多次元位置センサ
コントローラと、可動部と搬送経路とを有し前記コントローラと連通するワークピース搬送機と、前記可動部に固着した少なくとも１つの界生成プラテンと、搬送経路に沿って配置されコントローラと連通する少なくとも１つのセンサ群とを含み、前記界生成プラテンが位置計測とともに可動部を推進させるように構成される多次元測位装置とを備える装置であって、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサは、少なくとも１つの界生成プラテンで発生させる検知界内の単軸に沿ったばらつきに対応する１つのみの出力信号を提供するように構成され、前記コントローラは、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサに隣接した前記可動部の多次元位置を、前記の少なくとも１つのセンサ群内の少なくとも１つのセンサの前記１つのみの出力信号に基づいて、多次元位置には、少なくとも平面位置と、ワークピース搬送機と少なくとも１つの前記センサ群との間のギャップとを含めて算出するよう構成されている装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年６月２７日出願の米国特許仮出願第６０／９４６，５４２号の利益を主張し、その開示内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００２】
本実施形態は、位置センサに関し、さらに詳細には、対象物の多次元の位置を検出する位置センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
移動する対象物の位置を求めるためにいくつかの方法が存在する。例えば、レーダ信号を道路上の縞模様と作用させて、自動車の位置を判定する車両誘導システムがある。他の測位システムでは、無線通信を利用している。しかしながら、このどちらのシステムも、移動対象物上で利用可能な動力源を必要とする。また無線は、介在する構造体や電気信号による劣化を受けやすい。
【０００４】
位置は、例えば、円筒形のボビンの周りに巻いた単一の１次巻線と２つの２次巻線を使用する変位変換器の１つである、リニア可変差動トランス（ＬＶＤＴ）によっても求めることができる。可動のニッケル−鉄芯または電機子が巻線の内部に位置付けられ、この芯の移動を計測して、可動対象物の位置を得る。ホール効果センサを類似の態様で使用して変位を計測してもよい。一般に、ＬＶＤＴおよびホール効果センサは、リニアアクチューエータやピストンの変位など、有限変位を計測するために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステッパ、サスペンション、および／または走査ステージなど高精度測位システムに関連する従来の測位方法では、容量センサ、誘導センサ、光センサ、およびレーザセンサを使用する。これらのセンサは一般に、高分解能と位置ノイズ低減とを併せて提供する。しかしながら、全体的な費用、移動範囲の限定、および所望の自由度が限定されることによって、これらのセンサの適用分野が狭められている。
【０００６】
例として、従来のフィードバック装置では、これらのセンサが発生させる正弦および余弦信号など、使用する周期信号が、例えば、モータ制御装置のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に送られ、信号をＡＤＣのデジタル領域で処理して、対象物の位置を求める。しかしながら、正弦／余弦の周期およびＡＤＣ分解能では、高度な位置解像度が要求される特定の用途用に求められる位置解像度を生成するのに十分でないこともありうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の同じセンサおよび磁石を使用して、２次元の位置とギャップ幅の両方の計測値を求めることができるという利点をもつことになる。またコスト効率の良い、高分解能の、アブソリュートエンコーダを備えるという利点も持つことになる。さらに、位置フィードバック装置の分解能をモータ制御装置および／またはエンコーダの基本解像度より向上させるという利点も持つ。
【０００８】
本明細書で開示する実施形態の前記の態様およびその他特徴を添付図面に関連して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の概略図を示している。
【図２Ａ】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の別の概略図を示している。
【図２Ｂ】１つの例示的実施形態による図２Ａの測位システムのセンサ要素からの出力信号を示している。
【図２Ｃ】１つの例示的実施形態による図２Ａの測位システムのセンサ要素からの出力信号を示している。
【図３Ａ】１つの例示的実施形態による測位システムのさらに別の概略図を示している。
【図３Ｂ】１つの例示的実施形態による図３Ａの測位システムの、センサ要素からの出力信号を示している。
【図４】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成の例を示している。
【図５】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成の別の例を示している。
【図６Ａ】図５のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図６Ｂ】図５のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図７】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成のさらに別の例を示している。
【図８Ａ】図７のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図８Ｂ】図７のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図９Ａ】１つの例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図９Ｂ】１つの例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１０Ａ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１０Ｂ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１１Ａ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１１Ｂ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１２Ａ】例示的実施形態による、１つの磁気ピッチ上の異なる数のセンサによって生じるセンサ周期を示している。
【図１２Ｂ】例示的実施形態による、１つの磁気ピッチ上の異なる数のセンサによって生じるセンサ周期を示している。
【図１２Ｃ】１つの例示的実施形態による工程系統図を示している。
【図１３】例示的実証形態による異なる位置での計測結果を示すグラフである。
【図１４】例示的実証形態による異なる位置での計測結果を示すグラフである。
【図１５Ａ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１５Ｂ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１５Ｃ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１６Ａ】他の例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１６Ｂ】他の例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１７】磁性プラテンによって生成される磁界のグラフである。
【図１８】別の磁性プラテンによって生成される磁界のグラフである。
【図１９Ａ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図１９Ｂ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図１９Ｃ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ａ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ｂ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ｃ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２１】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２２】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２３】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２４】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２５】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２６】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の概略図を示している。
【図２７】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図２８】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図２９】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３０】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３１】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３２】１つの例示的実施形態による追加センサの出力のグラフである。
【図３３】１つの例示的実施形態による追加センサの出力のグラフである。
【図３４】別の例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３５】１つの例示的実施形態による信号処理の例を示している。
【図３６】１つの例示的実施形態による信号処理を図示したブロック図である。
【図３７】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図３８】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図３９】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図４０】１つの例示的実施形態による周波数信号を示している。
【図４１】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４２】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４３】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４４】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４５】これらの例示的実施形態によるセンサとギャップの分解能関数を示している。
【図４６】これらの例示的実施形態によるセンサとギャップの分解能関数を示している。
【図４７】例示的実施形態によるプロセッサの例を図示している。
【図４７Ａ−１】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−２】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−３】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−４】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−５】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−６】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−７】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−８】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−９】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−１０】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４８】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図４９】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５０】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５１】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５２】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５３】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５４】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５５】１つの例示的実施形態による１つの方法を工程系統図で示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、１つの例示的実施形態により、複数軸に沿って同時に計測するセンサ１００の構成を例示した概略図である。図面を参照してこれらの例示的実施形態を説明していくが、これらの例示的実施形態は、多数の代替形態で実施されうることを理解されたい。さらに、任意の適切なサイズ、形状、またはタイプの構成要素や材料を使用することも可能である。
【００１１】
これらの例示的実施形態は、閉ループ制御システム内で使用されうるようなセンサまたはセンサシステム１００を提供するもので、例えば、以下に記載するように、少なくとも第１の軸（水平面に配置されるなど）に沿った無制限の長さの位置計測と、ギャップ幅など、少なくとももう１つの軸（例えば第１の軸に対して実質的に直交するか角度を持つ軸）に沿った計測とを提供するように構成される。前記センサシステムのセンサは、簡単かつ安価な単軸センサで、そのセンサの単軸の計測に対応して１つだけ出力を有するものであってよい。各単軸センサの出力は、例えば、１つだけの軸に沿った磁界（またはセンサで検知可能な任意の他の界または現象）の検知ばらつきに対応する。単軸計測から単一の出力を提供するこれらのセンサを、本明細書では例示目的で、リニアまたは単軸センサと称する。センサシステム１００は、対象物の移動経路に沿って配置した１つまたは複数の単軸センサユニットを含むことができ、各センサユニットは、以下にさらに詳細を記載するように、その対象物の動きに応じて単一の信号を出力する。各単軸センサユニットの唯一の出力は、（以下にさらに詳細を記載する）方法で、例えば、各センサユニットに隣接または近接する対象物に対して（唯一の軸に沿った計測から）１つまたは複数の軸に沿った位置計測を生じさせるように処理される。後述するように、個々の単軸センサは、位置計測が任意の適切な軸に沿って同時に行われるように任意の適切な態様で配置することができる。非限定の例として、前記のセンサ１００は、米国特許出願公開第２００４／０１５１５６２号に開示されている、磁気浮上搬送機またはプラテンを有する搬送システムに使用しうるものである。前記特許の内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。代替の実施形態では、センサ１００を任意の適切な搬送システム内で利用することができる。本明細書で説明する測位システムは、任意の適切な距離を有する移動方向（例えば、Ｘ軸）に沿った搬送機の位置、または任意の適切な距離を有する第２の移動方向（例えば、Ｚ軸）に沿った搬送機の位置、または例えば、磁性プラテン１７０と固定面１８０との間（例えば、Ｙ軸）のギャップ幅Ｇ、あるいはその組み合わせを測定することができる。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸に関する参照は、例示のみを目的としたものであること、かつ本明細書に記載した位置計測は、回転軸を含むがこれに限定されない他の適切な軸に同様に適用しうることに注意されたい。本明細書で開示する単軸位置センサを使用する例示的センサは、任意の適切な可動対象物の位置を検知するために利用しうるもので、この可動対象物には搬送機、アクチュエータ、および任意の適切な駆動システム構成要素を含むがこれらに限定されない、一次元または多次元の可動対象物を含むがこれらに限定されないことを認識されたい。測位センサが生成する信号は、例えば搬送機や任意の他の適切な可動対象物を、第１のロケーションから第２のロケーションまで駆動するモータの連通用に使用してもよい。本明細書に記載した例示的実施形態は、モータと併用するように限定されてなく、単一または多次元位置情報を必要とする任意の適切な装置内でも利用されうることを認識されたい。
【００１２】
図１に示すように、１つの例示的実施形態において、センサ１００は、磁性プラテン１７０の特徴を検知するように構成することができ、かつ１つまたは複数のセンサ群１３０ａ〜１３０ｎを含むことができる。これらのセンサ群には、後述する１つまたは複数の単軸センサを含むことができる。磁性プラテン１７０は、１つまたは複数の磁石１４０、１５０を含むことができ、これらの磁石は例えば一列、または格子状に配置され、磁極が、図１に示すように、交互になる構成（例えば、Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ、等）に配置する。磁石１４０、１５０の交互にした磁極によって、これらの磁石がセンサ１３０の近傍を通過すると、例えば正弦もしくは余弦のパターン（例えば正弦波信号）または任意の他の適切なパターンの、波形１６０を有する信号が生成される。この詳細について以下に説明する。磁石１４０、１５０は、任意の適切な磁界強度を有する任意の適切な磁石であってよい。１つの例示的実施形態では、これらの磁石を永久磁石にして、磁性プラテン１７０の位置計測用に動力をプラテン１７０に移動させる必要がないようにしてもよい。代替の実施形態では、これらの磁石が電磁石であってもよい。さらに他の代替の実施形態では、プラテン１７０が、任意の適切な磁界生成装置を含んで、センサ１３０ａ〜１３０ｎに検知させることを可能にすることもできる。プラテン１７０は、任意の適切な構成を有する任意の適切な数の磁石を含むことができる。例えば、プラテン１７０は、任意のタイプのリニアモータのプラテンであってよく、上述のとおり、プラテン上に配設する磁石は、モータの永久磁石であってもよいし、直線状に配置されてもよいし、また磁石を複数の段および／または列にしてもよいし、磁石を互い違いに構成してもよい。プラテン１７０は、被測位対象物１２０に固定してもよい。別の実施形態では、プラテン１７０と対象物１２０を同一体にしてもよい。対象物１２０は、搬送カート、ピストン／ピストン棒、アクチュエータ、ロボットのエンドエフェクタ、駆動シャフト、モータ回転子、または任意の他の被測位対象物を含むが、これらに限定されないものを含む、任意の適切な対象物であってもよい。
【００１３】
センサ１３０ａ〜１３０ｎは、ホール効果センサ、または誘導センサ、または容量センサ、あるいはその組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の単軸センサであってもよい。１つの例示的実施形態では、センサ１３０ａ〜１３０ｎが互いにほぼ類似のものであってもよい。各センサは、例えば、プラテンの磁石アレイによって生成される界（例えば磁界）の単軸に沿って、ばらつきを検知しうる。センサの出力は、センサが検知する単軸に沿ったばらつきを示しうるもので、よって、記載した例示的実施形態では、これらの（１つまたは複数）センサを、リニアセンサまたは単軸センサと言及してもよい。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、例えば、対象物の移動方向Ｔの一部構成要素に沿って配置されうる。移動方向には、例えば、デカルト座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向（もしくはその任意の組み合わせ）または極座標系におけるＲ、Θ（もしくはその任意の組み合わせ）など、任意の適切な数の次元が含まれうることに注意されたい。別の実施形態では、（１つまたは複数の）移動方向を任意の適切な座標系に対応させることができる。任意の適切な数のセンサを（１つまたは複数）移動方向に沿って配置し、任意の適切な移動範囲に対応させてもよい。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、以下に詳細を記載するように、（１つまたは複数の）移動方向に沿って所定の間隔を隔てて配置することによって、対象物１２０の位置を求めることができる。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、コントローラ１９０に接続することができ、コントローラ１９０で少なくとも前記のセンサ出力を受信して、例えば、センサ１３０ａ〜１３０ｎの単軸出力と所定のロケーションに基づいて移動方向に沿った対象物１２０の２次元の位置を算出するように構成することができる。代替の実施形態では、上記コントローラが算出する対象物の位置が２次元より多くても少なくてもよい。このコントローラは、例えば、磁性プラテン１７０が生成する、例えば磁界の強さ（磁束密度など）、および／または前記のセンサが出力する信号振幅に基づいて、ギャップ幅Ｇを算出することもできる。コントローラ１９０には、本明細書に記載した処理工程と命令を組み込んだソフトウェアおよびコンピュータプログラムを含むことができ、かつコンピュータで読み取り可能なプログラムコードを備えた記憶装置（例えば任意の適切なコンピュータ読取可能メディア）を利用することによって、例えば本明細書に記載する演算を行うこともできる。
【００１４】
本明細書に記載した例示的実施形態によって、詳細を後述するような、例えば、製造工場内のファブ（ウェハ製造施設など）間、または処理ステーションに向かう搬送カートとロードポートとの間など、近距離または遠距離にわたり対象物の精密な位置決めが可能になる。他の例示的実施形態では、本明細書に記載した測位システムを、例えば、任意の適切な自動搬送システム（ＡＭＨＳ）などで対象物を搬送する施設の、任意の適切な箇所で使用することができる。
【００１５】
さらに図２Ａを参照すると、センサ１００’の例示的構成が、１つの例示的実施形態により示されている。この例示的実施形態では、複数の単軸センサ対が、対象物１２０の移動方向Ｔに沿って配置されている。この例示的実施形態では、センサ２００Ａ〜２００ｎを実質的にこの移動方向に沿って、または同一線上に配置してもよい。例えば、磁気センサ２００Ａ、２００Ｂは、第１の対、または二重（ダブレット）センサとなり、センサ２００Ｃ、２００Ｄは第２の対、以下同様、となる。代替の実施形態では、センサ２００Ａ〜２００ｎを移動方向に沿って互い違いになるように、センサの一部を他のセンサの上方および／または下方に配置することができる。他の代替の実施形態では、これらのセンサ２００Ａ〜２００ｎを任意の適切な構成にしてもよい。センサ２００Ａ〜２００ｎは、例えば、上述したように単軸ホール効果センサ、誘導センサ、容量センサを含むがこれらに限定されない、任意の適切なセンサであってもよい。
【００１６】
この例示的実施形態では、各センサ対またはセンサダブレットのセンサを所定距離またはピッチＰの間隔で配置する。各ダブレットは、ピッチＰの約４倍の距離、または４Ｐの間隔を空ける。代替の実施形態では、これらのセンサ２００Ａ〜２００ｎが、任意の適切な間隔を有することができる。センサ対２００Ａ〜２００ｎは、可動対象物１２０に固着する、またはその他の方法でその一部となる磁極ピースまたは磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄに対向する。任意の適切な磁界生成器を使用してもよいこと、かつ磁石はＮ極とＳ極の両極を含まなくてもよいことを認識されたい。この例では、磁石２１０Ａ〜２１０ｎ、２２０Ａ〜２２０Ｄの極が、センサ２００Ａ〜２００ｎに対向して交互になるように配置する例えば、磁石２１０Ａ〜２１０ＤのＮ極をセンサ２００Ａ〜２００ｎに露出させ、磁石２２０Ａ〜２２０ＤのＳ極をセンサ２００Ａ〜２００ｎに露出させる。この例示的実施形態では、単軸センサを、磁石が生成する磁界の法線成分Ｂｚ（例えば、プラテンと参照フレームとの間の空隙の方向、図１参照）のばらつきを登録するために配向すること、またはその磁界の平行成分Ｂｘのばらつきを登録するために配向することができる。磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄの極を交互にすることによって、磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄがセンサ２００Ａ〜２００ｎの近傍を移動すると、正弦波タイプのセンサ出力パターンが生じうる。代替の実施形態では、これらの磁石を任意の適切な構成にしてもよい。この例示的実施形態では、磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄは、ピッチＰの約２倍の距離、または２Ｐの間隔でそれぞれ離間している。代替の実施形態では、磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄが任意の適切な間隔を有することができる。
【００１７】
上述のようにセンサ２００Ａ〜２００ｎおよび磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄを離間することによって、図２Ｂおよび２Ｃに示すような、各センサダブレットを構成する２つのセンサ出力信号間の正弦／余弦関係を生じさせることができる。非限定の例として、センサ２００Ａは、図２Ｂに示す正弦波を生じさせることができる一方で、センサ２００Ｂは図２Ｃに示す余弦波、またはその逆を生じさせる。センサ出力信号は、例えば、コントローラ１９０のプログラミングによって、センサ２００Ａ〜２００ｎに対する対象物１２０の位置を補間するために使用することができる。例えば、センサ２００Ａと２００Ｂなどの、２つの信号（例えばダブレットの各センサからの出力信号）の比率の逆正接によって求める１つの角度を採取すると、対象物１２０の補間位置を、前記センサ対間の距離４Ｐの割合に比例して求めることができる。各センサダブレットが所定の間隔を隔てて配置されているので、補間位置をこの所定間隔から減算することによって、またはこの所定間隔に加算することによって、対象物１２０の位置を得ることができる。例えば、センサダブレット２００Ａ、２００Ｂが距離Ｃを隔てて位置し、センサダブレット２００Ａ，２００Ｂと２００Ｃ、２００Ｄとの間の補間位置がピッチの２倍、または２Ｐであると判定される場合、対象物１２０の位置は、例えば、距離Ｃプラス位置２Ｐ（すなわち、Ｃ＋２Ｐ）となる。
【００１８】
この例示的実施形態では、コントローラ１９０をプログラムして、プラテンと参照フレームとの間の法線距離Ｚ（例えば、ギャップ幅、図１参照）を判定するのに単軸センサ２００Ａ〜２００ｎからの信号を使用することができる。センサ２００Ａ〜２００ｎと磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ、２２０Ｄ（すなわち、磁石が取り付けられている対象物１２０）との間のギャップ幅Ｇは、例えば、各センサダブレットによる２つのセンサ信号出力の２乗の和の平方根を計算し、ギャップの磁束密度を得ることのよって求められる。代替の実施形態では、任意の適切な演算を使用して、このギャップを算出してもよい。この磁束密度によって、センサ２００Ａ〜２００ｎと磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄとの距離Ｇを求めることが可能になる。よって、実現しうるものとして、この例示的実施形態では、単軸センサ２００Ａ〜２００ｎ（例えば、共通の単軸に沿った磁界の変動を検知するように配向する）の少なくとも１つのダブレットによる信号は、単軸に沿って磁界変動を示す信号であり（例、図２Ｂ〜２Ｃを参照）、プロセッサ１９０によって処理され、プラテンの多軸位置（例えば、（Ｘ、Ｚ）など、２つ以上の軸に沿った位置の変化）を判定する。代替の実施形態では、ギャップ幅Ｇを任意の適切な態様で求めてもよい。例えば、磁気ギャップＧの範囲または幅は、測定した磁束対距離を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）の使用を含むがこれに限定されない幾つかの方法、および減磁曲線上の磁気動作点と共に磁束に対するセンサ感度についての知識によって得ることが可能になる。この実施形態の例では、ダブレットまたは近接センサからの信号を、例示の目的のために使用してきたが、代替の実施形態では、任意のセンサダブレットからの信号を使用してもよい。プロセッサ１９０は、ギャップＧを算出するように構成することができ、以下にその詳細を記載する。
【００１９】
センサ２００Ａ〜２００ｎの数によって、センサ１００’の分解能はＮ−ビットセンサに対して次のように算出されうる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
上式で、Ｎはビット数である。本明細書に記載した測位システムの分解能は、例えば、環境アナログノイズおよびシステムの出力ビット（アナログ／デジタルビット）数に起因する測定の不確かさによって影響されうるものである。実現しうるものとして、センサ２００Ａ〜２００ｎの間隔またはピッチ（すなわち、これらダブレット内の各センサ間の距離Ｐおよびこれらダブレット間の約４Ｐの距離）および磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄの間隔（すなわち、約２Ｐの距離）を拡大または縮小することによって、センサ１００’の分解能を高めるまたは下げることが可能である。
【００２２】
作動時に、センサ２００Ａ〜２００ｎのラインを順次走査することによって、例えばセンサ２００Ａなど、最初のセンサが走査されるとコントローラ１９０が出力し、センサの走査ラインに沿った基準距離を判定することができる。このようにセンサ２００Ａ〜２００ｎを走査することによって、高度または最大限の分解能で対象物１２０の絶対位置計測が可能になる。
【００２３】
ここで図１および３を参照すると、１つの例示的実施形態による、センサ１００’’の別の概略図が示されている。この例示的実施形態では、単軸センサ３００Ａ〜３００ｎが、対象物１２０の移動方向Ｔに沿って配置されている。この例示的実施形態では、センサ３００Ａ〜３００ｎを直線上または移動方向と共線に配置することができる。代替の実施形態では、センサ３００Ａ〜３００ｎを移動方向に沿って互い違いに配置し、一部のセンサを他のセンサの上方に配置してもよい。他の代替の実施形態では、これらのセンサ３００Ａ〜３００ｎを任意の適切な構成にしてもよい。センサ３００Ａ〜３００ｎは、上述したように、ホール効果センサ、誘導センサ、および容量センサを含むが、これらに限定されない任意の適切なセンサであってもよい。
【００２４】
図３に示すように、センサ３００Ａ〜３００ｎは、移動方向に沿って所定の間隔、またはピッチＰを隔てて配置する。代替の実施形態では、これらのセンサに任意の適切な間隔を持たせてもよい。センサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅは、例えば低感度を有する第１のタイプの単軸センサであってもよい。低感度単軸センサは、ｏｎ／ｏｆｆ信号を生じさせられる程度の感度を有するものでよく、従って、一般に安価なものになりうる。対象物の位置をより長い区間にわたり追跡する場合は、センサ１００’’がその一部をなすシステムの形状的特長によって、センサ３００Ｃ、３００Ｄの１つまたは複数のダブレット（すなわち、１つのセンサダブレット）が、例えば、単軸センサであるが、第１のタイプのセンサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅと比べると、より高感度を有する第２のタイプのセンサであってもよく、図３に示したセンサラインのより低感度のセンサの１つと置き替えて配置することができる。代替の実施形態では、センサ３００Ｃ、３００Ｄと類似の、より高感度のセンサダブレットを１つ以上使用することも、１つも使用しないこともできる。他の例示的実施形態では、センサダブレットのセンサも含めてセンサ全てが、低感度のセンサであっても、高感度のセンサであってもよい。さらに他の代替実施形態では、これらセンサを任意の適切な態様で、低感度と高感度のセンサを混合させてもよい。低感度センサを１つ以上のセンサダブレットと組み合わせて使用すると、概略位置（例えば、センサダブレットを使用して取得する測位よりも精度の低い位置）を検出する測位システムになりうる。この概略位置は、単数センサまたはセンサシングレットを使用して探知しうるもので、位置がより懸念される領域では、対象物の位置をより精密に判定するためにダブレットを使用することができる。対象物を単数センサだけで探知すると測位時に一部ドリフトやばらつきをもたらすことがあるため、センサダブレットを利用して対象物の位置を”較正する”こともできる。センサ３００Ｃ、３００Ｄの出力信号が、図２Ｂと２Ｃに関連して上述したものと実質的に類似の態様で、正弦／余弦の関係を持つ信号を生成するように、より高感度のセンサ３００Ｃ、３００Ｄを、所定の距離を隔てて配置することができ、例えば、この距離をピッチＰの約４分の１、またはＰ／４とする。
【００２５】
センサ３００Ａ〜３００ｎは、上述のように、移動対象物１２０に固着した、または一部を成す磁極ピースまたは磁石３２０Ａ〜３２０ｎに対向させる。これらの磁石がＮＳ両極を含む必要がないように任意の適切な磁界生成器を使用することができることを認識されたい。センサ３００Ａ〜３００ｎに対向するこれら磁石の極は、交互に配置され、この構成において、磁石３２０Ａ、３２０Ｃ、３２０Ｅ、３２０ＧのＮ極をセンサ３００Ａ−３００ｎに露出し、磁石３２０Ｂ、３２０Ｄ、３２０ＦのＳ極をセンサ３００Ａ−３００ｎに露出させる。磁極ピース３２０Ａ〜３２０ｎの極を交互にすることによって、センサ３００Ａ〜３００ｎの近傍を磁石３２０Ａ〜３２０ｎが移動すると、図３Ｂに示すような正弦波タイプのパターンが生じる。代替の実施形態では、これらの磁石を任意の適切な構成にしてもよい。この例では、磁石が単数センサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅを通過すると、正弦波センサ出力ＳＷが生成される。磁石がセンサダブレット３００Ｃ、３００Ｄを通過すると、センサ３００Ｃが正弦波出力ＳＷを発生させうる一方で、センサ３００Ｄは、センサ３００Ｃの出力または距離Ｐと相対的な余弦波タイプの出力ＣＷ（すなわち、正弦／余弦の関係）を生成する。この例示的実施形態では、磁石３２０Ａ〜３２０ｎが、ピッチＰの約２倍の距離、または２Ｐの間隔でそれぞれ離間している。代替の実施形態では、磁石３２０Ａ〜３２０ｎの間隔が２Ｐより大きくても小さくてもよい。
【００２６】
プロセッサ１９０は、センサ３００Ａ〜３００ｎからの出力信号を数学的な処理によって、１つの基準ピッチ（この例ではＰ）内で対象物１２０がどこに位置しているかを求めるように構成することができる。センサ３００Ａ〜３００ｎの各センサのロケーションは、上述の通り、既知のものなので、基準ピッチＰ内で求めた位置を、各センサ３００Ａ〜３００ｎの既知のロケーションの１つに加算するか、または既知のロケーションの１つから減算することによって、対象物１２０のセンサ３００Ａ〜３００ｎに対する位置を得ることができる。ギャップＧは、上述したものと実質的に類似の態様で、かつ以下に図７および平行磁界による測位アプローチに関してさらに詳細に述べるように、プロセッサ１９０により求めることができる。代替の実施形態では、ギャップＧは、本明細書に記載するものを含むが、これらに限定されない任意の適切な態様で求めることができる。センサ３００Ａ〜３００ｎの出力信号を使用して、センサ間の対象物の距離の補間目安を求めてもよい。
【００２７】
作動時に、センサ３００Ａ〜３００ｎのラインをコントローラ１９０によって順次走査出力し、例えばセンサ３００Ａなど、走査された最初のセンサにより、センサの走査ラインに沿った基準距離を決めることができる。このようにセンサ３００Ａ〜３００ｎを走査することによって、高度または最大限の分解能での対象物１２０の絶対位置計測が可能になる。
【００２８】
１つの例示的実施形態では、図３Ａに例示したセンサ構成によって、詳細を後述するような、製造セル間、またはファブ間など、長い距離にわたって対象物の精密な位置決めが可能になる。別の例示的実施形態では、図３Ａに示したセンサ構成を、例えば、対象物が搬送される任意の適切な施設の任意の適切な部分で使用することができる。施設の例には、半導体処理プラント、自動車生産プラント、または例えば、マテリアｌハンドリングが機械化されている任意の他の適切な施設を含むが、これらに限定されないものとする。
【００２９】
次に図４を参照すると、磁性プラテン４００および単軸センサＳ１〜Ｓ４の概略図が示されている。この例示的実施形態では、例示のみを目的とし、磁性プラテン４００がＺ方向およびＸ方向で２次元配列された磁極ピースを含んでいる。実現されうるものとして、図４に示した磁極ピース列は、プラテン４００上に含まれる磁石の単なる一部位であってもよい。代替の実施形態では、プラテン４００が任意の適切な数の段および／または列の磁極ピースを有することができる。この例では、図４から理解できるように、磁極ピース段の磁極が交互になっており、互い違いにかつ約Ｐ／２の距離を隔てて配置されている。同様に、列も、磁極を交互にして、約Ｐ／２の距離を隔てて、互い違いに配置する。各磁極間のピッチは、どの特定の段または列においてもＰとして図４に示している。代替の実施形態では、これらの磁極ピースが任意の適切な配列および任意の適切な間隔を有しうる。
【００３０】
この例示的実施形態では、４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４を、例えば、磁性プラテン４００によって発生する実質的に軸対称の磁界内に位置付け、それによってセンサＳ１〜Ｓ４がその磁界の同軸を検知するように配向する。代替の実施形態では、４つより多いまたは少ないセンサを使用しうる。センサＳ１〜Ｓ４は、図２Ａおよび３Ａに関して上述したものと実質的に類似のものであってもよい。図４に示すように、センサＳ１およびＳ２は、実質的にＸ方向の共線であり、かつ互いに約Ｐ／２またはピッチの２分の１の距離を隔てている第１のセンサ対を形成する。センサＳ３およびＳ４は、実質的にＸ方向の共線であり、かつ同様に約Ｐ／２の距離を互いに隔てている第２のセンサ対を形成する。センサ対Ｓ３、Ｓ４は、センサ対Ｓ１、Ｓ２からＸ方向にピッチの約４分の１またはＰ／４の距離分ずらしてある。センサ対Ｓ３、Ｓ４は、センサ対Ｓ１、Ｓ２からＺ方向にピッチの約４分の１またはＰ／４の距離分ずらしてある。代替の実施形態では、センサ対内のセンサが任意の適切な間隔関係を有してもよい。さらに他の代替の実施形態では、センサ対が任意の適切な間隔を隔てた関係を有してもよい。
【００３１】
この例示的実施形態では、センサＳ１〜Ｓ４は、磁極ピース面の法線方向にある磁極成分を検知することができる（すなわち、”法線磁界アプローチ”による測位）。センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４は、図２Ｂおよび２Ｃに関連して上述したものと実質的に類似の正弦／余弦関係を有する出力信号をそれぞれ提供する。例えば、この実施形態例では、センサＳ２からの信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサ１からの信号から減算されると、Ｘ軸に沿った距離の正弦に比例する信号となる。Ｘ軸に沿った距離の正弦に比例するこの信号が、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。センサＳ４からの信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサＳ３からの信号から減算されると、Ｘ軸に沿った距離の余弦に比例する信号となる。Ｘ軸に沿った距離の余弦に比例するこの信号も、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。
【００３２】
Ｘ軸に沿った位置計測に加えて、この例示的実施形態のセンサＳ１〜Ｓ４およびプラテン４００の構成により、Ｚ軸に沿った位置計測を提供することもできる。例えば、センサＳ２からの出力信号が、例えばプロセッサ１９０によって、Ｓ１からの出力信号に加算されると、Ｚ軸に沿った距離の正弦に比例する信号となる。Ｚ軸に沿った距離の正弦に比例するこの信号が、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。センサＳ４からの出力信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサＳ３からの出力信号に加算されると、Ｚ軸に沿った距離の余弦に比例する信号となる。Ｚ軸に沿った距離の余弦に比例するこの信号も、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。
【００３３】
この正弦信号および余弦信号は、プロセッサ１９０を使用して、磁界ピッチに相当する距離にわたって０〜３６０度の異なる角度の値を生成し、磁石アレイに対するセンサアレイの位置、またはその逆の位置の正確な測定を可能にしうる。
【００３４】
次に図５を参照して、図４の測位システムをさらに詳細に説明する。実現しうるものとして、センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４の相互の位置を変えることもできる。例えば図５では、センサ対Ｓ３とＳ４は、センサ対Ｓ１とＳ２の下側に位置しているが、図４では、センサ対Ｓ３とＳ４が、センサ対Ｓ１とＳ２の上側に位置するとして図示されている。代替の実施形態では、これらのセンサ対が、センサ対間に正弦／余弦関係が存在するように任意の適切な構成および／または間隔を有することができる。図５に示すように、センサ群５３０は、図４に関連して上述したものと実質的に類似の単軸センサＳ１〜Ｓ４を含んでおり、磁極要素５１０、５２０を含む磁性プラテン５４０に隣接または近接して配置する。磁極要素は、１つの代替の実施形態において図５に示すように、磁極要素５１０のＮ極をセンサ群５３０に露出し、磁極要素５２０のＳ極をセンサ群５３０に露出する配置をすることができる。磁極要素の間隔は、図４に関連して上述したものと実質的に類似であってもよい。代替の実施形態では、磁極要素５１０、５２０が任意の適切な間隔を有することができる。
【００３５】
この例示的実施形態では、４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４が、例えば正弦／余弦関係を有する、たとえば２組の信号を生成する（すなわち、センサＳ１、Ｓ２からの出力信号が正弦／余弦関係を有し、センサＳ３、Ｓ４からの出力信号が正弦／余弦関係を有する）。上述したように、図５に示したセンサＳ１〜Ｓ４の構成によって、これらの各センサが、例示的座標系５００に図示した磁性プラテン５４０に直交する磁界を検知することが可能になる。磁性プラテン５４０によって生成された磁界の３次元プロットを図６Ａおよび９Ａに示す。これらの図では、Ｙ方向の磁界強度を、Ｘ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットする。図６Ｂおよび９Ｂは、図６Ａおよび９Ａにそれぞれ示した磁界によるセンサ出力の２次元プロットを示している。
【００３６】
図４および５に示した法線磁界測位アプローチでは、各センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４との間の正弦および余弦の関係を使用して、プロセッサ１９０で磁性プラテン５４０が固着されている対象物１２０の位置を算出する。例えば、プロセッサ１９０で、次の例式を使用してＸ軸に沿ったセンサ信号の正弦を算出することができる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
上式で、Ｓ１とＳ２が各センサＳ１とＳ２の出力を表す。Ｘ軸に沿ったセンサ信号の余弦は、プロセッサ１９０で次の例式を使用して算出することができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上式で、Ｓ３とＳ４が各センサＳ１とＳ２の出力を表す。ピッチＰ内の対象物１２０の位置は、プロセッサ１９０で次のようにｓｉｎＸおよびｃｏｓＸを使用して算出することができる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
上式で、Ｘは磁石ピッチＰに沿った距離に比例する。各センサ群５３０が所定の間隔を隔てて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＸをこの所定間隔から減算することによって、またはこの所定間隔に加算することによって、対象物１２０の位置を得ることができる。例えば、センサ群５３０がＸ軸に沿って距離Ｃに位置し、補間位置ＤＸがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＸ方向の位置は、例えば距離Ｃプラス位置ＤＸ（すなわち、Ｃ＋Ｐ／３）となる。
【００４３】
同様にＺ軸に沿った位置も、プロセッサ１９０で、次のようにＺ方向のセンサ信号の正弦および余弦を算出して求めることができる。
【００４４】
【数５】
【００４５】
【数６】
【００４６】
上記のＳ１〜Ｓ４は、各センサＳ１〜Ｓ４の出力を表している。ピッチＰ内の対象物１２０のＺ方向の位置は、プロセッサ１９０でｓｉｎＸおよびｃｏｓＸを使用して次のように算出することができる。
【００４７】
【数７】
【００４８】
上式で、Ｚは磁石ピッチに沿った距離に比例する。実現しうるものとして、（１つまたは複数の）センサ群５３０をＺ軸に沿った所定の距離に配置することによって、対象物１２０のＺ軸の位置を、その所定の位置までまたはその所定の位置からの比率Ｚに対応する距離ＤＺを加算または減算して得ることが可能である。例えば、センサ群５３０がＺ軸に沿って距離Ｂに位置し、補間位置ＤＺがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＺ方向の位置は、例えば距離Ｂプラス位置ＤＺ（すなわち、Ｂ＋Ｐ／３）となる。
【００４９】
プロセッサ１９０は、正弦の２乗と余弦の２乗の和の平方根を算出して、磁束密度の目安を得るように構成することもできる。磁束密度は、磁石アレイまたはプラテン５４０とセンサ５３０との間の距離Ｇに比例させてもよい。従って、センサ群５３０と磁性プラテン５４０との間のギャップＧ（すなわち、Ｙ軸に沿った位置）は、例えば、次のように求めることが可能である。
【００５０】
【数８】
【００５１】
上式で、ｔとＡは、磁石の形状に応じた定数である。上述したように、対象物の３次元位置は、各センサが１軸のみに沿って主力信号を生成する単軸センサを使用する、前記の例示的実施形態により求めることができる。
【００５２】
ここで図７を参照すると、別の実施形態で、測位システムが磁界の平行成分を計測するように構成することができる（すなわち、”平行磁界アプローチ”）。図７に示すように、測位システムはセンサ群７３０と磁性プラテン７４０を含む。磁性プラテン７４０は、図５に関連して上述したものと実質的に類似のものであってよく、図７に示すように、プラテン７４０は、磁極要素７４０（Ｎ極要素）、７２０（Ｓ極要素）を含み、交互に配置する。この例示的実施形態では、センサ群７３０が、図４および５に関連して上述したものと実質的に類似の４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４を含んでいる。代替の実施形態では、任意の適切な数のセンサを、このセンサ群７３０に含むことができる。センサＳ１〜Ｓ４は、任意の適切なセンサであってよく、上述の通り、単軸ホールセンサ、誘導センサ、または容量センサを含むがこれらに限定されないものとする。センサＳ１、Ｓ２は、第１センサ対を成し、センサＳ３、Ｓ４は第２センサ対を成す。センサＳ１、Ｓ２は、（例示的座標系表現７００からわかるように）実質的にＺ方向の同一線上に、磁石ピッチの約４分の１またはＰ／４の間隔を隔てて配置する。センサＳ３、Ｓ４は実質的にＸ方向の同一線上に、磁石ピッチの約４分の１またはＰ／４の間隔を隔てて配置する。図７に示すように、センサＳ１、Ｓ２は、Ｘ方向でＳ３とＳ４の間に位置しているが、センサＳ３、Ｓ４はＺ方向でＳ１とＳ２の間に位置している。代替の実施形態では、センサＳ１とＳ２を、センサＳ３とＳ４に対して任意の適切な位置に置くことができる。センサと磁石ピッチＰとの間の約Ｐ／４の距離によって、正弦／余弦関係を有するセンサ出力を提供することができる。例えば、センサＳ１、Ｓ２はＺ軸に沿った正弦／余弦関係を有し、センサＳ３、Ｓ４はＸ軸に沿った正弦／余弦関係を有しうる。
【００５３】
図８Ａ、１０Ａ、および１１Ａを参照すると、平行磁界の検知から得たＸ軸およびＺ軸に沿った磁界強度の３次元プロットが示されている。図８Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂは、図８Ａ、１０Ａおよび１１Ａに示した平行磁界検知から得た磁界強度に応じた、センサ出力対ＸまたはＺ位置の２次元プロットを示す。図８Ｂに示すように、センサＳ３、Ｓ４の間およびセンサＳ１、Ｓ２間には正弦／余弦関係が見られる。
【００５４】
これらの正弦／余弦関係をプロセッサ１９０で使用して、Ｘ軸およびＺ軸に沿ったセンサ群７３０に対する磁性プラテン７４０の相対的位置を求めてもよい。これらのセンサ出力間の正弦／余弦関係は、プラテン７４０とセンサ群７３０の間のＹ軸に沿ったギャップＧをプロセッサで算出するのにも使用しうる。例えば、プラテン７４０のＸ軸に沿った位置は、プロセッサで次のように算出することができる。
【００５５】
【数９】
【００５６】
上式で、Ｘは磁石ピッチに沿った距離に比例し、Ｓ３、Ｓ４は、各センサＳ３、Ｓ４の出力を表している。各センサ群７３０は所定の距離を置いて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＸを所定距離から減算または所定距離に加算して、センサ群７３０に対す磁性プラテン７４０（およびプラテン７４０に固着する対象物１２０）の相対位置を得ることができる。例えば、センサ群７３０がＸ軸に沿って距離Ｃに位置し、補間位置ＤＸがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＸ方向の位置は、例えば距離Ｃプラス位置ＤＸ（すなわち、Ｃ＋Ｐ／３）となる。
【００５７】
プラテン７４０のＺ軸に沿った位置は、プロセッサで次のように算出されうる。
【００５８】
【数１０】
【００５９】
上式で、Ｚは磁石ピッチに沿った距離に比例し、Ｓ１、Ｓ２は各センサＳ１、Ｓ２からの出力信号を表している。各センサ群７３０が所定の距離を置いて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＺを所定距離から減算または所定距離に加算して、センサ群７３０に対す磁性プラテン７４０（およびプラテン７４０に固着する対象物１２０）の相対位置を得ることができる。例えば、センサ群７３０がＺ軸に沿って距離Ｂに位置し、補間位置ＤＺがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＺ方向の位置は、例えば距離Ｂプラス位置ＤＺ（すなわち、Ｂ＋Ｐ／３）となる。
【００６０】
センサ群７３０と磁性プラテン７４０の間のギャップ（すなわちＹ軸に沿った位置）は、例えば、プロセッサ１９０で次のように算出されうる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
上式で、ｔとＡは磁石の形状に応じた定数である。この場合、上述したように、対象物の３次元位置を、各センサが１軸のみに沿って主力信号を生成する単軸センサを使用する、前記の例示的実施形態により求めることができる。
【００６３】
次に図２６〜３４を参照すると、１つの例示的実施形態では、測位システムが、磁極要素２６０１、２６０２を含む磁性アレイＭと、単軸センサの第１バンクＡ１〜Ａ５と、単軸センサの第２バンクＢ１〜Ｂ５と、アナログエレクトロニクス２６３０と、ＡＤＣ２６４０、２６４５とを含むことができる。単軸センサは、上述のものと実質的に類似であってもよい。アナログエレクトロニクス２６３０とＡＤＣ２６４０、２６４５はコントローラ１９０の一部であってもよいことに注意されたい。代替の実施形態では、アナログエレクトロニクス２６３０とＡＤＣ２６４０、２６４５を、コントローラ１９０から分離しても、接続してもよい。他の代替の実施形態では、センサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５がデジタル出力を提供するように構成してもよい。この例示的実施形態では、各センサバンク内のセンサ間の距離Ｄが磁性アレイの磁石のピッチ（Ｐ）を各バンク内のセンサ数（ｎ）で除算したＰ／ｎに相当する。前記式のＰは磁石ピッチであり、ｎは各バンク内のセンサ数である。代替の実施形態では、各バンク内のセンサ間の距離が、任意の適切な距離であってよく、Ｐ／ｎより大きくても小さくてもよい。２つのバンクのセンサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５は、それぞれ約Ｄ／２の距離分ずらすことができる。代替の実施形態では、各バンク内のセンサ間の距離および２つのセンサバンク間のオフセットが任意の適切な距離であってよい。上述したように、磁性アレイＭがセンサの近傍を、例えばＸ方向などの方向に移動すると、センサバンクＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５によって周期的な信号が発生されうる。この例示的実施形態では、センサ１Ａ〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５は、各センサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５がそれぞれ飽和限界に達するように、磁性アレイＭに十分に近接させて配置する。センサＡ１〜Ａ５からの信号の例を図２７〜３１に示す。図２７〜３１に示すように、正弦波信号２７００、２８００、２９００、３０００、３１００の平坦部または水平部は各センサの飽和限界を表している。実現しうるものとして、センサＢ１〜Ｂ５は図２７〜３１に示したものと類似の飽和限界を有してもよい（ただし、その出力は、例えばＸ軸、または任意の他の適切な軸に沿って移動させてもよい）。アナログエレクトロニクス２６３０は、センサＡ１〜Ａ５からの信号を合計し、図３２に示す信号Ａを生成することができる。前記アナログエレクトロニクスは、センサＢ１〜Ｂ５の信号の合計をして、図３３に示す信号Ｂを生成することもできる。代替の実施形態では、このアナログエレクトロニクスをデジタルエレクトロニクスに取り換えて、センサにデジタル出力を提供させてもよい。センサからの信号を合計するときに、例えばセンサＡ２およびＡ４からの信号（例えば、１つおきのセンサ信号）など、信号の一部が反転させてもよいことに注意されたい。代替の実施形態では、任意の適切なセンサ（１つまたは複数）からの信号を反転させてもよい。他の代替の実施形態では、前記信号を反転させても、反転させてなくてもよい。飽和信号の総量は、図３２および３３に示すような、各センサバンクＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５の位相後鋸波信号３２００、３３００を発生させる。これらの信号Ａ３２００、Ｂ３３００を使用して、磁性アレイまたはプラテンＭのセンサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５に対する相対位置を以下に述べるように判定することができる。さらに、飽和信号の総量は、図３４に示した不飽和正弦／余弦波対と比べて、より短い周期をもたらし、磁性アレイＭに対するセンサ応答の変化率の上昇と、センサの高分解能とを可能にしうることにも注意されたい。
【００６４】
起こりうるものとして、本開示実施形態で実施される位置計測は、不均一磁場を含む様々な理由による影響を受けるかもしれない。法線磁界アプローチの場合は、位置計測が例えば、磁界を生成するモータコイルを介して影響を与されうる。平行磁界アプローチの位置計測では、例えば磁気プロテンそれ自体によって影響されうる。位置計測が、例えば、不均一磁場またはモータコイルに影響される場合は、追加センサ、またはルックアップテーブル、または磁石の成形、あるいはその組み合わせを含むがこれらに限定されない幾つかの方法で補正することができる。
【００６５】
追加センサを測位システムに加えることによって、センサ間のピッチを例えば狭めて、センサの分解能やノイズ耐性を向上させることができる。例にすぎないが、法線磁界による計測アプローチの場合は、２つの追加センサにより、角度または正接の４つの組み合わせが、例えばプロセッサ１９０で算出されうる。これらの４つの角度が、図１２Ａに示すように、１つの磁石ピッチ内の正接の４つの周期を発生させる。同様に、例でしかないが、４つの追加センサを上述のセンサ群５３０、７３０に加えると、図１２Ｂに示すように、正接の８周期が１つの磁石ピッチ対して発生する。
【００６６】
補正係数を利用して、センサのノイズ耐性および精度を向上させることもできる。例えば、平行磁界アプローチでは、図１２Ｃを参照すると、単軸センサの読み出しＳ１〜Ｓ４が行われ（図１２Ｃ、ブロック１２００）、初期測位値がプロセッサで次のように算出される（図１２Ｃ、ブロック１２１０）。
【００６７】
【数１２】
【００６８】
【数１３】
【００６９】
上式で、αは、補正前のＸ軸に沿った位置を表し、βは補正前のＺ軸に沿った位置を表し、Ｓ１〜Ｓ４は、各センサＳ１〜Ｓ４からの出力を表している。補正係数δ１、δ２、δ３、δ４．．．δｎを、例えばルックアップテーブルから取得する（図１２Ｃ、ブロック１２２０）。補正係数δ１〜δｎは、任意の適切な補正係数であってよく、これらの補正係数は、例えば、実験、センサ感度の知識、減磁曲線の磁石動作点、または／および任意の他の適切な情報により取得することができる。補正係数δ１〜δｎを使用して、補正後のセンサ出力値Ｓ１’〜Ｓ４’を次のように算出する（図１２Ｃ、ブロック１２３０）。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
【数１５】
【００７２】
【数１６】
【００７３】
【数１７】
【００７４】
Ｘ軸、Ｚ軸に沿った補正後の位置およびセンサ群７３０と磁性プラテン７４０の間の補正後のギャップは、次の例式を使用してプロセッサ１９０で算出することができる（図１２Ｃ、ブロック１２４０）。
【００７５】
【数１８】
【００７６】
【数１９】
【００７７】
【数２０】
【００７８】
上式で、ｔとＡは磁石の形状に応じた定数である。図１３および１４は、補正係数を使用した後のギャップ計測およびＺ軸計測グラフの例を示している。平行磁界アプローチに関連して補正係数の応用を説明したが、これらの補正係数は、上述したものと実質的に類似の方法で、法線磁界アプローチに応用されうることを認識されたい。
【００７９】
上述の通り、磁石を成形することによって、本明細書に記載した測位システムの精度を上げることもできる。図示した例示的実施形態では、磁性プラテン上の磁石が円形状、またはひし形を有している。しかしながら、これらの磁石は、四角、ひし形、楕円形、長方形、台形、円形、三角形などを含むがこれらに限定されない、任意の適切な形状を有してよいものであることを認識されたい。
【００８０】
磁性プラテン上の磁石の形状は、例えば正弦波タイプの波形を生成する一方で、不均一磁界が誘因となる計測誤差を最小限にするように構成することが可能である。磁石の形状は、以下にひし形および円形状の磁石について説明するが、本明細書に記載した態様の最適化は、どんな適切な形状の磁石にも応用されうるものである。
【００８１】
ここで図１５Ａ〜１５Ｃおよび１６Ａ〜１６Ｂを参照して、磁性プラテンの例を示す。図１５Ａに示すように、磁性プラテンは、円形または円筒形の磁石のアレイを含んでいる。図１５Ｂおよび１５Ｃは、磁石アレイの各磁石が実質的に（平坦な上面を持つ）円錐形を有するような形状の円筒状磁石を示している。図１５Ｂは、約５０度の端面またはトリム角を有する磁石を図示しているが、図１５Ｃは約６０度の端面またはトリム角を有する磁石を図示している。図１６Ａは、ひし形状の磁石であるが、図１６Ｂは約５０度の端面またはトリム角を有するひし形状の磁石を示している。代替の実施形態では、これらの磁石が任意の適切な端面角度を有することができる。さらに他の代替の実施形態では、磁石が、実質的に円錐形以外の任意の適切な形状を有してもよい。
【００８２】
図１７は、プラテンがセンサの近傍を通過するときの、例えば図１５Ａの円筒状磁石によって発生する正弦波を示している。図１７に示すように、平滑な正弦波ではなく、全ての軸（Ｘ、Ｚ、および磁界強度軸）に沿った波形にゆらぎが見られる。ひし形状磁石に関しては、図１９Ａ〜１９Ｃに、磁性プラテン１９００（図１６Ａも参照）によって発生する信号が平行磁界アプローチに関連して詳細に示されている。図１９Ａのグラフ１９１０、１９２０から理解できるように、Ｚ方向およびＸ方向の磁界の強さは、Ｘ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットされるもので、不均一な凹凸形状を有している。不均一な凹凸形状は、磁界強度をＸ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットした２次元グラフ１９３０上でも示されている。ＸまたはＺ軸に沿った位置が判定され、その結果が図１９Ｂに示したグラフにプロットされると、正弦波の角度に対応する位置データ点として最良適合線１９５０が示される。同様に、磁性プラテンとセンサの間のギャップ距離がプロットされると、ギャップは均一の距離計測を有するもとして示されていないことが図１９Ｃから理解できる。
【００８３】
図１８は、プラテンがセンサの近傍を通過するとき、例えば図１５Ｂ、１５Ｃ、および１６Ｂの形状の磁石によって発生する正弦波を示している。図１８に示すように、この正弦波は平滑であり、従って、その最適波形からは、非平滑正弦波から取得するよりも精度の高い位置計測を検出することが可能である。図２０Ａは、最適化された磁性プラテン２０００の例を示している。磁性プラテン２０００は図４に関連して上述したものと実質的に類似の構成を有することができる。図２０Ａに示すように、磁界強度をＸ軸、Ｚ軸、またはＸおよびＺの両軸に対してプロットすると、その結果生じる正弦波２０１０、２０２０、２０３０は平滑であり、それによって、非平滑な正弦波による計測と比べて誤差が最小限の計測を行うことが可能になる。図２０Ｂに示すように、正弦波の角度に対応する位置データ点は、実質的に線２０５０に沿ったものとなる。同様に、磁性プラテンとセンサの間のギャップ距離がプロットされると、図２０Ｃから理解できるように、ギャップは、実質的に均一の距離計測値を有するもとして示されていない。
【００８４】
磁界の平滑化は、例えば磁性プラテンの個々の磁石の端面または側面をトリムすることによって実現することができる。トリム角度は、標準偏差σをセンサ位置での磁界歪みの目安として使用することによって求めることができる。例えば、図２２を参照すると、標準偏差σは、ひし形磁石の端面角度が約５０度（点”Ｊ”参照）で、円錐形状磁石が約６０度（点”Ｋ”参照）のとき、ゼロに最も近接する。また図２１に示すように、磁界の規格化効率は、ひし形状磁石のトリム角度が約５０度で、円錐形磁石のトリム角度が約６０度のときに最大になる。ここでの規格化効率（ＮＥ）は、次のように定義される。
【００８５】
【数２１】
【００８６】
上式でσは標準偏差、Ｗｅｉｇｈｔは磁性プラテン（１つまたは複数）の重量、およびＲＭＳは磁界強度の２乗平均平方根である。（図２５のＮＥ値の例も参照）。さらに図２３は、磁性プラテンの磁石からの距離に対する磁界強度間の関係を示し、図２４は、非平坦な磁界を発生させるひし形磁石ならびに平坦な磁界を発生させる成形したひし形および円錐形状磁石の磁界効果を示している。代替の実施形態では、任意の適切な態様で磁界を平坦化することができる。
【００８７】
別の例示的実施形態によると、位置検出分解能エンハンサ（ＰＳＲＥ）を備えることにより、アナログ領域で、本明細書に記載したような位置フィードバック装置の分解能を（これらフィードバック装置の基本分解能に比べて）向上させることが可能になる。１つの例示的実施形態では、ＰＳＲＥがプロセッサ１９０の一部であってもよく、また別の実施形態ではＰＳＲＥがコントローラ１９０から分離したものであってもよい。１つの例示的実施形態では、ＰＳＲＥを、例えば、１つまたは複数のフィードバックセンサの出力とモータコントローラの入力との間に位置づけることもできる。代替の実施形態では、ＰＳＲＥを任意の適切な位置に配置してセンサの生成する信号を改変することができる。前記の例の中ではモータコントローラが使用されているが、任意の適切なコントローラで位置センサから信号を受信してもよいことに注意されたい。この例示的実施形態では、ＰＳＲＥは、位置センサの信号を操作して、１回または複数回の乗算、除算、および増幅を介して、例えば位置信号の正弦波分布頻度を２倍、４倍などにし、２、４などの係数により位置検出分解能を向上させる。他の例示的実施形態では、ＰＳＲＥによって信号振幅の最適化モニタリングを可能にすることもでき、例えば、回転子−固定子のギャップ測定装置として使用することができる。代替の実施形態では、例えば本明細書に記載したもののように（これに限定されない）、回転またはリニアアプリケーションにおいて任意の適切な診断用に信号振幅の最適化モニタリングを使用することができる。
【００８８】
以下に詳細を説明するように、１つの例示的実施形態では、センサからの正弦および余弦信号両方を２乗することによって（上述したセンサからのように）、正弦波信号であるが、その各原信号のほんの半分の周期を持つ信号を得る結果となり、この例では、センサの分解能を２倍にする。しかしながら、磁気センサを用いる場合など、例えばギャップおよび／または温度の変化に起因して信号振幅が変わりやすい場合、ＡＤＣは一般に、より振幅の小さい、より少数の有意ビットを生成し、効果的に位置解像度を低下させる。可変振幅に起因する信号は、その振幅に比例する値でオフセットしなければならない。可変振幅に起因する問題を避けるために、これらの例示的実施形態は、１つの例において、位相を信号の振幅から分離している。これは、正弦および余弦信号の両方を２乗して、これらの２乗値を加算して振幅の２乗を得ることによって実行されうる。振幅のばらつきは、２乗した信号を２乗した振幅で除算することによって実質的に除去され、それによって、信号関連の位相がＡＤＣのレンジ内に留まり、信号のばらつきに左右されない同じ角度の分解能を提供する。前述のように、信号を連続して２乗にすることにより、それに応じた位置分解能を２倍にする。
【００８９】
センサの振幅を、磁気ギャップのばらつきの検知または任意の他の適切な目的などの処理に使用する場合は、純粋な振幅２乗信号をアナログ領域で前処理して、対象レンジ内の線形性および分解能の最適化を実現する。
【００９０】
次に図３５を参照すると、上述のＰＳＲＥで実施する高分解能化が示されている。１つの例では、信号の分解能を２倍（４倍、など）にするために、単軸センサで正弦波分布している磁界を検知して得た信号を二乗して、オフセットし、例えば、所望の直流レベルを得る。図３５に示すように、線５０１００は、原信号を表し、線５０１０１は、本明細書に記載する２倍後の信号を表している。図から理解できるように、２倍の信号５０１０１は、原信号５０１００の実質的に半分の周期を有する。図３５は、例示的実施形態により、センサの分解能を、例えば、２倍および４倍にする例示的処理のブロック図である。代替の実施形態では、センサの分解能は、任意の適切な態様で２倍（４倍など）にすることができる。図３６のＳ１、Ｓ２は、単軸センサの原信号または基本信号を表しており、図３７に示すように、次の、
【００９１】
【数２２】
【００９２】
および
【００９３】
【数２３】
【００９４】
では、Φは、２つの信号間の固定位相シフトであり、Ａは振幅である。１つの例示的実施形態では、Φが、例えば、ハードウェアで求めた位相シフトであってもよい。代替の実施形態では、Φの値を、任意の適切な態様で求めることができる。説明を容易にするために、正弦波の信号分布に関連した位置を、本明細書内では”周波数”と呼ぶ。１つの例示的実施形態では、４倍の周波数の正弦および余弦信号を得るために、Φの値を約２２．５゜にすることができる。代替の実施形態では、Φの値を任意の他の適切な値にして、所望の周波数を得ることができる。図３６に示したＳ１２、Ｓ２２は、オフセットおよび補正２乗に対応した後の信号Ｓ１、Ｓ２を表している。Ｓ１２、Ｓ２２の周波数は、実質的に２倍になっていることに注意されたい。
【００９５】
１つの例示的実施形態では、オフセット値がＰＳＲＥによって、次の例示的数学的関係を使用する、初期のｓｉｎ（ｘ）およびｓｉｎ（ｘ＋Φ）信号に基づく余弦信号を構成することによって補正されうることに注意されたい。
【００９６】
【数２４】
【００９７】
上式で、ｓｉｎΦとｃｏｓΦは、例えばセンサの間隔によって決まる既知の一定係数である。代替の実施形態では、ｓｉｎΦとｃｏｓΦが任意の適切な値を有することができる。
【００９８】
上記の例式［２４］は、次の式によって物理的に表してもよい。
【００９９】
【数２５】
【０１００】
上式で、Ａは信号電圧振幅の振幅である。従って、
【０１０１】
【数２６】
【０１０２】
ｓｉｎ（ｘ）、ｃｏｓ（ｘ）のどちらの関数も、振幅を算出するために、次のように２乗にすることができる。
【０１０３】
【数２７】
【０１０４】
この振幅は、補正をオフセットし、信号を調節するために使用されうるもので、それによって、例えば、振幅をさらに処理する上で最適なレベルに変えるために、両方の信号をＡ２で除算することによって、
【０１０５】
【数２８】
【０１０６】
【数２９】
【０１０７】
振幅のばらつきに左右されない信号を生成する。第２のオフセット補正および２つの正弦／余弦信号の乗算後、図３９に示すように、入力原信号Ｓ１、Ｓ２に対する４倍の周波数が得られる。これらの信号は、２倍の信号Ｓ１２、Ｓ２２が再度２倍にされ、４倍の信号（Ｓ１２）２、（Ｓ２２）２となる図３６に示すような所望の精度を得るために、繰り返し調節してもよいことに注意されたい。
【０１０８】
本明細書に記載した周波数乗算（逓倍）によって、位置精度を引き上げることができ、例えば理想的な信号であれば、図４０のように示される。図４０に示すように、線５０２００、５０２０１はどちらも、位置算出に使用される逆正接（正弦／余弦）関数を表している。線５０２００は、周波数ｆ（または磁性ピッチＰ）を伴う信号に対して予期されうるもので、線５０２０１は周波数４＊ｆ（またはピッチＰ／４）に対して予期されうるものである。図４０に示すように、例示的実施形態は磁性ピッチを仮想的に低くし、本明細書に記載したセンサのような位置センサの分解能を向上させる。
【０１０９】
本明細書に開示する高分解能化の安定性について、図４１〜４４に関連して説明する。以下の例では、入力信号に応じてランダムに発生させた外乱を導入する。１つの例において、図４１では、例えば約５％の誤差を有する入力信号、また図４２ではこれに対応する出力信号を示す。起こりうるものとして、上述の通り、センサ信号のチャンネル用に２回２乗することによって、任意の加法性ノイズが４倍になるかもしれない。このノイズの増幅は、単一振幅をＡＤＣのレンジに適合させるダイナミック自動利得制御（ＡＧＣ）によって削減しうるもので、信号の処理前に、２値化固有の誤差を最適化することで、これらのチャンネル（例えば、振幅算出）を少なくとも部分的に弱められた残留ノイズに対して交差相関し、非同期残留ノイズを４倍にした位置分解能に関連させてノイズの高周波数帯域を除去することができる。代替の実施形態では、雑音の増幅を任意の適切な態様で削減することができる。さらに、場合によっては、センサエレクトロニクスによって導入されるノイズを無視できることに注意されたい。
【０１１０】
例示的実施形態によると、位置分解能は、位置に依存する正弦波関数を使用する位置フィードバックシステムに対して推定することができる。この例では、例示のためだけに、フィードバックシステムが、１／４磁性ピッチの間隔（すなわち９０°の位相シフト）で配置された２つの固定されたホール効果センサ（または任意の他の適切な単軸センサ）を使用して、永久磁石を持つ回転子／プラテンによって発生する正弦波磁界を検知する。代替の実施形態では、このシステムが任意の適切な数またはタイプのセンサを使用することができる。実現しうるものとして、２つの単軸センサが、回転子／プラテン依存正弦波信号（例えば、正弦および余弦信号）を生成する。これら２つの信号値比の逆正接を取ることにより、
【０１１１】
【数３０】
【０１１２】
モータの周期的な位置（角度で）を求めることができる。式［３０］のｓｉｎおよびｃｏｓは、関数ではなく、周期的な信号を表している。代替の実施形態では、このフィードバックシステムに任意の適切な数の単軸センサを使用して、モータの位置を任意の適切な計測単位で求めてもよい。位置分解能の誤差εαを算出するために、ＰＳＲＥが式［３０］から変動関数∂／∂ｓｉｎおよび∂／∂ｃｏｓを求めることができる。
【０１１３】
【数３１】
【０１１４】
上式で、εｓｉｎおよびεｃｏｓは、それに対応する正弦および余弦信号の個別誤差である。次の単純化を使用し、
【０１１５】
【数３２】
【０１１６】
【数３３】
【０１１７】
【数３４】
【０１１８】
以下に相当するεαを求めることができる。
【０１１９】
【数３５】
【０１２０】
正弦および余弦信号を正弦および余弦関数に置き換える場合には、式［３５］を、以下のように書き直すことができる。
【０１２１】
【数３６】
【０１２２】
上式で、Ａはこれら信号の振幅である。ＡＤＣのレンジが２＊Ａ（ボルト）に等しく（すなわち、ＡＤＣの全レンジが使用され）、かつ信号の不確定性誤差の主な出所がＡＤＣの分解能Ｎ（ｂｉｔｓ）＝（２＊Ａ）／２Ｎ（ボルト）と仮定すると、リニア位置分解能εＸ次のように説明されうる。
【０１２３】
【数３７】
【０１２４】
上式で、Ｐは正弦／余弦信号の周期（例えば磁性ピッチ）である。式［３７］に示すように、センサの全体的な分解能は、最大値が、例えば、図４５に示した、４５、１３５、２２５、および３１５度の周期関数である。
【０１２５】
センサが、図４７のブロック図の形で示したような分解能乗算器を介してＡＤＣに連結される場合（図４７は乗算器の例を示すもので、代替の実施形態では、乗算器が任意の適切な構成および構成要素を有して本明細書に記載した信号の逓倍を実行してもよいことに注意されたい）、乗算器から出力されるノイズレベルは、ＡＤＣの分解能を超えるべきではないことを認識されたい。図４７Ａは、図４７のブロック図の電気回路図の例を示している。実現しうるものとして、代替の実施形態では、任意の適切な電気回路を使用して図４７のブロック図を実行することができる。ノイズは信号の連続逓倍数に基づき、次のように表すことができる。
【０１２６】
【数３８】
【０１２７】
上式で、ｎは逓倍数である。上述の通り、正弦波関数の２乗により、２倍の周波数（例えば半分の周期）を持つ正弦波関数が生成され、それによってリニア位置分解能εＸを次のように書き直すことができる。
【０１２８】
【数３９】
【０１２９】
上式で、Ｐは原信号の周期である。実現しうるものとして、信号の乗算（逓倍）を追加するごとにフィードバック装置のリニア分解能が２倍になる。ＰＳＲＥがリニア位置分解能を示すのに使用する上式は単に例示的なものであり、位置分解能は任意の適切な式を使用して求められうることを認識されたい。
【０１３０】
例示的実施形態の位置分解能の向上は、信号振幅のばらつきにも耐性を持ち、ギャップ情報の計測を可能にする。例えば、入力信号が、ギャップ変動、ノイズおよび磁界の不完全性（または他の要因）などのために変化する場合に、上述した高分解能化によりその振幅上の信号を正規化し、実質的に歪みのない正弦／余弦出力信号を提供することができる。例えば、図４３は、入力振幅に約２０％のノイズを印加した入力信号を示している。図４４は、図４３の信号を上述の高分解能化により処理した後の出力信号である。図４４に示したような信号振幅の算出から、高分解能化によってギャップ計測の分解能を向上させる、ギャップ計測値やその他の情報を求めることができる。例えば、ひとたびギャップレンジが画定すると、確定されたギャップレンジのみを分析するためにＡＤＣのフルスケールが使用されうる。非限定の例として、このギャップが、例えば約５ｍｍを上回りかつ約８ｍｍ未満の場合に、ＡＤＣのレンジにより約５ｍｍ〜約８ｍｍの領域を分析することができる。
【０１３１】
すでに説明したように、正弦波信号の振幅がギャップに依存する場合は、そのギャップは例えば次のように画定されうる。
【０１３２】
【数４０】
【０１３３】
上式で、Ｂおよびｔは、例えば、ハードウェア依存定数、ｓｉｎおよびｃｏｓは正弦波信号（関数ではない）、かつＡは信号の振幅である。代替の実施形態では、Ｂおよびｔが任意の適切な定数値であってよい。式［４０］の偏導関数をとることによって、ギャップ計測の分解能εＧは、
【０１３４】
【数４１】
【０１３５】
となり、上式で、εｓｉｎおよびεｃｏｓは、それぞれ正弦信号と余弦信号の個別誤差である。次のように単純化して、
【０１３６】
【数４２】
【０１３７】
【数４３】
【０１３８】
【数４４】
【０１３９】
ギャップ分解能の計測は、以下のように説明することができる。
【０１４０】
【数４５】
【０１４１】
ＡＤＣのレンジが２＊Ａ（ボルト）に等しく（すなわち、ＡＤＣの全レンジが使用され）、かつ信号の不確定性／誤差の主な出所がＡＤＣの分解能Ｎ（ｂｉｔｓ）＝（２＊Ａ）／２Ｎ（ボルト）と仮定すると、式［４５］を次のように書き直すことができる。
【０１４２】
【数４６】
【０１４３】
正弦信号および余弦信号を正弦関数および余弦関数に置き換えると、
【０１４４】
【数４７】
【０１４５】
または
【０１４６】
【数４８】
【０１４７】
となる。上述した位置分解能と同様に、式［４８］からわかるように、全体的なギャップ分解能は、図４６に示されるように、最大値が約４５、１３５、２２５、および３１５度の周期関数である。センサを、例えば、上述の分解能エンハンサを介しＡＤＣに連結する場合、ギャップ情報は、コントローラ１９０（ＰＳＲＥを含んでもよい）によって、例えばアナログ領域で抽出／前処理済みの、正弦および余弦信号の振幅など、向上した位置分解能などから取得することができる。アプリケーションに応じて、信号増幅をギャップ情報に変換し、上述のように対象領域内に拡大し、ＡＤＣに送ることが可能である。この場合、ギャップ分解能は、例えば次のように近似させることができる。
【０１４８】
【数４９】
【０１４９】
上式で、ＡＧは対象領域である。
【０１５０】
実現しうるものとして、上記例は信号の２逓倍（例えば、原信号を２倍にする、またはすでに逓倍した信号を倍にする）について記載したが、例示的実施形態は、任意の適切な逓倍係数（例えば１、２、３、４、など）を使用して、原信号や、任意の後続逓倍信号を逓倍するのにも応用されうる。
【０１５１】
運用時には、上述のような、本明細書に記載した単軸位置センサを含む例示的測位システムを、搬送部が機械化されている任意の適切な施設内で使用し、例えば１つのロケーションから別のロケーションに製品を移動することができる。例示のみを目的とし、半導体処理施設に関連して測位システムの運用例を説明するが、この例示的測位システムは、上述のように任意の適切な施設で利用できることを認識されたい。
【０１５２】
ここで図４８を参照すると、例示的半導体基盤処理装置３５１０に本明細書で開示する態様を使用することができる。複数のロードポート３５１２を有する環境フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３５１４に接続された処理装置３５１０が示されている。これらのロードポート３５１２は、複数の基板収納キャニスタを支持することが可能で、これらの基板収納キャニスタは、任意の他の適切なタイプを充当しうるが、例えば、従来型のＦＯＵＰキャニスタなどである。ＥＦＥＭ３５１４は、前記の処理装置に連結するロードロック３５１６を介して処理装置と連通する。ＥＦＥＭ３５１４（大気に開放されるものであってもよい）は、ロードポート３５１２からロードロック３５１６に基板を搬送する基板搬送装置（図示せず）を有する。ＥＦＥＭ３５１４はさらに、基板配置機能、バッチハンドリング機能、基板およびキャリア識別機能、またはその他の機能を含むことができる。代替の実施形態では、ロードロックがバッチハンドリング機能を有する場合、またはロードロックがウェハをＦＯＵＰからロックに直接移送する機能を有する場合のように、ロードロック３５１６をロードポート３５１２に直接インターフェース接続してもよい。前記装置のいくつかの例は、米国特許第６，０７１，０５９号、第６，３７５，４０３号、第６，４６１，０９４号、第５，５８８，７８９号、第５，６１３，８２１号、第５，６０７，２７６号、第５，６４４，９２５号、第５，９５４，４７２号、第６，１２０，２２９号、および２００２年７月２２日に出願された米国特許出願第１０／２００，８１８号に開示されており、これら全特許の内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。代替の実施形態では、他のロードロックオプションを提供してもよい。
【０１５３】
さらに図４８を参照すると、処理装置３５１０は、上述したように半導体基板（例えば、２００／３００ｍｍのウェハ、またはそれより大きいか小さいサイズの他の適切なウェハ）、フラットパネルディスプレイ用のパネル、または任意の他の種類の基板を処理するために使用されうるもので、一般に、搬送チャンバ３５１８と、処理モジュール３５２０と、少なくとも１つの基板搬送装置３５２２を備える。実施形態に示された基板搬送装置３５２２は、チャンバ３５１８と一体化されている。この実施形態では、処理モジュールがチャンバ３５１８の両側面に取り付けられている。他の実施形態では、処理モジュール３５２０を、例えば図５０に示すように、チャンバ３５１８の１つの側面に取り付けてもよい。図４８に示した実施形態では、処理モジュール３５２０を対向させて、列Ｙ１、Ｙ２、または垂直面に取り付けている。他の代替の実施形態では、この処理モジュールを、搬送チャンバの両側に互い違いに位置をずらしてもよいし、または垂直方向に相対させて重ねてもよい。搬送装置３５２２は、チャンバ３５１８内を移動してロードロック３５１６と処理チャンバ３５２０との間の基板搬送を行うカート３５２２Ｃを有する。例示した実施形態では、１つのカート３５２２Ｃのみが備えられているが、代替の実施形態では、これより多くのカートを備えてもよい。図４８に示したように、搬送チャンバ３５１８（その内部が真空、または不活性雰囲気、または単にクリーンな環境、あるいはその組み合わせを条件にするもの）の有する構成および使用する基板搬送装置３５２２は、処理モジュールをデカルト配置でチャンバ３５１８に取り付け、モジュールを実質的に平行な垂直面または列に並べることが可能なものである。この結果、処理装置３５１０は、同等の従来の処理装置（すなわち、同じ数の処理モジュールを持つ従来の処理装置）よりコンパクトなフットプリントを有することになる（例えば図５４を参照）。さらに搬送チャンバ３５２２は、以下に詳細を述べるように、スループットを向上させるために、任意の長さを有して任意の数の処理モジュールを追加することが可能である。またこの搬送チャンバは、任意の数の搬送装置を支持し、搬送装置が互いに干渉せずに搬送チャンバ上の任意の処理チャンバに到達することも可能にしている。これは実際に、処理装置のスループットを搬送装置の可搬能力から切り離すもので、従って、処理装置のスループットが可搬限界でなく処理限界となる。それに応じて、処理モジュールを追加し、同じプラットフォーム上の可搬能力に対応することによって、スループットを向上させることができる。
【０１５４】
さらに図４８を参照すると、この実施形態の搬送チャンバ３５１８は一般的な長方形を有しているが、代替の実施形態ではこのチャンバが任意の他の適切な形状を有してよい。チャンバ３５１８は細長い形状（すなわち、長さが幅よりもはるかに長い）を有し、一般にそのチャンバ内の搬送装置のリニア搬送経路を画定する。チャンバ３５１８は、長手方向の側壁３５１８Ｓを有する。側壁３５１８Ｓは、搬送開口部またはそれを介して形成されるポート３５１８Ｏを有する。搬送ポート３５１８Ｏは、（弁を介すことが可能な）これらのポートを介して搬送チャンバに基板を出し入れするのに十分な大きさのものである。図４８に示すように、この実施形態の処理モジュール３５２０は、側壁３５１８Ｓの外側に取り付けられ、各処理モジュールを対応する搬送チャンバ３５１８内の搬送ポート３５１８Ｏに合わせて配置する。実現しうるものとして、各処理モジュール３５２０は、チャンバ３５１８の側部３５１８Ｓに対して、その対応する搬送ポート３５１８Ｏの周辺部の周りを封止して、搬送チャンバ３５１８内の真空を維持することも可能である。各処理モジュール３５２０に弁をつけて、任意の適切な手段によって制御し、所望により搬送ポート３５１８Ｏを閉じることもできる。搬送ポート３５１８０Ｏは、同じ水平面に配置してもよい。それに応じて、チャンバ３５１８の処理モジュール３５２０も、同じ水平面に位置合わせする。代替の実施形態では、搬送ポート３５１８Ｏを異なる水平面に配設することもできる。図４８に示すように、この実施形態では、ロードロック３５１６が、最前面の２つの搬送ポート３５１８Ｏでチャンバの側部３５１８Ｓに取り付けられている。こうすることによって、ロードロック３５１６が処理装置の前でＥＦＥＭ３５１４に近接させることが可能になる。代替の実施形態では、図５０に例示したように、ロードロック３５１６を搬送チャンバ３５１８上の任意の他の搬送ポート３５１８Ｏに配置してもよい。６面体形状の搬送チャンバ３５１８によって、チャンバ３５１８の長さを所望通りに選択して、所望の列数分の処理モジュールを装着することが可能になる（例えば、図４９、および図５１〜５３を参照。これらの図のその他実施形態では、搬送チャンバの長さが任意の適切な数の処理モジュールを収容できるようになっている）。
【０１５５】
すでに述べたように、図４８に示した実施形態の搬送チャンバ３５１８は、単一のカート３５２２Ｃを備えた１つの基板搬送装置３５２２を有する。搬送装置３５２２はチャンバと一体化して、カート３５２２Ｃをチャンバ内の前部３５１８Ｆと後部３５１８Ｂとの間で平行移動させる。搬送装置３５２２が有するカート３５２２Ｃは、１つまたは複数の基板を把持するエンドエフェクタを有する。また搬送装置３５２２のカート３５２２Ｃは、多関節アームまたは可動搬送機構３５２２Ａも有しており、エンドエフェクタを伸長および退避して処理モジュール３５２０またはロードロック３５１６で基板の取り上げまたは取り外しを行う。処理モジュール／ロードポートから基板の取り上げまたは取り外しを行うために、搬送装置３５２２を所望のモジュール／ポートと位置合わせすることができ、アームを対応するポート３５１８Ｏを介して伸長／退避し、モジュール／ポート内部にエンドエフェクタを位置付け、基板を取り上げる／取り外す。
【０１５６】
図４８に示した搬送装置３５２２は、典型的な搬送装置であり、リニア支持／駆動レールに支えられるカート３５２２Ｃを含む。搬送装置は、すでに援用した米国特許公報第２００４／０１５１５６２に記載される磁気浮上搬送装置と実質的に類似のものであってよいが、任意の適切な搬送装置を使用することができる。リニア支持／駆動レールは、搬送チャンバの側壁３５１８Ｓまたは頂部に取り付けてもよいし、またチャンバを長くしてもよい。こうすることによって、カート３５２２Ｃ、すなわち装置がチャンバを横断することが可能になる。カート３５２２Ｃは、アームを支持するフレームを有する。このフレームは、フレームと一緒またはフレームに相対して移動するキャスターマウントまたはプラテン３５２２Ｂも支持する。例えば順次同期リニアモータなど、任意の適切なモータによってプラテン３５２２Ｂ、すなわちカート３５２２Ｃをレールに沿って駆動することができる。この例示的実施形態では、アームを適切な連係／伝送を介してプラテン３５２２Ｂに作動連結し、その結果、プラテン３５２２Ｂが駆動モータによって互いに対して相対的に動くとき、アームが伸長または退避するようにする。例えば、伝送を、プラテン３５２２Ｂがレールに沿って離れると、アームを左に伸長し、逆に戻って距離が縮まると、アームを左から退避させるように構成することができる。プラテン３５２２Ｂをリニアモータで適切に作動させて、アーム３５２２Ａを右へ伸長／右から退避させることもできる。 スライドレール上のプラテン３５２２Ｂのリニアモータによる移動の制御、ならびにプラテン３５２２Ｂすなわちカート３５２２Ｃおよびアームの伸長／退避位置の位置検知を、上述の測位システムを介して実現することが可能である。例えば、例示的プラテン４００のような磁性プラテンＭＰを、各搬送プラテン３５２２に固定または一体化させ、それによってプラテンＭＰが発生する磁界を、例えばチャンバ３５１８の側部に向けさせることができる（図５５、ブロック４２００）。（複数の）単軸センサ群Ｑ（その各単軸センサ群は、図４、５、および７に示した１つのセンサ群、または図２Ａおよび３Ａに示したセンサダブレット、または図３Ａに関連して上述した個別センサ、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる）を、上述の態様で、チャンバ３５１８の側部３５１８Ｓに沿ってカート３５２２Ｃおよび搬送プラテン３５２２Ａ、３５２２Ｂの移動経路沿いに配置することができる。図を見やすくするために図には少数のセンサ群Ｑしか示していないことに注意されたい。さらに、上述の異なる位置検知システムの任意のものを個別に使用、またはその任意の組み合わせを使用して、カート３５２２Ｃの位置を精密に求めることも可能であることにも注意されたい。
【０１５７】
コントローラ３５９０は、単軸センサ群Ｑを順に走査して、例えばポイント３５８０に位置するセンサを最初に走査されるセンサとして構成し、カート３５２２Ｃの位置をポイント３５８０を基準に参照して、絶対位置計測が提供されるように構成することができる（図５５、ブロック４２１０）。上述のように、各センサ群Ｑは、チャンバ３５１８内において任意の適切な基準点から所定の距離を置いて配置され、それによって磁性プラテンＭＰが任意のセンサを通過すると、磁性プラテンの位置の概略を得る。磁性プラテンＭＰすなわちカート３５２２Ｃの位置をより精密な判定は、センサの出力を上述のように数学的に処理することによって得られる。この例では、各プラテン３５２２Ｂに磁性プラテンＭＰが含まれているので、各プラテン３５２２Ｂの位置を個別に求めることができ、それによって、プラテン３５２２Ｂを一斉に１つの方向に駆動し、カート／装置全体を搬送チャンバ３５１８内部の長手方向に移動させるか、個別に駆動し、カート３５２２Ｃが担持するアーム３５２２Ａを伸長または退避させることができる。さらに、カート３５２２Ｃのチャンバ壁３５１８Ｓに対する位置（例えば、壁とカートとの間隙）を計測し、それに応じて調整することにより、カート３５２２Ｃが壁３５１８Ｓ間の所定置で、処理モジュール３５２０内に基板を正確に載置するのを補助することができることにも注意されたい。
【０１５８】
図４９は、装置３５１０とほぼ類似の、別の実施形態の基板処理装置３５１０’を示している。この実施形態では、搬送チャンバ３５１８’が２つの搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂを有している。搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂは、上述した図４８の装置３５２２と実質的に同じものである。搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂの両方を、共通の、上記のような一連の長手方向サイドレールで支持してもよい。各装置に対応するカートのプラテンは、同じリニアモータ駆動装置によって駆動してもよい。リニアモータの駆動ゾーンが異なることによって、各カート３６２２Ａ、３６２２Ｂ上プラテンの個別独立駆動が可能になり、従って、各カート３６２２Ａ、３６２２Ｂの個別独立駆動も可能になる。すなわち、実現しうるものとして、前記のものと類似した態様でリニアモータを使用し、各装置のアームをそれぞれ独立して伸長／退避させることが可能である。しかしながら、この場合、基板搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂは、別々のスライドシステムを使用しない限り、搬送チャンバで擦れ違うことができない。上述のように、カートの各プラテンには磁性プラテンＭＰを含むことができ、磁性プラテンＭＰは、１つまたは複数の単軸センサを含み、チャンバ壁３５１８Ｓ’に固定されるセンサ群Ｑと相互作用する。この例示的実施形態では、処理モジュールを搬送チャンバ３５１８’の長さに沿って配置し、その結果、処理モジュール３５１８’内で搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂが互いの妨げとなるのを回避する順に処理するように基板を搬送することができる。例えば、コーティング処理モジュールを加熱モジュールの前に配置すること、または冷却モジュールとエッチングモジュールを最後に配置することができる。
【０１５９】
しかしながら、搬送チャンバ３５１８’は、２つの搬送装置の擦れ違いを可能にする別の搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’を有してもよい（サイドレール、バイパスレール、またはレールを必要としない磁気浮上型ゾーンと同種のもの）。この場合、他方の搬送ゾーンは、処理モジュールが位置する水平面（１つまたは複数）の上下いずれかに配置することができる。この場合、搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’はそれぞれ自ゾーンのセンサ群セットＱを有して、搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’カートの各ゾーン内の３６２２Ａ、３６２２Ｂの位置をそれぞれ別個に探知することもできる。この実施形態では、搬送装置が、２つのスライドレールを有し、各搬送装置がそれぞれ１つのスライドレールを有する。一方のスライドレールを搬送チャンバの床または側壁に配置して、他方のスライドレールをチャンバの頂部に配置してもよい。代替の実施形態では、リニア駆動システムを使用してカートを同時に駆動し、カートを水平方向および垂直方向に独立可動することができるように懸架し、そうしてカートが互いに独立して基板の引き渡しや移送ができるようにする。センサ群Ｑを磁性プラテンＭＰと併用することによって、カート３６２２Ａ、３６２２Ｂが互いの上方／下方を通過するとき、各カートの垂直位置を探知し、搬送機または搬送機が担持する基板に損傷を与えうる衝突を避けることができることに注意されたい。電気巻線を使用する全実施形態では、例えば水蒸気を除去する場合のように、ガス放出のためにチャンバを加熱することが望まれる場合など、これらの巻線を抵抗発熱体として使用することもできる。この場合、各搬送装置は、上記のもの類似した専用のリニア駆動モータまたはカートを備えた専用の駆動ゾーンによって駆動することができる。
【０１６０】
次に図５２および５３を参照すると、他の例示的実施形態により本明細書内に記載した測位システムを組み込んだ、他の基板処理装置が示されている。図５２および５３からわかるように、これらの実施形態の搬送チャンバは細長く伸ばして、追加処理モジュールを収容する。図５２に示した装置は、１２の処理モジュールが搬送チャンバに連結され、図５３の各装置（２つの装置が図示されている）は、２４の処理モジュールが搬送チャンバに連結されている。これらの実施形態に示した処理モジュールの数は、単に例示のためのものであり、前記の装置は、前述したように、任意の数の処理モジュールを有することができる。これらの実施形態の処理モジュールは、上述のものと同様に、搬送チャンバの側部に沿って、デカルト配置で配設されている。ただし、この場合、処理モジュールの列数が大幅に増えている（例えば図５２の装置では６列で、図５３の各装置は１２列である）。図５２の実施形態では、ＥＦＥＭを取り外して、ロードポートを直接ロードロックに係合してもよい。図５２および５３の装置の搬送チャンバは、ロードロックと処理チャンバとの間で基板を取り扱うために、複数の搬送装置を有する（すなわち、図５２では３つの装置、また図５３では６つの装置）。図示されている搬送装置の数は単なる例示にすぎず、それよりも多いまたは少ない装置を使用することができる。これらの実施形態の搬送装置は、前述のものとほぼ類似のもので、アームとカートを備え、カートおよびアームの伸長／退避の位置を先に述べた多次元測位システムで探知する。ただし、この場合、カートは、搬送チャンバの側壁のゾーン指定リニアモータ駆動装置から支持される。この場合のリニアモータ駆動装置は、２つの直交軸（すなわち、搬送チャンバの長手方向および搬送チャンバの垂直方向）においてカートの平行移動を提供する。それに応じて、搬送装置は、搬送チャンバ内で擦れ違うことができる。搬送チャンバは、処理モジュール面の上方および／または下方に”通過”エリアまたは搬送エリアを有することができ、搬送装置がそこを経由することによって静止状態の搬送装置（すなわち、処理モジュールでの基板の取り上げ／取り外しをしている）または逆方向への移動を回避することができる。実現しうるものとして、基板搬送装置が、複数の基板搬送装置の移動を制御するコントローラを有している。
【０１６１】
さらに図５３を参照すると、この場合、基板処理装置３９１８Ａおよび３９１８Ｂをツール３９００に直接結合することができる。
【０１６２】
図４９、５０、および５２−５３から実現しうるように、搬送チャンバ３５１８を任意に延長し、処理施設ＰＦ全域を走行させることもできる。図５３からわかるように、かつ以下に詳細を説明するように、搬送チャンバを処理施設ＰＦ内の、例えば保管ベイ、リソグラフィツールベイ、金属蒸着ツールベイ、または任意の他のツールベイなど、様々なセクションまたはベイ３９１８Ａ、３９１８Ｂに連結および連通させることができる。搬送チャンバ３５１８に接続するベイを処理ベイまたはプロセス３９１８Ａ、３９１８Ｂとして構成してもよい。各ベイは所望のツール（例えばリソグラフィ、金属蒸着、均熱、洗浄）を有し、半導体ワークピースに所与の製造処理をする。いずれの場合も、搬送チャンバ３５１８は、前述の通り、施設ベイの様々なツールに対応し、これらに連通接続する処理モジュールを有し、半導体ワークピースのチャンバと処理モジュール間の移送を可能にする。従って、搬送チャンバは、その全長にわたって、搬送チャンバに連結された各種処理モジュールの環境に対応する、大気、真空、超高真空、不活性ガス、または任意の他の環境など、異なる環境条件を含むことができる。従って、所与のプロセスまたはベイ３５１８Ａ、３５１８Ｂ内、またはそのベイの一部内にあるチャンバのセクション３５１８Ｐ１は、例えば１つの環境条件（大気など）を有し、チャンバの別のセクション３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３は異なる環境条件を有することができる。上述の通り、内部に異なる環境を備えたチャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３は、施設の異なるベイ内にあってもよいし、全てが施設の１つのベイ内にあってもよい。図５３は、例示のみを目的として、異なる環境を持つ３つのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３を有するチャンバ３５１８を示している。この実施形態のチャンバ３５１８は、任意の数の異なる環境を持つセクションを任意の数だけ有することができる。セクション３９１８Ａ、３９１８Ｂ、３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３のそれぞれに、上述の通り各搬送セクションの壁に沿って配置された、１つまたは複数の単軸センサを含むセンサ群Ｑを備えてもよい。これらの搬送セクションは、３５１８Ｐ２のようにカート３２６６Ａの高精度な配設を必要としないところでは、図３Ａに関連して上述したセンサの構成を使用し、カート３２６６Ａを低コストで精密に探知することができる。代替の実施形態では、本明細書内に記載した例示的測位システムの任意の組み合わせを、搬送セクション３９１８Ａ、３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３のどのセクションに使用してもよい。
【０１６３】
図５３からわかるように、搬送装置は、装置３６２２Ａと類似のもので（図４９も参照）、チャンバ３５１８内で、内部に異なる環境を持つセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３との間を通過することが可能である。よって、図５３から実現しうるものとして、搬送装置３６２２Ａは、１回の取り上げで、半導体ワークピースを処理施設の１つのプロセスまたはベイ３５１８Ａ内のツールからその処理施設の異なるプロセスまたはベイ３５１８Ｂ内の異なる環境を持つ別のツールに移動することができる。例えば、搬送装置３６２２Ａは、基板を処理モジュール３９０１内で取り上げることができ、この処理モジュールは、搬送チャンバ３５１８の大気モジュール、リソグラフィ、エッチング、またはセクション３５１８Ｐ１内の任意の他の処理モジュールであってもよい。搬送装置３６２２Ａは次に、図５３の矢印Ｘ３が指示する方向に、チャンバのセクション３５１８Ｐ１からセクション３５１８Ｐ３へと移動する。セクション３５１８Ｐ３内で、搬送装置３６２２Ａは基板を処理モジュール３９０２（任意の処理モジュールであってよい）内に載置することができる。
【０１６４】
図５３から実現しうるものとして、搬送チャンバはモジュール式であってもよく、チャンバのモジュールを任意に接続し、チャンバ３５１８を形成してもよい。モジュールには、図４８の壁３５１８Ｆ、３５１８Ｒに類似した内壁３５１８Ｉが含まれ、チャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３、３５１８Ｐ４を分離する。内壁３５１８Ｉにはスロット弁、または任意の他の適切な弁を含んで、チャンバ３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ４の１つのセクションを１つまたは複数の隣接セクションと連通できるようにすることもできる。スロット弁３５１８Ｖは、１つまたは複数のカートがこれら弁を介して１つのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ４から別のセクションへ通過できる大きさにすることができる。この方法で、カート３６２２Ａはチャンバ３５１８全域のどこにでも移動することができる。弁は閉鎖して、チャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３、３５１８Ｐ４を隔離し、異なるセクションが上述のような異種環境を含むことができる。さらに、チャンバモジュールの内壁は、図４８に示すようにロードロック３５１８Ｐ４を形成する配置にしてもよい。ロードロック３５１８Ｐ４（図５３では例示のために１つだけしか図示していない）は、チャンバ３５１８内に任意に配置することができ、かつチャンバ内で任意の数のカート３６２２Ａを保持することができる。
【０１６５】
次に図５４を参照すると、自動搬送システム（ＡＭＨＳ）４１２０を使用する製造施設のレイアウトの例が示されている。この例示的実施形態では、ワークピースはストッカ４１３０からＡＭＨＳで１つまたは複数の処理ツール４１１０に搬送される。ＡＭＨＳは、１つまたは複数の搬送カート４１２５および搬送軌道４１３５を組み入れている。搬送軌道４１３０は任意の適切な軌道であってよい。搬送軌道には、上述のように１つまたは複数の単軸センサを含み、軌道に沿って離間配置するセンサ群Ｑを含んでもよい。搬送カート４１２５に、センサ群Ｑと相互作用する１つまたは複数の磁性プラテンＭＰを含めて、上述のようにカート４１２５の位置計測を提供することができる。
【０１６６】
実現しうるものとして、位置を計測または探知する被対象物１２０の位置は、その対象物の各端部近くにあるセンサを使用して探知され、コントローラが同じ搬送経路に沿ってそれぞれ追跡可能な複数対象物を調整し、対象物間の接触を回避させることができる。代替の実施形態では、対象物１２０は、対象物１２０の１つの端部のセンサを使用し、対象物の長さを認知して探知することができる。この場合、コントローラは、本明細書に記載した測位システムで取得する対象物の第１の端部の位置を使用して、その対象物の長さを加算または減算し、対象物が占めている搬送経路に沿ったスペースの大きさを求めることができる。
【０１６７】
本明細書に記載した例示的実施形態はリニア駆動システムに関して説明しているが、例示的実施形態は回転駆動でも利用可能であることを認識されたい。例えば、本明細書で開示する実施形態を使用して、シリンダ内の対象物の回転速度および軸方向位置を探知しながら、同時に回転対象物とシリンダの１つの壁との間の距離を計測することができる。
【０１６８】
本明細書に記載した例示的実施形態は、単軸位置センサを使用して上述のように対象物の多軸位置を求める測位システムを提供する。この測位システムは、第１の軸に沿ってあらゆる長さを計測する一方で、同時に第２および第３の軸に沿った位置を計測することができる。本明細書に記載したこの測位システムは、任意の適切な搬送装置に組み入れることができる。本明細書に記載した実施形態は３軸同時計測として開示しているが、複数の計測システムを組み合わせてそれより多軸を計測することも可能であることを認識されたい。逆に、例示的実施形態を使用し、３つより少ない軸の計測をするように構成することもできる。これらの例示的実施形態によって実現する測位システムは、そのシステム内で、対象物の位置情報を得るために、可動対象物に動力を伝達する必要がない。しかしながら、上述の例示的実施形態は、磁性プラテンが可動対象物に固定されたものとして説明されているが、磁性プラテンは、例えば、実質的に対象物の搬送経路に沿った静止表面に固定して、単軸センサおよび／またはセンサ群を可動対象物に固定してもよいことを認識されたい。
【０１６９】
本明細書に記載した例示的実施形態は、個別に使用することも、その任意の組み合わせでも使用できることを理解されたい。また、上記の説明は、これら実施形態の単なる実施例であると理解されたい。様々な代用手段及び変形が、当業者によって本発明から逸脱することなく考案され得る。従って、本実施形態は、添付の特許請求の範囲内に入る、全てのそのような代用手段、変形、および派生物の包含を意図するものである。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００７年６月２７日出願の米国特許仮出願第６０／９４６，５４２号の利益を主張し、その開示内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００２】
本実施形態は、位置センサに関し、さらに詳細には、対象物の多次元の位置を検出する位置センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
移動する対象物の位置を求めるためにいくつかの方法が存在する。例えば、レーダ信号を道路上の縞模様と作用させて、自動車の位置を判定する車両誘導システムがある。他の測位システムでは、無線通信を利用している。しかしながら、このどちらのシステムも、移動対象物上で利用可能な動力源を必要とする。また無線は、介在する構造体や電気信号による劣化を受けやすい。
【０００４】
位置は、例えば、円筒形のボビンの周りに巻いた単一の１次巻線と２つの２次巻線を使用する変位変換器の１つである、リニア可変差動トランス（ＬＶＤＴ）によっても求めることができる。可動のニッケル−鉄芯または電機子が巻線の内部に位置付けられ、この芯の移動を計測して、可動対象物の位置を得る。ホール効果センサを類似の態様で使用して変位を計測してもよい。一般に、ＬＶＤＴおよびホール効果センサは、リニアアクチューエータやピストンの変位など、有限変位を計測するために使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ステッパ、サスペンション、および／または走査ステージなど高精度測位システムに関連する従来の測位方法では、容量センサ、誘導センサ、光センサ、およびレーザセンサを使用する。これらのセンサは一般に、高分解能と位置ノイズ低減とを併せて提供する。しかしながら、全体的な費用、移動範囲の限定、および所望の自由度が限定されることによって、これらのセンサの適用分野が狭められている。
【０００６】
例として、従来のフィードバック装置では、これらのセンサが発生させる正弦および余弦信号など、使用する周期信号が、例えば、モータ制御装置のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に送られ、信号をＡＤＣのデジタル領域で処理して、対象物の位置を求める。しかしながら、正弦／余弦の周期およびＡＤＣ分解能では、高度な位置解像度が要求される特定の用途用に求められる位置解像度を生成するのに十分でないこともありうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の同じセンサおよび磁石を使用して、２次元の位置とギャップ幅の両方の計測値を求めることができるという利点をもつことになる。またコスト効率の良い、高分解能の、アブソリュートエンコーダを備えるという利点も持つことになる。さらに、位置フィードバック装置の分解能をモータ制御装置および／またはエンコーダの基本解像度より向上させるという利点も持つ。
【０００８】
本明細書で開示する実施形態の前記の態様およびその他特徴を添付図面に関連して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の概略図を示している。
【図２Ａ】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の別の概略図を示している。
【図２Ｂ】１つの例示的実施形態による図２Ａの測位システムのセンサ要素からの出力信号を示している。
【図２Ｃ】１つの例示的実施形態による図２Ａの測位システムのセンサ要素からの出力信号を示している。
【図３Ａ】１つの例示的実施形態による測位システムのさらに別の概略図を示している。
【図３Ｂ】１つの例示的実施形態による図３Ａの測位システムの、センサ要素からの出力信号を示している。
【図４】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成の例を示している。
【図５】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成の別の例を示している。
【図６Ａ】図５のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図６Ｂ】図５のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図７】１つの例示的実施形態による磁性プラテンとセンサ構成のさらに別の例を示している。
【図８Ａ】図７のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図８Ｂ】図７のセンサが検知した、磁性プラテンによって生成された磁界強度を示すグラフである。
【図９Ａ】１つの例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図９Ｂ】１つの例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１０Ａ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１０Ｂ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１１Ａ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１１Ｂ】別の例示的実施形態によるセンサ出力を示すグラフである。
【図１２Ａ】例示的実施形態による、１つの磁気ピッチ上の異なる数のセンサによって生じるセンサ周期を示している。
【図１２Ｂ】例示的実施形態による、１つの磁気ピッチ上の異なる数のセンサによって生じるセンサ周期を示している。
【図１２Ｃ】１つの例示的実施形態による工程系統図を示している。
【図１３】例示的実証形態による異なる位置での計測結果を示すグラフである。
【図１４】例示的実証形態による異なる位置での計測結果を示すグラフである。
【図１５Ａ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１５Ｂ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１５Ｃ】例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１６Ａ】他の例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１６Ｂ】他の例示的実施形態による磁性プラテンの構成を示している。
【図１７】磁性プラテンによって生成される磁界のグラフである。
【図１８】別の磁性プラテンによって生成される磁界のグラフである。
【図１９Ａ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図１９Ｂ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図１９Ｃ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ａ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ｂ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２０Ｃ】１つの例示的実施形態による別の磁性プラテンの磁界形状を示している。
【図２１】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２２】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２３】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２４】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２５】例示的実施形態による異なる磁性プラテンに関する図表およびグラフである。
【図２６】１つの例示的実施形態による測位システムの一部分の概略図を示している。
【図２７】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図２８】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図２９】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３０】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３１】１つの例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３２】１つの例示的実施形態による追加センサの出力のグラフである。
【図３３】１つの例示的実施形態による追加センサの出力のグラフである。
【図３４】別の例示的実施形態によるセンサ出力のグラフである。
【図３５】１つの例示的実施形態による信号処理の例を示している。
【図３６】１つの例示的実施形態による信号処理を図示したブロック図である。
【図３７】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図３８】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図３９】これらの例示的実施形態により処理された信号を示している。
【図４０】１つの例示的実施形態による周波数信号を示している。
【図４１】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４２】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４３】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４４】１つの例示的実施形態による誤差信号を考慮した入出力信号を示している。
【図４５】これらの例示的実施形態によるセンサとギャップの分解能関数を示している。
【図４６】これらの例示的実施形態によるセンサとギャップの分解能関数を示している。
【図４７】例示的実施形態によるプロセッサの例を図示している。
【図４７Ａ−１】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−２】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−３】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−４】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−５】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−６】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−７】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−８】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−９】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４７Ａ−１０】１つの例示的実施形態による図４７のブロック図の電気回路図を例示したものである。
【図４８】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図４９】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５０】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５１】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５２】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５３】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５４】これらの例示的実施形態の特徴を取り込んだ処理装置の概略図を示している。
【図５５】１つの例示的実施形態による１つの方法を工程系統図で示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、１つの例示的実施形態により、複数軸に沿って同時に計測するセンサ１００の構成を例示した概略図である。図面を参照してこれらの例示的実施形態を説明していくが、これらの例示的実施形態は、多数の代替形態で実施されうることを理解されたい。さらに、任意の適切なサイズ、形状、またはタイプの構成要素や材料を使用することも可能である。
【００１１】
これらの例示的実施形態は、閉ループ制御システム内で使用されうるようなセンサまたはセンサシステム１００を提供するもので、例えば、以下に記載するように、少なくとも第１の軸（水平面に配置されるなど）に沿った無制限の長さの位置計測と、ギャップ幅など、少なくとももう１つの軸（例えば第１の軸に対して実質的に直交するか角度を持つ軸）に沿った計測とを提供するように構成される。前記センサシステムのセンサは、簡単かつ安価な単軸センサで、そのセンサの単軸の計測に対応して１つだけ出力を有するものであってよい。各単軸センサの出力は、例えば、１つだけの軸に沿った磁界（またはセンサで検知可能な任意の他の界または現象）の検知ばらつきに対応する。単軸計測から単一の出力を提供するこれらのセンサを、本明細書では例示目的で、リニアまたは単軸センサと称する。センサシステム１００は、対象物の移動経路に沿って配置した１つまたは複数の単軸センサユニットを含むことができ、各センサユニットは、以下にさらに詳細を記載するように、その対象物の動きに応じて単一の信号を出力する。各単軸センサユニットの唯一の出力は、（以下にさらに詳細を記載する）方法で、例えば、各センサユニットに隣接または近接する対象物に対して（唯一の軸に沿った計測から）１つまたは複数の軸に沿った位置計測を生じさせるように処理される。後述するように、個々の単軸センサは、位置計測が任意の適切な軸に沿って同時に行われるように任意の適切な態様で配置することができる。非限定の例として、前記のセンサ１００は、米国特許出願公開第２００４／０１５１５６２号に開示されている、磁気浮上搬送機またはプラテンを有する搬送システムに使用しうるものである。前記特許の内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。代替の実施形態では、センサ１００を任意の適切な搬送システム内で利用することができる。本明細書で説明する測位システムは、任意の適切な距離を有する移動方向（例えば、Ｘ軸）に沿った搬送機の位置、または任意の適切な距離を有する第２の移動方向（例えば、Ｚ軸）に沿った搬送機の位置、または例えば、磁性プラテン１７０と固定面１８０との間（例えば、Ｙ軸）のギャップ幅Ｇ、あるいはその組み合わせを測定することができる。Ｘ、Ｙ、およびＺ軸に関する参照は、例示のみを目的としたものであること、かつ本明細書に記載した位置計測は、回転軸を含むがこれに限定されない他の適切な軸に同様に適用しうることに注意されたい。本明細書で開示する単軸位置センサを使用する例示的センサは、任意の適切な可動対象物の位置を検知するために利用しうるもので、この可動対象物には搬送機、アクチュエータ、および任意の適切な駆動システム構成要素を含むがこれらに限定されない、一次元または多次元の可動対象物を含むがこれらに限定されないことを認識されたい。測位センサが生成する信号は、例えば搬送機や任意の他の適切な可動対象物を、第１のロケーションから第２のロケーションまで駆動するモータの連通用に使用してもよい。本明細書に記載した例示的実施形態は、モータと併用するように限定されてなく、単一または多次元位置情報を必要とする任意の適切な装置内でも利用されうることを認識されたい。
【００１２】
図１に示すように、１つの例示的実施形態において、センサ１００は、磁性プラテン１７０の特徴を検知するように構成することができ、かつ１つまたは複数のセンサ群１３０ａ〜１３０ｎを含むことができる。これらのセンサ群には、後述する１つまたは複数の単軸センサを含むことができる。磁性プラテン１７０は、１つまたは複数の磁石１４０、１５０を含むことができ、これらの磁石は例えば一列、または格子状に配置され、磁極が、図１に示すように、交互になる構成（例えば、Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ、等）に配置する。磁石１４０、１５０の交互にした磁極によって、これらの磁石がセンサ１３０の近傍を通過すると、例えば正弦もしくは余弦のパターン（例えば正弦波信号）または任意の他の適切なパターンの、波形１６０を有する信号が生成される。この詳細について以下に説明する。磁石１４０、１５０は、任意の適切な磁界強度を有する任意の適切な磁石であってよい。１つの例示的実施形態では、これらの磁石を永久磁石にして、磁性プラテン１７０の位置計測用に動力をプラテン１７０に移動させる必要がないようにしてもよい。代替の実施形態では、これらの磁石が電磁石であってもよい。さらに他の代替の実施形態では、プラテン１７０が、任意の適切な磁界生成装置を含んで、センサ１３０ａ〜１３０ｎに検知させることを可能にすることもできる。プラテン１７０は、任意の適切な構成を有する任意の適切な数の磁石を含むことができる。例えば、プラテン１７０は、任意のタイプのリニアモータのプラテンであってよく、上述のとおり、プラテン上に配設する磁石は、モータの永久磁石であってもよいし、直線状に配置されてもよいし、また磁石を複数の段および／または列にしてもよいし、磁石を互い違いに構成してもよい。プラテン１７０は、被測位対象物１２０に固定してもよい。別の実施形態では、プラテン１７０と対象物１２０を同一体にしてもよい。対象物１２０は、搬送カート、ピストン／ピストン棒、アクチュエータ、ロボットのエンドエフェクタ、駆動シャフト、モータ回転子、または任意の他の被測位対象物を含むが、これらに限定されないものを含む、任意の適切な対象物であってもよい。
【００１３】
センサ１３０ａ〜１３０ｎは、ホール効果センサ、または誘導センサ、または容量センサ、あるいはその組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の単軸センサであってもよい。１つの例示的実施形態では、センサ１３０ａ〜１３０ｎが互いにほぼ類似のものであってもよい。各センサは、例えば、プラテンの磁石アレイによって生成される界（例えば磁界）の単軸に沿って、ばらつきを検知しうる。センサの出力は、センサが検知する単軸に沿ったばらつきを示しうるもので、よって、記載した例示的実施形態では、これらの（１つまたは複数）センサを、リニアセンサまたは単軸センサと言及してもよい。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、例えば、対象物の移動方向Ｔの一部構成要素に沿って配置されうる。移動方向には、例えば、デカルト座標系におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向（もしくはその任意の組み合わせ）または極座標系におけるＲ、Θ（もしくはその任意の組み合わせ）など、任意の適切な数の次元が含まれうることに注意されたい。別の実施形態では、（１つまたは複数の）移動方向を任意の適切な座標系に対応させることができる。任意の適切な数のセンサを（１つまたは複数）移動方向に沿って配置し、任意の適切な移動範囲に対応させてもよい。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、以下に詳細を記載するように、（１つまたは複数の）移動方向に沿って所定の間隔を隔てて配置することによって、対象物１２０の位置を求めることができる。センサ１３０ａ〜１３０ｎは、コントローラ１９０に接続することができ、コントローラ１９０で少なくとも前記のセンサ出力を受信して、例えば、センサ１３０ａ〜１３０ｎの単軸出力と所定のロケーションに基づいて移動方向に沿った対象物１２０の２次元の位置を算出するように構成することができる。代替の実施形態では、上記コントローラが算出する対象物の位置が２次元より多くても少なくてもよい。このコントローラは、例えば、磁性プラテン１７０が生成する、例えば磁界の強さ（磁束密度など）、および／または前記のセンサが出力する信号振幅に基づいて、ギャップ幅Ｇを算出することもできる。コントローラ１９０には、本明細書に記載した処理工程と命令を組み込んだソフトウェアおよびコンピュータプログラムを含むことができ、かつコンピュータで読み取り可能なプログラムコードを備えた記憶装置（例えば任意の適切なコンピュータ読取可能メディア）を利用することによって、例えば本明細書に記載する演算を行うこともできる。
【００１４】
本明細書に記載した例示的実施形態によって、詳細を後述するような、例えば、製造工場内のファブ（ウェハ製造施設など）間、または処理ステーションに向かう搬送カートとロードポートとの間など、近距離または遠距離にわたり対象物の精密な位置決めが可能になる。他の例示的実施形態では、本明細書に記載した測位システムを、例えば、任意の適切な自動搬送システム（ＡＭＨＳ）などで対象物を搬送する施設の、任意の適切な箇所で使用することができる。
【００１５】
さらに図２Ａを参照すると、センサ１００’の例示的構成が、１つの例示的実施形態により示されている。この例示的実施形態では、複数の単軸センサ対が、対象物１２０の移動方向Ｔに沿って配置されている。この例示的実施形態では、センサ２００Ａ〜２００ｎを実質的にこの移動方向に沿って、または同一線上に配置してもよい。例えば、磁気センサ２００Ａ、２００Ｂは、第１の対、または二重（ダブレット）センサとなり、センサ２００Ｃ、２００Ｄは第２の対、以下同様、となる。代替の実施形態では、センサ２００Ａ〜２００ｎを移動方向に沿って互い違いになるように、センサの一部を他のセンサの上方および／または下方に配置することができる。他の代替の実施形態では、これらのセンサ２００Ａ〜２００ｎを任意の適切な構成にしてもよい。センサ２００Ａ〜２００ｎは、例えば、上述したように単軸ホール効果センサ、誘導センサ、容量センサを含むがこれらに限定されない、任意の適切なセンサであってもよい。
【００１６】
この例示的実施形態では、各センサ対またはセンサダブレットのセンサを所定距離またはピッチＰの間隔で配置する。各ダブレットは、ピッチＰの約４倍の距離、または４Ｐの間隔を空ける。代替の実施形態では、これらのセンサ２００Ａ〜２００ｎが、任意の適切な間隔を有することができる。センサ対２００Ａ〜２００ｎは、可動対象物１２０に固着する、またはその他の方法でその一部となる磁極ピースまたは磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄに対向する。任意の適切な磁界生成器を使用してもよいこと、かつ磁石はＮ極とＳ極の両極を含まなくてもよいことを認識されたい。この例では、磁石２１０Ａ〜２１０ｎ、２２０Ａ〜２２０Ｄの極が、センサ２００Ａ〜２００ｎに対向して交互になるように配置する例えば、磁石２１０Ａ〜２１０ＤのＮ極をセンサ２００Ａ〜２００ｎに露出させ、磁石２２０Ａ〜２２０ＤのＳ極をセンサ２００Ａ〜２００ｎに露出させる。この例示的実施形態では、単軸センサを、磁石が生成する磁界の法線成分Ｂｚ（例えば、プラテンと参照フレームとの間の空隙の方向、図１参照）のばらつきを登録するために配向すること、またはその磁界の平行成分Ｂｘのばらつきを登録するために配向することができる。磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄの極を交互にすることによって、磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄがセンサ２００Ａ〜２００ｎの近傍を移動すると、正弦波タイプのセンサ出力パターンが生じうる。代替の実施形態では、これらの磁石を任意の適切な構成にしてもよい。この例示的実施形態では、磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄは、ピッチＰの約２倍の距離、または２Ｐの間隔でそれぞれ離間している。代替の実施形態では、磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄが任意の適切な間隔を有することができる。
【００１７】
上述のようにセンサ２００Ａ〜２００ｎおよび磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄを離間することによって、図２Ｂおよび２Ｃに示すような、各センサダブレットを構成する２つのセンサ出力信号間の正弦／余弦関係を生じさせることができる。非限定の例として、センサ２００Ａは、図２Ｂに示す正弦波を生じさせることができる一方で、センサ２００Ｂは図２Ｃに示す余弦波、またはその逆を生じさせる。センサ出力信号は、例えば、コントローラ１９０のプログラミングによって、センサ２００Ａ〜２００ｎに対する対象物１２０の位置を補間するために使用することができる。例えば、センサ２００Ａと２００Ｂなどの、２つの信号（例えばダブレットの各センサからの出力信号）の比率の逆正接によって求める１つの角度を採取すると、対象物１２０の補間位置を、前記センサ対間の距離４Ｐの割合に比例して求めることができる。各センサダブレットが所定の間隔を隔てて配置されているので、補間位置をこの所定間隔から減算することによって、またはこの所定間隔に加算することによって、対象物１２０の位置を得ることができる。例えば、センサダブレット２００Ａ、２００Ｂが距離Ｃを隔てて位置し、センサダブレット２００Ａ，２００Ｂと２００Ｃ、２００Ｄとの間の補間位置がピッチの２倍、または２Ｐであると判定される場合、対象物１２０の位置は、例えば、距離Ｃプラス位置２Ｐ（すなわち、Ｃ＋２Ｐ）となる。
【００１８】
この例示的実施形態では、コントローラ１９０をプログラムして、プラテンと参照フレームとの間の法線距離Ｚ（例えば、ギャップ幅、図１参照）を判定するのに単軸センサ２００Ａ〜２００ｎからの信号を使用することができる。センサ２００Ａ〜２００ｎと磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ、２２０Ｄ（すなわち、磁石が取り付けられている対象物１２０）との間のギャップ幅Ｇは、例えば、各センサダブレットによる２つのセンサ信号出力の２乗の和の平方根を計算し、ギャップの磁束密度を得ることのよって求められる。代替の実施形態では、任意の適切な演算を使用して、このギャップを算出してもよい。この磁束密度によって、センサ２００Ａ〜２００ｎと磁極ピース２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄとの距離Ｇを求めることが可能になる。よって、実現しうるものとして、この例示的実施形態では、単軸センサ２００Ａ〜２００ｎ（例えば、共通の単軸に沿った磁界の変動を検知するように配向する）の少なくとも１つのダブレットによる信号は、単軸に沿って磁界変動を示す信号であり（例、図２Ｂ〜２Ｃを参照）、プロセッサ１９０によって処理され、プラテンの多軸位置（例えば、（Ｘ、Ｚ）など、２つ以上の軸に沿った位置の変化）を判定する。代替の実施形態では、ギャップ幅Ｇを任意の適切な態様で求めてもよい。例えば、磁気ギャップＧの範囲または幅は、測定した磁束対距離を含むルックアップテーブル（ＬＵＴ）の使用を含むがこれに限定されない幾つかの方法、および減磁曲線上の磁気動作点と共に磁束に対するセンサ感度についての知識によって得ることが可能になる。この実施形態の例では、ダブレットまたは近接センサからの信号を、例示の目的のために使用してきたが、代替の実施形態では、任意のセンサダブレットからの信号を使用してもよい。プロセッサ１９０は、ギャップＧを算出するように構成することができ、以下にその詳細を記載する。
【００１９】
センサ２００Ａ〜２００ｎの数によって、センサ１００’の分解能はＮ−ビットセンサに対して次のように算出されうる。
【００２０】
【数１】
【００２１】
上式で、Ｎはビット数である。本明細書に記載した測位システムの分解能は、例えば、環境アナログノイズおよびシステムの出力ビット（アナログ／デジタルビット）数に起因する測定の不確かさによって影響されうるものである。実現しうるものとして、センサ２００Ａ〜２００ｎの間隔またはピッチ（すなわち、これらダブレット内の各センサ間の距離Ｐおよびこれらダブレット間の約４Ｐの距離）および磁石２１０Ａ〜２１０Ｄ、２２０Ａ〜２２０Ｄの間隔（すなわち、約２Ｐの距離）を拡大または縮小することによって、センサ１００’の分解能を高めるまたは下げることが可能である。
【００２２】
作動時に、センサ２００Ａ〜２００ｎのラインを順次走査することによって、例えばセンサ２００Ａなど、最初のセンサが走査されるとコントローラ１９０が出力し、センサの走査ラインに沿った基準距離を判定することができる。このようにセンサ２００Ａ〜２００ｎを走査することによって、高度または最大限の分解能で対象物１２０の絶対位置計測が可能になる。
【００２３】
ここで図１および３を参照すると、１つの例示的実施形態による、センサ１００’’の別の概略図が示されている。この例示的実施形態では、単軸センサ３００Ａ〜３００ｎが、対象物１２０の移動方向Ｔに沿って配置されている。この例示的実施形態では、センサ３００Ａ〜３００ｎを直線上または移動方向と共線に配置することができる。代替の実施形態では、センサ３００Ａ〜３００ｎを移動方向に沿って互い違いに配置し、一部のセンサを他のセンサの上方に配置してもよい。他の代替の実施形態では、これらのセンサ３００Ａ〜３００ｎを任意の適切な構成にしてもよい。センサ３００Ａ〜３００ｎは、上述したように、ホール効果センサ、誘導センサ、および容量センサを含むが、これらに限定されない任意の適切なセンサであってもよい。
【００２４】
図３に示すように、センサ３００Ａ〜３００ｎは、移動方向に沿って所定の間隔、またはピッチＰを隔てて配置する。代替の実施形態では、これらのセンサに任意の適切な間隔を持たせてもよい。センサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅは、例えば低感度を有する第１のタイプの単軸センサであってもよい。低感度単軸センサは、ｏｎ／ｏｆｆ信号を生じさせられる程度の感度を有するものでよく、従って、一般に安価なものになりうる。対象物の位置をより長い区間にわたり追跡する場合は、センサ１００’’がその一部をなすシステムの形状的特長によって、センサ３００Ｃ、３００Ｄの１つまたは複数のダブレット（すなわち、１つのセンサダブレット）が、例えば、単軸センサであるが、第１のタイプのセンサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅと比べると、より高感度を有する第２のタイプのセンサであってもよく、図３に示したセンサラインのより低感度のセンサの１つと置き替えて配置することができる。代替の実施形態では、センサ３００Ｃ、３００Ｄと類似の、より高感度のセンサダブレットを１つ以上使用することも、１つも使用しないこともできる。他の例示的実施形態では、センサダブレットのセンサも含めてセンサ全てが、低感度のセンサであっても、高感度のセンサであってもよい。さらに他の代替実施形態では、これらセンサを任意の適切な態様で、低感度と高感度のセンサを混合させてもよい。低感度センサを１つ以上のセンサダブレットと組み合わせて使用すると、概略位置（例えば、センサダブレットを使用して取得する測位よりも精度の低い位置）を検出する測位システムになりうる。この概略位置は、単数センサまたはセンサシングレットを使用して探知しうるもので、位置がより懸念される領域では、対象物の位置をより精密に判定するためにダブレットを使用することができる。対象物を単数センサだけで探知すると測位時に一部ドリフトやばらつきをもたらすことがあるため、センサダブレットを利用して対象物の位置を”較正する”こともできる。センサ３００Ｃ、３００Ｄの出力信号が、図２Ｂと２Ｃに関連して上述したものと実質的に類似の態様で、正弦／余弦の関係を持つ信号を生成するように、より高感度のセンサ３００Ｃ、３００Ｄを、所定の距離を隔てて配置することができ、例えば、この距離をピッチＰの約４分の１、またはＰ／４とする。
【００２５】
センサ３００Ａ〜３００ｎは、上述のように、移動対象物１２０に固着した、または一部を成す磁極ピースまたは磁石３２０Ａ〜３２０ｎに対向させる。これらの磁石がＮＳ両極を含む必要がないように任意の適切な磁界生成器を使用することができることを認識されたい。センサ３００Ａ〜３００ｎに対向するこれら磁石の極は、交互に配置され、この構成において、磁石３２０Ａ、３２０Ｃ、３２０Ｅ、３２０ＧのＮ極をセンサ３００Ａ−３００ｎに露出し、磁石３２０Ｂ、３２０Ｄ、３２０ＦのＳ極をセンサ３００Ａ−３００ｎに露出させる。磁極ピース３２０Ａ〜３２０ｎの極を交互にすることによって、センサ３００Ａ〜３００ｎの近傍を磁石３２０Ａ〜３２０ｎが移動すると、図３Ｂに示すような正弦波タイプのパターンが生じる。代替の実施形態では、これらの磁石を任意の適切な構成にしてもよい。この例では、磁石が単数センサ３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｅを通過すると、正弦波センサ出力ＳＷが生成される。磁石がセンサダブレット３００Ｃ、３００Ｄを通過すると、センサ３００Ｃが正弦波出力ＳＷを発生させうる一方で、センサ３００Ｄは、センサ３００Ｃの出力または距離Ｐと相対的な余弦波タイプの出力ＣＷ（すなわち、正弦／余弦の関係）を生成する。この例示的実施形態では、磁石３２０Ａ〜３２０ｎが、ピッチＰの約２倍の距離、または２Ｐの間隔でそれぞれ離間している。代替の実施形態では、磁石３２０Ａ〜３２０ｎの間隔が２Ｐより大きくても小さくてもよい。
【００２６】
プロセッサ１９０は、センサ３００Ａ〜３００ｎからの出力信号を数学的な処理によって、１つの基準ピッチ（この例ではＰ）内で対象物１２０がどこに位置しているかを求めるように構成することができる。センサ３００Ａ〜３００ｎの各センサのロケーションは、上述の通り、既知のものなので、基準ピッチＰ内で求めた位置を、各センサ３００Ａ〜３００ｎの既知のロケーションの１つに加算するか、または既知のロケーションの１つから減算することによって、対象物１２０のセンサ３００Ａ〜３００ｎに対する位置を得ることができる。ギャップＧは、上述したものと実質的に類似の態様で、かつ以下に図７および平行磁界による測位アプローチに関してさらに詳細に述べるように、プロセッサ１９０により求めることができる。代替の実施形態では、ギャップＧは、本明細書に記載するものを含むが、これらに限定されない任意の適切な態様で求めることができる。センサ３００Ａ〜３００ｎの出力信号を使用して、センサ間の対象物の距離の補間目安を求めてもよい。
【００２７】
作動時に、センサ３００Ａ〜３００ｎのラインをコントローラ１９０によって順次走査出力し、例えばセンサ３００Ａなど、走査された最初のセンサにより、センサの走査ラインに沿った基準距離を決めることができる。このようにセンサ３００Ａ〜３００ｎを走査することによって、高度または最大限の分解能での対象物１２０の絶対位置計測が可能になる。
【００２８】
１つの例示的実施形態では、図３Ａに例示したセンサ構成によって、詳細を後述するような、製造セル間、またはファブ間など、長い距離にわたって対象物の精密な位置決めが可能になる。別の例示的実施形態では、図３Ａに示したセンサ構成を、例えば、対象物が搬送される任意の適切な施設の任意の適切な部分で使用することができる。施設の例には、半導体処理プラント、自動車生産プラント、または例えば、マテリアｌハンドリングが機械化されている任意の他の適切な施設を含むが、これらに限定されないものとする。
【００２９】
次に図４を参照すると、磁性プラテン４００および単軸センサＳ１〜Ｓ４の概略図が示されている。この例示的実施形態では、例示のみを目的とし、磁性プラテン４００がＺ方向およびＸ方向で２次元配列された磁極ピースを含んでいる。実現されうるものとして、図４に示した磁極ピース列は、プラテン４００上に含まれる磁石の単なる一部位であってもよい。代替の実施形態では、プラテン４００が任意の適切な数の段および／または列の磁極ピースを有することができる。この例では、図４から理解できるように、磁極ピース段の磁極が交互になっており、互い違いにかつ約Ｐ／２の距離を隔てて配置されている。同様に、列も、磁極を交互にして、約Ｐ／２の距離を隔てて、互い違いに配置する。各磁極間のピッチは、どの特定の段または列においてもＰとして図４に示している。代替の実施形態では、これらの磁極ピースが任意の適切な配列および任意の適切な間隔を有しうる。
【００３０】
この例示的実施形態では、４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４を、例えば、磁性プラテン４００によって発生する実質的に軸対称の磁界内に位置付け、それによってセンサＳ１〜Ｓ４がその磁界の同軸を検知するように配向する。代替の実施形態では、４つより多いまたは少ないセンサを使用しうる。センサＳ１〜Ｓ４は、図２Ａおよび３Ａに関して上述したものと実質的に類似のものであってもよい。図４に示すように、センサＳ１およびＳ２は、実質的にＸ方向の共線であり、かつ互いに約Ｐ／２またはピッチの２分の１の距離を隔てている第１のセンサ対を形成する。センサＳ３およびＳ４は、実質的にＸ方向の共線であり、かつ同様に約Ｐ／２の距離を互いに隔てている第２のセンサ対を形成する。センサ対Ｓ３、Ｓ４は、センサ対Ｓ１、Ｓ２からＸ方向にピッチの約４分の１またはＰ／４の距離分ずらしてある。センサ対Ｓ３、Ｓ４は、センサ対Ｓ１、Ｓ２からＺ方向にピッチの約４分の１またはＰ／４の距離分ずらしてある。代替の実施形態では、センサ対内のセンサが任意の適切な間隔関係を有してもよい。さらに他の代替の実施形態では、センサ対が任意の適切な間隔を隔てた関係を有してもよい。
【００３１】
この例示的実施形態では、センサＳ１〜Ｓ４は、磁極ピース面の法線方向にある磁極成分を検知することができる（すなわち、”法線磁界アプローチ”による測位）。センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４は、図２Ｂおよび２Ｃに関連して上述したものと実質的に類似の正弦／余弦関係を有する出力信号をそれぞれ提供する。例えば、この実施形態例では、センサＳ２からの信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサ１からの信号から減算されると、Ｘ軸に沿った距離の正弦に比例する信号となる。Ｘ軸に沿った距離の正弦に比例するこの信号が、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。センサＳ４からの信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサＳ３からの信号から減算されると、Ｘ軸に沿った距離の余弦に比例する信号となる。Ｘ軸に沿った距離の余弦に比例するこの信号も、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。
【００３２】
Ｘ軸に沿った位置計測に加えて、この例示的実施形態のセンサＳ１〜Ｓ４およびプラテン４００の構成により、Ｚ軸に沿った位置計測を提供することもできる。例えば、センサＳ２からの出力信号が、例えばプロセッサ１９０によって、Ｓ１からの出力信号に加算されると、Ｚ軸に沿った距離の正弦に比例する信号となる。Ｚ軸に沿った距離の正弦に比例するこの信号が、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。センサＳ４からの出力信号が、例えばプロセッサ１９０によって、センサＳ３からの出力信号に加算されると、Ｚ軸に沿った距離の余弦に比例する信号となる。Ｚ軸に沿った距離の余弦に比例するこの信号も、磁石ピッチＰに相当する空間周期で繰り返す。
【００３３】
この正弦信号および余弦信号は、プロセッサ１９０を使用して、磁界ピッチに相当する距離にわたって０〜３６０度の異なる角度の値を生成し、磁石アレイに対するセンサアレイの位置、またはその逆の位置の正確な測定を可能にしうる。
【００３４】
次に図５を参照して、図４の測位システムをさらに詳細に説明する。実現しうるものとして、センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４の相互の位置を変えることもできる。例えば図５では、センサ対Ｓ３とＳ４は、センサ対Ｓ１とＳ２の下側に位置しているが、図４では、センサ対Ｓ３とＳ４が、センサ対Ｓ１とＳ２の上側に位置するとして図示されている。代替の実施形態では、これらのセンサ対が、センサ対間に正弦／余弦関係が存在するように任意の適切な構成および／または間隔を有することができる。図５に示すように、センサ群５３０は、図４に関連して上述したものと実質的に類似の単軸センサＳ１〜Ｓ４を含んでおり、磁極要素５１０、５２０を含む磁性プラテン５４０に隣接または近接して配置する。磁極要素は、１つの代替の実施形態において図５に示すように、磁極要素５１０のＮ極をセンサ群５３０に露出し、磁極要素５２０のＳ極をセンサ群５３０に露出する配置をすることができる。磁極要素の間隔は、図４に関連して上述したものと実質的に類似であってもよい。代替の実施形態では、磁極要素５１０、５２０が任意の適切な間隔を有することができる。
【００３５】
この例示的実施形態では、４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４が、例えば正弦／余弦関係を有する、たとえば２組の信号を生成する（すなわち、センサＳ１、Ｓ２からの出力信号が正弦／余弦関係を有し、センサＳ３、Ｓ４からの出力信号が正弦／余弦関係を有する）。上述したように、図５に示したセンサＳ１〜Ｓ４の構成によって、これらの各センサが、例示的座標系５００に図示した磁性プラテン５４０に直交する磁界を検知することが可能になる。磁性プラテン５４０によって生成された磁界の３次元プロットを図６Ａおよび９Ａに示す。これらの図では、Ｙ方向の磁界強度を、Ｘ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットする。図６Ｂおよび９Ｂは、図６Ａおよび９Ａにそれぞれ示した磁界によるセンサ出力の２次元プロットを示している。
【００３６】
図４および５に示した法線磁界測位アプローチでは、各センサ対Ｓ１とＳ２およびＳ３とＳ４との間の正弦および余弦の関係を使用して、プロセッサ１９０で磁性プラテン５４０が固着されている対象物１２０の位置を算出する。例えば、プロセッサ１９０で、次の例式を使用してＸ軸に沿ったセンサ信号の正弦を算出することができる。
【００３７】
【数２】
【００３８】
上式で、Ｓ１とＳ２が各センサＳ１とＳ２の出力を表す。Ｘ軸に沿ったセンサ信号の余弦は、プロセッサ１９０で次の例式を使用して算出することができる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上式で、Ｓ３とＳ４が各センサＳ１とＳ２の出力を表す。ピッチＰ内の対象物１２０の位置は、プロセッサ１９０で次のようにｓｉｎＸおよびｃｏｓＸを使用して算出することができる。
【００４１】
【数４】
【００４２】
上式で、Ｘは磁石ピッチＰに沿った距離に比例する。各センサ群５３０が所定の間隔を隔てて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＸをこの所定間隔から減算することによって、またはこの所定間隔に加算することによって、対象物１２０の位置を得ることができる。例えば、センサ群５３０がＸ軸に沿って距離Ｃに位置し、補間位置ＤＸがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＸ方向の位置は、例えば距離Ｃプラス位置ＤＸ（すなわち、Ｃ＋Ｐ／３）となる。
【００４３】
同様にＺ軸に沿った位置も、プロセッサ１９０で、次のようにＺ方向のセンサ信号の正弦および余弦を算出して求めることができる。
【００４４】
【数５】
【００４５】
【数６】
【００４６】
上記のＳ１〜Ｓ４は、各センサＳ１〜Ｓ４の出力を表している。ピッチＰ内の対象物１２０のＺ方向の位置は、プロセッサ１９０でｓｉｎＸおよびｃｏｓＸを使用して次のように算出することができる。
【００４７】
【数７】
【００４８】
上式で、Ｚは磁石ピッチに沿った距離に比例する。実現しうるものとして、（１つまたは複数の）センサ群５３０をＺ軸に沿った所定の距離に配置することによって、対象物１２０のＺ軸の位置を、その所定の位置までまたはその所定の位置からの比率Ｚに対応する距離ＤＺを加算または減算して得ることが可能である。例えば、センサ群５３０がＺ軸に沿って距離Ｂに位置し、補間位置ＤＺがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＺ方向の位置は、例えば距離Ｂプラス位置ＤＺ（すなわち、Ｂ＋Ｐ／３）となる。
【００４９】
プロセッサ１９０は、正弦の２乗と余弦の２乗の和の平方根を算出して、磁束密度の目安を得るように構成することもできる。磁束密度は、磁石アレイまたはプラテン５４０とセンサ５３０との間の距離Ｇに比例させてもよい。従って、センサ群５３０と磁性プラテン５４０との間のギャップＧ（すなわち、Ｙ軸に沿った位置）は、例えば、次のように求めることが可能である。
【００５０】
【数８】
【００５１】
上式で、ｔとＡは、磁石の形状に応じた定数である。上述したように、対象物の３次元位置は、各センサが１軸のみに沿って主力信号を生成する単軸センサを使用する、前記の例示的実施形態により求めることができる。
【００５２】
ここで図７を参照すると、別の実施形態で、測位システムが磁界の平行成分を計測するように構成することができる（すなわち、”平行磁界アプローチ”）。図７に示すように、測位システムはセンサ群７３０と磁性プラテン７４０を含む。磁性プラテン７４０は、図５に関連して上述したものと実質的に類似のものであってよく、図７に示すように、プラテン７４０は、磁極要素７４０（Ｎ極要素）、７２０（Ｓ極要素）を含み、交互に配置する。この例示的実施形態では、センサ群７３０が、図４および５に関連して上述したものと実質的に類似の４つの単軸センサＳ１〜Ｓ４を含んでいる。代替の実施形態では、任意の適切な数のセンサを、このセンサ群７３０に含むことができる。センサＳ１〜Ｓ４は、任意の適切なセンサであってよく、上述の通り、単軸ホールセンサ、誘導センサ、または容量センサを含むがこれらに限定されないものとする。センサＳ１、Ｓ２は、第１センサ対を成し、センサＳ３、Ｓ４は第２センサ対を成す。センサＳ１、Ｓ２は、（例示的座標系表現７００からわかるように）実質的にＺ方向の同一線上に、磁石ピッチの約４分の１またはＰ／４の間隔を隔てて配置する。センサＳ３、Ｓ４は実質的にＸ方向の同一線上に、磁石ピッチの約４分の１またはＰ／４の間隔を隔てて配置する。図７に示すように、センサＳ１、Ｓ２は、Ｘ方向でＳ３とＳ４の間に位置しているが、センサＳ３、Ｓ４はＺ方向でＳ１とＳ２の間に位置している。代替の実施形態では、センサＳ１とＳ２を、センサＳ３とＳ４に対して任意の適切な位置に置くことができる。センサと磁石ピッチＰとの間の約Ｐ／４の距離によって、正弦／余弦関係を有するセンサ出力を提供することができる。例えば、センサＳ１、Ｓ２はＺ軸に沿った正弦／余弦関係を有し、センサＳ３、Ｓ４はＸ軸に沿った正弦／余弦関係を有しうる。
【００５３】
図８Ａ、１０Ａ、および１１Ａを参照すると、平行磁界の検知から得たＸ軸およびＺ軸に沿った磁界強度の３次元プロットが示されている。図８Ｂ、１０Ｂ、および１１Ｂは、図８Ａ、１０Ａおよび１１Ａに示した平行磁界検知から得た磁界強度に応じた、センサ出力対ＸまたはＺ位置の２次元プロットを示す。図８Ｂに示すように、センサＳ３、Ｓ４の間およびセンサＳ１、Ｓ２間には正弦／余弦関係が見られる。
【００５４】
これらの正弦／余弦関係をプロセッサ１９０で使用して、Ｘ軸およびＺ軸に沿ったセンサ群７３０に対する磁性プラテン７４０の相対的位置を求めてもよい。これらのセンサ出力間の正弦／余弦関係は、プラテン７４０とセンサ群７３０の間のＹ軸に沿ったギャップＧをプロセッサで算出するのにも使用しうる。例えば、プラテン７４０のＸ軸に沿った位置は、プロセッサで次のように算出することができる。
【００５５】
【数９】
【００５６】
上式で、Ｘは磁石ピッチに沿った距離に比例し、Ｓ３、Ｓ４は、各センサＳ３、Ｓ４の出力を表している。各センサ群７３０は所定の距離を置いて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＸを所定距離から減算または所定距離に加算して、センサ群７３０に対す磁性プラテン７４０（およびプラテン７４０に固着する対象物１２０）の相対位置を得ることができる。例えば、センサ群７３０がＸ軸に沿って距離Ｃに位置し、補間位置ＤＸがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＸ方向の位置は、例えば距離Ｃプラス位置ＤＸ（すなわち、Ｃ＋Ｐ／３）となる。
【００５７】
プラテン７４０のＺ軸に沿った位置は、プロセッサで次のように算出されうる。
【００５８】
【数１０】
【００５９】
上式で、Ｚは磁石ピッチに沿った距離に比例し、Ｓ１、Ｓ２は各センサＳ１、Ｓ２からの出力信号を表している。各センサ群７３０が所定の距離を置いて配置されているので、Ｘに対応する補間位置ＤＺを所定距離から減算または所定距離に加算して、センサ群７３０に対す磁性プラテン７４０（およびプラテン７４０に固着する対象物１２０）の相対位置を得ることができる。例えば、センサ群７３０がＺ軸に沿って距離Ｂに位置し、補間位置ＤＺがＰ／３に相当する場合、対象物１２０のＺ方向の位置は、例えば距離Ｂプラス位置ＤＺ（すなわち、Ｂ＋Ｐ／３）となる。
【００６０】
センサ群７３０と磁性プラテン７４０の間のギャップ（すなわちＹ軸に沿った位置）は、例えば、プロセッサ１９０で次のように算出されうる。
【００６１】
【数１１】
【００６２】
上式で、ｔとＡは磁石の形状に応じた定数である。この場合、上述したように、対象物の３次元位置を、各センサが１軸のみに沿って主力信号を生成する単軸センサを使用する、前記の例示的実施形態により求めることができる。
【００６３】
次に図２６〜３４を参照すると、１つの例示的実施形態では、測位システムが、磁極要素２６０１、２６０２を含む磁性アレイＭと、単軸センサの第１バンクＡ１〜Ａ５と、単軸センサの第２バンクＢ１〜Ｂ５と、アナログエレクトロニクス２６３０と、ＡＤＣ２６４０、２６４５とを含むことができる。単軸センサは、上述のものと実質的に類似であってもよい。アナログエレクトロニクス２６３０とＡＤＣ２６４０、２６４５はコントローラ１９０の一部であってもよいことに注意されたい。代替の実施形態では、アナログエレクトロニクス２６３０とＡＤＣ２６４０、２６４５を、コントローラ１９０から分離しても、接続してもよい。他の代替の実施形態では、センサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５がデジタル出力を提供するように構成してもよい。この例示的実施形態では、各センサバンク内のセンサ間の距離Ｄが磁性アレイの磁石のピッチ（Ｐ）を各バンク内のセンサ数（ｎ）で除算したＰ／ｎに相当する。前記式のＰは磁石ピッチであり、ｎは各バンク内のセンサ数である。代替の実施形態では、各バンク内のセンサ間の距離が、任意の適切な距離であってよく、Ｐ／ｎより大きくても小さくてもよい。２つのバンクのセンサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５は、それぞれ約Ｄ／２の距離分ずらすことができる。代替の実施形態では、各バンク内のセンサ間の距離および２つのセンサバンク間のオフセットが任意の適切な距離であってよい。上述したように、磁性アレイＭがセンサの近傍を、例えばＸ方向などの方向に移動すると、センサバンクＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５によって周期的な信号が発生されうる。この例示的実施形態では、センサ１Ａ〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５は、各センサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５がそれぞれ飽和限界に達するように、磁性アレイＭに十分に近接させて配置する。センサＡ１〜Ａ５からの信号の例を図２７〜３１に示す。図２７〜３１に示すように、正弦波信号２７００、２８００、２９００、３０００、３１００の平坦部または水平部は各センサの飽和限界を表している。実現しうるものとして、センサＢ１〜Ｂ５は図２７〜３１に示したものと類似の飽和限界を有してもよい（ただし、その出力は、例えばＸ軸、または任意の他の適切な軸に沿って移動させてもよい）。アナログエレクトロニクス２６３０は、センサＡ１〜Ａ５からの信号を合計し、図３２に示す信号Ａを生成することができる。前記アナログエレクトロニクスは、センサＢ１〜Ｂ５の信号の合計をして、図３３に示す信号Ｂを生成することもできる。代替の実施形態では、このアナログエレクトロニクスをデジタルエレクトロニクスに取り換えて、センサにデジタル出力を提供させてもよい。センサからの信号を合計するときに、例えばセンサＡ２およびＡ４からの信号（例えば、１つおきのセンサ信号）など、信号の一部が反転させてもよいことに注意されたい。代替の実施形態では、任意の適切なセンサ（１つまたは複数）からの信号を反転させてもよい。他の代替の実施形態では、前記信号を反転させても、反転させてなくてもよい。飽和信号の総量は、図３２および３３に示すような、各センサバンクＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５の位相後鋸波信号３２００、３３００を発生させる。これらの信号Ａ３２００、Ｂ３３００を使用して、磁性アレイまたはプラテンＭのセンサＡ１〜Ａ５、Ｂ１〜Ｂ５に対する相対位置を以下に述べるように判定することができる。さらに、飽和信号の総量は、図３４に示した不飽和正弦／余弦波対と比べて、より短い周期をもたらし、磁性アレイＭに対するセンサ応答の変化率の上昇と、センサの高分解能とを可能にしうることにも注意されたい。
【００６４】
起こりうるものとして、本開示実施形態で実施される位置計測は、不均一磁場を含む様々な理由による影響を受けるかもしれない。法線磁界アプローチの場合は、位置計測が例えば、磁界を生成するモータコイルを介して影響を与されうる。平行磁界アプローチの位置計測では、例えば磁気プロテンそれ自体によって影響されうる。位置計測が、例えば、不均一磁場またはモータコイルに影響される場合は、追加センサ、またはルックアップテーブル、または磁石の成形、あるいはその組み合わせを含むがこれらに限定されない幾つかの方法で補正することができる。
【００６５】
追加センサを測位システムに加えることによって、センサ間のピッチを例えば狭めて、センサの分解能やノイズ耐性を向上させることができる。例にすぎないが、法線磁界による計測アプローチの場合は、２つの追加センサにより、角度または正接の４つの組み合わせが、例えばプロセッサ１９０で算出されうる。これらの４つの角度が、図１２Ａに示すように、１つの磁石ピッチ内の正接の４つの周期を発生させる。同様に、例でしかないが、４つの追加センサを上述のセンサ群５３０、７３０に加えると、図１２Ｂに示すように、正接の８周期が１つの磁石ピッチ対して発生する。
【００６６】
補正係数を利用して、センサのノイズ耐性および精度を向上させることもできる。例えば、平行磁界アプローチでは、図１２Ｃを参照すると、単軸センサの読み出しＳ１〜Ｓ４が行われ（図１２Ｃ、ブロック１２００）、初期測位値がプロセッサで次のように算出される（図１２Ｃ、ブロック１２１０）。
【００６７】
【数１２】
【００６８】
【数１３】
【００６９】
上式で、αは、補正前のＸ軸に沿った位置を表し、βは補正前のＺ軸に沿った位置を表し、Ｓ１〜Ｓ４は、各センサＳ１〜Ｓ４からの出力を表している。補正係数δ１、δ２、δ３、δ４．．．δｎを、例えばルックアップテーブルから取得する（図１２Ｃ、ブロック１２２０）。補正係数δ１〜δｎは、任意の適切な補正係数であってよく、これらの補正係数は、例えば、実験、センサ感度の知識、減磁曲線の磁石動作点、または／および任意の他の適切な情報により取得することができる。補正係数δ１〜δｎを使用して、補正後のセンサ出力値Ｓ１’〜Ｓ４’を次のように算出する（図１２Ｃ、ブロック１２３０）。
【００７０】
【数１４】
【００７１】
【数１５】
【００７２】
【数１６】
【００７３】
【数１７】
【００７４】
Ｘ軸、Ｚ軸に沿った補正後の位置およびセンサ群７３０と磁性プラテン７４０の間の補正後のギャップは、次の例式を使用してプロセッサ１９０で算出することができる（図１２Ｃ、ブロック１２４０）。
【００７５】
【数１８】
【００７６】
【数１９】
【００７７】
【数２０】
【００７８】
上式で、ｔとＡは磁石の形状に応じた定数である。図１３および１４は、補正係数を使用した後のギャップ計測およびＺ軸計測グラフの例を示している。平行磁界アプローチに関連して補正係数の応用を説明したが、これらの補正係数は、上述したものと実質的に類似の方法で、法線磁界アプローチに応用されうることを認識されたい。
【００７９】
上述の通り、磁石を成形することによって、本明細書に記載した測位システムの精度を上げることもできる。図示した例示的実施形態では、磁性プラテン上の磁石が円形状、またはひし形を有している。しかしながら、これらの磁石は、四角、ひし形、楕円形、長方形、台形、円形、三角形などを含むがこれらに限定されない、任意の適切な形状を有してよいものであることを認識されたい。
【００８０】
磁性プラテン上の磁石の形状は、例えば正弦波タイプの波形を生成する一方で、不均一磁界が誘因となる計測誤差を最小限にするように構成することが可能である。磁石の形状は、以下にひし形および円形状の磁石について説明するが、本明細書に記載した態様の最適化は、どんな適切な形状の磁石にも応用されうるものである。
【００８１】
ここで図１５Ａ〜１５Ｃおよび１６Ａ〜１６Ｂを参照して、磁性プラテンの例を示す。図１５Ａに示すように、磁性プラテンは、円形または円筒形の磁石のアレイを含んでいる。図１５Ｂおよび１５Ｃは、磁石アレイの各磁石が実質的に（平坦な上面を持つ）円錐形を有するような形状の円筒状磁石を示している。図１５Ｂは、約５０度の端面またはトリム角を有する磁石を図示しているが、図１５Ｃは約６０度の端面またはトリム角を有する磁石を図示している。図１６Ａは、ひし形状の磁石であるが、図１６Ｂは約５０度の端面またはトリム角を有するひし形状の磁石を示している。代替の実施形態では、これらの磁石が任意の適切な端面角度を有することができる。さらに他の代替の実施形態では、磁石が、実質的に円錐形以外の任意の適切な形状を有してもよい。
【００８２】
図１７は、プラテンがセンサの近傍を通過するときの、例えば図１５Ａの円筒状磁石によって発生する正弦波を示している。図１７に示すように、平滑な正弦波ではなく、全ての軸（Ｘ、Ｚ、および磁界強度軸）に沿った波形にゆらぎが見られる。ひし形状磁石に関しては、図１９Ａ〜１９Ｃに、磁性プラテン１９００（図１６Ａも参照）によって発生する信号が平行磁界アプローチに関連して詳細に示されている。図１９Ａのグラフ１９１０、１９２０から理解できるように、Ｚ方向およびＸ方向の磁界の強さは、Ｘ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットされるもので、不均一な凹凸形状を有している。不均一な凹凸形状は、磁界強度をＸ軸およびＺ軸に沿った位置に対してプロットした２次元グラフ１９３０上でも示されている。ＸまたはＺ軸に沿った位置が判定され、その結果が図１９Ｂに示したグラフにプロットされると、正弦波の角度に対応する位置データ点として最良適合線１９５０が示される。同様に、磁性プラテンとセンサの間のギャップ距離がプロットされると、ギャップは均一の距離計測を有するもとして示されていないことが図１９Ｃから理解できる。
【００８３】
図１８は、プラテンがセンサの近傍を通過するとき、例えば図１５Ｂ、１５Ｃ、および１６Ｂの形状の磁石によって発生する正弦波を示している。図１８に示すように、この正弦波は平滑であり、従って、その最適波形からは、非平滑正弦波から取得するよりも精度の高い位置計測を検出することが可能である。図２０Ａは、最適化された磁性プラテン２０００の例を示している。磁性プラテン２０００は図４に関連して上述したものと実質的に類似の構成を有することができる。図２０Ａに示すように、磁界強度をＸ軸、Ｚ軸、またはＸおよびＺの両軸に対してプロットすると、その結果生じる正弦波２０１０、２０２０、２０３０は平滑であり、それによって、非平滑な正弦波による計測と比べて誤差が最小限の計測を行うことが可能になる。図２０Ｂに示すように、正弦波の角度に対応する位置データ点は、実質的に線２０５０に沿ったものとなる。同様に、磁性プラテンとセンサの間のギャップ距離がプロットされると、図２０Ｃから理解できるように、ギャップは、実質的に均一の距離計測値を有するもとして示されていない。
【００８４】
磁界の平滑化は、例えば磁性プラテンの個々の磁石の端面または側面をトリムすることによって実現することができる。トリム角度は、標準偏差σをセンサ位置での磁界歪みの目安として使用することによって求めることができる。例えば、図２２を参照すると、標準偏差σは、ひし形磁石の端面角度が約５０度（点”Ｊ”参照）で、円錐形状磁石が約６０度（点”Ｋ”参照）のとき、ゼロに最も近接する。また図２１に示すように、磁界の規格化効率は、ひし形状磁石のトリム角度が約５０度で、円錐形磁石のトリム角度が約６０度のときに最大になる。ここでの規格化効率（ＮＥ）は、次のように定義される。
【００８５】
【数２１】
【００８６】
上式でσは標準偏差、Ｗｅｉｇｈｔは磁性プラテン（１つまたは複数）の重量、およびＲＭＳは磁界強度の２乗平均平方根である。（図２５のＮＥ値の例も参照）。さらに図２３は、磁性プラテンの磁石からの距離に対する磁界強度間の関係を示し、図２４は、非平坦な磁界を発生させるひし形磁石ならびに平坦な磁界を発生させる成形したひし形および円錐形状磁石の磁界効果を示している。代替の実施形態では、任意の適切な態様で磁界を平坦化することができる。
【００８７】
別の例示的実施形態によると、位置検出分解能エンハンサ（ＰＳＲＥ）を備えることにより、アナログ領域で、本明細書に記載したような位置フィードバック装置の分解能を（これらフィードバック装置の基本分解能に比べて）向上させることが可能になる。１つの例示的実施形態では、ＰＳＲＥがプロセッサ１９０の一部であってもよく、また別の実施形態ではＰＳＲＥがコントローラ１９０から分離したものであってもよい。１つの例示的実施形態では、ＰＳＲＥを、例えば、１つまたは複数のフィードバックセンサの出力とモータコントローラの入力との間に位置づけることもできる。代替の実施形態では、ＰＳＲＥを任意の適切な位置に配置してセンサの生成する信号を改変することができる。前記の例の中ではモータコントローラが使用されているが、任意の適切なコントローラで位置センサから信号を受信してもよいことに注意されたい。この例示的実施形態では、ＰＳＲＥは、位置センサの信号を操作して、１回または複数回の乗算、除算、および増幅を介して、例えば位置信号の正弦波分布頻度を２倍、４倍などにし、２、４などの係数により位置検出分解能を向上させる。他の例示的実施形態では、ＰＳＲＥによって信号振幅の最適化モニタリングを可能にすることもでき、例えば、回転子−固定子のギャップ測定装置として使用することができる。代替の実施形態では、例えば本明細書に記載したもののように（これに限定されない）、回転またはリニアアプリケーションにおいて任意の適切な診断用に信号振幅の最適化モニタリングを使用することができる。
【００８８】
以下に詳細を説明するように、１つの例示的実施形態では、センサからの正弦および余弦信号両方を２乗することによって（上述したセンサからのように）、正弦波信号であるが、その各原信号のほんの半分の周期を持つ信号を得る結果となり、この例では、センサの分解能を２倍にする。しかしながら、磁気センサを用いる場合など、例えばギャップおよび／または温度の変化に起因して信号振幅が変わりやすい場合、ＡＤＣは一般に、より振幅の小さい、より少数の有意ビットを生成し、効果的に位置解像度を低下させる。可変振幅に起因する信号は、その振幅に比例する値でオフセットしなければならない。可変振幅に起因する問題を避けるために、これらの例示的実施形態は、１つの例において、位相を信号の振幅から分離している。これは、正弦および余弦信号の両方を２乗して、これらの２乗値を加算して振幅の２乗を得ることによって実行されうる。振幅のばらつきは、２乗した信号を２乗した振幅で除算することによって実質的に除去され、それによって、信号関連の位相がＡＤＣのレンジ内に留まり、信号のばらつきに左右されない同じ角度の分解能を提供する。前述のように、信号を連続して２乗にすることにより、それに応じた位置分解能を２倍にする。
【００８９】
センサの振幅を、磁気ギャップのばらつきの検知または任意の他の適切な目的などの処理に使用する場合は、純粋な振幅２乗信号をアナログ領域で前処理して、対象レンジ内の線形性および分解能の最適化を実現する。
【００９０】
次に図３５を参照すると、上述のＰＳＲＥで実施する高分解能化が示されている。１つの例では、信号の分解能を２倍（４倍、など）にするために、単軸センサで正弦波分布している磁界を検知して得た信号を二乗して、オフセットし、例えば、所望の直流レベルを得る。図３５に示すように、線５０１００は、原信号を表し、線５０１０１は、本明細書に記載する２倍後の信号を表している。図から理解できるように、２倍の信号５０１０１は、原信号５０１００の実質的に半分の周期を有する。図３５は、例示的実施形態により、センサの分解能を、例えば、２倍および４倍にする例示的処理のブロック図である。代替の実施形態では、センサの分解能は、任意の適切な態様で２倍（４倍など）にすることができる。図３６のＳ１、Ｓ２は、単軸センサの原信号または基本信号を表しており、図３７に示すように、次の、
【００９１】
【数２２】
【００９２】
および
【００９３】
【数２３】
【００９４】
では、Φは、２つの信号間の固定位相シフトであり、Ａは振幅である。１つの例示的実施形態では、Φが、例えば、ハードウェアで求めた位相シフトであってもよい。代替の実施形態では、Φの値を、任意の適切な態様で求めることができる。説明を容易にするために、正弦波の信号分布に関連した位置を、本明細書内では”周波数”と呼ぶ。１つの例示的実施形態では、４倍の周波数の正弦および余弦信号を得るために、Φの値を約２２．５゜にすることができる。代替の実施形態では、Φの値を任意の他の適切な値にして、所望の周波数を得ることができる。図３６に示したＳ１２、Ｓ２２は、オフセットおよび補正２乗に対応した後の信号Ｓ１、Ｓ２を表している。Ｓ１２、Ｓ２２の周波数は、実質的に２倍になっていることに注意されたい。
【００９５】
１つの例示的実施形態では、オフセット値がＰＳＲＥによって、次の例示的数学的関係を使用する、初期のｓｉｎ（ｘ）およびｓｉｎ（ｘ＋Φ）信号に基づく余弦信号を構成することによって補正されうることに注意されたい。
【００９６】
【数２４】
【００９７】
上式で、ｓｉｎΦとｃｏｓΦは、例えばセンサの間隔によって決まる既知の一定係数である。代替の実施形態では、ｓｉｎΦとｃｏｓΦが任意の適切な値を有することができる。
【００９８】
上記の例式［２４］は、次の式によって物理的に表してもよい。
【００９９】
【数２５】
【０１００】
上式で、Ａは信号電圧振幅の振幅である。従って、
【０１０１】
【数２６】
【０１０２】
ｓｉｎ（ｘ）、ｃｏｓ（ｘ）のどちらの関数も、振幅を算出するために、次のように２乗にすることができる。
【０１０３】
【数２７】
【０１０４】
この振幅は、補正をオフセットし、信号を調節するために使用されうるもので、それによって、例えば、振幅をさらに処理する上で最適なレベルに変えるために、両方の信号をＡ２で除算することによって、
【０１０５】
【数２８】
【０１０６】
【数２９】
【０１０７】
振幅のばらつきに左右されない信号を生成する。第２のオフセット補正および２つの正弦／余弦信号の乗算後、図３９に示すように、入力原信号Ｓ１、Ｓ２に対する４倍の周波数が得られる。これらの信号は、２倍の信号Ｓ１２、Ｓ２２が再度２倍にされ、４倍の信号（Ｓ１２）２、（Ｓ２２）２となる図３６に示すような所望の精度を得るために、繰り返し調節してもよいことに注意されたい。
【０１０８】
本明細書に記載した周波数乗算（逓倍）によって、位置精度を引き上げることができ、例えば理想的な信号であれば、図４０のように示される。図４０に示すように、線５０２００、５０２０１はどちらも、位置算出に使用される逆正接（正弦／余弦）関数を表している。線５０２００は、周波数ｆ（または磁性ピッチＰ）を伴う信号に対して予期されうるもので、線５０２０１は周波数４＊ｆ（またはピッチＰ／４）に対して予期されうるものである。図４０に示すように、例示的実施形態は磁性ピッチを仮想的に低くし、本明細書に記載したセンサのような位置センサの分解能を向上させる。
【０１０９】
本明細書に開示する高分解能化の安定性について、図４１〜４４に関連して説明する。以下の例では、入力信号に応じてランダムに発生させた外乱を導入する。１つの例において、図４１では、例えば約５％の誤差を有する入力信号、また図４２ではこれに対応する出力信号を示す。起こりうるものとして、上述の通り、センサ信号のチャンネル用に２回２乗することによって、任意の加法性ノイズが４倍になるかもしれない。このノイズの増幅は、単一振幅をＡＤＣのレンジに適合させるダイナミック自動利得制御（ＡＧＣ）によって削減しうるもので、信号の処理前に、２値化固有の誤差を最適化することで、これらのチャンネル（例えば、振幅算出）を少なくとも部分的に弱められた残留ノイズに対して交差相関し、非同期残留ノイズを４倍にした位置分解能に関連させてノイズの高周波数帯域を除去することができる。代替の実施形態では、雑音の増幅を任意の適切な態様で削減することができる。さらに、場合によっては、センサエレクトロニクスによって導入されるノイズを無視できることに注意されたい。
【０１１０】
例示的実施形態によると、位置分解能は、位置に依存する正弦波関数を使用する位置フィードバックシステムに対して推定することができる。この例では、例示のためだけに、フィードバックシステムが、１／４磁性ピッチの間隔（すなわち９０°の位相シフト）で配置された２つの固定されたホール効果センサ（または任意の他の適切な単軸センサ）を使用して、永久磁石を持つ回転子／プラテンによって発生する正弦波磁界を検知する。代替の実施形態では、このシステムが任意の適切な数またはタイプのセンサを使用することができる。実現しうるものとして、２つの単軸センサが、回転子／プラテン依存正弦波信号（例えば、正弦および余弦信号）を生成する。これら２つの信号値比の逆正接を取ることにより、
【０１１１】
【数３０】
【０１１２】
モータの周期的な位置（角度で）を求めることができる。式［３０］のｓｉｎおよびｃｏｓは、関数ではなく、周期的な信号を表している。代替の実施形態では、このフィードバックシステムに任意の適切な数の単軸センサを使用して、モータの位置を任意の適切な計測単位で求めてもよい。位置分解能の誤差εαを算出するために、ＰＳＲＥが式［３０］から変動関数∂／∂ｓｉｎおよび∂／∂ｃｏｓを求めることができる。
【０１１３】
【数３１】
【０１１４】
上式で、εｓｉｎおよびεｃｏｓは、それに対応する正弦および余弦信号の個別誤差である。次の単純化を使用し、
【０１１５】
【数３２】
【０１１６】
【数３３】
【０１１７】
【数３４】
【０１１８】
以下に相当するεαを求めることができる。
【０１１９】
【数３５】
【０１２０】
正弦および余弦信号を正弦および余弦関数に置き換える場合には、式［３５］を、以下のように書き直すことができる。
【０１２１】
【数３６】
【０１２２】
上式で、Ａはこれら信号の振幅である。ＡＤＣのレンジが２＊Ａ（ボルト）に等しく（すなわち、ＡＤＣの全レンジが使用され）、かつ信号の不確定性誤差の主な出所がＡＤＣの分解能Ｎ（ｂｉｔｓ）＝（２＊Ａ）／２Ｎ（ボルト）と仮定すると、リニア位置分解能εＸ次のように説明されうる。
【０１２３】
【数３７】
【０１２４】
上式で、Ｐは正弦／余弦信号の周期（例えば磁性ピッチ）である。式［３７］に示すように、センサの全体的な分解能は、最大値が、例えば、図４５に示した、４５、１３５、２２５、および３１５度の周期関数である。
【０１２５】
センサが、図４７のブロック図の形で示したような分解能乗算器を介してＡＤＣに連結される場合（図４７は乗算器の例を示すもので、代替の実施形態では、乗算器が任意の適切な構成および構成要素を有して本明細書に記載した信号の逓倍を実行してもよいことに注意されたい）、乗算器から出力されるノイズレベルは、ＡＤＣの分解能を超えるべきではないことを認識されたい。図４７Ａは、図４７のブロック図の電気回路図の例を示している。実現しうるものとして、代替の実施形態では、任意の適切な電気回路を使用して図４７のブロック図を実行することができる。ノイズは信号の連続逓倍数に基づき、次のように表すことができる。
【０１２６】
【数３８】
【０１２７】
上式で、ｎは逓倍数である。上述の通り、正弦波関数の２乗により、２倍の周波数（例えば半分の周期）を持つ正弦波関数が生成され、それによってリニア位置分解能εＸを次のように書き直すことができる。
【０１２８】
【数３９】
【０１２９】
上式で、Ｐは原信号の周期である。実現しうるものとして、信号の乗算（逓倍）を追加するごとにフィードバック装置のリニア分解能が２倍になる。ＰＳＲＥがリニア位置分解能を示すのに使用する上式は単に例示的なものであり、位置分解能は任意の適切な式を使用して求められうることを認識されたい。
【０１３０】
例示的実施形態の位置分解能の向上は、信号振幅のばらつきにも耐性を持ち、ギャップ情報の計測を可能にする。例えば、入力信号が、ギャップ変動、ノイズおよび磁界の不完全性（または他の要因）などのために変化する場合に、上述した高分解能化によりその振幅上の信号を正規化し、実質的に歪みのない正弦／余弦出力信号を提供することができる。例えば、図４３は、入力振幅に約２０％のノイズを印加した入力信号を示している。図４４は、図４３の信号を上述の高分解能化により処理した後の出力信号である。図４４に示したような信号振幅の算出から、高分解能化によってギャップ計測の分解能を向上させる、ギャップ計測値やその他の情報を求めることができる。例えば、ひとたびギャップレンジが画定すると、確定されたギャップレンジのみを分析するためにＡＤＣのフルスケールが使用されうる。非限定の例として、このギャップが、例えば約５ｍｍを上回りかつ約８ｍｍ未満の場合に、ＡＤＣのレンジにより約５ｍｍ〜約８ｍｍの領域を分析することができる。
【０１３１】
すでに説明したように、正弦波信号の振幅がギャップに依存する場合は、そのギャップは例えば次のように画定されうる。
【０１３２】
【数４０】
【０１３３】
上式で、Ｂおよびｔは、例えば、ハードウェア依存定数、ｓｉｎおよびｃｏｓは正弦波信号（関数ではない）、かつＡは信号の振幅である。代替の実施形態では、Ｂおよびｔが任意の適切な定数値であってよい。式［４０］の偏導関数をとることによって、ギャップ計測の分解能εＧは、
【０１３４】
【数４１】
【０１３５】
となり、上式で、εｓｉｎおよびεｃｏｓは、それぞれ正弦信号と余弦信号の個別誤差である。次のように単純化して、
【０１３６】
【数４２】
【０１３７】
【数４３】
【０１３８】
【数４４】
【０１３９】
ギャップ分解能の計測は、以下のように説明することができる。
【０１４０】
【数４５】
【０１４１】
ＡＤＣのレンジが２＊Ａ（ボルト）に等しく（すなわち、ＡＤＣの全レンジが使用され）、かつ信号の不確定性／誤差の主な出所がＡＤＣの分解能Ｎ（ｂｉｔｓ）＝（２＊Ａ）／２Ｎ（ボルト）と仮定すると、式［４５］を次のように書き直すことができる。
【０１４２】
【数４６】
【０１４３】
正弦信号および余弦信号を正弦関数および余弦関数に置き換えると、
【０１４４】
【数４７】
【０１４５】
または
【０１４６】
【数４８】
【０１４７】
となる。上述した位置分解能と同様に、式［４８］からわかるように、全体的なギャップ分解能は、図４６に示されるように、最大値が約４５、１３５、２２５、および３１５度の周期関数である。センサを、例えば、上述の分解能エンハンサを介しＡＤＣに連結する場合、ギャップ情報は、コントローラ１９０（ＰＳＲＥを含んでもよい）によって、例えばアナログ領域で抽出／前処理済みの、正弦および余弦信号の振幅など、向上した位置分解能などから取得することができる。アプリケーションに応じて、信号増幅をギャップ情報に変換し、上述のように対象領域内に拡大し、ＡＤＣに送ることが可能である。この場合、ギャップ分解能は、例えば次のように近似させることができる。
【０１４８】
【数４９】
【０１４９】
上式で、ＡＧは対象領域である。
【０１５０】
実現しうるものとして、上記例は信号の２逓倍（例えば、原信号を２倍にする、またはすでに逓倍した信号を倍にする）について記載したが、例示的実施形態は、任意の適切な逓倍係数（例えば１、２、３、４、など）を使用して、原信号や、任意の後続逓倍信号を逓倍するのにも応用されうる。
【０１５１】
運用時には、上述のような、本明細書に記載した単軸位置センサを含む例示的測位システムを、搬送部が機械化されている任意の適切な施設内で使用し、例えば１つのロケーションから別のロケーションに製品を移動することができる。例示のみを目的とし、半導体処理施設に関連して測位システムの運用例を説明するが、この例示的測位システムは、上述のように任意の適切な施設で利用できることを認識されたい。
【０１５２】
ここで図４８を参照すると、例示的半導体基盤処理装置３５１０に本明細書で開示する態様を使用することができる。複数のロードポート３５１２を有する環境フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３５１４に接続された処理装置３５１０が示されている。これらのロードポート３５１２は、複数の基板収納キャニスタを支持することが可能で、これらの基板収納キャニスタは、任意の他の適切なタイプを充当しうるが、例えば、従来型のＦＯＵＰキャニスタなどである。ＥＦＥＭ３５１４は、前記の処理装置に連結するロードロック３５１６を介して処理装置と連通する。ＥＦＥＭ３５１４（大気に開放されるものであってもよい）は、ロードポート３５１２からロードロック３５１６に基板を搬送する基板搬送装置（図示せず）を有する。ＥＦＥＭ３５１４はさらに、基板配置機能、バッチハンドリング機能、基板およびキャリア識別機能、またはその他の機能を含むことができる。代替の実施形態では、ロードロックがバッチハンドリング機能を有する場合、またはロードロックがウェハをＦＯＵＰからロックに直接移送する機能を有する場合のように、ロードロック３５１６をロードポート３５１２に直接インターフェース接続してもよい。前記装置のいくつかの例は、米国特許第６，０７１，０５９号、第６，３７５，４０３号、第６，４６１，０９４号、第５，５８８，７８９号、第５，６１３，８２１号、第５，６０７，２７６号、第５，６４４，９２５号、第５，９５４，４７２号、第６，１２０，２２９号、および２００２年７月２２日に出願された米国特許出願第１０／２００，８１８号に開示されており、これら全特許の内容全てを本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。代替の実施形態では、他のロードロックオプションを提供してもよい。
【０１５３】
さらに図４８を参照すると、処理装置３５１０は、上述したように半導体基板（例えば、２００／３００ｍｍのウェハ、またはそれより大きいか小さいサイズの他の適切なウェハ）、フラットパネルディスプレイ用のパネル、または任意の他の種類の基板を処理するために使用されうるもので、一般に、搬送チャンバ３５１８と、処理モジュール３５２０と、少なくとも１つの基板搬送装置３５２２を備える。実施形態に示された基板搬送装置３５２２は、チャンバ３５１８と一体化されている。この実施形態では、処理モジュールがチャンバ３５１８の両側面に取り付けられている。他の実施形態では、処理モジュール３５２０を、例えば図５０に示すように、チャンバ３５１８の１つの側面に取り付けてもよい。図４８に示した実施形態では、処理モジュール３５２０を対向させて、列Ｙ１、Ｙ２、または垂直面に取り付けている。他の代替の実施形態では、この処理モジュールを、搬送チャンバの両側に互い違いに位置をずらしてもよいし、または垂直方向に相対させて重ねてもよい。搬送装置３５２２は、チャンバ３５１８内を移動してロードロック３５１６と処理チャンバ３５２０との間の基板搬送を行うカート３５２２Ｃを有する。例示した実施形態では、１つのカート３５２２Ｃのみが備えられているが、代替の実施形態では、これより多くのカートを備えてもよい。図４８に示したように、搬送チャンバ３５１８（その内部が真空、または不活性雰囲気、または単にクリーンな環境、あるいはその組み合わせを条件にするもの）の有する構成および使用する基板搬送装置３５２２は、処理モジュールをデカルト配置でチャンバ３５１８に取り付け、モジュールを実質的に平行な垂直面または列に並べることが可能なものである。この結果、処理装置３５１０は、同等の従来の処理装置（すなわち、同じ数の処理モジュールを持つ従来の処理装置）よりコンパクトなフットプリントを有することになる（例えば図５４を参照）。さらに搬送チャンバ３５２２は、以下に詳細を述べるように、スループットを向上させるために、任意の長さを有して任意の数の処理モジュールを追加することが可能である。またこの搬送チャンバは、任意の数の搬送装置を支持し、搬送装置が互いに干渉せずに搬送チャンバ上の任意の処理チャンバに到達することも可能にしている。これは実際に、処理装置のスループットを搬送装置の可搬能力から切り離すもので、従って、処理装置のスループットが可搬限界でなく処理限界となる。それに応じて、処理モジュールを追加し、同じプラットフォーム上の可搬能力に対応することによって、スループットを向上させることができる。
【０１５４】
さらに図４８を参照すると、この実施形態の搬送チャンバ３５１８は一般的な長方形を有しているが、代替の実施形態ではこのチャンバが任意の他の適切な形状を有してよい。チャンバ３５１８は細長い形状（すなわち、長さが幅よりもはるかに長い）を有し、一般にそのチャンバ内の搬送装置のリニア搬送経路を画定する。チャンバ３５１８は、長手方向の側壁３５１８Ｓを有する。側壁３５１８Ｓは、搬送開口部またはそれを介して形成されるポート３５１８Ｏを有する。搬送ポート３５１８Ｏは、（弁を介すことが可能な）これらのポートを介して搬送チャンバに基板を出し入れするのに十分な大きさのものである。図４８に示すように、この実施形態の処理モジュール３５２０は、側壁３５１８Ｓの外側に取り付けられ、各処理モジュールを対応する搬送チャンバ３５１８内の搬送ポート３５１８Ｏに合わせて配置する。実現しうるものとして、各処理モジュール３５２０は、チャンバ３５１８の側部３５１８Ｓに対して、その対応する搬送ポート３５１８Ｏの周辺部の周りを封止して、搬送チャンバ３５１８内の真空を維持することも可能である。各処理モジュール３５２０に弁をつけて、任意の適切な手段によって制御し、所望により搬送ポート３５１８Ｏを閉じることもできる。搬送ポート３５１８０Ｏは、同じ水平面に配置してもよい。それに応じて、チャンバ３５１８の処理モジュール３５２０も、同じ水平面に位置合わせする。代替の実施形態では、搬送ポート３５１８Ｏを異なる水平面に配設することもできる。図４８に示すように、この実施形態では、ロードロック３５１６が、最前面の２つの搬送ポート３５１８Ｏでチャンバの側部３５１８Ｓに取り付けられている。こうすることによって、ロードロック３５１６が処理装置の前でＥＦＥＭ３５１４に近接させることが可能になる。代替の実施形態では、図５０に例示したように、ロードロック３５１６を搬送チャンバ３５１８上の任意の他の搬送ポート３５１８Ｏに配置してもよい。６面体形状の搬送チャンバ３５１８によって、チャンバ３５１８の長さを所望通りに選択して、所望の列数分の処理モジュールを装着することが可能になる（例えば、図４９、および図５１〜５３を参照。これらの図のその他実施形態では、搬送チャンバの長さが任意の適切な数の処理モジュールを収容できるようになっている）。
【０１５５】
すでに述べたように、図４８に示した実施形態の搬送チャンバ３５１８は、単一のカート３５２２Ｃを備えた１つの基板搬送装置３５２２を有する。搬送装置３５２２はチャンバと一体化して、カート３５２２Ｃをチャンバ内の前部３５１８Ｆと後部３５１８Ｂとの間で平行移動させる。搬送装置３５２２が有するカート３５２２Ｃは、１つまたは複数の基板を把持するエンドエフェクタを有する。また搬送装置３５２２のカート３５２２Ｃは、多関節アームまたは可動搬送機構３５２２Ａも有しており、エンドエフェクタを伸長および退避して処理モジュール３５２０またはロードロック３５１６で基板の取り上げまたは取り外しを行う。処理モジュール／ロードポートから基板の取り上げまたは取り外しを行うために、搬送装置３５２２を所望のモジュール／ポートと位置合わせすることができ、アームを対応するポート３５１８Ｏを介して伸長／退避し、モジュール／ポート内部にエンドエフェクタを位置付け、基板を取り上げる／取り外す。
【０１５６】
図４８に示した搬送装置３５２２は、典型的な搬送装置であり、リニア支持／駆動レールに支えられるカート３５２２Ｃを含む。搬送装置は、すでに援用した米国特許公報第２００４／０１５１５６２に記載される磁気浮上搬送装置と実質的に類似のものであってよいが、任意の適切な搬送装置を使用することができる。リニア支持／駆動レールは、搬送チャンバの側壁３５１８Ｓまたは頂部に取り付けてもよいし、またチャンバを長くしてもよい。こうすることによって、カート３５２２Ｃ、すなわち装置がチャンバを横断することが可能になる。カート３５２２Ｃは、アームを支持するフレームを有する。このフレームは、フレームと一緒またはフレームに相対して移動するキャスターマウントまたはプラテン３５２２Ｂも支持する。例えば順次同期リニアモータなど、任意の適切なモータによってプラテン３５２２Ｂ、すなわちカート３５２２Ｃをレールに沿って駆動することができる。この例示的実施形態では、アームを適切な連係／伝送を介してプラテン３５２２Ｂに作動連結し、その結果、プラテン３５２２Ｂが駆動モータによって互いに対して相対的に動くとき、アームが伸長または退避するようにする。例えば、伝送を、プラテン３５２２Ｂがレールに沿って離れると、アームを左に伸長し、逆に戻って距離が縮まると、アームを左から退避させるように構成することができる。プラテン３５２２Ｂをリニアモータで適切に作動させて、アーム３５２２Ａを右へ伸長／右から退避させることもできる。 スライドレール上のプラテン３５２２Ｂのリニアモータによる移動の制御、ならびにプラテン３５２２Ｂすなわちカート３５２２Ｃおよびアームの伸長／退避位置の位置検知を、上述の測位システムを介して実現することが可能である。例えば、例示的プラテン４００のような磁性プラテンＭＰを、各搬送プラテン３５２２に固定または一体化させ、それによってプラテンＭＰが発生する磁界を、例えばチャンバ３５１８の側部に向けさせることができる（図５５、ブロック４２００）。（複数の）単軸センサ群Ｑ（その各単軸センサ群は、図４、５、および７に示した１つのセンサ群、または図２Ａおよび３Ａに示したセンサダブレット、または図３Ａに関連して上述した個別センサ、またはこれらの任意の組み合わせを含むことができる）を、上述の態様で、チャンバ３５１８の側部３５１８Ｓに沿ってカート３５２２Ｃおよび搬送プラテン３５２２Ａ、３５２２Ｂの移動経路沿いに配置することができる。図を見やすくするために図には少数のセンサ群Ｑしか示していないことに注意されたい。さらに、上述の異なる位置検知システムの任意のものを個別に使用、またはその任意の組み合わせを使用して、カート３５２２Ｃの位置を精密に求めることも可能であることにも注意されたい。
【０１５７】
コントローラ３５９０は、単軸センサ群Ｑを順に走査して、例えばポイント３５８０に位置するセンサを最初に走査されるセンサとして構成し、カート３５２２Ｃの位置をポイント３５８０を基準に参照して、絶対位置計測が提供されるように構成することができる（図５５、ブロック４２１０）。上述のように、各センサ群Ｑは、チャンバ３５１８内において任意の適切な基準点から所定の距離を置いて配置され、それによって磁性プラテンＭＰが任意のセンサを通過すると、磁性プラテンの位置の概略を得る。磁性プラテンＭＰすなわちカート３５２２Ｃの位置をより精密な判定は、センサの出力を上述のように数学的に処理することによって得られる。この例では、各プラテン３５２２Ｂに磁性プラテンＭＰが含まれているので、各プラテン３５２２Ｂの位置を個別に求めることができ、それによって、プラテン３５２２Ｂを一斉に１つの方向に駆動し、カート／装置全体を搬送チャンバ３５１８内部の長手方向に移動させるか、個別に駆動し、カート３５２２Ｃが担持するアーム３５２２Ａを伸長または退避させることができる。さらに、カート３５２２Ｃのチャンバ壁３５１８Ｓに対する位置（例えば、壁とカートとの間隙）を計測し、それに応じて調整することにより、カート３５２２Ｃが壁３５１８Ｓ間の所定置で、処理モジュール３５２０内に基板を正確に載置するのを補助することができることにも注意されたい。
【０１５８】
図４９は、装置３５１０とほぼ類似の、別の実施形態の基板処理装置３５１０’を示している。この実施形態では、搬送チャンバ３５１８’が２つの搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂを有している。搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂは、上述した図４８の装置３５２２と実質的に同じものである。搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂの両方を、共通の、上記のような一連の長手方向サイドレールで支持してもよい。各装置に対応するカートのプラテンは、同じリニアモータ駆動装置によって駆動してもよい。リニアモータの駆動ゾーンが異なることによって、各カート３６２２Ａ、３６２２Ｂ上プラテンの個別独立駆動が可能になり、従って、各カート３６２２Ａ、３６２２Ｂの個別独立駆動も可能になる。すなわち、実現しうるものとして、前記のものと類似した態様でリニアモータを使用し、各装置のアームをそれぞれ独立して伸長／退避させることが可能である。しかしながら、この場合、基板搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂは、別々のスライドシステムを使用しない限り、搬送チャンバで擦れ違うことができない。上述のように、カートの各プラテンには磁性プラテンＭＰを含むことができ、磁性プラテンＭＰは、１つまたは複数の単軸センサを含み、チャンバ壁３５１８Ｓ’に固定されるセンサ群Ｑと相互作用する。この例示的実施形態では、処理モジュールを搬送チャンバ３５１８’の長さに沿って配置し、その結果、処理モジュール３５１８’内で搬送装置３６２２Ａ、３６２２Ｂが互いの妨げとなるのを回避する順に処理するように基板を搬送することができる。例えば、コーティング処理モジュールを加熱モジュールの前に配置すること、または冷却モジュールとエッチングモジュールを最後に配置することができる。
【０１５９】
しかしながら、搬送チャンバ３５１８’は、２つの搬送装置の擦れ違いを可能にする別の搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’を有してもよい（サイドレール、バイパスレール、またはレールを必要としない磁気浮上型ゾーンと同種のもの）。この場合、他方の搬送ゾーンは、処理モジュールが位置する水平面（１つまたは複数）の上下いずれかに配置することができる。この場合、搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’はそれぞれ自ゾーンのセンサ群セットＱを有して、搬送ゾーン３５１８Ａ’、３５１８Ｂ’カートの各ゾーン内の３６２２Ａ、３６２２Ｂの位置をそれぞれ別個に探知することもできる。この実施形態では、搬送装置が、２つのスライドレールを有し、各搬送装置がそれぞれ１つのスライドレールを有する。一方のスライドレールを搬送チャンバの床または側壁に配置して、他方のスライドレールをチャンバの頂部に配置してもよい。代替の実施形態では、リニア駆動システムを使用してカートを同時に駆動し、カートを水平方向および垂直方向に独立可動することができるように懸架し、そうしてカートが互いに独立して基板の引き渡しや移送ができるようにする。センサ群Ｑを磁性プラテンＭＰと併用することによって、カート３６２２Ａ、３６２２Ｂが互いの上方／下方を通過するとき、各カートの垂直位置を探知し、搬送機または搬送機が担持する基板に損傷を与えうる衝突を避けることができることに注意されたい。電気巻線を使用する全実施形態では、例えば水蒸気を除去する場合のように、ガス放出のためにチャンバを加熱することが望まれる場合など、これらの巻線を抵抗発熱体として使用することもできる。この場合、各搬送装置は、上記のもの類似した専用のリニア駆動モータまたはカートを備えた専用の駆動ゾーンによって駆動することができる。
【０１６０】
次に図５２および５３を参照すると、他の例示的実施形態により本明細書内に記載した測位システムを組み込んだ、他の基板処理装置が示されている。図５２および５３からわかるように、これらの実施形態の搬送チャンバは細長く伸ばして、追加処理モジュールを収容する。図５２に示した装置は、１２の処理モジュールが搬送チャンバに連結され、図５３の各装置（２つの装置が図示されている）は、２４の処理モジュールが搬送チャンバに連結されている。これらの実施形態に示した処理モジュールの数は、単に例示のためのものであり、前記の装置は、前述したように、任意の数の処理モジュールを有することができる。これらの実施形態の処理モジュールは、上述のものと同様に、搬送チャンバの側部に沿って、デカルト配置で配設されている。ただし、この場合、処理モジュールの列数が大幅に増えている（例えば図５２の装置では６列で、図５３の各装置は１２列である）。図５２の実施形態では、ＥＦＥＭを取り外して、ロードポートを直接ロードロックに係合してもよい。図５２および５３の装置の搬送チャンバは、ロードロックと処理チャンバとの間で基板を取り扱うために、複数の搬送装置を有する（すなわち、図５２では３つの装置、また図５３では６つの装置）。図示されている搬送装置の数は単なる例示にすぎず、それよりも多いまたは少ない装置を使用することができる。これらの実施形態の搬送装置は、前述のものとほぼ類似のもので、アームとカートを備え、カートおよびアームの伸長／退避の位置を先に述べた多次元測位システムで探知する。ただし、この場合、カートは、搬送チャンバの側壁のゾーン指定リニアモータ駆動装置から支持される。この場合のリニアモータ駆動装置は、２つの直交軸（すなわち、搬送チャンバの長手方向および搬送チャンバの垂直方向）においてカートの平行移動を提供する。それに応じて、搬送装置は、搬送チャンバ内で擦れ違うことができる。搬送チャンバは、処理モジュール面の上方および／または下方に”通過”エリアまたは搬送エリアを有することができ、搬送装置がそこを経由することによって静止状態の搬送装置（すなわち、処理モジュールでの基板の取り上げ／取り外しをしている）または逆方向への移動を回避することができる。実現しうるものとして、基板搬送装置が、複数の基板搬送装置の移動を制御するコントローラを有している。
【０１６１】
さらに図５３を参照すると、この場合、基板処理装置３９１８Ａおよび３９１８Ｂをツール３９００に直接結合することができる。
【０１６２】
図４９、５０、および５２−５３から実現しうるように、搬送チャンバ３５１８を任意に延長し、処理施設ＰＦ全域を走行させることもできる。図５３からわかるように、かつ以下に詳細を説明するように、搬送チャンバを処理施設ＰＦ内の、例えば保管ベイ、リソグラフィツールベイ、金属蒸着ツールベイ、または任意の他のツールベイなど、様々なセクションまたはベイ３９１８Ａ、３９１８Ｂに連結および連通させることができる。搬送チャンバ３５１８に接続するベイを処理ベイまたはプロセス３９１８Ａ、３９１８Ｂとして構成してもよい。各ベイは所望のツール（例えばリソグラフィ、金属蒸着、均熱、洗浄）を有し、半導体ワークピースに所与の製造処理をする。いずれの場合も、搬送チャンバ３５１８は、前述の通り、施設ベイの様々なツールに対応し、これらに連通接続する処理モジュールを有し、半導体ワークピースのチャンバと処理モジュール間の移送を可能にする。従って、搬送チャンバは、その全長にわたって、搬送チャンバに連結された各種処理モジュールの環境に対応する、大気、真空、超高真空、不活性ガス、または任意の他の環境など、異なる環境条件を含むことができる。従って、所与のプロセスまたはベイ３５１８Ａ、３５１８Ｂ内、またはそのベイの一部内にあるチャンバのセクション３５１８Ｐ１は、例えば１つの環境条件（大気など）を有し、チャンバの別のセクション３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３は異なる環境条件を有することができる。上述の通り、内部に異なる環境を備えたチャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３は、施設の異なるベイ内にあってもよいし、全てが施設の１つのベイ内にあってもよい。図５３は、例示のみを目的として、異なる環境を持つ３つのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３を有するチャンバ３５１８を示している。この実施形態のチャンバ３５１８は、任意の数の異なる環境を持つセクションを任意の数だけ有することができる。セクション３９１８Ａ、３９１８Ｂ、３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３のそれぞれに、上述の通り各搬送セクションの壁に沿って配置された、１つまたは複数の単軸センサを含むセンサ群Ｑを備えてもよい。これらの搬送セクションは、３５１８Ｐ２のようにカート３２６６Ａの高精度な配設を必要としないところでは、図３Ａに関連して上述したセンサの構成を使用し、カート３２６６Ａを低コストで精密に探知することができる。代替の実施形態では、本明細書内に記載した例示的測位システムの任意の組み合わせを、搬送セクション３９１８Ａ、３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３のどのセクションに使用してもよい。
【０１６３】
図５３からわかるように、搬送装置は、装置３６２２Ａと類似のもので（図４９も参照）、チャンバ３５１８内で、内部に異なる環境を持つセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３との間を通過することが可能である。よって、図５３から実現しうるものとして、搬送装置３６２２Ａは、１回の取り上げで、半導体ワークピースを処理施設の１つのプロセスまたはベイ３５１８Ａ内のツールからその処理施設の異なるプロセスまたはベイ３５１８Ｂ内の異なる環境を持つ別のツールに移動することができる。例えば、搬送装置３６２２Ａは、基板を処理モジュール３９０１内で取り上げることができ、この処理モジュールは、搬送チャンバ３５１８の大気モジュール、リソグラフィ、エッチング、またはセクション３５１８Ｐ１内の任意の他の処理モジュールであってもよい。搬送装置３６２２Ａは次に、図５３の矢印Ｘ３が指示する方向に、チャンバのセクション３５１８Ｐ１からセクション３５１８Ｐ３へと移動する。セクション３５１８Ｐ３内で、搬送装置３６２２Ａは基板を処理モジュール３９０２（任意の処理モジュールであってよい）内に載置することができる。
【０１６４】
図５３から実現しうるものとして、搬送チャンバはモジュール式であってもよく、チャンバのモジュールを任意に接続し、チャンバ３５１８を形成してもよい。モジュールには、図４８の壁３５１８Ｆ、３５１８Ｒに類似した内壁３５１８Ｉが含まれ、チャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３、３５１８Ｐ４を分離する。内壁３５１８Ｉにはスロット弁、または任意の他の適切な弁を含んで、チャンバ３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ４の１つのセクションを１つまたは複数の隣接セクションと連通できるようにすることもできる。スロット弁３５１８Ｖは、１つまたは複数のカートがこれら弁を介して１つのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ４から別のセクションへ通過できる大きさにすることができる。この方法で、カート３６２２Ａはチャンバ３５１８全域のどこにでも移動することができる。弁は閉鎖して、チャンバのセクション３５１８Ｐ１、３５１８Ｐ２、３５１８Ｐ３、３５１８Ｐ４を隔離し、異なるセクションが上述のような異種環境を含むことができる。さらに、チャンバモジュールの内壁は、図４８に示すようにロードロック３５１８Ｐ４を形成する配置にしてもよい。ロードロック３５１８Ｐ４（図５３では例示のために１つだけしか図示していない）は、チャンバ３５１８内に任意に配置することができ、かつチャンバ内で任意の数のカート３６２２Ａを保持することができる。
【０１６５】
次に図５４を参照すると、自動搬送システム（ＡＭＨＳ）４１２０を使用する製造施設のレイアウトの例が示されている。この例示的実施形態では、ワークピースはストッカ４１３０からＡＭＨＳで１つまたは複数の処理ツール４１１０に搬送される。ＡＭＨＳは、１つまたは複数の搬送カート４１２５および搬送軌道４１３５を組み入れている。搬送軌道４１３０は任意の適切な軌道であってよい。搬送軌道には、上述のように１つまたは複数の単軸センサを含み、軌道に沿って離間配置するセンサ群Ｑを含んでもよい。搬送カート４１２５に、センサ群Ｑと相互作用する１つまたは複数の磁性プラテンＭＰを含めて、上述のようにカート４１２５の位置計測を提供することができる。
【０１６６】
実現しうるものとして、位置を計測または探知する被対象物１２０の位置は、その対象物の各端部近くにあるセンサを使用して探知され、コントローラが同じ搬送経路に沿ってそれぞれ追跡可能な複数対象物を調整し、対象物間の接触を回避させることができる。代替の実施形態では、対象物１２０は、対象物１２０の１つの端部のセンサを使用し、対象物の長さを認知して探知することができる。この場合、コントローラは、本明細書に記載した測位システムで取得する対象物の第１の端部の位置を使用して、その対象物の長さを加算または減算し、対象物が占めている搬送経路に沿ったスペースの大きさを求めることができる。
【０１６７】
本明細書に記載した例示的実施形態はリニア駆動システムに関して説明しているが、例示的実施形態は回転駆動でも利用可能であることを認識されたい。例えば、本明細書で開示する実施形態を使用して、シリンダ内の対象物の回転速度および軸方向位置を探知しながら、同時に回転対象物とシリンダの１つの壁との間の距離を計測することができる。
【０１６８】
本明細書に記載した例示的実施形態は、単軸位置センサを使用して上述のように対象物の多軸位置を求める測位システムを提供する。この測位システムは、第１の軸に沿ってあらゆる長さを計測する一方で、同時に第２および第３の軸に沿った位置を計測することができる。本明細書に記載したこの測位システムは、任意の適切な搬送装置に組み入れることができる。本明細書に記載した実施形態は３軸同時計測として開示しているが、複数の計測システムを組み合わせてそれより多軸を計測することも可能であることを認識されたい。逆に、例示的実施形態を使用し、３つより少ない軸の計測をするように構成することもできる。これらの例示的実施形態によって実現する測位システムは、そのシステム内で、対象物の位置情報を得るために、可動対象物に動力を伝達する必要がない。しかしながら、上述の例示的実施形態は、磁性プラテンが可動対象物に固定されたものとして説明されているが、磁性プラテンは、例えば、実質的に対象物の搬送経路に沿った静止表面に固定して、単軸センサおよび／またはセンサ群を可動対象物に固定してもよいことを認識されたい。
【０１６９】
本明細書に記載した例示的実施形態は、個別に使用することも、その任意の組み合わせでも使用できることを理解されたい。また、上記の説明は、これら実施形態の単なる実施例であると理解されたい。様々な代用手段及び変形が、当業者によって本発明から逸脱することなく考案され得る。従って、本実施形態は、添付の特許請求の範囲内に入る、全てのそのような代用手段、変形、および派生物の包含を意図するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラと、
可動部と搬送経路とを有し前記コントローラと連通するワークピース搬送機と、
多次元測位装置であり、前記可動部に固着した少なくとも１つの界生成プラテン、および搬送経路に沿って配置されコントローラと連通する少なくとも１つのセンサ群を含み、前記界生成プラテンが位置計測とともに可動部を推進させるように構成される多次元測位装置と、
を含み、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサは、少なくとも１つの界生成プラテンで発生させる検知界内の単軸に沿ったばらつきに対応する１つのみの出力信号を提供するように構成され、前記コントローラは、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサに隣接した前記可動部の多次元位置を、前記の少なくとも１つのセンサ群内の少なくとも１つのセンサの前記１つのみの出力信号に基づいて、多次元位置には、少なくとも平面位置と、ワークピース搬送機と少なくとも１つの前記センサ群との間のギャップとを含めて算出するよう構成されている装置。
【請求項２】
前記の少なくとも１つの界生成プラテンが、実質的に歪みのない正弦波磁界を提供するように構成される成形磁石を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、前記界生成プラテンで発生させる界の、法線方向成分が前記界生成プラテンの表面と直交する、前記法線方向成分を検知するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、前記界生成プラテンで発生させる界の、平行成分が前記界生成プラテンの表面と平行する、前記平行成分を検知するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、特異センサを備え、前記の少なくとも１つのセンサ群の別の少なくとも１つがセンサダブレットを備え、前記センサダブレットのセンサによって提供される出力信号が正弦／余弦関係を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つがセンサダブレットを備え、前記センサダブレットのセンサによって提供される出力信号が正弦／余弦関係を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、第１のセンサ対と第２のセンサ対を備え、第１のセンサ対が第２のセンサ対の上方に互い違いの関係に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、第１のセンサ対と第２のセンサ対を備え、第１のセンサ対が第２のセンサ対の間で直交関係に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記の少なくとも１つのセンサ群が、前記の少なくとも１つの界生成プラテンの近接に位置し、前記の少なくとも１つのセンサ群内のセンサが飽和限界に到達する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記の少なくとも１つのセンサ群から受信する出力の正弦波周期を調節するように構成され、それによって前記調節後の信号から取得する位置計測が、調整されていない正弦波周期を有する出力から取得する位置計測よりも精密となる、請求項１に記載の前記測位システム。
【請求項１】
コントローラと、
可動部と搬送経路とを有し前記コントローラと連通するワークピース搬送機と、
多次元測位装置であり、前記可動部に固着した少なくとも１つの界生成プラテン、および搬送経路に沿って配置されコントローラと連通する少なくとも１つのセンサ群を含み、前記界生成プラテンが位置計測とともに可動部を推進させるように構成される多次元測位装置と、
を含み、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサは、少なくとも１つの界生成プラテンで発生させる検知界内の単軸に沿ったばらつきに対応する１つのみの出力信号を提供するように構成され、前記コントローラは、前記の少なくとも１つのセンサ群の各センサに隣接した前記可動部の多次元位置を、前記の少なくとも１つのセンサ群内の少なくとも１つのセンサの前記１つのみの出力信号に基づいて、多次元位置には、少なくとも平面位置と、ワークピース搬送機と少なくとも１つの前記センサ群との間のギャップとを含めて算出するよう構成されている装置。
【請求項２】
前記の少なくとも１つの界生成プラテンが、実質的に歪みのない正弦波磁界を提供するように構成される成形磁石を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、前記界生成プラテンで発生させる界の、法線方向成分が前記界生成プラテンの表面と直交する、前記法線方向成分を検知するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、前記界生成プラテンで発生させる界の、平行成分が前記界生成プラテンの表面と平行する、前記平行成分を検知するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、特異センサを備え、前記の少なくとも１つのセンサ群の別の少なくとも１つがセンサダブレットを備え、前記センサダブレットのセンサによって提供される出力信号が正弦／余弦関係を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つがセンサダブレットを備え、前記センサダブレットのセンサによって提供される出力信号が正弦／余弦関係を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、第１のセンサ対と第２のセンサ対を備え、第１のセンサ対が第２のセンサ対の上方に互い違いの関係に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記の少なくとも１つのセンサ群の少なくとも１つが、第１のセンサ対と第２のセンサ対を備え、第１のセンサ対が第２のセンサ対の間で直交関係に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記の少なくとも１つのセンサ群が、前記の少なくとも１つの界生成プラテンの近接に位置し、前記の少なくとも１つのセンサ群内のセンサが飽和限界に到達する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記の少なくとも１つのセンサ群から受信する出力の正弦波周期を調節するように構成され、それによって前記調節後の信号から取得する位置計測が、調整されていない正弦波周期を有する出力から取得する位置計測よりも精密となる、請求項１に記載の前記測位システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４７Ａ−１】
【図４７Ａ−２】
【図４７Ａ−３】
【図４７Ａ−４】
【図４７Ａ−５】
【図４７Ａ−６】
【図４７Ａ−７】
【図４７Ａ−８】
【図４７Ａ−９】
【図４７Ａ−１０】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２０Ｃ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４７Ａ−１】
【図４７Ａ−２】
【図４７Ａ−３】
【図４７Ａ−４】
【図４７Ａ−５】
【図４７Ａ−６】
【図４７Ａ−７】
【図４７Ａ−８】
【図４７Ａ−９】
【図４７Ａ−１０】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【公表番号】特表２０１１−５１７７６６（Ｐ２０１１−５１７７６６Ａ）
【公表日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１５１９９（Ｐ２０１０−５１５１９９）
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６８６６１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００３１８６
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（３９８０２９６９２）ブルックス オートメーション インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２７日（２００８．６．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０６８６６１
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００３１８６
【国際公開日】平成２０年１２月３１日（２００８．１２．３１）
【出願人】（３９８０２９６９２）ブルックス オートメーション インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
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