JPH0339603A - パターンの輪郭検出方法及びこの方法を用いた測長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ＣＯＤ等の固体撮像素子で読み取ったパタ
ーンの輪郭を画像処理を介して高精度に検出する方法、
及びこの方法により高精度に検出されたパターンの輪郭
情報から輪郭間の距離、例えば線幅や円の直径などの長
さを精密にかつ自動ないし半自動で測定する測長装置に
関する。

この発明が対象とするパターンには、プリント基板やプ
リント基板のマスクパターン、ＩＣやＬＳＩ及びそれら
のマスクパターン、液晶パネルやこれのマスクパターン
などが含まれる。

（背ｖｃ） ７オトリソグラフイーはエレクトロニクスの分野におけ
る精密微細加工技術として必要不可欠の技術である。写
真製版技術の応用として発展したこの７オトリソグラフ
イーには、必ず化学処理工程を含む。７オトリングラフ
イーによる製品は、精密に制御された各種の化学処理を
経て完成するが、設計通りのパターンが形成されたかが
製品の性能を決定づける。このため、製品のターンの寸
法や形状を検査する、あるいは中間工程で用いるマスク
等のパターンの良否を検査することは、製品の歩留まり
を高めるために必須の工程である。

このパターンの検査工程のひとつに、例えば線幅の長さ
を検査する工程があり、この工程において長さをμｍオ
ーダで測定する測長装置が用いられている。

この種の測長装置は、従来では、例えば特開昭６３−６
３９０６号公報開示の装置などの光学系を備えた測長機
が使用され、人手によりパターンを部分的に測定してい
たが、画像・電子技術の発展により、画像処理技術を応
用して迅速かつ精度よく測長できる装置が用いられるよ
うになってきた。

（従来の技術とその問題点） 従来・技術として、特開昭８２−１７２２０９号に開示
の「被検査物のプロフィル検出方法」が知られている。

この技術では、被検査物のパターンを撮像カメラで読取
り、映像信号を２値化してメモリに記憶し、メモリ上の
２値データに対しエツジ検出の画像処理を行い、二ツノ
間のＩｍ素数をカウントして長さのデータを得るように
している。

しかしながら、撮像カメラが固体撮像素子を備えるもの
である場合、その撮像面に結像されるアナログの光学像
は、撮像素子の画素単位でサンプリングされ、このサン
プリングされた映像信号を出力するため、この信号に基
づいてパターンの寸法などを測定するような場合、基本
的に、撮像素子の画素ピッチ以下の測定精度を得ること
ができない問題がある。

より細かい絶対測定精度を得るために、固体撮像カメラ
にかかる上記問題は、■画素密度の大きい高解像の撮像
素子を用いる、及び／または■カメラの光学系に高倍率
のものを適用することにより一応技術的には解決できる
。しかしながら、■。

■ともにコストの大幅な上昇を招く欠点があり、また■
では像歪や収差の問題、さらに操作時の位置合わせ・見
当合わせの困難さが倍加するなど克服すべき新たな技術
的課題が生じてくる。

他方、固体撮像素子の画素ピッチ以下の測定精度を得る
ために、画素出力を連続したアナログ信号として取り扱
い、出力の微小変化を検出して画素列のピッチ補間を行
う一種の内挿法が、特開昭６２−２５５９３２号公報で
提案されている。

しかし、この技術では、長尺フィルムの駒間のエツジを
検出するという１方向、１次元に係る比較的に簡単なも
のであり、任意のパターン（２犬元）に対し画像処理を
施してその輪郭（エツジ）を自動的かつ精密に求めるも
のではない。

この発明は、画像のパターンを固体撮像素子で撮像して
そのデータを多段の画像処理を介してパターンの輪郭を
上記撮像素子の画素ピッチ以下の精度で自動的かつ精密
に与える、待に測長に適合する方法を提供するとともに
、この方法を用いて例工ば７ｔ）マスクのパターンのエ
ツジ間の長さを操作者の人為誤差なく自動的に測定でき
る測長装置を提供することを目的としている。

（課題を達成するための手段） この発明に係るパターンの輪郭検出方法は、画像のパタ
ーンを固体撮像素子により撮像し、出力される映像信号
を画素単位で多階調のディジタル信号に変換し、この多
階調のディジタル信号を前記固体撮像素子の画素座標に
対応付けて画像メモリに記憶し、この画像メモリ上の各
データに対し、予め定めた閾値と比較して２値化し、こ
の２値化データを２値化メモリに記憶し、前記画像メモ
リ上の相互に隣接するデータに対し、前記閾値が存すべ
き座標の補間演算を行うとともに求められた＠ｉの座標
データを記憶し、前記２値化メモリ上の２値化データか
らパターンの輪郭データを抽出し、前記第１の座標デー
タからこの輪郭データの座標値を結ぶ線を中央に所定距
離の範囲内にある第２の座標データを抽出し、抽出され
たこれら第２の座標データの点列を直線または曲線によ
り滑らかにたどる演算を行い、求められた座標平面上の
連続する直線または曲線をもってパターンの輪郭を与え
ることを基本的な特徴としている。

また、この発明に係る測長装置は、被測定物を載置する
テーブルと、固体撮像素子を備え前記被測定物を上方よ
り撮像する撮像手段と、撮像手段からの映像信号を多階
調のデイノタル信号に変換する信号変換手段と、前記固
体撮像素子の画素座標に対応づけて前記多階調のデイノ
タル信号を記憶する画像メモリと、この画像メモリに記
憶された各データに対し予め定めた閾値と比較して２値
化するとともにこの２値化データを記憶する２値化メモ
リを備えた２値化手段と、前記画像メモリ上で座標が隣
接する画素データに対して両者の間に前記閾値が存する
か否かを判定して、存する場合に前記閾値が存すべき座
標を補間演算により求めてこの補間点の座標データを第
１の座標データとして記憶する手段と、前記２値化メモ
リ上の２値化データから被測定物中のパターンの輪郭を
抽出して輪郭データを得る２値輪郭処理手段と、前記補
間点の第１の座標データから前記輪郭データの座標値を
結ぶ線を中央に所定距離の範囲内にある座標データを抽
出し入力指定された測定モードに基づいて抽出された座
標データを第２の座標データとしてグループ化する手段
と、グループ化された前記！＠２の座標データの点列を
たどる滑らかな直線または曲線を演算して求める輪郭線
近似処理手段と、前記輪郭線近似処理手段により求めら
れた座標平面上の直線または曲線から座標演算により測
定モードに応じて測長値を求める手段とを備えたことを
基本的な特徴とする。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の方法を示す処理７０−であ
る。

画像たとえば７オトマスクを固体撮像素子たとえばＣＣ
Ｄカメラでそのパターンを撮像する（ステップ（Ｓ　１
　））。

ＣＣＤカメラからの映像信号を多階調たとえば２”＝２
５６階調のディジタル信号にＡ／Ｄ変換する（ステップ
（Ｓ　２　））。そして、ステップ（Ｓ３）でこのディ
ジタル信号を上記Ｃ０Ｄ（２次元）の画素座標に対応さ
せて画像メモリ（フレームメモリ）に記憶する。画像メ
モリ上の多階調データ（輝度レベルのデータ）は、２系
統の処理の基礎として用いられる。

＃Ｉ１１系統は、２値化処理及び２値レベルの輪郭抽出
である。ステップ（Ｓ４〉では、予め決められた（Ｇ１
）で与えられるスレッシュホールド値（閾値）（以下、
これをＴＨＬと略記する）と画像メモリ上の各データと
を、たとえばＴＨＬ＝１１５として比較し、以上のもの
を「０」未満のものを「１」のように２値化する。そし
て、この２値化データをメモリ（２値化メモリという）
に記憶する（ステップ（Ｓ　５　））。この２値化メモ
リ上のデータは上記画像メモリ上のデータと対応づけら
れていて、すなわち２次元ＣＯＤの画素座標と対応して
いる。

ステップ（Ｓ６）において、２値化メモリ上の２値デー
タに対し、演算を行ってパターンの輪郭を抽出する。例
えば、輪郭＃ｌ追跡処理アルゴリズムを用いて、パター
ンの境界画素列を座標系列の集合として求める。

一方、画像メモリ上の多階調データは、第２の系統の処
理にも適用される。ステップ（Ｓマ）には、２値化に用
いたＴＨＬ＝１１５が与えられ、すべての隣接する画素
のデータ（０〜２５５の値をもつ）に対し、この開に上
記ＴＨＬが存するかどうかを調べ、存する場合、このＴ
ＨＬが存すべき点（補間点）の座標を内挿演算により求
める。演算は、対象とする１画素を走査の順番すなわち
走査の起点から主走査方向へ次いで副走査方向へ画素座
標をステップアップして総ての画素について行う。

これにより求められた座標データは、第、１の座標デー
タとして、所定のメモリに順次に記憶される（ステップ
（Ｓ　８　））。

２系統の画像処理が合一するステップ（Ｓ９）では、２
値輪郭データをもとにこの輪郭線から所定距離の範囲内
（例えば１ビツト艮〉にある上記補間点の第１の座標デ
ータを抽出し、第２の座標データとしてグループ化する
処理を行う、この処理は、順次に記憶されている２値輪
郭データをこの順序で順次に適用して行うので、座標デ
ータを輪郭に沿って順序づけるとともに、輪郭とは無関
係なノイズデータを除去することができる。

そして次のステップ（ＳＩＯ）では、抽出された第２の
座標データを基に、これを順次にたどるなめらかな直線
または曲線を座標平面上で求め、パターンの輪郭線を得
る。近似する直線または曲線は、例えば最小２乗法を用
いて求める。また、曲線の場合、円弧もしくは放物線、
双曲線による部分近似を用いることができる。ステップ
（ｓｉｏ）の結果、パターンの輪郭は画素ピッチ以下の
精度で求められる。

ステ・ンプ（Ｓ７）〜（８１０）に関し、第２図〜第５
図によってより具体的に説明する。

第２図において、（Ｇ２）は固体撮像素子（例えば２次
元Ｃ０Ｄ）の１画素の長さを与えるステップで、（Ｓ　
３　’）はその画素配列に対応した座標平面を設定する
ステップである。第３図（ａ）はその概念図で、画素（
ＰＸ）の中心をこの座標平面の格子の交点とする。画素
（ｐｘ）の主走査方向（×方向）の長さはｌに、副走査
方向（ｙ方向）の長さは１ｙである。

任意の交点を原点とするとき各交点の相対座標が決まる
。

ステップ（Ｓ　７　’）は補間点の第１の座標データを
求める一態様であり、各画素の輝度レベルをその右横と
直下の２随所の画素の輝度レベルと比較してＴＨＬの存
すべき点を第１の座標データとして座標平面上で求める
ステップであり、第３図（ｂ）に概念図を示す。斜線を
施した画素のＡ点とそのＸ方向右側に隣接する画素のＢ
点との輝度レベルの間にＴ　ＨＬがあれば、線分ＡＢ上
にＴＨＬの点Ｐ（ｉ）が求められる。同様に、斜線を施
した画素とｙ方向下側に隣接する画素の０点との輝度レ
ベル間にＴＨＬがあれば、線分ＡＣ上に点Ｑ（ｉ）が求
められる。求められた点Ｐ（ｉ）＝Ｑ（ｉ）をステップ
（Ｓ９）で順序付け、ステップ（ＳＩＯ）の処理を行う
と、基本的に、第３図（ｃ）に示されるように、座標平
面上において、パターンの輪郭線を原パタ−ンの輪郭に
忠実な近似曲線により得ることかできる。

ステップ（Ｓ　？　’）の処理は、以下の演算に従う。

第４図に示すように、画素（ｉ、ｊ）に着目する。ｎは
輝度レベルを表し、Ｑｘ＝Ｑｙは画素の中心座標値を示
している。スレッシュホールド値（ＴＨＬ）の存否は、
画素（Ｌｊ）と画素（ｉ＋ＬＪ）闇および画素（ｉ、ｊ
）と画素（ｉｔｊ＋１）間について調べる。存するとき
、その座標位置Ｐ（ＰＸ＋Ｐｙ）を求める。

画素（ｉ　＋１　ｓ　Ｊ　）に対して、ｎ（Ｌｊ）≦Ｔ
ＨＬ＜ｎ（ｉ＋１ｆｊ）・・・■ｎ（ｉｗｊ）≧ＴＨＬ
＞ｎ（ｉ＋１．ｊ）　　・・・００式または０式のいず
れをも満たさない場合、点Ｐはなしとする。０式または
０式のいずれかを満たしたとき、次式■でその座標値を
与える。

Ｐｘ＝Ｑｘ（ｉ）＋ＨＴＨＬ−ｎ（ｉ、ｊ））／（ｎ（
ｉ＋１．ｊ）画素（＋ｙｊ＋１）に対しては、 ｎ（Ｌｊ）≦Ｔ　ＨＬ　＜　ｎ　（ｌ　ｌ　Ｊ　＋１　
）・・・■ ｎ（ｉ、３）≧Ｔ　ＨＬ　＞　ｎ（＋　ｌ　Ｊ　＋１）
　　　−■■式または０式のいずれをも満たさない場合
、点Ｐはなしとする。■式または０式のいずれかを満た
したとき、次式■でその座標値を与える。

Ｐｙ＝Ｑｙ（ｊ）＋（（ＴＨＬ　−ｎ（ｉ−ｊ））／（
ｎ（ｉ−ｊ＋１）第５図はパターンが線の場合で、ＴＨ
Ｌ＝１１５としたときの具体例を示している。画素の中
心・に与えた数値は輝度レベル値を示し、◎がＴＨＬの
存する位置を示している。◎を結ぶ２本の直線がｙＲま
り、この直線と直交する直線との交点間の距離を求める
ことで、画素ピッチ以下の高い稍度で線幅Ｗの測定値を
得ることができる。

尚、補間点のｔｔＳ２の座標データをたどるなめらかな
直線または曲線を求めるステップ（ＳｔＯ）では、基本
的に、最小２乗法による近似を用いるのがよい、ここで
は−例として、直線と円を求める手法を示す。

まず、直線について、多点のデータが与えられたとき、
これらの座標データに最も整合する直線の方程式を求め
る方法を以下に示す。

基本的には、２点Ｐ　ａ（Ｘ　ａ、　Ｙ　ａ）ｔ　Ｐ　
ｂ（Ｘ　ｂ、　Ｙ　ｂ）を通る直線の式■で与えられる
。

与えられる点が３点以上の点列では、予め直線に沿うよ
うに順序プけられている（ステップ（Ｓ９））ので、対
象とするこの順序づけられた点列を、前半と後半の２群
に分け、それぞれの平均を求めて上述の直線式■での２
点Ｐａ、Ｐｂの座標値とする。

次に、多点のデータが与えられたとき、これらの座標デ
ータに最も整合する円を特定する（中心座標と半径の値
を求める）方法は、基本的に、与えられた複数の点から
３点を選び、この３点により決められる円の中心座標と
半径の値を求め、３点の組合わせを替えて各々について
中心座標と半径値を求め、これらの平均をもって座標平
面上で円を近似、特定する。

対象とする点列は、予め円に沿うように順序付けられて
いる（ステップ（Ｓ９））。３点の選び方は、基点を１
つ定めて、右回りにとるか又は左回りにとるかを決めて
おく。基点をＰｌとして、Ｐ＋ｑＰ２＊・・・・・・、
Ｐｎの点列を定めたとき、Ｐ　ｌ　ｌ　Ｐ　２１・・・
・・、Ｐｎ。

ＰＩｔＰ２ｗ’・・・１Ｐｎ−ｔなる点列を新たに設定
して、Ｐ、からｎ／３個目（小数以下は切り上げる）ご
とに３点を選ぶ。これを、Ｐ　２　ｔ　Ｐ　：ｌ　ｔ・
・・・・・、Ｐｎのそれぞれについても同様に他の２点
を選ぶ。３点のｎ個の組合わせの総てについて中心の値
と半径の値を求め、それぞれこれらの値の相加平均を求
める。

なおここでは、同一の３点からなる組合わせが存在する
ことになるが、重複して演算するのがよい。

中心を求めるときの基準とする点が、同一の組合わせで
も異なることから、結果としての誤差を極力小さくする
ためである。

又、上記第１面、第２図のステップ（Ｓ９）では、２値
輪郭データにより、補間点のｆｊＩＪ２の座標データを
抽出し、順序づけまたはグループ化する処理を行うが、
２値輪郭から所定距離の範囲内を規定するのは、座標平
面上の距離（格子間距離の整数倍以外）をもってしても
よいが、簡単には、輪郭を与える各画素に３×３あるい
は５×５の画素マトリクスを適用して、この輪郭線を所
定幅で膨張させ、この範囲内に補間点が属するか否かを
判定することによっても行うことができる。

なおまた、第２図のステップ（Ｓ７’）では、補間点を
主走査方向（ｘ）及び副走査方向（ｙ）に隣接する２つ
の画素対に対してのみ求めるようにしているが、合わせ
てｙ＝−ｘ方向の画素との間で補間点を求めるようにし
てもよい、また、特定方向の１つの画素対だけで行うよ
うにしてもよい。精度と処理速度を勧業して決めること
ができる。

さらに、第２図において、ステシブ（Ｇ２）はステップ
（Ｓ　３　’）の前に設定されており、従ってステップ
（Ｓ　３　’）に係る座標平面は実寸法に対応した座標
値で設定されるが、これに替えて、あらかじめ定める座
標平面は、一定基準値（例えばピクセル（ＰＸ）開の距
離１ｘ＊ｈを共に１″とするなど）とし、すべての座標
演算後、実寸法に対応した係数ｚｘ＋、１ｙ＋を乗算し
て実寸法の座標平面に戻すよ・うにしてもよい。

次に、上述の方法を用いた測長装置の一実施例を説明す
る。

１６図は、プリント基板のパターンマスク等を検査する
測長装置の外観を示している。

（１）はパターンマスクを載置する測定テーブル、（２
）は測定テーブル（１）の上方にあってパターンを撮像
するＣＣＤカメラで、ＣＣＤカメラ（２）には撮像中の
パターンを目視により確認できる双眼ファインダー（３
）が付属している。ＣＣＤカメラ（２）は、Ｘ軸方向に
延在するレール上を移動自在なＸ軸移動体（４）に固定
されており、Ｘ軸移動ノブ（５）の操作によりＸ軸方向
の位置を変えることができる。また、Ｙ軸移動ノブ（６
）を操作すると、測定テーブル（１）をＹ軸方向に移動
させることができる。

この測定部（７）の右側に隣接して、操作部（１０）が
設置されている。操作台（１１）の内部には、コンピュ
ータを含む画像処理装置（図示せず）が装備され、コン
ピュータの周辺装置とし、７０ツピ駆動装置（ＦＤＤ）
（１２）、キーボード（１３〉、２台のＣＲＴモニタ（
１４）、（１５）、マウス（１６）、および印字プリン
タ（１７）が配備されている。

第７図に、コンピュータを含む上記画像処理装置のブロ
ック図を示す。

マイクロコンピュータ（２１）には適宜のインターフェ
ースを介して、Ｆ　Ｄ　Ｄ　（１２）、キーボード（１
３）、マウス（１６）、ＣＲＴモニタ（１４）、ＣＲＴ
モニタ（１５）が接続されている。Ｆ　Ｄ　Ｄ　（１２
）からは、図示していないマイクロコンピュータ（１）
の主メモリに処理プログラム、データ等が供給され、ま
た処理の結果のデータをＦ　Ｄ　Ｄ　（１２）に上り７
０ツピに書き出すことができる。このブロック図中、ブ
ロックで物化して示したものの一部は主メモリ上のソフ
トウェアプログラムにより実行されうる。ブロックが現
実に物であるのは、ＣＣＤカメラ（２）、Ａ／Ｄｉ換器
（２２）、画像メモリ（２３）、第１画像合或回路（２
９）、＠２画像合或回路（３０）である、また、２値化
手段（２４）、補間点抽出手段（２５）、２値輪郭処理
手段（２７）、補間点グループ化手段（２８）、重心処
理手段（３１）はソフトウェアプログラムに替えて回路
により構成することもできる。

ＣＣＤカメラ（２）から出力される映像信号は、Ａ／Ｄ
変換器（２２）により２５６階調のディジタル信号に変
換される。このディジタル信号は、ＣＣＤカメラ（２）
のＣＯＤの画素座標に対応づけたアドレスをもって画像
メモリ（２３）に記憶される。なお、実施例で用いたＣ
ＣＤカメラ（２）のＣＯＤは水平画素５７６、垂直画素
４８５で実寸法が８゜８Ｘ６．６ｍｍのものである。最
大の拡大倍率を４０倍とするとき、水平画素サイズは０
．３８μ鎗、垂直画素サイズは０．３４μｔｏとなる。

画像メモリ（２３）に記憶されたデータは、第１画像合
或回路（２９）を介してＣＲＴモニタ（１４）に画像表
示される。また、画像メモリ（２３）上の２５６階調の
データは、マイクロコンピュータ（２１）からスレッシ
ュホールド値（ＴＨＬ）を与えられた２値化手段（２４
）に五り２値化され、２値化データは２値化メモリ（２
６）に記憶される。２値化メモリ（２６）上の２値化デ
ータは、第２画像合或回路（３０）を介してＣＲＴモニ
タ（１５）に画像表示される。

ＣＲＴモニタ（１５〉には、また、マイクロコンピュー
タ（２１）から＠２画像合或回路（３０）にウィンド表
示用のデータが与えられ、第６図に図解するように、ウ
ィンド（Ｗ）が表示される。このウィンド（Ｗ）は、マ
ウス（１６）の操作により移動およびその領域の広狭を
自在に設定できる。ウィンド（Ｗ）の位置と大きさが確
定されると、そのウィンドデータ（ＷＤ）は、補間点抽
出手段（２５）に与えられるとともに、２値輪郭処理手
段（２７）に与えられる。＊た、重心処理手段（３１）
にも与えられる。

測定に際しては、まず、第６図に示したＸ軸移動体（４
）と測定テーブル（１）を移動させて測定箇所の大まか
な位置ぎめを行い、次にＸ輪、１輪移動ノブ（５）、（
６）を操作してパターンマスクの測定すべき箇所にＣＯ
Ｄカメラ（２）を移動させる。

ファインダー（３）を見て焦点を合わせ、ＣＲＴモニタ
（１４）の画面を見ながら適切な倍率を選択する。

次いでＣＲＴモニタ（１５）の画面を見て、マウス（１
６）を操作し、測定範囲をウィンドで指定する。そして
、ウィンド内に得たパターンに対応した測定モードを指
定し、入力する。入力すると、この装置における画像処
理が自動的に進行し、結果１土第１画像合戒回路（２９
）を経てＣＲＴモニタ（１４）に表示される。記録のた
めには、第６図の印字プリンタ（１７）を使うことがで
きる。

測定モードとしては、第９図に例示するように、各種の
モードが準備されている。線パターンの線幅の長さの測
定（同図（ａｔ））、円パターンの中心位置の座標を求
める（同図（ｂ２））。四辺形パターンの一辺の長さの
測定（同図（０２））などである、また、岨合わせての
測定も可能にしており、例えば（ｄｌ）に示すパターン
のとき、円の中心座標１円の半径。

線幅そして円の中心と線パターンのエツジまでの距離を
合わせて測定することができる。

測定モードが指定入力されると、重心処理手段（３１）
、２値輪郭処理手段（２７）、補間点抽出処理手段（２
５）が作動する。２値輪郭処理手段（２７）は、つ゛イ
ンドデータ（ＷＤ）で区画された範囲の２値化データを
対象にパターンの輪郭線追跡により例えば第１０図（ａ
）に示すように２値の輪郭線を求める。−方、補間点抽
出処理手段（２５）は、与えられたウィンドデータ（Ｗ
Ｄ）とスレッシュホールド値（ＴＨＬ）によって所定範
囲の階調データに対し、ＴＨＬが存すべき補間点を抽出
しその座標データ（第１の座標データ）を求める（第１
０図（ｂ））、重心処理手段（３１）では、２値化メモ
リ（２６）上の２値化データのうちウィンドの範囲内の
パターンデータによりパターンの重心座標を求める。な
お、重心検出では、パターン内の画素を対象にするとと
もにパターンの輪郭エツジが明確に与えられなくても、
不明確さは全体にわたり均等に相殺されることから２値
化データを用いても重心を正確に検出することができる
。検出した重心座標のデータは、マイクロコンピュータ
（２１）に送られここに記憶される。

補間点グループ化手段（２８）は、２値輪郭処理手段（
２７）で求めた２値輪郭線を、補間点抽出処理手段（２
５）で求めた補間点に適用して、補間点の第１の座標デ
ータをグループ化するとともに、これを順序づけ、第２
の座標データとする処理を行う。

例えば、第１０図（ａ）＝（ｂ）に示されるように、２
値輪郭線はベクトルデータとしてベクトルＡ、ベクトル
Ｂとして求まるが、このベクトルＡと補間点ａｔｂｔ・
・・ｔｅｔＬ・・・の距離を求め、所定の範囲内にある
補間点をベクトルＡのグループ、ベクトルＢのグループ
として特定する。したがって、ベクトルＡのグループに
は、補間点ｅ＋ｆ＋ｇｗｈは含まれず、ベクトルＢのグ
ループではａｌｂｔ・・・は含まれない。

かつ、Ａはベクトルであるため、このグループにおいて
補間点を、ａｔｂｔｃｓｄの順に順序づけることができ
る。補間点グループ化手段（２８）でこのようにして求
められた補間点列の座標データは、第２の座標データと
してマイクロコンピュータ（２１））：送られ、ここに
記憶される。

マイクロコンピュータ（２１）は、記憶された第２の座
標データにより、グループ毎にこの点列をかい離が最小
になるようにたどる直線または曲線で近似する演算を行
う。そして、先に入力された測定モードに従った測長処
理、座標値を求める処理を行う。たとえば、線パターン
の線幅を求めるモードであるとき、２本の直線の方程式
が求まるので、この線間の距離を求める所定のアルゴリ
ズムを適用する。演算の結果は、ＣＲＴモニタ（１４）
に表示される。

次に、上記第７図の装置が行う測定モード別の処理態様
を図解によってより具体的に説明する。

プリント基板のマスクパターンに典型的な、線幅。

四辺形１円形、リード付き円の測定に関するものである
。

第１１図に線幅測定のプロセスを示す。

ウィンドＷの範囲で２値化する（ａ）０輪郭線追跡法に
より２値化パターン（ａ）の輪郭を抽出する（ｂ）。次
の手順により、輪郭線データを抽出する。

■ウィンドに接している輪郭線を選び、■Ａ−Ｈ。

Ｂ→Ｇ、Ｃ→Ｆ、Ｄ→Ｅと輪郭線を追跡する。■始点に
対して、その線の終点が向かい合う辺にあるものを選ぶ
、Ｂ−ｎＧとＣ→Ｆが選ばれる。■線幅測定の指定によ
り、この線を直線と仮定する。０両直線の方程式を求め
る。０３本以上の直線があれば、ウィンドの中心に近い
２本を選ぶ０次に、求めた直線との距離ｄがある一定値
以下の補間点の集合を求める（ｄ）。このグループ化さ
れた集合を線幅という指定のもとに最小２乗直線で近似
する（ｅ）。

第１２図は四辺形測定のプロセスを示している。

ウィンドＷの範囲で２値化する（ａ）０輪郭線追跡法に
より２値化パターン（、）の輪郭を抽出する（ｂ）。■
ウィンドの中心が内部に含まれているパターンを選ぶか
または重心座標がウィンドの中心に最も近いパターンを
選び、■４つの直線があると仮定して各直線の方程式を
求め、輪郭線データを抽出する（ｃ）。求めた直線との
距離ｄが一定値以下の捕間点の集合を求め、点Ｐや点Ｑ
のような離れた点を除＜（ｄ）。四辺形という指定のち
とに、グループ化された補間点を最小２乗直線で近似す
る（ｅ）、　４つの直ｍＬ−１２ｔム、１．の判別は、
この四辺形の重心と、輪郭点の距、１ｍｌ、と方向θ（
同図（ｆ））をグラフ化して角Ｅを検出して行う（ｇ）
。

＄１３図は円測定のプロセスを示している。

ウィンドＷの範囲で２値化する（ａ）０輪郭線追跡法に
より２値化パターン（、Ｌ）の輪郭を抽出する（ｂ）。

■ウィンドの中心が内部に含まれている。パターンを選
ぶかまたは重心座標がウィンドの中心に最も近いパター
ンを選び、■重心と各輪郭点との関係を求め、同図（ｄ
）のようにグラフ化して平均半径を求め、輪郭線データ
（＝平均半径）を抽出する（（ｃ）＝（ｄ））。平均半
径をｒとしΔｒは任意に決めるとして、ｒ十Δｒ≧Ｒｉ
≧ｒ−Δｒの範囲に入る捕間点を選び出し、補間点をグ
ループ化する（ｅ）。

曲線による近似は、直径及び半径を求めるために、一定
方向の円周に沿う何点かを選び出し、３点ずつで三角形
を形威し、その外接円を求める。そして各外接円の直径
または半径の平均をとる、この手法の概要は方法発明の
説明のところで述べられている。したがって各補間点に
おける近傍の点を最小２乗誤差曲線で近似したものとな
る。尚、（ｆ）では補間点の８点とその近傍を曲線近似
した様子を示している。

第１４図はリード行田測定のプロセスを示している。

ウィンドＷの範囲で２値化する（ａ）。輪郭線追跡法に
より２値化パターン（、）の輪郭を抽出するとともに、
合わせて重心を求めておく（ｂ）。■例えば、Ｐ、−Ｐ
、〜Ｐ、の輪郭線をたどりＰ、、Ｐ３を結ぶ直１８１．
から最も離れている点Ｐ２を求め、同様にして点Ｐ、を
求め（ｅ）、リード部分を消去し、■任意の輪郭点Ａ、
Ｂ、Ｃより中心Ｏを仮定して（ｄ）、輪郭線データを抽
出する。以下は第１３図で示した円測定のアルゴリズム
に従う。

第１５図は、円とリード行内との判別方法を示している
。

円の場合、重心（＝中心）に対し、輪郭点（ｘｗｙ）を
たどると（同図（ａｌ、））、θとｒの関係は概ね（ａ
ｌ）のようになるのに対し、リード行内の場合には、同
図（ｂ２）のように不連続な箇所ＵＣを生じる。従って
、これをもって円とリード行内とを明確に判別すること
ができる。

上述の測長装置は、プリント配線板のパターンマスクの
検査に係る装置として説明したが、被測定物がパターン
マスクであれば、パターンの輪郭が直線や曲線などの比
較的単純な形状で構成されるから、単に測定モードを指
定するだけで自動で測長値などを得ることができるが、
パターンの輪郭が自由曲線であるような場合には、必ず
しも自動的に測定値が得られる訳ではない、そこで、輪
郭が複雑な曲線である被測定物を対象にする場合のこと
を考慮して、上記実施例の装置に、自動モードの他に、
マニュアルモードで測長できる手段を合わせて設けてお
くのがよい、従来例と同様に、例えばＣＲＴモニタ（１
４）に標線を表示させ、操作者が目視により測定ポイン
トを定めて入力し、ポイント間の距離等を出力させるも
のである。もちろん、このマニュアルモードでも、演算
により求められる輪郭線は同様に画素ピッチ以下の精度
をもつから、高精度な測定値が得られることは言う本で
もない、なお、標線によってポイント入力される点は、
予備処理に上って補間点としてしまうか、または最も近
接する補間点に置き換える処理を行うのが望ましい。

（発明の効果） 以上のように、この発明に係る輪郭検出方法によれば、
多階調のディノタル信号を基にして画素間補間により求
めた第１の座標データに対し２値の輪郭データを作用さ
せてこの第１の座標データの所定のもの又は有効なもの
のみ抽出して第２の座標データとし、この第２の座標デ
ータをたどる座標平面上の直線または曲線をもってパタ
ーンの輪郭線を与えるようにしたので、パターンの輪郭
を高精度に検出することができ、そして測長の場合には
これをもって画素ピッチ以下の精度の高い測定値を得る
ことができる。

また、この方法を用いた測長装置においては、操作者が
予め測定対象を何にするかを指定するだけで、パターン
の認識、その輪郭の検出及び高精度の測長を自動的に行
えるので、モニタ上の画像を目視してカーゾル等を用い
て測定ポイントをあたえてｍ艮する従来方式に比べ、格
段に高い操作性を実現するとともに、操作者による測定
誤差を排してより高い精度の測長を可能にするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の一実施例の７０−を示す図、 第２図は一実施例の方法をより具体的に示した７０−図
、 第３図（ａ）、（ｂ）、（ｅ）は画素座標に対応する座
標平面上での処理の説明図、 第４図は画素間補間を説明するための図、第５図はこの
方法を用いて線路の輪郭線を求めた結果の例示図、 第６図はこの発明の一実施例の測長装置の外観図、 第７図は画像処理装置のブロック図、 第８図はモニタ画面上のウィンドの説明図、第９図（ａ
ｌ）、（ａ２）−（ｂｌ）、（も２）−（ｃｌ）−（ｅ
Ｚ）−（ｄｉ）は被測定パターンの例示図、 第１０図（ａ）、（ｂ）は画像処理の説明図、第１１図
（ａ）＝（ｂ）−（ｃ）−（ｄ）−（ｅ）は線幅測定の
説明図、 第１２図（ａ）＊（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（
ｆ）、（ｇ）は四辺形測定の説明図、 第１３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）ｔ（ｅ）、（
ｆ）は円測定の説明図、 第１４図（ａ）＝（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はリード付き
円測定の説明図、 第１５図（ａｌ）＝（ａ２）Ｉ（ｂｌ）、（ｂ２）は円
とリード何円の判別方法の説明図である。 １・・・測定テーブル、２・・・ＣＣＤカメラ、２２・
・・Ａ／Ｄ変換器、２３・・・画像メモリ、２６・・・
２値化メモリ、２５・・・補間点抽出処理手段、２７・
・・２値輸郭処理手段、２８・・・補間点グループ化処
理手段、２１・・・マイクロコンピュータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像のパターンを固体撮像素子により撮像し、 出力される映像信号を画素単位で多階調のディジタル信
   号に変換し、 この多階調のディジタル信号を前記固体撮像素子の画素
   座標に対応付けて画像メモリに記憶し、この画像メモリ
   上の各データに対し、予め定めた閾値と比較して２値化
   し、この２値化データを２値化メモリに記憶し、 前記画像メモリ上の相互に隣接するデータに対し、前記
   閾値が存すべき座標の補間演算を行うとともに求められ
   た第１の座標データを記憶し、前記２値化メモリ上の２
   値化データからパターンの輪郭データを抽出し、 前記第１の座標データからこの輪郭データの座標値を結
   ぶ線を中央に所定距離の範囲内にある第２の座標データ
   を抽出し、 抽出されたこれら第２の座標データの点列を直線または
   曲線により滑らかにたどる演算を行い、求められた座標
   平面上の連続する直線または曲線をもってパターンの輪
   郭を与えることを特徴とするパターンの輪郭検出方法。
2. （２）被測定物を載置するテーブルと、 固体撮像素子を備え前記被測定物を上方より撮像する撮
   像手段と、 撮像手段からの映像信号を多階調のディジタル信号に変
   換する信号変換手段と、 前記固体撮像素子の画素座標に対応づけて前記多階調の
   ディジタル信号を記憶する画像メモリと、この画像メモ
   リに記憶された各データに対し予め定めた閾値と比較し
   て２値化するとともにこの２値化データを記憶する２値
   化メモリを備えた２値化手段と、 前記画像メモリ上で座標が隣接する画素データに対し両
   者の間に前記閾値が存するか否かを判定して存する場合
   に前記閾値が存すべき座標を補間演算により求めてこの
   補間点の座標データを第１の座標データとして記憶する
   手段と、 前記２値化メモリ上の２値化データから被測定物中のパ
   ターンの輪郭を抽出して輪郭データを得る２値輪郭処理
   手段と、 前記補間点の第１の座標データから、前記輪郭データの
   座標値を結ぶ線を中央に所定距離の範囲内にある座標デ
   ータを抽出し入力指定された規範に基づいて抽出された
   座標データを第２の座標データとしてグループ化する手
   段と、 グループ化された前記第２の座標データの点列をたどる
   滑らかな直線または曲線を演算して求める輪郭線近似処
   理手段と、 前記輪郭線近似処理手段により求められた座標平面上の
   直線または曲線から座標演算により測定モードに応じて
   測長値を求める手段とを備えることを特徴とする測長装
   置。
3. （３）前記画像メモリおよび／または２値化メモリ上の
   データをモニタに画像表示するモニタ表示手段と、前記
   モニタ上に映出される画像と合成されて表示され外部入
   力により範囲を広狭自在に変更できるウインドを設定す
   るウインド設定手段とをさらに備えて、このウインド設
   定手段により設定されたウインドの範囲における記憶デ
   ータを対象に前記補間演算、２値輪郭処理、輪郭線近似
   処理および座標演算を行う請求項（２）の測長装置。