JP3275004B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はＣＣＤリニアイメージ
センサーを用いて、光ディスクの傷、汚れ、異物等の欠
陥を光学的、電気的に検出する検査装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤセンサーを用いてガラス
板、コンパクトディスク等の被検査物からの反射光また
は透過光により異物、ピンホール等を検出する装置が提
供されている。この装置にあっては、ＣＣＤセンサーか
らの波形信号に対するスレッショルドレベル波形を、該
波形信号から形成している。つまりＣＣＤセンサーから
の波形信号に対するスレッショルドを絶対的な一定値と
した場合には、ＣＣＤセンサーの波形信号自体が変動す
るために、該波形信号と同様な変動を伴うスレッショル
ドを用いる必要がある。

【０００３】そこで上記波形信号に所定の係数を掛けて
基準レベル波形（スレッショルドレベル波形）を、ＣＣ
Ｄセンサーからの波形信号に対するスレッショルドレベ
ルとしている。そしてＣＣＤセンサーからの波形信号
は、被検査物に傷、ピンホール等を検出した場合にはシ
ャープエッジなパルスを含む信号となるために、このパ
ルスを鈍らせる必要から、基準レベル波形を形成する前
にパルスの高周波成分を除去するためにローパスフィル
タを介在させている。

【０００４】このようにして形成したスレッショルド波
形とＣＣＤセンサーからの波形信号とを比較して被検査
物の異物やピンホール等を検査するものであり、異物や
ピンホールを検出した波形信号はシャープエッジなパル
スを含んでいるために、その部分がスレッショルド波形
の上あるいは下に交差して、被検査物の欠陥を検出する
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら被検査物
の表面に「しみ」や「むら」等の欠陥がある場合には、
波形信号はシャープエッジなパルスとはならず、波形信
号はレベルの変化が浅くて広い範囲にわたった信号とな
り、従来の方法ではこれらの「しみ」や「むら」等の欠
点を検出することができないという問題があった。

【０００６】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、「しみ」や「む
ら」等の欠陥を検出することが可能な検査装置に提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこでこの発明の検査装
置は、被検査物（Ａ）からの透過光または反射光を受光
するセンサー（８）と、このセンサー（８）からの第１
波形信号に、ある係数を掛けて該第１波形信号に追従さ
せる第１スレッショルド波形並びに上記第１波形信号及
び上記第１スレッショルド波形に対し、一定時間先行す
る第２波形信号及び第２スレッショルド波形を生成する
レベル設定部（１５）と、上記第２スレッショルド波形
より上記第２波形信号が低くなったときにホールドパル
スを発生させ、このホールドパルスが発生した後、第１
スレッショルド波形に対する第２スレッショルド波形の
先行時間が経過した時に上記第１スレッショルド波形の
レベルをその値で維持すると共に、第１スレッショルド
波形より第１波形信号が高くなったときに第１スレッシ
ョルド波形のレベル値の維持を解除して第１波形信号に
追従させるレベル値制御部（４２）と、上記レベル設定
部（１５）からの第１スレッショルド波形とセンサー
（８）からの第１波形信号とを比較する比較手段（４
１）と、この比較手段（４１）からの信号により被検査
物（Ａ）の異常を判定する判定手段（２０）とを設けた
ことを特徴としている。

【０００８】

【作用】図１に示すように、レベル値制御部４２により
第２スレッショルド波形より第２波形信号が低くなった
ときにホールドパルスを発生させ、このホールドパルス
が発生した後、第１スレッショルド波形に対する第２ス
レッショルド波形の先行時間が経過した時に第１スレッ
ショルド波形のレベルをその値で維持することで、それ
以降は第１波形信号が第１スレッショルド波形より低く
なっていることを検出できると共に、タイムラグの発生
を防止することができ、また第１波形信号が第１スレッ
ショルド波形より高くなったときには、第１スレッショ
ルド波形の維持の状態を解除して第１波形信号に追従さ
せることで第１スレッショルド波形を元の状態に復帰し
て、その解除の時点まで被検査物Ａに欠陥があったこと
を検出できる。したがって波形信号のレベルの変化が浅
くて広い範囲にわたっている「しみ」や「むら」等の欠
陥を正確かつ確実に検出することができる。

【０００９】

【実施例】次にこの発明の検査装置の具体的な実施例に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず本発明
の表面検査装置の全体の概略構成及び信号処理の原理に
ついて図３〜図５より説明する。

【００１０】図３において、Ａは被検査物であり、この
被検査物Ａは、例えばコンパクトディスクである。この
被検査物Ａは、例えばステップモータから成るモータ１
により回転駆動され、該モータ１はモータ駆動部２によ
り回転制御されるようになっている。本発明は上記被検
査物Ａの表面に光を当てて、その反射光からディスク表
面の傷、汚れ、異物、ピンホール等の欠陥を光学的、電
気的に検出するものである。ランプ３からの光は投光用
光学系４を介して反射ミラー５により全反射して被検査
物Ａの表面に投光している。そして被検査物Ａの表面で
反射した光は反射ミラー６で全反射し、受光用光学系７
を介してＣＣＤセンサー８にて受光される。ここで上記
ランプ３としては、例えばタングステンハロゲンランプ
が用いられ、光学系４、７には、例えばコンデンサレン
ズ系やコリメータレンズ系が用いられる。そしてＣＣＤ
センサー８には、高速駆動タイプのＣＣＤリニアイメー
ジセンサーを用いている。

【００１１】上記ＣＣＤセンサー８の出力はＣＣＤドラ
イバ９により信号増幅されて、次段のＡ／Ｄコンバータ
１０及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３に入力されて
いる。ＣＣＤドライバ９の出力信号は、異物やピンホー
ル等を検出した場合には、基準レベルに対して信号が上
下に変動する。この上下に変動する信号を検出するのに
スレッショルドレベルを用いて検出するが、検出信号自
体が変動するため、上記スレッショルドレベルを絶対的
な一定値とした場合、誤検出するおそれがあるため、上
記スレッショルドレベルもＣＣＤセンサー８からの検出
信号の変動に応じて変動させるようにしている。

【００１２】上記変動するスレッショルドレベルを生成
するのにローパスフィルタ１３を用いている。つまりＣ
ＣＤセンサー８の出力は、ピンホールや異物を検出した
場合には上下に突出するパルス状の信号を含むので、こ
の急峻な変動を抑えるためにローパスフィルタ１３を用
いて滑らかに変化するスレッショルドレベルを生成して
いる。

【００１３】そしてスレッショルドレベルを生成すべく
ローパスフィルタ１３を用いることにより、スレッショ
ルドレベルが時間的に遅れることになる。したがってＣ
ＣＤセンサー８からの出力信号と、この出力信号と比較
するスレッショルドレベルとが対応できなくなる。

【００１４】そこでＡ／Ｄコンバータ１０の次段に遅延
回路（デジタル・ディレイ・ライン）１１を設けて、Ｃ
ＣＤセンサー８の出力信号とスレッショルドレベルとの
時間遅れをなくして、両者を正確に対応させている。ま
た上記遅延回路１１の出力のデジタル信号をＤ／Ａコン
バータ１２にてアナログ信号に変換し、Ｄ／Ａコンバー
オエーの出力信号とローパスフィルタ１３からの信号を
信号処理回路１４に送っている。なお上記各回路１０〜
１４で制御部３１を構成している。

【００１５】マイクロコンピュータ等で構成される信号
処理回路１４は図４に示すような構成となっており、上
記スレッショルドレベルを所定の値のレベルに設定する
レベル設定部１５と、レベル設定部１５により設定され
たスレッショルドレベルとＣＣＤセンサー８からの出力
信号とを比較するコンパレータ１６〜１９と、これらコ
ンパレータ１６〜１９の出力を得て被検査物Ａの傷、ピ
ンホール、異物等に対応した２値化パルスを発生させる
判定部２０と、判定部２０の判定結果や被検査物の傷や
ピンホール等の位置を記憶しておくメモリ２１と、パソ
コン２３との間のデータの入出力を行う入出力インター
フェイス（Ｉ／Ｏ）２２等で構成されている。

【００１６】上記判定部２０の判定結果の２値化パルス
列データはメモリ２１に格納されると共に、逐次パソコ
ン２３で読み出しながらデータの演算処理を行い、カラ
ーＣＲＴ２４により上記判定結果とほぼ同時に欠陥部位
のマッピング表示を行って欠陥のイメージを瞬時に知る
ことができるようにしている。またプリンタ２６により
上記判定結果等を出力可能なようにしている。２５はキ
ーボードである。なお図３のは、図４のと対応
している。

【００１７】次に図３、図４及び図５に基づいて傷、ピ
ンホール、異物等の欠陥を検出する２値化パルスの発生
の信号処理の原理について説明する。まず光学系にてＣ
ＣＤセンサー８上に像が結ばれると、ＣＣＤドライバ９
内の処理によりビデオデータが出力される。このビデオ
データを基に制御部３１にてコンピュータ処理できるレ
ベルまでリアルタイムで信号処理を行う。このビデオデ
ータを取り込んでから２値化パルス（傷２値化パルス）
発生までの原理を以下に説明する。

【００１８】なお具体的な例として、被検査物Ａとして
オーディオコンパクトディスクをモデルとした場合につ
いて説明する。図５（ａ）のＳＨパルス（源信号）は、
ＣＣＤセンサー８の１ライン分のスキャンタイミングを
示す信号であり、制御部３１の入力端での波形である。

【００１９】図５（ｂ）に示すＳＨパルス（補正後）
は、各種の２値化パルス（傷２値化パルス）を取出す過
程でいろいろな波形処理を行う際に、処理するたびにど
うしても波形が遅延するため、最も遅延する遅延時間Ｔ
１相当分をシフトレジスタにて遅延させ、２値化パルス
位置との関係を補正したＳＨパルスである。

【００２０】図５（ｃ）はＣＣＤドライバ９より出力さ
れるビデオ生波形を示し、同図（ａ）と同様に制御部３
１の入力端での波形である。図５（ｄ）はサンプリング
区間パルスを示し、ヒデオ波形のバックグラウンドレベ
ルに追従させるために、図５（ｃ）のビデオ生波形をサ
ンプリングする場合に、このサンプリングする区間を決
めるパルスである。

【００２１】また図５（ｅ）はサンプリングビデオ波形
であり、各種のスレッショルド波形を生成する上で基本
となる波形である。そして図５（ｄ）に示すサンプリン
グ区間パルスの出ていない区間は、ホールドレベル区間
として前回のスキャンのサンプリングテイル位置でサン
プリングしたレベルが次のスキャンのサンプリングヘッ
ド位置までホールドされるようになっている。

【００２２】ここで本検査装置は、被検査物Ａの傷やピ
ンホール等の種類に応じて検査方法を３つのモードを有
しており、その検査結果に対応した２値化パルスを発生
する上で３種類のモード（Ａモード、Ｋモード、Ｄモー
ド）に分けて信号処理を行っている。なおこの３種類の
モードは各モード別に検査できると共に、各モード同時
に検査を行うことができるようにもなっている。

【００２３】図５（ｆ）に示す波形は、Ａ・Ｋモード波
形であり、Ａモード２値化パルス及びＫモード２値化パ
ルスを生成する際に、コンパレータに入力される検査対
象となる波形である。そして上記（ｂ）の場合と同様
に、最も遅延するスレッショルド波形の遅延時間Ｔ１相
当分をデジタルディレイライン（遅延回路１１）にて遅
延させ、２値化パルス位置との関係を補正したビデオ波
形である。

【００２４】図５（ｇ）はＫモードスレッショルド波形
であり、Ｋモード２値化パルスを生成する際に、コンパ
レータ１６に入力されるスレッショルドレベル波形であ
る。ここでこのＫモードスレッショルド波形は、Ａ・Ｋ
モードビデオ波形のバックグラウントレベルに対して１
００％以上２００％未満の範囲で使用している。このＫ
モードスレッショルド波形は、信号処理回路１４のレベ
ル設定部１５により生成される。そしてコンパレータ１
６で、Ａ・Ｋモードビデオ波形とＫモードスレッショル
ド波形とが比較されて、上述のＫモード２値化パルスを
発生するようになっている。

【００２５】また図５（ｈ）はＡモードスレッショルド
波形を示しており、Ａモード２値化パルスを生成する際
に、コンパレータ１７に入力されるスレッショルドレベ
ル波形である。またこのＡモードスレッショルドレベル
は、Ａ・Ｋモードビデオ波形のバックグラウンドレベル
に対して１００％以下で使用する。このＡモードスレッ
ショルド波形はレベル設定部１５で生成され、コンパレ
ータ１７でＡ・Ｋモードビデオ波形とＡモードスレッシ
ョルド波形とが比較されて、上述のＡモード２値化パル
スを発生するようになっている。

【００２６】図５（ｉ）はＫモード２値化パルスを示
し、Ｋモードスレッショルドレベルに対してＡ・Ｋビデ
オ波形レベルが高くなったときにＨレベルとなるパルス
である。被検査物Ａの表面に傷などにより反射率が高い
部分ではこれが検出されて、Ｋモード２値化パルスが発
生する。なおコンパクトディスクの内外周の鏡面部のよ
うに、反射率の高い部分はＫモードでは傷と見なすた
め、これを防ぐためにＫモードのみサンプリング区間以
外の区間を強制的にマスク（ハードウエア強制的マス
ク）し、傷検査対象範囲より除外している。

【００２７】図５（ｊ）はＡモード２値化パルスを示
し、Ａモードスレッショルドレベルに対してＡ・Ｋビデ
オ波形レベルが低くなったときにＨレベルとなるパルス
である。被検査物Ａにピンホールが存在する場合には光
が反射しないので、このブロック２でＡ・Ｋビデオ波形
レベルが低くなるため、Ａモード２値化パルスが発生す
る。

【００２８】ここでＤモードの２値化パルスを取り出す
際に、スレッショルド波形をホールドさせるが、ホール
ドパルスを発生させるため、Ｄモードよりも一定時間だ
け先行させたＤ'モードというモードを設けている。し
たがって図５（ｋ）に示すＤ'モードビデオ波形は、ホ
ールドパルスを発生させるためにのみ使用されるもので
ある。

【００２９】また図５（ｌ）に示すＤ'モードスレッシ
ョルド波形は、上記（ｋ）と同様に、ホールドパルスを
発生させるために使用している。

【００３０】図５（ｍ）に示すＤ'モード２値化パルス
（ホールドパルス）は、Ｄ'モードスレッショルドレベ
ルに対して、Ｄ'モードビデオ波形レベルが低くなった
ときにＨレベルとなるパルスである。このホールドパル
スが発生した後、先行時間が経過した時、Ｄモードスレ
ッショルド波形を一時的にホールド状態にする。この
Ｄ'モードスレッショルドレベルはレベル設定部１５で
生成され、コンパレータ１８に入力されて比較され、
Ｄ'モードビデオ波形よりＤ'モードスレッショルドレベ
ルの方が高い場合に、Ｄ'モード２値化パルスを発生す
る。

【００３１】図５（ｎ）に示すＤモードビデオ波形のＤ
モードとは、Ａモードでは検出が困難なビデオ波形の落
ち込みが浅くて広い傷、例えば通称シルバーなどのよう
な傷を検出するためのモードである。この浅くて広い傷
の成分のみを取出すために、図５（ｆ）のＡ・Ｋモード
ビデオ波形に対して、ローパスフィルタ３２（図４）を
通した波形をビデオ波形としている。

【００３２】このローパスフィルタ３２を通したＤモー
トビデオ波形とレベル設定部１５で形成したＤモードス
レッショルド波形とがコンパレータ１９で比較され、Ｄ
モードスレッショルド波形の方がＤモードビデオ波形よ
り高い場合に、図５（ｐ）に示すＤモード２値化パルス
を発生する。

【００３３】また図５（ｏ）はＤモードスレッショルド
波形を示し、Ｄモードビデオ波形の浅くて広い落ち込み
にスレッショルドを掛けるために、ビデオ波形よりも位
相を遅延させたスレッショルド波形を使用している。他
のスレッショルド波形と異なる点は、一旦ビデオ波形の
落ち込みがスレッショルドレベルより低くなったとき
に、上記のＤ'モードのホールドパルスによりスレッシ
ョルド波形レベルのビデオ波形の追従動作を一時的に中
止し（ホールド）、水平なレベルに維持させる（図５
（ｎ）（ｏ）参照）。そしてビデオ波形の落ち込みが終
わり、スレッショルドレベルより高くなると、次に説明
するホールド解除パルスにより再びスレッショルドレベ
ルはビデオ波形に追従する。なおＤモードスレッショル
ド波形は、Ｄモードビデオ波形のバックグラウンドレベ
ルに対して１００％以下で使用する。

【００３４】図５（ｐ）はＤモード２値化パルス（ホー
ルド解除パルス）を示し、Ｄモードスレッショルドレベ
ルに対して、Ｄモードビデオ波形レベルが低くなったと
きにＨレベルとなるパルスである。またパルスの立ち下
がりが、上記のスレッショルドレベルのホールド解除の
役目をしている。

【００３５】ここで図５に示したソフトウエア強制的マ
スクについて説明する。ＣＣＤセンサー８のビデオ出力
には、ダミー画素といってＳＨパルスの前後にビデオ波
形の全く現れない部分及び現れても信頼できない部分が
必ず存在する。このダミー画素の数はＣＣＤの形式によ
り異なるため、ソフトウエアにより自動的にＣＣＤ型式
を読み取り、型式に応じたダミー画素の区間を強制的に
マスクを掛けている。なおこのマスクエリアは、Ｋモー
ド、Ａモード、Ｄモードに共通している。

【００３６】またユーザーマスクは、以下のマスクをい
う。すなわちディスクの検査対象範囲とする内径寸法及
び外径寸法を、パソコンのキーボードにより入力するこ
とにより、検査対象外のエリアが自動的にマスクされる
ようになっており、これをユーザーマスクという。また
このマスクエリアは、上記と同様にＫモード、Ａモー
ド、Ｄモードに共通している。

【００３７】なお図３に示すブロック図において、被検
査物Ａの光による検査は、いわゆる反射型の場合を示し
ているが透過型で構成してもよい。また被検査物Ａへの
入射角を垂直に対して傾斜させているが（例えば、垂直
に対して１０）、入射角を垂直にして反射型あるいは透
過型で検査をする構成としてもよい。

【００３８】次に本発明の要旨についてさらに詳述す
る。図１は要部ブロック図を示し、レベル設定部１５に
は、上述のＤ'モードスレッショルド波形を生成するＤ'
モードスレッショルド波形生成部１５ｂと、Ｄモードス
レッショルド波形を生成するＤモードスレッショルド波
形生成部１５ａとを設けている。

【００３９】そしでＤ'モードスレッショルド波形生成
部１５ｂの出力は比較手段４１を構成するコンパレータ
１８に入力され、またＤモードスレッショルド波形生成
部１５ａの出力はコンパレータ１９に入力されている。
コンパレータ１８では、上述のようにＤ'モードビデオ
波形とＤ'モードスレッショルド波形とを比較し、コン
パレータ１９はＤモードビデオ波形とＤモードスレッシ
ョルド波形とを比較している。

【００４０】コンパレータ１８、１９の出力は、レベル
設定部１５に設けたレベル制御部４２に入力されるよう
になっており、コンパレータ１８、１９の出力に応じて
Ｄモードスレッショルド波形生成部１５ａを制御して、
Ｄモードスレッショルド波形のレベルを維持したり、該
維持の状態を解除するように制御している。

【００４１】図２は図５の（ｋ）（ｐ）の部分を拡大し
た書き出したものであり、以下、図１及び図２に基づい
てＣＣＤセンサー８からの波形信号のレベルの変化が浅
くて広い範囲にわたっている「しみ」や「むら」等の欠
陥の検出方法について説明する。

【００４２】まず図２（ａ）は上述で説明したように
Ｄ'モードビデオ波形とＤ'モードスレッショルド波形を
示しており、両者の波形はコンパレータ１８で比較され
る。Ｄ'モードビデオ波形が時間的に少し遅延させたＤ'
モードスレッショルド波形より低くなると、図２（ｂ）
に示すようにＤ'モード２値化パルスが発生し、このＤ'
モード２値化パルスがスレッショルド波形をその値で維
持するホールドパルスとなる。すなわちコンパレータ１
８よりＤ'モード２値化パルス（ホールドパルス）が発
生すると、このホールドパルスがレベル設定部１５のレ
ベル値制御部４２に入力され、該レベル制御部４２がＤ
モードスレッショルド波形生成部１５ａを制御し、その
ときのＤモードスレッショルド波形のＤモードビデオ波
形に対する追従を一旦停止する。なお（ｃ）の破線はＤ
モードスレッショルド波形が追従しない場合を示してい
る。

【００４３】そしてＤモードビデオ波形がＤモードスレ
ッショルド波形より高くなった場合には、コンパレータ
１９の出力がレベル値制御部４２に信号を送り、レベル
値制御部４２によりＤモードスレッショルド波形生成部
１５ａを制御して、上記のレベル維持を解除し、Ｄモー
ドスレッショルド波形はＤモードビデオ波形に再度追従
するように制御する。

【００４４】ここで図２（ｃ）に示すように、Ｄモード
ビデオ波形がＤモードスレッショルド波形より落ち込ん
だときから、Ｄモードビデオ波形とＤモードスレッショ
ルド波形とが交差するまでを欠陥と判定し、図２（ｄ）
に示すようなＤモード２値化パルスを発生し、このＤモ
ード２値化パルスが「しみ」や「むら」等の欠陥として
判定部２０で判定を行う。

【００４５】また図２（ｄ）に示すＤモード２値化パル
スの立ち下がりの時点でホールド解除パルスとして、上
述のＤモードスレッショルド波形のホールドを解除する
ようにしている。以後、上記の動作を行った後は、Ｄモ
ードスレッショルド波形はＤモードビテオ波形に追従し
ながら、上記と同様に欠陥を探す。

【００４６】このように上記検査装置によれば、信号レ
ベルの変化が浅くて広い範囲にわたっている「しみ」や
「むら」等の欠陥を正確かつ確実に検出することができ
る。

【００４７】

【発明の効果】この発明の検査装置によれば、波形信号
レベルの変化が浅くて広い範囲にわたっている「しみ」
や「むら」等の欠陥を検出することかできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の要部ブロック図である。

【図２】実施例の動作波形図である。

【図３】実施例の本検査装置の全体の概略システム構成
図である。

【図４】実施例の信号処理回路のブロック図である。

【図５】実施例の２値化パルス発生の信号処理の原理を
説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

８ ＣＣＤセンサー １５ レベル設定部 ４１ 比較手段 ４２ レベル制御部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物（Ａ）からの透過光または反射
   光を受光するセンサー（８）と、このセンサー（８）か
   らの第１波形信号に、ある係数を掛けて該第１波形信号
   に追従させる第１スレッショルド波形並びに上記第１波
   形信号及び上記第１スレッショルド波形に対し、一定時
   間先行する第２波形信号及び第２スレッショルド波形を
   生成するレベル設定部（１５）と、上記第２スレッショ
   ルド波形より上記第２波形信号が低くなったときにホー
   ルドパルスを発生させ、このホールドパルスが発生した
   後、第１スレッショルド波形に対する第２スレッショル
   ド波形の先行時間が経過した時に上記第１スレッショル
   ド波形のレベルをその値で維持すると共に、第１スレッ
   ショルド波形より第１波形信号が高くなったときに第１
   スレッショルド波形のレベル値の維持を解除して第１波
   形信号に追従させるレベル値制御部（４２）と、上記レ
   ベル設定部（１５）からの第１スレッショルド波形とセ
   ンサー（８）からの第１波形信号とを比較する比較手段
   （４１）と、この比較手段（４１）からの信号により被
   検査物（Ａ）の異常を判定する判定手段（２０）とを設
   けたことを特徴とする検査装置。