ターゲットパターンを使用して絶対位置を感知する位置測定システムおよび位置測定方法
【課題】光エンコーダのシステム構成に関しては、少なくとも前述した公知の光エンコーダの欠点を克服する必要性がある。
【解決手段】位置測定システムと、チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）および方法が記載される。
【解決手段】位置測定システムと、チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）および方法が記載される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．５３（ｂ）に基づく一部継続（ＣＩＰ）出願であり、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０の下で（特許文献１）の継続である２００７年５月２４日出願の「ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｔａｒｇｅｔ ｐａｔｔｅｒｎ」と題された（特許文献２）（代理人明細書番号第１００４１３９０−０６）に対し優先権の恩典を主張する。本出願と引用特許はいずれも本譲受人であるアジレントテクノロジー社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に譲渡される。引用特許出願および特許の開示は、参照として特に本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、対象物の場所や位置を精密に測定する必要性がある。たとえば、多くの製造工程では、動いているステージや対象物の精密位置決めを必要とする。動いている対象物の位置を測定するいくつかの手法が開発されている。これらの手法のいくつかを以下に説明する。
【０００３】
動いているステージの位置を測定する１つの方法は、光符号化を必要とする。ある公知の光符号化構成では、光源からの光が対象物のターゲットパターンに入射する。光センサがターゲットパターンの画像を取得し、この画像から対象物の位置が測定される。
【０００４】
残念ながら、公知の光エンコーダは比較的大きく、いくつかの設定ではその実施が制限される。さらに、これらの比較的大きい光エンコーダの熱膨張によって、被測定寸法よりも大きい測定誤差が生じる可能性がある。さらに、多くの測定環境では、光エンコーダを適当なハウジングで密閉して環境要素（埃と汚れなど）による光エンコーダの汚染を防ぐことが有用である。当然のことながら、ハウジングが加わることによってエンコーダのサイズがさらに大きくなる。
【０００５】
サイズに関する弱点のほかに、多くの公知の二次元光エンコーダには計算速度が比較的遅いことによる制限がある。たとえば、いくつかの光エンコーダでは、対象物の各次元の位置が順番に測定されなければならない。当然のことながら、このことによって測定データの処理速度が低下する。多くの設定では、比較的遅い処理速度が障害となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、光エンコーダのシステム構成に関しては、少なくとも前述した公知の光エンコーダの欠点を克服する必要性がある。
【特許文献１】米国特許第７，２３０，７２７号
【特許文献２】米国特許出願第１１／７５３，５０８号
【課題を解決するための手段】
【０００７】
代表的な実施形態では、位置測定システムは、ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサを含む。さらに、位置測定システムは、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）も含む。ＰＬＤは、ターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を画像ベクトルから測定するように構成される。
【０００８】
他の代表的な実施形態では、チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）がターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサを含む。また、ＬＳｏＣは、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）も含む。ＰＬＤは、ターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を測定するように構成される。
【０００９】
さらに他の代表的な実施形態では、位置の測定方法が二次元のターゲットパターンを有するターゲットを照明することと、ターゲットパターンのサブセットの画像を取得することを含む。この方法は、さらに、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成することと、およびターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を測定することとを含む。
【００１０】
本教示は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと最もよく理解される。特徴は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。可能な限り、同じ特徴を同じ参照番号で表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
限定ではなく説明を目的とする以下の詳細な説明では、本教示が十分に理解されるよう具体的な詳細を開示する代表的な実施形態を記載する。実施例の説明が不明瞭になることを避けるため、周知のデバイス、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、方法、およびシステムの説明を割愛することができる。とはいえ、当業者の範囲内にあるこのようなハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、デバイス、方法、およびシステムを、代表的な実施形態に従って使用することもある。
【００１２】
以下の詳細な説明は、コンピュータ可読媒体、関連プロセッサ／コントローラ、およびプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）の内部におけるデータビットの操作のルーチンおよび記号表示によって実施され得る方法を示す。方法とは、本明細書では一般に所望の結果に至る一連のステップまたは処理であると理解され、したがって、「アルゴリズム」、「ルーチン」、「プログラム」、「対象物」、「関数」、「サブルーチン」、および「手続き」などの技術用語を包含する。
【００１３】
本明細書に記載される実施形態において有用なソフトウェアに関しては、当業者は、記載された計算プロセスを実行するソフトウェアを作成するための種々のプラットフォームと言語が存在することを認識している。いくつかの実施例は、位置測定システムとＬＳｏＣの様々な構成要素に有用な公知の複数の異なる種類の機械語のいずれかを使って実施され得る。しかし、当業者は、あるタイプのシステムに有効に作用するものでも他のタイプのシステムには有効でないことがあるというように、確かなプラットフォームと言語の選定は構成される実際のシステムの仕様に左右される場合が多いことも認識している。さらに、いくつかの実施形態では、位置測定システムのＰＬＤなどの構成要素のモジュール（本明細書では同じ意味でソフトコアまたは単に「コア」と呼ぶ）とともに使用するように適合された市販のソフトウェアを実装していくつかの有益な態様を実現することもできる。市販のソフトウェアの中には例証目的として注目されるものもある。
【００１４】
図１は代表的な実施形態による位置測定システム１００の簡略回路図である。システムは、ＰＬＤ１０１、ディジタルイメージセンサ１０２、および照明光源１０３を含む。図示のＰＬＤ１０１は、コントローラ１０４、および本明細書でさらに詳しく説明するソフトウェアで作成される１つまたは複数のコア（またはモジュール）を含む。システム１００は、対象物１０６上のターゲットパターンの位置を提供する。対象物１０６およびこの上のターゲットパターンは、通常、代表的な実施形態のシステム１００の一部分とみなされないことが強調される。
【００１５】
作動中の照明光源１０３は、対象物１０６のターゲットパターンに断続的に光を照射する。たとえば、光源１０３は、断続的に照明する（ストロボなど）１個または複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザを備えてもよい。ディジタルイメージセンサ１０２は、ターゲットパターンの照明の各区間でターゲットパターンの画像１０７を取得する。画像データ１０８は、センサ１０２からＰＬＤ１０１のそれぞれのコア１０５に提供される。コア１０５は、対象物１０６の絶対位置データ１０９を測定する原出願および引用（特許文献１）の方法を実施するように適合されたソフトウェアを備える。この後，位置データ１０９は後で使用できるようにユーザ（図示せず）に提供される。
【００１６】
代表的な実施形態および原出願および引用特許では、画像データ１０８を受け取った後のＰＬＤ１０１は、画像１０７からのピクセル値の行の合計を表す第１の画像ベクトルを生成し画像１０７からのピクセル値の列の合計を表す第２の画像ベクトルを生成するように適合される。画像ベクトルが計算されると、ＰＬＤ１０１はターゲットパターンの原点に対する二次元のサブセットの絶対位置を画像ベクトルから測定するように構成される。本教示によって絶対位置の二次元より多くの測定が考えられることが強調される。
【００１７】
絶対位置の測定のほかにも、ＰＬＤ１０１は特にターゲットパターンの照明および画像取得に関する制御機能を備える。たとえば、ＰＬＤ１０１はイメージセンサ１０２から信号を受け取って画像の受取りに関するステータスを表示することができる。センサ１０２がそのステータス信号を受信状態にあるものとして送出すると、ＰＬＤ１０１は画像が取得されるようにターゲットパターンを断続的に照明（ストローブ）する照明光源１０３に制御信号を送出する。あるいは、ＰＬＤ１０１は照明光源１０３をストローブする制御信号を送出し、さらにイメージセンサ１０２に制御信号を送出してストロボ光とセンサ１０２による画像の取得を同期させることができる。
【００１８】
図示の実施形態において、ＰＬＤ１０１はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であり、コントローラ１０４はその中のソフトウェアで作成される。あるいは、コントローラ１０４はＦＰＧＡと独立した構成要素であってもよい。とにかく、一部のコア１０５はターゲットパターンの位置データを測定してターゲットパターンの絶対位置を提供するように適合される。一実施形態では、各コア１０５は測定次元のそれぞれの位置を測定するように適合される。たとえば、三次元デカルト座標系（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ）における対象物の位置を測定することが有用な場合、１つのコアが各測定次元に対応した３つのコアが必要なことになる。前記ＦＰＧＡの構成については本教示による変形が考えられる。たとえば、対象物１０６の位置を計算する代りに、あるいはこれを計算することに加えて、コア１０５は対象物１０６の回転、またはピッチ、または傾き、または針路からの逸れ（yaw）、または、これらの組合せを計算するように適合され得る。さらに一般的に、ＰＬＤ１０１は、様々な位置計算を行うために原出願および引用特許の方法またはアルゴリズムに基づいて構成され得る。ＰＬＤは比較的アクセスしやすい構成であるため、コア１０５、または追加コア、またはこの両方のソフトウェアの修正によって様々な寸法計算を実現することもできる。さらに、そして先に少し触れたように、ＦＰＧＡのコア１０５は、各次元の位置データの計算を同時に実行するように適合され得る。当然のことながら、これによって、システム１００の計算速度を多くの既知のシステムに比べて向上させることができる。
【００１９】
具体的な実施形態では、ＰＬＤ１０１は市販のＸｉｌｉｎｘ（登録商標）Ｓｐａｒｔａｎ ＩＩＩ ＦＰＧＡであり、コア１０５はＦＰＧＡと同期させるためにＸｉｌｉｎｘ（登録商標）ＩＳＥソフトェアで作成される。前述のように、コア１０５のソフトウェアは原出願および引用特許の方法を実行するように適合される。方法を実行するコアのプログラミングは、当業者の範囲にあり、代表的な実施形態の説明が不明瞭になることを避けるため、本明細書では詳しく説明しない。
【００２０】
他の代表的な実施形態では、ＰＬＤ１０１はコントローラ１０４とコア１０５の機能を実行するように適合された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む場合がある。あるいは、１より多くのＰＬＤをシステムに実装することもできる。たとえば、図４に関連してさらに詳しく説明される実施形態では、システムは、一方がディジタルイメージセンサ１０２、照明光源１０３、およびＰＬＤ１０１を含み、他方が別のＰＬＤとコントローラを含む他の部分で提供される。他の引用実施形態のＰＬＤでは、当業者には既知の１個または複数個の様々なＰＬＤとすることができる。
【００２１】
代表的な実施形態では、ディジタルイメージセンサ１０２は、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）であり、これは、各々が光検出器を内蔵しアクティブトランジスタのリセットおよび読出し回路に接続された、ピクセルセンサのアレイを含む集積回路からなる。好都合なことに、センサ１０２は比較的に高速で高感度の特性を有する。一実施形態では、センサ１０２は、ウィンドウイングを含み、一定のピクセルマトリクスの選択的使用が可能である。他の実施形態では、センサ１０２は、ターゲットパターンの画像を適正に取得するために必要な、選ばれた多くのピクセルを備えたカスタム集積回路である。
【００２２】
前述のように、コントローラ１０４はＰＬＤ１０１に集積化され得るが、システム１００と独立の構成要素であってもよい。実装には関係なく、コントローラ１０４は、制御データ１１０をセンサ１０２に送出することによりセンサ１０２を制御する機能を備える。これらのデータ１１０は、ゲイン、表示されるピクセル数、およびイメージセンサからＰＬＤ１０１に送られるデータのビット順などの設定データであり得る。さらに、コントローラ１０４は、ＦＰＧＡのコア１０５に制御データを送出し、ＦＰＧＡのコア１０５からいくつかのデータを受け取る。図において、コア１０５は、位置データ１０９の計算中にいくつかのパラメータデータを算出し、このようなデータをコントローラ１０４に送出することができる。コントローラ１０４は、これらのデータの診断解析を実行してリアルタイムで改善策を講じるように適合され得る。たとえば、コア１０５からのパラメータは、センサ１０２の中心がずれているか、回転が不適切であることを示すことがある。代替的または追加的に、コア１０５から受け取られるパラメータデータは照明レベルが低すぎるか、または高すぎることを示すことがあり、センサ１０２が適切に焦点を結んでいないことを示すこともある。これらのデータを使って、コントローラ１０４は、必要な調整を決定して制御指令を送出し、必要に応じて心合せ、または照明、または焦点の必要な調整を行うように適合される。代替的または追加的に、適切な措置のための診断データがユーザに提供され得る。
【００２３】
さらに、コントローラ１０４は、ユーザからの入力を受け入れるように適合され得る。その場合、コントローラ１０４はその入力を実行するためにＰＬＤ１０１に送出する。たとえば、コントローラ１０４がＰＬＤ１０１に実装される実施形態では、ユーザはコントローラ１０４に対して入力パラメータを設定することができ、コントローラ１０４はこのパラメータをコア１０５に送出する。
【００２４】
いくつかの有用なパラメータ設定値を、代表的な本実施形態に関連させて説明する。これらの設定値はシステム１００の機能を説明することのみを目的とするもので、本教示の範囲を決して限定するものではないことが強調される。代表的な実施形態では、入力パラメータの設定に、新たなコードをシステム１００のメモリ（図示せず）に送出することが含まれる。このメモリは、フラッシュメモリなどの適当なメモリであってよい。この新たなコードは、新たなベクトルシーケンスを提供するができ、新たなセンサ位置や出力解像度を設定することができる。後者については、システム１００の適用環境によって解像度の要件が決まることが多い。システム１００では、解像度を具体的な用途に合わせて設定することができる。たとえば、ある用途では解像度が約１．０μｍに設定されることがあるが、他の用途では解像度が約１００．０ｎｍに設定されることもある。特に、およそ０．１ｎｍもの高い解像度の設定が考えられる。
【００２５】
他の代表的な実施形態では、センサウィンドウを設定し、それによってセンサ１０２が対象物１０６から収集する画像の位置を設定するために、入力パラメータの設定はＰＬＤ１０１に新たなコードを提供することを含む。
【００２６】
さらに他の実施形態では、入力パラメータの設定としてほんの数例であるが、位置ベクトルと位置データの計算に使用すべきテストパターンの原点の設定、報告すべき誤差の種類と閾値、および診断モードに入るべき時点の指示が挙げられる。当然のことながら、システム１０１へのユーザパラメータの入力は、代表的な実施形態のＰＬＤ（特にＦＰＧＡ）を構成することができることから比較的簡単である。
【００２７】
図２は、代表的な実施形態による位置測定システム２０２のそばを通る対象物２０１（ステージとも呼ばれる）の概念図である。位置測定システム２０２は、図１に関連して前述した通りであり、本明細書の図３Ａ〜図４に関連して後述する通りである。対象物２０１は、対象物の表面に配置されたターゲットパターン２０３を含む。実際には、通常、唯一の位置測定システム２０２と１つのターゲットパターン２０３が表面の１つに備えられる。本概念図は、位置測定システム２０２について２つの可能な実施形態を示しているだけである。
【００２８】
対象物２０１は、方向２０４に沿って移動する例を示しており、この方向は代表的な実施例ではｙ方向である。原出願および引用特許でさらに詳しく説明されているように、ターゲットパターン２０３の画像はセンサ１０２によって取得され、センサ１０２からのデータはＰＬＤ１０１に送出されて、これによって画像ベクトルを計算するように適合される。画像ベクトルから、ＰＬＤ１０１はターゲットパターンの原点２０５に対して少なくとも二次元のターゲットパターン２０３のサブセットの絶対位置を測定する。
【００２９】
図３Ａは、代表的な実施形態によるＬＳｏＣの簡略ブロック図である。ＬＳｏＣ３００の構成要素は、図１に関連して説明した位置測定システム１００の構成要素と実質的に同じである。これらの構成要素とそれらの機能の説明は、簡略にするために繰り返さない。
【００３０】
前述のように、物理的に比較的小さいサイズの位置測定システムを提供する必要性がある。ＬＳｏＣ３０は、様々な技術の１つを使って一体型で提供され得る。たとえば、個々の構成要素は個々にパッケージ化されたデバイスとして提供され得るもので、これは一般に半導体デバイスである。これらの個々にパッケージ化されたデバイスは、比較的小型であり、適当な基板上に形成され得る。前記の構成要素を内蔵した完全な集積回路を備えるＬＳｏＣも考えられる。このために、ＬＳｏＣ３００は、全構成要素が公知の方法で集積化されたチップ上の完全なシステムであってもよい。当然のことながら、多くの公知のシステムと比較すると、ＬＳｏＣ３００は実質的に小型化を実現することができる。好都合なことに、これによって位置測定システムと多くの環境との一体化が容易になる。
【００３１】
図３Ｂは、代表的な実施形態に従って対象物２０１の上方に配置されたＬＳｏＣ（パッケージ）３０１の斜視図である。パッケージ３０１は、図３Ａに関連して説明したようなＬＳｏＣを含む。パッケージ３０１は、具体的な測定用途または環境に適した１つまたは複数の様々な材料から製作され得る。パッケージＬＳｏＣ３０１は広範な測定用途での使用が考えられるため、材料の範囲も多様である。簡単に言えば、このパッケージは既知のプラスチック材料で作ることができる。
【００３２】
パッケージ３０１は、ケーブル３０２が接続され、信号と電源の接続部を含むＬＳｏＣとの接続部が備えられる。代表的な実施形態では、パッケージＬＳｏＣ３０１は実質的に密閉されており、したがって環境要素から著しい汚染を被ることはない。好都合なことに、このため、環境汚染物質が広がっていて位置測定システムの機能を損なうおそれのある多くの環境（たとえば、製造環境）においてＬＳｏＣを実装することができる。
【００３３】
ＬＳｏＣ３００およびパッケージＬＳｏＣ３０１は、比較的小型で十分に保護された位置測定システムを備えるだけでなく、大型システムに比べて熱膨張に起因する誤差も生じにくい。前述のように、比較的大型で既知の位置測定システムは、測定寸法よりも大きい測定誤差を招くことがある。それに反して、代表的な実施形態による比較的小型のシステムでは熱膨張により生じる測定誤差が比較的小さい。
【００３４】
比較的小型のパッケージＬＳｏＣ３０１は、比較的広範の測定用途にその適合性が見出されるようになっている。たとえば、いくつかの実施形態では、パッケージＬＳｏＣ３０１は、測定データを蓄積することができる比較的小さいステージ内に備えられる（すなわち、本質的に比較的小さいステージで囲まれる）可能性がある。公知のエンコーダはステージを移動させるには大き過ぎるため、公知の位置測定システムを使用したこのような測定値の収集は現実的でもなく可能でもないことになる。好都合なことに、物理的サイズが比較的小さいパッケージ３０１では、比較的小さいステージから位置データを収集することができる。
【００３５】
ＬＳｏＣパッケージ３０１の他の有用な態様は、現存するシステムにおいて使える状態にある。特に、サイズが比較的小さいパッケージ３０１では、現存するシステムの改装と扱いにくいエンコーダの交換が可能である。
【００３６】
図４は、代表的な実施形態による位置測定システム４００の斜視図である。システム４００は前述の実施形態の構成要素と機能の多くのを含む。これらの構成要素と機能の詳細の多くは、ここに記載する実施形態の説明が不明瞭になることを避けるため、繰り返さない。
【００３７】
システム４００は、第１の部品４０１と第２の部品４０２、および第１と第２の部品４０１、４０２間の接続部（たとえば、ケーブルまたはバス）４０３を含む。一実施形態では、第１の部品４０１はディジタルイメージセンサ１０２と照明光源１０３を含み、第２の部品４０２はＰＬＤ１０１（これは図ではＦＰＧＡである）を含む。図示の実施形態では、第１と第２の部品４０１、４０２は、前記の構成要素を含むパッケージである。このパッケージは、パッケージＬＳｏＣ３０１に関連して説明したパッケージと外観が類似している。
【００３８】
前述したように、位置測定システムの熱膨張を可能な範囲で軽減することは一般に有益である。本実施形態では、ターゲットの照明と取得に必要な構成要素が第１の部品４０１の中に備えられ、絶対位置の計算とシステム４００の様々な構成要素の制御とに必要な構成要素が第２の部品４０２の中に備えられる。それによって、主要な発熱源である電子部品は、測定精度への熱膨張の影響を軽減するために隔離される。
【００３９】
他の実施形態では、第１の部品４０１はディジタルイメージセンサ１０２、照明光源１０３、および第１のＰＬＤを含む。第２の部品４０２は第２のＰＬＤを含む。第１のＰＬＤは、原出願および引用米国特許に記載された方法のいくつかの計算を実行するように適合される。図において、第１のＰＬＤは、取得された画像からのピクセルの行と列の合計など、いくつかのデータ蓄積を実行するソフトウェアモジュールを含み得る。この後、第２のＰＬＤは画像からのピクセル値の行と列の合計を表わすそれぞれの画像ベクトルを生成し、原点に対するターゲットパターンのサブセットの絶対位置を測定することができる。さらに、第２のＰＬＤは、他の実施形態のＰＬＤ１０１に関連して説明した制御機能も含んでいてもよい。
【００４０】
本実施形態のＰＬＤは、前述のような１つまたは複数の様々なＰＬＤであってもよい。図示のＰＬＤは、位置測定システム４００の機能を実行するソフトウェアモジュール（コア）で作成されたＦＰＧＡであってもよい。さらに、ＰＬＤの機能の説明区分は、例示を目的とするものにすぎない。当業者は、システムに２つよりも多くのＰＬＤを使用することと同様に、ＰＬＤ間の機能の他の区分も容易に理解し得ることが強調される。
【００４１】
図５は、代表的な実施形態による位置の測定方法５００のフローチャートである。この方法５００は前述の様々な位置測定システムにおいて実施され得る。
【００４２】
ステップ５０１では、二次元のターゲットパターンを有する対象物が照明される。この照明は、前述の照明光源１０３によって行われる。この方法は二次元を超えるターゲットパターンのサブセットの絶対位置測定に拡張され得る。二次元を超える位置測定の詳細は、本実施形態の説明が不明瞭になるのを避けるため、説明しない。
【００４３】
ステップ５０２では、ターゲットパターンのサブセットの画像がディジタルイメージセンサ１０３などによって取得される。前述のように、照明と画像取得の同期化はＰＬＤ１０１によって制御される。
【００４４】
ステップ５０３では、画像データ１０８がディジタルイメージセンサ１０３からＰＬＤ１０１に送出された後、第１の画像ベクトルと第２の画像が生成される。画像ベクトルの生成は、たとえば、ＰＬＤ１０１のそれぞれのコア１０５において行われる。もしくは、図４に関連して説明したような実施形態では、画像ベクトルの生成が第１のＰＬＤ、または第２のＰＬＤ、またはこれらの組合せにおいて行われ得る。画像ベクトルの生成方法の具体的な詳細は、前記の代表的な実施形態に関連して説明され、原出願および引用特許において提供されている。
【００４５】
ステップ５０４では、画像ベクトルが生成された後、ターゲットパターンのサブセットの位置の絶対位置がターゲットパターンの原点に対して測定される。さらに、位置の測定は、代表的な実施形態のＰＬＤのそれぞれのコアと、原出願および引用特許に記載された方法とによって行われる。これらのデータは位置データ１０９としてユーザに提供される。
【００４６】
本開示に鑑みて、本明細書において記載された様々な方法と装置はハードウェアおよびソフトウェアで実施され得ることに留意すること。また、様々な方法とパラメータはあくまでも例であって限定的な意味も有するものではない。本開示に鑑みて、当業者はそれぞれの技術とこれらの技術の実施に必要な装置を決定する際に添付の特許請求の範囲内に留まりながら、本教示を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】代表的な実施形態による位置測定システムの簡略回路図である。
【図２】代表的な実施形態による位置測定システムのそばを通過する物体の概念図である。
【図３Ａ】代表的な実施形態によるＬＳｏＣの簡略ブロック図である。
【図３Ｂ】代表的な実施形態によるパッケージＬＳｏＣの斜視図である。
【図４】代表的な実施形態による位置測定システムの斜視図である。
【図５】代表的な実施形態による位置の測定方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１００ 位置測定システム
１０１ ＰＬＤ
１０２ ディジタルイメージセンサ
１０３ 照明光源
１０４ コントローラ
１０５ コア
１０６ 対象物
１０７ 画像
１０８ 画像データ
１０９ 位置データ
２０１ 対象物
２０２ 位置システム
２０３ ターゲットパターン
２０４ 方向
２０５ 原点
３００ ＬＳｏＣ
３０１ パッケージＬＳｏＣ
３０２ ケーブル
４００ 位置測定システム
４０１ 第１の部品
４０２ 第２の部品
５００ 測定方法
５０１ ステップ
５０２ ステップ
５０３ ステップ
５０４ ステップ
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．５３（ｂ）に基づく一部継続（ＣＩＰ）出願であり、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１２０の下で（特許文献１）の継続である２００７年５月２４日出願の「ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｔｗｏ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｔａｒｇｅｔ ｐａｔｔｅｒｎ」と題された（特許文献２）（代理人明細書番号第１００４１３９０−０６）に対し優先権の恩典を主張する。本出願と引用特許はいずれも本譲受人であるアジレントテクノロジー社（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）に譲渡される。引用特許出願および特許の開示は、参照として特に本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、対象物の場所や位置を精密に測定する必要性がある。たとえば、多くの製造工程では、動いているステージや対象物の精密位置決めを必要とする。動いている対象物の位置を測定するいくつかの手法が開発されている。これらの手法のいくつかを以下に説明する。
【０００３】
動いているステージの位置を測定する１つの方法は、光符号化を必要とする。ある公知の光符号化構成では、光源からの光が対象物のターゲットパターンに入射する。光センサがターゲットパターンの画像を取得し、この画像から対象物の位置が測定される。
【０００４】
残念ながら、公知の光エンコーダは比較的大きく、いくつかの設定ではその実施が制限される。さらに、これらの比較的大きい光エンコーダの熱膨張によって、被測定寸法よりも大きい測定誤差が生じる可能性がある。さらに、多くの測定環境では、光エンコーダを適当なハウジングで密閉して環境要素（埃と汚れなど）による光エンコーダの汚染を防ぐことが有用である。当然のことながら、ハウジングが加わることによってエンコーダのサイズがさらに大きくなる。
【０００５】
サイズに関する弱点のほかに、多くの公知の二次元光エンコーダには計算速度が比較的遅いことによる制限がある。たとえば、いくつかの光エンコーダでは、対象物の各次元の位置が順番に測定されなければならない。当然のことながら、このことによって測定データの処理速度が低下する。多くの設定では、比較的遅い処理速度が障害となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、光エンコーダのシステム構成に関しては、少なくとも前述した公知の光エンコーダの欠点を克服する必要性がある。
【特許文献１】米国特許第７，２３０，７２７号
【特許文献２】米国特許出願第１１／７５３，５０８号
【課題を解決するための手段】
【０００７】
代表的な実施形態では、位置測定システムは、ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサを含む。さらに、位置測定システムは、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）も含む。ＰＬＤは、ターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を画像ベクトルから測定するように構成される。
【０００８】
他の代表的な実施形態では、チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）がターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサを含む。また、ＬＳｏＣは、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）も含む。ＰＬＤは、ターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を測定するように構成される。
【０００９】
さらに他の代表的な実施形態では、位置の測定方法が二次元のターゲットパターンを有するターゲットを照明することと、ターゲットパターンのサブセットの画像を取得することを含む。この方法は、さらに、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で、画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成することと、およびターゲットパターンの原点に対する少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を測定することとを含む。
【００１０】
本教示は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むと最もよく理解される。特徴は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。可能な限り、同じ特徴を同じ参照番号で表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
限定ではなく説明を目的とする以下の詳細な説明では、本教示が十分に理解されるよう具体的な詳細を開示する代表的な実施形態を記載する。実施例の説明が不明瞭になることを避けるため、周知のデバイス、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、方法、およびシステムの説明を割愛することができる。とはいえ、当業者の範囲内にあるこのようなハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、デバイス、方法、およびシステムを、代表的な実施形態に従って使用することもある。
【００１２】
以下の詳細な説明は、コンピュータ可読媒体、関連プロセッサ／コントローラ、およびプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）の内部におけるデータビットの操作のルーチンおよび記号表示によって実施され得る方法を示す。方法とは、本明細書では一般に所望の結果に至る一連のステップまたは処理であると理解され、したがって、「アルゴリズム」、「ルーチン」、「プログラム」、「対象物」、「関数」、「サブルーチン」、および「手続き」などの技術用語を包含する。
【００１３】
本明細書に記載される実施形態において有用なソフトウェアに関しては、当業者は、記載された計算プロセスを実行するソフトウェアを作成するための種々のプラットフォームと言語が存在することを認識している。いくつかの実施例は、位置測定システムとＬＳｏＣの様々な構成要素に有用な公知の複数の異なる種類の機械語のいずれかを使って実施され得る。しかし、当業者は、あるタイプのシステムに有効に作用するものでも他のタイプのシステムには有効でないことがあるというように、確かなプラットフォームと言語の選定は構成される実際のシステムの仕様に左右される場合が多いことも認識している。さらに、いくつかの実施形態では、位置測定システムのＰＬＤなどの構成要素のモジュール（本明細書では同じ意味でソフトコアまたは単に「コア」と呼ぶ）とともに使用するように適合された市販のソフトウェアを実装していくつかの有益な態様を実現することもできる。市販のソフトウェアの中には例証目的として注目されるものもある。
【００１４】
図１は代表的な実施形態による位置測定システム１００の簡略回路図である。システムは、ＰＬＤ１０１、ディジタルイメージセンサ１０２、および照明光源１０３を含む。図示のＰＬＤ１０１は、コントローラ１０４、および本明細書でさらに詳しく説明するソフトウェアで作成される１つまたは複数のコア（またはモジュール）を含む。システム１００は、対象物１０６上のターゲットパターンの位置を提供する。対象物１０６およびこの上のターゲットパターンは、通常、代表的な実施形態のシステム１００の一部分とみなされないことが強調される。
【００１５】
作動中の照明光源１０３は、対象物１０６のターゲットパターンに断続的に光を照射する。たとえば、光源１０３は、断続的に照明する（ストロボなど）１個または複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザを備えてもよい。ディジタルイメージセンサ１０２は、ターゲットパターンの照明の各区間でターゲットパターンの画像１０７を取得する。画像データ１０８は、センサ１０２からＰＬＤ１０１のそれぞれのコア１０５に提供される。コア１０５は、対象物１０６の絶対位置データ１０９を測定する原出願および引用（特許文献１）の方法を実施するように適合されたソフトウェアを備える。この後，位置データ１０９は後で使用できるようにユーザ（図示せず）に提供される。
【００１６】
代表的な実施形態および原出願および引用特許では、画像データ１０８を受け取った後のＰＬＤ１０１は、画像１０７からのピクセル値の行の合計を表す第１の画像ベクトルを生成し画像１０７からのピクセル値の列の合計を表す第２の画像ベクトルを生成するように適合される。画像ベクトルが計算されると、ＰＬＤ１０１はターゲットパターンの原点に対する二次元のサブセットの絶対位置を画像ベクトルから測定するように構成される。本教示によって絶対位置の二次元より多くの測定が考えられることが強調される。
【００１７】
絶対位置の測定のほかにも、ＰＬＤ１０１は特にターゲットパターンの照明および画像取得に関する制御機能を備える。たとえば、ＰＬＤ１０１はイメージセンサ１０２から信号を受け取って画像の受取りに関するステータスを表示することができる。センサ１０２がそのステータス信号を受信状態にあるものとして送出すると、ＰＬＤ１０１は画像が取得されるようにターゲットパターンを断続的に照明（ストローブ）する照明光源１０３に制御信号を送出する。あるいは、ＰＬＤ１０１は照明光源１０３をストローブする制御信号を送出し、さらにイメージセンサ１０２に制御信号を送出してストロボ光とセンサ１０２による画像の取得を同期させることができる。
【００１８】
図示の実施形態において、ＰＬＤ１０１はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であり、コントローラ１０４はその中のソフトウェアで作成される。あるいは、コントローラ１０４はＦＰＧＡと独立した構成要素であってもよい。とにかく、一部のコア１０５はターゲットパターンの位置データを測定してターゲットパターンの絶対位置を提供するように適合される。一実施形態では、各コア１０５は測定次元のそれぞれの位置を測定するように適合される。たとえば、三次元デカルト座標系（すなわち、ｘ、ｙ、ｚ）における対象物の位置を測定することが有用な場合、１つのコアが各測定次元に対応した３つのコアが必要なことになる。前記ＦＰＧＡの構成については本教示による変形が考えられる。たとえば、対象物１０６の位置を計算する代りに、あるいはこれを計算することに加えて、コア１０５は対象物１０６の回転、またはピッチ、または傾き、または針路からの逸れ（yaw）、または、これらの組合せを計算するように適合され得る。さらに一般的に、ＰＬＤ１０１は、様々な位置計算を行うために原出願および引用特許の方法またはアルゴリズムに基づいて構成され得る。ＰＬＤは比較的アクセスしやすい構成であるため、コア１０５、または追加コア、またはこの両方のソフトウェアの修正によって様々な寸法計算を実現することもできる。さらに、そして先に少し触れたように、ＦＰＧＡのコア１０５は、各次元の位置データの計算を同時に実行するように適合され得る。当然のことながら、これによって、システム１００の計算速度を多くの既知のシステムに比べて向上させることができる。
【００１９】
具体的な実施形態では、ＰＬＤ１０１は市販のＸｉｌｉｎｘ（登録商標）Ｓｐａｒｔａｎ ＩＩＩ ＦＰＧＡであり、コア１０５はＦＰＧＡと同期させるためにＸｉｌｉｎｘ（登録商標）ＩＳＥソフトェアで作成される。前述のように、コア１０５のソフトウェアは原出願および引用特許の方法を実行するように適合される。方法を実行するコアのプログラミングは、当業者の範囲にあり、代表的な実施形態の説明が不明瞭になることを避けるため、本明細書では詳しく説明しない。
【００２０】
他の代表的な実施形態では、ＰＬＤ１０１はコントローラ１０４とコア１０５の機能を実行するように適合された特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む場合がある。あるいは、１より多くのＰＬＤをシステムに実装することもできる。たとえば、図４に関連してさらに詳しく説明される実施形態では、システムは、一方がディジタルイメージセンサ１０２、照明光源１０３、およびＰＬＤ１０１を含み、他方が別のＰＬＤとコントローラを含む他の部分で提供される。他の引用実施形態のＰＬＤでは、当業者には既知の１個または複数個の様々なＰＬＤとすることができる。
【００２１】
代表的な実施形態では、ディジタルイメージセンサ１０２は、アクティブピクセルセンサ（ＡＰＳ）であり、これは、各々が光検出器を内蔵しアクティブトランジスタのリセットおよび読出し回路に接続された、ピクセルセンサのアレイを含む集積回路からなる。好都合なことに、センサ１０２は比較的に高速で高感度の特性を有する。一実施形態では、センサ１０２は、ウィンドウイングを含み、一定のピクセルマトリクスの選択的使用が可能である。他の実施形態では、センサ１０２は、ターゲットパターンの画像を適正に取得するために必要な、選ばれた多くのピクセルを備えたカスタム集積回路である。
【００２２】
前述のように、コントローラ１０４はＰＬＤ１０１に集積化され得るが、システム１００と独立の構成要素であってもよい。実装には関係なく、コントローラ１０４は、制御データ１１０をセンサ１０２に送出することによりセンサ１０２を制御する機能を備える。これらのデータ１１０は、ゲイン、表示されるピクセル数、およびイメージセンサからＰＬＤ１０１に送られるデータのビット順などの設定データであり得る。さらに、コントローラ１０４は、ＦＰＧＡのコア１０５に制御データを送出し、ＦＰＧＡのコア１０５からいくつかのデータを受け取る。図において、コア１０５は、位置データ１０９の計算中にいくつかのパラメータデータを算出し、このようなデータをコントローラ１０４に送出することができる。コントローラ１０４は、これらのデータの診断解析を実行してリアルタイムで改善策を講じるように適合され得る。たとえば、コア１０５からのパラメータは、センサ１０２の中心がずれているか、回転が不適切であることを示すことがある。代替的または追加的に、コア１０５から受け取られるパラメータデータは照明レベルが低すぎるか、または高すぎることを示すことがあり、センサ１０２が適切に焦点を結んでいないことを示すこともある。これらのデータを使って、コントローラ１０４は、必要な調整を決定して制御指令を送出し、必要に応じて心合せ、または照明、または焦点の必要な調整を行うように適合される。代替的または追加的に、適切な措置のための診断データがユーザに提供され得る。
【００２３】
さらに、コントローラ１０４は、ユーザからの入力を受け入れるように適合され得る。その場合、コントローラ１０４はその入力を実行するためにＰＬＤ１０１に送出する。たとえば、コントローラ１０４がＰＬＤ１０１に実装される実施形態では、ユーザはコントローラ１０４に対して入力パラメータを設定することができ、コントローラ１０４はこのパラメータをコア１０５に送出する。
【００２４】
いくつかの有用なパラメータ設定値を、代表的な本実施形態に関連させて説明する。これらの設定値はシステム１００の機能を説明することのみを目的とするもので、本教示の範囲を決して限定するものではないことが強調される。代表的な実施形態では、入力パラメータの設定に、新たなコードをシステム１００のメモリ（図示せず）に送出することが含まれる。このメモリは、フラッシュメモリなどの適当なメモリであってよい。この新たなコードは、新たなベクトルシーケンスを提供するができ、新たなセンサ位置や出力解像度を設定することができる。後者については、システム１００の適用環境によって解像度の要件が決まることが多い。システム１００では、解像度を具体的な用途に合わせて設定することができる。たとえば、ある用途では解像度が約１．０μｍに設定されることがあるが、他の用途では解像度が約１００．０ｎｍに設定されることもある。特に、およそ０．１ｎｍもの高い解像度の設定が考えられる。
【００２５】
他の代表的な実施形態では、センサウィンドウを設定し、それによってセンサ１０２が対象物１０６から収集する画像の位置を設定するために、入力パラメータの設定はＰＬＤ１０１に新たなコードを提供することを含む。
【００２６】
さらに他の実施形態では、入力パラメータの設定としてほんの数例であるが、位置ベクトルと位置データの計算に使用すべきテストパターンの原点の設定、報告すべき誤差の種類と閾値、および診断モードに入るべき時点の指示が挙げられる。当然のことながら、システム１０１へのユーザパラメータの入力は、代表的な実施形態のＰＬＤ（特にＦＰＧＡ）を構成することができることから比較的簡単である。
【００２７】
図２は、代表的な実施形態による位置測定システム２０２のそばを通る対象物２０１（ステージとも呼ばれる）の概念図である。位置測定システム２０２は、図１に関連して前述した通りであり、本明細書の図３Ａ〜図４に関連して後述する通りである。対象物２０１は、対象物の表面に配置されたターゲットパターン２０３を含む。実際には、通常、唯一の位置測定システム２０２と１つのターゲットパターン２０３が表面の１つに備えられる。本概念図は、位置測定システム２０２について２つの可能な実施形態を示しているだけである。
【００２８】
対象物２０１は、方向２０４に沿って移動する例を示しており、この方向は代表的な実施例ではｙ方向である。原出願および引用特許でさらに詳しく説明されているように、ターゲットパターン２０３の画像はセンサ１０２によって取得され、センサ１０２からのデータはＰＬＤ１０１に送出されて、これによって画像ベクトルを計算するように適合される。画像ベクトルから、ＰＬＤ１０１はターゲットパターンの原点２０５に対して少なくとも二次元のターゲットパターン２０３のサブセットの絶対位置を測定する。
【００２９】
図３Ａは、代表的な実施形態によるＬＳｏＣの簡略ブロック図である。ＬＳｏＣ３００の構成要素は、図１に関連して説明した位置測定システム１００の構成要素と実質的に同じである。これらの構成要素とそれらの機能の説明は、簡略にするために繰り返さない。
【００３０】
前述のように、物理的に比較的小さいサイズの位置測定システムを提供する必要性がある。ＬＳｏＣ３０は、様々な技術の１つを使って一体型で提供され得る。たとえば、個々の構成要素は個々にパッケージ化されたデバイスとして提供され得るもので、これは一般に半導体デバイスである。これらの個々にパッケージ化されたデバイスは、比較的小型であり、適当な基板上に形成され得る。前記の構成要素を内蔵した完全な集積回路を備えるＬＳｏＣも考えられる。このために、ＬＳｏＣ３００は、全構成要素が公知の方法で集積化されたチップ上の完全なシステムであってもよい。当然のことながら、多くの公知のシステムと比較すると、ＬＳｏＣ３００は実質的に小型化を実現することができる。好都合なことに、これによって位置測定システムと多くの環境との一体化が容易になる。
【００３１】
図３Ｂは、代表的な実施形態に従って対象物２０１の上方に配置されたＬＳｏＣ（パッケージ）３０１の斜視図である。パッケージ３０１は、図３Ａに関連して説明したようなＬＳｏＣを含む。パッケージ３０１は、具体的な測定用途または環境に適した１つまたは複数の様々な材料から製作され得る。パッケージＬＳｏＣ３０１は広範な測定用途での使用が考えられるため、材料の範囲も多様である。簡単に言えば、このパッケージは既知のプラスチック材料で作ることができる。
【００３２】
パッケージ３０１は、ケーブル３０２が接続され、信号と電源の接続部を含むＬＳｏＣとの接続部が備えられる。代表的な実施形態では、パッケージＬＳｏＣ３０１は実質的に密閉されており、したがって環境要素から著しい汚染を被ることはない。好都合なことに、このため、環境汚染物質が広がっていて位置測定システムの機能を損なうおそれのある多くの環境（たとえば、製造環境）においてＬＳｏＣを実装することができる。
【００３３】
ＬＳｏＣ３００およびパッケージＬＳｏＣ３０１は、比較的小型で十分に保護された位置測定システムを備えるだけでなく、大型システムに比べて熱膨張に起因する誤差も生じにくい。前述のように、比較的大型で既知の位置測定システムは、測定寸法よりも大きい測定誤差を招くことがある。それに反して、代表的な実施形態による比較的小型のシステムでは熱膨張により生じる測定誤差が比較的小さい。
【００３４】
比較的小型のパッケージＬＳｏＣ３０１は、比較的広範の測定用途にその適合性が見出されるようになっている。たとえば、いくつかの実施形態では、パッケージＬＳｏＣ３０１は、測定データを蓄積することができる比較的小さいステージ内に備えられる（すなわち、本質的に比較的小さいステージで囲まれる）可能性がある。公知のエンコーダはステージを移動させるには大き過ぎるため、公知の位置測定システムを使用したこのような測定値の収集は現実的でもなく可能でもないことになる。好都合なことに、物理的サイズが比較的小さいパッケージ３０１では、比較的小さいステージから位置データを収集することができる。
【００３５】
ＬＳｏＣパッケージ３０１の他の有用な態様は、現存するシステムにおいて使える状態にある。特に、サイズが比較的小さいパッケージ３０１では、現存するシステムの改装と扱いにくいエンコーダの交換が可能である。
【００３６】
図４は、代表的な実施形態による位置測定システム４００の斜視図である。システム４００は前述の実施形態の構成要素と機能の多くのを含む。これらの構成要素と機能の詳細の多くは、ここに記載する実施形態の説明が不明瞭になることを避けるため、繰り返さない。
【００３７】
システム４００は、第１の部品４０１と第２の部品４０２、および第１と第２の部品４０１、４０２間の接続部（たとえば、ケーブルまたはバス）４０３を含む。一実施形態では、第１の部品４０１はディジタルイメージセンサ１０２と照明光源１０３を含み、第２の部品４０２はＰＬＤ１０１（これは図ではＦＰＧＡである）を含む。図示の実施形態では、第１と第２の部品４０１、４０２は、前記の構成要素を含むパッケージである。このパッケージは、パッケージＬＳｏＣ３０１に関連して説明したパッケージと外観が類似している。
【００３８】
前述したように、位置測定システムの熱膨張を可能な範囲で軽減することは一般に有益である。本実施形態では、ターゲットの照明と取得に必要な構成要素が第１の部品４０１の中に備えられ、絶対位置の計算とシステム４００の様々な構成要素の制御とに必要な構成要素が第２の部品４０２の中に備えられる。それによって、主要な発熱源である電子部品は、測定精度への熱膨張の影響を軽減するために隔離される。
【００３９】
他の実施形態では、第１の部品４０１はディジタルイメージセンサ１０２、照明光源１０３、および第１のＰＬＤを含む。第２の部品４０２は第２のＰＬＤを含む。第１のＰＬＤは、原出願および引用米国特許に記載された方法のいくつかの計算を実行するように適合される。図において、第１のＰＬＤは、取得された画像からのピクセルの行と列の合計など、いくつかのデータ蓄積を実行するソフトウェアモジュールを含み得る。この後、第２のＰＬＤは画像からのピクセル値の行と列の合計を表わすそれぞれの画像ベクトルを生成し、原点に対するターゲットパターンのサブセットの絶対位置を測定することができる。さらに、第２のＰＬＤは、他の実施形態のＰＬＤ１０１に関連して説明した制御機能も含んでいてもよい。
【００４０】
本実施形態のＰＬＤは、前述のような１つまたは複数の様々なＰＬＤであってもよい。図示のＰＬＤは、位置測定システム４００の機能を実行するソフトウェアモジュール（コア）で作成されたＦＰＧＡであってもよい。さらに、ＰＬＤの機能の説明区分は、例示を目的とするものにすぎない。当業者は、システムに２つよりも多くのＰＬＤを使用することと同様に、ＰＬＤ間の機能の他の区分も容易に理解し得ることが強調される。
【００４１】
図５は、代表的な実施形態による位置の測定方法５００のフローチャートである。この方法５００は前述の様々な位置測定システムにおいて実施され得る。
【００４２】
ステップ５０１では、二次元のターゲットパターンを有する対象物が照明される。この照明は、前述の照明光源１０３によって行われる。この方法は二次元を超えるターゲットパターンのサブセットの絶対位置測定に拡張され得る。二次元を超える位置測定の詳細は、本実施形態の説明が不明瞭になるのを避けるため、説明しない。
【００４３】
ステップ５０２では、ターゲットパターンのサブセットの画像がディジタルイメージセンサ１０３などによって取得される。前述のように、照明と画像取得の同期化はＰＬＤ１０１によって制御される。
【００４４】
ステップ５０３では、画像データ１０８がディジタルイメージセンサ１０３からＰＬＤ１０１に送出された後、第１の画像ベクトルと第２の画像が生成される。画像ベクトルの生成は、たとえば、ＰＬＤ１０１のそれぞれのコア１０５において行われる。もしくは、図４に関連して説明したような実施形態では、画像ベクトルの生成が第１のＰＬＤ、または第２のＰＬＤ、またはこれらの組合せにおいて行われ得る。画像ベクトルの生成方法の具体的な詳細は、前記の代表的な実施形態に関連して説明され、原出願および引用特許において提供されている。
【００４５】
ステップ５０４では、画像ベクトルが生成された後、ターゲットパターンのサブセットの位置の絶対位置がターゲットパターンの原点に対して測定される。さらに、位置の測定は、代表的な実施形態のＰＬＤのそれぞれのコアと、原出願および引用特許に記載された方法とによって行われる。これらのデータは位置データ１０９としてユーザに提供される。
【００４６】
本開示に鑑みて、本明細書において記載された様々な方法と装置はハードウェアおよびソフトウェアで実施され得ることに留意すること。また、様々な方法とパラメータはあくまでも例であって限定的な意味も有するものではない。本開示に鑑みて、当業者はそれぞれの技術とこれらの技術の実施に必要な装置を決定する際に添付の特許請求の範囲内に留まりながら、本教示を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】代表的な実施形態による位置測定システムの簡略回路図である。
【図２】代表的な実施形態による位置測定システムのそばを通過する物体の概念図である。
【図３Ａ】代表的な実施形態によるＬＳｏＣの簡略ブロック図である。
【図３Ｂ】代表的な実施形態によるパッケージＬＳｏＣの斜視図である。
【図４】代表的な実施形態による位置測定システムの斜視図である。
【図５】代表的な実施形態による位置の測定方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１００ 位置測定システム
１０１ ＰＬＤ
１０２ ディジタルイメージセンサ
１０３ 照明光源
１０４ コントローラ
１０５ コア
１０６ 対象物
１０７ 画像
１０８ 画像データ
１０９ 位置データ
２０１ 対象物
２０２ 位置システム
２０３ ターゲットパターン
２０４ 方向
２０５ 原点
３００ ＬＳｏＣ
３０１ パッケージＬＳｏＣ
３０２ ケーブル
４００ 位置測定システム
４０１ 第１の部品
４０２ 第２の部品
５００ 測定方法
５０１ ステップ
５０２ ステップ
５０３ ステップ
５０４ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置測定システムであって、
ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサと、
前記画像からのピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からのピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）と、
を備え、
前記ＰＬＤは前記ターゲットパターンの原点に対して少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を前記画像ベクトルから測定するように構成される、位置測定システム。
【請求項２】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤの動作パラメータを入力するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項３】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤからデータを受け取り、前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項４】
前記ＰＬＤはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項５】
前記ＦＰＧＡは少なくとも２つのコアをさらに備え、前記コアの各々は次元のそれぞれ１つに対する絶対位置を測定する働きをする、請求項４に記載の位置測定システム。
【請求項６】
前記ＦＰＧＡに埋め込まれたコントローラをさらに備え、前記ＦＰＧＡに動作パラメータを入力するか、または前記ＦＰＧＡからのデータを受け取って前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するか、あるいはこれらの両方を行うように適合される、請求項４に記載の位置測定システム。
【請求項７】
前記ＰＬＤにデータを提供するように適合される他のＰＬＤをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項８】
前記コアの各々は前記ＦＰＧＡで作成されるソフトウェアコアである、請求項５に記載の位置測定システム。
【請求項９】
前記コントローラはソフトウェアに埋め込まれる、請求項６に記載の位置測定システム。
【請求項１０】
前記コアはそれぞれの次元の絶対位置を同時に測定する、請求項５に記載の位置測定システム。
【請求項１１】
前記位置測定システムは、
前記イメージセンサ、照明光源、および前記ＰＬＤを含む第１の部品と、
他のＰＬＤを含む第２の部品と、
をさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項１２】
前記位置測定システムは、
前記イメージセンサおよび照明光源を含む第１の部品と、
前記ＰＬＤを含む第２の部品と
をさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項１３】
チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）であって、
ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサと、
前記画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）と、
を備え、
前記ＰＬＤは少なくとも二次元の前記ターゲットパターンの原点に対して前記サブセットの絶対位置を測定するように構成される、チップ上の位置測定システム。
【請求項１４】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤに動作パラメータを入力するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１５】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤからデータを受け取り、前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１６】
前記ＰＬＤはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である、請求項１４に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１７】
前記ＦＰＧＡは少なくとも２つのコアをさらに備え、前記コアの各々は次元のそれぞれ１つに対する絶対位置を測定する働きをする、請求項１６に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１８】
前記ＦＰＧＡに埋め込まれたコントローラをさらに備え、前記ＦＰＧＡに動作パラメータを入力するか、または前記ＰＬＤからデータを受け取って前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するか、あるいはこれらの両方を行うように適合される、請求項１６に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１９】
前記ＬＳｏＣは前記ＰＬＤにデータを提供するように適合される他のＰＬＤをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２０】
前記コアの各々は前記ＦＰＧＡで作成されるソフトウェアコアである、請求項１７に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２１】
前記コントローラはソフトウェアで具体化される、請求項２０に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２２】
前記コアはそれぞれの絶対位置を同時に測定する、請求項１７に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２３】
位置の測定方法であって、
ターゲットパターンを有する対象物を照明し、
前記ターゲットパターンのサブセットの画像を取得し、
フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で、前記画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成し、
少なくとも二次元の前記ターゲットパターンの原点に対して前記サブセットの絶対位置を測定することを含む、位置の測定方法。
【請求項２４】
前記測定は少なくとも二次元で同時に行われる、請求項２３に記載の位置の測定方法。
【請求項１】
位置測定システムであって、
ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサと、
前記画像からのピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からのピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）と、
を備え、
前記ＰＬＤは前記ターゲットパターンの原点に対して少なくとも二次元のサブセットの絶対位置を前記画像ベクトルから測定するように構成される、位置測定システム。
【請求項２】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤの動作パラメータを入力するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項３】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤからデータを受け取り、前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項４】
前記ＰＬＤはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項５】
前記ＦＰＧＡは少なくとも２つのコアをさらに備え、前記コアの各々は次元のそれぞれ１つに対する絶対位置を測定する働きをする、請求項４に記載の位置測定システム。
【請求項６】
前記ＦＰＧＡに埋め込まれたコントローラをさらに備え、前記ＦＰＧＡに動作パラメータを入力するか、または前記ＦＰＧＡからのデータを受け取って前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するか、あるいはこれらの両方を行うように適合される、請求項４に記載の位置測定システム。
【請求項７】
前記ＰＬＤにデータを提供するように適合される他のＰＬＤをさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項８】
前記コアの各々は前記ＦＰＧＡで作成されるソフトウェアコアである、請求項５に記載の位置測定システム。
【請求項９】
前記コントローラはソフトウェアに埋め込まれる、請求項６に記載の位置測定システム。
【請求項１０】
前記コアはそれぞれの次元の絶対位置を同時に測定する、請求項５に記載の位置測定システム。
【請求項１１】
前記位置測定システムは、
前記イメージセンサ、照明光源、および前記ＰＬＤを含む第１の部品と、
他のＰＬＤを含む第２の部品と、
をさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項１２】
前記位置測定システムは、
前記イメージセンサおよび照明光源を含む第１の部品と、
前記ＰＬＤを含む第２の部品と
をさらに備える、請求項１に記載の位置測定システム。
【請求項１３】
チップ上の位置測定システム（ＬＳｏＣ）であって、
ターゲットパターンのサブセットの画像を取得するように適合されたイメージセンサと、
前記画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成する働きをするプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）と、
を備え、
前記ＰＬＤは少なくとも二次元の前記ターゲットパターンの原点に対して前記サブセットの絶対位置を測定するように構成される、チップ上の位置測定システム。
【請求項１４】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤに動作パラメータを入力するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１５】
前記ＰＬＤに接続され、前記ＰＬＤからデータを受け取り、前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するように適合されたコントローラをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１６】
前記ＰＬＤはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）である、請求項１４に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１７】
前記ＦＰＧＡは少なくとも２つのコアをさらに備え、前記コアの各々は次元のそれぞれ１つに対する絶対位置を測定する働きをする、請求項１６に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１８】
前記ＦＰＧＡに埋め込まれたコントローラをさらに備え、前記ＦＰＧＡに動作パラメータを入力するか、または前記ＰＬＤからデータを受け取って前記データに基づいて前記位置測定システムの動作パラメータのステータスを判断するか、あるいはこれらの両方を行うように適合される、請求項１６に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項１９】
前記ＬＳｏＣは前記ＰＬＤにデータを提供するように適合される他のＰＬＤをさらに備える、請求項１３に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２０】
前記コアの各々は前記ＦＰＧＡで作成されるソフトウェアコアである、請求項１７に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２１】
前記コントローラはソフトウェアで具体化される、請求項２０に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２２】
前記コアはそれぞれの絶対位置を同時に測定する、請求項１７に記載のチップ上の位置測定システム。
【請求項２３】
位置の測定方法であって、
ターゲットパターンを有する対象物を照明し、
前記ターゲットパターンのサブセットの画像を取得し、
フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で、前記画像からピクセル値の行の合計を表わす第１の画像ベクトルと、前記画像からピクセル値の列の合計を表わす第２の画像ベクトルとを生成し、
少なくとも二次元の前記ターゲットパターンの原点に対して前記サブセットの絶対位置を測定することを含む、位置の測定方法。
【請求項２４】
前記測定は少なくとも二次元で同時に行われる、請求項２３に記載の位置の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２９２４７５（Ｐ２００８−２９２４７５Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７２０５（Ｐ２００８−１１７２０５）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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