JPH076777B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、CCD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。

（背景） フォトリソグラフィーはエレク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フォトリソグラフィ
ーには、必ず化学処理工程を含む。フォトリソグラフィ
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、製品の歩溜りを高
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63-63906
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62-172209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
に対しエッジ検出の画像処理を行い、エッジ間の画素数
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、撮像素子の画層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解像
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ッジを
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次元）に対し画像処理を施
してその輪郭（エッジ）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、特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えばフォトマスクのパターンの
エッ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イジ
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フローであ
る。

画像たとえばフォトマスクを固体撮像素子たとえばCCD
カメラでそのパターンを撮像する（ステップ（S1））。

CCDカメラからの映像信号を多階調たとえば2⁸＝256階調
のディジタル信号にA/D変換する（ステップ（S2））。
そして、ステップ（S3）でこのディジタル信号を上記CC
D（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。

第１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TH
Lを略記する）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（S5））。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CCD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、輪郭線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、画動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（S7）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、この間に上記THLが存す
るかどうかを調べ、存する場合、このTHL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（S8））。

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ビット長）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（S10）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
（S10）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。

ステップ（S7）〜（S10）に関し、第２図〜第５図によ
つ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
CCD）の１画素の長さを与えるステップで、（S3′）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（ｘ方向）の長さはlx,副走査方向（ｙ方向）の
長さはly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（S7'）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箇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THL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Ｃ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（S10）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ーンの輪郭に忠実な近似曲線により
得ることができる。

ステップ（S7′）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（i,
j）と画素（ｉ＋1,j）間および画素（i,j）と画素（i,j
＋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,j）に対して、 ｎ（i,j）≦THL＜ｎ（ｉ＋1,j） …… ｎ（i,j）≧THL＞ｎ（ｉ＋1,j） …… 式または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。

画素（i,j＋１）に対しては、 ｎ（i,j）≦THL＜ｎ（i,j＋１） …… ｎ（i,j）≧THL＞ｎ（i,j＋１） …… 式または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。

第５図はパターンが線の場合で、THL＝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本の直線が求まり、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、画素ビッチ以下の高
い精度で線幅Ｗの測定値を得ることができる。

尚、補間点の第２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（S10）では、基本的に、
最小２乗法による近似を用いるのがよい。ここでは一例
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Pa（Xa,Ya）,Pb（Xb,Yb）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
うに順序づけられている（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、その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。起点をP₁として、P₁,P₂,……,Pnの点列を定めたと
き、P₁,P₂,……,Pn,P₁,P₂,……,Pn_-1なる点列を新たに
設定して、P₁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、P₂,P₃,……,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図，第２図のステップ（S9）では、２値輪
郭データにより、補間点の第２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。精度と処理速度を勘案して決めることが
できる。

さらに、第２図において、ステップ（G2）はステップ
（S3′）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）間の距離lx,ly
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lx′,ly′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。

第６図は、プリン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、フロッピ駆動装置（FDD）（1
2）、キーボード（13）、２台のCRTモニタ（14），（1
5）、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、FDD（12）、キーボード（13）、マウス（1
6）、CRTモニタ（14）、CRTモニタ（15）が接続されて
る。FDD（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FDD（12）により
フロッ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/D変換器（2
2）、画像メモリ（23）、第１画像合成回路（29）、第
２画像合成回路（30）である。また、２値化手段（2
4）、補間点抽出手段（25）、２値輪郭処理手段（2
7）、補間点グループ化手段（28）、重心処理手段（3
1）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CCD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CCDカメラ（２）のCCD
は水平画素576、垂直画素485で実寸法が8.8×6.6mm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0.38μｍ、垂直画素サイズは0.34μｍとなる。

画像メモリ（23）に記憶されたデータは、第１画像合成
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）により２値化さ
れ、２値化データは２値化メモリ（26）に記憶される。
２値化メモリ（26）上の２値化データは、第２画像合成
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（2
1）から第２画像合成回路（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。また、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軸,Y軸移動ノブ（５），
（６）を操作してパターンマスクの測定すべき箇所にCC
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（16）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、結果は第１画像合
成回路（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
モードが装備されている。線パターンの線幅の長さの測
定（同図（a1））、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（c2））などである。また、組合わせての測定も
可能にしており、例えば（d1）に示すパターンのとき、
円の中心座標，円の半径，線幅そして円の中心と線パタ
ーンのエッ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（25）が
作動する。２値輪郭処理手段（27）は、ウィンドデータ
（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。一方、補間点抽出処理手段（2
5）は、与えられたウィンド（WD）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10図（ｂ））。重心処理手段（3
1）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ッジが明確に
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（2
7）で求めた２値輪郭線を、補間点抽出処理手段（25）
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a,b,…e,f,…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e,f,g,hは含まれず、ベクトルＢのグ
ループではa,b,…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、a,b,c,d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）に送られ、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，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）。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→Ｇ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。両直線の方程式を求める。３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。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）。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）。
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が一定値以下の補間点の集合を求め、点Ｐや点Ｑ
のような離れた点を除く（ｄ）。四辺形という指定のも
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つの直線l₁,l₂,l₃,l₄の判別は、この四辺
形の重心と、輪郭点の距離ｒと方向θ（同図（ｆ））を
グラフ化して角Ｅを検出して行う（ｇ）。

第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）。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）。
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＋Δｒ≧Ri≧ｒ−
Δｒの範囲に入る補間点を選び出し、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成し、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図はリード付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）。輪郭線追跡法に
より２値化パターン（ａ）の輪郭を抽出するとともに、
合わせて重心を求めておく（ｂ）。例えば、P₁〜P₂〜
P₃の輪郭線をたどりP₁,P₃を結ぶ直線l₁から最も離れて
いる点P₂を求め、同様にして点P₅を求め（ｃ）、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、円とリード付円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（x,y）をた
どると（同図（a1））、θとｒの関係は概ね（a2）のよ
うになるのに対し、リード付円の場合には、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
て円とリード付円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
（14）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ま
でもない。なお、標線によってポイント入力される点
は、予備処理によ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、
多階調のディジ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
のみを抽出して第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
郭も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ソル等を用い
て測定ポイントをあたえて測長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フローを示す図、 第２図は一実施例の方法をより具体的に示したフロー
図、 第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）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（a1），（a2），（b1），（b2），（c1），（c
2），（d1）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），（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（a1），（a2），（b1），（b2）は円とリード付
円の判別方法の説明図である。 １……測定テーブル、２……CDD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値輪郭処理手段、28……補
間点グループ化処理手段、21……マイクロコンピュー
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０６Ｔ 9/20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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格データに対し、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. 【請求項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イジタル信号に変
   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
   デイ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. 【請求項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。