JP2547333B2 - Position detection device - Google Patents

Position detection device

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JP2547333B2
JP2547333B2 JP62305747A JP30574787A JP2547333B2 JP 2547333 B2 JP2547333 B2 JP 2547333B2 JP 62305747 A JP62305747 A JP 62305747A JP 30574787 A JP30574787 A JP 30574787A JP 2547333 B2 JP2547333 B2 JP 2547333B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、位置、角度等の検出に用いられる位置検出
装置、特にトンネル電流の原理を応用して高分解能を実
現した位置検出装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a position detecting device used for detecting a position, an angle, etc., and more particularly to a position detecting device realizing a high resolution by applying the principle of tunnel current.

[従来の技術] 従来、位置や角度等の検出に用いられる位置検出装置
としては、位置または角度に関する情報を有する符号板
とこれに対し相対的に移動して位置または角度に関する
情報を検出する検出手段とで構成されるものが知られて
いる。そして、これらは符号板と検出手段によっていく
つかのタイプに分類され、光学式エンコーダ、磁気式エ
ンコーダ、静電容量式エンコーダなどがある。
[Prior Art] Conventionally, as a position detecting device used for detecting a position, an angle, etc., a code plate having information on a position or an angle and a detection for moving relative to the code plate to detect the information on the position or the angle. It is known to be composed of means and means. These are classified into several types by the code plate and the detection means, and there are optical encoders, magnetic encoders, electrostatic capacity encoders, and the like.

第9図に従来の気泡的な位置検出装置の概略構成図を
示す。これは、いわゆる光学式のリニアエンコーダ(透
過型の場合)で、発光素子1からの光はコリメータレン
ズ2で平行光にされた後、符号板4,5を通過して2つの
受光素子3a,3bに入射する。該受光素子3a,3bからの信号
はプリアンプ6で増幅されて図示しない信号処理系へ送
られ、所定の信号処理が行なわれる。
FIG. 9 shows a schematic configuration diagram of a conventional bubble-like position detecting device. This is a so-called optical linear encoder (in the case of a transmissive type), in which the light from the light emitting element 1 is collimated by the collimator lens 2 and then passes through the code plates 4 and 5, and the two light receiving elements 3a, It is incident on 3b. The signals from the light receiving elements 3a and 3b are amplified by the preamplifier 6 and sent to a signal processing system (not shown), and predetermined signal processing is performed.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、このような位置検出装置の分解能は符
号板4,5に設けられたスリットのピッチで決まり、信号
処理系で電気的な分割を行なわない場合には10μm程度
が限界で、他のタイプの位置検出装置も同程度かそれ以
下である。また、光の干渉を利用した場合も1μm前後
が限界であった。これ以上の分解能を必要とする場合
は、電子ビームで微細な目盛の刻まれた符号板上を走査
してその反射ビームを検出する方法もあるが、装置が非
常に大がかりなものになるという欠点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the resolution of such a position detecting device is determined by the pitch of the slits provided on the code plates 4 and 5, and when the signal processing system does not perform electrical division. The limit is about 10 μm, and other types of position detection devices have the same or less. Further, when utilizing the interference of light, the limit was about 1 μm. When a resolution higher than this is required, there is also a method of detecting the reflected beam by scanning the code plate on which fine graduations are made with an electron beam, but the disadvantage is that the device becomes very large. was there.

本発明は、このような従来例の問題点に鑑み、従来の
ものより大型化することなく、より高分解能の位置検出
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems of the conventional example, and an object thereof is to provide a position detecting device with higher resolution without increasing the size of the conventional one.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するため本発明の位置検出装置は、規
則的に配置されたパターンから成る第1のスケールと、
前記第1のスケールに対して相対的に移動可能な位置検
出ヘッドと、前記第1のスケールと対向するように前記
位置検出ヘッドに設けられ、位置検出ヘッドの相対移動
に伴って変化する信号を出力する位置検出手段と、前記
第1のスケールに沿って設けられた、第1のスケールの
パターンよりも小さいピッチのパターンから成る第2の
スケールと、前記第2のスケールと対向するように前記
位置検出ヘッドに設けられたプローブ電極と、前記プロ
ーブ電極と第2のスケールとの間に電圧を印加する電圧
印加手段と、電圧の印加によって前記プローブ電極と第
2のスケールとの間に流れるトンネル電流を検出する電
流検出手段とを備え、前記電流検出手段で検出されるト
ンネル電流の変化と前記位置検出手段から出力される信
号とから前記位置検出ヘッドの第1および第2のスケー
ルに対する相対位置を検出するものである。前記第2の
スケールは、例えば原子配列による凹凸形状により構成
される。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above-mentioned object, a position detection device of the present invention comprises a first scale composed of regularly arranged patterns,
A position detection head that is movable relative to the first scale, and a signal that is provided on the position detection head so as to face the first scale and that changes with relative movement of the position detection head. A position detecting means for outputting, a second scale provided along the first scale and having a pattern having a pitch smaller than that of the first scale, and the second scale so as to face the second scale. A probe electrode provided on the position detection head, a voltage applying unit that applies a voltage between the probe electrode and the second scale, and a tunnel that flows between the probe electrode and the second scale by applying the voltage. Current detection means for detecting a current, and the position is determined from a change in tunnel current detected by the current detection means and a signal output from the position detection means. And it detects a relative position with respect to the first and second scales outgoing head. The second scale is constituted by, for example, a concavo-convex shape formed by atomic arrangement.

[作用] この構成において、前記凹凸形状とプローブとの間に
電圧が印加されると、これらの間の距離が所定以内であ
れば、これらの間にトンネル電流が流れる。このとき符
号板とプローブとが被測定量に応じて相対移動したとす
れば、プローブを流れる電流値はプローブ下の凹凸形状
に応じて変化する。
[Operation] In this configuration, when a voltage is applied between the uneven shape and the probe, a tunnel current flows between them if the distance between them is within a predetermined range. At this time, if the code plate and the probe are moved relative to each other according to the amount to be measured, the value of the current flowing through the probe changes according to the uneven shape under the probe.

そして、これが電流検出手段により検出され、これに
基づき、例えば検出された凹凸形状の個数等の被測定量
を示す出力が行なわれる。
Then, this is detected by the current detecting means, and based on this, an output indicating the measured quantity such as the number of detected uneven shapes is performed.

トンネル電流の原理による凹凸形状の検出は非常に高
分解能で例えば原子配列間の凹凸も検出でき、したがっ
て、上記構成においては、非常に高精度な検出が行なわ
れる。
Detection of the uneven shape based on the principle of the tunnel current can detect the unevenness between the atomic arrangements with a very high resolution. Therefore, in the above configuration, the highly accurate detection is performed.

[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。第1
図は本発明の第1の実施例に係る位置検出装置を示す。
第9図の従来例の場合と同じ機能を有するものには同じ
番号を付し、説明を省略する。第1図において、40は金
属製の符号板で、矢印C方向に移動可能であり、第1の
位置検出手段用のスケール41と第2の位置検出手段用の
スケール42が同じ面上に配設されている。ここで、第1
の位置検出手段は符号板40を除き第9図の従来例の場合
と同じ構成であり、符号板40は反射型として使用するた
め、スケール41は反射率の大きな部分とほとんど反射の
ない部分からなる等ピッチのいわゆる白黒パターンとな
っている。スケール42はそのピッチがスケール41と比べ
て例えば1桁以上小さく、基板上にレジストを塗布し、
スケールパターンを電子線描画やリソグラフィなどの手
段によって転写し、レジスト現象後、エッチング処理を
行なって符号板表面から所定の深さの溝が矢印C方向に
連続して形成される。スケール42のピッチはスケール41
のピッチの整数分の1に設定する。7は導電性材料から
なるプローブ、8は該プローブを符号板40の表面に対し
て略垂直な方向に移動せしめるプローブ駆動手段であ
る。プローブ駆動手段8は2つの圧電アクチュエータ8
a,8bからなる。アクチュエータ8aは単体の圧電材料から
なる第1のプローブ駆動手段で、その一端にプローブ7
が取り付けられ、他端は第2のプローブ駆動手段である
積層形の圧電アクチュエータ8bの一端に固着される。ア
クチュエータ8bのもう一端は、発光素子1、コリメータ
レンズ2、受光素子3、符号板5の各要素からなる第1
の位置検出手段とともに図示しない位置検出ヘッドの筐
体に固定される。そして、プローブ7とプローブ駆動手
段8は、第2図に示す各ブロックからなる制御手段とと
もに第2の位置検出手段を構成する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
The figure shows a position detection device according to a first embodiment of the present invention.
Those having the same functions as those in the case of the conventional example of FIG. In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a metal code plate which is movable in the direction of arrow C, and the scale 41 for the first position detecting means and the scale 42 for the second position detecting means are arranged on the same plane. It is set up. Where the first
The position detecting means has the same structure as that of the conventional example of FIG. 9 except for the code plate 40. Since the code plate 40 is used as a reflection type, the scale 41 is composed of a portion having a large reflectance and a portion having almost no reflection. It is a so-called black-and-white pattern with a uniform pitch. The scale 42 has a pitch smaller than that of the scale 41 by, for example, one digit or more, and a resist is coated on the substrate.
The scale pattern is transferred by a means such as electron beam drawing or lithography, and after the resist phenomenon, an etching process is performed to continuously form a groove having a predetermined depth from the surface of the code plate in the direction of arrow C. The pitch of scale 42 is scale 41
It is set to an integer fraction of the pitch. Reference numeral 7 is a probe made of a conductive material, and 8 is a probe driving means for moving the probe in a direction substantially perpendicular to the surface of the code plate 40. The probe driving means 8 has two piezoelectric actuators 8
It consists of a and 8b. The actuator 8a is a first probe driving means made of a single piezoelectric material, and has a probe 7 at one end thereof.
Is attached, and the other end is fixed to one end of the laminated piezoelectric actuator 8b which is the second probe driving means. The other end of the actuator 8b has a first element including a light emitting element 1, a collimator lens 2, a light receiving element 3, and a code plate 5.
It is fixed to the housing of the position detecting head (not shown) together with the position detecting means. Then, the probe 7 and the probe driving means 8 constitute a second position detecting means together with the control means composed of each block shown in FIG.

第2図において、9は符号板40とプローブ7の間に一
定電圧Vpを印加した場合にプローブ7を流れる電流Ipを
検出する手段で、10はスイッチ11が閉じられているとき
に電流Ipが一定となるようにプローブ7と符号板40上の
スケール42との距離を一定に保つために、圧電アクチュ
エータ8aを制御すべく圧電素子ドライバ12への信号Vsを
生成するコントローラである。また、Vbはプローブ7を
電流Ipの検出できる距離までスケール42に近付けるため
に第2の駆動手段8bを駆動する電圧で、図示しないドラ
イバによって生成され、一旦設定されると位置検出装置
としての使用中はその値に固定される。
In FIG. 2, 9 is a means for detecting the current Ip flowing through the probe 7 when a constant voltage Vp is applied between the code plate 40 and the probe 7, and 10 is the current Ip when the switch 11 is closed. In order to keep the distance between the probe 7 and the scale 42 on the code plate 40 constant, the controller generates a signal Vs to the piezoelectric element driver 12 to control the piezoelectric actuator 8a. Vb is a voltage for driving the second drive means 8b to bring the probe 7 closer to the scale 42 to the distance at which the current Ip can be detected, and is generated by a driver (not shown) and used as a position detecting device once set. Inside is fixed to that value.

ここで、第2の位置検出手段の動作について説明す
る。
Here, the operation of the second position detecting means will be described.

この第2の位置検出手段は、梶村他:“走査型トン
ネル顕微鏡",固体物理,Vol.22,No.3,pp176-185(1987)
やH.Adachi:“Recent Progress in the Scanning Tun
neling Microscope"Proc.6th sensor Symposium,1986,p
p137-142等に示される走査型トンネル顕微鏡(STM)と
同様の動作原理を応用したものである。すなわち、第3
図に示すように導電性材料からなるプローブ7′と試料
44との間に電圧Vを印加して両者の距離を近付けていっ
た場合、ある距離gまで近付けるとトンネル電流と呼ば
れる微少な電流Iが流れることが知られており、その原
理を利用したものが走査型トンネル顕微鏡(STM)であ
る。このトンネル電流は距離gに対して次式に示すよう
に指数関数的に変化する。
Kajimura et al .: "Scanning Tunnel Microscope", Solid State Physics, Vol.22, No.3, pp176-185 (1987)
H.Adachi: “Recent Progress in the Scanning Tun
neling Microscope "Proc.6th sensor Symposium, 1986, p
This is an application of the same operating principle as the scanning tunneling microscope (STM) shown in p137-142. That is, the third
As shown in the figure, the probe 7'made of a conductive material and the sample
It is known that a minute current I called a tunnel current will flow when a voltage V is applied between 44 and 44 and the two are brought close to each other, and a principle is used. Is a scanning tunneling microscope (STM). This tunnel current changes exponentially with respect to the distance g as shown in the following equation.

I=(βV/2πλg)exp(−2g/λ) ただしβ,λは定数 ここで、gが一定となるようにプローブ7′を上下さ
せながら矢印C方向に動かした場合、プローブ7′の上
下動そのものは矢印C方向の試料44表面の形状に対応し
たものとなる。そして、その表面に沿った方向の分解能
は原子オーダであることが確認されている。
I = (βV / 2πλg) exp (−2g / λ) where β and λ are constants. When the probe 7 ′ is moved up and down in the direction of arrow C so that g is constant, the probe 7 ′ moves up and down. The movement itself corresponds to the shape of the surface of the sample 44 in the direction of arrow C. It has been confirmed that the resolution in the direction along the surface is on the atomic order.

第2の位置検出手段はこの原理を応用したもので、そ
の動作は、まず、第2図において符号板40とプローブ7
の間に一定電圧Vpを印加して、電圧Vbを調整しながらプ
ローブ7を圧電アクチュエータ8bによってトンネル電流
の流れる距離まで符号板40に近付ける。次に、スイッチ
11を閉じて電流検出手段9によって検出されるトンネル
電流Ipが一定となるように、圧電アクチュエータ8aへの
印加電圧Vaをコントローラ10からドライバ12へのVsによ
って調整する。この状態でプローブ7と符号板40との間
に矢印C方向の相対的な動きがあれば、スケール42の凹
凸によってトンネル電流Ipが変化するので、コントロー
ラ10は前述のようにトンネル電流Ipが一定となるよう
に、すなわちプローブ7とスケール42の距離が常に一定
となるように圧電アクチュエータ8aのドライバ12へ信号
Vsを出力する。従って、圧電アクチュエータ8aの伸縮量
は印加電圧Vaに比例することから、信号Vsはスケール42
の凹凸に対応した信号となる。これを2値化して波形整
形することにより、第4図に示す信号Sが得られる。な
お、スイッチ11を開いたまま電圧Vaを一定値に保ち、プ
ローブ7の符号板40厚み方向の空間的位置を一定にして
電流検出手段9で得られる電流Ipを量子化しても同様の
信号Sを得ることができる。
The second position detecting means applies this principle, and its operation is as follows. First, in FIG.
A constant voltage Vp is applied during this period, and the probe 7 is brought closer to the code plate 40 by the piezoelectric actuator 8b up to the distance where the tunnel current flows while adjusting the voltage Vb. Next, switch
The voltage Va applied to the piezoelectric actuator 8a is adjusted by Vs from the controller 10 to the driver 12 so that the tunnel current Ip detected by the current detection means 9 becomes constant by closing 11. In this state, if there is relative movement between the probe 7 and the code plate 40 in the direction of arrow C, the tunnel current Ip changes due to the unevenness of the scale 42. Therefore, the controller 10 keeps the tunnel current Ip constant as described above. Signal to the driver 12 of the piezoelectric actuator 8a so that the distance between the probe 7 and the scale 42 is always constant.
Output Vs. Therefore, since the expansion / contraction amount of the piezoelectric actuator 8a is proportional to the applied voltage Va, the signal Vs is
The signal corresponds to the unevenness of. By binarizing this and shaping the waveform, the signal S shown in FIG. 4 is obtained. Even if the voltage Va is kept constant while the switch 11 is open, the spatial position of the probe 7 in the thickness direction of the code plate 40 is kept constant, and the current Ip obtained by the current detecting means 9 is quantized, the same signal S is obtained. Can be obtained.

第4図で、A,Bはそれぞれ第1図における受光素子3a,
3bからの信号をそれぞれ2値化・波形整形したもので、
符号板5によって互いに90度位相のずれた信号となって
いる(横軸は位置を示す)。第4図では、スケール41と
42のピッチの比が50(位相ずれなし、デューティ=50:5
0)でかつ第1図において第1の位置検出手段の発光素
子1のスケール41上のスポットの位置と第2の位置検出
手段のプローブ7のスケール42上の位置がこれら2つの
スケールと直交する直線D-D′上にある場合を示す。
In FIG. 4, A and B are the light receiving elements 3a and 3a in FIG. 1, respectively.
The signal from 3b is binarized and waveform shaped.
The signals are shifted by 90 degrees from each other by the code plate 5 (the horizontal axis indicates the position). In Fig. 4, scale 41
42 pitch ratio is 50 (no phase shift, duty = 50: 5
0) and in FIG. 1, the position of the spot on the scale 41 of the light emitting element 1 of the first position detecting means and the position of the probe 7 of the second position detecting means on the scale 42 are orthogonal to these two scales. The case on the straight line DD ′ is shown.

次に、以上のように構成された位置検出装置で位置検
出を行なう方法を第4図および第5図を用いて説明す
る。
Next, a method of detecting the position by the position detecting device configured as described above will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

第5図は、第1図の装置で用いられるパルスカウンタ
の構成図である。
FIG. 5 is a block diagram of a pulse counter used in the apparatus of FIG.

今、第4図において位置原点(左方向、図示せず)か
らのX1の位置を検出する場合、第1の位置検出手段から
の信号A,Bから第5図のフリップ・フロップ13により原
点に対する移動方向が正(または負)であることがわか
るので第2図の位置検出手段からの信号Sをカウンタで
原点からカウントアップ(またはカウントダウン)して
もよいが、あらかじめ2つのスケール41,42のピッチの
比(P:p=50:1)がわかっているので、まず信号A(ま
たはB)を使っておおまかなカウントを行ない、信号A
(またはB)の最後の立上がりXO(または立下り)から
の信号Sのカウントアッップを行なうことによってカウ
ンタの構成を簡略化することができる。例えば、第5図
に示すように信号Aをカウンタ16でカウントし、信号S
をカウンタ17でカウントするとき、信号Aの立上がり
(立下がり)で常にカウンタ17のカウント値をクリアす
るようにした場合、信号Aのカウント値をM,信号Sのカ
ウント値をNとすると、P=50・pであるから、 X1=M・P+N・p=(50・M+N)p によって、X1の位置がわかる。なお、14,15は移動方
向、すなわちフリップフロップ13の出力によってそれぞ
れカウンタ16,17のアップ/ダウン端子(UまたはD)
への入力を切換えるマルチプレクサで、18,19はそれぞ
れカウンタ16,17の内容を表示する表示器である。この
ようにして従来の位置検出装置より分解能を高めること
ができるが、更に高分解能を必要とする場合は、符号板
表面の原子配列をスケールとして使用すればよい(原子
の大きさは既知とする)。
Now, when detecting the position of X1 from the position origin (left direction, not shown) in FIG. 4, the flip-flop 13 in FIG. 5 is used to detect the position of X1 from the signals A and B from the first position detecting means. Since it can be seen that the moving direction is positive (or negative), the signal S from the position detecting means shown in FIG. 2 may be counted up (or counted down) from the origin by a counter, but in advance, the two scales 41, 42 of Since the pitch ratio (P: p = 50: 1) is known, first use signal A (or B) to perform a rough count, and then use signal A
The counter structure can be simplified by counting up the signal S from the last rising XO (or falling) of (or B). For example, as shown in FIG. 5, the signal A is counted by the counter 16 and the signal S
When the counter 17 is to be counted by the counter 17 and the count value of the counter 17 is always cleared at the rising (falling) of the signal A, if the count value of the signal A is M and the count value of the signal S is N, then P = 50 · p, the position of X1 can be found from X1 = M · P + N · p = (50 · M + N) p. In addition, 14 and 15 are moving directions, that is, up / down terminals (U or D) of the counters 16 and 17, respectively, depending on the output of the flip-flop 13.
Multiplexers for switching the input to the counters 18 and 19 are indicators for displaying the contents of the counters 16 and 17, respectively. In this way, the resolution can be increased as compared with the conventional position detecting device, but if higher resolution is required, the atomic array on the code plate surface may be used as a scale (the size of the atoms is known). ).

第6図にその例を示す。第6図はスケール42の表面部
分の断面図で、42aは符号板40を構成する金属原子、42b
は電子線描画等で位置検出方向と直交する方向に削設さ
れた溝である。一般に、この溝と溝の間隔を原子オーダ
の精度で作成するのは困難であるが、あらかじめ位置原
点からの各溝の位置を第2の位置検出手段により原子の
個数をカウントして求め、メモリ等に記憶しておけば、
第5図で説明したような方法でm番目の溝42bの位置が
わかる。従って、m番目の溝の立上り位置から原子の個
数nをカウントすることによって、原子オーダでの位置
検出が可能となる。
An example is shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the surface portion of the scale 42, where 42a is the metal atoms that make up the code plate 40,
Is a groove cut in a direction orthogonal to the position detection direction by electron beam drawing or the like. Generally, it is difficult to create this groove-to-groove interval with an accuracy of atomic order, but the position of each groove from the position origin is obtained in advance by counting the number of atoms by the second position detecting means, and the memory Etc.
The position of the m-th groove 42b can be found by the method described with reference to FIG. Therefore, by counting the number n of atoms from the rising position of the m-th groove, it is possible to detect the position on the atomic order.

次に、第7図に本発明の第2の実施例に係る位置検出
装置の要部を示す。これは、上述の第2の位置検出手段
においてプローブが2つある場合で、71,72が同じスケ
ールに対向して配置されたプローブ、81a,82aはそれぞ
れのプローブに対する第2のプローブ駆動手段である圧
電アクチュエータ、8bは第1のプローブ駆動手段である
圧電アクチュエータである。dは2つのプローブ71,72
の位置検出方向(矢印C方向)の間隔で、前述のスケー
ル42のピッチpに対してd=(2n+1)・p/4に設定さ
れる(nは整数)。また、プローブ71,72と第2のプロ
ーブ駆動手段81a,82aには第2図の制御手段がそれぞれ
組み合わされており、上述同様にしてスケール42と各プ
ローブ71,72との距離を一定に保つように制御される。
これによって、位相が90度ずれた2つの信号が前述と同
様にして得られ、第1の位置検出手段では移動方向がわ
からないような微少な距離でも移動方向の検出が可能と
なる。
Next, FIG. 7 shows a main part of a position detecting device according to a second embodiment of the present invention. This is the case where there are two probes in the above-mentioned second position detecting means, 71 and 72 are probes arranged to face the same scale, and 81a and 82a are second probe driving means for each probe. A certain piezoelectric actuator, 8b is a piezoelectric actuator which is the first probe driving means. d is two probes 71,72
Is set to d = (2n + 1) .p / 4 with respect to the pitch p of the scale 42 described above at intervals of the position detection direction (direction of arrow C) (n is an integer). The probes 71, 72 and the second probe driving means 81a, 82a are respectively combined with the control means shown in FIG. 2, and the distance between the scale 42 and the probes 71, 72 is kept constant in the same manner as described above. Controlled as.
As a result, two signals whose phases are shifted by 90 degrees are obtained in the same manner as described above, and the first position detecting means can detect the moving direction even at a minute distance where the moving direction cannot be known.

第8図は、本発明の第3の実施例に係る位置検出装置
を示す要部斜視図で、上述の第2の位置検出手段のスケ
ール42を相互に位相が4分の1ピッチ(p/4)だけずれ
た2列のスケール421,422とし、2つのプローブ71,72を
位相ずれをなくしてスケール421,422それぞれの上に配
置した場合を示す。この場合も第7図の場合と同様の効
果が得られる。
FIG. 8 is a perspective view of an essential part of a position detecting device according to a third embodiment of the present invention, in which the scale 42 of the above-mentioned second position detecting means has a phase of a quarter pitch (p / p). 4) Two scales 421 and 422 that are shifted by only 4) are provided, and the case where the two probes 71 and 72 are arranged on the scales 421 and 422 without phase shift is shown. Also in this case, the same effect as in the case of FIG. 7 can be obtained.

なお、第1の検出手段としては、光学式に限らず、磁
気式やその他のタイプのものも使用できる。また、実施
例の説明はリニアタイプの位置検出装置で行なったが、
ロータリタイプ(回転型)の位置検出装置とすることも
もちろん可能である。
The first detecting means is not limited to the optical type, but a magnetic type or another type can be used. Further, although the description of the embodiment has been made with the linear type position detecting device,
Of course, a rotary type (rotary type) position detecting device can be used.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明のよれば従来の位置検出
装置に走査型トンネル顕微鏡の原理を利用した位置検出
手段を付加したため以下のような効果が得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the position detecting means utilizing the principle of the scanning tunneling microscope is added to the conventional position detecting device, the following effects can be obtained.

(1)計測範囲はそのままで、1桁以上高分解能の位置
検出装置が得られる。特に、位置情報として符号板表面
の原子配列を使用すれば、オングストローム・オーダの
計測が可能な位置検出装置となる。
(1) It is possible to obtain a position detection device having a high resolution of one digit or more while keeping the measurement range as it is. In particular, if the atomic arrangement on the surface of the code plate is used as the position information, the position detecting device can measure the angstrom order.

(2)位置検出部には、プローブとプローブ駆動手段と
しての圧電アクチャエータとを付加するだけなので、高
分解能でありながらコンパクト化が可能である。
(2) Since only a probe and a piezoelectric actuator as a probe driving means are added to the position detection unit, the resolution can be reduced while achieving high resolution.

(3)プローブを2本設けることで、従来の位置検出装
置では計測できないような微少な範囲の長さや角度でも
方向とその大きさの計測が可能である。
(3) By providing two probes, it is possible to measure the direction and the size thereof even in the length and angle of a minute range that cannot be measured by the conventional position detecting device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の第1の実施例に係る位置検出装置の
概略構成図、 第2図は、第1図に示した位置検出装置の制御手段を示
すブロック図、 第3図は、本発明に利用される走査型トンネル顕微鏡の
原理図、 第4図は、第1図の装置における各部信号の関係を示す
タイミングチャート、 第5図は、第1図の装置で用いられるパルスカウンタの
構成図、 第6図は、第1図の装置で用い得る符号板の断面図、 第7図は、本発明の第2の実施例に係る位置検出装置の
要部を示す側面図、 第8図は、本発明の第3の実施例に係る位置検出装置の
要部を示す斜視図、そして 第9図は、従来例に係る位置検出装置の概略構成図であ
る。 1:発光素子、2:受光素子、4,5,40:符号板、7,7′,71,7
2:プローブ、8a,8b,81a,82a:圧電アクチュエータ、9:電
流検出手段、10:コントローラ、13:フリップ・フロッ
プ、14,15:マルチプレクサ、16,17:カウンタ、41:第1
のスケール、42,421,422:第2のスケール、42a:原子。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a position detecting device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a control means of the position detecting device shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a principle diagram of the scanning tunneling microscope used in the present invention, FIG. 4 is a timing chart showing a relation of signals of respective parts in the apparatus of FIG. 1, and FIG. 5 is a pulse counter used in the apparatus of FIG. Configuration diagram, FIG. 6 is a sectional view of a code plate usable in the device of FIG. 1, FIG. 7 is a side view showing a main part of a position detecting device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 9 is a perspective view showing a main part of a position detecting device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a position detecting device according to a conventional example. 1: Light emitting element, 2: Light receiving element, 4,5, 40: Code plate, 7,7 ′, 71,7
2: Probe, 8a, 8b, 81a, 82a: Piezoelectric actuator, 9: Current detecting means, 10: Controller, 13: Flip-flop, 14,15: Multiplexer, 16, 17: Counter, 41: First
Scale, 42,421,422: second scale, 42a: atom.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 謙治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−147318(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenji Saito Kenji Saito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) Reference JP-A-1-147318 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】規則的に配置されたパターンから成る第1
のスケールと、前記第1のスケールに対して相対的に移
動可能な位置検出ヘッドと、前記第1のスケールと対向
するように前記位置検出ヘッドに設けられ、位置検出ヘ
ッドの相対移動に伴って変化する信号を出力する位置検
出手段と、前記第1のスケールに沿って設けられた、第
1のスケールのパターンよりも小さいピッチのパターン
から成る第2のスケールと、前記第2のスケールと対向
するように前記位置検出ヘッドに設けられたプローブ電
極と、前記プローブ電極と第2のスケールとの間に電圧
を印加する電圧印加手段と、電圧の印加によって前記プ
ローブ電極と第2のスケールとの間に流れるトンネル電
流を検出する電流検出手段とを備え、前記電流検出手段
で検出されるトンネル電流の変化と前記位置検出手段か
ら出力される信号とから前記位置検出ヘッドの第1およ
び第2のスケールに対する相対位置を検出する位置検出
装置。
1. A first consisting of regularly arranged patterns
Of the scale, a position detection head that is relatively movable with respect to the first scale, and the position detection head that is provided so as to face the first scale. Position detecting means for outputting a varying signal, a second scale provided along the first scale and having a pattern with a pitch smaller than that of the first scale, and a second scale facing the second scale. So that the probe electrode provided on the position detection head, voltage applying means for applying a voltage between the probe electrode and the second scale, and the probe electrode and the second scale by applying the voltage A current output means for detecting a tunnel current flowing therebetween, a change in the tunnel current detected by the current detection means, and a signal output from the position detection means. Position detector for detecting a relative position with respect to the first and second scale of the position detection head from.
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