CN1229623C - 光传感器装置及采用光传感器装置的盘片检查装置 - Google Patents
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Abstract
在一个本体外壳(102)中设置将检查光投向被检查物的投光光纤(107)、将来自上述被检查物的反射光入射的受光光纤(108)、向上述投光光纤射出检查光的激光光源(114)、以及接受入射至上述受光光纤的反射光的光传感器(113)，从而构成光传感器装置(100)。另外，设置使盘片旋转的转盘(204)、与盘片表面相对设置的光传感器本体(205)、以及使上述光传感器本体沿上述盘片表面向着相对于该盘片旋转方向交叉的方向作往复移动的移动手段，利用上述光传感器装置作为上述光传感器本体，构成对盘片表面状态进行检查的盘片检查装置。
Description
技术领域
本发明涉及检测被检查物表面有无细微伤痕或变形等的光传感器装置及采用光传感器装置的检查盘片有无缺陷的盘片检查装置。
背景技术
一般在采用这种光传感器装置检查被检查物表面有无形成的伤痕、针孔或变形等情况时，是将本体外壳与被检查物表面隔开规定间隔相对设置，从该本体外壳设置的投光光纤相对于被检查物射出检查光，再通过入射光纤用光传感器接受来自该被检查物的反射光。
用光传感器接受的反射光经光电变换后输出给运算单元，判断该电压值(受光强度)是否在设定值以内。这时，在被检查物表面存在伤痕、针孔或变形的情况下，反射光由于散射或偏角，因此用光传感器检测的受光强度下降。结果，在用光传感器检测的受光强度(电压值)为设定值以下时，能够判断为被检查物表面存在伤痕等。
但是，本体外壳设置的投光光纤，多数情况下是从该本体外壳延伸出来，与设置在外部的光源装置连接，从该光源装置设置的半导体激光器等光源发出的检查光，经过投光光纤投向被检查物。
在光传感器与光源装置的距离较长时，由于必须保证足够的强度及耐久性，因此成本很高。另外，由于该光纤具有挠性，因此容易摇动，光纤一摇动，就容易产生干扰，导致检查光的特性产生变化等不正常的情况。
再有，光纤与光源装置连接的接插件部分容易承受负荷，因此该接插件部分也必须保证有足够的耐久性。
另外，一般CD(compact disk，小型光盘)等光盘是在聚碳酸酯树酯基板表面涂布记录膜，再在其表面附设反射膜而制成的。若该反射膜等存在伤痕等缺陷，则记录特性显著受损，因此提出了各种检查有无该缺陷的检查装置的方案。
例如，日本专利公开2000-171405号公报揭示了一种盘片装置，它是对旋转的磁记录盘片照射激光，利用CCD阵列接受该反射光，将接受的每个像素的辉度数据与预先设定的辉度阈值进行比较，来检查盘片表面有无缺陷。
但是，上述公报所述的盘片检查装置，由于采用高价的CCD阵列作为接受来自盘片的反射光的受光器件，再加上必须要有将CCD阵列的受光结果对每个像素进行图像处理的手段，因此结构复杂，产品单价高，从而若在制造工序过程中配置多台这种盘片检查装置，则导致设备费高涨，缺乏可行性。
结果，盘片检查装置仅对完成的盘片进行检查，这样存在的问题是，即使在制造过程中发生缺陷，但在完成之前不能发现缺陷，使得产品的合格率降低。
发明内容
因而，本发明的第1目的在于提供不使检查光的特性变化、低成本且耐久性优异的光传感器装置。另外，本发明的第2目的在于提供盘片检查装置，所述盘片检查装置的单价便宜，即使在制造工序过程中配置多台，也不会使设备费增加过大的负担，通过在制造工序过程中配置多台，就能对制造过程中的缺陷立即进行检测，能够力图提高产品的合格率。
为达到上述目的，本发明的光传感器装置，具有：将检查光投向被检查物的投光光纤、将来自所述被检查物的反射光入射的受光光纤、向所述投光光纤射出检查光的激光光源、接受入射至所述受光光纤的反射光的光传感器、以及本体外壳，其特征在于，一个所述投光光纤、与该投光光纤构成一束的一个受光光纤、与所述投光光纤连接的激光光源、以及与所述受光光纤连接的光传感器形成一个通道的传感器单元，在所述本体外壳中设置多个通道的传感器单元，以构成光纤阵列。
根据本发明的光传感器装置，由于在一个本体外壳中配置投光光纤、受光光纤、激光光源及光传感器，因此不需要用光缆与外部装置连接，耐久性和可靠性提高。
在本发明的光传感器装置中，由于将投光光纤、与该投光光纤组成一对的受光光纤、与上述投光光纤连接的激光光源、以及与上述受光光纤连接的传感器构成一个通道，作为一个传感器单元，在上述本体外壳内设置多个通道，以构成光纤阵列，这样能够短时间检查更大的检查区域。
另外，本发明的盘片检查装置，对旋转的盘片表面照射检查光，并根据该反射光检查上述盘片的表面状态，其特征在于，具有使安装的上述盘片旋转的转盘、与上述盘片表面相对设置的光传感器本体、以及使上述光传感器本体沿上述盘片表面向着相对于该盘片旋转方向为交叉的方向作往复移动的移动装置，上述光传感器本体将投光光纤、与该投光光纤组成一对的受光光纤、与上述投光光纤连接的激光光源、以及与上述受光光纤连接的传感器构成的一个通道，作为一个传感器单元，上述光传感器本体具有设置多个通道的传感器单元而构成的光纤阵列。
根据本发明的盘片检查装置，若将盘片装在转盘上使其旋转，则与该盘片表面相对设置的光传感器本体，利用移动手段向着与盘片旋转方向交叉的方向移动，这时在光传感器本体设置的形成光纤阵列的各光纤束中从投光光纤将检查光投向盘片表面，该反射光经光纤束的受光光束被光传感器接受，根据该光传感器接受的反射光量，检测盘片表面有无缺陷。而且，由于用多条光纤束构成光纤阵列，一面使光传感器本体向着相对于盘片旋转方向的近似垂直方向移动，一面检测盘片表面的缺陷，因此能够不必将各光纤束紧密排列，就可对整个盘片表面进行检查。
在本发明的盘片检查装置中，最好将上述光纤阵列以各排相互错开的方式设置成多排。这样能够沿检查的宽度方向尽可能将光纤束紧密排列。
附图说明
图1所示为光传感器装置的第1实施形态的平面图。
图2为沿图1的II-II线的剖视图。
图3为该光传感器装置的仰视图。
图4为沿图1的IV-IV线的剖视图。
图5为该光传感器装置的立体图。
图6为该光传感器装置的简要侧视图。
图7为该光传感器装置的电路图。
图8所示为光传感器装置的第2实施形态的立体图。
图9为盘片检查装置的第1实施形态中装有该盘片检查装置的输料单元立体图。
图10为该盘片检查装置的系统构成图。
图11为该盘片检查装置使用的光传感器本体的立体图。
图12为该光传感器本体的平面图。
图13为为该光传感器本体的简要侧视图。
图14为该光传感器装置的电路图。
图15所示为本实施形态应用例的说明图。
图16所示为本实施形态其它应用例的说明图。
图17所示为盘片检查装置的第2实施形态的简图。
具体实施方式
图1～图7所示为本发明光传感器装置的第1实施形态。图1为光传感器装置的平面图，图2为沿图1的II-II线的剖视图，图3为光传感器装置的仰视图，图4为沿图1的IV-IV线的剖视图，图5为该光传感器装置的立体图，图6为该光传感器装置的简要侧视图，图7为该光传感器装置的电路图。
图中的符号100为光传感器装置，在该光传感器装置100的本体外壳102上面中间，凸出形成检查前端部102a，在该检查前端部102a排列两排光纤阵列103及104。在本实施形态中，该各光纤阵列103及104各用8通道的光纤束103a及104a构成，各排光纤束103a及104a各相隔规定间距P排列，同时两光纤束103a及104a的一方相对于另一方，以相位错开半个间距的状态配置。
各光纤束103a及104a由一条投光光纤107与一条受光光纤108构成一束，在该各光纤束103a及104a的前端配置对物光学系统109，该对物光学109露出在检查前端部102a的前端面。另外，在该检查前端部102a的前端面固定设置玻璃等制成的透明保护盖110。
如图2所示，在本体外壳102内，形成底面开口的电路零部件安装部分102b，在该电路零部件安装部分102b中，在以检查前端部102a为中心的两侧分上下两层各以相对的状态设置受光侧保持构件111a及111b和投光侧保持构件112a及112b。
在受光侧保持构件111a及111b的相互相对的前侧面，利用夹图(未图示)保持着各光纤束103a及104a的受光光纤108内的芯线的后端。另外，在该受光侧保持构件111a及111b的背侧面上，与各受光光纤对应地固定设有光传感器113，该各光传感器113的受光面通过上述夹圈(未图示)分别与受光光纤108连通。
另外，在投光侧保持构件112a及112b，利用夹圈(未图示)保持住各光纤束113a及104a的投光光纤107内的芯线的后端。还有，在投光侧保持构件112a及112b的与投光光纤107相对的侧面上，固定设置作为激光光源的半导体激光器114，该各半导体激光器114的投光面通过上述夹圈(未图示)分别与投光光纤107连通。
另外，在受光侧保持构件111a及111b的背面，设置受光侧电路基板115a及115b，在投光侧保持构件112a及112b设置投光侧电路基板116a及116b。
如图7所示，在投光侧电路基板116a及116b各装有半导体激光器114，同时设置对该各半导体激光器114供给电压的具有规定输入阻抗的前置放大器117，该前置放大器117通过外部连接电缆118，与设置在外部单元119的恒压电路120连接。
另外，在受光侧电路基板115a与115b装有光传感器113，同时设置对由该光传感器113进行光电变换后的电压进行放大的放大电路121，该放大电路121通过外部连接用信号电缆122，与设置在外部单元119的运算电路123连接。另外，电路零部件安装部分102b的开口用未图示的盖板盖住。
另外，图5及6的符号W是CD(compact disk)，DVD(digital versatile disc，数字通用光盘)及HD(hard disk，硬盘)等盘状被检查物W，光传感器100设置在该被检查物W的生产线中间所设的检查工序，从投光光纤107向被检查物W的表面投出检查光，通过受光光纤108用光传感器113接受其反射光，根据其受光强度，检查被检查物W的表面有无伤痕、针孔或变形。
下面说明采用上述结构的本实施形态的作用。若从设置在外部单元119的恒压电路120对光传感器装置100通过外部连接电缆118提供驱动电压，则从光传感器100的本体外壳102内安装的投光侧电路基板116a及116b上所装的前置放大器117，对各半导体激光器114供给驱动电源，从各半导体激光器114射出检查光。该检查光经投光光纤107引导，利用对物光学系统109进行规定的聚集，照射到被检查物W的表面。
然后，来自被检查物W的表面的反射光，经对物光学系统109被受光光纤108引导，由光传感器113受光，将反射光量经光电变换后，用放大电路121进行规定的放大，通过外部连接用信号电缆122，输出给设置在外部单元119的运算电路123。
在被检查物W的表面产生伤痕、针孔或变形等情况下，由于反射光产生散射，因此光传感器113接受的反射光量减少，从放大电路121输出的电压也降低。
在运算电路123，根据放大电路121输出的电压值，检查被检查物W的表面有无伤痕、针孔或变形。
例如，在设置的两排光纤阵列103及104的排列方向的距离等于盘状被检查物W的表面设置的记录面的半径时，通过使光纤传感器装置100至少向着各光纤阵列103及104的排列方向以规定速度移动构成各光纤阵列103及104的各光纤束103a及103b的间距P的一半，就能够对旋转的盘状被检查物W的整个表面检测有无伤痕等。
另外，也可以构成9通道以上或7通道以下的各光纤阵列103及104，也可以设置三排以上、相位错开的光纤阵列，也可以将各光纤阵列设置成放射状。
根据本实施形态，由于将半导体激光器114及光传感器113装在光传感器装置的本体外壳102中，因此该光传感器装置100与外部单元119之间只要用供给半导体激光器114驱动用电压的供给电压用外部连接电缆118及传送由光传感器113进行光电变换的电信号的外部连接用信号电缆连接即可，连接操作很容易。
另外，由于本体外壳102与外部单元119不必要用光缆连接，因此能够简化整个系统的结构，能够实现低成本。再有，由于外部连接缆线只要用电缆即可，因此外部连接缆线的耐久性提高，产品的可靠性提高。
另外，由于将半导体激光器114装在本体外壳102中，因此不仅可以大幅度缩短将来自半导体激光器114的检查光引导向出射端方向的投光光纤107的长度，而且能够将投光光纤107在内部固定，因此能够得到干扰混入少且稳定的检查光特性。
另外，本体外壳102的电路零部件安装部分102b也可以根据需要采用对投光光纤107及受光光纤108几乎不施加挤压力的油脂、树脂或粉末等充填材料进行封装，通过这样提高抗振性。
另外，图8所示为本发明第2实施形态的光传感器装置立体图。在前述第1实施形态中，光传感器装置100设置了两排光纤阵列103及104，而本实施形态的光传感器131是在圆筒形检查前端部131a设置了一条投光光纤107及受光光纤108组成的光纤束(参照图1)。
在该光传感器装置131的本体外壳132内部，装有安装半导体激光器及光传感器的基板(未图示)，同时用夹圈将半导体激光器与投光光纤、以及光传感器与受光光纤连接。
根据这样的结构，与第1实施形态相同，由于将半导体激光器及光传感器装在本体外壳132中，因此本体外壳132与外部单元不必用光缆连接，能够简化整个系统的结构，能够实现低成本，同时外部连接缆线的耐久性提高，产品的可靠性提高。
另外，在这种情况下，也可以将多个光传感器装置131结合构成光纤阵列。
下面，图9～图16所示为利用前述光传感器装置构成的本发明盘片检查装置的第1实施形态。这里图9为装有盘片检查装置的输料单元立体图，图10为盘片检查装置的系统构成图，图11为光传感器本体的立体图，图12为光传感器本体的平面图，图13为光传感器本体的简要侧视图，图14为光传感器装置的电路图。
图9及图10的符号201为盘片检查装置的旋转驱动单元，在从内装的电动机202(参照图14)凸出的主轴202a的前端部设置转盘204。将成品或半成品的CD(compact disk)等盘片W放置在该转盘204上。
另外，与放置在转盘204上的盘片W的表面Wf(在图中的下表面)，隔开规定间隔相对设置光传感器本体205的检查前端部205a。该光传感器本体205放置固定在移动平台206上，移动电动机207是作为使得该移动平台206沿盘片W的表面Wf向着与盘片W的旋转方向近似垂直的方向作往复移动的移动手段，移动平台206与移动电动机207设置的滚珠丝杠207a连接，该移动电动机207与驱动单元208连接。
如图14所示，驱动单元208中设有对移动电动机207输出驱动信号的电动机控制单元209、对光传感器本体205供给恒定电压的恒压电路210、以及将来自光传感器本体205的模拟信号变换为数字信号的A/D变换器211。
另外，在光传感器本体205的检查前端部205a，排列两排光纤阵列212及213。在本实施形态中，该各光纤阵列212及213用各8个通道的光纤束212a及213a构成，各光纤束212a及213a每隔规定间距P排列，同时一排相对于另一排以相位错开半个间距的状态排列。
各光纤束212a及213a由一条投光光纤214及一条受光光纤215构成一束，在各光纤束212a及213a的前端设置对物光学系统(未图示)。
另外，如图14所示，在各光纤束212a及213a所包含的投光光纤214的后端，相对设置半导体激光器等激光光源216，在受光光纤215的后端，相对设置光传感器217。在投光光纤214与激光光源216之间和受光光纤215与光传感器217之间，通过夹圈(未图示)连接。
各激光光源216与设置在光传感器本体205的具有规定输入阻抗的前置放大器218连接，该前置放大器218与设置在驱动单元208的恒压电路210连接。
另外，各光传感器217与放大电路220连接，该放大电路220与设置在驱动单元208的A/D变换器211连接。
再有，如图10及图14所示，该驱动单元208与主计算机222的控制单元222a连接。符号222b为监视器。在控制单元222a中，根据设置在光传感器本体205的光传感器217输出的输出信号，检查盘片W的表面Wf有无伤痕、针孔或变形。
另外，如图9所示，转盘204装在输料单元223中，该输料单元223插在输送盘片W的路线当中，该输料单元223设有输料器223a，该输料器223a将从上游侧的输送线224送来的盘片W吸住，装在转盘204上，然后将装在转盘204上的盘片W吸住，移送到下游侧的输送线(未图示)。该输料单元223根据来自控制单元222a的信号进行控制动作。
下面说明采用上述结构的本实施形态的作用。若从上游侧的输送线224输送来盘片W，则与其同步，设置在输料单元223的输料器223a移动，吸住盘片W，将该盘片W装在盘片检查装置中设置的转盘204上。
于是转盘204旋转，接着使移动电动机207旋转，该移动电动机207通过滚珠丝杠与装有设置在盘片W的表面Wf对面的光传感器本体205的移动平台206连接，使光传感器本体205向着与盘片W旋转方向近似垂直的方向以规定速度移动。
另外，从设置在盘片检查装置的驱动单元208的恒压电路210通过前置放大器218，对各激光光源供给驱动电压，从该激光光源216射出检查光。
该检查光通过设置在光传感器本体205的检查前端部205a的构成两排光纤阵列212及213的各光纤束212a及213a中分别包含的投光光纤214引导，利用对物光学系统(未图示)进行规定的聚焦，对盘片W的表面Wf进行照射。
然后，来自盘片W表面Wf的反射光经对物光学系统(未图示)，由各光纤束212a及213a的受光光纤215引导，由光传感器217受光，反射光量经光电变换后输出规定电压值。
该电压值用放大电路220进行规定的放大后，输出给驱动单元208，利用设置在该驱动单元208的A/D变换器211，将模拟信号变换为数字信号后，输出给主计算机222的控制单元222a。
在控制单元222a，根据与光传感器217测出的反射光量对应的电压值，检查盘片W的表面Wf有无伤痕、针孔或变形。即，在盘片W的表面Wf有伤痕、针孔或变形等缺陷时，由于反射光产生散射，因此用光传感器217接受的反射光量减少，从放大电路220输出的电压也降低，判断为有缺陷。该判断结果在监视器222b上显示。
另外，如图12所示，在两排光纤阵列212及213的长度尺寸设定为至少近似覆盖盘片W的表面Wf的记录面部分半径方向宽度时，各光纤阵列212及213，由于以相位错开半个的间距的状态排列，因此光传感器本体205只要以规定速度仅移动各光纤束212a及213a的间距P的一半，就能够检测盘片W的表面Wf在整个记录面部分有无缺陷。
因而，在本实施形态中，不使用CCD阵列，仅用光传感器217检测的反射光量，就能够正确检测盘片W的表面Wf有无缺陷。
这样，根据本实施形态，由于使光传感器本体205移动，因此可以不将光纤束212a及213a紧密排列，利用每隔规定间距P设置的光纤束212a及213a能够构成光纤阵列212及213，而且根据反射光量检测有无缺陷，所以运算处理容易，能够降低整个装置的制造成本。
由于盘片检查装置的产品单价降低，例如在图15所示的CD(compact disk)的生产线中，可以在聚碳酸脂树脂成型基板的成型工序M1与接下来利用旋转涂膜机在基板表面涂布记录膜的工序M2之间、在工序M2与接下来在表面附设反射膜的工序M3之间、以及成品检查工序M5，设置装有本实施形态的盘片检查装置的输料单元223。
结果，由于能够在各工序间直接检查半成品盘片W的表面Wf有无缺陷，因此能够提高产品的合格率。
这种情况下，如图16所示DVD(digital versatile disc)那样，经过与CD相同工序分别制造的盘片W，在最后工序M4粘贴制成，在各工序之间设置装有本实施形态的盘片检查装置的输料单元223，通过这样能够更进一步提高产品的合格率。
即，像以往那样仅检查成品的情况下，即使一片盘片W是正品，只要另一片盘片W是次品，则成品一律都成为次品，但像本实施形态那样，由于在各工序间插入检查装置，就能够在半成品阶段直接检测出缺陷，因此提高了产品的合格率。
另外，这种情况下，也可以构成9通道以上或7通道以下的各光纤阵212及213，也可以设置三排以上、相位错开的光纤阵列，也可以将各光纤阵列设置成放射状。
另外，图17所示为本发明第2实施形态的盘片检查装置简图，如该图所示，构成计算机硬盘装置(HDD)的磁记录盘片W是用铝或玻璃等材料形成圆盘状，再用磁性材料覆盖其表面而制成。
因而，在磁记录盘片W的情况下，将光传感器205设置在磁记录盘片W的两面，以与第1实施形态相同的动作，使各光传器本体205作往复移动，在其间检查磁记录盘片W的表面有无缺陷。
另外，在这种情况下，也可以用单独的光传感器205’检查磁记录盘片W的边缘部分W’，同时检测有无边缘部分容易产生的裂纹。
如上所述，根据本发明的光传感器装置，由于将投光光纤、受光光纤、激光光源及光传感器设置在一个本体外壳中，因此对外部不必用光缆进行连接，将提高外部连接用缆线的耐久性，提高整个系统的可靠性。
另外，根据本发明的盘片检查装置，由于采用光纤阵列检测盘片表面有无缺陷，因此装置单价比较便宜，因而即使在制造工序的中间设置多台，也不会对设备费增加过大的负担，能够通过在制造工序的中间设置多台，直接检测出制造过程中的缺陷，就能够提高产品的合格率。
Claims (3)
1.一种光传感器装置，具有：将检查光投向被检查物的投光光纤、将来自所述被检查物的反射光入射的受光光纤、向所述投光光纤射出检查光的激光光源、接受入射至所述受光光纤的反射光的光传感器、以及本体外壳，其特征在于，一个所述投光光纤、与该投光光纤构成一束的一个受光光纤、与所述投光光纤连接的激光光源、以及与所述受光光纤连接的光传感器形成一个通道的传感器单元，在所述本体外壳中设置多个通道的传感器单元，以构成光纤阵列。
2.一种对旋转的盘片表面照射检查光、并根据该反射光检查上述盘片表面状态的盘片检查装置，其特征在于，具有使安装的上述盘片旋转的转盘、与上述盘片表面相对设置的光传感器本体、以及使上述光传感器本体沿上述盘片表面向着相对于该盘片旋转方向交叉的方向作往复移动的移动装置，上述光传感器本体将投光光纤、与该投光光纤组成一对的受光光纤、与上述投光光纤连接的激光光源、以及与上述受光光纤连接的传感器构成一个通道，作为一个传感器单元，上述光传感器本体具有设置多个通道的传感器单元而构成的光纤阵列。
3.如权利要求2所述的盘片检查装置，其特征在于，将上述光纤阵列以各排相互错开的方式设置成多排。
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