   Therefore, in the present embodiment, phase information is added to each of the pattern signals corresponding to the two patterns to be collated, and the position corresponding to the phase difference between the two patterns based on the correlation of the pattern signal to which the phase information is added. We will ask for the deviation. By using the additional phase information in this way, it is possible to improve the position resolution, and thus the measurement accuracy of the positional deviation. Note that an N-dimensional pattern can be applied to the two patterns to be verified. For example, a case where N = 2 corresponds to an image pattern, and a case where N = 3 corresponds to a three-dimensional pattern.

(着眼点)
相関を用いた位置ずれ測定手法は、相関を基にした評価基準の値が最大となる位置ずれを探索する問題として考えることができる。一方、測定や信号処理では、信号の位相や、信号間の位相差を用いることで測定精度や推定精度を向上させることができる。
(Viewpoints)
The positional deviation measurement method using the correlation can be considered as a problem of searching for the positional deviation that maximizes the value of the evaluation criterion based on the correlation. On the other hand, in measurement and signal processing, measurement accuracy and estimation accuracy can be improved by using the phase of a signal and the phase difference between signals.

そこで、位相を用いた手法をN次元(Nは2以上の整数)のパターンマッチングに適用することを考える。まず、照合される2つのパターンに対応するパターン信号のそれぞれに位相情報を付加する。位相情報を付加する方法の一例としては、ヒルベルト変換が挙げられる。パターン信号をヒルベルト変換すると、実数値のパターン信号が複素値に変換され、複素数の偏角に相当する位相情報がパターン信号に含まれることになる。   Therefore, it is considered that a method using a phase is applied to N-dimensional (N is an integer of 2 or more) pattern matching. First, phase information is added to each of pattern signals corresponding to two patterns to be verified. An example of a method for adding phase information is Hilbert transform. When the Hilbert transform is performed on the pattern signal, the real-valued pattern signal is converted into a complex value, and phase information corresponding to the complex argument is included in the pattern signal.

このように位相情報が付加されたパターン信号間の相関を求めることで、両パターン信号の位相差を求めることができ、ひいては当該位相差に基づいて、パターン間の位置ずれに関する情報を得ることが可能となる。ただし、この手法を2次元以上のパターン(画像等)に適用する場合、1つの位相情報からでは位置ずれが特定できない。例えば、2次元のパターンにヒルベルト変換を適用すると、複素値化されたパターン上に等位相線ができる。つまり、位置ずれに対応する点がある曲線上にあることはわかるが、1点に特定することはできない。   Thus, by obtaining the correlation between the pattern signals to which the phase information is added, the phase difference between the two pattern signals can be obtained, and as a result, information on the positional deviation between the patterns can be obtained based on the phase difference. It becomes possible. However, when this method is applied to a two-dimensional or higher pattern (image or the like), the positional deviation cannot be specified from one phase information. For example, when the Hilbert transform is applied to a two-dimensional pattern, isophase lines are formed on the complexized pattern. That is, it can be seen that a point corresponding to the positional deviation is on a certain curve, but it cannot be specified as one point.

そこで、本実施形態では、次元の数だけ、もしくはそれ以上の数の互いに平行にならないような位相情報を生成し、それらを組み合わせることで、位置ずれを1点に特定できるようにする。例えば、2次元の場合であれば、平行にならないような異なる2本の等位相線が得られれば、その交点から位置ずれが特定可能となる。当該位置ずれの測定値は、位相情報を利用しているため、評価基準の最大値の位置から求められる値よりも精度が高い。すなわち、本実施形態では、相関を基にした評価基準の値が最大になる点をそのまま位置ずれの測定値とするのではなく、その周辺における次元の数だけ、もしくはそれ以上の数の位相情報を利用することで、位置ずれの測定精度向上を図ることができる。   Therefore, in the present embodiment, the phase information that is not parallel to the number of dimensions or more than that is generated, and these are combined so that the positional deviation can be specified as one point. For example, in the case of a two-dimensional case, if two different equiphase lines that are not parallel to each other are obtained, the positional deviation can be specified from the intersection. Since the measurement value of the positional deviation uses phase information, the accuracy is higher than the value obtained from the position of the maximum value of the evaluation criterion. That is, in the present embodiment, the point at which the value of the evaluation criterion based on the correlation is maximized is not used as the measurement value of the positional deviation as it is, but the phase information of the number of dimensions in the vicinity thereof or more. By using this, it is possible to improve the measurement accuracy of misalignment.

(位置ずれ測定の原理的な説明)
(1次元の場合)
本発明は2次元以上のパターン信号を対象としたものであるが、最初に導入として、1次元のパターン信号間の位置ずれを測定する場合の原理について簡単に説明する。ある信号A(x)と、当該信号A(x)を軸xの負方向へlだけずらした信号A(x−l)を考える(図2参照)。ただし、信号A(x)及びA(x−l)は、いずれも実数の信号とする。
(Principle explanation of displacement measurement)
(One-dimensional case)
The present invention is intended for pattern signals of two or more dimensions, but as a first introduction, the principle for measuring the positional deviation between one-dimensional pattern signals will be briefly described. Consider a signal A (x) and a signal A (xl) obtained by shifting the signal A (x) by 1 in the negative direction of the axis x (see FIG. 2). However, both the signals A (x) and A (xl) are real signals.

これらの信号A(x)及びA(x−l)のそれぞれに位相情報を与えることを考える。位相情報は、ヒルベルト変換等を用いることで付加できるが、そのようにして付加した位相はやや複雑になるので、ここでは説明を簡単にするために、角周波数ωの複素正弦波
を乗じることで位相情報を付加する。
Consider giving phase information to each of these signals A (x) and A (xl). The phase information can be added by using the Hilbert transform or the like, but the added phase is somewhat complicated. For the sake of simplicity, a complex sine wave with an angular frequency ω is used here.
The phase information is added by multiplying by.

信号A(x)及び信号A(x−l)にそれぞれ位相情報を与えた複素信号f(x)及びg(x)は、次式(1)で表わすことができる。なお、jは虚数単位である。
Complex signals f (x) and g (x) obtained by giving phase information to the signal A (x) and the signal A (x−1), respectively, can be expressed by the following equation (1). J is an imaginary unit.

式(1)に示す2つの信号f(x)及びg(x)の位相差は、ωlであり、ずれの大きさlに比例する(図3参照)。当該2つの信号f(x)と信号g(x)との相互相関関数φf,gは、次式(2)により求められる。なお、φは信号A(x)の自己相関関数を表わす。
The phase difference between the two signals f (x) and g (x) shown in Equation (1) is ωl, which is proportional to the magnitude l of the deviation (see FIG. 3). A cross-correlation function φ f, g between the two signals f (x) and g (x) is obtained by the following equation (2). Φ A represents the autocorrelation function of the signal A (x).

相互相関関数φf,g及び自己相関関数φは、それぞれ以下の式(3)で表わすことができる。なお、説明を簡単にするため、ここでは平均値を引かずに算出する定義を用いる。式(3)中のアスタリスク(*)は、複素共役を表す。
The cross-correlation function φ f, g and the autocorrelation function φ A can be expressed by the following equation (3), respectively. In order to simplify the explanation, here, a definition that calculates without subtracting the average value is used. An asterisk (*) in the formula (3) represents a complex conjugate.

相互相関関数φf,gの位相(偏角)及び絶対値のプロットをそれぞれ図4の上段及び下段に示す。φは実数値であり、
の絶対値は常に1になるので、φf,gの絶対値はφに等しく、位相は
の位相と一致する。図4の上段に例示するように、α=lでは位相が0になる(点A参照)。これは、信号g(x)を軸xの負方向へlだけずらすと、信号f(x)の位相と信号g(x)の位相とが一致し、位相差が0になることに対応している。このように、信号に位相情報を付加して複素値に変換した後、相互相関関数を算出し、その位相を調べれば、1次元パターン間の位置ずれを測定することができる。
The plots of the phase (deflection angle) and absolute value of the cross-correlation function φ f, g are shown in the upper and lower parts of FIG. φ A is a real value,
Since the absolute value of is always 1, the absolute value of φ f, g is equal to φ A and the phase is
Match the phase. As illustrated in the upper part of FIG. 4, when α = 1, the phase becomes 0 (see point A). This corresponds to the fact that when the signal g (x) is shifted by 1 in the negative direction of the axis x, the phase of the signal f (x) coincides with the phase of the signal g (x) and the phase difference becomes zero. ing. In this way, after adding phase information to a signal and converting it to a complex value, calculating a cross-correlation function and examining its phase makes it possible to measure a positional shift between one-dimensional patterns.

なお、図4では、点A(α=l)だけでなく、点B及びCでも位相が0になっている。これは複素数の指数関数の性質により、
が区別できないことによる。
In FIG. 4, the phase is 0 not only at point A (α = 1) but also at points B and C. This is due to the nature of the exponential function of complex numbers.
It is because it cannot be distinguished.

そのため、位相単独では位置ずれを一意に推定できないが、相互相関関数φf,gの絶対値(相関の大きさに関する情報)の最大値付近(図4下段の点A′参照)で位相が0になる点を求めることで一点に絞り込める。図4の下段に示す点B′及びC′は、点A′に比べると相互相関関数φf,gの絶対値が十分に小さいので、位置ずれ推定値の候補から外すことができる。なお、位相が0になる点を絞り込むのに、相互相関関数の絶対値の最大値を用いることは必須ではない。他の既存の位置ずれ推定に用いられている評価基準の値を当該絞り込みに用いることも可能である。 Therefore, although the phase alone cannot uniquely estimate the position shift, the phase is 0 near the maximum value of the absolute value (information on the magnitude of the correlation) of the cross-correlation function φ f, g (see point A ′ in the lower part of FIG. 4). You can narrow down to one point by finding the point that becomes. Since the absolute value of the cross-correlation function φ f, g is sufficiently small compared to the point A ′, the points B ′ and C ′ shown in the lower part of FIG. 4 can be excluded from the position deviation estimated value candidates. Note that it is not essential to use the maximum absolute value of the cross-correlation function to narrow down the points where the phase becomes zero. It is also possible to use a value of an evaluation standard used for other existing positional deviation estimation for the narrowing down.

本例では説明が簡単になるような信号を用いているため、図4を見ると相互相関関数φf,gの絶対値の位置単独でも位置ずれを測定できるように見えるかもしれないが、実際にはそうではない。例えば、既述のようにパターン信号を帯域制限して高周波数成分を除去あるいは抑制した信号から相互相関関数φf,gを求めた場合、位置分解能が低下するため、当該相互相関関数φf,gの絶対値単独で位置ずれを精度良く測定するのは容易ではない。 In this example, since a signal that can be easily explained is used, it may seem that the positional deviation can be measured even with the position of the absolute value of the cross-correlation function φ f, g alone in FIG. Not so. For example, as described above, when the cross-correlation function φ f, g is obtained from a signal in which the pattern signal is band-limited to remove or suppress the high-frequency component as described above, since the position resolution is reduced, the cross-correlation function φ f, It is not easy to measure the positional deviation accurately with the absolute value of g alone.

一方、上述のごとく位相情報を用いると、元のパターン信号が帯域制限されていて滑らかな場合でも、位置ずれの測定精度を向上することが可能である。よって、パターン間の相互相関関数の絶対値や既存の評価基準に基づいて位置ずれの(探索)範囲をある程度絞り込んだ上で、位相情報を用いて真の位置ずれを測定することで、測定精度を向上できる。なお、本手法は、条件が良ければ、例えばパターン信号のサンプリング間隔よりも詳細な位置ずれや遅延を測定することも可能である。   On the other hand, when the phase information is used as described above, it is possible to improve the measurement accuracy of the positional deviation even when the original pattern signal is band-limited and smooth. Therefore, the accuracy of measurement is determined by measuring the true misregistration using phase information after narrowing the misregistration (search) range to some extent based on the absolute value of the cross-correlation function between patterns and existing evaluation criteria. Can be improved. In this method, if the conditions are good, it is also possible to measure a positional deviation or delay more detailed than, for example, the sampling interval of the pattern signal.

(2次元の場合)
次に、画像信号等の2次元のパターン信号の場合を考える。1次元の場合と同様に、以下の式(4)で表わされる2つの単純化された信号f(x,y)及びg(x,y)を考える。なお、x及びyは、それぞれ画像等の2次元のパターンにおける水平方向及び垂直方向の座標を表わす。
(2D case)
Next, consider the case of a two-dimensional pattern signal such as an image signal. As in the one-dimensional case, consider two simplified signals f (x, y) and g (x, y) represented by the following equation (4). Note that x and y represent horizontal and vertical coordinates in a two-dimensional pattern such as an image, respectively.

式(4)に示す2つの信号f(x,y)及びg(x,y)の相互相関関数φf,gは、例えば次式(5)で表わすことができる。
The cross-correlation function φ f, g of the two signals f (x, y) and g (x, y) shown in the equation (4) can be expressed by the following equation (5), for example.

ここで、2次元の信号の場合、1次元の信号の場合とは異なり、
の位相は、α+β=k+lが成り立つ線上のすべての点で0となる。別言すると、2次元のパターン信号にヒルベルト変換等を適用して位相情報を与えると、例えば図5及び図6に模式的に示すように、複素値に変換されたパターン上に位相=0の等位相線を1本定めることができる。つまり、位置ずれに対応する点が当該等位相線上に存在することは特定(推定)できる。
Here, in the case of a two-dimensional signal, unlike the case of a one-dimensional signal,
Is 0 at all points on the line where α + β = k + 1. In other words, when phase information is given by applying Hilbert transform or the like to a two-dimensional pattern signal, for example, as schematically shown in FIGS. 5 and 6, phase = 0 on the pattern converted into a complex value One equiphase line can be defined. That is, it can be specified (estimated) that a point corresponding to the positional deviation exists on the equiphase line.

しかし、位置ずれに対応する点が当該等位相線上のどこに存在しているかまで特定する(1点に絞り込む)のは困難である。未知数の数が拘束条件の数より多いため、解が一意に定まらない状態にあるからである。逆にいえば、当該等位相線と非平行な(交差する)等位相線を前記複素値に変換されたパターン上にもう1本定めることができれば、位置ずれに対応する位置を等位相線の交点として一意に推定することができる(図7参照)。   However, it is difficult to specify (restrict to one point) where the point corresponding to the positional deviation exists on the equiphase line. This is because the number of unknowns is greater than the number of constraint conditions, so the solution is not uniquely determined. In other words, if another isophase line that is non-parallel to (intersects with) the equiphase line can be determined on the pattern converted to the complex value, the position corresponding to the misalignment can be determined. It can be uniquely estimated as an intersection (see FIG. 7).

そこで、前記の式(4)とは異なる方法で別の位相情報を信号f(x,y)及びg(x,y)に付加して、もう1つ相互相関関数を求める。例えば、以下の式(6)で表わされるようにして位相情報を信号f(x,y)及びg(x,y)に付加する。
Therefore, another phase information is added to the signals f (x, y) and g (x, y) by a method different from the above equation (4) to obtain another cross-correlation function. For example, the phase information is added to the signals f (x, y) and g (x, y) as represented by the following formula (6).

この場合、式(6)に示す2つの信号r(x,y)及びs(x,y)の相互相関関数φr,sは、次式(7)で表わすことができる。
In this case, the cross-correlation function φ r, s of the two signals r (x, y) and s (x, y) shown in the equation (6) can be expressed by the following equation (7).

当該相互相関関数φr,sの位相が0になるのは、α−β=k−lが成り立つ線上になる。従って、図6に模式的に例示するように、α−β=k−lが成り立つ等位相線と、既述のα+β=k+lが成り立つ等位相線との交点を求めることで、位置ずれを一意に推定することができる。 The phase of the cross-correlation function φ r, s becomes 0 on a line where α−β = k−1 is satisfied. Therefore, as schematically illustrated in FIG. 6, the positional deviation is uniquely determined by obtaining the intersection point between the isophase line where α−β = k−1 and the isophase line where α + β = k + 1 is satisfied. Can be estimated.

このように、2次元(例えば画像)のパターン信号に位相情報を2通りの方法で付加し、パターン信号間の相互相関関数の等位相線(位相が0になる直線又は曲線)の交点を求めることで、パターン間の位置ずれを測定することが可能となる。ただし、2つの等位相線が一致したり平行であったりすると、等位相線の交点が生じないので、パターン信号に付加する位相情報は、等位相線の交点が生じるように工夫するとよい。具体的な例については後述する。   In this way, phase information is added to a two-dimensional (for example, image) pattern signal by two methods, and an intersection of equiphase lines (a straight line or a curve with a phase of 0) of the cross-correlation function between the pattern signals is obtained. This makes it possible to measure the positional deviation between patterns. However, if two equiphase lines are coincident or parallel to each other, no intersection of equiphase lines is generated. Therefore, the phase information added to the pattern signal may be devised so that an intersection of equiphase lines is produced. A specific example will be described later.

以上をまとめると、照合対象の2次元のパターン信号のそれぞれについて、位相情報を前記2通りの方法で付加して複素値に変換し、複素値に変換されたパターン信号間の相互相関の位相成分(位相パターン)において値(位相)が0に対応する2つの等位相線の交点を求めることで、2次元パターン(例えば画像)間の位置ずれを求めることができる。   To summarize the above, for each of the two-dimensional pattern signals to be verified, phase information is added to the complex values by the two methods, and the phase components of the cross-correlation between the pattern signals converted into complex values are obtained. By obtaining the intersection of two equiphase lines whose value (phase) corresponds to 0 in (phase pattern), it is possible to obtain a positional deviation between two-dimensional patterns (for example, images).

なお、上記の例では2通りの方法でパターン信号を複素値に変換しているが、3通り以上の方法で当該変換を行なっても構わない。ただし、得られる等位相線の数が次元数よりも多いと、未知数の数よりも拘束条件の数の方が多くなるので、例えば図8に模式的に示すように、等位相線の交点が複数生じて一点に定まらない場合がある。そのような場合には、例えば、最小2乗法を用いたり、複数の交点の重心を求めたりすることで、位置ずれを一意に推定することが可能である。   In the above example, the pattern signal is converted into a complex value by two methods, but the conversion may be performed by three or more methods. However, if the number of obtained equiphase lines is larger than the number of dimensions, the number of constraint conditions is larger than the number of unknowns. Therefore, for example, as schematically shown in FIG. There are cases where multiple items are generated and cannot be fixed at a single point. In such a case, for example, the positional deviation can be uniquely estimated by using the least square method or obtaining the centroids of a plurality of intersections.

(N次元の場合)
上述した手法は、N≧3のN次元のパターンに拡張可能である。例えば、与えられたN次元の2つのパターン信号のそれぞれについて、位相情報をm通り(ただし、mはm≧Nの整数)の方法で付加して複素値に変換する。そして、複素値に変換されたm組のパターン信号間の相互相関の位相成分(位相パターン)において値(位相)がそれぞれ0に対応するm組の超曲面又は超平面(以下、「等位相領域」と総称する。)の交点を求めることで、N次元パターン間のずれを求めることができる。
(N dimension)
The above-described method can be extended to an N-dimensional pattern with N ≧ 3. For example, for each of two given N-dimensional pattern signals, phase information is added in m ways (where m is an integer of m ≧ N) and converted into a complex value. Then, in the phase component (phase pattern) of the cross-correlation between m sets of pattern signals converted into complex values, m sets of hypersurfaces or hyperplanes (hereinafter referred to as “equal phase regions”) whose values (phases) respectively correspond to 0. "Is collectively referred to as". ", The deviation between the N-dimensional patterns can be obtained.

なお、m>Nの場合で、等位相領域の交点が複数生じて1箇所に定まらない場合には、例えば、最小2乗法を用いたり、複数の交点の重心を求めたりすることで、パターン間のずれを一意に推定することが可能である。   In the case of m> N, when a plurality of intersections in the equiphase region are generated and cannot be determined at one place, for example, by using the least square method or obtaining the center of gravity of the plurality of intersections, It is possible to uniquely estimate the deviation.

〔B〕具体例の説明
以下、上述した位置ずれ測定の具体例について、図9〜図21を用いて詳述する。
[B] Description of Specific Example Hereinafter, a specific example of the above-described displacement measurement will be described in detail with reference to FIGS.

(システム構成例)
図9は、本発明の一実施形態に係る位置ずれ測定システムの一例を示すブロック図である。図9に示す測定システムは、例示的に、N次元のパターン信号を生成するパターン生成装置1と、パターン生成装置1で生成されたパターン信号を処理する信号処理装置2と、を備える。なお、例えば、N=2の場合の2次元パターンが画像パターンであり、この場合、パターン生成装置1は、例えば画像センサやCCDカメラ等の撮像装置に相当する。
(System configuration example)
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a misregistration measurement system according to an embodiment of the present invention. The measurement system illustrated in FIG. 9 includes, for example, a pattern generation device 1 that generates an N-dimensional pattern signal and a signal processing device 2 that processes the pattern signal generated by the pattern generation device 1. For example, the two-dimensional pattern in the case of N = 2 is an image pattern. In this case, the pattern generation device 1 corresponds to an imaging device such as an image sensor or a CCD camera.

信号処理装置2は、例示的に、同じ又は異なるパターン生成装置1から与えられた2つのパターン信号を照合して両パターンのパターンずれ(位置ずれ)を測定するパターン照合装置(位置ずれ測定装置)としての機能(以下、「位置ずれ測定機能」ともいう。)を有する。なお、照合対象の2つのパターン信号は、同じパターン生成装置1で生成されてもよいし異なるパターン生成装置1で生成されてもよい。   The signal processing device 2 exemplarily shows a pattern matching device (position displacement measuring device) that compares two pattern signals given from the same or different pattern generation devices 1 and measures the pattern displacement (position displacement) of both patterns. (Hereinafter also referred to as “positional displacement measurement function”). Note that the two pattern signals to be collated may be generated by the same pattern generation device 1 or different pattern generation devices 1.

信号処理装置2は、例えば、CPU(Central Processing Unit)21と、ROM(Read Only Memory)22と、RAM(Random Access Memory)23と、ハードディスクドライブ(HD)24と、メモリ(FM)25と、インタフェース(I/F)26とを備える。   The signal processing device 2 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) 21, a ROM (Read Only Memory) 22, a RAM (Random Access Memory) 23, a hard disk drive (HD) 24, a memory (FM) 25, And an interface (I / F) 26.

CPU21は、コンピュータ(演算処理部)の一例であり、CISC(Complex Instruction Set Computer、複合命令セットコンピュータ)方式やRISC(Reduced Instruction Set Computer、縮小命令セットコンピュータ)方式のCPU、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Processor、特定用途向けプロセッサー)等を用いて実現できる。   The CPU 21 is an example of a computer (arithmetic processing unit), and is a CISC (Complex Instruction Set Computer) or RISC (Reduced Instruction Set Computer) CPU, MPU (Micro Processing Unit). , DSP (Digital Signal Processor), ASIC (Application Specific Processor), etc.

ROM22、RAM23、HD24およびメモリ25は、いずれも記憶部の一例であり、いずれかの記憶領域(例示的に、ROM22)に、所定のプログラムやパラメータ等の各種データを記憶することができる。前記プログラムには、本実施形態に係る位置ずれ測定をコンピュータに実行させる位置ずれ測定プログラムが含まれる。なお、記憶部は、内部又は外部記憶装置の別を問わない。記憶部には、他に、SSD(Solid State Drive)、フラッシュメモリ、SRAM(Static Random Access Memory)等を用いられてもよく、高速な書き込み及び読み出し速度が要求されないなら、より低速な磁気テープ装置、光ディスク装置等が用いられても構わない。   The ROM 22, RAM 23, HD 24, and memory 25 are all examples of a storage unit, and various data such as a predetermined program and parameters can be stored in any storage area (exemplarily ROM 22). The program includes a misalignment measurement program that causes a computer to perform misalignment measurement according to the present embodiment. Note that the storage unit may be an internal or external storage device. In addition, an SSD (Solid State Drive), a flash memory, an SRAM (Static Random Access Memory), or the like may be used as the storage unit. If a high-speed writing and reading speed is not required, a lower-speed magnetic tape device An optical disk device or the like may be used.

位置ずれ測定プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された形態で提供することもできる。記録媒体の一例としては、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、CD−ROM、CD−R、CD−R、CD−RW、DVD、ブルーレイディスク、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ICカード、ROMカートリッジ、SSD等の、コンピュータ読取可能な種々の媒体が挙げられる。コンピュータは、当該記録媒体から位置ずれ測定プログラムを読み取ってハードディスク24やRAM23に適宜に転送し格納して用いる。   The misregistration measurement program can be provided in a form recorded on a computer-readable recording medium. Examples of recording media include flash memory, flexible disk, CD-ROM, CD-R, CD-R, CD-RW, DVD, Blu-ray disk, magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, IC card, ROM cartridge, SSD And various computer-readable media. The computer reads the misregistration measurement program from the recording medium, appropriately transfers it to the hard disk 24 or RAM 23, and uses it.

また、位置ずれ測定プログラムは、例えばRAM23、HD24等の内部又は外部記憶装置、あるいは記録媒体に記録しておき、その記憶装置又は記憶媒体からインターネット等の通信回線を介してコンピュータに提供することもできる。   Further, the misregistration measurement program may be recorded in an internal or external storage device such as RAM 23, HD 24, or a recording medium, and provided to the computer from the storage device or storage medium via a communication line such as the Internet. it can.

ここで、コンピュータとは、例えば、ハードウェアとオペレーティングシステム(OS)とを含む概念であり、OSの制御の下で動作するハードウェアを意味することがある。また、OSが不要でプログラム単独でハードウェアを動作可能な場合には、そのハードウェアがコンピュータに相当するとみることができる。ハードウェアは、CPU等の演算装置と、記録媒体に記録されたプログラムを読み取り可能な読み取り装置とを含むことができる。   Here, the computer is a concept including, for example, hardware and an operating system (OS), and may mean hardware that operates under the control of the OS. Further, when the OS is unnecessary and the hardware can be operated by the program alone, it can be considered that the hardware corresponds to a computer. The hardware can include an arithmetic device such as a CPU and a reading device that can read a program recorded on a recording medium.

位置ずれ測定プログラムは、上述のようなコンピュータに、既述の位置ずれ測定機能を実現させるプログラムコードを含んでいる。また、その機能の一部はプログラムではなくOSによって実現されてもよい。   The misregistration measurement program includes program code for causing the above-described computer to realize the misregistration measurement function described above. Some of the functions may be realized by the OS instead of the program.

ROM22は、不揮発性記憶媒体の一例である。CPU21は、ROM22に保持されたプログラムやデータを読み出して、CPU21のマイクロコードの設定を行なったり、各部の初期化を行なったり、HD24からOS等を起動し、位置ずれ測定プログラムが実行されるような指示を行なったりする。   The ROM 22 is an example of a nonvolatile storage medium. The CPU 21 reads the program and data stored in the ROM 22 and sets the microcode of the CPU 21, initializes each part, starts the OS and the like from the HD 24, and executes the misregistration measurement program. Or give instructions.

メモリ25は、例えばパターン生成装置1で生成されたパターン信号を一時的に記憶する。CPU21は、メモリ25に記憶されたパターン信号を例えばHD24に記憶する。記憶されたパターン信号は、位置ずれ測定処理時に参照されるテンプレート(登録パターン信号)として用いることができる。また、CPU21は、メモリ25に記憶された照合対象のパターン信号(以下、「照合パターン信号」ともいう。)と、例えばHD24にテンプレートとして記憶された登録パターン信号と、を前記位置ずれ測定プログラムに従って照合する。   The memory 25 temporarily stores, for example, a pattern signal generated by the pattern generation device 1. The CPU 21 stores the pattern signal stored in the memory 25 in the HD 24, for example. The stored pattern signal can be used as a template (registered pattern signal) that is referred to during the positional deviation measurement process. In addition, the CPU 21 uses a pattern signal to be collated stored in the memory 25 (hereinafter also referred to as “collation pattern signal”) and a registered pattern signal stored as a template in the HD 24 in accordance with the positional deviation measurement program. Match.

I/F26は、例えば、表示装置や印刷装置等の周辺機器(ペリフェラル)を接続可能な外部接続I/Fや、LAN(ローカル・エリア・ネットワーク)、WAN(ワイド・エリア・ネットワーク)等のネットワークへの接続を可能にする通信I/Fである。外部接続I/Fは、例示的に、USB、IEEE1394、シリアル、パラレル、赤外線、無線等のインタフェースを提供する。通信I/Fとしては、例示的に、WiMAX(登録商標)、c.Link(登録商標)、HDMI(登録商標)、有線/無線LAN、電話線、携帯電話網、PHS網、電灯線ネットワーク、IEEE1394等の接続方式に準拠したものを適用できる。   The I / F 26 is, for example, an external connection I / F that can connect peripheral devices (peripherals) such as a display device or a printing device, or a network such as a LAN (local area network) or a WAN (wide area network). Communication I / F that enables connection to The external connection I / F, for example, provides an interface such as USB, IEEE 1394, serial, parallel, infrared, and wireless. As the communication I / F, for example, WiMAX (registered trademark), c. A device that conforms to a connection method such as Link (registered trademark), HDMI (registered trademark), wired / wireless LAN, telephone line, mobile phone network, PHS network, power line network, IEEE1394, or the like can be applied.

信号処理装置2は、外部接続I/Fを通じて表示装置や印刷装置に例えば位置ずれ測定結果を出力したり、通信I/Fを介して、他の信号処理装置2やサーバと通信したりすることができる。したがって、信号処理装置2は、通信可能に接続されている他の信号処理装置2へプログラムや各種データの一部を提供することもできる。   The signal processing device 2 outputs, for example, a positional deviation measurement result to the display device or the printing device through the external connection I / F, or communicates with another signal processing device 2 or a server through the communication I / F. Can do. Therefore, the signal processing device 2 can also provide a part of the program and various data to other signal processing devices 2 that are communicably connected.

(第1の態様)
図10に、上述した位置ずれ測定プログラムをCPU21が読み取って実行することにより実現される信号処理装置2の機能的な構成(第1の態様)を例示する。
(First aspect)
FIG. 10 illustrates a functional configuration (first aspect) of the signal processing device 2 realized by the CPU 21 reading and executing the above-described misregistration measurement program.

図10に示す信号処理装置2は、例示的に、位置ずれ概略値推定部3と、照合対象の2つのパターン信号のそれぞれを複素値に変換するm組(m≧Nを満たす整数で、例示的にm=2)の複素フィルタ部4A−i及び4B−i(#i)(i=1,2,…,m)と、を備える。また、信号処理装置2は、m個の相関演算部5−i(#i)と、m個の位相成分抽出部6−i(#i)と、m個の等位相情報算出部7−i(#i)と、交点算出部8と、を備える。なお、図11に、N=2及びm=2の場合の信号処理装置2の構成例を示す。   The signal processing device 2 illustrated in FIG. 10 exemplarily includes a misalignment approximate value estimation unit 3 and m sets (two integers satisfying m ≧ N, which convert each of the two pattern signals to be verified into complex values. M = 2) complex filter sections 4A-i and 4B-i (#i) (i = 1, 2,..., M). Further, the signal processing device 2 includes m correlation calculation units 5-i (#i), m phase component extraction units 6-i (#i), and m equal phase information calculation units 7-i. (#I) and an intersection calculation unit 8. In addition, in FIG. 11, the structural example of the signal processing apparatus 2 in the case of N = 2 and m = 2 is shown.

位置ずれ概略値推定部(以下、単に「位置ずれ推定部」ともいう)3は、照合される2つのパターン(例えば、登録パターンと照合パターン)を比較して、互いにどれだけずれているか、大まかな位置ずれを推定する。大まかな位置ずれが推定可能であれば、どのような手法を適用してもよい。例えば、既知の位置ずれ測定手法を位置ずれ推定部3に適用することも可能である。   The approximate position deviation estimation unit (hereinafter, also simply referred to as “positional displacement estimation unit”) 3 compares two patterns to be collated (for example, a registered pattern and a collation pattern) and roughly determines how much they are deviated from each other. The misalignment is estimated. Any method may be applied as long as a rough positional deviation can be estimated. For example, it is possible to apply a known displacement measurement method to the displacement estimation unit 3.

なお、位置ずれ推定部3への入力は、後述するように固定パターンノイズ等のノイズ成分を除去あるいは抑制するフィルタリング処理が適用されたパターン信号でもよいし当該フィルタリング処理が適用されていないパターン信号でもよい。また、位相限定相関法における振幅抑制処理が施されたパターン信号を位置ずれ推定部3の入力としてもよい。   The input to the misregistration estimation unit 3 may be a pattern signal to which a filtering process for removing or suppressing noise components such as fixed pattern noise is applied as will be described later, or a pattern signal to which the filtering process is not applied. Good. Alternatively, a pattern signal that has been subjected to amplitude suppression processing in the phase-only correlation method may be used as an input to the positional deviation estimation unit 3.

大まかな位置ずれを推定する方法の非限定的な一例として、パターン信号間の相互相関の振幅情報を基に位置ずれを推定する方法について以下に説明する。なお、当該方法は、例えば図12に示すように、位置ずれ推定部3の一例として、振幅相関演算部31、最大値探索部32、探索中心決定部33を備えることで実現可能である。   As a non-limiting example of a method for estimating a rough positional deviation, a method for estimating a positional deviation based on amplitude information of cross-correlation between pattern signals will be described below. For example, as shown in FIG. 12, the method can be realized by including an amplitude correlation calculation unit 31, a maximum value search unit 32, and a search center determination unit 33 as an example of the positional deviation estimation unit 3.

振幅相関演算部31は、例えば以下の式(8)で表わされる、f(p,q)及びg(p,q)の正規化されていない相互相関関数φf,gを演算する。
The amplitude correlation calculation unit 31 calculates a non-normalized cross-correlation function φ f, g of f (p, q) and g (p, q) represented by the following formula (8), for example.

ただし、f(p,q)及びg(p,q)は、2次元の登録パターン信号及び照合パターン信号をそれぞれ表す。また、p及びqはそれぞれ離散化された座標値を表わし、それぞれ平面における水平軸(x)及び垂直軸(y)に対応する。よって、信号g(κ+α,λ+β)は、信号g(κ,λ)を水平方向に−α、垂直方向に−βだけずらしたものであり、式(8)はそのずらした信号と信号f(κ,λ)との相関の大きさを求めている。言い換えれば、信号f(κ,λ)を水平方向にα、垂直方向にβずらした上で、g(κ,λ)との相関の大きさを求めている。また、
は、f(p,q),g(p,q)の平均値をそれぞれ表す。
Here, f (p, q) and g (p, q) represent a two-dimensional registration pattern signal and a collation pattern signal, respectively. P and q represent discretized coordinate values, and correspond to the horizontal axis (x) and the vertical axis (y) in the plane, respectively. Therefore, the signal g (κ + α, λ + β) is obtained by shifting the signal g (κ, λ) by −α in the horizontal direction and −β in the vertical direction, and Expression (8) shows the shifted signal and the signal f ( The magnitude of correlation with (κ, λ) is obtained. In other words, the magnitude of the correlation with g (κ, λ) is obtained after the signal f (κ, λ) is shifted by α in the horizontal direction and β in the vertical direction. Also,
Represents the average values of f (p, q) and g (p, q), respectively.

次に、最大値探索部(最大値演算部)32は、振幅相関演算部31において式(8)により得られた相互相関関数φf,gの最大値の位置(座標)を求める。ここで求めた最大値の位置は、2つのパターンの真の位置ずれに対応した位置に近いと判断できるので、探索中心決定部33は、当該最大値の位置を位置ずれの概略推定値として決定する。当該概略推定値は、交点算出部8において等位相線の交点の探索範囲の中心位置を定めるのに用いられる。 Next, the maximum value search unit (maximum value calculation unit) 32 obtains the position (coordinates) of the maximum value of the cross-correlation function φ f, g obtained by the equation (8) in the amplitude correlation calculation unit 31. Since the position of the maximum value obtained here can be determined to be close to the position corresponding to the true positional deviation between the two patterns, the search center determining unit 33 determines the position of the maximum value as a rough estimated value of the positional deviation. To do. The approximate estimated value is used in the intersection calculation unit 8 to determine the center position of the search range for the intersection of equiphase lines.

なお、照合される2つのパターン信号の一方又は双方には、ノイズが含まれている場合がある。例えば、既述の固定パターンノイズが両パターン信号に共通に含まれていると、大まかな位置ずれすら推定できなくなる可能性がある。このような事態は、例えば図12に破線で示すように、位置ずれ推定部3に、照合される2つのパターン信号をそれぞれフィルタリングするフィルタ部30を備えることで回避可能である。   Note that one or both of the two pattern signals to be collated may contain noise. For example, if the above-described fixed pattern noise is included in both pattern signals, there is a possibility that even a rough positional deviation cannot be estimated. Such a situation can be avoided by providing the misregistration estimation unit 3 with a filter unit 30 for filtering the two pattern signals to be collated, as indicated by a broken line in FIG.

すなわち、パターン信号間の相互相関を求める前に各パターン信号を当該フィルタ部30にてフィルタリングすることで、各パターン信号に含まれるノイズ成分を予め除去あるいは抑制しておく。なお、ここでの「フィルタリング」の概念には、各パターン信号間の相関演算時に周波数による重み付けをする(例えば、ノイズ成分の比率が高い高周波数の重みを相対的に低くする)処理が含まれることとしてよい。   That is, the noise component included in each pattern signal is removed or suppressed in advance by filtering each pattern signal with the filter unit 30 before obtaining the cross-correlation between the pattern signals. Here, the concept of “filtering” includes a process of performing weighting by frequency at the time of correlation calculation between pattern signals (for example, relatively reducing the weight of a high frequency with a high ratio of noise components). That's good.

フィルタリングによってパターン信号からノイズ成分(例示的に、高周波数成分)を除去あるいは抑制すると、既述のようにパターンの周波数成分まで除去あるいは抑制されてしまって前記概略推定値の精度が劣化しうる。しかし、本実施形態では、後述するように、位相情報を用いて精度の高い位置ずれ推定が可能なので、当該劣化は許容できる。   If a noise component (for example, a high frequency component) is removed or suppressed from the pattern signal by filtering, the frequency component of the pattern may be removed or suppressed as described above, and the accuracy of the approximate estimated value may deteriorate. However, in the present embodiment, as will be described later, since the positional deviation can be estimated with high accuracy using the phase information, the deterioration can be tolerated.

フィルタ部30によるフィルタリングは、例示的に、フィルタ部30のフィルタ係数と、登録パターン信号及び照合パターン信号のそれぞれと、の畳み込み演算によって実現できる。例えば、フィルタ部30のフィルタ係数をhR(p,q)で表すと、当該畳み込み演算は、次式(9)で表わすことができる。
Filtering by the filter unit 30 can be realized by, for example, a convolution operation of the filter coefficient of the filter unit 30 and each of the registered pattern signal and the collation pattern signal. For example, when the filter coefficient of the filter unit 30 is expressed by h R (p, q), the convolution operation can be expressed by the following equation (9).

(p,q)及びg(p,q)は、それぞれf(p,q)及びg(p,q)に振幅用のフィルタリングを適用した後のパターン信号を表す。フィルタ係数hR(p,q)は、実数及び複素数のいずれであってもよく、f(p,q)及びg(p,q)(以下、単にそれぞれ「f」及び「g」と略記することがある。)からそれぞれノイズを除去あるいは抑制可能なものであれば足りる。なお、フィルタ部30は、登録パターン信号と照合パターン信号とで異なるフィルタを用いてもよいが、同じフィルタにする方が好ましい。 f A (p, q) and g A (p, q) represent pattern signals after applying amplitude filtering to f (p, q) and g (p, q), respectively. The filter coefficient h R (p, q) may be either a real number or a complex number, and f (p, q) and g (p, q) (hereinafter simply abbreviated as “f” and “g”, respectively). It is sufficient if the noise can be removed or suppressed. The filter unit 30 may use different filters for the registered pattern signal and the matching pattern signal, but it is preferable to use the same filter.

フィルタ部30によるフィルタリングの後、f(p,q)とg(p,q)との相互相関関数を振幅相関演算部31にて演算する。当該演算は、式(8)で表わされるf(p,q)及びg(p,q)を、それぞれ式(9)で表わされるf(p,q)及びg(p,q)に置き換えればよい。なお、フィルタ(係数)h(p,q)が複素数の場合、相互相関関数も複素関数である。この場合、最大値探索部32は、相互相関関数φf,gの絶対値又は実部の最大値を求め、その位置を位置ずれの概略推定値とすることができる。 After filtering by the filter unit 30, the amplitude correlation calculation unit 31 calculates a cross-correlation function between f A (p, q) and g A (p, q). In this calculation, f (p, q) and g (p, q) represented by Expression (8) are converted into f A (p, q) and g A (p, q) represented by Expression (9), respectively. Replace it. When the filter (coefficient) h R (p, q) is a complex number, the cross-correlation function is also a complex function. In this case, the maximum value search unit 32 can obtain the absolute value or the maximum value of the real part of the cross-correlation function φ f, g and set the position as a rough estimated value of the positional deviation.

なお、概略推定値を得る手法は、以上のような2つのパターン信号の相互相関関数の振幅情報を基にした手法に限られない。例えば次式(10)に示すように、2つのパターン信号をずらした時の値の差の絶対値を積算したものを評価関数とし、当該評価関数の最小値に対応する位置を概略推定値として求める手法もある。
Note that the method for obtaining the rough estimated value is not limited to the method based on the amplitude information of the cross-correlation function of the two pattern signals as described above. For example, as shown in the following equation (10), the sum of the absolute values of the differences between the two pattern signals is used as the evaluation function, and the position corresponding to the minimum value of the evaluation function is used as the rough estimated value. There is also a method to seek.

次に、複素フィルタ部4A−i及び4B−i、相関演算部5−i、位相成分抽出部6−i、及び等位相情報算出部7−i、並びに、交点算出部8について説明する。これらの部分は、パターン信号間の相互相関の位相情報に基づいて、より正確な位置ずれを推定する処理を担う。なお、以降において、複素フィルタ部4A−i及び4B−iを区別しない場合、単に「複素フィルタ部4−i」と表記する。   Next, the complex filter units 4A-i and 4B-i, the correlation calculation unit 5-i, the phase component extraction unit 6-i, the equiphase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 will be described. These parts are responsible for the process of estimating a more accurate positional shift based on the phase information of the cross correlation between the pattern signals. Hereinafter, when the complex filter units 4A-i and 4B-i are not distinguished, they are simply expressed as “complex filter unit 4-i”.

複素フィルタ部4−iは、入力パターン信号に位相情報を付加する。位相情報の付加は、複素値のフィルタ(係数)と、登録パターン信号及び照合パターン信号と、の畳み込み演算によって実現できる。複素フィルタ部4−iに適用するフィルタをh(p,q)で表すと、この演算は次式(11)で表わすことができる。ただし、f(p,q),g(p,q)はフィルタリング後のパターン信号を表す。
The complex filter unit 4-i adds phase information to the input pattern signal. The addition of the phase information can be realized by a convolution operation of a complex value filter (coefficient), a registered pattern signal, and a matching pattern signal. When a filter applied to the complex filter unit 4-i is represented by h i (p, q), this calculation can be represented by the following equation (11). However, f F (p, q) , g F (p, q) represents a pattern signal after filtering.

各複素フィルタ部4−iは、等位相情報算出部7−iで求められる等位相線が互いに平行にならないような(別言すると、等位相線の交点が生じるような)位相情報を付加する。そのような関係にある複素フィルタ部4−iのフィルタ演算は、N=2(2次元)の場合であれば、例示的に、次式(12)で表わされるフィルタの組を用いることで実現できる。より具体的には、式(11)の演算を行なう際、i=1の場合にh(p,q)を適用し、i=2の場合にh(p,q)を適用することで、実現できる。
Each complex filter unit 4-i adds phase information such that the equiphase lines obtained by the equiphase information calculation unit 7-i are not parallel to each other (in other words, an intersection of equiphase lines is generated). . The filter operation of the complex filter unit 4-i having such a relationship is realized by using, for example, a set of filters represented by the following expression (12) if N = 2 (two-dimensional). it can. More specifically, when performing the calculation of Expression (11), h 1 (p, q) is applied when i = 1, and h 2 (p, q) is applied when i = 2. It can be realized.

ここで、h(p,q)とh(p,q)とで平行にならないような位相情報を付加できる理由について簡単に述べる。h(p,q)のexp(jωp)とは水平方向に位相が進行する複素正弦波である。一方、h(p,q)のexp(jωq)は、同じ複素正弦波でも垂直方向に位相が進行する。これら2つは位相の進行方向が直交するため、フィルタをかけた後のパターンの位相の進行方向も異なるものになる。このようにして、互いに平行でないような位相情報を付加することができる。 Here, the reason why phase information that does not become parallel between h 1 (p, q) and h 2 (p, q) can be simply described. The exp 1 (jω 0 p) of h 1 (p, q) is a complex sine wave whose phase advances in the horizontal direction. On the other hand, exp (jω 0 q) of h 2 (p, q) proceeds in the vertical direction even with the same complex sine wave. Since the phase advance direction of these two is orthogonal, the phase advance direction of the pattern after filtering is also different. In this way, phase information that is not parallel to each other can be added.

ところで、式(12)は、h(p,q)とh(p,q)とで位相の進行方向が互いに直交する組み合わせを示すが、この場合、最終的に得られる等位相線(一般化したN次元の場合は超曲面又は超平面である等位相面)が互いに直交に近い形で交わり、その交点を精度良く求めやすい。したがって、各複素フィルタ部4−iのフィルタ係数は、位相の進行方向が互いに直交するように選ぶのが好ましい。 By the way, the equation (12) shows a combination of h 1 (p, q) and h 2 (p, q) in which the phase traveling directions are orthogonal to each other. In this case, the finally obtained equiphase line ( In the case of generalized N dimensions, equi-phase surfaces that are hypersurfaces or hyperplanes) intersect with each other in a nearly orthogonal manner, and the intersections can be easily obtained with high accuracy. Therefore, it is preferable to select the filter coefficients of the complex filter units 4-i so that the traveling directions of the phases are orthogonal to each other.

なお、ωは複素正弦波の周波数である。h(p,q)は水平方向の周波数がωで垂直方向の周波数が0である成分のみを通過させるフィルタ、h(p,q)は水平方向の周波数が0で垂直方向の周波数がωである成分のみを通過させるフィルタとしてそれぞれ機能する。よって、ωには、照合パターン信号や登録パターン信号がノイズ成分よりもパワーで十分に上回るような周波数を選ぶのが好ましい。照合パターン信号や登録パターン信号が全くパワーをもたないような周波数をωに選ぶと、位相情報に基づく位置ずれ測定が困難になるからである。 Note that ω 0 is the frequency of the complex sine wave. h 1 (p, q) is a filter that passes only a component with a horizontal frequency of ω 0 and a vertical frequency of 0, and h 2 (p, q) is a horizontal frequency of 0 and a vertical frequency. Each function as a filter that allows only components with ω 0 to pass. Therefore, it is preferable to select a frequency for ω 0 such that the matching pattern signal and the registered pattern signal are sufficiently higher in power than the noise component. This is because if the frequency at which the verification pattern signal and the registered pattern signal have no power is selected as ω 0 , it becomes difficult to measure the positional deviation based on the phase information.

また、上記のフィルタh(p,q)及びh(p,q)はあくまでも一例であり、これ以外のフィルタでも同様な特性を有していれば適用可能である。例えば、次式(13)で表わされるようなフィルタを適用しても構わない。
Further, the above-described filters h 1 (p, q) and h 2 (p, q) are merely examples, and other filters can be applied as long as they have similar characteristics. For example, a filter represented by the following equation (13) may be applied.

一方で、以下の式(14)で表わされるフィルタの組を選ぶと、位相の進行方向がちょうど正反対の向きになるため、付加される位相情報が平行になる。したがって、次式(14)で表わされるフィルタの組みは候補から除外してよい。
On the other hand, when a set of filters represented by the following expression (14) is selected, the phase advance direction is exactly opposite, so the added phase information becomes parallel. Therefore, the set of filters represented by the following equation (14) may be excluded from candidates.

また、次式(15)で表わされるようなフィルタの組も候補から除外してよい。
Further, a set of filters represented by the following equation (15) may be excluded from candidates.

式(15)で表わされる2つのフィルタは、ω≠ωとして、通過周波数が互いに異なる限り、得られる等位相線を異ならせることができるが、位相の進行方向が同一なので、等位相線の交点が得られないからである。 The two filters represented by Expression (15) can satisfy different phase equivalence lines as long as the passing frequencies are different from each other, assuming that ω 1 ≠ ω 2. This is because the point of intersection cannot be obtained.

なお、登録パターン信号及び照合パターン信号に対応する複素フィルタ部4A−i及び4B−iの組に適用するフィルタ(係数)は、それぞれ異なっていてもよいが同じにした方が実施は容易である。また、フィルタ特性(パターン信号に付加する位相情報に関する特性)以外の複素フィルタ部4−iの特性、例えば周波数に対するゲイン特性等は、他の複素フィルタ部4−iと揃える方が好ましい。   Note that the filters (coefficients) applied to the sets of the complex filter units 4A-i and 4B-i corresponding to the registered pattern signal and the collation pattern signal may be different from each other, but it is easier to implement the same filter. . Further, it is preferable that characteristics of the complex filter unit 4-i other than the filter characteristics (characteristics relating to the phase information added to the pattern signal), for example, gain characteristics with respect to the frequency, are aligned with the other complex filter units 4-i.

さらに、複素フィルタ部4−iには、ローパスフィルタやバンドパスフィルタの機能を併せてもたせることも可能である。これは、例えば、パターン信号のノイズ成分が除去あるいは抑制されておらず、ノイズ成分の除去あるいは抑制を実施する場合に便利である。   Further, the complex filter unit 4-i can be provided with functions of a low-pass filter and a band-pass filter. This is convenient, for example, when the noise component of the pattern signal is not removed or suppressed and the noise component is removed or suppressed.

次に、相関演算部5−iは、複素フィルタ部4−iで複素値に変換され、位相情報を付加された複素パターン信号間の相互相関関数を演算する。ここでの相関演算は、正規化された相互相関関数を求めるものであっても、正規化されていない相互相関関数を求めるものであってもよい。例えば、2次元の正規化しない相互相関関数は、次式(16)で表わすことができる。
Next, the correlation calculation unit 5-i calculates a cross-correlation function between complex pattern signals converted into complex values by the complex filter unit 4-i and added with phase information. The correlation calculation here may be to obtain a normalized cross-correlation function or to obtain a non-normalized cross-correlation function. For example, a two-dimensional non-normalized cross-correlation function can be expressed by the following equation (16).

相関演算対象が複素値化されたパターン信号であるから、m個の相関演算部5−iによって、複素値をもつ相関パターン信号(以下、「複素相関パターン」ともいう)がm個得られる。   Since the correlation calculation target is a complex-valued pattern signal, m correlation pattern signals (hereinafter also referred to as “complex correlation patterns”) having complex values are obtained by the m correlation calculation units 5-i.

別言すると、上述した複素フィルタ部4−i及び相関演算部5−iは、照合される2つのパターン信号のそれぞれに位相情報を付加し、当該位相情報を付加されたパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理を実施する相関演算手段の一例を成す。   In other words, the complex filter unit 4-i and the correlation calculation unit 5-i described above add phase information to each of the two pattern signals to be collated, and calculate the correlation between the pattern signals to which the phase information is added. An example of a correlation calculation unit that performs signal processing corresponding to the calculation to be obtained.

位相成分抽出部6−iは、複素相関パターンから位相成分を抽出し、位相パターンを生成する。当該位相パターンは、例えば複素数の位相(偏角)を算出することで得られる。   The phase component extraction unit 6-i extracts a phase component from the complex correlation pattern and generates a phase pattern. The phase pattern is obtained, for example, by calculating a complex phase (deflection angle).

等位相情報算出部7−iは、各位相パターンにおいて位相値が0となるような等位相線(3次元以上の場合は超曲面又は超平面である等位相面であり、以降においても同様とする。)を求める。等位相線は、探索中心の周辺で求めれば足りる。探索中心は、位置ずれ概略値推定部3で得られる概略推定値に設定できる。   The equiphase information calculation unit 7-i is an equiphase line with a phase value of 0 in each phase pattern (in the case of three or more dimensions, it is an equiphase surface that is a hypersurface or hyperplane, and so on. ). It is sufficient to obtain the equiphase line around the search center. The search center can be set to a rough estimated value obtained by the misalignment rough value estimating unit 3.

交点算出部8は、探索中心に最も近い等位相線の交点を求める。求めた交点が位置ずれの測定値となる。m=Nの場合は単純に交点を求めればよい。m>Nの場合は、求められる等位相線の数がパターンの次元数よりも多いので交点が複数生じる可能性がある。その場合は、得られた複数の交点の重心をもって測定値とする等、何らかのルールで交点を決定すればよい。   The intersection calculation unit 8 obtains an intersection of equiphase lines closest to the search center. The obtained intersection is a measured value of the positional deviation. In the case of m = N, the intersection point may be simply obtained. When m> N, the number of isophase lines required is larger than the number of dimensions of the pattern, so that there may be a plurality of intersections. In that case, the intersection point may be determined according to some rule, such as using the center of gravity of the obtained plurality of intersection points as a measurement value.

別言すると、上述した位相成分抽出部6−i、等位相情報算出部7−i及び交点算出部8は、相関演算手段の一例を成す複素フィルタ部4−i及び相関演算部5−iで求められた相関の位相情報に基づき、パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める位置ずれ算出手段の一例を成す。   In other words, the phase component extraction unit 6-i, the equal phase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 described above are the complex filter unit 4-i and the correlation calculation unit 5-i that are examples of the correlation calculation unit. This is an example of a positional deviation calculation means for obtaining a positional deviation according to the phase difference between patterns based on the obtained phase information of the correlation.

なお、上述した説明において、具体的な数式についてはN=2(2次元)の場合に限って例示したが、以上説明した処理は3次元以上の一般的なケースに拡張しても実施可能である。3次元以上の場合の応用例としては、立体パターン間の位置ずれの測定、複数の手段で得られた高次元パターン間の位置合わせ等が挙げられる。   In the above description, specific mathematical expressions are exemplified only in the case of N = 2 (two-dimensional), but the above-described processing can be implemented even when extended to a general case of three or more dimensions. is there. Examples of applications in the case of three or more dimensions include measurement of positional deviation between three-dimensional patterns, alignment between high-dimensional patterns obtained by a plurality of means, and the like.

(第2の態様)
上述した登録パターン信号と照合パターン信号との相互相関関数(複素相関パターン)を得るまでの処理は、周波数領域で実施してもよい。周波数領域では、フィルタリングや相関演算といった処理を単純な乗算と複素共役演算とによって実現できるので、例えば演算処理の効率化を図ることができる。この場合の信号処理装置2の機能的な構成例を図13に第2の態様として示す。
(Second aspect)
The above-described processing until obtaining the cross-correlation function (complex correlation pattern) between the registered pattern signal and the verification pattern signal may be performed in the frequency domain. In the frequency domain, processes such as filtering and correlation calculation can be realized by simple multiplication and complex conjugate calculation, so that, for example, the efficiency of the calculation process can be improved. A functional configuration example of the signal processing device 2 in this case is shown as a second mode in FIG.

図13に示す信号処理装置2は、例示的に、位置ずれ概略値推定部3と、m個の位相成分抽出部6−iと、m個の等位相情報算出部7−iと、フーリエ変換部11A及び11Bと、合成演算部12と、m個の位相情報付加フィルタ部13−iと、m個の位相用の逆フーリエ変換部14−iと、を備える。また、位置ずれ概略値推定部3は、振幅用のフィルタ部34と、振幅用の逆フーリエ変換部35と、最大値探索部32と、探索中心決定部33と、を備える。   The signal processing apparatus 2 illustrated in FIG. 13 exemplarily includes a positional deviation approximate value estimation unit 3, m phase component extraction units 6-i, m equiphase information calculation units 7-i, and Fourier transform. Units 11A and 11B, a synthesis operation unit 12, m phase information addition filter units 13-i, and m phase inverse Fourier transform units 14-i. Further, the positional deviation approximate value estimation unit 3 includes an amplitude filter unit 34, an amplitude inverse Fourier transform unit 35, a maximum value search unit 32, and a search center determination unit 33.

フーリエ変換部11A及び11Bは、照合される2つのパターン信号(登録パターン信号及び照合パターン信号)をそれぞれフーリエ変換して周波数領域の信号(フーリエ変換パターン信号)を生成する。なお、「フーリエ変換」は、離散フーリエ変換(DFT)でも高速フーリエ変換(FFT)でもよい。また、既にフーリエ変換された各パターン信号が信号処理装置2に入力される場合、フーリエ変換部11A及び11Bの一方又は双方は削除して構わない。   The Fourier transform units 11A and 11B generate a frequency domain signal (Fourier transform pattern signal) by Fourier transforming the two pattern signals (registered pattern signal and collation pattern signal) to be collated. The “Fourier transform” may be a discrete Fourier transform (DFT) or a fast Fourier transform (FFT). When each pattern signal that has already undergone Fourier transform is input to the signal processing device 2, one or both of the Fourier transform units 11A and 11B may be deleted.

合成演算部12は、登録パターン信号のフーリエ変換パターン信号の複素共役、及び照合パターン信号のフーリエ変換パターン信号を掛け合わせる。例えば、水平方向と垂直方向の角周波数をそれぞれω及びωで表現し、2次元の各パターン信号をフーリエ変換した2次元フーリエ変換パターン信号をそれぞれF(ω,ω)及びG(ω,ω)と表現し、F(ω,ω)の複素共役をF*(ω,ω)と表現すると、合成演算結果は、F*(ω,ω)G(ω,ω)である。当該合成演算は、両信号の相互相関を求める演算に相当する。合成演算部12による演算結果は、位置ずれ概略値推定部3と各位相情報付加フィルタ部13−iとにそれぞれ与えられる。 The synthesis operation unit 12 multiplies the complex conjugate of the Fourier transform pattern signal of the registered pattern signal and the Fourier transform pattern signal of the verification pattern signal. For example, the angular frequencies in the horizontal direction and the vertical direction are expressed by ω x and ω y , respectively, and two-dimensional Fourier transform pattern signals obtained by Fourier transforming the two-dimensional pattern signals are respectively represented by F (ω x , ω y ) and G ( omega x, expressed as ω y), F (ω x , complex conjugate of F * (ω x of ω y), ω y) and is expressed, the synthesis result of the operation, F * (ω x, ω y) G (Ω x , ω y ). The synthesis operation corresponds to an operation for obtaining a cross-correlation between both signals. The calculation result by the synthesis calculation unit 12 is given to the positional deviation approximate value estimation unit 3 and each phase information addition filter unit 13-i.

位置ずれ概略値推定部3において、振幅用のフィルタ部34は、第1の態様におけるフィルタ部30と同等の役割を果たし、大まかな位置ずれを推定する際にノイズの影響を除去あるいは低減するのに用いられる。したがって、各パターン信号についてノイズの除去あるいは抑制が既に行なわれていれば、当該フィルタ部34は削除して構わない。なお、フィルタ部34に適用するフィルタリング(関数)の種類は少なくとも1種類でよい。フィルタリングをH(ω,ω)で表現すると、フィルタ部34によるフィルタリング結果は、F*(ω,ω)G(ω,ω)H(ω,ω)と表現できる。 In the positional deviation approximate value estimation unit 3, the amplitude filter unit 34 plays the same role as the filter unit 30 in the first aspect, and removes or reduces the influence of noise when estimating a rough positional deviation. Used for. Accordingly, if noise removal or suppression has already been performed for each pattern signal, the filter unit 34 may be deleted. Note that at least one type of filtering (function) applied to the filter unit 34 may be used. When expressing the filtering H R (ω x, ω y ) , the filtering result by the filter unit 34, F * (ω x, ω y) G (ω x, ω y) H R (ω x, ω y) and Can express.

振幅用の逆フーリエ変換部35は、フィルタリング後のフーリエ変換パターン信号に対し、逆フーリエ変換(IDFT又はIFFT)を適用する。当該逆フーリエ変換により、パターン信号間の相互相関の大きさに関する情報(振幅パターン)を得ることができる。   The inverse Fourier transform unit 35 for amplitude applies inverse Fourier transform (IDFT or IFFT) to the Fourier transform pattern signal after filtering. By the inverse Fourier transform, information (amplitude pattern) relating to the magnitude of cross-correlation between pattern signals can be obtained.

なお、図13において、合成演算部12による演算として実現される相関演算とフィルタ部34によるフィルタリングとの処理順序が、第1の態様(例えば図12参照)で示した順序とは逆になっているが、得られる効果に違いは無い。周波数領域では相関演算とフィルタリングの双方を乗算と複素共役演算とによって実現可能なため、計算の順序を交換することが容易となる。ただし、第2の態様においても、第1の態様と同様、フィルタリング後に相関演算を実施することは可能である。このような計算順序の可換性は、合成演算部12による演算と後述する位相情報付加フィルタ部13−iによるフィルタリングとの処理順序についても同様に当てはまる。   In FIG. 13, the processing order of the correlation calculation realized as the calculation by the synthesis calculation unit 12 and the filtering by the filter unit 34 is opposite to the order shown in the first mode (for example, see FIG. 12). However, there is no difference in the effect obtained. Since both correlation calculation and filtering can be realized by multiplication and complex conjugate calculation in the frequency domain, it is easy to exchange the calculation order. However, also in the second mode, as in the first mode, it is possible to perform correlation calculation after filtering. Such commutability of the calculation order is similarly applied to the processing order of the calculation by the synthesis calculation unit 12 and the filtering by the phase information addition filter unit 13-i described later.

最大値探索部32は、第1の態様と同様に、上述のごとく合成演算部12及びフィルタ部34を通じて得られた相互相関関数(例えば式(8)参照)の最大値を求め、当該最大値に対応する位置(座標)を求める。   Similar to the first aspect, the maximum value search unit 32 obtains the maximum value of the cross-correlation function (see, for example, the equation (8)) obtained through the synthesis calculation unit 12 and the filter unit 34 as described above, and the maximum value The position (coordinates) corresponding to is obtained.

探索中心決定部33は、当該最大値の位置を位置ずれの概略推定値とする。当該概略推定値は、第2の態様においても、交点算出部8において等位相線の交点の探索範囲の中心位置を定めるのに用いられる。   The search center determination unit 33 sets the position of the maximum value as a rough estimated value of positional deviation. The approximate estimated value is also used in the second mode to determine the center position of the search range for the intersection of equiphase lines in the intersection calculation unit 8.

なお、第2の態様では、周波数領域での相関演算(合成演算部12による演算)の結果に基づいて位置ずれの概略推定値を得ることで、周波数領域での相関演算の有効利用を図ることができる。このようにした方が演算処理の高速化を図ることができるため好ましいといえるが、これに限定されない。第1の態様で示した方法で位置ずれの概略推定値を求めても構わない。   In the second aspect, the rough calculation of the positional deviation is obtained based on the result of the correlation calculation in the frequency domain (calculation by the synthesis calculation unit 12), thereby effectively using the correlation calculation in the frequency domain. Can do. This is preferable because it can speed up the arithmetic processing, but is not limited to this. You may obtain | require the rough estimated value of position shift by the method shown by the 1st aspect.

次に、位相情報付加フィルタ部13−i、位相用の逆フーリエ変換部14−i、位相成分抽出部6−i、等位相情報算出部7−i、及び交点算出部8について説明する。これらの部分は、合成演算部12による演算結果として得られる相互相関関数の位相情報に基づいて、より正確な位置ずれを推定する処理を担う。   Next, the phase information addition filter unit 13-i, the phase inverse Fourier transform unit 14-i, the phase component extraction unit 6-i, the equal phase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 will be described. These parts are responsible for processing for estimating a more accurate positional shift based on the phase information of the cross-correlation function obtained as a calculation result by the synthesis calculation unit 12.

まず、位相情報付加フィルタ部13−iは、等位相情報算出部7−iで求められる等位相線(3次元以上の場合は超曲面又は超平面である等位相面)が互いに非平行となるような位相情報を合成演算部12の演算結果に付加する。   First, in the phase information addition filter unit 13-i, the equiphase lines (equiphase surface that is a hypersurface or hyperplane in the case of three or more dimensions) obtained by the equiphase information calculation unit 7-i are not parallel to each other. Such phase information is added to the calculation result of the composition calculation unit 12.

例えば、N=2(2次元)の場合であれば、以下の式(17)で表わされる2つのフィルタ(関数)H(ω,ω)及びH(ω,ω)を合成演算部12の演算結果〔F(ω,ω)G(ω,ω)〕に適用できる。
For example, in the case of N = 2 (two-dimensional), two filters (functions) H 1x , ω y ) and H 2x , ω y ) represented by the following expression (17) are expressed. The present invention can be applied to the calculation result [F *x , ω y ) G (ω x , ω y )] of the synthesis calculation unit 12.

すなわち、フィルタH(ω,ω)は、図14(A)に例示するように、水平及び垂直方向の軸がそれぞれω及びωで規定される座標平面における第1象限に相当する周波数成分を通過させるとともに、第2〜第4象限に相当する周波数成分をそれぞれ遮断する特性を有する。これに対し、フィルタH(ω,ω)は、図14(B)に例示するように、同座標平面における第4象限に相当する周波数成分を通過させるとともに、第1〜第3象限に相当する周波数成分をそれぞれ遮断する特性を有する。 That is, the filter H 1x , ω y ) corresponds to the first quadrant in the coordinate plane in which the horizontal and vertical axes are respectively defined by ω x and ω y as illustrated in FIG. The frequency component corresponding to the second to fourth quadrants is blocked and the frequency component corresponding to the second to fourth quadrants is blocked. On the other hand, as illustrated in FIG. 14B, the filter H 2x , ω y ) passes the frequency component corresponding to the fourth quadrant on the same coordinate plane, and the first to third quadrants. Each of the frequency components corresponding to is cut off.

フィルタH(ω,ω)を合成演算部12の演算結果に適用して得られる信号は、F(ω,ω)G(ω,ω)H(ω,ω)となる。当該フィルタリングは、周波数領域での演算であることを除けば、第1の態様で例示した複素フィルタ部4−iによるフィルタリングと同様である。また、位相情報付加フィルタ部13−iに、ローパスフィルタやバンドパスフィルタを併せて適用できる点も第1の態様と同様である。 A signal obtained by applying the filter H ix , ω y ) to the calculation result of the synthesis calculation unit 12 is F *x , ω y ) G (ω x , ω y ) H ix , ω y ). The filtering is the same as the filtering performed by the complex filter unit 4-i exemplified in the first aspect except that the calculation is performed in the frequency domain. Moreover, the point which can apply a low-pass filter and a band pass filter collectively to the phase information addition filter part 13-i is the same as that of a 1st aspect.

式(17)で表わされるフィルタH(ω,ω)及びH(ω,ω)(以下、それぞれ単に「H」及び「H」と略記する。)によって位相情報を相互相関関数(相関パターン)に付加できる理由を以下に説明する。周波数には正の周波数と負の周波数とがあり、これは角周波数についても同じである。当該正負の意味を次式(18)の正弦波関数で説明する。
The phase information is expressed by the filters H 1x , ω y ) and H 2x , ω y ) (hereinafter simply abbreviated as “H 1 ” and “H 2 ”, respectively) represented by Expression (17). The reason why it can be added to the cross-correlation function (correlation pattern) will be described below. There are positive and negative frequencies, which are the same for angular frequencies. The meaning of the positive and negative will be described with a sine wave function of the following equation (18).

周波数が正、すなわちω>0の場合は、S(x)の位相はxが大きくなるにつれて進む。これに対し、ω<0の場合は、S(x)の位相はxが大きくなるにつれて遅れる(戻る)。例えば図7(A)及び図7(B)において、周波数が正の場合は横軸の左から右に、負の場合には右から左に位相が進行する。垂直方向(Y軸)についても同様であり、周波数が正ならば図7(A)及び図7(B)の下から上に、負ならば上から下へ位相が進行する。   When the frequency is positive, that is, when ω> 0, the phase of S (x) advances as x increases. On the other hand, when ω <0, the phase of S (x) is delayed (returned) as x increases. For example, in FIGS. 7A and 7B, the phase proceeds from left to right on the horizontal axis when the frequency is positive, and from right to left when the frequency is negative. The same applies to the vertical direction (Y axis), and the phase advances from the bottom to the top in FIGS. 7A and 7B if the frequency is positive, and from the top to the bottom if it is negative.

ところで、照合対象の元のパターン信号は、通常、正負両方の周波数成分を含んでいる。しかし、パターン信号に式(17)で表わされるフィルタH及びHを適用すると、フィルタ適用後の信号にはそれぞれ正負一方の周波数成分だけが含まれることになる。 By the way, the original pattern signal to be verified usually includes both positive and negative frequency components. However, when the filters H 1 and H 2 represented by the expression (17) are applied to the pattern signal, each of the signals after the filter application includes only one of positive and negative frequency components.

例えば、フィルタHを適用すると、水平方向及び垂直方向共に正の周波数成分のみが残る。よって、両方を合わせると、例えば図15(A)に破線矢印で示すように、紙面左下から右上に向かって斜めに位相が進行する。これに対し、フィルタHを適用すると、水平方向は正の周波数成分のみ、垂直方向は負の周波数成分のみがそれぞれ残る。よって、両方を合わせると、図15(B)に破線矢印で示すように、紙面左上から右下に向かって斜めに位相が進行する。このように、フィルタH及びHを用いることで、互いに直交するような位相進行方向をもった位相情報を合成演算部12の演算結果に付加できる。 For example, applying the filter H 1, only the horizontal and vertical directions are positive frequency component remains. Therefore, when both are combined, for example, as indicated by a broken line arrow in FIG. 15A, the phase advances obliquely from the lower left to the upper right of the page. In contrast, when applying the filter H 2, horizontal only positive frequency components in the vertical direction only negative frequency components remain, respectively. Therefore, when both are combined, the phase advances obliquely from the upper left to the lower right of the page, as indicated by the dashed arrow in FIG. In this manner, by using the filters H 1 and H 2 , phase information having phase advance directions that are orthogonal to each other can be added to the calculation result of the synthesis calculation unit 12.

次に、図13に例示する位相用の逆フーリエ変換部14−iは、それぞれ上述のごとく位相情報付加フィルタ部13−iにて位相情報を付加された信号に、逆フーリエ変換(IDFT又はIFFT)を適用する。これにより、第1の態様でいうところの「複素相関パターン」をm組得ることができる。   Next, the phase inverse Fourier transform unit 14-i illustrated in FIG. 13 performs an inverse Fourier transform (IDFT or IFFT) on the signal to which the phase information is added by the phase information addition filter unit 13-i as described above. ) Apply. Thereby, m sets of “complex correlation patterns” as referred to in the first aspect can be obtained.

別言すると、上述したフーリエ変換部11A及び11B、合成演算部12、位相情報付加フィルタ部13−i、並びに逆フーリエ変換部14−iは、照合される2つのパターンに対応するパターン信号のそれぞれに位相情報を付加し、当該位相情報を付加されたパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理を実施する相関演算手段の一例を成す。   In other words, the Fourier transform units 11A and 11B, the synthesis operation unit 12, the phase information addition filter unit 13-i, and the inverse Fourier transform unit 14-i described above are respectively the pattern signals corresponding to the two patterns to be verified. This is an example of a correlation calculation means for performing signal processing corresponding to a calculation for adding phase information to and obtaining a correlation between pattern signals to which the phase information is added.

位相成分抽出部6−i、等位相情報算出部7−i、及び交点算出部8による残りの処理は、第1の態様と同一若しくは同様であり、逆フーリエ変換部14−iでそれぞれ得られた複素相関パターンから、位相成分を抽出して位相=0となる等位相線(3次元以上の場合は超曲面又は超平面である等位相面)を求め、求めた等位相線の交点を位置ずれの測定値とする。また、探索中心の設定やm>Nの場合の測定値の決定についても、第1の態様と同様でよい。   The remaining processes by the phase component extraction unit 6-i, the equiphase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 are the same as or similar to those in the first mode, and are obtained by the inverse Fourier transform unit 14-i, respectively. The phase component is extracted from the obtained complex correlation pattern to obtain an equiphase line (equal phase surface that is a hypersurface or hyperplane in the case of three or more dimensions), and the intersection of the obtained isophase lines is located. The measured value of deviation. Further, the setting of the search center and the determination of the measurement value when m> N may be the same as in the first mode.

(第3の態様)
上述した第1及び第2の態様では、大まかな位置ずれを推定する相互相関関数(振幅情報)と、より正確に位置ずれを推定すべく位相情報を付加した相互相関関数とを、個別に求めているが、双方の相互相関関数を求めるフィルタリングと相互相関演算とを共通化してもよい。この場合、個別に相互相関関数を求めなくてもよいため、演算効率を改善すること可能である。
(Third aspect)
In the first and second aspects described above, a cross-correlation function (amplitude information) for estimating a rough displacement and a cross-correlation function with phase information added to estimate the displacement more accurately are obtained separately. However, filtering for obtaining both cross-correlation functions and cross-correlation calculation may be made common. In this case, since it is not necessary to obtain the cross correlation function individually, the calculation efficiency can be improved.

この場合の信号処理装置2の機能的な構成例を図16に第3の態様として示す。図16に示す信号処理装置2は、例示的に、位置ずれ概略値推定部3aと、複素フィルタ部4A−i及び4B−i(#i)と、相関演算部5−iと、振幅・位相分離部6a−iと、等位相情報算出部7−iと、交点算出部8と、を備える。   A functional configuration example of the signal processing apparatus 2 in this case is shown as a third aspect in FIG. For example, the signal processing device 2 illustrated in FIG. 16 includes a positional deviation approximate value estimation unit 3a, complex filter units 4A-i and 4B-i (#i), a correlation calculation unit 5-i, and an amplitude / phase. A separation unit 6a-i, an equiphase information calculation unit 7-i, and an intersection calculation unit 8 are provided.

複素フィルタ部4−iは、登録パターン信号及び照合パターン信号のそれぞれを複素値に変換することで当該パターン信号に位相情報を付加する。当該位相情報の付加は、複素値のフィルタ係数と、登録パターン信号及び照合パターン信号と、の畳み込み演算によって実現できる。すなわち、N=2の場合であれば、複素フィルタ部4−iは、第1の態様で例示した式(11)による演算を実施する。   The complex filter unit 4-i adds phase information to the pattern signal by converting each of the registered pattern signal and the matching pattern signal into a complex value. The addition of the phase information can be realized by a convolution operation of a complex value filter coefficient, a registered pattern signal, and a matching pattern signal. That is, if N = 2, the complex filter unit 4-i performs the calculation according to the equation (11) exemplified in the first aspect.

複素フィルタ部4−iに適用するフィルタ(演算)の少なくとも1つは、位置ずれ概略値推定部3aが適切に機能するように設計するのが好ましい。非限定的な一例として、以下の式(19)で表わされるようなフィルタ(係数)を複素フィルタ部4−iに適用する。
At least one of the filters (calculations) applied to the complex filter unit 4-i is preferably designed so that the positional deviation approximate value estimation unit 3a functions properly. As a non-limiting example, a filter (coefficient) represented by the following equation (19) is applied to the complex filter unit 4-i.

なお、Wは、窓関数と呼ばれる原点対称の関数で、原点で最大値をもち、原点から離れるにつれて値が小さくなるような関数である。そのような関数の一例としては、次式(20)で表わされるような三角窓関数が挙げられる。
Note that W is a function that is symmetrical with respect to the origin, called a window function, and has a maximum value at the origin and decreases as the distance from the origin increases. An example of such a function is a triangular window function represented by the following equation (20).

ここで、wは窓関数Wの幅を表わす。窓関数Wの幅wは、例示的に、窓関数Wに複素正弦波が2〜20周期分含まれるように選択するとよい。窓関数Wの幅wが大き過ぎると、位置ずれ概略値推定部3aが適切に機能しなくなるおそれがある。逆に、窓関数Wの幅wが小さ過ぎると、複素フィルタ部4−iが第1の態様で説明した機能を果たさなくなるおそれがある。例えば、複素正弦波の1周期分も窓関数Wに含まれないようだと、位相情報をパターン信号にうまく付加できなくなる。 Here, w d represents the width of the window function W. The width w d of the window function W may be selected so that, for example, the window function W includes 2 to 20 periods of complex sine waves. If the width w d of the window function W is too large, positional deviation approximate value estimating section 3a there may not function properly. Conversely, if the width w d of the window function W is too small, there is a possibility that the complex filter unit 4-i is not function described in the first embodiment. For example, if one period of a complex sine wave does not appear to be included in the window function W, phase information cannot be successfully added to the pattern signal.

なお、式(19)で表わされるフィルタh(p,q)及びh(p,q)によって平行でないような位相情報をパターン信号に付加できる理由は、第1の態様で説明した理由とほぼ同様である。窓関数Wが付加されても、その機能に大きな違いは無い。 The reason why phase information that is not parallel can be added to the pattern signal by the filters h 1 (p, q) and h 2 (p, q) represented by Expression (19) is the same as the reason described in the first aspect. It is almost the same. Even if the window function W is added, there is no significant difference in its function.

また、h(ω,ω)は(ω,ω)=(ω,0)周辺の周波数成分を通過させ、h(ω,ω)は(ω,ω)=(0,ω)周辺の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタとしてそれぞれ機能する。よって、ωには、照合パターン信号や登録パターン信号がパターンノイズよりもパワーで十分に上回るような周波数を選ぶのが好ましい。 In addition, h 1x , ω y ) passes the frequency components around (ω x , ω y ) = (ω 0 , 0), and h 2x , ω y ) becomes (ω x , ω y). ) = (0, ω 0 ), each functioning as a band-pass filter that passes surrounding frequency components. Therefore, it is preferable to select a frequency for ω 0 such that the matching pattern signal and the registered pattern signal are sufficiently higher in power than the pattern noise.

ただし、上記のフィルタh(p,q)及びh(p,q)はあくまでも一例であり、これ以外のフィルタでも同様な特性を有していれば適用可能である。なお、第3の態様においても、登録パターン信号及び照合パターン信号に対応する複素フィルタ部4A−i及び4B−iの組に適用するフィルタ(係数)は、それぞれ異なっていてもよいが同じにした方が実施は容易である。 However, the above-mentioned filters h 1 (p, q) and h 2 (p, q) are merely examples, and other filters can be applied as long as they have similar characteristics. In the third aspect, the filters (coefficients) applied to the set of complex filter units 4A-i and 4B-i corresponding to the registered pattern signal and the matching pattern signal may be different, but the same. It is easier to implement.

また、フィルタ特性(パターン信号に付加する位相情報に関する特性)以外の複素フィルタ部4−iの特性、例えば周波数に対するゲイン特性等は、他の複素フィルタ部4−iと揃える方が好ましい。さらに、複素フィルタ部4−iには、ローパスフィルタやバンドパスフィルタの機能を併せてもたせることも可能である。これは、例えば、パターン信号のノイズ成分が除去あるいは抑制されておらず、ノイズ成分の除去あるいは抑制を実施する場合に便利である。   Further, it is preferable that characteristics of the complex filter unit 4-i other than the filter characteristics (characteristics relating to the phase information added to the pattern signal), for example, gain characteristics with respect to the frequency, are aligned with the other complex filter units 4-i. Further, the complex filter unit 4-i can be provided with functions of a low-pass filter and a band-pass filter. This is convenient, for example, when the noise component of the pattern signal is not removed or suppressed and the noise component is removed or suppressed.

次に、相関演算部5−iは、複素値に変換され、位相情報が付加されたパターン信号間の相互相関を演算する。ここでの相関演算は、正規化された相互相関関数を求めるものであっても、正規化されていない相互相関関数を求めるものであってもよい。例えば、N=2(2次元)の場合であれば、正規化しない相互相関関数は前記の式(16)によって求めることができる。当該相関演算によって得られるのは、複素相関パターンであり、m個の相関演算部5−iによって計m個得られる。   Next, the correlation calculator 5-i calculates the cross-correlation between the pattern signals converted into complex values and added with the phase information. The correlation calculation here may be to obtain a normalized cross-correlation function or to obtain a non-normalized cross-correlation function. For example, in the case of N = 2 (two dimensions), the cross-correlation function that is not normalized can be obtained by the above equation (16). What is obtained by the correlation calculation is a complex correlation pattern, and a total of m patterns are obtained by the m correlation calculation units 5-i.

振幅・位相分離部6a−iは、相関演算部5−iによって得られた複素相関パターンを振幅情報(振幅パターン)と位相情報(位相パターン)とに分離する。振幅パターンは、複素相関パターンの絶対値又は実部をとることで得られる。位相パターンは、複素相関パターンの位相(偏角)を求めることで得られる。振幅パターンは、位置ずれ概略値推定部3の最大値探索部32に与えられ、位相パターンは、後段の等位相情報算出部7−iに与えられる。   The amplitude / phase separation unit 6a-i separates the complex correlation pattern obtained by the correlation calculation unit 5-i into amplitude information (amplitude pattern) and phase information (phase pattern). The amplitude pattern is obtained by taking the absolute value or real part of the complex correlation pattern. The phase pattern is obtained by obtaining the phase (deflection angle) of the complex correlation pattern. The amplitude pattern is provided to the maximum value search unit 32 of the positional deviation approximate value estimation unit 3, and the phase pattern is provided to the subsequent equiphase information calculation unit 7-i.

位置ずれ概略値推定部3において、最大値探索部32は、振幅・位相分離部6a−iから与えられた振幅パターンが最大値をもつ位置(座標)を求める。その際、1つの振幅パターンだけを採用してもよいし、利用可能な全ての振幅パターンについて最大値探索を行なってもよい。   In the positional deviation approximate value estimation unit 3, the maximum value search unit 32 obtains a position (coordinates) where the amplitude pattern given from the amplitude / phase separation unit 6a-i has the maximum value. At that time, only one amplitude pattern may be employed, or a maximum value search may be performed for all available amplitude patterns.

探索中心決定部33は、最大値探索部32で得られた振幅パターンの最大値の位置を基に、位相パターンによる位置ずれ測定を行なう範囲(探索範囲)の中心を決定する。1つの振幅パターンを単独で採用した場合は、その最大値の位置がそのまま探索中心となる。複数の振幅パターンを採用した場合は、例えば、相関関数の和が最大となる位置を採用する、あるいは、各振幅パターンの最大値の位置の重心を求めるといった方法で、探索中心を決定できる。   Based on the position of the maximum value of the amplitude pattern obtained by the maximum value search unit 32, the search center determination unit 33 determines the center of the range (search range) in which the positional deviation measurement is performed using the phase pattern. When one amplitude pattern is employed alone, the position of the maximum value is directly used as the search center. When a plurality of amplitude patterns are employed, the search center can be determined by, for example, employing a position where the sum of the correlation functions is maximized or obtaining a centroid of the position of the maximum value of each amplitude pattern.

等位相情報算出部7−i及び交点算出部8による残りの処理は、第1の態様と同一若しくは同様であり、振幅・位相分離部6a−iで得られた位相パターンにおいて位相=0となる等位相線(3次元以上の場合は超曲面又は超平面である等位相面)を求め、求めた等位相線の交点を位置ずれの測定値とする。また、探索中心の設定やm>Nの場合の測定値の決定についても、第1の態様と同様でよい。   The rest of the processing by the equiphase information calculation unit 7-i and the intersection calculation unit 8 is the same as or similar to the first mode, and the phase = 0 in the phase pattern obtained by the amplitude / phase separation unit 6a-i. Isophase lines (equiphase planes that are hypersurfaces or hyperplanes in the case of three or more dimensions) are obtained, and the intersection of the obtained isophase lines is used as a measurement value of positional deviation. Further, the setting of the search center and the determination of the measurement value when m> N may be the same as in the first mode.

(第4の態様)
第3の態様で上述した登録パターン信号と照合パターン信号との相互相関関数(複素相関パターン)を得るまでの処理は、第2の態様で説明したごとく、周波数領域で実施することも可能である。第2の態様で説明したように、周波数領域では、フィルタリングや相関演算といった処理を単純な乗算と複素共役演算とによって実現できるので、演算処理の効率化を図ることができる。
(Fourth aspect)
The processing until obtaining the cross-correlation function (complex correlation pattern) between the registration pattern signal and the verification pattern signal described above in the third mode can be performed in the frequency domain as described in the second mode. . As described in the second mode, in the frequency domain, processing such as filtering and correlation calculation can be realized by simple multiplication and complex conjugate calculation, so that the calculation process can be made more efficient.

この場合の信号処理装置2の機能的な構成例を図17に第4の態様として示す。図17に例示する信号処理装置2は、図16に例示した構成における複素フィルタ部4A−i及び4B−iと相関演算部5−iとから成る部分を、第2の態様(図13参照)と同様に、フーリエ変換部11A及び11Bと、合成演算部12と、フィルタ部15−iと、逆フーリエ変換部14−iとを備えたブロックに置き換えたものに相当する。   A functional configuration example of the signal processing device 2 in this case is shown as a fourth mode in FIG. The signal processing apparatus 2 illustrated in FIG. 17 has a second mode (see FIG. 13) in which the complex filter units 4A-i and 4B-i and the correlation calculation unit 5-i in the configuration illustrated in FIG. In the same manner as the above, this is equivalent to a block provided with Fourier transform units 11A and 11B, a synthesis operation unit 12, a filter unit 15-i, and an inverse Fourier transform unit 14-i.

フーリエ変換部11A及び11Bは、照合される2つのパターン信号(登録パターン信号及び照合パターン信号)をそれぞれフーリエ変換(DFT又はFFT)して周波数領域の信号(フーリエ変換パターン信号)を生成する。なお、既にフーリエ変換された各パターン信号が信号処理装置2に入力される場合、フーリエ変換部11A及び11Bの一方又は双方は削除して構わない。   The Fourier transform units 11A and 11B generate a frequency domain signal (Fourier transform pattern signal) by performing Fourier transform (DFT or FFT) on the two pattern signals to be collated (registered pattern signal and collation pattern signal), respectively. When each pattern signal that has already undergone Fourier transform is input to the signal processing device 2, one or both of the Fourier transform units 11A and 11B may be deleted.

合成演算部12は、登録パターン信号のフーリエ変換パターン信号の複素共役、及び照合パターン信号のフーリエ変換パターン信号を掛け合わせる。これにより、両信号の相互相関が求められる。合成演算部12による演算結果は、位相情報付加フィルタ部13−iにそれぞれ与えられる。   The synthesis operation unit 12 multiplies the complex conjugate of the Fourier transform pattern signal of the registered pattern signal and the Fourier transform pattern signal of the verification pattern signal. Thereby, the cross correlation of both signals is calculated | required. The calculation result by the synthesis calculation unit 12 is given to the phase information addition filter unit 13-i.

フィルタ部15−iは、等位相情報算出部7−iで求められる等位相線(3次元以上の場合は超曲面又は超平面である等位相面)が互いに非平行となるような位相情報を合成演算部12の演算結果に付加する。   The filter unit 15-i obtains phase information such that the equiphase lines (equiphase surfaces that are hypersurfaces or hyperplanes in the case of three or more dimensions) obtained by the equiphase information calculation unit 7-i are not parallel to each other. It adds to the calculation result of the synthetic | combination calculating part 12.

ここで、フィルタ部15−iの少なくとも1つは、第2の態様で例示した振幅用のフィルタ部34及び位相情報付加フィルタ部13−iの双方の機能を併せもつ。例えば、N=2(2次元)の場合、式(17)に例示したフィルタH及びHがそのような機能(特性)を有するので、当該フィルタH及びHの少なくとも一方をいずれかのフィルタ部15−iに適用すればよい。 Here, at least one of the filter units 15-i has both functions of the amplitude filter unit 34 and the phase information addition filter unit 13-i exemplified in the second mode. For example, in the case of N = 2 (two dimensions), the filters H 1 and H 2 exemplified in Expression (17) have such a function (characteristic), so at least one of the filters H 1 and H 2 is selected. What is necessary is just to apply to the filter part 15-i.

逆フーリエ変換部14−iは、上述のごとく位相情報付加フィルタ部13−iにて位相情報を付加された信号に、逆フーリエ変換(IDFT又はIFFT)を適用する。これにより、既述の「複素相関パターン」を得ることができる。   The inverse Fourier transform unit 14-i applies inverse Fourier transform (IDFT or IFFT) to the signal to which the phase information is added by the phase information addition filter unit 13-i as described above. As a result, the aforementioned “complex correlation pattern” can be obtained.

位置ずれ概略値推定部3a、振幅・位相分離部6a−i、等位相情報算出部7−i、及び交点算出部8による残りの処理は、第3の態様と同一若しくは同様でよい。   The remaining processes by the positional deviation approximate value estimation unit 3a, the amplitude / phase separation unit 6a-i, the equiphase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 may be the same as or similar to those in the third mode.

なお、上述した第4の態様では、全ての複素相関パターンを周波数領域での演算で求めているが、その一部を第3の態様(図16参照)で示した方法で求めることも可能である。ただし、演算効率の改善を重視するなら、第4の態様の方が好ましい。   In the fourth aspect described above, all complex correlation patterns are obtained by calculation in the frequency domain, but a part of them can also be obtained by the method shown in the third aspect (see FIG. 16). is there. However, if importance is placed on improving the calculation efficiency, the fourth mode is preferable.

(第5の態様)
照合される2つのパターン信号(登録パターン信号及び照合パターン信号)のそれぞれに対する位相情報の付加は、連続ウェーブレット変換を用いて実施してもよい。この場合の信号処理装置2の機能的な構成例を図18に第5の態様として示す。
(5th aspect)
The addition of phase information to each of the two pattern signals to be verified (registered pattern signal and verification pattern signal) may be performed using continuous wavelet transform. A functional configuration example of the signal processing apparatus 2 in this case is shown as a fifth aspect in FIG.

図18に示す信号処理装置2は、図16に例示した構成における複素フィルタ部4A−1〜4A−m及び4B−1〜4B−mを、それぞれ連続ウェーブレット変換部16A−1〜16A−m及び16B−1〜16B−mに置き換えたものに相当する。なお、以下の説明において、連続ウェーブレット変換部16A−i及び16B−iを区別しない場合には、連続ウェーブレット変換部16−iと略記する。   The signal processing device 2 illustrated in FIG. 18 includes the complex filter units 4A-1 to 4A-m and 4B-1 to 4B-m in the configuration illustrated in FIG. 16 as continuous wavelet transform units 16A-1 to 16A-m and It corresponds to the one replaced with 16B-1 to 16B-m. In the following description, when the continuous wavelet transform units 16A-i and 16B-i are not distinguished, they are abbreviated as continuous wavelet transform units 16-i.

連続ウェーブレット変換部16A−i及び16B−iは、それぞれ登録パターン信号及び照合パターン信号を連続ウェーブレット変換する。連続ウェーブレット変換に用いるウェーブレットは、パターン信号に位相情報を付加するため、例示的に、複素関数のウェーブレットである。   The continuous wavelet transform units 16A-i and 16B-i perform continuous wavelet transform on the registered pattern signal and the collation pattern signal, respectively. The wavelet used for the continuous wavelet transform is illustratively a complex function wavelet for adding phase information to the pattern signal.

例えば、2次元のパターン信号に位相情報を付加するには、次式(21)に示す2つのガボールウェーブレットを適用することができる。
For example, in order to add phase information to a two-dimensional pattern signal, two Gabor wavelets represented by the following equation (21) can be applied.

ここで、x及びyは、それぞれ水平方向及び垂直方向の座標、ωはウェーブレットの中心周波数、γはウェーブレットの広がりを決めるパラメータをそれぞれ表わす。ウェーブレットの中心周波数ωは、任意に選択可能だが、1か2πにすると後の処理を簡素化できる。γは、ウェーブレット変換した結果の空間分解能と周波数分解能とに影響し、小さくすると空間分解能重視、大きくすると周波数分解能重視となる。一般にはπから4πの間の値が適切である。 Here, x and y are horizontal and vertical coordinates, ω 0 is the center frequency of the wavelet, and γ is a parameter that determines the spread of the wavelet. The center frequency ω 0 of the wavelet can be arbitrarily selected, but if it is set to 1 or 2π, subsequent processing can be simplified. γ affects the spatial resolution and frequency resolution as a result of the wavelet transform, and if it is small, the spatial resolution is important, and if it is large, the frequency resolution is important. In general, a value between π and 4π is appropriate.

なお、Ψ(x,y)の位相の進行方向は図15(A)に例示する方向となり、Ψ(x,y)の位相の進行方向は図15(B)に例示する方向となる。つまり、これら2つのウェーブレットの組により、位相の進行方向が平行でないような位相情報を付加することが可能である。 The traveling direction of the phase of Ψ 1 (x, y) is the direction illustrated in FIG. 15A, and the traveling direction of the phase of Ψ 2 (x, y) is the direction illustrated in FIG. . That is, it is possible to add phase information such that the traveling directions of the phases are not parallel by the combination of these two wavelets.

入力されたパターン信号f(x,y)の連続ウェーブレット変換は、例示的に、次式(22)で表わすことができる。なお、離散化されたパターン信号が入力される場合は、数値積分を用いればよい。
The continuous wavelet transform of the input pattern signal f (x, y) can be exemplarily expressed by the following equation (22). When a discretized pattern signal is input, numerical integration may be used.

ここで、aは水平方向のスケールパラメータ、aは垂直方向のスケールパラメータ、bは水平方向のシフトパラメータ、bは垂直方向のシフトパラメータをそれぞれ表わす。スケールパラメータは、スケール、または周波数の逆数に対応するパラメータである。シフトパラメータは、位置に対応するパラメータである。i=1,…,mで、連続ウェーブレット変換部16−iの番号(#i)を表わす。 Here, a x is the horizontal direction of the scale parameter, a y is the scale parameter, b x vertical shift parameters in the horizontal direction, the b y represent the shift parameter in the vertical direction, respectively. The scale parameter is a parameter corresponding to the inverse of the scale or frequency. The shift parameter is a parameter corresponding to the position. i = 1,..., m represents the number (#i) of the continuous wavelet transform unit 16-i.

なお、ウェーブレット変換は、バンドパスフィルタとして機能するので、スケールパラメータを適切に選択することで、ノイズ抑制も併せて実施できる。スケールパラメータは、小さくすると周波数が高く、大きくすると周波数が低くなる。あまり小さく設定すると、ノイズの影響で位置ずれを正しく測定できないので、ノイズの影響を受けないような値にすることが望ましい。   Since the wavelet transform functions as a bandpass filter, noise can be suppressed together by appropriately selecting a scale parameter. When the scale parameter is decreased, the frequency is increased, and when the scale parameter is increased, the frequency is decreased. If the value is set too small, the position shift cannot be measured correctly due to the influence of noise, so it is desirable to set the value so as not to be affected by the noise.

相関演算部5−iは、例えば正規化されていない相互相関関数であれば、次式(23)により算出できる。
The correlation calculation unit 5-i can be calculated by the following equation (23), for example, if it is a non-normalized cross-correlation function.

位置ずれ概略値推定部3a、振幅・位相分離部6a−i、等位相情報算出部7−i、及び交点算出部8による残りの処理は、第3の態様と同一若しくは同様でよい。   The remaining processes by the positional deviation approximate value estimation unit 3a, the amplitude / phase separation unit 6a-i, the equiphase information calculation unit 7-i, and the intersection calculation unit 8 may be the same as or similar to those in the third mode.

なお、ウェーブレット変換と相関演算とは、一定の条件下で順序の交換が可能である(田原鉄也、新誠一共著、「相関のウェーブレット変換とウェーブレット変換の相関」、電気学会産業計測制御研究会資料(IIC-03-76)、pp. 13-18 (2003))。したがって、相互相関関数を求めてからウェーブレット変換を実施することでも、上記と同等の機能を実現できる。   Wavelet transform and correlation operation can be exchanged under certain conditions (Tetsuya Tahara and Seiichi Shin, "Correlation between correlation wavelet transform and wavelet transform", IEEJ Industrial Measurement and Control Study Group materials) (IIC-03-76), pp. 13-18 (2003)). Therefore, a function equivalent to the above can also be realized by performing the wavelet transform after obtaining the cross-correlation function.

また、連続ウェーブレット変換部16−iの一部は、第3の態様(図16)で例示した複素フィルタ部4−iに置き換えてもよい。   Further, a part of the continuous wavelet transform unit 16-i may be replaced with the complex filter unit 4-i exemplified in the third mode (FIG. 16).

(シミュレーション結果例)
上述した第5の態様の信号処理装置2で位置ずれ測定のシミュレーションを行なった結果の一例を図19〜図21に示す。
(Example of simulation results)
An example of the result of the simulation of the displacement measurement performed by the signal processing device 2 according to the fifth aspect described above is shown in FIGS.

図19は照合対象の2つのパターンの一例を示し、図19(B)に例示するパターンBは、図19(A)に例示するパターンAを紙面右方向(水平方向)に40ピクセル、紙面下方向(垂直方向)に15ピクセルそれぞれずらしたパターンである。シミュレーションでは当該位置ずれを求めた。なお、両パターンには共通の固定パターンノイズが含まれている。   FIG. 19 shows an example of two patterns to be collated. Pattern B illustrated in FIG. 19B is 40 pixels in the right direction (horizontal direction) of the pattern A illustrated in FIG. The pattern is shifted by 15 pixels in the direction (vertical direction). In the simulation, the positional deviation was obtained. Both patterns contain common fixed pattern noise.

図20は、両パターンのパターン信号をそれぞれ連続ウェーブレット変換し、当該変換の結果から正規化された相互相関関数を求め、求めた相互相関関数の絶対値を等高線プロットした図である。図20(A)が式(21)のΨでパターン信号を連続ウェーブレット変換してから相関をとった場合、図20(B)が式(21)のΨで同等の処理を行なった場合をそれぞれ示している。連続ウェーブレット変換時のスケールは、固定パターンノイズの影響を抑えるため、通過帯域の中心周波数が低周波数になるように設定してある。本例では、相互相関関数の絶対値の最大値の位置は、真値からそれぞれ1ピクセルずれており、誤差が生じている。 FIG. 20 is a diagram obtained by performing continuous wavelet transform on the pattern signals of both patterns, obtaining a normalized cross-correlation function from the result of the transformation, and contour plotting the absolute value of the obtained cross-correlation function. When FIG. 20A shows the correlation after the continuous wavelet transform of the pattern signal with Ψ 1 in the expression (21), FIG. 20B shows the case where the same processing is performed with Ψ 2 in the expression (21). Respectively. The scale at the time of continuous wavelet transform is set so that the center frequency of the passband is low in order to suppress the influence of fixed pattern noise. In this example, the position of the maximum value of the absolute value of the cross-correlation function is shifted by one pixel from the true value, resulting in an error.

図21は、相互相関関数の位相が0となるような等位相線をプロットした図である。等位相線#1は前記Ψでパターン信号を連続ウェーブレット変換した場合、等位相線#2は前記Ψでパターン信号を連続ウェーブレット変換した場合にそれぞれ対応している。図21では、絶対値の最大値近傍に2つの等位相線#1及び#2の交点が存在するが、当該交点の座標を整数に丸めると真値に一致する。このように、位相情報を併用することで、パターン間の位置ずれの測定精度を向上することができる。 FIG. 21 is a diagram in which isophase lines are plotted such that the phase of the cross-correlation function is zero. If equiphase lines # 1 continuous wavelet transform pattern signal in the [psi 1, the equiphase lines # 2 respectively correspond to the case of continuous wavelet transform a pattern signal in the [psi 2. In FIG. 21, there are intersections of two equiphase lines # 1 and # 2 in the vicinity of the maximum value of the absolute value. When the coordinates of the intersections are rounded to an integer, they coincide with the true value. As described above, by using the phase information in combination, the measurement accuracy of the positional deviation between the patterns can be improved.

1…パターン生成装置(撮像装置)、2…信号処理装置、3,3a…位置ずれ概略値推定部、4A−1〜4A−m,4B−1〜4B−m…複素フィルタ部、5−1〜5−m…相関演算部、6−1〜6−m…位相成分抽出部、6a…振幅・位相分離部、7…等位相情報算出部、8…交点算出部、11A,11B…フーリエ変換部、12…合成演算部、13…フィルタ部、13−1〜13−m 位相情報付加フィルタ部、14−1〜14−m…逆フーリエ変換部、15−1〜15−m…フィルタ部、16A−1〜16A−m,16B−1〜16B−m…連続ウェーブレット変換部、24…ハードディスク、25…メモリ、30,34…フィルタ部、31…振幅相関演算部、32…最大値探索部、33…探索中心決定部、35…逆フーリエ変換部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pattern production | generation apparatus (imaging apparatus), 2 ... Signal processing apparatus, 3, 3a ... Position shift approximate value estimation part, 4A-1-4A-m, 4B-1-4Bm ... Complex filter part, 5-1 ˜5-m ... correlation calculation unit, 6-1 to 6-m ... phase component extraction unit, 6a ... amplitude / phase separation unit, 7 ... equal phase information calculation unit, 8 ... intersection point calculation unit, 11A, 11B ... Fourier transform Part, 12 ... synthesis operation part, 13 ... filter part, 13-1 to 13-m phase information addition filter part, 14-1 to 14-m ... inverse Fourier transform part, 15-1 to 15-m ... filter part, 16A-1 to 16A-m, 16B-1 to 16B-m: continuous wavelet transform unit, 24 ... hard disk, 25 ... memory, 30, 34 ... filter unit, 31 ... amplitude correlation calculation unit, 32 ... maximum value search unit, 33 ... Search center determination unit, 35 ... Inverse Fourier transform unit

Claims (9)

照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理を実施する相関演算手段と、
前記相関演算手段で求められたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める位置ずれ算出手段と、
を備えた、位置ずれ測定装置。
Phase information of m types (m is an integer satisfying m ≧ N) indicating phase traveling directions that are not parallel to each other of pattern signals corresponding to two N-dimensional patterns (N is an integer of 2 or more) to be collated. And a correlation calculation means for performing signal processing corresponding to a calculation for obtaining a correlation between m sets of pattern signals to which the same phase information is added,
A positional deviation calculating means for obtaining a positional deviation according to the phase difference between the patterns based on phase information of the m sets of correlations obtained by the correlation calculating means;
A misalignment measuring apparatus.
前記パターン信号どうしを比較して前記パターン間の位置ずれを推定する位置ずれ推定手段を更に備え、
前記位置ずれ算出手段は、
前記位置ずれ推定手段で得られた位置ずれの推定値と前記信号処理により得られた相関の位相情報とに基づいて、前記位置ずれを決定する、請求項1記載の位置ずれ測定装置。
A positional deviation estimation means for comparing the pattern signals and estimating a positional deviation between the patterns;
The misregistration calculation means includes
The misregistration measuring apparatus according to claim 1, wherein the misregistration is determined based on the estimated misregistration value obtained by the misregistration estimation means and the phase information of the correlation obtained by the signal processing.
前記位置ずれ推定手段は、
前記パターン信号の振幅に関する相関を求める振幅相関演算部と、
前記振幅相関演算部で求められた相関の最大値を求め、前記最大値に対応する位置ずれを前記推定値として求める最大値演算部と、
を備えた、請求項2記載の位置ずれ測定装置。
The positional deviation estimation means is
An amplitude correlation calculation unit for obtaining a correlation related to the amplitude of the pattern signal;
A maximum value calculating unit for obtaining a maximum value of correlation obtained by the amplitude correlation calculating unit, and obtaining a positional shift corresponding to the maximum value as the estimated value;
The position shift measuring device according to claim 2, comprising:
前記位置ずれ推定手段は、
前記信号処理において得られた前記相関の振幅情報の最大値を求め、前記最大値に対応する位置ずれを前記推定値として求める最大値演算部を備えた、請求項2記載の位置ずれ測定装置。
The positional deviation estimation means is
The positional deviation measuring device according to claim 2, further comprising a maximum value calculation unit that obtains a maximum value of the amplitude information of the correlation obtained in the signal processing and obtains a positional deviation corresponding to the maximum value as the estimated value.
前記相関演算手段は、
前記m種類の位相情報にそれぞれ対応したフィルタ特性を有するm種類の複素フィルタを備え、
前記パターン信号のそれぞれに前記m種類の複素フィルタを適用することで、前記パターン信号のそれぞれに前記m種類の位相情報を付加する、請求項1記載の位置ずれ測定装置。
The correlation calculation means includes
M complex filters having filter characteristics corresponding to the m types of phase information,
The misregistration measuring apparatus according to claim 1, wherein the m kinds of phase information are added to each of the pattern signals by applying the m kinds of complex filters to each of the pattern signals.
前記相関演算手段は、前記信号処理における前記位相情報の付加と前記相関の演算とを周波数領域において実施する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の位置ずれ測定装置。   The positional deviation measuring apparatus according to claim 1, wherein the correlation calculation unit performs the addition of the phase information and the calculation of the correlation in the signal processing in a frequency domain. 前記複素フィルタの一部又は全部は、連続ウェーブレット変換によるフィルタである、請求項5記載の位置ずれ測定装置。   The position shift measuring device according to claim 5, wherein a part or all of the complex filter is a filter based on continuous wavelet transform. 照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理と、
前記信号処理により得られたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める処理と、
を有する、位置ずれ測定方法。
Phase information of m types (m is an integer satisfying m ≧ N) indicating phase traveling directions that are not parallel to each other of pattern signals corresponding to two N-dimensional patterns (N is an integer of 2 or more) to be collated. Signal processing corresponding to an operation for obtaining a correlation between m sets of pattern signals to which the same phase information is added;
Based on the phase information of the m sets of correlations obtained by the signal processing, a process for obtaining a positional shift according to the phase difference between the patterns;
A method for measuring misalignment.
コンピュータに読み取られることによって所定の位置ずれ測定処理を前記コンピュータに実施させる、コンピュータ読み取り可能な位置ずれ測定プログラムであって、
照合される2つのN次元(Nは2以上の整数)のパターンに対応するパターン信号のそれぞれに、互いに非平行な位相進行方向を示すm種類(mはm≧Nを満たす整数)の位相情報を付加し、同じ前記位相情報が付加されたm組のパターン信号間の相関を求める演算に相当する信号処理と、
前記信号処理により得られたm組の相関の位相情報に基づき、前記パターン間の位相差に応じた位置ずれを求める処理と、
を前記コンピュータに実行させる、コンピュータ読み取り可能な位置ずれ測定プログラム。
A computer-readable misregistration measurement program that causes a computer to perform a predetermined misregistration measurement process by being read by a computer,
Phase information of m types (m is an integer satisfying m ≧ N) indicating phase traveling directions that are not parallel to each other of pattern signals corresponding to two N-dimensional patterns (N is an integer of 2 or more) to be collated. Signal processing corresponding to an operation for obtaining a correlation between m sets of pattern signals to which the same phase information is added;
Based on the phase information of the m sets of correlations obtained by the signal processing, a process for obtaining a positional shift according to the phase difference between the patterns;
A computer-readable misregistration measurement program for causing the computer to execute.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6554977B2 (en) * 2015-07-30 2019-08-07 富士通株式会社 Connection phase determination program, method and apparatus
WO2018033499A1 (en) * 2016-08-15 2018-02-22 Asml Netherlands B.V. Alignment method
JP6920974B2 (en) * 2017-12-11 2021-08-18 株式会社日立製作所 Distance measuring device and distance measuring method
JP7057717B2 (en) * 2018-05-28 2022-04-20 日本放送協会 Phase difference detector, image processing device, and program

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3497979B2 (en) * 1996-10-30 2004-02-16 株式会社山武 Distance detection device
JP2004240931A (en) * 2003-02-05 2004-08-26 Sony Corp Image collation device, image collation method, and program

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019123917A1 (en) 2017-12-22 2019-06-27 日本電気株式会社 Image comparison apparatus
US11227196B2 (en) 2017-12-22 2022-01-18 Nec Corporation Image collating device

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