JPH11515109A - ガラスマスタ表面インスペクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディスク状ガラスマスタの１つの平らな表面の不完全性の検出システムは、ガラスマスタを係止してガラスマスタを照明源の下方に回転して移動するセルフセンタリングチャックと、検査される表面から反射された照明源からの光を受取るビデオカメラ又はその他の装置とを有する。カメラは、検査される表面の不完全に平らな部分から反射された照明のみを受取るように配向されている。カメラが、ガラスマスタの厚さに比して短い焦点深度を有する光学装置を有する。ステッピングモータが、ガラスマスタが光源に曝されている間に少なくとも１つの完全な回転の間に複数の位置を通過してガラスマスタを回転するために使用される。次いで、ビデオカメラから受取られた信号はテンプレートアルゴリズムにより処理され、これにより受取られた光レベルが、ディスクの仮定的に平らな部分からの値と比較される。異なる半径から反射された光の間に大幅な差が検出された場合には、ディスクは拒絶される。

Description

【発明の詳細な説明】 ガラスマスタ表面インスペクタ 発明の分野 本発明は、ディジタルデータの光学的記録のためのコンパクトディスクの製造 に関する。特に、本発明は、製造プロセスの間に光学的ディスクマスタのガラス 基板の表面の処理の品質コントロールに関する。 発明の背景 コンパクトディスクは、例えばオーディオ及び／又はビデオ情報等のディジタ ル又はアナログ情報の記録キャリヤであり、これらのキャリヤは平らなディスク 状プラスチック表面の形を有し、この表面にデータ変調光学構造が情報に相応し て形成される。データは、表面において長さが変化しかつスパイラル（渦巻）状 通路の中に配置されるピットとして形成される。ピットは、ナノメータのオーダ ーの寸法を有し、相応する隆起領域を有するモールドに対する射出成形により形 成される。コンパクトディスクに格納される情報は、通常はプレーヤと呼称され るリーダの中で再生され、リーダはコンパクトディスクを回転し、コンパクトデ ィスクが回転する際にスパイラルトラックに沿ってレーザー装置を案内する。レ ーザーの下にピットが存在するかどうかが、レーザーの直接下方の表面から戻さ れる輝度の変化として検出される。このようにしてピットの長さが検出され、デ ータとして復号化される。 コンパクトディスクの形成は、射出成形プロセスで使用されるモールドの形成 を必要とする。同一のコンパクトディスクを大量生産するためにいくつかのスタ ンパが形成される。何故ならば、それぞれのスタンパはある程度の回数使用され ると成形プロセスにおいて劣化されるからである。これらのスタンパは、逆ピッ トパターンを有する、すなわち、ピットがコピーの次の産出段階で所望される隆 起領域を有する表面に、薄い金属層をコーティングすることにより形成される。 このプロセスは、ガラスマスタと呼称される表面で開始する。 ガラスマスタは、最終の製品としてのコンパクトディスクの中で所望されるデ ータ構造を有する成形プロセスでの第１世代（第１生産段階）である。ガラスマ スタは、高品質の平らなガラス表面であり、この表面にフォトレジスト材料がコ ーティングされる。コーティングされたガラスマスタは回転されてレーザーの下 方に移動され、レーザーはガラスマスタの中心から外方へ向かって半径方向に移 動し、これによりガラスマスタの表面に沿ってスパイラルトラックの中に一連の 露出されている領域と露出されていない領域とが形成される。レーザー強度は、 ガラスマスタに記録されるデータに対応してパルス状に変化する。フォトレジス ト材料は酸浴槽の中で別にエッチングされ、これにより、レーザーにて露出され た部分は溶解し、これに応じて所望のデータに対応する一連のピットが形成され る。次いで、ガラスマスタは、通常、金属沈着チャンバにより金属層にてコーテ ィングされる。金属層は除去され、これにより成形表面の第２世代（第２生産段 階）が形成され、エレクトロフォーミング（電鋳）浴槽の中で付加的な金属層が 沈着される。 ガラスマスタの表面の記録されたピットのクリティカルな寸法は、可視光線の 波長の大きさのオーダである。従って、ガラスマスタ表面がガラスマスタの使用 中にわたりクリーンに維持されるということは、ガラスマスタ表面へのデータ記 録におけるエラーを低減するために重要なことである。マスタ表面にすべてのデ ータを記録する時間のかかるプロセスと、酸エッチングとが完了してからマスタ が過度のエラー発生の傾向を有することを発見するのは非常に莫大なコストがか かる。これは、とりわけガラスマスタリングステップが大量生産ラインの一部で ある場合に当てはまる。 従来の技術においては、ガラス表面又は表面の下の欠陥の検出について考慮さ れている。特に、１９８２年１２月２２日発行の「ガラス欠陥検査システム」の ための米国特許第４,３０６,８０８号公報がある。このシステムは、レーザーを 用いて、ガラスに錫を滴下することにより発生した欠陥を検出するために、非常 に大きい入射角からガラス表面にわたりラインをスキャンする。また、１９９４ 年５月１０日発行の「ガラスプレーヤの中のカットエッジ欠陥の検出装置」のた めの米国特許第５,３１１,２７６号公報がある。このシステムにおいては、線形 光源からの光が１次元結像装置により受取られ、これによりガラスのカットエッ ジにおける欠陥がディスクリミネータ（弁別器）により検出される。また、１９ ９４年８月３０日発行の「自動車のガラスの光学的評価」のための米国特許第５ ,３４３,２８８号公報がある。このシステムにおいては、光が細長ビームで案内 される。ラインスキャンカメラアレイシステムは、ディスプレイ領域をスキャン し、風防ガラスの対向表面により反射されたビームの結像の位置を示す信号を発 生する。また、１９９４年５月３日発行の「円筒形核燃料ペレットのための非接 触欠陥検出」のための米国特許第５,３０９,４８６号公報がある。このシステム においては、表面欠陥は、一連のスキャンを記録するためにラインスキャンカメ ラを使用して検出され、画素値は閾値と比較される。また、１９９０年４月１０ 日発行の「表面検査装置及び方法」のための米国特許第４,９１４,８２８号公報 がある。このシステムは、曲面自動車ガラスの表面不規則性を、２つの点の間の 曲率の局所半径を計算することにより測定する。また、１９８９年１０月１７日 発行の「透明容器の検査のための方法及び装置」のための米国特許第４,８７４, ９４０号公報がある。このシステムは、内部に積重ねられたガラス又は異物のた めの容器の底部を検査する。このシステムは、線形に延在する光線を使用し、光 線は、欠陥から反射されると所定の閾値を越える。また、１９８８年４月２６日 発行の「果物の傷を検出するための画像処理システム」のための米国特許第４, ７４１, ０４２号公報がある。このシステムは、ラインスキャンカメラを用いて、カメラ が回転する際に果物からの一連の灰色レベルを得る。画像は処理されて、異なる 灰色レベルの領域の円形形状は傷と解釈されると仮定することにより、傷の寸法 を決める。また、１９８３年９月６日発行の「鋳物の検査」のための米国特許第 ４,４０３,２３０号公報がある。回転するカメラが欠陥の検査の間に用いられる 。また、１９８２年６月２２日発行の「透明材料から成る製品の中の表面不規則 性の存在の検出装置」のための米国特許第４,３３５,９６０号公報がある。この 装置は、ガラス容器の内部底面におけるスパイクを検出し、ガラス容器は、スリ ットの中に不透明ラインを有するスリットの上を回転して通過される。２つの光 源が光を放射し、光は、不規則性が存在すると傾斜角で屈折して容器底部を透過 してダイオードカメラに入射する。また、１９９３年４月２０日発行の「ユニー クテンプレート及びヒストグラム解析を使用する検査方法」のための米国特許第 ５,２０４,９１１号公報がある。このシステムは、定置で又は生産ラインにおい て製品の中の欠陥を検出するために使用される。ラインスキャンカメラを使用し て、画像を、製品の幾何学的格子領域に対応するマトリクスの中に格納されてい る値と比較する。また、１９９２年９月１５日発行の「ペレット検査システム」 のための米国特許第５,１４７,０４７号公報がある。このシステムでは、ペレッ トの線形部分が検査され、これにより生成されたデータが標準データと比較され る。検査の間にペレットは軸線方向に動かされる。また、１９７６年６月８日発 行の「バーチャルスキャナを有する飛翔スポットスキャンニングシステム」のた めの米国特許第２,９６２,５３８号公報がある。このシステムにおいては、プリ ズムの対称的配置によるスキャンが、平らな表面を有する媒体にわたり行われる 。また、１９８２年３月９日発行の「高温発光材料のための表面検査システム」 のための米国特許第４,３１９,２７０号公報がある。このシステムは、所定の移 送ラインに沿って移送される高温発光材料のすべての側においてマルチカメラシ ステ ムを使用する。 従来の技術はガラス表面の不規則性の検出に関わり、光学システムを用いてこ のような不規則性の存在を検出するにもかかわらず、これらのいずれのシステム も、コンパクトディスク製造において遭遇する特別の問題を処理するのに適応さ れていない。とりわけ必要なのは、ナノメータ単位の寸法のピットを有する表面 により意図的にコーティングされているガラス基板におけるミクロン単位の寸法 の不規則性を検出するシステムである。更に、検査は、ガラスマスタの遠い表面 を無視しなければならず、従って、品質コントロールに実質的に重要でない平坦 度を有する同様の反射面を無視しなければならない。更に、大部分の従来の技術 において、検査される表面が平らなディスクであるとの事実を利用していないが 、本プロセスは、この特徴に基づいて、検査対象物を回転することにより従来に 比べて検査の大幅な迅速化が可能になる。 発明の簡単な説明 本発明は、ディスク状ガラスマスタの１つの平らな表面の不完全性の検出シス テムに関する。このシステムは、前記ガラスマスタを係止するためのセルフセン タリングチャックを有し、チャックは回転して照明源の下方に移動することが可 能であり、照明源は、好ましくは、高度にコラム化され集束されたソースであり 、このソースはコンパクトディスクの上面に向けられ、従ってこのソースは、た だ１つの半径に沿ってテスト表面を照明する。１つの半径とは、ディスクの中心 からディスクのエッジへのラインに沿って又は直径の一部に沿ってのディスクの 細いスリットのことである。通常ではデータが記録されないディスクの中心部分 を含む必要はない。 本発明は、検査表面から反射された照明源からの光を受取るビデオカメラ又は その他の装置にも関する。カメラは検出手段であり、この検出手段は、検査され る表面の不完全に平坦な部分から反射された照明光のみを受取るように配向され ている。ディスクの「重要でない」表面から反射された光により影響されないよ うにカメラは、ガラスマスタの厚さに比してより短い焦点深度を有する前記光を 受取る光学装置を有する。 前記ガラスマスタを回転するステッピングモータ及びその他の手段が、ガラス マスタが光源に曝されている間に少なくとも１つの完全な回転の間に複数の位置 をガラスマスタが回転して通過するために使用される。次いで、ビデオカメラに より受取られた信号は処理されて、受取られた光レベルが、ディスクの仮定的に 平坦な部分からの光レベルと比較される。異なる半径から反射された光の間に大 幅な差が発見されるとディスクは拒絶される。 図面の簡単な説明 図１は本発明に係る検査ステーションにおけるガラスマスタの斜視図である。 好ましい実施の形態の詳細な説明 図１はガラスマスタの生産のためのアセンブリラインの１つの段階を示す。ガ ラスマスタ１はコンベヤベルト３により検査室（図示せず）内に移動され、検査 室内においてガラスマスタ１はセンサ５により検知される。セルフセンタリング （自動調心）チャック７はガラスマスタ１にガラスマスタ１の中心の孔に係合す る。ガラスマスタ１の表面は、この時点でコーティングされていないことも、種 々の材料によりコーティングされていることもある。これらの材料には、表面処 理層又は表面金属化層があるが、これらに制限されるものではない。ガラスマス タ１の表面は光源９により照明され、光源９はラスマスタの表面の少なくとも幅 狭のラジアル（半径方向）ストリップ（帯状部分）１１を照明する。照明光を細 く集束して、照明光がガラスマスタ１の下面１３を実質的に照明しないようにし てもよい。しかしながら、このように細く集束し、同時にラジアルストリップ１ １の全長を照明することは困難である。従って、光学系の焦点深度が下面１３か ら放射された光の全てを認識しないラインスキャンカメラ１５を、ガラスマスタ １の上面１７の直接上方に配置すると有利である。ラインスキャンカメラは従来 の２次元フォトサイトビデオカメラに比してより大きい空間分解能を有するので 、この操作のためにラインスキャンカメラを用いるのが好ましい。 サーボモータ１９はシャフト２１及びチャック７を駆動し、これによりガラス マスタ１がラインスキャンカメラ１５の下方で回転される。ガラスマスタ１が回 転する前に、ビデオデータの規準ラインがラインスキャンカメラ１５の下方のガ ラスの画像から収集される。照明源９は、好ましくは、（照明源９から発するラ インとして図に描かれている）正確な入射角の白熱光照明である。これらの角度 は欠陥無しのガラスマスタ１がラインスキャンカメラ１５には「暗く」見えるよ うに選択される。ラインスキャンカメラ１５から見てのバンプ２３等の欠陥はラ インスキャンカメラ１５には「明るく」見える。 ラインスキャンカメラ１５の画像は画素に分割される。好ましくは２０４８の 使用可能な画素がラインスキャンカメラ１５のアレイ（画素配列）にわたり使用 される。画像のすべての画素が一般的に「暗く」現れる場合には、画像は規準画 像として容認される。いずれかの画素が「明るく」現れる場合にはガラスは適切 な規準ラインのために回転により、このような規準ラインが見つけられるまで再 位置決めされる。表面が金属化されている場合には欠陥は明るく見えることも暗 く見えることもあり、暗さは不完全な表面における光の吸収に関連する。このよ うにしてテンプレート値を確立し、テンプレート値を異なる半径の値と比較する ことが必要であり、単に明るさを不完全性と関連付け、暗さを完全性と関連付け ることに依存してはならない。 ガラスマスタ１の底面は検査にとって重要でないのでカメラレンズは光学系の 焦点深度が、ガラスの底面に含まれているいずれの欠陥も分解しないように選択 される。 規準ラインを得るために「テンプレートマッチング」と呼称される画像処理ア ルゴリズムが使用される。このアルゴリズムは次のように動作する。ラインスキ ャンカメラ１５は２０４８の使用可能画素をラインスキャンカメラ１５のアレイ にわたり用いる。規準画像は２０４８の８ビット（０−２５５）強度値から成り 、これらの強度値は線形アレイにわたる光の実際の強度分布に相応する。ガラス のスキャンが欠陥の存在を示さない場合には、テスト強度値はある程度の小さい 公差の範囲内で規準値の近傍にそのままある筈である。ガラスのスキャンが欠陥 の存在を示す場合にはテスト強度値は、実験と実際の上での特定とにより前もっ て定められているある程度の公差の範囲を越えて規準強度からずれる筈である。 公差値が約０．８％であり、ずれが０．６％より小さい平均二乗値として計算さ れる場合には容認可能であることが分かった。 ガラスマスタ１はそれぞれの角度をそれぞれ覆う角度で回転され、これにより 異なるラジアルスキャンはラジアルスキャンのエッジにおいて僅かに重畳する。 次いで、ステッピングモータは、全表面が少なくとも一度スキャンされるまで前 進される。 欠陥が検出された場合には信号が発生され、これにより欠陥ガラスの除去が開 始される。次いで、このプロセスは生産ラインにおけるそれぞれのガラスマスタ １に対して繰返される。 本発明の好ましい実施の形態に適用された本発明の基本的な新規な特徴が図示 され、説明され、指摘されたが、図示の装置の形状及び詳細と操作の種々の除去 及び置換及び変更が、請求の範囲に定められている本発明の精神から逸脱するこ となしに当業者により行われることが可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． データの光学的記録のためのコンパクトディスクの生産に使用されるデ ィスク状ガラスマスタの１つの平らな表面の不完全性の検出装置において、 前記ガラスマスタを係止するセルフセンタリングチャックを具備し、 前記ガラスマスタを透過させて前記平らな表面の１つの半径に前記光を集束す る照明手段を具備し、 前記ガラスマスタから反射された前記照明手段から光を受取る検出手段を具備 し、前記検出手段は、前記１つの平らな表面の不完全に平らな部分から反射され た照明のみを受取るように配向され、 前記検出手段は前記光を受取る光学装置を有し、前記光学装置は前記ガラスマ スタの厚さより短い焦点深度を有し、 前記照明手段からの集束された光に曝される間に少なくとも１つの完全な回転 にわたり前記ガラスマスタを回転する手段を具備し、 前記検出手段により受取られた光レベルが、前記ガラスマスタ表面から受取ら れた先行の光レベルから求められた値を越える場合に前記ガラスマスタの拒絶を 指示する拒絶指示手段を具備することを特徴とする装置。 ２． 前記検出手段がビデオカメラを有し、先行の光レベルから求められた光 の前記値が、前記ガラスマスタ表面の回転の前に得られた光レベルを含むことを 特徴とする請求項１に記載の装置。 ３． 前記検出手段がビデオレシーバを有し、前記ビデオレシーバは、ガラス マスタから反射された光を複数の画素に分解し、拒絶指示手段が、光の値を前記 画素の強度値と比較する処理手段を有することを特徴とする請求項１に記載の装 置。 ４． 前記検出手段が検査されるガラスマスタの位置の直接上に配置されてい ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ５． データの光学的記録のためのコンパクトディスクの生産に使用されるデ ィスク状ガラスマスタの１つの平らな表面の不完全性の検出プロセスにおいて、 （ａ） 前記ディスク状ガラスマスタをセルフセンタリングチャックに載置する ステップと、 （ｂ） 前記ディスク状ガラスマスタの軸線に対して鋭角で傾斜されている前記 ガラスマスタを透過して照明光を案内することにより、１つの半径に沿って前記 ガラスマスタの前記１つの表面を照明するステップと、 （ｃ） 前記ガラスマスタの完全に平らな部分から光を受取らないように配向さ れている検出装置の中に、前記１つの表面から反射されて前記ガラスマスタを透 過した光を受取るステップと、 （ｄ） ステップ（ｃ）の第１の操作からの画素値の１つの組を記録するステッ プと、 （ｅ） 前記ガラスマスタを少なくとも１回の全回転にわたり回転し、受取った 光強度値を前記ステップ（ｄ）で記録された値と比較するステップと、 （ｆ） 前記ステップ（ｅ）での比較により、前記ステップ（ｃ）の第１の操作 からの値を越える値が得られた場合には、ガラスマスタを拒絶するステップと、 をそれぞれ具備することを特徴とする検出プロセス。 ６． 前記ステップ（ｃ）の第１の操作からの値がいくつかの値の平均値であ ることを特徴とする請求項５に記載の検出プロセス。