【発明の詳細な説明】
両面光ディスク面検査装置
発明の分野
本発明は、ディジタル・データを光学的に記録するための、コンパクト・ディ
スクのような光ディスクの製造に関し、特に、製造プロセス中の両面光ディスク
の表面の欠陥の品質管理に関する。
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／又はビデオ情報のような
、ディジタル又はアナログ情報の記録キャリヤであり、平らな円盤状のプラスチ
ック面を有し、その上には、情報に従ってデータにより変調された光学的構造体
が形成されている。上記データは、コンパクト・ディスクの表面上に、長さが種
々に変化する凹部の形で形成され、上記凹部は、螺旋状のトラック内に配列され
ている。上記凹部は、ナノメートル単位の大きさを持ち、対応する隆起部を持つ
金型により、射出成形により形成される。コンパクト・ディスク上に記憶された
情報は、コンパクト・ディスクが回転するにつれて、螺旋状トラックに沿ってレ
ーザ装置を案内する、通常プレーヤと呼ばれる読取り装置により読み取られる。
レーザ光線が当たっている部分に凹部が存在するかしないかは、レーザ光線の真
下の表面からの反射光の強さの変化により検出される。この方法により凹部の長
さが検出され、データとして解読される。最近、読取りができる側の面を外にし
て接着された、比較的薄い二枚のコンパクト・ディスクから成る両面コンパクト
・ディスクが提案されている。
コンパクト・ディスクを製造するには、射出成形プロセスで使用するための金
型を作る必要がある。同じコンパクト・ディスクを大量生産するには、数個のス
タンパが準備される。何故なら、成形プロセス中に、ある回数スタンパを使用す
ると摩耗してしまうからである。これらのスタンパは、逆の凹部パターン、すな
わち、次のコピーの際に凹部でなければならない場所に凸部をもつ表面上に、薄
い金属層をコーティングすることにより製造される。このプロセスは、コンパク
ト・ディスクと呼ばれる表面からスタートする。
光ディスク上に記録された凹部の微妙な大きさは、可視光線の波長程度のもの
である。従って、製造されたディスクの表面に、平らなディスク面上の凹凸とし
て検出される恐れのあるミクロン単位の欠陥があるかどうかを検査するための品
質管理は非常に重要である。このような検査は、大量生産ラインの一部として行
う必要がある。ディスクは、一方の面が走査され、その後第二の面を走査するこ
とができるように、ロボット・アームにより反転される。現在求められているの
は、装置でディスクを反転しなくても、コンパクト・ディスクの両面を同時に走
査することができる装置である。
光によりディスク内又はディスク面の欠陥を検出する方法が研究されてきた。
特に、１９８１年１２月２２日付けの米国特許第４，３０６，８０８号は、「デ
ィスクの傷の検査システム」を開示している。このシステムは、ディスク上への
ドリッピングによる欠陥を検出するため、非常に高い入射角度から表面を横切っ
てラインを走査するためにレーザ光線を使用している。１９９４年５月１０日付
の米国特許第５，３１１，２７６号は、「ディスク・プレートの裁断縁部の傷を
検出するための装置」を開示している。このシステムの場合、リニア光源からの
光は一次元画像化装置により受光されるので、ディスクの裁断縁部の傷はディス
クリミネータにより検出される。１９９４年８月３０日付の米国特許第５，３４
３，２８８号は、「自動ディスクの光学的評価」を開示している。このシステム
の場合には、光は狭く、細長いビーム状に形成される。ライン走査カメラ・アレ
イ・システムが表示領域を走査し、風防の対向面により反射されたビームの画像
の位置を示す信号を発生する。
１９９４年５月３日付の米国特許第５，３０９，４８６号は、「円筒形の核燃
料ペレット用の非接触傷の検出」を開示している。このシステムの場合、傷は一
連の走査を記録するためのライン走査カメラを使用して検出され、ピクセル値が
域値と比較される。１９９０年４月１０日付の米国特許第４，９１４，８２８号
は、「表面検査装置及び方法」を開示している。このシステムは、曲面自動ディ
スク上の面の凹凸を二点間の曲率の部分的半径を計算することにより測定する。
１９８９年１０月１７日付の米国特許第４，８７４，９４０号は、「透明な容器
の検査方法及び装置」を開示している。このシステムは、容器の底に内部に付着
したディスク又は異物があるかどうかを検査する。このシステムは直線光線を使
用しているが、この光線は欠陥から反射した場合、予め定めた域値を超える。
１９８８年４月２６日付の米国特許第４，７４１，０４２号は、果物の傷を検
出するための画像処理システムを開示している。このシステムは、回転した場合
、その果物から一連のグレイ・レベルを入手するためにライン走査カメラを使用
する。画像は処理され、グレイ・レベルの領域の円形の形を傷とみなすことによ
り、傷の大きさが決定される。欠陥の検査が行われている間、回転カメラが使用
される。１９８２年６月２２日付の米国特許第４，３３５，９６０号は、「透明
な材料で作られた品物の表面の凹凸の存在を検出するための装置」を開示してい
る。この装置は、その中に半透明なラインを有するスリット上を、回転しながら
通過したディスク容器の内部基部上の突出部を検出する。二つの光源が光を放射
し、凹凸がある場合には、その光は容器基部を通って斜めにダイオード・カメラ
に向かって屈折する。１９９３年４月２０日付の米国特許第５，２０４，９１１
号は、「唯一のテンプレート及びヒストグラム分析を使用する方法」を開示して
いる。このシステムは、静止している製品又は生産ライン上の製品の欠陥を検出
するために使用される。ライン走査カメラが、ある画像をその製品の幾何学的格
子領域に対応するマトリックスに記憶されている数値と比較するために使用され
る。
１９９２年９月１５日付の米国特許第５，１４７，０４７号は、「ペレット検
査システム」を開示している。ペレットの直線部分が検査され、基準と比較され
るディジタル・データが発生する。検査中、ペレットは軸方向に移動する。１９
７６年６月８日付の米国特許第３，９６２，５３８号は、「仮想スキャナを使用
する飛行点走査システム」を開示している。このシステムの場合には、平面を有
する媒体を横切って、対称的に配置されたプリズムにより走査が行われる。１９
８２年３月９日付の米国特許第４，３１９，２７０号は、「高温放射物質の表面
検査システム」を開示している。このシステムは、予め定めた移動ラインに沿っ
て移動する高温放射物質のすべての側面上で多重カメラ・システムを使用する。
従来技術は、表面の凹凸の検出に関するものであり、上記凹凸の存在を決定す
るのに光学的システムを使用しているが、どのシステムも半透明な層により表面
が分離されている組立ライン生産中に、両方の表面を同時に検査することができ
ない。
発明の概要
本発明は、両面コンパクト・ディスクの両方の平面の欠陥を検出するためのシ
ステムである。このシステムは、コンパクト・ディスクを保持し、光源が半径に
沿って試験中の表面を照明するように、コンパクト・ディスクを光源の下で回転
できるようにする自動調心チャックを含む。半径とは、ディスクの中心付近から
ディスクの縁部へのライン又は直径の一部に沿った、ディスクの狭いスリットを
意味する。普通、データの記録が行われないディスクの中心部分を含む必要はな
い。
本発明は、光源から出て、検査中の表面から反射する光を受光するための一組
のビデオ・カメラ、又は一組の他のビデオ監視装置を含む。上記カメラは、検査
中の表面の欠陥のある平らな部分から反射した光を受光するように配置された検
出手段である。
パルス・モータ又は他の回転手段がコンパクト・ディスクを回転するために使
用され、多くの位置を通過して少なくとも完全に１回転する間にコンパクト・デ
ィスクは光源により照射される。ビデオ・カメラが受光した信号はその後処理さ
れ、受光した光のレベルと、ディスクの平らな部分と見なされる部分からの光の
レベルと比較される。異なる半径から反射した光との間に有意な違いが認められ
る場合には、そのディスクは不合格とされる。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の検査ステーションのコンパクト・ディスクの斜視図である。
発明の詳細な説明
図１は、コンパクト・ディスクを製造するための組立ラインの一つの段階であ
る。コンパクト・ディスク１は、コンベア・ベルト３により検査チャンバ（図示
せず）に運ばれ、そこでセンサ５により欠陥の検出が行われる。自動調心チャッ
ク７は、その中心にある孔を通してコンパクト・ディスクと係合する。ディスク
の両方の表面は光源９により照射され、この光源は少なくともコンパクト・ディ
スクの各表面の狭い半径方向のスリット１１を照射する。好適には、コンパクト
・ディスクの各表面の真上に、ライン走査カメラ１５を設置することが好ましい
。この操作にライン走査カメラが好ましいのは、従来の二次元フォトサイト・ビ
デオ・カメラよりも空間的解像度が遥かに高いからである。
サーボ・モータ１９がシャフト２１を駆動し、チャック７によりカメラ１５の
下のコンパクト・ディスクが回転する。コンパクト・ディスクを回転する前に、
ライン走査カメラ１５の下のディスクの画像から、ビデオ・データの基準ライン
が収集される。光源９は、（図中に光源９からの数本の線で描かれた）正確な入
射角を使用する白熱光源であることが好ましい。カメラの視野の隆起２３のよう
な欠陥は、カメラから見た場合「輝点」となる。
カメラの画像はピクセルに分解される。ライン走査カメラのアレイを横切って
、２０４８個の使用可能なピクセルを使用することが好ましい。画像のすべての
ピクセルが「暗く」見える場合には、その画像は基準画像として採用される。反
対にすべてのピクセルが「明るく」見える場合には、上記基準ラインが見つかる
まで正しい基準ラインに対して回転させることにより、位置の変更が行われる。
テンプレート値を確立し、この数値を異なる半径の数値と比較し、単に明るい部
分が欠陥で暗い部分が欠陥のない部分と見なさないようにしなければならない。
基準ラインを入手するために、「テンプレート・マッチング」という画像処理
アルゴリズムが使用される。その動作を以下に説明する。ライン走査カメラは、
そのアレイを横切って２０４８個の使用可能なピクセルを使用している。基準画
像は２０４８個の８ビット（０〜２５５）の輝度値を持ち、これらの輝度値はリ
ニア・アレイを横切る光の実際の輝度分布に対応する。ディスクを走査した結果
欠陥が発見されなかった場合には、試験輝度値は基準値の近くの小さな許容範囲
内に含まれていなければならない。ディスクを走査した結果欠陥が見つかった場
合には、試験輝度値は、実験及び実際の仕様により予め定まるある許容誤差以上
基準輝度からずれることになる。許容誤差値が約０．８％であり、偏差の計算結
果が平均自乗値で０．６％未満である場合には合格である。
コンパクト・ディスクは種々の角度で回転するので、異なる半径走査はその縁
部で少し重なる。その後、パルス・モータは表面全体が少なくとも一度走査され
るまで回転する。
欠陥が検出された場合には、欠陥のあるディスクを除去するために信号が発生
する。その後、生産ラインの各コンパクト・ディスクに対して、上記プロセスが
繰り返される。
好適な実施形態を参照しながら、本発明の基本的な新規な特徴を図示し、説明
してきたが、当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなしに、図に示す
装置及びその動作の形式及び詳細に関して、種々の省略、置き換え及び変更を行
うことができることを理解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Double-sided optical disk surface inspection device
Field of the invention
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a compact disk for optically recording digital data.
For the manufacture of optical discs, such as discs, especially double-sided optical discs during the manufacturing process
Quality control of surface defects.
Background of the Invention
Compact discs may contain, for example, audio and / or video information.
, A carrier for digital or analog information, a flat disc-shaped plastic
Optical structure having a data surface and modulated with data according to information
Are formed. The above data is stored on the surface of the
Formed in the form of a variable recess, said recesses being arranged in a spiral track
ing. The recess has a size in nanometers and has a corresponding ridge
It is formed by injection molding using a mold. Stored on a compact disc
Information is recorded along spiral tracks as the compact disc rotates.
It is read by a reading device, usually called a player, which guides the user device.
The presence or absence of a recess at the part where the laser beam is striking depends on the trueness of the laser beam.
It is detected by a change in the intensity of light reflected from the lower surface. By this method the length of the recess
Are detected and decoded as data. Recently, I set the reading side to the outside
Double-sided compact consisting of two relatively thin compact discs bonded together
-A disc has been proposed.
To produce a compact disc, you need gold for use in the injection molding process.
You need to make a mold. To mass produce the same compact disc, several
Tampa is prepared. Because the stamper is used a certain number of times during the molding process
Otherwise, it will be worn. These stampers have the opposite recess pattern,
That is, on a surface that has protrusions where it must be recessed for the next copy,
It is manufactured by coating a metal layer. This process is compact
Start from a surface called a disc.
The subtle size of the concave part recorded on the optical disk is about the wavelength of visible light.
It is. Therefore, the surface of the manufactured disc should have unevenness on the flat disc surface.
To inspect for micron-level defects that can be detected
Quality control is very important. Such inspections are performed as part of a mass production line.
It is necessary. The disc is scanned on one side and then on the second side.
Inverted by the robot arm so that What is currently being sought
Can run on both sides of a compact disc at the same time without having to flip the disc
It is a device that can be inspected.
Methods for detecting defects in a disk or a disk surface by light have been studied.
In particular, U.S. Pat. No. 4,306,808, issued Dec. 22, 1981, describes "
Disc Scratch Inspection System ". This system is
Crosses the surface from very high angles of incidence to detect defects due to dripping
A laser beam is used to scan the line. May 10, 1994
U.S. Pat. No. 5,311,276 issued to U.S. Pat.
Apparatus for detecting ". In this system, a linear light source
Since light is received by the one-dimensional imaging device, scratches on the cutting edge of the disc are
Detected by criminator. U.S. Patent No. 5,34, issued August 30, 1994.
No. 3,288 discloses "optical evaluation of automatic disks". This system
In this case, the light is formed in a narrow, elongated beam. Line scan camera array
The system scans the display area and an image of the beam reflected by the opposing surface of the draft shield
Generates a signal indicating the position of.
U.S. Pat. No. 5,309,486, issued May 3, 1994, describes a "cylindrical nuclear fuel.
Non-contact flaw detection for feed pellets ". With this system, scratches are one
The pixel values are detected using a line scan camera to record a series of scans and the pixel values are
Compared to the threshold. U.S. Pat. No. 4,914,828, issued Apr. 10, 1990.
Discloses a "surface inspection apparatus and method". This system uses automatic curved surfaces
The unevenness of the surface on the disc is measured by calculating a partial radius of curvature between two points.
U.S. Pat. No. 4,874,940, issued Oct. 17, 1989, discloses "Transparent containers.
Inspection method and apparatus ". This system adheres internally to the bottom of the container
Inspect for burnt discs or foreign objects. This system uses straight rays.
However, when this light ray is reflected from a defect, it exceeds a predetermined threshold value.
U.S. Pat. No. 4,741,042, issued Apr. 26, 1988, examines fruit wounds.
An image processing system for outputting an image is disclosed. If this system rotates
Uses a line scan camera to get a series of gray levels from the fruit
I do. The image is processed and the circular shape of the gray level area is considered as a flaw.
And the size of the flaw is determined. A rotating camera is used while the defect is being inspected
Is done. U.S. Patent No. 4,335,960, issued June 22, 1982, discloses "Transparent
For detecting the presence of irregularities on the surface of goods made of various materials "
You. This device rotates on a slit with a translucent line in it,
The protrusion on the inner base of the disc container that has passed is detected. Two light sources emit light
If there are irregularities, the light can be directed obliquely through the
Refracted toward. U.S. Pat. No. 5,204,911 issued Apr. 20, 1993.
Issue discloses "How to use only template and histogram analysis"
I have. The system detects defects on stationary products or products on the production line
Used to A line scan camera converts an image to the geometric
Used to compare with the numbers stored in the matrix corresponding to the child area
You.
U.S. Pat. No. 5,147,047, issued Sep. 15, 1992, discloses "Pellet Detection.
Inspection system ". The straight part of the pellet is inspected and compared with the standard
Digital data is generated. During the inspection, the pellet moves axially. 19
U.S. Pat. No. 3,962,538, issued Jun. 8, 1976, describes the use of a virtual scanner.
A flight point scanning system ". In the case of this system,
The scanning is performed by symmetrically arranged prisms across the media to be scanned. 19
U.S. Pat. No. 4,319,270, Mar. 9, 1982, discloses a "surface of high temperature emissive material.
Inspection system ". This system follows a predetermined travel line
Use a multiple camera system on all sides of the moving hot emitter.
The prior art relates to the detection of surface irregularities, and determines the presence of the irregularities.
Optical systems are used to control the surface, but each system has a translucent layer
Both surfaces can be inspected at the same time during assembly line production, which is separated
Absent.
Summary of the Invention
The present invention provides a system for detecting defects on both flat surfaces of a double-sided compact disc.
Stem. This system holds a compact disc and the light source is
Rotate the compact disc under the light source to illuminate the surface under test along
Includes self-centering chuck that allows for The radius is from near the center of the disc
Cut a narrow slit in the disc along a line or part of the diameter to the edge of the disc
means. It is not usually necessary to include the center of the disc where no data is recorded.
No.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a set of light receiving and reflecting light from a surface under inspection.
Video camera, or a set of other video surveillance devices. The above camera is inspected
A detector arranged to receive light reflected from a defective flat area on the inside surface
It is an exit means.
A pulse motor or other rotating means is used to rotate the compact disc.
Compact data during at least one complete rotation through many positions
The disk is illuminated by a light source. The signal received by the video camera is then processed.
The level of light received and the amount of light from what is considered a flat part of the disc.
Compared to the level. Significant difference between light reflected from different radii
If so, the disc is rejected.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 is a perspective view of a compact disc of the inspection station of the present invention.
Detailed description of the invention
FIG. 1 shows one stage of an assembly line for producing compact discs.
You. The compact disc 1 is connected to an inspection chamber (shown in FIG.
), Where the sensor 5 detects a defect. Self-aligning chat
The disc 7 engages the compact disc through a hole in its center. disk
Both surfaces are illuminated by a light source 9, which is at least a compact
The narrow radial slit 11 on each surface of the disk is irradiated. Preferably compact
-It is preferable to install the line scanning camera 15 directly above each surface of the disk
. A line-scan camera is preferred for this operation, as is the traditional two-dimensional photosite browser.
The spatial resolution is much higher than that of a video camera.
The servo motor 19 drives the shaft 21 and the chuck 7
The lower compact disc spins. Before rotating the compact disc,
From the image on the disk below the line scan camera 15, the video data reference line
Is collected. The light source 9 has an accurate input (depicted by several lines from the light source 9 in the figure).
An incandescent light source using an angle of incidence is preferred. Like a bump 23 in the camera's field of view
A major defect is a “bright spot” when viewed from the camera.
The camera image is broken down into pixels. Across an array of line scan cameras
, 2048 available pixels are preferably used. All of the images
If the pixel looks "dark", the image is taken as the reference image. Anti
If all pixels appear "bright" in the pair, then the above reference line is found
The position is changed by rotating the reference line up to the correct reference line.
Establish a template value, compare this number to a different radius value, and simply
It must be ensured that the dark areas are not defective and the dark areas are not defective.
Image processing called "template matching" to obtain the reference line
An algorithm is used. The operation will be described below. Line scanning cameras are
2048 available pixels are used across the array. Reference image
The image has 2048 8-bit (0-255) luminance values, and these luminance values are
It corresponds to the actual luminance distribution of light traversing the near array. The result of scanning the disk
If no defects are found, the test brightness value should be a small tolerance near the reference value.
Must be included within. If a defect is found as a result of scanning the disc
In this case, the test brightness value shall be equal to or more than a certain tolerance that is predetermined by the experimental and actual specifications.
It will deviate from the reference luminance. When the allowable error value is about 0.8%,
A pass is obtained if the result is less than 0.6% in mean square value.
Since the compact disc rotates at various angles, different radial scans
Some overlap in the part. The pulse motor is then scanned over the entire surface at least once.
Until it rotates.
If a defect is detected, a signal is generated to remove the defective disk
I do. The above process is then applied to each compact disc in the production line.
Repeated.
The basic novel features of the present invention will be illustrated and described with reference to the preferred embodiments.
However, it will be apparent to those skilled in the art that
Various omissions, substitutions, and changes have been made in the form and details of the device and its operation.
Please understand that it can be done.