KR102041881B1 - 3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus - Google Patents
3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- KR102041881B1 KR102041881B1 KR1020180124041A KR20180124041A KR102041881B1 KR 102041881 B1 KR102041881 B1 KR 102041881B1 KR 1020180124041 A KR1020180124041 A KR 1020180124041A KR 20180124041 A KR20180124041 A KR 20180124041A KR 102041881 B1 KR102041881 B1 KR 102041881B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- absolute position
- stage
- binary code
- dimensional
- section
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
- G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
- G01B2210/52—Combining or merging partially overlapping images to an overall image
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 3 자유도 평면 정렬 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로, 회전각 및 위치를 측정하는 X-Y-Θ 센서를 구비한 3 자유도 평면 정렬 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three degree of freedom plane alignment device, and more particularly, to a three degree of freedom plane alignment device having an X-Y-Θ sensor for measuring rotation angle and position.
다양한 정밀 시스템(precision systems) 및 과학 기계(scientific instruments) 에서, 정밀한 위치 측정은 구동 시스템(actuating systems)을 모니터링하고 제어하는 기본 요소이다. 레이저 간섭계와 광학 인코더는 전형적인 위치 센서들이다. 레이저 간섭계는 간섭 무늬를 카운팅하고 서브-분할(sub-dividing)하여 서브-나노미터 해상도를 가지고 위치를 측정한다. 상기 간섭 무늬의 주기는 레이저 광원의 파장에 의하여 결정된다.In various precision systems and scientific instruments, precise position measurement is a fundamental component of monitoring and controlling actuating systems. Laser interferometers and optical encoders are typical position sensors. The laser interferometer counts and sub-divides the interference fringes to measure position with sub-nanometer resolution. The period of the interference fringe is determined by the wavelength of the laser light source.
광학 인코더는 스케일을 사용한다. 상기 스케일은 균일하고 주기적인 패턴을 가진다. 상기 패턴은 수 내지 수십 마이크로 미터의 피치를 가진다. 상기 광학 인코더는 간섭 무늬 또는 강도 프로파일(intensity profile)을 처리하여 위치 값(position readouts)을 얻는다.Optical encoders use scale. The scale has a uniform and periodic pattern. The pattern has a pitch of several to tens of micrometers. The optical encoder processes the interference fringe or intensity profile to obtain position readouts.
상기 레이저 간섭계는 높은 정밀도를 달성할 수 있다. 그러나, 상기 레이저 간섭계는 잘 제어된 환경 조건(well controlled environmental condition) 및 세심한 정렬(delicate alignment)을 요구한다.The laser interferometer can achieve high precision. However, the laser interferometer requires well controlled environmental conditions and delicate alignment.
증분 위치 측정(incremental position measurement)에서, 위치 값은 초기 위치로부터 상대 변위를 누적하여 얻어진다. 상기 증분 위치 측정은 정밀 스테이지 및 위치 모니터링과 같은 많은 응용 분야에 적용되고 있다.In incremental position measurement, the position value is obtained by accumulating relative displacements from the initial position. The incremental position measurement is applied in many applications such as precision stage and position monitoring.
그러나, 상기 증분 위치 측정은 오직 상대 변위를 측정하고, 절대 위치를 측정하기 위하여 추가적인 센서를 사용한 초기화를 요구한다.However, the incremental position measurement only measures relative displacement and requires initialization with an additional sensor to measure the absolute position.
상기 절대 위치 측정은 정밀 시스템의 효율성과 강건성(robustness)을 증가시킨다. 왜냐하면, 절대 위치 측정은 초기화를 요구하지 않고, 다양한 돌발 상황(emergency events)을 처리할 수 있다. 상기 절대 위치 측정은 전력 소모가 엄격하게 제어되어야하는 응용분야에서도 장점을 가진다.The absolute position measurement increases the efficiency and robustness of the precision system. Because absolute position measurement does not require initialization, it can handle various emergencies. The absolute position measurement also has advantages in applications where power consumption must be tightly controlled.
광학 인코더는 비용 및 복잡성의 증가없이 구현될 수 있기 때문에, 광학 인코더는 절대 위치 측정에 널리 사용된다.Since optical encoders can be implemented without increasing cost and complexity, optical encoders are widely used for absolute position measurements.
절대 인코더는 특별히 설계된 스케일을 요구한다. 절대 위치 이진 코드(absolute position binary code; APBC)는 상기 스케일에 인코딩된다. 초기에는, 상기 APBC는 멀티-트랙 코드(multi-track code)를 사용하여 인코딩되었고, 증분형 트랙(incremental track)이 높은 분해능을 위하여 추가되었다. 그러나, 인코더 헤드의 복잡한 구성(complex configuration)과 정렬 문제(alignment issue)는 상기 스케일의 멀티-트랙 구성에 기인하여 불가피하다.Absolute encoders require a specially designed scale. Absolute position binary code (APBC) is encoded at this scale. Initially, the APBC was encoded using multi-track code, and incremental tracks were added for high resolution. However, the complex configuration and alignment issues of the encoder head are inevitable due to the multi-track configuration of this scale.
인코더는 선형 운동을 측정하는 선형 인코더(linear encoder)와 회전 운동을 측정하는 로터리 인코더(Rotary encoder)로 구분된다.The encoder is divided into a linear encoder measuring linear motion and a rotary encoder measuring rotational motion.
따라서, 선형 운동에 따른 절대 위치와 회전 운동에 의한 회전각을 정확한 위치를 동시에 측정하는 새로운 구조의 고정밀 인코더가 요구된다.Therefore, there is a need for a new high-precision encoder having a new structure that simultaneously measures the exact position of the absolute position according to the linear motion and the rotation angle by the rotational motion.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 높은 정밀도를 가지는 직선 운동 및 회전 운동을 제공하는 3 자유도 평면 정렬 장치를 제공하는 것이다. 3 자유도 평면 정렬 장치는 높은 정밀도와 간단한 구조를 가지는 절대 위치 측정 장치를 요구한다. 상기 절대 위치 측정 장치는 두 개의 1차원 절대 위치 이진 코드를 직교하여 매트릭스 형태로 배열된 2차원 절대 위치 스캐일을 사용한다. 1차원 절대 위치 이진 코드는 하나의 이진 상태 표현(one binary state representation)의 위상을 변화시켜 인코딩된다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide a three degree of freedom planar alignment device for providing a linear motion and a rotational motion with high precision. The three degree of freedom planar alignment device requires an absolute position measuring device with high precision and simple structure. The absolute position measuring apparatus uses a two-dimensional absolute position scale arranged in a matrix form orthogonal to two one-dimensional absolute position binary code. One-dimensional absolute position binary code is encoded by changing the phase of one binary state representation.
상기 2차원 절대 위치 스캐일은 광학적 및 구조적 성질을 사용하여 효율적으로 디코딩될 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 스캐일은 2차원적 위치 및 회전각을 정밀하게 디코딩할 수 있다.The two-dimensional absolute position scale can be efficiently decoded using optical and structural properties. The two-dimensional absolute position scale can accurately decode the two-dimensional position and rotation angle.
상기 2차원 절대 위치 이진 코드의 서브-분할(sub-division)은 절대 위치 인코딩을 위하여 사용되는 상기 이진 상태 표현의 상대 위치를 감지하여 가능하다. 따라서, 상기 절대 위치 인코딩은 서브-분할 과정과 간섭하지 않는다. 따라서, 어떠한 의사-랜덤 시퀀스(pseudo-random sequence)도 상기 절대 위치 코드로 사용될 수 있다.Sub-division of the two-dimensional absolute position binary code is possible by sensing the relative position of the binary state representation used for absolute position encoding. Thus, the absolute position encoding does not interfere with the sub-division process. Thus, any pseudo-random sequence can be used as the absolute location code.
본 발명에서 제안된 방법은 상기 서브-분할을 위한 추가적인 센싱부를 요구하지 않는다. 상기 제안된 방법은 간단한 구조(configuration) 및 효율적인 데이터 처리로 실현될 수 있다.The method proposed in the present invention does not require an additional sensing unit for the sub-division. The proposed method can be realized with a simple configuration and efficient data processing.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 자유도 평면 정렬 장치는, 고정판 및 이동판을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지; 상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일; 상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 상기 이동판의 3자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부; 및 상기 이동판의 변위량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함한다.A three degree of freedom planar alignment device according to an embodiment of the present invention comprises: a stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degree of freedom position alignment; An X-Y-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor for analyzing a scale image of the two-dimensional absolute position scale captured by the X-Y-Θ sensor head to extract a position of three degree of freedom motion of the moving plate of the stage; And a stage driver for driving the stage with the displacement amount of the movable plate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 XYΘ 스테이지 또는 UVW 스테이지일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stage may be an XYΘ stage or a UVW stage.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2차원 절대 위치 스케일은 상기 이동판의 하부면에 노출되도록 장착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional absolute position scale may be mounted to be exposed to the lower surface of the moving plate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스테이지의 변위량은 상기 스테이지의 3자유도 운동의 위치에 기반하고, 3자유도 운동의 위치는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the displacement amount of the stage is based on the position of the three degree of freedom movement of the stage, the position of the three degree of freedom movement may include two translational movement and one rotational movement.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함할 수 있다. 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성될 수 있다. 상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함할 수 있다. (0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional absolute position scale is a two-dimensional data consisting of a combination of the first absolute position binary code arranged in the first direction of the reference coordinate system and the second absolute position binary code arranged in the second direction It may include cells. Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code may be composed of one-dimensional data cells. The one-dimensional data cell may include a data section, a neutral section, and a clock section. A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 데이터 섹션, 상기 중립 섹션, 및 상기 클락 섹션 각각은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고, 상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”)를 나타내고 연속적으로 배열된 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고, 상기 1차원 데이터 셀은 제2 상태(“1”)를 나타내고 연속적으로 배열된 중립 섹션, 데이터 섹션, 및 클락 섹션을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, each of the data section, the neutral section, and the clock section comprises one or more regularly spaced segments, wherein the one-dimensional data cell represents a first state (“0”) and is continuous. And a data section, a neutral section, and a clock section, wherein the one-dimensional data cell represents a second state (“1”) and may include a neutral section, a data section, and a clock section arranged in succession. .
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중립 섹션은 2 세그먼트이고, 상기 데이터 섹션은 3 세그먼트이고, 상기 클락 섹션은 3 세그먼트일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the neutral section may be two segments, the data section may be three segments, and the clock section may be three segments.
본 발명의 일 실시예에 따른 자유도 평면 정렬 장치는, 고정판 및 이동판을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지; 상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일; 상기 X-Y-Θ 센서 헤드로부터 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 3자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부; 및 상기 스테이지의 변위량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함한다. 상기 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법은, 상기 스테이지의 이동판의 초기 위치를 측정하는 단계; 상기 스테이지의 이동판의 목표 위치와 상기 초기 위치의 차이로 상기 스테이지의 변위량을 설정하는 단계; 상기 변위량에 기반하여 상기 스테이지의 구동량을 산출하는 단계; 및 상기 구동량으로 상기 스테이지의 모터를 각각 구동하는 단계;를 포함한다.A degree of freedom planar alignment device according to an embodiment of the present invention comprises: a stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degree of freedom position alignment; An X-Y-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor configured to analyze the scale image of the two-dimensional absolute position scale from the X-Y-Θ sensor head to extract the position of three degrees of freedom motion of the stage; And a stage driver for driving the stage with the displacement amount of the stage. The operating method of the three degree of freedom planar alignment device may include: measuring an initial position of a moving plate of the stage; Setting a displacement amount of the stage by a difference between a target position of the moving plate of the stage and the initial position; Calculating a driving amount of the stage based on the displacement amount; And driving the motor of the stage with the driving amount, respectively.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스테이지가 이동한 후 상기 스테이지의 현 위치를 측정하여 상기 목표 위치에 도달을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after moving the stage may further comprise the step of confirming the arrival to the target position by measuring the current position of the stage.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 자유도 평면 정렬 장치는, 고정판 및 이동판을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지; 상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일; 상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 3 자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 기판의 정렬 마크를 검사하는 적어도 하나의 비전 카메라; 상기 기판의 상기 정렬 마크와 상기 정렬 마크의 최종 정렬 위치의 차이에 기반한 상기 스테이지의 구동량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함한다.A three degree of freedom planar alignment device according to an embodiment of the present invention comprises: a stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degree of freedom position alignment; An X-Y-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor extracting a position of three degrees of freedom motion of the stage by analyzing a scale image of the two-dimensional absolute position scale captured by the X-Y-Θ sensor head; At least one vision camera inspecting an alignment mark of a substrate mounted to the moving plate of the stage; And a stage driver for driving the stage with a driving amount of the stage based on a difference between the alignment mark of the substrate and the final alignment position of the alignment mark.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스테이지는 XYΘ 스테이지 또는 UVW 스테이지일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the stage may be an XYΘ stage or a UVW stage.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2차원 절대 위치 스케일은 상기 이동판의 하부면에 노출되도록 장착될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional absolute position scale may be mounted to be exposed to the lower surface of the moving plate.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 3자유도 운동의 위치는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the position of the three degrees of freedom movement may include two translational movements and one rotational movement.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포할 수 있다. 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성되고, 상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함할 수 있다. (0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다. (1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the two-dimensional absolute position scale is a two-dimensional data consisting of a combination of the first absolute position binary code arranged in the first direction of the reference coordinate system and the second absolute position binary code arranged in the second direction May contain cells. Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code may be composed of one-dimensional data cells, and the one-dimensional data cell may include a data section, a neutral section, and a clock section. A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D). A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Can be marked at the intersection of D).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 데이터 섹션, 상기 중립 섹션, 및 상기 클락 섹션 각각은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고, 상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”)를 나타내고 연속적으로 배열된 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고, 상기 1차원 데이터 셀은 제2 상태(“1”)를 나타내고 연속적으로 배열된 중립 섹션, 데이터 섹션, 및 클락 섹션을 포함할 수 있다..In one embodiment of the present invention, each of the data section, the neutral section, and the clock section comprises one or more regularly spaced segments, wherein the one-dimensional data cell represents a first state (“0”) and is continuous. And a data section, a neutral section, and a clock section, wherein the one-dimensional data cell represents a second state (“1”) and may include a neutral section, a data section, and a clock section arranged in succession. ..
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중립 섹션은 2 세그먼트이고, 상기 데이터 섹션은 3 세그먼트이고, 상기 클락 섹션은 3 세그먼트일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the neutral section may be two segments, the data section may be three segments, and the clock section may be three segments.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 자유도 평면 정렬 장치는, 고정판 및 이동판을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지; 상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일; 상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 3 자유도 위치를 추출하는 신호 처리부; 상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 기판의 정렬 마크를 검사하는 적어도 하나의 비전 카메라; 상기 기판의 상기 정렬 마크의 3 자유도 위치와 상기 정렬 마크의 최종 3 자유도 위치의 차이에 기반한 상기 스테이지의 구동량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함한다. 상기 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법은, 상기 X-Y-Θ 센서 헤드와 상기 신호 처리부를 사용하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 3 자유도의 초기 위치를 측정하는 단계; 상기 비전 카메라를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 초기 위치를 측정하는 단계; 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 초기 위치와 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 최종 정렬 위치의 차이로 변위량을 설정하는 단계; 상기 절대 위치 이진 스케일의 초기 위치와 상기 변위량을 이용해 상기 스테이지의 구동량으로 변환하는 단계; 상기 구동량으로 상기 스테이지의 모터를 각각 구동하는 단계; 및 상기 X-Y-Θ 센서 헤드와 상기 신호 처리부를 사용하여 상기 스테이지의 이동판의 3 자유도의 현 위치를 측정하는 단계를 포함한다.A three degree of freedom planar alignment device according to an embodiment of the present invention comprises: a stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degree of freedom position alignment; An X-Y-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor extracting three degrees of freedom of the stage by analyzing a scale image of the two-dimensional absolute position scale captured by the X-Y-Θ sensor head; At least one vision camera inspecting an alignment mark of a substrate mounted to the moving plate of the stage; And a stage driver for driving the stage with a driving amount of the stage based on a difference between the three degrees of freedom position of the alignment mark of the substrate and the last three degrees of freedom position of the alignment mark. A method of operating the three degree of freedom plane alignment device may include: measuring an initial position of three degrees of freedom of the two-dimensional absolute position scale using the X-Y-Θ sensor head and the signal processor; Measuring an initial position of three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate using the vision camera; Setting a displacement amount by a difference between an initial position of three degrees of freedom of the alignment markers of the substrate and a final alignment position of the three degrees of freedom of the alignment markers of the substrate; Converting the initial position of the absolute position binary scale and the displacement amount into a driving amount of the stage; Driving each of the motors of the stage with the driving amount; And measuring a current position of three degrees of freedom of the moving plate of the stage by using the X-Y-Θ sensor head and the signal processor.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스테이지의 이동판의 3 자유도의 현 위치가 상기 2차원 절대 위치 스케일의 3 자유도의 최기 위치와 상기 변위량에 의하여 주어지는 목표 위치인지를 판단하는 단계; 상기 비전 카메라를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 현 위치를 측정하는 단계; 및 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 현 위치와 3 자유도의 최종 정렬 위치의 차이를 비교하는 단계; 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, determining whether the current position of the three degrees of freedom of the moving plate of the stage is the target position given by the lowest position of the three degrees of freedom of the two-dimensional absolute position scale and the displacement amount; Measuring the current position of three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate using the vision camera; And comparing the difference between the current position of the three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate and the final alignment position of the three degrees of freedom; It may further include at least one of.
본 발명의 일 실시예에 따른 3 자유도 평면 정렬 장치는 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일을 촬상한 스케일 이미지를 디코딩하여, 회전각 및 위치를 정밀하게 측정하여 스테이지의 회전각 및 위치를 제어할 수 있다.The three-degree-of-freedom plane alignment device according to an embodiment of the present invention can decode a scale image obtained by photographing a two-dimensional absolute position binary code scale, and precisely measure the rotation angle and position to control the rotation angle and position of the stage. have.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 절대 위치 이진 코드 스케일을 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일의 2차원 데이터 셀들을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치이진 코드 스케일을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 관심 영역을 나타낸다.
도 7은 도 6의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한 결과이다.
도 8은 도 7의 제2 예비 관심 영역(ROI2)의 예비 회전 각도(θ)로 회전과 회전된 예비 기준 좌표계(X''-Y'')에서 절단된 제2 관심 영역(ROI2') 및 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 Y'' 축 방향으로 합산한 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 나타낸다.
도 9는 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 일부, 이에 대응하는 스케일, 및 이에 대응하는 절대 위치 코드를 각각 표시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 예비 관심영역, 및 관심 영역을 설명하는 개념도이다.
도 11은 도 10의 제1 관심 영역(ROI1') 및 제1 방향(X'')으로 합산된 제2 방향 강도 프로파일을 나타낸다.
도 12는 도 10의 제3 관심 영역(ROI3') 및 제2 방향(Y'')으로 합산된 제1 방향 강도 프로파일을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치(100a)를 설명하는 사시도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치(100a)의 측정 결과를 나타내는 그래프들이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 센서의 결과를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평면 정렬 장치를 설명하는 개념도이다.
도 18은 도 17의 평면 정렬 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평면 정렬 장치를 설명하는 개념도이다.
도 20은 도 19의 평면 정렬 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 21a 및 도 21b는 도 19의 평면 정렬 장치의 동작을 설명하는 평면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 UVW 스테이지를 설명하는 사시도이다.
도 23은 도 22의 UVW 스테이지의 운동을 설명하는 평면도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a one-dimensional absolute position binary code scale according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating two-dimensional data cells of a two-dimensional absolute position binary code scale according to another embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a two-dimensional absolute position binary code scale according to another embodiment of the present invention.
4 illustrates a two-dimensional binary code scale and scale image according to another embodiment of the present invention.
5 illustrates a two-dimensional binary code scale and scale image according to another embodiment of the present invention.
6 illustrates a scale image, a Fourier transform region of interest, and a region of interest according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a result of Fourier transforming the Fourier transform region of interest FFT ROI of FIG. 6 into the spatial frequency domain domain FX-FY.
8 shows a
9 shows a part of the first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′, a scale corresponding thereto, and an absolute position code corresponding thereto, respectively.
10 is a conceptual diagram illustrating a scale image, a Fourier transform region of interest, a preliminary region of interest, and a region of interest according to an absolute position measuring method according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 illustrates a second direction intensity profile summed in the first region of interest ROI1 ′ and the first direction X ″ in FIG. 10.
FIG. 12 illustrates the first direction intensity profile summed in the
13 is a conceptual view illustrating an absolute position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
14 is a perspective view illustrating an absolute
15 are graphs illustrating a measurement result of the absolute
16 shows the results of an absolute position sensor in accordance with another embodiment of the present invention.
17 is a conceptual diagram illustrating a plane alignment apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a flowchart for describing a method of operating the planar alignment device of FIG. 17.
19 is a conceptual diagram illustrating a plane alignment apparatus according to another embodiment of the present invention.
20 is a flowchart for explaining a method of operating the flat alignment device of FIG. 19.
21A and 21B are plan views illustrating the operation of the planar alignment device of FIG. 19.
22 is a perspective view illustrating a UVW stage according to another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a plan view illustrating a motion of the UVW stage of FIG. 22.
본 발명은 정밀 다축 스테이지 시스템의 평면 모션 측정을 위한 새로운 절대 X-Y-Θ 위치 센서를 제공한다. 2차원 위상 인코딩된 이진 스케일 (2D phase-encoded binary scale; 2D PEBS)의 회전된 관심 영역(ROI)의 이미지를 분석하여, 두 개의 분리된 점에서 절대 위치 값을 각각 얻는다. 이 값들을 결합하여, 절대 X-Y-Θ 위치를 계산할 수 있다.The present invention provides a new absolute X-Y-Θ position sensor for planar motion measurement of precision multi-axis stage systems. An image of a rotated region of interest (ROI) of a 2D phase-encoded binary scale (2D PEBS) is analyzed to obtain absolute position values at two separate points, respectively. By combining these values, we can calculate the absolute X-Y-Θ position.
X-Y-Θ 위치 센서의 센서 헤드(101)는 보드 레벨 카메라, 발광 다이오드 광원, 이미징 렌즈 및 큐브 빔 스플리터를 사용하여 구성될 수 있다. 2차원 위상 인코딩된 이진 스케일의 전부 또는 일부를 촬상한 스케일 이미지에서 균일한 공간 강도 프로파일을 얻기 위해, 의도적으로 평균화 또는 합산 방향이 선택된다. 또한, 관심 영역들(ROI) 사이의 허용 가능한 오프셋 크기(또는 거리)를 증가시킴으로써 각도 측정에서 더 높은 해상도가 얻어을 수 있다. X-Y-Θ 위치 센서의 성능은 해상도, 비선형성 및 반복성과 관련하여 평가되었다. X-Y-Θ 위치 센서는 25 nm를 선형 분해하고 0.001 각도 변위를 명확하게 분해할 수 있으며, 2D 그리드(grid) 위치를 반복적으로 측정했을 때 표준 편차는 18 nm 미만이다.The
다양한 첨단 제조 시스템 및 과학 기기에서, 정확한 위치 및 스캐닝 궤적을 생성하기 위해 정밀 스테이지가 주요 구성 요소로 사용된다. 높은 정밀도를 가지고 스테이지를 제어 및 보정하기 위하여, 정밀한 X-Y-Θ 위치 센서가 사용되어야 한다. In various advanced manufacturing systems and scientific instruments, precision stages are used as key components to generate accurate position and scanning trajectories. In order to control and calibrate the stage with high precision, a precise X-Y-Θ position sensor must be used.
평면 내에서 복합한 동작을 수행하기 위하여, 정밀한 스테이지 시스템은 다축 구성을 가진다. 생성된 모션은 복수의 단일 스테이지 모션 센서를 사용하여 측정된다. 평면 내 정밀 정렬은 3 개의 자유도를 가진 X-Y-Θ 스테이지, UVW 스테이지를 사용할 수 있다. 즉, 두 개의 직선 운동과 하나의 회전 운동의 측정이 요구된다. 평면 내 정밀 정렬은 3 자유도 평면 모션 측정 (X-Y-Θ)을 필요로 하는 전형적인 예이다.In order to perform complex motions in the plane, the precise stage system has a multi-axis configuration. The generated motion is measured using a plurality of single stage motion sensors. In-plane precision alignment can be used with X-Y-Θ stages and UVW stages with three degrees of freedom. That is, measurement of two linear motions and one rotational motion is required. In-plane precision alignment is a typical example that requires three degrees of freedom planar motion measurement (X-Y-Θ).
본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치는 광학 인코더(optical encoder)로서, X-Y-Θ 위치를 정밀 측정하고, 단일 센서 헤드로 구성할 수 있다. 이에 따라, 다축(multi-axis) 측정을 위한 경쟁력있는 솔루션을 제공할 수 있다.The position measuring device according to the embodiment of the present invention is an optical encoder, and precisely measures the X-Y-Θ position, and may be configured as a single sensor head. This can provide a competitive solution for multi-axis measurements.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 인코더는 초기화없이 절대 위치를 제공하고, 증분형 엔코더보다 높은 강건성(robustness)을 보장한다. 절대 위치 측정 방법은 멀티 비트 절대 위치 코드가 인코딩된 특별히 설계된 스케일 패턴을 사용하며, 하위 분할 알고리즘(sub-division algorithms)을 사용하여 측정 해상도를 증가시킨다.The absolute position encoder according to an embodiment of the present invention provides absolute position without initialization and ensures higher robustness than incremental encoders. The absolute position measurement method uses a specially designed scale pattern encoded with a multi-bit absolute position code, and uses sub-division algorithms to increase the measurement resolution.
2차원 평면 위치는 위상 인코딩된 이진 스케일(Phase-Encoded Binary Scale; PEBS)을 사용하여 정확하게 측정 할 수 있다. 하지만, 이 제안된 방법의 타당성을 입증하기 위해 큰 현미경 영상 시스템이 사용되고, 회전각(Θ)을 측정할 수 없다. 따라서 실제적인 효과를 얻기 위해서는 평면 운동 (X-Y-Θ)에 관한 모든 정보를 제공하는 작은 센서 헤드가 요구된다.Two-dimensional planar position can be accurately measured using a phase-encoded binary scale (PEBS). However, a large microscope imaging system is used to verify the validity of this proposed method and the rotation angle Θ cannot be measured. Therefore, to get a practical effect, a small sensor head is required that provides all the information about the plane motion (X-Y-Θ).
본 발명의 일 실시예에 따른 X-Y-Θ 위치 측정 장치에서, 센서 헤드의 크기는 다른 부품을 간섭하지 않도록 작고, 정밀 다축 스테이지 및 작동 시스템에 내장된 위치 센서로 통합될 수 있다.In the X-Y-Θ position measuring device according to an embodiment of the present invention, the size of the sensor head can be integrated into a small, precision multi-axis stage and position sensor embedded in the operating system so as not to interfere with other components.
절대 위치 이진 코드 (APBC)가 인코딩되는 2D 위상 인코딩 이진 스케일(PEBS)은 2 개의 단일 트랙 이진 코드를 직교적으로 중첩함으로써 구성된다. 단일 트랙 이진 코드는 절대 위치 이진 코드의 데이터 비트를 나타내는 일련의 데이터 셀로 구성된다. 단일 트랙 이진 코드 스케일은 데이터 셀들로 표시된다. 2D 위상 인코딩된 이진 스케일은 서로 직교하는 단일 트랙 이진 코드 스케일의 AND 논리 연산에 의하여 결정될 수 있다. 하나의 데이터 셀은 데이터 섹션 (D), 중립 섹션 (N), 클록 섹션 (C)을 포함한다. 하나의 데이터 셀은 이진 상태를 나타내도록 2 종류이다.The 2D phase encoded binary scale (PEBS), in which the absolute position binary code (APBC) is encoded, is constructed by orthogonally superimposing two single track binary codes. A single track binary code consists of a series of data cells representing the data bits of an absolute position binary code. The single track binary code scale is represented by data cells. The 2D phase encoded binary scale may be determined by an AND logic operation of a single track binary code scale orthogonal to each other. One data cell includes a data section (D), a neutral section (N), and a clock section (C). One data cell is of two types to represent a binary state.
각 데이터 셀의 클록 섹션 (C)은 데이터 처리를 위한 정렬키 패턴을 제공하기 위해 주기적인 위치(periodic positions)에서 반복된다. 데이터 섹션 (D)의 위치는 중립 섹션 (N)과 교환되어 절대 위치 이진 코드에서 각 셀의 이진 상태를 나타낸다. 다중 비트 2 진 코드(multi-bit binary code )는 이진 코드 스케일(binary code scale)의 이미지를 분석하여 절대 위치를 식별하기 위해 디코딩되며, 데이터 섹션(D)의 위치는 서브-분할 프로세스(sub-division process.)를 통해 더 높은 해상도로 감지된다.The clock section C of each data cell is repeated in periodic positions to provide an alignment key pattern for data processing. The position of the data section (D) is exchanged with the neutral section (N) to represent the binary state of each cell in the absolute position binary code. The multi-bit binary code is decoded to identify an absolute position by analyzing an image of the binary code scale, and the position of the data section (D) is sub-division process (sub-). division process.).
카메라는 2D 위상 인코딩된 이진 스케일(PEBS)을 촬상하여 스케일 이미지를 생성한다. 스케일 이미지(scale image)의 중심점에서의 절대 X-Y-Θ 위치는 등거리(2L) 만큼 떨어진 두 관심 영역(ROI)의 중심점인 X-Y 위치 세트 (X1, Y1; X2, Y2)를 사용하여 계산된다.The camera captures a 2D phase encoded binary scale (PEBS) to produce a scale image. The absolute X-Y-Θ position at the center point of the scale image is calculated using the set of X-Y positions (X1, Y1; X2, Y2), which are the center points of two ROIs of equidistant distance 2L.
2차원 위상 인코딩된 이진 스케일(2D Phase-Encoded Binary Scale; PEBS)와 광센서 어레이의 좌표축이 일치하지 않을 때, 데이터 처리를 사용하여 각 점에서 XY 위치를 얻기 위해 이미지 회전을 통해 이들 축을 정렬한다. 예비 회전각(θ)은 FFT 관심 영역 (FFT ROI)의 이미지에 2D 고속 푸리에 변환 (FFT)을 적용하여 계산될 수 있다. 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 제2 예비 관심 영역(ROI2)의 두 이미지를 적절한 크기로 잘라내어 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')을 각각 형성한다. 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')은 데이터 처리에 적합하도록 예비 회전 각도(θ)만큼 회전된다. 데이터 처리를 통해 계산된 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')의 중심 위치는 연산을 통하여 절대 위치 값 (X-Y-Θ)을 제공한다.When the coordinate axes of the 2D Phase-Encoded Binary Scale (PEBS) and the optical sensor array do not match, data processing is used to align these axes through image rotation to obtain the XY position at each point. . The preliminary rotation angle θ may be calculated by applying a 2D fast Fourier transform (FFT) to the image of the FFT region of interest (FFT ROI). Two images of the first preliminary region of interest ROI1 and the second preliminary region of interest ROI2 are cut out to an appropriate size to form a first region of interest ROI1 ′ and a second region of interest ROI2 ′, respectively. The first region of interest ROI1 ′ and the second region of interest ROI2 ′ are rotated by a preliminary rotational angle θ to be suitable for data processing. The center positions of the
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the spirit of the invention will be fully conveyed to those skilled in the art. In the drawings, the components are exaggerated for clarity. Portions denoted by like reference numerals denote like elements throughout the specification.
2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)은 평면상에 이차원적으로 배열된다. 카메라는 상기 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)의 전부 또는 일부를 촬상하여 스케일 이미지(110')를 제공한다. 상기 스케일 이미지(110')의 픽셀 좌표축은 상기 2차원 절대 위치 이진 스케일(100)의 데이터 셀들의 좌표축에 대하여 회전할 수 있다. 2차원 절대 위치 이진 스케일(110)을 설명하기 위하여 1차원 절대 위치 이진 코드 스케일이 설명된다.The two-dimensional absolute position
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 절대 위치 이진 코드 스케일을 설명하는 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a one-dimensional absolute position binary code scale according to an embodiment of the present invention.
[단일 트랙 이진 코드 스케일][Single Track Binary Code Scale]
도 1을 참조하면, 1차원 절대 위치 이진 코드 스케일은 절대 위치 이진 코드를 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체하여 형성된다. 절대 위치 이진 코드는 의사 랜덤 코드(Pseudo-Random-Code)에 의하여 형성될 수 있다. 절대 위치 이진 코드(absolute position binary code; APBC)의 하나의 데이터 비트(one data bit)을 나타내는 데이터 셀(data cell)은 3개의 섹션으로 구성된다. 하나의 데이터 셀은 데이터 섹션(data section; D), 클락 섹션(clock section; C), 및 중립 섹션(neutral section; N)을 포함한다. 각 섹션은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트(segment)를 포함한다. 따라서, 각 데이터 셀은 3 개 이상의 세그먼트로 구성된다. 상기 데이터 섹션(D)은 3 세그먼트이고, 상기 중립 섹션(N)은 2 세그먼트이고, 상기 클락 섹션(C)은 3 세그먼트일 수 있다. 절대 위치 이진 코드는 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체되어 1차원 스케일로 패턴화된다.Referring to FIG. 1, a one-dimensional absolute position binary code scale is formed by replacing an absolute position binary code with a predetermined code (or data cell). The absolute position binary code may be formed by a pseudo-random-code. A data cell representing one data bit of absolute position binary code (APBC) consists of three sections. One data cell includes a data section (D), a clock section (C), and a neutral section (N). Each section contains one or more evenly spaced segments. Thus, each data cell consists of three or more segments. The data section D may be three segments, the neutral section N may be two segments, and the clock section C may be three segments. The absolute position binary code is replaced with a predetermined sign (or data cell) and patterned on a one-dimensional scale.
상기 데이터 셀이 "0" 상태 (제1 이진 상태)를 나타내기 위하여, 상기 데이터 섹션(D)과 상기 클락 섹션(C)은 다른 이진 상태(다른 광반사율, 다른 광투과율)를 가지고, 상기 중립 섹션(N)은 상기 클락 섹션(C)과 동일한 상태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 데이터 섹션(D)은 높은 반사율을 가지도록 도전성 물질로 코딩되고, 상기 클락 섹션(C) 및 상기 중립 섹션(N)은 투명할 수 있다.In order for the data cell to exhibit a " 0 " state (first binary state), the data section D and the clock section C have different binary states (different light reflectivity, different light transmittance), and the neutral Section (N) may have the same state as the clock section (C). For example, the data section D may be coded with a conductive material to have a high reflectance, and the clock section C and the neutral section N may be transparent.
데이터 셀이 "1" 상태 (제2 이진 상태)를 나타내기 위하여, 상기 데이터 섹션(D)과 상기 클락 섹션(C)은 서로 위치를 교환할 수 있다.The data section D and the clock section C may exchange positions with each other in order for the data cell to exhibit a " 1 " state (second binary state).
"0" 상태 (제1 이진 상태)를 나타내는 데이터 셀은 연속적으로 배열된 데이터 섹션(D), 중립 섹션(N), 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다. "1" 상태 (제2 이진 상태)를 나타내는 데이터 셀은 연속적으로 배열된 중립 섹션(N), 데이터 섹션(D), 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다.A data cell representing a "0" state (first binary state) may have data sections D, neutral sections N, and clock sections C arranged in succession. A data cell exhibiting a " 1 " state (second binary state) can have a neutral section N, a data section D, and a clock section C arranged in succession.
상기 클락 섹션(C)은 주기적인 위치에서 반복되고, 상기 클락 섹션(C)은 우리에게 데이터 처리를 위한 정렬 키 패턴(alignment key pattern)을 제공할 수 있다.The clock section C is repeated at periodic positions, and the clock section C can provide us with an alignment key pattern for data processing.
상기 데이터 섹션(D)의 위치는 상기 절대 위치 이진 코드에서 각 데이터 셀의 다른 제2 이진 상태를 나타내도록 이동된다. 상기 이동은 상기 클락 섹션(C)을 제외한 다른 부위에서 가능하다. 상기 이동 크기(shift magnitude)는 하나의 세그먼트 폭(one segment width)의 정수 배이다. 상기 중립 섹션(N)은 데이터 섹션(D) 및 클락 섹션(C)에 속하지 않는 세그먼트들이다.The position of the data section D is shifted to represent another second binary state of each data cell in the absolute position binary code. The movement is possible at other sites except for the clock section (C). The shift magnitude is an integer multiple of one segment width. The neutral section (N) is segments that do not belong to the data section (D) and the clock section (C).
구체적으로, 각 데이터 셀은 8 개의 세그먼트로 구성되고, 데이터 섹션(D)은 3 개의 세그먼트로 구성되고, 중립 섹션(N)은 2개의 세그먼트로 구성되고, 클락 섹션(C)은 3개의 세그먼트로 구성된다. 상기 데이터 섹션(D)은 "1" 상태(제2 이진 상태)를 나타내기 위하여 두개의 세그먼트 만큼 이동된다.Specifically, each data cell consists of eight segments, the data section (D) consists of three segments, the neutral section (N) consists of two segments, and the clock section (C) consists of three segments. It is composed. The data section D is moved by two segments to indicate the " 1 " state (second binary state).
상기 절대 위치 이진 코드의 서브-분할이 높은 해상도를 얻기 위하여 요구된다. 서브-분할된 절대 위치(sub-divided absolute position)는 상기 데이터 섹션들의 위치들을 감지하여 계산된다.Sub-division of the absolute position binary code is required to obtain high resolution. Sub-divided absolute position is calculated by sensing the positions of the data sections.
상기 서브-분할 과정은 추가적인 센싱부 또는 데이터 획득없이 절대 위치 디코딩을 위하여 획득된 데이터를 사용하여 수행된다. 본 발명에 따른 위치 측정 방법은 상기 절대 위치 이진 코드을 인코딩하기 위하여 상기 서브-분할에 대한 정보를 제거하지 않는다.The sub-division process is performed using data obtained for absolute position decoding without additional sensing or data acquisition. The position measuring method according to the present invention does not remove the information about the sub-division to encode the absolute position binary code.
따라서, 우리는 상기 서브-분할 과정에서 정확도(accuracy)를 희생하지 않고 절대 위치를 나타내는 어떤 의사-랜덤 코드(Pseudo-Random Code)도 적용할 수 있다.Thus, we can apply any pseudo-random code that represents absolute position in the sub-division process without sacrificing accuracy.
[2차원 이진 코드 스케일][2D Binary Code Scale]
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일의 2차원 데이터 셀들을 나타내는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating two-dimensional data cells of a two-dimensional absolute position binary code scale according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)은 2차원 절대 위치 이진 코드를 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체하여 형성된다. 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일은 두 개의 1차원 절대 위치 이진 코드를 2차원적으로 배열한 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 2차원 데이터 셀은 (0,0) 상태, (0,1) 상태, (1,0) 상태, 및 (1,1) 상태를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 2차원 데이터 셀은 4 종류로 구분된다.Referring to FIG. 2, a two-dimensional absolute position
상기 2차원 데이터 셀들은 기준 좌표계(X-Y)에서 제1 방향(X축 방향)의 절대 위치 이진 코드와 제2 방향(Y축 방향)의 절대 위치 이진 코드의 조합에 의하여 형성된다. The two-dimensional data cells are formed by a combination of an absolute position binary code in a first direction (X-axis direction) and an absolute position binary code in a second direction (Y-axis direction) in the reference coordinate system X-Y.
상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계(X-Y)의 제1 방향(X축 방향)으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드와 제2 방향(Y축 방향)으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성된다. 상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함한다. 상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”) 또는 제2 상태(“0”)를 나타낸다. 서로 직교하는 한 쌍의 상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드는 그 교점에 2차원 데이터 셀들을 형성한다.The two-dimensional absolute position scale is a combination of a first absolute position binary code arranged in a first direction (X-axis direction) of the reference coordinate system XY and a second absolute position binary code arranged in a second direction (Y-axis direction). It includes two-dimensional data cells consisting of. Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code is composed of one-dimensional data cells. The one-dimensional data cell includes a data section, a neutral section, and a clock section. The one-dimensional data cell represents a first state ("0") or a second state ("0"). The pair of first absolute position binary codes and the second absolute position binary codes orthogonal to each other form two-dimensional data cells at their intersections.
(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다.A two-dimensional data cell representing a (0,0) state is a data section D representing a "0" of a second absolute position binary code in a second direction and a "0" of a first absolute position binary code in a first direction. It is marked so as to exhibit different optical properties at the intersection of the data section D that it represents.
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다A two-dimensional data cell representing a (0,1) state is a data section D representing a "1" of a second absolute position binary code in a second direction and a "0" of a first absolute position binary code in a first direction. Marked to exhibit different optical properties at the intersection of the data section (D) it represents
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다A two-dimensional data cell representing a (1,0) state is a data section D representing a "0" of a second absolute position binary code in a second direction and a "1" of a first absolute position binary code in a first direction. Marked to exhibit different optical properties at the intersection of the data section (D) it represents
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 제2 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 제1 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 다른 광 특성을 나타내도록 마킹된다.The two-dimensional data cell representing the (1,1) state has a data section D representing the "1" of the second absolute position binary code in the second direction and "1" of the first absolute position binary code in the first direction. It is marked so as to exhibit different optical properties at the intersection of the data section D that it represents.
즉, (0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향(X 축)으로 투영된 경우, “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향(Y 축으로 투영된 경우 “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.That is, a two-dimensional data cell representing a (0,0) state provides a one-dimensional data cell representing a "0" state when projected in the first direction (X axis), and is projected in the second direction (Y axis). In this case, a one-dimensional data cell representing a "0" state is provided.
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.A two-dimensional data cell representing the (0,1) state provides a one-dimensional data cell representing the "0" state when projected in the first direction, and a one-dimensional representing the "1" state when projected in the second direction. Provide a data cell.
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “0” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.A two-dimensional data cell representing the (1,0) state provides a one-dimensional data cell representing the "1" state when projected in the first direction, and a one-dimensional representing the "0" state when projected in the second direction. Provide a data cell.
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제1 방향으로 투영된 경우, “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공하고, 제2 방향으로 투영된 경우 “1” 상태를 나타내는 1차원 데이터 셀을 제공한다.A two-dimensional data cell representing the (1,1) state provides a one-dimensional data cell representing the "1" state when projected in the first direction, and a one-dimensional representing the "1" state when projected in the second direction. Provide a data cell.
제1 절대 위치 이진 코드 및 제2 절대 위치 이진 코드 각각을 구성하는 하나의 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션(data section; D), 클락 섹션(clock section; C), 및 중립 섹션(neutral section; N)을 포함한다. 각 섹션은 하나 이상의 세그먼트(segment)를 포함한다. 1차원 데이터 셀 각각은 제1 상태(“0”) 또는 제2 상태(“0”)를 나타낸다. 제1 상태(“0”)를 가지는 1차원 데이터 셀은 순차적으로 배열된 데이터 섹션(data section; D), 중립 섹션(N), 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다. 제2 상태(“1”)를 가지는 1차원 데이터 셀은 순차적으로 배열된 중립 섹션(N), 데이터 섹션(D) 및 클락 섹션(C)을 가질 수 있다. 상기 데이터 섹션(D)은 상기 중립 섹션(N) 및 클락 섹션(C)과 다른 광 특성을 가진다. 상기 데이터 섹션(D)은 3 세그먼트이고, 상기 중립 섹션(N)은 2 세그먼트이고, 상기 클락 섹션(C)은 3 세그먼트일 수 있다. 각 세그먼트는 일정한 간격을 가질 수 있다. 1차원 데이터 셀은 총 8 세그먼트일 수 있다. 이에 따라, 하나의 2차원 데이터 셀은 8 X 8 세그먼트로 구성될 수 있다.One one-dimensional data cell constituting each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code is a data section (D), a clock section (C), and a neutral section (N). ). Each section contains one or more segments. Each one-dimensional data cell represents a first state ("0") or a second state ("0"). A one-dimensional data cell having a first state (“0”) may have a data section (D), a neutral section (N), and a clock section (C) arranged sequentially. A one-dimensional data cell having a second state (“1”) may have a neutral section (N), a data section (D), and a clock section (C) arranged sequentially. The data section (D) has different optical properties than the neutral section (N) and clock section (C). The data section D may be three segments, the neutral section N may be two segments, and the clock section C may be three segments. Each segment may have a constant spacing. One-dimensional data cells may be a total of eight segments. Accordingly, one two-dimensional data cell may be composed of 8
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 절대 위치이진 코드 스케일을 나타내는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a two-dimensional absolute position binary code scale according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 절대 위치 이진 코드는 의사 랜덤 코드(Pseudo Random Code)로 선택될 수 있다. 3 비트의 상기 의사 랜덤 코드(또는 절대 위치 이진 코드)의 시퀀스는 '001110100'일 수 있다. 의사 랜덤 코드는 3 비트의 코드워드(code word)를 포함할 수 있다. 하나의 코드워드는 디코딩되어 특정한 위치를 표시할 수 있다. 의사 랜덤 코드의 각 비트는 “제1 상태(HIGH)” 또는 “제2 상태(LOW)”를 나타낸다.Referring to FIG. 3, an absolute position binary code may be selected as a pseudo random code. The sequence of three bits of the pseudo random code (or absolute position binary code) may be '001110100'. The pseudo random code may include a 3-bit code word. One codeword may be decoded to indicate a particular location. Each bit of the pseudo random code represents a "first state (HIGH)" or a "second state (LOW)".
의사 랜덤 코드의 시퀀스는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 배열되고, 이에 대응하는 2차원 데이터 셀들이 형성된다. 상기 2차원 데이터 셀은 (0,0) 상태, (0,1) 상태, (1,0) 상태, 또는 (1,1) 상태를 나타낼 수 있다.The sequence of pseudo random codes is arranged in the first direction X and the second direction Y, and corresponding two-dimensional data cells are formed. The two-dimensional data cell may represent a (0,0) state, a (0,1) state, a (1,0) state, or a (1,1) state.
상기 2차원 절대 위치이진 코드 스케일은 2차원 절대 위치 이진 코드(또는 2차원 의사 랜덤 코드)를 소정의 부호(또는 데이터 셀)로 대체하여 형성된다.The two-dimensional absolute position binary code scale is formed by replacing a two-dimensional absolute position binary code (or two-dimensional pseudo random code) with a predetermined code (or data cell).
상기 2차원 절대 위치이진 코드 스케일(110)은 제1 방향 및 제2 방향에서 적어도 하나의 코드 워드를 포함하도록 카메라에 의하여 촬상되어 스케일 이미지를 제공할 수 있다. 상기 스케일 이미지는 디코딩되어 제1 방향(X)의 코드워드가 추출되고, 제2 방향(Y)의 코드 워드가 추출될 수 있다. 추출된 코드워드는 절대 위치로 변환될 수 있다. 또한, 데이터 셀의 서브 분할에 의하여, 위상이 산출될 수 있다. 상기 코드워드와 상기 위상은 정밀한 절대 위치를 제공할 수 있다.The two-dimensional absolute position
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.4 illustrates a two-dimensional binary code scale and scale image according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 2차원 이진 코드 스케일(110)을 촬상한 스케일 이미지(110')는 좌표축 별로 하나 이상의 코드워드를 추출할 수 있도록 촬상된다.Referring to FIG. 4, the
상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 좌측에는 3 비트의 1차원 스케일 및 제1 방향(X축)으로 평균화된 제2 방향 강도 프로파일이 각각 표시된다.On the left side of the two-dimensional
상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 상측에는 3비트의 1차원 스케일 및 제2 방향(Y축)으로 평균화된 제1 방향 강도 프로파일이 각각 표시된다.Above the two-dimensional
제1 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제1 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공한다. 제2 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제2 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 2차원 이진 코드 스케일(110)의 위치가 산출될 수 있다.The first directional intensity profile is decoded to provide the codeword and relative phase of the first direction. The second directional intensity profile may be decoded to provide the codeword and relative phase of the second direction. Accordingly, the position of the 2D
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2차원 이진 코드 스케일 및 스케일 이미지를 나타낸다.5 illustrates a two-dimensional binary code scale and scale image according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 기준 좌표계(X-Y)의 2차원 이진 코드 스케일(110)은 카메라에 의하여 획득된 사각형 형상의 스케일 이미지(110')에 대하여 회전할 수 있다. 상기 2차원 이진 코드 스케일(110)은 기준 좌표계(X-Y)의 축 방향을 따라 배열되고, 스케일 이미지(110')은 회전 좌표계(X'-Y')의 축 방향을 따라 배열될 수 있다. 상기 기준 좌표계(X-Y)와 상기 회전 좌표계(X'-Y')는 회전각(Θ)만큼 회전할 수 있다. 상기 스케일 이미지(110')로부터 스케일 이미지(110')의 중심 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)의 산출이 요구된다.Referring to FIG. 5, the two-dimensional
우선, 상기 스케일 이미지(110')의 전부 또는 일부가 선택되어 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)이 선택될 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)는 푸리어 변환을 통하여 예비 회전각(θ)을 제공할 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)은 정사각형 형상일 수 있다.First, all or part of the
이어서, 상기 예비 회전각(θ)으로 회전한 스케일 이미지(110')는 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 좌표축을 따라 절단되어 관심 영역(ROI)을 형성할 수 있다. 상기 관심 영역(ROI)은 정사각형 형태이고, 좌표축 별로 적어도 하나의 코드워드를 포함할 수 있다. 상기 예비 기준 좌표계(X''-Y'')와 상기 기준 좌표계(X-Y)는 오차 범위 내에서 동일할 수 있다. Subsequently, the
상기 관심 영역(ROI)은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X''축)으로 합산되거나 평균화되어 제2 방향 강도 프로파일을 제공할 수 있다. 상기 관심 영역(ROI)은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y''축)으로 합산되거나 평균화되어 제1 방향 강도 프로파일을 제공할 수 있다. 상기 제1 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제1 방향의 코드워드 및 위상을 제공할 수 있다. 상기 제2 방향 강도 프로파일은 디코딩되어 제2 방향의 코드워드 및 상대 위상을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 관심 영역(ROI)의 위치가 산출될 수 있다.The ROI may be summed or averaged in the first direction (X ″ axis) of the preliminary reference coordinate system X ″ -Y ″ to provide a second direction intensity profile. The ROI may be summed or averaged in the second direction (Y ″ axis) of the preliminary reference coordinate system X ″ −Y ″ to provide a first direction intensity profile. The first directional strength profile may be decoded to provide a codeword and phase of the first direction. The second directional intensity profile may be decoded to provide a codeword and a relative phase of the second direction. Accordingly, the location of the ROI may be calculated.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 관심 영역을 나타낸다.6 illustrates a scale image, a Fourier transform region of interest, and a region of interest according to another embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)이 사용된다. 2차원 이진 코드 스케일(110)에서, 그레이(gray colour) 칼라와 백색 칼라(white colors)는 각각 반사 영역과 비반사 영역을 나타낸다. n-비트 선형 시프트 되먹임 레지스터(n-bit linear shift feedback register; LSFR)는 절대 위치 이진 코드의 발생을 위하여 사용되었다. 상기 절대 위치 이진 코드(APBC)는 모든 n 비트가 제로-상태인 경우를 제외하고 2n-1 개수의 조합을 가진다. 광센서 어레이의 하나의 픽셀의 폭이 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)의 하나의 세그먼트의 폭에 대응하도록 광학계의 배율이 조절될 수 있다. 상기 광센서 어레이는 2차원 스케일의 강도 프로파일 또는 이미지를 획득한다. 상기 광센서 어레이는 1286X960 픽셀 어레이를 가질 수 있다.Referring to FIG. 6, a two-dimensional absolute position
절대 위치 이진 코드 (APBC)가 인코딩되는 2차원 스케일은 2 개의 단일 트랙 이진 코드 스케일을 직교적으로 중첩한 후, 교점들에 특정한 광학 특성을 제공으로써 구성된다. 단일 트랙 이진 코드 스케일은 절대 위치 이진 코드(APBC)의 데이터 비트를 나타내는 일련의 데이터 셀들로 구성된다. The two-dimensional scale in which the absolute position binary code (APBC) is encoded is constructed by orthogonally overlaping two single track binary code scales and then providing specific optical properties at the intersections. A single track binary code scale consists of a series of data cells representing the data bits of an absolute position binary code (APBC).
각 데이터 셀의 클록 섹션 (C)은 데이터 처리를 위한 정렬키 패턴을 제공하기 위해 주기적인 위치(periodic positions)에서 반복된다. 데이터 섹션 (D)의 위치는 중립 섹션 (N)과 교환되어 절대 위치 이진 코드(APBC)에서 각 셀의 이진 상태를 나타낸다. 다중 비트 2 진 코드(multi-bit binary code )는 이진 코드 스케일(binary code scale)의 스케일 이미지를 분석하여 절대 위치를 식별하기 위해 디코딩되며, 데이터 섹션의 위치는 서브-분할 프로세스(sub-division process.)를 통해 더 높은 해상도로 감지된다.The clock section C of each data cell is repeated in periodic positions to provide an alignment key pattern for data processing. The position of the data section (D) is exchanged with the neutral section (N) to represent the binary state of each cell in the absolute position binary code (APBC). The multi-bit binary code is decoded to identify the absolute position by analyzing the scale image of the binary code scale, and the position of the data section is sub-division process. .) Is detected at a higher resolution.
2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)은 기준좌표계(X-Y)에서 좌표축을 따라 배열된 2차원 데이터 셀들을 포함한다. 한편, 스케일 이미지(110')는 회전좌표계(X'-Y')에서 광 센서 어레이의 픽셀들의 배열축을 따라 배열된 픽셀들을 포함한다.The two-dimensional absolute position
스케일 이미지(110')의 중심점에서의 절대 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)은 등거리(L) 만큼 떨어진 제1 위치(X1, Y1)과 제2 위치(X2, Y2)을 사용하여 다음과 같이 계산된다.The absolute position (X, Y) and the rotation angle (Θ) at the center point of the scale image 110 'are obtained by using the first position (X1, Y1) and the second position (X2, Y2) separated by an equidistant distance (L). Calculated as
[수학식 1][Equation 1]
2차원 위상 인코딩된 이진 스케일(2D Phase-Encoded Binary Scale; PEBS)의 기준 좌표계(X-Y)의 좌표축과 광센서 어레이의 회전 좌표계(X'-Y')의 좌표축이 일치하지 않을 때, 데이터 처리를 사용하여 제1 위치(X1,Y1)와 제2 위치(X2,Y2)를 얻기 위해 이미지 회전이 수행된다. 회전 좌표계(X'-Y')는 광센서 어레이의 픽셀 좌표축일 수 있다.When the coordinate axis of the reference coordinate system XY of the 2D phase-encoded binary scale (PEBS) does not coincide with the coordinate axis of the rotational coordinate system X'-Y 'of the optical sensor array, the data processing is performed. Image rotation is performed to obtain the first position X1, Y1 and the second position X2, Y2. The rotation coordinate system X'-Y 'may be a pixel coordinate axis of the optical sensor array.
상기 광센서 어레이가 촬상한 스케일 이미지(110') 중에서 사각형 형상의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)이 선택될 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)의 픽셀 수는 회전 좌표계(X'-Y')의 축 별로 2n 개일 수 있다. 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)은 데이터 처리 시간을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 구체적으로, 제1 축(X'축)의 픽셀 수는 256개이고, 제2 축(Y'축)의 픽셀 수는 256일 수 있다. A quadrature Fourier transform region of interest (FFT ROI) may be selected from the
[예비 회전각(θ)의 추출 ][Extraction of Preliminary Rotation Angle (θ)]
도 7은 도 6의 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한 결과이다.FIG. 7 is a result of Fourier transforming the Fourier transform region of interest FFT ROI of FIG. 6 into the spatial frequency domain FX-FY.
도 7을 참조하면, 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 공간 주파주 도메인(FX-FY)으로 푸리어 변환한다. 상기 푸리어 변환된 푸리어 변환 스펙트럼은 푸리어 도메인에서 4 개의 피크를 보인다. 상기 푸리어 변환된 푸리어 변환 스펙트럼에 직류 성분을 제거하는 DC 필터를 인가한다. 이에 따라, 4 개의 피크가 추출된다. 4 개의 피크 스펙트럼 중에서 하나를 선택하여, 공간 주파주 도메인의 중심점(원점)을 기준으로 예비 회전 각도(θ)가 구해진다.Referring to FIG. 7, the Fourier transform region of interest FFT ROI is Fourier transformed into a spatial frequency domain FX-FY. The Fourier transformed Fourier transform spectrum shows four peaks in the Fourier domain. A DC filter for removing a DC component is applied to the Fourier transformed Fourier transform spectrum. Thus, four peaks are extracted. By selecting one of four peak spectra, the preliminary rotation angle [theta] is obtained based on the center point (origin) of the spatial frequency domain.
구체적으로, 예비 회전 각도(θ)은 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)에 2D 고속 푸리에 변환 (FFT)을 적용하여 계산될 수 있다. 공간 주파주 도메인(FX-FY)에서, 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)은 DC 성분을 제외하고 4 개의 포인트로 표시될 수 있다. 예를 들어, 상기 푸리어 변환 관심 영역 (FFT ROI)의 예비 회전 각도(θ)는 1 사분면에 존재하는 피크 스펙트럼에 대하여 공간 주파주 도메인의 중심점(원점)을 기준으로 다음과 같이 계산될 수 있다. Specifically, the preliminary rotation angle θ may be calculated by applying the 2D fast Fourier transform (FFT) to the Fourier transform region of interest (FFT ROI). In the spatial frequency domain FX-FY, the Fourier transform region of interest (FFT ROI) may be represented by four points excluding the DC component. For example, the preliminary rotation angle θ of the Fourier transform region of interest FFT ROI may be calculated as follows based on the center point (origin) of the spatial frequency domain with respect to the peak spectrum present in the first quadrant. .
[수학식 2][Equation 2]
다시, 도 6을 참조하면, 상기 광센서 어레이의 전체 이미지(1286X960 픽셀) 중에서 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 제2 예비 관심 영역(ROI2)이 선택될 수 있다. 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 상기 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 전체 스케일 이미지(110')의 중심점을 기준으로 회전 좌표계(X'-Y')의 제1 방향(X'방향)으로 대칭적으로 일정한 간격(L) 또는 관심 영역 오프셋(ROI offset; L)을 가지도록 선택될 수 있다.Referring back to FIG. 6, a first preliminary ROI ROI and a second preliminary ROI ROI2 may be selected from the entire image (1286 × 960 pixels) of the photosensor array. The first preliminary ROI and the second preliminary ROI include a first direction (X 'direction) of the rotation coordinate system X'-Y' with respect to the center point of the full scale image 110 '. It can be selected to have a symmetrically constant interval (L) or ROI offset (L) symmetrically.
도 8은 도 7의 제2 예비 관심 영역(ROI2)의 예비 회전 각도(θ)로 회전과 회전된 예비 기준 좌표계(X''-Y'')에서 절단된 제2 관심 영역(ROI2') 및 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 Y'' 축 방향으로 합산한 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 나타낸다.8 shows a
도 8을 참조하면, 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1) 및 상기 제2 예비 관심 영역(ROI2) 각각은 예비 회전 각도(θ) 만큼 기준 좌표계(X-Y)에 대하여 시계 방향으로 회전한다.Referring to FIG. 8, each of the first preliminary ROI ROI and the second preliminary ROI ROI rotates in a clockwise direction with respect to the reference coordinate system X-Y by the preliminary rotation angle θ.
회전된 제1 예비 관심 영역(ROI1)은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 축 방향으로 적어도 하나의 코드워드를 포함하도록 정사각형 형태로 절단되어 제1 관심 영역(ROI1')을 제공할 수 있다. 제1 관심 영역(ROI1')의 픽셀 수는 184 X 184 일 수 있다. 스케일(110)은 10 비트의 이진코드를 사용한다. 184 픽셀은 8 세그먼트(또는 픽셀)로 구성된 23개의 데이터 셀들에 대응될 수 있다. 23 비트는 10 비트의 코드워드를 분석하기 충분하다.The rotated first preliminary ROI is cut into a square shape to include at least one codeword in the axial direction of the preliminary reference coordinate system X ''-Y '' to provide the first ROI1 '. can do. The number of pixels of the first region of interest ROI1 ′ may be 184 × 184.
또한, 회전된 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 축 방향으로 적어도 하나의 코드워드를 포함하도록 정사각형 형태로 절단되어 제2 관심 영역(ROI2')을 제공할 수 있다.In addition, the rotated second preliminary ROI ROI2 is cut into a square shape to include at least one codeword in the axial direction of the preliminary reference coordinate system X ''-Y '' to form the second ROI2 '. Can be provided.
상기 제1 관심 영역(ROI1')은 데이터 처리를 통하여 그 중심의 절대 위치(X1,Y1)를 제공할 수 있다. 또한, 상기 제2 관심 영역(ROI2')은 데이터 처리를 통하여 그 중심의 절대 위치(X2,Y2)를 제공할 수 있다.The first region of interest ROI1 ′ may provide absolute positions X1 and Y1 of the center through data processing. In addition, the second region of interest ROI2 ′ may provide absolute positions X2 and Y2 of the center through data processing.
데이터 처리를 통해 계산된 제1 관심 영역(ROI1')과 제2 관심 영역(ROI2')의 중심 위치((X1,Y1), (X2,Y2))가 산출된다. 이어서, 수학식 (1)을 수행하여 절대 위치(X,Y)와 회전각 (Θ)을 얻는다.The center positions (X1, Y1) and (X2, Y2) of the first ROI ROI and the second ROI ROI calculated through data processing are calculated. Subsequently, the absolute position (X, Y) and the rotation angle Θ are obtained by performing Equation (1).
[관심 영역의 데이터 처리] [Data processing in the area of interest]
상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X''축 방향)으로 합산 또는 평균화하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))은 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화되어 안정성을 향상시킨다. The pixels constituting the first ROI1 'are summed or averaged in a first direction (X' '-axis direction) of the preliminary reference coordinate system X' '-Y' 'to the first ROI1'. Second directional intensity profile Isum (y). The second direction intensity profile Isum (y) of the first region of interest ROI1 ′ is summed or averaged in the first direction X ″ of the preliminary reference coordinate system X ″ -Y '' to improve stability. Improve.
상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y''축 방향)으로 합산 또는 평균화되어 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다.The pixels constituting the first ROI1 'are summed or averaged in a second direction (Y' '-axis direction) of the preliminary reference coordinate system X' '-Y' 'to form the first ROI1'. Is the first directional intensity profile Isum (x).
상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의제1 방향(X'' 축 방향)으로 합산 또는 평균화하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다.The pixels constituting the second ROI ROI2 'are summed or averaged in a first direction (X' 'axis direction) of the preliminary reference coordinate system X' '-Y' 'to form the second ROI2'. Provides a second directional intensity profile of Isum (y).
상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준좌표계(X''-Y'')의제2 방향(Y'' 축 방향)으로 합산 또는 평균화되어 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다.The pixels constituting the second region of interest ROI2 'are summed or averaged in the second direction (Y' 'axis direction) of the preliminary reference coordinate system X' '-Y' 'to form the second region of interest ROI2'. Provides a first directional intensity profile of Isum (x).
예시적으로, 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))로부터 절대 위치를 추출하는 방법이 이하 설명된다.For example, a method of extracting an absolute position from the first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′ is described below.
8 X 8 세그먼트를 가진 2차원 데이터 셀의 경우, 8 X n 픽셀 이상의 세기 프로파일이 n-비트 절대 위치 이진 코드(APBC)의 데이터 처리를 위하여 요구된다. n 비트의 데이터 셀들의 상태는 코드 워드를 제공하고, 상기 코드 워드는 룩업 데이블(look-up table)을 통하여 대략 절대 위치(coarse absolute positio)로 변환된다. 이어서, 데이터 셀들의 위상을 산출하여, 정밀한 절대 위치가 산출된다.For two-dimensional data cells with 8 x 8 segments, an intensity profile of 8 x n pixels or more is required for data processing of n-bit absolute position binary code (APBC). The state of the n bits of data cells provides a code word, which is converted into a coarse absolute positio through a look-up table. The phases of the data cells are then calculated to yield a precise absolute position.
제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))는 10-비트 이진 코드의 경우에는 80 픽셀 이상을 포함할 수 있다. 본 예시에는, 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))은 184 픽셀을 포함한다.The first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′ may include 80 pixels or more in the case of a 10-bit binary code. In this example, the first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′ comprises 184 pixels.
상기 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))로부터, 상기 서브-분할된 해상도를 가진 상기 절대 위치는 다음의 과정을 통하여 얻어질 수 있다.From the first directional intensity profile Isum (x), the absolute position with the sub-divided resolution can be obtained through the following process.
상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상( y1)을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출된다.The absolute position code and phase (using the second direction intensity profile Isum (y) of the first ROI ') may be y1 ) is extracted and a second direction center position Y1 of the first ROI 'is calculated.
상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상( x1)을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출된다.The absolute position code and phase (using the first directional intensity profile Isum (x) of the first region of interest ROI1 ′) x1 ) is extracted and a first direction center position X1 of the first ROI 'is calculated.
상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상( y2)을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다.Absolute location code and phase (using the second direction intensity profile Isum (y) of the second region of interest ROI2 ') y2 ) is extracted to calculate a second direction center position Y2 of the second region of interest ROI2 ′.
상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상( x2)을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.Using the first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′, an absolute position code and phase ( x2 ) and calculates a first direction center position X2 of the
제1 관심 영역(ROI1')의 중심 위치 (X1, Y1) 및 제2 관심 영역(ROI2')의 중심 위치(X2,Y2)를 이용하여, 스케일 이미지의 중심 좌표(X,Y)와 회전각(Θ)이 수학식 1을 통하여 산출된다.Center coordinates (X, Y) and rotation angle of the scale image using the center positions (X1, Y1) of the first ROI 'and the center positions (X2, Y2) of the second ROI'. (Θ) is calculated through
도 9는 제2 관심 영역(ROI2')의 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 일부, 이에 대응하는 스케일, 및 이에 대응하는 절대 위치 코드를 각각 표시한다.9 shows a part of the first directional intensity profile Isum (x) of the second region of interest ROI2 ′, a scale corresponding thereto, and an absolute position code corresponding thereto, respectively.
[클락 픽셀들(Cp)을 찾는 단계(S110)] [Step S110 of finding clock pixels Cp]
도 9를 참조하면, 우리는 데이터 셀의 클락 섹션(C)과 가장 접근하여 정렬된 클락 픽셀들(Cp)을 찾는다. 상기 클락 픽셀들(Cp)은 8-픽셀 간격을 가지는 픽셀들의 세기 합(Sm)을 확인하여 감지될 수 있다. Referring to FIG. 9, we find the clock pixels Cp most closely aligned with the clock section C of the data cell. The clock pixels Cp may be detected by checking an intensity sum Sm of pixels having an 8-pixel interval.
[수학식 3][Equation 3]
여기서, Ij 는 j 번째 픽셀의 강도를 나타낸다. 상기 클락 섹션들(C)은 주기적인 비-반사적 영역들(periodic non-reflective areas)이기 때문에, 상기 클락 픽셀들(Cp)의 세기 합은 최소값을 가진다. 하나의 데이터 셀의 폭은 하나의 픽셀 서브셋(pixel subset)에 대응된다. 또는 데이터 셀의 하나의 세그먼트는 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))의 하나의 픽셀에 대응된다.Where I j represents the intensity of the j th pixel. Since the clock sections C are periodic non-reflective areas, the sum of the intensities of the clock pixels Cp has a minimum value. The width of one data cell corresponds to one pixel subset. Alternatively, one segment of the data cell corresponds to one pixel of the first directional intensity profile Isum (x).
상기 클락 픽셀 Cp의 차수(order)는 클락 픽셀 인덱스(Cpi = 1, …, 8)로써 할당된다. 7, 15, 23, 및 31 픽셀의 합은 최소값을 가진다. 따라서, 7번째(Cpi =7) 픽셀은 클락 섹션(C)의 중심 세그먼트에 대응된다. The order of the clock pixel Cp is assigned as the clock pixel index (Cpi = 1, ..., 8). The sum of 7, 15, 23, and 31 pixels has a minimum value. Thus, the seventh (Cpi = 7) pixel corresponds to the center segment of the clock section C.
[절대 위치 코드를 찾는 단계(S120)] [Step for finding absolute location code (S120)]
상기 절대 위치 이진 코드(APBC)를 디코딩하기 위하여, 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 상기 클락 픽셀 인덱스를 2 만큼 감소시키는 방향으로 순환적으로 이동(circularly shifting)하여 얻어진다. 이 예제에서, 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)는 5이다.In order to decode the absolute position binary code APBC, an absolute code pixel index Ap is obtained by circularly shifting in the direction of decreasing the clock pixel index by two. In this example, the absolute code pixel index Ap is five.
각 픽셀 서브셋에서 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기들을 사용하여 기준값(약 1600)과 비교된다. 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기가 기준값 이상이면 데이터 셀은 “1”를 나타낸다. 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)에 대응하는 상기 절대 코드 픽셀들(Ap)의 세기가 기준값 미만이면 데이터 셀은 “0”를 나타낸다. 즉, 상기 픽셀 서브셋의 이진 상태들이 결정된다(S124). 즉, 5, 13, 21, 29 픽셀의 값은 기준값과 비교되어, “1100”의 데이터를 나타낸다. 하나의 코드워드를 위하여 계속된 동작을 통하여 10 비트가 판독된다.The intensity of the absolute code pixels Ap corresponding to the absolute code pixel index Ap in each pixel subset is compared with a reference value (about 1600). If the intensity of the absolute code pixels Ap corresponding to the absolute code pixel index Ap is greater than or equal to a reference value, the data cell indicates “1”. If the intensity of the absolute code pixels Ap corresponding to the absolute code pixel index Ap is less than a reference value, the data cell indicates “0”. That is, binary states of the pixel subset are determined (S124). That is, the values of 5, 13, 21, and 29 pixels are compared with the reference value to represent data of "1100". Ten bits are read through the continued operation for one codeword.
만약, 5, 13, 21, 29 픽셀 각각이 모든 상기 절대 코드 픽셀들(Aps)의 평균 세기보다 큰 강도를 가지면, 상기 픽셀을 포함하는 상기 서브셋은 "1" 상태(제2 이진 상태)로 결정된다. 반대의 경우, 상기 서브셋은 "0" 상태(제1 이진 상태)를 나타낸다. 얻어진 이진 코드는 룩업 테이블(lookup table; LUT)을 사용하여 절대 위치 코드 (PLUT) 로 변환된다.If each of the 5, 13, 21, and 29 pixels has an intensity greater than the average intensity of all the absolute code pixels Aps, the subset containing the pixel is determined to be a "1" state (second binary state). do. In the opposite case, the subset represents a " 0 " state (first binary state). The resulting binary code is converted to an absolute location code (P LUT ) using a lookup table (LUT).
상기 절대위치 이진코드(APBC)의 서브-분할은 두 단계로 처리된다. 우선, 우리는 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)를 사용하여 하나의 픽셀의 해상도를 가지는 광센서 어레이와 스케일 사이의 상대 위치를 얻는다. 다음 단계에서, 위상 계산 알고리즘을 사용하여, 상기 데이터 섹션(D)의 상대 위치가 높은 분해능을 가지고 계산된다.The subdivision of the absolute position binary code (APBC) is processed in two steps. First, we use the absolute code pixel index (Api) to get the relative position between the photosensor array and the scale with the resolution of one pixel. In the next step, using a phase calculation algorithm, the relative position of the data section D is calculated with high resolution.
[상기 데이터 픽셀들(Dp)을 찾는 단계(S130)] [Step S130 of finding the data pixels Dp]
상술한 위의 단계에서 얻어진 상기 절대 코드 픽셀 인덱스(Api)로부터, 우리는 상기 데이터 섹션(D)의 위치이고 각 픽셀 서브셋에서 최대 세기를 가질 것으로 기대되는 상기 데이터 픽셀들(Dp)을 위치시킨다(S130).From the absolute code pixel index Ap obtained in the above step, we locate the data pixels Dp which are the position of the data section D and are expected to have the maximum intensity in each pixel subset ( S130).
만약, 상기 서브셋이 "0" 상태를 가지면, Ap로부터 2 픽셀들이 앞선 픽셀은 데이터 픽셀(Dp)로 할당된다. 상기 서브셋이 "1" 상태를 가지면, Ap로부터 1 픽셀이 앞선 픽셀은 데이터 픽셀(Dp)로 할당된다. 즉, 상기 데이터 픽셀들(Dp)은 4, 12, 18, 26 픽셀일 수 있다. If the subset has a "0" state, the pixel two pixels ahead of Ap is assigned to the data pixel Dp. If the subset has a state of " 1 ", a pixel one pixel before Ap is assigned to the data pixel Dp. That is, the data pixels Dp may be 4, 12, 18, and 26 pixels.
[위상 계산 단계]Phase calculation phase
상기 데이터 섹션(D)의 정밀한 상대 위치는 데이터 픽셀(Dp) 주위의 픽셀 값들을 사용하여 계산된다. 상기 데이터 픽셀(Dp) 주위의 3 개 픽셀들의 세기 분포는 모든 픽셀 서브셋에 동일할 수 있다. 동일 차수의 픽셀 값들의 평균(averages of the pixel values of the same order)은 정밀 상대 위치를 계산하기 위하여 사용된다. 따라서, 우리는 각 Dp의 상대 위치의 반복적 계산을 피할 수 있다.The precise relative position of the data section D is calculated using the pixel values around the data pixel Dp. The intensity distribution of the three pixels around the data pixel Dp may be the same for all pixel subsets. Averages of the pixel values of the same order are used to calculate the precise relative position. Thus, we can avoid iterative calculation of the relative position of each Dp.
만약 데이터 픽셀(Dp) 주위의 강도 프로파일이 비-이상적인 사인파형을 가진다고 가정하고, 3차항 이상의 고조파 항이 낮은 개구수(numerical aperture) 광학계를 사용하여 감소된다면, 데이터 픽셀(Dp) 주위의 각 픽셀은 π/3의 위상 차이를 가지고, 데이터 픽셀(Dp) 주위의 5 개 픽셀의 강도 값은 다음과 같이 표현된다.If the intensity profile around the data pixel Dp is assumed to have a non-ideal sinusoidal waveform, and if harmonic terms above the third order term are reduced using low numerical aperture optics, then each pixel around the data pixel Dp With a phase difference of π / 3, the intensity values of the five pixels around the data pixel Dp are expressed as follows.
[수학식 4][Equation 4]
여기서, Ii,j(j=-2,...,2)는 i번째 데이터 셀의 데이터 픽셀(Dp) 주위의 강도값이다. A1, A2, A3는 각각 강도 프로파일의 0차, 1차, 2차 푸리어 성분이다. 는 광센서 어레이의 픽셀에 대한 데이터 섹션의 정밀 상태 위치에 의하여 정해지는 위상이다.Here, I i, j (j = -2, ..., 2) is an intensity value around the data pixel Dp of the i-th data cell. A 1 , A 2 , and A 3 are the 0th, 1st and 2nd Fourier components of the intensity profile, respectively. Is the phase determined by the precise state position of the data section with respect to the pixels of the photosensor array.
만약, 각 픽셀의 강도값이 두 이웃하는 픽셀의 강도 값으로 이동-평균(shift-averaged)된다면, 이들 3 픽셀의 평균 강도 값은 다음과 같이 계산된다.If the intensity value of each pixel is shift-averaged to the intensity value of two neighboring pixels, the average intensity value of these three pixels is calculated as follows.
[수학식 5][Equation 5]
평균 강도 값에서, 3차 고조파 항은 π의 위상차를 가지는 3차 항들의 합에 의하여 제거된다. 따라서, 이들 강도값들을 사용하여, 우리는 다음과 같이 비선형 에러 없는 상대 위상()을 계산할 수 있다.In the mean intensity value, the third harmonic term is removed by the sum of the third order terms having a phase difference of π. Therefore, using these intensity values, we can calculate the relative phase without the nonlinear error as ) Can be calculated.
[수학식 6][Equation 6]
여기서, 상대 위상의 계산에 사용되는 n은 데이터 셀의 수이다.Here, n used to calculate the relative phase is the number of data cells.
상기 위상()은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가진다.The phase ( ) Ranges from -π / 2 to -π.
그러나, Dp와 다른 인접한 픽셀(another adjacent pixel)이 유사한 세기 값들을 가지면, 이들 인접한 픽셀들의 합은 Dp들의 합보다 클 수 있고, 상기 위상은 -π/2 부터 -π 범위의 값을 가지지 않는다. 아크탄젠트 함수(arctangent function)의 불연속성 때문에, 상기 위상 값은 -π 근처에서 급격한 변화를 보인다. 상기 불연속성을 보상하기 위하여, 우리는 상기 위상이 양의 값을 가지면 계산된 위상에서 2π를 뺀다.However, if Dp and another adjacent pixel have similar intensity values, the sum of these adjacent pixels may be greater than the sum of Dp, and the phase does not have a value in the range -π / 2 to -π. Because of the discontinuity of the arctangent function, the phase value shows a sharp change near -π. To compensate for the discontinuity, we subtract 2π from the computed phase if the phase has a positive value.
[절대 위치 값을 계산하는 단계(S150)][Step Calculate Absolute Position Value (S150)]
절대 위치 값(Pabs)은 다음식으로 주어진다.The absolute position value Pabs is given by
[수학식 7][Equation 7]
우변의 제1 항은 하나의 셀의 분해능을 가진 디코딩된 절대 위치이다. 둘째 항은 특정한 픽셀을 나타낸다. 8은 하나의 셀 당 픽셀의 개수이다. 세째 항은 하나의 픽셀 내에서 Dp의 상대 위상이다. 여기서, 변환 인자(conversion factor)는 3/4이다. Dp의 사인파형 프로파일의 피치는 6 픽셀이고, 하나의 셀의 피치는 8 픽셀이다. 길이 방향의 절대 위치 값(Pabs)을 얻기 위하여, 세 항의 합은 상기 데이터 셀의 피치(pitch of the data cell; p)로 곱해진다.The first term on the right side is the decoded absolute position with the resolution of one cell. The second term represents a particular pixel. 8 is the number of pixels per cell. The third term is the relative phase of Dp in one pixel. Here, the conversion factor is 3/4. The pitch of the sinusoidal profile of Dp is 6 pixels and the pitch of one cell is 8 pixels. To obtain the absolute position value Pabs in the longitudinal direction, the sum of the three terms is multiplied by the pitch of the data cell (p).
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법에 따른 스케일 이미지, 푸리어 변환 관심 영역, 예비 관심영역, 및 관심 영역을 설명하는 개념도이다.FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a scale image, a Fourier transform region of interest, a preliminary region of interest, and a region of interest according to another embodiment of the present disclosure.
도 11은 도 10의 제1 관심 영역(ROI1') 및 제1 방향(X'')으로 합산된 제2 방향 강도 프로파일을 나타낸다.FIG. 11 illustrates a second direction intensity profile summed in the first region of interest ROI1 ′ and the first direction X ″ in FIG. 10.
도 12는 도 10의 제3 관심 영역(ROI3') 및 제2 방향(Y'')으로 합산된 제1 방향 강도 프로파일을 나타낸다.FIG. 12 illustrates the first direction intensity profile summed in the
도 10을 참조하면, 스케일 이미지(110')는 중심 위치에 가장 자리로 진행함에 따라 강도가 점차 감소하는 형태를 가질 수 있다. 이러한 스케일 이미지(110')는 스케일에 광을 조사하는 광원의 공간 프로파일에 의존할 수 있다. 따라서, 광원의 포탄형 공간 분포에 민감하지 않는 회전각(Θ) 및 중심 위치를 산출하는 방법이 요구된다. 즉, 관심 영역(ROI)의 강도 프로파일은 회전된 스케일 이미지의 중심에서 반경 방경으로 합산 또는 평균될 수 있다.Referring to FIG. 10, the
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법은 2차원 절대 위치 스케일(110)을 이용한다. 광센서 어레이는 상기 2차원 절대 위치 스케일의 전부 또는 일부를 촬상하여 스케일 이미지(110')를 제공한다. The absolute position measuring method according to an embodiment of the present invention uses a two-dimensional
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법은, 기준 좌표계(X-Y)의 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 전부 또는 일부를 촬상하여 회전 좌표계(X'-Y')의 스케일 이미지(110')를 제공하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 2차원 절대 위치 스케일(110)은 도 2의 2차원 데이터 셀들을 사용한다. 상기 2차원 데이터 셀들은 절대 위치 이진 코드를 나타내고 상기 기준 좌표계(X-Y)의 축을 따라 배열된다. 상기 스케일 이미지(110')의 회전 좌표계(X'-Y')의 좌표계는 광센서 어레이의 배열 좌표계이다.Absolute position measuring method according to an embodiment of the present invention, the
이어서, 상기 스케일 이미지(110')의 일부를 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)으로 선택하고 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)을 푸리어 변환하여 예비 회전 각도(θ)를 산출한다. 상기 예비 회전 각도(θ)의 도 7에서 설명한 것과 동일하다.Subsequently, a portion of the
이어서, 상기 스케일 이미지(110')의 중심 위치를 기준으로 회전 좌표계(X'-Y')의 제1 방향(X')으로 일정한 거리(L)로 이격된 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 제2 예비 관심 영역(ROI2)을 선택하고 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 상기 제2 관심 예비 영역(ROI2)을 상기 예비 회전 각도(θ)로 회전시키고 예비 기준 좌표계(X''-Y'')를 기준으로 절단하여 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')을 산출한다. 상기 제1 예비 관심 영역(ROI1)과 제2 예비 관심 영역(ROI2)은 상기 푸리어 변환 관심 영역(FFT ROI)의 외곽에 배치된다. 상기 제1 관심 영역(ROI1') 및 제2 관심 영역(ROI2')은 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 축 방향에서 적어도 하나의 코드워드를 포함할 수 있다. Subsequently, the first preliminary ROI ROI spaced apart by a predetermined distance L in the first direction X 'of the rotational coordinate system X'-Y' based on the center position of the scale image 110 '. The second preliminary ROI is selected, the first preliminary ROI and the second ROI ROI2 are rotated at the preliminary rotation angle θ, and the preliminary reference coordinate system X ''-Y The first region of interest ROI1 ′ and the second region of interest ROI2 ′ may be calculated based on the reference point ″. The first preliminary region of interest ROI1 and the second preliminary region of interest ROI2 are disposed outside the Fourier transform region of interest FFT ROI. The first region of interest ROI1 ′ and the second region of interest ROI2 ′ may include at least one codeword in the axial direction of the preliminary reference coordinate system X ″ −Y ″.
또한, 상기 스케일 이미지(110')의 중심 위치를 기준으로 상기 제1 방향(X')에 수직한 제2 방향(Y')으로 일정한 거리(L)로 이격된 제3 관심 영역(ROI3)과 제4 관심 영역(ROI4)을 선택한다. 상기 제3 예비 관심 영역(ROI3)과 상기 제4 관심 예비 영역(ROI4)을 상기 예비 회전 각도(θ)로 회전시키고, 예비 기준 좌표계(X''-Y'')를 기준으로 절단하여 제3 관심 영역(ROI3') 및 제4 관심 영역(ROI4')을 산출한다.In addition, the ROI3 is spaced apart from the third ROI3 at a predetermined distance L in a second direction Y ′ perpendicular to the first direction X ′ based on the center position of the
도 11을 참조하면, 이어서, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 디코딩하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 디코딩하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다. Referring to FIG. 11, the
구체적으로, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 디코딩하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출하는 단계는, 상기 제1 관심 영역(ROI1')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출한다. 상기 제1 관심 영역(ROI1')의 제2 방향 중심 위치(Y1)를 산출 방법은 도 9에 설명된 것과 동일하다.Specifically, decoding the
상기 제2 관심 영역(ROI2')을 디코딩하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출하는 단계는, 상기 제2 관심 영역(ROI2')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제1 방향(X'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 강도 프로파일(Isum(y))을 제공한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 상기 제2 방향 강도 프로 파일(Isum(y))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출한다. 상기 제2 관심 영역(ROI2')의 제2 방향 중심 위치(Y2)를 산출하는 방법은 도 9에 설명된 것과 동일하다.Decoding the second region of interest ROI2 ′ and calculating a second direction center position Y2 of the second region of interest ROI2 ′ may include pixels constituting the second region of interest ROI2 ′. Sum or average in the first direction X ″ of the preliminary reference coordinate system X ″ −Y ″ to provide a second direction intensity profile Isum (y) of the second region of interest ROI2 ′. . The absolute position code and the phase are extracted using the second direction intensity profile Isum (y) of the second region of interest ROI2 ', and the second direction center position of the second region of interest ROI2' is extracted. Calculate Y2). The method of calculating the second direction center position Y2 of the second region of interest ROI2 ′ is the same as that described with reference to FIG. 9.
도 12를 참조하면, 이어서, 상기 제3 관심 영역(ROI3')을 디코딩하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출한다. 상기 제4 관심 영역(ROI4')을 디코딩하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.Referring to FIG. 12, the
상기 제3 관심 영역(ROI3')을 디코딩하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출하는 단계는, 상기 제3 관심 영역(ROI3')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다. 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제3 관심 영역(ROI3')의 제1 방향 중심 위치(X1)를 산출한다. The decoding of the third region of interest ROI3 ′ and calculating a first direction center position X1 of the third region of interest ROI3 ′ may include pixels constituting the third region of interest ROI3 ′. Sum or average in the second direction Y ″ of the preliminary reference coordinate system X ″ −Y ″ to provide a first direction intensity profile Isum (x) of the third region of interest ROI3 ′. . The absolute position code and the phase are extracted by using the first directional intensity profile Isum (x) of the third region of interest ROI3 'and the first direction central position of the third region of interest ROI3' Calculate X1).
상기 제4 관심 영역(ROI4')을 디코딩하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출하는 단계는, 상기 제4 관심 영역(ROI4')을 구성하는 픽셀들을 예비 기준 좌표계(X''-Y'')의 제2 방향(Y'')으로 합산 또는 평균화하여 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 강도 프로파일(Isum(x))을 제공한다. 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 상기 제1 방향 강도 프로 파일(Isum(x))을 이용하여 절대 위치 코드 및 위상을 추출하고 상기 제4 관심 영역(ROI4')의 제1 방향 중심 위치(X2)를 산출한다.The decoding of the fourth region of interest ROI4 ′ and calculating a first direction center position X2 of the fourth region of interest ROI4 ′ may include pixels constituting the fourth region of interest ROI4 ′. Sum or average in the second direction Y ″ of the preliminary reference coordinate system X ″ −Y ″ to provide a first direction intensity profile Isum (x) of the
이어서, 상기 제1 관심 영역의 제2 방향 중심 위치(Y1), 상기 제2 관심 영역의 제2 방향 중심 위치(Y2), 상기 제3 관심 영역의 제1 방향 중심 위치(X1), 및 상기 제4 관심 영역의 제1 방향 중심 위치(X2)를 사용하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 위치(X,Y) 및 회전 각도(Θ)를 산출한다.Subsequently, a second direction center position Y1 of the first ROI, a second direction center position Y2 of the second ROI, a first direction center position X1 of the third ROI, and the first direction The position X, Y and the rotation angle Θ of the two-dimensional absolute position scale are calculated using the first direction center position X2 of the region of interest.
[수학식 8][Equation 8]
ROI 오프셋 (L)을 크게 하면, 각도 측정의 정확도가 높아진다. 그러나 강도 균일도가 중앙 영역에서 벗어남에 따라 저하된다. 우리는 균일성과 ROI 오프셋을 동시에 증가시키기 평균 방향을 스위칭하여(switching the averaging directions) 4 개의 관심영역에서 강도 프로파일을 얻었다.Increasing the ROI offset L increases the accuracy of the angle measurement. However, the intensity uniformity decreases as it deviates from the central region. We obtained intensity profiles in four regions of interest by switching the averaging directions to simultaneously increase uniformity and ROI offset.
제1 관심 영역(ROI1')과 제2 관심영역(ROI2')에서 정렬된 이미지를 수평 방향(x''축 방향)으로 평균하여 강도 프로파일을 각각 얻었다. 이 강도 프로파일들을 각각 처리하여 Y1과 Y2를 각각 계산한다. The intensity profiles were obtained by averaging the images aligned in the first ROI 'and the second ROI' in the horizontal direction (x '' axis direction). Each of these intensity profiles is processed to calculate Y1 and Y2 respectively.
제3 관심 영역(ROI3')과 제4 관심영역(ROI4')에서 정렬된 이미지를 수직 방향(y''축 방향)으로 평균하여 강도 프로파일을 각각 얻었다. 이 강도 프로파일들을 각각 처리하여 X1과 X2를 각각 계산한다. 따라서 평균화된 강도 프로파일은 더 큰 ROI 오프셋(L)에서도 공간적으로 균일한 분포를 보인다. An intensity profile was obtained by averaging the images aligned in the third ROI 'and the fourth ROI' in the vertical direction (y '' axis direction). Each of these intensity profiles is processed to calculate X1 and X2 respectively. Thus, the averaged intensity profile shows a spatially uniform distribution even at a larger ROI offset (L).
구체적으로, ROI 오프셋(L)은 250 픽셀로 결정되었고, 이미징 시스템의 배율(magnification)와 픽셀 너비를 사용하여 1.00503 mm로 실제 길이로 변환된다. Specifically, the ROI offset L was determined to be 250 pixels and converted to the actual length at 1.00503 mm using the magnification and pixel width of the imaging system.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치를 설명하는 개념도이다.13 is a conceptual view illustrating an absolute position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 13을 참조하면, 절대 X-Y-Θ 위치 센서(absolute X-Y-Θ position sensor)는 셀룰러 폰의 카메라 모듈에 사용되는 이미징 렌즈, 보드 레벨 카메라, 큐브 빔 스플리터 및 LED 광원을 사용하여 구성된다. 전체 패키지 크기는 약 27mm X 22mm X 27mm (W X H X D)이다. 카메라는 54 fps의 12 비트 그레이 스케일 이미지 (1280 픽셀 X 960 픽셀)를 제공하며 픽셀 폭은 3.75μm 이다. 하나의 세그먼트와 2D 위상 인코딩 이진 스케일(phase-encoded binary scale; PEBS)의 셀 폭은 각각 4 μm와 32 μm이다. 카메라와 이미징 렌즈 사이의 간격은 한 픽셀이 2D 위상 인코딩 이진 스케일의 한 세그먼트에 일치하도록 조정된다. 절대 위치 이진 코드는 10 비트 선형 시프트 피드백 레지스터(10-bit linear shift feedback register)를 사용하여 코딩된다. 상기 2D 위상 인코딩 이진 스케일은 20mm X 20mm 이상일 수 있다. 상기 2D 위상 인코딩 이진 스케일의 2차원 데이터 셀은 도 2에서 설명한 것과 동일하다.Referring to FIG. 13, an absolute X-Y-Θ position sensor is constructed using an imaging lens, a board level camera, a cube beam splitter, and an LED light source used in a camera module of a cellular phone. The overall package size is approximately 27mm x 22mm x 27mm (W X H X D). The camera delivers 54 fps 12-bit grayscale images (1280 pixels by 960 pixels) with a pixel width of 3.75μm. The cell width of one segment and 2D phase-encoded binary scale (PEBS) is 4 μm and 32 μm, respectively. The spacing between the camera and the imaging lens is adjusted so that one pixel matches one segment of the 2D phase encoded binary scale. The absolute position binary code is coded using a 10-bit linear shift feedback register. The 2D phase encoded binary scale may be 20 mm × 20 mm or more. The 2D data cell of the 2D phase encoded binary scale is the same as described with reference to FIG. 2.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치(100)는, 절대 위치 이진 코드로 구성된 2차원 절대 위치 스케일(110); 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)에 광을 조사하는 광원(120); 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)을 감지하는 광센서 어레이(130); 및 상기 광센서 어레이(130)가 생성한 스케일 이미지(110')를 처리하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)을 산출하는 신호 처리부(150)를 포함한다.Absolute
센서 헤드(101)는 상기 광원(120), 광학계(120), 및 광센서 어레이(130)를 포함한다. 광학계(120)는 상기 광원(140), 상기 2차원 절대 위치 스케일(110), 및 상기 광센서 어레이(130) 사이의 광 경로를 제공한다. 상기 광학계(120)는 상기 광원(140)의 출력광을 반사시키어 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)에 제공하고 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)에서 반사된 광을 투과시키는 빔 분리기(122); 상기 빔 분리기(122)를 투과한 광을 상기 광센서 어레이(130)에 집속하는 이미징 렌즈(123); 상기 광원(140), 상기 빔 분리기(122), 및 상기 이미징 렌즈(123)를 지지하는 지지부(121); 및 상기 광센서 어레이(130)와 상기 이미징 렌즈(123) 사이의 간격을 유지하는 스페이서(124)를 포함한다.The
상기 절대 위치 측정 장치(100)는 2차원 이진 코드 스케일(110), 광학계(120), 광원(140), 및 광센서 어레이(photo-sensor array; 130)를 포함할 수 있다. 상기 광센서 어레이(130)는 CIS, CCD 또는 포토다이오드 어레이일 수 있다. The absolute
2차원 이진 코드 스케일(110)은 투명 기판에 반사적 크롬 마스크를 패터닝하여 2차원 테이터 셀들을 패터닝한다. 측정 원리는 반사적 크롬 마스크로 제조되고, 상기 절대 위치는 2차원 이진 코드 스케일의 반사된 강도 프로파일을 분석하여 계산될 수 있다. 2차원 이진 코드 스케일(110)은 투과형으로 변형될 수 있다. 2차원 이진 코드 스케일(110)은 백색 기판에 흑색 패턴의 페인팅을 통하여 형성될 수 있다.The two-dimensional
상기 광원(140)은 가스 광선 영역 또는 적외선 영역의 LED 광원일 수 있다. 상기 광원(140)이 제공한 광은 확산판(142)을 통하여 공간적으로 균일한 확산광을 제공할 수 있다. The
상기 확산광은 빔 분리기(122)에 제공된다. 상기 빔 분리기(122)는 큐브 빔 스플리터일 수 있다. 상기 빔 분리기(164)에서 반사한 광은 상기 2차원 이진 코드 스케일(110)에서 반사되어 상기 빔 분리기(164)를 통과한 후 상기 이미징 렌즈부(123)에 제공된다. 상기 이미징 렌즈부(123)를 통과한 광은 광센서 어레이(130)에 제공된다. 상기 광센서 어레이(130)은 상기 2차원 이진 코드 스케일의 스케일 이미지를 생성할 수 있다. The diffused light is provided to the
지지부(121)는 광원(140), 이미징 렌즈(123), 빔 분리기(122)를 고정하고, 광 경로를 가진 직육면체 블록일 수 있다. 상기 지지부(121)는 플라스틱 재질일 수 있다.The
스페이서(124)는 상기 이미지 렌즈와 상기 광센서 어레이(140) 사이의 간격을 제공한다. 이에 따라, 2차원 이진 코드 스케일(110)은 상기 광센서 어레이(140)의 배치 평면에서 이미지를 형성한다.
상기 광센서 어레이(140)가 획득한 스케일 이미지(110')는 신호 처리부(150)에 제공되어 데이터 처리된다. 상기 신호 처리부(150)는 2차원 이진 코드 스케일(110)의 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)을 산출할 수 있다.The
상기 2차원 절대 위치 스케일(110)은 스테이지(160)의 이동판에 고정될 수 있다. 상기 스테이지(160)는 이동시키고자 하는 대상물을 탑재하고 X-Y-Θ 운동을 수행할 수 있다. 상기 광센서 어레이(140)는 상기 스테이지(160)가 이동함에 따라 이동하는 2차원 이진 코드 스케일(110)을 촬상한다. 상기 신호 처리부(150)는 상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 기준 위치에 대한 위치 변화 및 회전각을 산출한다.The two-dimensional
또한, 스테이지 구동부(170)는 상기 신호 처리부(150)로부터 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)을 제공받아 상기 스테이지(160)에 X 방향 운동, Y 방향 운동, 및 회전 운동을 제공하여 상기 스페이지(160)를 소정의 위치 및 회전각으로 정렬시킬 수 있다.In addition, the
[데이터 획득][Data Acquisition]
우리는 데이터 처리를 위하여 상기 2차원 이진 코드 스케일(110)의 스케일 이미지(110')을 얻어야한다. We need to obtain a scale image 110 'of the two dimensional
상기 데이터 처리는 상기 스케일 이미지(110')에서 유지되어야 하는 상기 절대 위치 이진 코드의 구조적 성질에 의존한다. 따라서, 정밀하게 상기 절대 위치 이진 코드를 디코딩하기 위하여, 하나의 세그먼트의 이미지의 폭(the width of the image of one segment)은 상기 광센서 어레이(140)의 픽셀 폭(pixel width of detector array)의 배율을 반영하여 처리될 수 있다. 또한, 예비 회전각(θ)을 구하여 회전시킨 관심 영역(ROI)의 이미지는 다시 정수배의 배율 조건을 만족할 수 있다.The data processing depends on the structural nature of the absolute position binary code that must be maintained in the scale image 110 '. Thus, to precisely decode the absolute position binary code, the width of the image of one segment is equal to the pixel width of detector array of the
상기 절대 위치 이진 코드의 서브-분할을 위하여, 상기 세기 프로파일(intensity profile)에서 상기 데이터 섹션들의 상대 위치는 서브-픽셀 해상도를 가지고 계산될 수 있다.For sub-division of the absolute position binary code, the relative position of the data sections in the intensity profile can be calculated with sub-pixel resolution.
무게 중심 알고리즘(center of gravity algorithm) 및 제로-크로싱 알고리즘(zero-crossing algorithm)과 같은 여러 알고리즘들은 피크 검출을 위하여 널리 사용되고 있다. 그러나, 상기 알고리즘들은 충분한 정밀도를 얻기 위하여 많은 픽셀들을 가지고 상기 데이터 섹션의 피크 형상을 나타내는 세기 프로파일을 요구한다. 따라서, 상기 알고리즘들은 데이터 획득 및 처리를 위하여 많은 자원 및 계산 시간을 요구한다.Several algorithms, such as the center of gravity algorithm and zero-crossing algorithm, are widely used for peak detection. However, the algorithms require an intensity profile that represents the peak shape of the data section with many pixels in order to obtain sufficient precision. Thus, these algorithms require a lot of resources and computation time for data acquisition and processing.
효율적으로 상대 위치를 얻기 위하여, 우리는 위상-이동 간섭계(phase-shifting interferometery)에서 사용되는 위상 계산 알고리즘을 채택하였다. 상기 위상 계산 알고리즘은 작은 수의 등 간격으로 이격된 픽셀 데이터(equally spaced pixel data)를 가지고 정밀하게 사인파형 세기 프로파일(sinusoidal intensity profile)의 위상을 계산할 수 있다.In order to efficiently obtain the relative position, we have adopted the phase calculation algorithm used in the phase-shifting interferometery. The phase calculation algorithm can calculate the phase of a sinusoidal intensity profile precisely with a small number of equally spaced pixel data.
그러나, 상기 이진 코드의 완전히-분해된 이미지(fully-resolved image)는 사인파 형상(sinusoidal shape)이 아니라 직사각형 형상(rectangular shape)이다.However, the fully-resolved image of the binary code is not a sinusoidal shape but a rectangular shape.
상기 이미지의 FFT 스펙트럼은 단일 주파수 사인파형 함수를 나타내는 제1 차수 항(first order term)을 제외한 홀수 차수 고조파 항(odd order high harmonic terms)을 가진다. 따라서, 우리는 상기 홀수 차수 고주파 항들을 감소시키고 상기 사인파 함수에 유사한 상기 데이터 섹션의 세기 프로파일을 얻기 위하여 낮은 개구수(low numerical aperture; NA)를 가진 이미징 렌즈부(123)를 사용할 수 있다.The FFT spectrum of the image has odd order high harmonic terms except for a first order term representing a single frequency sinusoidal function. Thus, we can use an
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치(100a)를 설명하는 사시도이다.14 is a perspective view illustrating an absolute
도 14를 참조하면, 절대 위치 측정 장치(100a)는, 절대 위치 이진 코드로 구성된 2차원 절대 위치 스케일(110); 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)에 광을 조사하는 광원(120); 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)을 감지하는 광센서 어레이(130); 및 상기 광센서 어레이(130)가 생성한 스케일 이미지(110')를 처리하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)을 산출하는 신호 처리부(150)를 포함한다. 센서 헤드(101)는 상기 광원(120), 광학계(120), 및 광센서 어레이(130)를 포함한다. Referring to FIG. 14, the absolute
스테이지(160)는 기준판(161)에 배치된 X축 스테이지(162), 상기 X 축 스테이지(162)에 종속된 Y축 스테이지(163), Y축 스테이지(163)에 종속된 회전 스테이지(164)를 포함한다. 2 축 병진 스테이지는 X축 스테이지(162), 상기 X 축 스테이지에 종속된 Y축 스테이지(163)를 포함한다. 상기 회전 스테이지(164) 상에 이동판(165)이 배치된다. 상기 이동판(165)의 상부면에 2차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110)이 배치된다. 센서 헤드(101)는 상기 차원 절대 위치 이진 코드 스케일(110) 상에 이격되어 배치된다.The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 센서 헤드(101)는 스테이지(160)의 기준판(161)에 배치되고, 상기 이동판(165)의 하부면에 장착된 2차원 절대 위치 스케일(110)을 측정할 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the
센서의 평가를 위해서, 2 축 레이저 간섭계 (two-axis laser interferometer, 미도시)는 2 축 병진 스테이지의 이동을 감지한다. 또한, 각도 인코더(angle encoder, 미도시)는 회전 스테이지(164)의 회전 운동을 감지한다. 상기 각도 엔코더의 불확도는 ± 2.5 초각(second of arc) 미만이다.For evaluation of the sensor, a two-axis laser interferometer (not shown) senses the movement of the two-axis translational stage. Also, an angle encoder (not shown) detects a rotational movement of the
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치(100a)의 측정 결과를 나타내는 그래프들이다.15 are graphs illustrating a measurement result of the absolute
도 15를 참조하면, 병진 및 회전 변위 입력이 스테이지(160)에 적용되었을 때, 위치 센서의 분해능이 평가된다(a). 원형은 본 발명의 센서 헤드(101)에 의한 측정 결과이며, 실선은 2 축 레이저 간섭계 또는 고정밀 각도 엔코더의 측정 결과이다.Referring to FIG. 15, when a translational and rotational displacement input is applied to the
실험 결과에서, 본 발명의 절대 위치 측정 센서는 25 nm와 0.001 도의 단계적 변위(stepwise displacement)를 명확하게 분해할 수 있다. 각 측정 축의 비선형성 오차는 정밀 각도 정렬 응용 분야에서 실제로 요구되는 ± 5 도 범위 내에서, 2D 위상-인코딩된 이진 스케일(PEBS)의 하나의 테이터 셀의 길이에 대응하는 32 μm 초과로 평가된다. In the experimental results, the absolute position measuring sensor of the present invention can clearly resolve the stepwise displacement of 25 nm and 0.001 degrees. The nonlinearity error of each measurement axis is estimated to be greater than 32 μm, corresponding to the length of one data cell of 2D phase-encoded binary scale (PEBS), within the ± 5 degree range actually required for precision angle alignment applications.
X 축과 Y 축의 경우, 비선형성 오차는 ± 15 nm 미만이었고, 4 μm 주기의 주기적인 구성 요소를 나타내지 않았다(b). 회전각의 비선형성 오차는 ±2 X 10-3 degree 이하이다.For the X and Y axes, the nonlinearity error was less than ± 15 nm and did not show a periodic component of 4 μm period (b). Nonlinearity error of rotation angle is less than ± 2 X 10 -3 degree.
비선형 오차에 대한 보상 알고리즘은 본 발명의 센서 구성에서 효과적으로 작동한다.Compensation algorithm for nonlinear error works effectively in the sensor configuration of the present invention.
위치 센서와 각도 엔코더에 의해 측정된 각 변위가 선형 회귀 분석(linear regression analysis)을 사용하여 분석되었을 때, 스케일 펙터(scale factor)와 R 제곱은 각각 0.999 922와 0.999 999 8이었다.When the angular displacements measured by the position sensor and angle encoder were analyzed using linear regression analysis, the scale factor and R square were 0.999 922 and 0.999 999 8, respectively.
각도 측정의 선형성은 주로 수백 나노미터로 평가된 스케일 패턴의 위치 오차에 의해 제한된다. 따라서 각도 측정의 성능을 높이려면 위상 인코딩 이진 스케일(PEBS) 패턴의 위치 정확도를 향상시키고, ROI 오프셋(L)을 더 크게 설정하면, 이 오차 소스(error source)에 덜 민감하게 작용할 수 있다.The linearity of the angular measurement is mainly limited by the positional error of the scale pattern, which is estimated to be hundreds of nanometers. Therefore, to improve the performance of the angle measurement, improve the position accuracy of the phase-encoded binary scale (PEBS) pattern, and the larger ROI offset (L) can be less sensitive to this error source.
2D 위상 인코딩 이진 스케일의 직각도(squareness)는 역전 기법(reversal technique)을 사용하여 114 μrad로 평가되었으며, 2D 위치 측정의 정확도를 평가하기 전에 보상되었다. The squareness of the 2D phase encoded binary scale was evaluated at 114 μrad using the reversal technique, and was compensated before evaluating the accuracy of the 2D position measurement.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 절대 위치 센서의 결과를 나타낸다.16 shows the results of an absolute position sensor in accordance with another embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치( 또는 X-Y-Θ 센서)는 ± 200 nm 범위에서 50 nm 간격으로 동일하게 이격된 2D 위치를 측정한다. 각 측정 위치는 레이저 간섭계를 사용하여 제어되는 2 축의 lead zirconate titanate(PZT) 스테이지에 의해 생성된다. 10 회 측정에서 얻어진 위치 값들은 데이터 포인트로서 표시된다. 반복 측정의 표준 편차는 18 nm 미만이다. X-Y-Θ 센서의 평균 위치 값은 11 nm 내에서 레이저 간섭계의 위치 값과 일치했다.Referring to FIG. 16, an absolute position measuring device (or X-Y-Θ sensor) according to an exemplary embodiment measures 2D positions equally spaced at 50 nm intervals in a range of ± 200 nm. Each measurement position is generated by a two-axis lead zirconate titanate (PZT) stage controlled using a laser interferometer. The position values obtained in 10 measurements are displayed as data points. The standard deviation of repeat measurements is less than 18 nm. The average position value of the X-Y-Θ sensor was consistent with the position value of the laser interferometer within 11 nm.
절대 위치 측정 장치(100a)의 정확도가 16 mm X 16 mm 범위에서 평가된 경우, 최대 편차(maximum deviation)는 0.51 μm이다. 하지만, 주로 2D 위상 인코딩 이진 스케일의 보정되지 않은 위치 오차로 인해 발생한다. 이 오차는 더 높은 품질의 스케일을 사용하여 줄일 수 있다.When the accuracy of the
절대 위치 측정 장치(100a)의 정밀도는 데이터 처리에 사용된 데이터 수를 늘림으로써 향상 될 수 있다. 현재 관심 영역의 크기는 낮은 계산 부담으로 최소로 설정되었다.The precision of the absolute
재생 빈도(refresh rate)는 주로 카메라 프레임 속도(camera frame rate)에 의해 제한된다. 2D 위치의 측정 범위는 일반적으로 2D 위상 인코딩 이진 스케일의 크기에 의해 제한되지만, 2D FFT를 사용하는 예비 회전 각도 추정의 모호성으로 인해 ± 45 도 이내에서 절대 각도 변위를 측정할 수 있다. The refresh rate is mainly limited by the camera frame rate. The measurement range of 2D position is generally limited by the size of the 2D phase encoded binary scale, but due to the ambiguity of the preliminary rotation angle estimation using 2D FFT, absolute angular displacement can be measured within ± 45 degrees.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치는 단순하고 소형화된 구성으로 정확한 3D 평면 위치(X-Y-Θ)를 정확하게 측정 할 수 있다. 따라서 스케일 크기를 사용자가 정의하고 단일 또는 다중 센서 헤드를 배치하여, 다양한 정밀도의 다축 스테이지의 위치 제어 및 교정에 효과적으로 사용될 수 있다.Absolute position measuring device according to an embodiment of the present invention can accurately measure the accurate 3D plane position (X-Y-Θ) in a simple and miniaturized configuration. Thus, user-defined scale sizes and single or multiple sensor heads can be placed, which can be effectively used for position control and calibration of multi-axis stages of varying precision.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평면 정렬 장치를 설명하는 개념도이다.17 is a conceptual diagram illustrating a plane alignment apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 18은 도 17의 평면 정렬 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.FIG. 18 is a flowchart for describing a method of operating the planar alignment device of FIG. 17.
도 17 및 도 18을 참조하면, 3 자유도 평면 정렬 장치(200)는, 고정판(161) 및 이동판(165)을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지(160); 상기 스테이지(160)의 상기 고정판(161)에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드(101); 상기 스테이지(160)의 상기 이동판(165)에 장착된 2차원 절대 위치 스케일(101); 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 스케일 이미지(110')를 분석하여 상기 스테이지(160)의 상기 이동판(165)의 3 자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부(150); 및 상기 이동판(165)의 변위량으로 상기 스테이지(160)를 구동하는 스테이지 구동부(170)를 포함한다.Referring to FIGS. 17 and 18, a three degree of freedom
상기 스테이지(160)는 평면 내에서 3 자유도 운동을 제공할 수 있다. 상기 스테이지는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 제공하는 XYΘ 스테이지 또는 3 개의 직선 운동을 이용하는 UVW 스테이지일 수 있다.The
상기 스테이지(160)는 고정된 고정판(161)과 3 자유도 운동을 수행하는 이동판(165)을 포함한다. 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 상기 고정판(161)에 고정되고, 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)은 상기 스테이지의 이동판(165)에 장착될 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)은 상기 스테이지의 이동판(165)과 함께 이동할 수 있다. 이에 따라, 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)을 촬상하여 스케일 이미지(110')를 제공할 수 있다.The
상기 스테이지(160)는 3 자유도의 각 축별로 모터를 포함할 수 있다. 각 모터는 직선 운동 또는 회전 운동을 제공하여 상기 이동판(165)을 이동시킬 수 있다.The
X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 상기 광원(120), 광학계(120), 및 광센서 어레이(130)를 포함할 수 있다. 상기 광센서 어레이(130)는 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)을 촬상한 스케일 이미지(110')를 신호 처리부(150)에 제공한다. 상기 신호 처리부(150)는 상기 스케일 이미지(110')의 중심 위치(X,Y) 및 회전각(Θ) 또는 상기 이동판(165)의 위치 및 회전각을 산출할 수 있다. 이에 따라, 상기 이동판에 장착된 기판은 소정의 위치 및 회전각으로 이동할 수 있다.The X-Y-
2차원 절대 위치 스케일(110)은 절대 위치 이진 코드가 인코딩된 2차원 위상 인코딩된 이진 스케일일 수 있다.The two-dimensional
제어부(172)는 상기 신호 처리부(150)로부터 상기 2차원 절대 위치 스케일의 초기 중심 위치(X0,Y0) 및 초기 회전각(Θ0)을 제공받는다. 상기 제어부(172)는 미리 설정되거나 다른 센서를 통하여 검출된 변위량(dX,dY,dΘ)를 제공받을 수 있다. 상기 변위량(dX,dY,dΘ)은 각 모터의 구동량(dU,dV,dW)으로 변환될 수 있다. 상기 스테이지(160)가 UVW 스테이지인 경우, 상기 구동량(dU,dV,dW)은 좌표 변환을 포함할 수 있다. 상기 스테이지(160)가 XYΘ 스테이지인 경우, 상기 구동량(dU,dV,dW)은 좌표 변환없이 모터를 직접 구동하기 위한 물리량으로 변환될 수 있다. 상기 스테이지(160)의 이동판의 목표 위치(X=X0+dX, Y=Y0+dY, Θ=Θ0+dΘ)는 초기 위치(X0,Y0, Θ0)에 상기 변위량(dX,dY,dΘ)을 합산한 값일 수 있다. 상기 스테이지 구동부(170)는 상기 제어부(172)로부터 상기 구동량(dU,dV,dW)를 제공받아, 각 모터를 제어할 수 있다.The
상기 스테이지 구동부(170)는 상기 스테이지를 구동하는 구동 회로를 포함할 수 있다. 상기 스테이지의 모터는 회전 모터, 상기 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 스쿠르를 포함할 수 있다. 상기 스테이지의 모터는 선형 모터, 선형 엑츄에이터를 포함할 수 있다. The
3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법은, 상기 스테이지(160)의 이동판(165)의 초기 위치(X0,Y0, Θ0)를 측정하는 단계(S111); 상기 스테이지(160)의 이동판의 목표 위치와 상기 초기 위치(X0,Y0, Θ0)의 차이로 상기 스테이지의 변위량(dX,dY,dΘ)을 설정하는 단계(S112); 상기 변위량(dX,dY,dΘ)에 기반하여 상기 스테이지의 구동량(dU,dV,dW)을 산출하는 단계(S113); 및 상기 구동량(dU,dV,dW)으로 상기 스테이지(160)의 모터를 각각 구동하는 단계(S114);를 포함한다.A method of operating a three degree of freedom planar alignment device may include: measuring an initial position (X 0 , Y 0 , Θ 0 ) of the moving
상기 스테이지(160)가 이동한 후 상기 스테이지의 현 위치(X,Y,Θ)를 측정(S115)하여 상기 목표 위치(X0+dX, Y0+dY, Θ0+dΘ)에 도달을 확인하는 단계(S116)를 포함한다. 현 위치(X,Y,Θ)와 상기 목표 위치(X0+dX, Y0+dY, Θ0+dΘ)가 차이가 있는 경우, 위의 단계를 다시 반복하거나 오류 메시지를 생성한다.After the
2차원 절대 위치 스케일(110)과 X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 중심 위치(X,Y) 및 회전각(Θ)을 실시간으로 직접 측정한다. 목표 위치(X=X0+dX, Y=Y0+dY, Θ=Θ0+dΘ)가 주어진 경우, 상기 구동량(dU,dV,dW)를 통하여 상기 스테이지가 이동을 완료한 후, 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)가 목표 위치에 도달하였는지 확인할 수 있다. 따라서, 3 자유도 평면 정렬 장치(200)는 빠른 속도와 정밀도를 가지고 기판에 배열된 복수의 소자들을 검사하거나 소정의 공정을 수행하도록 스캐닝할 수 있다.The two-dimensional
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 평면 정렬 장치를 설명하는 개념도이다.19 is a conceptual diagram illustrating a plane alignment apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 20은 도 19의 평면 정렬 장치의 동작 방법을 설명하는 흐름도이다.20 is a flowchart for explaining a method of operating the flat alignment device of FIG. 19.
도 21a 및 도 21b는 도 19의 평면 정렬 장치의 동작을 설명하는 평면도이다.21A and 21B are plan views illustrating the operation of the planar alignment device of FIG. 19.
도 19, 도 20, 도 21a, 및 도 21b를 참조하면, 3 자유도 평면 정렬 장치(300)는, 고정판(161) 및 이동판(165)을 포함하고 3 자유도 위치 정렬을 제공하는 스테이지(160); 상기 스테이지의 상기 고정판(161)에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드(101); 상기 스테이지의 상기 이동판(165)에 장착된 2차원 절대 위치 스케일(110); 상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 스케일 이미지(110')를 분석하여 상기 스테이지(160)의 3 자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부(150); 상기 스테이지(160)의 상기 이동판(165)에 장착된 기판(10)의 정렬 마크(12)를 검사하는 적어도 하나의 비전 카메라(182); 상기 기판(10)의 상기 정렬 마크(12)의 초기 위치(P)와 상기 정렬 마크의 최종 정렬 위치(O)의 차이에 기반한 상기 스테이지의 구동량(dU,dV,dW)으로 상기 스테이지(160)를 구동하는 스테이지 구동부(170)를 포함한다.Referring to FIGS. 19, 20, 21A, and 21B, a three degree of freedom
고정판의 좌표계는 X-Y이고, 이동판의 좌표계는 X'-Y'이고, 기판의 좌표계는 X''-Y''일 수 있다. 2차원 절대 위치 스케일(110)은 X'-Y' 좌표계에 정렬될 수 있다.The coordinate system of the fixed plate may be X-Y, the coordinate system of the moving plate may be X'-Y ', and the coordinate system of the substrate may be X' '-Y' '. The two-dimensional
상기 스테이지(160)는 XYΘ 스테이지 또는 UVW 스테이지일 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)은 상기 이동판(165)의 하부면에 노출되도록 장착될 수 있다. 3자유도 운동의 위치는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 포함할 수 있다.The
기판(10)은 상기 스테이지의 상기 이동판(165) 상에 배치될 수 있다. 상기 기판(10)은 인쇄회로 기판, 반도체 기판, LCD, OLED, 플라스틱 기판, 금속 기판, 유리 기판, 또는 세라믹 기판일 수 있다. 상기 기판(10)은 적어도 하나의 정렬 마크(12)를 포함할 수 있다. 상기 정렬 마크(12)는 십자형일 수 있다.The
적어도 하나의 비전 카메라(182)는 상기 이동판(165)의 위에 장착된 기판의 정렬 마크(12)를 촬상할 수 있다. 상기 비전 카메라(182)는 상기 비전 제어부(184)에 영상을 제공하고, 상기 비전 제어부(184)는 데이터 처리를 통하여 상기 기판의 정렬 마크(12)의 초기 위치(P)를 제공할 수 있다. 상기 비전 제어부(184)는 상기 정렬 마커(12)의 최종 정렬 위치(O)와 상기 기판의 정렬 마크(12)의 초기 위치(P)를 사용하여, 변위량(dX,dY,dΘ)을 산출할 수 있다.At least one
상기 변위량(dX,dY,dΘ)은 비전 카메라(182)가 촬상한 이미지에서 최종 정렬 위치(O)와 정렬 마커(12)의 초기 위치(P)의 차이를 분석하여 산출될 수 있다.The displacements dX, dY, and dΘ may be calculated by analyzing a difference between the final alignment position O and the initial position P of the
상기 스테이지(160)는 상기 변위량(dX,dY,dΘ)에 기반하여 이동될 수 있다. 구체적으로, 제어부(172)는 상기 변위량(dX,dY,dΘ)을 제공받아 상기 스테이지(160)의 모터들을 구동하는 구동량(dU.dV,dW)으로 변경하고, 상기 구동량(dU.dV,dW)은 스테이지 구동부(170)에 제공되고, 상기 스테이지 구동부(170)는 모터를 제어할 수 있다.The
상기 스테이지(160)가 XYΘ 스테이지인 경우, 제어부(172)는 상기 변위량(dx,dy,dΘ)을 좌표변환없이 구동량(dU.dV,dW)으로 변경한다. 한편, 상기 스테이지(160)가 UVW 스테이지인 경우, 제어부(172)는 상기 변위량(dx,dy,dΘ)을 좌표변환을 통하여 구동량(dU.dV,dW)으로 변경한다.When the
제어부(172)는 상기 신호 처리부(150)로부터 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 초기 중심 위치(X0,Y0) 및 초기 회전각(Θ0)을 제공받는다. X-Y-Θ 센서 헤드(101)와 상기 신호 처리부(150)는 상기 스테이지(160)가 이동함에 따른 상기 스테이지(160)의 현 위치(X,Y,Θ)를 실시간으로 확인할 수 있다. 상기 스테이지(160)의 현 위치(X,Y,Θ)가 목표 위치(X0+dX,Y0+dY,Θ0+dΘ)인 경우, 비전 카메라(182)는 기판의 정렬 마크(12)를 촬상하고, 상기 비전 카메라는 상기 비전 제어부에 영상을 제공하고, 상기 비전 제어부(184)는 데이터 처리를 통하여 상기 기판의 정렬 마크(12)의 현 위치(P')가 최종 정렬 위치(O)에 위치하는 지를 확인한다.The
상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)와 상기 신호 처리부는 상기 스테이지의 현 위치(X,Y,Θ)를 추적할 수 있어, 별도의 추가 알고리즘이 요구되지 않는다.The X-Y-
3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법은, 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)와 상기 신호 처리부(150)를 사용하여 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 3 자유도의 초기 위치(X0,Y0,Θ0)를 측정하는 단계(S212); 상기 비전 카메라(182)를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커(12)의 3 자유도의 초기 위치(P)를 측정하는 단계(S213); 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 초기 위치(P)와 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 최종 정렬 위치(O)의 차이로 변위량(dX,dY,dΘ)을 설정하는 단계(S214); 상기 스케일(110)의 초기 위치(X0,Y0,Θ0)와 상기 변위량(dX,dY,dΘ)을 이용해 상기 스테이지의 구동량(dU.dV,dW)을 계산하는 단계(S215); 상기 구동량(dU.dV,dW)으로 상기 스테이지(160)의 모터를 각각 구동하는 단계(S216); 및 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)와 상기 신호 처리부(150)를 사용하여 상기 스테이지의 이동판(165)의 3 자유도의 현 위치(X,Y,Θ)를 측정하는 단계(S217)를 포함한다.The operating method of the 3 degree of freedom plane alignment device may include an initial position (X 0 , Y) of 3 degrees of freedom of the 2D
상기 절대 위치 이진 스케일의 초기 위치(X0,Y0,Θ0)는, 상기 변위량(dX,dY,dΘ)을 상기 구동량(dU.dV,dW)으로 변환시, 회전 원점에 대한 정보를 제공할 수 있다. The initial position (X 0 , Y 0 , Θ 0 ) of the absolute position binary scale provides information about a rotation origin when converting the displacement amount dX, dY, dΘ into the drive amount dU.dV, dW. can do.
3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법은, 상기 스테이지의 이동판(165)의 3 자유도의 현 위치(X,Y,Θ)가 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)의 3 자유도의 초기 위치(X0,Y0,Θ0)와 상기 변위량(dX,dY,dΘ)에 의하여 주어지는 목표 위치(X0+dX,Y0+dY,Θ0+dΘ)인지를 판단하는 단계(S218); 상기 비전 카메라(182)를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커(12)의 3 자유도의 현 위치를 측정하는 단계(S219); 및 기판의 정렬 마커(12)의 3 자유도의 현 위치(P')와 3 자유도의 최종 정렬 위치(O)의 차이를 비교하는 단계(S220); 중에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.In the method of operating a three degree of freedom plane alignment device, the current position (X, Y, Θ) of three degrees of freedom of the moving
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 UVW 스테이지를 설명하는 사시도이다.22 is a perspective view illustrating a UVW stage according to another embodiment of the present invention.
도 23은 도 22의 UVW 스테이지의 운동을 설명하는 평면도이다.FIG. 23 is a plan view illustrating a motion of the UVW stage of FIG. 22.
도 22 및 도 23을 참조하면, UVW 스테이지(260)는 고정판(161). 이동판(165), 상기 고정판과 상기 이동판 사이에 배치된 4 개의 XYΘ 스테이지(262,263,264,265)를 포함한다. 상기 4 개의 XYΘ 스테이지(262,263,264,265)는 X-Y 좌표축을 기준으로 서로 일정한 간격을 가지고 서로 대칭적으로 정렬되어 배치될 수 있다. 4 개의 XYΘ 스테이지(262,263,264,265)는 3 개의 XYΘ 구동 스테이지(262,263,264)와 하나의 XYΘ 무구동 스테이지(265)를 포함할 수 있다. 이중에서 3 개의 XYΘ 구동 스테이지(262,263,264)는 구동력을 모터를 통하여 제공받을 수 있다. 상기 구동력을 제공받는 3 개의 XYΘ 구동 스테이지(262,263,264)는 U 구동 스테이지(263), V 구동 스테이지(264), 및 W 구동 스테이지(262)를 포함할 수 있다. U 구동 스테이지(263) 및 V 구동 스테이지(264)는 Y축 방향의 구동축을 가지고, x축 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. W 구동 스테이지(262)는 X축 방향의 구동력을 가질 수 있다. W 구동 스테이지(262)와 더미 스테이지(265)는 y축 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.22 and 23, the
U 구동 스테이지(263) 및 V 구동 스테이지(264) 각각은 모터로부터 구동력을 제공받고 제1 방향 구동 선형 스테이지(263a), 상기 제1 방향 선형 스테이지에 탑재된 제2 방향 무구동 선형 스테이지(263b). 및 상기 제2 방향 무구동 선형 스테이지에 탑재된 무구동 회전 스테이지(263c)를 포함할 수 있다. 상기 U 구동 스테이지 및 V 구동 스테이지의 제1 방향 구동 선형 스테이지(263a)는 고정판의 Y축 방향으로 이동할 수 있다.Each of the
상기 W 구동 스테이지(262)는 모터로부터 구동력을 제공받고 제1 방향 구동 선형 스테이지(262a), 상기 제1 방향 선형 스테이지에 탑재된 제2 방향 무구동 선형 스테이지(262b). 및 상기 제2 방향 무구동 선형 스테이지에 탑재된 무구동 회전 스테이지(262c)를 포함할 수 있다. 상기 W 구동 스테이지(262)의 제1 방향 구동 선형 스테이지는 고정판의 X축 방향으로 이동할 수 있다. The
더미 스테이지(262)는 제1 방향 무구동 선형 스테이지, 상기 제1 방향 선형 스테이지에 탑재된 제2 방향 무구동 선형 스테이지. 및 상기 제2 방향 무구동 선형 스테이지에 탑재된 무구동 회전 스테이지를 포함할 수 있다.The
상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 상기 고정판(161)의 중심에 배치될 수 있다. 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)와 상기 2차원 절대 위치 스케일(110) 사이에 일정한 간격을 유지하기 위하여, 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)는 상기 고정판(161)으로부터 일정한 높이에 고정될 수 있다.The X-Y-
상기 이동판(165)의 그 중심에 사각형 관통홀(165a)이 배치될 수 있다. 상기 2차원 절대 위치 스케일(110)은 상기 X-Y-Θ 센서 헤드(101)를 바라보도록 상기 관통홀(165a)에 삽입되어 고정될 수 있다.A rectangular through
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be implemented without departing from the spirit.
100: 절대 위치 측정 장치
110: 2차원 절대 위치 스케일
110': 스케일 이미지100: absolute position measuring device
110: 2-D absolute position scale
110 ': scale image
Claims (18)
상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드;
상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일;
상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 상기 이동판의 3 자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부; 및
상기 이동판의 변위량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함하고,
상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함하고,
상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성되고,
상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고,
(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.A stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degrees of freedom position alignment;
An XY-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage;
A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage;
A signal processor configured to analyze a scale image of the two-dimensional absolute position scale picked up by the XY-Θ sensor head and extract a position of three degrees of freedom motion of the moving plate of the stage; And
It includes a stage driving unit for driving the stage by the displacement amount of the moving plate,
The two-dimensional absolute position scale comprises two-dimensional data cells composed of a combination of a first absolute position binary code arranged in a first direction of a reference coordinate system and a second absolute position binary code arranged in a second direction,
Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code consists of one-dimensional data cells,
The one-dimensional data cell comprises a data section, a neutral section, and a clock section,
A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). 3 degrees of freedom planar alignment device, characterized in that marked at the intersection of D).
상기 스테이지는 XYΘ 스테이지 또는 UVW 스테이지인 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.According to claim 1,
And said stage is an XYΘ stage or a UVW stage.
상기 2차원 절대 위치 스케일은 상기 이동판의 하부면에 노출되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.According to claim 1,
And the two-dimensional absolute position scale is mounted to be exposed to the lower surface of the moving plate.
상기 이동판의 변위량은 상기 스테이지의 3 자유도 운동의 위치에 기반하고,
3자유도 운동의 위치는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.According to claim 1,
The displacement amount of the movable plate is based on the position of three degrees of freedom motion of the stage,
And wherein the position of the three degrees of freedom motion comprises two translational motions and one rotational motion.
상기 데이터 섹션, 상기 중립 섹션, 및 상기 클락 섹션 각각은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고,
상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”)를 나타내고 연속적으로 배열된 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고,
상기 1차원 데이터 셀은 제2 상태(“1”)를 나타내고 연속적으로 배열된 중립 섹션, 데이터 섹션, 및 클락 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 1,
Each of the data section, the neutral section, and the clock section comprises one or more regularly spaced segments,
The one-dimensional data cell exhibits a first state (“0”) and comprises a data section, a neutral section, and a clock section arranged in succession,
And said one-dimensional data cell comprises a neutral section, a data section, and a clock section in a second state ("1") and arranged in series.
상기 중립 섹션은 2 세그먼트이고,
상기 데이터 섹션은 3 세그먼트이고,
상기 클락 섹션은 3 세그먼트인 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 6,
The neutral section is 2 segments,
The data section is 3 segments,
And said clock section is three segments.
상기 스테이지의 이동판의 초기 위치를 측정하는 단계;
상기 스테이지의 이동판의 목표 위치와 상기 초기 위치의 차이로 상기 스테이지의 변위량을 설정하는 단계;
상기 변위량에 기반하여 상기 스테이지의 구동량을 산출하는 단계; 및
상기 구동량으로 상기 스테이지의 모터를 각각 구동하는 단계;를 포함하고,
상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함하고,
상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성되고,
상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고,
(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법.A stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degrees of freedom position alignment; An XY-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor configured to analyze the scale image of the two-dimensional absolute position scale from the XY-Θ sensor head to extract the position of three degrees of freedom motion of the stage; And a stage driver for driving the stage with the displacement amount of the stage.
Measuring an initial position of a moving plate of the stage;
Setting a displacement amount of the stage by a difference between a target position of the moving plate of the stage and the initial position;
Calculating a driving amount of the stage based on the displacement amount; And
Driving each of the motors of the stage with the driving amount;
The two-dimensional absolute position scale comprises two-dimensional data cells composed of a combination of a first absolute position binary code arranged in a first direction of a reference coordinate system and a second absolute position binary code arranged in a second direction,
Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code consists of one-dimensional data cells;
The one-dimensional data cell comprises a data section, a neutral section, and a clock section,
A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in a second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in a first direction). A method of operating a three degree of freedom planar alignment device, characterized in that marked at the intersection of D).
상기 스테이지가 이동한 후 상기 스테이지의 현 위치를 측정하여 상기 목표 위치에 도달을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법.The method of claim 8,
And measuring the current position of the stage after the stage is moved to confirm the arrival at the target position.
상기 스테이지의 상기 고정판에 장착된 X-Y-Θ 센서 헤드;
상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 2차원 절대 위치 스케일;
상기 X-Y-Θ 센서 헤드가 촬상한 상기 2차원 절대 위치 스케일의 스케일 이미지를 분석하여 상기 스테이지의 3 자유도 운동의 위치를 추출하는 신호 처리부;
상기 스테이지의 상기 이동판에 장착된 기판의 정렬 마크를 검사하는 적어도 하나의 비전 카메라; 및
상기 기판의 상기 정렬 마크와 상기 정렬 마크의 최종 정렬 위치의 차이에 기반한 상기 스테이지의 구동량으로 상기 스테이지를 구동하는 스테이지 구동부를 포함하고,
상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함하고,
상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성되고,
상기 1차원 데이터 셀은 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고,
(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되는 것을 특징으로 3 자유도 평면 정렬 장치.A stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degrees of freedom position alignment;
An XY-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage;
A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage;
A signal processor extracting a position of three degrees of freedom motion of the stage by analyzing a scale image of the two-dimensional absolute position scale captured by the XY-Θ sensor head;
At least one vision camera inspecting an alignment mark of a substrate mounted to the moving plate of the stage; And
And a stage driver for driving the stage with a driving amount of the stage based on a difference between the alignment mark of the substrate and the final alignment position of the alignment mark.
The two-dimensional absolute position scale comprises two-dimensional data cells composed of a combination of a first absolute position binary code arranged in a first direction of a reference coordinate system and a second absolute position binary code arranged in a second direction,
Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code consists of one-dimensional data cells,
The one-dimensional data cell comprises a data section, a neutral section, and a clock section,
A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). D) 3 degrees of freedom planar alignment device, which is marked at the intersection point.
상기 스테이지는 XYΘ 스테이지 또는 UVW 스테이지인 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 10,
And said stage is an XYΘ stage or a UVW stage.
상기 2차원 절대 위치 스케일은 상기 이동판의 하부면에 노출되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 10,
And the two-dimensional absolute position scale is mounted to be exposed to the lower surface of the moving plate.
3자유도 운동의 위치는 두 개의 병진 운동과 하나의 회전 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 10,
And wherein the position of the three degrees of freedom motion comprises two translational motions and one rotational motion.
상기 데이터 섹션, 상기 중립 섹션, 및 상기 클락 섹션 각각은 하나 이상의 일정한 간격의 세그먼트를 포함하고,
상기 1차원 데이터 셀은 제1 상태(“0”)를 나타내고 연속적으로 배열된 데이터 섹션, 중립 섹션, 및 클락 섹션을 포함하고,
상기 1차원 데이터 셀은 제2 상태(“1”)를 나타내고 연속적으로 배열된 중립 섹션, 데이터 섹션, 및 클락 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 10,
Each of the data section, the neutral section, and the clock section comprises one or more regularly spaced segments,
The one-dimensional data cell exhibits a first state (“0”) and comprises a data section, a neutral section, and a clock section arranged in succession,
And said one-dimensional data cell comprises a neutral section, a data section, and a clock section in a second state ("1") and arranged in series.
상기 중립 섹션은 2 세그먼트이고,
상기 데이터 섹션은 3 세그먼트이고,
상기 클락 섹션은 3 세그먼트인 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치.The method of claim 15,
The neutral section is 2 segments,
The data section is 3 segments,
And said clock section is three segments.
상기 X-Y-Θ 센서 헤드와 상기 신호 처리부를 사용하여 상기 2차원 절대 위치 스케일의 3 자유도의 초기 위치를 측정하는 단계;
상기 비전 카메라를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 초기 위치를 측정하는 단계;
상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 초기 위치와 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 최종 정렬 위치의 차이로 변위량을 설정하는 단계;
상기 2차원 절대 위치 스케일의 초기 위치와 상기 변위량을 이용해 상기 스테이지의 구동량으로 변환하는 단계;
상기 구동량으로 상기 스테이지의 모터를 각각 구동하는 단계; 및
상기 X-Y-Θ 센서 헤드와 상기 신호 처리부를 사용하여 상기 스테이지의 이동판의 3 자유도의 현 위치를 측정하는 단계를 포함하고,
상기 2차원 절대 위치 스케일은 기준 좌표계의 제1 방향으로 배열된 제1 절대 위치 이진 코드과 제2 방향으로 배열된 제2 절대 위치 이진 코드의 조합으로 구성된 2차원 데이터 셀들을 포함하고,
상기 제1 절대 위치 이진 코드 및 상기 제2 절대 위치 이진 코드 각각은 1차원 데이터 셀들로 구성되고,
(0,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(0,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,0) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “0”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되고,
(1,1) 상태를 나타내는 2차원 데이터 셀은 제2 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 데이터 섹션(D)과 제1 방향의 절대 위치 이진 코드의 “1”을 나타내는 테이터 셕션(D)의 교점에 마킹되는 것을 특징으로 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법.A stage comprising a stationary plate and a moving plate and providing three degrees of freedom position alignment; An XY-Θ sensor head mounted to the fixed plate of the stage; A two-dimensional absolute position scale mounted to the moving plate of the stage; A signal processor extracting three degrees of freedom positions of the stage by analyzing a scale image of the two-dimensional absolute position scale picked up by the XY-Θ sensor head; At least one vision camera inspecting an alignment mark of a substrate mounted to the moving plate of the stage; And a stage driver for driving the stage with the driving amount of the stage based on the difference between the three degrees of freedom position of the alignment mark of the substrate and the last three degrees of freedom position of the alignment mark. silver:
Measuring an initial position of three degrees of freedom of the two-dimensional absolute position scale using the XY-Θ sensor head and the signal processor;
Measuring an initial position of three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate using the vision camera;
Setting a displacement amount by a difference between an initial position of three degrees of freedom of the alignment markers of the substrate and a final alignment position of the three degrees of freedom of the alignment markers of the substrate;
Converting the initial position of the two-dimensional absolute position scale and the displacement amount into the driving amount of the stage;
Driving each of the motors of the stage with the driving amount; And
Measuring the current position of three degrees of freedom of the moving plate of the stage using the XY-Θ sensor head and the signal processor;
The two-dimensional absolute position scale comprises two-dimensional data cells composed of a combination of a first absolute position binary code arranged in a first direction of a reference coordinate system and a second absolute position binary code arranged in a second direction,
Each of the first absolute position binary code and the second absolute position binary code consists of one-dimensional data cells,
A two-dimensional data cell representing a (0,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (0,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("0" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,0) state has a data section (D) representing "0" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). Marked at the intersection of D),
A two-dimensional data cell representing a (1,1) state has a data section (D) representing "1" of absolute position binary code in the second direction and a data section ("1" of absolute position binary code in the first direction). A method of operating a three degree of freedom planar alignment device, characterized in that it is marked at the intersection of D).
상기 스테이지의 이동판의 3 자유도의 현 위치가 상기 2차원 절대 위치 스케일의 3 자유도의 최기 위치와 상기 변위량에 의하여 주어지는 목표 위치인지를 판단하는 단계;
상기 비전 카메라를 사용하여 상기 기판의 정렬 마커의 3 자유도의 현 위치를 측정하는 단계; 및
기판의 정렬 마커의 3 자유도의 현 위치와 상기 최종 정렬 위치의 차이를 비교하는 단계; 중에서 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3 자유도 평면 정렬 장치의 동작 방법.
The method of claim 17,
Determining whether the current position of the three degrees of freedom of the moving plate of the stage is a target position given by the lowest position of the three degrees of freedom of the two-dimensional absolute position scale and the displacement amount;
Measuring the current position of three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate using the vision camera; And
Comparing the difference between the current position of the three degrees of freedom of the alignment marker of the substrate and the final alignment position; Method of operation of a three degree of freedom planar alignment device further comprising at least one of.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180124041A KR102041881B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | 3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus |
CN201910982764.8A CN111060003B (en) | 2018-10-17 | 2019-10-16 | 3-DOF plane alignment apparatus and method of operating the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020180124041A KR102041881B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | 3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR102041881B1 true KR102041881B1 (en) | 2019-11-27 |
Family
ID=68729639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020180124041A KR102041881B1 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | 3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102041881B1 (en) |
CN (1) | CN111060003B (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060238776A1 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | Chu David C | System for sensing an absolute position in two dimensions using a target pattern |
KR20120015936A (en) * | 2010-08-13 | 2012-02-22 | 삼성전자주식회사 | Exposure apparatus and method for compensation alignment error using the same |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8441648B2 (en) * | 2008-02-07 | 2013-05-14 | Fujifilm Corporation | Calibration jig for optical tomographic imaging apparatus and method for generating a calibration conversion table |
US9511496B2 (en) * | 2014-06-20 | 2016-12-06 | The Boeing Company | Robot alignment systems and methods of aligning a robot |
CN105509644B (en) * | 2016-01-14 | 2018-01-12 | 哈尔滨工业大学 | Air floating table Three Degree Of Freedom displacement measurement system based on two plane gratings |
CN207833315U (en) * | 2017-12-29 | 2018-09-07 | 华南理工大学 | A kind of macro micro- compound positioning system of the planar three freedom of visual servo |
-
2018
- 2018-10-17 KR KR1020180124041A patent/KR102041881B1/en active IP Right Grant
-
2019
- 2019-10-16 CN CN201910982764.8A patent/CN111060003B/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060238776A1 (en) * | 2005-04-22 | 2006-10-26 | Chu David C | System for sensing an absolute position in two dimensions using a target pattern |
KR20120015936A (en) * | 2010-08-13 | 2012-02-22 | 삼성전자주식회사 | Exposure apparatus and method for compensation alignment error using the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111060003B (en) | 2021-10-15 |
CN111060003A (en) | 2020-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102082476B1 (en) | 2D Absolute Position Measuring Method And Absolute Position Measuring Apparatus | |
US10706562B2 (en) | Motion-measuring system of a machine and method for operating the motion-measuring system | |
TWI418948B (en) | Lithographic apparatus and device manufacturing method | |
US6269197B1 (en) | Determining a depth | |
US9651403B2 (en) | Absolute position measurement method, absolute position measurement apparatus and scale | |
US6765195B1 (en) | Method and apparatus for two-dimensional absolute optical encoding | |
JP4611782B2 (en) | Three-dimensional shape measuring method and measuring apparatus | |
US10706570B2 (en) | System and method to acquire the three-dimensional shape of an object using a moving patterned substrate | |
WO2015055145A1 (en) | Active positioning encoder and operating method therefor | |
JP5515432B2 (en) | 3D shape measuring device | |
CN103033147A (en) | Structured light 3-dimensional measurement device and measurement method thereof | |
WO2016199439A1 (en) | Three-dimensional measurement device | |
CN1508514A (en) | Object surface three-dimensiona topographical measuring method and system | |
CN107525471A (en) | Two-dimentional absolute encoding Three-degree-of-freedom motion platform measuring system | |
JP2004191092A (en) | Three-dimensional information acquisition system | |
Xiaobo et al. | Research and development of an accurate 3D shape measurement system based on fringe projection: model analysis and performance evaluation | |
US11390036B2 (en) | Method of aligning pixelated light engines | |
KR102041881B1 (en) | 3-Degree Of Freedom Planar Alignment Apparatus | |
KR101566129B1 (en) | Moire Technique- based Measurement of the 3-Dimension Profile of a Specimen and its Implementation with Line-Scan Camera | |
Kim et al. | Note: An absolute XY-Θ position sensor using a two-dimensional phase-encoded binary scale | |
KR102588957B1 (en) | Moving-type 3D Aligning Coordinate Providing Method And Position Measuring Apparatus | |
CN113251953A (en) | Mirror included angle measuring device and method based on stereo deflection technology | |
Kim et al. | Absolute planar position and full angle orientation sensor using a 2-D color-coded binary scale | |
CN102566309A (en) | Method for measuring dynamic stability of plate-making lithography equipment | |
JP2010210571A (en) | Image correlation displacement gauge and displacement measuring method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |