KR101328996B1 - Absolute position measuring method, absolute position measuring apparatus, and binary scale - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 절대 위치 측정 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 절대 위치 이진 코드(APBC)를 이용한 이진 스케일을 광학적으로 판독하여 절대 위치를 산출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an absolute position measuring method, and more particularly, to a method for calculating an absolute position by optically reading a binary scale using an absolute position binary code (APBC).
다양한 정밀 시스템(precision systems) 및 과학 기계(scientific instruments) 에서, 정밀한 위치 측정은 구동 시스템(actuating systems)을 모니터링하고 제어하는 기본 요소이다. 레이저 간섭계와 광학 인코더는 전형적인 위치 센서들이다. 레이저 간섭계는 간섭 무늬를 카운팅하고 서브-분할(sub-dividing)하여 서브-나노미터 해상도를 가지고 위치를 측정한다. 상기 간섭 무늬의 주기는 레이저 광원의 파장에 의하여 결정된다. In various precision systems and scientific instruments, precise position measurement is a fundamental component of monitoring and controlling actuating systems. Laser interferometers and optical encoders are typical position sensors. The laser interferometer counts and sub-divides the interference fringes to measure position with sub-nanometer resolution. The period of the interference fringe is determined by the wavelength of the laser light source.
광학 인코더는 스케일을 사용한다. 상기 스케일은 균일하고 주기적인 패턴을 가진다. 상기 패턴은 수 내지 수십 마이크로 미터의 피치를 가진다. 상기 광학 인코더는 간섭 무늬 또는 강도 프로파일(intensity profile)을 처리하여 위치 값(position readouts)을 얻는다.Optical encoders use scale. The scale has a uniform and periodic pattern. The pattern has a pitch of several to tens of micrometers. The optical encoder processes the interference fringe or intensity profile to obtain position readouts.
상기 레이저 간섭계는 높은 정밀도를 달성할 수 있다. 그러나, 상기 레이저 간섭계는 잘 제어된 환경 조건(well controlled environmental condition) 및 세심한 정렬(delicate alignment)을 요구한다.The laser interferometer can achieve high precision. However, the laser interferometer requires well controlled environmental conditions and delicate alignment.
증분 위치 측정(incremental position measurement)에서, 위치 값은 초기 위치로부터 상대 변위를 누적하여 얻어진다. 상기 증분 위치 측정은 정밀 스테이지 및 위치 모니터링과 같은 많은 응용 분야에 적용되고 있다.In incremental position measurement, the position value is obtained by accumulating relative displacements from the initial position. The incremental position measurement is applied in many applications such as precision stage and position monitoring.
그러나, 상기 증분 위치 측정은 오직 상대 변위를 측정하고, 절대 위치를 측정하기 위하여 추가적인 센서를 사용한 초기화를 요구한다. However, the incremental position measurement only measures relative displacement and requires initialization with an additional sensor to measure the absolute position.
상기 절대 위치 측정은 정밀 시스템의 효율성과 강건성(robustness)을 증가시킨다. 왜냐하면, 절대 위치 측정은 초기화를 요구하지 않고, 다양한 돌발 상황(emergency events)을 처리할 수 있다. 상기 절대 위치 측정은 전력 소모가 엄격하게 제어되어야하는 응용분야에서도 장점을 가진다.The absolute position measurement increases the efficiency and robustness of the precision system. Because absolute position measurement does not require initialization, it can handle various emergencies. The absolute position measurement also has advantages in applications where power consumption must be tightly controlled.
광학 인코더는 비용 및 복잡성의 증가없이 구현될 수 있기 때문에, 광학 인코더는 절대 위치 측정에 널리 사용된다. Since optical encoders can be implemented without increasing cost and complexity, optical encoders are widely used for absolute position measurements.
절대 인코더는 특별히 설계된 스케일을 요구한다. 절대 위치 이진 코드(absolute position binary code; APBC)는 상기 스케일에 인코딩된다. 초기에는, 상기 APBC는 멀티-트랙 코드(multi-track code)를 사용하여 인코딩되었고, 증분형 트랙(incremental track)이 높은 분해능을 위하여 추가되었다. 그러나, 인코더 헤드의 복잡한 구성(complex configuration)과 정렬 문제(alignment issue)는 상기 스케일의 멀티-트랙 구성에 기인하여 불가피하다.Absolute encoders require a specially designed scale. Absolute position binary code (APBC) is encoded at this scale. Initially, the APBC was encoded using multi-track code, and incremental tracks were added for high resolution. However, the complex configuration and alignment issues of the encoder head are inevitable due to the multi-track configuration of this scale.
따라서, 절대 위치와 정확한 위치를 제공하는 새로운 구조의 인코더가 요구된다.Thus, there is a need for a new structure of encoder that provides absolute and accurate positions.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 절대 위치를 알 수 있는 절대 위치 인코더를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide an absolute position encoder that can know the absolute position.
본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 방법에서 절대 위치 이진 코드(APBC)의 1 비트를 나타내는 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할되고, 상기 절대 위치 이진 코드로 구성된 이진 스케일을 제공하는 단계; 광학계 및 광센서 어레이를 통하여 상기 이진 스케일의 이미지를 획득하는 단계; 및 상기 이미지를 처리하여 절대 위치를 산출하는 단계를 포함한다. 상기 광학계의 배율은 하나의 세그먼트에 대응하는 이미지의 폭이 상기 광센서 어레이의 픽셀 폭의 정수 배가 되도록 정한다.In an absolute position measuring method according to an embodiment of the present invention, a data cell representing one bit of an absolute position binary code (APBC) includes a data section, a neutral section, and a clock section of a relatively fixed position, wherein each section is Providing a binary scale comprising one or more segments, wherein the data cell is sub-divided into equal segments at equal intervals, the binary position consisting of the absolute position binary code; Acquiring the binary scale image through an optical system and an optical sensor array; And calculating the absolute position by processing the image. The magnification of the optical system is determined such that the width of the image corresponding to one segment is an integer multiple of the pixel width of the photosensor array.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 테이터 섹션은 상기 데이터 셀 내부에서 이진 상태를 나타내기 위하여 상기 세그먼트 폭의 정수 배로 이동할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, the data section may move by an integer multiple of the segment width to represent a binary state inside the data cell.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 이미지를 처리하여 절대 위치를 산출하는 단계는: 하나의 데이터 셀 폭에 대응하는 픽셀 서브셋에서 상기 클락 섹션과 가장 근접하게 정렬된 클락 픽셀을 찾는 단계; 하나의 데이터 셀 폭에 대응하는 상기 픽셀 서브셋에서 상기 클락 픽셀의 차수를 클락 픽셀 인덱스로 할당하는 단계; 상기 클락 픽셀 인덱스를 감소시키는 방향으로 상기 클락 픽셀 인덱스을 순환적으로 이동(circularly shifting)하여 절대 코드 픽셀 인덱스를 얻는 단계; 각 픽셀 서브셋에서 상기 절대 코드 픽셀 인덱스에 대응하는 절대 코드 픽셀들의 세기를 이용하여 픽셀 서브셋의 이진 상태를 결정하는 단계; 이진 상태가 결정된 픽셀 서브셋들의 이진 코드는 룩업 테이블을 통하여 절대위치 코드로 변환되는 단계; 각 픽셀 서브셋에서 최대의 세기를 가지고 상기 데이터 섹션의 위치에 대응하는 데이터 픽셀을 찾는 단계; 상기 데이터 픽셀 주위의 픽셀값들을 사용하여 상기 데이터 섹션의 상대 위상을 계산하는 단계; 상기 상대 위상이 영 이상인 경우 -2π 만큼 빼는 단계; 상기 절대 위치 코드, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스, 및 상기 상대 위상을 이용하여 상기 절대 위치를 계산하는 단계;들 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present disclosure, processing the image to calculate an absolute position includes: finding a clock pixel that is most closely aligned with the clock section in a pixel subset corresponding to one data cell width; Assigning the order of the clock pixel as a clock pixel index in the pixel subset corresponding to one data cell width; Circularly shifting the clock pixel index in a direction of decreasing the clock pixel index to obtain an absolute code pixel index; Determining a binary state of a pixel subset using the intensity of absolute code pixels corresponding to the absolute code pixel index in each pixel subset; Converting the binary code of the pixel subsets whose binary state is determined into an absolute position code through a lookup table; Finding a data pixel corresponding to a position of the data section with a maximum intensity in each pixel subset; Calculating a relative phase of the data section using pixel values around the data pixel; Subtracting by -2π when the relative phase is zero or more; The method may further include calculating the absolute position using the absolute position code, the absolute code pixel index, and the relative phase.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 선형 회귀 기법을 사용하여 길이 의존 에러 항을 제거하는 단계; 및 서브-분할 과정의 비선형 에러를 상기 상대 위상에 따른 사인파형 함수로 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method comprising removing a length dependent error term using a linear regression technique; And correcting the nonlinear error of the sub-division process by a sinusoidal function according to the relative phase.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 데이터 셀은 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타낼 수 있다.In one embodiment of the present invention, the data cell may represent one bit of a first absolute position binary code in a first direction and one bit of a second absolute position binary code in a second direction perpendicular to the first direction. have.
본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치에서 절대 위치 이진 코드(APBC)의 1 비트를 나타내는 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고, 상기 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할되고, 상기 절대 위치 이진 코드로 구성된 이진 스케일; 상기 스케일에 광을 조사하는 광원; 상기 이진 스케일을 투과하거나 상기 이진 스케일에서 반사된 광을 집속하는 광학계; 및 상기 이진 스케일의 이미지를 감지하는 광센서 어레이를 포함한다. 상기 광학계의 배율은 하나의 세그먼트에 대응하는 이미지의 폭이 상기 광센서 어레이의 픽셀 폭의 정수 배가 되도록 정한다.In an absolute position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, a data cell representing one bit of an absolute position binary code (APBC) includes a data section, a neutral section, and a clock section, wherein each section is one or more regular interval segments. Wherein the data cell comprises: a binary scale sub-divided into equal segments at said intervals, said binary position comprising said absolute position binary code; A light source for irradiating light to the scale; An optical system for focusing the light transmitted through the binary scale or reflected from the binary scale; And an optical sensor array for sensing the image of the binary scale. The magnification of the optical system is determined such that the width of the image corresponding to one segment is an integer multiple of the pixel width of the photosensor array.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 광학계는: 상기 스케일에 상기 광원의 출력광을 조사하는 대물렌즈부; 및 상기 스케일에서 반사되어 상기 대물 렌즈부를 통과한 광을 상기 광센서 어레이에 집속하는 이미지 렌즈부를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical system comprises: an objective lens unit for irradiating the output light of the light source to the scale; And an image lens unit reflecting light reflected from the scale and passing through the objective lens unit to the optical sensor array.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 광원의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈; 및 상기 평행광의 광 경로를 변경하여 상기 대물 렌즈부에 제공하고 상기 대물 렌즈부에서 제공되는 광을 상기 이미지 렌즈부에 제공하는 빔 분리기를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a collimator lens for converting the light of the light source into parallel light; And a beam splitter configured to change the optical path of the parallel light to provide the objective lens unit and provide the light provided from the objective lens unit to the image lens unit.
본 발명의 일 실시 예에 따른 이진 스케일에서 절대 위치 이진 코드(APBC)의 1 비트를 나타내는 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고, 상기 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할되고, 상기 절대 위치 이진 코드로 구성된다.A data cell representing one bit of an absolute position binary code (APBC) in a binary scale according to an embodiment of the present invention includes a data section, a neutral section, and a clock section, each section including one or more regular interval segments. And the data cell is sub-divided into equal segments at equal intervals and consists of the absolute position binary code.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 데이터 섹션은 상기 데이터 셀 내부에서 이진 상태를 나타내기 위하여 이동할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the data section may move to indicate a binary state inside the data cell.
본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 이진 스케일에서 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 제1 데이터 섹션, 제1 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제1 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 마크 패턴이 형성된 경우 (0,0) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀을 2차원으로 배열하여 2차원 절대 위치 스케일을 형성할 수 있다.2 representing one bit of the first absolute position binary code in the first direction and two bits of the second absolute position binary code in the second direction perpendicular to the first direction in the two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention. The dimensional data cell comprises a first data section, a first neutral section, and a first clock section in a relatively fixed position in a first direction, each section comprising one or more segments, wherein the two-dimensional data cell is described above. Sub-divided into equal intervals into segments. The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is subdivided into equal segments at equal intervals. The two-dimensional data cell displays a (0,0) state when a mark pattern is formed to fill an intersection area of the first data section and the second data section. When the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the first neutral region in the first direction, the two-dimensional data cell displays a (1,0) state. When the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the second neutral region in the second direction, the two-dimensional data cell displays a (0,1) state. The two-dimensional data cell moves in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region to form the mark pattern. Display. The two-dimensional data cells may be arranged in two dimensions to form a two-dimensional absolute position scale.
본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 이진 스케일에서 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 제1 데이터 섹션, 제1 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제1 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 제1 마크 패턴이 형성된 경우, (0,0) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 상기 제2 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 연장되어 상기 제3 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 제4 마크 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시한다. 상기 2차원 데이터 셀을 2차원으로 배열하여 2차원 절대 위치 스케일을 형성할 수 있다.2 representing one bit of the first absolute position binary code in the first direction and two bits of the second absolute position binary code in the second direction perpendicular to the first direction in the two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention. The dimensional data cell comprises a first data section, a first neutral section, and a first clock section in a relatively fixed position in a first direction, each section comprising one or more segments, wherein the two-dimensional data cell is described above. Sub-divided into equal intervals into segments. The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is subdivided into equal segments at equal intervals. The two-dimensional data cell displays a (0,0) state when a first mark pattern is formed to fill an intersection area of the first data section and the second data section. The two-dimensional data cell displays a (1,0) state when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region to form the second mark pattern. The two-dimensional data cell displays a (0,1) state when the first mark pattern extends in the second direction by the width of the second neutral region to form the third mark pattern. In the two-dimensional data cell, when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region, a fourth mark mark pattern is formed. , (1,1) status is displayed. The two-dimensional data cells may be arranged in two dimensions to form a two-dimensional absolute position scale.
본 발명은 새로운 절대 위치 측정 방법을 제공한다. 상기 절대 위치 측정 방법은 싱글 트랙 이진 코드(single track binary code)를 사용하고, 절대 위치 코드는 하나의 이진 상태 표현(one binary state representation)의 위상을 변화시켜 인코딩된다. The present invention provides a new method of absolute position measurement. The absolute position measurement method uses a single track binary code, and the absolute position code is encoded by changing a phase of one binary state representation.
상기 싱글 트랙 이진 코드의 구조적 성질(structural property)을 사용하여 효율적으로 디코딩될 수 있다. 상기 싱글 트랙 이진 코드의 서브-분할(sub-division)은 절대 위치 인코딩을 위하여 사용되는 상기 이진 상태 표현의 상태 위치를 감지하여 가능하다. 따라서, 상기 절대 위치 인코딩은 서브-분할 과정과 간섭하지 않는다. 따라서, 어떠한 의사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)도 상기 절대 위치 코드로 사용될 수 있다.It can be efficiently decoded using the structural properties of the single track binary code. Sub-division of the single track binary code is possible by sensing the state position of the binary state representation used for absolute position encoding. Thus, the absolute position encoding does not interfere with the sub-division process. Thus, any pseudo-random sequence can be used as the absolute location code.
본 발명에서 제안된 방법은 상기 서브-분할을 위한 추가적인 센싱부를 요구하지 않는다. 상기 제안된 방법은 간단한 구조(configuration) 및 효율적인 데이터 처리로 실현될 수 있다. The method proposed in the present invention does not require an additional sensing unit for the sub-division. The proposed method can be realized with a simple configuration and efficient data processing.
상기 제안된 방법을 증명하고 평가하기 위하여, 절대 위치 측정 장치가 이진 코드 스케일, 현미경 이미징 시스템, 및 CCD 카메라를 사용하여 설치되었다. 레이저 간섭계과 비교 결과에서, 상기 절대 위치 측정 장치는 50 nm 미만의 해상도를 보이고, 보상 후 ±60 nm 미만의 비선형 에러를 보였다.In order to demonstrate and evaluate the proposed method, an absolute positioning device was installed using a binary code scale, a microscope imaging system, and a CCD camera. In comparison with the laser interferometer, the absolute position measuring device showed a resolution of less than 50 nm and a nonlinear error of less than ± 60 nm after compensation.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이진 코드 인코딩을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광센서 어레이의 이미지에서 APBC의 세기 강도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 10-비트 이진 코드의 세기 프로파일을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치의 결과와 레이저 간섭계의 결과를 비교하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치와 레이저 간섭계의 측정 결과를 비교하는 도면이다.
도 8은 에러 보상 전 및 후의 서브-분할 과정에서 비선형 에러를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 이용한 2차원 절대 위치 스케일을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예들에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 이용한 2차원 절대 위치 스케일을 나타내는 도면이다.1 illustrates binary code encoding according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating an absolute position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 shows the intensity intensity of the APBC in the image of the optical sensor array according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating an absolute position measuring method according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an intensity profile of a 10-bit binary code according to an embodiment of the present invention.
6 is a view comparing the results of the absolute position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention and the laser interferometer.
7 is a view comparing the measurement results of the absolute position measuring device and the laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
8 shows nonlinear errors in the sub-division process before and after error compensation.
9 is a diagram illustrating a data cell of a two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a two-dimensional absolute position scale using a data cell of a two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a data cell of a two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention.
12 illustrates a two-dimensional absolute position scale using a data cell of a two-dimensional binary scale according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the components have been exaggerated for clarity. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
상술한 단점을 해결하기 위하여, 단일 트랙 코드를 사용하는 절대 위치 인코더가 개발되었다. APBC는 맨체서터 코딩(Manchester coding)을 사용하여 인코딩되었다.In order to solve the above disadvantage, an absolute position encoder using a single track code has been developed. APBC was encoded using Manchester coding.
상기 절대 위치 인코더는 APBC 표현에는 제한이 없기 때문에, 통상적인 의사-랜덤 이진 시퀀스는 용이하게 적용될 수 있고, 추가적인 센싱부는 무아레 원리(Moire principle)에 기반하여 서브-분할(sub-division)을 위하여 요구된다.Since the absolute position encoder is not limited to the APBC representation, conventional pseudo-random binary sequences can be easily applied, and additional sensing units are required for sub-division based on the Moire principle. do.
절대 위치 인코더가 제안되었다. 상기 절대 위치 인코더는 이진 스케일을 사용한다. 상기 이진 스케일에서, APBC는 증분형 스케일에서 하나의 이진 상태 표현(one binary state representation)을 소거함에 따라 인코딩된다.An absolute position encoder has been proposed. The absolute position encoder uses binary scale. In the binary scale, the APBC is encoded by erasing one binary state representation on an incremental scale.
그러나, 상기 서브-분할 과정을 위하여 상기 증분 정보를 유지하기 위하여, 상기 APBC 표현(expression)은 제한되고, 복잡한 APBC가 새로 개발되어야 한다.However, in order to maintain the incremental information for the sub-division process, the APBC expression is limited and complex APBC must be newly developed.
또한, 비록 상기 단일 트랙 스케일은 절대 위치 인코딩의 결과로서 비주기적인 패턴(non-periodic patterns)을 가지만, 두 방법들은 주기적인 증분형 스케일을 위하여 사용된 서브-분할 알고리즘에 의존하기 때문에, 상기 두 방법들은 상기 서브-분할 과정에서 피할 수 없는 오차 요인(error sources)을 가진다. Also, although the single track scale has non-periodic patterns as a result of absolute position encoding, both methods rely on the sub-division algorithm used for the periodic incremental scale. The methods have error sources that are unavoidable in the sub-division process.
본 발명에 있어서, 우리는 단일 트랙 이진 코드를 사용하는 새로운 절대 위치 측정 방법을 제안한다. 상기 APBC는 하나의 이진 상태 표현(one binary state representation)의 위치를 위상 이동(phase shifting)함으로써 인코딩된다.In the present invention, we propose a new absolute position measurement method using a single track binary code. The APBC is encoded by phase shifting the position of one binary state representation.
이 절대 위치 인코딩은 제한없이 어떤 의사-랜덤 이진 시퀀스를 표현할 수 있고, 서브-분할 과정과 간섭되지 않는다. 상기 스케일의 강도 프로파일을 분석함으로써, 디코팅 및 상기 APBC의 서브-분할은 추가적인 센싱 방법 및 데이터 획득없이 동시에 수행될 수 있다.This absolute position encoding can represent any pseudo-random binary sequence without limitation and does not interfere with the sub-division process. By analyzing the intensity profile of the scale, decoding and sub-division of the APBC can be performed simultaneously without additional sensing methods and data acquisition.
이러한 특성은 우리에게 간단한 구성과 효율적인 데이터 처리를 가지고 절대 위치 측정 시스템을 구현하도록 할 수 있다.This feature allows us to implement an absolute positioning system with simple configuration and efficient data processing.
이하, 본 발명의 동작 원리가 설명된다.Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이진 코드 인코딩을 나타낸다. 1 illustrates binary code encoding according to an embodiment of the present invention.
[단일 트랙 이진 코드][Single track binary code]
APBC의 하나의 데이터 비트(one data bit)을 나타내는 데이터 셀(data cell)은 3개의 섹션으로 구성된다. 하나의 데이터 셀은 데이터 섹션(data section; D), 클락 섹션(clock section; C), 및 중립 섹션(neutral section; N)을 포함한다. 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트(segment)를 포함한다. 따라서, 각 데이터 셀은 3 개 이상의 세그먼트로 구성된다.A data cell representing one data bit of the APBC consists of three sections. One data cell includes a data section (D), a clock section (C), and a neutral section (N). Each section contains one or more segments. Thus, each data cell consists of three or more segments.
"0" 상태 (제1 이진 상태)를 나타내기 위하여, 상기 데이터 섹션과 상기 클락 섹션은 다른 이진 상태를 가지고, 상기 중립 섹션은 상기 클락 섹션과 동일한 상태를 가질 수 있다.In order to indicate a "0" state (first binary state), the data section and the clock section may have different binary states, and the neutral section may have the same state as the clock section.
상기 클락 섹션은 주기적인 위치에서 반복되고, 상기 클락 섹션은 우리에게 데이터 처리를 위한 정렬 키 패턴(alignment key pattern)을 제공한다.The clock section is repeated in a periodic position, which provides us with an alignment key pattern for data processing.
상기 데이터 섹션의 위치는 상기 APBC에서 각 데이터 셀의 다른 제2 이진 상태를 나타내도록 이동된다. 상기 이동은 상기 클락 섹션을 제외한 다른 부위에서 가능하다. 상기 이동 크기(shift magnitude)는 하나의 세그먼트 폭(one segment width)의 정수 배이다. 상기 중립 섹션은 데이터 섹션 및 클락 섹션에 속하지 않는 세그먼트들이다. The location of the data section is shifted to indicate another second binary state of each data cell in the APBC. The movement is possible at other sites except for the clock section. The shift magnitude is an integer multiple of one segment width. The neutral section is segments that do not belong to the data section and the clock section.
구체적으로, 각 데이터 셀은 6 개의 세그먼트로 구성되고, 각 섹션은 2 개의 세크먼트로 구성된다. 상기 데이터 섹션은 "1" 상태(제2 이진 상태)를 나타내기 위하여 하나의 세크먼트 만큼 이동되었다.Specifically, each data cell consists of six segments and each section consists of two segments. The data section has been moved by one segment to indicate the "1" state (second binary state).
상기 APBC의 서브-분할이 높은 해상도를 얻기 위하여 요구된다. 서브-분할된 절대 위치(sub-divided absolute position)는 상기 데이터 섹션들의 위치들을 감지하여 계산된다.Sub-division of the APBC is required to obtain high resolution. Sub-divided absolute position is calculated by sensing the positions of the data sections.
상기 서브-분할 과정은 추가적인 센싱부 또는 데이터 획득없이 절대 위치 디코딩을 위하여 획득된 데이터를 사용하여 수행된다. 본 발명에 따른 위치 측정 방법은 상기 APBC을 인코딩하기 위하여 상기 서브-분할에 대한 정보를 제거하지않는다.The sub-division process is performed using data obtained for absolute position decoding without additional sensing or data acquisition. The position measuring method according to the present invention does not remove the information about the sub-division to encode the APBC.
따라서, 우리는 상기 서브-분할 과정에서 정확도(accuracy)를 희생하지 않고 절대 위치를 나타내는 어떤 의사-랜덤 코드(Pseudo-Random Code)도 적용할 수 있다.
Thus, we can apply any pseudo-random code that represents absolute position in the sub-division process without sacrificing accuracy.
[데이터 획득][Data Acquisition]
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치를 설명하는 도면이다.2 is a view illustrating an absolute position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 측정 원리는 단일 트랙 이진 코드는 반사적 크롬 마스크로 제조되고, 상기 절대 위치는 상기 단일 트랙 이진 코드의 반사된 강도 프로파일을 분석하여 계산되는 것을 가정하여 설명된다.The measurement principle is described assuming that a single track binary code is made of a reflective chrome mask and the absolute position is calculated by analyzing the reflected intensity profile of the single track binary code.
따라서, 우리는 데이터 처리를 위하여 강도 프로파일을 얻어야한다. 상기 강도 프로파일을 얻기 위한 절대 위치 측정 장치(100)는 이진 스케일(110), 광학계(120), 광원(160), 및 광센서 어레이(photo-sensor array; 140)를 포함할 수 있다. 상기 광센서 어레이(140)는 CCD 또는 포토다이오드 어레이일 수 있다. 상기 광학계(120)는 대물 렌즈부(122)와 이미징 렌즈부(124)를 포함할 수 있다.Therefore, we need to obtain intensity profiles for data processing. The absolute
상기 광원(160)이 제공한 광은 콜리메이션 렌즈(162)를 통하여 평행광으로 변경된다. 상기 평행광은 빔 분리기(164)에 제공되고 상기 대물 렌즈부(122)에 제공된다. 상기 대물 렌즈부(122)를 통과한 광은 상기 이진 스케일(110)에서 반사되어 상기 대물 렌즈부(122) 및 상기 빔 분리기(164)를 통과하여 상기 이미징 렌즈부(124)에 제공된다. 상기 이미징 렌즈부(124)를 통과한 광은 광센서 어레이(140)에 상기 스케일의 이미지를 제공한다. 상기 광센서 어레이(140)가 획득한 이미지는 처리부(150)에 제공되어 데이터 처리된다.The light provided by the
상기 데이터 처리는 상기 세기 프로파일에서 유지되어야 하는 상기 이진 코드의 구조적 성질에 의존한다. 따라서, 정밀하게 상기 APBC를 디코딩하기 위하여, 하나의 세그먼트의 이미지의 폭(the width of the image of one segment)은 상기 광센서 어레이(140)의 픽셀 폭(pixel width of detector array)의 정수 배와 일치하여야한다. 따라서, 상기 광학계(120)의 배율(magnification)은 위의 조건을 만족하도록 조절되어야 한다.The data processing depends on the structural nature of the binary code that must be maintained in the intensity profile. Thus, to precisely decode the APBC, the width of the image of one segment is equal to an integer multiple of the pixel width of detector array of the
상기 APBC의 서브-분할을 위하여, 상기 세기 프로파일(intensity profile)에서 상기 데이터 섹션들의 상대 위치는 서브-픽셀 해상도를 가지고 계산되어야 한다.For sub-division of the APBC, the relative position of the data sections in the intensity profile should be calculated with sub-pixel resolution.
무게 중심 알고리즘(center of gravity algorithm) 및 제로-크로싱 알고리즘(zero-crossing algorithm)과 같은 여러 알고리즘들은 피크 검출을 위하여 널리 사용되고 있다. 그러나, 상기 알고리즘들은 충분한 정밀도를 얻기 위하여 많은 픽셀들을 가지고 상기 데이터 섹션의 파크 형상을 나타내는 상기 세기 프로파일을 요구하기 때문에, 상기 알고리즘들은 데이터 획득 및 처리를 위하여 많은 자원 및 계산 시간을 요구한다.Several algorithms, such as the center of gravity algorithm and zero-crossing algorithm, are widely used for peak detection. However, because the algorithms require the intensity profile to represent the park shape of the data section with many pixels to obtain sufficient precision, the algorithms require a lot of resources and computation time for data acquisition and processing.
효율적으로 상대 위치를 얻기 위하여, 우리는 위상-이동 간섭계(phase-shifting interferometery)에서 사용되는 위상 계산 알고리즘을 채택하였다. 상기 위상 계산 알고리즘은 작은 수의 등 간격으로 이격된 픽셀 데이터(equally spaced pixel data)를 가지고 정밀하게 사인파형 세기 프로파일(sinusoidal intensity profile)의 위상을 계산할 수 있다.In order to efficiently obtain the relative position, we have adopted the phase calculation algorithm used in the phase-shifting interferometery. The phase calculation algorithm can calculate the phase of a sinusoidal intensity profile precisely with a small number of equally spaced pixel data.
그러나, 상기 이진 코드의 완전히-분해된 이미지(fully-resolved image)는 사인파 형상(sinusoidal shape)이 아니라 직사각형 형상(rectangular shape)이다.However, the fully-resolved image of the binary code is not a sinusoidal shape but a rectangular shape.
상기 이미지의 FFT 스펙트럼은 단일 주파수 사인파형 함수를 나타내는 제1 차수 항(first order term)을 제외한 홀수 차수 고조파 항(odd order high harmonic terms)을 가진다. 따라서, 우리는 상기 홀수 차수 고주파 항들을 감소시키고 상기 사인파 함수에 유사한 상기 데이터 섹션의 세기 강도를 얻기 위하여 낮은 개구수(low numerical aperture; NA)를 가진 대물 렌즈부(122)를 사용할 수 있다. The FFT spectrum of the image has odd order high harmonic terms except for a first order term representing a single frequency sinusoidal function. Thus, we can use the
[데이터 처리][Data processing]
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광센서 어레이의 이미지에서 APBC의 세기 강도를 나타낸다. 3 shows the intensity intensity of the APBC in the image of the optical sensor array according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an absolute position measuring method according to an embodiment of the present invention.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 우리는 도 1에서 보여진 이진 코드 구성(binary code configuration)을 사용하였다. 그레이(gray clolor) 칼라와 백색 칼라(white colors)는 각각 반사 영역과 비반사 영역을 나타낸다. n-비트 선형 시프트 되먹임 레지스터(n-bit linear shift feedback register; LSFR)이 상기 APBC 발생을 위하여 사용되었다. 상기 APBC는 모든 n 비트가 제로-상태인 경우를 제외하고 2n-1 개수의 조합을 가진다. 광센서 어레이의 하나의 픽셀의 폭이 하나의 세크먼트의 폭에 대응하도록 상기 광학계(120)의 배율은 조절된다. 상기 광센서 어레이는 이진 스케일의 강도 프로파일 또는 이미지를 획득한다(S102).1, 3, and 4, we used the binary code configuration shown in FIG. Gray and white colors represent reflective and non-reflective areas, respectively. An n-bit linear shift feedback register (LSFR) was used for the APBC generation. The APBC has a combination of 2n-1 numbers except when all n bits are zero-state. The magnification of the
따라서, 6 X n 픽셀의 세기 프로파일이 n-비트 APBC의 데이터 처리를 위하여 요구된다. 스케일의 전산 모사된 세기 프로파일에서, 4-비트 이진 코드는 일반적인 상황을 보여주기 위하여 상기 픽셀 폭의 1/5 정도로 24-픽셀의 광센서 어레이에 대하여 이동하였다. 이 세기 프로파일로부터, 상기 서브-분할된 해상도를 가진 상기 절대 위치는 다음의 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
Thus, an intensity profile of 6 X n pixels is required for data processing of n-bit APBC. In the computer simulated intensity profile of the scale, the 4-bit binary code was shifted with respect to a 24-pixel light sensor array by about one fifth of the pixel width to show a general situation. From this intensity profile, the absolute position with the sub-divided resolution can be obtained through the following procedure.
[클락 픽셀들(Cp)을 찾는 단계(S110)] [Step S110 of finding clock pixels C p ]
우리는 상기 클락 섹션과 가장 접근하여 정렬된 클락 픽셀들(Cp)을 찾는다(S112). 상기 클락 픽셀들은 6-픽셀 간격을 가지는 픽셀들의 세기 합(Sm)을 확인하여 감지될 수 있다.We find the clock pixels C p most closely aligned with the clock section (S112). The clock pixels may be detected by checking an intensity sum S m of pixels having a 6-pixel interval.
여기서, Ij 는 j 번째 픽셀의 강도를 나타낸다. 상기 클락 섹션들은 주기적인 비-반사적 영역들(periodic non-reflective areas)이기 때문에, 상기 Cp의 세기 합은 최소 값을 가진다. 하나의 데이터 셀 폭은 하나의 픽셀 서브셋(pixel subset)에 대응된다. 상기 Cp의 차수(order of Cp )는 클락 픽셀 인덱스(Cpi = 1, …, 6)로써 할당된다(S114).
Where I j represents the intensity of the j th pixel. Since the clock sections are periodic non-reflective areas, the sum of the intensities of Cp has a minimum value. One data cell width corresponds to one pixel subset. The order of C p (order of C p) is assigned as a pixel clock index (C pi = 1, ..., 6) (S114).
[절대 위치 코드를 찾는 단계(S120)][Step for finding absolute location code (S120)]
상기 APBC를 디코딩하기 위하여, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 상기 클락 픽셀 인덱스를 2 만큼 감소시키는 방향으로 순환적으로 이동(circularly shifting)하여 얻어진다(S122). 이 예제에서, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 3이다.In order to decode the APBC, the absolute code pixel index A pi is obtained by circularly shifting in a direction of decreasing the clock pixel index by 2 (S122). In this example, the absolute code pixel index A pi is three.
각 픽셀 서브셋에서 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기들을 사용하여, 상기 서브셋의 이진 상태들이 결정된다(S124). 만약, 상기 픽셀이 모든 상기 절대 코드 픽셀들(Aps)의 평균 세기보다 큰 강도를 가지면, 상기 픽셀을 포함하는 상기 서브셋은 "1" 상태(제2 이진 상태)로 결정된다. 반대의 경우, 상기 서브셋은 "0" 상태(제1 이진 상태)를 나타낸다. 얻어진 이진 코드는 룩업 테이블(lookup table; LUT)을 사용하여 절대 위치 코드 (pLUT) 로 변환된다(S126).Binary states of the subset are determined using the intensities of the absolute code pixels A p corresponding to the absolute code pixel index A pi in each pixel subset (S124). If the pixel has an intensity greater than the average intensity of all the absolute code pixels A ps , then the subset containing the pixel is determined to be in a "1" state (second binary state). In the opposite case, the subset represents a " 0 " state (first binary state). The obtained binary code is converted into an absolute position code p LUT using a lookup table (LUT) (S126).
상기 APBC의 서브-분할은 두 단계로 처리된다. 우선, 우리는 Api를 사용하여 하나의 픽셀의 해상도를 가지는 광센서 어레이와 스케일 사이의 상대 위치를 얻는다. 다음 단계에서, 위상 계산 알고리즘을 사용하여, 상기 데이터 섹션의 상대 위치가 높은 분해능을 가지고 계산된다.
The subdivision of the APBC is processed in two steps. First of all, we use A pi The relative position between the photo sensor array and the scale having a resolution of one pixel is obtained. In the next step, using a phase calculation algorithm, the relative position of the data section is calculated with high resolution.
[상기 데이터 픽셀들을 찾는 단계(S130)]Finding the data pixels (S130)
상술한 위의 단계에서 얻어진 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)로부터, 우리는 상기 데이터 섹션의 위치이고 각 픽셋 서브셋에서 최대 세기를 가질 것으로 기대되는 상기 데이터 픽셀들(Dp)을 위치시킨다(S130).From the absolute code pixel index A pi obtained in the above step, we locate the data pixels D p , which are the position of the data section and are expected to have the maximum intensity in each subset of the subset (S130). ).
만약, 상기 서브셋이 "0" 상태를 가지면, Ap로부터 2 픽셀들이 앞선 픽셀은 Dp로 할당된다. 상기 서브셋이 "1" 상태를 가지면, Ap로부터 1 픽셀이 앞선 픽셀은 Dp로 할당된다.
If the subset to have its "0" state, the second pixel from the previous pixels A p is assigned to D p. The subset to have its "1" state, the previous pixel one pixel from A p is assigned to D p.
[위상 계산 단계(S140)][Phase calculation step (S140)]
상기 데이터 섹션의 정밀한 상대 위치는 Dp 주위의 픽셀 값들을 사용하여 계산된다(S142). 상기 Dp 주위의 3 개 픽셀들의 세기 분포는 모든 픽셀 서브셋에 동일할 수 있다. 동일 차수의 픽셀 값들의 평균(averages of the pixel values of the same order)은 정밀 상대 위치를 계산하기 위하여 사용된다. 따라서, 우리는 각 Dp의 상대 위치의 반복적 계산을 피할 수 있다. 이 예제에서, 3 픽셀 값 셋(three pixel value sets)은 서브셋 1은 불완전한 셋이므로 제외하고 계산에 사용되었다.The precise relative position of the data section is calculated using pixel values around D p (S142). The intensity distribution of the three pixels around the D p may be the same for all pixel subsets. Averages of the pixel values of the same order are used to calculate the precise relative position. Thus, we can avoid iterative calculation of the relative position of each D p . In this example, three pixel value sets were used in the calculation except
각 픽셀 위치는 상기 데이터 섹션의 사인파 세기 프로파일에서 π/2 위상 차이를 가진다. 따라서, 우리는 위상 계산 알고리즘을 사용하여 상기 데이터 섹션의 상대 위치를 나타내는 위상(φ)을 얻을 수 있다. 상기 위상 계산 알고리즘은 다음과 같이 주어진다.Each pixel position has a π / 2 phase difference in the sinusoidal intensity profile of the data section. Thus, we can use a phase calculation algorithm to obtain a phase φ representing the relative position of the data section. The phase calculation algorithm is given by
여기서, Ii는 감지부 어레이의 i-번째 픽셀 강도를 나타낸다. 상기 위상(φ)은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가진다. Here, Ii represents the i-th pixel intensity of the detector array. The phase φ has a value ranging from -π / 2 to -π.
그러나, Dp와 다른 인접한 픽셀(another adjacent pixel)이 유사한 세기 값들을 가지면, 이들 인접한 픽셀들의 합은 Dp들의 합보다 클 수 있고, 상기 위상은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가지지 않는다. 아크탄젠트 함수(arctangent function)의 불연속성 때문에, 상기 위상 값은 -π 근처에서 급격한 변화를 보인다. 상기 불연속성을 보상하기 위하여, 우리는 상기 위상이 양의 값을 가지면 계산된 위상에서 2π를 뺀다(S144).
However, if D p and another adjacent pixel have similar intensity values, then the sum of these adjacent pixels can be greater than the sum of D p , and the phase has a value in the range of -π / 2 to -π. Do not. Because of the discontinuity of the arctangent function, the phase value shows a sharp change near -π. To compensate for the discontinuity, we subtract 2 [pi] from the calculated phase if the phase has a positive value (S144).
[절대 위치 값을 계산하는 단계(S150)][Step Calculate Absolute Position Value (S150)]
절대 위치 값(pabs)은 다음식으로 주어진다.The absolute position value p abs is given by
우변의 제1 항은 하나의 셀의 분해능을 가진 디코딩된 절대 위치이다. 둘째 항은 특정한 픽셀을 나타낸다. 6은 하나의 셀 당 픽셀의 개수이다. 세째 항은 하나의 픽셀 내에서 DP의 상대 위상이다. 여기서, 변환 인자(conversion factor)는 2/3이다. Dp의 사인파형 프로파일의 피치는 4 픽셀이고, 하나의 셀의 피치는 6 픽셀이다. 길이 방향의 절대 위치 값(pabs)을 얻기 위하여, 세 항의 합은 상기 데이터 셀의 피치(pitch of the data cell; p)로 곱해진다.
The first term on the right side is the decoded absolute position with the resolution of one cell. The second term represents a particular pixel. 6 is the number of pixels per cell. The third term is the relative phase of D P in one pixel. Here, the conversion factor is 2/3. The pitch of the sinusoidal profile of D p is 4 pixels and the pitch of one cell is 6 pixels. To obtain the absolute position value p abs in the longitudinal direction, the sum of the three terms is multiplied by the pitch of the data cell (p).
[실험][Experiment]
단일 트랙 이진 코드 스케일은 포토-마스크 제작 공정(photo-mask fabrication process)을 통하여 석영 재질로 제작된다. 크롬 패턴은 스케일 이미지에서 높은 세기 값을 주는 반사 영역을 형성한다. 하나의 세그먼트의 폭은 5 μm이고, 하나의 셀의 폭은 30 μm 이다. 상기 이진 코드 시퀀스는 LSFR을 이용하여 생성되었다.
Single track binary code scales are fabricated from quartz through a photo-mask fabrication process. The chrome pattern forms reflective areas that give high intensity values in the scale image. The width of one segment is 5 μm and the width of one cell is 30 μm. The binary code sequence was generated using LSFR.
현미경 이미징 시스템은 소정의 개구수(NA= 0.07)과 소정의 배율(M=3)을 가진 대물 렌즈부와 줌(zoom) 렌즈부, 2D CCD 카메라, 및 LED 광원을 포함한다. 상기 2D 카메라의 픽셀 사이즈는 7.4 ㎛ × 7.4 ㎛이다.The microscope imaging system includes an objective lens portion having a predetermined numerical aperture (NA = 0.07) and a predetermined magnification (M = 3), a zoom lens portion, a 2D CCD camera, and an LED light source. The pixel size of the 2D camera is 7.4 μm × 7.4 μm.
우리는 상기 줌 렌즈부의 배율을 조절한다. 이에 따라, 6-픽셀 폭이 하나의 셀의 이미지로 채워진다.We adjust the magnification of the zoom lens part. Thus, the 6-pixel width is filled with the image of one cell.
1차원 강도 프로파일(line intensity profile)은 수직 방향의 2D 이미지를 평균하여 얻어진다.A one-dimensional intensity profile is obtained by averaging the 2D images in the vertical direction.
이진 스케일과 레이저 간섭계를 위한 반사 거울은 이동 스테이지의 이동부에 고정되었다. 상기 레이저 간섭계는 성능 평가(performance evaluation)를 위한 기준을 제공한다.Reflective mirrors for binary scales and laser interferometers were fixed to the moving parts of the moving stage. The laser interferometer provides a basis for performance evaluation.
컴퓨터는 상기 코드 스케일의 2D 이미지를 이미지 그래버(image grabber)를 이용하여 캡쳐하고, 1 ms 이내 상기 캡쳐된 이미지를 처리하고 절대위치 판독한다.
The computer captures the 2D image of the code scale using an image grabber, processes and captures the captured image within 1 ms.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 10-비트 이진 코드의 세기 프로파일을 나타낸다. 5 illustrates an intensity profile of a 10-bit binary code according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치의 결과와 레이저 간섭계의 결과를 비교하는 도면이다.6 is a view comparing the results of the absolute position measuring apparatus according to an embodiment of the present invention and the laser interferometer.
상기 세기 프로파일은 부분 이미지(60 픽셀 X 40 픽셀)를 평균하여 얻어진다. LSFR를 사용한 상기 10-비트 이진 코드는 1023 경우를 표현하고, 상기 데이터 셀의 피치가 30 μm인 경우, 30 mm 범위에 대응된다. 점선은 상대 위상의 계산을 위하여 픽셀들의 평균 세기를 보여준다.The intensity profile is obtained by averaging partial images (60 pixels by 40 pixels). The 10-bit binary code using LSFR represents the 1023 case and corresponds to the 30 mm range when the pitch of the data cell is 30 μm. The dotted line shows the average intensity of the pixels for the calculation of the relative phase.
상기 이진 스케일이 DC 모터 구동 스테이지(DC motor driven stage)에 의해 25 mm 범위에서 이동된다. 변위는 상기 절대 위치 측정 시스템 및 레이저 간섭계에 의하여 동시에 측정된다. The binary scale is moved in the 25 mm range by a DC motor driven stage. Displacement is simultaneously measured by the absolute positioning system and the laser interferometer.
비교 결과는 비정상 편차(abnormal deviations)를 보이지 않으며, ±0.5 ㎛ 내에서 일치한다. 상기 편차는 코사인 에러(cosine error)와 스케일 펙터 에러(scale factor error)의 효과를 제거하기 위하여 선형 회귀에서 유수값(residues in linear regression)으로서 계산된다.Comparison results show no abnormal deviations and are consistent within ± 0.5 μm. The deviation is calculated as residuals in linear regression to eliminate the effects of cosine error and scale factor error.
상기 선형 회귀를 통하여 길이 의존 에러 항(length dependent error terms)은 제거되기 때문에, 상기 편차는 측정된 길이에 비례하지 않는 에러 항에서 기인한다. 상기 에러 항은 상기 이진 코드 스케일과 상기 서브-분할 과정에서의 비선형성에서 기인한다.Since the length dependent error terms are eliminated through the linear regression, the deviation is due to an error term that is not proportional to the measured length. The error term results from the nonlinearity in the binary code scale and the sub-division process.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 절대 위치 측정 장치와 레이저 간섭계의 측정 결과를 비교하는 도면이다.7 is a view comparing the measurement results of the absolute position measuring device and the laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
상기 절대 위치 측정에서 해상도를 평가하기 위하여, 상기 이진 스케일은 PZT 엑튜에이터(actuator)를 사용하여 50 nm 스텝을 가지고 이동되었다. 상기 50 nm의 계단식 변위(stepwise displacement)는 측정가능하고, 반복성(repeatability)은 15 nm 미만이다. 상기 서브-분할 과정에서 상기 비선형 에러는 상기 레이저 간섭계 측정값으로부터 편차로서 얻어진다.To evaluate the resolution in the absolute position measurement, the binary scale was shifted in 50 nm steps using a PZT actuator. The stepwise displacement of 50 nm is measurable and the repeatability is less than 15 nm. The nonlinear error in the sub-division process is obtained as a deviation from the laser interferometer measurement.
도 8은 에러 보상 전 및 후의 서브-분할 과정에서 비선형 에러를 나타낸다. 상기 비선형 에러는 상대 위상(φ)에 대하여 그려진다. 상기 비선형 에러는 주기적인 특성을 보이며, 상기 데이터 셀의 피치 내에서 6 주기를 가지는 사인파형 신호인 것처럼 보인다. 이러한 종류의 에러는 상기 세기 프로파일이 완벽한 사인파형 함수가 아닌 것에서 기인한다. 이러한 종류의 에러는 고조파 항(high harmonic terms)을 가진다. 상기 고조파 항은 특히 3-차 고조파 항일 수 있다. 8 shows nonlinear errors in the sub-division process before and after error compensation. The nonlinear error is plotted relative to the relative phase φ. The nonlinear error is of periodic nature and appears to be a sinusoidal signal having six periods within the pitch of the data cell. This kind of error is due to the intensity profile not being a perfect sinusoidal function. This kind of error has high harmonic terms. The harmonic term may in particular be a third-order harmonic term.
비록 상기 대물 렌즈부는 상기 세기 프로파일의 고조파 항을 제거하였지만, 고조파 항의 일부는 여전히 잔존하고 상기 서브-분할 과정에서 비선형 에러를 유발한다.Although the objective lens portion has removed the harmonic terms of the intensity profile, some of the harmonic terms still remain and cause nonlinear errors in the sub-division process.
이 주기적인 비선형 에러는 위상(φ)의 사인파 함수로 표시될 수 있다. 따라서, 상기 에러의 진폭(Ane)은 상기 에러값을 상기 사인파 함수로 피팅하여 교정(calibrated)될 수 있다. Ane × sin(4φ+π) 로 표현되는 보정항을 사용하여, 우리는 ±0.06 ㎛ 미만에서 상기 비선형 에러를 감소시킬 수 있다.
This periodic nonlinear error can be expressed as a sinusoidal function of phase φ. Thus, the amplitude A ne of the error can be calibrated by fitting the error value to the sinusoidal function. Using a correction term expressed as A ne x sin (4φ + π), we can reduce the nonlinear error below ± 0.06 μm.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 나타내는 도면들이다.9 is a diagram illustrating a data cell of a 2D binary scale according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 2차원 이진 스케일은 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 제1 데이터 섹션(3/8), 제1 중립 섹션(2/8), 및 상대적으로 고정된 위치의 제1 클락 섹션(3/8)을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다.9, a two-dimensional binary scale is two-dimensional data representing one bit of a first absolute position binary code in a first direction and one bit of a second absolute position binary code in a second direction perpendicular to the first direction. The cell comprises a first data section (3/8), a first neutral section (2/8), and a first clock section (3/8) in a relatively fixed position in a first direction, each section being one And two-dimensional data cells are sub-divided into equal segments at equal intervals.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다. The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is subdivided into equal segments at equal intervals.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 마크 패턴이 형성된 경우 (0,0) 상태를 표시한다.The two-dimensional data cell displays a (0,0) state when a mark pattern is formed to fill an intersection area of the first data section and the second data section.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시한다.When the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the first neutral region in the first direction, the two-dimensional data cell displays a (1,0) state.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시한다.When the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the second neutral region in the second direction, the two-dimensional data cell displays a (0,1) state.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시한다.The two-dimensional data cell moves in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region to form the mark pattern. Display.
도 10을 참조하면, 상기 2차원 데이터 셀을 2차원으로 배열하여 2차원 절대 위치 스케일을 형성할 수 있고 각 방향의 1차원 절대 위치 정보를 기록할 수 있다.Referring to FIG. 10, the two-dimensional data cells may be arranged in two dimensions to form a two-dimensional absolute position scale, and one-dimensional absolute position information in each direction may be recorded.
상기 제1 방향의 제1 절대 위치를 얻는 방법 및 상기 제2 방향의 제2 절대 위치를 얻는 방법은 1차원 이진 스케일에서 설명한 것과 동일하다.The method of obtaining the first absolute position in the first direction and the method of obtaining the second absolute position in the second direction are the same as described in the one-dimensional binary scale.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차원 이진 스케일의 데이터 셀을 나타내는 도면들이다. 11 is a diagram illustrating a data cell of a 2D binary scale according to another embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 2차원 이진 스케일은 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 제1 데이터 섹션(3/8), 제1 중립 섹션(2/8), 및 상대적으로 고정된 위치의 제1 클락 섹션(3/8)을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다.Referring to FIG. 11, a two-dimensional binary scale is two-dimensional data representing one bit of a first absolute position binary code in a first direction and one bit of a second absolute position binary code in a second direction perpendicular to the first direction. The cell comprises a first data section (3/8), a first neutral section (2/8), and a first clock section (3/8) in a relatively fixed position in a first direction, each section being one And two-dimensional data cells are sub-divided into equal segments at equal intervals.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할된다.The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is subdivided into equal segments at equal intervals.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 제1 마크 패턴이 형성된 경우, (0,0) 상태를 표시한다.The two-dimensional data cell displays a (0,0) state when a first mark pattern is formed to fill an intersection area of the first data section and the second data section.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 상기 제2 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시한다.The two-dimensional data cell displays a (1,0) state when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region to form the second mark pattern.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 연장되어 상기 제3 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시한다.The two-dimensional data cell displays a (0,1) state when the first mark pattern extends in the second direction by the width of the second neutral region to form the third mark pattern.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 제4 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시한다.In the two-dimensional data cell, when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region, a fourth mark pattern is formed. Displays the (1,1) state.
도 12를 참조하면, 상기 2차원 데이터 셀을 2차원으로 배열하여 2차원 절대 위치 스케일을 형성할 수 있고 각 방향의 1차원 절대 위치 정보를 기록할 수 있다.Referring to FIG. 12, the two-dimensional data cells may be arranged in two dimensions to form a two-dimensional absolute position scale, and one-dimensional absolute position information in each direction may be recorded.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And all of the various forms of embodiments that can be practiced without departing from the technical spirit.
100: 절대 위치 측정 장치
110: 스케일
120: 광학계
160: 광원
140: 광센서 어레이
150: 처리부100: absolute position measuring device
110: scale
120: Optical system
160: Light source
140: optical sensor array
150:
Claims (12)
광학계 및 광센서 어레이를 통하여 상기 이진 스케일의 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 이미지를 처리하여 절대 위치를 산출하는 단계를 포함하고,
상기 광학계의 배율은 하나의 세그먼트에 대응하는 이미지의 폭이 상기 광센서 어레이의 픽셀 폭의 정수 배인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.A data cell representing one bit of absolute position binary code (APBC) comprises a data section, a neutral section, and a clock section of relatively fixed position, each section comprising one or more segments, wherein the data cell comprises the segment Providing a binary scale sub-divided into equal intervals into the plurality and consisting of the absolute position binary code;
Acquiring the binary scale image through an optical system and an optical sensor array; And
Processing the image to calculate an absolute position,
The magnification of the optical system is an absolute position measuring method, characterized in that the width of the image corresponding to one segment is an integer multiple of the pixel width of the optical sensor array.
상기 데이터 섹션은 상기 데이터 셀 내부에서 이진 상태를 나타내기 위하여 상기 세그먼트 폭의 정수 배로 이동하는 것을 특징으로 절대 위치 측정 방법.The method of claim 1,
And said data section moves in an integer multiple of said segment width to represent a binary state within said data cell.
상기 이미지를 처리하여 절대 위치를 산출하는 단계는:
하나의 데이터 셀 폭에 대응하는 픽셀 서브셋에서 상기 클락 섹션과 가장 근접하게 정렬된 클락 픽셀을 찾는 단계;
하나의 데이터 셀 폭에 대응하는 상기 픽셀 서브셋에서 상기 클락 픽셀의 차수를 클락 픽셀 인덱스로 할당하는 단계;
상기 클락 픽셀 인덱스를 감소시키는 방향으로 상기 클락 픽셀 인덱스를 순환적으로 이동(circularly shifting)하여 절대 코드 픽셀 인덱스를 얻는 단계;
각 픽셀 서브셋에서 상기 절대 코드 픽셀 인덱스에 대응하는 절대 코드 픽셀들의 세기를 이용하여 픽셀 서브셋의 이진 상태를 결정하는 단계;
이진 상태가 결정된 픽셀 서브셋들의 이진 코드는 룩업 테이블을 통하여 절대위치 코드로 변환되는 단계;
각 픽셀 서브셋에서 최대의 세기를 가지고 상기 데이터 섹션의 위치에 대응하는 데이터 픽셀을 찾는 단계;
상기 데이터 픽셀 주위의 픽셀값들을 사용하여 상기 데이터 섹션의 상대 위상을 계산하는 단계;
상기 상대 위상이 영 이상인 경우 -2π 만큼 빼는 단계;
상기 절대 위치 코드, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스, 및 상기 상대 위상을 이용하여 상기 절대 위치를 계산하는 단계;들 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.The method of claim 1,
Processing the image to yield an absolute position is:
Finding a clock pixel most closely aligned with the clock section in the pixel subset corresponding to one data cell width;
Assigning the order of the clock pixel as a clock pixel index in the pixel subset corresponding to one data cell width;
Circularly shifting the clock pixel index in a direction of decreasing the clock pixel index to obtain an absolute code pixel index;
Determining a binary state of a pixel subset using the intensity of absolute code pixels corresponding to the absolute code pixel index in each pixel subset;
Converting the binary code of the pixel subsets whose binary state is determined into an absolute position code through a lookup table;
Finding a data pixel corresponding to a position of the data section with a maximum intensity in each pixel subset;
Calculating a relative phase of the data section using pixel values around the data pixel;
Subtracting by -2π when the relative phase is zero or more;
Calculating the absolute position using the absolute position code, the absolute code pixel index, and the relative phase; and at least one of the absolute position code.
선형 회귀 기법을 사용하여 길이 의존 에러 항을 제거하는 단계; 및
서브-분할 과정의 비선형 에러를 상기 상대 위상에 따른 사인파형 함수로 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.The method of claim 1,
Removing the length dependent error term using a linear regression technique; And
And correcting the nonlinear error of the sub-division process by a sinusoidal function according to the relative phase.
상기 데이터 셀은 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 1 비트와 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 1 비트를 나타내는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.The method of claim 1,
And wherein said data cell represents one bit of a first absolute position binary code in a first direction and one bit of a second absolute position binary code in a second direction perpendicular to said first direction.
상기 스케일에 광을 조사하는 광원;
상기 이진 스케일을 투과하거나 상기 이진 스케일에서 반사된 광을 집속하는 광학계; 및
상기 이진 스케일의 이미지를 감지하는 광센서 어레이를 포함하고,
상기 광학계의 배율은 하나의 세그먼트에 대응하는 이미지의 폭이 상기 광센서 어레이의 픽셀 폭의 정수 배인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 장치.A data cell representing one bit of an absolute position binary code (APBC) comprises a data section, a neutral section, and a clock section, each section comprising one or more regularly spaced segments, the data cell into the segments, and the like. A binary scale sub-divided at intervals and composed of the absolute position binary code;
A light source for irradiating light to the scale;
An optical system for focusing the light transmitted through the binary scale or reflected from the binary scale; And
An array of photosensors for sensing the image of the binary scale,
The magnification of the optical system is an absolute position measuring device, characterized in that the width of the image corresponding to one segment is an integer multiple of the pixel width of the optical sensor array.
상기 광학계는:
상기 스케일에 상기 광원의 출력광을 조사하는 대물렌즈부; 및
상기 스케일에서 반사되어 상기 대물 렌즈부를 통과한 광을 상기 광센서 어레이에 집속하는 이미지 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 장치.The method of claim 6,
The optical system comprising:
An objective lens unit for irradiating output light of the light source to the scale; And
And an image lens unit for focusing the light reflected from the scale and passing through the objective lens unit to the optical sensor array.
상기 광원의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈; 및
상기 평행광의 광 경로를 변경하여 상기 대물 렌즈부에 제공하고 상기 대물 렌즈부에서 제공되는 광을 상기 이미지 렌즈부에 제공하는 빔 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 장치.The method of claim 7, wherein
A collimator lens for converting light of the light source into parallel light; And
And a beam splitter configured to change the optical path of the parallel light to provide the objective lens unit and provide the light provided from the objective lens unit to the image lens unit.
상기 테이터 섹션은 상기 데이터 셀 내부에서 이진 상태를 나타내기 위하여 이동하는 특징으로 하는 이진 스케일.10. The method of claim 9,
And said data section is moved within said data cell to indicate a binary state.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할되고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 마크 패턴이 형성된 경우 (0,0) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 이동하고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 이동하여 상기 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 2차원 이진 스케일.A two-dimensional data cell representing one bit of the first absolute position binary code in the first direction and one bit of the second absolute position binary code in the second direction perpendicular to the first direction is a first data section in the first direction, A first neutral section and one bit of a first absolute position binary code in a first first direction of a relatively fixed position and one bit of a second absolute position binary code in a second direction perpendicular to the first direction The two-dimensional data cell comprises a first data section, a first neutral section, and a first clock section in a relatively fixed position in a first direction, each section comprising one or more segments, wherein the two-dimensional data cell comprises Sub-divided into equal segments at equal intervals,
The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is sub-divided into equal segments at equal intervals,
The two-dimensional data cell displays a (0,0) state when a mark pattern is formed to fill an intersection area of the first data section and the second data section.
When the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the first neutral region in the first direction, the two-dimensional data cell displays a (1,0) state,
If the mark pattern is formed by moving the two-dimensional data cell by the width of the second neutral region in the second direction, and displays the (0,1) state,
The two-dimensional data cell moves in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region to form the mark pattern. Displaying a two-dimensional binary scale.
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 제2 데이터 섹션, 제2 중립 섹션, 및 상대적으로 고정된 위치의 제2 클락 섹션을 포함하고, 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트를 포함하고, 상기 2차원 데이터 셀은 상기 세그먼트들로 등 간격으로 서브-분할되고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 데이터 섹션과 상기 제2 데이터 섹션의 교집합 영역을 채우는 제1 마크 패턴이 형성된 경우, (0,0) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 상기 제2 마크 패턴이 형성된 경우, (1,0) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭만큼 연장되어 상기 제3 마크 패턴이 형성된 경우, (0,1) 상태를 표시하고,
상기 2차원 데이터 셀은 상기 제1 마크 패턴이 상기 제1 방향으로 상기 제1 중립 영역의 폭 만큼 연장되고 상기 제2 방향으로 상기 제2 중립 영역의 폭 만큼 연장되어 제4 마크 마크 패턴이 형성된 경우, (1,1) 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 2차원 이진 스케일.A two-dimensional data cell representing one bit of the first absolute position binary code in the first direction and one bit of the second absolute position binary code in the second direction perpendicular to the first direction is a first data section in the first direction, A first neutral section, and a first clock section in a relatively fixed position, each section comprising one or more segments, the two-dimensional data cell sub-divided into equal segments at equal intervals,
The two-dimensional data cell includes a second data section, a second neutral section, and a second clock section in a relatively fixed position in a second direction perpendicular to the first direction, each section comprising one or more segments. The two-dimensional data cell is sub-divided into equal segments at equal intervals,
The two-dimensional data cell indicates a (0,0) state when a first mark pattern is formed to fill an intersection region of the first data section and the second data section,
The two-dimensional data cell displays the (1,0) state when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region to form the second mark pattern.
The two-dimensional data cell displays a (0, 1) state when the first mark pattern extends in the second direction by the width of the second neutral region to form the third mark pattern.
In the two-dimensional data cell, when the first mark pattern extends in the first direction by the width of the first neutral region and in the second direction by the width of the second neutral region, a fourth mark mark pattern is formed. , (1,1) two-dimensional binary scale characterized by displaying the state.
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