DE69725021T2

DE69725021T2 - Verfahren und system zum darstellen eines objektes oder musters

Info

Publication number: DE69725021T2
Application number: DE69725021T
Authority: DE
Inventors: Howard Stern; Fereydoun Maali
Original assignee: Robotic Vision Systems Inc
Current assignee: Acuity CiMatrix Inc
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2017-11-08
Also published as: CA2271492A1; US20030215127A1; PT1016028E; DK1016028T3; US6603874B1; DE69725021D1; US6075883A; EP1359534B1; CA2271492C; EP1016028B1; ATE342549T1; EP1016028A1; EP1359534A1; ATE250249T1; WO1998021687A1; DE69736818D1; AU5174798A; EP1016028A4; ES2207754T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Abbildung von Objekten oder Mustern. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zum gleichzeitigen Erzeugen von mehreren Bildern eines Objekts oder Musters von mehreren verschiedenen Betrachtungspunkten.
VERWEIS AUF URHEBERRECHT
Ein Abschnitt der Offenbarung in dieser Patentanmeldung enthält Material, das dem Urheberrecht unterliegt. Der Inhaber des Urheberrechtes hat keine Einwände gegen die Kopie der Patentunterlagen durch Dritte oder die Veröffentlichung des Patents in Form der Unterlagen des Patent- und Markenamts, Patentschriften oder Aufzeichnungen, behält sich jedoch im übrigen alle weiteren Urheberrechte vor.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Maschinelle Abbildungssysteme werden gemeinhin in der Industrie für Hochgeschwindigkeitsinspektionen eingesetzt. Insbesondere werden diese Systeme verwendet, um digitale Bilder von Objekten zu erzeugen, um mit Hilfe eines Computers festzustellen, ob das Objekt in Bezug auf vorgegebene Spezifikationen von "akzeptabler" Qualität ist. Beispielsweise kann mit einem solchen System eine Halbleiter-Chip-Verpackung untersucht werden, um festzustellen, ob jeder der Drähte aus der Verpackung heraus die richtigen Maße hat. Ein solches System kann außerdem dazu verwendet werden, die Koplanarität von Lötperlen auf ball-grid-Arrays zu untersuchen.
Muster wie Strichcodes und Datencodes werden durch solche Systeme ebenfalls abgebildet. Bilder dieser Muster werden von einem Computer analysiert, und zwar um die in diesen Codes dargestellte Information "zu lesen".
Bei maschinellen Abbildungssystemen wird ein Objekt (oder Muster) üblicherweise dadurch abgebildet, dass das Objekt mit einer Lichtquelle belichtet wird und das Licht, das von dem Objekt reflektiert wird, mit einer Videokamera (d. h. einem Fotodetektor) aufgenommen wird. Aus dem von der Kamera aufgenommenen Bild wird ein digitales Bild erzeugt, und die digitalen Daten werden durch einen Computer analysiert, um die Eigenschaften des Objekts oder des Musters zu bestimmen.
Ein geeigneter Kontrast zwischen dem Objekt oder Muster und dem Hintergrund ist von großer Bedeutung für das Erzeugen eines Bildes, damit es ausreichend deutlich ist, um durch einen Computer genau analysiert werden zu können. Bei der gegenwärtigen Praxis erzeugt ein Ingenieur oder ein Nutzer mit entsprechenden Kenntnissen den geeigneten Kontrast durch Variieren der Positionen der Lichtquellen in Bezug auf das Objekt oder das Muster, das betrachtet wird, und zwar in Bezug auf die Videokamera, mit der der Beobachtungsbereich aufgenommen wird. Zusätzlich werden die Intensität und möglicherweise die Polarisation und die Farbe der Lichtquellen variiert. Um den gewünschten Kontrast zu erzielen, wird die Beleuchtung oft manipuliert, um den Hintergrund entweder in Bezug auf die Objektmerkmale oder das Muster abzudunkeln (Dunkelfeldbeleuchtung) oder um ihn in Bezug auf die Objektmerkmale oder das Muster aufzuhellen (Hellfeldbeleuchtung). Das Einstellen der richtigen Belichtung ist besonders schwierig, wenn man mit spiegelnden (spiegelähnlichen) Oberflächen arbeitet, insbesondere wenn die spiegelnden Oberflächen gekrümmt sind oder viele Einzelflächen aufweisen.
Eine Technik zum Beleuchten eines Objekts, um es abzubilden, wird in US 5 461 417 , White et al. (das White-417-Patent), beschrieben. Das White-417-Patent offenbart ein System zur Erzeugung einer Umgebung mit gleich bleibendem, gleichförmigem, diffusem Licht. Dieses System eignet sich für bestimmte Typen von Anwendungen. Eine weitere Technik zur Belichtung wird in US 5 187 611, White et al., beschrieben. In diesem Patent wird diffuses, achsennahes Licht (Diffuse On-Axis Light, DOAL) beschrieben, was sich ebenfalls als günstig bei bestimmten Anwendungen erwiesen hat. Jedoch ist es um guten Kontrast zu erzielen manchmal notwendig, dass Kanten betont werden, was man am besten dadurch erreicht, dass man kollimiertes, unidirektionales Licht verwendet, und nicht gleichförmiges, diffuses Licht.
Bei bestimmten Objekten kann es von Vorteil sein, sequenziell ein Objekt von einer Anzahl von verschiedenen Beobachtungspunkten aus zu beleuchten und bei jeder Beleuchtung ein Bild des Objektes aufzunehmen. Die Bilder können dann zu einem einzigen Bild zusammengefasst werden. Ein derartiges System wird in US 5 060 065 , Wasserman, beschrieben. Manchmal kann es erwünscht sein, ein Objekt mit einer Hellfeldbeleuchtung abzubilden und danach dasselbe Objekt mit einer Dunkelfeldbeleuchtung abzubilden. Das Hellfeld- und das Dunkelfeldbild können dann individuell analysiert werden oder zuerst zusammengesetzt und dann analysiert werden.
Jedoch wird durch aufeinander folgende Beleuchtungen die Aufnahmezeit erhöht, da bei jeder Beleuchtung ein separates Bild aufgenommen werden muss – jedes Videobild dauert typischerweise 1/30 Sekunden. Wenn daher bei dem Objekt Lichtquellen an drei verschiedenen Orten verwendet werden, so sind drei Bilder notwendig.
Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass das zusammengesetzte Bild verschmiert aussieht, wenn sich das Objekt und die Kamera relativ zueinander bewegen. Beispielweise können Vibrationen dazu führen, dass sich das Objekt etwas bewegt. Da das Bild des Objekts vor der Bewegung und das nach der Bewegung nicht exakt aufeinander fallen, erscheint das zusammengesetzte Bild verschmiert.
In US 4 286 293 wird ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes offenbart, wie es in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeführt wird. Bei der offenbarten Vorrichtung wird Laserlicht, das von dem Objekt zurückgeworfen wird, von mehreren Detektoren aufgefangen. Jeder Detektor erfasst damit einen anderen Teil des zurückgeworfenen Lichtes, und es wird eine arithmetische Operation mit dem Ausgangssignal der Detektoren durchgeführt, um ein einziges, zusammengesetztes Videosignal zu erzeugen, das einen höheren Kontrast aufweist.
In US 5 455 870 wird ebenfalls ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart. Das offenbarte System umfasst zwei Videokameras. Die Kameras und die Belichtungsquellen sind so angeordnet, dass sie beide ein Hellfeldbild und ein Dunkelfeldbild des Objektes erzeugen, die gemeinsam verarbeitet werden.
In US 4 152 723 wird ein System zur Inspektion eines Objektes offenbart, das dazu dient, eine gedruckte Leiterplatte abzubilden, bei dem Fluoreszenz von dem Isolatormaterial der Platte erfasst wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abbildung eines Objektes nach Anspruch 1 angegeben und eine Vorrichtung zur Abbildung eines Objektes nach Anspruch 5 geschaffen.
In bevorzugten Ausführungsformen werden mehrere Lichtleiter mit ihren Eingangsenden so positioniert, dass sie gleichzeitig Licht empfangen, das von einem Objekt reflektiert wird, und das empfangene Licht wird zu mehreren Fotodetektoren weitergeleitet. Die Lichtleiter sind derart angeordnet, dass ihre jeweiligen Eingangsenden entlang wenigstens eines Abschnittes einer Oberfläche einer imaginären Hemisphäre um das Objekt im Wesentlichen gleich beabstandet sind. Die Signale, die durch die Fotodetektoren (als Ergebnis der Erfassung des Lichts) erzeugt werden, werden verarbeitet, und es werden mehrere Bilder von dem Objekt erzeugt.
Die bevorzugten Ausführungsformen umfassen außerdem ein Verfahren zum Erzeugen von zusammengesetzten Bildern aus gleichzeitig aufgezeichneten Bildern. Äquivalente Bereiche bei jedem Bild (entsprechend geografischen identischen Teilbildern) werden miteinander verglichen. Das Teilbild mit der höchsten Entropie wird ausgewählt und abgespeichert. Dieser Prozess wird fortgeführt, bis alle Teilbilder berücksichtigt worden sind. Ein neues, zusammengesetztes Bild wird erzeugt, indem die ausgewählten Teilbilder aneinandergesetzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung als Beispiel erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
1A ist die Darstellung eines Systems für eine Hellfeldbeleuchtung.
1B ist die Darstellung eines Bildes, das unter Verwendung dieser Hellfeldbeleuchtung erzeugt wurde.
2A ist die Darstellung eines Systems für eine Dunkelfeldbeleuchtung.
2B ist die Darstellung eines Bildes, das unter Verwendung des Dunkelfeldverfahrens bei dieser Beleuchtung erzeugt wurde.
3 zeigt ein sequenzielles Beleuchtungssystem.
4A ist die Darstellung eines Beispiels für ein System, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
4B zeigt ein Beispiel für eine Fotodetektoranordnung.
4C zeigt ein sequenzielles Beleuchtungssystem zum Auslesen von Zeichenfolgen.
4D zeigt ein Beispiel für ein System, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 4C ist.
5 zeigt eine Vorrichtung, die eine Ausführungsform der Erfindung ist, mit weiteren Einzelheiten.
6 zeigt den Scanner und die Fotodiodenanordnung nach 5 mit weiteren Einzelheiten.
7A ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für einen Prozess zum Korrigieren eines Bildes.
7B ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Erzeugung eines zusammengesetzten Gradientenbildes.
8 zeigt, wie durch einen Scanner ein Punkt auf einer Oberfläche beleuchtet wird.
9 zeigt eine Matrix, die die Reflektionseigenschaften eines 2-D-Strichcodes wiedergibt.
10A zeigt die Reflektionseigenschaften einer glänzenden Oberfläche.
10B zeigt die Reflektionseigenschaften einer diffus scheinenden Oberfläche.
lOC zeigt die Reflektionseigenschaften einer Spiegelspiegelnden) Oberfläche.
11 zeigt als Beispiel eine Ausführungsform der Hardware für die vorherige Aufbereitung.
12 zeigt eine Weiterentwicklung zu 11.
BESCHREIBUNG DER EINZELHEITEN
Hellfeldbeleuchtung: Mit Bezug auf die Zeichnungen und zunächst auf 1A wird ein einfaches Hellfeldbeleuchtungssystem 100 erläutert. Eine Videokamera 110 mit einer Linse 115 wird positioniert, um ein Bild einer glänzenden Platte 120, auf der ein diffuser (Lambert-) Graukreis 125 aufgemalt ist, aufzunehmen. Die Reflektionseigenschaften der glänzenden, diffusen und Spiegelspiegelnden) Oberflächen sind in 10A, 10B bzw. lOC dargestellt. Die glänzende Platte 120 steht senkrecht zur Sichtachse der Kamera 110. Zwei Lichtquellen ("obere Lichtquellen") 130 und 135 sind gleich beabstandet von der glänzenden Platte 120 und befinden sich in der Nähe der Kameralinse 115. Sie beleuchten die glänzende Platte 120 und den Graukreis 125. Die glänzende Platte 120 reflektiert Licht direkt zurück in die Kamera 110. Der Kreis 125 streut das Licht 150, da er diffus erscheint. 1B zeigt ein Hellfeldbild, das von der Kamera 110 aufgenommen wurde. Wie dargestellt, erscheint das Bild des Kreises 125B dunkel in Bezug auf den hellen Hintergrund 120B. Wenn die glänzende Platte ersetzt wird durch einen wirklichen Spiegel, so wären ein Strahlteiler 160 und eine Lampe 170 erforderlich, um das Licht parallel zu der Kameraachse auszurichten, um eine wirkliche Hellfeldbeleuchtung zu erhalten.
Dunkelfeldbeleuchtung: 2A zeigt ein Dunkelfeldbeleuchtungssystem. In diesem System werden eine Kamera 210, eine Linse 215 und eine glänzende Platte 220 mit einem Graukreis 225 auf dieselbe Art wie in 1A positioniert. Hier jedoch sind die Lichtquellen ("untere Lichtquellen") 260 und 265 jeweils zu einer Seite versetzt (in Bezug auf die Kamera 210 um deren Blickfeld) positioniert und befinden sich damit in der Nähe der glänzenden Platte 220. Die Lichtquellen 260 und 265 werden ebenfalls in etwa gleich beabstandet von der glänzenden Platte 220 positioniert. Lichtblenden 275 verhindern, dass Licht direkt von den Lampen 260 und 265 auf die Linse 215 trifft. Licht, das von den Lichtquellen 260 und 265 ausgeht, wird durch die glänzende Platte 220 als Licht 270 in einer Richtung weg von der Kameralinse 215 reflektiert. Licht, das auf den Graukreis 225 trifft, wird gestreut. Wie dargestellt, wird wenigstens einiges (280) von dem Licht, das auf den Graukreis 225 trifft, auf die Kameralinse 215 reflektiert. 2B zeigt das Dunkelfeldbild, das von der Kamera 210 aufgenommen wurde. Hier scheint das Bild des Kreises 225B hell gegenüber dem dunklen Hintergrund 220B.
Kombiniertes System: In sowohl dem Hellfeldbeleuchtungssystem als auch dem Dunkelfeldbeleuchtungssystem können für den Fall, dass die glänzende Oberfläche (in 1A und 2A) nicht perfekt flach ist, andere helle und dunkle Bereiche im Bildhintergrund auftreten. Zum Beispiel kann die Oberfläche derart reflektieren, dass sowohl reale als auch virtuelle Bilder erzeugt werden, von denen jedes durch die Videokamera aufgenommen wird. Dann kann es vorteilhaft sein, ein Objekt unter zwei oder mehreren verschiedenen Winkeln zu beleuchten (in Bezug auf das Objekt). Wie in 3 gezeigt, kann dementsprechend ein einzelnes System obere Lichtquellen 330 und 335 (entsprechend den Lichtquellen 130 und 135 in 1A) wie auch untere Lichtquellen 360 und 365 (entsprechend den Lichtquellen 260 und 265 in 2A) aufweisen. Jeder Satz von Lichtquellen (d. h. die oberen Lichtquellen 330 und 335 und die unteren Lichtquellen 360 und 365) können unabhängig voneinander verwendet werden, um das Objekt zu beleuchten (hier die glänzende Platte 320 mit Graukreis 325), wobei jedes Mal durch die Videokamera 310 ein Bild aufgenommen wird. Die "nützlichen" Abschnitte des Hellfeldbildes und des Dunkelfeldbildes, die aufgenommen wurden, können unabhängig voneinander analysiert werden oder können zusammengesetzt werden, um ein einziges Bild des Objektes zu ergeben.
Auf einigen Oberflächen haben Punkte komplexe Reflektionseigenschaften, die eine Kombination derjenigen in den 10A, 10B und lOC sind. Außerdem können Oberflächenbereiche gegeben sein, die durch das System nach 3 abgebildet werden, die in Bezug auf die Horizontale gekrümmt oder gekippt sein können, was die Hellfeld- oder Dunkelfeldabbildungen beeinträchtigt. Daher kann es sein, dass das System nach 3 für eine große Anzahl von Bedingungen nicht ausreichend ist, bei denen ungewöhnliche Reflektionseigenschaften oder gekrümmte oder mehrfach geneigte Oberflächen gegeben sind.
Wie bereits bemerkt, erhöht sich bei dieser sequenziellen Beleuchtung die Aufnahmezeit, da ein Bild, z. B. ein Videobild, pro Beleuchtung erforderlich ist. Darüber hinaus machen zusammengesetzte Bilder einen verschmierten Eindruck, wenn sich Kamera und Objekt zueinander bewegen.
Ausführungsbeispiel: Die vorliegende Erfindung betrifft viele Abbildungsprobleme, bei denen gleichzeitig mehrere Bilder des Objektes aufgenommen werden. Ausführungsformen der Erfindung sorgen für den richtigen "Kontrast", indem die Lichtquellen der früheren Systeme durch äquivalente "Kameras" ersetzt werden und die Kameras der früheren Systeme durch äquivalente Lichtquellen ersetzt werden. Mit einem solchen System hat man die Wahl vieler Beobachtungspunkte für die Beleuchtung, um Hellfeld- oder Dunkelfeldbilder erzeugen zu können, unabhängig von den exakten lokalen Oberflächeneigenschaften oder Orientierungen des Objektes oder des betrachteten Musters.
Ein Beispiel für ein System, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist, ist in 4A gezeigt. Ein Scanner 410 ist so positioniert, dass er eine glänzende Platte 420 beleuchtet, auf der ein diffuser Graukreis 425 aufgezeichnet ist. Der Scanner 410, der einen Lichtstrahl erzeugt, der beispielsweise ein Dauerstrich- oder ein alternierender oder ein pulsmodulierter Strahl ist, erzeugt einen abgestimmten Rasterlichtfleck, der über das Objekt fährt, der jedoch von dem Ort ausgeht, an dem sich vorher die Kameralinse 315 in 3 befunden hat. Der Lichtfleck kann "weiß" sein oder eine bestimmte Farbe haben, mit der er beispielsweise von einer Licht emittierenden Diode (LED) erzeugt wird. Alternativ kann der Lichtfleck eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, wenn er mit einem Laser erzeugt wird.
Wie in 4A gezeigt, werden die Lichtquellen der 3, d. h. 330, 335, 360 und 365, ersetzt durch Fotodetektoren 430, 435, 460 und 465, wie zum Beispiel Fotodioden-Anordnungen. Da der Lichtfleck in einem Raster durchgestimmt wird, erzeugt jeder der Fotodetektoren 430, 435, 460 und 465 ein "Video-" Signal, das mit allen anderen Fotodetektoren 430, 435, 460 und 465 synchronisiert ist. Das bedeutet, dass zu jedem Zeitpunkt das Signal, das bei jedem Fotodetektor 430, 435, 460 und 465 erzeugt wird, ein Ergebnis der Beleuchtung desselben "Pixels" ist (Lichtfleck auf einem kleinen Bereich des Objektes). Jedoch variieren die Signale, die von jedem Fotodetektor 430, 435, 460 und 465 erzeugt werden, in ihrer Amplitude je nach den Reflektionseigenschaften und Orientierungen des beleuchteten Bereiches in Bezug auf die relative Position des Scanners 410 und des Fotodetektors 430, 435, 460 und 465.
Auf Grund der Umkehrbarkeit von Lichtstrahlen wird durch einen Bereich des Objekts (d. h. die glänzende Platte 420), der für die Kamera 310 in 3 hell scheinen würde, wenn er mit einer bestimmten Lichtquelle beleuchtet wird, ein starkes Signal erzeugt, wenn die Beleuchtung mit einer Lichtquelle erfolgt (d. h. Scanner 410), die sich an der Position der ursprünglichen Kamera befindet, das jedoch durch einen Fotodetektor aufgenommen wird, der sich an dem Ort der ursprünglichen Lichtquelle befindet. Ähnlich wird durch einen Bereich, der für die Kamera 310 in 3 abgeschwächt erscheint, wenn die Beleuchtung mit einer bestimmten Lichtquelle erfolgt, ein schwaches Signal erzeugt, wenn die Beleuchtung mit einer Lichtquelle (Scanner 310) an der Position der ursprünglichen Kamera 310 in 3 erfolgt, das jedoch erfasst wird durch einen Lichtsensor am Ort der ursprünglichen Lichtquelle. Wenn daher der Hintergrund der glänzenden Platte 420 mit dem Scanner 410 beleuchtet wird, erzeugen die Fotodetektoren 430 und 435 ein relativ starkes Signal, während die Fotodetektoren 460 und 465 ein relativ schwaches Signal erzeugen. Wenn darüber hinaus der diffuse Graukreis 425 von dem Scanner 410 beleuchtet wird, so erzeugen die Fotodetektoren 430 und 435 ein relativ schwaches Signal, während die Fotodetektoren 460 und 465 relativ starke Signale erzeugen. Dementsprechend nehmen die Fotodetektoren 430 und 435 Hellfeldbilder der glänzenden Platte 420 auf, während die Fotodetektoren 460 und 465 Dunkelfeldbilder der glänzenden Platte 420 aufnehmen.
Viele äquivalente "Beleuchtungsstandpunkte" können gleichzeitig aufgenommen werden, indem man einfache Licht-Anordnungen strategisch positioniert, wie zum Beispiel Fotodioden an Standpunkten um das zu betrachtende Objekt herum. Dementsprechend können Hellfeldbilder und Dunkelfeldbilder von verschiedenen Standpunkten aus gleichzeitig aufgenommen werden.
Die lichtempfindlichen Vorrichtungen bei den dargestellten Ausführungsformen können Linsen, Faseroptik, Lichtleiter oder einfache Fotodetektoren umfassen. Die Fotodetektoren können Fotomultiplier oder Halbleiterfotodioden sein, wie zum Beispiel Avalanche-Fotodioden oder Fototransistoren.
Darüber hinaus können mehrere Fotodetektoren an bestimmten Standpunkten angeordnet werden, um verschiedene Typen von Lichtquellen zu ersetzen oder zu ergänzen. In 48 wird ein Beispiel einer Fotodetektoranordnung gezeigt, allgemein in Entsprechung zu einer Matrix von LEDs mit Linsen, die bei vielen maschinellen Abbildungsanwendungen eingesetzt werden. Jede Linse 410B einer Linsenmatrix 420B fokussiert Licht auf eine entsprechende Fotodiode 430B einer Fotodiodenmatrix 440B. Das Ausgangssignal von jeder Fotodiode 430B wird an einen Summierungsverstärker 450B angelegt. Das Ausgangssignal des Summierungsverstärkers 450B kann dann abgetastet werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Ausgangssignal jeder einzelnen Fotodiode 450B individuell abgetastet werden. Der Aufbau nach 4B ist besonders geeignet für die Abbildung bestimmter spiegelnder Oberflächen, die normalerweise am besten mit verteilten Lichtquellen abgebildet werden. Als eine Alternative kann ein einzelnes Faserbündel oder ein Lichtleiter verwendet werden, um das Licht von jeder Linse auf seinem Brennpunkt zu bündeln, und das Licht aller Bündel oder Lichtleiter kann von einem einzigen Fotodetektor aufsummiert werden.
Ein Hauptvorteil ist es, dass kommerziell verfügbare automatische Abbildungssystemoptiken oder Faseroptiken eingesetzt werden können. Beispielsweise ist Fiber-Lite von Dolan-Jenner Industries ein Beleuchtungssystem, bei dem Eingangslicht durch eine Faseroptiken gekoppelt wird, um einen Lichtstrahl (MV – IND 150LA), einen Lichtbereich (MV – IND 150ABL), einen Lichtpunkt (MV – IND 150FO) oder einen Lichtring (MV – IND 150RL) zu erzeugen. Jeder dieser Aufbauten kann verwendet werden, um ein entsprechend geformtes "Äquivalent" zu der Lichtquelle zu bilden, indem das Licht, das normalerweise am Eingang der Faseroptik verwendet wird, durch eine Fotodetektorvorrichtung ersetzt wird, die die gewünschten Ausgangssignale erzeugt.
Wenn Zeichen abgebildet werden sollen (z. B. Seriennummern), die sich auf einem Halbleiter-Wafer befinden, so ist es bei den Systemen nach dem Stand der Technik üblicherweise notwendig, dass die Lichtquellen an besonders kritischen Orten in Bezug auf die Reflektionseigenschaften sowohl des Wafers als auch der Zeichen auf dem Wafer angeordnet werden. Jedoch können sich die Oberfläche und die Teiloberflächeneigenschaften in Abhängigkeit davon ändern, wo in dem Herstellungsprozess des Halbleiters (d. h. bei welchem Prozessschritt) die Zeichen abgebildet werden. Bei den Systemen nach dem Stand der Technik müssen viele Belichtungsorte getestet werden, bevor die Zeichen richtig gelesen werden können. Ein Beispiel für verschiedene Arten der Beleuchtung, die für die Abbildung von Zeichen auf einem Wafer verwendet werden können, wenn standardmäßige automatische Abbildungstechniken eingesetzt werden, ist in 4C gezeigt. Wie dargestellt, werden Zeichen auf dem Wafer 400C sequenziell durch eine starke Dunkelfeldlichtquelle 410C beleuchtet (eingesetzt zum Erzeugen eines Dunkelfeldbildes), eine starke DOAL (diffuse achsennahe Belichtung) 420C (angeordnet, um ein Hellfeldbild zu erzeugen) sowie eine schwache DOAL 430C (angeordnet, um ein Hellfeldbild zu erzeugen). Eine Kamera 450C muss drei separate Bilder der Zeichen aufnehmen, eins pro Lichtquelle.
In 4D wurde jede der Lichtquellen (d. h. 410C, 420C und 430C) ersetzt durch eine entsprechende Fotodetektorvorrichtung (410D, 420D und 430D), während die Kamera 450B durch einen Laserscanner (450C) ersetzt wurde. Hier müssen die Zeichen auf dem Wafer nur einmal gescannt werden, wobei gleichzeitig drei Bilder durch die Fotodetektoren 410D, 420D, und 430D aufgenommen werden.
Darstellung der Einzelheiten: Ein Scanner 500 ist so angeordnet, dass er ein Objekt 501 (wie zum Beispiel eine Halbleiterverpackung) belichtet, und er wird durch eine Scan-Steuerschaltung 502 (gesteuert von den Sync-Signalen eines Mikroprozessors oder einer dazugehörigen Hardware 503) gesteuert, um das Objekt 501 in einem Raster abzutasten. Insbesondere erzeugt die Scan-Steuerschaltung 502 horizontale und vertikale Scan-Steuersignale 504 sowie ein Pixel-Taktsignal 505 zum Steuern des Scanners 500, um sequenziell jeden Fleck (d. h. Pixel) auf dem Objekt 501 zu belichten.
Beispielsweise werden die Fotodioden PD1–PDn so angeordnet, dass sie Licht aufnehmen, das von dem Objekt 501 reflektiert wurde (als Ergebnis der Belichtung durch den Scanner 500), und zwar von verschiedenen Beobachtungspunkten aus. Wie dargestellt, erzeugen bei einer horizontalen Oberfläche die Fotodioden, die am nächsten zu dem Objekt 501 (d. h. Fotodioden PD5–PDn) aufgestellt sind, Dunkelfeldbilder, während die restlichen Fotodioden (d. h. PD1– PD4) für eine Hellfeldabbildung angeordnet sind. Wenn jedoch ein Abschnitt einer spiegelnden Oberfläche abgebildet wird, die sich in einem spitzen Winkel zur Horizontalen befindet, so können sich die Rollen der PD1–PD4 und PD5–PDn umkehren, wobei in diesem Fall PD5–PDn Hellfeldbilder und PD1–PD4 Dunkelfeldbilder erzeugen würden. In Abhängigkeit von der Komplexität der abgebildeten Oberflächen können mehr oder weniger Fotodioden als in 5 gezeigt verwendet werden, um ausreichend Daten für eine bestimmte automatische Abbildungsanwendung zu sammeln.
Jede der Fotodioden PD1–PDn wird mit einem Verstärker A1–An zum Verstärken der Signale (als Darstellung der Intensität des reflektierten Lichtes, das durch die Fotodioden PD1–PDn erfasst wird) verbunden, die durch die Fotodioden PD1–PDn erzeugt werden. Auf Grund der Änderung in Bezug auf das Maß der Spiegelung der Oberflächen des abgetasteten Objekts 501 können die Lichtintensitätspegel in den Fotodioden PD1–PDn einen sehr großen Dynamikbereich abdecken. Dementsprechend werden vorzugsweise logarithmische Verstärker verwendet. Bei der als Beispiel gegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben logarithmische Verstärker, obgleich auch andere Verstärker verwendet werden können, verschiedene Vorteile gegenüber linearen Verstärkern (obgleich auch andere Typen von Verstärkern verwendet werden können):

– das logarithmische Ausgangssignal wird komprimiert, so dass weniger Bits benötigt werden, um das Signal darzustellen, obwohl der Dynamikbereich so groß ist,
– logarithmische Ausgangssignale können leicht verarbeitet werden, wenn man die signifikanten Änderungen (Kanten) betrachtet, da dieselbe prozentuale Änderung in einem Signal immer derselben numerischen Differenz entspricht, unabhängig von der Signalamplitude,
– die logarithmischen Ausgangssignale können einfach normalisiert werden, da das Dividieren des Ausgangssignals durch ein Referenzsignal einfach durch Subtrahieren der Referenz vom Ausgangssignal erfolgt.

Jeder der Verstärker A1–An ist mit einem Abtasthalteglied (oder Register) SH1–SHn zum Abtasten der von den Verstärkern A1–An ausgegebenen Signale verbunden. Die Abtasthalteglieder SH1–SHn werden mit dem Scanner durch die Scan-Steuerschaltung 502 synchronisiert, so dass Signale, die die Intensität des reflektierten Lichtes darstellen, das durch die Fotodetektoren PD1–PDn zu demselben gegebenen Zeitpunkt erfasst wird, für jeden Fleck des Objektes, der von dem Scanner 500 belichtet wird, gleichzeitig abgetastet werden. Die Signale, die von dem Abtasthalteglied SH1– SHn ausgegeben werden, werden an einen Multiplexer MPX angelegt. Unter Steuerung der Datensteuerschaltung 506 (die ihrerseits gesteuert wird von dem Mikroprozessor) werden die analogen Signale von der Abtasthalteschaltung SH1–SHn durch den Multiplexer MPX sequenziell an einen Analog-/Digital- (A/D-) Wandler 507 angelegt. Die digitalen Signale, die durch den A/D-Wandler 507 erzeugt werden, werden in einem Pufferspeicher 508 (oder einer anderen Aufnahmevorrichtung) an Adressen zwischengespeichert, die durch die Datensteuerschaltung 507 identifiziert werden (unter Steuerung des Mikroprozessors 503).
Im Betrieb wird jeder Fleck, der von dem Scanner 500 belichtet wird, gleichzeitig durch die Fotodioden PD1–PDn abgebildet. Das bedeutet, dass bei jedem Fleck, der bei einer gegebenen X-Y-Koordinate belichtet wird, ein digitaler Intensitätswert in dem Pufferspeicher 508 abgespeichert wird, der die Intensität des Lichtes wiedergibt, das durch das Objekt 501 reflektiert wird und durch jede der Fotodioden PD1–PDn erfasst wird. Entsprechend werden bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (d. h. ein Bild pro Fotodiode) als Ergebnis einer einzigen Abtastung des Objektes 501n Bilder des Objektes 501 aufgenommen.
6 zeigt den Scanner 500 und die Fotodiode PD1–PDn in ihrem Aufbau mit weiteren Einzelheiten. Ein Lichtstrahl 600 von einer Lichtquelle 610, wie zum Beispiel einer kommerziell erhältlichen kollimierten Laserdiode als Lichtquelle, wird durch einen Strahlteiler 620 auf eine Linse 630 gelenkt, die den Strahl 600 auf eine vorgegebene Fleckgröße auf der Ebene 660 über X- und Y-Spiegelgalvanometer 640 und 650 lenkt. Das X-Galvanometer 640, gesteuert durch die X- und Y-Scan-Steuersignale 504 aus 5 und vorzugsweise oszillierend in Übereinstimmung mit dem Pixeltakt 505, reflektiert den Strahl 600 auf ein Y-Spiegelgalvanometer 650. Das Y-Galvanometer 650, ebenfalls gesteuert durch die X- und Y-Scan-Steuersignale 504, reflektiert den Strahl 600 auf einen Punkt des Objekts 660, das untersucht wird. Wie dem Fachmann klar ist, bewirkt das sequenzielle Bewegen des X-Galvanometers 640 in Richtung des Pfeils 640A, dass der Strahl 600 Punkte auf der Oberfläche des Objekts entlang einer X-Achse belichtet, während das sequenzielle Bewegen des Y-Galvanometers 650 in Richtung des Pfeils 650A dazu führt, dass der Strahl 600 Punkte entlang einer Y-Achse belichtet. Entsprechend kann der Scanner 500 gesteuert werden, um jeden Punkt auf der Oberfläche 660 des Objekts in einem Raster zu beleuchten. Dieser Fleck kann kontinuierlich oder nur in einem kurzen Intervall bei jeder Pixelposition beim Übergang von einer Pixelposition zu einer anderen entsprechend dem Pixeltaktsignal 505 belichtet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das X-Galvanometer 640 ersetzt werden durch einen feststehenden Spiegel, so dass das Objekt 660 in einer einzigen Zeile entlang der Y-Achse abgetastet wird. Das Objekt 660 kann dann mit einer Transportvorrichtung oder einem Verschiebetisch in X-Richtung bewegt werden, um im Raster das Objekt 660 abzutasten. Ähnlich kann das Y-Galvanometer 650 durch einen festen Spiegel ersetzt werden, und das Objekt 660 kann in Y-Richtung bewegt werden, oder beide Galvanometer 640 und 650 können durch feste Spiegel ersetzt werden, und das Objekt kann durch einen X-Y-Verschiebetisch bewegt werden.
Obgleich die Galvanometer 650 und 660 gezeigt werden, können andere Ablenkungsvorrichtungen wie rotierende Polygone mit verspiegelten Oberflächen, rotierende Prismen und akusto-optische Strahlablenkungseinrichtungen, alle auf diesem Gebiet allgemein bekannt, verwendet werden, um das gewünschte Abtastmuster zu erreichen. Außerdem können die Lichtstrahlablenkungsoptiken auf vielfache Arten variiert werden, so zum Beispiel in Bezug auf die Verwendung von optischen Abtastlinsen 680 (zum Beispiel eine F-Theta oder telezentrische Linse) zwischen der letzten Strahlablenkung (hier Galvanometer 650) und dem Objekt, die verwendet werden können, um ein gleichförmigeres Abtastmuster zu ergeben bzw. ein Muster, bei dem der Strahl bei allen X- , Y-Strahlpositionen im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 660 bleibt.
Wie in 6 dargestellt, umfasst der Scanner 500 in dem Ausführungsbeispiel außerdem eine Linse 670, die Licht, das von dem Objekt auf den Strahlpfad 600 reflektiert wird, auf eine Fotodiode PDn+1 fokussiert, die das Licht abtastet, das direkt über den Beleuchtungspfad zurückkehrt. Diese Fotodiode entspricht der Lichtquelle 170 in 1A. Außerdem wird eine Blende 671 eingebaut, um Licht zu absorbieren, das von dem Strahlteiler 620 abgelenkt wird.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Lichtleiter LG1–LGn über den Rand einer imaginären Hemisphäre um das Objekt herum so verteilt, dass ihre jeweiligen Eingangsenden in Bezug auf den Winkel gleichmäßig beabstandet sind, wenn man vom Zentrum der Hemisphäre aus blickt (d. h. dem ungefähren Ort des Objekts). Einfache Muster wie dicht gepackte Kreise oder Sechsecke können eingesetzt werden, um die Eingangsenden der Lichtleiter LG1–LGn in Bezug auf Azimut und Höhe entlang der gesamten Oberfläche der Hemisphäre in gleichmäßigem Abstand zu positionieren, wobei sich jedes der Enden in einem Zentrum eines Kreises oder Sechsecks befindet. Bei dem Ausführungsbeispiel kann die Achse des zentralen Strahls vom Scanner 500 für den Fall, dass Sechsecke eingesetzt werden, bezüglich einer Ecke ausgerichtet werden, an der sich drei Sechsecke treffen. Alternativ kann die Achse des zentralen Strahls von dem Scanner 500 zu der Mitte des "obersten" Sechsecks ausgerichtet werden. Es sind viele weitere Verteilungen möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel kann jeder der einzelnen Lichtleiter LG 1 – LGn mit seinem Eingangsende über oder unter der Oberfläche der Hemisphäre liegen. Jedoch wird bei jedem Lichtleiter LG1–LGn das Eingangsende derart positioniert, dass die gewünschte Winkelposition beibehalten wird, wenn man vom Objekt aus blickt. Anderungen in Bezug auf den Ausgang bei Fotodetektoren, die mit den Lichtleitern LG1–LGn verbunden sind, deren Enden in Bezug auf das Objekt näher dran oder weiter weg liegen, können bei der Kalibrierung der Anlage beseitigt werden oder durch Berechnungen kompensiert werden. Die Berechnungen basieren auf der bekannten Distanz zwischen jedem Eingangsende und der normalen Position des Objekts, wobei man auf das Gesetz der umgekehrten Quadrate zurückgreift.
Die Ausgangsenden der Lichtleiter LG1–LGn haben ihren Fokus in der Nähe der dazugehörigen Fotodetektoren, d. h. der Fotodioden PD 1 – PDn (wie oben in Verbindung mit 5 beschrieben).
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine separate Linse verwendet werden, um das Ausgangsende jedes Lichtleiters LG1– LGn auf seine entsprechende Fotodiode PD1–PDn abzubilden.
Außerdem kann eine separate Linse verwendet werden, um das Beobachtungsfeld auf das Eingangsende jedes Lichtleiters abzubilden. Wenn dies der Fall ist, kann als separate Linse eine mit einer großen numerischen Apertur für den maximalen Lichteinfang gewählt werden. Die Tiefe des Feldes und der exakte Fokus sind nicht so wichtig wie bei einer Kameralinse, die benachbarte Pixel auflösen muss. Wenn die Linse zu dem Eingangsende der Faser etwas außerhalb des Fokus liegt, so dass Licht auch außerhalb des Faserendes auftrifft, so wird dadurch nur die Lichtmenge, die aufgefangen wird, reduziert – die Schärfe des aufgefangenen Bildes wird dadurch nicht beeinträchtigt. Dagegen ist die Tiefe des Feldes und der Fokus wichtig bei der Rasterabtastung mit einem Strahl. Wenn dieser Strahl außerhalb des exakten Fokus liegt oder wenn der Beobachtungsraum, der abgetastet wird, nicht in die Tiefe des Feldes des Abtaststrahls fällt, so wird das aufgenommene Bild verschmiert, da der Lichtfleck, der auf die Oberfläche trifft, die abgetastet wird, wesentlich größer sein kann als der Raum zwischen den Pixeln, der durch den Abstand zwischen Belichtungspulsen oder Aufnahmeintervallen definiert wird. Das Maximieren der Tiefe des Feldes macht es erforderlich, dass die numerische Apertur der Scanneroptik minimiert wird, womit es wichtig wird, eine helle Quelle zu wählen, wenn ein hoher Grad an Beleuchtung beibehalten werden soll. Wenn ein möglichst heller Fleck erzeugt werden soll, so eignet sich ein Laser als Lichtquelle. Wenn ein Laser zur Beleuchtung verwendet wird, ist es außerdem möglich, schmalbandige Lichtfilter (zum Beispiel mit einer Breite von 10 nm) zu verwenden, um Umgebungslicht auszublenden, während das Abtastlicht, das aus dem Beobachtungsraum auf die Fotodetektoren trifft, durchgelassen wird. Derartige Filter können irgendwo auf dem Lichtpfad zwischen dem Beobachtungsraum und den Fotodetektoren eingesetzt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel können für den Fall, dass Fotodetektoren als Lichtquelle an einem bestimmten Blickpunkt eingesetzt werden, wie es in Verbindung mit 4A, 5 und 6 beschrieben wurde, mehrere Faktoren berücksichtigt werden, wie zum Beispiel Empfindlichkeit bei bestimmten Wellenlängen, Dynamikbereich und Frequenzabhängigkeit. Avalanche-Fotodioden sind im Allgemeinen sehr schnelle Einrichtungen mit großem Dynamikbereich und eignen sich auf Grund ihrer sehr hohen Empfindlichkeit besonders für die Aufnahme von Hochgeschwindigkeitspulsen bei extrem niedrigen Lichtintensitäten. Photomultiplier haben ähnliche Eigenschaften.
Normale Fotodiode, pin-Fotodioden oder Fototransistoren eignen sich ebenfalls gut für Videoanwendungen, sind aber weniger geeignet bei extremen Hochgeschwindigkeitspulsen und extrem niedrigen Lichtintensitäten. Alle Festkörperfotodetektoren verlieren mit größer werdender Fläche (und damit Kapazität) ihre Hochfrequenztauglichkeit. Obwohl es am einfachsten scheint, einen Standpunkt für die Lichtquellen durch Anordnen der fotoempfindlichen Vorrichtung an der gewünschten Position und Vergrößern der Fläche bis zur Gleichheit mit der Lichtquelle, die ersetzt wird, zu simulieren, macht der Verlust an Hochfrequenzempfindlichkeit und die Zunahme an Hintergrundrauschen (auf Grund der größeren Fläche) diesen Ansatz bisweilen unmöglich.
Zum Beispiel kann man jedoch eine Linse einsetzen, um den abgetasteten Beobachtungsraum auf die fotoempfindliche Vorrichtung abzubilden. Dadurch wird die gesammelte Energie erhöht, bis sie so groß ist wie diejenige, die über die gesamte Fläche der Linse aufgefangen wird, ohne dass die Fläche des Fotodetektors (mit all den entsprechenden Nachteilen) vergrößert werden muss. Bei manchen Anwendungen kann alternativ eine nicht abbildende Vorrichtung wie zum Beispiel ein konischer Lichtleiter anstelle einer Linse eingesetzt werden. Unter bestimmten Einschränkungen ist der Gewinn mit einem konischen Lichtleiter gleich der Eingangsfläche, dividiert durch die Ausgangsfläche am Fotodetektor. Wenn man versucht, einen zu hohen Gewinn zu erzielen, so treten die Ausgangsstrahlen nahezu parallel zu der Fotodetektoroberfläche hin aus, und auf Grund der Fresnel-Beziehung werden sie von dem Fotodetektor eher reflektiert als absorbiert.
Kalibrierung: Das Ausführungsbeispiel in 5 und 6 kann kalibriert werden durch Abtasten eines flachen weißen Objekts und Normalisieren des Ausgangs jeder Fotodiode PD1–PDn in Bezug auf die anderen. Die Konekturwerte für die Nonnalisierung können dann in einer Tabelle in dem Speicher abgelegt werden, auf den der Mikroprozessor 503 zugreifen kann, und sie können bei der Bildverarbeitung verwendet werden. Obgleich ein Wert für jede Belichtungsposition bei der Rasterabtastung aufgenommen werden kann, ist es unter Umständen lediglich notwendig, eine kleine Teilmenge dieser Information abzuspeichern, da die Korrekturwerte im Allgemeinen sehr langsam über das Beobachtungsfeld variieren.
Zusammengesetzte Bilder: Wenn ein spiegelndes Objekt eine gekrümmte oder mehrflächige Oberfläche aufweist, so gibt es unter Umständen kein individuelles Bild, das aufgenommen wurde und das verwertbare Daten enthält, durch das das ganze Objekt abgedeckt wird. Aus diesem Grund weisen die Ausführungsformen Einrichtungen für den Mikroprozessor 503 auf, um die "besten" Abschnitte (d. h. die Abschnitte mit dem höchsten Informationsgehalt) jedes der Bilder, die von jedem Blickpunkt aus erzeugt wurden, zu verbinden, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Das Flussdiagramm in 7A zeigt ein Beispiel für den Prozess, der von dem Mikroprozessor 503 beim "Verbinden" eines Bildes ausgeführt wird.
Nach diesem Beispiel für einen Prozess werden äquivalente Bereiche jedes Bildes (entsprechend den geografisch identischen Teilbildern) miteinander verglichen (Schritt 710). Da der "nützliche" Abschnitt eines Beobachtungsraums im Allgemeinen der Teil mit der höchsten Entropie sein wird, wird in der Praxis der Abschnitt mit der größten Änderung oder "den meisten Einzelheiten" als Teilbild mit der höchsten Entropie (für die gesuchte Bildinformation) ausgewählt und im Speicher abgelegt (Schritt 720).
Eine Art zum Bestimmen der Entropie bei jedem Teilbild besteht darin, jedes Teilbild durch einen 2D-Hochpass-Raumfrequenzfilter zu schicken und dann jeden sich ergebenden Pixelwert zu quadrieren. Wenn gewünscht, kann jedes Pixel mit einem Schwellenwert verglichen und auf null gesetzt werden, wenn es unter dem Schwellenwert liegt (um Pixel mit Rauschen zu eliminieren). Die Pixelwerte im Teilbild können dann aufsummiert werden, um einen Wert für die Entropie des Teilbildes zu erhalten.
Wenn bestimmte Eigenschaften des Teilbildes vorher bekannt sein sollen, wie zum Beispiel die spezifische Frequenz oder Teilung, die bei einem zweidimensionalen Strichcode gegeben ist, so kann das Teilbild anstelle oder zusätzlich zu dem genannten Hochpassfilter durch ein entsprechendes Bandpassraumfilter geschickt werden.
Dieser Prozess in 7A wird fortgesetzt, bis alle Teilbilder berücksichtigt worden sind (Schritt 730). Ein neues zusammengesetztes Bild wird dann erzeugt (durch Zusammenfügen der ausgewählten Teilbilder) (Schritt 740), das am besten die Einzelheiten oder die Struktur des Musters oder des Objekts, das untersucht wird, wiedergibt.
In dem Ausführungsbeispiel ist das Zusammenfügen einfach, da keine perspektivische Störung vorliegt, die sich auf Grund ändernder Blickpunkte ergibt. Daten, die zu demselben Zeitpunkt an jedem Beobachtungspunkt aufgenommen werden, werden fast immer von demselben beleuchteten Fleck oder "Pixel" stammen. Gelegentlich kann Licht über Mehrfachreflektionen aufgefangen werden, aber dies wird die Ausnahme sein.
Wie der Fachmann erkennen wird, kann es jedoch notwendig werden, die ausgewählten Teilbilder aufeinander abzustimmen. Als Beispiel nehme man an, dass die Bilder durch N × M-Bit-Matrizen dargestellt werden, wobei eine "1" hell bedeutet und eine "0" dunkel bedeutet. Wenn ein Hellfeldteilbild und ein Dunkelfeldteilbild aneinandergesetzt werden, so wird jedes Bit in einem der Teilbilder, zum Beispiel im Dunkelfeldteilbild, einer XOR-Operation mit einer "1" unterworfen, um in dem Teilbild "die Bits umzudrehen", um es an das Hellfeldteilbild anzupassen. Tatsächlich wird das Dunkelfeldteilbild in ein äquivalentes Hellfeldteilbild konvertiert. Natürlich kann das Hellfeldteilbild auf ähnliche Art in ein äquivalentes Dunkelfeldteilbild konvertiert werden.
Obgleich das zusammengesetzte Bild, das, wie in Verbindung mit 7A beschrieben, erzeugt wurde, verarbeitet werden kann, um Kanten dazustellen, kann ein zusammengesetztes Kantenbild oder ein zusammengesetztes Gradientenbild auch direkt aus den individuellen Bildern von jedem der Fotodetektoren erzeugt werden.
7B ist das Flussdiagramm eines Beispiels für einen Prozess zum Ableiten des direkt aus dem individuellen Bild zusammengesetzten Gradientenbildes. Der Gradient wird wie folgt berechnet:
Im Schritt 710B wird dementsprechend df/dx (für jede der BildMatrizen P₁–P_S von den Fotodetektoren) aus der Faltung jeder Bildmatrix P₁–P_S mit der horizontalen Sobel-Maske h_H (d. h. der Sobel-Kern, der empfindlich auf die vertikalen Kanten ist) abgeleitet:
Damit wird
für jede Bildmatrix berechnet (Schritt 710B).
Als nächstes wird im Schritt 720B df/dy für jede der Bildmatrizen P aus der Faltung jeder Bildmatrix P₁–P_S mit der vertikalen Sobel-Maske h_v (d. h. der Sobel-Kern, der auf horizontale Kanten empfindlich ist) abgeleitet:
Damit wird
für jede Bildmatrix berechnet (Schritt 720B).
Der diskrete Gradient bei der Bildkoordinate i, j wird dann für jede Bildmatrix q_h (i,j) bestimmt, und zwar wie folgt:
Schließlich werden die Gradientenmatrizen g_t (i, j) entsprechend den Bildmatrizen P₁–P_S zusammengezählt, um eine zusammengesetzte Gradientenbildmatrix G zu erzeugen:
Das zusammengesetzte Gradientenbild kann optional mit Schwellenwerten getestet werden (Schritt 750B).
Reflektivität: Der Vektor der relativen Lichtwerte, die bei jedem Pixel oder jedem Bereich, der beleuchtet wird, gesammelt werden (d. h. ein Wert für jede Fotodiode PD1–PDn in 5), ist ein Mittel, um die Reflektivitätseigenschaften (z. B. die Oberfläche ist spiegelnd oder matt) von Punkten oder Bereichen des Objekts oder Musters, die belichtet worden sind, zu bestimmen.
Für jeden Vektor oder relativen Lichtwert, der bei jedem Pixel aufgenommen wurde, kann beispielsweise folgendes durch den Prozessor 503 oder eine externe Schaltung (nicht dargestellt) ermittelt werden:

1) die Anordnung des Fotodetektors, der das größte Signal erzeugt, sowie seine Signalamplitude (die Signalamplitude kann verwendet werden als Refernz, und die Anordnung kann verwendet werden zum Bestimmen der Orientierung des Punktes, der dem Pixel auf der Objektoberfläche entspricht);
2) die gesamte (relative) Energie, die empfangen wurde (berechnet durch beispielsweise das Zusammenzählen der Intensitätswerte, die durch jedes der Signale dargestellt werden, die durch die Fotodetektoren als Ergebnis der Erfassung von Licht erzeugt werden);
3) der Signalamplitudenmittelwert als Anteil des Referenzwertes;
4) die mittlere Signalamplitude als Anteil des Referenzwertes;
5) der Abstand von dem Referenzsensor (bei einer gegebenen Konfiguration ist die Anordnung jeder der Sensoren bekannt, und damit kann der Abstand einfach berechnet werden), der durchlaufen werden muss, um einen signifikanten Anteil der Gesamtenergie, die empfangen wurde, zu erhalten (z. B. der Anteil der Gesamtzahl der Detektoren, die fast die gesamte Energie auffangen) – (dies kann berechnet werden beispielsweise durch Addieren der größten Signale in Reihenfolge ihrer Größe – die größten zuerst – , bis der Gesamtwert ein vorgegebener prozentualer Anteil der Gesamtenergie ist, die von dem System aufgefangen wird, und Bestimmen, wie viele der Signale addiert wurden);
6) die Standardabweichung der aufgefangenen Energie und
7) das Verhältnis des größten Elements des Vektors (d. h. des größten Lichtintensitätswertes) zu dem kleinsten.

Aus den oben aufgelisteten Berechnungen können die Reflektionseigenschaften abgeleitet werden. Wenn beispielsweise ein Punkt auf einem Objekt stark spiegelt (in idealem Sinne), würde ein Fotodetektor die gesamte (oder den größten Teil der) reflektierten Lichtenergie erfassen. Wie in 8 gezeigt, bestrahlt beispielsweise ein Scanner 810 einen Punkt 820 auf einer Oberfläche eines Objektes 830. Wenn das Objekt an dem Punkt 820 spiegelt, wird die Intensität des reflektierten Lichtes, das durch eine der Fotodioden (in diesem Fall Fotodiode PD2) erfasst wird, wahrscheinlich hier viel größer sein als das Licht, das durch die benachbarten Fotodioden (hier Fotodiode PD1 und PD3) erfasst wird. Wenn der Vektor der Lichtintensitätswerte zu der Beleuchtung des Punktes 820 aus ungefähr gleichen Werten besteht (bis auf den Cosinus-Abfall mit dem Winkel), so ist die beleuchtete Oberfläche diffus oder matt.
Dementsprechend ergeben sich die Reflektionseigenschaften aus allen Werten, die in Verbindung mit 1) bis 7) oben berechnet worden sind. Jedoch sind nicht alle Werte notwendig, um die Reflektionseigenschaften abzuleiten. Beispielsweise kann der Wert, der für den Punkt 5 berechnet wurde, d. h. der Anteil der Gesamtzahl der Detektoren, die fast die gesamte Energie auffangen, ausreichen, um Spiegelung zu erkennen (z. B. würde Punkt 5 zu sehr einem kleinen Wert führen). Wenn der Punkt vollständig matt ist, so liegen die berechneten Werte bei den Punkten 1, 3 und 4 in der Amplitude nahe beieinander. Darüber hinaus sind die berechneten Werte bei den Punkten 6 und 7 klein.
Da die Reflektionseigenschaften zu einem Punkt in den berechneten Beziehungen der Werte in dem Vektor enthalten sind (wie beispielsweise in den Punkten 1 bis 7 oben ausgeführt), kann der Umfang der Information, die abgespeichert und verarbeitet werden muss, um diese Eigenschaften ausreichend zu beschreiben, erheblich reduziert werden. Anstelle jedes Element des Vektors abzuspeichern (jedes Element, das einem Fotodetektor entspricht), ist es nur mehr notwendig, eine Teilmenge der Werte abzuspeichern, die den berechneten Eigenschaften des Vektors entsprechen. Unter bestimmten Umständen liefert das Aufnehmen der Punkte 1, 5 und 6 (oben) für jeden abgetasteten Punkt (wie von dem Vektor der Lichtintensitätswerte zu diesem Punkt abgeleitet) ausreichend Information, um die Reflektivität abzuleiten. Dies kann Pixel für Pixel erfolgen.
Unter anderen Umständen ist es eventuell nur notwendig, ein einziges Bild bei jedem Eingangsvektor je nach Entscheidung, die auf Grund von Vektordaten getroffen wird, abzuspeichern, eine "1" für Spiegelung und eine "0" für nicht spiegelnd etc. Die Daten, die notwendigerweise behalten werden müssen, hängen von der speziellen Anwendung ab.
Vorbereitungsschaltung: Wenn man eine Reduzierung in Bezug auf Umfang der aufgenommenen Daten wie oben beschrieben wünscht, so muss der Eingangsvektor zwischen der Belichtung von benachbarten Pixeln überprüft oder vorbereitet werden. Dementsprechend kann eine speziell ausgelegte Hardware verwendet werden, um sicherzustellen, dass die erforderliche Verarbeitung im Zeitintervall zwischen Pixeln erfolgen kann. Eine derartige, speziell ausgelegte Verarbeitung kann mit paralleler Architektur oder gemischter analoger und digitaler Verarbeitung erfolgen, um die notwendige Geschwindigkeit zu erreichen. Der Abschnitt des Systems, der mit gestrichelten Linien 511 in 5 dargestellt ist, kann durch eine solche Vorbereitungs-Hardware ersetzt werden.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Vorbereitungs-Hardware. Wie dargestellt, werden die Signale von jedem der Log- Verstärker A1–An in 5 den entsprechenden Analog-Digital-Wandlern (AD-Wandler) A/D1–A/Dn zugeführt, wo die analogen Signale in digitale 8-Bit-Signale umgewandelt werden. Die digitalen Signale von den AD-Wandlern A/D1 bis A/Dn (jedes digitale Signal stellt ein Vektorelement dar) werden parallel an den Logikschaltkreis 1101 angelegt, der das größte digitale Signal identifiziert und extrahiert.
Die Einzelheiten des Logikschaltkreises 1101 sind nicht dargestellt, da es viele verschiedene Arten gibt, ihn aufzubauen. Beispielsweise kann das höchste Bit jedes Vektorelements geprüft werden. Elemente mit "0" an dieser Position können von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen werden, wenn eines der anderen Elemente eine "1" an derselben Position aufweist. Dies kann für jede Bitposition wiederholt werden, eine nach der anderen, bis auch das niedrigste Bit der Elemente untersucht worden ist. Zu diesem Zeitpunkt bleibt nur das größte der Elemente übrig. Obgleich dies als sequenzieller Prozess durchgeführt werden kann, kann es von Vorteil sein, diese Operation (Schaltkreis 1101) als Parallelprozess zu implementieren, indem eine verdrahtete Logik (beispielsweise PAL, ASIC etc.) verwendet wird, um Hochgeschwindigkeitsoperationen durchführen zu können. Wenn man auf zusätzliches Öffnen bei dem Logikschaltkreis 1101 zurückgreift, so kann ein Prozessor 1102 irgendeines der Vektorelemente adressieren, um den Logikschaltkreis 1101 als Demultiplexer oder Auswahlschalter zu nutzen.
Das Element, das als das "größte" (d. h. als "Referenz"-Wert) ausgewählt wird, kann jetzt verwendet werden, um die anderen Vektorelemente zu normalisieren. Da die Vektorelemente Log-Funktionen sind (für den Fall, dass die Verstärker A1–An Log-Verstärker sind), erreicht man eine Normalisierung durch Verwendung digitaler Subtraktionsschaltkreise DS1–DSn. Insbesondere werden die digitalen Signale der AD-Wandler A/D1– A/Dn an den positiven Eingang der entsprechenden Subtraktionsschaltkreise DS1–DSn angelegt, wo das "größte" Vektorelement von dem Logikschaltkreis 1101 von jedem abgezogen wird. Das Ergebnis ist eine negative Zahl für jedes der Elemente (außer natürlich für jedes Element, das gleich dem "größten" Vektorelement sind), die proportional zu dem Log des Verhältnisses von jedem Element zu dem Referenzwert ist.
Als nächstes fragt der Prozessor 1102 die Werte der Elemente ab, um schnell festzulegen, welche Werte der Elemente größer als ein bestimmter Anteil an der Energie des Referenzwertes sind. Wenn der Prozessor die Zahl der Elemente festlegen soll, deren Leistung beispielsweise wenigstens 1/e**2 des Referenzwertes beträgt, so wird jedes der Signale, das von den digitalen Subtrahierern DS1– DSn ausgegeben wird, an den positiven Eingang der entsprechenden digitalen Subtraktionsschaltkreise DSS1–DSSn angelegt, und Log (1/e**2) 1103 wird davon subtrahiert. Die Elemente, die eine höhere Leistung als 1/e**2 des Referenzwertes haben, erzeugen einen positiven Wert am Ausgang der entsprechenden Subtraktionsschaltkreise DSS1–DSSn. Die Elemente mit einer niedrigeren Leistung erzeugen einen negativen Wert an dem Ausgang der entsprechenden Subtraktionsschaltkreise DSS1– DSSn.
Die Signale von den digitalen Subtraktionsschaltkreisen DSS1– DSSn werden an entsprechende Vorzeichenfunktions- (SGN-) Schaltkreise SGN1–SGNn angelegt, von denen jeder ein hohes oder positives Signal ausgibt, wenn das Eingangssignal positiv ist, und ein niedriges oder negatives Signal ausgibt, wenn das Eingangssignal negativ ist. Die Signale, die von den SGN-Schaltkreisen SGN1 – SGNn ausgegeben werden, werden an den Prozessor 1102 übermittelt. Ein Prozessor (d. h. Prozessor 1102) mit einem n-Bit-Wort kann daher identifizieren, welcher der n Elementwerte einen bestimmten Anteil der Referenzleistung übersteigt.
Mit der oben beschriebenen Hardware ist es möglich, einen neuen Vektor mit weit weniger Datenbits zu erzeugen, als die Zahl der Bits in dem ursprünglichen Vektor beträgt, und immer noch ausreichend Information zu haben, um die Bildverarbeitung oder andere automatische Bildoperationen über Kenntnis der Reflektionseigenschaften der einzelnen Pixel zu verbessern.
Das Diagramm nach 12 zeigt eine Weiterentwicklung in Bezug auf die Vorbereitungsschaltung nach 11. Insbesondere ersetzt die Logikschaltung nach 12 den Logikschaltkreis 1101. Wie gezeigt, werden die analogen Signale von den Verstärkern A1–An in 5 mit Diodennetzen OP1–OPn an die entsprechenden Hochgeschwindigkeitsoperationsverstärker ("OP-Verstärker") angelegt. Die OP-Netze OP1–OPn entsprechen den größten Signaleingängen von den Verstärkern A1–An und erzeugen ein positives Ausgangssignal. Das restliche Netz OP1–OPn erzeugt ein negatives Ausgangssignal.
Die Signale der Netze OP1–OPn werden an die entsprechenden Komperatoren C1–Cn angelegt, die die positiven Signale in "1"-Werte und die negativen Signale in "0"-Werte umwandeln. Diese Signale werden dann an einen ersten Anschluss von entsprechenden NAND-Abtastgattern N1–Nn angelegt.
Ein negativer Puls 1201 setzt die Latch-Gatter 1202 vor jedem Belichtungspuls zurück. Dieser Puls wird außerdem durch den Inverter 1203 (nach einer Verzögerung) invertiert und an jedem der zweiten Anschlüsse der NAND-Gatter N1–Nn angelegt. Die Signale, die von jedem NAND-Gatter N1–Nn ausgegeben werden, werden parallel an die Latch-Gatter 1202 angelegt, die die angelegten Signale verriegeln. Die Signale von den Latch-Gattern 1202 werden dann an einen Auswahlschalter 1204 angelegt, um das geeignete Signal (d. h. das größte Signal) aus den von den A/D1–A/Dn empfangenen Signalen auszuwählen. Das ausgewählte Signal wird dann am Ausgangsanschluss 1205 ausgegeben und kann anschließend als Referenzsignal (wie oben in Verbindung mit 11 beschrieben) verwendet werden.
2D-Strichcode: Das Bestimmen der Reflektionseigenschaft bei jedem Punkt auf einer Oberfläche ist besonders nützlich bei einer automatischen Überwachungsanwendung wie dem zweidimensionalen Lesen ("2-D") von Strichcodes und Datenmatrixsymbolen (wie beschrieben in den US-Patenten 4 939 354 und 5 053 609). Strichcodes und Datenmatrixsymbole werden üblicherweise auf einem Teil dadurch erzeugt, dass die lokalen Reflektionseigenschaften verändert werden, und zwar durch Lasermarkierung, Sandstrahlen, Stoßhämmern oder andere Arten. Bei dem Ausführungsbeispiel analysiert der Prozessor 503 die Information, die abgespeichert wurde, indem jeder Punkt erfasst wird (z. B. Punkt 1, 5 und 6 oben) und eine zweidimensionale Bitmatrix erzeugt wird, die die abgeleiteten Reflektionseigenschaften zu jedem Punkt darstellt, der auf der Objektoberfläche beleuchtet worden ist. 9 zeigt einen Abschnitt der erzeugten Matrix 910, durch den ein sandgestrahltes Datenmatrixsymbol auf einer spiegelnden Oberfläche dargestellt wird (beispielsweise auf rostfreiem Stahl). Hier wird durch eine "1" identifiziert, dass der entsprechende Punkt auf der Objektoberfläche stark reflektiert oder spiegelt, während durch eine "0" identifiziert wird, dass der Punkt matt ist. Durch Analysieren dieser Matrix 910 kann der Prozessor leicht das zweidimensionale Datenmatrixsymbol decodieren.
Oberflächenorientierung: Der Vektor der relativen Lichtwerte, die für jedes Pixel erfasst wurden, ist außerdem ein Mittel, um die Oberflächenorientierung der Punkte oder Bereiche abzuleiten, die auf dem Objekt oder Muster belichtet worden sind. Wie in 8 dargestellt, kann die Normale auf der Oberfläche an dem Ort durch Beobachtung, welche Fotodiode die höchste Intensität des reflektierten Lichts erfasst, bestimmt werden, da bei in der Nähe liegenden Orten der Lichtquelle 810 die Fotodioden PD1–PD3 und das Objekt 830 bekannt sind.
2D- und 3D-Bilder: Dem Fachmann wird klar sein, dass die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, um gleichzeitig mehrere 2D-Bilder eines Objektes zu erzeugen, gleichzeitig mehrere dreidimensionale (3D) Bilder eines Objekts zu erzeugen und gleichzeitig sowohl 2D- als auch 3D-Bilder eines Objektes zu erzeugen. Eine 3D-Abbildungstechnik (zum Erzeugen eines einzelnen 3D-Bildes) wird in US 4 957 369 , Antonsson, beschrieben.
Tragbarer Scanner: Es ist nicht notwendig, die Fotodetektoren und die Lichtquelle im selben Gehäuse unterzubringen, obgleich bei bestimmten Anwendungen ein gemeinsames Gehäuse wünschenswert sein kann. Ein gemeinsames Gehäuse enthält alle optischen Scan- und Fotoerfassungseinrichtungen in einem leicht zu handhabenden Gehäuse und sorgt für eine bekannte und feste geometrische Beziehung zwischen Lichtquelle und verschiedenen Fotodetektoren. Diese feste Relation ist nützlich für die Berechnung von Entfernungen mittels Triangulation und für die Berücksichtigung der Distanz und des Winkels, wenn Reflektionseigenschaften bestimmt werden sollen. Die Fotodetektoren können positionsempfindliche Einrichtungen mit mehreren Ausgängen sein, wobei ein Signalverhältnis den Winkel angibt und die Summe der Signale die Lichtwerte angibt, wie es in US 4 957 369, Antonsson, offenbart ist. Jedoch kann es bei tragbaren Handgeräten von Vorteil sein, physikalisch die Funktionen zu trennen, so dass die Laserscanfunktion vom Nutzer gehalten wird und so klein und leicht wie möglich gemacht wird. Die Fotodetektoren und die Verarbeitungsausrüstung können über den Raum oder den Arbeitsbereich verteilt sein, in welchem der Handscanner verwendet wird. Die meisten der Fotodetektoren sollten jedoch gegenüber dem Bereich des Objektes nicht abgeschattet sein, das mit dem Lichtfleck abgetastet wird.
Das Objekt kann sich in einem großen Abstand von dem Handlaser-Scanner befinden, solange der Laserspot auf der Objektoberfläche ausreichend gut fokussiert bleibt. Es gibt viele Arten, in denen der Fokus beibehalten werden kann. Die einfachste Art ist es, normale Autofokustechniken wie bei Kameras einzusetzen, wie zum Beispiel Ultraschalleinstellung, Detailmaximierung, Entfernungseinstellung etc. Diese bekannten Systeme können in den Handscanner eingebaut werden. Alternativ kann der Scanner 500 eine eigene interne Lichtquelle (AC oder gepulst) aufweisen, die als Ziel für zwei Fotodetektoren auf bekannter Basislinie verwendet wird. Dies macht es möglich, dass das System die Anordnung des Handscanners in Bezug auf die bekannte Basislinie nachverfolgt. Da die Lokalisierung des Scanners und des Ziels (durch Nachverfolgung des Lichtflecks auf der Objektoberfläche) erfolgt, kann der Prozessor 50 den Bereich zwischen dem Scanner und dem Ziel berechnen und diese Information verwenden, um die Optik in dem Scanner einzustellen, so dass der Fokus beibehalten wird.
Andere alternative Ausführungsformen: Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele gezeigt und erläutert wurde, ist es dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen in Bezug auf Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den Umfang des Schutzes der Erfindung zu verlassen, der definiert wird durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Abbilden eines Objekts (501) mit den Schritten: a) Belichten wenigstens eines Teils des Objekts mit Licht, das von einer Lichtquelle (500) ausgesendet wird, b) Erfassen von von dem Objekt reflektiertem Licht wenigstens in einer ersten vorgewählten Position, c) Erzeugen eines ersten Bildes des belichteten Teils des Objekts in Abhängigkeit von dem in Schritt b) erfassten Licht, d) mit Schritt b) zeitgleiches Erfassen von von dem Objekt reflektiertem Licht in einer zweiten vorgewählten Position, e) Erzeugen eines zweiten Bildes des belichteten Teils des Objekts in Abhängigkeit von dem in Schritt d) erfassten Licht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem die Schritte aufweist: f) Unterteilen des ersten Bildes in mehrere erste Teilbilder, g) Unterteilen des zweiten Bildes in mehrere zweite Teilbilder, h) Bestimmen der Entropie eines der mehreren ersten Teilbilder, das einem ersten Teil des Objekts entspricht, i) Bestimmen der Entropie eines der mehreren zweiten Teilbilder, das einem ersten Teil des Objekts entspricht, j) Vergleichen (710) der bestimmten Entropie des einen der mehreren ersten Teilbilder mit der bestimmten Entropie des einen der mehreren zweiten Teilbilder, k) Auswählen (720) entweder des einen der mehreren ersten Teilbilder oder des einen der mehreren zweiten Teilbilder in Abhängigkeit von dem Ergebnis in Schritt j), l) Bestimmen der Entropie eines zweiten der mehreren ersten Teilbilder, das einem zweiten Teil des Objekts entspricht, wobei sich der zweite Teil von dem ersten Teil unterscheidet, m) Bestimmen der Entropie eines zweiten der mehreren zweiten Teilbilder, das einem zweiten Teil des Objekts entspricht, n) Vergleichen (710) der bestimmten Entropie des zweiten der mehreren ersten Teilbilder mit der bestimmten Entropie des zweiten der mehreren zweiten Teilbilder, o) Auswählen (720) entweder des zweiten der mehreren ersten Teilbilder oder des zweiten der mehreren zweiten Teilbilder in Abhängigkeit von dem Ergebnis in Schritt n) und p) Überlagern (740) des in Schritt k) ausgewählten Teilbildes und des in Schritt o) ausgewählten Teilbildes, so dass sich ein zusammengesetztes Bild ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Bild ein Hellfeldbild und das zweite Bild ein Dunkelfeldbild ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Belichtungsschritt den Schritt umfasst: Abtasten des Teils des Objekts mit einer kollimierten Lichtquelle.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Belichtungsschritt den Schritt umfasst: Abtasten des Teils des Objekts mit einer fokussierten Lichtquelle.
Vorrichtung zum Abbilden eines Objekts (501) mit: einer Lichtquelle (500) zum Belichten wenigstens eines Teils des Objekts mit Licht, einem ersten Detektor (PD1) zum Erfassen von von dem Objekt reflektiertem Licht wenigstens in einer ersten vorgewählten Position, einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Bildes des belichteten Teils des Objekts in Abhängigkeit von von dem ersten Detektor erfasstem Licht, einem zweiten Detektor (PD2) zum zeitgleichen Erfassen mit dem ersten Detektor von von dem Objekt reflektiertem Licht in einer zweiten vorgewählten Position, einer Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Bildes des belichteten Teils des Objekts in Abhängigkeit von von dem zweiten Detektor erfasstem Licht, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung außerdem aufweist: eine Einrichtung zum Unterteilen des ersten Bildes in mehrere erste Teilbilder, eine Einrichtung zum Unterteilen des zweiten Bildes in mehrere zweite Teilbilder, eine Einrichtung zum Bestimmen der Entropie eines der mehreren ersten Teilbilder, das einem ersten Teil des Objekts entspricht, eine Einrichtung zum Bestimmen der Entropie eines der mehreren zweiten Teilbilder, das einem ersten Teil des Objekts entspricht, eine Einrichtung zum Vergleichen der bestimmten Entropie des einen der mehreren ersten Teilbilder mit der bestimmten Entropie des einen der mehreren zweiten Teilbilder und zum Auswählen entweder des einen der mehreren ersten Teilbilder oder des einen der mehreren zweiten Teilbilder in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, eine Einrichtung zum Bestimmen der Entropie eines zweiten der mehreren ersten Teilbilder, das einem zweiten Teil des Objekts entspricht, wobei sich der zweite Teil von dem ersten Teil unterscheidet, eine Einrichtung zum Bestimmen der Entropie eines zweiten der mehreren zweiten Teilbilder, das einem zweiten Teil des Objekts entspricht, eine Einrichtung zum Vergleichen der bestimmten Entropie des zweiten der mehreren ersten Teilbilder mit der bestimmten Entropie des zweiten der mehreren zweiten Teilbilder und zum Auswählen entweder des zweiten der mehreren ersten Teilbilder oder des zweiten der mehreren zweiten Teilbilder in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis und eine Einrichtung zum Überlagern der ausgewählten Teilbilder, so dass sich ein zusammengesetztes Bild ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das erste Bild ein Hellfeldbild und das zweite Bild ein Dunkelfeldbild ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Lichtquelle kollimiert ist und zum Abtasten des Teils des Objekts dient.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Lichtquelle fokussiert ist und zum Abtasten des Teils des Objekts dient.