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TW202349000A - 資料延遲時間之減縮方法及裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭露的方法和電子元件i) 從對應於移動物體位置的測量訊號中以電子式提取數值序列，其中數值序列指示移動物體在相應時間增量的位置；ii) 根據數值序列中的複數個數值，以電子式確定移動物體的速度估計值和移動物體的加速度估計值中的至少一者；以及 iii) 根據速度估計值和加速度估計值中的一者或兩者，以電子式修正數值序列中的一個數值，以大幅減少處理和訊號延遲的影響。

Description

資料延遲時間之減縮方法及裝置
本揭露有關於減少因測量系統和依賴此類測量系統的定位系統（如編碼器和/或干涉光學系統）之間資料延遲的相對差異而產生的誤差的方法和系統。
所有的訊號傳播和處理都有一些固有的和不可避免的延遲，這可能被稱為延遲(latency)、群體延遲或資料延遲。在某些應用中，這種延遲使所需的系統性能在無修正下難以實現，甚至不可能實現。例如，在某些應用中，來自於用來監測可移動物體位置的計量系統的處理過的測量訊號可能會因為這種資料延遲而被延遲。如果這樣測量訊號至少部分用於觸發或控制一個或多個其他元件的行動，而這些元件預期要與移動物體的位置同步，那麼這可能會特別造成問題。有一個例子是，光學干涉測量和/或編碼器系統被用來監測可動平台上的物體（例如，半導體晶圓）的位置，以觸發物體某些位置的選擇性曝光（例如光、電子或離子束）。具體來說，如果物體的測量位置在時間上有延遲，在無修正下，不正確的位置會被曝光。
對於一個需要接近零資料延遲的測量系統來說，在固定速度（constant velocity，"CV"）期間的資料延遲時間縮減（data age reduction，"DAR"）可以透過調整位置值（距離）或其他簡單方法而相對容易地修正，調整量等於已知恒定速度和已知恒定資料延遲時間的乘積（距離=速度*時間）。然而，在加速或減速（acceleration or deceleration ，"AD"）期間的DAR則更為複雜，至少有以下原因：(1)速度在加速期間是變化的；(2)加速度在 "加加速度(jerk) "間隔期間是變化的（即加速度的變化）；以及(3)通常在這些系統中用於減少雜訊的α-β濾波器也帶來了與加速度成比例的位置誤差。本揭露涉及在AD期間減少DAR的方法和系統。
一般來說，在一個方面，本揭露公開了一種方法，包括：i）從對應於移動物體位置的測量訊號中電子式提取一數值序列，其中該數值序列表示移動物體在相應時間增量的位置；ii）根據該數值序列中的複數個數值，電子式確定移動物體的速度估計值和移動物體的加速度估計值中的至少一個；以及iii）根據速度和加速度估計值中的一個或兩個，電子式修正該數值序列中的後續數值。
一般來說，在另一個方面，本揭露公開的是一種裝置，包括實現一個或多個處理器的電子處理模組，並被配置為：i）從對應於移動物體位置的測量訊號中電子式提取一數值序列，其中該數值序列表示移動物體在相應時間增量的位置；ii）根據該數值序列中的複數個數值，電子式確定移動物體的速度估計值和移動物體的加速度估計值中的至少一個；以及iii）根據速度和加速度估計值中的一個或兩個，電子式修正該數值序列中的後續數值。
該方法和裝置的實施例可包括以下任何特徵。
速度估計值可以電子式確定，並用於修正數值序列中的後續數值，以修正由資料延遲引起的位置誤差。例如，資料延遲大於100 奈秒(nanosecond，簡稱ns)。另外，例如，資料延遲包括由電子提取數值序列造成的資料延遲。
加速度估計值可以電子式確定，並用於修正數值序列中的後續數值。例如，該方法可進一步包括用數位濾波器對數值序列進行電子過濾，以減少雜訊，例如，藉由使用α-β濾波器，而加速度估計值則用於修正來自電子過濾時與加速度相關誤差所造成的後續數值中的位置誤差。電子過濾可以在後續值的電子修正之前或之後實施。
此外，在一些實施例中，速度估計值和加速度估計值都是藉由電子式確定，並用於調整數值序列中的後續數值，以減少由數值序列的電子提取中的資料延遲引起的位置誤差和/或由與加速度相關的電子過濾誤差造成的位置誤差。
該方法可進一步包括重複進行電子確定和電子修正，以提供表示出移動物體在相應時間增量的位置的修正值序列，該序列被修正掉由電子提取值序列中的資料延遲和/或與加速度相關的電子過濾錯誤所造成的位置誤差。此外，該方法還可進一步包括根據修正值序列對移動物體實施一行動。例如，該動作可包括將能量束導向物體的某個位置和/或對移動物體進行拍照或其他光學檢查。例如，物體可由一個移動平台支撐，一個測量系統與移動平台光學耦合以產生測量訊號。例如，測量系統可以包括一個干涉測量系統和/或一個編碼器系統。同樣地，裝置可以包括電子裝置、光束能量系統、移動平台和測量系統中的任何一個，以實現這種方法。
時間增量可以在10ns到1μs的範圍內，或者更狹義地說在25ns到100ns的範圍內。
物體的絕對速度在對應於數值序列的至少一部分時間內可以超過0.001m/s，在對應於數值序列的所有時間內可以小於100m/s，或者更狹義地說物體的絕對速度在對應於數值序列的至少一部分時間內可以超過0.001m/s，在對應於數值序列的所有時間內可以小於10m/s。
物體的絕對加速度在對應於數值序列的至少一部分時間內可以超過1m/s 2，在對應於數值序列的所有時間內可以小於100m/s 2。
根據數值序列中的多個數值，以電子式確定運動物體的速度估計值和運動物體的加速度估計值中的至少一個，可以包括以電子式對多個數值進行一個或多個差分運算。例如，根據以下方法確定n th時間增量的速度估計值V n：
其中，P n是表示在時間增量 n 的位置之數值序列中的數值，dnv 是一個正整數。n th時間增量的加速度估計值A n可以根據以下方法確定：
其中dna是一個正整數。在某些實施例中，dnv=dna。然後，表示時間增量n的位置之數值序列中的修正位置值Pdar n，可以根據以下方法確定：
其中，P n是表示在時間增量 n 的位置之數值序列中的數值，其中 V n和 A n分別是在時間增量 n 的速度和加速度估計值，以及其中 Rv 和 Ra 是常數。實施例可進一步包括在模擬中或用硬體產生的內部測試訊號確定常數Rv和Ra。
本揭露提到的所有文件，如果有的話，都是藉由參考的方式納入其全部內容。如果本揭露以及藉由參考而納入的任何文件相衝突，則以本揭露為準。
本發明的一個或多個實施例的細節在附圖和下面的說明中列出。本發明的其他特徵、目的和優點將從說明和附圖以及申請專利範圍中顯而易見。
圖1是一個平台計量系統100的示意圖，包括一個支持可動的平台120的參考框架110，該平台被配置來承載一個物體122，如半導體晶片。一個平台控制器124驅動馬達（未圖示），以選擇性地沿參考框架110來移動平台120。為簡單起見，沿參考框架110的移動只說明了一個維度（例如，X方向），但沿Y方向（與X方向正交並進入圖1的頁面）的移動也是可能的，並且是本領域中眾所周知的（正如沿高度（亦即Z方向）的定位和旋轉）。為了精確監測物體122沿框架110的位置，光電子計量系統如干涉測量和/或編碼器系統是常見的。例如，計量系統100包括一個由框架110支撐的干涉光學模組130，它將來自干涉光學模組130中的雷射光源132的光束135引導到安裝在平台120上的平台鏡140。平台鏡140將光束135反射到干涉光學模組，該模組將反射光束與內部參考光束相結合，產生包括相位資訊的光學干涉訊號，該訊號可由干涉光學模組130中的檢測器134進行電子檢測，最終產生指示平台120所走距離的電子相位訊號。例如，對於工作在λ =633nm的氦氖雷射光源和圖1所示的簡單的單通道配置來說，一個完整的2pi相位週期的測量對應於移動了λ /2 = 316.5nm的距離，而對於普通的雙通道配置來說，一個完整的2pi相位週期的測量對應於移動了λ/4 = 158.25nm的距離。這種干涉測量系統，包括用於監測多自由度的系統在本領域是眾所周知的；例如，見美國專利4,688,940、4,859,066和6,757,066中的任一者。 此外，在其他實施例中，干涉測量光學模組可以由平台120所承載，而反射鏡則被參考框架110所支撐的反射鏡。另外，在進一步的實施例中，干涉測量光學模組與平台有一定的距離，光纖被用來協助使光束從模組耦合到移動的平台，然後可再返回。此外，在一些實施例中，在干涉測量光學模組中重新組合的光可以藉由光纖耦合到電子處理模組中的遠端檢測器。在更多的實施例中，干涉光學模組130和平台鏡140分別被光學編碼器系統和反射和/或繞射(diffractive)編碼器元件取代，這也是本領域眾所周知的；例如，見美國專利7,636,165和8,300,233中的任一者。系統100進一步包括電子處理器模組150，該模組與干涉光學模組130中的檢測器134電子耦合，用於處理檢測到的訊號並為平台控制器124產生位置訊號P(t)，其指示平台沿X軸在一時間T的位置P。
在許多應用中，平台計量系統被用來協調由平台120支撐的物體122上的特定動作。例如，一個常見的應用是用來自光束曝光系統160的能量束162選擇性地曝光物體122的某些位置。例如，能量束可以是光束、電子束、或離子束。這種應用對於物體的特定位置檢查和/或處理是很常見的。因此，系統100進一步包括與電子處理器模組150、平台控制器124和光束曝光系統160耦合的控制系統170，以協調光束曝光系統的行動與可動平台120支撐的物體122的正確位置。然而，這種協調可能會因電子處理模組150產生的位置訊號中的資料延遲而受到影響。例如，在沒有修正的情況下，處理模組不是實際提供一個對應於物體在當前時間t的位置P的位置訊號，而是提供一個對應於資料延遲t 0的稍早時間的位置訊號P(t-t 0)。這種資料延遲的來源可以包括：光學、類比和數位訊號的固定延遲；由於改變光路長度而產生的延遲；由類比電子裝置引起的與頻率有關的群延遲；以及來自光電探測器（例如，雪崩光電二極體）的與偏置相關的效應。
此外，這裡特別值得注意的是，對於加速物體來說，這些資料延遲效應中的任何一種都會加劇，而產生因資料延遲而導致的與速度有關的位置誤差，以及與原本用於降低雜訊的數位濾波器之間的與加速度相關的偏移所導致的位置誤差。藉由舉例，本文所揭露的方法可特別適用於平台系統，其中移動物體的絕對速度在對應於數值序列的至少一部分時間內超過0.001m/s，在對應於數值序列的所有時間內小於100m/s（或更佳的是小於10m/s）。同樣，作為例子，本文所揭露的方法可特別適用於平台系統，其中物體的絕對加速度在對應於數值序列的至少一部分時間內超過0.1m/s 2（或更佳地超過0.5m/s 2），並且在對應於數值序列的所有時間內小於100m/s 2（或更佳地小於10m/s 2）。正如下文將進一步詳細說明的那樣，電子處理模組150包括修正DAR的電子裝置152，以減少由資料延遲造成的位置誤差，這又改善了平台120的平台運動與由移動平台乘載的物體122的行動(例如由光束曝光系統160的行動)的協調。
圖2A是電子處理模組150的例示性元件的概要方塊圖。例如，模組150包括：一個光電探測器接收器210，用於接收來自平台的光束（例如，透過光纖），並輸出指示光束的隨時間變化的強度的類比訊號；一個帶通濾波器（band pass filter，簡稱BPF）220，以大幅降低可能出現混疊並影響測量的訊號頻率。一個訊號頻率範圍為4至36MHz的例示性系統可以有一個100kHz至37MHz的BPF通過頻帶。類比數位轉換器（Analog-to-digital converter，簡稱ADC）230對類比訊號進行採樣，並輸出一系列數位值，代表強度訊號的瞬時值。該模組進一步包括：相位計，由離散傅立葉轉換（discrete Fourier transform，簡稱DFT）模組230以及數位電腦（"CORDIC"）模組240形成；該離散傅立葉轉換（"DFT"）模組230選擇感興趣的訊號頻率並輸出一系列代表訊號和附近頻率的複合值(complex value)；數位電腦（"CORDIC"）模組240將DFT的複合值（即矩形座標）轉換為幅值和相位（即極座標）。幅值可作為訊號強度指標（signal strength indicator ，簡稱SSI）。然後，該模組包括：一個突波濾波器（glitch filter ，簡稱GF）250（也稱為位置計算器），它 "連接 "或 "解除 "相位不連續以產生位置值；一個資料延遲減少（"DAR"）模組260，它大幅減少資料延遲（即處理延遲）；以及一個數位濾波器（digital filter，簡稱DF）270，它減少位置值的雜訊。如圖2A所示，處理模組150的輸出是移動平台的位置P和速度V值的序列。但對於DAR模組260，下文將更詳細地說明，這些組件在本領域是已知的。例如，見美國專利5,767,972、6,975,406、6,597,459和7,542,147說明了類似的結構，包括突波濾波器GF。在較佳的實施例中，數位濾波器DF實現了 "α-β "濾波器或 "α-β-γ "濾波器，這在本領域是眾所周知的；例如見Benedict, T.R.和G.W. Bordner在IRE 自動控制彙刊(Transactions on Automatic Control), 第27-32頁, 紐約州紐約市(1962年7月)中發表的“雷達掃描時跟踪平滑方程組的最佳合成(Synthesis of an Optimal Set of Radar Track-While-Scan Smoothing Equations)”； Robert Penoyer在C 用戶期刊(The C Users Journal) (1993年7月)第73-86頁發表的“α-β 濾波器(The Alpha-Beta Filter)”；Paul R. Kalata在IEEE 航空航天和電子系統彙刊(Transactions on Aerospace and Electronic Systems), 卷AES-20 (1984年3月), 第174-182頁中發表的“追踪指數：α-β和α-β-γ目標跟踪器的通用參數(The Tracking Index：A Generalized Parameter for α-β and α-β-γ Target Trackers)”；J.F. Gray and W. Murray在IEEE航空航天和電子系統彙刊, 卷29 (1993年7月), 第1064-1065頁中發表的“α-β-γ 濾波器追踪索引的解析表達式的推導(A Derivation of an Analytic Expression for the Tracking Index for the Alpha-β-Gamma Filter)”；D. Tenne and T. Singh在IEEE航空航天和電子系統彙刊, 卷38 (2002年7月), 第1072-1087頁中發表的 “α-β-γ 濾波器性能表徵(Characterizing Performance of α-β-γ Filters)”。另外，在進一步的實施例中，DAR模組260’可以應用在數位濾波器270’之後，如圖2B所示，而不是如圖2A所示的之前。
圖3是由DAR模組260提供的處理示意圖。方塊300中的傳入位置值P在方塊310中被處理，以產生速度V和加速度A的估計值。速度估計可以藉由用第一差分計算處理計算出位置值來完成，第一差分計算具有給定數量的樣本的輸入之間的延遲，例如1000個樣本（10MS/s時為100μs）。可以使用任何合適的速度估計方法，例如用數位微分器處理位置值；並可以包括一個數位濾波器以減少雜訊。加速度估計可以藉由用第一差分計算處理計算出速度估計值來完成，第一差分計算具有給定數量的樣本的輸入之間的延遲，例如，與速度估計值的延遲相同（即，給出相當於第二差分的結果）。任何合適的加速度估計方法都可以使用，其中可以包括用數位微分器處理位置值或速度估計值；並可以包括一個數位濾波器以減少雜訊。然後在方塊320中，將得到的速度V和加速度A值與既定的DAR修正係數R v和R a相結合，以確定總體DAR修正。在方塊330中，DAR補償被用來調整傳入位置值P，以提供經過修正的輸出位置值P dar，以減少資料延遲誤差（方塊340）。下面將提供其他細節。
一般來說，由GF模組250提供給DAR模組260的位置值P對應於時間間隔序列t1、t2、t3 等等的位置值P的序列。然而，如上所述，由於資料延遲的原因，這些位置值可能因為一個與資料延遲相對應的延遲而對應於較早的時間，因此實際位置值分別對應於P(t 1-t o1)、P(t 2-t o2)、P(t 3-t o3)，...，而不是P(t 1)、P(t 2)、P( t 3)...。DAR模組260的目的是修正這種不匹配（並進一步補償DF模組270引入的任何後續錯誤）。一般來說，資料延遲補償的目的是減少或消除訊號通過一切從干涉儀到使用者可獲得位置值的延遲。通常，延遲的主要來源是在電子提取位置值期間造成的延遲，它可能大於100ns。此外，當物體在移動時，這種延遲造成的位置誤差大約相當於物體速度和資料延遲的乘積。
用ADC（以及任何現場可程式化閘陣列（Field Programmable Gate Array，簡稱FPGA）中的較低頻率時脈）對傳入資料進行採樣的時脈都是非常低的抖動（＜1 ps），因此從訊號處理的角度來看，可以假設時間增量是均勻的，即t n=n．Δ T，其中Δ T是採樣週期，通常對應於ADC的約10ns（奈秒）到DAR處理的約100ns或更遠的下游範圍內的值。此外，在許多實施例中，一個特定系統的實際資料延遲是穩定和固定的，但以下情況除外：1）類比電子裝置中的相移(Phase shift)和群延遲對頻率的變化；以及2）由DF模組270引起的與加速度有關的偏移。第一個誤差可以在資料路徑的早期進行補償，正如美國專利7,542,147中所教導的那樣，一般只適用於某些類型的檢測器，在下面的補償方案中沒有考慮。如下文所述，第二個誤差由DAR模組260主動補償。因此，傳入DAR模組260的位置值序列P(t 1-t o1)，P(t 2-t o2)，P(t 3-t o3)，...一般可以表示為P n=P(n．Δ T - T 0)，其中T 0為資料延遲誤差。例如，在這裡相關的許多應用中，資料延遲誤差T 0大於100 ns，如圖2A中描述的，至少部分是由於由電子提取造成的資料延遲。
對於一個例示性實施例的速度估計、加速度估計和資料延遲減少的位置值可以用數學方法描述如下。為了估計速度V n和加速度A n，DAR模組260中的方塊310對傳入的位置值P n進行如下處理，其中n是值的時間序列的指標： (1) (2)
其中dnv和dna分別為速度和加速度估計值的差分運算的整數值。
這些速度V n和加速度A n的值被送到DAR模組260中的方塊320，該DAR模組260分別存儲速度和加速度的DAR修正係數R v和R a，並計算出位置Pcor的DAR修正，如下所示： (3)
Rv的單位是採樣週期Δ T，Ra的單位是(Δ T) 2。Rv和Ra的實際標度可以分別由速度和加速度的時間單位隱含地定義。 這些用於DAR位置修正的值被發送到DAR模組260中的方塊330，並與傳入的位置值P n一起處理 ，產生DAR修正的位置值Pdar，如下所示： (4)
dnv和dna的選擇值是反應速度（較小的值）和降噪（較大的值）之間的折衷。例如，對於更高的加速度，速度估計的延遲可能會引入一個小的誤差項，該誤差項可以藉由使用更精細的（例如，見Rick Lyons（2007）的 "具有差異的差異化因素(A Differentiator with a Difference) " www.dsprelated.com/showarticle/35.php和 Rick Lyons（2015）的 "數位差異化賽中的新競爭者(A New Contender in the Digital Differentiator Race " www.dsprelated.com/showarticle/814.php）或更快（例如更小的dnv和dna值）的導數計算來減少。在某些實施例中，dnv和dna中的每一個都在大約10到10,000的範圍內，或者最好是在500到2000的範圍內，例如1000。為了簡化延遲的實現和計算，這些值最好是二的冪。在某些實施例中，dnv和dna被設置為彼此相等；然而，這並不是必須的。兩個DAR修正係數R v和R a可以在模擬中或用硬體產生的內部測試訊號確定和驗證。一個例示性的模擬可以包括在類似於圖4的例子的時間間隔序列內，用指定的速度、加速度和加加速度來模擬位置。模擬的理想（無雜訊）位置和計算的位置（基於模擬的位置，可能包括測量雜訊、量化雜訊、預期處理延遲和DAR）之間的差異可用於評估性能。
在實際系統中測試已實現的硬體以確定R v和 R a的最佳值可能很困難，而且費時。一個例示性的自我測試可以包括一個模擬訊號源（基於上述的模擬理想位置），它可以被添加到實際的接收器雜訊中，以類似於上述模擬的方式來評估性能。
除了補償由資料延遲和與時間相關的速度的乘積引起的位置誤差外，該方法還補償由用於減少位置值序列中的雜訊與加速度有關的數位濾波器（如α-β濾波器和α-β-γ濾波器）所引起的位置偏移。濾波器的跟隨誤差取決於濾波器的類型。單極傳統低通濾波器對固定位置的誤差為零，但其跟隨誤差與速度成正比。α-β濾波器對固定的速度的誤差為零，但其跟隨誤差與加速度成正比。α-β-γ濾波器對固定加速度的誤差為零，但其跟隨誤差與加加速度成正比。再次參考圖2A，這個由數位濾波器模組270引起的與加速度有關的偏移被DAR模組260提供的與加速度有關的修正所抵消，例如在公式1-3中所列出的。在許多應用中，這種補償相對於由瞬時速度引起的位置變化來說是很小的，因此在某些實施例中，DAR補償在數位濾波器之前執行，使得數位濾波器也減少由DAR補償引起的任何量化雜訊。因此，在這樣的實施例中，來自DAR模組260的結果輸出是“預扭曲”的，以補償隨後由數位濾波器模組270引入的與加速度相關的誤差。然而，在其他實施例中，如圖2B所示，DAR模組260’和數位濾波器模組270’的操作位置可以顛倒。除此之外，操作與上面描述的類似。
下面的模擬舉例說明上述方法和系統。
模擬假設了一個雙通道（p=2）的外差干涉測量系統，該系統基於一個氦氖雷射器，工作波長為 λ=633nm，導致2λ相位測量，對應於158nm的距離，這被量化為10位元（1024量子），因此，最低有效位元（Least Significant Bit ，簡稱LSB）對應於0.154nm的距離。位置取樣速率為10 MHz（即Δ T=100 ns），差分由以下公式給出：dnv=dna=1000。圖4列出了模擬的平台運動，顯示了一組分別顯示模擬運動的位置、速度和加速度的三個圖形。平台運動有±1g（其中1g=9.8m/s 2）的加速度/減速度，1m/s的定速度，以及15毫秒(millisecond，簡稱ms)的加加速度減少區域。定速區域只有1ms，以減少模擬時間。位置以2π 相位週期數表示（1週期=158nm）。速度v以外差干涉測量對應的相關都卜勒頻率F D（即F D=2pv /λ）的頻率（MHz）表示，因此1MHz對應於約0.16m/s。模擬中的資料延遲誤差T 0為1μs。
圖5顯示了兩張一組的圖，上圖再次顯示了模擬的平台位置，下圖顯示了在實施數位濾波器後，這個模擬的平台運動的相應位置誤差，但沒有對1μs資料延遲的做任何DAR修正。位置誤差以LSB為單位顯示（其中1 LSB=0.154 nm）。圖6顯示了兩張一組的圖，上圖再次顯示了模擬時的平台位置，下圖顯示了實施DAR修正後的相應的剩餘位置誤差。模擬的雜訊源是0.200LSB均方根（root mean square，簡稱RMS），DAR後的雜訊是0.206LSB RMS，這是可忽略的增加的幅度。用2g、2.0m/s和8ms的加加速度重複這一測試，具有相似的結果，而且DAR修正係數沒有變化，確定為：R v= 12 τ 和 R a= 6050 τ 2，以及τ = 100 ns，其等於採樣週期Δ T =100 ns。圖7是兩張一組的圖，分別顯示了速度DAR補償（上圖）和加速度DAR補償（下圖）（例如分別為 和 ）。
其他的實施例將被本領域的技術人員所理解。
[數位化實施例] 本文所描述的資料處理的特徵通常使用本領域眾所周知的FPGA和/或特定應用積體電路（application specific integrated circuit ，簡稱ASIC）架構來實現。在進一步的實施中，它們也可以至少部分地在數位電子電路（包括FPGA)和/或ASIC架構）中實現，或在電腦硬體、韌體或這些的組合中實現。例如，這些特徵可以在資訊載體中有形地體現的電腦程式產品中實現，例如，在機器可讀的儲存裝置中，以便由可程式化處理器執行；並且特徵可以由可程式化處理器執行指令程式來執行，藉由對輸入資料進行操作並產生輸出來實現所述實施例的功能。上述特徵可在一個或多個電腦程式中實現，這些程式可在一個可程式化系統上執行，該系統包括至少一個可程式化處理器、至少一個輸入裝置和至少一個輸出裝置。該可程式化處理器被耦合成從資料儲存系統接收資料和指令，並將資料和指令傳送到該資料儲存系統。一個電腦程式包括一組指令，可以直接或間接地在電腦中使用，以執行某種活動或帶來某種結果。一個電腦程式可以用任何形式的程式語言編寫，包括編譯或解釋語言，它可以以任何形式部署，包括作為一個獨立的程式或作為一個模組、元件、副程式或其他適合在計算環境中使用的單元。
舉例來說，適合執行指令程式的處理器包括通用和特殊用途的微處理器或任何種類的電腦的一個或多個處理器。一般來說，處理器將從唯讀記憶體或隨機存取記憶體或兩者中接收指令和資料。電腦包括一個用於執行指令的處理器和一個或多個用於儲存指令和資料的記憶體。一般來說，電腦還包括一個或多個用於儲存資料檔案的大型存放區裝置或與之進行操作性連接；此類裝置包括磁性碟片，如內部硬碟和抽取式硬碟；固態碟片；磁光碟片；以及光碟。適合有形地體現電腦程式指令和資料的儲存裝置包括所有形式的非揮發性記憶體，舉例來說，包括半導體記憶體裝置，如可擦拭可規劃式唯讀記憶體(Erasable Programmable Read Only Memory，簡稱EPROM)、電子抹除式可複寫唯讀記憶體(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，簡稱EEPROM)和快閃記憶體裝置；磁性碟片，如內部硬碟和抽取式硬碟；磁光碟片；以及唯讀記憶光碟(Compact Disc Read-Only Memory，簡稱CD-ROM)和數位多功能光碟(Digital Versatile Disc，簡稱DVD-ROM)碟片。處理器和記憶體可以由ASIC（特定應用積體電路）補充或納入其中。這些功能可以在一個單一的處理器中實現，也可以分佈在一個或多個地點的多個處理器中。例如，這些功能可以採用雲端技術進行資料傳輸、儲存和/或分析。
[範疇] 必須指出的是，在本文和所附申請專利範圍中，單數形式的“一”和“該”包括複數指稱，除非上下文有明確規定，例如使用“單一”一詞時。
正如本文所使用的，術語中的“用於”和“配置成”是指元素、元件或其他標的物被設計和/或打算執行一個特定的功能。因此，術語中的“用於”和“配置成”的使用不應解釋為意味著一個特定的元素、元件或其他只是"能夠"執行一個特定的功能的標的。
如本文所使用的，用語“至少一個”和“一個或多個”，在提及一個以上的實體清單時，指實體清單中的任何一個或多個實體，而不限於實體清單中具體列出的每一個實體中的至少一個。例如，“A和B中的至少一個”（或等同於“A或B中的至少一個”，或等同於“A和/或B中的至少一個”）可以指A單獨、B單獨、或A和B的組合。
如本文所使用的，置於第一實體和第二實體之間的術語“和/或”是指(1)第一實體、(2)第二實體、以及(3)第一實體和第二實體中的一個。用“和/或”列出的多個實體應以同樣的方式來解釋，即“一個或多個”這樣連接的實體。除了用語由“和/或”具體確定的實體外，還可以選擇存在其他實體，不管是與那些具體確定的實體相關還是不相關。
雖然本說明書包含許多具體的實施細節，但這些不應被理解為對任何發明的範圍或可能要求的東西的限制，而應被理解為對特定發明的特定實施例的具體特徵的描述。
本說明書中在單獨的實施例背景下描述的某些特徵也可以在單個實施例中組合實現。反之，在單個實施例的背景下描述的各種特徵也可以在多個實施例中單獨或以任何合適的子組合實現。
此外，儘管上述特徵可能被描述為在某些組合中起作用，甚至最初也是這樣要求的，但在某些情況下，可以從所要求的組合中除去一個或多個特徵，並且所要求的組合可能是針對一個子組合或子組合的變化。
同樣地，雖然圖式中的操作是以特定的順序描述的，但這不應被理解為要求以所示的特定順序或依序執行這些操作，或要求執行所有說明的操作以達到理想的結果。在某些情況下，多工和並行處理可能是有利的。此外，上述實施例中各種系統元件的分離不應理解為要求在所有實施例中都進行這樣的分離，應該理解的是，所描述的程式元件和系統通常可以集成在一個軟體產品中或打包成多個軟體產品。
因此，本說明書已經說明了發明標的的特定實施例。其他實施例也在以下申請專利範圍內。在某些情況下，申請專利範圍中所記載的行動可以以不同的順序進行，並且仍然可以達到理想的結果。此外，附圖中記載的過程不一定需要所示的特定順序或依序來實現理想的結果。在某些實施例中，多工和並行處理可能是有利的。
本說明書已經說明了本發明的一些實施例。然而，可以理解的是，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種修改。因此，其他實施例也在以下的申請專利範圍內。
100:系統 110:參考框架 120:平台 122:物體 124:平台控制器 130:干涉光學模組 132:雷射光源 134:檢測器 135:光束 140:平台鏡 150:電子處理器模組 152:電子裝置 160:光束曝光系統 162:能量束 170:控制系統 210:光電探測器接收器 220:帶通濾波器(BPF) 230:類比數位轉換器(ADC) 230:離散傅立葉轉換模組(DFT) 240:數位電腦模組(CORDIC) 250:突波濾波器(GF) 260,260’:資料延遲減少模組(DAR) 270,270’:數位濾波器(DF) 300,310,320,330,340:方塊
圖1是一個平台計量系統的示意圖。 圖2A和2B是分別用於處理指示平台位置的光學訊號的電子處理模組的兩個實施例的示例性元件的概要方塊圖。 圖3是一個電子處理模組中的資料延遲減縮模組提供的處理示意圖，用於處理指示平台位置的訊號。 圖4是一組圖表，顯示了在實施本揭露中的資料延遲縮減的模擬實例中，平台的位置、速度和加速度。 圖5是一組圖表，顯示模擬的平台位置（上圖）和在無任何資料延遲縮減下由資料延遲造成的相應的過濾位置誤差（下圖）。 圖6是一組圖表，顯示模擬的平台位置（上圖）和本文揭露的資料延遲縮減後的相應的殘餘過濾位置誤差（下圖）。 圖7是一組圖表，顯示了為圖4的模擬而實施的資料延遲修正的速度和加速度分量，以產生圖6的下圖所示的大幅減少的位置誤差。
各個圖式中的相似參考符號表示相似元件。
無
100:系統
110:參考框架
120:平台
122:物體
124:平台控制器
130:干涉光學模組
132:雷射光源
134:檢測器
135:光束
140:平台鏡
150:電子處理器模組
152:電子裝置
160:光束曝光系統
162:能量束
170:控制系統

Claims (40)

  1. 一種資料延遲時間之減縮方法，包括 a. 電子式從對應於一移動物體的一位置的一測量訊號中提取一數值序列，其中該數值序列表示該移動物體在相應時間增量下的該位置； b. 根據該數值序列中的複數個數值，電子式確定該運動物體的一速度估計值和該運動物體的一加速度估計值中的至少一者；以及 c. 根據該速度估計值和該加速度估計值中的一者或兩者，電子式修正該數值序列中的一後續數值。
  2. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該速度估計值是電子式確定的，並用於修正該數值序列中的該後續數值，以修正由一資料延遲造成的一位置誤差。
  3. 如請求項2的資料延遲時間之減縮方法，其中該資料延遲包括由電子式提取該數值序列所引起的資料延遲。
  4. 如請求項2的資料延遲時間之減縮方法，其中該資料延遲大於100ns。
  5. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該加速度估計值是電子式確定的，並用於修正該數值序列中的該後續數值。
  6. 如請求項5的資料延遲時間之減縮方法，其中該資料延遲時間之減縮方法進一步包括用一數位濾波器對該數值序列進行電子過濾以減少雜訊。
  7. 如請求項6的資料延遲時間之減縮方法，其中該加速度估計用於修正由該電子過濾的一加速度相關誤差所引起的該後續數值中的一位置誤差。
  8. 如請求項6的資料延遲時間之減縮方法，其中該電子過濾包括一個α-β濾波器。
  9. 如請求項6的資料延遲時間之減縮方法，其中該電子過濾是在該後續數值的該電子修正後實施。
  10. 如請求項6的資料延遲時間之減縮方法，其中該電子過濾是在該後續數值的該電子修正前實施。
  11. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該速度估計值和該加速度估計值都是電子式確定的，並用於調整該數值序列中的該後續數值，以減少由該數值序列的該電子提取中的一資料延遲所引起的一位置誤差和/或由與加速度相關的電子過濾誤差所引起的一位置誤差。
  12. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，進一步包括重複該電子確定和該電子修正，以提供指示出該移動物體在相應時間增量的該位置的一修正值序列，該修正值序列被修正是為了由該電子提取該數值序列中的資料延遲和/或由與加速度相關的電子過濾誤差所引起的一位置誤差。
  13. 如請求項12的資料延遲時間之減縮方法，進一步包括根據該修正值序列對該移動物體施加一動作。
  14. 如請求項13的資料延遲時間之減縮方法，其中該動作包括將一能量束引導到該物體的某個位置。
  15. 如請求項14的資料延遲時間之減縮方法，其中該物體由一移動平台支撐，且一測量系統光學耦接到該移動平台以產生該測量訊號。
  16. 如請求項15的資料延遲時間之減縮方法，其中該測量系統包括一干涉測量系統。
  17. 如請求項15的資料延遲時間之減縮方法，其中該干涉測量系統包括一編碼器系統。
  18. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該時間增量在10ns到1μs的範圍內。
  19. 如請求項18的資料延遲時間之減縮方法，其中該時間增量在25ns到100ns的範圍內。
  20. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該物體的該絕對速度在對應於該數值序列的至少一部分的期間內超過0.001m/s，且在對應於該數值序列的所有期間內小於100m/s。
  21. 如請求項20的資料延遲時間之減縮方法，其中該物體的該絕對速度在對應於該數值序列的至少一部分期間內超過0.001m/s，在對應於該數值序列的所有期間內小於10m/s。
  22. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中該物體的該絕對加速度在對應於該數值序列的至少一部分期間內超過1m/s 2，在對應於該數值序列的所有期間內小於100m/s 2。
  23. 如請求項1的資料延遲時間之減縮方法，其中基於該數值序列中的複數個數值，以電子式確定該移動物體的一速度估計值和該移動物體的一加速度估計值中的至少一者，包括以電子式對該複數個數值進行一或多個差分運算。
  24. 如請求項23的資料延遲時間之減縮方法，其中n th時間增量的該速度估計值V n是根據以下方法確定的： 其中，P n是指示在時間增量n的位置的該數值序列中的該數值，dnv是一個正整數。
  25. 如請求項24的資料延遲時間之減縮方法，其中n th時間增量的該加速度估計值A n是根據以下方法確定的： 其中dna是一個正整數。
  26. 如請求項25的資料延遲時間之減縮方法，其中dnv=dna。
  27. 如請求項25的資料延遲時間之減縮方法，其中指示在時間增量n的位置的該數值序列中的該修正位置值Pdar n，是根據以下方法確定的： 其中，P n是指示在時間增量 n 的位置的該數值序列中的數值，其中 V n和 A n分別是在時間增量 n 的該速度估計值和該加速度估計值，其中 Rv 和 Ra 是常數。
  28. 如請求項27的資料延遲時間之減縮方法，進一步包括在模擬中或用硬體產生的內部測試訊號確定該常數Rv和Ra。
  29. 一種資料延遲時間之減縮裝置，包括具有一個或多個處理器的一電子處理模組，並被配置為： a. 電子式從對應於一移動物體的一位置的一測量訊號中提取一數值序列，其中該數值序列表示該移動物體在相應時間增量下的該位置； b. 根據該數值序列中的複數個數值，以電子式確定該移動物體的一速度估計值和該移動物體的一加速度估計值中的至少一者；以及 c. 根據該速度估計值和該加速度估計值中的一者或兩者，電子式修正該數值序列中的一後續數值。
  30. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，其中具有一個或多個處理器的該電子處理模組被配置為以電子式確定並使用該速度估計值來修正該數值序列中的該後續數值，以修正由一資料延遲造成的一位置誤差。
  31. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，其中具有一個或多個處理器的該電子處理模組被配置為以電子式確定並使用該加速度估計值來修正該數值序列中的該後續數值。
  32. 如請求項31的資料延遲時間之減縮裝置，其中該電子處理模組進一步包括一數位濾波器，被配置為對該數值序列進行電子過濾以減少雜訊。
  33. 如請求項32的資料延遲時間之減縮裝置，其中具有一個或多個處理器的該電子處理模組被配置為使用該加速度估計值來修正來自該電子濾波的一與加速度相關誤差所引起的該後續數值中的一位置誤差。
  34. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，其中具有一個或多個處理器的該電子處理模組被配置為以電子式確定並使用該速度估計值和該加速度估計值中的兩者來調整該數值序列中的該後續數值，以減少由該數值序列的該電子提取中的一資料延遲所引起的一位置誤差和/或由與加速度相關的電子過濾誤差所引起的一位置誤差。
  35. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，其中具有一個或多個處理器的該電子處理模組被配置為重複電子確定和電子修正，以提供指示該移動物體在相應時間增量的該位置的一修正值序列，該修正值序列被修正是為了由該電子提取該數值序列中的資料延遲和/或由與加速度相關的電子過濾誤差所引起的一位置誤差。
  36. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，進一步包括用於處理該測量訊號的一類比數位轉換器。
  37. 如請求項36的資料延遲時間之減縮裝置，進一步包括用於處理該測量訊號的一相位計。
  38. 如請求項37的資料延遲時間之減縮裝置，進一步包括用於處理該測量訊號的一突波濾波器。
  39. 如請求項29的資料延遲時間之減縮裝置，進一步包括一來源，用於根據該電子處理模組提供的該修正值序列將一能量束引導到該物體的某個位置。
  40. 如請求項39的資料延遲時間之減縮裝置，進一步包括用於支撐該移動物體的一可動平台和用於移動該平台的一平台控制器，並且其中該電子處理模組耦接至該平台控制器。
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