(57)【要約】      （修正有）【課題】エンコーダの出力信号をリアルタイムで補正し、測定変動の影響を受けにくい高精度の補正された位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を提供する。【解決手段】エンコーダ出力信号補正装置は、誤差を含むＡ相及びＢ相正弦波信号を含むエンコーダ出力信号を入力し、誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置であって、位相を変数とし、ｎ個（ｎ≧２）の係数を有するＡ相及び前記Ｂ相正弦波信号の推定モデルを有し、同時刻における、誤差を含むＡ相及びＢ相正弦波信号を少なくともｎ組サンプリングし、サンプリングした測定値に基づいて、推定モデルのｎ個の係数をリアルタイムで補正し、推定モデルの出力信号又は推定モデルの出力信号から導出された情報を位置情報又は角度情報として出力する。【選択図】        図１
2004219333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号とほぼ９０°の位相差を有し誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ出力信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置であって、
位相を変数とし、ｎ個（ｎは２以上の任意の正整数）の係数を有する前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号の推定モデルを有し、
同時刻における、前記誤差を含む前記Ａ相正弦波信号及び前記誤差を含む前記Ｂ相正弦波信号を少なくともｎ組サンプリングし、サンプリングした測定値に基づいて、前記推定モデルの前記ｎ個の係数をリアルタイムで補正し、
前記推定モデルの出力信号又は前記推定モデルの出力信号から導出された情報を前記位置情報又は角度情報として出力することを特徴とするエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項２】
推定モデルの前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との位相差が９０°であり、前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号とが同一の振幅を有し、
前記ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、及び前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号の振幅を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項３】
推定モデルの前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との位相差が９０°であり、
前記ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、並びに前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれの振幅を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項４】
ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれの振幅、前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との間の位相差であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項５】
誤差を含む前記Ａ相正弦波信号及び前記誤差を含む前記Ｂ相正弦波信号の同時刻における測定データを、正弦波信号の１周期をほぼ均等にｍ個（ｍは３以上の任意の正整数）に分割した各位相において、サンプリングすることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【請求項６】
推定モデルは、更に前記Ａ相正弦波信号又は前記Ｂ相正弦波信号からＤＣオフセット値を除去した出力信号である第１の正弦波信号と、前記第１の正弦波信号と同一の振幅で９０°の位相差を有する第２の正弦波信号と、を出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載のエンコーダ出力信号補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンコーダ出力信号補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ディスク、半導体の高精度化に伴い、それらを製造するための装置の高精度化が強く望まれている。高精度の装置においては、高精度で位置又は角度を検出することが重要である。
位置又は角度を高精度で検出することを必要とする装置として、例えば光ディスクの原盤記録装置又は半導体のステッパ等に使用される送り装置がある。これらの装置に使用される送り装置は、例えば許容されるトラックピッチゆれが数ｎｍ以下である。送り装置に使用されるエンコーダの位置分解能は、トラックピッチゆれの許容値より十分小さくなければならない。
【０００３】
図５を用いて光ディスクの原盤記録装置について説明する。図５は、送り装置を具備する光ディスクの原盤記録装置の概略的な構成を示す。１０１はレーザ発振器、１０２はエアースピンドル、１０３はスライダ（送り装置に含まれる。）、１０４はフォーカスアクチュエータ、１０５はビームスポットモニタ、１０６は移動光学系、１０７はガラス原盤、１０８は除振台である。
レーザ発振器１０１が出力する紫外線レーザ光は、デジタル映像信号又はデジタル音声信号等により変調され、移動光学系を通り、フォーカスアクチュエータ１０４を通って、エアースピンドル１０２によって回転している原盤１０７に、照射される。
エアースピンドル１０２で原盤を回転させると共に、原盤１０７の半径方向にスライダ１０３をゆっくりと移動させることにより、スライダ１０３上に取り付けられているフォーカスアクチュエータ１０４を含む移動光学系１０６を移動させながら、レーザ光を原盤１０７に照射させて信号を記録する。
【０００４】
高精度の移動ステージの送り装置は、一般的に静圧軸受ガイドと、ガイドに沿って可動部を駆動する駆動部（例えばリニアモータ、または圧電素子等）と、可動部に搭載された位置決めスケールまたは、レーザスケール等とで構成される。そのような送り装置は、スケールの読み取り情報をフィードバックすることにより、移動ステージの位置、速度、加速度等の制御を行う。このとき、レーザースケールの出力信号が、外部からの振動、素子の経年変化等により、微妙に変化することがある。この送り装置の送り精度は、レーザスケールの出力信号（位置情報）の精度に大きく依存する。
【０００５】
これらの精密装置において、位置又は角度を高精度で検出するセンサとして、互いに９０°の位相差を有するＡ相正弦波信号とＢ相正弦波信号とを出力する高精度のエンコーダが使用される。例えば、上記の送り装置のレーザスケールの位置センサとして、エンコーダが使用される。
エンコーダは、互いに位相が９０°ずれたＡ相及びＢ相の２相の正弦波信号を出力する。Ａ相正弦波信号の波形をｓｉｎθ、Ｂ相正弦波信号の波形をｃｏｓθとすると、Ａ相信号は−４５°から＋４５°及び１３５°から２１５°までは位置検出感度が良い（電圧を位置情報に変換するゲインが高い）が、＋４５°〜１３５°及び２１５°から３０５°の範囲では検出感度が悪い（電圧を位置情報に変換するゲインが低い）。Ｂ相信号ではこの逆となる。エンコーダを有する装置は、位置に応じて、検出感度が高い方の正弦波信号（Ａ相又はＢ相）を使用し、正確な位置情報又は角度情報を得る。
【０００６】
装置が位置又は角度を正確に検出し、超高精度の制御をするためには、エンコーダのＡ相正弦波信号とＢ相正弦波信号の振幅が一致し、両信号のＤＣオフセット値がゼロになり、位相差が正確に９０°となるようにしなければならない。Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号が理想の正弦波であれば、測定誤差は生じないが、計測装置を構成する構成部品にバラツキ、経時変化等があり、外部からの振動等の影響もあるために、測定されたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号は、レベル及び位相の誤差（変動等）を有する。
例えば光ディスクの原盤記録装置又は半導体のステッパ等に使用される送り装置においては、エンコーダが出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号は理想的な正弦波と比較して誤差を有する故に、エンコーダの出力信号を直接使用して位置又は角度を検出した場合、不十分な精度でしか位置又は角度を検出することが出来なかった。
【０００７】
エンコーダ出力信号を補正し、更に高精度の位置又は角度検出を可能にするエンコーダ出力信号補正装置が提案されている。以下に、従来例のエンコーダ出力信号補正装置を説明する。
特開平６−３４３９２号公報には、エンコーダ出力信号の誤差を補正する従来例１の計測装置（エンコーダ出力信号補正装置）が記載されている。従来例１の計測装置は、Ａ相正弦波信号が一定レベルとクロスする度に、Ｂ相正弦波信号の値をサンプリングし、サンプリングされた値に基づいてＢ相正弦波信号のＤＣオフセット値を補正する。また、Ｂ相正弦波信号が一定レベルとクロスする度に、Ａ相正弦波信号の値をサンプリングし、サンプリングされた値に基づいてＡ相正弦波信号のＤＣオフセット値を補正する。
【０００８】
特開平１０−３１１７４１号公報には、エンコーダ出力信号の誤差を補正する従来例２のエンコーダ出力信号処理装置（エンコーダ出力信号補正装置）が記載されている。従来例２のエンコーダ出力信号処理装置は、Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の最大値及び最小値を測定し、Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値及び振幅を演算し、ＤＣオフセット値の補正を行う。また、振幅値を補正するための係数を演算することにより、振幅値の補正を行う。
【０００９】
特開平５−２９６７９３号公報には、従来例３のエンコーダ出力信号のオフセット自動調整装置（エンコーダ出力信号補正装置）が記載されている。従来例３のエンコーダ出力信号のオフセット自動調整装置は、例えば電源投入時に、３６０度にわたるデータをサンプリングし、その抽出データに基づいて、ＣＰＵにより、ＤＣオフセットの補正値を演算してＤＣオフセット値を補正する。
【００１０】
特開平５−２５６６３８号公報には、従来例４の誤差補正機能付き位置検出装置（エンコーダ出力信号補正装置）が記載されている。例えばＡ相正弦波信号をｘ、Ｂ相正弦波信号をｙとする。従来例４の誤差補正機能付き位置検出装置は、ｘ＝０となる時におけるｙの瞬時値ｙ１及びｙ２と、ｙ＝０となる時におけるｘの瞬時値ｘ１及びｘ２と、｜ｘ｜＝｜ｙ｜となる時点におけるｘ又はｙの瞬時値ｘ３及びｘ４、又はｙ３及びｙ４とを測定し、ｙ１、ｙ２、ｘ１、ｘ２、ｘ３又はｙ３、ｘ４又はｙ４を用いて、Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号のＤＣオフセット値、振幅、位相を算出する。これらの値に基づいて、補正された正弦波信号を出力する。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−３４３９２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３１１７４１号公報
【特許文献３】
特開平５−２９６７９３号公報
【特許文献４】
特開平５−２５６６３８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば図５の送り装置においては、リアルタイムでエンコーダが出力する２つの正弦波信号のＤＣオフセット値及び振幅値を補正し、正確な位置情報を得る必要がある。本明細書において「リアルタイムで」とは、「実質的にリアルタイムで」という意味であり、「正弦波信号の９０°の期間よりもはるかに短い期間毎に」という意味である。
従来例１の計測装置においては、サンプリングするのに時間を有し、リアルタイムに補正係数を更新することができない。
従来例２のエンコーダ出力信号処理装置では補正するために最大値、最小値を検出し、漸次収束させるフィードバック制御を行っているために、補正するための時間がかかりすぎ、超精密送り装置に対応することができない。
【００１３】
従来例３のオフセット自動調整装置は、補正値をリアルタイムに更新することができない。
従来例４の誤差補正機能付き位置検出装置は、サンプリングするのに時間を有し、リアルタイムに補正係数を更新することができない。
【００１４】
従来例１〜４においては、離散的な測定値に基づいて、Ａ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を内挿処理して補正し、位置分解能又は角度分解能を高めていた。Ａ相正弦波信号及び、Ｂ相正弦波信号が理想の正弦波であれば、測定誤差は生じないが、計測装置を構成する構成部品にバラツキ、経時変化等があり、外部からの振動等の影響もあるために、測定されたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号は、レベル及び位相の誤差（変動等）を有する。従来のエンコーダ出力信号補正装置はこのような誤差を含んだ測定値に基づいて内挿処理を行うため、一定以上の高い精度の位置情報又は角度情報を得ることが出来なかった。又、従来のエンコーダ出力信号補正装置は、正弦波の１周期の期間の測定値に基づいて補正を行うため、補正の時間遅れが生じた。
本発明は上記のような問題を解決するためのものであり、エンコーダの出力信号をリアルタイムで補正し、測定変動の影響を受けにくい高精度の補正された位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
請求項１の発明は、誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号とほぼ９０°の位相差を有し誤差を含むＢ相正弦波信号を含むエンコーダ出力信号を入力し、前記誤差を補正した位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置であって、位相を変数とし、ｎ個（ｎは２以上の任意の正整数）の係数を有する前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号の推定モデルを有し、同時刻における、前記誤差を含む前記Ａ相正弦波信号及び前記誤差を含む前記Ｂ相正弦波信号を少なくともｎ組サンプリングし、サンプリングした測定値に基づいて、前記推定モデルの前記ｎ個の係数をリアルタイムで補正し、前記推定モデルの出力信号又は前記推定モデルの出力信号から導出された情報を前記位置情報又は角度情報として出力することを特徴とするエンコーダ出力信号補正装置である。「位相を変数と」することは、時刻を変数とし、時刻に基づいて位相を算出する場合も含む。
【００１６】
請求項２の発明は、推定モデルの前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との位相差が９０°であり、前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号とが同一の振幅を有し、前記ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、及び前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号の振幅を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置である。
【００１７】
請求項３の発明は、推定モデルの前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との位相差が９０°であり、前記ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、並びに前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれの振幅を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置である。
【００１８】
請求項４の発明は、ｎ個の係数は、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれのＤＣオフセット値、前記Ａ相正弦波信号及び前記Ｂ相正弦波信号のそれぞれの振幅、前記Ａ相正弦波信号と前記Ｂ相正弦波信号との間の位相差であることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置である。
【００１９】
請求項５の発明は、誤差を含む前記Ａ相正弦波信号及び前記誤差を含む前記Ｂ相正弦波信号の同時刻における測定データを、正弦波信号の１周期をほぼ均等にｍ個（ｍは３以上の任意の正整数）に分割した各位相において、サンプリングすることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ出力信号補正装置である。
【００２０】
請求項６の発明は、推定モデルは、更に前記Ａ相正弦波信号又は前記Ｂ相正弦波信号からＤＣオフセット値を除去した出力信号である第１の正弦波信号と、前記第１の正弦波信号と同一の振幅で９０°の位相差を有する第２の正弦波信号と、を出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載のエンコーダ出力信号補正装置である。
【００２１】
本発明は、エンコーダの出力信号をリアルタイムで補正し、測定変動の影響を受けにくい高精度の補正された位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現できるという作用を有する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施例について図面とともに記載する。
【００２３】
《実施例１》
図１、２及び５を用いて、本発明の実施例１のエンコーダ出力信号補正装置を説明する。実施例１のエンコーダ出力信号補正装置は、光ディスクの原盤記録装置の移動ステージの送り装置に使用される。実施例１のエンコーダ出力信号補正装置は、送り装置のレーザスケールの検出センサであるエンコーダの出力信号を入力し、補正して高精度の位置情報を出力する。図５は、実施例１の送り装置を具備する光ディスクの原盤記録装置の概略的な構成を示す。図５は従来例において説明した。
【００２４】
図１は、実施例１のエンコーダ出力信号補正装置の構成を示すブロック図である。図１において、１はエンコーダ、２は実施例１のエンコーダ出力信号補正装置である。エンコーダ出力信号補正装置２は、Ａ／Ｄ変換器３、エンコーダ出力信号推定部４、Ｄ／Ａ変換器５を有する。エンコーダ出力信号推定部４は、誤差検出器６及び推定モデル７を有する。
エンコーダ１の検出原理は任意であるが、例えば光電式又は磁気式である。実施例のエンコーダは光電式エンコーダである。エンコーダ１は、誤差を含むＡ相正弦波信号及び前記Ａ相正弦波信号とほぼ９０°の位相差を有し誤差を含むＢ相正弦波信号とを出力する。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器３は、エンコーダ１が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を入力し、多値（例えば１０ビット）のデジタル信号に変換する。
実施例のエンコーダ出力信号推定部４は、マイクロコンピュータであって、ソフトウエア処理により、誤差検出器６及び推定モデル７等の機能を実現している。
誤差検出器６は、デジタル化されたエンコーダ１のＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号（測定値）と、推定モデル７が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号（推定値）とを入力し、誤差信号を出力する。
【００２６】
推定モデル７は、具体的にはＡ相正弦波信号、Ｂ相正弦波信号、第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を発生する複数の関数である。
第１の正弦波信号と、Ａ相正弦波信号又はＢ相正弦波信号と一定の位相関係を有していれば良い。実施例１の第１の正弦波信号は、一定の振幅を有しており、Ａ相正弦波信号と同位相で、ＤＣオフセットを有していない。第２の正弦波信号は、第１の正弦波信号と同一の振幅で９０°の位相差を有し、且つＤＣオフセットを有していない。
【００２７】
実施例１の推定モデル７のＡ相正弦波信号ｘ、Ｂ相正弦波信号ｙは、下記の関数である。ｘ、ｙは位相差が９０°であり、同一の振幅を有し、それぞれＤＣオフセット値ａ、ｂ、変数である位相θを有する正弦波である。
ｘ＝ｒｓｉｎθ＋ａ                              （１）
ｙ＝ｒｃｏｓθ＋ｂ                              （２）
【００２８】
エンコーダの理想的なＡ相正弦波信号ｘ及びＢ相正弦波信号ｙは、それぞれ下記の式で表される。
ｘ＝ｒｓｉｎθ
ｙ＝ｒｃｏｓθ
もし、このような理想的な出力波形が得られたならば、理想のリサージュ波形は、（３）式で表される。
ｘ２＋ｙ２＝ｒ２                                    （３）
【００２９】
しかし、実際のエンコーダ出力信号は、電気部品のバラツキ等で、ＤＣオフセット値が変化し、Ａ相正弦波信号ｘ及びＢ相正弦波信号ｙは実施例１の推定モデルのように、式（１）、（２）で表される。この時のリサージュ波形は下記の式になる。
（ｘ−ａ）２＋（ｙ−ｂ）２＝ｒ２                  （４）
動作開始時点では、位相θ、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）及びｒ（振幅）は、未知である。一定間隔おきにサンプリングした３点の離散データより、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）及びｒ（振幅）を推定する。ある一定時間間隔でサンプリングを行い、その測定値をｐ１（ｘ１，ｙ１）、ｐ２（ｘ２，ｙ２）、ｐ３（ｘ３，ｙ３）とする。３点の離散データの値を（４）式に代入する。
（ｘ１−ａ）２  ＋（ｙ１−ｂ）２＝ｒ２                （５）
（ｘ２−ａ）２  ＋（ｙ２−ｂ）２＝ｒ２                （６）
（ｘ３−ａ）２  ＋（ｙ３−ｂ）２＝ｒ２                （７）
（５）〜（７）式により、未知パラメータａ及びｂを決定する。
（５）−（６）式より
（ｘ１２−ｘ２２）−２ａ（ｘ１−ｘ２）＋（ｙ１２−ｙ２２）−２ｂ（ｙ１−ｙ２）＝０  （８）
（６）−（７）式より
（ｘ２２−ｘ３２）−２ａ（ｘ２−ｘ３）＋（ｙ２２−ｙ３２）−２ｂ（ｙ２−ｙ３）＝０  （９）
（８）式、（９）式より下記の（１０）式及び（１１）式が導き出せる。
【００３０】
【数１】
2004219333.tif 000003
【００３１】
【数２】
2004219333.tif 000004
【００３２】
このようにして、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）を演算することができる。また、係数ｒ（振幅）も（１０）、（１１）式を（５）式に代入することにより、算出することができる。
実施例１のエンコーダ出力信号推定部４は、上記の計算により式（１）、（２）の係数ａ、ｂ、ｒを算出する。測定値から算出した係数をａｍ、ｂｍ、ｒｍ、推定モデルの現在の係数をａｅ、ｂｅ、ｒｅとする。誤差検出器６は、係数の誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒを出力する。Δａ、Δｂ、Δｒは下記の式で表される。
Δａ＝ａｍ−ａｅ
Δｂ＝ｂｍ−ｂｅ
Δｒ＝ｒｍ−ｒｅ
【００３３】
推定モデル７は、係数の誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒに基づいて、推定モデルの現在の係数ａｅ、ｂｅ、ｒｅを下記の式で補正する。実施例においては、測定値のバラツキ、誤差等の影響を除去するため、係数αの値（０＜α＜１）は小さく設定している（例えば０．０２。係数の補正関数の応答時定数は、後述するθの補正関数と比べて長い）。
ａｅ＝ａｅ＋αΔａ
ｂｅ＝ｂｅ＋αΔｂ
ｒｅ＝ｒｅ＋αΔｒ
誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒが、所定の閾値より大きい場合は、その誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒを廃棄し（その誤差信号により推定値の係数を補正しないで）、推定モデルの係数を現状のまま維持するアルゴリズムとしてもよい。
【００３４】
実施例１のエンコーダ出力信号推定部４は、測定されたＡ相誤差信号、Ｂ相誤差信号に基づいて（係数の値は推定モデルの係数を使用する。）、θの測定値θｍを算出する。推定モデルの現在のθの値をθｅとすると、誤差検出器６は、θの誤差信号Δθを出力する。Δθは下記の式で表される。
Δθ＝θｍ−θｅ
推定モデル７は、θの誤差信号Δθに基づいて、推定モデルの現在のθの値θｅを下記の式で補正する。対象物（実施例においては移動ステージ）が最大速度で動いた時に、推定モデルのθｅの値が実際のθの変動に応じて素早く追随できるように（推定モデルのθｅの値が実際のθの値とずれないように）、係数γ（０＜γ＜１）の値を比較的大きく設定する。又、測定値θｍのバラツキ、誤差等の影響を除去するため、対象物の最大速度よりもはるかに早い測定値θｍの変動には応答しないように、係数γの値は１よりも小さい。
θｅ＝θｅ＋γΔθ
【００３５】
推定モデル７は、下記の式で表される第１の正弦波信号ｚ１及び第２の正弦波信号ｚ２を出力する。ｒ０は任意の一定値である。θは、推定モデル７の現在のθの値θｅである。
ｚ１＝ｒ０ｓｉｎθ
ｚ２＝ｒ０ｃｏｓθ
【００３６】
実施例においては、レーザスケールの位置センサであるエンコーダは、０．５５μｍをピッチとする正弦波を出力する。実施例のエンコーダ出力信号推定部４は、１ピッチ（３６０°）を１０２４分割又は２０４８分割し（少なくとも１００分割以上）、各分割点毎にエンコーダ１が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を測定し、推定モデル７をリアルタイムで補正する。これにより、事実上リアルタイムで推定モデル７が補正される。推定モデル７は、測定によるバラツキ、誤差等の影響のない推定モデル７の値θｅに基づく正弦波信号をリアルタイムで出力する。
図２は、エンコーダ１が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号によるリサージュ波形２１（補正前のリサージュ波形）と、エンコーダ出力信号補正装置２が出力する第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号によるリサージュ波形２２（補正されたリサージュ波形）とを示す。
【００３７】
従来例においては、限られた数の測定データに基づいて補正係数を定め、その後、補正されたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号を出力した。従来例においては、係数を補正する時、１周期以上の遅延が発生した。
本発明のエンコーダ出力信号補正装置は、リアルタイムで推定モデルの係数を補正し、且つリアルタイムで補正された位置情報（第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号）を出力する。これにより、従来よりも飛躍的に高分解能で（実施例においてはエンコーダが出力する正弦波信号の１周期の１０２４分の１又は２０４８分の１）高精度の位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現することが出来た。
【００３８】
《実施例２》
図１、３及び５を用いて、本発明の実施例２のエンコーダ出力信号補正装置を説明する。実施例２のエンコーダ出力信号補正装置は、光ディスクの原盤記録装置の移動ステージの送り装置に使用される。実施例２のエンコーダ出力信号補正装置は、送り装置のレーザスケールの検出センサであるエンコーダの出力信号を入力し、補正して高精度の位置情報を出力する。図５は、実施例２の送り装置を具備する光ディスクの原盤記録装置の概略的な構成を示す。図５は従来例において説明した。
【００３９】
図１は、実施例２のエンコーダ出力信号補正装置の構成を示すブロック図である。図１は実施例１で説明した。
実施例２のエンコーダ出力信号補正装置は、推定モデル７が有するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の関数が実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例２は実施例１と同一である。以下、相違点のみを説明する。
実施例２の推定モデル７のＡ相正弦波信号ｘ、Ｂ相正弦波信号ｙは、下記の関数である。ｘ、ｙは位相差が９０°であり、別個独立の振幅係数ｒ１、ｒ２、それぞれのＤＣオフセット値ａ、ｂ、変数である位相θを有する正弦波である。
ｘ＝ｒ１ｓｉｎθ＋ａ                              （１２）
ｙ＝ｒ２ｃｏｓθ＋ｂ                              （１３）
このとき出力されるリサージュ波形は、（１４）式のように表すことができる。
【００４０】
【数３】
2004219333.tif 000005
【００４１】
動作開始時点では、位相θ、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）及びｒ１、ｒ２（振幅）は、未知である。一定間隔おきにサンプリングした４点の離散データより、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）及びｒ１、ｒ２（振幅）を推定する。ある一定時間間隔でサンプリングを行い、その測定値をｐ１（ｘ１，ｙ１）、ｐ２（ｘ２，ｙ２）、ｐ３（ｘ３，ｙ３）、ｐ４（ｘ４，ｙ４）とする。４点の離散データの値を（１４）式に代入することにより、ＤＣオフセット値ａ、ｂ及び振幅ｒ１、ｒ２を求めることができる。
【００４２】
実施例２のエンコーダ出力信号推定部４は、上記の計算により式（１２）、（１３）の係数ａ、ｂ、ｒ１、ｒ２を算出する。誤差検出器６は、測定値から算出した係数と推定モデルの現在の係数との誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２を出力する（実施例１と同様の式による。）。
推定モデル７は、係数の誤差信号に基づいて、推定モデルの現在の係数を補正する。補正をするための式は、実施例１と同様である。
誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２が、所定の閾値より大きい場合は、その誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２を廃棄し（その誤差信号により推定値の係数を補正しないで）、推定モデルの係数を現状のまま維持するアルゴリズムとしてもよい。
【００４３】
実施例２のエンコーダ出力信号推定部４は、測定されたＡ相誤差信号、Ｂ相誤差信号に基づいて（係数の値は推定モデルの係数を使用する。）、θの測定値θｍを算出する。誤差検出器６は、測定値から算出したθｍと推定モデルの現在のθであるθｅとの誤差信号Δθを出力する（実施例１と同様の式による。）。
推定モデル７は、誤差信号Δθに基づいて、推定モデルの現在のθの値θｅを補正する。補正をするための式は、実施例１と同様である。
【００４４】
推定モデル７は、下記の式で表される第１の正弦波信号ｚ１及び第２の正弦波信号ｚ２を出力する。ｒ０は任意の一定値である。θは、推定モデル７の現在のθの値θｅである。
ｚ１＝ｒ０ｓｉｎθ
ｚ２＝ｒ０ｃｏｓθ
【００４５】
図３は、エンコーダ１が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号によるリサージュ波形３１（補正前のリサージュ波形）と、エンコーダ出力信号補正装置２が出力する第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号によるリサージュ波形３２（補正されたリサージュ波形）とを示す。
本発明のエンコーダ出力信号補正装置は、リアルタイムで推定モデルの係数を補正し、且つリアルタイムで補正された位置情報（第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号）を出力する。これにより、従来よりも飛躍的に高分解能で（実施例においてはエンコーダが出力する正弦波信号の１周期の１０２４分の１又は２０４８分の１）高精度の位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現することが出来た。
【００４６】
《実施例３》
図１、４及び５を用いて、本発明の実施例３のエンコーダ出力信号補正装置を説明する。実施例３のエンコーダ出力信号補正装置は、光ディスクの原盤記録装置の移動ステージの送り装置に使用される。実施例３のエンコーダ出力信号補正装置は、送り装置のレーザスケールの検出センサであるエンコーダの出力信号を入力し、補正して高精度の位置情報を出力する。図５は、実施例３の送り装置を具備する光ディスクの原盤記録装置の概略的な構成を示す。図５は従来例において説明した。
【００４７】
図１は、実施例２のエンコーダ出力信号補正装置の構成を示すブロック図である。図１は実施例１で説明した。
実施例３のエンコーダ出力信号補正装置は、推定モデル７が有するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号の関数が実施例１と異なる。それ以外の点において、実施例３は実施例１と同一である。以下、相違点のみを説明する。
実施例３の推定モデル７のＡ相正弦波信号ｘ、Ｂ相正弦波信号ｙは、下記の関数である。ｘ、ｙは位相差が未知の係数（９０°＋β）であり、別個独立の振幅係数ｒ１、ｒ２、それぞれのＤＣオフセット値ａ、ｂ、及び変数である位相θを有する正弦波である。
ｘ＝ｒ１ｓｉｎθ＋ａ                                          （１５）
ｙ＝ｒ２ｃｏｓ（θ＋β）＋ｂ                                  （１６）
【００４８】
（１６）式をθについて解いたときの係数を下記のように置き換える。
ｒ２ｃｏｓβ＝ｒ２１、
−ｒ２ｓｉｎβ＝ｒ２２
とすると式（１６）は、式（１７）になる。
ｙ＝ｒ２１ｃｏｓθ＋ｒ２２ｓｉｎθ＋ｂ                          （１７）
（１５）式、（１７）式より、（１８）式、（１９）式が導き出される。
ｓｉｎθ＝（ｘ−ａ）／ｒ１                                    （１８）
ｃｏｓθ＝｛ｙ−ｒ２２（ｘ−ａ）／ｒ１−ｂ｝／ｒ２１              （１９）
このとき出力されるリサージュ波形は、（２０）式のように表すことができる。
｛（ｘ−ａ）／ｒ１｝２＋［｛ｙ−ｒ２２（ｘ−ａ）／ｒ１−ｂ｝／ｒ２１］２＝１  （２０）
【００４９】
動作開始時点では、位相θ、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）、ｒ１、ｒ２（振幅）及びβ（位相差）は、未知である。一定間隔おきにサンプリングした６点の離散データより、係数ａ、ｂ（ＤＣオフセット値）及びｒ１、ｒ２（振幅）を推定する。ある一定時間間隔でサンプリングを行い、その測定値をｐ１（ｘ１，ｙ１）、ｐ２（ｘ２，ｙ２）、ｐ３（ｘ３，ｙ３）、ｐ４（ｘ４，ｙ４）、ｐ５（ｘ５，ｙ５）、ｐ６（ｘ６，ｙ６）とする。６点の離散データの値を（２０）式に代入することにより、ＤＣオフセット値ａ、ｂ振幅ｒ１、ｒ２及び位相差βを求めることができる。
【００５０】
実施例３のエンコーダ出力信号推定部４は、上記の計算により式（１５）、（１６）の係数ａ、ｂ、ｒ１、ｒ２、βを算出する。誤差検出器６は、測定値から算出した係数と推定モデルの現在の係数との誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２、Δβを出力する（実施例１と同様の式による。）。
推定モデル７は、係数の誤差信号に基づいて、推定モデルの現在の係数を補正する。補正をするための式は、実施例１と同様である。
誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２、Δβが、所定の閾値より大きい場合は、その誤差信号Δａ、Δｂ、Δｒ１、Δｒ２、Δβを廃棄し（その誤差信号により推定値の係数を補正しないで）、推定モデルの係数を現状のまま維持するアルゴリズムとしてもよい。
【００５１】
実施例３のエンコーダ出力信号推定部４は、測定されたＡ相誤差信号、Ｂ相誤差信号に基づいて（係数の値は推定モデルの係数を使用する。）、θの測定値θｍを算出する。誤差検出器６は、測定値から算出したθと推定モデルの現在のθとの誤差信号Δθを出力する（実施例１と同様の式による。）。
推定モデル７は、誤差信号Δθに基づいて、推定モデルの現在のθの値θｅを補正する。補正をするための式は、実施例１と同様である。
【００５２】
推定モデル７は、下記の式で表される第１の正弦波信号ｚ１及び第２の正弦波信号ｚ２を出力する。ｒ０は任意の一定値である。θは、推定モデル７の現在のθの値θｅである。
ｚ１＝ｒ０ｓｉｎθ
ｚ２＝ｒ０ｃｏｓθ
【００５３】
図４は、エンコーダ１が出力するＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号によるリサージュ波形４１（補正前のリサージュ波形）と、エンコーダ出力信号補正装置２が出力する第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号によるリサージュ波形４２（補正されたリサージュ波形）とを示す。
本発明のエンコーダ出力信号補正装置は、リアルタイムで推定モデルの係数を補正し、且つリアルタイムで補正された位置情報（第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号）を出力する。これにより、従来よりも飛躍的に高分解能で（実施例においてはエンコーダが出力する正弦波信号の１周期の１０２４分の１又は２０４８分の１）高精度の位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現することが出来た。
【００５４】
本発明のエンコーダ出力信号補正装置は、光ディスクの原盤記録装置の他、例えばステッパ等の任意の精密装置に利用できる。実施例においては、エンコーダ出力信号補正装置は、高精度の位置情報を出力した。これに代えて、本発明を回転角度の検出装置に適用し、エンコーダの出力信号をリアルタイムで補正し、測定変動の影響を受けにくい高精度の補正された角度情報をリアルタイムで出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現できることは言うまでもない。
【００５５】
実施例においては、エンコーダ出力信号補正装置は、補正されたＡ相正弦波信号及びＢ相正弦波信号である第１の正弦波信号及び第２の正弦波信号を出力した。これに代えて、エンコーダ出力信号補正装置は、エンコーダ出力信号に基づいて、任意の補正された位置情報又は角度情報を出力しても良い。例えば、推定モデルに基づいて、長さ又は角度を演算し、長さ（例えばｎｍを単位とする長さ）又は角度（例えばμ度を単位とする角度）の情報を出力しても良い。
対象物の移動速度及び加速度を、推定モデルの位相θの推定に利用しても良い。この場合推定モデルは、例えば時刻ｔを直接の変数とし、時刻ｔに基づいて位相（角度）の推定値θ＝ωｔ（ωは角速度）を算出し、間接的に変数である位相θを算出する。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、エンコーダの出力信号をリアルタイムで補正し、測定変動の影響を受けにくい高精度の補正された位置情報又は角度情報を出力するエンコーダ出力信号補正装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、検出した位相誤差のフィードバックの時間遅れが小さくなり、且つ誤差検出感度を上昇させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のエンコーダ出力信号補正装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例１のエンコーダ出力信号補正装置による補正前及び補正後のリサージュ図形
【図３】本発明の実施例２のエンコーダ出力信号補正装置による補正前及び補正後のリサージュ図形
【図４】本発明の実施例３のエンコーダ出力信号補正装置による補正前及び補正後のリサージュ図形
【図５】光ディスクの原盤記録装置の概略的な構成を示す図
【符号の説明】
１        エンコーダ
２        エンコーダ出力信号補正装置
３        Ａ／Ｄ変換器
４        エンコーダ出力信号推定部
５        Ｄ／Ａ変換器
６        誤差検出器
７        推定モデル
１０１    レーザ発振器
１０２    エアースピンドル
１０３    スライダ
１０４    フォーカスアクチュエータ
１０５    ビームスポットモニタ
１０６    移動光学系
１０７    ガラス原盤
１０８    除振台
【図１】
2004219333.tif 000006
【図２】
2004219333.tif 000007
【図３】
2004219333.tif 000008
【図４】
2004219333.tif 000009
【図５】
2004219333.tif 000010