(57)【要約】【課題】本発明の目的は、非接触の間隙測定を高精度に行うことのできる非接触超音波間隙検出センサを提供することにある。【解決手段】超音波振動する振動子２４のホルダ２２に対する支持点を振動の節として該振動子２４を軸方向に共振させることにより、該振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間に音場を作る加振手段２６と、該振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌに応じた音圧を該振動子被測定物側端面２４ａが受けて変化する該振動子２４の振動の状態量を検出する検出手段２８と、を備え、該間隙ｌに応じた音圧を該振動子被測定物側端面２４ａが受け該振動子２４の振動の状態量が変化することを利用し、該検出手段２８により該振動子２４の振動の状態量を検出することにより、該振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌ情報を得ることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ１２。【選択図】　　　図１
2004053319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダに支持され、超音波振動する振動子と、
前記振動子のホルダに対する支持点を振動の節として、該振動子を軸方向に共振させることにより、該軸方向である振動子の被測定物側端面と被測定物間に音場を作る加振手段と、
前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じた音圧を該振動子被測定物側端面が受けて変化する、該振動子の少なくとも振動振幅を含む状態量情報を検出する検出手段と、
を備え、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じた音圧を該振動子被測定物側端面が受けて、該振動子の少なくとも振動振幅を含む状態量情報が変化することを利用して、前記検出手段により振動子の振動の状態量を検出することにより、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙情報を得ることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項２】
請求項１記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内では、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出し、　該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内では、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出することを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項３】
請求項２記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、外部より与えられる前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の増減に対し、前記検出手段により検出される振動子の振動の状態量に含まれる振動振幅の変化率の大きさ、ないし符号を検出する変化率検出手段と、
前記変化率検出手段により得られた振動振幅の変化率の大きさ、ないし符号に基づいて、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、前記音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるかのかを判断する判定手段と、
を備えたことを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項４】
請求項３記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内にあり、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出するのに最適な前記センサ構成部材の制御情報を記憶している音圧現象用機器情報記憶手段と、
前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内にあり、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出するのに最適な前記センサ構成部材の制御情報を記憶している近接現象用機器情報記憶手段と、
前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が音圧範囲内にあると判断されると、前記音圧現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいて、前記センサ構成部材の動作を制御し、一方、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が近接範囲内にあると判断されると、前記近接現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいて前記センサ構成部材の動作を制御する機器制御手段と、
を備えたことを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項５】
請求項３又は４記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に前記音圧現象の支配する音圧範囲内にあり、該音圧現象下で検出された検出手段よりの振動子の振動の状態量より、該間隙を求めるのに最適な演算情報を記憶している音圧現象用演算情報記憶手段と、
前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内にあり、該スクィーズ効果が働く近接現象下で検出された検出手段よりの振動子の振動の状態量より、該間隙を求めるのに最適な演算情報を記憶している近接現象用演算情報記憶手段と、　前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が音圧範囲内にあると判断されると、前記音圧現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求め、一方、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が近接範囲内にあると判断されると、前記近接現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求める間隙演算手段と、
を備えたことを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記振動子の被測定物側端面と対向する背面側端面に対し所定の離隔距離をおいて対向配置された固定面を備え、
前記加振手段は、前記振動子のスタイラスホルダに対する支持点を振動の節とし、かつ該振動子の被測定物側端面及び該被測定物側端面と対向する背面側端面を振動の腹として、該振動子をその軸方向に共振させ、
前記検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間に生じ、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じて変化する該振動子の振動の状態量である被測定物側音圧分布情報と、前記振動子背面側端面と前記固定面間に生じ、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の変化によっても変化しない背面側音圧分布情報との和を検出し、
前記振動子背面側端面と前記固定面間の離隔距離は、前記検出手段により被測定物側音圧分布情報と背面側音圧分布情報との和が検出されることにより、前記背面側音圧分布情報により、前記被測定物側音圧分布情報の温度依存性が相殺されるように選択され、
前記温度依存性が相殺された検出手段よりの被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙を得ることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項７】
請求項６記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記前記振動子背面側端面と固定面間の離隔距離は、前記振動子被測定物側端面と前記被測定物間の間隙の測定範囲よりも、前記超音波振動の空間波長の１／２波長の奇数倍の差があることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項８】
請求項６又は７記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、少なくとも前記スタイラスホルダ及び前記振動子は低熱膨張材料で構成されていることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれかに記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記検出手段よりの背面側音圧分布情報と、前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報を温度補正するための温度補正情報との関係を示すテーブルが、予め記憶されているメモリと、
予め得ておいた前記検出手段よりの背面側音圧分布情報に対応する温度補正情報を、前記メモリに記憶されているテーブルより割出す割出手段と、
前記割出手段により割出された温度補正情報に基づいて温度補正された、前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙を求める間隙演算手段と、
を備えたことを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記振動子の被測定物側端面が凹形状であることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法は、前記間隙測定における所望の特性が得られるように選択された、振動子の軸部の直径と異なる直径であることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の非接触超音波間隙検出センサにおいて、前記加振手段及び検出手段は、前記振動の節近傍に配置されていることを特徴とする非接触超音波間隙検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非接触超音波間隙検出センサ、特にその検出精度の改善機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば被測定物の形状、寸法等の測定を行うために、例えばハイトゲージ（一次元測定機）、三次元測定機、輪郭測定機等の測定機が用いられている。該測定機はガイドと、ガイドの移動量を求めるスケール及びプローブを備え、被測定物上の点の座標値情報を得ている。そして、被測定物上の各点の例えばハイト（高さ）方向の座標値情報を得ることにより、例えば被測定物の測定面形状等が求められる。
該プローブは、被測定物上の点の座標を検出するための検出器であり、例えば振動式でスタイラスが定位置から変位する瞬間に自動的に信号を出力するタッチ信号プローブ等の接触式のものが用いられている（例えば特開平６−２２１８０６号、特開２０００−５５６０７号等参照）。
【０００３】
該タッチ信号プローブは、スタイラスを加振する加振手段と、該スタイラスの振動の状態量を検出する検出手段を備えている。そして、検出手段よりのスタイラスの振動の状態量の変化より、スタイラスの被測定物との接触を検知し、その時のガイドの移動量から座標値情報を自動的に取得する。
このような被測定物上の点の座標値情報の取得を各点について行うことにより、例えば被測定物の形状等の測定が行える。
【０００４】
ところで、前述のような測定機では、例えば軟質材料を用いた被測定物等によっては、非接触に座標値情報を取得したいとの要望もあり、前記タッチ信号プローブでも、被測定物との近接は検知できるものの、間隙の絶対値を高精度に測定することは困難であった。
このために従来は、超音波センサに、例えばフライングタイム計測、或いはパルス反射法等の音速の測定法を採用することが考えられる。
すなわち、前記超音波センサでは、被測定物に向けて超音波の発信信号を発し、被測定物で反射されて戻ってきた受信信号を受信し、受信信号と発信信号とのタイムラグ情報を得る。このタイムラグ情報と音速情報より、被測定物との間隙を求めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記一般的な超音波センサでは、被測定物に対し非接触である点は優れているが、前記間隙の絶対値の測定に用いるには、測定の高精度化と迅速化の点では、改善の余地が残されていた。
すなわち、前記一般的な超音波センサでは、被測定物との間隙が短いと、発信信号と受信信号の区別がつきにくいので、測定の信頼性が低下する。
【０００６】
またフライングタイム計測を用いると、反射波が受信されるまでに間隙情報が得られず、サンプリング時間間隔が長くなってしまう。特に被測定物が離れているほど測定に時間がかかってしまうし、間隙測定の精度を上げるために同一間隙において多数回のサンプリングを行って平均化していたのでは、測定時間の問題はより深刻となるので、測定の迅速化が強く望まれている。また被測定物との間隙が時々刻々と変化していると、サンプリング誤差が増大していくので、測定の高精度化が強く望まれている。
また超音波センサでは、被測定物との間隙の演算に用いる音速は大気の温度、湿度に依存して変化するため、演算される間隙も温度、湿度に依存して変化してしまい、特に温度による影響が大きい。
【０００７】
これを解決する方法として、従来は温度センサを用いて温度依存性を補正することが考えられる。
しかしながら、温度センサを用いたのでは、温度センサのもつ不確かさがあったり、構成が複雑且つ高価であったりして、比較的安価に製作することのできる超音波センサのメリットが損なわれるので、前記解決手段として採用するに至らなかった。
【０００８】
このように非接触の超音波センサを前記間隙の絶対値の測定に用いるには、測定の高精度化、迅速化が強く望まれていたが、従来はこれを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は高精度に及び迅速に間隙測定を行うことのできる非接触超音波間隙検出センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる非接触超音波間隙検出センサは、振動子と、加振手段と、検出手段と、を備え、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じた音圧を該振動子被測定物側端面が受けて、該振動子の少なくとも振動振幅を含む状態量情報が変化することを利用して、前記検出手段により振動子の振動の状態量を検出することにより、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙情報を得ることを特徴とする。
ここで、前記振動子は、ホルダに支持され、超音波振動する。
【００１０】
また前記加振手段は、前記振動子のホルダに対する支持点を振動の節として、該振動子を軸方向に共振させることにより、該軸方向である振動子の被測定物側端面と被測定物間に音場を作る。
ここにいう振動子を軸方向に共振させとは、高い検出感度を実現するために、加振手段により振動子を加振する周波数と、振動子の共振周波数を一致させることが好ましい。この振動子の共振周波数は、温度等の要因によって変わることがあるので、高い検出感度を維持するには、加振手段により加振する周波数を、振動子の共振周波数の変化に合わせて調整することが、より好ましい。
【００１１】
前記検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じた音圧を該振動子被測定物側端面が受けて変化する、該振動子の少なくとも振動振幅を含む状態量情報を検出する。
なお、本発明において、前記検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲（振動子と被測定物間の間隙が例えば数マイクロメートルより大）内では、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出する。またこの検出手段は、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲（振動子と被測定物間の間隙が例えば数マイクロメートル以下）内では、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出することが好適である。
【００１２】
また本発明においては、変化率検出手段と、判定手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記変化率検出手段は、外部より与えられる前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の増減に対し、前記検出手段により検出される振動子の振動の状態量に含まれる振動振幅値の変化率の大きさ、ないし符号を検出する。
また前記判定手段は、前記変化率検出手段により得られた振動振幅値の変化率の大きさ、ないし符号に基づいて、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、前記音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるかのかを判断する。
【００１３】
また本発明においては、音圧現象用機器情報記憶手段と、近接現象用機器情報記憶手段と、機器制御手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記音圧現象用機器情報記憶手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内にあり、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出するのに最適な前記センサ構成部材の制御情報を記憶している。
【００１４】
また前記近接現象用機器情報記憶手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内にあり、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出するのに最適な前記センサ構成部材の制御情報を記憶している。
前記機器制御手段は、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が音圧範囲内にあると判断されると、前記音圧現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいて、前記センサ構成部材の動作を制御し、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が近接範囲内にあると判断されると、前記近接現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいて前記センサ構成部材の動作を制御する。
【００１５】
また本発明においては、音圧現象用演算情報記憶手段と、近接現象用演算情報記憶手段と、間隙演算手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記音圧現象用演算情報記憶手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内にあり、該音圧現象下で検出された検出手段よりの振動子の振動の状態量より、該間隙を求めるのに最適な演算情報を記憶している。
【００１６】
また前記近接現象用演算情報記憶手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内にあり、該スクィーズ効果が働く近接現象下で検出された検出手段よりの振動子の振動の状態量より、該間隙を求めるのに最適な演算情報を記憶している。
前記間隙演算手段は、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が音圧範囲内にあると判断されると、前記音圧現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求め、前記判定手段により振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が近接範囲内にあると判断されると、前記近接現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求める。
【００１７】
また本発明においては、前記振動子の背面側端面に対し所定の離隔距離をおいて対向配置された固定面を備え、
前記加振手段は、前記振動子のスタイラスホルダに対する支持点を振動の節とし、かつ該振動子の被測定物側端面及び該被測定物側端面と対向する背面側端面を振動の腹として、該振動子をその軸方向に共振させ、
前記検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間に生じ、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じて変化する被測定物側音圧分布情報と、前記振動子背面側端面と前記固定面間に生じ、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の変化によっても変化しない背面側音圧分布情報との和を検出し、
前記振動子背面側端面と前記固定面間の離隔距離は、前記検出手段により被測定物側音圧分布情報と背面側音圧分布情報との和が検出されることにより、前記背面側音圧分布情報により、前記被測定物側音圧分布情報の温度依存性が相殺されるように選択され、
前記温度依存性が相殺された検出手段よりの被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙を得ることが好適である。
【００１８】
また本発明においては、前記振動子背面側端面と固定面間の離隔距離は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の測定範囲よりも、前記超音波振動の空間波長の１／２波長の奇数倍の差があることが好適である。
また本発明においては、少なくとも前記スタイラスホルダ及び前記振動子は低熱膨張材料で構成されていることが好適である。
本発明の低熱膨張材料としては、例えばインバー、スーパーインバー等を一例として用いることができる。
【００１９】
また本発明においては、メモリと、割出手段と、間隙演算手段と、を備えることが好適である。
ここで、前記メモリは、前記検出手段よりの背面側音圧分布情報と、前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報を温度補正するための温度補正情報との関係を示すテーブルが、予め記憶されている。
また前記割出手段は、予め得ておいた前記検出手段よりの前記背面側音圧分布情報に対応する温度補正情報を、前記メモリに記憶されているテーブルより割出す。
【００２０】
前記間隙演算手段は、前記割出手段により割出された温度補正情報に基づいて温度補正された前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙を求める。
ここにいう温度補正情報とは、最終的に温度補正された間隙の絶対値が得られるものであれば、任意のものをいい、例えば前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報に対する補正値、温度補正された被測定物側音圧分布情報の値そのもの等を含めていう。
【００２１】
また本発明においては、前記振動子の被測定物側端面が凹形状であることが好適である。
ここにいう振動子の被測定物側端面が凹形状であるとは、外方（被測定物方向）に向かって凹形状と、内方（背面側端面方向）に向かって凹形状を含めたものをいう。
【００２２】
また本発明において、前記振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法は、前記間隙測定における所望の特性が得られるように選択された、振動子の軸部の直径と異なる直径であることが好適である。
ここにいう間隙測定における所望の特性とは、例えば測定感度ないし測定範囲の設定等をいう。
【００２３】
具体的には、振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法が、該振動子の軸部の直径と同じ寸法の時を基本寸法とし、この時の測定範囲を基本の測定範囲とすると、測定範囲を基本の測定範囲より狭範囲化するには、振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法を基本寸法より小さくする。これに対し、測定範囲を基本の測定範囲より広範囲化するには、振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法を基本寸法より大きくすることが、一例として挙げられる。
また前記センサにおいて、外乱振動に関らず振動子の振動の安定性を高めるために、前記加振手段及び検出手段は、前記振動の節近傍に配置されていることが好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる非接触超音波間隙検出センサを用いた測定機の概略構成が示されている。なお、同図（Ａ）は本実施形態にかかる非接触超音波間隙検出センサを側方より見た図、同図（Ｂ）は同様の間隙検出センサを下方より見た図である。
【００２５】
同図に示す測定機１０は、間隙検出センサ（非接触超音波間隙検出センサ）１２と、駆動回路１４と、信号処理回路１６と、例えばコンピュータ等を含むコントローラ１８を備える。
間隙検出センサ１２は、例えば略ロの字形等のスタイラスホルダ（ホルダ）２２と、例えば略円柱状の弾性体等より、一対の平行平面の端面（被測定物側端面２４ａ，背面側端面２４ｂ）をもつ超音波加振型振動子（振動子）２４と、例えば圧電素子等よりなり、超音波発信源となる加振手段２６と、例えば圧電素子等よりなる検出手段２８を備える。そして、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌに応じた音圧を振動子被測定物側端面２４ａが受けて、該振動子２４の少なくとも振動振幅を含む状態量情報が変化する。検出手段２８により振動子２４の振動の状態量を検出することにより、該振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌ情報を得るものである。
【００２６】
前記スタイラスホルダ２２はホルダ支持体３０に支持されている。スタイラスホルダ２２に振動子２４の図中矢印Ｚ方向（軸方向）の略中央部が支持されており、該振動子２４の被測定物側端面２４ａが被測定物２０表面（測定面）と対向している。
同図（Ｂ）に示されるように前記加振手段２６及び検出手段２８は、振動子２４に対し軸対称に図中Ａ側及びＢ側の二組配置されており、振動子２４の振動の節近傍に位置する。加振手段２６には駆動回路１４が接続されている。検出手段２８には信号処理回路１６が接続され、該信号処理回路１６にはコントローラ１８が接続されている。
【００２７】
そして、前記駆動回路１４は、例えば圧電素子等よりなる加振手段２６の電気的励起手段であり、その励起周波数は振動子２４の図中矢印Ｚ方向（軸方向）の振動の共振周波数に等しく、加振手段２６を超音波振動させる。
該加振手段２６の超音波振動は、振動子２４を図中矢印Ｚ方向（軸方向）に超音波振動させる。該振動子２４の振動は、該振動子の図中矢印Ｚ方向（軸方向）の伸縮による振動であり、該振動子２４の被測定物側被測定物側端面２４ａの被測定物２０に対する近接と離隔を周期的（超音波周波数）に繰返している。前記超音波振動子２４は軸方向の略中央部、つまりスタイラスホルダ２２に対する支持点が、振動振幅の節に位置し、該振動子２４の被測定物側端面２４ａ及び背面側端面２４ｂが、振動振幅の腹に位置している。
【００２８】
ここで、本実施形態においては、前記検出手段２８の検出感度を最も高くするために、振動子２４の振動周波数は、振動子２４の長さに応じて定まる軸方向の振動の共振周波数に一致させている。
このように加振手段２６は、前記振動子２４のホルダ２２に対する支持点を振動の節として、該振動子２４を図中矢印Ｚ方向（軸方向）に共振させることにより、該軸方向である振動子２４の被測定物側端面２４ａと被測定物２０間に音場を作っている。
【００２９】
そして、検出手段２８は、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌに応じた音圧を該振動子被測定物側端面２４ａが受けて変化する、該振動子２４の少なくとも振動振幅を含む状態量情報を検出し、出力信号Ｓ０を出力している。
前記信号処理回路１６は、検出手段２８よりの出力信号Ｓ０、つまり交流出力信号Ｓ０の整流、増幅を行う。
また前記信号処理回路１６は、該検出手段２８よりの交流出力信号Ｓ０より振幅情報の抽出を行っている。
【００３０】
本実施形態において、信号処理回路１６は、振幅抽出のために、例えば特開平１０−９８４８号等の二相正弦波の二乗和合成方法、又は交流のピークをサンプリングする方式等を採用しており、検出手段２８よりの交流出力信号Ｓ０の振幅を高速に抽出している。
そして、コントローラ１８は、信号処理回路１６よりの振幅情報より、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌの絶対値を得る。
このように本実施形態にかかる間隙検出センサ１２を構成することにより、非接触に、振動子２４と被測定物２０間の間隙ｌの絶対値を得ることができる。
【００３１】
なお、本実施形態においては、例えば被測定物２０はステージ３４上に載置されている。そして、ホルダ支持体３０の図中矢印Ｚ方向の位置（Ｚ軸の座標値）を固定し、ステージ３４上の被測定物２０をドライバ３６により図中矢印Ｚ方向と直交するＸＹ方向（水平方向）に移動し、振動子２４と被測定物２０上の各点間の間隙ｌの絶対値情報を得る。このように被測定物２０上の各点の座標値情報を得ることにより、例えば被測定物２０の測定面形状等の測定が非接触に行える。
【００３２】
＜基本原理＞
ここで、本実施形態においては、振動子２４の超音波振動により、その被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の空気中で超音波が発生し、該被測定物側端面２４ａよりの超音波は、該被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の空気中を伝播し、対向する被測定物２０の測定面に達し反射され、再び振動子被測定物側端面２４ａに戻り、定在波を形成し得る。
そして、超音波は振動子２４に反作用を及ぼすので、このような共振状態は振動子２４の振動の振幅等の状態量の測定により検出することができる。
【００３３】
この振動子２４の振動の状態量は、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌに応じて変化する。この振動子２４の振動の状態量を検出手段２８により検出することにより、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌ情報を得ることができる。
したがって、本実施形態においては、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌの測定に、従来方式、つまり例えばフライングタイム計測、或いはパルス反射法等の音速の測定法を採用したものに比較し、間隙ｌに関わらず、より高精度に、より迅速に間隙ｌの測定が行える。
【００３４】
以下、本発明の測定原理について詳細に説明する。
＜振動子とその振動モードの様子＞
図２には前記振動子２４とその振動モード（一次）が示されている。
同図に示す間隙検出センサ１２は、加振手段２６が振動子２４の振動振幅３２の節近傍に配置されており、振動子２４を、振動子２４の固有振動数に略一致した振動数で軸方向に超音波振動している。このため、同図に示すように振動子２４の図中矢印Ｚ方向（軸方向）の両端面、つまり被測定物側端面２４ａと背面側端面２４ｂでは、通常、最も低い共振周波数で振動する一次モードの振動振幅３２の腹となる。なお、同図では１次の振動モードを示したが、高次であってもよい。
【００３５】
また前記検出手段２８も、前記加振手段２６と同様、前記振動振幅３２の節近傍に配置されているので、振動子２４と被測定物２０間の近接による振動振幅３２の拘束に対応して出力信号Ｓ０を変化させる。
このように本実施形態では、スタイラスホルダ２２に振動子２４の軸方向の略中央部を支持させると共に、振動子２４の支持点を振動振幅３２の節として振動させる加振手段２６を振動子２４に設けている。つまり振動子２４は軸方向に沿ってスタイラスホルダ２２にその重心を中心として対称に支持され、且つ振動振幅３２の節の部分がスタイラスホルダ２２に支持されているので、外乱振動に対する安定性が向上すると共に、加振手段２６により振動子２４を容易に振動させることができる。つまり振動振幅３２の節は振動振幅３２の弾性変位がないところであるため、外乱がスタイラスホルダ２２を経由して発生しても、振動子２４の振動振幅３２には影響を与えない。
【００３６】
さらに本実施形態の間隙検出センサ１２が移動体に装着され加速度が加えられても、振動子２４の略重心部を支持しているため、振動子２４に回転モーメントが発生せず、移動体等に装着されても、安定した間隙ｌの測定が行える。
＜超音波の定在波の様子＞
図３には例えば前記図２に示した振動子２４の超音波振動により、本実施形態にかかる間隙検出センサ１２と被測定物２０間の間隙ｌに生じ得る超音波の定在波の様子が示されている。前記間隙ｌが超音波振動の波長λと同程度に小さいと、管中における空気の振動をモデルとして振動現象を近似的に論じることができる。
【００３７】
例えば超音波振動の振動数を０．３４ＭＨｚ＝０．３４×１０６ｓｅｃ−１、音速３４０×１０６μｍ／ｓｅｃとすると、音速＝振動数×波長（λ）より、波長λ＝１０００μｍ＝１ｍｍとなる。
このとき、音場の中心（振動子２４の中心軸付近）で、しかも前記間隙ｌが波長λの数分の一程度以下の範囲では、前記モデルが前記間隙ｌにおいて生じる空気の音場による振動現象を近似的によく説明する。このモデル、すなわち管中における振動体２４と被測定物２０間の空気の振動の概要を説明する。
振動子被測定物側端面２４ａの変位をｕ０、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙をｌとし、その間の位置をｘとすると、粒子速度分布ｕは点線（同図Ｉ）で、音圧分布ｐは実線（同図ＩＩ）で各々示され、次式で各々表現することができる。
【００３８】
【数１】
2004053319.tif 000003
【数２】
2004053319.tif 000004
このときのρは密度、ｃは音速、波数ｋは角周波数ωを音速ｃで割った値（ｋ＝ω／ｃ）を示す。
【００３９】
同図では間隙ｌ＝λとし共鳴状態となっている様子を示している。このように共鳴状態では、振動子被測定物側端面２４ａにおいて粒子速度は節、音圧速度は腹となっている。この共鳴は、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌがλ／２の整数倍でおきることを同図は示している。以降は便宜上、音圧分布を取り上げ説明を行う。
前記図３に示した間隙検出センサ１２の動作を実現するために、本実施形態においては、前記図１に示されるような駆動回路１４、信号処理回路１６を備えている。
【００４０】
＜間隙ｌと信号処理回路の出力信号の傾向＞
図４には振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌと前記信号処理回路のＯｕｔｐｕｔ（出力信号）の傾向が示されている。なお、同図では、横軸に振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌをとり、縦軸には前記信号処理回路の出力信号をとっている。
信号処理回路の出力信号の振幅はｘ＝０、つまり振動子被測定物側端面２４ａにおける音圧の影響により変化する。
【００４１】
振幅先端における音圧は
【数３】
2004053319.tif 000005
と表される。
【００４２】
信号処理回路の出力信号は、定数ｋａを用いて、
【数４】
2004053319.tif 000006
と表される。
【００４３】
前記図３に示した音圧分布Ｐの式（２）は、管中における音圧分布であるが、ここで管のない空気の場を対象とするような、音圧に対する拘束物が被測定物２０以外にない場合には、音圧は二次元的に拡がっていくこと、また振動子２４の内部損失等の影響により、信号処理回路の出力信号が振動子被測定物側端面２４ａの音圧を忠実に検出しない等の理由により実際には、同図中、実線（同図Ｉ）で示すように変化する。
なお、同図中、点線（同図ＩＩ）は、前記式（４）の信号処理回路の出力信号を表している。また同図中、前記実線（同図Ｉ）と点線（同図ＩＩ）は、後述の実験結果との比較のため、適当なオフセットをつけて示している。
【００４４】
信号処理回路の出力信号は、式（４）から分かるように
【数５】
2004053319.tif 000007
で極小値を、
【数６】
2004053319.tif 000008
で極大値を示すことがわかる。
【００４５】
波数ｋは音速ｃによって
【数７】
2004053319.tif 000009
のように示されるので、結局、信号処理回路の出力信号は波長λによって
【数８】
2004053319.tif 000010
【数９】
2004053319.tif 000011
を示す。なお、ｌ＜λ／４の範囲において、前記実線（同図Ｉ）で示す信号処理回路の出力信号は概ね単調である。このことは間隙ｌと信号処理回路の出力信号の相関のばらつきが小さければ、この単調性を容易にリニアライズすることができるので、間隙ｌの測定に適していることを示している。
【００４６】
＜音圧現象と近接現象の存在＞
図５（ａ）は本実施形態にかかる測定機により得られた実験結果の一例であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示したΔｌ近傍の拡大図である。なお、同図では、横軸に間隙ｌをとり、縦軸に信号処理回路の信号レベル（振幅）をとっている。同図より明らかなように振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが比較的大きい場合には、これまでの説明とよく一致しているが、図５（ｂ）に示すように振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが極めて小さくなるΔｌの範囲では状況を異にしてくる。
【００４７】
すなわち、これまでの説明では振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが近くなるほど、信号処理回路の信号レベルは上昇してくるはずであるが、同図（ｂ）に示す実験結果によれば、Δｌの範囲では、間隙ｌが近くなるほど、信号処理回路の信号レベルは逆に小さくなっていく。これには次の原因が考えられる。
すなわち、振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙が数マイクロメートルオーダの極めて狭い場合（近接範囲）、双方の対向部（振動子被測定物側端面と被測定物測定面）が平面の場合、両者の間は密閉空間でない。
【００４８】
このため、空気は該対向部には外から出し入れしようとするが、振動子被測定物側端面が被測定物測定面に急激に近づくと空気は逃げにくく、急激に遠ざけた場合は空気は入りにくくなる。
すなわち、振動子被測定物側端面は上述のように超音波周波数で振動し、周期的に被測定物測定面に近づいたり遠ざかったりしているため、上記のような現象が繰返されていると考えられる。
この現象は前記間隙ｌが数マイクロメートル程度（近接範囲内）の場合、空気の出入口の面積が小さくなるので、スクィーズ効果のような空気の粘性の影響等により発生すると考えられる。
【００４９】
このようにΔｌの範囲（近接範囲）内では、振動子被測定物側端面が被測定物の測定面に近い程、振動子の振動が妨げられることになる。
すなわち、Δｌの範囲（近接範囲）内では、振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが小さくなるほど、この影響は大きくなり、図５（ｂ）に示すように信号レベルは小さくなっていくと考えられる。この現象を以下、近接現象という。本実施形態において特徴的なことは、Δｌの範囲（近接範囲）内では、この近接現象を積極的に利用して非接触に間隙検出を行ったことである。
【００５０】
これに対し、Δｌ＜ｌ＜λ／４のように信号処理回路の出力信号が、間隙ｌが大きくなるほど、検出値（信号レベル）の減少が単調な範囲（音圧範囲）内を、通常の音圧現象と称する。
ここで、波長λ＝１ｍｍの場合、λ／４＝２５０μｍオーダに対し、Δｌ＝数マイクロメートルオーダであり、近接範囲内では、間隙ｌが大きくなると検出値（信号レベル）が増加し、且つその変化は通常の音圧現象（音圧範囲内）の１００倍以上に達する。つまり図５に示すように、前記音圧現象には、実はこの音圧現象の他に、前記近接現象が重畳して実験結果のようになると考えられる。
【００５１】
このように検出手段は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内では、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出している。一方、検出手段は、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙ｌが、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内では、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出している。
したがって、本実施形態においては、間隙ｌが通常の音圧範囲内にあるのか、或いは前記近接範囲内、つまりスクィーズ効果の作用する近接現象下の範囲にあるのかを考慮し、間隙ｌの測定を考慮する必要がある。
【００５２】
＜信号処理回路＞
例えば間隙ｌが、通常の音圧範囲（Δｌ＜ｌ＜λ／４）と、近接範囲（ｌ＜Δｌ）との境界Δｌ付近にあると、信号処理回路の出力信号は、振幅の変化と共に、周波数の変化が生じることが考えられる。
そこで、本実施形態においては、検出手段よりの出力信号に振幅変化と共に、周波数変化があっても、検出手段よりの正弦波状信号Ｓ０より、高速の振幅抽出が確実に行えるように、信号処理回路は、例えば特開平１０−９８４８号等記載の振幅抽出装置としての機能を含むことが特に好適である。
【００５３】
このために図６に示すように信号処理回路１６は、位相補正回路４０と、第一の正弦波信号生成回路４２及び第二の正弦波信号生成回路４４と、加算回路４６を備える。
すなわち、前記位相補正回路４０は、検出手段２８よりの入力正弦波状信号（出力信号）Ｓ０の位相を補正し、互いに９０°位相が異なる第一の正弦波状信号Ｓ１及び第二の正弦波状信号Ｓ２を得る。
前記正弦波信号生成回路４２，４４は、位相補正回路４０よりの正弦波状信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ二乗し、第一の二乗正弦波状信号Ｓ１２、第二の二乗正弦波状信号Ｓ２２をそれぞれ得ている。
【００５４】
前記加算回路４６は、前記正弦波信号生成回路４２，４４よりの二乗正弦波状信号Ｓ１２，Ｓ２２を加算し、信号Ｓ３（Ｓ３＝Ｓ１２＋Ｓ２２）を得る。これにより加算回路４６は、検出手段２８よりの正弦波状信号に含まれる基本周波数信号を除去し、振幅を抽出することができる。
したがって、例えば間隙ｌが、通常の音圧範囲（Δｌ＜ｌ＜λ／４）と近接範囲（ｌ＜Δｌ）との境界Δｌ付近にあり、検出手段２８よりの正弦波状信号Ｓ０に振幅の変化と共に、周波数の変化が生じても、前記信号処理回路１６により、検出手段２８よりの信号Ｓ０より、高速の振幅抽出が確実に行える。
【００５５】
このように信号処理回路１６は、高速応答性に優れている前記位相補正回路４０と、第一の正弦波信号生成回路４２及び第二の正弦波信号生成回路４４と、加算回路４６を備えることが特に好適である。これにより本実施形態においては、間隙ｌに応じた音波の振幅抽出がリアルタイムに行えるので、前記フライングタイム計測に伴う例えば測定時間等の技術的問題を避けることもできる。
また本実施形態においては、間隙ｌの絶対値測定における対物依存性の低減、測定結果の高精度化等のために、前記音圧現象或いは近接現象に応じて、間隙ｌの演算、機器制御を行うことも特に好ましい。
【００５６】
＜音圧範囲、近接範囲の検出＞
このために本実施形態においては、まず間隙ｌが音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるのかを知ることが非常に重要である。
すなわち、本実施形態において、信号処理回路１６は、図６に示すように変化率検出手段４８と、判定手段５０を備える。
前記変化率検出手段４８は前記加算回路４６の後段に接続され、該変化率検出手段４８の後段に判定手段５０が接続され、該判定手段５０の後段にコントローラ１８が接続されている。
【００５７】
前記変化率検出手段４８は、外部より与えられる間隙ｌの増減に対する出力信号の振幅値の変化率の大きさ、若しくは該変化率の符号（極性）を検出する。
ここで、前記出力信号の振幅値の変化率の大きさを検出するためには、例えば間隙ｌの変化に対する出力信号値の変化、すなわち感度の差を活用する。この感度比は実験値では（音圧現象の感度）／（近接現象の感度）が百分の一以下であるので、コントローラ１８がドライバ３６の動作を制御しステージ３４をＺ方向に移動させ、間隙ｌを０．１μｍ〜１μｍ程度の微小量だけ変化させることにより、容易に識別することができる。
【００５８】
また前記出力信号の振幅値の変化率の符号を検出するために、例えば出力信号値の向きは前者（音圧現象下）では負、後者（近接現象下）では正であるので、同じく間隙ｌに対し、前記出力信号の振幅値の変化率の大きさを検出するのと同じ変化を与えたときの出力信号値の増減を判定することにより、容易に識別することができる。
前記判定手段５０は、前述のようにして変化率検出手段４８により検出された出力信号の振幅値の変化率の大きさないし符号の検出結果に基づいて、前記間隙ｌが、音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるのかを判断している。
【００５９】
このように本実施形態においては、信号処理回路１６が、変化率検出手段４８と、判定手段５０を備えることにより、間隙ｌが通常の音圧範囲内（Δｌ＜ｌ＜λ／４）にあるのか、或いは近接範囲内（ｌ＜Δｌ）にあるのかを容易に及び確実に検出することができる。
【００６０】
＜間隙演算＞
本実施形態では、前記図５に示したように間隙ｌが通常の音圧範囲内（Δｌ＜ｌ＜λ／４）にあるのか、或いは近接範囲（ｌ＜Δｌ）内にあるのかにより、信号処理回路の信号レベルの特性が異なる。このために本実施形態においては、間隙ｌが通常の音圧範囲内にある時は、通常の音圧現象下で検出された検出手段よりの出力信号より、間隙の絶対値を求めるのに最適な演算情報を用いて、間隙ｌを求める。一方、間隙ｌが近接範囲内にある時は、空気の粘性に基づくスクィーズ効果の影響下で検出された検出手段よりの出力信号より、間隙の絶対値を求めるのに最適な演算情報を用いて間隙ｌを求めることが特に好適である。
【００６１】
このために本実施形態においては、信号処理回路１６の後段にコントローラ１８が接続されており、該コントローラ１８は、例えばコンピュータ５２を備える。
すなわち、コンピュータ５２は、メモリ５４と、ＣＰＵ（間隙演算手段）５６と、入力デバイス５８を備える。
そして、ＣＰＵ５６は、信号処理回路１６よりの出力信号Ｓ３、判定手段５０よりの判定結果が入力される。
【００６２】
ここで、前記メモリ５４は、音圧現象用演算情報記憶手段６０と、近接現象用演算情報記憶手段６２を備える。
前記音圧現象用演算情報記憶手段６０は、間隙ｌが通常の音圧範囲内（Δｌ＜ｌ＜λ／４）にあり、通常の音圧現象下で検出された、信号処理回路１６よりの出力信号Ｓ３より、間隙ｌの絶対値を求めるのに最適な演算情報を記憶している。
前記近接現象用演算情報記憶手段６２は、間隙ｌが近接範囲内（ｌ＜Δｌ）にあり、前記近接現象下で検出された、信号処理回路１６よりの出力信号Ｓ３より、間隙ｌの絶対値を求めるのに最適な演算情報を記憶している。
【００６３】
そして、ＣＰＵ５６は、判定手段５０よりの判定結果に基づいて、音圧現象用演算情報記憶手段６０の演算情報を用いて間隙ｌの絶対値の演算を行うのか、近接現象用演算情報記憶手段６２の演算情報を用いて間隙ｌの絶対値の演算を行うかを使い分けている。
すなわち、判定手段５０により間隙ｌが通常の音圧範囲内にあると判断されると、ＣＰＵ５６は、音圧現象用演算情報記憶手段６０の演算情報にアクセスし、該音圧現象下で検出された信号処理回路１６よりの出力信号Ｓ３より、間隙ｌの絶対値を求めるのに最適な演算情報より、間隙ｌの絶対値を求める。
【００６４】
これに対し、判定手段５０により間隙ｌが近接範囲内にあると判断されると、ＣＰＵ５６は、近接現象用演算情報記憶手段６２の演算情報にアクセスし、近接現象下で検出された信号処理回路１６よりの出力信号Ｓ３より、間隙ｌの絶対値を求めるのに最適な演算情報より、間隙ｌの絶対値を求める。
このように本実施形態においては、判定手段５０よりの判定結果に基づいて、通常の音圧現象に最適な演算情報を用いて間隙ｌの絶対値を高精度に求めるか、近接現象に最適な演算情報を用いて間隙ｌの絶対値を高精度に求めるかを使い分けている。したがって、本実施形態においては、前記各現象に対する対策がなされていない演算情報を用いるものに比較し、間隙ｌが音圧範囲内にあるか、或いは近接範囲内にあるかに関らず、間隙ｌの絶対値の演算が高精度に行える。
【００６５】
なお、間隙ｌが通常の音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるのかが予めわかっているのであれば、入力デバイス５８より、該間隙ｌがどの範囲にあるのかをコントローラ１８に入力し、該コントローラ１８に、その入力結果に応じて前述のように該間隙ｌの絶対値の演算を行わせることも、間隙測定の更なる迅速化等のために好適である。
【００６６】
＜機器制御＞
前述のように間隙ｌの範囲に応じて演算情報を考慮することにより、高精度に間隙の絶対値を求めることができるが、間隙ｌをより高精度に得るためには、該間隙ｌが通常の音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるのかにより、前記機器（センサ構成部材）の制御も調整することが非常に好適である。
例えば前記近接現象は、振動子の振動振幅に依存しているので、該近接現象に最適な感度や測定範囲を設定するために、該振動子の振動振幅を制御することは非常に重要である。
【００６７】
このために前記コンピュータ５２は、機器制御手段としてのＣＰＵ５６を備え、メモリ５４は、音圧現象用機器制御情報記憶手段６４と、近接現象用機器制御情報記憶手段６６を備える。
ここで、前記音圧現象用機器制御情報記憶手段６４は、前記振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌが、実質的に音圧現象の支配する音圧範囲内にあり、該音圧現象下での振動子２４の振動の状態量を検出するのに最適な機器（センサ構成部材）制御情報を記憶している。
【００６８】
また前記近接現象用機器制御情報記憶手段６６は、前記振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌが、実質的に空気の粘性に基づくスクィーズ効果が働く近接現象の支配する近接範囲内にあり、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子２４の振動の状態量を検出するのに最適な機器制御情報を記憶している。
そして、ＣＰＵ５６は、前記判定手段５０よりの判定結果により、機器制御情報として、音圧現象用機器制御情報記憶手段６４の機器制御情報を用いるか、近接現象用機器制御情報記憶手段６６の機器制御情報を用いるかを選択している。
【００６９】
すなわち、ＣＰＵ５６は、前記判定手段５０により振動子２４と被測定物２０間の間隙ｌが音圧範囲内にあると判断されると、前記音圧現象用機器情報記憶手段６４の機器制御情報にアクセスし、機器制御情報に基づいて、機器の動作を制御する。例えば振動子２４の振動振幅が音圧現象に対応したものとなるように、駆動回路１４が加振手段２６に与える制御情報を設定している。より具体的には、測定感度が、該音圧現象下で最適な感度となるように振動子２４の振動振幅を設定したり、また測定範囲が該音圧範囲（Δｌ＜ｌ＜λ／４）をカバーする範囲となるように振動子２４の振動振幅を設定している。
【００７０】
一方、前記判定手段５０により振動子２４と被測定物２０間の間隙ｌが近接範囲内にあると判断されると、ＣＰＵ５６は、前記近接現象用機器情報記憶手段６６の機器制御情報にアクセスし、該機器制御情報に基づいて機器の動作を制御する。例えば振動子２４の振動振幅が近接現象に対応したものとなるように、駆動回路１４が加振手段２６に与える制御情報を設定している。より具体的には、感度が近接現象下で最適な感度となるように振動子２４の振動振幅を設定したり、また測定範囲が該近接範囲（ｌ＜Δｌ）をカバーする適切な範囲となるように振動子２４の振動振幅を設定する。
【００７１】
以上のように本実施形態においては、間隙ｌが通常の音圧範囲内にあるのか、或いは近接範囲内にあるのかにより、例えば加振手段２６等の機器の制御情報を調整することにより、前記各現象に応じた機器制御を行うことができる。これにより各現象に最適な感度ないし測定範囲を容易に決定することができる。したがって、本実施形態においては、間隙ｌの絶対値に関らず、間隙ｌの絶対値をより高精度に得ることができる。
【００７２】
＜振動子先端形状＞
前記近接現象は、振動子２４の先端形状、つまり被測定物側端面２４ａの形状にも依存している。すなわち、振動子２４の被測定物側端面２４ａの形状を制御することにより、所望の感度ないし測定範囲を設定することができる。
したがって、本実施形態においては、該振動子２４の被測定物側端面２４ａの形状の選択は、前記振動子の振動振幅の選択と同様、非常に重要である。
例えば振動子２４の被測定物側端面の形状は平面のほかに、所望の感度ないし測定範囲に応じて、図７に示されるような種々の形状が考えられる。
【００７３】
同図（ａ）〜（ｃ）は、振動子２４の被測定物側端面２４ａに凹部７０が形成されており、該被測定物側端面２４ａの外径（さしわたし寸法）ｄ２が振動子２４の基本外形（軸部の直径ｄ０）と一致している。基本的には被測定物側端面２４ａの外径ｄ２、内径ｄ１、深さｈを設定することにより、所望の感度ないし測定範囲を設定することができる。
また同図（ｄ）は被測定物側端面２４ａの形状を球状としている。
【００７４】
また前記同図（ａ）〜（ｃ）は、被測定物側端面２４ａの外径ｄ２が振動子２４の基本外形（軸径ｄ０）と一致しているが、同図（ｅ）〜（ｉ）に示されるように被測定物側端面２４ａの形状のみを目的に応じて変更することもできる。
例えば、測定範囲を狭範囲化するには、同図（ｅ）〜同図（ｆ）に示されるように、例えば同図（ａ）に比較し被測定物側端面２４ａを小さくすることが特に好ましい。
これに対し、測定範囲を広範囲化するには、同図（ｇ）〜同図（ｉ）に示されるように、例えば同図（ａ）に比較し被測定物側端面２４ａを大きくすることが特に好ましい。
【００７５】
このように基本的には振動子２４の被測定物側端面２４ａの外径ｄ２、内径ｄ１、深さｈを設定することにより、所望の感度ないし測定距離を設定することができる。
例えば振動子２４の被測定物側端面２４ａの外径ｄ２、内径ｄ１、深さｈを二倍にすると、同じ感度で測定範囲が概ね二倍となる。これは振動子２４の被測定物側端面２４ａの形状の操作により、感度ないし近接現象の測定範囲を自由度をもって決定することができることを示唆している。
【００７６】
以上のように本実施形態にかかる間隙検知センサ１２によれば、超音波加振型の振動子２４を用い、非接触アブソリュートでギャップ検出を高精度に行うことができる。例えば音圧現象を活用するλ／４の間隙の測定と、スクィーズ効果を活用したλ／数百程度の間隙測定を使い分けることにより、間隙測定が簡素低廉に行える。特に振動子と被測定物間の間隙が数マイクロメートルと小さい場合には、近接現象を用いれば、間隙ｌのより高分解能な絶対値が求められる。
また本実施形態においては、信号処理回路よりの出力信号より、間隙ｌを演算する際も、前記各現象に応じて演算情報が選択されたものを用いることにより、間隙ｌの範囲に応じて、より高精度な絶対値を求めることができる。
【００７７】
また本実施形態においては、間隙ｌの範囲に応じた振動子の振動振幅、先端形状の操作により、間隙の絶対値測定における感度や測定範囲を適切に決定することもできる。
また本実施形態においては、信号処理回路１６が例えば位相補正回路４０と、第一の正弦波信号生成回路４２及び第二の正弦波信号生成回路４４と、加算回路４６を備えることにより、間隙ｌに応じた音波の振幅抽出が高速且つリアルタイムに行えるので、フライングタイム計測等の従来方法に伴う技術的問題を避けることができる。
【００７８】
温度依存性
　ところで、音速は大気の温度、湿度に依存して変化するため、演算される間隙ｌも温度、湿度に依存して変化してしまう。特に温度による影響が大きい。このため、間隙ｌの絶対値をより高精度に測定するためには、温度補正は非常に重要である。
従来は、例えば温度センサにより温度変化を測定することが考えられるが、温度センサがもつ不確かさがあったり、構成が複雑、高価であったりするので、比較的安価に製作できる超音波センサのメリットが損なわれる。
【００７９】
そこで、本発明は、温度センサ等を設けることなく、被測定物側音圧と背面側音圧の双方の物理的作用を活用することにより、温度補正を行っている。
このために本実施形態においては、温度依存性を低減するために、前述のように振動子の構造を軸方向に振動の節を中心として対称型としている。
【００８０】
図８に示すようにスタイラスホルダ２２に振動子２４の軸方向の略中央部が支持されており、振動子２４の被測定物側端面２４ａが被測定物２０と対向し、振動子２４の背面側端面２４ｂがスタイラスホルダ２２の内壁面（固定面）２２ａと対向している。
そして、本実施形態においては、振動子２４の背面側端面２４ｂに対し所定の離隔距離ｌｒｅｆをおいて対向配置されたスタイラスホルダ２２の内壁面２２ａ間に介在する空気層の定在振動現象（背面側音圧分布）を利用することにより温度補正をしている。
【００８１】
＜背面側音圧分布＞
本実施形態の間隙検知センサ１２の振動子２４は、軸方向に振動の節を中心として対称構造であり、振動子背面側端面２４ｂと、スタイラスホルダ２２の内壁面２２ａ間においても音圧現象（背面側音圧）が生じている。この振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離の設定は、被測定物側端面２４ａでの測定に影響を及ぼすものであり、本実施形態ではこの背面側音圧現象を積極的に利用することにより、温度補正をしている。
すなわち、前記音圧関係式（３）、（４）に現れる音圧分布ρ、粒子速度分布ｃ、及び波数ｋは音圧場の温度の影響により変動する。
【００８２】
したがって、本発明のように測定により間隙ｌを検出する方法では、音場の空気の温度に依存して同一の間隙ｌでも音圧が同一でなくなる可能性があり、裏を返せば同一の検出値でも実際の間隔ｌが同一でなくなる。すなわち誤差をもたらす可能性がある。
一方、本実施形態では、振動子２４を軸方向に振動の節を中心として対称構造とすることにより、検出手段２８により得られる出力信号ＯＴは、被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１と背面側音圧検出成分信号Ｏ２との和となる。すなわち、
【００８３】
【数１０】
2004053319.tif 000012
ただし、前記背面側音圧検出成分信号Ｏ２は固定値であり、被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１は被測定物２０との間隙ｌに応じて変化する。
したがって、検出手段２８よりの出力信号ＯＴの変化は、被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１の変化であるので、検出手段２８よりの出力信号ＯＴの検出により、被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１の間隔の変化が判る。
【００８４】
実際の間隙ｌの検出では、検出する間隙量ｌがｌ＝ｌ１±ａ（測定範囲；ａ、ａは通常波長λに対して小さくとる）とするとき、温度変動に対応する被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１の振動変動の向き（位相）と背面側音圧検出成分信号Ｏ２の信号変動の向き（位相）を反転しておけば、検出手段２８よりの出力信号ＯＴは、このような温度変化の影響が相殺されている。
【００８５】
そして、前述のように位相を反転するには、背面側間隙ｌｒｅｆを、振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌの測定範囲ｌ１とλ／２（λ；空中超音波振動の波長）の差を設けばよい。すなわち、
【数１１】
2004053319.tif 000013
そして、特に測定範囲ａが小さい場合、本実施形態の温度依存性の低減効果は大きい。
【００８６】
より具体的には、図９に示すように所定の温度環境下で測定を行って検出される音圧速度分布は実線で示されるようになるが、音速は主に伝播する空気の温度に依存するため、温度変動に伴い、音圧速度分布も点線で示されるように変動してしまう。なお、同図（ａ）は被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１を示し、同図（ｂ）は背面側音圧検出成分信号Ｏ２を示し、同図（ｃ）は検出手段２８よりの出力ＯＴ（＝Ｏ１＋Ｏ２）を示す。
振動子被測定物側端面２４ａからの距離がｌ１となるような位置を測定範囲ａの中心として用いると、同図（ａ）に示すように被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１は、例えば同図中、○印で示す情報が温度変動により矢印Ａ，Ｂ方向（上下方向）に変動してしまい、これが測定誤差となる。
【００８７】
一方、同図（ｂ）に示すように振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離ｌｒｅｆを前記距離ｌ１＋λ／２となるような長さに設定すると、背面側音圧検出成分信号Ｏ２は、同図中、△印で示す位置での位置情報が、同図（ａ）と比較し温度による影響が逆となる。つまり温度変動により矢印Ｃ，Ｄ方向に変動する。
【００８８】
そして、検出手段２８では、前記双方の振動子２４の外的拘束が重畳し出力されるため、該検出手段２８よりの出力ＯＴ（ＯＴ＝Ｏ１＋Ｏ２）は同図（ｃ）に示すようになる。つまり、点線で示されるように波長が大小によらず、同図（ｃ）に示す検出手段２８よりの出力ＯＴは、前記変動が相殺される。すなわち同図（ｃ）に示す測定範囲２ａでは、実線と温度変動があった場合を示す点線、一点鎖線が重なり合っており、これは温度環境に対し本実施形態の間隙検出センサ１２がロバストであることを意味しており、前述のように振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離ｌｒｅｆを適切に設定することにより、温度環境に対し本発明のセンサをロバスト化することができる。
【００８９】
なお、音速ｃの温度による影響の一例は次式のように大気中の摂氏温度（以降「温度」と略称）ｔｅｍｐにより表現される。
【数１２】
2004053319.tif 000014
【００９０】
このように本実施形態においては、温度依存性を低減するために、振動子２４の軸方向に振動の節を中心として対称構造とすることにより、振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間においても音圧現象（背面側音圧分布）を生じさせており、かつ検出手段２８により、振動子２４の被測定物側と背面側の外的拘束が重畳して出力されるようにしている。
そして、検出手段２８により、前記被測定物側音圧分布と背面側音圧分布との和の信号を出力させることにより、温度依存性の大幅な低減が行える。
【００９１】
ここで、本実施形態において、前記振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離ｌｒｅｆは、前記被測定物２０との間隙ｌの測定範囲ａよりも、前記超音波振動の空間波長λの１／２波長の奇数倍の差を設けることにより、温度変動に対応する被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１の信号変動の向き（位相）と背面側音圧検出成分信号Ｏ２の信号変動の向き（位相）を反転することができる。これにより検出手段２８よりの検出出力ＯＴは、このような温度変化の影響が相殺されている。
【００９２】
なお、本実施形態において、振動子２４の共振周波数は温度等の要因によって変わることがあるので、高い検出感度を維持するために、加振手段２６により加振する周波数を、振動子２４の共振周波数の変化に合わせて調整することが、特に好ましい。
【００９３】
＜低熱膨張材料＞
ここで、本実施形態において前記振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離ｌｒｅｆは一定であることが重要である。
このため本実施形態においては、より高精度を得るためには、つまりより温度依存性を低減するためには、少なくとも振動子２４及びスタイラスホルダ２２を、低熱膨張材料により構成することが特に好ましい。
本実施形態の低熱膨張材料としては、例えばインバー、スーパーインバー等を一例として用いることができる。
【００９４】
＜ＲＯＭテーブル＞
前記実施形態により、温度依存性を十分に低減することができるが、これを完全に削減することは事実上困難である。そこで、本実施形態においては、より温度依存性を低減するために、間隙の演算の際に、センサの使用環境温度に応じた変換値を考慮しており、例えば該間隙検知センサ１２の使用環境温度に応じた変換値をＲＯＭ（メモリ）テーブルに持たせている。
【００９５】
すなわち、前記実施形態において振動子、スタイラスホルダに低熱膨張材料を用いることにより、振動子背面側端面２４ｂとスタイラスホルダ内壁面２２ａ間の離隔距離ｌｒｅｆを一定に保つことは可能であるが、温度によりその材料のヤング率も変化してしまう。これは共振周波数をはじめとする振動子の特性が変化することを意味する。その結果、温度変動により、検出手段２８よりの出力信号が変化してしまうことがある。
そこで、本実施形態においては、図１０に示すように検出手段２８よりの信号の整流と増幅を行う信号処理回路１６の後段に、コントローラ１８を構成する温度演算回路（割出手段）８０と、ギャップ演算回路（間隙演算手段）８２を順に備える。
【００９６】
ここで、前記温度演算回路８０は、ＲＯＭ（メモリ）８４を備える。該ＲＯＭ８４に検出手段２８よりの背面側音圧分布情報と、前記検出手段２８よりの被測定物側音圧分布情報のための使用環境温度に応じた変換値（温度補正情報）との関係を示すテーブルが、予め記憶されている。
また温度演算回路８０は、予め得ておいた信号処理回路１６よりの背面側音圧分布情報に対応する変換値を、前記ＲＯＭ８４のテーブルより割出す。
前記ギャップ演算回路８２は、前記ＲＯＭ８４テーブルにより割出された変換値により温度補正された被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面２４ａと被測定物２０間の間隙ｌを求める。
【００９７】
本実施形態において、温度補正情報は、最終的に温度補正された間隙ｌの絶対値が得られるものであれば、任意のものをいう。例えば前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報に対する補正値（使用温度に応じた変換値）、温度補正された被測定物側音圧分布情報の値そのもの等を含めていう。本実施形態においては、例えば温度演算回路８０のＲＯＭ８４のテーブルに、使用温度に応じた変換値を持たせている。
【００９８】
より具体的には、前記ヤング率の変化は材質と温度により決まるので、測定前の校正時に間隙検知センサ１２、つまり振動子２４の被測定物側端面２４ａを被測定物２０より十分に離すことにより、信号処理回路１６よりの出力信号をＯＴ＝背面側音圧検出成分信号Ｏ２（被測定物側音圧検出成分信号Ｏ１→０）とする。この背面側音圧検出成分信号Ｏ２の値を用いて、信号処理回路１６よりの出力信号ＯＴの値からＲＯＭ８４テーブルを参照して温度を割出し、これによって測定結果の温度補正を行うことができる。
ＲＯＭ８４テーブルは、例えば温度情報或いは温度情報と振動子の物性値の割出に用いられており、背面側音圧検出成分信号Ｏ２の値対温度情報（温度依存性のあるパラメータ情報）、或いは背面側音圧検出成分信号Ｏ２の値対温度情報及び振動子の物性値（温度依存性のあるパラメータ情報）等を示している。
【００９９】
そして、測定前の校正時、つまり振動子２４の被測定物側端面２４ａを被測定物２０より十分に離した時に、温度演算回路８０により、信号処理回路１６よりの出力信号（ＯＴ＝Ｏ２）に対する変換値が、前記ＲＯＭ８４テーブルより割出され、ギャップ演算回路８２に保持される。
そして、被測定物２０との間隙ｌの測定時、信号処理回路１６よりの出力信号（ＯＴ＝Ｏ１＋Ｏ２）は温度演算回路８０を介してギャップ演算回路８２に出力される。
【０１００】
ギャップ演算回路８２では、前述のようにして測定前の校正時に割出されたＲＯＭ８４テーブルの変換値を信号処理回路１６よりの出力信号（ＯＴ＝Ｏ１＋Ｏ２）に適用することにより、温度補正された間隙ｌを求めている。
この結果、本実施形態においては、温度変化による信号処理回路１６等よりの出力信号の変動と低熱膨張材料のヤング率変動の双方を含めて補正することができる。つまり本実施形態のようにＲＯＭ８４テーブルに使用温度に応じた変換値を持たせることにより、前記各温度依存性は一括して補正することができるので、温度変化に関らず、間隙ｌ測定の安定性を高めることができる。
【０１０１】
図１１には本実施形態にかかる間隙検出センサ１２を用いた測定機により得られた実験結果の一例が示されている。
同図に示す実験結果は、間隙ｌに換算すると、例えば０〜数マイクロメートルの前記近接範囲を除けば、前記図４に示した理論と極めてよく一致している。
【０１０２】
前記近接範囲においては、振動子被測定物側端面２４ａの周囲長さ（外径ｄ２）に対して、振動子２４と被測定物２０の間隙ｌが非常に小さいため、空気の粘性によって被測定物側端面２４ａの高速振動を拘束する作用が顕在化する。これにより、図１１に示す出力信号ｏｕｔｐｕｔｎｅａｒが出力信号ｏｕｔｐｕｔを打ち消すように作用する結果、前記近接範囲において、実験結果の出力信号ｏｕｔｐｕｔｔｏｔａｌは図４に示した理論を示す出力信号ｏｕｔｐｕｔとは大きく異なるのである。
しかしながら、同図より明らかなように前記近接領域以外では、前記図４に示した理論を示す出力信号ｏｕｔｐｕｔと極めてよく一致しているので、本発明における現象は前記図４に示す理論を用いて説明することができる。
【０１０３】
変形例
＜固定面＞
なお、本発明の固定面としては、振動子の背面側端面に対し固定（一定）の離隔距離をおいて対向配置されるものであれば任意のもの、例えばホルダ支持体の対向面等を用いることもできる。しかしながら、温度変化に関らず振動子の背面側端面よりの離隔距離を、より一定に保つためには、前記実施形態のように振動子と同様、低熱膨張材料で構成されているスタイラスホルダ２２を、例えばスタイラスホルダ内壁面２２ａ等を用いることが特に好ましい。
【０１０４】
＜加振手段、検出手段＞
また前記各構成では加振手段２６、検出手段２８として圧電素子を用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、発明の要旨の範囲内であれば任意のもの、例えば磁歪素子、水晶振動子は勿論、その他のものを用いることができる。
【０１０５】
また前記加振手段２６、検出手段２８は互いに独立した要素であっても、共通要素であってもよい。共通要素としては、一つの圧電素子の表面を二分割してそれぞれを加振電極２６、検出電極２８とする形態が一例として該当する。また前記図１では加振手段２６、検出手段２８を振動子２４に軸対称にＡ側、Ｂ側（図１（Ｂ）参照）の二組の配置とした例について説明したが、これは振動子２４の幾何学的に対称な軸振動を意図したものである。本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の配置を採用することができる。例えば加振手段２６、検出手段２８は、振動子２４の軸上に、図１（Ｂ）中、Ａ側のみ或いはＢ側のみに配置したり、複数組配置することができる。
さらに、図７に示した振動子先端形状及び先端構造は、音響レンズを振動子先端位置に配置する構造として、超音波振動を被測定物表面の狭小領域に絞り込むようにしても良い。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる非接触超音波間隙検出センサによれば、振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じた音圧を該被測定物側端面が受けて、該振動子の少なくとも振動振幅を含む状態量情報が変化することを利用し、検出手段により振動子の振動の状態量を検出することにより、該間隙情報を得ることとしたので、非接触の間隙測定を高精度に行うことができる。
また本発明においては、前記検出手段により、前記間隙が音圧現象の支配する音圧範囲内では、該音圧現象下での振動子の振動の状態量を検出し、一方、前記間隙が近接現象の支配する近接範囲内では、該スクィーズ効果が働く近接現象下での振動子の振動の状態量を検出することにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、判定手段により、変化率検出手段により得られた振動振幅値の変化率の大きさないし符号に基づいて、前記間隙が前記音圧範囲内にあるのか或いは近接範囲内にあるかのかを判断することにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、機器制御手段により、前記判定手段により前記間隙が音圧範囲内にあると判断されると、音圧現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいて、センサ構成部材の動作を制御し、一方、前記間隙が近接範囲内にあると判断されると、近接現象用機器情報記憶手段の機器制御情報に基づいてセンサ構成部材の動作を制御することにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、間隙演算手段により、前記判定手段により前記間隙が音圧範囲内にあると判断されると、音圧現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求め、一方、前記間隙が近接範囲内にあると判断されると、近接現象用演算情報記憶手段の演算情報に基づいて、該間隙の絶対値を求めることにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、前記振動子の背面側端面に対し所定の離隔距離をおいて対向配置された固定面を備え、前記検出手段により、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙に応じて変化する被測定物側音圧分布情報と、該振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の変化によっても変化しない背面側音圧分布情報との和を検出することにより、振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙情報を含む検出手段よりの被測定物側音圧分布情報の温度依存性を大幅に低減することができるので、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明において、前記振動子背面側端面と固定面間の離隔距離は、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙の測定範囲よりも、前記超音波振動の空間波長の１／２波長の奇数倍の差があることにより、前記温度依存性をより確実に低減することができるので、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明において、少なくとも前記スタイラスホルダ及び前記振動子は低熱膨張材料で構成されていることにより、前記温度依存性をより確実に低減することができるので、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、割出手段により、予め得ておいた検出手段よりの背面側音圧分布情報に対応する温度補正情報を、メモリに記憶されているテーブルより割出し、間隙演算手段により、前記割出手段により割出された温度補正情報に基づいて温度補正された前記検出手段よりの被測定物側音圧分布情報より、前記振動子被測定物側端面と被測定物間の間隙を求めることにより、前記温度依存性をより大幅に及び確実に低減することができるので、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明においては、前記振動子の被測定物側端面が凹形状であることにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明において、前記振動子の被測定物側端面のさしわたし寸法は、前記間隙測定における所望の特性が得られるように選択された、振動子の軸部の直径と異なる直径であることにより、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
また本発明において、前記加振手段及び検出手段は、前記振動の節近傍に配置されていることにより、外乱振動に関らず振動子の振動の安定性を高めることができるので、非接触の間隙測定をより高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる非接触超音波間隙検出センサを用いた測定機の概略構成の説明図である。
【図２】本実施形態にかかる間隙検出センサの振動子とその振動モードの一例である。
【図３】本実施形態にかかる間隙検出センサと被測定物間に生じる超音波の定在波の様子である。
【図４】本実施形態にかかる間隙検出センサと被測定物間の間隙と信号処理回路よりの出力信号との関係の説明図である。
【図５】本実施形態にかかる間隙検出センサにより得られた実験結果の一例である。
【図６】本実施形態において特徴的な信号処理回路、コントローラの構成例である。
【図７】本実施形態において特徴的な振動子の先端形状の説明図である。
【図８】本実施形態において特徴的な背面側音圧分布情報の説明図である。
【図９】本実施形態において特徴的な温度依存性の改善機構の説明図である。
【図１０】本実施形態において特徴的なＲＯＭテーブルの説明図である。
【図１１】本実施形態にかかる間隙検出センサにより得られた実験結果の一例である。
【符号の説明】
１２　間隙検出センサ（非接触超音波間隙検出センサ）
２２　スタイラスホルダ（ホルダ）
２４　超音波加振型振動子（振動子）
２６　加振手段
２８　検出手段
４８　変化率検出手段
５０　判定手段
５４　メモリ（機器情報記憶手段，演算情報記憶手段）
５６　ＣＰＵ（間隙演算手段）
８０　温度演算回路（割出手段）
８２　ギャップ演算回路（間隙演算手段）
８４　ＲＯＭ（メモリ）
【図１】
2004053319.tif 000015
【図２】
2004053319.tif 000016
【図３】
2004053319.tif 000017
【図４】
2004053319.tif 000018
【図５】
2004053319.tif 000019
【図６】
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【図７】
2004053319.tif 000021
【図８】
2004053319.tif 000022
【図９】
2004053319.tif 000023
【図１０】
2004053319.tif 000024
【図１１】
2004053319.tif 000025