光学特性取得、位置测定和数据修正的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种取得摄像装置的光学特性的技术以及测定关注区域的位置的技 术，该关注区域包含拍摄了对象物的图像。
【背景技术】
[0002] 以往，通过向形成于半导体基板、印刷基板或者等离子体显示装置、液晶显示装置 用的玻璃基板等（以下，称为"基板"。）上的感光材料照射光，来绘制图案。近年来，伴随 图案的高精细化，使用一种在感光材料上扫描光束，直接绘制图案的绘制装置。
[0003]例如，就如这样的绘制装置而言，使用CCD摄像头等摄像部，拍摄在基板上设置的 定位用的记号（所谓的对准标记），基于取得的图像上的该记号的位置，调整基板上的绘制 位置。在有些情况下，在该摄像部中，因摄像头的镜头、摄像元件的微小变形或者基板在上 下方向上的位置变动等，导致图像产生失真。因此，在JP特开2008-249958号公报（文献 1)中提出了这样的方案：使用摄像头拍摄将标记配置为格子状而形成的校正图案，通过将 取得的图像上的格子状的标记的位置与原来的位置相比较，得到失真修正用的数据。
[0004] 另外，通过对绘制有图案的基板进行各种各样的处理，基板有时会发生翘曲（变 形）。当对如这样的基板绘制上层的图案时，也要配合基板的变形来修正设计数据。例如， 在JP专利第5209544号公报（文献2)中，将栅格（光栅）形式的绘制数据所表现的绘制 区域假想地分割为多个网格区域，基于根据基板的拍摄图像确定的基板上的对准标记的位 置，确定当根据基板的形状重新配置多个网格区域时的配置位置。然后，在使多个网格区域 重新配置于该配置位置上的状态下，通过合成与多个网格区域相关联的绘制内容，来生成 绘制数据。
[0005] 此外，在JP特开2003-194529号公报（文献3)中，公开了一种测定光源像的形状 信息的方法。在该方法中，通过求出在以拍摄光源像的图像中的各像素为中心的纹理分析 窗口内的像素数据的方差，提取光源像的推测轮廓点的位置信息，基于该位置信息，计算该 光源像的轮廓的近似椭圆。
[0006] 顺带一提，如文献1那样，在从包含多个小标记的图像中检测各标记的位置来取 得摄像装置的光学特性的情况下，例如，通过将上述图像二进制化来得到表示各标记的像， 求出该像的重心位置。但是，在通过进行二进制化来求出各标记的重心位置的情况下，各标 记的重心位置受到进行二进制化时的阈值的影响。具体地，当变更阈值时，由于各标记的像 的周缘附近的像素是否被包含于该像中也发生变化，所以计算出的各标记的重心位置也发 生变化。特别地，在包含多个标记的如上述那样的校正图案的图像中，由于构成各标记的像 的像素较少，所以上述阈值对重心位置的计算的影响变大，难以高精度地求出各标记的重 心位置等。因此，取得的摄像装置的光学特性的精度改善有限制。
[0007] 另外，如文献2那样，在配合基板的变形来修正设计数据的情况下，为了测定基板 的变形量，考虑到通过图案匹配来取得拍摄图像中的基板上的对准标记的位置。但是，在图 案匹配中，有时因为拍摄图像的亮度或者除了该标记以外的图案的影响，而导致测定精度 下降，测定变得无法进行。另外，考虑使用文献3的方法，在拍摄图像中取得基板上的标记 的位置，但是文献3的方法由于仅使用轮廓点的位置信息，所以有时无法高精度地取得该 标记的位置。
【发明内容】
[0008] 本发明涉及一种取得摄像装置的光学特性的光学特性取得装置，其目的在于，高 精度地取得摄像装置的光学特性。
[0009] 本发明的光学特性取得装置具有：图像存储部，存储由摄像装置取得的参照物的 图像，在该参照物的图像中，相同形状的多个图形元素规则地分布；运算部，利用可偏微分 的模型函数，将所述图像中的所述多个图形元素的各自的像素值分布进行模型化，通过最 优化法来取得（决定）所述模型函数中包含的多个系数；光学特性取得部，基于由所述运算 部取得的所述多个图形元素的各自的像素值分布，取得所述摄像装置的光学特性。
[0010] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述光学特性是所述摄像装置的失真特性。
[0011] 在本发明的其他优选的实施方式中，所述最优化法是高斯-牛顿法或者列文伯 格-马夸尔特法。
[0012] 在本发明的其他优选的实施方式中，根据背景像素值与中心部像素值的平均值， 将所述图像进行二进制化得到的与各图形元素相对应的像素群全部（整体）被包含于一个 正方形区域中，该背景像素值是所述图像中除了所述多个图形元素以外的背景的像素值， 该中心部像素值是所述多个图形元素的中心部的像素值，该正方形区域的一条边小于或等 于10像素。
[0013] 所述运算部根据式2-1所示的圆状的二维高斯函数，表现各图形元素；
[0014] 【式2-1】
[0015] F(x,y) =aXexp(~b((x~c) 2+ (y-d)2))+e
[0016] 针对作为式2-1中的所述多个系数的a、b、c、d、e，基于背景像素值，决定系数e的 初始值，该背景像素值是所述图像中除了所述多个图形元素以外的背景的像素值；基于所 述各图形元素内的像素值与所述背景像素值之差，决定系数a的初始值；基于所述各图形 元素的大小，决定系数b的初始值；基于所述各图形元素的中心的X坐标，决定系数c的初 始值；基于所述各图形元素的所述中心的y坐标，决定系数d的初始值。
[0017] 在本发明的其他优选的实施方式中，所述运算部根据式2-2所示的矩形的模型函 数（其中，η是大于或等于2的自然数），表现各图形元素；
[0018] 【式2-2】
[0019] F(x,y) =aXexp(~b((x~c) 2n+ (y-d)2n))+e
[0020] 针对作为式2-2中的所述多个系数的a、b、c、d、e，基于背景像素值，决定系数e的 初始值，该背景像素值是所述图像中除了所述多个图形元素以外的背景的像素值；基于所 述各图形元素内的像素值与所述背景像素值之差，决定系数a的初始值；基于所述各图形 元素的大小，决定系数b的初始值；基于所述各图形元素的中心的X坐标，决定系数c的初 始值；基于所述各图形元素的所述中心的y坐标，决定系数d的初始值。
[0021] 本发明也涉及一种测定设有多个记号的对象物的位置的位置测定装置。本发明的 位置测定装置具有：摄像装置，取得作为设有多个记号的对象物的图像的测定图像；上述 的光学特性取得装置，取得所述摄像装置的光学特性；位置取得部，在考虑由所述光学特性 取得装置取得的所述摄像装置的光学特性的前提下，从所述测定图像中取得所述多个记号 的位置。
[0022] 另外，本发明涉及一种测定关注区域的位置的位置测定装置，其目的在于，高精度 地测定拍摄图像中的关注区域的位置，该关注区域被包含于拍摄对象物而得的图像中。
[0023] 本发明的位置测定装置具有：摄像装置，拍摄对象物，取得包含大致矩形、圆形或 者椭圆形的关注区域的图像；其他的图像存储部，存储所述图像；其他的运算部，在所述其 他的图像存储部中存储的所述图像中，所述关注区域的剖面轮廓是礼帽形的，利用可偏微 分的模型函数，对所述关注区域的像素值分布进行模型化，通过最优化法来取得所述模型 函数中包含的多个系数；位置取得部，在考虑由所述光学特性取得装置取得的所述摄像装 置的光学特性的前提下，基于由所述其他的运算部取得了所述多个系数的所述模型函数， 来取得所述关注区域的位置。
[0024] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述最优化法是高斯-牛顿法或者列文伯 格-马夸尔特法。
[0025] 所述其他的运算部根据式2-3所示的圆形的模型函数，表现所述关注区域的像素 值分布；
[0026] 【式2-3】
[0027] F(x,y) =aXexp(- (b2 ((x~c) 2+ (y-d)2))e)+f
[0028] 针对作为式2-3中的所述多个系数的a、b、c、d、e、f，基于所述图像中的所述关注 区域的背景的亮度，决定系数f的初始值；基于所述关注区域的所述剖面轮廓的外缘部的 倾斜度，决定系数e的初始值；基于所述关注区域的亮度与所述背景的亮度之差，决定系数 a的初始值；基于所述系数e的初始值以及所述关注区域的大小，决定系数b的初始值；基 于所述关注区域的大致中心的X坐标，决定系数c的初始值；基于所述关注区域的所述大致 中心的y坐标，决定系数d的初始值。
[0029] 所述其他的运算部根据式2-4所示的大致正方形的模型函数（其中，η是大于1的 实数），表现所述关注区域的像素值分布，
[0030] 【式2-4】
[0031] F(x,y) =aXexp(- (b2 (((x~c)2)n+ ((y-d)2)n))e)+f
[0032] 针对作为式2-4中的所述多个系数的a、b、c、d、e、f，基于所述图像中的所述关注 区域的背景的亮度，决定系数f的初始值；基于所述关注区域的所述剖面轮廓的外缘部的 倾斜度，决定系数e的初始值；基于所述关注区域的亮度与所述背景的亮度之差，决定系数 a的初始值；基于所述系数e的初始值以及所述关注区域的大小，决定系数b的初始值；基 于所述关注区域的大致中心的X坐标，决定系数c的初始值；基于所述关注区域的所述大致 中心的y坐标，决定系数d的初始值。
[0033] 在本发明的其他的优选的实施方式中，所述对象物是形成有图案的基板，所述关 注区域表示所述图案的一部分或者形成于所述基板的孔部。
[0034] 更加优选地，所述关注区域是所述图像中的示出所述图案的图案区域的一部分； 所述其他的运算部具有：图像加工部，在所述关注区域与所述图案区域的另一部分连接的 情况下，屏蔽掉所述图案区域的所述另一部分，或者，在与所述关注区域相对应的所述基板 上的区域具有孔部的情况下，将表示所述孔部的区域的像素值替换为所述关注区域的其他 的区域的像素值；系数取得部，基于由所述图像加工部加工完成的图像，取得所述多个系 数。
[0035] 另外，本发明涉及一种修正在基板上绘制的图案的设计数据的数据修正装置。本 发明的数据修正装置具有：上述的位置测定装置，测定在拍摄基板而得的图像中包含的关 注区域的位置；数据修正部，基于所述关注区域的位置，修正在基板上绘制的图案的设计数 据。
[0036] 本发明涉及一种取得摄像装置的光学特性的光学特性取得方法。本发明也涉及一 种测定设有多个记号的对象物的位置的位置测定方法。本发明还涉及一种测定关注区域的 位置的位置测定方法，该关注区域被包含于拍摄对象物而得的图像中。本发明还还涉及一 种修正在基板上绘制的图案的设计数据的数据修正方法。
[0037] 通过参照附加的附图，在下文详细地说明本发明，可以清楚地知道上述的目的以 及其他的目的、特征、实施方式以及优点。
【附图说明】
[0038] 图1是第一实施方式的绘制装置的侧视图。
[0039] 图2是绘制装置的俯视图。
[0040] 图3是示出测定图像的图。
[0041] 图4是示出光学特性取得装置的功能的框图。
[0042] 图5是示出光学特性的取得的流程的图。
[0043] 图6是标准化板的俯视图。
[0044] 图7是示出光学特性的取得的流程的一部分的图。
[0045] 图8是示出摄像装置的失真（变形）特性的图。
[0046] 图9是示出比较例的失真特性的图。
[0047] 图10是示出图案的绘制的流程的图。
[0048] 图11是标准化板的俯视图。
[0049] 图12是第二实施方式的绘制装置的侧视图。
[0050] 图13是绘制装置的俯视图。
[0051] 图14是示出数据修正装置的功能的框图。
[0052] 图15是示出图案的绘制的处理的流程的图。
[0053] 图16是示出拍摄图像的一部分的图。
[0054] 图17是示出随着模型函数中的系数b、e的变化而产生的图像变化的图。
[0055] 图18是示出取得模型函数中的多个系数的处理的流程的图。
[0056] 图19是示出取得了多个系数的模型函数表示的像素值分布的图。
[0057] 图20是示出包含区域图像的图。
[0058] 图21是示出二进制图像的图。
[0059] 图22是是示出压缩完成的二进制图像的图。
[0060] 图23是示出关注区域图像的图。
[0061] 图24是示出加工完成的包含区域图像的图。
[0062] 图25是示出随着模型函数中的系数b、e的变化而产生的图像变化的图。
[0063] 图26是示出包含区域图像的图。
[0064] 图27是示出加工完成的包含区域图像的图。
[0065] 图28是示出取得了多个系数的模型函数表示的像素值分布的图。
[0066] 其中，附图标记说明如下：
[0067] 1、la绘制装置
[0068] 5摄像装置
[0069] 7数据修正装置
[0070] 8光学特性取得装置
[0071] 9基板
[0072] 70位置测定部
[0073] 71图像存储部
[0074] 72运算部
[0075] 73位置取得部
[0076] 74数据修正部
[0077] 81图像存储部
[0078] 82运算部
[0079] 83光学特性取得部
[0080] 85位置取得部
[0081]93、93a标准化板
[0082] 721图像加工部
[0083] 722系数取得部
[0084] 911 记号
[0085]941、Mla图形元素
[0086] H1、H2背景区域
[0087] R〇图案区域
[0088] R1关注区域
[0089] R2布线区域
[0090] R3孔部区域
[0091] S11 ~S15、S21 ~S24、S30 ~S36、S31a、S131 ~S134、S331 ~S334 步骤
【具体实施方式】
[0092] 图1是本发明的第一实施方式的绘制装置1的侧视图。图2是绘制装置1的俯视 图。绘制装置1是向对象物上照射光来直接绘制图案的装置。例如，该对象物是设有感光 材料层的液晶显示装置用的玻璃基板（以下，仅称为"基板"。）。
[0093] 如图1以及图2所示，绘制装置1具有：保持部移动机构2、基板保持部3、绘制头 4、摄像装置5。基板保持部3保持作为在（+Z)侧的主表面91(以下，称为"上表面91"。） 上形成有感光材料层的对象物的基板9。保持部移动机构2设于基台11上，使基板保持部 3在与Z方向垂直的X方向以及Y方向上移动。
[0094] 绘制头4安装于框架12上。框架12以横跨基板保持部3以及保持部移动机构2 的方式固定于基台11。绘制头4向基板9上的感光材料照射调制后的光束。摄像装置5与 绘制头4同样地安装于框架12。摄像装置5取得基板保持部3上的基板9的上表面91的 图像（以下，称为"测定图像"。）。
[0095] 图3是示出使用摄像装置5取得的测定图像的一个例子的图。如图3所示，在基 板9的上表面91上，设有用于测定基板9的位置的多个记号911 (所谓的对准标记）。在图 3所示的例子中，在大致矩形的基板9的4个角部附近，配置4个十字状的记号911。
[0096] 如图1所示，绘制装置1还具有：控制部6、位置取得部85、光学特性取得装置8。 控制部6控制保持部移动机构2、绘制头4以及摄像装置5等各结构。位置取得部85从使 用摄像装置5取得的测定图像中取得多个记号911 (参照图3)的位置，基于多个记号911 的位置来求出基板9的位置。当使用位置取得部85取得记号911的位置时，考虑到摄像装 置5的视野范围内的失真（变形）等光学特性。摄像装置5的光学特性是使用光学特性取 得装置8取得的。针对使用光学特性取得装置8取得摄像装置5的光学特性在后文描述。
[0097] 如图1以及图2所示，基板保持部3具有：载物台31、载物台旋转机构32、支撑板 33。基板9放置于载物台31上。支撑板33以可旋转的方式支撑载物台31。载物台旋转机 构32在支撑板33上，以与基板9的上表面91垂直的旋转轴321为中心来旋转载物台31。
[0098] 保持部移动机构2具有：副扫描机构23、底板24、主扫描机构25。副扫描机构23 使基板保持部3在图1以及图2中的X方向（以下，称为"副扫描方向"。）上移动。底板 24经由副扫描机构23来支撑支撑板33。主扫描机构25使基板保持部3与底板24 -起在 与X方向垂直的Y方向（以下，称为"主扫描方向"。）上移动。在绘制装置1中，使用保持 部移动机构2,使基板保持部3在与基板9的上表面91平行的主扫描方向以及副扫描方向 上移动。
[0099] 副扫描机构23具有：线性马达231、一对线性导轨232。线性马达231在支撑板33 的下侧（即，（-Z)侧），沿着副扫描方向延伸，副扫描方向与载物台31的主表面平行且与主 扫描方向垂直。一对线性导轨232在线性马达231的（+Y)侧以及（-Y)侧沿着副扫描方向 延伸。主扫描机构25具有：线性马达251、一对气动滑道（airslide)252。线性马达251 在底板24的下侧，沿着与载物台31的主表面平行的主扫描方向延伸。一对气动滑道252 在线性马达251的（+X)侧以及（-X)侧沿着主扫描方向延伸。
[0100] 如图2所示，绘制头4具有多个（在本实施方式中是8个）的光学头41，光学头 41以等间距沿着副扫描方向排列而安装于框架12。另外，如图1所示，绘制头4具有：与各 光学头41连接的光源光学系统42、出射光束的光出射部48。光出射部48具有：出射作为 紫外光的该光束的UV光源43、光源驱动部44。