(57)【要約】微小移動測定装置は、その移動が測定される検体（１０７）に連結されるプローブの先端または平板などの第１の要素を有する。第２の要素（１０４）は、第１の要素に隣接して配置され、第１の要素と第２の要素との間の空隙（１０８）を形成する。検体および第１の要素が測定要素から徐々に離れると、空隙のサイズが大きくなり、第２の要素は繰り返し上方に移動し、空隙を元のサイズまで回復する。これらの反復される、測定要素（１０４）のわずかな量子化された移動はカウントされ、検体（１０７）がどれくらい移動したかを示すために用いられる。他の実施形態においては、第１の要素は徐々に第２の要素に近づくように移動してもよく、その場合、第２の要素は繰り返し離れるように移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小移動装置であって、
（ａ）第１の可動要素と、
（ｂ）両端に動作電圧が印加される空隙によって前記第１の可動要素と離間されている第２の可動要素と、
（ｃ）前記微小移動装置が第１の状態の場合に、前記第２の可動要素を、前記第１の可動要素に近づけるか、または前記第１の可動要素から離すように移動させるアクチュエータと、
（ｄ）前記微小移動装置が第２の状態の場合に、前記第２の可動要素の位置を固定する固定装置と、
（ｅ）前記空隙を流れる電流を検出し、前記電流が第１のしきい値に達した場合に、前記微小移動装置を前記第１の状態から前記第２の状態に自動的に切り替え、前記電流が第２のしきい値に達したときに、前記微小移動装置を前記第２の状態から前記第１の状態に戻す切替コントローラと、
（ｆ）状態変化をカウントするためのカウンタと、を有する微小移動装置。
【請求項２】
前記第２の可動要素は測定要素であり、前記カウンタが前記測定要素の量子化された移動をカウントする、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項３】
前記第２の可動要素は外部部材に連結され、前記外部部材の制御された微小移動を生じさせるアクチュエータとして動作する、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは電磁石である、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは静電アクチュエータである、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは圧電アクチュエータである、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項７】
前記第１の可動要素が、前記第２の可動要素と対向する平坦面を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項８】
前記第２の可動要素が、前記第１の可動要素と対向する鋭利な端部を有するピンである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項９】
前記第２の可動要素は、摩擦支持部によって長手方向への移動に対して支持されるピンである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項１０】
前記摩擦支持部は、前記ピンが接する第１および第２のＶ字型の溝を備える、請求項９に記載の微小移動装置。
【請求項１１】
前記摩擦支持部は、開口を有する第１および第２の支持プレートを備え、
前記ピンが前記開口の内部に接触する、請求項９に記載の微小移動装置。
【請求項１２】
開口は円形である、請求項１０に記載の微小移動装置。
【請求項１３】
開口の縁が、前記ピンが接する対のＶ字型支持溝を形成する、請求項１０に記載の微小移動装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータは、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素に近づけるように移動させる、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項１５】
前記アクチュエータは、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素から離すように移動させる、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素に近づけるか、またはこれから離すように移動させるように選択的に制御可能である、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項１７】
前記第２の可動要素の移動は、摩擦によって停止する、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項１８】
前記第２の可動要素の移動は、制御可能な固定装置によって停止する、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項１９】
前記制御可能な固定装置は圧電クランプである、請求項１８に記載の微小移動装置。
【請求項２０】
前記制御可能な固定装置は電磁クランプである、請求項１８に記載の微小移動装置。
【請求項２１】
前記アクチュエータは電磁コイルであり、この電磁コイルは、作動時に、前記第２の可動要素に固定されるコアに対して力を加える、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項２２】
前記コアは前記電磁コイルの内部に位置する、請求項２１に記載の微小移動装置。
【請求項２３】
前記コアは磁化されている、請求項２２に記載の微小移動装置。
【請求項２４】
前記電磁コイルは、第１の方向に前記第２の可動要素を移動させるための第１の極性および第２の方向に前記第２の可動要素を移動させるための第２の極性において、選択的に動作可能である、請求項２３に記載の微小移動装置。
【請求項２５】
前記アクチュエータは、前記第２の可動要素を第１の方向に移動させる第１のアクチュエータおよび前記第２の可動要素を第２の方向に移動させる第２のアクチュエータを備える、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項２６】
前記アクチュエータが、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素の方向に引っ張るように作動する、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項２７】
前記アクチュエータが、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素の方向に押すように作動する、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項２８】
前記アクチュエータが、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素から離れるように引っ張る、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項２９】
前記アクチュエータが、前記第２の可動要素を前記第１の可動要素から離れるように押す、請求項１に記載の微小移動装置。
【請求項３０】
前記切替コントローラが、前記第１の可動要素と前記第２の可動要素との間に洗浄電圧を印加するための洗浄モードを有する、請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項３１】
前記洗浄電圧が、およそ１ボルトまたはそれ以上である、請求項３０に記載の微小移動装置。
【請求項３２】
前記第１のしきい値が、前記第２のしきい値と同じであるか、または任意のコントローラのヒステリシスによってのみ異なる、請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項３３】
前記第１のしきい値および前記第２のしきい値が異なる、請求項１乃至３１のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項３４】
前記第１の可動要素は、可撓膜、共振子、またはスプリングに対しての移動のために固定されている、請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項３５】
アクチュエータは、可撓膜、共振子、またはスプリングに取り付けられ、かつ可撓膜、共振子、またはスプリングとともに移動する、請求項３４に記載の微小移動装置。
【請求項３６】
アクチュエータは、可撓膜、共振子、またはスプリングから離間して取り付けられ、前記可撓膜、共振子、またはスプリングとともに移動しない、請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の微小移動装置。
【請求項３７】
前記第１の可動要素と前記第２の可動要素との間の空隙が、複数のハウジング壁を有する気密性ハウジングの内部に配置され、前記複数のハウジング壁のうちの一つが、前記可撓膜、共振子、またはスプリングによって画定される、請求項３４に記載の微小移動装置。
【請求項３８】
前記気密性ハウジングが、不活性ガスで充填されている、請求項３７に記載の微小移動装置。
【請求項３９】
前記気密性ハウジングが、絶対温度８０Ｋに保持される、請求項３７または請求項３８に記載の微小移動装置。
【請求項４０】
請求項１に記載の装置および前記第１の可動要素に固定される圧力感受可撓膜を備える圧力センサ。
【請求項４１】
請求項１に記載の装置および反応質量を固体に固定するための固定手段を備え、前記反応質量は前記第１の可動要素と連結するか、またはそれを形成する一部である、固体波センサ。
【請求項４２】
前記固定手段がスパイクである、請求項４１に記載のセンサ。
【請求項４３】
請求項４１または請求項４２に記載のセンサを含む地震動検出器。
【請求項４４】
請求項１に記載の装置を備える熱放射検出器であって、
前記第１の可動要素は、受け取った放射の影響下で膨張する放射感受部材と連結するか、またはそれを形成する一部である、熱放射検出器。
【請求項４５】
請求項１に記載の装置を備える湿度検出器であって、
前記第１の可動要素は、周囲空気の水蒸気の影響下で膨張する水蒸気感受部材と連結するか、またはそれを形成する一部である、湿度検出器。
【請求項４６】
請求項１に記載の装置を備える磁界検出器であって、
前記第１の可動要素は、磁性部材と連結するか、またはそれを形成する一部であり、前記磁性部材は、磁界の影響下で歪むかまたは移動するように配置されている、磁界検出器。
【請求項４７】
請求項１に記載の装置を備える加速度計であって、
前記第１の可動要素は、内部質量部材と連結するか、またはそれを形成する一部である、加速度計。
【請求項４８】
ハウジングを備える請求項４７に記載の加速度計であって、
測定要素は、前記第２の状態において、前記ハウジングに対する移動に対して固定され、前記内部質量部材は、前記ハウジングが加速されている場合、前記ハウジングに対して移動することができる、加速度計。
【請求項４９】
微小移動装置であって、
（ａ）その移動が測定される感受要素と、
（ｂ）前記感受要素に対して移動可能であり、その両端に電圧が印加される空隙によって前記感受要素と離間されている測定要素と、
（ｃ）前記測定要素の位置を制御可能に固定するための固定部と、
（ｄ）前記固定部を制御し、かつ前記固定部が開放される第１の状態と、前記測定要素が前記固定部によって固定される第２の状態とを切り換え可能なコントローラと、を有し、
前記第１の状態では、前記空隙に電界放出電流が発生するまで、前記測定要素が前記感受要素に接近し、その後、前記コントローラが前記第２の状態に切り替わり、
前記第２の状態では、前記電界放出電流が遮断されるまで、前記感受要素が前記測定要素から離間され、その後、前記コントローラが前記第１の状態に戻り、
前記測定要素を前記感受要素の方向に押すために付勢装置が配置されている微小移動測定装置。
【請求項５０】
微小移動装置であって、
（ａ）その移動が測定される感受要素と、
（ｂ）前記感受要素に対して移動可能であり、その両端に電圧が印加される空隙によって前記感受要素と離間されている測定要素と、
（ｃ）前記測定要素の位置を制御可能に固定するための固定部と、
（ｄ）前記固定部を制御し、かつ前記固定部が開放される第１の状態と、前記測定要素が前記固定部によって固定される第２の状態とを切換可能なコントローラと、を有し、
前記第１の状態では、前記空隙に電界放出電流が発生するまで、前記測定要素が前記感受要素に接近し、その後、前記コントローラが前記第２の状態に切り替わり、
前記第２の状態では、前記電界放出電流が遮断されるまで、前記感受要素が前記測定要素から離間され、その後、前記コントローラが前記第１の状態に戻り、
前記第１の状態において、前記測定要素が、重力の影響下で前記感受要素の方向に落下するように、前記測定要素が前記感受要素の上に配置されている微小移動測定装置。
【請求項５１】
（ａ）請求項１乃至３９のいずれか１項に記載され、第１の方向に移動するように配置されている第１の装置と、
（ｂ）請求項１乃至３９のいずれか１項に記載され、第２の逆の方向に移動するように配置されている第２の装置とを備える、双方向微小移動装置。
【請求項５２】
第１の装置の第１の可動要素は、第２の装置の第１の可動要素と連結または共有する、請求項５１に記載の双方向微小移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小移動の測定用の装置および方法に関し、より詳細には、例えばサブオングストローム
【数１】
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スケールの変位を検出および記録するための線形測定トランスデューサに関するが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
微小移動または線形変位を高精度で測定するための従来の装置およびトランスデューサが、干渉分光法、キャパシタンスまたは量子トンネル効果を利用する分野で知られている。
【０００３】
Ｘ線干渉計は、現在のところ、ピコメートルスケールという最高の感度を提供している。
しかし、これらの干渉計は、非常に大きく、扱いにくく、高価である。
したがって、これらの干渉計は、複雑かつ厳密な機械の設置と部品構成を必要としているため、多くの状況や利用分野に用いるには実用性に欠ける。
【０００４】
容量性の微小移動測定装置は、微小移動によってコンデンサのプレート間の離間距離が変わり、この結果生じるキャパシタンスの変化を利用して動作する。
このキャパシタンスの変化が検出されて、プレートの変位量の計算に使用される。
一般に、容量性の微小移動測定装置の感度が上がるほど、測定可能な測定レンジが狭くなることがわかっている。
【０００５】
ソビエト発明者証９４７  ６２６号明細書は、１ｍｍのオーダーの比較的広い測定レンジにわたる、サブミクロンスケールの微小移動測定装置を開示している。
この装置は、微小移動が発生したときの一対の接点間の物理的接触および電気的接触の損失の検出を行ない、接点を一緒に押し戻し、物理的接触および電気的接触を復元するスプリングを使用している。
この装置では、接点を一緒に押し戻すスプリングによって、接点に弾性微小ひずみおよび微小変形が生じたり、接点に電気的腐食が発生して、その形状が変わり、測定の測定精度および安定性が低下しかねない。
【０００６】
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）などの量子トンネル装置には、測定レンジが数ナノメータのオーダーであり、狭いという欠点がある。
このレンジは、圧電材料を利用して、ＳＴＭプローブの先端を移動させることによって拡げることができる。
しかし、微小移動をこのように測定するためには、極めて高い精度で正確に制御可能な圧電材料が必要となる。
ＳＴＭに関連する別の問題に、その大きさ、複雑さおよびコストがあり、特定の状況や利用分野では、これらを事実上使用することができない。
【０００７】
本発明に最も近い先行技術は、国際公開第０２／４２８００号明細書である。
同文献は、微小移動を受けている被検物によって生じる、界磁電子放出電流の遮断を検出して動作する微小移動測定装置を開示している。
微小移動後に、界磁電子放出電流を復旧させるように、固定電磁石と引張り電磁石を利用して、先端同士を十分に接近させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、その最も広い形態として、独立請求項の特徴部分に記載されているその特徴によって特徴づけられる。
【０００９】
本発明に係る装置は、線形および角度の両方について、非常に高精度かつ高感度の微小移動測定を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態は、数オングストローム
【数２】
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の変位を検出することが可能な一方、比較的大きな動的な実質的に線形の測定レンジ（例えば最大１ｍｍ）も提供する。
【００１１】
本発明に従って製造された装置は、大気圧センサなどの圧力センサ、超低周波センサ、ソリトン波センサ、剪断波センサ、圧力波センサ、地震活動センサ、盗難警報機、温度センサ、湿度センサ、重力センサ、加速度計、力センサ、電界センサ、磁界センサ、重力波センサなど、膨大な数の分野に用途があることが予想されるが、これらに限定されない。
【００１２】
移動検出を微小駆動装置と併用すると、可能な利用分野の数は更に増える。
移動範レンジが数ナノメートルの現在利用可能なアクチュエータは滑ることが多いため、このような移動を別個の装置によってモニタすることが必要となる。
アクチュエータと測定システムの組み合わせの考えられる利用分野には、以下のようなものがある。
ライフサイエンス、医学および生物学の分野では、走査顕微鏡、パッチクランプ、遺伝子操作、細胞穿通、微小投薬がある。
半導体およびマイクロエレクトロニクスの分野では、ナノ計測、ウェハおよびマスクの位置決め／位置合わせ、微少寸法測定、マイクロリソグラフィ、検査システム、振動防除がある。
光学、フォトニクス、光ファイバ計測および測定技術の分野では、光ファイバの位置合せおよびスイッチング、像安定化、適応光学、走査顕微鏡、オートフォーカスシステム、干渉分光法、適応および能動光学、レーザチューニング、ミラーの位置決めがある。
精密機械および機械工学の分野では、ファストツールサーボ、非円仕上げ（ボーリング、ドリリング、ターニング）振動防除、スマートストラクチャ／ストラクチャ変形、摩耗補正、ニードル弁の駆動、マイクロポンプ、押出加工装置のナイフエッジ制御、微小彫刻システムがある。
【００１３】
本発明は、多くの方法で実行することができ、ここに、複数の特定の実施形態を、図面を参照して例として記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明に係る微小移動測定装置の第１実施形態に使用している測定回路１００の模式図である。
【００１５】
図に概略的に示すように、この装置は、縦に位置合わせされた可動の測定要素１０４と感受要素１０５を備える。これらの要素は、測定要素１０４の測定先端１０２が、感受要素１０５の感受先端１０３の近くに配置されるように、接近して配置されている。
測定先端と感受先端は、狭い空隙１０８をあけて離間されており、この空隙は、数ナノメートル、より好ましくは、数オングストロームのオーダーなどである。
シグナルプロセッサ１０１が、測定先端に動作電圧を印加し、この結果、（空隙１０８が十分に小さな場合）空隙を通って、感受先端１０３、アース１１０へと電流が流れる。電流が流れる空隙１０８の大きさは、明らかなように、先端１０２に印加される動作電圧によって決まり、空隙が広すぎる場合には電流は全く流れない。
【００１６】
印加される動作電圧の大きさは、特定の利用分野に応じて、実験によって選択されうるが、一般に、ミリボルトの範囲（例えば５０ｍＶ）など、１Ｖ未満の弱い電圧を印加することが最も好ましい。
この電圧は、金（Ａｕ）の先端の沸騰（０．９Ｖ）、融解（０．４３Ｖ）および軟化（０．０８Ｖ）を引き起こす電圧よりも低い（Ｋｈｏｌｍ  Ｒ．，  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｃｔｓ，  Ｍｏｓｃｏｗ，  １９６１参照）。
このため、このような低電圧を用いることにより、電気的接点の沸騰／融解および軟化と、その形状の変化によって、先端の歪みが低減し、その結果生じる測定誤差が低減される。
高い電圧を使用する場合には、どのような場合でも、先端間に電子の急激な増加が生じないように、電圧を十分に低くするように注意する必要がある。この理由は、これにより先端から原子が引き剥がされて、先端の形状が歪んでしまい、空隙の大きさの精度が変わってしまうと共に、空隙を流れる電流が不必要に変動および急増してしまう可能性があるからである。
先端は、好ましくは、開口角度６０°〜１８０°の円錐形である。
これにより、先端から良好に熱が放出されると共に、その形状の安定性が向上し、先端の性能の信頼性が高くなる。
【００１７】
関連している物理学の理論は正確には解明されていないものの、極めて短い間隔を流れる電流は、量子トンネルのみによって生ずるわけではない（実際、量子トンネルも起こる）と考えられている。
通常、量子トンネル装置は、数ナノメートルのオーダーの間隔を使用しているが、本装置では、その１０分の１、すなわち数オングストロームの空隙を利用している。
好ましくは、空隙１０８は、１０Å未満であり、例えば約５Å、２Åまたは１Åなどである。
１Å未満の空隙を使用することも可能である。
本発明の実施形態において、空隙を流れる電流は、電界電子放出（ＦＥＥ）電流と呼ばれる。
【００１８】
感受要素１０５の遠端には、薄い可撓膜１０６が取り付けられており、これは、通常円形であり、その円周の周囲で、固定膜マウント１１１によって取り付けられている。
感受先端１０３からみて膜の遠い側の感受要素１０５の端に、被検物１０７が固定または当接されている。
この装置の目的は、被検物１０７のごく僅かな移動を検出および測定することにある。
【００１９】
下記で更に詳細に後述するように、図２〜図７を参照すると、本発明は、その各種実施形態において、被検物１０７が図１の矢印１１２の方向に移動したときの、シグナルプロセッサ１０１からグラウンド１１０に流れる電流の遮断を検出して、微小移動を測定する。
被検物が矢印の方向に移動すると、感受要素１０５も付随して移動し、これにより、空隙１０８の大きさが広がる。
ある時点で、空隙の大きさが広がりすぎて電流が流れなくなり、この電流の遮断または停止がシグナルプロセッサ１０１によって検出される。
この時点で、測定要素１０４が縦に移動して、空隙の大きさが再び縮まる。
（先端同士が実際に接触するよりも先に）所定の臨界間隔に達すると、電流が再び流れ始め、測定要素１０４がその位置に固定される。
この過程が繰り返され、測定要素１０４が被検物１０７に付随して徐々に、しかしステップ式に移動される。
シグナルプロセッサがこのステップをカウントし、このステップ数を距離に変換する。
この距離が、被検物１０７が移動した距離を表す値とみなされる。
【００２０】
図２は、本発明に係る微小移動測定装置の第１実施形態２００の模式図である。
この装置は、シグナルプロセッサ２０１、測定先端２０２、感受先端２０３、可動測定要素２０４、感受要素２０５、可撓膜２０６、および微小移動を測定する被検物２０７を備えた、上記に詳述した測定回路を備える。
【００２１】
また、この装置は、固定電磁石２０８、押出し電磁石２０９、およびガイド部材２１０も備える。
測定要素２０４は、ガイド部材２１０に収納されており、ガイド部材２１０は、測定要素が、ガイド部材の長軸方向に自由に移動できるようにするが、横への移動を禁止する。
測定要素２０４の基端は、測定要素がガイド部材の長軸方向に自由移動できるようにする測定要素支持部（図示せず）に連結されうる。
【００２２】
シグナルプロセッサ２０１が、固定電磁石２０８に電気的に接続されている。
この実施形態では、測定要素２０４は、シグナルプロセッサ２０１から励磁電流が印加されて励磁され、固定電磁石の周りに磁界が生成されたときに、固定電磁石に向かい、ガイド部材の長手方向に直交する方向に、固定電磁石が測定要素を引き寄せることを可能にする磁性材料部分２１１を更に有する。
これにより、測定要素がガイド部材に押される。
この力と、測定要素とガイド部材と間の摩擦の結果、測定要素が、任意の選択された定位置に保持されうる。
測定要素の固定手段として電磁石を使用することによって、円滑かつ制御可能なクランプ力を加えることができる。
【００２３】
シグナルプロセッサ２０１は、押出し電磁石２０９にも電気的に接続されている。
測定要素の先端では、測定要素にカラー２１２が取り付けられている。
このカラーは、シグナルプロセッサによって励磁され、押出し電磁石の周りに磁界が生成されたときに、押出し電磁石が、ガイド部材の長軸方向に、カラーおよび測定要素を感受要素に対して押し、測定先端と感受先端と間の先端離間距離２１３を縮めることを可能にする磁性材料を有する。
【００２４】
空隙２１３の大きさは、通常、非常に狭いため、測定先端２０２および感受先端２０３が、塵粒子や、腐食を生じさせうる雰囲気中で汚染物質または酸素などの、好ましくない外部の影響から保護されていることが望ましい。
このため、図２の実施形態では、装置の全ての可動部品が、適切な不活性ガス（ヘリウムなど）を含む気密性チャンバ２１４内に収納されている。
気密性チャンバ２１４内の不活性ガスは、感受先端と測定先端のコールドウェルドを防ぐと共に、先端同士が万が一接触した場合の衝撃を弱める。
また、不活性ガスは、測定先端および感受先端の作用面（ＦＥＥが発生する先端の端の領域）に、ＦＥＥ電流特性を変えるおそれのある膜が形成されるのを防ぐ。
図２の実施形態では、可撓膜２０６は、チャンバの１面を画定している。
図示されていないが、測定要素２０４に固定した別の可撓膜を設けて、これにより、固定電磁石２０８および／または押出し電磁石２０９をチャンバの外に配置できるようにすることも可能である。
当然、シグナルプロセッサ２０１を、図２に示すようなチャンバの外ではなく、チャンバの中に配置することも可能である。
【００２５】
初期状態では、シグナルプロセッサ２０１は、固定電磁石２０８に励磁電流を印加して、固定電磁石２０８を励磁し、固定電磁石２０８によって測定要素２０４を定位置に保持させている。
シグナルプロセッサ２０１は、同時に測定先端２０２にも動作電圧を供給する。
空隙２１３が十分に小さいと仮定すると、測定先端と感受先端と間にＦＥＥ電流が発生する。
このため、電流（シグナルプロセッサによって検出可能）が、シグナルプロセッサ２０１から測定先端２０２、感受先端２０３、アース２１７へと、測定回路を流れる。
装置は、被検物２０７の微小移動が発生するまで、この安定状態にとどまっている。
【００２６】
測定可能な微小移動が発生する（例えば、被検物２０７が収縮したり、または測定要素から離れる方向に移動する）と、被検物に連結されている感受要素も、測定要素から離れる微小移動を受ける。
この結果、測定先端と感受先端と間の離間距離が広がり、ＦＥＥ電流が遮断される。
シグナルプロセッサは、この電流の遮断を検出し、固定電磁石２０８への励磁電流の印加を中断して、代わりに押出し電磁石２０９に励磁電流を印加する。
【００２７】
測定要素２０４の励磁の中断と、押出し電磁石２０９の励磁が同時に行われると、測定要素が、空隙２１３を縮める方向に長手方向に移動される。
この移動は、ＦＥＥ電流が再び流れ始めるまで十分に短くなるまで続く。
シグナルジェネレータ２０１は、予め設定されたしきい値レベルを越える電流を検出すると直ちに、押出し電磁石２０９への励磁電流の印加を自動的に中断して、同時に、固定電磁石２０８に励磁電流を再び印加する。
前述のように、この状態の変化は、測定先端と感受先端が実際に物理的に接触する前に起こる。
【００２８】
固定電磁石と押出し電磁石の状態を、交互に励磁状態と非励磁状態とするこの過程により、測定要素が固定されている固定モードと、測定要素が感受要素２０５の方向に押される自由モードとの間で、装置が繰り返し切り替わることが可能となる。
いずれのモードにおいても、被検物２０７が、矢印２１６の方向に緩慢かつ徐々に移動し続けうることが理解されよう。
【００２９】
被検物の微小移動によって発生する遮断と電流の復旧とを繰り返し、安定状態間を遷移させることにより、測定回路を通って流れている電流に、立ち下がりパルスと立ち上がりパルスが生ずる。
これらはシグナルプロセッサ２０１によって検出され、記録および／または表示のため、ＬＣＤまたはコンピュータディスプレイなどのインジケータ２１５に出力される。
【００３０】
各パルスは、測定要素の１つの移動に対応する微小移動の量子化を表している。
試作装置で行った試験の結果、１つのパルスが、感受要素のわずか０．５Åの移動に等しいことがあることが示された。
微小移動の大きさまたは記録された実際の物理変位は、固定電磁石、押出し電磁石および電流の結合ヒステリシスによって決まる。
【００３１】
本発明の実施形態に係る装置によって得られる利点は、引張り電磁石ベースの先行技術の装置とは異なり、最大ダイナミックレンジを得るために、引張り電磁石が膜に取り付けられており、本発明に係る実施形態の膜は、そこに取り付けられている電磁石によって邪魔されない点にある。
このため、膜の慣性が増加せず、装置の感度と微細な力を検出する能力が低下しない。
更に、本発明の実施形態に係る装置の測定精度は、引張り電磁石を使用する装置によって得られる測定精度よりも改善されている。これは、膜に取り付けられた引張り電磁石が励磁されて、測定先端が感受先端に近づけられると、測定先端が感受先端の方向に移動するだけではなく、感受要素のように、引張り電磁石が膜に取り付けられているため、引張り電磁石自体のほか、膜と感受要素も、測定先端の方向に移動するからである。
したがって、このような装置で測定される、感受要素に向かう方向の測定要素の変位量が、被検物によって測定要素から離れる方向に受ける変位量とは等しくなくなる。
このような問題は、本発明に係る実施形態では起こらない。
【００３２】
本発明による測定装置を適切に位置合せおよび位置決めすることにより、さまざまな方向の微小移動の測定が可能となる。
直径に沿って反対方向に配置された２つの装置を使用することによって、選択された軸に沿った被検物の正変位と負変位の両方の微小移動の測定が提供される。
測定装置を適切に位置合せおよび位置決めすることによって、微小移動のさまざまな成分を測定できるようになり、これにより、角度微小移動の計算が可能になると共に、磁界、電界、および重力場などの場の勾配の計算が可能となり、装置をグラジオメータとして機能させることができる。
３対の微小移動測定装置を適切に構成することによって、三次元の微小移動を測定することもできる。
対のそれぞれの装置は、対の他方の装置と、直径に沿って反対方向に位置合わせされており、それぞれの装置の対は、残りの２対の位置合せ軸と軸直交に位置合わせされている。
【００３３】
本発明に係る、双方向測定を提供する微小移動測定装置の第２実施形態３００が図３に示される。
この実施形態は、特に空気圧の変化の測定に適しており、測定回路（図示せず）、可撓膜３０２に取り付けられた第１の感受要素３０１、第１のガイド部材３０４に収納され、第１の固定電磁石３０５によって固定可能な第１の測定要素３０３を備えているという点では、上記と同様の微小移動測定装置を備えている。
第１の測定要素は、感受要素の先端にある感受先端３０６と、測定要素の先端にある測定先端３０７とが近づく（ｐｒｏｃｘｉｍａｌ）ように、感受要素の近くに配置されている。
第１の押出し電磁石３０８は、磁性材料で形成され、測定要素の先端に取り付けられたカラー３０９および測定要素を、感受要素の方向に押すように配置されている。このアセンブリは、ライン３２０を介して排気された気密性チャンバ３１０内に収納されている。
【００３４】
第２実施形態は、膜の反対側に取り付けられた第２の感受要素３１１を更に備える。  
第２のガイド部材３１２は、第２の測定要素３１３を収納しており、第２の測定要素３１３は、第２の感受要素の近くに、かつ感受要素の長手方向に沿って位置合わせされている。
第２の測定要素を第２の感受要素の方向に移動させることが可能な第２の押出し電磁石３１４が更に設けられている。
測定要素を固定するための第２の固定電磁石３１５が設けられている。
【００３５】
矢印３２２に示すように、可撓膜３０２の外側は大気圧に曝露されている。
大気圧がわずかに変化すると、膜３０２が撓曲し、これによって、図に示すように（要素３０１，３１１から構成される）ロッドが左または右のいずれかに移動される。
ロッドが左に移動すると、その方向の微小移動が、右側の装置によって検出および測定される。ロッドが右に移動すると、その方向の微小移動  が、チャンバ３１０内にある左側の装置によって検出および測定される。
あらかじめ定義されたゼロ位置からのある方向または別の方向の全体的な移動を示すために、必要に応じて、個々の装置からのそれぞれの出力が結合されうる。
これは、一方の装置がカウントしたパルス数から、他方の装置がカウントしたパルス数を減算することによって、容易に行うことができる。
【００３６】
別の構成（図示せず）では、図３の右側の装置も、粉塵、腐食などから測定先端と感受先端を保護するために、気密性ハウジング内に収容されてもよい。
気圧の変化によって、２つの装置間に差動効果が確実に生ずるように、右側のハウジングには適切な不活性ガスが充填されているが、左側の装置は真空に保たれていてもよい。
【００３７】
図４は、本発明に係る、この場合も双方向の測定を提供する微小移動測定装置４００の第３実施形態を示す。
第３実施形態の装置に関しても同様に、２つの測定要素４０１、２つの固定電磁石４０２、２つの押出し電磁石４０３、および２つのガイド部材４０４が設けられている。
しかし、この実施形態では、第１の感受要素４０５が第１の膜４０６に取り付けられており、第２の感受要素４０７が第２の膜４０８に取り付けられている。
これらの膜は、フレーム４０９に取り付けられており、微小移動を測定する被検物４１１が取り付けられているコネクティングロッド４１０と、中心線上で一緒に連結されている。
【００３８】
動作時には、図に示すように、被検物４１１が左または右に移動すると、この移動が、右側のユニットまたは左側のユニットによって、それぞれ検出および測定される。
【００３９】
実際の実施形態では、測定ユニットの一方または両方が気密性ハウジング（図示せず）によって保護されていることが望ましい。
第３実施形態も同様に、必要であれば、２つの別個の出力が結合されてもよい。
【００４０】
本発明に係る微小移動測定装置５００の第４実施形態を図５に示す。
この実施形態では、更に別の代替の固定機構を示している。
この例では、測定要素５０１の長手方向軸が、地面の長手方向軸と平行になるように位置合わせされ、重力が、測定要素の長手方向軸と直交する方向に作用するように、装置が向きを設定されている。
この設定では、重力が固定電磁石の役割を果たすため、固定電磁石が不要である。
重力が測定要素をガイド部材５０２に付勢し、この結果生じた摩擦によって、測定要素が、ガイド部材の長手方向に移動できなくなる。
【００４１】
本発明に係る微小移動測定装置６００の第５実施形態を図６に示す。
この実施形態では、押出し電磁石が省略されている。測定要素６０１の長手方向軸が、地面と直交するように位置合わせされ、重力が、測定要素の長手方向軸と平行な方向に作用するように、装置が向きを設定されている。
この設定では、重力が、測定要素を感受要素６０２の方向に押す固定電磁石の役割を果たすため、押出し電磁石が不要である。
簡単にいうと、重力が、測定要素を、ガイド部材６０３の長手方向に押す。
測定要素がガイド部材から抜け落ちないように、ガイド部材に沿った測定要素の移動を制限する、測定要素に取り付けられたピン６０４など、適切な構成が設けられうる。
【００４２】
感受先端６０６と測定先端６０７との間を電流が流れることができる程度に、測定要素が感受要素に十分接近しているときに、測定要素を固定させるために、固定電磁石６０５が適切に励磁される。
【００４３】
本発明に係る微小移動測定装置７００の第６実施形態を図７に示す。
押出し電磁石７０６の第１の組と、押出し電磁石７０１の第２の組とがある。
この追加の電磁石７０１は、励磁されると、押出し電磁石７０６が励磁されたときに及ぼす力と対向する方向に、測定要素に力を及ぼすように配置されている。
例えば、第１の電磁石７０６はカラー７０８の上に配置され、第２の電磁石７０１はカラーの下に配置されうる。
このため、測定要素７０２の双方向の縦の移動が、１つの測定要素７０２のみを使用して可能となる。
【００４４】
被検物７０３が矢印７０４の方向に移動して、空隙７０５が先端離間距離まで広がり、ＦＥＥ電流が流れなくなるか、または下限しきい値以下まで下がると、ＦＥＥ電流が復旧するかまたは下限しきい値を越える値になるまで、押出し電磁石７０６が励磁されて、測定要素７０２が感受要素７０７の方向に押される。
この時点で、押出し電磁石７０６への励磁電流の印加が止まり、測定要素が固定される。
被検物７０３が矢印７０８の方向に移動して、空隙７０５が縮まり、ＦＥＥ電流が上限しきい値以下を越えると、先端同士が実際に物理的に接触する前に、ＦＥＥ電流が上限しきい値以下に下がるまで、押出し電磁石７０１が励磁されて、測定要素７０２が感受要素７０７から離れる方向に押される。
この時点で、押出し電磁石７０１への励磁電流の印加が止まり、測定要素が固定される。
【００４５】
別の実施形態では、両方の電磁石が測定要素７０２を引っ張るように配置されてもよい。
電磁石７０１が、方向７０４の微小移動に対して、測定要素７０２をこの方向に引っ張りうる。
同様に、電磁石７０６が、方向７０８の微小移動に対して、測定要素７０２をこの方向に引っ張りうる。
【００４６】
更に別の代替実施形態では、矢印７０４の方向の微小移動の場合には、電磁石７０１の一方が測定要素を引っ張るように配置され、もう一方の電磁石７０６が、測定要素を押すように配置されうる。
矢印７０８の方向の微小移動の場合には、電磁石７０１が測定要素を方向７０８に押し、電磁石７０６が引っ張るように、電磁石７０６，７０１を流れる励磁電流が反転されうる。
【００４７】
本発明に係る微小移動測定装置の第７実施形態では、測定要素を縦に移動させる電磁石が一組しかない。
このような装置の構成は、図２に示したものと同様であり、電磁石２０９が押出し電磁石と引張り電磁石の両方として機能するように配置されている。
このことは、励磁電流を反転させることによって行うことができる。
【００４８】
別の実施形態では、重力によって測定要素への下向きの力が与えられて、電磁石２０９によって測定要素への上向きの力が提供されうる。
電磁石２０９の位置が、磁性カラー２１２の上にある（図２に示すように）か、または磁性カラー２１２の下にある（図示せず）かによって、このような電磁石２０９は、それぞれ引張り電磁石のみ、または押出し電磁石のみを必要とする。
装置が１８０°回転した場合には、励磁電流を適切に変える必要があることは、明らかに、当業者であれば認めるであろう。
【００４９】
上記の実施形態は、測定要素の２方向の移動を制御し、しきい値を越えるＦＥＥ電流の変化を検出することが可能であり、フィードバックループの設定を可能にする。
このようなフィードバックループは、ＦＥＥ電流がしきい値ＦＥＥ電流値を上回るか、下回って変動したときに、先端離間距離をそれぞれ広げるか、縮めるように設定することができる。
フィードバックループによって、１つの測定要素のみを使用して、微小移動を双方向で検出および測定することが可能となる。
【００５０】
それぞれの実施形態に採用することが可能な、上記に記載した固定モード／自由モードの代替の動作モードとして、アナログ測定モードがある。
この動作モードでは、固定／自由動作モードのステップ化または量子化された測定に替えて、変位のアナログ測定が行われる。
固定／自由動作モードと同様に、測定先端と感受先端が、ＦＥＥ電流が発生するように十分に近づけられ、その後測定要素が固定される。
しかし、微小移動が発生したときに、測定要素を開放して、測定要素を感受要素の方向に移動させるのではなく、シグナルプロセッサは、ＦＥＥ電流特性（電流の値など）の変化を検出および記録するだけである。
電流特性の変化は、微小移動による、先端離間距離の変化に対応している。
この動作モードは、上限および下限のＦＥＥ電流しきい値に達していなくても微小移動が検出および記録されるため、振幅の極めて小さな微小移動および波を検出および測定するのに特に有用である。
また、高い周波数の振幅の微小移動および波も、測定および検出することができる。
【００５１】
先に述べた実施形態の全てにおいて、固定電磁石の代わりに、代替のクランプ構成を使用することができる。
高いレベルの制御が可能であるため電磁クランプが好ましいが、圧電クランプなどの代替クランプの使用も可能である。
【００５２】
記載した実施形態の全てにおいて、電流の検出および／または測定の前に、回路内で電流をフィルタおよび／またはスムージングするための適切なフィルタ（図示せず）が設けられてもよい。
このようなフィルタは、電気フィルタまたは電子フィルタなどである。
別の実施形態では、不要な信号が、機械的手段によってフィルタされてもよい。
例えば、各種部品の質量と膜の機械的特性を適切に選択することによって、高い周波数の振動または他の急激な移動をフィルタ除去して、被検物の緩慢な分析によってのみ発見できる（ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ）移動のみをシステムに測定させることが可能となる。
膜をもたず、その代わりに、感受要素を被検物と直接連通させている実施形態も可能である。
別の実施形態では、膜の代わりに、ひもまたは共振子を使用することができる。
【００５３】
記載した実施形態の最大感度および精度を更に改善するために、装置または少なくとも装置の動作部（装置、例えば気密性ハウジング内にある部品など）を低温（絶対温度８０Ｋ（−１９３．１５℃）など）に保持することが好ましい。
例えば液体窒素または液体ヘリウムに浸して、装置を低温に保持すると、ショットキー雑音、結晶格子振動および熱変動が低減する。
【００５４】
本発明による装置は、多くの異なる分野で有用な用途があると考えられ、その一部について以下に記載する。
【００５５】
図８Ａは、基質８１０中の横波または剪断波を測定するために使用中の装置を示す。
通常、基質は地面であり、この場合、図８Ａに示す構成は、地震によって発生する剪断波の検出に使用されうる。
図に示した構成では、測定装置８１６は、それ自体が、スパイク８１４によって基質８１０にしっかり固定されている反応質量８１２に連結されている。
安定させるために必要な場合、反応質量に連結されたスプリング８１８を設けてもよい。
【００５６】
基質８１０内の垂直波または圧力波を測定するための類似する構成が、図８Ｂに示されており、この図では、図８Ａに用いたのと同じ参照番号を使用している。
図８Ａ，８Ｂの装置は、特に自然および工学技術におけるソリトン、クリープ、および動的なインフラプロセスを検出および記録するのに適している。
この例には、（例えば、嵐）、ハリケーン、竜巻、地震、火山噴火、地滑り、津波の予測のための）気象学の気圧の傾向、地質学および海洋学におけるソリトンの記録；建築物、建物、ブリッジ、ダム、トンネル、橋でのソリトンおよびクリープの測定；精密工学部品（例えばジェットタービン翼）のほか、容器からの液体および気体の漏れ（例えば宇宙船からのガス漏れ）の検出などがある。
【００５７】
図８Ｃは、熱放射を測定するために使用される装置を示す。
この構成では、熱反応部材８２０が、入射放射８２２のレベルに応じて、膨張または収縮する。
部材８２０の一端の移動は固定面８２４によって制限されており、このため部材の反対側の端が移動する。
この移動は通常の方法（装置８１６）で検出することができ、このため、温度センサとして機能する。
同様の構成を、湿度または水分を検出するために使用することができ、この場合、部材８２０が水蒸気に反応する（すなわち、周囲空気の水蒸気量に応じて膨張または収縮する）。
【００５８】
図８Ｄは、装置が磁界の測定に使用される構成を示す。
測定装置８１６が、スプリング付きの捧磁石８２６に連結されている。
外部磁界が存在すると、磁石が振れ、この振れが装置８１６によって測定される。
【００５９】
最後に、図８Ｅは、加速度計として機能するように配置された装置を示す。
この構成では、ハウジング８２４が提供されており、その内部には、反応質量８１２と、ハウジングに連結されたスプリング８１８がある。
反応質量８１２は、微小移動測定装置８１６とも更に連結されている。
ハウジングが矢印８３０の方向に加速されると、反応質量がハウジング内で後ろに移動し、スプリング８１８を縮める。
この移動が、装置８１６（ハウジングに固定されてもよい）によって検出される。
図に示した構成では、スプリングを縮めるように作用する力は加速度に比例しており、反応質量８１２の振れも加速度に比例している。
このため、発生した移動量を求めるだけで、加速度を直接測定することができる。
更に、反応質量８１２の質量がわかっている場合には、この装置を、反応質量８１２に伝達される力を検出および測定するために使用することができる。
【００６０】
次に、各種の高度な実施形態について記載する。
これらの実施形態において、前述の実施形態の第１の要素（例えば感受要素）１０５，２０５の代わりに、平坦な金のプレートを用いると簡便であることがわかっている。
現時点の最良の実施形態では、第２の要素（例えば測定要素）またはピンも金で形成されているが、白金（Ｐｔ）などの他のピン材料も有効であると予想される。
ピン／プレートの相互作用の正確な物理的な理論は未だ詳細に研究されていないが、先端が比較的尖っているピンを提供することによって、性能を改善できると考えられる。
しかし、先端を原子レベルまで鋭利にする必要はなく、電流が流れることができる点がピンとプレートとの間に複数存在する場合であっても、装置が完全に満足のいくように動作することが実際にはわかっている。
換言すれば、ピン先が、原子レベルからみて比較的鈍い場合であっても、装置が機能することが明らかである。実際の実施形態では、ピンの先端が原子レベルでは十分に鈍く、複数のトンネルが発生することが予想される。
【００６１】
一部の実施形態では、円柱状のガイド部材２１０（例えば図２を参照）内での移動のためにピンが取り付けられうる。
しかし、改良した実施形態（図９に示す）では、２枚の円形の支持ディスク９０２，９０３での縦の移動のために、ピン９０６が取り付けられる。
各ディスクは中央の角穴９０４を有しており、ピン９０６は、縁の２つ９０８，９１０に接するように配置されている。
ディスク９０２，９０３は、それ自体が金で形成されており、好ましくは、ピンと縁９０８，９１０との接触面積を小さくするために細い。
支持部の厚みは、システムに望まれる物理的特性に従って選択されうる。
支持部の厚さが０．７ｍｍの試作機で試験を実施し、厚みをおそらく０．１ｍｍまで低減させることで性能を向上させることができると考えられる。
【００６２】
ピンと支持部との間の摩擦が、装置全体の性能に果たす役割については、現時点で完全には解明されていないが、簡単な実験を実施することで、支持部の最適な厚みをかなり迅速に決定することができると考えられる。
同様に、簡単な実験によって、ピン／支持部の材料の好ましい組合せを決定することが可能であると思われ、これには、例えば、金／金、白金／白金、白金／金、金／白金または他の材料の何らかの組合せがある。
【００６３】
ピンを移動させる方法はさまざま存在し、その一法が、前述したような電磁コイルまたは複数のコイルである。
しかし、他のタイプのアクチュエータも同様に想定され、これには、静電アクチュエータおよび／またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）アクチュエータ等の圧電アクチュエータなどがある。
【００６４】
駆動に電磁コイルが使用される場合の、特に簡便な構成の１つが図１０に示される。
ここで、ピン１０１２は、その周りに軟鉄のコアまたはカラー１０１４を有する。
ピンとコアの両方は、コイル１０１０内にほぼ収容されており、コイルが作用されると、ピン１０１２がプレート１０１６から離れる方向に引っ張られるように、コアが配置されている。
【００６５】
図１１に示す代替実施形態では、コア１１１４が、プレート１１１６から離れて、ピン１１１２の遠端に配置されている。
この構成では、コイル１１１０が作用されると、ピンがプレートの方向に駆動される。
【００６６】
更に別の代替の構成では、コア１０１４，１１１４が磁化されてもよい。
このような場合、ピンの移動方向は、コイルに印加される電圧の極性に応じて決まる。
適切な切換回路を備えることにより、ピンをプレートに引きつける第１の方向またはピンをプレートから離す第２の方向に、コイルを選択的に励磁することができる。
【００６７】
図１２〜図１５は、２つのピンを使用して双方向動作を提供する各種の実施形態を示す。
【００６８】
図１２はプルオン構成を示しており、第１のコイル１２０２と第２のコイル１２０４を使用して、第１のピン１２０６と第２のピン１２０８を、可撓性の金属膜１２１２に取り付けられた中央板１２１０の方向に引っ張っている。
この構成では、コイルは、ピンに取り付けられた、コアまたはワッシャ１２１４，１２１６にそれぞれ作用する。
【００６９】
図１３はプッシュオン構成を示しており、コイル１３０２，１３０４は、励磁されると、コア１３０６，１３０８をそれぞれ引きつけ、ピンを中央板１３１０の方向に押す。
【００７０】
図１４は、プル−プル構成を示しており、第１のコイル１４０２を作用させると、コア１４０６が引きつけられて、ピンがプレート１４０８から離す方向に引っ張られる。
第２のコイル１４０４を作用させると、コア１４０６が引きつけられて、ピンがプレートの方向に引っ張られる。
【００７１】
膜１５０１に取り付けられた１つのコイル１５０２を利用する代替のプルオン構成を図１５に示す。
コイルが作用されると、コイル１５０４，１５０６が中央板１５０８の方向に引っ張られる。
【００７２】
当然、図１２〜図１５のどの実施形態も、必要に応じて、図９に示す取り付け構成および／または該当する場合には図１０，１１のコイル構成を使用することができることが理解されよう。
【００７３】
図１６は、ピンとプレートとの間を流れる電流が距離によって変化する様子を概略的に示す。
単純な１コイル構成（例えばプッシュオン法）では、制御電子機器が、コイルがオン／オフされる１つの電流限界しきい値Ｉｒｅｆを定義しうる。
より複雑な構成（図示せず）も想定され、その場合、２つの別個の電流限界が保持される。
プッシュオン法では、１つの限界は、ピンがプレートの方向に押されたときに、ピンが係止される点であり、第２の限界は、プレートの移動によって距離が徐々に開いたときに、ピンが開放される点である。
プルオフ法では、第１の限界は、ピンとプレートとの間の距離が十分に狭くなったときにピンが開放される点であり、第２の限界は、ピンがプレートから十分離れたときにピンが係止される点である。
【００７４】
例えば２つのコイルが使用される場合に、双方向の実施形態の動作を容易にするために、２つの電流限界が保持されてもよい。
図１７は、例えば、電流が第２のしきい値を越えている場合に第１のコイルが作用されるプル−プル法を示す。
第１のしきい値と第２のしきい値との間では、両方のコイルがオフになる。
【００７５】
１つ以上の電流しきい値を適切に選択することによって、ピンの端とプレートとの間に従来の接触が決して起こらないモードにおいて、装置を動作させることができる。
特に、直接の物理的接触によって、ピンまたはプレートのいずれかが損傷を受けるか、あるいは、装置の動作が実質的に影響を受ける程度に分子構造が変わる場合には、直接接触が望ましくない利用分野がある。
しかし、予想外にも、ピンとプレートとの間の物理的接触が、たとえ強い物理的接触であっても、装置が小さな移動を分析できる能力に大きな影響を与えないようであると、実際にはわかっている。
【００７６】
ピンが電磁コイルなどのアクチュエータによってプレートの方向に押されているかまたは引っ張られている実施形態では、ピンの移動を、さまざまな方法で係止させることができる。
ピンと支持部との間の摩擦を使用する方法、クランプ構成を使用する方法があり、ピンの先端とプレートとの間に発生する電界効果を利用する別の方法も可能である。
同様に、ピンが押されているか、またはプレートから離れる方向に引っ張られている場合、摩擦によって、または何らかのクランプ構成によって、ピンを係止させることができる。
【００７７】
図１８は、１つの特定の実施形態における、比較器およびコイルドライバ回路を示す。
ピン上の電圧が、１８０２で測定されて、比較器１８０４に印加され、その出力が、コイル１８０８を駆動するコイルドライバ回路１８０６に印加される。
分析のため、コイルの駆動によって、ＬＥＤ１８１０、スピーカ１８１２、およびパルスカウンタ１８１４も駆動される。
要求されるヒステリシスのレベルは、抵抗１８１６によって設定され、この値は、必要に応じて、ユーザーが選択可能および／または調節可能であってもよい。
ピン駆動スイッチ１８１８が設けられており、その動作は制御回路をバイパスし、単にコイルを励磁させて、ピンをプレートと係合させる。
【００７８】
図１９は、ピンとプレートとの間に電圧／電流を印加して、これを測定するための回路を示す。
洗浄スイッチ１９０２が設けられており、水／不純物を除去するためにピンに１Ｖの電位を印加するためのものである。
【００７９】
図２０は、ピンとプレートが離間している場合の電流および電圧を示し、図２１は、これらが、例えば１ｎｍ間隔のように接近している場合の電流および電圧を示す。
【００８０】
図２２は、装置の一方向の形態のより詳細な実施形態を示す。
この装置は、円筒形のハウジング２２０２を有し、その内部には、可動ピン２２０４と、コイルばねダイアフラム２２０８に取り付けられた別個の可動の金プレート２２０６を保持しているスライドインアセンブリが取り付けられている。
ハウジング２２０２に対してプレート２２０６が移動すると、これが、アセンブリ２２１０を介してロッド２２１２に伝達される。
電磁コイル２２１４がピン２２０４を取り囲んでおり、ピンを取り囲んでいる軟鉄心２２１５の位置に応じて、プレート２２０６に接近するかこれから離れるピンの移動を制御している。
【００８１】
装置の双方向の形態が、図２３に示される。
ここでは、長い中央ピン２３０２が、第１の金のプレート２３０４と第２の金のプレート２３０６との間に延在しており、これらのプレートはコイルばね２３０８に一緒に取り付けられている。
【００８２】
縦の移動のためにピン２３０２が取り付けられており、ある方向への移動が第１のコイル２３１０によって、別の方向への移動が第２のコイル２３１２によって制御されている。
【００８３】
試験用の試作機において、最初、ピンに洗浄パルスを印加すると、装置の動作が改善することがわかっている。
また、測定を行う前にピンを働かせる（ｅｘｅｒｃｉｓｅｄ）と、動作がより安定することが、実際にはわかっている。
【００８４】
記載した実施形態のどの特徴も、他の実施形態の、併用可能な任意の特徴と共に用いることができることが理解されよう。
同様に、記載した特定の装置または変形例のいずれも、図８Ａ〜図８Ｅに示すさまざまな用途のいずれとも併用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る微小移動測定装置の第１実施形態に使用されている測定回路の模式図である。
【図２】本発明に係る微小移動測定装置の第１実施形態の模式図である。
【図３】本発明に係る微小移動測定装置の第２実施形態の模式図である。
【図４】本発明に係る微小移動測定装置の第３実施形態の模式図である。
【図５】本発明に係る微小移動測定装置の第４実施形態の模式図である。
【図６】本発明に係る微小移動測定装置の第５実施形態の模式図である。
【図７】本発明に係る微小移動測定装置の第６実施形態の模式図である。
【図８Ａ】本発明に係る実施形態にしたがった微小移動装置の様々な用途を示す。
【図８Ｂ】本発明に係る実施形態にしたがった微小移動装置の様々な用途を示す。
【図８Ｃ】本発明に係る実施形態にしたがった微小移動装置の様々な用途を示す。
【図８Ｄ】本発明に係る実施形態にしたがった微小移動装置の様々な用途を示す。
【図８Ｅ】本発明に係る実施形態にしたがった微小移動装置の様々な用途を示す。
【図９】ピンが支持され得る方法を示す。
【図１０】コイルを励磁した場合に、ピンをプレートから離す配置を示す。
【図１１】コイルを励磁した場合に、ピンをプレートの方向に押す代替の配置を示す。
【図１２】二つのピンを用いたプルオン構成を示す。
【図１３】代替のプッシュオン構成を示す。
【図１４】代替のプループル構成を示す。
【図１５】コイルを膜に取り付けた、代替のプルオン構成を示す。
【図１６】単一のコイル構成の動作を示す。
【図１７】二つのコイル構成の動作を示す。
【図１８】比較器およびコイルドライバ回路を示す。
【図１９】洗浄および出力回路を示す。
【図２０】ピンおよびプレートが離間している場合の出力回路を示す。
【図２１】ピンおよびプレートが互いに接近している場合の出力回路を示す。
【図２２】別の構成を示す。
【図２３】図２２の実施形態のさらなる構成を示す。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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