(57)【要約】【課題】ヘテロダイン干渉計の位置データに認められる高速度タイプの非線形性を補償するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】このシステム及び方法(200)には以下の動作が含まれる。ディジタル位置値(204)の複数のグループを受け取る。測定チャネル(208M)からのディジタル位相値(209M)の複数のグループを受け取る。ディジタル位置値とディジタル位相値の第１のグループをディジタル的に処理して(210)、複数のブロックデータ値を生成する。複数のブロックデータ値をディジタル的に処理して(212)、少なくとも１つの準静的非線形性パラメータ(214)を生成する。ディジタル位置値の第２のグループは、この少なくとも１つの準静的非線形性パラメータに基づいて補償される(206)。【選択図】図２
2007298528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘテロダイン干渉計の位置データにおいて認められる高速タイプの非線形性を補償する（２００）ための方法であって、
複数のグループをなすディジタル位置値（２０４）を受け取るステップと、
測定チャネル（２０８Ｍ）から複数のグループをなすディジタル位相値（２０９Ｍ）を受け取るステップと、
第１のグループをなすディジタル位置値およびディジタル位相値にディジタル処理を施して、複数のブロック・データ値を生成する（２１０）ステップと、
前記複数のブロック・データ値にディジタル処理を施して（２１２）、少なくとも１つの準静的非線形性パラメータ（２１４）を生成するステップと、
前記少なくとも１つの準静的非線形性パラメータに基づいて、第２のグループをなすディジタル位置値を補償する（２０６）ステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの準静的非線形性パラメータが、ブロック回帰技法に基づいて生成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの非線形性パラメータに、非線形性振幅パラメータ（２１４Ｍ）と非線形性位相パラメータ（２１４Ｐ）が含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
補償される非線形性の時間周波数が、測定チャネル周波数とドップラ周波数の差である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ヘテロダイン干渉計の位置データにおける高速タイプの非線形性を補償するための補償システム（２００）において、
複数のグループ（６００）をなすディジタル位置値（３００）を受け取るための第１の入力（４１６）であって、前記ディジタル位置値の各々が、整数部分と小数部分を含むことからなる、第１の入力と、
測定チャネル（２０８Ｍ）から複数のグループをなす位相値（２０９Ｍ）を受け取るための第２の入力と、
第１のグループをなすディジタル位置値及び測定チャネルの位相値にディジタル処理を施し、複数のデータ値を生成するためのディジタル位置データ・プロセッサ（２１０）と、
前記複数のデータ値に処理を施し、少なくとも１つの非線形性パラメータ（２１４）を生成するためのディジタル・データ値プロセッサ（２１２）と、
前記少なくとも１つの非線形性パラメータに基づいて、第２のグループをなすディジタル位置値を補償するためのディジタル補償器（２０６）
を備える、補償システム。
【請求項６】
前記ディジタル位置データ・プロセッサが、
受け取ったディジタル位置値と測定チャネルの位相値との和の小数部分に対応する余弦値を提供するための余弦ルックアップ・テーブル（４０２）と、
受け取ったディジタル位置値と測定チャネルの位相値との和の小数部分に対応する正弦値を提供するための正弦ルックアップ・テーブル（４０４）と、
前記余弦値及び前記正弦値に演算処理を施すための第１の複数の論理演算装置（ＡＬＵ）（４０６Ａ〜４０６Ｊ）であって、各々のＡＬＵが、前記演算処理に基づいて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第１の複数の論理演算装置と、
受け取ったディジタル位置値に演算処理を施すための第２の複数のＡＬＵ（４０６Ｋ〜４０６Ｏ）であって、各々のＡＬＵが、前記演算処理に基づて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第２の複数のＡＬＵ
を備えることからなる、請求項５に記載の補償システム。
【請求項７】
前記ディジタル位置データ・プロセッサが、さらに、
前記第１及び第２の複数のＡＬＵに結合されて、前記複数のデータ値を記憶する複数のレジスタ（４２１）と、
前記複数のレジスタに結合されたカウンタ（４２８）であって、ディジタル位置値の各グループの終端における前記複数のデータ値を前記レジスタに記憶させるように構成され、及び、前記第１及び第２の複数のＡＬＵの動作を制御するための信号を発生するように構成されるカウンタ
を備えることからなる、請求項６に記載の補償システム。
【請求項８】
複数のディジタルシーケンスを生成するためのディジタルシーケンス生成器（４２２〜４２６）と、
前記ディジタルシーケンスに演算処理を施すために前記ディジタルシーケンス生成器に結合された第３の複数のＡＬＵ（４０６Ｐ〜４０６Ｕ）であって、各ＡＬＵが、前記演算処理に基づいて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第３の複数のＡＬＵ
をさらに備える、請求項６に記載の補償システム。
【請求項９】
前記複数のディジタルシーケンスが、一定シーケンス、平均がゼロの線形に増加するシーケンス、及び、平均がゼロの二次シーケンスを含み、前記シーケンスのうちの１つを合計すると、２の累乗値が得られ、残りのシーケンスのそれぞれを合計すると、ゼロ値が得られることからなる、請求項８に記載の補償システム。
【請求項１０】
変位測定用ヘテロダイン干渉計システム（１００）であって、
少なくとも１つの光ビームを発生するための光源（１０２）と、
前記少なくとも１つの光ビームに基づいて、光測定信号を発生するための干渉計（１０８）と、
前記光測定信号及び光基準信号を受け取って、前記光測定信号に基づいてアナログ測定信号を発生し、前記光基準信号に基づいてアナログ基準信号を発生するように構成される受信機（１１２）と、
前記アナログ測定信号及び前記アナログ基準信号に基づいて、複数のグループをなすディジタル位置値（２０４）及び測定チャネルの位相値（２０９Ｍ）を発生するためのコントローラ（１００Ｐ）と、
前記コントローラに結合されて、前記ディジタル位置値及び前記測定チャネルの位相値の各グループにディジタル処理を施し、及び、処理された各グループに対して複数のデータ値を生成するための少なくとも１つのディジタル信号プロセッサ（２００）であって、該少なくとも１つのディジタル信号プロセッサは、処理されたグループ毎に、前記複数のデータ値にディジタル処理を施して、処理された各グループに対して少なくとも１つの非線形性パラメータ（２１４）を生成するように構成され、さらに、前記少なくとも１つの非線形性パラメータに基づいて、ディジタル位置値に非線形性補償を施すように構成されることからなる、少なくとも１つのディジタル信号プロセッサ
を備え、
前記補償される非線形性が、比較的高速度で生じるタイプのものであることからなる、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、干渉計システムに関するものである。より詳しくは、本発明は、ヘテロダイン干渉計の高速度で生じるタイプの非線形性を補償するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
干渉計を用いた測定において、ビーム間に光の漏洩が生じると、非線形性として知られる、理想的な状態から周期的に逸脱する測定結果が生じることになる。
【０００３】
ホモダイン干渉計における非線形性を補償するための先行技術による１技法では、オフセット、利得、及び、直交性に関して、干渉計内で２つの同相信号と直交（位相）信号の平衡をとることが必要とされる。信号をディジタル化して、不平衡に関して計算し、アナログ電子装置を用いて、オフセット及び利得補償を行なう。補償成分は、全て、干渉計自体に含まれている。ヘテロダイン干渉計の場合、平衡をとるべき同相信号および直交信号はない。従って、こうした補償法は、ヘテロダイン干渉計には適用できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ディジタル数値処理を利用して、干渉計位置データの非線形性（ここで、非線形性は、高速度で生じるタイプのものである）を補償するシステム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの形態によれば、ヘテロダイン干渉計の位置データにおいて認められる高速タイプの非線形性を補償するための方法が得られる。複数のグループをなすディジタル位置値を受信する。測定チャネル（測定チャンネルともいう。以下では測定チャネルと記載）から複数のグループをなすディジタル位相の値を受け取る。第１のグループをなすディジタル位置の値とディジタル位相の値にディジタル処理を施して、複数のブロック・データ値を生成する（以下、位相の値を位相値と、位置の値を位置値と記載する）。複数のブロック・データ値にディジタル処理を施して、少なくとも１つの準静的非線形性パラメータを生成する。少なくとも１つの準静的非線形性パラメータに基づいて、第２のグループをなすディジタル位置値を補償する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ディジタル数値処理を利用して、干渉計位置データの非線形性を補償するシステム及び方法が提供される。
【実施例】
【０００７】
望ましい実施態様に関する下記の詳細な説明において、望ましい実施態様の一部を形成すると共に、本発明を具現化することができる特定の実施態様を例示的に示す添付の図面を参照することにする。もちろん、他の実施態様を利用することも可能であり、本発明の範囲を逸脱することなく、構造または論理上の変更を加えることも可能である。従って、以下の詳細な説明は、制限を意味するものとみなすべきではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって画定される。
【０００８】
Ｉ．変位測定干渉計システム
本発明の非線形性補償システム及び方法を、ヘテロダイン変位測定干渉計システムに関して説明する。
【０００９】
典型的な変位測定干渉計システムは、周波数安定化レーザ光源、干渉計光学素子、及び、測定電子装置から構成される。ホモダイン干渉法に基づく計測技法の場合、位相進み関数φ（ｔ）は、通常、λ／４を係数として、物体の時間（ｔ）変位に正比例する。すなわち、１単位間隔（ＵＩ）の変化は、光波の四分の一波長の物体移動に相当する。１ＵＩは、１つの光波干渉縞、すなわち、２πラジアンに相当する。混合時に、位相は保存され、λ／４の移動は、１つの干渉縞として認められる。ヘテロダイン干渉法に基づく計測技法の場合、２つのチャネルが存在する。すなわち、一つは、ドップラ・シフトされたチャネル（測定チャネル）であり、他の一つは、シフトされていないチャネル（基準チャネル。基準チャンネルともいう）である。２つのチャネルの２つの位相進み関数φＭ（ｔ）及びφＲ（ｔ）の差は、任意定数内で物体変位に比例する。両チャネルの位相進み関数は、時間とともに単調に増大する。
【００１０】
図１は、先行技術によるヘテロダイン変位測定干渉計システム１００を例示した電気ブロック図である。干渉計システム１００には、レーザ１０２、干渉計１０８、測定及び処理電子装置１１２、及び、光ファイバ・ピックアップ１１４が含まれている。干渉計１０８には、固定リトロレフレクタ（固定逆反射器）１０４、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）１０６、及び、可動リトロレフレクタ１１０が含まれている。
【００１１】
レーザ１０２は、強度が等しく、異なる周波数Ｆ１とＦ２をそれぞれ有する、一対の共線の直交偏光ビームを発生する。ここで、Ｆ１とＦ２は、基準周波数（分離周波数とも呼ばれる）であるＦＲだけ周波数が異なっている。光ビームは、干渉計１０８を通過する。偏光ビーム・スプリッタ１０６は、一方の入射偏光を固定リトロレフレクタ１０４に向けて反射し、他方の偏光を可動リトロレフレクタ１１０に向けて通過させる。リトロレフレクタ１０４及び１１０は、光を偏光ビーム・スプリッタ１０６に戻し、そこで、一方のビームは透過され、他方のビームは反射されて、２つのビームは、再び共線をなすようになる。可動リトロレフレクタ１１０を直線移動させると、２つのビーム間の位相差に対応する変化が生じる。干渉計１０８からの出力ビームは、光ファイバ・ピックアップ１１４に送られる。光ファイバ・ピックアップ１１４において、干渉計１０８からの出力ビームが混合され、混合ビームは、光ファイバ１１３に結合される。混合ビームは、測定信号と呼ばれ、混合は、下記の式Ｉによって表される。
【００１２】
【数１】
2007298528.tif 000003
また、Ｆ１の上部の線は、その信号がドップラ・シフトしたことを表している。
【００１３】
測定及び処理電子装置１１２には、光測定信号に対応する電気測定信号を生成する光ファイバ受信機が含まれている。測定信号の周波数は、下記の式IIに示すように、基準周波数ＦＲにドップラ・シフト周波数を加えた値に等しい。
【００１４】
【数２】
2007298528.tif 000004
ここで、
νは、その位置が測定されつつある干渉計素子の速度であり（νの符号は、移動方向を表している）、
λは、レーザ１０２から放出される光の波長であり、
ｎは、光が干渉計１０８を通過する回数によって決まる、２、４等の数であり、本発明の実施態様では、ｎ＝４である。
【００１５】
図１のシステム例の場合、リトロレフレクタ１１０が移動すると、ドップラ・シフトが生じ、ｎが２になる。レーザ１０２は、測定及び処理電子装置１１２の光ファイバ受信機まで延びる光ファイバ・ケーブル１１１を介して、基準周波数（ＦＲ）の基準信号も出力する。基準信号は、レーザ１０２からの２つのビーム（Ｆ１及びＦ２）を混合することによって得られるが、これは、下記の式IIIによって表される。
【００１６】
【数３】
2007298528.tif 000005
【００１７】
測定及び処理電子装置１１２には、光基準信号に対応する電気基準信号を生成する光ファイバ受信機が含まれている。基準信号の周波数は、基準周波数ＦＲに等しい。
【００１８】
測定及び処理電子装置１１２は、基準信号と測定信号の位相差を測定し、累算して、その差に処理を加え、位置出力と速度出力が得られるようにする。
【００１９】
ＩＩ．非線形性
理想的状況とはいえない場合、レーザ１０２からのビーム間において光の漏れが生じ、これによって、少量の一方の周波数が他の周波数中に現れることになる。大文字で理想的状態を記号化し、小文字で漏洩状態を記号化すると、非理想的状況は、下記の式ＩＶ及び式Ｖによって記号化することができる。
【００２０】
【数４】
2007298528.tif 000006
【数５】
2007298528.tif 000007
【００２１】
混合によって、多くの周波数の信号が生じる。測定信号は、以下の６つの混合成分を含んでいる。
【００２２】
【数６】
2007298528.tif 000008
【００２３】
基準信号も、以下の６つの混合成分を含む。
【００２４】
【数７】
2007298528.tif 000009
【００２５】
信号Ｍ１及びＲ１は、それぞれ、非線形性ではない所望の測定及び基準信号である。典型的には、信号Ｍ１及びＲ１は主成分である。
【００２６】
信号Ｍ６及びＲ６は、それぞれ、２つの一般に小信号の混合積であり、二次的な効果しか生じない。信号Ｍ６及びＲ６は、無視することができる。
【００２７】
信号Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及び、Ｒ５は、静的パラメータである。信号Ｒ２及びＲ３は、理想信号Ｒ１と周波数が同じであり、その周波数は、基準周波数、すなわち分離周波数である。Ｒ２とＲ３の組み合わせ効果によって、基準信号に対する重要ではない一定移相が生じることになる。信号Ｒ４及びＲ５は、それら自体と混合する「安定な」信号であり、結果として、静的ＤＣ振幅シフトが生じるだけである。「安定な」信号は、ドップラ・シフトしない信号である。ＡＣ結合回路の場合、Ｒ４及びＲ５による影響は全くなく、それらの信号は無視することができる。
【００２８】
Ｍ２及びＭ３によって生じる非線形性は、中程度の速度（例えば、約５０ｍｍ／秒未満）において最も顕著である。Ｍ２及びＭ３によって、測定信号Ｍ１を乱して、非線形性をもたらす基準周波数の干渉信号が発生する。非線形性の時間周波数は、ドップラ周波数であり、従って、非線形性の空間周波数は、不変である（それは、常に、λ／４の移動距離で１周期である）。Ｍ２及びＭ３によって生じる非線形性は、周期的であり、１ＵＩすなわち「縞」１つ分の周期の位置データは、λ／４の移動距離を表している。ＨｅＮｅレーザの場合、λは、６３３ナノメートルである。Ｍ２及びＭ３タイプの非線形性の空間周波数が不変という特性は、補償を容易にする。
【００２９】
信号Ｍ４及びＭ５は、光源から離れた測定物体の、高速で観測されるタイプの非線形性である。Ｍ４の混合積は、下記の式VIで示す形式を有する。
【００３０】
【数８】
2007298528.tif 000010
ここで、
ｐ１は、位置パラメータであり、
λは、レーザ１０２から放出される光の波長である。
【００３１】
同様に、Ｍ５の混合積は、下記の式VIIで示す形式を有する。
【００３２】
【数９】
2007298528.tif 000011
ここで、
ｐ２は、位置パラメータであり、
λは、レーザ１０２から放出される光の波長である。
【００３３】
位置パラメータｐ１及びｐ２は、異なる原点（origin）を有することが可能であるが、実施態様の１つでは、Ｆ１がＦ２からほんの数メガヘルツであるため、ほぼ同じスケーリングが施されている。Ｍ４及びＭ５の時間周波数は同じであり、ドップラ周波数ｆＤｏｐｐｌｅｒ＝ｆＲ−ｆＭに等しい。Ｍ４及びＭ５信号は、ｆＭ−ｆＤｏｐｐｌｅｒにおいて測定信号に乱れ（摂動）を生じさせ、２＊ｆＭ−ｆＲの時間周波数において非線形性を生じさせる。実施態様の１つでは、Ｍ４及びＭ５タイプの非線形性を観測できるのは、測定周波数が基準周波数の半分に近くなる場合に限られるが、これが生じるのは、物体が、狭い速度範囲内で光源から急速に（例えば、典型的には約０．５ｍ／秒）遠ざかる場合である。あいにく、Ｍ４及びＭ５タイプの非線形性の時間周波数も空間周波数も不変ではないので、その補償はいっそう複雑なものになる。位置データ以外に、測定チャネル周波数も必要になる。本発明の実施態様の１つでは、信号Ｍ４及びＭ５によって生じる非線形性が補償される。
【００３４】
時間の関数としての非線形性の乱れ（非線形摂動）△φ（ｔ）（ＵＩを単位とする）は、下記の式VIIIで示される。
【００３５】
【数１０】
2007298528.tif 000012
ここで、
γは、組み合わせられた摂動Ｍ４／Ｍ５信号の振幅と理想信号Ｍ１の振幅の比であり、
θは、（２ｆＭ−ｆＲ）の位相進みと、同じ周波数における位置データの非線形性パターンとの位相オフセットである。
【００３６】
ＩＩＩ．非線形性補償
Ａ．補償システムの概要
本発明の実施態様の１つでは、干渉計システム１００によって出力される測定位置データ及び測定チャネルの位相進みに処理が施されて、すぐ後でデータを補償するための、２つの最もよく適合する準静的非線形パラメータが生成される。このプロセスを無期限に継続すると、初期待ち期間以後の全てのデータが補償される。本発明の形態の１つでは、非線形性の振幅及び位相パラメータは、３２０の連続位置データ・ワードと３２０の測定チャネル位相進みワードからオンザフライで求められ、直後の位置データ・ワードの補償に利用される。本発明の形態の１つは、「馬跳び」式に続行されて、周期的に更新される非線形パラメータを利用して、今後の全データを補償する、完全なディジタル式のプロセスである。
【００３７】
図２は、本発明の実施態様の１つによる非線形性補償システム２００を例示した機能ブロック図である。図２には、干渉計システム１００の位相ディジタル化部分１００Ｐも示されている。位相ディジタル化部分１００Ｐには、測定チャネル位相ディジタイザ２０８Ｍ、基準チャネル位相ディジタイザ２０８Ｒ、及び、論理演算装置（ＡＬＵ）２０７が含まれている。測定チャネル位相ディジタイザ２０８Ｍは、受信した測定信号に基づいて測定チャネル位相データ２０９Ｍを生成する。基準チャネル位相ディジタイザ２０８Ｒは、受信した基準信号に基づいて基準チャネル位相データ２０９Ｒを生成する。ＡＬＵ２０７は、測定チャネル位相データ２０９Ｍと基準チャネル位相データ２０９Ｒの差に基づいて、観測位置データ２０４を生成する。
【００３８】
非線形性補償システム２００には、補償処理ブロック２０６、ブロック・データ生成器２１０、パラメータ生成器２１２、及び、ＡＬＵ２１７及び２２０が含まれている。補償処理ブロック２０６には、ブロックＲＡＭテーブル２０６Ａ及びＡＬＵ２０６Ｂが含まれている。実施態様の１つでは、非線形性補償システム２００は、非補償（すなわち補償されていない）位置データ２０２におけるＭ４及びＭ５タイプの非線形性を補償するが、このデータには、干渉計システム１００によって出力される観測位置データ２０４が含まれており、拡張位置データ（例えば、外挿法によって拡張されたデータ）が含まれる場合もあり得る。
【００３９】
干渉計システム１００からの観測位置データ２０４（ｐ（ｊ））が、ＡＬＵ２２０及びブロック・データ生成器２１０に供給される。ＡＬＵ２２０は、干渉計システム１００からの測定チャネル位相データ２０９Ｍも受信する。ＡＬＵ２２０は、観測位置データ２０４（ｐ（ｊ））と測定チャネル位相データ２０９Ｍの和を求める。観測位置データ２０４（ｐ（ｊ））と測定チャネル位相データ２０９Ｍの和は、非線形性位相進み２１９（ψＮＬ（ｊ））であり、これは、ＡＬＵ２１７及びブロック・データ生成器２１０に供給される。
【００４０】
実施態様の１つでは、観測位置データ２０４（ｐ（ｊ））と非線形性位相進み２１９（ψＮＬ（ｊ））の両方が、３．２マイクロ秒の速度で出力され、３２０のグループにおけるブロック・データ生成器２１０によって、各グループ毎に２１の和が得られるようにするために用いられる。これらの和は、さらに、パラメータ生成器２１２によって使用され、非線形性パラメータ２１４Ｍ及び２１４Ｐ（集合的に非線形性パラメータ２１４と呼ぶ）が生成される。ｐ（ｊ）における「ｊ」は、観測位置データ・ワード及び測定チャネル位相データ２０９Ｍの対応するワードを３．２マイクロ秒の速度で識別するための指標である。実施態様の１つでは、非線形性パラメータ２１４には、非線形性（ＮＬ）振幅パラメータ２１４Ｍ（ＶＮＬ）、及び、ＮＬ位相オフセットパラメータ２１４Ｐ（θＮＬ）が含まれている。ブロックＲＡＭテーブル２０６Ａは、非線形性振幅パラメータ２１４Ｍ（ＶＮＬ）から合成される。非線形性位相オフセット・パラメータ２１４Ｐ（θＮＬ）は、ＡＬＵ２１７に供給される。
【００４１】
ＡＬＵ２１７は、非線形性位相進み２１９（ψＮＬ（ｊ））から非線形位相オフセット・パラメータ２１４Ｐ（θＮＬ）を引いて、オフセットを取り除いた位相進みパラメータ２１８（φＮＬ（ｊ））を生成し、これによって、ブロックＲＡＭテーブル２０６Ａへのアドレス指定が連続して行われる。
【００４２】
非補償位置データ（未補償位置データ）２０２が、補償処理ブロック２０６に供給される。ＡＬＵ２０６Ｂは、非補償位置データ２０２から、ブロックＲＡＭテーブル２１６Ａより得られた補償値（または補正値）を引いて、補償位置データ（すなわち、補償された位置データ）を生成する。入力データ２０２は、３．２マイクロ秒より高いか、低いか、あるいは、同じ干渉計出力速度で非線形性補償が施される。その一方で、「今後の」非補償非線形性位相進みデータ２１９（ψＮＬ（ｊ））及び位置データ２０４（ｐ（ｊ））が、ブロック・データ生成器２１０及びパラメータ生成器２１２によって使用され、さらなる今後の位置データを補償するために、さらなる非線形性パラメータ２１４が生成されることになる。初期待ち期間後の全てのデータが補償されることになる。
【００４３】
非線形性パラメータ２１４Ｍ及び２１４Ｐは、準静的であり、継続的に更新されるので、プロセスは、トラッキング・フィルタの働きをし、新しい位置データ２０４から適切なパラメータ２１４を生成する。本発明の形態の１つでは、補償処理ブロック２０６によって実施される補償は、ナノ秒の速度である。
【００４４】
実施態様の１つでは、ブロック・データ生成器２１０は、正確な測定にとって望ましくない状態が生じると、これを検出し、更新禁止信号２１６を発生する。更新禁止信号が発生すると、パラメータ生成器２１２は、非線形性パラメータ２１４の更新を停止する。この期間中、位置データは、既存の非線形性パラメータ２１４を使用して、補償処理ブロック２０６によって補償される。測定状態が改善されると、非線形性パラメータ２１４の更新が続行される。
【００４５】
実施態様の１つでは、非線形性補償システム２００によって実施される機能は、ハードウェア、ファームウェア、または、その組み合わせによるディジタル数値計算に制限され、システム２００には、光学またはアナログ電気回路は含まれない。本発明の形態の１つでは、補償システム２００は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）及び／または１つ以上のＤＳＰプロセッサを用いて実施される。
【００４６】
図３は、干渉計システム１００によって出力される観測位置データ・ワード３００を例示したダイアグラムである。位置データ・ワード３００には、３２ビットが含まれている。ワ−ド３００の最上位の２２ビット（Ｗ１−２２）は、λ／４の縞の整数倍の移動を表す。ワード３００の最下位の１０ビット（Ｆ１−１０）は、一つの縞の何分の１かの部分（すなわち小数部）を表す。
【００４７】
Ｂ．ブロック・データ生成
図４は、図２に示すブロック・データ生成器２１０の実施態様の１つを例示した略電気回路図である。ブロック・データ生成器２１０には、余弦ルックアップ・テーブル（コサインルックアップテーブル）４０２、正弦ルックアップ・テーブル（サインルックアップテーブル）４０４、論理演算装置（ＡＬＵ）４０６Ａ〜４０６Ｕ（集合的にＡＬＵ４０６と呼ぶ）、ビット・シフタ４０８、マルチプレクサ４１０、ビット・シフタ４１２、マルチプレクサ４１４、ビット・シフタ４１８、マルチプレクサ４２０、レジスタ４２１、アップ・カウンタ４２２、ビット・シフタ４２４、累算器４２６、及び、モジュロ３２０カウンタ及び信号発生器４２８が含まれている。実施態様の１つでは、図４に示すディジタル回路は、３．２マイクロ秒の速度でクロックに同期化される。クロッキング回路は、本発明の説明を単純にするために図４から省略されている。
【００４８】
３２ビット幅の観測位置データ・ワード３００が、３．２マイクロ秒間隔で、「ワード・イン」端子４１６に届く。位置データ・ワード３００の小数部分が、ＡＬＵ２２０において、測定チャネル位相進みデータ２０９Ｍ（φＭ（ｊ））の小数部分に加算される。実施態様の１つでは、ブロック・データ生成器２１０は、３２０ワードのグループにおける位置データ２０４（ｐ（ｊ））と測定チャネル位相データ２０９Ｍ（φＭ（ｊ））の受信ワードに処理を施して、位置データ２０４の３２０ワード、及び、測定チャネル位相データ２０９Ｍの３２０ワードからなる各集合毎に、２１の出力データ・ブロックを生成する。
【００４９】
モジュロ３２０カウンタ及び信号発生器４２８には、モジュロ３２０カウンタ５００（図５Ａに示す）と、論理ゲート５１０，５１２，５１４，５１６、及び、５１７（図５Ｂに示す）が含まれている。ブロックデータ生成器２１０によって実施される処理は、モジュロ３２０カウンタ５００によってスケジューリングされる。モジュロ３２０カウンタ５００は、縦続接続された３つのカウンタ、すなわち、モジュロ３２カウンタ５０２、モジュロ２カウンタ５０４、及び、モジュロ５カウンタ５０６から構成される。モジュロ３２カウンタ５０２及びモジュロ２カウンタ５０４は、従来の２進アップ・カウンタである。モジュロ５カウンタ５０６は、永続的に循環するシーケンス（または永続再帰系列）３−４−５−６−７でカウントする。
【００５０】
モジュロ３２カウンタ５０２のクロック・イン入力（Ｃｉｎ）が、３．２マイクロ秒のクロック信号に結合される。モジュロ３２カウンタ５０２の終値カウント（ＴＣ）出力が、モジュロ２カウンタ５０４のクロック・イン入力に結合される。モジュロ３２カウンタ５０２の出力（Ｑ）は、カウンタ５００の５つの最下位ビット（Ｑ０〜Ｑ４）である。モジュロ２カウンタ５０４の終値カウント出力が、モジュロ５カウンタ５０６のクロック・イン入力に結合される。モジュロ２カウンタ５０４の出力（Ｑ）は、カウンタ５００の最上位から４番目のビット（Ｑ５）である。モジュロ５カウンタ５０６の出力（Ｑ）は、カウンタ５００の３つの最上位ビット（Ｑ６〜Ｑ８）である。
【００５１】
グループ・クロック信号が、モジュロ５カウンタ５０６の終値カウント時に、１０２４マイクロ秒毎に生じる。カウンタ５００の４つの最上位ビット（Ｑ５〜Ｑ８）、及び、非線形性位相２１９（ΨＮＬ）の小数部分の２つの最上位ビット（ＮＬＦ１及びＮＬＦ２）が、論理的に組み合わせられて、下記の表Ｉに示す、２１のＡＬＵ４０６を制御するための１０の信号が生成される。
【００５２】
【表１】
2007298528.tif 000013
【００５３】
上記表Ｉにおいて、「＋」は、論理和演算を表し、
【外１】
【００５４】
2007298528.tif 000014
は、排他的論理和演算を表し、「●」は、論理積演算を表している。
【００５５】
図５Ｂは、表Ｉにリストアップされた１０の制御信号と、それらの信号のいくつかを発生するための論理ゲートを例示したダイアグラムである。図５Ｂに示すように、信号ＣＥ．Ｄは、排他的論理和ゲート５１０で、カウンタ・ビットＱ５及びＱ７に排他的論理和演算を施し、次に、論理和ゲート５１２で、カウンタ・ビットＱ６及び排他的論理和ゲート５１０の出力に論理和演算を施すことによって発生する。信号ＳＧＮ．Ｄは、定論理値１である。信号ＣＥ．Ｌは、ＡＮＤゲート５１４でカウンタ・ビットＱ６及びＱ７に論理積演算を施すことによって発生する。信号ＳＧＮ．Ｌは、カウンタ・ビットＱ８から発生する。信号ＣＥ．Ｑは、カウンタ・ビットＱ６から発生する。信号ＳＧＮ．Ｑは、カウンタ・ビットＱ７から発生する。信号ＣＥ．２４は、非線形性位相２１９（ΨＮＬ）の最上位から２番目の小数ビットＮＬＦ２から発生する。信号ＣＥ．１３は、インバータ５１６で、非線形性位相２１９（ΨＮＬ）の最上位から２番目のビットＮＬＦ２を反転することによって発生する。信号ＳＧＮ．２４及びＳＧＮ．１３は、補数を生成するインバータ５１７によって、非線形性位相２１９（ΨＮＬ）の最上位小数ビットＮＬＦ１の補数から発生する。
【００５６】
図５Ｂに示す１０の信号のうち、ＳＧＮ．ｘ信号は、ＡＬＵ４０６の対応するＳＧＮ．ｘ（極性）入力に結合され、ＣＥ．ｘ信号は、ＡＬＵ４０６の対応するＣＥ．ｘ（クロックイネーブル）入力に結合される。ここで、「ｘ」は、特定のＡＬＵ４０６に結合される特定のＳＧＮ及びＣＥ信号（例えば、Ｄ、Ｌ、Ｑ、１３、または、２４）を識別する。例えば、図４に示すように、ＡＬＵ４０６Ａには、クロックイネーブル入力ＣＥ．Ｄ及び極性入力ＳＧＮ．Ｄが含まれており、信号ＣＥ．Ｄ及びＳＧＮ．Ｄが、それぞれ、ＡＬＵ４０６Ａのこれらの入力に結合されることを表している。本発明の説明を単純にするために、図４には接続ラインは示されていない。
【００５７】
図５Ａに例示のカウンタ構成５００では、グループをなす３２０の入力ワード３００が、ブロック１〜ブロック１０の番号が付いた、それぞれ、３２ワードからなる１０の順次ブロックに有効に分割される。図６は、それぞれ３２ワードからなる１０のブロック６０２Ａないし６０２Ｊ（集合的にブロック６０２と呼ぶ）に分割された、３２０の位置データ・ワード３００からなるグループ６００のダイアグラムである。
【００５８】
ＣＥ．ｘ信号は、真のときは、対応するＡＬＵ４０６をイネーブルにする。ＳＧＮ．ｘ信号は、真のときは、イネーブルにされたＡＬＵ４０６のインクリメントを命じ、偽のときは、デクリメントを命じる。ＣＥ．ｘ及びＳＧＮ．ｘ信号は、下記の表IIに示すように、ＡＬＵ４０６の動作に影響を及ぼす。
【００５９】
【表２】
2007298528.tif 000015
【００６０】
下記の表IIIに示すように、処理される特定のブロック６０２に関係なく、下記のＡＬＵ４０６は、非線形性位相２１９（ΨＮＬ）の最上位の２つの小数ビット（ＮＬＦ１、ＮＦＬ２）の論理値に対してのみ操作を行なう。
【００６１】
【表３】
2007298528.tif 000016
【００６２】
端子４１６で受信される、それぞれ、３２ビット幅の、位置データ２０４のワード３００は、ＡＬＵ４０６Ｋ（ＰＤ）、４０６Ｌ（ＰＬ）、４０６Ｎ（Ｐ２４）、及び、４０６Ｏ（Ｐ１３）、ビット・シフタ４１８、及び、マルチプレクサ４２０の入力に接続されている。マルチプレクサ４２０の第２の入力（入力Ｂ）は、ビット・シフタ４１８で１ビット分だけシフトすることによって、位置データ・ワード３００の２倍の値になる。マルチプレクサ４２０によって出力されるマルチプレクスされた位置データは、ＡＬＵ４０６Ｍ（ＰＱ）に接続される。マルチプレクサ４２０は、ＡＬＵ４０６Ｍ（ＰＱ）と同じ制御ビットＳＧＮ．Ｑによって制御される。この構成では、結果として、ＳＧＮ．Ｑが真のときは、位置データ・ワード３００分だけＡＬＵ４０６Ｍ（ＰＱ）の値がインクリメント（増分）するが、ＳＧＮ．Ｑが偽のときは、位置データ・ワード３００の２倍デクリメント（減分）することになる。
【００６３】
総和のため、３２０の後続する位置データワード３００のそれぞれから、最後のグループ６００からの最後のデータ・ワード３００の「整数」部分のような一定の整数を引くことによって、不利益を被ることなく、位置データ・ワード３００の幅を３２ビットから２４ビットに縮小することが可能である。
【００６４】
端子４１６で受信される位置データ２０４のワードの小数部分における最上位の８ビット（Ｆ１〜Ｆ８）が、ＡＬＵ２２０によって、測定チャネル位相進みワード２０９Ｍ（φＭ（ｊ））の小数部分に加算される。ψＮＬ（ｊ）として表される（また、非線形性位相進み２１９とも呼ばれる）和によって、２つのルックアップ・テーブル、すなわち、余弦ルックアップ・テーブル４０２及び正弦ルックアップ・テーブル４０４のアドレス指定が行われる。ルックアップ・テーブル４０２及び４０４は、それぞれ、８ビット・アドレス空間における完全な１つの周期にわっている。従って、１周期の各テーブル４０２及び４０４毎に、２５６のエントリーが存在する。テーブル４０２及び４０４の各エントリーは、１０ビット幅である。
【００６５】
余弦テーブル４０２の出力は、ＡＬＵ４０６Ａ（ＣＤ）、４０６Ｂ（ＣＬ）、４０６Ｄ（Ｃ２４）、及び、４０６Ｅ（Ｃ１３）、ビット・シフタ４０８、及び、マルチプレクサ４１０の入力に接続されている。マルチプレクサ４１０の第２の入力（入力Ｂ）は、ビット・シフタ４０８で１ビット分だけシフトすることによって、余弦テーブル４０２の出力を２倍した値となる。マルチプレクサ４１０によって出力されるマルチプレクスされた位置データは、ＡＬＵ４０６Ｃ（ＣＱ）に接続される。マルチプレクサ４１０は、ＡＬＵ４０６Ｃ（ＣＱ）と同じ制御ビットＳＧＮ．Ｑによって制御される。この構成では、結果として、ＳＧＮ．Ｑが真のときは、テーブル４０２の出力値分だけＡＬＵ４０６Ｃ（ＣＱ）の値がインクリメントするが、ＳＧＮ．Ｑが偽のときは、テーブル４０２の出力値の２倍デクリメントすることになる。
【００６６】
正弦テーブル４０４の出力は、ＡＬＵ４０６Ｆ（ＳＤ）、４０６Ｇ（ＳＬ）、４０６Ｉ（Ｓ２４）、及び、４０６Ｊ（Ｓ１３）、ビット・シフタ４１２、及び、マルチプレクサ４１４の入力に接続されている。マルチプレクサ４１４の第２の入力（入力Ｂ）は、ビット・シフタ４１２で１ビット分だけシフトすることによって、正弦テーブル４０４の出力の２倍の値となる。マルチプレクサ４１４によって出力されるマルチプレクスされた位置データは、ＡＬＵ４０６Ｈ（ＳＱ）に接続される。マルチプレクサ４１４は、ＡＬＵ４０６Ｈ（ＳＱ）と同じ制御ビットＳＧＮ．Ｑによって制御される。この構成では、結果として、ＳＧＮ．Ｑが真のときは、テーブル４０４の出力値分だけＡＬＵ４０６Ｈ（ＳＱ）の値がインクリメントするが、ＳＧＮ．Ｑが偽のときは、テーブル４０４の出力値の２倍デクリメントすることになる。
【００６７】
位置データ・ワード３００及び測定チャネル位相ワード２０９Ｍの処理以外に、ブロック・データ生成器２１０は、３つの３２０クロック長（１０２４マイクロ秒）ディジタルシーケンス（ディジタル系列）Ｉ、Ｊ、及びＫの合成も行う。ディジタルシーケンスＩ、Ｊ、及びＫは、一クロック３．２マイクロ秒の３２０のクロックのグループ６００ごと、すなわち、１０２４マイクロ秒ごとに１回繰り返される。
【００６８】
シーケンスＩは、定論理値１であり、ＡＬＵ４０６Ｐ（Ｉ２４）及び４０６Ｑ（Ｉ１３）の入力に接続される。シーケンスＩは、１ビット幅である。従って、ＡＬＵ４０６Ｐ（Ｉ２４）及び４０６Ｑ（Ｉ１３）は、代替実施態様において単純なカウンタとすることが可能である。シーケンスＩの和は、操作Ｄによって２８になり、操作Ｌ及びＱによって０になる。操作Ｄ、Ｌ、及び、Ｑについては、上記表IIに要約されている。
【００６９】
シーケンスＪは、ステップ毎に＋１ずつ、−１５９．５から＋１５９．５まで線形に累増する。シーケンスＪは、定論理値１の１つの最下位ビットが連結したアップ・カウンタ４２２からの９ビット（１ビット＋９ビット＝１０ビット）から構成される。シーケンスＪは、１０ビット幅であり、ＡＬＵ４０６Ｒ（Ｊ２４）及び４０６Ｓ（Ｊ１３）の入力に接続する。シーケンスＪの和は、操作Ｌによって２１４になり、操作Ｄ及びＱによって０になる。
【００７０】
シーケンスＫは、二次形式（二次シーケンス）であり、数値的には、各ステップにおいてＪ２−９，０４５．２５に等しい。シーケンスＫは、１６ビット幅であり、ＡＬＵ４０６Ｔ（Ｋ２４）及び４０６Ｕ（Ｋ１３）の入力に接続される。９，０４５．２５という値は、（６４・１２７・１２９−９６・１９１・１９３＋１６０・３２１・３１９）／（１２・１２８）に等しく、これによって、ブロック１、２、４、５、６、７、９、及び、１０を合計すると、Ｋの和が０になることが保証される。シーケンスＫは、位置データ・ワード３００の新グループ６００の始端において累算器４２６に１６，３９５をロードし、各ステップ毎に、カウンタ４２２だけの、すなわち、連結される１つの最下位ビットを伴わない値の２倍である、（２・Ｊ−１）を累算することによって合成される。ビット・シフタ４２４で、１ビットだけＪをシフトすることによって、Ｊが２倍される。シーケンスＫの和は、操作Ｑによって２２１になり、操作Ｄ及びＬによって０になる。
【００７１】
モジュロ５カウンタ５０６の終値カウント出力によって、１０２４マイクロ秒毎に１つのグループ・クロック信号が発生するが、これは、グループ６００をなす位置データ・ワード３００の終端を表すものである。モジュロ５カウンタ５０６からのグループ・クロック信号は、２１のレジスタ４２１に結合される。２１のレジスタ４２１のそれぞれは、２１のＡＬＵ４０６のうちの１つの出力に結合される。レジスタ４２１がグループ・クロック信号を受信すると、ＡＬＵ４０６の２１の出力全てが、２１のレジスタ４２１にラッチされる。次に、ＡＬＵ４０６は０にリセットされ、アップ・カウンタ４２２及び累算器４２６に、それぞれ、値１６０及び１６，３９５がロードされる。リセット後に、ＡＬＵ４０６は、再度、新たなエントリーを受け入れるようになる。
【００７２】
Ｃ．非線形性パラメータの生成（振幅ＶＮＬ及び位相θＮＬ）
レジスタ４２１によってラッチされたＡＬＵ４０６からの２１の値は、Ｉ２４、Ｊ２４、Ｋ２４、Ｃ２４、Ｓ２４、Ｐ２４、Ｉ１３、Ｊ１３、Ｋ１３、Ｃ１３、Ｓ１３、Ｐ１３、ＰＤ、ＰＬ、ＰＱ、ＣＤ、ＣＬ、ＣＱ、ＳＤ、ＳＬ、及び、ＳＱであり、これらは、それぞれ、ＡＬＵ４０６Ｐ、４０６Ｒ、４０６Ｔ、４０６Ｄ、４０６Ｉ、４０６Ｎ、４０６Ｑ、４０６Ｓ、４０６Ｕ、４０６Ｅ、４０６Ｊ、４０６Ｏ、４０６Ｋ、４０６Ｌ、４０６Ｍ、４０６Ａ、４０６Ｂ、４０６Ｃ、４０６Ｆ、４０６Ｇ、及び、４０６Ｈによって出力される。２１の値は、下記の式ＩＸ〜ＸＩＸに示す数学手順を利用して、パラメータ生成器２１２によってディジタル方式で処理され、信号に生じる任意の非線形性の振幅ＶＮＬ及び位相θＮＬが得られることになる。
【００７３】
６つの量Ｐ２４’、Ｃ２４’、Ｓ２４’、Ｐ１３’、Ｃ１３’、及び、Ｓ１３’は、下記のように生成される。
【００７４】
【数１１】
2007298528.tif 000017
【００７５】
下記の式XV〜XIXに示すように、非線形性パラメータＶＮＬ及びθＮＬが、式IX〜XIVにおいて計算された６つの量から生成される。
【００７６】
【数１２】
2007298528.tif 000018
【００７７】
非線形性振幅ＶＮＬ及び位相θＮＬは、両方とも、ＵＩ単位で表される。ここで、１ＵＩはλ／４に相当する。理想値からのピーク位置偏差は、ＶＮＬであり、周期パターンの位置は、位相θＮＬによって与えられる。
【００７８】
実施態様の１つでは、補償システム２００によって、固定小数点計算（または定点計算）だけが実施され、除算演算は２の累乗に制限される。本発明の形態の１つでは、補償システム２００によって実施されるプロセスは、ハードウェアまたはファームウェア、または、ハードウェアとファームウェアの組み合わせによって実施される。
【００７９】
Ｄ．生成パラメータを使用した非線形性補償
本発明の実施態様の対象である非線形性パターンは、単側波帯（ＳＳＢ）変調の結果であり、単一正弦パターンではない。すなわち、非線形性位相φの関数としての理想状態からの位相偏差△φ（φ）は、下記の式ＸＸによってＵＩ単位で与えられる。
【００８０】
【数１３】
2007298528.tif 000019
ここで、
γは、摂動信号の振幅対理想信号の振幅の比であり、
角度θは、非線形性の周期性△φ（φ）と非線形性位相進みφとの位相差である。ブロック回帰プロセスによって、位相オフセットがθＮＬとして測定される。
【００８１】
偏差がわずかな場合、△（φ）は、下記の式XXI〜XXIVによってうまく近似値が求められる。
【００８２】
【数１４】
2007298528.tif 000020
【００８３】
式XXIIにおける量γ／２πは、式XXIII及びXXIVにおける振幅であるＶＮＬとして測定され、式XXIIにおけるθは、式XXIII及びXXIVにおける偏差位相θＮＬとして現れる。量ＶＮＬ及びθＮＬは、両方とも、上述のブロック回帰法を使用した実施態様の１つで求められる。ＶＮＬ及びθＮＬの値は、余弦項だけを使用して正確に推定される。周波数のちょうど２倍で直交する正弦項は、ブロック回帰推定に組み込む必要はないが、実際の補償値の決定において役割を果たす。
【００８４】
非線形性パラメータ（振幅ＶＮＬ及び位相θＮＬ）は、３．２マイクロ秒毎に１つのレート（割合または速度）で届く測定データから導き出されるけれども、次の１０２４マイクロ秒については、任意のレートにおける（または任意のレートの）位置データを補償するために使用することが可能である。
【００８５】
下記の式XXVは、理想的な非線形位相φ（ｊ）の関数としての、任意の時間ステップｊにおける位相偏差△φ（ｊ）として記述されている。
【００８６】
【数１５】
2007298528.tif 000021
ここでＶＮＬは、測定値である。
【００８７】
式XXVは、理想的な位相をφ（ｊ）とした場合に予測される非線形性位相偏差△φ（ｊ）を表している。値θＮＬは、やはり測定値である。この値を非線形性位相進み（ψＮＬ（ｊ））から引くと、オフセットが除去された非線形性位相進みφＮＬ（ｊ）が得られる。実際には、理想的な位相φ（ｊ）は得られない。しかし、△φＮＬ（ｊ）自体は、非線形性摂動を被るので、下記の式XXVIに示すように、未知の量△φ（ｊ）だけ理想的な位相φ（ｊ）とは異なることになる。
【００８８】
【数１６】
2007298528.tif 000022
【００８９】
誤差のある（または誤りのある）引数φＮＬ（ｊ）に基づく位相偏差△φＮＬ（ｊ）は、以下の式で表せる。
【００９０】
【数１７】
2007298528.tif 000023
【００９１】
しかし、式XXVIIにおけるこの量は、誤差のある引数に基づいているので、正確には必要とされる補償ではない。
【００９２】
変化が、φＮＬ（ｊ）とφ（ｊ）の間の領域近くにおいて区分的線形であると仮定すると、これら２つは、下記式XXVIIIに示すように関連している。
【００９３】
【数１８】
2007298528.tif 000024
【００９４】
所望の偏差△φ（ｊ）は、下記のように求めることができる。
【００９５】
【数１９】
2007298528.tif 000025
【００９６】
ＶＮＬの値が小さい場合（例えば、ＶＮＬ＜＜１／２π）には、
【数２０】
2007298528.tif 000026
を利用して、ＶＮＬ３以上を含む全ての項を取り除くと、△φ（ｊ）は、下記の式XXX及びXXXIに示すように単純化することができる。
【００９７】
【数２１】
2007298528.tif 000027
【００９８】
従って、所望の位相偏差△φ（ｊ）は、式XXXIによって、誤差のある位相φＮＬ（ｊ）から、第２高調波（または第２調和関数）まで完全に正確に構成することができる。
【００９９】
実施態様の１つでは、△φを計算して、φＮＬの１周期にわたる２５６のエントリーを有し、φＮＬの８つの最上位小数ビットＮＬＦ１〜ＮＬＦ８によってアドレス指定可能な単一の読み取り／書き込みメモリ・テーブル２０６Ａ（図７に示す）に入力する。テーブル２０６Ａの各エントリーは、式XXXIに従って８ビット幅である。
【０１００】
図７は、図２に示す補償処理ブロック２０６をさらに詳細に例示した電気ブロック図である。補償処理ブロック２０６には、ＲＡＭテーブル生成器７０２、ＲＡＭテーブル２０６Ａ、及び、ＡＬＵ２０６Ｂが含まれている。本発明の形態の１つでは、ＲＡＭテーブル２０６Ａには、１周期にわたる小数φ値を利用して式XXXIから計算された、△φに関する２５６の値が含まれている。ＲＡＭテーブル２０６Ａにおける△φに関するさまざまな値は、△φ（φＮＬ）によって表されているが、その関係は、式XXXIの場合と同様である。ＲＡＭテーブル２０６Ａは、パラメータ生成器２１２によって提供される非線形性パラメータＶＮＬに基づいて、ＲＡＭテーブル生成器７０２によって生成される。ＡＬＵ２１７によって、現在観測されている非線形性データ・ワードψＮＬ（ｊ）から、やはり、パラメータ生成器２１２によって提供されるもう１つの非線形性パラメータθＮＬを引くことによって、非線形性位相進みφＮＬ（ｊ）が生じる。ＲＡＭテーブル生成器７０２は、ＶＮＬについての新しい値を受け取る毎に、ＲＡＭテーブル２０６Ａに記憶されている△φ（ｊ）の値を更新する。上述のように、ＶＮＬ及びθＮＬは、１０２４マイクロ秒毎に計算される（すなわち、３２０の位置データ・ワード３００及び対応する測定チャネル位相進みワード２０９Ｍ毎に計算される）。
【０１０１】
任意の所与の時間指標ｊにおいて、（誤差のある）位相φＮＬ（ｊ）によって、テーブル２０６Ａのアドレス指定が行われる。ＲＡＭテーブル２０６Ａは、非線形性位相進みφＮＬ（ｊ）の８つの最上位小数ビットＮＬＦ１〜ＮＬＦ８によってアドレス指定可能である。３．２マイクロ秒のレート（速度）で非線形性位相進みφＮＬ（ｊ）によってアドレス指定される△φ値は、ＲＡＭテーブル２０６ＡによってＡＬＵ２０６Ｂに対して出力される。テーブル２０６Ａによって出力される値は、現時点でまさしく必要とされる補償である。ＡＬＵ２０６Ｂは、現在の位置データ・ワードからテーブル２０６Ａによって出力された値を引いて、補償される位置データ・ワードのレートに関係なく、補償データ・ワードを得る。ＡＬＵ２０６Ｂは、実施態様の１つでは、測定または観測された位置データ及び外挿された位置データを含む受信した位置データから、ＲＡＭテーブル２０６Ａから受信した△φ値を引く。
【０１０２】
オフセットθＮＬを引くことによって観測位置データから得られる非線形性進みφＮＬ（ｊ）によって、非補償位置データのデータ転送速度（レート）に関係なく、任意の時間に存在する非線形性が決まる。外挿された位置データに関する補償プロセスの数学的表現を、下記の式XXXIIに示す。
【０１０３】
【数２２】
2007298528.tif 000028
ここで、
ｉは任意のデータ転送速度を表し、
ｊは観測されたデータ転送速度を表す。
【０１０４】
Ｅ．非線形性パラメータの更新中断
実施態様の１つでは、測定チャネル周波数が、±７．８１２５ｋＨｚ以内までまたは、３１２．５００ｋＨｚ±７．８１２５ｋＨｚの倍数以内まで、基準チャネル周波数の１／２に近づくと、準静的非線形性パラメータθＮＬ及びＶＮＬの更新が中断される。これらの速度状態の一方が生じると、ブロック・データ生成器２１０（図２に示す）は、パラメータ生成器２１２に更新禁止信号２１６を送信して、非線形性パラメータの更新を中断すべきであることを指示する。本発明の形態の１つにおいて、上記周波数状態が存在しないためことを確かめるために、
（１）１つのグループをなす３２０の非線形性位相データ・ワード２１９は、１０２４マイクロ秒以内に少なくとも８つの「象限」遷移を生じなければならない。  （２）１つのグループをなす３２０の非線形性位相データ・ワード２１９は、どの１つの象限にも１２８マイクロ秒を超えて滞留してはならない。
という条件についてテストされる。
【０１０５】
「象限」は、下記の表ＩＶに示す非線形性位相データ・ワードの小数部分の２つの最上位ビット（ＮＬＦ１及びＮＬＦ２）によって定義される。
【０１０６】
【表４】
2007298528.tif 000029
【０１０７】
非線形性パラメータθＮＬ及びＶＮＬは、上記２つのテストの一方または両方に合格すると、更新される。どちらのテストにも合格しない場合、非線形性パラメータの更新は中断される。中断前に計算された非線形性パラメータ値は、保持され、継続して、新たな位置データの補償に用いられる。非線形性パラメータの更新は、上記２つのテストのいずれかまたは両方に合格した場合に限って、再開する。
【０１０８】
いくつかの計測システムでは、測定チャネル周波数の２倍と基準チャネル周波数との差が大きい場合、トラッキング・フィルタによって、漏洩信号の摂動効果が排除され、データに顕著な非線形性はなくなる。本発明の実施態様の１つでは、こうした周波数差の大きい状態の間は、補償プロセスがバイパス（回避）される。
【０１０９】
本発明の実施態様は、主としてヘテロダイン干渉計に適用可能である。実施態様の１つでは、干渉計自体の変更は行なわず、干渉計によって出力される、結果生じる測定データに処理を加えて、すぐ後のデータ補償のために、２つの最もよく適合する準静的非線形パラメータを生成する。このプロセスを無期限に続行すると、初期待ち期間以後の全てのデータが補償される。本発明のいくつかの実施態様は、ハードウェア、ファームウェア、または、その組み合わせによるディジタル数値計算だけしか必要としない。本発明の形態の１つでは、光学またはアナログ電気回路は使用されない。実施態様の１つでは、フーリエ変換または他のスペクトル分析法は利用されない。
【０１１０】
望ましい実施態様を解説するために、本明細書及び図面において特定の実施態様について図示し説明してきたが、当業者には明らかなように、図示し、説明した特定の実施態様に対して、本発明の範囲を逸脱することなく、多種多様な代替及び／または等価な実施形態を採用することが可能である。化学、機械、電気機械、電気、及び、コンピュータの技術分野の当業者には容易に理解されるように、本発明は、多種多様な実施態様において実施することが可能である。本出願は、本明細書及び図面に開示した望ましい実施態様に関するいかなる改変または変更も網羅することを意図したものである。従って、本発明が、特許請求の範囲及びその同等物によってしか制限されないことが明確に意図されている。
【０１１１】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
１．ヘテロダイン干渉計の位置データにおいて認められる高速タイプの非線形性を補償する（２００）ための方法であって、
複数のグループをなすディジタル位置値（２０４）を受け取るステップと、
測定チャネル（２０８Ｍ）から複数のグループをなすディジタル位相値（２０９Ｍ）を受け取るステップと、
第１のグループをなすディジタル位置値およびディジタル位相値にディジタル処理を施して（２１０）、複数のブロック・データ値を生成するステップと、
前記複数のブロック・データ値にディジタル処理を施して（２１２）、少なくとも１つの準静的非線形性パラメータ（２１４）を生成するステップと、
前記少なくとも１つの準静的非線形性パラメータに基づいて、第２のグループをなすディジタル位置値を補償する（２０６）ステップ
を含む、方法。
２．前記少なくとも１つの準静的非線形性パラメータが、ブロック回帰技法に基づいて生成される、上項１に記載の方法。
３．前記少なくとも１つの非線形性パラメータに、非線形性振幅パラメータ（２１４Ｍ）と非線形性位相パラメータ（２１４Ｐ）が含まれる、上項１に記載の方法。
４．補償される非線形性の時間周波数が、測定チャネル周波数とドップラ周波数の差である、上項１に記載の方法。
５．ヘテロダイン干渉計の位置データにおける高速タイプの非線形性を補償するための補償システム（２００）において、
複数のグループ（６００）をなすディジタル位置値（３００）を受け取るための第１の入力（４１６）であって、前記ディジタル位置値の各々が、整数部分と小数部分を含むことからなる、第１の入力と、
測定チャネル（２０８Ｍ）から複数のグループをなす位相値（２０９Ｍ）を受け取るための第２の入力と、
第１のグループをなすディジタル位置値及び測定チャネルの位相値にディジタル処理を施し、複数のデータ値を生成するためのディジタル位置データ・プロセッサ（２１０）と、
前記複数のデータ値に処理を施し、少なくとも１つの非線形性パラメータ（２１４）を生成するためのディジタル・データ値プロセッサ（２１２）と、
前記少なくとも１つの非線形性パラメータに基づいて、第２のグループをなすディジタル位置値を補償するためのディジタル補償器（２０６）
を備える、補償システム。
６．前記ディジタル位置データ・プロセッサが、
受け取ったディジタル位置値と測定チャネルの位相値との和の小数部分に対応する余弦値を提供するための余弦ルックアップ・テーブル（４０２）と、
受け取ったディジタル位置値と測定チャネルの位相値との和の小数部分に対応する正弦値を提供するための正弦ルックアップ・テーブル（４０４）と、
前記余弦値及び前記正弦値に演算処理を施すための第１の複数の論理演算装置（ＡＬＵ）（４０６Ａ〜４０６Ｊ）であって、各々のＡＬＵが、前記演算処理に基づいて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第１の複数の論理演算装置と、
受け取ったディジタル位置値に演算処理を施すための第２の複数のＡＬＵ（４０６Ｋ〜４０６Ｏ）であって、各々のＡＬＵが、前記演算処理に基づて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第２の複数のＡＬＵ
を備えることからなる、上項５に記載の補償システム。
７．前記ディジタル位置データ・プロセッサが、さらに、
前記第１及び第２の複数のＡＬＵに結合されて、前記複数のデータ値を記憶する複数のレジスタ（４２１）と、
前記複数のレジスタに結合されたカウンタ（４２８）であって、ディジタル位置値の各グループの終端における前記複数のデータ値を前記レジスタに記憶させるように構成され、及び、前記第１及び第２の複数のＡＬＵの動作を制御するための信号を発生するように構成されるカウンタ
を備えることからなる、上項６に記載の補償システム。
８．複数のディジタルシーケンスを生成するためのディジタルシーケンス生成器（４２２〜４２６）と、
前記ディジタルシーケンスに演算処理を施すために前記ディジタルシーケンス生成器に結合された第３の複数のＡＬＵ（４０６Ｐ〜４０６Ｕ）であって、各ＡＬＵが、前記演算処理に基づいて前記複数のデータ値の１つを出力するように構成されることからなる、第３の複数のＡＬＵ
をさらに備える、上項６に記載の補償システム。
９．前記複数のディジタルシーケンスが、一定シーケンス、平均がゼロの線形に増加するシーケンス、及び、平均がゼロの二次シーケンスを含み、前記シーケンスのうちの１つを合計すると、２の累乗値が得られ、残りのシーケンスのそれぞれを合計すると、ゼロ値が得られることからなる、上項８に記載の補償システム。
１０．変位測定用ヘテロダイン干渉計システム（１００）であって、
少なくとも１つの光ビームを発生するための光源（１０２）と、
前記少なくとも１つの光ビームに基づいて、光測定信号を発生するための干渉計（１０８）と、
前記光測定信号及び光基準信号を受け取って、前記光測定信号に基づいてアナログ測定信号を発生し、前記光基準信号に基づいてアナログ基準信号を発生するように構成される受信機（１１２）と、
前記アナログ測定信号及び前記アナログ基準信号に基づいて、複数のグループをなすディジタル位置値（２０４）及び測定チャネルの位相値（２０９Ｍ）を発生するためのコントローラ（１００Ｐ）と、
前記コントローラに結合されて、前記ディジタル位置値及び前記測定チャネルの位相値の各グループにディジタル処理を施し、及び、処理された各グループに対して複数のデータ値を生成するための少なくとも１つのディジタル信号プロセッサ（２００）であって、該少なくとも１つのディジタル信号プロセッサは、処理されたグループ毎に、前記複数のデータ値にディジタル処理を施して、処理された各グループに対して少なくとも１つの非線形性パラメータ（２１４）を生成するように構成され、さらに、前記少なくとも１つの非線形性パラメータに基づいて、ディジタル位置値に非線形性補償を施すように構成されることからなる、少なくとも１つのディジタル信号プロセッサ
を備え、
前記補償される非線形性が、比較的高速度で生じるタイプのものであることからなる、システム。
【０１１２】
ヘテロダイン干渉計の位置データに認められる高速度タイプの非線形性を補償するための本発明によるシステム及び方法(200)には以下の動作が含まれる。ディジタル位置値(204)の複数のグループを受け取る。測定チャネル(208M)からのディジタル位相値(209M)の複数のグループを受け取る。ディジタル位置値とディジタル位相値の第１のグループをディジタル的に処理して(210)、複数のブロックデータ値を生成する。複数のブロックデータ値をディジタル的に処理して(212)、少なくとも１つの準静的非線形性パラメータ(214)を生成する。ディジタル位置値の第２のグループは、この少なくとも１つの準静的非線形性パラメータに基づいて補償される(206)。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】先行技術による変位測定用のヘテロダイン干渉計システムを例示した電気ブロック図である。
【図２】本発明の実施態様の１つによる高速非線形性補償システムを例示した機能ブロック図である。
【図３】図１の干渉計システムによって出力される位置データ・ワードを例示した図である。
【図４】図２に示すブロック・データ生成器の実施態様の１つを例示した略電気図である。
【図５Ａ】図４に示すブロック・データ生成器の動作を制御するためのカウンタ信号を発生するモジュロ３２０カウンタを例示した略電気図である。
【図５Ｂ】図４に示すブロック・データ生成器の動作を制御するための制御信号を例示した図である。
【図６】各々３２ワードからなる１０のブロックに分割された、３２０の位置データ・ワードのグループを示す図である。
【図７】図２に示す補償処理ブロックの実施態様の１つを例示した電気ブロック図である。
【符号の説明】
【０１１４】
２００  非線形性補償システム
２０６  補償処理ブロック
２０８Ｍ  測定チャネル
２０９Ｍ  測定チャネルの位相データ
２１０  ブロックデータ生成手段
２１２  パラメータ生成器（ディジタル・データ値プロセッサ）
２１４  非線形性パラメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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