JP2761801B2 - 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ - Google Patents
角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、精密位置決め、速度及び変位計測等におけ
る位置情報検出に用いられる、特に原子オーダーの分解
能を有するエンコーダおよびそのエンコーダ等の情報読
取り装置に必要な角度検出方法に関するものである。
る位置情報検出に用いられる、特に原子オーダーの分解
能を有するエンコーダおよびそのエンコーダ等の情報読
取り装置に必要な角度検出方法に関するものである。
［従来の技術］ 従来この種のエンコーダは、位置または角度に関する
情報を有する基準目盛と、これと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
れている。そして、この基準目盛と検出手段によってい
くつかのタイプに分類され、例えば光学式エンコーダ、
磁気式エンコーダ、静電容量エンコーダ等がある。
情報を有する基準目盛と、これと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
れている。そして、この基準目盛と検出手段によってい
くつかのタイプに分類され、例えば光学式エンコーダ、
磁気式エンコーダ、静電容量エンコーダ等がある。
また、さらに高分解能が得られるエンコーダとして、
走査型トンネル顕微鏡（STM）の原理を用いて原子配列
を基準目盛としたエンコーダが提案されている（特開昭
62−209302号）。
走査型トンネル顕微鏡（STM）の原理を用いて原子配列
を基準目盛としたエンコーダが提案されている（特開昭
62−209302号）。
この走査型トンネル顕微鏡は導電性試料と導電性探針
の間に電圧を印加して1nm程度の距離まで接近させてト
ンネル電流を流した場合、その距離によりトンネル電流
が指数関数的に変化することを利用したものである。す
なわち、例えば先鋭な探針を用いて、導電性物質からな
る試料表面を探針と試料表面間の距離を一定に保ちなが
ら２次元的に走査した場合、表面の原子配列または凹凸
形状によりトンネル電流が変化するので、これに基づき
試料表面の像を得ることができる（「個体物理」Vol.22
No.3 1987 PP.176−186）。
の間に電圧を印加して1nm程度の距離まで接近させてト
ンネル電流を流した場合、その距離によりトンネル電流
が指数関数的に変化することを利用したものである。す
なわち、例えば先鋭な探針を用いて、導電性物質からな
る試料表面を探針と試料表面間の距離を一定に保ちなが
ら２次元的に走査した場合、表面の原子配列または凹凸
形状によりトンネル電流が変化するので、これに基づき
試料表面の像を得ることができる（「個体物理」Vol.22
No.3 1987 PP.176−186）。
すなわち、規則的原子配列または周期的凹凸形状を有
する試料を基準目盛とし、その基準目盛と探針間に基準
目盛の方向に沿った相対的位置ずれが生じると、それに
応じて周期的にトンネル電流が変化することを利用して
数Å程度という原子オーダーの分解能を有するエンコー
ダを構成することができる。
する試料を基準目盛とし、その基準目盛と探針間に基準
目盛の方向に沿った相対的位置ずれが生じると、それに
応じて周期的にトンネル電流が変化することを利用して
数Å程度という原子オーダーの分解能を有するエンコー
ダを構成することができる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例において、基準目盛として
グラファイト（HOPGまたはKishグラファイト）のような
結晶格子を用いることができるが、実際のグラファイト
のSTM像は第５図（Ａ）のように三角格子状に観察さ
れ、探針の移動する軌跡（図中の矢印7a〜7b）により、
検出されるトンネル電流は第５図（Ｂ）の波形7a′〜7
b′のように変化する。例えば、矢印7aで示すように探
針の軌跡が結晶格子の山にのった場合には、波形7a′の
ように振幅が大きくSN比の良い均一な出力信号が得られ
るが、矢印7bで示すように、結晶格子の整列方向に対し
て傾いた場合は波形7b′のように山にのった所は振幅は
大きく谷を横切るところは小さくなってしまい、均一な
出力信号が得られずエンコーダ出力の誤差となってく
る。
グラファイト（HOPGまたはKishグラファイト）のような
結晶格子を用いることができるが、実際のグラファイト
のSTM像は第５図（Ａ）のように三角格子状に観察さ
れ、探針の移動する軌跡（図中の矢印7a〜7b）により、
検出されるトンネル電流は第５図（Ｂ）の波形7a′〜7
b′のように変化する。例えば、矢印7aで示すように探
針の軌跡が結晶格子の山にのった場合には、波形7a′の
ように振幅が大きくSN比の良い均一な出力信号が得られ
るが、矢印7bで示すように、結晶格子の整列方向に対し
て傾いた場合は波形7b′のように山にのった所は振幅は
大きく谷を横切るところは小さくなってしまい、均一な
出力信号が得られずエンコーダ出力の誤差となってく
る。
実際に上記従来例のようにエンコーダを構成した場
合、探針は矢印7aで示すような軌跡を通ることが望まし
いが、結晶格子等を用いた基準目盛では、エンコーダに
セットする際、目視で結晶方位は確認できないので、結
晶格子の方位が移動量検出方向に対して傾くことが多
く、検出誤差を生じてしまう。
合、探針は矢印7aで示すような軌跡を通ることが望まし
いが、結晶格子等を用いた基準目盛では、エンコーダに
セットする際、目視で結晶方位は確認できないので、結
晶格子の方位が移動量検出方向に対して傾くことが多
く、検出誤差を生じてしまう。
本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、エンコーダ等において、移動量検出方向の傾きによ
る検出誤差をなくすことにある。
み、エンコーダ等において、移動量検出方向の傾きによ
る検出誤差をなくすことにある。
［課題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角度検出方法では、
目盛に対向させてプローブを一定方向に所定の振動数お
よび振幅で振動させながらプローブを介して目盛を検出
し、この検出信号の振動数スペクトル情報に基づいてプ
ローブの振動方向と目盛との角度的位置関係を検出する
ようにしている。
目盛に対向させてプローブを一定方向に所定の振動数お
よび振幅で振動させながらプローブを介して目盛を検出
し、この検出信号の振動数スペクトル情報に基づいてプ
ローブの振動方向と目盛との角度的位置関係を検出する
ようにしている。
また、第１の物体としての目盛を第２の物体としての
プローブを介して検出するエンコーダあるいは情報読取
り装置において、プローブを一定方向に所定の振動数お
よび振幅で振動させる手段と、その振動中にプローブを
介して目盛を検出して得られる検出信号の振動数スペク
トル情報に基づいてプローブの振動方向と目盛との角度
的位置関係を検出する手段とを具備するようにしてい
る。
プローブを介して検出するエンコーダあるいは情報読取
り装置において、プローブを一定方向に所定の振動数お
よび振幅で振動させる手段と、その振動中にプローブを
介して目盛を検出して得られる検出信号の振動数スペク
トル情報に基づいてプローブの振動方向と目盛との角度
的位置関係を検出する手段とを具備するようにしてい
る。
目盛が格子点状の場合は、通常、前記プローブの振動
方向と直角な方向にも所定の振動数および振幅でプロー
ブを振動させるのが好ましい。
方向と直角な方向にも所定の振動数および振幅でプロー
ブを振動させるのが好ましい。
前記プローブと各目盛との距離に応じた振幅の信号と
しては、例えば、プローブと各目盛間を流れるトンネル
電流や、プロープと各目盛間に働く微少な力によるもの
が利用できる。
しては、例えば、プローブと各目盛間を流れるトンネル
電流や、プロープと各目盛間に働く微少な力によるもの
が利用できる。
本発明のエンコーダにおいては、さらに、前記プロー
ブの振動方向と目盛との角度的位置関係の検出結果を反
映する手段として、例えば、その検出結果に基づき第１
の物体と第２の物体間の角度的位置関係を調整する手段
を有するようにしてもよい。
ブの振動方向と目盛との角度的位置関係の検出結果を反
映する手段として、例えば、その検出結果に基づき第１
の物体と第２の物体間の角度的位置関係を調整する手段
を有するようにしてもよい。
［作用］ この構成において、プローブを目盛に対向させ一定方
向に所定の振動数および振幅で振動させることにより得
られる目盛の検出信号の振動数は、単位時間の振動にお
いてプローブが検出する目盛の数に対応する。そしてこ
の目盛数は、目盛に対するプローブの振動方向と対応す
る。したがって、その検出信号の振動数に基きプローブ
の振動方向と目盛との角度的位置関係が検出される。ま
た、例えば、目盛方向とプローブの振動方向とが一致し
ているときに検出されるべき検出信号の振動数を基準と
し、検出信号におけるこの基準振動数成分の強度がピー
クであることをもって目盛方向とプローブの振動方向と
が一致していることが検出される。この場合、目盛が例
えば格子点状であれば、プローブを上記プローブの振動
方向に直角な方向にも格子間隔程度以上の振幅および比
較的低い振動数で振動させて検出範囲を平面化し、一定
時間における検出信号の基準振動数成分の強度スペクト
ルがピークであることをもって目盛方向とプローブの振
動方向とが一致していることが検出される。そして、例
えばこのような一致が検出されるように目盛とプローブ
による変位検出方向との角度を調整して検出結果を反映
することにより正確な変位検出が行なわれる。
向に所定の振動数および振幅で振動させることにより得
られる目盛の検出信号の振動数は、単位時間の振動にお
いてプローブが検出する目盛の数に対応する。そしてこ
の目盛数は、目盛に対するプローブの振動方向と対応す
る。したがって、その検出信号の振動数に基きプローブ
の振動方向と目盛との角度的位置関係が検出される。ま
た、例えば、目盛方向とプローブの振動方向とが一致し
ているときに検出されるべき検出信号の振動数を基準と
し、検出信号におけるこの基準振動数成分の強度がピー
クであることをもって目盛方向とプローブの振動方向と
が一致していることが検出される。この場合、目盛が例
えば格子点状であれば、プローブを上記プローブの振動
方向に直角な方向にも格子間隔程度以上の振幅および比
較的低い振動数で振動させて検出範囲を平面化し、一定
時間における検出信号の基準振動数成分の強度スペクト
ルがピークであることをもって目盛方向とプローブの振
動方向とが一致していることが検出される。そして、例
えばこのような一致が検出されるように目盛とプローブ
による変位検出方向との角度を調整して検出結果を反映
することにより正確な変位検出が行なわれる。
［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図は本発明の一実施例に係るエンコーダの構成
図、第２図はその動作を説明するための説明図である。
図、第２図はその動作を説明するための説明図である。
第１図において、１は探針を駆動する円筒型圧電素
子、２は例えばグラファイトなどの結晶格子からなる基
準目盛である。３は円筒型圧電素子１の先端に固定され
た探針（プローブ）であり、基準目盛２に対して相対移
動量検出方向（図中ｘ方向）に相対移動可能なように配
置されている。すなわち、第２図（ａ）に示すように、
円筒型圧電素子１が固定された対象物101と基準目盛２
が回転機構６を介して固定された対象物102とは、相対
移動量検出方向（図中ｘ方向）に相互に移動可能に支持
されおり、探針３と基準目盛２間の相対移動量として対
象物101と102間の相対移動量を検出するようになってい
る。回転機構６としては、図示してないが、パルスモー
ターを用い、ウォームギヤによる減速機構を設けて回転
させる方式などを用いるようにしてもよい。
子、２は例えばグラファイトなどの結晶格子からなる基
準目盛である。３は円筒型圧電素子１の先端に固定され
た探針（プローブ）であり、基準目盛２に対して相対移
動量検出方向（図中ｘ方向）に相対移動可能なように配
置されている。すなわち、第２図（ａ）に示すように、
円筒型圧電素子１が固定された対象物101と基準目盛２
が回転機構６を介して固定された対象物102とは、相対
移動量検出方向（図中ｘ方向）に相互に移動可能に支持
されおり、探針３と基準目盛２間の相対移動量として対
象物101と102間の相対移動量を検出するようになってい
る。回転機構６としては、図示してないが、パルスモー
ターを用い、ウォームギヤによる減速機構を設けて回転
させる方式などを用いるようにしてもよい。
ここで、円筒型圧電素子１の外周には第２図（ａ），
（ｂ）に示すようなパターンで電極5a,5b,5b′,5c,5c′
が形成されており、内周側には、同図（ｂ）に示すよう
に一様な共通電極5dが形成されている。そして、Ｚ駆動
回路10が電極5aに電圧を印加すると、円筒型圧電素子１
は図中ｚ方向に伸縮し、これにより探針３と基準目盛２
の距離を調節することができるようになっている。ま
た、Ｘ駆動回路16が電極5b,5b′に逆極性の電圧を印加
すると、一方がｚ方向に伸び他方はｚ方向に縮んで円筒
型圧電素子１はｘ方向に曲げられた探針３はｘ方向に駆
動される。同様にＹ駆動回路18が電極5c,5c′に電圧を
印加すると、探針３はｙ方向に駆動される。
（ｂ）に示すようなパターンで電極5a,5b,5b′,5c,5c′
が形成されており、内周側には、同図（ｂ）に示すよう
に一様な共通電極5dが形成されている。そして、Ｚ駆動
回路10が電極5aに電圧を印加すると、円筒型圧電素子１
は図中ｚ方向に伸縮し、これにより探針３と基準目盛２
の距離を調節することができるようになっている。ま
た、Ｘ駆動回路16が電極5b,5b′に逆極性の電圧を印加
すると、一方がｚ方向に伸び他方はｚ方向に縮んで円筒
型圧電素子１はｘ方向に曲げられた探針３はｘ方向に駆
動される。同様にＹ駆動回路18が電極5c,5c′に電圧を
印加すると、探針３はｙ方向に駆動される。
第１図に戻り、探針３と基準目盛２の間には、バイア
ス電極７によりバイアス電圧が加えられ、探針３は、探
針３の先端と基準目盛２との間にトンネル電極が流れる
程度まで基準目盛２に近づけられている。このトンネル
電流はトンネル電流検出回路８により検出され、その出
力信号により探針３と基準目盛２間の平均間隔が、後述
の相対移動、角度調整時にも一定であるように制御され
る。すなわち、トンネル電流設定回路９では、探針３と
基準目盛２とが所望の間隔となるように所定のトンネル
電流を設定し、その値とトンネル電流検出回路８の出力
とのエラー信号を検出する。そして、トンネル電流設定
回路９中のローパスフィルタによりそのエラー信号を平
均化し、これがゼロとなるように駆動回路10を介して、
円筒型圧電素子１の電極5aに制御電圧を印加するように
なっている。
ス電極７によりバイアス電圧が加えられ、探針３は、探
針３の先端と基準目盛２との間にトンネル電極が流れる
程度まで基準目盛２に近づけられている。このトンネル
電流はトンネル電流検出回路８により検出され、その出
力信号により探針３と基準目盛２間の平均間隔が、後述
の相対移動、角度調整時にも一定であるように制御され
る。すなわち、トンネル電流設定回路９では、探針３と
基準目盛２とが所望の間隔となるように所定のトンネル
電流を設定し、その値とトンネル電流検出回路８の出力
とのエラー信号を検出する。そして、トンネル電流設定
回路９中のローパスフィルタによりそのエラー信号を平
均化し、これがゼロとなるように駆動回路10を介して、
円筒型圧電素子１の電極5aに制御電圧を印加するように
なっている。
探針３と基準目盛２との相対移動時には、探針３に
は、基準目盛２の山により、探針３と基準目盛２間の間
隔が変化し、トンネル電流に、移動量に対応した信号が
生じるので、その山の数をカウントすることにより、相
対移動量を検知することができる。移動量測定中はトン
ネル電流検出回路８からの移動量信号は切換スイッチ11
でエンコーダ回路12側に接続され、エンコーダ回路12に
おいて信号処理を行ない、移動量を検出するようになっ
ている。
は、基準目盛２の山により、探針３と基準目盛２間の間
隔が変化し、トンネル電流に、移動量に対応した信号が
生じるので、その山の数をカウントすることにより、相
対移動量を検知することができる。移動量測定中はトン
ネル電流検出回路８からの移動量信号は切換スイッチ11
でエンコーダ回路12側に接続され、エンコーダ回路12に
おいて信号処理を行ない、移動量を検出するようになっ
ている。
移動量の検出法については、特開平１−147317号、１
−147318号、および１−150813号等に記載の公知の方法
を用いることができ、本発明では、特に限定しない。
−147318号、および１−150813号等に記載の公知の方法
を用いることができ、本発明では、特に限定しない。
次に、基準目盛の移動量検出方向に対する角度誤差の
検出法について第１図を参照して説明する。移動量の測
定を行う前は、切換スイッチ11はA/D変換回路13側に接
続されており、トンネル電流検出回路８の出力はA/D変
換回路13を通して、デジタル化されCPU14に取り込まれ
ている。また、発振回路15とＸ駆動回路16により電極5b
に電圧が印加され、これにより探針３は振動数f1、振幅
d1の三角波でｘ方向に定常振動させられている。この振
幅d1は、基準目盛２の山が複数個、例えば10山程度かか
るように探針３が走査するような大きさである。また、
発振回路17とＹ駆動回路18により、電極5cに電圧が印加
され、これにより探針３は振動数f2、振幅d2の三角波で
ｙ方向に定常振動させられている。この振動数f2は、ｘ
方向の振動数f1に比べてかなり小さく設定する。例え
ば、f1＝100Hz〜1KHzならば、f2＝１〜10Hz程度とす
る。さらに振幅d2は基準目盛２がグラファイトなどの結
晶格子からなる場合は、山の列を少なくとも一列以上含
むように探針３が走査するような大きさである。
検出法について第１図を参照して説明する。移動量の測
定を行う前は、切換スイッチ11はA/D変換回路13側に接
続されており、トンネル電流検出回路８の出力はA/D変
換回路13を通して、デジタル化されCPU14に取り込まれ
ている。また、発振回路15とＸ駆動回路16により電極5b
に電圧が印加され、これにより探針３は振動数f1、振幅
d1の三角波でｘ方向に定常振動させられている。この振
幅d1は、基準目盛２の山が複数個、例えば10山程度かか
るように探針３が走査するような大きさである。また、
発振回路17とＹ駆動回路18により、電極5cに電圧が印加
され、これにより探針３は振動数f2、振幅d2の三角波で
ｙ方向に定常振動させられている。この振動数f2は、ｘ
方向の振動数f1に比べてかなり小さく設定する。例え
ば、f1＝100Hz〜1KHzならば、f2＝１〜10Hz程度とす
る。さらに振幅d2は基準目盛２がグラファイトなどの結
晶格子からなる場合は、山の列を少なくとも一列以上含
むように探針３が走査するような大きさである。
このような場合、トンネル電流検出回路８の出力は、
第３図に示すように、探針３が基準目盛２の山にかかっ
ているときは、ｘ方向の走査により基準目盛２の山のピ
ッチをｐ（定数）とすると、 の信号が現われ、山からずれていると信号の振幅が少な
くなる。その際、探針３をｙ方向にも同時に走査してい
るための基準目盛２の山を必ず横切り周期的に信号が出
て、信号自身がなくなることはない。この信号がA/D変
換器13を通してCPU14に取り込まれ、次のようにして角
度誤差が検出される。
第３図に示すように、探針３が基準目盛２の山にかかっ
ているときは、ｘ方向の走査により基準目盛２の山のピ
ッチをｐ（定数）とすると、 の信号が現われ、山からずれていると信号の振幅が少な
くなる。その際、探針３をｙ方向にも同時に走査してい
るための基準目盛２の山を必ず横切り周期的に信号が出
て、信号自身がなくなることはない。この信号がA/D変
換器13を通してCPU14に取り込まれ、次のようにして角
度誤差が検出される。
すなわちまず、このような信号をある一定時間取り込
んでフーリエ変換し、ｘ方向の走査振動数f1に対応する
基準目盛の山の振動数 の信号のスペクトルを求める。
んでフーリエ変換し、ｘ方向の走査振動数f1に対応する
基準目盛の山の振動数 の信号のスペクトルを求める。
第４図（ａ）は、基準目盛２の山のパターンであり、
グラファイトなどの結晶格子はこのような三角格子状を
している。図中、矢印41はｘ方向の走査方向（相対移動
量検出方向）と基準目盛２の方向が一致している場合の
ｘ方向の走査方向であり、矢印42は基準目盛２の角度が
ｘ方向の走査方向（相対移動量検出方向）とずれている
場合のｘ方向の走査方向である。図では、基準目盛２の
パターンを基準に描いているので、ｘ方向の走査方向が
変わっているように見える。
グラファイトなどの結晶格子はこのような三角格子状を
している。図中、矢印41はｘ方向の走査方向（相対移動
量検出方向）と基準目盛２の方向が一致している場合の
ｘ方向の走査方向であり、矢印42は基準目盛２の角度が
ｘ方向の走査方向（相対移動量検出方向）とずれている
場合のｘ方向の走査方向である。図では、基準目盛２の
パターンを基準に描いているので、ｘ方向の走査方向が
変わっているように見える。
このようなパターンの基準目盛２において、矢印41の
方向を０゜として基準目盛２を回転させると、振動数 の信号のスペクトル強度は、第４図（ｂ）のように変化
する。すなわち、基準目盛の方向とｘ方向の走査方向
（相対移動量検出方向）が一致した時は振動数 のスペクトル強度は最大となり、そこから角度がずれる
に従い、その振動数成分は少なくなり、その後増加して
パターンの対称位置で再び最大となる。第４図（ａ）の
パターンの場合は、60゜ごとにピークが出てくる。した
がって、基準目盛２を回転させることにより、振動数 のスペクトルが最大となる角度がわかり、基準目盛の方
向をｘ方向の走査方向すなわち、相対移動量検出方向に
一致させることができる。また、基準目盛２をスペクト
ルが最大となるまで回転させた角度より、最初にずれて
いた角度誤差を定量的に検出できる。すなわち、CPU14
からの信号によりθ駆動回路19を介して基準目盛２の回
転機構６を駆動させ、そのときのトンネル電流の信号を
A/D変換回路13を介してCPU14でモニタしてフーリエ変換
の演算を行ない、基準振動数ｆのスペクトルが最大とな
る角度を検出し、その角度となるように回転機構６を制
御することにより基準目盛の方向を相対移動量検出方向
に一致させることができる。
方向を０゜として基準目盛２を回転させると、振動数 の信号のスペクトル強度は、第４図（ｂ）のように変化
する。すなわち、基準目盛の方向とｘ方向の走査方向
（相対移動量検出方向）が一致した時は振動数 のスペクトル強度は最大となり、そこから角度がずれる
に従い、その振動数成分は少なくなり、その後増加して
パターンの対称位置で再び最大となる。第４図（ａ）の
パターンの場合は、60゜ごとにピークが出てくる。した
がって、基準目盛２を回転させることにより、振動数 のスペクトルが最大となる角度がわかり、基準目盛の方
向をｘ方向の走査方向すなわち、相対移動量検出方向に
一致させることができる。また、基準目盛２をスペクト
ルが最大となるまで回転させた角度より、最初にずれて
いた角度誤差を定量的に検出できる。すなわち、CPU14
からの信号によりθ駆動回路19を介して基準目盛２の回
転機構６を駆動させ、そのときのトンネル電流の信号を
A/D変換回路13を介してCPU14でモニタしてフーリエ変換
の演算を行ない、基準振動数ｆのスペクトルが最大とな
る角度を検出し、その角度となるように回転機構６を制
御することにより基準目盛の方向を相対移動量検出方向
に一致させることができる。
基準目盛２のパターンが第４図（ｃ）に示すような正
方状のときは、基準振動数 のスペクトルは同図（ｄ）を示すように90゜ごとにピー
クを持つ。また、同図（ｅ）のようなライン状のとき
は、ｘ方向の走査方向が矢印41のようにライン状パター
ンと直交したときに最大となり、上述と同様にして基準
目盛の方向を合わせることができる。このようなパター
ンの場合は常に基準目盛の山の信号が出ているので必ず
しも探針をｙ方向に走査する必要はない。
方状のときは、基準振動数 のスペクトルは同図（ｄ）を示すように90゜ごとにピー
クを持つ。また、同図（ｅ）のようなライン状のとき
は、ｘ方向の走査方向が矢印41のようにライン状パター
ンと直交したときに最大となり、上述と同様にして基準
目盛の方向を合わせることができる。このようなパター
ンの場合は常に基準目盛の山の信号が出ているので必ず
しも探針をｙ方向に走査する必要はない。
また、このようなライン状のパターンの場合には、基
準目盛の矢印41の方向を０゜とし、これに対する角度誤
差をθとすると、ｘ方向の目盛のピッチｐは となるので、ｘ方向の走査振動数f1による変調信号の振
動数は となる。
準目盛の矢印41の方向を０゜とし、これに対する角度誤
差をθとすると、ｘ方向の目盛のピッチｐは となるので、ｘ方向の走査振動数f1による変調信号の振
動数は となる。
したがって、この場合、変調信号の振動数は角度誤差
θの関数となり、変調信号の振動数の偏移量により、角
度誤差を求めることができる。すなわち、CPU14におい
てA/D変換回路13からの信号をフーリエ変換し、スペク
トルが最大となる振動数を求めることにより、角度誤差
を演算して求めることができる。
θの関数となり、変調信号の振動数の偏移量により、角
度誤差を求めることができる。すなわち、CPU14におい
てA/D変換回路13からの信号をフーリエ変換し、スペク
トルが最大となる振動数を求めることにより、角度誤差
を演算して求めることができる。
また、回転機構６としては、図示してないが、パルス
モーターを用い、ウォームギヤによる減速機構を設けて
回転させる方式などを用いてもよい。目盛はエンコーダ
の測定用目盛に限らず、一定周期配列のもの、例えば特
開昭63−161553号、特開昭64−35743号にあるような情
報記録再生装置用の情報記録担体内の所定周期で配列さ
れた情報ビットであってもよい。この場合この情報記録
再生装置に上述本発明の機能を前述実施例と同様な形で
持たせればよい。
モーターを用い、ウォームギヤによる減速機構を設けて
回転させる方式などを用いてもよい。目盛はエンコーダ
の測定用目盛に限らず、一定周期配列のもの、例えば特
開昭63−161553号、特開昭64−35743号にあるような情
報記録再生装置用の情報記録担体内の所定周期で配列さ
れた情報ビットであってもよい。この場合この情報記録
再生装置に上述本発明の機能を前述実施例と同様な形で
持たせればよい。
［発明の効果］ 以上説明したように、目盛に対向させてプローブを一
定方向に所定の振動数および振幅で振動させながらプロ
ーブを介して目盛を検出し、この検出信号の振動数スペ
クトル情報に基づいてプローブの振動方向と目盛とに角
度的位置関係を検出するようにしたため、その検出結果
に基いて目盛の変位量検出方向に対する傾きを調整する
ことができる。
定方向に所定の振動数および振幅で振動させながらプロ
ーブを介して目盛を検出し、この検出信号の振動数スペ
クトル情報に基づいてプローブの振動方向と目盛とに角
度的位置関係を検出するようにしたため、その検出結果
に基いて目盛の変位量検出方向に対する傾きを調整する
ことができる。
第１図は、本発明の一実施例に係るエンコーダの構成
図、 第２図（ａ）および（ｂ）は、第１図の装置の動作を説
明するための説明図、 第３図は、第１図の装置における検出信号の説明図、 第４図（ａ）〜（ｆ）は、第１図の装置に適用し得る基
準目盛のパターンと信号の説明図、そして 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、従来例の説明図である。 1:円筒型圧電素子、2:基準目盛、3:探針、5a,5b,5b′,5
c,5c′：電極、5d:共通電極、6:回転機構、8:トンネル
電流検出回路、9:トンネル電流設定回路、10:Z駆動回
路、11:切換スイッチ、12:エンコーダ回路、13:A/D変換
回路、14:CPU、15,17:発振回路、16:X駆動回路、18:Y駆
動回路、101,102:対象物。
図、 第２図（ａ）および（ｂ）は、第１図の装置の動作を説
明するための説明図、 第３図は、第１図の装置における検出信号の説明図、 第４図（ａ）〜（ｆ）は、第１図の装置に適用し得る基
準目盛のパターンと信号の説明図、そして 第５図（Ａ）および（Ｂ）は、従来例の説明図である。 1:円筒型圧電素子、2:基準目盛、3:探針、5a,5b,5b′,5
c,5c′：電極、5d:共通電極、6:回転機構、8:トンネル
電流検出回路、9:トンネル電流設定回路、10:Z駆動回
路、11:切換スイッチ、12:エンコーダ回路、13:A/D変換
回路、14:CPU、15,17:発振回路、16:X駆動回路、18:Y駆
動回路、101,102:対象物。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 邦裕 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 (72)発明者 川瀬 俊光 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２−293622（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6422（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32 G01D 5/00 - 5/62
Claims (15)
- 【請求項１】少なくとも一方向に配列される目盛に対向
させてプローブを所定方向に所定の振動数及び振幅で振
動させてプローブを介して目盛を検出し、この検出信号
の振動数スペクトル情報に基づいてプローブの振動方向
と目盛の配列方向との角度的位置関係を検出することを
特徴とする角度的位置関係検出方法。 - 【請求項２】前記検出信号の所定の振動数成分の強度に
基づいて前記角度的位置関係を検出する、請求項１記載
の角度的位置関係検出方法。 - 【請求項３】前記検出信号の振動数に基づいて前記角度
的位置関係を検出する、請求項１記載の角度的位置関係
検出方法。 - 【請求項４】前記プローブの振動方向と直角な方向にも
所定の振動数及び振幅でプローブを振動させる、請求項
２又は３記載の角度的位置関係検出方法。 - 【請求項５】前記検出信号は、プローブと目盛間を流れ
るトンネル電流によるものである、請求項１〜４いずれ
かに記載の角度的位置関係検出方法。 - 【請求項６】前記検出信号は、プローブと目盛間に働く
微小な力によるものである、請求項１〜４いずれかに記
載の角度的位置関係検出方法。 - 【請求項７】第１の物体としての少なくとも一方向に配
列される目盛を第２の物体としてのプローブを介して検
出し、その検出信号に基づいて第１の物体と第２の物体
との間の変位を検出するエンコーダにおいて、プローブ
を所定方向に所定の振動数及び振幅で振動させる手段
と、その振動中にプローブを介して目盛を検出して得ら
れる検出信号の振動数スペクトル情報に基づいてプロー
ブの振動方向と目盛の配列方向との角度的位置関係を検
出する手段とを具備することを特徴とするエンコーダ。 - 【請求項８】前記角度的位置関係を検出する手段は検出
信号の所定の振動数成分の強度に基づいて前記角度的位
置関係を検出する、請求項７記載のエンコーダ。 - 【請求項９】前記角度的位置関係を検出する手段は検出
信号の振動数に基づいて前記角度的位置関係を検出す
る、請求項７記載のエンコーダ。 - 【請求項１０】前記プローブの振動方向と直角な方向に
も所定の振動数及び振幅でプローブを振動させる手段を
有する、請求項８又は９記載のエンコーダ。 - 【請求項１１】前記検出信号は、プローブと各目盛間を
流れるトンネル電流によるものである、請求項７〜10の
いずれかに記載のエンコーダ。 - 【請求項１２】前記検出信号は、プローブと各目盛間に
働く微小な力によるものである、請求項７〜10いずれか
に記載のエンコーダ。 - 【請求項１３】前記角度的位置関係を検出する手段によ
る検出結果に基づき第１の物体と第２の物体間の角度的
位置関係を調整する手段を有する請求項７記載のエンコ
ーダ。 - 【請求項１４】第１の物体としての少なくとも一方向に
配列される目盛を第２の物体としてのプローブを介して
検出する情報読取り装置において、プローブを所定方向
に所定の振動数及び振幅で振動させる手段と、その振動
中にプローブを介して目盛を検出して得られる検出信号
の振動数の状態に基づいてプローブの振動方向と目盛と
の角度的位置関係を検出する手段とを具備することを特
徴とする情報読取り装置。 - 【請求項１５】少なくとも一方向に配列される目盛に対
向させたプローブと該プローブを所定方向に所定の振動
数及び振幅で振動させる振動手段と、前記プローブを介
して目盛を検出し、この検出信号の振動数スペクトル情
報に基づいてプローブの振動方向と目盛の配列方向との
角度的位置関係を検出する角度的位置関係検出手段とを
有することを特徴とする角度的位置関係検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2265086A JP2761801B2 (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ |
| US07/766,094 US5329513A (en) | 1990-10-04 | 1991-09-27 | Angular relationship detection device and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2265086A JP2761801B2 (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04142403A JPH04142403A (ja) | 1992-05-15 |
| JP2761801B2 true JP2761801B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=17412406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2265086A Expired - Fee Related JP2761801B2 (ja) | 1990-10-04 | 1990-10-04 | 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5329513A (ja) |
| JP (1) | JP2761801B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3412856B2 (ja) * | 1992-04-01 | 2003-06-03 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置及びこれに用いるデバイス |
| JP3073616B2 (ja) * | 1992-12-24 | 2000-08-07 | キヤノン株式会社 | マルチプローブを具備する情報処理装置 |
| US5502710A (en) * | 1993-03-08 | 1996-03-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Recording bit extraction by calculating curvature of pixels in scanning probe microscope |
| US5973310A (en) * | 1997-12-10 | 1999-10-26 | Ems Technologies Canada, Ltd. | Optical acquisition and tracking system |
| US6829941B2 (en) * | 2002-10-10 | 2004-12-14 | Andrey Gennadievich Alexenko | Tunnel effect nanodetector of mechanical vibrations and method for preparation thereof |
| US20050128927A1 (en) * | 2003-12-15 | 2005-06-16 | Hewlett-Packard Development Co., L.P. | Electrostatic actuator for contact probe storage device |
| US7423954B2 (en) * | 2003-12-17 | 2008-09-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Contact probe storage sensor pod |
| US7436753B2 (en) | 2003-12-17 | 2008-10-14 | Mejia Robert G | Contact probe storage FET sensor |
| US7212487B2 (en) * | 2004-01-07 | 2007-05-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Data readout arrangement |
| US7212488B2 (en) | 2005-03-21 | 2007-05-01 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Method and device enabling capacitive probe-based data storage readout |
| DE102006021289B4 (de) * | 2006-05-05 | 2010-05-12 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. d. d. Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertr. d. d. Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Winkelteilung |
| US7486403B2 (en) * | 2006-07-20 | 2009-02-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Droplet shape measuring method and apparatus |
| DE102006054603A1 (de) * | 2006-11-20 | 2008-05-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine |
| DE102006055012B4 (de) * | 2006-11-22 | 2021-01-14 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ222089A (en) * | 1986-10-20 | 1993-03-26 | Malcolm B Herring | Endothelial cell harvester with irrigation means for enzyme treatment of blood vessel |
| JP2556520B2 (ja) * | 1987-07-31 | 1996-11-20 | キヤノン株式会社 | 記録装置及び記録法 |
| JP2547334B2 (ja) * | 1987-12-04 | 1996-10-23 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| JP2547333B2 (ja) * | 1987-12-04 | 1996-10-23 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| JP2559048B2 (ja) * | 1987-12-09 | 1996-11-27 | キヤノン株式会社 | 相対変位量測定装置 |
| EP0307211A3 (en) * | 1987-09-10 | 1991-05-15 | Seiko Instruments Inc. | Memory reading device |
| US5144581A (en) * | 1989-02-09 | 1992-09-01 | Olympus Optical Co., Ltd. | Apparatus including atomic probes utilizing tunnel current to read, write and erase data |
| JP2775464B2 (ja) * | 1989-04-27 | 1998-07-16 | キヤノン株式会社 | 位置検出装置 |
| US5132533A (en) * | 1989-12-08 | 1992-07-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for forming probe and apparatus therefor |
| US5187367A (en) * | 1990-08-14 | 1993-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Cantilever type probe, scanning tunneling microscope and information processing device equipped with said probe |
| US5155359A (en) * | 1991-04-05 | 1992-10-13 | Metrologix, Inc. | Atomic scale calibration system |
-
1990
- 1990-10-04 JP JP2265086A patent/JP2761801B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-09-27 US US07/766,094 patent/US5329513A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04142403A (ja) | 1992-05-15 |
| US5329513A (en) | 1994-07-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |