KR20100053519A - 다차원 위치 센서 - Google Patents

Abstract

컨트롤러, 상기 컨트롤러에 연결되고 이동 가능부 및 이송 경로를 갖는 워크피스 이송장치, 및 상기 컨트롤러에 연결되고 상기 이동 가능부에 부착된 적어도 하나의 장 생성 플래튼(field generating platen) 및 상기 이송 경로를 따라 배치된 적어도 하나의 센서 그룹을 포함하는 다차원 위치 측정 장치를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 장 생성 플래튼은 위치를 측정하고 상기 이동 가능부를 추진(propelling)하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 각각의 센서는 상기 적어도 하나의 장 생성 플래튼에 의해 생성되는 피감지 장(sensed field)에 대응하여 단일 축을 따라서 오직 하나의 출력 신호를 제공하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 상기 센서들 중 적어도 하나의 상기 오직 하나의 출력 신호를 기초로 상기 이동 가능부의 다차원 위치를 계산하도록 구성된다. 상기 다차원 위치는 적어도 2차원(planar) 위치 및 갭(gap) 측정을 포함한다.

Description

다차원 위치 센서{Multiple dimension position sensor}

본 실시예들은 위치 센서에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 다차원에서 물체의 위치를 탐색하기 위한 위치 센서에 관한 것이다.

관련 출원들의 상호 참조

본 출원은 2007년 6월 27일에 출원된 미국 가특허출원 제60/946,542호의 우선권을 주장하며, 이의 모든 내용은 본 출원에 참조로서 포함된다.

움직이는 물체의 위치를 결정하기 위한 많은 방법들이 존재한다. 예를 들면, 자동차의 위치를 결정하기 위해서 도로의 차선 분리선과 상호 작용하는 레이더 신호를 이용하는 차량 유도 시스템(vehicle guidance system)이 있다. 다른 위치 시스템들은 무선 통신을 이용한다. 그러나 이러한 시스템들은 이동하는 물체가 이용할 수 있는 전원을 필요로 한다. 또한, 전파는 사이에 위치한 구조물들 및 전기 신호들로 인해 열화 된다.

또한, 위치는, 원통형 코일틀(bobbin) 둘레에 감겨 있는 하나의 1차 권선과 2개의 2차 권선들을 사용하는 변위 변환기(displacement transducer)인, 예컨대 선형 가변 차동 변환기(linear variable differential transformer, LVDT)에 의해 결정될 수 있다. 이동 가능한 니켈-철 코어 또는 전기자(armature)가 상기 권선들 내부에 배치되고, 상기 코어의 움직임이 이동 가능한 물체의 위치를 얻기 위해 측정된다. 홀 효과 센서(Hall effect sensor)들이 변위를 측정하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있다. 일반적으로 LVDT들 및 홀 효과 센서들은 최종 변위들, 예컨대, 선형 액추에이터들 및 피스톤들의 변위를 측정하는데 사용된다.

스텝퍼(steppers), 서스펜션(suspension) 및/또는 스캐닝 스테이지(scanning stages) 등과 같은 고정밀 위치 시스템들의 경우, 종래의 위치 측정 방법들은 용량성, 유도성, 광학적 및 레이저 센서들을 사용한다. 이러한 센서들은 일반적으로 낮은 위치 노이즈와 결합된 고 분해능을 제공한다. 그러나 전체 비용, 구동 범위의 제한 및 원하는 수의 자유도는 이러한 응용제품들이 사용될 분야를 제한한다.

예를 들면, 사인 및 코사인 신호와 같은 주기 신호들을 사용하는 종래 피드백 장치들에서, 상기 주기 신호들은 센서들에 의해 생성되어, 예컨대, 모터 컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC)로 라우팅 되며, 상기 신호들은 모터 컨트롤러에서 물체의 위치를 결정하기 위해 디지털 도메인에서 처리된다. 그러나 사인/코사인 주기 및 ADC 분해능은 높은 정도의 위치 분해능을 요구하는 특정 어플리케이션들에서 원하는 위치 분해능을 생성하기에 충분하지 않을 수 있다.

2차원 위치 측정과 갭 폭 측정 모두를 위해 동일한 센서들 및 자석들을 이용하여 양 측정들을 결정할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 또한, 비용 효율적이며 고분해능의 절대 인코더(absolute encoder)를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 모터 컨트롤러 및 인코더의 기본 분해능으로부터 위치 피드백 장치의 분해능을 향상시키는 것이 바람직할 것이다.

일 실시예에서, 컨트롤러, 상기 컨트롤러에 연결되고 이동 가능부 및 이송 경로를 갖는 워크피스 이송장치, 및 상기 컨트롤러에 연결되고 상기 이동 가능부에 부착된 적어도 하나의 장 생성 플래튼(field generating platen) 및 상기 이송 경로를 따라 배치된 적어도 하나의 센서 그룹을 포함하는 다차원 위치 측정 장치를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 장 생성 플래튼은 위치를 측정하고 상기 이동 가능부를 추진(propelling)하도록 구성된다. 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 각각의 센서는 상기 적어도 하나의 장 생성 플래튼에 의해 생성되는 피감지 장(sensed field)에서 단일 축을 따르는 변동들에 대응하여 오직 하나의 출력 신호를 제공하도록 구성된다. 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 상기 센서들 중 적어도 하나의 상기 오직 하나의 출력 신호를 기초로 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 각각에 인접한 상기 이동 가능부의 다차원 위치를 계산하도록 구성된다. 상기 다차원 위치는 적어도 2차원(planar) 위치 및 상기 워크피스 이송장치와 상기 적어도 하나의 센서 그룹 간의 갭(gap)을 포함한다.

개시되는 실시예들의 전술한 양상들 및 다른 특징들은 첨부한 도면들과 함께 다음의 설명에서 설명된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라서 위치 측정 시스템의 일부분에 대한 개념도를 도시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따라서 위치 측정 시스템의 일부분에 대한 다른 개념도를 도시한다.
도 2b 및 2c는 예시적인 실시예에 따라서 도 2a의 위치 측정 시스템의 센서 요소들로부터의 출력 신호들을 도시한다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따라서 위치 측정 시스템의 또 다른 개념도를 도시한다.
도 3b는 예시적인 실시예에 따라서 도 3a의 위치 측정 시스템의 센서 요소들로부터의 출력 신호들을 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라서 예시적인 자석 플래튼(magnetic platen) 및 센서 구성을 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라서 다른 예시적인 자석 플래튼 및 센서 구성을 도시한다.
도 6a 및 6b는 도 5의 센서들에 의해 감지되는 자석 플래튼에 의해 생성된 자기장의 세기 그래프들을 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라서 또 다른 예시적인 자석 플래튼 및 센서 구성을 도시한다.
도 8a 및 8b는 도 7의 센서들에 의해 감지되는 자석 플래튼에 의해 생성된 자기장의 세기 그래프들을 도시한다.
도 9a 및 9b는 예시적인 실시예에 따라서 센서 출력을 나타내는 그래프들을 도시한다.
도 10a 내지 도 11b는 다른 예시적인 실시예에 따라서 센서 출력을 나타내는 그래프들을 도시한다.
도 12a 및 12b는 예시적인 실시예들에 따라서 하나의 자석 피치(magnetic pitch)에 걸쳐 상이한 개수의 센서들에 의해 생성되는 센서 주기들(sensor periods)을 도시한다.
도 12c는 예시적인 실시예에 따라서 흐름도를 도시한다.
도 13 및 14는 예시적인 실시예들에 따라서 상이한 위치 측정 결과들을 나타내는 그래프들을 도시한다.
도 15a 내지 15c는 예시적인 실시예들에 따라서 자석 플래튼 구성들을 도시한다.
도 16a 및 16b는 다른 예시적인 실시예들에 따라서 자석 플래튼 구성들을 도시한다.
도 17은 자석 플래튼에 의해 생성되는 자기장 그래프를 도시한다.
도 18은 다른 자석 플래튼에 의해 생성되는 자기장 그래프를 도시한다.
도 19a 내지 19c는 예시적인 실시예에 따라서 또 다른 자석 플래튼의 자기장 기하구조(magnetic field geometry) 그래프들을 도시한다.
도 20a 내지 20c는 예시적인 실시예에 따라서 또 다른 자석 플래튼의 자기장 기하구조 그래프들을 도시한다.
도 21 내지 도 25는 예시적인 실시예들에 따라서 상이한 자석 플래튼들에 관련된 표들 및 그래프들을 도시한다.
도 26은 예시적인 실시예에 따라서 위치 측정 시스템의 일부분에 대한 개념도이다.
도 27 내지 도 31은 예시적인 실시예에 따라서 센서 출력 그래프들을 도시한다.
도 32 및 도 33은 예시적인 실시예에 따라서 추가된 센서 출력 그래프들을 도시한다.
도 34는 다른 예시적인 실시예에 따라서 센서 출력 그래프를 도시한다.
도 35는 예시적인 실시예에 따라서 예시적인 신호 처리를 도시한다.
도 36은 예시적인 실시예에 따라서 신호 처리를 도시하는 블록도이다.
도 37 내지 도 39는 예시적인 실시예들에 따라서 처리된 신호들을 도시한다.
도 40은 예시적인 실시예에 따라서 주파수 신호들을 도시한다.
도 41 내지 도 44는 예시적인 실시예에 따라서 신호 오차들을 고려한 입력 및 출력 신호들을 도시한다.
도 45 및 도 46은 각각 예시적인 실시예들에 따라서 센서 및 갭 분해능 함수(function)들을 도시한다.
도 47은 예시적인 실시예에 따라서 예시적인 프로세서를 도시한다.
도 47a는 예시적인 실시예에 따라서 도 47의 블록도의 예시적인 회로도를 도시한다.
도 48 내지 도 54는 예시적인 실시예들의 특징들을 포함하는 처리 장치의 개념도들을 도시한다.
도 55는 예시적인 실시예에 따라서 방법의 흐름도를 도시한다.

도 1은 예시적인 실시예에 따라서 다수의 축들에 따라 동시 측정들을 위한 센서(100)의 예시적인 구성의 개념도이다. 예시적인 실시예들은 도면들을 참조로 설명될 것이지만, 예시적인 실시예들은 많은 대안적인 형태들로 구체화될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 임의의 적절한 크기, 모양 또는 타입의 요소들 또는 재료들이 사용될 수 있다.

예시적인 실시예들은 센서 또는 센서 시스템(100)을 제공하며, 예컨대, 상기 센서 또는 센서 시스템(100)은 폐쇄 루프 제어 시스템에서 사용될 수 있으며, 예컨대, 적어도 (예컨대, 수평 평면에 배치되는) 제 1 축을 따르는 제한 없는 길이 위치 측정, 및 적어도 다른 축, 예컨대, 갭 폭(gap width)과 같이 제 1 축에 대해 실질적으로 직교하거나 비스듬한 축을 따르는 측정을 제공하도록 구성되며, 이에 대해서는 아래에서 설명될 것이다. 상기 센서 시스템의 센서들은 센서의 단일 측정 축에 대응하는 오직 하나의 출력만을 갖는 단순하고 비싸지 않은 단일 축 센서들일 수 있다. 단일 축 센서들 각각의 출력은 오직 하나의 축을 따르는, 예컨대, 자기장(또는 상기 센서들에 의해 감지될 수 있는 임의의 다른 장 또는 현상)의 감지된 변동(variance)에 대응한다. 단일 축 측정으로부터 단일 출력을 제공하는 이러한 센서들은 본 명세서에서 예시적인 목적으로 선형 또는 단일 축 센서들로 지칭된다. 센서 시스템(100)은 물체의 이동 경로를 따라 배열된 하나 이상의 단일 축 센서 유닛들을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 센서 유닛들의 각각은 상기 물체의 운동에 응답하여 단일 신호를 출력하며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 각 단일 축 센서의 오직 하나의 출력은, 예컨대, 각각의 센서 유닛에 인접하거나 이의 근처에 위치한 물체에 대한 (오직 하나의 축을 따르는 측정으로부터) 하나 이상의 축들을 따르는 위치 측정을 생성하기 위한 방법(아래에서 더욱 자세히 설명될 것임)으로 처리된다. 아래에서 설명될 것이지만, 각각의 단일 축 센서들은 위치 측정들이 임의의 적절한 축들을 따라 동시에 이루어질 수 있도록 임의의 적절한 방식으로 배열될 것이다. 한정하지 않는 예로서, 센서(100)는, 예컨대, 미국 특허 공개 제2004/0151562호에 개시된 것과 같이, 자기적으로 부상되는(levitated) 이송장치들 또는 플래튼들을 가지는 이송 시스템에서 사용될 수 있으며, 상기 미국 특허 공개의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 대안적인 실시예들에서, 센서(100)는 임의의 적절한 이송 시스템에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 위치 측정 시스템들은, 임의의 적절한 거리를 갖는 이동 방향(예컨대, X-축)을 따르는 상기 이송장치의 위치, 임의의 적절한 거리를 갖는 제 2 이동 방향(예컨대, Z-축)을 따르는 상기 이송장치의 위치, 및/또는, 예컨대, 자석 플래튼(170) 및 고정된 표면(180) 사이의 갭 폭(G)(예컨대, Y축)을 측정할 수 있다. 상기 X, Z 및 Y축들에 관하여 만들어진 기준들은 오로지 예시적인 목적으로서 만들어진 것이며, 본 명세서에서 설명되는 위치 측정들은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 회전축들을 포함하는 다른 적절한 축들에도 동등하게 적용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 명세서에 개시되는 단일 축 위치 센서들을 사용하는 예시적인 센서들은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 1차원 또는 다차원으로 이동할 수 있는 물체들, 이송장치들, 액추에이터들 및 임의의 적절한 구동 시스템 요소들을 포함하는 임의의 적절한 이동 가능한 물체의 위치를 감지하는데 사용될 수 있다. 위치 측정 센서들에 의해 생성되는 신호들은, 예컨대, 이송장치 또는 임의의 다른 적절한 이동 가능한 물체를 제 1 위치에서 제 2 위치로 구동하기 위한 모터 정류(motor commutation)에 사용될 수 있다. 본 명세서에 개시되는 예시적인 실시예들은 모터들과 함께 사용되는 것으로 한정되지 않으며 단일 차원 또는 다수 차원의 위치 정보를 필요로 하는 임의의 적절한 장치에서 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도 1에서 알 수 있다시피, 일 예시적인 실시예에서, 센서(100)는 자석 플래튼(170)의 특징들을 감지하도록 구성될 수 있으며, 하나 이상의 센서 그룹들(130a-130n)을 포함할 수 있다. 상기 센서 그룹들은 하나 이상의 단일 축 센서들을 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명될 것이다. 자석 플래튼(170)은, 예컨대, 선으로 또는 격자로 배열된 하나 이상의 자석들(140, 150)을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 자석들의 극들은 도 1에서 알 수 있다시피 교호하는 구성(예컨대, N극-S극-N극-S극, 등)으로 배열된다. 자석들(140, 150)의 교호하는 극들은, 상기 자석들이 센서들(130)을 지나침에 따라, 예컨대, 사인 또는 코사인 패턴(예컨대, 정현파 신호) 또는 임의의 다른 적절한 패턴과 같은 웨이브 패턴(160)을 갖는 신호를 생성할 것이며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 자석들(140, 150)은 임의의 적절한 자기장 세기를 갖는 임의의 적절한 자석들일 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 자석들은 영구 자석들일 수 있으며, 자석 플래튼(170)은 위치 측정들을 위해 플래튼(170)에 공급되는 어떠한 전원도 필요로 하지 않을 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 자석들은 전자석들일 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예들에서, 플래튼(170)은 센서들(130a-130n)에 의해 감지될 수 있는 임의의 적절한 장(field) 생성 장치를 포함할 수 있다. 플래튼(170)은 임의의 적절한 구성을 가지는 임의의 적절한 개수의 자석들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 플래튼(170)은 임의의 원하는 타입의 선형 모터의 플래튼일 수 있으며, 상술하였다시피, 상기 플래튼 상에 배치되는 상기 자석들은 상기 모터의 영구 자석들일 수 있으며 직선으로 배열될 수 있으며, 또는 다수의 행들 및/또는 열들로 상기 자석들이 배치될 수 있으며, 또는 상기 자석들은 엇갈림 구성(staggered configuration) 등으로 배치될 수도 있다. 플래튼(170)은 위치가 측정될 물체(120)에 부착될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 플래튼(170) 및 물체(120)는 동일한 하나일 수 있다. 물체(120)는, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 이송 카트(transport cart), 피스톤(piston)/피스톤 로드(piston rod), 액추에이터(actuator), 로봇의 엔드 이펙터(end effector), 구동 샤프트(drive shaft), 모터 회전자 또는 위치가 측정될 임의의 다른 물체를 포함하는 임의의 적절한 물체일 수 있다.

센서들(130a-130n)은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과 센서들, 유도성 센서들 및/또는 용량성 센서들을 포함하는 임의의 적절한 단일 축 센서들일 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 센서들(130a-130n)은 일반적으로 서로 유사할 수 있다. 각 센서는, 예컨대, 상기 플래튼의 자석 어레이에 의해 생성되는 장(예컨대, 자기장)의 단일 축을 따르는 변동들을 감지할 수도 있다. 상기 센서의 출력은 상기 센서에 의해 감지되는 상기 단일 축을 따르는 상기 변동을 반영할 수 있으며, 따라서, 설명되는 본 예시적인 실시예에서, 상기 센서(들)는 선형 또는 단일 축 센서들로 지칭될 수 있다. 센서들(130a-130n)은, 예컨대, 물체의 이동 경로(T)의 일부 성분을 따라 위치할 수 있다. 상기 이동 방향은, 예컨대, 데카르트 좌표계의 X, Y, Z 방향(또는 이들의 임의의 조합) 또는 각 좌표계의 R, θ(또는 이들의 임의의 조합)와 같은 임의의 적절한 개수의 차원들을 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 이동 방향(들)은 임의의 적절한 좌표계에 대응할 수 있다. 임의의 적절한 개수의 센서들은 임의의 적절한 구동 범위(range of travel)를 포함하도록 상기 이동 방향(들)을 따라 배치될 수 있다. 센서들(130a-130n)은 물체(120)의 위치가 결정될 수 있도록 상기 이동 방향(들)을 따라 소정의 거리로 배치될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 센서들(130a-130n)은 적어도 상기 센서 출력을 수신하고, 예컨대, 상기 센서들(130a-130n)의 상기 단일 축 출력들 및 미리 결정된 위치에 기초하여 상기 이동 방향을 따르는 물체(120)의 2차원 위치를 계산하도록 구성될 수 있는 컨트롤러(190)에 연결될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 컨트롤러는 1차원 또는 3차원 이상으로 상기 물체의 위치를 계산할 수 있다. 또한, 상기 컨트롤러는, 예컨대, 자석 플래튼(170)에 의해 생성되는 자기장(예컨대, 플럭스 밀도)의 세기 및/또는 상기 센서들에 의해 출력되는 신호들의 진폭을 기초로 상기 갭 폭(G)을 계산할 수 있다. 컨트롤러(190)는 본 명세서에 설명되는 처리 단계들 및 명령들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들 및 소프트웨어를 포함할 수 있으며, 예컨대, 본 명세서에 설명되는 상기 계산들을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 컴퓨터 코드를 갖는 저장 장치(예컨대, 임의의 적절한 컴퓨터 판독 가능한 매체)를 이용할 수 있다.

본 명세서에 설명되는 예시적인 실시예들은, 예컨대, 제조 설비의 팹들(FABS)(예컨대, 제조 설비들(fabrication facilities))의 사이, 또는 이송 카트와 처리 스테이션의 로드 포트(load port)의 사이와 같은, 단거리 또는 장거리에 걸쳐 물체의 정확한 포지셔닝(positioning)을 가능하게 할 수 있다. 다른 예시적인 실시예들에서, 본 명세서에 설명되는 위치 측정 시스템들은, 예컨대, 물체들이 예컨대 임의의 적절한 자동화된 물품 핸들링 시스템(material handling system)에 의해 이송되는 설비의 임의의 적절한 부분에 사용될 수 있다.

또한, 도 2a를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라서 센서들(100')의 예시적인 구성이 도시된다. 본 예시적인 실시예에서, 단일 축 센서들의 쌍들은 물체(120)의 이동 방향(T)을 따라 배치된다. 본 예시적인 실시예에서, 센서들(200a-200n)은 실질적으로 상기 이동 방향을 따라서 또는 이와 동일 선상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 자기 센서들(200A, 200B)은 센서들의 제 1 쌍 또는 더블릿(doublet)을 형성하며, 센서들(200C, 200D)은 제 2 쌍을 형성하는 식이다. 대안적인 실시예들에서, 센서들(200A-200n)은 상기 이동 방향을 따라 엇갈려 배치될 수 있으며, 상기 센서들의 일부는 다른 센서들의 위에 및/또는 아래에 배치될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 센서들(200A-200n)은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 센서들(200A-200n)은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 상술된 바와 같이, 단일 축 홀 효과 센서들, 유도성 센서들 및 용량성 센서들을 포함하는 임의의 적절한 센서들일 수 있다.

본 예시적인 실시예에서, 센서들의 각 쌍 또는 센서 더블릿의 상기 센서들은 소정의 거리 또는 피치(P)만큼 이격된다. 각 더블릿은 피치(P)의 약 4배의 거리(또는 4P)만큼 이격된다. 대안적인 실시예들에서, 센서들(200A-200n)은 임의의 적절한 간격을 가질 수 있다. 센서들(200A-200n)의 상기 쌍들은 이동 물체(120)에 부착되거나 이의 일부인 자석들(210A-210D, 220A-220D) 또는 자기 극 조각(magnetic pole piece)들과 대향한다. 임의의 적절한 장 생성기(field generator)가 사용될 수 있으며, 자석이 N극과 S극 모두를 포함해야만 하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 예에서, 센서들(200A-200n)과 대향하는 자석들(210A-210D, 220A-220D)의 극들은 교호하는 구성으로 배열된다. 예를 들면, 자석들(210A-210D)의 N극이 센서들(200A-200n)에 노출되고, 자석들(220A-220D)의 S극이 센서들(200A-200n)에 노출된다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 단일 축 센서들은, 상기 자석들에 의해 생성되는 상기 장의 기준 프레임(도 1 참고)과 상기 플래튼 사이의 수직 성분(B_Z)(예컨대, 공극(air gap) 방향)의 변동을 나타내도록 배향될 수 있으며, 또는 상기 장의 수평 성분(BX)의 변동을 나타내도록 배향될 수 있다. 자기 극 조각들(210A-210D, 220A-220D)의 교호하는 극들은 자석들(210A-210D, 220A-220D)이 센서들(200A-200n)의 옆에서 이동됨에 따라 정현파 타입의 센서 출력 패턴을 생성할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 자석들은 임의의 적절한 구성으로 배열될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 자석들(210A-210D, 220A-220D)은 피치(P)의 약 2배의 거리(2P)만큼 서로 이격된다. 대안적인 실시예들에서, 자기 극 조각들(210A-210D, 220A-220D)은 임의의 적절한 간격을 가질 수 있다.

상술된 센서들(200A-200n) 및 자석들(210A-210D, 220A-220D)의 상기 간격은, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 각 센서 더블릿을 결정하는 2개의 센서 출력 신호들 간의 사인/코사인 관계를 생성할 수 있다. 한정하지 않는 예로서, 센서(200A)는 도 2b에 도시된 사인파를 생성할 수 있으며, 센서(200B)는 도 2c에 도시된 코사인 파를 생성하며, 반대의 경우도 가능하다. 상기 센서 출력 신호들은, 예컨대, 컨트롤러(190)의 프로그래밍에 의하여, 센서들(200A-200n)에 대한 물체(120)의 위치를 보간(interpolate)하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 예컨대, 센서들(200A, 200B)의 상기 2개의 신호들(예컨대, 상기 더블릿 내의 각 센서로부터의 하나의 출력 신호)의 비(ratio)의 아크탄젠트(arctangent)에 의해 결정되는 각도가 얻어지면, 물체(120)의 보간된 위치가 결정될 수 있으며, 상기 보가된 위치는 상기 센서 쌍들 간의 거리(4P)의 일부(fraction)에 비례한다. 각 센서 더블릿이 소정의 거리에 위치하기 때문에, 상기 보간된 위치는 물체(120)의 위치를 얻기 위해 상기 소정의 거리로부터 감산되거나 상기 소정의 거리에 가산될 수 있다. 예를 들면, 만약 센서 더블릿(200A, 200B)이 거리(C)에 위치하고 센서 더블릿(200A, 200B 및 200C, 200D) 간의 상기 보간된 위치가 상기 피치의 2배 또는 2P가 되도록 결정된다면, 물체(120)의 위치는, 예컨대, 상기 거리(C)와 상기 위치(2P)의 합(즉, C+2P)일 것이다.

본 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(190)는 단일 축 센서들(200A-200n)로부터의 상기 신호들을 이용하여 플래튼과 기준 프레임 간의 수직 거리(Z)(예컨대, 갭 폭, 도 1 참조)를 결정하도록 프로그래밍 될 수 있다. 센서들(200A-200n) 및 자기 극 조각들(210A-210D, 220A-220D)(및, 상기 자석들이 장착되는 물체(120)) 간의 갭 폭(G)은, 상기 갭 내의 자기 플럭스 밀도를 얻기 위해서, 예컨대, 각 센서 더블릿에 의해 출력되는 2개의 센서 신호들의 제곱들의 합의 제곱근을 계산함으로써, 결정될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 갭을 계산하기 위해서 임의의 적절한 계산이 사용될 수 있다. 상기 자기 플럭스 밀도는 센서들(200A-200n)과 상기 자기 극 조각들(210A-210D, 220A-220D) 간의 거리(G)를 결정할 수 있게 할 수 있다. 따라서 본 예시적인 실시예에서, (예컨대, 단일 공통 축을 따르는 장 변동을 감지하도록 배향되는) 단일 축 센서들(200A-200n)의 적어도 하나의 더블릿으로부터의 상기 신호들, 단일 축을 따르는 장 변동을 나타내는 상기 신호들은 프로세서(190)에 의해 처리되어, 상기 플래튼의 (예컨대, 2개 이상의 축들(예컨대, X, Z)을 따르는 위치 변화와 같은) 다축 위치를 결정할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 대안적인 실시예들에서, 상기 갭 폭(G)은 임의의 적절한 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들면, 자기 갭(magnetic gap)(G)의 범위 또는 폭은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 거리에 대해 측정된 플럭스를 포함하는 룩 업 테이블(look up table)을 사용하는 방법 및 자기소거(demagnetization) 곡선 상의 자석 동작점(magnet operating point)과 함께 플럭스에 대한 센서 민감도에 관한 지식을 이용하는 방법을 포함하는 몇 가지 방법들에 의해 얻을 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 더블릿들 또는 인접한 센서들로부터의 신호들은 예시적인 목적을 위해 사용되었으며, 대안적인 신호들에서 임의의 원하는 센서 더블릿들로부터의 신호들이 사용될 수 있다. 프로세서(190)는 갭(G)을 계산하도록 구성될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명될 것이다.

센서들(200A-200n)의 개수에 따라서, 센서(100')의 분해능(resolution)은 N-비트 센서에 대해 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, N은 비트들의 개수이다. 본 명세서에 설명되는 상기 위치 측정 시스템들의 분해능은, 예컨대, 상기 시스템에 의해 출력되는 비트들(아날로그/디지털 비트들)의 수 및 환경 아날로그 노이즈에 의해 야기되는 측정의 불확실성에 의해 영향을 받을 수 있다. 센서들(200A-200n) 간의 간격 또는 피치(즉, 더블릿 내의 각 센서 간의 거리(P) 및 상기 더블릿들 간의 약 4P의 거리) 및 자석들(210A-210D, 220A-220D) 간의 간격(즉, 약 2P의 거리)은 센서(100')의 분해능을 증가시키거나 감소시키기 위해 크기가 커지거나 작아질 수 있다.

동작 시, 센서들(200A-200n)의 라인은 컨트롤러(190)에 의해 출력에 대해 순차적으로 스캐닝될 수 있으며, 예컨대, 센서(200A)와 같은 제 1 센서는 센서들의 스캐닝되는 라인을 따라 기본 거리(base distance)를 결정하기 위해 스캐닝된다. 센서들(200A-200n)의 이러한 스캐닝은 높은 수준 또는 최대 수준의 분해능으로 물체(120)의 절대 위치 측정을 가능하게 할 수 있다.

이제, 도 1 및 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라서 센서(100'')의 다른 개념도가 도시된다. 본 예시적인 실시예에서, 단일 축 센서들(300A-300n)은 물체(120)의 이동 방향(T)을 따라 배치된다. 본 예시적인 실시예에서, 센서들(300A-300n)은 직선으로, 또는 상기 이동 방향과 동일 선상에 배치될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 센서들(300A-300n)은 상기 이동 방향을 따라 어긋나도록 배치될 수 있으며, 상기 센서들의 일부는 다른 센서들 위에 배치될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 센서들(300A-300n)은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 센서들(300A-300n)은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 상술된 바와 같이, 홀 효과 센서들, 유도성 센서들 및 용량성 센서들을 포함하는 임의의 적절한 센서들일 수 있다.

도 3에서 알 수 있다시피, 센서들(300A-300n)은 소정의 거리 또는 피치(P)로 상기 이동 방향을 따라 이격된다. 대안적인 실시예들에서, 상기 센서들은 임의의 적절한 간격을 가질 수 있다. 센서들(300A, 300B, 300E)은, 예컨대, 낮은 민감도를 갖는 제 1 타임의 단일 축 센서일 수 있다. 낮은 민감도의 단일 축 센서들은 온/오프 신호를 생성하기에 충분한 민감도를 가질 수 있으며, 그에 따라서 일반적으로 낮은 비용이 소요될 수 있다. 물체의 위치가 더 긴 간격들에 걸쳐 추적될 경우에, 센서(100'')가 일부를 구성하는 상기 시스템의 기하구조적 특징들에 따라, 예컨대, 상기 제 1 타입의 센서(300A, 300B, 300E)와 비교하여, 더 큰 민감도를 갖는 단일 축 센서(들)를 갖는 제 2 타임의 센서일 수 있는 센서들(300C, 300D)의 하나 이상의 더블릿들(즉, 센서 더블릿)은, 도 3에서 알 수 있다시피, 상기 더 낮은 민감도의 센서들 중 하나의 위치에서 상기 센서들의 라인에 배치될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 센서들(300C, 300D)과 유사한 더 높은 민감도의 센서들의 더블릿이 하나 보다 많게 또는 하나 보다 적게 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 센서 더블릿들의 센서들을 포함하는 모든 상기 센서들은 낮은 민감도의 센서들이거나, 또는 더 높은 민감도의 센서들일 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 센서들은 임의의 적절한 방식으로 낮은 민감도의 센서들과 더 높은 민감도의 센서들 사이에서 혼합될 수 있다. 하나 이상의 센서 더블릿들과 조합하여 낮은 민감도의 센서들을 사용함으로써, 단독 센서(singular sensor)들 또는 센서 싱글릿(singlet)들을 사용하여 추적될 수 있는 대략의 위치(예컨대, 상기 센서 더블릿들을 사용하여 얻을 수 있는 위치 측정보다 낮은 정확도를 갖는 위치)를 갖는 위치 측정 시스템을 제공할 수 있으며, 위치가 더욱 중요한 영역에서는, 상기 더블릿들이 물체의 위치를 더욱 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 단독 센서들만을 사용하여 상기 물체를 추적하는 것은 위치 측정들에 약간의 편향(drift) 또는 변형(variation)이 생기게 할 수 있기 때문에, 상기 센서 더블릿들은 물체의 위치를 "조정(calibrate)"하는데 사용될 수 있다. 더 높은 민감도의 센서들(300C, 300D)은 소정의 거리, 즉, 예컨대, 피치(P)의 약 1/4 또는 P/4만큼 이격될 수 있으며, 그에 따라, 센서들(300C, 300D)의 출력 신호들은 도 2b 및 도 2c에 대해 위에서 설명한 방식과 실질적으로 유사한 방식으로 사인/코사인 관계를 갖는 신호들을 생성할 수 있다.

센서들(300A-300n)은 상술된 바와 같이 이동 물체(120)에 부착되거나 이의 일부인 자기 극 조각들 또는 자석들(320A-320n)과 대향된다. 임의의 적절한 자기장 생성기가 사용될 수 있으며, 상기 자석이 N극과 S극 모두를 포함하여야만 하는 것은 아님을 이해할 것이다. 센서들(300A-300n)과 대향하는 상기 자석들의 극들은 교호하는 구성으로 배열되며, 자석들(320A, 320C, 320E, 320G)의 N극은 센서들(300A-300n)에 노출되며, 자석들(320B, 320D, 320F)의 S극은 센서들(300A-300n)에 노출된다. 자기 극 조각들(320A-320n)의 교호하는 극들은 도 3b에 도시된 바와 같이 자석들(320A-320n)이 센서들(300A-300n)의 옆으로 이동함에 따라 정현파 타입 패턴을 생성한다. 대안적인 실시예들에서, 상기 자석들은 임의의 적절한 구성으로 배열될 수 있다. 본 예에서, 상기 자석들이 상기 단독 센서들(300A, 300B, 300E)을 지나침에 따라, 정현파 센서 출력(SW)이 생성된다. 상기 자석들이 센서 더블릿(300C, 300D)을 지나침에 따라, 정현파 출력(SW)은 센서(300C)에 의해 생성될 수 있는 반면에, 센서(300D)는 센서(300C)의 출력 또는 거리(P)에 대해 코사인 타입 출력(CW)(즉, 사인/코사인 관계)을 생성한다. 본 예시적인 실시예에서, 자석들(320A-320n)은 피치(P)의 약 2배의 거리 또는 2P로 서로 이격된다. 대안적인 실시예들에서, 자석들(320A-320n)은 2P보다 좁거나 넓은 간격을 가질 수 있다.

프로세서(190)는, 본 예에서 P인 하나의 기본 피치 내에서 물체(120)가 위치하는 곳을 결정하기 위해서, 센서들(300A-300n)로부터의 출력 신호들을 수학적으로 조작하도록 구성될 수 있다. 센서들(300A-300n) 각각의 위치가 알려져 있기 때문에, 상술된 바와 같이, 기본 피치(P) 내에서 결정된 위치는 각각의 센서(300A-300n)의 알려진 위치들 중 하나에 가산되거나 이로부터 감산됨으로써, 센서들(300A-300n)에 대한 물체(120)의 위치를 얻을 수 있다. 갭(G)은 프로세서(190)에 의해 상술된 방식과 실질적으로 유사한 방식으로 결정될 수 있으며, 이에 대해서는 도 7 및 위치 측정에 대한 수평 장 방법(parallel field approach)에 관하여 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 대안적인 실시예들에서, 갭(G)은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 상술된 방법을 포함하는 임의의 적절한 방식으로 결정될 수 있다. 센서들(300A-300n)로부터의 출력 신호들은 센서들 사이에서 상기 물체의 거리의 보간된 측정을 결정하는데 사용될 수 있다.

동작 시, 센서들(300A-300n)의 라인은 컨트롤러(190)에 의해 출력에 대해 순차적으로 스캐닝될 수 있으며, 예컨대, 센서(300A)와 같은 제 1 센서는 센서들의 스캐닝되는 라인을 따라 기본 거리를 결정하기 위해 스캐닝된다. 센서들(300A-300n)의 이러한 스캐닝은 높은 수준 또는 최대 수준의 분해능으로 물체(120)의 절대 위치 측정을 가능하게 할 수 있다.

일 예시적인 실시예에서, 도 3a에 도시된 예시적인 센서 구성은, 예컨대, 제조 셀(manufacturing cell)들 또는 팹들(FABS) 사이와 같이, 긴 거리들에 걸쳐 물체의 정확한 포지셔닝을 가능하게 할 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 다른 예시적인 실시예에서, 도 3a에 도시된 센서 구성은, 예컨대, 물체들이 이송되는 임의의 적절한 설비의 임의의 적절한 부분에서 사용될 수 있다. 설비들의 예들은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 반도체 처리 공장, 자동차 생산 공장, 또는, 예컨대, 기계화된 물품 핸들링을 사용하는 임의의 다른 적절한 설비를 포함한다.

이제, 도 4를 참조하면, 자석 플래튼(400) 및 단일 축 센서들(S1-S4)의 개념도가 도시된다. 본 예시적인 실시예에서, 그리고 오로지 예시적인 목적으로서, 자석 플래튼(400)은 Z-방향과 X-방향으로 2차원적으로 배열된 자기 극 조각들을 포함한다. 알 수 있겠지만, 도 4에 도시된 자기 극 조각들의 어레이는 플래튼(400) 상에 포함되는 자석들의 단지 일부분일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 플래튼(400)은 임의의 적절한 수의 행들 및/또는 열들로 배열된 자기 극 조각들을 가질 수 있다. 본 예에서, 자기 극 조각들의 행들은 교호하는 자기 극들을 가지며, 도 4에 도시된 바와 같이, 약 P/2의 거리만큼 엇갈려 배치되거나 이격된다. 유사하게, 열들도 교호하는 자기 극들을 가지도록 배열되며, 약 P/2의 거리만큼 이격되거나 엇갈려 배치된다. 임의의 특정 행 또는 열에서 각각의 자석들 간의 피치는 도 4에 도시된 바와 같이 P이다. 대안적인 실시예들에서, 자기 극 조각들은 임의의 적절한 배열 및 임의의 적절한 간격을 가질 수 있다.

본 예시적인 실시예에서, 4개의 단일 축 센서들(S1-S4)이, 예컨대, 자석 플래튼(400)에 의해 생성되는 실질적으로 대칭적인 자기장 내에 배치되며, 센서들(S1-S4)은 상기 장의 동일한 축을 감지하도록 배향된다. 대안적인 실시예들에서, 4개보다 많거나 적은 개수의 센서들이 사용될 수 있다. 센서들(S1-S4)은 도 2a 및 도 3a에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 도 4로부터 알 수 있다시피, 센서들(S1 및 S2)은 제 1 쌍의 센서들을 형성하며, 이들은 X-방향으로 실질적으로 동일 선상에 위치하며, 약 P/2 또는 상기 피치의 절반인 소정의 거리만큼 서로 이격된다. 센서들(S3 및 S4)은 제 2 쌍의 센서들을 형성하며, 이들도 역시 X-방향으로 실질적으로 동일 선상에 위치하며, 약 P/2의 거리만큼 서로 이격된다. 센서 쌍(S3, S4)은 대략 피치(P)의 4분의 1 또는 P/4의 거리만큼 X-방향으로 센서 쌍(S1, S2)로부터 떨어져 있다. 센서 쌍(S3, S4)은 대략 피치(P)의 4분의 1 또는 P/4의 거리만큼 Z-방향으로 센서 쌍(S1, S2)로부터 떨어져 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 센서 쌍들 내의 센서들은 임의의 적절한 이격 관계를 가질 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 센서 쌍들은 임의의 적절한 이격 관계를 가질 수 있다.

본 예시적인 실시예에서, 센서들(S1-S4)은 상기 자기 극 조각들의 평면에 수직한 상기 자기장의 성분을 감지할 수 있다(즉, 위치 측정을 위한 "수직 장 방법(normal field approach)"). 센서 쌍들(S1, S2 및 S3, S4)은 도 2b 및 도 2c에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사한 사인/코사인 관계를 갖는 각각의 출력 신호들을 제공한다. 예를 들면, 본 예시적인 실시예에서, 만약 센서(S2)로부터의 신호가, 예컨대, 프로세서(190)에 의하여 센서(S1)로부터의 신호로부터 감산된다면, X-축을 따르는 거리의 사인(sine)에 비례하는 신호가 생성된다. 상기 X-축을 따르는 상기 거리의 사인에 비례하는 상기 신호는 상기 자석 피치(P)에 상응하는 공간 주기로 반복된다. 만약 센서(S4)로부터의 신호가, 예컨대, 프로세서(190)에 의해 센서(S3)로부터의 신호로부터 감산된다면, X-축을 따르는 거리의 코사인에 비례하는 신호가 생성된다. X-축에 따르는 상기 거리의 코사인에 비례하는 상기 신호도 역시 상기 자석 피치(P)에 상응하는 공간 주기로 반복된다.

상기 X-축을 따르는 위치 측정 외에, 본 예시적인 실시예에서, 센서(S1-S4) 및 플래튼(400) 구성은 Z-축을 따르는 위치 측정도 제공할 수 있다. 예를 들면, 만약 센서(S2)로부터의 출력 신호가, 예컨대, 프로세서(190)에 의해 센서(S1)로부터의 출력 신호에 가산된다면, 상기 Z-축을 따르는 상기 거리의 사인에 비례한 신호가 생성된다. 상기 Z-축에 따르는 상기 거리의 사인에 비례하는 상기 신호는 상기 자석 피치(P)에 상응하는 공간 주기로 반복된다. 만약 센서(S4)로부터의 출력 신호가, 예컨대, 프로세서(190)에 의하여 센서(S3)로부터의 출력 신호에 가산된다면, 상기 Z-축을 따르는 상기 거리의 코사인에 비례하는 신호가 생성된다. 상기 Z-축을 따르는 상기 거리의 코사인에 비례하는 상기 신호도 역시 상기 자석 피치(P)에 상응하는 공간 주기로 반복된다.

상기 사인 및 코사인 신호들은 프로세서(190)에 의해 사용되어, 상기 자석 피치에 상응하는 거리에 걸쳐 0도에서 360도로 변하는 각도 값을 생성하며, 상기 자석 어레이에 대한 상기 센서 어레이의 위치를 정확하게 결정할 수 있게 하며, 이의 반대로도 가능하다.

이제, 도 5를 참조하면, 도 4의 위치 측정 시스템은 더욱 자세히 설명될 것이다. 알 수 있다시피, 서로에 대한 센서 쌍들(S1, S2 및 S3, S4)의 위치는 변할 수 있다. 예를 들면, 도 5에서 센서 쌍(S3, S4)은 센서 쌍(S1, S2) 아래에 위치하지만, 도 4에서 센서 쌍(S3, S4)은 센서 쌍(S1, S2) 위에 위치하는 것으로 도시된다. 대안적인 실시예들에서, 상기 센서 쌍들 사이에 사인/코사인 관계가 생성될 수 있도록, 상기 센서 쌍들은 임의의 적절한 구성 및/또는 간격을 가질 수 있다. 도 5로부터 알 수 있다시피, 도 4에 대하여 위에서 설명된 것들과 실질적으로 유사한 단일 축 센서들(S1-S4)을 포함하는 센서 그룹(530)은 자석 극 요소들(510, 520)을 포함하는 자석 플래튼(540)에 인접하게 또는 가까이 배치된다. 자기 극 요소들은 도 5에 도시된 바와 같이 교호하는 구성으로 배열될 수 있으며, 여기서 자기 극 요소들(510)의 N극은 센서 그룹(530)에 노출되고, 자기 극 요소들(520)의 S극은 센서 그룹(530)에 노출된다. 자기 극 요소들의 간격은 도 4에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 자기 극 요소들(510, 520)은 임의의 적절한 간격을 가질 수 있다.

본 예시적인 실시예에서, 4개의 단일 축 센서들(S1-S4)은, 예컨대, 사인/코사인 관계를 가지는, 예컨대, 두 세트의 신호들 생성한다(즉, 센서들(S1, S2))로부터의 출력 신호들은 사인/코사인 관계를 가지며, 센서들(S3, S4)로부터의 출력 신호들은 사인/코사인 관계를 가진다). 상술된 바와 같이, 도 5에 도시된 센서들(S1-S4)의 구성은, 상기 센서들의 각각이 상기 예시적인 좌표계(500)로 표시된 바와 같이, 자석 플래튼(540)에 수직한 자기장을 감지할 수 있게 한다. 자석 플래튼(540)에 의해 생성되는 상기 자기장의 3차원 그래프가 도 6a 및 도 9a에 도시되며, Y-방향의 자기장 세기가 X-축 및 Z-축을 따르는 위치들에 대하여 표시된다. 도 6b 및 도 9b는 각각 도 6a 및 도 9a에 도시된 자기장에 따라서 상기 센서 출력의 2차원 그래프를 도시한다.

도 4 및 도 5에 도시된 위치 측정을 위한 수직 장 방법(normal field approach)에서, 각각의 센서 쌍들(S1, S2 및 S3, S4) 간의 사인 및 코사인 관계들은 자석 플래튼(540)이 부착되는 물체(120)의 위치를 계산하기 위해 프로세서(190)에 의해 이용된다. 예를 들면, 프로세서(190)는 다음의 예시적인 식을 이용하여 X-축을 따르는 상기 센서 신호들의 사인을 계산할 수 있다.

여기서, S1 및 S2는 센서들(S1, S2) 각각의 출력들을 나타낸다. X-축을 따르는 상기 센서 신호들의 코사인은 다음의 예시적인 식을 이용하여 프로세서(190)에 의해 계산될 수 있다.

여기서, S3 및 S4는 센서들(S3, S4) 각각의 출력들을 나타낸다. 피치(P) 내에서 물체(120)의 위치는 다음과 같이 sin_x 및 cos_x를 이용하여 프로세서(190)에 의해 계산될 수 있다.

여기서, X는 자석 피치(P)를 따르는 거리의 일부(fraction)에 비례한다. 각 센서 그룹(530)은 소정의 거리에 배치되기 때문에, X에 대응하는 보간된 위치(D_X)는 물체(120)의 위치를 얻기 위해 상기 소정의 거리로부터 감산되거나 상기 소정의 거리에 가산될 수 있다. 예를 들면, 센서 그룹(530)이 X-축을 따라 거리(C)에 배치되고, 상기 보간된 위치(D_X)가 P/3이라면, X-방향의 물체(120)의 위치는, 예컨대, 거리(C)와 상기 위치(D_X)의 합(즉, C+P/3)일 것이다.

이와 유사하게, Z-축을 따르는 위치는 다음과 같이 Z-방향의 상기 센서 신호들의 사인 및 코사인을 계산함으로써 프로세서(190)에 의해 결정될 수 있다.

여기서, 위에서와 같이, S1-S4는 센서들(S1-S4) 각각의 출력들을 나타낸다. Z-방향으로 피치(P) 내에서 물체(120)의 위치는 아래와 같이 sin_Z 및 cos_Z를 이용하여 프로세서(190)에 의해 계산될 수 있다.

여기서, Z는 상기 자석 피치에 따르는 거리의 일부(fraction)에 비례한다. 알 수 있다시피, 센서 그룹(들)(530)은 Z-축을 따라 소정의 거리들에 배치될 수 있으며, 그에 따라 Z-방향으로 물체(120)의 위치는 비율(Z)에 대응하는 거리(D_Z)를 상기 소정의 거리에 가산하거나 상기 소정의 거리로부터 감산함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들면, 센서 그룹(530)이 Z-축을 따라 거리(B)에 배치되고 상기 보간된 위치(D_Z)가 P/3이라면, Z-방향으로 물체(120)의 위치는, 예컨대, 거리(B)와 상기 위치(D_Z)의 합(즉, B+P/3)일 것이다.

프로세서(190)는 상기 자기 플럭스 밀도의 측정을 얻기 위해 상기 사인 및 코사인의 제곱의 합의 제곱근을 계산하도록 구성될 수 있다. 상기 자기 플럭스 밀도는 상기 자석 어레이 또는 플래튼(540)과 센서들(530) 사이의 거리(G)에 비례할 수 있다. 따라서 센서 그룹(530)과 자석 플래튼(540) 사이의 갭(G)(즉, Y-축을 따르는 위치)은, 예컨대, 다음과 같이 결정될 수 있다.

여기서, t 및 A는 자석 기하구조에 좌우되는 상수들이다. 상술된 바와 같이, 상기 물체의 3차원 위치는 단일 축 센서들을 사용하여 상기 예시적인 실시예에 따라서 결정될 수 있으며, 상기 단일 축 센서들 각각은 오직 한 축을 따르는 출력 신호를 생성한다.

이제, 도 7을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에서, 상기 위치 측정 시스템은 상기 장의 수평 성분들을 측정하도록 구성될 수 있다(즉, "수평 장 방법(parallel field approach)"). 도 7로부터 알 수 있다시피, 상기 위치 측정 시스템은 센서 그룹(730) 및 자석 플래튼(740)을 포함한다. 자석 플래튼(740)은, 플래튼(740)이 도 7에 도시된 바와 같이 교호하는 방식으로 배열되는 자기 극 요소들(710(N극 요소), 720(S극 요소)을 포함한다는 점에서, 도 5에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 센서 그룹(730)은 도 4 및 도 5에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사한 4개의 단일 축 센서들(S1-S4)을 포함한다. 대안적인 실시예들에서, 임의의 적절한 개수의 센서들이 센서 그룹(730)에 포함될 수 있다. 센서들(S1-S4)은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 상술된 바와 같이, 단일 축 홀 센서들, 유도성 또는 용량성 센서들을 포함하는 임의의 적절한 센서들일 수 있다. 센서들(S1, S2)은 제 1 센서 쌍을 형성하고, 센서들(S3, S4)은 제 2 센서 쌍을 형성한다. 센서들(S1, S2)은 (예시적인 좌표계 표식(700)으로부터 알 수 있다시피) Z-방향으로 실질적으로 동일 선상에 배열되며, 자석 피치의 약 1/4 또는 P/4의 거리만큼 서로 이격된다. 센서들(S3, S4)은 X-방향으로 실질적으로 동일 선상에 배열되며, 자석 피치의 약 1/4 또는 P/4의 거리만큼 서로 이격된다. 대안적인 실시예들에서, 상기 센서들은 임의의 적절한 공간 관계를 가질 수 있다. 도 7에서 알 수 있다시피, 센서들(S1, S2)은 X-방향으로 센서들(S3, S4)사이에 배치되며, 센서들(S3, S4)은 Z-방향으로 센서들(S1, S2) 사이에 배치된다. 대안적인 실시예들에서, 센서들(S1, S2)은 센서들(S3, S4)에 대하여 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 센서들 사이의 약 P/4의 거리와 자석 피치(P)는 사인/코사인 관계를 갖는 센서 출력들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 센서들(S1, S2)은 Z-축을 따라서 사인/코사인 관계를 가질 수 있으며, 센서들(S3, S4)은 X-축을 따라서 사인/코사인 관계를 가질 수 있다.

도 8a, 도 10a 및 도 11a를 참조하면, X-축과 Z-축을 따르는 자기장 세기의 3차원 그래프가 도시되며, 이는 수평 장 센싱(parallel field sensing)에 의해 획득된다. 도 8b, 도 10b 및 도 11b는 도 8a, 도 10a 및 도 11a에 도시된 상기 자기장 세기에 따라서 X 또는 Z 위치에 대한 상기 센서 출력의 2차원 그래프들을 도시하며, 이는 수평 장 센싱에 의해 획득된다. 도 8b로부터 알 수 있다시피, 센서들(S3, S4) 간의 사인/코사인 관계 및 센서들(S1, S2) 간의 사인/코사인 관계가 도시된다.

이러한 사인/코사인 관계들은 X-축과 Z-축을 따라서 센서 그룹(730)에 대한 자석 플래튼(740)의 위치를 결정하기 위해 프로세서(190)에 의해 이용될 수 있다. 또한, 상기 센서 출력들 간의 상기 사인/코사인 관계들은 Y-축을 따르는 플래튼(740)과 센서 그룹(730) 간의 갭(G)을 계산하기 위해 상기 프로세서에 의해 이용될 수 있다. 예를 들면, X-축을 따르는 플래튼(740)의 위치는 상기 프로세서에 의해 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, X는 상기 자석 피치를 따르는 상기 거리의 일부(fraction)에 비례하며, S3, S4는 센서들(S3, S4) 각각의 출력들을 나타낸다. 각 센서 그룹(730)이 소정의 거리에 배치되기 때문에, X에 대응하는 보간된 위치(D_X)는 센서들(730)에 대한 자석 플래튼(740)(및 플래튼(740)이 부착되는 물체(120))의 위치를 얻기 위해 상기 소정의 거리로부터 감산되거나 상기 소정의 거리에 가산될 수 있다. 예를 들면, 센서 그룹(730)이 X-축을 따라 거리(C)에 위치하고 보간된 위치(D_X)가 P/3인 경우, X-방향으로 물체(120)의 위치는, 예컨대, 거리(C)와 위치(D_X)의 합(즉, C+P/3)일 것이다.

Z-축을 따르는 플래튼(740)의 위치는 상기 프로세서에 의해 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, Z는 상기 자석 피치에 따르는 거리의 일부(fraction)에 비례하며, S1, S2는 센서들(S1, S2) 각각의 출력 신호들을 나타낸다. 각 센서 그룹(730)이 소정의 거리에 배치되기 때문에, Z에 대응하는 보간된 위치(D_Z)는 센서들(730)에 대한 자석 플래튼(740)(및 플래튼(740)이 부착되는 물체(120))의 위치를 얻기 위해 상기 소정의 거리로부터 감산되거나 상기 소정의 거리에 가산될 수 있다. 예를 들면, 센서 그룹(730)이 Z-축을 따라 거리(B)에 위치하고 보간된 위치(D_Z)가 P/3인 경우, Z-방향으로 물체(120)의 위치는, 예컨대, 거리(B)와 위치(D_Z)의 합(즉, B+P/3)일 것이다.

센서 그룹(730)과 자석 플래튼(740) 간의 상기 갭(즉, Y-축을 따르는 위치)은, 예컨대, 프로세서(190)에 의하여 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, t 및 A는 자석 기하구조에 좌우되는 상수들이다. 여기서, 상술된 바와 같이, 상기 물체의 3차원 위치는 단일 축 센서들을 사용하여 상기 예시적인 실시예에 따라서 결정될 수 있으며, 각각의 센서는 오직 한 축을 따르는 출력 신호를 생성한다.

이제, 도 26 내지 도 34를 참조하면, 일 예시적인 실시예에서, 상기 위치 측정 시스템은 자기 극 요소들(2601, 2602)을 포함하는 자석 어레이(M), 단일 축 센서들(A1-A5)의 제 1 뱅크(bank), 단일 축 센서들(B1-B5)의 제 2 뱅크, 아날로그 전자소자(2630) 및 아날로그-디지털 변환기들(2640, 2645)을 포함한다. 상기 단일 축 센서들은 상술된 것들과 실질적으로 유사할 수 있다. 아날로그 전자소자(2630) 및 아날로그-디지털 변환기들(2640, 2645)은 컨트롤러(190)의 일부일 수 있음을 알아야 한다. 대안적인 실시예들에서, 아날로그 전자소자(2630) 및 아날로그-디지털 변환기들(2640, 2645)은 컨트롤러(190)로부터 분리되어, 이에 연결될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 센서들(A1-A5, B1-B5)은 디지털 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 센서들의 각 뱅크 내의 상기 센서들 간의 거리(D)는 상기 자석 어레이의 상기 자석들의 자석 피치(P)를 각 뱅크 내의 센서들의 개수로 나눈 값, 또는 P/n이며, 여기서 P는 자석 피치이며, n은 각 뱅크 내의 센서들의 수이다. 대안적인 실시예들에서, 각 뱅크 내의 상기 센서들 간의 상기 거리는 P/n보다 크거나 작을 수 있는 임의의 적절한 거리일 수 있다. 센서들(A1-A5, B1-B5)의 두 뱅크들은 약 D/2의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 각 뱅크 내의 상기 센서들 간의 상기 거리 및 상기 센서들의 두 뱅크들 간의 이격 거리(offset)는 임의의 적절한 거리(들)일 수 있다. 상술된 바와 같이, 자석 어레이(M)가 한 방향, 예컨대, 방향(X)으로 상기 센서들 가까이에서 이동함에 따라, 상기 센서 뱅크들(A1-A5, B1-B5)에 의해 주기적 신호들이 생성될 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 센서들(A1-A5, B1-B5)은 각각의 센서들(A1-A5, B1-B5)이 이들의 포화 한계(saturation limit)에 도달할 수 있도록, 자석 어레이(M)에 충분히 가까이 배치된다. 센서들(A1-A5)로부터의 예시적인 신호들은 도 27 내지 도 31에 도시된다. 도 27 내지 도 31에서 알 수 있다시피, 정현파 신호들(2700, 2800, 2900, 3000, 3100)의 평탄부(plateaus) 또는 수평부는 상기 센서들 각각의 상기 포화 한계들을 나타낸다. 알 수 있다시피, (상기 출력이, 예컨대, X-축 또는 임의의 다른 적절한 축을 따라 편이(shift)될 수 있을지라도) 센서들(B1-B5)은 도 27 내지 도 31에 도시된 것들과 유사한 포화 한계들을 가질 수 있다. 아날로그 전자소자들(2630)은 도 32에 도시된 신호(A)를 생성하기 위해 센서들(A1-A5)로부터의 신호들을 합칠 수 있다. 또한, 상기 아날로그 전자소자들은 도 33에 도시된 신호(B)를 생성하기 위해 센서들(B1-B5)로부터의 신호들을 합칠 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 아날로그 전자소자들은 상기 센서들이 디지털 출력들을 제공하는 경우 디지털 전자소자들로 대체될 수 있다. 상기 센서들로부터의 신호들을 합칠 때, 예컨대, 센서들(A2 및 A4)로부터의 신호들과 같이, 상기 신호들의 일부(예컨대, 하나씩 거른 센서 신호)는 반전될 수 있음을 알아야 한다. 대안적인 신호들은 임의의 적절한 신호(들)로부터의 신호들이 반전될 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 신호들은 반전되거나, 또는 반전되지 않을 수도 있다. 상기 포화된 신호들의 합은 도 32 및 도 33에 도시된 바와 같이, 상기 센서 뱅크들(A1-A5, B1-B5)의 각각에 대하여 위상 편이된 톱니(saw-tooth) 신호(3200, 3300)를 생성한다. 상기 신호 A(3200) 및 신호 B(3300)는 센서들(A1-A5, B1-B5)에 대한 상기 자석 어레이 또는 플래튼(M)의 위치를 결정하는데 이용될 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 설명될 것이다. 또한, 도 34에 도시된 바와 같이 포화되지 않은 사인/코사인 파들의 쌍과 비교할 때, 상기 포화된 신호들의 합은 더 짧은 주기를 생성하며, 이는 자석 어레이(M)에 대한 센서 응답에 관하여 더 높은 변화 속도 및 증가된 센서 분해능을 가능하게 할 수 있다.

상기 개시된 실시예들에 의해 수행되는 위치 측정들은, 균일하지 않은 자기장을 포함하는 다양한 이유에 의해 영향을 받을 수 있음을 알 수 있을 것이다. 수직 장 방법의 경우에, 위치 측정들은, 예컨대, 자기장을 생성하는 모터 코일들을 통해 영향을 받을 수 있다. 수평 장 방법에 관한 위치 측정들은, 예컨대, 상기 자석 플래튼 자신에 의해 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 균일하지 않은 자기장 또는 모터 코일들에 의해 영향을 받는 위치 측정들은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 추가 센서들을 제공하는 방법, 룩 업 테이블들을 이용하는 방법 및/또는 자석 쉐이핑(shaping)을 이용하는 방법을 포함하는 많은 방법들로 수정될 수 있다.

추가 센서들이 상기 위치 측정 시스템들에 추가될 수 있으며, 그에 따라 상기 센서들 간의 상기 피치는 센서 분해능 및 노이즈 내성(immunity)을 향상시키기 위해 감소될 수 있다. 오로지 예시적인 목적으로서, 수직 장 측정 방법의 경우에, 2개의 추가 센서들을 이용하여, 각도들 또는 탄젠트들(tangents)의 4가지 조합들이, 예컨대, 프로세서(190)에 의해 계산될 수 있다. 이러한 4개의 각도들은 도 12a에 도시된 바와 같이 하나의 자석 피치 내에 4 주기의 탄젠트들을 생성할 것이다. 이와 유사하게, 오로지 예시적인 목적으로서, 4개의 추가 센서들이 상술된 센서 그룹들(530, 730)에 추가된다면, 도 12b에 도시된 바와 같이, 8 주기의 탄젠트들이 하나의 자석 피치에 대해 생성될 것이다.

또한, 보정 계수들은 증가된 잡음 내성을 제공하고 상기 센서의 정확도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 수평 장 방법에서, 도 12c를 참조하면, 단일 축 센서(S1-S4)의 판독이 이루어지며(도 12c, 블록(1200)), 초기 위치 측정들은 상기 프로세서에 의해 다음과 같이 계산된다(도 12c, 블록(1210).

여기서, α는 X-축을 따르는 보정되지 않은 위치를 나타내고, β는 Z-축을 따르는 보정되지 않은 위치를 나타내며, S1-S4는 각각의 센서들(S1-S4)의 출력들을 나타낸다. 보정 계수(correction factor)들(δ1, δ2, δ3, δ4 ... δn)은, 예컨대, 룩 업 테이블(도 12C, 블록(1220))로부터 얻을 수 있다. 상기 보정 계수들(δ1-δn)은 임의의 적절한 보정 계수들일 수 있으며, 이는, 예컨대, 실험, 센서 민감도에 관한 진식, 자기소거 곡선 상의 자석 동작점 및/또는 임의의 다른 적절한 정보를 통해 얻을 수 있다. 보정 계수들(δ1-δn)은 보정된 센서 출력 값들(S1'-S4')을 계산하기 위해 다음과 같이 이용된다(도 12C, 블록(1230)).

X-축, Z-축을 따르는 보정된 위치 및 센서 그룹(730)과 자석 플래튼(740) 사이의 보정된 갭은 프로세서(190)에 의해 다음의 예시적인 공식들(도 12c, 블록(1240))을 사용하여 계산될 수 있다.

여기서, t와 A는 자석 기하구조에 좌우되는 상수들이다. 도 13 및 도 14는 상기 보정 계수들이 적용된 후의 갭 측정들 및 Z-축 측정들에 대한 예시적인 그래프들을 도시한다. 상기 보정 계수들의 적용을 상기 수평 장 방법에 관하여 설명하였지만, 상기 보정 계수들은 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 상기 수직 장 방법에도 적용될 수 있음을 알아야만 한다.

또한, 상술된 바와 같이, 상기 자석들은 본 명세서에 설명된 위치 측정 시스템의 정확도를 증가시키기 위해 쉐이핑(shaping)될 수 있다. 본 도면들에 도시된 예시적인 실시예들에서, 상기 자석 플래튼 상의 상기 자석들은 원형 또는 다이아몬드형을 갖는 것으로 도시된다. 그러나, 상기 자석들은, 이들로 한정되는 것은 아니지만, 정사각형, 다이아몬드형, 타원형, 직사각형, 사다리꼴형, 원형, 삼각형 등을 포함하는 임의의 적절한 모양을 가질 수 있다.

상기 자석 플래튼 상의 상기 자석들의 모양은, 균일하지 않은 자기장의 결과로서 상기 측정에 생기는 오차(error)를 최소화하면서, 예컨대, 정현파 타입의 웨이브를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 자석들의 쉐이핑은 다이아몬드형 및 원형 자석들에 대하여 아래에서 설명될 것이지만, 본 명세서에 설명되는 최적화 방법은 임의의 적절한 모양의 자석에도 적용될 수 있다.

이제, 도 15a 내지 15c 및 도 16a 내지 16c를 참조하면, 예시적인 자석 플래튼들이 도시된다. 도 15a로부터 알 수 있다시피, 상기 자석 플래튼은 원형 또는 원통형 자석들의 어레이를 포함한다. 도 15b 및 15c는 상기 자석들의 어레이 내의 각각의 자석이 실질적으로 (평탄한 상부를 갖는) 콘(cone) 모양을 갖도록 쉐이핑된 원통형 자석들을 도시한다. 도 15b는 약 50도의 에지(edge) 또는 트림(trim) 각도를 가지는 자석들을 도시하며, 도 15c는 약 60도의 에지 또는 트림 각도를 갖는 자석들을 도시한다. 도 16a는 다이아몬드형 자석들을 도시하며, 도 16b는 약 50도의 에지 또는 트림 각도를 갖는 다이아몬드형 자석들을 도시한다. 대안적인 실시예들에서, 상기 자석들은 임의의 적절한 에지 각도를 가질 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 자석들은 실질적인 콘 모양 외의 임의의 적절한 모양을 가질 수 있다.

도 17은 상기 플래튼이 상기 센서들을 지나침에 따라, 예컨대, 도 15a의 상기 원통형 자석들에 의해 생성되는 정현파 웨이브를 도시한다. 도 17에서 알 수 있다시피, 상기 사인파는 고르지 않으며, 모든 축들(X, Z 및 자기장 세기 축들)을 따라 상기 웨이브 패턴에 요동(fluctuation)이 존재한다. 상기 다이아몬드형 자석들에 대하여, 도 19a 내지 19c는 자석 플래튼(1900)(도 16a도 참조)에 의해 생성되는 신호들을 상기 수평 장 방법에 관하여 더욱 자세히 도시한다. 도 19a의 그래프들(1910, 1920)에서 알 수 있다시피, X-축 및 Z-축을 따르는 위치들에 대하여 표시한 Z-방향 및 X-방향의 자기장 세기는 균일하지 않은 피크들(peaks) 및 최하점(valley)들을 갖는 것으로 도시된다. 이러한 균일하지 않은 피크들 및 최하점들은 2차원 그래프(1930)에도 도시되며, 여기서 자기장 세기는 X 및 Z 축들을 따르는 위치들에 대하여 표시된다. X 또는 Z 축을 따르는 위치가 결정되고 도 19b에 도시된 바와 같이 그 결과들이 그래프 상에 그려지면, 상기 정현파의 각도에 대응하는 위치 데이터 점들이 추세서(best fit line)(1950)의 양 쪽에 존재하는 것으로 도시된다. 유사하게, 상기 자석 플래튼과 상기 센서들 간의 갭 거리가 그려지면, 도 19c에서 알 수 있다시피, 상기 갭이 균일한 거리 측정치를 갖는 것으로 도시되지 않는다.

도 18은 상기 플래튼이 상기 센서들을 지나침에 따라, 예컨대, 도 15b, 도 15c 및 도 16b의 쉐이핑된 자석들에 의해 생성된 정현파 웨이브를 도시한다. 도 18에서 알 수 있다시피, 상기 사인파는 고르며, 그에 따라 위치 측정은 고르지 않은 사인파로부터 얻은 측정보다 더욱 정확하게 최적화된 사인파로부터 얻을 수 있다. 도 20a는 예시적인 최적화된 자석 플래튼(2000)을 도시한다. 자석 플래튼(2000)은 도 4에 대하여 위에서 설명된 것과 실질적으로 유사한 구성을 가질 수 있다. 도 20a에서 알 수 있다시피, 자기장 세기가 X-축, Z-축 또는 X 및 Z 축들 중 어느 하나에 대하여 표시된 경우, 생성된 정현파 웨이브(2010, 2020, 2030)는 고르지 않은 사인파로부터 얻어진 측정과 비교할 때 측정들이 최소화된 오차를 갖도록 고르다. 도 20b에서 알 수 있다시피, 상기 정현파 웨이브의 각도에 대응하는 위치 데이터 점들은 실질적으로 라인(2050)을 따라 위치하는 것으로 도시된다. 유사하게, 상기 자석 플래튼과 상기 센서들 간의 갭 거리가 표시되면, 도 20c에 도시된 바와 같이, 상기 갭은 실질적으로 균일한 거리 측정을 갖는 것으로 도시된다.

자기장을 고르게 하는 것은, 예컨대, 상기 자석 플래튼의 각각의 자석들의 에지들 또는 측면들을 트리밍(trimming)함으로써 달성될 수 있다. 트림 각도의 값은 센서 위치에서 자기장 왜곡을 측정한 표준 편차(σ)를 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 22를 참조하면, 상기 다이아몬드형 자석들의 경우(점 "J" 참조) 상기 에지 각도가 약 50도일 때, 그리고 콘형 자석들의 경우(점 "K" 참조) 상기 에지 각도가 약 60도일 때, 표준 편차(σ)는 가장 0에 가깝다. 도 21에서 알 수 있다시피, 상기 다이아몬드형 자석들의 상기 트림 각도가 약 50도일 때, 그리고 상기 콘형 자석의 상기 트림 각도가 약 60도일 때 자기장의 표준화된 효율도 가장 크며, 표준화된 효율(normalized efficiency)(NE)은 다음과 같이 정의된다.

여기서, σ는 표준 편차이며, 웨이트(Weight)는 상기 자석 플래튼(들)의 웨이트이며, RMS는 상기 자기장 세기의 제곱 평균(root mean square)이다(NE의 예시적인 값들에 대해 도 25를 참조). 도 23은 상기 자석 플래튼의 상기 자석들로부터의 거리에 대한 상기 자기장의 세기에 관한 관계를 추가로 도시하며, 도 24는 고르지 않은 자기장을 생성하는 다이아몬드 자석의 자기장 효과, 및 고른 장들을 생성하는 쉐이핑된 다이아몬드 자석과 쉐이핑된 콘 자석의 자기장의 효과들을 도시한다. 대안적인 실시예들에서, 상기 자기장은 임의의 다른 방법으로 고르게 될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에 따라서, 위치 센싱 분해능 인핸서(position sensing resolution enhancer)(PSRE)가 제공되어, 아날로그 도메인에서, 본 명세서에 설명된 것과 같이, 위치 피드백 장치의 분해능을 (상기 피드백 장치의 기본 분해능과 비교할 때) 증가시킬 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 PSRE는 프로세서(190)의 일부일 수 있지만, 대안적인 실시예들에서, 상기 PSRE는 컨트롤러(190)로부터 분리되어 있을 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 상기 PSRE는, 예컨대, 하나 이상의 피드백 센서들의 출력(들)과 모터 컨트롤러의 입력 사이에 위치할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 PSRE는 센서에 의해 생성되는 상기 신호들을 변경(modify)하기 위해 임의의 적절한 위치에 배치될 수 있다. 모터 컨트롤러가 본 예들에서 사용되었지만, 상기 컨트롤러는 위치 센서들로부터 신호들을 수신하는 임의의 적절한 컨트롤러일 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 PSRE는 상기 위치 센서 신호에 대하여 증배(multiplication), 분할(division) 및 증폭(amplification) 중 하나 이상을 통해, 예컨대, 상기 위치 신호들의 상기 정현파 분포의 주파수를 2배, 4배 등을 하도록 기능하며, 그에 따라 각각 2배, 4배 등 만큼 상기 위치 센싱 분해능을 증가시킨다. 다른 예시적인 실시예들에서, 상기 PSRE는 상기 신호 진폭의 최적화된 모니터링을 허용할 수 있으며, 이것은, 예컨대, 회전자-고정자 갭 측정 장치로서 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 신호 진폭의 상기 최적화된 모니터링은, (이들로 한정되는 것은 아니지만), 예컨대, 본 명세서에서 설명된 것들과 같은, 회전 또는 선형 어플리케이션들에서 임의의 적절한 진단(diagnostic) 목적으로 사용될 수 있다.

아래에서 더욱 자세히 설명될 것이지만, 일 예시적인 실시예에서, 센서(예컨대, 위에서 설명된 센서들)로부터의 사인 및 코사인 신호들 모두를 제곱하면, 정현파 신호들이며 이들 각각의 원 신호들의 절반의 주기를 갖는 파생 신호들(derived signals)이 생성되며, 이는 본 예에서 상기 센서 분해능을 두 배가 되게 한다. 그러나 신호 진폭이, 예컨대, 캡 및/또는 온도가 변함에 따라, 예컨대, 자기 센서들과 함께 가변이라면, 아날로그-디지털 변환기들은 일반적으로 더 작인 진폭과 함께 더 적은 중요 비트들(significant bits)을 생성하며, 상기 위치 분해능을 유효하게 감소시킨다. 상기 가변 진폭으로부터 생성된 상기 신호들은 상기 진폭에 비례하는 값으로 오프셋 되어야만 한다. 가변 진폭들로 인한 이러한 문제들을 피하기 위해, 본 예시적인 실시예들은, 일 예에서, 상기 신호의 진폭과 상기 위상을 분리시킨다. 이것은 상기 진폭의 제곱을 얻기 위해, 상기 사인 및 코사인 신호들 모두를 제곱하고 이러한 제곱들을 더함으로써 수행될 수 있다. 상기 진폭 변화는 상기 제곱된 진폭들로 상기 제곱된 신호들을 나눔으로써 실질적으로 제거되며, 그에 따라 상기 위상 관계 산호들은 아날로그-디지털 변환기 범위 내에 속하여, 신호 변화에 무관한 동일한 각 분해능(angular resolution)을 제공한다. 따라서 앞에서 언급한 바와 같이, 연속적인 신호 제곱은 위치 분해능을 2배가 되게 한다.

만약 상기 센서들의 진폭이, 예컨대, 자석 갭 변화의 센싱과 같은 처리 또는 임의의 다른 적절한 목적을 위해 사용될 것이라면, 상기 순 제곱된 진폭 신호(pure squared amplitude signal)는 최적화된 선형성 및 원하는 범위의 분해능을 얻기 위해 아날로그 도메인에서 전-처리될 수 있다.

이제, 도 35를 참조하면, 위에서 설명된 상기 PSRE에 의해 수행되는 분해능 강화가 도시된다. 일 예에서, 정현파 분포를 갖는 자기장을 감지하는 단일 축 센서들로부터 얻어진 신호들은 제곱되고, 상기 신호들의 분해능을 2배(4배, 등)로 하기 위해, 예컨대, 원하는 직류 전류 레벨을 얻기 위해 오프셋 된다. 도 35에서 알 수 있다시피, 라인(50100)은 원 센서 신호들을 나타내며, 라인(50101)은 2배(doubling)한 후의 신호를 나타내며, 이에 대해서는 본 명세서에서 설명될 것이다. 상기 도면에서 알 수 있다시피, 2배된 신호(50101)는 원 신호(50100)의 실질적으로 절반의 주기를 갖는다. 도 35는 본 예시적인 실시예들에 따라서 센서의 분해능을, 예컨대, 2배 및 4배로 하기 위한 예시적인 처리의 블록도를 도시한다. 대안적인 실시예들에서, 상기 센서의 분해능은 임의의 적절한 방법으로 2배(4배 등)가 될 수 있다. 도 36에서, S1, S2는 도 37에 도시된 바와 같이 원 또는 기본 단일 축 센서 신호들을 나타내며, 다음과 같다.

및

여기서, Φ는 두 신호들 사이의 고정된 위상차(phase shift)이며, A는 진폭이다. 일 예시적인 실시예에서, Φ는, 예컨대, 하드웨어에 의해 결정되는 위상차일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, Φ의 값은 임의의 적절한 방식으로 결정될 수 있다. 용이한 설명을 위해, 정현파 신호 분포와 관련된 위치는 여기서 "주파수"로 지칭될 것이다. 일 예시적인 실시예에서, 4배 주파수의 사인 및 코사인 신호들을 얻기 위해, Φ의 값은 약 22.5ㅀ일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, Φ의 값은 원하는 주파수를 얻기 위해 임의의 다른 적절한 값일 수 있다. 도 36에 도시된 S1², S2²은 대응하는 오프셋들 및 보정 제곱 후의 신호들(S1, S2)을 나타낸다. S1², S2²의 주파수는 실질적으로 2배가 됨을 알아야 한다.

일 예시적인 실시예에서, 상기 오프셋은 다음과 같은 예시적인 수학 관계식을 사용하여, 초기 sin(x)와 sin(x+Φ) 신호들을 기초로 상기 코사인 신호를 만듦으로써 상기 PSRE에 의해 보정될 수 있다.

여기서, sinΦ와 cosΦ는 예컨대, 센서 간격에 의해 결정되는 상수 계수들이다. 대안적인 실시예들에서, sinΦ와 cosΦ는 임의의 적절한 값들을 가질 수 있다.

상기 예시적인 식 [24]는 물리학적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, A는 신호 전압 스윙(signal voltage swing)의 진폭이다. 따라서 다음과 같다.

sin(x) 함수와 cos(x) 함수는 모두 제곱되어 다음과 같이 진폭을 계산할 수 있다.

이러한 진폭은, 예컨대, 양 신호들을 A²으로 나눔으로써, 상기 진폭을 추가 처리에 최적화된 레벨로 변화시키기 위해, 오프셋 보정 및 신호 컨디셔닝(conditioning)에 사용될 수 있다.

진폭 변화에 독립적인 신호들을 생성한다. 두 사인/코사인 신호들의 제 2 오프셋 보정 및 증배 후에, 도 39에 도시된 바와 같이, 원 입력 신호들(S1, S2)에 비해 4배의 주파수가 얻어질 수 있다. 도 36에서 알 수 있다시피, 원하는 정확도를 얻기 위해서 상기 신호들은 반복적으로 조절될 수 있으며, 여기서, 2배된 신호들(S12, S22)은 다시 2배가 되어, 4배된 신호들((S1²)², (S2²)²))을 형성한다.

본 명세서에 설명된 주파수 증배는 위치 정확도를 향상시킬 수 있으며, 이것은, 예컨대, 도 40에서 이상적인 신호에 대하여 도시된다. 도 50에서 알 수 있다시피, 라인들(50200, 50201)은 위치 계산들에 사용되는 arctan(sine/cosine) 함수들을 나타낸다. 라인(50200)은 주파수(f)(또는 자석 피치(P))를 갖는 신호에 대해 예측된 것이며, 라인(50201)은 주파수(4*f)(또는 피치(P)/4)에 대해 예측된 것일 수 있다. 도 40에서 알 수 있다시피, 상기 예시적인 실시예들은 상기 자석 피치를 가상으로 낮추어, 예컨대, 본 명세서에 설명된 센서와 같은, 상기 위치 센서들의 분해능을 증가시킨다.

본 명세서에 개시된 분해능 강화의 안정도(stability)는 도 41 내지 도 44를 참조하여 설명될 것이다. 아래의 예들에서, 대응하는 입력 신호들의 무작위로 생성된 방해(disturbance)들이 도입된다. 일 예에서, 도 41은, 예컨대, 약 5%의 오차를 갖는 입력 신호를 도시하며, 도 42는 대응하는 출력 신호를 도시한다. 알 수 있다시피, 위에서 설명된 바와 같이, 센서 신호의 채널들에 2배 제곱(double squaring)을 적용하면, 임의의 부가 잡음은 4배가 될 수 있다. 상기 잡음의 증폭은, 단일 진폭을 아날로그-디지털 변환기 범위에 매칭시키는 동작 자동 이득 컨트롤에 의하여, 그리고 디지털화 고유 오차를 최적화함으로써, 그리고, 신호 처리 전에 잡음 고주파수 대역을 필터링함으로써, 그리고, 동기 잔여 잡음(synchronous remaining noise)을 적어도 부분적으로 감소시키기 위해 상기 채널들을 상호 관련(cross correlating)(예컨대, 진폭 계산)시킴으로써, 그리고, 비동기 잔여 잡음(asynchronous remaining noise)을 4배된 위치 분해능과 관련시킴으로써, 감소될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상기 잡음 증폭은 임의의 적절한 방식으로 감소될 수 있다. 또한, 일부의 경우, 상기 센서 전자기기에 의해 도입되는 상기 잡음은 무시될 수도 있음을 알아야 한다.

예시적인 실시예에 따라서, 위치 종속 정현파 함수들(position dependent sinusoidal functions)을 사용하는 위치 피드백 시스템의 위치 분해능이 추정될 수 있다. 본 예에서, 오로지 예시적인 목적으로서, 상기 피드백 시스템은 영구 자석들을 갖는 회전자/플래튼에 의해 생성되는 정현파 자기장을 감지하기 위해 1/4 자석 피치(즉, 90ㅀ 위상차)만큼 이격하여 배치되는 2개의 고정(stationary) 홀 효과 센서들(또는 임의의 다른 적절한 단일 축 센서들)을 사용한다. 대안적인 실시예들에서, 상기 시스템은 임의의 적절한 개수 또는 임의의 적절한 타입의 센서들을 사용할 수 있다. 알 수 있다시피, 상기 2개의 단일 축 센서들은 회전자/플래튼 종속 정현파 신호들(예컨대, 사인 및 코사인 신호들)을 생성한다. 이러한 2개의 신호 값들의 비를 다음과 같이 아크탄젠트(arctangent) 함으로써,

상기 모터의 주기적 위치가 (각도로) 결정될 수 있다. 식 [30]에서, sin 및 cos인 주기적 신호들을 나타내며 함수를 나타내는 것이 아니다. 대안적인 실시예들에서, 상기 피드백 시스템은 임의의 적절한 단위의 측정으로 상기 모터의 위치를 결정하기 위해 임의의 적절한 개수의 단일 축 센서들을 사용할 수 있다. 위치 분해능 오차(ε_α)를 계산하기 위해서, 상기 PSRE는 다음과 같이 식 [30]으로부터 편미분(∂/∂ sin 및 ∂/∂ cos)을 취할 수 있다.

여기서, ε_sin 및 ε_cos은 각각 사인 신호와 코사인 신호에 대한 각각의 오차들이다. 다음의 단순화를 이용한다.

ε_α가 다음과 같음을 알 수 있을 것이다.

만약 상기 사인 신호와 코사인 신호가 사인 및 코사인 함수들로 대체된다면, 식 [35]는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, A는 상기 신호들의 진폭이다. 만약, 상기 아날로그-디지털 변환기의 범위가 2*A(V)와 같고(즉, 상기 아날로그-디지털 변환기의 전체 범위가 사용됨), 상기 신호 불확실 오차(signal uncertainty error)들의 주요 소스가 상기 아날로그-디지털 변환기 분해능(N(비트)=(2*A)/2^N(V)이라고 가정한다면, 선행 위치 분해능(ε_X)은 다음과 같을 수 있다.

여기서, P는 사인/코사인 신호 주기(예컨대, 자석 피치)이다. 식 [37]로부터 알 수 있다시피, 센서의 전체 분해능은 도 45에 도시된 바와 같이, 예컨대, 45도, 135도, 225도 및 315도에서 최대값을 갖는 주기 함수이다.

상기 센서들이, 예컨대, 도 47의 블록도 형태로 도시된 것과 같은, 분해능 증배기(resolution multiplier)를 통해 아날로그-디지털 변환기에 연결되는 경우(도 47은 예시적인 증배기를 도시하지만, 대안적인 실시예들에서 상기 증배기는 본 명세서에 설명된 바와 같이 신호 증배를 수행하기 위한 임의의 적절한 구성 및 구성요소들을 가질 수 있음을 알아야 한다), 상기 증배기로부터 출력된 신호들의 잡음 레벨은 상기 아날로그-디지털 변환기의 분해능을 초과하지 않아야 한다는 것을 알아야 한다. 도 47a는 도 47의 블록도의 예시적인 전기 회로도를 도시한다. 알 수 있다시피, 대안적인 실시예들에서, 임의의 적절한 전기 회로가 도 47의 블록도를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 연속적인 신호 증배들의 개수에 기초한 잡음은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, n은 증배의 횟수이다.

위에서 설명한 바와 같이, 상기 정현파 함수를 제곱하면, 2배의 주파수(예컨대, 절반의 주기)를 갖는 정현파 함수가 생성되며, 그에 따라 선형 위치 분해능(ε_X)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, P는 원 신호의 주기이다. 알 수 있다시피, 각각의 추가 신호 증배는 상기 피드백 장치의 선형 분해능을 2배가 되게 한다. 상기 선형 위치 분해능을 보여주는 상기 PSRE에 의해 사용되는 상기 식들은 오로지 예시적이며, 상기 위치 분해능은 다른 적절한 식들을 사용하여 유도될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

상기 예시적인 실시예들의 상기 위치 분해능 강화는 갭 정보의 측정을 가능하게 하기 위한 신호 진폭 변화들에도 용인된다. 예를 들면, 입력 신호들이, 예컨대, 갭 변화, 잡음 및 자기장 결점(imperfection)에 의해 변하는 경우, 위에서 설명된 상기 분해능 강화는 신호를 이의 진폭에 대해 표준화할 수 있으며, 실질적으로 왜곡 없는 출력 사인/코사인 신호들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 도 43은 입력 진폭에 약 20%의 잡음이 가해진 입력 신호들을 도시한다. 도 44는 위에서 설명된 상기 분해능 강화로 상기 신호들을 처리한 후의 도 43에 도시된 상기 신호들의 출력을 도시한다. 갭 측정들, 또는 다른 정보는, 예컨대, 도 44에 도시된 것과 같이, 상기 신호들의 계산된 진폭으로부터 결정될 수 있으며, 그에 따라, 상기 분해능 강화는 갭 측정들의 분해능을 증가시킨다. 예를 들면, 갭 범위가 정의되면, 아날로그-디지털 변환기의 전체 스케일은 오직 상기 정의된 갭 범위를 분석하기 위해 사용될 수 있다. 한정하지 않는 예로서, 만약 상기 갭이, 예컨대, 약 5mm보다 작지 않고 약 8mm보다 크지 않을 수 있다면, 상기 아날로그-디지털 변환기의 범위는 약 5mm 내지 약 8mm의 영역을 분석하는데 사용될 수 있다.

앞에서 설명된 바와 같이, 상기 정현파 신호들의 진폭이 갭 종속적인 경우, 상기 갭은, 예컨대, 다음과 같이 정의될 수 있다.

여기서, B와 t는, 예컨대, 하드웨어 종속 상수들이며, sin 및 cos는 (함수들이 아니라) 정현파 신호들이며, A는 상기 신호들의 진폭이다. 대안적인 실시예들에서, B 및 t는 임의의 적절한 상수 값들일 수 있다. 식 [40]을 편미분하면, 갭 측정의 분해능(ε_G)은 다음과 같다.

여기서, ε_sin과 ε_cos은 각각, 상기 사인 신호와 코사인 신호에 대한 각각의 오차들이다. 다음의 간략화를 이용한다.

상기 갭 측정의 분해능은 다음과 같이 기술될 수 있다.

만약 상기 아날로그-디지털 변환기의 범위가 2*A(V)이고(예컨대, 상기 아날로그-디지털 변환기의 전체 범위가 사용됨), 상기 신호 불확실성/오차들의 주요 소스가 상기 아날로그-디지털 변환기 분해능(N(비트)=(2*A)/2^N (V))이라고 가정한다면, 식 [45]는 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.

만약 상기 사인 및 코사인 신호들이 상기 사인 및 코사인 함수들로 대체된다면, 다음과 같다.

또는

위에서 설명된 상기 위치 분해능과 유사하게, 식 [48]로부터 알 수 있다시피, 전체 갭 분해능은 도 46에 도시된 바와 같이, 약 45도, 135도, 225도 및 315도에서 최대를 갖는 주기 함수이다. 상기 센서들이, 예컨대, 위에서 설명된 상기 분해능 인핸서를 통해 아날로그-디지털 변환기에 연결된 경우에, 갭 정보는, 예컨대, 상기 강화된 위치 분해능으로부터, 아날로그 도메인에서 이미 유도/사전 처리된 상기 사인 및 코사인 신호들의 진폭으로부터, (상기 PSRE를 포함할 수 있는) 컨트롤러(190)에 의해 얻어질 수 있다. 상기 어플리케이션에 따라서, 신호 증폭은 갭 정보로 변환될 수 있으며, 상술된 바와 같이, 관심 영역으로 확대될 수 있으며, 상기 아날로그-디지털 변환기에 송신될 수 있다. 이 경우, 상기 갭 분해능은, 예컨대, 다음과 같이, 근사화될 수 있다.

여기서, ΔG는 관심 영역(region of interest)이다.

알 수 있다시피, 상기 위의 예들이 상기 신호들을 2배 증배(예컨대, 원 신호를 2배로 하거나 이전에 증배된 신호를 2배로 함)하는 것에 관하여 설명되었지만, 상기 예시적인 실시예들은 임의의 적절한 증배 계수(예컨대, 1, 2, 3, 4, 등)를 사용하여 원 신호 또는 임의의 후속하여 증배될 신호를 증배하기 위해 적용될 수도 있다.

동작 시, 위에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에 설명되는 단일 축 위치 센서들을 포함하는 상기 예시적인 위치 측정 시스템들은, 예컨대, 어느 한 위치에서 다른 위치로 제품을 이송하기 위해 기계화된 이송장치들을 갖는 임의의 적절한 설비에서 사용될 수 있다. 오로지 예시적인 목적으로서, 상기 예시적인 위치 측정 시스템들의 동작은 반도체 처리 설비에 대해 설명될 것이지만, 상기 예시적인 위치 측정 시스템들이, 위에서 설명된 바와 같이, 임의의 적절한 설비에서 사용될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다.

이제, 도 48을 참조하면, 상기 개시된 실시예들의 양상들이 사용될 수 있는 예시적인 반도체 기판 처리 장치(3510)가 도시된다. 처리 장치(3510)는 다수의 로드 포트들(load ports)(3512)을 갖는 환경 프론트 엔드 모듈(environmental front end module)(EFEM)에 연결되는 것으로 도시된다. 로드 포트들(3512)은, 예컨대, 종래 FOUP 캐니스터(canister)들과 같은 다수의 기판 저장 캐니스터들을 지지할 수 있으며, 임의의 다른 적절한 타입이 제공될 수도 있다. EFEM(3514)는 로드 락들(load locks)(3516)을 통해 상기 처리 장치와 통신하며, 상기 로드 락들(3516)은 상기 처리 장치에 연결된다. (대기를 향해 개방될 수 있는) EFEM(3514)는 로드 포트들(3512)로부터 로드 락들(3516)로 기판들을 이송할 수 있는 기판 이송 장치(미 도시)를 갖는다. EFEM(3514)는 기판 정렬 능력(substrate alignment capability), 배치 핸들링 능력(batch handling capability), 기판 및 캐리어 식별 능력(identification capability) 등을 더 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 로드 락들(3516)은, 상기 로드 락들이 배치 핸들링 능력을 갖는 경우에, 또는 상기 로드 락들이 상기 FOUP에서 상기 로드 락으로 직접 웨이퍼들을 이송하는 능력을 갖는 경우에, 로드 포트들(3512)과 직접 인터페이스(interface) 할 수 있다. 이러한 장치들의 일부 예들은 미국 특허 제6,071,059호, 제6,375,403호, 제6,461,094호, 제5,588,789호, 제5,613,821호, 제5,607,276호, 제5,644,925호, 제5,954,472호, 제6,120,229호 및 2002년 7월 22일에 출원된 미국 특허출원 제10/200,818호에 개시되며, 이들 모두의 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 대안적인 실시예들에서, 다른 로드 락 옵션들도 제공될 수 있다.

여전히 도 48을 참조하면, 앞에서 언급한 바와 같이, 반도체 기판들(예컨대, 200/300 mm 웨이퍼들 또는 200/300 mm보다 크거나 작은 임의의 다른 적절한 크기의 웨이퍼들), 평판 디스플레이용 패널들, 또는 임의의 다른 원하는 종류의 기판을 처리하는데 사용될 수 있는 처리 장치(3510)는 일반적으로 이송 챔버(3518), 처리 모듈들(3520) 및 적어도 하나의 기판 이송 장치(3522)를 포함한다. 본 실시예에 도시된 기판 이송 장치(3522)는 상기 챔버(3518)와 통합된다. 본 실시예에서, 처리 모듈들은 상기 챔버(3518)의 양 측 상에 장착된다. 다른 실시예들에서, 처리 모듈들(3520)은, 예컨대, 도 50에 도시된 바와 같이, 챔버(3518)의 한 쪽에 장착될 수 있다. 도 48에 도시된 실시예에서, 처리 모듈들(3520)은 행들(Y1, Y2) 또는 수직 평면들에서 서로 대향하도록 장착된다. 다른 대안적인 실시예들에서, 상기 처리 모듈들은 상기 이송 챔버의 대향 측면들 상에서 서로 엇갈려 배치될 수 있으며, 또는 서로 수직 방향으로 적층될 수 있다. 이송 장치(3522)는 챔버(3518) 내에서 이동되는 카트(cart)(3522C)를 가지며, 로드 락들(3516)과 처리 챔버들(3520) 사이에서 기판들을 이송한다. 도시된 실시예에서, 오직 하나의 카트(3522C)가 제공되지만, 대안적인 실시예들에서, 더 많은 카트들이 제공될 수 있다. 도 48에 도시된 바와 같이, 이송 챔버(3518)(상기 이송 챔버의 내부에 진공 또는 비활성 분위기 또는 간단히 세정 환경 또는 이들의 조합이 가해짐)는 구성을 가지며, 기판 이송 장치(3522)를 사용하며, 이것은 상기 처리 모듈들이 실질적으로 평행한 수직 평면들 또는 행들로 배열된 모듈들과 함께 데카르트 배열로 챔버(3518)에 장착될 수 있게 한다. 이것은 동종의 종래 처리 장치(즉, 동일한 개수의 처리 모듈들을 갖는 종래 처리 장치)에 비해 더욱 조밀한 면적을 갖는 처리 장치(3510)를 갖게 한다.(예컨대, 도 54 참조) 더구나, 이송 챔버(3522)는, 산출량을 증가시키기 위해, 임의의 원하는 개수의 처리 모듈들을 추가하도록 임의의 원하는 길이를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 또한, 상기 이송 챔버는 내부의 임의의 원하는 개수의 이송 장치를 지지할 수 있으며, 상기 이송 장치가 서로 간섭하지 않고도 상기 이송 챔버 상의 임의의 원하는 처리 챔버에 도달할 수 있게 한다. 이것은 효과적으로 상기 처리 장치의 산출량을 상기 이송 장치의 핸들링 능력으로부터 분리시키며, 그에 따라, 상기 처리 장치 산출량은 핸들링에 의해 제한되기 보다는 프로세싱에 의해 제한되게 된다. 따라서 산출량은 처리 모듈들을 부가하고 동일한 플랫폼 상에 핸들링 능력을 대응시킴으로써 원하는 대로 증가될 수 있다.

계속하여 도 48을 참조하면, 본 실시예에서 이송 챔버(3518)는 일반적인 직사각형 모양을 가지지만, 대안적인 실시예에서 상기 챔버는 임의의 다른 적절한 모양을 가질 수 있다. 챔버(3518)는 (폭보다 길이가 더 긴) 가느다란 모양을 가지며, 내부에 상기 이송 장치를 위한 일반적으로 선형인 이송 경로를 정의한다. 챔버(3518)는 세로 방향의 측벽들(3518S)을 갖는다. 측벽들(3518S)은 이를 관통하여 형성되는 이송 개구부들 또는 포트들(35180)을 갖는다. 이송 포트들(35180)은 기판들이 상기 포트들(스루 밸브들(through valves)일 수 있음)을 통해 상기 이송 챔버의 안으로 또는 이의 바깥으로 통과할 수 있을 정도로 큰 크기를 가질 수 있다. 도 48에서 알 수 있다시피, 본 실시예에서 처리 모듈들(3520)은 측벽들(3518S) 바깥에 장착되며, 각 처리 모듈은 이송 챔버(3518) 내에서 대응하는 이송 포트(35180)와 정렬된다. 알 수 있다시피, 각 처리 모듈(3520)은 이송 챔버(3518) 내의 진공을 유지하기 위해서 대응하는 이송 포트(35180)의 외주 둘레에 챔버(3518)의 측면들(3518S)에 대해 밀봉될 수 있다. 각 처리 모듈(3520)은 원할 때, 이송 포트(3518)를 폐쇄하기 위해 임의의 적절한 수단에 의해 제어되는 밸브를 가질 수 있다. 이송 포트들(35180)은 동일한 수평 평면에 배치될 수 있다. 따라서 챔버(3518) 상의 처리 모듈들(3520)도 역시 동일한 수평 평면에 정렬된다. 대안적인 실시예들에서, 이송 포트들(35180)은 상이한 수평 평면들에 배치될 수 있다. 도 48에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 로드 락들(3516)은 2개의 최전방 이송 포트들(35180)에서 챔버 측면들(3518S)에 장착된다. 이것은 로드 락들(3516)이 상기 처리 장치의 전방에서 EFEM(3514)에 인접할 수 있게 한다. 대안적인 실시예들에서, 로드 락들(3516)은, 예컨대, 도 50에 도시된 바와 같이, 이송 챔버(3518) 상의 임의의 다른 이송 포트들(35180)에 배치될 수 있다. 이송 챔버93518)의 6면체 모양은 원하는 행들의 처리 모듈들을 장착할 수 있도록 챔버(3518)의 길이가 원하는 대로 선택될 수 있게 한다(예컨대, 도 49, 도 51 내지 도 53 참조, 이들은 이송 챔버 길이가 임의의 적절한 개수의 처리 모듈들을 수용할 수 있도록 하는 다른 실시예들을 도시함).

앞에서 언급한 바와 같이, 도 48에 도시된 실시예에서 이송 챔버(3518)는 하나의 카트(3522C)를 가지는 하나의 기판 이송 장치(3522)를 구비한다. 이송 장치(3522)는 전방(3518F)과 후방(3518B) 사이로 상기 챔버에서 카트(3522C)를 앞뒤로 이송하기 위해 상기 챔버에 통합된다. 이송 장치(3522)는 하나 이상의 기판들을 홀딩(holding)하기 위한 엔드 이펙터(end effector)들을 갖는 카트(3522C)를 갖는다. 또한, 이송 장치(3522)의 카트(3522C)는 처리 모듈들(3520) 또는 로드 락들(3516)에서 기판들을 픽업하거나 방출하기 위해서 상기 엔드 이펙터들을 연장하거나 수축하기 위한 관절 암 또는 이동 가능 이송 메커니즘(3522A)을 구비한다. 처리 모듈들/로드 포트들로부터 기판을 픽업 또는 방출하기 위해서, 이송 장치(3522)는 원하는 모듈/포트와 정렬될 수 있으며, 상기 암은 기판 픽업/방출을 위해 상기 모듈/포트 안으로 상기 엔드 이펙터를 위치시키기 위해 상기 대응하는 포트(35180)를 통과하여 연장되거나 수축된다.

도 48에 도시된 이송 장치(3522)는 대표적인 이송 장치이며, 선형(linear) 서포트(support)/구동(drive) 레일(rail)들로부터 지지되는 카트(3522C)를 포함한다. 이송 장치는 미국 특허 공개 제2004/0151562호에 설명되는 기계적으로 부양되는 이송 장치와 실질적으로 유사할 수 있으며, 상기 공개는 앞에서 본 명세서에 참조로서 포함되며, 임의의 적절한 이송 장치가 사용될 수도 있다. 선형 서포트/구동 레일들을 상기 이송 챔버의 측벽들(3518S), 플로어(floor) 또는 상면에 장착될 수 있으며, 상기 챔버의 길이 방향으로 연장될 수 있다. 이것은 상기 카트(3522C), 및 이에 의해 상기 장치가 상기 챔버의 길이 방향으로 이동할 수 있게 한다. 카트(3522C)는 상기 암을 지지하는 프레임을 갖는다. 또한, 상기 프레임은 카스터 마운트(caster mount)들 또는 플래튼들(3522B)을 지지하며, 이것은 상기 프레임과 함께 또는 상기 프레임에 대하여 이동한다. 예컨대, 순차적 동기 선형 모터(sequential synchronous linear motor)와 같은 임의의 적절한 모터는 상기 플래튼들(3522B) 및 이에 의해 상기 카트(3522C)를 상기 레일들을 따라 구동할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 암은 적절한 연결부(linkage)/전동장치(transmission)에 의해 플래튼(3522B)에 동작가능하게 연결되며, 그에 따라 플래튼들(3522B)이 서로에 대한 상대 운동으로서 구동 모터에 의해 이동될 때, 상기 암은 연장되거나 수축된다. 예를 들면, 상기 전동장치는 플래튼들(3522B)이 상기 레일들을 따라 멀어지도록 이동되면, 상기 암이 왼쪽으로 연장되고, 플래튼들(3522B)이 상기 레일들을 따라 가까워지도록 이동되면, 상기 암이 왼쪽으로부터 수축되도록 배열될 수 있다. 또한, 플래튼들(3522B)은 암(3522A)을 우측으로/우측으로부터 연장/수축하도록 선형 모터에 의해 적절하게 동작될 수 있다.

상기 선형 모터를 이용하여 상기 슬라이드 레일들 위로 플래튼들(3522B)의 움직임을 제어하고, 또한 플래튼들(3522B)의 위치, 및 그에 의한 카트(3522C)의 위치, 및 상기 암의 연장/수축된 위치를 센싱하는 것은 위에서 설명된 상기 위치 측정 시스템들을 통해 달성될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 플래튼(400)과 같은 자석 플래튼들(MP)은 이송 플래튼들(3522B)에 부착되고나 이들 각각의 일부일 수 있으며, 그에 따라 상기 플래튼들(MP)에 의해 생성되는 자기장들은, 예컨대, 챔버(3518)의 측면들(3518S)을 향하도록 배향된다(도 55, 블록(4200)). 단일 축 센서들(Q)의 그룹들(이들의 각각은 도 4, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같은 센서 그룹, 및 도 2a 및 도 3a에 도시된 바와 같은 센서 더블릿들을 포함할 수 있음)은 위에서 설명된 방식으로 카트(3522C) 및 이송 플래튼들(3522A, 3522B)의 이동 경로를 따라 챔버(3518)의 측면들(3518S)을 따라 배치될 수 있다. 명료함을 위해 상기 도면에는 오직 적은 개수의 센서 그룹들(Q)만이 도시되었음을 알아야 한다. 또한, 위에서 설명된 상이한 위치 센싱 시스템들의 일부는 독립적으로 또는 이들의 임의의 조합으로서 사용될 수 있으며, 그에 따라 카트(3522C)의 위치는 정확하게 결정될 수 있다는 것을 알아야 한다.

컨트롤러(3590)는 출력에 대하여 단일 축 센서들(Q)의 상기 그룹들을 순차적으로 스캔하도록 구성되며, 예컨대, 포인트(3580)에 배치되는 상기 센서는 제 1 스캐닝된 센서로서 구성되며, 그에 따라서, 카트(3522C)의 위치는 절대 위치 측정을 제공하도록 포인트(3580)의 뒤쪽으로 참조된다(도 55, 블록(4210)). 상술된 바와 같이, 센서 그룹들(Q)의 각각은 챔버(3518) 내의 임의의 적절한 기준점으로부터 소정의 거리에 배치되어, 상기 자석 플래튼들(MP)이 임의의 주어진 센서를 지나침에 따라 상기 자석 플래튼의 위치가 대략적으로 알려진다. 상기 자석 플래튼들(MP) 및 이로 인한 상기 카트(3522C)의 위치를 더욱 정확하게 결정하는 것은 상술된 바와 같이 상기 센서들의 출력을 수학적으로 조작함으로써 달성될 수 있다(도 55, 블록(4220)). 본 예에서, 플래튼들(3522B)의 각각은 자석 플래튼(MP)을 포함하기 때문에, 각 플래튼(3522B)의 위치는 개별적으로 결정될 수 있으며, 그에 따라 플래튼들(3522B)은 이송 챔버(3518) 내의 세로 방향으로 전체 카트/장치를 이동시키기 위해 한 방향으로 조화되어 구동될 수 있으며, 또는 카트(3522C)에 의해 이동되는 암(3522A)이 연장 또는 수축되도록 개별적으로 구동될 수 있다. 또한, 챔버 벽들(3518S)에 대한 카트(3522C)의 위치(예컨대, 상기 벽들과 상기 카트 간의 갭)는 측정되고 그에 따라 조절 될 수 있으며, 카트(3522C)는 처리 모듈들(3520) 내의 기판들의 정확한 배치에 도움을 주고자 벽들(3518S) 사이에 소정의 위치에 배치된다는 것을 알아야 한다.

도 49는 다른 실시예의 기판 처리 장치(3510')를 도시하며, 이것은 장치(3510)와 일반적으로 유사하다. 본 실시예에서, 이송 챔버(3518')는 2개의 이송 장치(3622A, 3622B)를 구비한다. 이송 장치(3622A, 3622B)는 도 48에 대해서 위에서 설명한 장치(3522)와 실질적으로 동일하다. 이송 장치(3622A, 3622B)는 모두 앞에서 설명한 바와 같이 길이 방향 슬라이드 레일들의 공통 세트(common set)로부터 지지될 수 있다. 각 장치에 대응하는 상기 카트의 플래튼들은 동일한 선형 모터 구동기에 의해 구동될 수 있다. 상기 선형 모터의 상이한 구동 존(drive zone)들은 각 카트(3622A, 3622B) 상의 각각의 플래튼들의 독립적인 구동을 가능하게 하며, 그에 따라 각각의 개별 카트(3622A, 3622B)의 독립적인 구동도 가능하게 한다. 따라서 알 수 있다시피, 각 장치의 상기 암은 앞에서 설명한 것과 유사한 방식으로 상기 선형 모터를 사용하여 독립적으로 연장/수축될 수 있다. 그러나 본 경우에서, 기판 이송 장치(3622A, 3622B)는 독립적인 슬라이드 시스템들이 사용되지 않는 한 상기 이송 챔버 내에서 서로 지나칠 수 없다. 상술한 바와 같이, 상기 카트의 플래튼들의 각각은 챔버 벽들(3518S')에 부착되는 하나 이상의 단일 축 센서들을 포함하는 센서 그룹들(Q)과 상호작용하는 자석 플래튼들(MP)을 포함할 수 있다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 처리 모듈들은 이송 챔버(3518')의 길이를 따라 배치되며, 그에 따라 상기 기판은 이송 장치(3622A, 3622B)가 서로 간섭하는 것을 피할 수 있는 시퀀스로 처리 모듈(3518')에서 처리되기 위해 이송될 수 있다. 예를 들면, 코팅을 위한 처리 모듈들은 가열 모듈들, 및 냉각 모듈들 앞에 배치될 수 있으며, 식각 모듈이 가장 마지막에 배치될 수 있다.

그러나 이송 챔버(3518')는 다른 이송 존(3518A', 3518B')을 가질 수 있으며, 상기 2개의 이송 장치가 서로의 위를 지나칠 수 있게 한다(사이드 레인(side rail), 바이패스 레일(bypass rail) 또는 레일들을 필요로 하지 않는 기계적으로 매달린(suspended) 존과 유사함). 본 경우에, 다른 이송 존은 처리 모듈들이 배치되는 수평 평면들 상에 또는 아래에 배치될 수 있다. 본 경우에, 각 이송 존(3518A', 3518B')은 그 자신의 센서 그룹들의 세트(Q)를 구비할 수 있으며, 그에 따라 카트들(3622A, 3622B)의 위치는 개별적으로 추적될 수 있으며, 상기 카트들은 상기 이송 존들(3518A', 3518B')의 각각에 위치할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 이송 장치는 각각의 이송 장치를 위해 하나씩 2개의 슬라이드 레일들을 구비한다. 하나의 슬라이드 레일은 상기 이송 챔버의 플로어 또는 측벽들에 배치될 수 있으며, 다른 슬라이드 레일은 상기 챔버의 상면에 배치될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 선형 구동 시스템이 사용될 수 있으며, 이는 상기 카트들을 동시에 구동 및 고정(suspend)시키며, 상기 카트들은 수평으로 그리고 수직으로 독립적으로 이동할 수 있으며, 그에 따라 이들을 서로 독립적으로 기판들을 통과 또는 이송시킬 수 있게 한다. 상기 이송 장치들 또는 상기 이송 장치들에 의해 이동되는 상기 기판들에 손상을 입힐 수 있는 충돌을 방지하기 위해 다른 이송 장치들의 위/아래를 지나감으로써, 자석 플래튼들(MP)과 조합하여 상기 센서 그룹들(Q)은 카트들(3622A, 3622B)의 각각의 수직 위치를 추적하는데 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 전기 권선들을 사용하는 모든 실시예들에서, 가스 제거(degas)를 위해 챔버를 가열하는 것이 바람직한 경우에, 그리고 예컨대 수증기를 제거하기 위해서 이러한 권선들은 저항성 히터들로 사용될 수도 있다. 이러한 경우에서 각 이송 장치는 전용 선형 구동 모터, 또는 상기 카트들이 위에서 설명된 것과 유사하게 위치하는 전용 구동 존에 의해 구동될 수 있다.

이제, 도 52 및 도 53을 참조하면, 다른 예시적인 실시예들에 따라서 본 명세서 설명되는 상기 위치 측정 시스템들을 포함하는 다른 기판 처리 장치가 도시된다. 도 52 및 도 53에 도시된 바와 같이, 이러한 실시예들에서 상기 이송 챔버는 추가 처리 모듈들을 수용하도록 길게 확장된다. 도 52에 도시된 장치는 상기 이송 챔버에 연결된 12개의 처리 모듈들을 구비하며, 도 52에서 (2개의 장치가 도시됨) 각각의 장치는 상기 이송 챔버에 연결된 24개의 처리 모듈들을 구비한다. 이러한 실시예들에 도시된 처리 모듈들의 개수는 오로지 예시적으로 제시된 것이며, 상기 장치는 앞에서 설명한 바와 같이 임의의 다른 개수의 처리 모듈들을 구비할 수 있다. 이러한 실시예들에서 상기 처리 모듈들은 이전에 설명한 것과 유사한 데카르트 배치(Cartesian arrangement)로 상기 이송 챔버의 측면들을 따라 배치된다. 그러나 이 경우, 처리 모듈들의 행들의 개수는 크게 증가되었다(예컨대, 도 52의 장치에서는 6개의 행들이 배치되며, 도 53의 장치의 각각에서 12개의 행들이 배치된다). 도 52의 실시예에서, 상기 EFEM은 제거될 수 있으며, 상기 로드 포트들은 로드 락들에 직접 접속될 수 있다. 도 52 및 도 53의 장치의 상기 이송 챔버는 다수의 이송 장치를 가지며(즉, 도 52의 경우 3개의 장치를 가지며, 도 53의 경우에 6개의 장치를 갖는다), 상기 로드 락들 및 상기 처리 챔버들 사이에서 상기 기판들을 핸들링 한다. 도시된 이송 장치의 개수는 오로지 예시적으로 제시된 것이며, 더 많거나 더 적은 개수의 이송 장치들이 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 상기 이송 장치는 이전에 설명된 것들과 일반적으로 유사하며, 암 및 카트를 포함하고, 여기서 상기 카트의 위치 및 상기 암의 연장/수축은 위에서 설명된 바와 같이 다차원 위치 측정 시스템을 이용하여 추적된다. 그러나 이 경우에, 상기 카트는 이송 챔버의 측벽들에 배치되는 선형 모터 구동기들에 의해 지지된다. 본 경우에, 상기 선형 모터 구동기들은 2개의 직교축에서(즉, 상기 이송 챔버의 길이 방향으로, 그리고 상기 이송 챔버에서 수직으로) 상기 카트의 이송을 제공한다. 따라서 상기 이송 장치는 상기 이송 챔버에서 서로 지나가도록 움직일 수 있다. 상기 이송 챔버는 상기 처리 모듈들의 평면(들) 위 및/또는 아래의 "통과(passing)" 또는 이송 영역들을 가질 수 있으며, 이를 통해서 상기 이송 장치는 고정 이송 장치(즉, 처리 모듈 내의 기판들을 픽업/방출함) 또는 반대 방향으로 이동하는 이송 장치를 피하도록 라우팅될 수 있다. 알 수 있다시피, 상기 기판 이송 장치는 다수의 기판 이송 장치의 움직임을 제어하기 위한 컨트롤러를 구비한다.

계속하여 도 53을 참조하면, 본 경우에, 기판 처리 장치(3918A 및 3918B)는 툴(3900)에 직접 접속될 수 있다.

도 49, 도 50 및 도 52 내지 도 53으로부터 알 수 있다시피, 이송 챔버(3518)는 처리 설비(processing facility)(PF)의 전체에 걸쳐 동작하도록 필요에 따라 연장될 수 있다. 도 53에 도시된 바와 같이, 그리고 아래에 자세히 설명될 것이지만, 상기 이송 챔버는, 예컨대, 스토리지(storage), 리소그래피 툴, 금속 증착 툴 또는 임의 다른 적절한 툴 베이(tool bay)들과 같은, 상기 처리 설비(PF) 내의 다양한 섹션들 또는 베이들(3918A, 3918B)과 연결 및/또는 접속할 수 있다. 또한, 이송 챔버(3518)에 의해 상호 연결된 베이들은 처리 베이(process bay)들 또는 프로세스들(3918A, 3918B)과 같이 구성될 수 있다. 각 베이는 반도체 워크피스에 대해 주어진 제조 공정을 수행하기 위해서, 원하는 툴들(예컨대, 리소그래피, 금속 증착, 열 침지(heat soaking), 세정(cleaning))을 가질 수 있다. 어느 한 경우에서, 이송 챔버(3518)는 상기 설비 베이들 내의 다양한 툴들에 대응하는 처리 모듈들을 가지고 상술된 바와 같이 이들에 통신가능하게 연결되어, 챔버와 처리 모듈들 사이의 상기 반도체 워크피스의 이송을 가능하게 할 수 있다. 따라서 상기 이송 챔버는 상기 이송 챔버에 연결된 다양한 처리 모듈들의 환경들에 대응하여 이의 길이 전체에 걸쳐, 예컨대, 대기, 진공, 초고진공(ultra high vacuum), 비활성 가시, 또는 임의의 다른 환경 상태와 같은 상이한 환경 상태들을 포함할 수 있다. 따라서 주어진 프로세스 또는 베이(3518A, 3518B) 내에서, 또는 상기 베이의 일부분 내에서 상기 챔버의 섹션(3518P1)은, 예컨대, 하나의 환경 상태(예컨대, 대기)를 가질 수 있으며, 상기 챔버의 다른 섹션(3518P2, 3518P3)은 상이한 환경 상태를 가질 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 내부에 상이한 환경들을 갖는 상기 챔버의 섹션(3518P1, 3518P2, 3518P3)은 상기 설비의 상이한 베이들 내에 위치할 수 있으며, 또는 상기 설비의 한 베이 내에 모두 위치할 수도 있다. 도 53은 오로지 예시적인 목적으로 상이한 환경들을 갖는 3개의 섹션들(3518P1, 3518P2, 3518P3)을 갖는 챔버(3518)를 도시한다. 본 실시예에서 챔버(3518)는 필요에 따라 많은 상이한 환경들을 갖는 많은 섹션들을 가질 수 있다. 섹션들(3918A, 3918B, 3518P1, 3518P2, 3518P3)의 각각은 각각의 이송 섹션들의 벽들을 따라, 상술된 바와 같이, 위치하는 하나 이상의 단일 축 센서들을 포함하는 센서 그룹들(Q)을 가질 수 있다. 카트들(3266A)의 매우 정확한 배치가 요구되지 않는, 예컨대, 섹션(3518P2)와 같은 이송 섹션들은, 도 3a에 대하여 위에서 설명된 센서 구성을 사용할 수 있으며, 그에 따라 상기 카트들(3266A)은 비용 효율적이고 정확하게 추적될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 본 명세서에 설명되는 예시적인 위치 측정 시스템들의 임의의 조합이 이송 섹션들(3918A, 3918B, 3518P1, 3518P2, 3518P3) 중 어느 하나에 사용될 수 있다.

도 53에 도시된 바와 같이, 챔버(3518) 내의, 장치(3622A)(도 49도 참조)와 유사한 이송 장치는 내부에 상이한 환경들을 갖는 상기 챔버의 섹션들(3518P1, 3518P2, 3518P3) 간에 이송을 할 수 있다. 따라서 도 53으로부터 알 수 있다시피, 이송 장치(3522A)는 한 번의 픽업으로 반도체 워크피스를 상기 처리 설비의 어느 한 프로세스 또는 베이(3518A) 내의 상기 툴로부터 상기 처리 설비의 다른 프로세스 또는 베이(3518B) 내에 상이한 환경을 갖는 다른 툴로 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 이송 장치(3622A)는 처리 모듈(3901) 내의 기판을 픽업할 수 있으며, 처리 모듈(3901)은 이송 챔버(3518)의 섹션(3518P1)에서 대기 모듈, 리소그래피, 식각 또는 임의의 다른 원하는 처리 모듈일 수 있다. 그 후, 이송 장치(3622A)는 도 53에서 화살표(X3)로 표시된 방향으로 상기 챔버의 섹션(3518P1)으로부터 섹션(3518P3)으로 이동시킬 수 있다. 섹션(3518P3)에서, 이송 장치(3622A)는 상기 기판을 처리 모듈(3902)에 위치시킬 수 있으며, 상기 처리 모듈(3902)은 임의의 원하는 처리 모듈일 수 있다.

도 53으로부터 알 수 있다시피, 상기 이송 챔버는 모듈 형일 수 있으며, 챔버 모듈들은 필요에 따라 챔버(3518)를 형성하도록 연결된다. 상기 모듈들은 상기 챔버의 섹션들(3518P1, 3518P2, 3518P3, 3518P4)을 분리시키도록 도 48의 벽들(3518F, 3518R)과 유사한 내부 벽들(3518I)을 포함할 수 있다. 내부 벽들(3518I)은 슬롯 밸브들 또는 임의의 적절한 밸브를 포함할 수 있으며, 이는 챔버의 한 섹션(3518P1, 3518P4)을 하나 이상의 인접한 섹션들과 연결되도록 할 수 있다. 슬롯 밸브들(3518V)은 어느 한 섹션(3518P1, 3518P4)으로부터 다른 섹션으로 상기 밸브들을 통해서 하나 이상의 카트들이 이송될 수 있게 하는 크기를 가질 수 있다. 이러한 방식에서, 카트들(3522A)은 챔버(3518) 전체에 걸쳐 어디로든 이동할 수 있다. 상기 밸브들은 상기 챔버의 섹션들(3518P1, 3518P2, 3518P3, 3518P4)을 고립시키도록 폐쇄될 수 있으며, 그에 따라 상이한 섹션들은 전술한 바와 같이 이종의 환경들을 가질 수 있다. 또한, 상기 챔버 모듈들의 내부 벽들은 도 48에 도시된 바와 같이 로드 락들(3518P4)을 형성하도록 배치될 수 있다. 로드 락들(3518P4)(예시적인 목적으로 오직 하나만이 도 53에 도시됨)은 필요에 따라 챔버(3518) 내에 배치될 수 있으며, 내부에 임의의 원하는 개수의 카트들(3622A)을 보유할 수 있다.

이제, 도 54를 참조하면, 자동화된 물품 핸들링 시스템(automated material handling system)(AMHS)(4120)을 사용하는 예시적인 제조 설비 레이아웃이 도시된다. 본 예시적인 실시예에서, 워크피스들은 상기 AMHS에 의해 스토커(stocker)(4130)로부터 하나 이상의 처리 툴들(4110)로 이송된다. 상기 AMHS는 하나 이상의 이송 카트들(4125) 및 이송 트랙(4135)을 포함할 수 있다. 이송 트랙(4130)은 임의의 적절한 트랙(track)일 수 있다. 상기 이송 트랙은 상술한 바와 같이 상기 트랙을 따라 이격된 하나 이상의 단일 축 센서들을 포함하는 센서 그룹들(Q)을 포함할 수 있다. 이송 카트(4125)는 상술한 바와 같이 카트(4125)에 대한 위치 측정들을 제공하기 위해서 센서 그룹들(Q)과 상호작용하는 하나 이상의 자석 플래튼들(MP)을 포함할 수 있다.

알 수 있다시피, 위치가 측정 또는 추적될 물체(120)의 위치는 물체(120)의 양 단부 근처에 배치된 센서들을 사용하여 추적될 수 있으며, 상기 컨트롤러는 상기 물체들 간의 접촉을 피하기 위해 서로 트레일링할 수 있는 동일한 이송 경로를 따라 다수의 물체들을 수용할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 물체(120)는 물체의 길이가 알려진 경우 물체(120)의 한 단부에 위치한 센서를 사용하여 추적될 수 있다. 여기서, 상기 컨트롤러는 본 명세서에 개시되는 위치 측정 시스템들에 의해 획득된 상기 물체의 제 1 단부의 위치를 사용할 수 있으며, 상기 물체가 차지하는 이송 경로를 따라 간격량(amount of space)을 결정하기 위해 상기 물체의 길이를 가산 또는 감산할 수 있다.

본 명세서에 설명되는 예시적인 실시예들은 선형 구동 시스템들에 대하여 설명되었지만, 상기 예시적인 실시예들은 회전 구동기들에서 사용될 수 있도록 적응될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 상기 개시된 실시예들은 원통 내의 물체의 회전 속도와 축 위치를 추적하는데 사용될 수 있으며, 동시에, 상기 회전하는 물체와 상기 원통의 벽 사이의 거리를 측정할 수 있다.

본 명세서에 설명되는 예시적인 실시예들은 물체의 다축(multi-axis) 위치를 결정하기 위해, 상술된 바와 같이, 단일 축 위치 센서들을 사용하는 위치 측정 시스템을 제공한다. 상기 위치 측정 시스템은 제 1 축을 따라 제한 없는 길이를 측정할 수 있으며, 동시에 제 2 및 제 3 축을 따르는 위치를 측정할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 상기 위치 측정 시스템들은 임의의 적절한 이송 장치에 포함될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 상기 실시예들은 동시에 3개의 축들을 측정할 수 있는 것으로 개시되어 있지만, 일부의 측정 시스템들은 3축보다 많은 축들을 측정하도록 결합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 반대로, 본 명세서에 설명되는 상기 예시적인 실시예들은 3축보다 적은 축들을 측정하도록 사용되고 구성될 수도 있다. 또한, 상기 예시적인 실시예들은 물체의 위치 정보를 획득하기 위해 이동 가능한 물체에 전력을 공급하지 않아도 되는 위치 측정 시스템을 제공한다. 그러나 상술된 예시적인 실시예들이 상기 이동 가능한 물체에 부착된 자석 플래튼을 갖는 것으로 설명되었지만, 상기 자석 플래튼은 상기 물체의 이송 경로를 실질적으로 따라서 예컨대 고정 표면에 부착될 수 있으며, 상기 단일 축 센서들 및/또는 센서 그룹들은 상기 이동 가능한 물체에 고정될 수 있다는 것을 이해해야만 한다.

본 명세서에 설명되는 예시적인 실시예들은 개별적으로 또는 이들의 임의의 조합으로서 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 전술한 설명은 오로지 상기 실시예들을 설명하기 위한 것임을 이해하여야만 한다. 다양한 대안들 및 수정들이 상기 실시예들로부터 벗어남 없이 본 기술분야의 당업자들에 의해 고안될 수 있다. 따라서 본 실시예들은 첨부된 청구항들의 범위에 속하는 이러한 모든 대안들, 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (10)

1. 컨트롤러;
   상기 컨트롤러에 연결되며, 이동 가능부 및 이송 경로를 갖는 워크피스 이송장치; 및
   상기 컨트롤러에 연결되며, 상기 이동 가능부에 부착된 적어도 하나의 장 생성 플래튼(field generating platen) 및 상기 이송 경로를 따라 배치된 적어도 하나의 센서 그룹을 포함하는 다차원 위치 측정 장치;를 포함하며,
   상기 장 생성 플래튼은 위치를 측정하고 상기 이동 가능부를 추진(propelling)하도록 구성되며,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹의 각각의 센서는 상기 적어도 하나의 장 생성 플래튼에 의해 생성되는 피감지 장(sensed field)에서 단일 축을 따르는 변동들에 대응하여 오직 하나의 출력 신호를 제공하도록 구성되며,
   상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 상기 센서들 중 적어도 하나의 상기 오직 하나의 출력 신호를 기초로 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 각각에 인접한 상기 이동 가능부의 다차원 위치를 계산하도록 구성되며,
   상기 다차원 위치는 적어도 2차원(planar) 위치 및 상기 워크피스 이송장치와 상기 적어도 하나의 센서 그룹 간의 갭(gap)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 장 생성 플래튼은 실질적으로 왜곡되지 않은 정현파 자기장을 제공하도록 구성된 쉐이핑된 자석들(shaped magnets)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 상기 장 생성 플래튼에 의해 생성되는 장의 수직 성분을 감지하도록 구성되며, 상기 수직 성분은 상기 장 생성 플래튼의 표면에 수직한 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 상기 장 생성 플래튼에 의해 생성되는 장의 수평 성분들을 감지하도록 구성되며, 상기 수평 성분들은 상기 장 생성 플래튼의 표면과 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 단독 센서들(singular sensors)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 다른 하나는 센서 더블릿들(sensor doublets)을 포함하며, 상기 센서 더블릿들의 센서들에 의해 제공된 출력 신호들은 사인/코사인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 센서 더블릿들을 포함하며, 상기 센서 더블릿들의 센서들에 의해 제공된 출력 신호들은 사인/코사인 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 제 1 센서 쌍 및 제 2 센서 쌍을 포함하며, 상기 제 1 센서 쌍은 어긋난 관계(staggered relationship)로 상기 제 2 센서 쌍 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹 중 적어도 하나는 제 1 센서 쌍 및 제 2 센서 쌍을 포함하며, 상기 제 1 센서 쌍은 직교 관계로 상기 제 2 센서 쌍 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 센서 그룹은, 상기 적어도 하나의 센서 그룹의 센서들이 포화 한계들(saturation limits)에 도달하도록 상기 적어도 하나의 장 생성 플래튼에 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 센서 그룹으로부터 수신된 상기 출력의 정현파 주기를 조절하도록 구성되어, 상기 조절된 신호로부터 얻은 위치 측정은 조절되지 않은 정현파 주기를 갖는 출력으로부터 얻은 위치 측정보다 더 정확한 것을 특징으로 하는 장치.
    

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