JPH09229650A - 偏心・傾き・反り検出装置および偏心・傾き・反り検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同心円状回折格子を有する被測定物の偏心・
傾き・反りの高速同時測定を可能にし、インライン全数
高速自動検査を実現する。 【解決手段】 半導体レーザ１１から出射したレーザ光
をビームスプリッタ１３を用いて光ディスク（被測定
物）３０の回転中心から所定距離だけ離れた位置のトラ
ック（同心円状回折格子）に垂直に入射させる。トラッ
クに当たったレーザ光は反射の法則に従う正反射の０次
回折光と、回折の原理に基づく多数の高次回折光とに分
割される。０次回折光はビームスプリッタ１３を透過し
て２次元位置検出用の第１ＰＳＤ１５に受光される。１
次回折光は斜め方向に反射して第２ＰＳＤに受光され
る。第１ＰＳＤ１５の出力を基にその角度変位量から被
測定物の傾き量と反り量（面振れ量）を算出し、第２Ｐ
ＳＤ１７の出力と第１ＰＳＤ１５の出力の差分値を基に
被測定物の回転中心とトラック中心とのずれ量（偏心
量）を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転円盤体の偏心
・傾き・反り（面振れ）を高精度に検出する技術に関
し、特にＣＤ（コンパクトディスク）、ＬＤ（レーザデ
ィスク）等の同心円状回折格子を有する媒体に好適な、
偏心・傾き・反り検出装置および偏心・傾き・反り検出
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】同心円状回折格子を有する光ディスク等
の被測定物の偏心・傾き（オプチカルチルト）・反り
（面振れ）に関する機械的特性を検出する従来技術とし
ては、（１）一般的なディスク読取装置と同様な読取機
構を用いて、回転する被測定物の任意のトラックを光ピ
ックアップとなるアクチュエータにより追従させ、その
光ピックアップに電気的にサーボをかけてその変位量を
みる（つまり、サーボ信号を逆算して電気信号に換算す
ることでアクチュエータの変位量を測定する）第１の検
出方法と、（２）機械系の一般的な芯振れ測定と同様
に、光学的顕微鏡で被測定物を上から観察しながら、そ
の被測定物上のトラック溝のエッジ部分からの反射光を
ＣＣＤラインセンサ等のエリアセンサの受光面に結像さ
せて、被測定物の回転によるエッジ部分の移動量（振れ
量）を測定する第２の検出方法とが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術において、 （１）光ピックアップによる上記第１の検出方法では、
次のような解決すべき課題があった。

【０００４】・ 偏心・傾き・反りの同時測定が不可能
である、 ・ 電気的サーボや光ピックアップ等のメカニカル的な
ものの追従性の問題があり、物理量をダイレクトに測定
できないため、高速測定ができない、 ・ 光ピックアップの特性やサーボ回転特性がそのまま
測定結果に反映されるため、装置毎の個性が出てしま
う、 ・ アクチュエータの機械的特性の影響を受け、またア
クチュエータの可動範囲を越える変位に対しては測定不
能となる、 ・ アクチュエータのレンズを吊っているゴムやワイヤ
が劣化するための経年変化があり、それが測定誤差とな
ってしまう、 ・ 数ｍＶの電気的なバラツキにより敏感にバランスが
崩れるので、常に校正のためのメンテナンスが必要とな
り、メンテナンス作業が複雑化する、 ・ 高精度の素子を必要とし、また校正手段により装置
が複雑になるので、高価となる。

【０００５】（２）また、エッジ部分の移動量の測定に
よる上記第２の検出方法では、次のような解決すべき課
題があった。

【０００６】・ 偏心・傾き・反りの同時測定が不可能
である、 ・ 被測定物の変位により被測定物とセンサとの間の距
離が一定でなくなると結像関係が崩れてセンサ上の画像
のピントがずれて測定不能となる、 ・ 光学的顕微鏡で観察しながら測定ビームを回転する
光ディスクのトラックのエッジ部分に合わせるという煩
わしい操作を必要とするので高速測定が不可能である。

【０００７】ところで、光ディスクの回転中心とトラッ
ク中心とを一致させるように設計されているが、実際に
はトラック中心にメディアハブを位置決めして取り付け
るチャッキング工程において、光ディスクの回転中心と
トラック中心との間にずれ（偏心）が発生することがあ
る。また、そのメディアハブ自身が光ディスクに対して
斜めに傾いて取り付けられている可能性もある。さら
に、光ディスクの表面も常に理想的な平面であるとは限
らない。これらの不具合は光ディスクの偏心・傾き・反
りとなって現れ、製品の品質を損なうから、インライン
全数製品検査においてそれらの機械的特性の同時検出が
望ましく、しかもその際に高速測定が要求される。

【０００８】しかしながら、従来の上記第１、第２の検
出方法は、偏心・傾き・反りの同時測定が不可能である
ばかりでなく、高速測定が不可能で検査に少なくとも数
十秒から数分を要し、またレンズの微妙なピント調整も
実際上困難等の理由から実際には完成品のサンプル検査
や試作品の検査にしか利用できず、製造工程中の通常数
秒以内での検査が要求される半製品を含む光ディスクの
インライン全数自動検査には適用できなかった。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めに成されたもので、その目的は、上記のような従来技
術の欠点を解消し、比較的簡単な構成により同心円状回
折格子を有する被測定物の偏心・傾き・反りの高速同時
測定が可能で、インライン全数高速自動検査にも適用可
能な偏心・傾き・反り検出装置および偏心・傾き・反り
検出方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の検出装置は、同心円状回折格子を有する被
測定物を回転する回転駆動手段と、前記回転駆動手段に
より回転中の前記被測定物上の前記同心円状回折格子に
対してビームスプリッタを介して垂直にレーザ光を照射
するレーザ光照射手段と、前記同心円状回折格子から反
射する前記レーザ光の０次回折光を前記ビームスプリッ
タを介して受光しその受光位置を検出する２次元位置検
出用の第１受光素子と、前記同心円状回折格子から反射
する前記レーザ光の高次回折光の１つを受光しその受光
位置を検出する２次元位置検出用の第２受光素子と、前
記第１受光素子の検出信号を基に前記被測定物の傾き量
と反り量を算出する第１演算手段と、前記第２受光素子
の検出信号と前記第１受光素子の検出信号との差分信号
を基に前記被測定物の回転中心と前記同心円状回折格子
の中心との偏心量を算出する第２演算手段とを具備する
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の装置はその一形態として、
前記第２受光素子は前記レーザ光の１次回折光を受光す
ることを特徴とすることができる。

【００１２】また、本発明の装置は他の形態として、前
記第１受光素子は前記０次回折光の進行方向の所定位置
に配置され前記被測定物で正反射し前記ビームスプリッ
タを透過した該０次回折光を第１コリメータレンズを介
して受光する２次元位置検出用ＰＳＤであり、前記第２
受光素子は前記１次回折光の進行方向の所定位置に配置
され該１次回折光を第２コリメータレンズを介して受光
する２次元位置検出用ＰＳＤであることを特徴とするこ
とができる。

【００１３】また、本発明の装置はさらに他の形態とし
て、前記回転駆動手段の回転角度を検出して角度信号を
出力する回転角度検出手段と、前記第１受光素子と前記
第２受光素子の出力信号を取り込み、同時に前記回転角
度検出手段から前記角度信号も取り込む信号取り込み手
段とを有し、前記第１演算手段は前記第１受光素子の出
力信号および前記角度信号から前記被測定物の前記傾き
量と前記反り量を演算し、前記第２演算手段は前記第２
受光素子の出力信号および前記角度信号から前記被測定
物の前記偏心量を演算することを特徴とすることができ
る。

【００１４】また、本発明の装置はさらに他の形態とし
て、前記第１演算手段の演算結果と第１の閾値とを比較
し、前記第２演算手段の演算結果と第２の閾値とを比較
することにより前記被測定物が所定の規格に合格してい
るか否かを判定する判定手段をさらに有することを特徴
とすることができる。

【００１５】上記目的を達成するため、本発明の検出方
法は、同心円状回折格子を有する被測定物の回転中心と
該同心円状回折格子の中心との偏心量および該被測定物
の傾き量と反り量とを同時に検出可能な偏心・傾き・反
り検出方法であって、前記被測定物を回転させ、回転中
の該被測定物上の前記同心円状回折格子に対してビーム
スプリッタを介して垂直にレーザ光を照射し、該同心円
状回折格子から反射して前記ビームスプリッタを透過し
た前記レーザ光の０次回折光を受光してその受光位置を
検出し、該同心円状回折格子から反射した前記レーザ光
の高次回折光の１つを受光してその受光位置を検出する
第１ステップと、前記第１ステップで検出した前記０次
回折光の受光位置データを基に前記被測定物の傾き量と
反り量を算出し、前記第１ステップで検出した検出した
前記高次回折光の１つの受光位置データと前記０次回折
光の受光位置データとの差分値を基に前記偏心量を算出
する第２ステップとを有することを特徴とする。

【００１６】また、本発明の方法はその一形態として、
前記第１ステップは、前記被測定物の回転角度を検出し
て角度信号を出力する角度検出ステップと、それぞれ前
記受光位置を表す０次回折光位置検出信号と高次回折光
位置検出信号を取り込み、同時に前記角度信号も取り込
む信号取り込みステップとを包含し、前記第２ステップ
は、前記信号取り込みステップで取り込んだ前記０次回
折光検出信号と高次回折光位置検出信号と前記角度信号
とから前記被測定物の傾き量と反り量と偏心量とを演算
する演算ステップを有することを特徴とすることができ
る。

【００１７】また、本発明の方法は他の形態として、前
記第２ステップで算出された前記傾き量，前記反り量，
前記偏心量とそれぞれに対応する所定の閾値とをそれぞ
れ比較することにより前記被測定物が所定の規格に合格
しているか否かを判定する判定ステップをさらに有する
ことを特徴とすることができる。

【００１８】さらにまた、本発明の他の方法は、同心円
状回折格子を有する被測定物の回転中心と該同心円状回
折格子の中心との偏心量および該被測定物の傾き量と反
り量とを同時に検出可能な偏心・傾き・反り検出方法で
あって、前記被測定物を回転させ、回転中の前記被測定
物上の前記同心円状回折格子に対してビームスプリッタ
を介して垂直にレーザ光を照射する駆動開始ステップ
と、前記被測定物が少なくとも１回転するまでの間クロ
ックに同期して順次、前記同心円状回折格子から反射す
る前記レーザ光の０次回折光を前記ビームスプリッタを
介して受光する第１位置検出素子の出力信号を取り込
み、前記同心円状回折格子から反射する前記レーザ光の
高次回折光の１つを受光する第２位置検出素子の出力信
号を取り込み、これら出力信号を取り込んだ時の前記被
測定物の回転角度を表す角度信号を同時に取り込む信号
取り込みステップと、前記信号取り込みステップで取り
込んだ前記０次回折光の出力信号と前記角度信号から前
記被測定物の傾き量と反り量を算出する第１演算ステッ
プと、前記信号取り込みステップで取り込んだ前記１次
回折光の出力信号と前記０次回折光の出力信号との差分
信号および前記角度信号から前記被測定物の前記偏心量
を算出する第２演算ステップとを有することを特徴とす
る。

【００１９】また、本発明の方法は、他の形態として、
前記第１演算ステップで得られた前記傾き量および前記
第２演算ステップで得られた前記偏心量がそれぞれゼロ
またはできるだけ小さな値になるように前記被測定物の
位置決めを行う位置決めステップをさらに有することを
特徴とすることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を詳細に説明する。

【００２１】（センサ部分の構成と基本動作）図１に本
発明の実施形態としての、光ディスクの偏心・傾き・反
り検出装置のセンサ部分の配置構成を示す。半導体レー
ザ１１から発射した水平方向のレーザビームはコリメー
タレンズ１２でコリメーション（平行光線束化）され、
ビームスプリッタ１３で反射されて進行方向を垂直方向
に変え、スピンドル４１により回転可能に支持された光
ディスク３０上に向かう。被測定物となる光ディスク３
０は同心円状回折格子を有するＣＤ、ＬＤ等であり、反
射面（記録面）が表面だけの一般的な単板タイプの光デ
ィスク（単板光ディスクと称する）とする。光ディスク
３０に向かったレーザビームは光ディスク３０の回転中
心（Ｏ₁ ）から所定距離ｒだけ離れた位置に、直交座標
のｘ−ｙ基準平面に対して垂直に入射する。

【００２２】光ディスク３０をｘ−ｙ平面上に平行に置
くと、光ディスク３０上の同心円状回折格子に相当する
トラック（通常、複数のピットから形成されている）に
入射したスポット状レーザビームは、反射の法則に従う
正反射の０次回折光と、回折の原理に基づく回折格子の
間隔・形状に依存する多数の高次回折光とに分割されて
反射される。

【００２３】０次回折光はビーム入射方向に戻り反射し
て、ビームスプリッタ１３を透過し、コリメータレンズ
１４により２次元位置検出用の第１のＰＳＤ（位置検出
器；position-sensitive detector）１５上に結像され
る。１次回折光は斜め方向に反射して、コリメータレン
ズ１６により２次元位置検出用の第２のＰＳＤ１７上に
結像される。これらＰＳＤ１５、１７はそれぞれレンズ
１４、１６と共に一種のオートコリメータを構成し、後
述のように角度のチルトセンサとしてのセンシング動作
をする。

【００２４】上記ＰＳＤは周知のように平板状シリコン
の表面にＰ層、裏面にＮ層、そして中間にあるＩ層から
構成され、ＰＳＤに入射した光は光電変換されて光電流
としてＰ層（両面分割型はＰ層とＮ層）に付けられた電
極から分割出力する。ＰＳＤの出力から入射エネルギー
とは無関係に、演算で光の入射位置を求めることができ
る。ＰＳＤ１５、１７のような２次元位置検出用のＰＳ
Ｄはその構造により、フォトダイオードの表面と裏面の
両面に電極を付けた両面分割型と、フォトダイオードの
表面に４つの電極を付けた表面分割型とに分けられる
が、本例には位置検出能力の高い両面分割型の方がどち
らかというと好ましい。

【００２５】０次回折光とｍ次回折光とのなす角度をφ
とすると、回折の原理により、

【００２６】

【数１】sin φ＝（ｍ×λ）／ｄ （但し、λ：波長、ｄ：格子間隔、ｍ：次数）となる。

【００２７】従って、０次回折光と高次回折光（例え
ば、１次回折光）がなす角度φは、レーザビームの同心
円状回折格子への入射角には依存しないようになってお
り、レーザビームの波長λと光ディスク６０のトラック
ピッチ（格子間隔）ｄに依存するだけであるので、その
波長とトラックピッチが一定である通常の光ディスクの
場合は上記角度φは一定である。この様に１次回折光は
決められた角度φで出てくるので、１次元回折光を受光
する２次元ＰＳＤ１７をその角度方向に向けて所定の位
置に取り付けることができる。

【００２８】０次回折光を第１の２次元ＰＳＤ１５によ
り検出することで傾き量と反り（面振れ）量を測定す
る。スピンドル（ディスク回転軸）４１に対して光ディ
スク３０に傾きαがある場合、ＰＳＤ１５上では２αの
傾きに対する変位となる。この場合、スピンドル４１が
回転すると、第１の２次元ＰＳＤ１５の受光面で０次回
折光は２ｆα（ただし、ｆはレンズ１４の焦点距離）の
半径で円を描く。この時、０次回折光のスポットの変位
によるＰＳＤ１５から出力するｘ方向だけの変位信号
（傾き変位信号）は正弦波（トラックが反りのない理想
的な同心円状回折格子であればきれいな正弦波が出る
が、実際は見掛上ちょっと崩れた正弦波）となる。従っ
て、その正弦波の角度変位の振幅幅（上下ピーク幅）の
１／４がスピンドル４１（または、スピンドルを挿入す
るメディアハブ）に対する光ディスク３０の求める傾き
変位（傾き量）となる。

【００２９】また、光ディスク３０に反り変位がある場
合、その反り変位は上記傾き変位信号上に加算される。
従って、一般的に光ディスク３０は傾き変位量と反り変
位量をもっているので、ＰＳＤ１５の出力信号を傾き変
位信号成分と反り変位信号成分に分離することにより傾
き変位量と反り変位量を測定する。すなわち、ＰＳＤ１
５の出力信号は一般に正弦波の傾き変位信号成分の上に
高調波の反り変位信号成分が加わった形態のものである
ので、例えばＰＳＤ１５の出力信号をバンドパスフィル
タを通すことにより傾き変位信号成分と反り変位信号成
分に分離可能である。

【００３０】１次回折光の角度変位を第２の２次元ＰＳ
Ｄ１７により検出することで偏心量を測定する。光ディ
スクの回転中心と同心円状回折格子（トラック）の中心
とのずれ（偏心）は、回折の原理により高次回折光の方
向に常に光ディスクのトラック中心があるので、高次回
折光（例えば、１次回折光）の角度変化として現れる。
一方、光ディスク３０が傾き・面振れを起こすと考えた
場合、上記のように０次回折光と１次回折光がなす角度
は常に固定されているので、０次回折光と１次回折光は
光ディスク３０の傾き・面振れに同期して常に一緒に振
れると考えられる。従って、１次回折光の平面上の角度
変位には上記偏心によるものばかりでなく、上記光ディ
スク３０の傾き・面振れによる角度変位も加算されてい
ると考えられる。このように、２次元ＰＳＤ１７は上記
偏心による角度変位に光ディスク３０の傾き、反りによ
る角度変位を加算したものを測定しているため、偏心量
を算出する基となる偏心成分信号は次式（１）の演算に
より求める。

【００３１】 （PSD17 の出力信号）−（PSD15 の出力信号）＝（偏心成分信号） …（１） １次回折光は常にｘ−ｙ平面ではトラック中心を通るの
で、その角度変位は図２のＡ点、Ｃ点では０となり、図
２のＢ点、Ｄ点では最大、最小になる。図２においてＤ
点と回転中心Ｏ₁ とを結ぶ線分と、Ｄ点とトラック中心
Ｏ₂ とを結ぶ線分とがなす角度θが最大、最小となる点
は、正弦公式による次式（２）を基にして求めることが
できる。

【００３２】

【数２】

【００３３】θが最大になる条件（ただし、０°≦α≦
１８０°）ににり、α＝９０°となる。光ディスク３０
の１回転中に、θ＝０が２点あり、その点から９０°回
転したところにθが最大、または最小となる変位点があ
る。そして、その最大点の角度をθ_i とすると、最小点
の角度は−θ_i となる。

【００３４】従って、第２の２次元ＰＳＤ１７を用い
て、光ディスク３０を１回転させた時の１次回折光によ
る偏心成分信号の振幅幅を測定し、その振幅幅の１／２
が偏心量（光ディスク３０の回転中心Ｏ₁ とトラックの
中心Ｏ₂ との偏心量）となる。この時の偏心量ｄｘは、
図２から分かるように、次式（３）で与えられる。

【００３５】

【数３】 ｄｘ＝ｒtan θ …（３） 従って、θの値さえわかれば（３）式を演算することに
より偏心量ｄｘは自動的に求まる。勿論、このθは、前
述の（１）式の演算処理により得られる偏心成分信号を
基にして求める。

【００３６】（信号処理部分の構成と全体の動作）図３
は本発明の実施形態の、偏心・傾き・反り検出装置の全
体の基本構成を示し、図４はその装置の信号処理部分の
構成例を示す。図４に模式的に図示した複合オプティカ
ルセンサ１０は図１の構成部分に相当する。複合オプテ
ィカルセンサ１０を構成するＰＳＤ１５とＰＳＤ１７か
らの２次元出力はセンサ信号演算増幅部５０で一定レベ
ルに増幅されてディジタル信号化され、センサ／装置制
御前処理部６０に送られる。同時に、光ディスク３０を
回転するスピンドル４１の回転角をスピンドル角度検出
器４２で検出し、検出された回転角度信号はセンサ／装
置制御前処理部６０に送られる。

【００３７】センサ／装置制御前処理部６０はスピンド
ル制御部／サンプルタイミング制御部４４を介してスピ
ンドル４１の回転の制御を行うと共に、入力した上記回
転角度信号の角度変位・変位量の変換処理を行い、それ
により得られた変位量データを基に光ディスク３０の偏
心・傾き・反りを計算する。

【００３８】データ総合処理ＣＰＵ部７０はセンサ／装
置制御前処理部６０から送られた光ディスク３０の偏心
・傾き・反りの計算結果をＣＲＴディスプレイ８０で表
示し、また必要に応じてプリンタ装置９０やハードディ
スク装置（ＨＤＤ）９５等で記録し、ホストＣＰＵへ送
るための所定の処理をすることができる。

【００３９】図５のフローチャートは図３、図４で示す
本発明装置で実行される制御動作例を示す。

【００４０】電源投入後、所定の初期設定が行われ、光
ディスク３０がスピンドル４１上に自動または手動でセ
ット（装着）されると、このセット動作を検知するセン
サ（図示しない）の出力、または操作パネル（図示しな
い）のスタートキーの入力に応じてホストＣＰＵ（図示
しない）からスタートコマンドが発生する。

【００４１】データ総合処理ＣＰＵ部７０に入力された
そのスタートコマンドに応答して、図５に示すルーチン
が開始され、センサ／装置制御前処理部６０のＣＰＵ６
１によりスピンドル制御部／サンプルタイミング制御部
４４が起動され、半導体レーザ１１が点灯し、スピンド
ル４１を介して光ディスク３０が回転を開始する（ステ
ップＳ１）。

【００４２】０次回折光を測定する第１の２次元ＰＳＤ
１５の出力信号はセンサ信号演算増幅部５０で一定レベ
ルに増幅され、ディジタル信号化される。同様に、１次
回折光を測定する第２の２次元ＰＳＤ１７の出力信号も
センサ信号演算増幅部５０で一定レベルに増幅され、デ
ジタル信号化される。センサ／装置制御前処理部６０の
ＣＰＵ６１は、第１ＰＳＤ１５のディジタル信号と第２
ＰＳＤ１７のディジタル信号とを内部メモリ（例えば、
ＤＲＡＭ）に取込み（ステップＳ２、Ｓ３）、同時にス
ピンドル角度検出器４２からの回転角度信号をその内部
メモリに取込む（ステップＳ４）。この回転角度信号の
値は同時に取込んだ両ＰＳＤ信号の回転角度を表す。

【００４３】続いて、ＣＰＵ６１は、上記回転角度信号
を基に光ディスク３０が１回転を終了したか否かを判断
し（ステップＳ５）、光ディスク３０が１回転を終了し
ていない場合は、上記ステップＳ２に戻り、光ディスク
３０が１回転するまでステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４の信号
取込み処理を繰り返す。

【００４４】光ディスク３０が１回転を終了したと判断
したら、ＣＰＵ６１はスピンドル制御部／サンプルタイ
ミング制御部４４を通じて半導体レーザ１１を消灯し、
光ディスク３０の回転を止める（ステップＳ６）。

【００４５】次に、ＣＰＵ６１は上記内部メモリから第
１ＰＳＤ１５の位置データ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）と上記回転角
度信号のデータとを読み出して、回転角度毎の光ディス
ク３０の傾き（チルト）と、反り（面振れ）の計算を行
う（ステップＳ７）。

【００４６】２次元ＰＳＤ１５から光ディスク３０まで
の距離は通常既知の値であるので、０次回折光の２次元
ＰＳＤ１５上での幾何学的位置（受光位置）と回転軸に
対する光ディスク３０の傾きとの相関関係を幾何光学的
手法により演算式、あるいはテーブル・ルックアップ方
式で予め設定しておくことができ、設定したその所定の
演算式（またはその近似式）、あるいはテーブル・ルッ
クアップを用いて上記位置データ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）の値か
ら光ディスク３０の傾きを求めることができる。また、
光ディスク３０までの距離を既値とする２次元ＰＳＤ１
５上の０次回折光の位置から三角測量の原理で光ディス
ク３０の面振れ角（反り）も算出できる。さらに必要な
らば、その算出した回転角度毎の面振れ角を回転速度に
関して２階微分することで面振れ加速度も算出できる。

【００４７】次に、ＣＰＵ６１は上記内部メモリから第
１ＰＳＤ１５の位置データ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）と第２ＰＳＤ
１７の位置データ（ｘ₂ ，ｙ₂ ）と上記回転角度信号の
角度データとを読み出して、前述の（１）式と（３）式
により偏心量（光ディスク３０の回転中心Ｏ₁ とトラッ
クの中心Ｏ₂ との偏心量）とその偏心方向とを算出する
（ステップＳ８）。

【００４８】最後に、ＣＰＵ６１はステップＳ７、Ｓ８
で算出した光ディスク３０の傾き量、反り量、偏心量の
データをデータ総合処理ＣＰＵ部７０に送り、本ルーチ
ンを終了する（ステップＳ９）。その後、制御はメイン
ルーチン（図示しない）に戻り、ＣＰＵ６１は前述のス
タートコマンドが発生するまで待機し、スタートコマン
ドが再び発生すると上記ステップＳ１からの処理を再開
する。

【００４９】データ総合処理ＣＰＵ部７０はＣＰＵ６１
から供給された上記傾き・反り・偏心に関する検出デー
タをモニター用のＣＲＴディスプレイ８０で表示し、ま
た必要に応じてプリンタ装置９０やハードディスク装置
（ＨＤＤ）９５等で記録し、ホストＣＰＵへ送る。公知
のディスク自動着脱装置や産業ロボット等を利用して光
ディスク３０をスピンドル４１上に自動的に装着し、ま
たスピンドル４１から自動的に取り外して搬送路に乗せ
る等の制御動作は、ホストＣＰＵまたはデータ総合処理
ＣＰＵ部７０により行うことができる。

【００５０】図６のフローチャートは上述した本発明の
偏心・傾き・反り検出装置を光ディスクの製造ライン中
に配設し、インライン光ディスク自動検査システムを構
成した場合のデータ総合処理ＣＰＵ部７０の動作例を示
す。

【００５１】データ総合処理ＣＰＵ部７０は、まずステ
ップＳ１１において、ＣＰＵ６１かの傾き量の最大値Ｃ
ＭＡＸを抽出し、ステップＳ１２において、その最大値
ＣＭＡＸと光ディスクの良品判定基準としてあらかじめ
設定した傾き量に関する規格値（閾値）Ｋ₁ とを比較
し、最大値ＣＭＡＸがその規格値Ｋ₁ を越えていれば後
述のステップＳ１６へ移行し、規格値Ｋ₁ を越えていな
ければ次のステップＳ１３に進む。

【００５２】ステップＳ１３においてはＣＰＵ６１から
の反り量の最大値ＫＭＡＸを抽出し、ステップＳ１４に
おいて、その最大値ＫＭＡＸと光ディスクの良品判定基
準としてあらかじめ設定した反り量に関する規格値（閾
値）Ｋ₂ とを比較し、最大値ＫＭＡＸがその規格値Ｋ₂
を越えていれば後述のステップＳ１６へ移行し、規格値
Ｋ₂ を越えていなければ次のステップＳ１５に進む。

【００５３】ステップＳ１５においてはＣＰＵ１６から
の偏心量と光ディスクの良品判定基準としてあらかじめ
設定した偏心量に関する規格値（閾値）Ｋ₃ とを比較
し、偏心量がその規格値Ｋ₃ を越えていればステップＳ
１６へ移行し、規格値Ｋ₃ を越えていなければ、被測定
対象の光ディスク３０は良品と判断されるので、本処理
を終了する。

【００５４】ステップＳ１６では、傾き量の最大値、反
り量の最大値、偏心量のいずれかがそれらに対応する所
定の規格値を越えている場合であるので、被測定対象の
光ディスク３０は規格外品と判断され、不良品判定信号
がデータ総合処理ＣＰＵ部７０からホストＣＰＵへ送ら
れ、本処理を終了する。

【００５５】ホストＣＰＵは上記不良品判定信号の発生
に基づき該当の光ディスクを製造ラインから自動的に除
去する制御を行う。この自動除去動作は製品搬送ライン
の切り替え等により可能であり、製造ラインでは周知の
技術であるのでその詳細は省略する。また、ホストＣＰ
Ｕは上記不良品判定信号の発生率を検知して、その発生
率が一定値を越えたらオペレータに警告を発生し、同時
に製造ラインを一時停止する等の制御を行っても好まし
い。

【００５６】（他の実施形態）上記実施形態の説明で
は、製品や半製品の被測定物の機械的特性の検査に適用
した場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、被
測定物の位置決めを行う等の際の機械的特性の測定にも
応用できる。例えば、光ディスクにメディアハブを取り
付ける際に、本発明の装置を使用して角度変位（また
は、傾き、反り、偏心の測定量）がゼロあるいは最も少
なくなるように光ディスクの中心点を移動することによ
り、高速で高精度の位置調整を行うことができる。この
位置調整作業は例えば角度変位量と連動するサーボ機構
をハブ取付装置に組み込むことで自動化が可能である。

【００５７】また上記実施形態の説明では、回折光を受
光する受光素子として高速処理に優れたＰＳＤを例示し
たが、ＣＣＤエリアセンサのような２次元の面センサを
使用しても構わない。また、被測定物としては光ディス
クに限らず、同心円状回折格子を有するものであれば良
く、例えば被測定物の金型も測定対象となり得る。ま
た、使用する回折光として上記説明では光エネルギーが
比較的に高い１次回折光を利用したが、２次以上の回折
光を利用しても構わない。

【００５８】さらに上記実施形態の説明では、本発明装
置を利用した不良品判定方法として図６の手順を示した
が、傾き・反り・偏心量の算出処理を省略し、ＰＳＤ１
５、１７から得られる角度変位（レーザスポットのチル
ト量）が予め設定した閾値を越えたときに不良品と判定
しても同様な効果が得られるので構わない。

【００５９】なお、上記説明ではＰＳＤの出力信号をデ
ジタル信号に変換してデジタル処理を行っているが、ア
ナログ回路を用いてアナログ処理により演算等を行って
もよい。また、本発明の信号処理はソフトウエアでもハ
ードウエアでも実現可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、レーザ光を被測定物の同心円状回折格子に垂直に照
射し、そのレーザ光の０次回折光を第１の受光素子で受
光し、その高次回折光の１つを第２の受光素子で受光
し、これら受光素子の受光位置に基づき被測定物の傾き
・反り・偏心量を検出するので、必要な受光素子の個数
も少なくレーザ発射手段や受光手段を所定位置に固定で
きて構成が非常に簡単となり、物理量をダイレクトに測
定することから傾き・反り・偏心量の高精度で高速な同
時測定が可能となるという効果が得られる。

【００６１】また、本発明は一種のオートコリメータの
構造により単にＰＳＤ上の受光位置の変位を検知すれば
よい構成のため、被測定媒体の厚の影響を受けず、レン
ズの微妙なピント調整等は不要であり、そのため例えば
ポリカーボネイド・フィルムを張り付ける前の光ディス
クの傾き・反り・偏心量の測定が可能となる。

【００６２】さらに、本発明は上記のように構成が簡単
で特別な校正も必要としない、かつデータ処理も簡単な
ため従来の検査装置に比べて大幅なコストダウンが期待
でき、高速測定により全数検査が可能であるので、多数
台の導入を必要とする生産自動検査検査工程において効
果的なコストダウンが実現できる。また本発明は、測定
上の束縛条件が少なく、高分解能でワイドレンジで測定
でき、検査の正確さ、繰返し性、再現性の良さに加え、
メンテナンスが簡単等、全ての面で好ましい安定動作を
可能とすることができる。

【００６３】以上の理由から、本発明によれば、製品、
半製品にかかわらず同心円状回折格子を有する被測定物
の偏心・傾き・反りの高速同時測定が可能で、量産時、
特にインライン全数高速自動検査にも好適であるので、
研究開発部門から量産全数検査工程に至まで幅広い対応
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態としての、被測定物の偏心・
傾き・反り検出装置のセンサ部分の構成を示す配置構成
図である。

【図２】被測定物の回転中心（ハブの中心）とトラック
中心（同心円状回折格子の中心）がｄｘずれている時
の、被測定物の平面上の位置関係を説明する模式図であ
る。

【図３】本発明の実施形態の、偏心・傾き・反り検出装
置の全体の基本構成を示すブロック図である。

【図４】図３の装置の信号処理部分の構成例を示すブロ
ック図である。

【図５】図３、図４で示す本発明装置で実行される制御
動作例を示すフローチャートである。

【図６】本発明の偏心・傾き・反り検出装置を被測定物
の製造ライン中に配設し、インライン自動検査システム
を構成した場合の図３のデータ総合処理ＣＰＵ部の動作
例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 半導体レーザ １２、１４、１６ コリメータレンズ １３ ビームスプリッタ １５ ０次回折光を受光する第１の２次元位置検出用の
ＰＳＤ １７ １次回折光を受光する第２の２次元位置検出用の
ＰＳＤ ３０ 光ディスク（被測定物） ４１ スピンドル ４２ スピンドル角度検出器 ５０ センサ信号演算増幅部 ６０ センサ／装置制御前処理部 ７０ データ総合処理ＣＰＵ ８０ ＣＲＴディスプレイ ９０ プリンタ装置 ９５ ＨＤＤ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同心円状回折格子を有する被測定物を回
   転する回転駆動手段と、 前記回転駆動手段により回転中の前記被測定物上の前記
   同心円状回折格子に対してビームスプリッタを介して垂
   直にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、 前記同心円状回折格子から反射する前記レーザ光の０次
   回折光を前記ビームスプリッタを介して受光しその受光
   位置を検出する２次元位置検出用の第１受光素子と、 前記同心円状回折格子から反射する前記レーザ光の高次
   回折光の１つを受光しその受光位置を検出する２次元位
   置検出用の第２受光素子と、 前記第１受光素子の検出信号を基に前記被測定物の傾き
   量と反り量を算出する第１演算手段と、 前記第２受光素子の検出信号と前記第１受光素子の検出
   信号との差分信号を基に前記被測定物の回転中心と前記
   同心円状回折格子の中心との偏心量を算出する第２演算
   手段とを具備することを特徴とする偏心・傾き・反り検
   出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記第
   ２受光素子は前記レーザ光の１次回折光を受光すること
   を特徴とする偏心・傾き・反り検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の装置において、 前記第１受光素子は前記０次回折光の進行方向の所定位
   置に配置され前記被測定物で正反射し前記ビームスプリ
   ッタを透過した該０次回折光を第１コリメータレンズを
   介して受光する２次元位置検出用ＰＳＤであり、 前記第２受光素子は前記１次回折光の進行方向の所定位
   置に配置され該１次回折光を第２コリメータレンズを介
   して受光する２次元位置検出用ＰＳＤであることを特徴
   とする偏心・傾き・反り検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の装
   置において、前記回転駆動手段の回転角度を検出して角
   度信号を出力する回転角度検出手段と、 前記第１受光素子と前記第２受光素子の出力信号を取り
   込み、同時に前記回転角度検出手段から前記角度信号も
   取り込む信号取り込み手段とを有し、 前記第１演算手段は前記第１受光素子の出力信号および
   前記角度信号から前記被測定物の前記傾き量と前記反り
   量を演算し、 前記第２演算手段は前記第２受光素子の出力信号および
   前記角度信号から前記被測定物の前記偏心量を演算する
   ことを特徴とする偏心・傾き・反り検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の装
   置において、前記第１演算手段の演算結果と第１の閾値
   とを比較し、前記第２演算手段の演算結果と第２の閾値
   とを比較することにより前記被測定物が所定の規格に合
   格しているか否かを判定する判定手段をさらに有するこ
   とを特徴とする偏心・傾き・反り検出装置。
6. 【請求項６】 同心円状回折格子を有する被測定物の回
   転中心と該同心円状回折格子の中心との偏心量および該
   被測定物の傾き量と反り量とを同時に検出可能な偏心・
   傾き・反り検出方法において、 前記被測定物を回転させ、回転中の該被測定物上の前記
   同心円状回折格子に対してビームスプリッタを介して垂
   直にレーザ光を照射し、該同心円状回折格子から反射し
   て前記ビームスプリッタを透過した前記レーザ光の０次
   回折光を受光してその受光位置を検出し、該同心円状回
   折格子から反射した前記レーザ光の高次回折光の１つを
   受光してその受光位置を検出する第１ステップと、 前記第１ステップで検出した前記０次回折光の受光位置
   データを基に前記被測定物の傾き量と反り量を算出し、
   前記第１ステップで検出した検出した前記高次回折光の
   １つの受光位置データと前記０次回折光の受光位置デー
   タとの差分値を基に前記偏心量を算出する第２ステップ
   とを有することを特徴とする偏心・傾き・反り検出方
   法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の方法において、前記第
   １ステップは、前記被測定物の回転角度を検出して角度
   信号を出力する角度検出ステップと、 それぞれ前記受光位置を表す０次回折光位置検出信号と
   高次回折光位置検出信号を取り込み、同時に前記角度信
   号も取り込む信号取り込みステップとを包含し、 前記第２ステップは、前記信号取り込みステップで取り
   込んだ前記０次回折光検出信号と高次回折光位置検出信
   号と前記角度信号とから前記被測定物の傾き量と反り量
   と偏心量とを演算する演算ステップを有することを特徴
   とする偏心・傾き・反り検出方法。
8. 【請求項８】 請求項６または７に記載の方法におい
   て、前記第２ステップで算出された前記傾き量，前記反
   り量，前記偏心量とそれぞれに対応する所定の閾値とを
   それぞれ比較することにより前記被測定物が所定の規格
   に合格しているか否かを判定する判定ステップをさらに
   有することを特徴とする偏心・傾き・反り検出方法。
9. 【請求項９】 同心円状回折格子を有する被測定物の回
   転中心と該同心円状回折格子の中心との偏心量および該
   被測定物の傾き量と反り量とを同時に検出可能な偏心・
   傾き・反り検出方法において、 前記被測定物を回転させ、回転中の前記被測定物上の前
   記同心円状回折格子に対してビームスプリッタを介して
   垂直にレーザ光を照射する駆動開始ステップと、 前記被測定物が少なくとも１回転するまでの間クロック
   に同期して順次、前記同心円状回折格子から反射する前
   記レーザ光の０次回折光を前記ビームスプリッタを介し
   て受光する第１位置検出素子の出力信号を取り込み、前
   記同心円状回折格子から反射する前記レーザ光の高次回
   折光の１つを受光する第２位置検出素子の出力信号を取
   り込み、これら出力信号を取り込んだ時の前記被測定物
   の回転角度を表す角度信号を同時に取り込む信号取り込
   みステップと、 前記信号取り込みステップで取り込んだ前記０次回折光
   の出力信号と前記角度信号から前記被測定物の傾き量と
   反り量を算出する第１演算ステップと、 前記信号取り込みステップで取り込んだ前記１次回折光
   の出力信号と前記０次回折光の出力信号との差分信号お
   よび前記角度信号から前記被測定物の前記偏心量を算出
   する第２演算ステップとを有することを特徴とする偏心
   ・傾き・反り検出方法。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の方法において、前記
    第１演算ステップで得られた前記傾き量および前記第２
    演算ステップで得られた前記偏心量がそれぞれゼロまた
    はできるだけ小さな値になるように前記被測定物の位置
    決めを行う位置決めステップをさらに有することを特徴
    とする偏心・傾き・反り検出方法。