JPWO2005040775A1 - 外観検査装置 - Google Patents
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Abstract
光源５８は、レンズ５９によりライン状の平行光に変換され、ビーム・スプリッタ６０に入射される。ビーム・スプリッタ６０は、入射光の半分を反射して光ディスク６５の表面のライン状領域に垂直に入射させ、残りの半分を透過させて光ディスク６５の表面のライン状領域に斜めに入射させる。光ディスク６５の表面に垂直に入射された光の反射光の光量は第１カメラ６２で検出される。この入射光、反射光はともに光ディスク６５の表面に対して垂直であるため、表面に大きな欠陥が生じても第１カメラ６２の撮影において虚像が発生せず、正確な欠陥サイズの検知が可能となる。
Description
この発明は、光ディスクの表面または内部の欠陥を検査する外観検査装置に関する。
近年、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクが一般に普及してきており、各メーカにとっては、こうした光ディスクの品質管理を適切かつ効率的に行うことが重要である。このような品質管理の一つとして、製造された光ディスクの外観の微細な欠陥について検査を行う外観検査がある。各メーカーは、基本的に全ての光ディスクについて、このような外観検査を行っている。
光ディスクの微細欠陥は、例えば、ＤＶＤでは、記録ピットの成形、スパッタリング、貼り合わせ等の様々な製造工程において発生しうる。また、こうした欠陥にも様々なものがあり、例えば、ディスク表面の情報読み取り面ではダストや接着剤の跳ね等があり、ディスク内部の反射面では、微細隆起、オイル成分、泡等の問題がある。
外観検査を実施するための外観検査装置は、高分解能ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラを利用したものが一般的となっている。第１図は、外観検査装置の原理を示すもので、参照符号４０が検査対象の光ディスクである。光源４１からの光がレンズ装置４２によってライン状の光に変換され、ディスク４０上の検査領域をライン状領域４３を照射する。光ディスク４０で反射された光がカメラレンズ４４を介してラインＣＣＤ４５によって受光される。ラインＣＣＤ４５は、受光部が１列だけ配置されたＣＣＤである。なお、以下の説明において、ラインＣＣＤとしてカメラを使用する場合について述べる。ラインＣＣＤおよびカメラの何れも、光ディスクの反射光を受光して電気信号に変換するイメージセンサとして機能するものである。
光ディスク４０の一つのライン状領域４３をラインＣＣＤ４５によって撮影すると、光ディスク４０を僅かに回転させ、同様の処理を行う。これらの処理を光ディスク４０の１回転分について繰り返すことによって、光ディスク全体の撮影を行い、全体の外観検査を実施することができる。欠陥のある部分の光の反射率は、正常な部分の反射率より低い又は、高いため、撮影で暗く又は、明るく映った部分に欠陥が生じていることが分かる。
この外観検査装置は、次世代光ディスクである、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤと適宜略称する）規格の光ディスクの外観検査に対しても適用することが可能である。ここで、第２図を参照して、かかる光ディスクの外観検査を行う従来の外観検査装置の構成について説明する。
第２図に示した外観検査装置は、光源１０１、レンズ１０２、１０５、ミラー１０３、１０４、１０８、ビーム・スプリッタ１０６、アパーチャ１０９、第１カメラ１０７、第２カメラ１１０を備える。
光源１０１は、例えば、ハロゲンランプや赤色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等から構成される。光源１０１からの光は、レンズ１０２を通過することによってライン状のほぼ平行な光に集光され、ミラー１０３を介してＢＤ規格に対応した光ディスク１００の半径方向の１本のライン状領域に照射される。
光ディスク１００の反射光は、ミラー１０４で方向を変え、レンズ１０５に入射する。ここで、光ディスク１００への光の入射角および反射角はそれぞれ、例えば、３０°〜４５°である。また、ミラーは、一般的には、光線の光軸を折り曲げる働きをする平面鏡である（以下、ミラーについて同じ）。レンズ１０５を通過した光はビーム・スプリッタ１０６に進み、そこで、第１カメラ１０７に向かう光と、ミラー１０８に向かう光に分光される。第１カメラ１０７に向かったライン状の光は、第１カメラ１０７のラインＣＣＤによって受光され、それぞれ光量が検出される。
一方、ミラー１０８に進んだライン状の光は、アパーチャ１０９を介して第２カメラ１１０で受光される。第１カメラ１０７および第２カメラ１１０では、欠陥のある部分が相対的に暗く又は、明るく写る。欠陥のある部分からの反射光は、吸収、又は、乱反射等によって光量が減少するためである。第１カメラ１０７および第２カメラ１１０によって撮影されたイメージは、ディジタル処理され、各ピクセル毎の光量データとして把握される。コンピュータは、これらのデータに基づいて、欠陥部分すなわち、暗い又は、明るい部分のサイズや形状を判定する。
ここで、従来の外観検査装置の各部にどの程度の照度の光が到達しているかを、光源１０１からの光を基準に考えてみる。光ディスク１００の反射率の影響も受けるが、以降、ディスクの反射率を１００％と仮定して照度を説明する。光源１０１、レンズ１０２を介した光はレンズ１０５に到達するが、そこまでの光は、光源１０１の光のほぼ１００％の照度である。その光は、ビーム・スプリッタ１０６でそれぞれ１／２に分光されるので、第１カメラ１０７には光源１０１の光のほぼ５０％の照度の光が入射する。ミラー１０８に進んだ光は、アパーチャ１０９で半分が遮断されるため、第２カメラ１１０に、光源１０１の光のほぼ２５％の照度で入射する。
光ディスク１００の１ラインについて撮影が終了したら、ステッピングモータ等によって、光ディスク１００を僅かに回転させ、次の１ラインの撮影を行う。第３図には、ライン状の光によって照射された光ディスク１００上のライン状領域が示されており、光ディスク１００の回転とともにライン状領域が順次回転方向に移動する。ライン状の光は、基本的に、光ディスク１００の検査領域（データエリア）１２０に照射される。このように、光ディスク１００が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。この結果、第１カメラ１０７および第２カメラ１１０が検出した光量に基づいて生成される画像は、それぞれ光ディスク１００の全体を表すものとなる。
アパーチャ１０９と第２カメラ１１０は、主として光ディスク１００の凹凸を検出する機能を有する。一方、第１カメラ１０７は、光ディスク表面や反射面に含まれるダスト等の検出を行う。ここで、アパーチャ１０９と第２カメラ１１０によって凹凸を検知する方法について、第４図および第５図を参照して説明する。
第４図Ａないし第５図Ｂは、凹凸１２６のある光ディスク１２５の表面を１ラインずつラインＣＣＤ１２９によって読み取る一連の動作を表している。また、第５図Ｃは、上記一連の読み取り動作が完了した後に得られた画像であり、各ラインは、第４図Ａないし第５図Ｂに示されたそれぞれのラインに対応している。
光ディスクの凹凸は、例えば、貼り合わせの際に泡を挟み込むことによって生じたり、ゴミ等の混入に起因する隆起によって発生する。第４図Ａでは、光ディスク１２５のスキャンが凹凸１２６に差し掛かかる直前の状態を示している。反射光１２８は、光ディスク１２５の平坦部に反射してラインＣＣＤ１２９に入射する。また、アパーチャ１２７は、入射光のほぼ半分を遮っている。
次に、スキャンが進行し、入射光が凹凸１２６の端部に差し掛かった状態となり、この状態が第４図Ｂに示されている。ここで反射光１２８は、凹凸１２６の傾斜のために、第４図Ｂに示すように、第４図Ａのような通常の反射角とは異なる角度で反射し、ラインＣＣＤ１２９に入射する。
その後、スキャンは第４図Ｃに示すような状態になる。ここでは、ちょうど凹凸１２６の中央部に入射光が照射されており、その部分がほぼ平坦であるため、光ディスクからの反射光とほぼ平行な反射光となり、ラインＣＣＤ１２９に入射する。
次に、入射光が凹凸１２６の他方の端部に差し掛かった状態となり、この状態が第５図Ａに示されている。ここで反射光１２８は、凹凸１２６の傾斜のために、第５図Ａに示すように、平坦な光ディスクにおける反射角より大きな反射角で反射する。その結果アパーチャ１２７に遮られて、反射光１２８は、ラインＣＣＤ１２９に入射しない。このように、反射光１２８がラインＣＣＤ１２９に入射しない状況は、第４図Ｃに示す状態の後、第５図Ｂに示す状態の直前まで続く。
第５図Ｂに示す状態では、入射光が凹凸１２６を通過し、通常の反射角で反射することによって、反射光１２８がラインＣＣＤ１２９に入射されている。
第４図Ａから第５図Ｂに示す一連のスキャン動作が終わると、ラインＣＣＤ１２９に読み取られた光ディスク１２５の画像は、概略、第５図Ｃに示すようになる。すなわち、凹凸１２６の部分は、前半にスキャンされた部分は明るくなり、後半にスキャンされた部分は、アパーチャ１２７のために暗くなる。このような画像により、光ディスク表面の凹凸の有無を容易に判断することが可能となる。
次に、従来の外観検査装置の第１カメラ１０７（ラインＣＣＤと同様にイメージセンサとして機能する）によって、ダスト等の欠陥を撮影する態様について説明する。第６図は、従来の外観検査装置で１層構造のＤＶＤを撮影する例を示す略線図である。１層構造のＤＶＤでは、厚さが０．６ｍｍの基板を２枚貼り合わせて１．２ｍｍの厚みを有する構造とされ、情報読み取り面１３１と反射面１３０の間隔が０．６ｍｍとなる。情報読み取り面１３１は光ディスクの表面であり、反射面１３０はピット面である。２層構造のＤＶＤ（例えば、ＤＶＤ−９と称される片側から読み取られるディスク）では、２枚の基板がそれぞれ反射層および光半透過層を有し、貼り合わされる２枚の基板の間には厚さ４０〜７０μｍの中間層が配置される。
第６図は、１層構造のＤＶＤについて示すものであるが、２層構造のＤＶＤについても同様に検査がされる。２層構造の場合では、第１層と第２層のピットは、焦点距離を調整することで読み分けることができる。従って、以降では、１層構造のＤＶＤについての態様を例示する。
情報読み取り面１３１から入射したライン状の光は、反射面１３０で反射し、再び情報読み取り面１３１を通過してラインＣＣＤ１３２で検出される。ここで、反射面１３０に１００μｍの欠陥１３３が存在する場合を考えると、その欠陥部分からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤ１３２で検出される光量も小さくなる。その結果、ラインＣＣＤ１３２で撮影された画像イメージでは、その欠陥１３３に対応する部分が、暗い実像１３４として現れる。また、図中、ラインＣＣＤ１３２として表されている面は、反射光の投影されるラインＣＣＤ１３２上の面を表している。
第７図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の一態様を示す略線図である。ＢＤ規格では、透明保護層（以下、カバー層と適宜称する）の厚さが約０．１ｍｍであり、ディスク全体の厚さが１．２ｍｍであり、情報読み取り面１４１と反射面１４０の間隔が約０．１ｍｍとなる。ここで、反射面１４０に１００μｍの欠陥１４３が存在する場合を考えると、その欠陥１４３からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤ１４２で検出される光量も小さくなる。その結果、撮影される画像イメージでは、その欠陥１４３に対応する部分が、暗い実像１４４として現れる。
第８図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の一態様を示す略線図である。前述の通り、カバー層の厚さが約０．１ｍｍである。ここで、反射面１４０に５０μｍの欠陥１４３が発生していると仮定すると、その欠陥部分からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤで検出される光量も小さくなる。その結果、撮影された画像イメージでは、その欠陥１４３に対応する部分が、暗い実像１４４として現れる。
また、特開平９−２５７７２０号公報には、前述した第１図に示すのと同様に、光ディスクに斜め方向からライン状の光を照射して、その光が光ディスクに反射する反射光と、光ディスクを透過する透過光をラインセンサによって検出し、光ディスクの欠陥を検査する方法・装置が記載されている。
しかしながら、斜めの入射光を利用する外観検査装置においては、カバー層が約０．１ｍｍと薄く、情報読み取り面と反射面の間隔が小さい、ＢＤ規格に対応する光ディスクの場合では、比較的大きなサイズの欠陥が情報読み取り面に発生した場合に、その欠陥を正確に把握することができないという問題がある。
この問題点について、第９図ないし第１２図を参照して説明する。第９図は、従来の外観検査装置で１層構造のＤＶＤを検査した場合の一態様を示す略線図である。前述の通り、ＤＶＤでは、ピットが形成された反射面１３０と情報読み取り面１３１との距離が０．６ｍｍである。ここで、１００μｍの大きさの欠陥１３３が情報読み取り面１３１に発生していると仮定する。そうすると、その欠陥１３３は、情報読み取り面１３１で反射してラインＣＣＤ１３２に実像１３４が投影される。さらに、欠陥１３３による影１３６が反射面１３０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１３２に虚像１３５が投影される。
このように、欠陥１３３が情報読み取り面１３１に存在する場合は、ラインＣＣＤ１３２で実像１３４と虚像１３５の２つの像が検出される。これは、光ディスクに対し斜めの入射角で光を照射しているためである。一方、第６図に示すように、欠陥１３３が反射面１３０に存在する場合は、ラインＣＣＤ１３２では１つの像、すなわち実像１３４のみが検出される。従って、欠陥に対応する像がいくつ検出されたかによって、その欠陥が情報読み取り面１３１に存在するか、反射面１３０に存在するかを判定することができる。また、実像１３４と虚像１３５が比較的大きな間隔をもってラインＣＣＤ１３２上に投影されるのは、反射面１３０と情報読み取り面１３１との距離が０．６ｍｍと比較的大きいことに起因している。
情報読み取り面１３１と反射面１３０の間に欠陥が生じる場合もあるが、その場合には、ラインＣＣＤ１３２上の実像１３４と虚像１３５の間隔が小さくなる。従って、この実像１３４と虚像１３５の間隔を計測することによって、その欠陥が反射面１３０からどのくらいの位置にあるのかを判定することができる。
第１０図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の別の態様を示す略線図である。前述の通り、この場合ではカバー層の厚さが約０．１ｍｍである。ここで、５０μｍの欠陥１４３が情報読み取り面１４１に発生していると仮定する。そうすると、入射光は情報読み取り面１４１で反射してラインＣＣＤ１４２上に実像１４４が形成される。さらに、欠陥１４３による影１４６が反射面１４０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１４２に虚像１４５が投影される。
ここでは、第９図に示す態様とは異なり、実像１４４と虚像１４５は比較的近接した位置に現れる。これは、反射面１４０と情報読み取り面１４１との距離がＤＶＤと異なり０．１ｍｍと小さいためである。
次に、第１１図では、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合のさらに別の態様を表す略線図が示されている。前述の通り、カバー層の厚さは約０．１ｍｍである。ここでは、１００μｍの欠陥１４３が情報読み取り面１４１に存在している。そうすると、その欠陥１４３は、情報読み取り面１４１で反射してラインＣＣＤ１４２に実像１４４が投影される。さらに、欠陥１４３による影１４６が反射面１４０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１４２に虚像１４５が投影される。
この場合、ラインＣＣＤ１４２上に形成された実像１４４と虚像１４５は互いに接して一つの像を形成する。これは、光源が斜めに入射し、カバー層の厚さが約０．１ｍｍと薄く、かつ欠陥１４３のサイズが大きいために生じる現象である。
次に、第１２図を参照して、光ディスク１４０の検査において、様々なサイズの欠陥がラインＣＣＤ上の像としてどのように把握されるかについて説明する。
第１２図Ａは、情報読み取り面の欠陥１４３が５０μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する５０μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する５０μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像の間に所定の間隔が存在する状態を表している。これは、前述した第１０図の場合と同様である。実像１４４と虚像１４５の間にある空白のために、その後の処理では、これらの像を別個に、かつそれぞれの像を、欠陥のサイズと同じサイズとして把握することが可能である。
第１２図Ｂは、情報読み取り面の欠陥１４３が１００μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する１００μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する１００μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像が互いに接している状態を表している。これは、前述した第１１図の場合と同様である。実像１４４と虚像１４５が接しているために、これらの２つの像は連結され、２００μｍの大きさの１つの像として把握される。
第１２図Ｃは、情報読み取り面の欠陥１４３が１５０μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する１５０μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する１５０μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像が互いに重複している状態を表している。実像１４４と虚像１４５の重複部分は５０μｍである。この重複のために、これらの２つの像は、全体で１つの像として把握され、そのサイズは２５０μｍである。
第１２図Ｂ、第１２図Ｃから分かるように、この例では、１００μｍ以上のサイズの欠陥が情報読み取り面に発生した場合、虚像の存在によって、ラインＣＣＤには、その欠陥のサイズ以上の像が形成され、１つの欠陥と認識される。従って、例えば、欠陥の許容サイズが１５０μｍまでである場合、実際の欠陥のサイズが１００μｍから１５０μｍの間であっても、従来の外観検査装置では、実像と虚像とを一体化して実際より大きく判断するため、最終的には不良品と判断されてしまう。このような誤った判断は、適切な品質管理を阻害し、最終的には製造コストを引き上げる結果にもなる。
従って、この発明の目的は、ＢＤ規格に対応する光ディスク等の、薄い透明保護層を有する光ディスクの情報読み取り面に、比較的大きな欠陥が発生している場合であっても、正確にその欠陥のサイズを把握することができる外観検査装置を提供することにある。
光ディスクの微細欠陥は、例えば、ＤＶＤでは、記録ピットの成形、スパッタリング、貼り合わせ等の様々な製造工程において発生しうる。また、こうした欠陥にも様々なものがあり、例えば、ディスク表面の情報読み取り面ではダストや接着剤の跳ね等があり、ディスク内部の反射面では、微細隆起、オイル成分、泡等の問題がある。
外観検査を実施するための外観検査装置は、高分解能ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラを利用したものが一般的となっている。第１図は、外観検査装置の原理を示すもので、参照符号４０が検査対象の光ディスクである。光源４１からの光がレンズ装置４２によってライン状の光に変換され、ディスク４０上の検査領域をライン状領域４３を照射する。光ディスク４０で反射された光がカメラレンズ４４を介してラインＣＣＤ４５によって受光される。ラインＣＣＤ４５は、受光部が１列だけ配置されたＣＣＤである。なお、以下の説明において、ラインＣＣＤとしてカメラを使用する場合について述べる。ラインＣＣＤおよびカメラの何れも、光ディスクの反射光を受光して電気信号に変換するイメージセンサとして機能するものである。
光ディスク４０の一つのライン状領域４３をラインＣＣＤ４５によって撮影すると、光ディスク４０を僅かに回転させ、同様の処理を行う。これらの処理を光ディスク４０の１回転分について繰り返すことによって、光ディスク全体の撮影を行い、全体の外観検査を実施することができる。欠陥のある部分の光の反射率は、正常な部分の反射率より低い又は、高いため、撮影で暗く又は、明るく映った部分に欠陥が生じていることが分かる。
この外観検査装置は、次世代光ディスクである、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（以下、ＢＤと適宜略称する）規格の光ディスクの外観検査に対しても適用することが可能である。ここで、第２図を参照して、かかる光ディスクの外観検査を行う従来の外観検査装置の構成について説明する。
第２図に示した外観検査装置は、光源１０１、レンズ１０２、１０５、ミラー１０３、１０４、１０８、ビーム・スプリッタ１０６、アパーチャ１０９、第１カメラ１０７、第２カメラ１１０を備える。
光源１０１は、例えば、ハロゲンランプや赤色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等から構成される。光源１０１からの光は、レンズ１０２を通過することによってライン状のほぼ平行な光に集光され、ミラー１０３を介してＢＤ規格に対応した光ディスク１００の半径方向の１本のライン状領域に照射される。
光ディスク１００の反射光は、ミラー１０４で方向を変え、レンズ１０５に入射する。ここで、光ディスク１００への光の入射角および反射角はそれぞれ、例えば、３０°〜４５°である。また、ミラーは、一般的には、光線の光軸を折り曲げる働きをする平面鏡である（以下、ミラーについて同じ）。レンズ１０５を通過した光はビーム・スプリッタ１０６に進み、そこで、第１カメラ１０７に向かう光と、ミラー１０８に向かう光に分光される。第１カメラ１０７に向かったライン状の光は、第１カメラ１０７のラインＣＣＤによって受光され、それぞれ光量が検出される。
一方、ミラー１０８に進んだライン状の光は、アパーチャ１０９を介して第２カメラ１１０で受光される。第１カメラ１０７および第２カメラ１１０では、欠陥のある部分が相対的に暗く又は、明るく写る。欠陥のある部分からの反射光は、吸収、又は、乱反射等によって光量が減少するためである。第１カメラ１０７および第２カメラ１１０によって撮影されたイメージは、ディジタル処理され、各ピクセル毎の光量データとして把握される。コンピュータは、これらのデータに基づいて、欠陥部分すなわち、暗い又は、明るい部分のサイズや形状を判定する。
ここで、従来の外観検査装置の各部にどの程度の照度の光が到達しているかを、光源１０１からの光を基準に考えてみる。光ディスク１００の反射率の影響も受けるが、以降、ディスクの反射率を１００％と仮定して照度を説明する。光源１０１、レンズ１０２を介した光はレンズ１０５に到達するが、そこまでの光は、光源１０１の光のほぼ１００％の照度である。その光は、ビーム・スプリッタ１０６でそれぞれ１／２に分光されるので、第１カメラ１０７には光源１０１の光のほぼ５０％の照度の光が入射する。ミラー１０８に進んだ光は、アパーチャ１０９で半分が遮断されるため、第２カメラ１１０に、光源１０１の光のほぼ２５％の照度で入射する。
光ディスク１００の１ラインについて撮影が終了したら、ステッピングモータ等によって、光ディスク１００を僅かに回転させ、次の１ラインの撮影を行う。第３図には、ライン状の光によって照射された光ディスク１００上のライン状領域が示されており、光ディスク１００の回転とともにライン状領域が順次回転方向に移動する。ライン状の光は、基本的に、光ディスク１００の検査領域（データエリア）１２０に照射される。このように、光ディスク１００が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。この結果、第１カメラ１０７および第２カメラ１１０が検出した光量に基づいて生成される画像は、それぞれ光ディスク１００の全体を表すものとなる。
アパーチャ１０９と第２カメラ１１０は、主として光ディスク１００の凹凸を検出する機能を有する。一方、第１カメラ１０７は、光ディスク表面や反射面に含まれるダスト等の検出を行う。ここで、アパーチャ１０９と第２カメラ１１０によって凹凸を検知する方法について、第４図および第５図を参照して説明する。
第４図Ａないし第５図Ｂは、凹凸１２６のある光ディスク１２５の表面を１ラインずつラインＣＣＤ１２９によって読み取る一連の動作を表している。また、第５図Ｃは、上記一連の読み取り動作が完了した後に得られた画像であり、各ラインは、第４図Ａないし第５図Ｂに示されたそれぞれのラインに対応している。
光ディスクの凹凸は、例えば、貼り合わせの際に泡を挟み込むことによって生じたり、ゴミ等の混入に起因する隆起によって発生する。第４図Ａでは、光ディスク１２５のスキャンが凹凸１２６に差し掛かかる直前の状態を示している。反射光１２８は、光ディスク１２５の平坦部に反射してラインＣＣＤ１２９に入射する。また、アパーチャ１２７は、入射光のほぼ半分を遮っている。
次に、スキャンが進行し、入射光が凹凸１２６の端部に差し掛かった状態となり、この状態が第４図Ｂに示されている。ここで反射光１２８は、凹凸１２６の傾斜のために、第４図Ｂに示すように、第４図Ａのような通常の反射角とは異なる角度で反射し、ラインＣＣＤ１２９に入射する。
その後、スキャンは第４図Ｃに示すような状態になる。ここでは、ちょうど凹凸１２６の中央部に入射光が照射されており、その部分がほぼ平坦であるため、光ディスクからの反射光とほぼ平行な反射光となり、ラインＣＣＤ１２９に入射する。
次に、入射光が凹凸１２６の他方の端部に差し掛かった状態となり、この状態が第５図Ａに示されている。ここで反射光１２８は、凹凸１２６の傾斜のために、第５図Ａに示すように、平坦な光ディスクにおける反射角より大きな反射角で反射する。その結果アパーチャ１２７に遮られて、反射光１２８は、ラインＣＣＤ１２９に入射しない。このように、反射光１２８がラインＣＣＤ１２９に入射しない状況は、第４図Ｃに示す状態の後、第５図Ｂに示す状態の直前まで続く。
第５図Ｂに示す状態では、入射光が凹凸１２６を通過し、通常の反射角で反射することによって、反射光１２８がラインＣＣＤ１２９に入射されている。
第４図Ａから第５図Ｂに示す一連のスキャン動作が終わると、ラインＣＣＤ１２９に読み取られた光ディスク１２５の画像は、概略、第５図Ｃに示すようになる。すなわち、凹凸１２６の部分は、前半にスキャンされた部分は明るくなり、後半にスキャンされた部分は、アパーチャ１２７のために暗くなる。このような画像により、光ディスク表面の凹凸の有無を容易に判断することが可能となる。
次に、従来の外観検査装置の第１カメラ１０７（ラインＣＣＤと同様にイメージセンサとして機能する）によって、ダスト等の欠陥を撮影する態様について説明する。第６図は、従来の外観検査装置で１層構造のＤＶＤを撮影する例を示す略線図である。１層構造のＤＶＤでは、厚さが０．６ｍｍの基板を２枚貼り合わせて１．２ｍｍの厚みを有する構造とされ、情報読み取り面１３１と反射面１３０の間隔が０．６ｍｍとなる。情報読み取り面１３１は光ディスクの表面であり、反射面１３０はピット面である。２層構造のＤＶＤ（例えば、ＤＶＤ−９と称される片側から読み取られるディスク）では、２枚の基板がそれぞれ反射層および光半透過層を有し、貼り合わされる２枚の基板の間には厚さ４０〜７０μｍの中間層が配置される。
第６図は、１層構造のＤＶＤについて示すものであるが、２層構造のＤＶＤについても同様に検査がされる。２層構造の場合では、第１層と第２層のピットは、焦点距離を調整することで読み分けることができる。従って、以降では、１層構造のＤＶＤについての態様を例示する。
情報読み取り面１３１から入射したライン状の光は、反射面１３０で反射し、再び情報読み取り面１３１を通過してラインＣＣＤ１３２で検出される。ここで、反射面１３０に１００μｍの欠陥１３３が存在する場合を考えると、その欠陥部分からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤ１３２で検出される光量も小さくなる。その結果、ラインＣＣＤ１３２で撮影された画像イメージでは、その欠陥１３３に対応する部分が、暗い実像１３４として現れる。また、図中、ラインＣＣＤ１３２として表されている面は、反射光の投影されるラインＣＣＤ１３２上の面を表している。
第７図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の一態様を示す略線図である。ＢＤ規格では、透明保護層（以下、カバー層と適宜称する）の厚さが約０．１ｍｍであり、ディスク全体の厚さが１．２ｍｍであり、情報読み取り面１４１と反射面１４０の間隔が約０．１ｍｍとなる。ここで、反射面１４０に１００μｍの欠陥１４３が存在する場合を考えると、その欠陥１４３からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤ１４２で検出される光量も小さくなる。その結果、撮影される画像イメージでは、その欠陥１４３に対応する部分が、暗い実像１４４として現れる。
第８図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の一態様を示す略線図である。前述の通り、カバー層の厚さが約０．１ｍｍである。ここで、反射面１４０に５０μｍの欠陥１４３が発生していると仮定すると、その欠陥部分からの反射光の光量は小さく、従って、ラインＣＣＤで検出される光量も小さくなる。その結果、撮影された画像イメージでは、その欠陥１４３に対応する部分が、暗い実像１４４として現れる。
また、特開平９−２５７７２０号公報には、前述した第１図に示すのと同様に、光ディスクに斜め方向からライン状の光を照射して、その光が光ディスクに反射する反射光と、光ディスクを透過する透過光をラインセンサによって検出し、光ディスクの欠陥を検査する方法・装置が記載されている。
しかしながら、斜めの入射光を利用する外観検査装置においては、カバー層が約０．１ｍｍと薄く、情報読み取り面と反射面の間隔が小さい、ＢＤ規格に対応する光ディスクの場合では、比較的大きなサイズの欠陥が情報読み取り面に発生した場合に、その欠陥を正確に把握することができないという問題がある。
この問題点について、第９図ないし第１２図を参照して説明する。第９図は、従来の外観検査装置で１層構造のＤＶＤを検査した場合の一態様を示す略線図である。前述の通り、ＤＶＤでは、ピットが形成された反射面１３０と情報読み取り面１３１との距離が０．６ｍｍである。ここで、１００μｍの大きさの欠陥１３３が情報読み取り面１３１に発生していると仮定する。そうすると、その欠陥１３３は、情報読み取り面１３１で反射してラインＣＣＤ１３２に実像１３４が投影される。さらに、欠陥１３３による影１３６が反射面１３０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１３２に虚像１３５が投影される。
このように、欠陥１３３が情報読み取り面１３１に存在する場合は、ラインＣＣＤ１３２で実像１３４と虚像１３５の２つの像が検出される。これは、光ディスクに対し斜めの入射角で光を照射しているためである。一方、第６図に示すように、欠陥１３３が反射面１３０に存在する場合は、ラインＣＣＤ１３２では１つの像、すなわち実像１３４のみが検出される。従って、欠陥に対応する像がいくつ検出されたかによって、その欠陥が情報読み取り面１３１に存在するか、反射面１３０に存在するかを判定することができる。また、実像１３４と虚像１３５が比較的大きな間隔をもってラインＣＣＤ１３２上に投影されるのは、反射面１３０と情報読み取り面１３１との距離が０．６ｍｍと比較的大きいことに起因している。
情報読み取り面１３１と反射面１３０の間に欠陥が生じる場合もあるが、その場合には、ラインＣＣＤ１３２上の実像１３４と虚像１３５の間隔が小さくなる。従って、この実像１３４と虚像１３５の間隔を計測することによって、その欠陥が反射面１３０からどのくらいの位置にあるのかを判定することができる。
第１０図は、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合の別の態様を示す略線図である。前述の通り、この場合ではカバー層の厚さが約０．１ｍｍである。ここで、５０μｍの欠陥１４３が情報読み取り面１４１に発生していると仮定する。そうすると、入射光は情報読み取り面１４１で反射してラインＣＣＤ１４２上に実像１４４が形成される。さらに、欠陥１４３による影１４６が反射面１４０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１４２に虚像１４５が投影される。
ここでは、第９図に示す態様とは異なり、実像１４４と虚像１４５は比較的近接した位置に現れる。これは、反射面１４０と情報読み取り面１４１との距離がＤＶＤと異なり０．１ｍｍと小さいためである。
次に、第１１図では、従来の外観検査装置でＢＤ規格に対応する光ディスクを検査した場合のさらに別の態様を表す略線図が示されている。前述の通り、カバー層の厚さは約０．１ｍｍである。ここでは、１００μｍの欠陥１４３が情報読み取り面１４１に存在している。そうすると、その欠陥１４３は、情報読み取り面１４１で反射してラインＣＣＤ１４２に実像１４４が投影される。さらに、欠陥１４３による影１４６が反射面１４０に生じ、それが反射してラインＣＣＤ１４２に虚像１４５が投影される。
この場合、ラインＣＣＤ１４２上に形成された実像１４４と虚像１４５は互いに接して一つの像を形成する。これは、光源が斜めに入射し、カバー層の厚さが約０．１ｍｍと薄く、かつ欠陥１４３のサイズが大きいために生じる現象である。
次に、第１２図を参照して、光ディスク１４０の検査において、様々なサイズの欠陥がラインＣＣＤ上の像としてどのように把握されるかについて説明する。
第１２図Ａは、情報読み取り面の欠陥１４３が５０μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する５０μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する５０μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像の間に所定の間隔が存在する状態を表している。これは、前述した第１０図の場合と同様である。実像１４４と虚像１４５の間にある空白のために、その後の処理では、これらの像を別個に、かつそれぞれの像を、欠陥のサイズと同じサイズとして把握することが可能である。
第１２図Ｂは、情報読み取り面の欠陥１４３が１００μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する１００μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する１００μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像が互いに接している状態を表している。これは、前述した第１１図の場合と同様である。実像１４４と虚像１４５が接しているために、これらの２つの像は連結され、２００μｍの大きさの１つの像として把握される。
第１２図Ｃは、情報読み取り面の欠陥１４３が１５０μｍである場合に、ラインＣＣＤ上の像として、欠陥１４３に対応する１５０μｍの実像１４４と、欠陥１４３に対応する１５０μｍの虚像１４５が形成され、この２つの像が互いに重複している状態を表している。実像１４４と虚像１４５の重複部分は５０μｍである。この重複のために、これらの２つの像は、全体で１つの像として把握され、そのサイズは２５０μｍである。
第１２図Ｂ、第１２図Ｃから分かるように、この例では、１００μｍ以上のサイズの欠陥が情報読み取り面に発生した場合、虚像の存在によって、ラインＣＣＤには、その欠陥のサイズ以上の像が形成され、１つの欠陥と認識される。従って、例えば、欠陥の許容サイズが１５０μｍまでである場合、実際の欠陥のサイズが１００μｍから１５０μｍの間であっても、従来の外観検査装置では、実像と虚像とを一体化して実際より大きく判断するため、最終的には不良品と判断されてしまう。このような誤った判断は、適切な品質管理を阻害し、最終的には製造コストを引き上げる結果にもなる。
従って、この発明の目的は、ＢＤ規格に対応する光ディスク等の、薄い透明保護層を有する光ディスクの情報読み取り面に、比較的大きな欠陥が発生している場合であっても、正確にその欠陥のサイズを把握することができる外観検査装置を提供することにある。
この発明は、ライン状平行光を受光して第１のライン状平行光と第２のライン状平行光に分光し、第１のライン状平行光を検査対象の表面のライン状領域に対し垂直に照射するよう配置される少なくとも１つのビーム・スプリッタと、
第１のライン状平行光がライン状領域で反射する第１の反射光を受光する第１のイメージセンサと、
第２のライン状平行光を検査対象の表面のライン状領域に斜めに照射するよう配置される少なくとも１つのミラーと、
第２のライン状平行光がライン状領域で反射する第２の反射光を受光する第２のイメージセンサとを有することを特徴とする外観検査装置である。
この発明によれば、従来、光ディスクの表面に対して斜めに入射されていた光に加えて、光ディスクの表面に対して垂直に入射される光が提供され、さらにそれぞれの反射光の光量がイメージセンサによって検出されるため、ＢＤ規格に対応する光ディスクのような薄いカバー層を有する光ディスクの情報読み取り面に、比較的大きな欠陥が発生している場合であっても、正確にその欠陥を把握することができる。
第１のライン状平行光がライン状領域で反射する第１の反射光を受光する第１のイメージセンサと、
第２のライン状平行光を検査対象の表面のライン状領域に斜めに照射するよう配置される少なくとも１つのミラーと、
第２のライン状平行光がライン状領域で反射する第２の反射光を受光する第２のイメージセンサとを有することを特徴とする外観検査装置である。
この発明によれば、従来、光ディスクの表面に対して斜めに入射されていた光に加えて、光ディスクの表面に対して垂直に入射される光が提供され、さらにそれぞれの反射光の光量がイメージセンサによって検出されるため、ＢＤ規格に対応する光ディスクのような薄いカバー層を有する光ディスクの情報読み取り面に、比較的大きな欠陥が発生している場合であっても、正確にその欠陥を把握することができる。
第１図は、外観検査の原理の説明に使用する斜視図である。
第２図は、従来の外観検査装置の構成を示す略線図である。
第３図は、光ディスクと照射される光の関係を示す略線図である。
第４図は、アパーチャを使用して凹凸の検出をするための一連の動作を示す略線図である。
第５図は、アパーチャを使用して凹凸の検出をするための一連の動作を示す略線図である。
第６図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合の一態様を示す略線図である。
第７図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合の別の態様を示す略線図である。
第８図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第９図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１０図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１１図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１２図は、欠陥の大きさによってＣＣＤ上の像がどのように形成されるかを示した略線図である。
第１３図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す略線図である。
第１４図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置によって欠陥を検査する場合の一態様を示す略線図である。
第１５図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置によって欠陥を検査する場合の別の態様を示す略線図である。
第１６図は、この発明の第２の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す略線図である。
第２図は、従来の外観検査装置の構成を示す略線図である。
第３図は、光ディスクと照射される光の関係を示す略線図である。
第４図は、アパーチャを使用して凹凸の検出をするための一連の動作を示す略線図である。
第５図は、アパーチャを使用して凹凸の検出をするための一連の動作を示す略線図である。
第６図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合の一態様を示す略線図である。
第７図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合の別の態様を示す略線図である。
第８図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第９図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１０図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１１図は、従来の外観検査装置によって欠陥を検査する場合のさらに別の態様を示す略線図である。
第１２図は、欠陥の大きさによってＣＣＤ上の像がどのように形成されるかを示した略線図である。
第１３図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す略線図である。
第１４図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置によって欠陥を検査する場合の一態様を示す略線図である。
第１５図は、この発明の第１の実施形態に係る外観検査装置によって欠陥を検査する場合の別の態様を示す略線図である。
第１６図は、この発明の第２の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す略線図である。
１，５１ 外観検査装置
２，５８ 光源
３，７，１２，５４，５９，６１ レンズ
８，５３ アパーチャ
９，５２ 第２カメラ
１３，６２ 第１カメラ
５，６，５５，５６，５７ ミラー
４，１０，６０ ビーム・スプリッタ
２，５８ 光源
３，７，１２，５４，５９，６１ レンズ
８，５３ アパーチャ
９，５２ 第２カメラ
１３，６２ 第１カメラ
５，６，５５，５６，５７ ミラー
４，１０，６０ ビーム・スプリッタ
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
この発明は、従来、検査対象の表面に斜めに入射する光に加え、垂直に入射する光も利用して欠陥を検出するものである。また、斜めに入射する光と垂直に入射する光を提供するために、光源からの光を最初にビーム・スプリッタによって分光する。これによって、２系統の光路を作り出し、従来の外観検査装置の問題点を解消している。
最初に、この発明の第一の実施形態の外観検査装置１の構成について、第１３図を参照して説明する。外観検査装置１は、光源２、レンズ３、７、１２、ビーム・スプリッタ４、１０、ミラー５、６、アパーチャ８、第１カメラ１３、第２カメラ９、およびディスク駆動装置１６を備えている。ディスク駆動装置は、下面に配置される場合も有る。
ここで、ビーム・スプリッタ４から、ビーム・スプリッタ１０、ＢＤ規格に対応する光ディスク（以下、同様）１５を順に経由して進む光は、第１のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク１５から、ビーム・スプリッタ１０、レンズ１２、第１カメラ１３を順に経由して進む光は、第１の反射光に対応し、ビーム・スプリッタ４から、ミラー５、光ディスク１５を順に経由して進む光は、第２のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク１５、ミラー６、レンズ７、アパーチャ８、第２カメラ９を順に経由して進む光は、第２の反射光に対応する。
また、ビーム・スプリッタ４は第１のビーム・スプリッタに対応し、ビーム・スプリッタ１０は第２のビーム・スプリッタに対応し、ミラー５、６がミラーに対応する。
光源２は、例えば、ハロゲンランプや赤色ＬＥＤ等の一般的な光源である。光源２から出た光は、一般に拡散するが、これをレンズ３でライン状の平行光とし、４５°に傾けられたビーム・スプリッタ４に入射する。光源２からの光を平行光とする主な理由は、光を拡散させずに大きな照度を確保するためである。ここで、平行光は、ほぼ平行であれば良く、厳密な意味での平行光をさすものではない。
ビーム・スプリッタ４に入射した光の５０％は、反射してビーム・スプリッタ１０に進み、残りの５０％は、ミラー５に進む。ビーム・スプリッタ１０に入射した光のうち半分は、反射して光ディスク１５に対して垂直に入射し、残りは、例えば、乱反射防止のための光吸収暗幕シート１１に入射し、吸収される。光ディスク１５から反射した反射光は、今度はビーム・スプリッタ１０を通過し、さらにレンズ１２を通過して第１カメラ１３に入り結像する。光ディスク１５に照射される光の照度は、ビーム・スプリッタ４とビーム・スプリッタ１０をそれぞれ１回経由するために、光源２の照度の２５％となる。一方、第１カメラ１３に入る光の照度は、ビーム・スプリッタ４を１回、ビーム・スプリッタ１０を２回経由するために、光源２の照度の１２．５％となる。
また、レンズ１２と、第１カメラ１３に付属するレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。レンズには、撮像できる範囲を角度で表した「画角」というものがあり、画角は、主光線が主軸となす角度を全角で表した値ということになる。従来のレンズ製品の場合、ある所定の画角を持っているため、遠近の位置関係にある、異なる物空間距離にある被写体を撮像した場合に、レンズに近い距離に位置する被写体の方が、レンズに遠い距離に位置する被写体よりも大きく映るといった現象がおこる。このような現象は、正確な計測を行おうとする場合には好ましいものではない。
テレセントリックレンズが従来のレンズと大きく異なるのは、この画角が０°に限りなく近いことである。このようなレンズによって、被写体の遠近にかかわらず、その寸法や位置を正確に計測することができる。
ビーム・スプリッタ４を通過した光源の照度の５０％の光は、ミラー５で反射して、光ディスク１５に対して斜め方向から入射し、光ディスク１５で反射した光はミラー６に入射する。ここでの入射角は、従来の外観検査装置と同様、３０°〜４５°程度とすることができる。ミラー６に入射した光は、レンズ７を通過後、その半分がアパーチャ８で遮られ、第２カメラ９に入り結像する。従って、第２カメラ９には、光源２の照度の２５％の光が入射している。また、ここでも、レンズ７と第２カメラ９に付属のレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
光ディスク１５の１ラインについて撮影が終了したら、ステッピングモータ等から構成されるディスク駆動装置１６によって、光ディスク１５を僅かに回転させ、隣の１ラインにライン状の平行光が照射されるようにして撮影を行う。こうして、光ディスク１５が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。なお、上記光ディスク１５の回転は、記録・再生時と同じ回転軸で行われる。
上述した、この発明の構成により、第１カメラ１３は、検査対象である光ディスク１５を垂直方向から撮影することができ、これによって、撮影された欠陥の像は常に実像のみで構成され、正しい欠陥のサイズを得ることができる。一方、第２カメラ９には、光ディスク１５に対して斜めに入射された光の反射光が提供されるため、従来の外観検査装置と同様に、主として光ディスク表面の凹凸の検出に有効な撮影を行うことができる。
ここで、光ディスク１５を垂直方向から撮影することにより、実像のみが得られ、虚像が生じないようになる点を、第１４図および第１５図を参照して説明する。第１４図には、光ディスク１５の情報読み取り面２１に５０μｍの大きさの欠陥が存在する場合の例が示されている。光源２からの光は、ビーム・スプリッタ２５で反射して、５０％が光ディスク１５に垂直に入射する。入射光は、情報読み取り面２１と反射面２０でそれぞれ反射して、ビーム・スプリッタ２５を通過してラインＣＣＤ２２に入射し、その結果、欠陥２３に対応する実像２４がラインＣＣＤ２２上に投影される。
反射面２０における欠陥２３の影２６は結局、情報読み取り表面２１の反射による実像２４と同じエリアに投影され、虚像が形成されることはない。このことは、第１０図で虚像１４５が形成されていたのとは対照的である。
第１５図には、光ディスク１５の情報読み取り面２１に１００μｍの大きさの欠陥が存在する場合の例が示されている。光源２からの光は、ビーム・スプリッタ２５で反射して、５０％が光ディスク１５に垂直に入射する。入射光は、情報読み取り面２１と反射面２０でそれぞれ反射して、ビーム・スプリッタ２５を通過してラインＣＣＤ２２に入射し、その結果、欠陥２３に対応する実像２４がラインＣＣＤ２２上に投影される。
この場合も、第１４図の場合と同様に、虚像が形成されることはない。このことは、第１１図で虚像１４５が形成されていたのとは対照的である。さらに、第１１図の場合は、この虚像１４５によって欠陥のサイズが誤って認識されていたが、この発明による上記実施形態では、そのような誤認のおそれはない。
次に、この発明の第２の実施形態の構成について、第１６図を参照して説明する。第２の実施形態は、第１カメラへの入射光の照度を高くしてＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を改善し、欠陥の検出能力を高めると共に、照度が高いために第１カメラの露光時間を短くした結果、検査時間を短くしたものである。
第２の実施形態に係る外観検査装置５１は、光源５８、レンズ５４、５９、６１、ビーム・スプリッタ６０、ミラー５５、５６、５７、アパーチャ５３、第１カメラ６２、第２カメラ５２、およびディスク駆動装置６６を備えている。
ここで、ビーム・スプリッタ６０から光ディスク６５に進む光は、第１のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク６５から、ビーム・スプリッタ６０、レンズ６１、第１カメラ６２を順に経由して進む光は、第１の反射光に対応し、ビーム・スプリッタ６０から、ミラー５７、ミラー５６、光ディスク６５を順に経由して進む光は、第２のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク６５、ミラー５５、レンズ５４、アパーチャ５３、第２カメラ５２を順に経由して進む光は、第２の反射光に対応する。また、ミラー５７、５６およびミラー５５がミラーに対応する。
光源５８から、レンズ５９を介してビーム・スプリッタ６０に入射した光の５０％は、反射して光ディスク６５に垂直に入射し、残りの５０％は、ビーム・スプリッタ６０を通過してミラー５７に進む。
ビーム・スプリッタ６０からの光は光ディスク６５で垂直に反射し、その反射光は、今度はビーム・スプリッタ６０を通過し、さらにレンズ６１を通過して第１カメラ６２に入り結像する。第１カメラ６２に入射する光の照度は、ビーム・スプリッタ６０を２回経由しているために、光源５８の照度の２５％となり、第１の実施形態における１２．５％の２倍となっている。
また、レンズ６１と、第１カメラ６２に付属するレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
ビーム・スプリッタ６０を通過してミラー５７に進んだ光源５８の照度５０％の光は、ミラー５７、およびミラー５６で反射して、光ディスク６５に対して斜め方向から入射し、光ディスク１５で反射した光はミラー５５に入射する。ここで、光ディスク６５への入射角は、従来の外観検査装置と同様、３０°〜４５°程度とすることができる。ミラー５５に入射した光は、レンズ５４を通過後、その半分がアパーチャ５３で遮られ、第２カメラ５２に入り結像する。ここでも、レンズ５４と第２カメラ５２に付属のレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
この構成では、第１カメラ６２に入射する照度を第１の実施形態より大きくすることができたが、従来の外観検査装置の第１カメラ１０７には光源１０１の照度の５０％の光が提供されている。しかしながら、上記５０％の光は、欠陥の撮影という観点からは十分余裕のあるレベルであり、第２の実施形態のように光源の２５％の光が提供されていれば十分であると考えられる。さらに、第２の実施形態では、使用するビーム・スプリッタは１つであり、光吸収暗幕シートは不要である。
光ディスク６５の１つのライン状領域について撮影が終了したら、ステッピングモータ等から構成されるディスク駆動装置６６によって、光ディスク６５を僅かに回転させ、隣のライン状領域にライン状の平行光が照射されるようにして撮影を行う。こうして、光ディスク６５が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。
この発明の第１の実施形態および第２の実施形態の外観検査装置ともに、光ディスク１５、６５の表面に垂直に光を照射し、その反射光を撮影しようとするものであるため、光ディスク１５、６５表面の照射ラインと、第１カメラ１３、６２を結ぶ線上には、必要なレンズ１２、６１、およびビーム・スプリッタ１０、６０以外を配置することは基本的にできない。光源２、５８や第２カメラ９、５２等は、そのような制限のなかで配置される。
また、ビーム・スプリッタ６０は、様々な反射／透過比（Ｒ／Ｔ比）のものがあり、例えば、第１カメラ６２および第２カメラ５２の能力に応じてこれを取り替えることによって、第１カメラ６２および第２カメラ５２への光量の分配を調整することができる。
なお、この例では、装置スペース削減の観点からミラー５６およびミラー５７を用いているが、部品点数を減らすために、この部分を１枚のミラーで構成することもできる。
また、この発明の実施形態に関しては、ＢＤ規格に対応する光ディスクの外観検査を実施する外観検査装置について説明してきたが、従来通りＣＤやＤＶＤの検査に用いることもでき、さらに他の光ディスクについて用いることも可能である。また、光ディスクのような円形のもののみならず、様々な形状の外観検査を行うことが可能である。
例えば、テープ状の記録媒体の外観検査にこの発明の外観検査装置を適用することもでき、その場合には、ディスク駆動装置１６、６６の代わりに、記録媒体を巻き取る巻き取りローラや、挟んで送り出す送り出しローラなどの送出手段を配置する必要がある。
さらに、この発明の実施形態に関しては、光ディスクの撮像をラインＣＣＤを用いて行っているが、他のラインセンサ（例えば、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等）で実現することもできる。また、この発明では、ライン状の入射光に対する反射光を、その光の形態に合わせてラインＣＣＤで撮影しているが、入射光の形態や撮影イメージの処理方法に関して整合性を保つことができれば二次元センサを利用することも可能である。
この発明は、従来、検査対象の表面に斜めに入射する光に加え、垂直に入射する光も利用して欠陥を検出するものである。また、斜めに入射する光と垂直に入射する光を提供するために、光源からの光を最初にビーム・スプリッタによって分光する。これによって、２系統の光路を作り出し、従来の外観検査装置の問題点を解消している。
最初に、この発明の第一の実施形態の外観検査装置１の構成について、第１３図を参照して説明する。外観検査装置１は、光源２、レンズ３、７、１２、ビーム・スプリッタ４、１０、ミラー５、６、アパーチャ８、第１カメラ１３、第２カメラ９、およびディスク駆動装置１６を備えている。ディスク駆動装置は、下面に配置される場合も有る。
ここで、ビーム・スプリッタ４から、ビーム・スプリッタ１０、ＢＤ規格に対応する光ディスク（以下、同様）１５を順に経由して進む光は、第１のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク１５から、ビーム・スプリッタ１０、レンズ１２、第１カメラ１３を順に経由して進む光は、第１の反射光に対応し、ビーム・スプリッタ４から、ミラー５、光ディスク１５を順に経由して進む光は、第２のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク１５、ミラー６、レンズ７、アパーチャ８、第２カメラ９を順に経由して進む光は、第２の反射光に対応する。
また、ビーム・スプリッタ４は第１のビーム・スプリッタに対応し、ビーム・スプリッタ１０は第２のビーム・スプリッタに対応し、ミラー５、６がミラーに対応する。
光源２は、例えば、ハロゲンランプや赤色ＬＥＤ等の一般的な光源である。光源２から出た光は、一般に拡散するが、これをレンズ３でライン状の平行光とし、４５°に傾けられたビーム・スプリッタ４に入射する。光源２からの光を平行光とする主な理由は、光を拡散させずに大きな照度を確保するためである。ここで、平行光は、ほぼ平行であれば良く、厳密な意味での平行光をさすものではない。
ビーム・スプリッタ４に入射した光の５０％は、反射してビーム・スプリッタ１０に進み、残りの５０％は、ミラー５に進む。ビーム・スプリッタ１０に入射した光のうち半分は、反射して光ディスク１５に対して垂直に入射し、残りは、例えば、乱反射防止のための光吸収暗幕シート１１に入射し、吸収される。光ディスク１５から反射した反射光は、今度はビーム・スプリッタ１０を通過し、さらにレンズ１２を通過して第１カメラ１３に入り結像する。光ディスク１５に照射される光の照度は、ビーム・スプリッタ４とビーム・スプリッタ１０をそれぞれ１回経由するために、光源２の照度の２５％となる。一方、第１カメラ１３に入る光の照度は、ビーム・スプリッタ４を１回、ビーム・スプリッタ１０を２回経由するために、光源２の照度の１２．５％となる。
また、レンズ１２と、第１カメラ１３に付属するレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。レンズには、撮像できる範囲を角度で表した「画角」というものがあり、画角は、主光線が主軸となす角度を全角で表した値ということになる。従来のレンズ製品の場合、ある所定の画角を持っているため、遠近の位置関係にある、異なる物空間距離にある被写体を撮像した場合に、レンズに近い距離に位置する被写体の方が、レンズに遠い距離に位置する被写体よりも大きく映るといった現象がおこる。このような現象は、正確な計測を行おうとする場合には好ましいものではない。
テレセントリックレンズが従来のレンズと大きく異なるのは、この画角が０°に限りなく近いことである。このようなレンズによって、被写体の遠近にかかわらず、その寸法や位置を正確に計測することができる。
ビーム・スプリッタ４を通過した光源の照度の５０％の光は、ミラー５で反射して、光ディスク１５に対して斜め方向から入射し、光ディスク１５で反射した光はミラー６に入射する。ここでの入射角は、従来の外観検査装置と同様、３０°〜４５°程度とすることができる。ミラー６に入射した光は、レンズ７を通過後、その半分がアパーチャ８で遮られ、第２カメラ９に入り結像する。従って、第２カメラ９には、光源２の照度の２５％の光が入射している。また、ここでも、レンズ７と第２カメラ９に付属のレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
光ディスク１５の１ラインについて撮影が終了したら、ステッピングモータ等から構成されるディスク駆動装置１６によって、光ディスク１５を僅かに回転させ、隣の１ラインにライン状の平行光が照射されるようにして撮影を行う。こうして、光ディスク１５が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。なお、上記光ディスク１５の回転は、記録・再生時と同じ回転軸で行われる。
上述した、この発明の構成により、第１カメラ１３は、検査対象である光ディスク１５を垂直方向から撮影することができ、これによって、撮影された欠陥の像は常に実像のみで構成され、正しい欠陥のサイズを得ることができる。一方、第２カメラ９には、光ディスク１５に対して斜めに入射された光の反射光が提供されるため、従来の外観検査装置と同様に、主として光ディスク表面の凹凸の検出に有効な撮影を行うことができる。
ここで、光ディスク１５を垂直方向から撮影することにより、実像のみが得られ、虚像が生じないようになる点を、第１４図および第１５図を参照して説明する。第１４図には、光ディスク１５の情報読み取り面２１に５０μｍの大きさの欠陥が存在する場合の例が示されている。光源２からの光は、ビーム・スプリッタ２５で反射して、５０％が光ディスク１５に垂直に入射する。入射光は、情報読み取り面２１と反射面２０でそれぞれ反射して、ビーム・スプリッタ２５を通過してラインＣＣＤ２２に入射し、その結果、欠陥２３に対応する実像２４がラインＣＣＤ２２上に投影される。
反射面２０における欠陥２３の影２６は結局、情報読み取り表面２１の反射による実像２４と同じエリアに投影され、虚像が形成されることはない。このことは、第１０図で虚像１４５が形成されていたのとは対照的である。
第１５図には、光ディスク１５の情報読み取り面２１に１００μｍの大きさの欠陥が存在する場合の例が示されている。光源２からの光は、ビーム・スプリッタ２５で反射して、５０％が光ディスク１５に垂直に入射する。入射光は、情報読み取り面２１と反射面２０でそれぞれ反射して、ビーム・スプリッタ２５を通過してラインＣＣＤ２２に入射し、その結果、欠陥２３に対応する実像２４がラインＣＣＤ２２上に投影される。
この場合も、第１４図の場合と同様に、虚像が形成されることはない。このことは、第１１図で虚像１４５が形成されていたのとは対照的である。さらに、第１１図の場合は、この虚像１４５によって欠陥のサイズが誤って認識されていたが、この発明による上記実施形態では、そのような誤認のおそれはない。
次に、この発明の第２の実施形態の構成について、第１６図を参照して説明する。第２の実施形態は、第１カメラへの入射光の照度を高くしてＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を改善し、欠陥の検出能力を高めると共に、照度が高いために第１カメラの露光時間を短くした結果、検査時間を短くしたものである。
第２の実施形態に係る外観検査装置５１は、光源５８、レンズ５４、５９、６１、ビーム・スプリッタ６０、ミラー５５、５６、５７、アパーチャ５３、第１カメラ６２、第２カメラ５２、およびディスク駆動装置６６を備えている。
ここで、ビーム・スプリッタ６０から光ディスク６５に進む光は、第１のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク６５から、ビーム・スプリッタ６０、レンズ６１、第１カメラ６２を順に経由して進む光は、第１の反射光に対応し、ビーム・スプリッタ６０から、ミラー５７、ミラー５６、光ディスク６５を順に経由して進む光は、第２のライン状平行光に対応し、この光の反射光として光ディスク６５、ミラー５５、レンズ５４、アパーチャ５３、第２カメラ５２を順に経由して進む光は、第２の反射光に対応する。また、ミラー５７、５６およびミラー５５がミラーに対応する。
光源５８から、レンズ５９を介してビーム・スプリッタ６０に入射した光の５０％は、反射して光ディスク６５に垂直に入射し、残りの５０％は、ビーム・スプリッタ６０を通過してミラー５７に進む。
ビーム・スプリッタ６０からの光は光ディスク６５で垂直に反射し、その反射光は、今度はビーム・スプリッタ６０を通過し、さらにレンズ６１を通過して第１カメラ６２に入り結像する。第１カメラ６２に入射する光の照度は、ビーム・スプリッタ６０を２回経由しているために、光源５８の照度の２５％となり、第１の実施形態における１２．５％の２倍となっている。
また、レンズ６１と、第１カメラ６２に付属するレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
ビーム・スプリッタ６０を通過してミラー５７に進んだ光源５８の照度５０％の光は、ミラー５７、およびミラー５６で反射して、光ディスク６５に対して斜め方向から入射し、光ディスク１５で反射した光はミラー５５に入射する。ここで、光ディスク６５への入射角は、従来の外観検査装置と同様、３０°〜４５°程度とすることができる。ミラー５５に入射した光は、レンズ５４を通過後、その半分がアパーチャ５３で遮られ、第２カメラ５２に入り結像する。ここでも、レンズ５４と第２カメラ５２に付属のレンズは、対となってテレセントリックレンズを構成する。
この構成では、第１カメラ６２に入射する照度を第１の実施形態より大きくすることができたが、従来の外観検査装置の第１カメラ１０７には光源１０１の照度の５０％の光が提供されている。しかしながら、上記５０％の光は、欠陥の撮影という観点からは十分余裕のあるレベルであり、第２の実施形態のように光源の２５％の光が提供されていれば十分であると考えられる。さらに、第２の実施形態では、使用するビーム・スプリッタは１つであり、光吸収暗幕シートは不要である。
光ディスク６５の１つのライン状領域について撮影が終了したら、ステッピングモータ等から構成されるディスク駆動装置６６によって、光ディスク６５を僅かに回転させ、隣のライン状領域にライン状の平行光が照射されるようにして撮影を行う。こうして、光ディスク６５が１回転するまで照射と撮影が繰り返される。
この発明の第１の実施形態および第２の実施形態の外観検査装置ともに、光ディスク１５、６５の表面に垂直に光を照射し、その反射光を撮影しようとするものであるため、光ディスク１５、６５表面の照射ラインと、第１カメラ１３、６２を結ぶ線上には、必要なレンズ１２、６１、およびビーム・スプリッタ１０、６０以外を配置することは基本的にできない。光源２、５８や第２カメラ９、５２等は、そのような制限のなかで配置される。
また、ビーム・スプリッタ６０は、様々な反射／透過比（Ｒ／Ｔ比）のものがあり、例えば、第１カメラ６２および第２カメラ５２の能力に応じてこれを取り替えることによって、第１カメラ６２および第２カメラ５２への光量の分配を調整することができる。
なお、この例では、装置スペース削減の観点からミラー５６およびミラー５７を用いているが、部品点数を減らすために、この部分を１枚のミラーで構成することもできる。
また、この発明の実施形態に関しては、ＢＤ規格に対応する光ディスクの外観検査を実施する外観検査装置について説明してきたが、従来通りＣＤやＤＶＤの検査に用いることもでき、さらに他の光ディスクについて用いることも可能である。また、光ディスクのような円形のもののみならず、様々な形状の外観検査を行うことが可能である。
例えば、テープ状の記録媒体の外観検査にこの発明の外観検査装置を適用することもでき、その場合には、ディスク駆動装置１６、６６の代わりに、記録媒体を巻き取る巻き取りローラや、挟んで送り出す送り出しローラなどの送出手段を配置する必要がある。
さらに、この発明の実施形態に関しては、光ディスクの撮像をラインＣＣＤを用いて行っているが、他のラインセンサ（例えば、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型撮像素子、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサー等）で実現することもできる。また、この発明では、ライン状の入射光に対する反射光を、その光の形態に合わせてラインＣＣＤで撮影しているが、入射光の形態や撮影イメージの処理方法に関して整合性を保つことができれば二次元センサを利用することも可能である。
Claims (11)
- ライン状平行光を受光して第１のライン状平行光と第２のライン状平行光に分光し、前記第１のライン状平行光を検査対象の表面のライン状領域に対し垂直に照射するよう配置される少なくとも１つのビーム・スプリッタと、
前記第１のライン状平行光が前記ライン状領域で反射する第１の反射光を受光する第１のイメージセンサと、
前記第２のライン状平行光を前記検査対象の表面のライン状領域に斜めに照射するよう配置される少なくとも１つのミラーと、
前記第２のライン状平行光が前記ライン状領域で反射する第２の反射光を受光する第２のイメージセンサとを有することを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
前記ビーム・スプリッタに受光される前記ライン状平行光は、光源からの光を受光する第１のレンズによって生成されることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
さらに、前記第１のイメージセンサが前記第１の反射光を受光する前に、前記第１の反射光を受光する第２のレンズを有し、
前記第１のイメージセンサは第３のレンズを含み、
前記第２のレンズと前記第３のレンズがテレセントリックレンズを構成することを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
さらに、前記第２のイメージセンサが前記第２の反射光を受光する前に、前記第２の反射光を受光する第４のレンズを有し、
前記第２のイメージセンサは第５のレンズを含み、
前記第４のレンズと前記第５のレンズがテレセントリックレンズを構成することを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲４に記載の外観検査装置において、
さらに、前記第２のイメージセンサが前記第２の反射光を受光する前に、前記第２の反射光の一部を遮断するアパーチャを有することを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
前記ビーム・スプリッタが１つであり、
前記ビーム・スプリッタで反射した光が前記第１のライン状平行光であり、前記ビーム・スプリッタを透過した光が前記第２のライン状平行光であることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
前記ビーム・スプリッタが、第１のビーム・スプリッタおよび第２のビーム・スプリッタの２つであり、
前記第１のビーム・スプリッタで反射した光が第２のビーム・スプリッタで受光され、前記第１のビーム・スプリッタを透過した光が前記第２のライン状平行光であり、
前記第２のビーム・スプリッタで反射した光が前記第１のライン状平行光であることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
前記検査対象が光ディスクであり、
前記第１のライン状平行光と前記第２のライン状平行光が、前記光ディスクの半径方向の１つの前記ライン状領域に照射され、
前記第１のイメージセンサおよび前記第２のイメージセンサが、それぞれラインセンサで構成されることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲８に記載の外観検査装置において、
さらに、前記光ディスクを回転させるディスク駆動手段を有し、
前記第１のイメージセンサが、受光した前記第１の反射光を撮影し、前記第２のイメージセンサが、受光した前記第２の反射光を撮影した後に、前記ディスク駆動手段が、前記光ディスクの隣のライン状領域に前記第１のライン状平行光と前記第２のライン状平行光が照射されるよう前記光ディスクを回転させることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１に記載の外観検査装置において、
前記検査対象がテープ状の記録媒体であり、
前記第１のライン状平行光と前記第２のライン状平行光が、前記記録媒体の長手方向に垂直な１つのライン状領域に照射され、
前記第１のイメージセンサおよび前記第２のイメージセンサが、それぞれラインセンサで構成されることを特徴とする外観検査装置。 - 請求の範囲１０に記載の外観検査装置において、
さらに、前記記録媒体を送出する送出手段を有し、
前記第１のイメージセンサが、受光した前記第１の反射光を撮影し、前記第２のイメージセンサが、受光した前記第２の反射光を撮影した後に、前記送出手段が、前記記録媒体の隣のライン状領域に前記第１のライン状平行光と前記第２のライン状平行光が照射されるよう前記記録媒体を移動させることを特徴とする外観検査装置。
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