JPS5890153A - 欠陥を検出する方法及び凹み欠陥の寸法を測定する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光学ディスクの欠陥の測定、更に具（３） 体的に云えば、光学ディスクの情報面の小さな局部的な
不規則性の測定に関する。

光学ディスクは透明材料で作られたＬＰレコードと大体
同じ寸法を持つ平坦な円板であって、ディスクの内部に
埋設された記録面のトラックに情報が貯蔵される。トラ
ックは、トラックを形成した記録面に対して光学的な対
照性を持つ一連の逐次的な小さな標識で構成される。光
スポットをトラックに沿って走査し、標識の光学的な対
照性によって反射光の変化を検出することにより、トラ
ックから情報が再生される。典型的には、標識の光学的
な対照性は、周囲の記録面と較べた標識の反射率のレベ
ルの違いとして現われる。光学ディスクは非常に高い密
度の情報貯蔵能力を持ち、ビデオ番組資料の記録並びに
再生に商業的に使われている。

光学ディスクの記録面は、面に貯蔵された情報が誤差な
しに再生出来る様にする為に、完全に平坦な状態に保た
なければならない。例えば、ビデオ光学ディスクに微視
的な寸法でも、欠陥がある（４） と、ビデオ番組情報の再生が乱れ、画像の脱落。

フレームの飛越し並びにその他の許容し難い再生上の問
題を招く。

従って、光学ディスクを製造する時、この様な欠陥を検
出して測定する方法があれば望捷しい。

欠陥の検出をディスク製造過程に経済的に用いることが
出来る様に、こういう欠陥を素早く検出出来ることも望
ましい。

ビデオ光学ディスクを製造する分野では、欠陥の検出は
２つの形式で行なわれている。１つの方式では、仕上げ
られた光学ディスクを組立てラインから取出し、単に光
学ディスク再生装置で再生する。再生されたビデオ画像
を監視し、許容し難い様な品質のビデオ画像が観察され
た時、そのディスクを廃棄する。この方式は、製造され
たことごとくの光学ディスクの再生面全体をこの様に検
査するとすれば、延べ時間の点で極めて高価になる。

２番目の方式は、１本又は更に多くの細い光ビームを記
録面に投射し、この面から反射された光ビームの変化を
検出するものである。係属中の米国特許出願通ｔ〜番号
第３００，３６４号には、普通の光学ディスク再生装置
を変更して、反射ビームの位置の偏差を検出することが
出来且つ光学ディスクの情報面に於ける欠陥の有無並び
にその寸法に関係づけることが出来る様に、特別に配置
された補助ビームを発生する様にした１つの方法が記載
されている。

この第２の方式は、この様な変更した再生装置を高速走
査様式で動作させて、ディスク全体を再生するのに要す
るよりもずっと短い時間で、光学ディスクの欠陥を検査
することが出来る点で、最初の方式より改良されている
。然し、ディスク製造過程で品質監理の検査に費やされ
る時間を尚更短縮する為に、光学ディスクの欠陥を検査
する更に速やかな方法を提供することが望１れている。

この発明はこの要望に応えるものである。

この発明は１枚の透明材料の表面、例えば、光学ディス
クの記録面の成る区域にある凹み形欠陥の寸法を測定す
る方法を提供する。透明な板の面上の検査しようとする
区域と断面寸法並びに形が比肩し得る様なコリメートさ
れた光ビームを用意する。

例えば、光学ディスクの場合、ディスクの情報面は大き
な環状区域を有する。このディスクを検査する為に用意
されるコリメートされた光ビームの断面は、円形又は環
状であって、ディスクの環状の情報表面積を含む位に大
きいことが好ましい。

ビームが、検査する面の平面に対して略垂直な方向に前
記板に差し向けられ、検査する面の反対側で、ビームの
通路にスクリーンを用意する。ビームがスクリーンに入
射して、明るい視野を発生する。ディスクに凹み形欠陥
が存在すれば、それは光ビームを屈折させ、明るい視野
の中に円形の影を作る。こういう円形の影の寸法を測定
して、それらを発生した凹み欠陥の寸法に関係づけ、欠
陥の寸法を確認する。影の寸法と欠陥の寸法との正確な
相関性により、欠陥を正確に測定することが出来る。

前述の手順を用いて、この発明は許容し得る光（７） 学ディスクを許容し難いものから大量検査する速やかな
方法を提供する。例えば、ビデオ番組情報を担持する光
学ディスクの場合、特定の寸法よシ太きガ寸法を持つ凹
み形欠陥が存在することは、許容し難いと考えられる様
なビデオ再生時の乱れに関係づけることが出来る。この
発明の考えを生産ラインから出て来た完成ディスクの検
査に適用することにより、ディスクを速やかに試験して
、再生に使える確率を大量検査することが出来る。

従って、この発明が、光学ディスクの様な透明々板の表
面の品質を検査する速やかな方法を提供すると共に、板
の表面にある凹形欠陥の寸法を正確に測定し得ることが
理解されよう。この発明は、生産ラインから出て来るデ
ィスクの演奏試験のコストを引下げることにより、光学
ディスクの様な品質の高い透明な情報ディスクの製造コ
ストを著しく節約する。この発明のその他の面廉びに利
点は、以下図面について詳しく説明する所から明らかに
なろう。

第１図は澄明プラスチックで作られていて、ＬＰ（８） レコードと大体同じ寸法並びに形を持つ平坦で円形の光
学ディスク１０の斜視図である。ディスクの中心に開口
１２が設けられていて、その情報を読取る為に、高速回
転が出来る様に、ディスクをスピンドル（図に示してな
い）にのせることが出来る様にしている。

第２図は第１図に示したディスク１０の部分断面図であ
る。ディスク１０は小さなすき間１８だけ離れた２枚の
ディスク部分１４．１６で作られており、このすき間は
例えば接着剤で充填して、２つの部分１４．１６を固着
することが出来る。

情報は、ディスクの２つの部分１４．１６の内面２０．
２２に貯蔵される。典型的には、情報は、逐次的に相隔
たる標識から成るトラックの形で貯蔵され、これらの標
識は、その中に標識を形成した周囲の面とは光学的な対
照性を持つ。

ディスク１０を読取るには、光ビームをディスク１０の
部分１４．１６の内の一方の透明材料を介して、一方の
反射面２０又は２２の情報トラック上に小さなスポット
として結像し、ディスクを回転して光スポットがトラッ
クに沿って走査する様にすると共に、面から反射され且
つトラックに沿って標識が交互に存在すること並びに存
在しないことによって変調された光を検出する。

この様々ディスクに対する再生装置は、典型的には、装
置によって読取る情報トラックに結像したスポットを中
心合せした状態に保つトラッキング・サーボ装置と、光
スポットをトラック上の合焦状態に保つ焦点サーボ装置
とを含む。こういうサーボ装置が、トラックを形成した
情報面の平坦さに若干の緩やかな変化があっても、光ス
ポットをトラック上に中心合せし且つ合焦状態に保つこ
とが出来る。然し、例えば微視的な欠陥の為、この面の
平坦さに大きな急激ガ偏差があると、サーボの限界を越
え、光スポットは合焦状態を脱し又は所望のトラックか
ら離れ、ディスクから再生される情報の流れが中断され
ることがある。この様な中断は重大な問題であり、こう
いう問題を持つディスクは普通はビデオ再生用に使えな
いと考えれる。

トラッキング・サーボ及び焦点サーボの限界を越える程
の、情報面の平坦さの大きな変化を生ずる普通の１形式
の欠陥は、「凹み」である。第３図は、凹み欠陥２４の
中心を通る様に切断したディスク部分１４の一部分の断
面図である。ディスク部分１４の厚さに対する凹み２４
の寸法は、見易くする為に、著しく誇張しである。ディ
スク部分１４は実際には数ミリの厚さであシ、凹みは深
さが１０ミクロンであることがある。凹み１４の表面の
形は典型的には中心線２６に対して対称的である。凹み
２４の側面２８の勾配により、結像された光ビームの反
射光が、通常の通路からそらされることが理解されよう
。この光のそれによシ、前に述べたサーボ・トラッキン
グが出来外くなり、その結果情報が失われる。

以上に述べた所から、凹み２４の側面２８の勾配は、読
取光ビームの望ましくないそれに直接的に関係づけるこ
とが出来ることが理解されよう。

実際、凹み欠陥の寸法を情報の損失と相関させて、ディ
スクにある凹み欠陥の寸法が判れば、公知の（１１） 品質の再生装置で情報を再生するのにディスクが許容し
得るものであるかどうかを、高い確率で確認することが
出来る。この発明は、この様な凹み欠陥の寸法を確認す
る手段を提供する。

第４図はこの発明の考えに従って構成された装置の断面
図で、基本的な動作原理を例示している。

装置は、第３図について述べた様な凹み欠陥がディスク
に存在すること並びにその寸法を検出するのに使われる
光学装置である。装置３０は、直径の大きな円形断面の
コリメートされた光ビーム３２を発生する大形カセグレ
ン光学装置である。光学装置３２が約１２．５吋の直径
を持つ１次反射鏡３４と、２次反射鏡３６とを有する。

２つの鏡３４゜３６は大きな円筒形ハウジング３８によ
って支持されている。支持枠４０が２次鏡３６に近いハ
ウジング３８の端に設けられている。この支持枠４０を
使って、その中に配置し得る光学ディスク（図に示して
ない）を支持すると共に、ディスクを光ビーム３２の中
心軸線に対して直交する平面内に保つ。１次鐘３４け小
さな開口４２を持ち、小型（１２） の高強度灯４４からの光がこの開口を通って細い発散ビ
ーム４６として２次鏡３６に向けられ、２次鏡３６がビ
ーム４６をはねかえして、実質的に１次鐘３４の全体に
及ぶ様にする。１次鏡３４が光ビーム３２をコリメート
された光ビーム３２として、２次鏡３６の方向に反射す
る。カセグレン光学装置の構成並びに動作の原理は、例
えば天文観測等の光学分野で周知であり、従ってこ＼で
は詳しく説明しない。

コリメートされた光ビーム３２が枠４０のディスク支持
区域を通過して、その通路内に配置された普通の投影ス
クリーンの様なスクリーン４８に入射する。スクリーン
４８は、第４図に矢印５０で示す様に、枠４０内に保持
されたディスクの平面から距離りの所に配置される。

第５図は第４図のａ５−５で切った断面図であり、円筒
形ハウジング３０によって支持された大形の環状１次鏡
３４を示している。小さな高強度灯４４が、１次鏡３４
の孔４２に中心合せされていることが判る。

第６図はこの発明の好ましい実施例の光学装置のブロッ
ク図である。好ましい実施例では、光学装置３０は、出
て来るコリメートされた光ビーム３２が垂直方向になる
様に配置する。鏡５２をこの通路内に約４５°の角度に
配置して、出て来るコリメートされた光ビーム３２を、
やけシ垂直方向に整合したスクリーン４８に差し向ける
。こうすることにより、好ましい実施例の支持枠４０は
、後で説明する様に有効に利用することが出来る。

第８図は光学装置３０の端面図で、好ましい実施例の支
持枠４０の細部を示している。第７図は支持枠４０の断
面図である。これらの図を一緒に参照して説明すると、
支持枠４０はディスク支持集成体を有する。この集成体
は、ハウジング３８の内側に沿って約１２０°の間隔で
配置された３つのスペーサ５６にボルト５８を通して、
ディスク支持集成体５４にねじ込むことにより、ハウジ
ング３８の内部に支持されている。ディスク支持集成体
５４は押え６０及び台６２を持ち、これらがボルト６４
によって一緒にボルト締めされ、硝子板６６を支持する
様になっている。台６２が、取付はボルト５８をねじ込
む外側要素を形成する案内リング６８の内側と摺動自在
に係合している。

３本の留めねじ７０が互いに１２０°隔たる位置に配置
されていて、台６２が正しい向きになった時、台６２を
案内リング６８に固定する。２本の棒７２が、案内リン
グ６８の中で台６２を動かす把手として作用する。

実際には、前に第６図について説明した様に、光学装置
３０は垂直向きに配置されていて、支持枠４０が第７図
の矢印７４で示す様に上向きになっている。押え６０が
成る角度の斜面７６を持つことが判る。押え６０の一番
内側部分の直径は、この装置を使って検査しようとする
ディスクの外径よりごく僅かだけ大きい。押え６０によ
って形成された開口６８の中にディスクを配置する時、
斜面７６が、ディスクを支持してその向きを定めるのに
役立つ硝子板６６に接する様な中心合せ位置へ、ディス
クを案内する。台６２は、中心合せされて支持されたデ
ィスクの向きが、検査する面（１５） がコリメートされた光ビームの中心軸線に対して略垂直
になる様な向きになるように、調節される。

こうして好ましい実施例は、一旦ディスクが調節されて
固定されると、ディスクを開ロア８内に大寸かに配置す
れば、支持枠４０が、光学装置３０の中心軸線に対して
垂直な向きを向く様に、速やかに且つ自動的にディスク
を中心合せしてその向きを定める様に作用するという点
で、組立てラインでディスクを速やかに検査するのに特
に適している。硝子板６６は、接着剤等によって硝子板
６６に取付けられる２次鏡３６に対する支持体として作
用すると共５に、後で説明する様にディスクに対する支
持体としても作用する。

第９図はスクリーン４８の図であって、それに入射した
コリメートされた光ビーム３２（第４図）によって生ず
る明るい視野８０を示している。２次鏡３６（第４図）
の影５６が視野８ｏ内に見られる。光学ディスクに凹み
形欠陥が存在することによって生ずる様な種類の暗い円
形の屈折形８２が視野内に存在する。図から判る様に、
暗い円形（１６） の影８２は、一連の明るいリング及び暗いリング８４に
よって取囲まれている。影８２並びに関連した同心リン
グ８４の形は、前に第４図について説明したコリメート
された光ビームの通路内に配置された光学ディスクにあ
る凹み形欠陥によって発生される屈折パターンに特有で
ある。従って、こ＼で説明する光学形式によ勺、光学デ
ィスクの光学的ガ欠陥が存在することを検出する方法が
得られることが理解されよう。更に、以下説明する考え
により、こういう欠陥の寸法を知ることが出来る。

第１０図は第３図に示すのと同一のディスク部分１４の
断面図である。第１０図は、第４図に示す様に配置した
時のディスク部分１４に対するスクリーン４８の側面図
でもある。ディスク部分１４の厚さに較べて、スクリー
ン４８は第８図に示すよシも、ディスク部分１４から一
層大きな距離の所にあることが理解されよう。好ましい
距離は１メータである。

コリメートされた光ビーム３２（第４図の光線８５）が
ディスク部分１４を通過してスクリーン４８に達するこ
とが示されている。図から判る様に、光線８５は、側面
２８の勾配による角度、並びにディスク部分１４のプラ
スチックと周囲の材料の間の屈折率の差の為、凹み２４
の側面２８でそらされる。ディスクの凹み形欠陥を検査
する時、各々のディスクの２つの部分は別々に検査する
。

この為、周囲の材料は典型的には空気であり、屈折率は
１である。それ角φが、スクリーン４８に於ける光線８
５の入射点を点８６から点８６′へと、図示の様に距離
Ｌφに等しい分だけそらす。この為、図示の形の幾何学
から、中心線２６からの点８６′の半径方向の距離Ｒは
、そらされなかった光線２４の中心線２６からの半径方
向の距離ｒに対して次の様に関係づけることが出来る。

Ｒ＝　ｒ　＋　Ｌφ それ角φは数学的に表わすことが出来る。その式は次の
様に導き出される。

初めに、第１０図に示した周囲の情報面２０からの凹み
２４の面２８の深さｈは、面２８上の点の半径方向の距
離ｒに対して次の式で関係づけることが出来る。

ｈ　−Ａ／ｒ　　　　　　　　　　　　　　　（１１こ
＼でＡは測定する特定の凹みの寸法を表わす定数である
。

従って、面２Ｂの勾配は次の式で表わすことが出来る。

・凸−−−Ａ／ｒ２−凹みの勾配　　　　（２）ｒ 公知の光学理論を用い、すき間材料の屈折率が１に等し
いと仮定すれば、光線８５（第１図）がそらされる角度
φは大体次の様に表わされる。

φ；（Ｎ−１）（凹みの勾配） ＝　（Ｎ−１）　（Ａ／ｒ２）　　　　　　　（３１こ
＼でＮはディスク部分１４の屈折率である。

第１０図で示した幾何学的な関係から Ｒ−ｒ　十Ｌφ　　　　　　　　　　（４）従って Ｒ＝ｒ＋Ｌ（Ｎ　　１）Ａ／ｒ”　　　　　　　　（５
）第１１図は（５）式を表わすグラフ９０、並びにグ（
１９） ラフ９０の漸近線を示す為の、その構成成分の曲線Ｒ＝
ｒ及びＲ−Ｌ（Ｎ−１）ｋ／ｒ２　のグラフである。

第１１図から、グラフ９０は、中心線２６から距離ｒｍ
Ｉｎ　　の所にある光線８５（第１０図）に対して、Ｒ
の最小値、即ちＲｍｌｎを持つことが判る。

然し、ディスク部分１４の情報面２０に対して法線方向
の向きでディスク部分１４に入射する光線では、中心線
２６とスクリーン４８との交点６６からＲｍｉｎ未満の
距離の所で、スクリーン４８に入射する光はない。云い
換えれば、ディスク部分１４の表面に対して法線方向の
向きに凹み２４が形成されたディスク部分１４を通過す
るコリメートされた光ビームの明るい視野の中に、凹み
２４によって半径Ｒｍｉ　ｎの円形の影が生ずる。

第９図を見れば、円形の影８２を測定することにより、
この影を生じた凹みの寸法を決定することが出来ること
が判る。

詳しく示うと、前掲の（５）式から、ｄ　Ｒ／ｄ　ｒ　
をＯに等しいとおいて、Ｒｍｉｎを定めることが出来る
。

（２０） 即ち ０　　＝　　１−２Ｌ（Ｎ−１）Ａ／ｒう　　　　　　
　　　　　　（６）これから ｒｍｉｎ　”’　Ｃ２Ｌ（Ｎ−１）Ａ　〕ｌ／ラ　　　
　　　　　　　（７）従って Ｒｍｉｎ＝（２１ハ＋２−’１５）　ＣＬ（Ｎ−１）Ａ
〕ｌ／３＝　２．０５３　［Ｌ（Ｎ−１）Ａ　］ｌ／ラ
　　　（８）これを使って 前に第１０図について説明した様に、量Ａはｈ＝Ａ／ｒ
であるから、凹み２４の特性を表わすものである。従っ
て、この発明の考えに従って発生されたスクリーン上の
視野に出来た円形の影の半径を測定することにより、凹
み形欠陥の寸法を測定することが出来る。

上に述べた様な厳密な数学的な考えを使わなくても、経
験的な方法により、この発明の考えに従って、凹み欠陥
の寸法と円形回折パターンの間の相関性を導き出すこと
が出来る。例えば、タリサー７装置を使うという様な普
通の測定方法を用いて、凹みの正確な測定値が得られる
。この様な従来の測定方法は時間がか＼ることかあるが
、限られた数のディスクの欠陥に対して一旦行なってお
けば、ディスクをこの発明に従って検査し、経験的な相
関性を設定することが出来る。この発明に従って構成さ
れた所定の光学装置に対して一旦こういう相関性が設定
され＼ば、他のディスクにある欠陥は、こうして導き出
した相関性を用いて測定することが出来る。

更に、この発明の光学装置を一旦設定すれば、検査する
ディスクは支持枠内に単に配置し、スクリーンに発生さ
れた明るい視野の円形の影を検査するだけでよいから、
従来の方式に較べて非常に速やかに測定゛を行なうこと
が出来る。影を測定することにより、凹みに関する情報
が得られる。従来の方式では、ディスクを高速走査様式
であっても、光ビームによって走査しなければならなか
ったが、この発明は凹みに関する情報を求めるずっと速
やかな方法を提供する。

以上の説明から、この発明が、表面の不規則性の測定、
特に光学ディスクの凹み形欠陥の測定で、著しい進歩を
もたらしたことが理解されよう。特にこの発明は、凹み
形欠陥の有無並びにその寸法に関する正確な情報を得る
為に、光学ディスクにコリメートされた大きな光ビーム
を加える敏速で非常に正確な光学方式を提供する。この
発明の特定の実施例を例として詳しく説明したが、この
発明の範囲内で種々の変更が可能であることは云うまで
もない。従って、この発明は特許請求の範囲の記載以外
に制約されないことを承知されたい。

【図面の簡単な説明】 第１図は光学ディスクの斜視図、第２図は第１図の光学
ディスクの部分断面図、第３図は第１図の光学ディスク
を構成する２つの部分の内の一方の部分断面図で、その
凹み形欠陥を示している。 第４図はこの発明の考えに従って構成された光学装置の
断面図、第５図は第４図の線５−５で切った断面図、第
６図はこの発明の好ましい実施例の光学装置の図、第７
図は第４図の光学装置の部分（２３） 断面図で、その支持枠を詳しく示している。第８図は第
４図の光学装置４の端面図で、これからコリメートされ
た光が出て来るが、その支持枠をも示している。第９図
はこの発明の考えに従って発生される明るい視野を示す
スクリーンの平面図、第１０図は第３図に示すのと同様
な図で、スクＩＪ−ンに対する幾何学的な関係を示す。 第１１図はこの発明の好ましい実施例に関連して用いる
式を表わすグラフである。 主な符号の説明 ３０：光学装置 ４８ニスクリーン （２４）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）透明な材料の板の表面の検査すべき区域内にある欠
   陥を検出する方法に於て、検査すべき区域の寸法と比肩
   し得る断面寸法を持つコリメートされた光ビームを用意
   し、該ビームを前記表面の平面に対して略垂直な方向に
   前記板に通し、該板から出て来るビームの通路内にスク
   リーンを設けて、ビームが明るい視野としてスクリーン
   に入射する様にし、該視野内に発生する円形の影があれ
   ば、該影の寸法を測定する工程から成る方法。 ２、特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、円形の
   影の測定した寸法をそれを生じた凹み欠陥の寸法に関係
   づける工程を含む方法。 ３）透明な材料の板の表面にある検査すべき区域の凹み
   欠陥の寸法を測定する装置に於て、検査すべき前記区域
   の寸法に比肩し得る断面寸法を持つコリメートされた光
   ビームを発生するコリメート手段と、前記板の表面の平
   面が前記ビームの中心軸線に対して略垂直の向きになる
   様に且つ検査すべき区域が前記ビームと交差する様に、
   前記板をコリメートされた光ビームの通路内に支持する
   支持手段と、前記板から出て来るビームの通路内に設け
   られていて、ビームが当該スクリーンに明るい視野とし
   て入射する様例したスクリーンとを有する装置。 ４）特許請求の範囲３）に記載した装置に於て、前記支
   持手段が、前記板が前記支持手段に配置された時、該板
   を中心合せする中心合せ手段を備えている装置。 ５）特許請求の範囲４）に記載した装置に於て、前記コ
   リメート手段は、コリメートされた光ビームの中心軸線
   が略垂直の向きになる様に設け、前記中心合せ手段は、
   重力作用によってディスクを支持手段内に中心合せする
   手段で構成されている装置。 ６）特許請求の範囲５）に記載した装置に於て、前記支
   持手段が、前記表面がコリメートされた光ビームの中心
   軸線に対して略垂直の向きになる様に、前記板を支持す
   る支持面と、コリメートされた光ビームの中心軸線に対
   して成る角度を持つ面を持っていて、重力の作用によっ
   てディスクを支持面上に案内する案内要素とで構成され
   ている装置０ ７）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、円形の
   ディスク形の板の欠陥を検出するのに使われる様になっ
   ていて、前記案内手段が、ディスクが支持面にのつかる
   時、ディスクをコリメートされた光ビームに対して中心
   合せした状態に案内する手段を有する装置。 ８）％許請求の範囲５）に記載した装置に於て、鏡を持
   ち、該鏡の反射面がコリメートされた光ビームに対して
   成る角度を持ち、前記鏡から出て来る光ビームの通路内
   に略垂直向きに配置されている装置。