発明の詳細な説明【技術分野】 【０００１】 本発明は、距離測定装置に関する。 続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】 【０００２】 従来から、微小なギャップや変位を測定するための非接触式の距離センサとして、測定プローブとワークとの間の距離に応じた静電容量を測定する静電容量型センサがある。 【０００３】 図２（Ａ）には、静電容量型センサの基本的な構成である距離測定装置９００Ａが示されている。図２（Ａ）に示されるように、距離測定装置９００Ａは、交流定電流源９１０を備えている。交流定電流回路９１０が発生する定電流Ｉの角周波数をω、電極ＥＬとワークＷＫ間の静電容量体の静電容量をＣ X とすると、静電容量体にかかる電圧Ｖ m は、交流のオームの法則から、次の（１）式で与えられる。 Ｖ m ＝Ｉ／（ωＣ X ） …（１） 【０００４】 ここで、理想的な平行平板コンデンサの場合、電極ＥＬの面積をＡ、真空誘導率をε 0 、測定ギャップｇの比誘電率をε S とすると、静電容量Ｃ X は、Ｃ X ＝（ε 0 ε S Ａ）／ｇで与えられるため、測定ギャップｇは、次の（２）式で与えられる。 ｇ＝ε 0 ε S Ａ／Ｃ X ＝［（ω×ε 0 ε S Ａ）/Ｉ］×Ｖ m …（２） 【０００５】 しかしながら、距離測定装置９００Ａでは、図２（Ａ）に示されるように、接地されたワークＷＫに対向した有限の大きさの電極の端部で電気力線が乱れて平行電場では無くなる。このため、距離測定装置９００Ａでは、電気力線の乱れにより、Ｃ X ＝（ε 0 ε S Ａ）／ｇの関係が得られず、正確な測定ギャップｇを測定することができない。 【０００６】 こうした電気力線の乱れを解消するものとして、図２（Ｂ）に示される距離測定装置９００Ｂがある。距離測定装置９００Ｂは、図２（Ｂ）に示されるように、電極として中心電極ＥＬ c とガード電極ＥＬ g とを備えている。また、距離測定装置９００Ｂは、交流定電流回路９１０と、インピーダンス変換回路９２０である電圧バッファ回路とを備えている。 【０００７】 距離測定装置９００Ｂの中心電極ＥＬ c は、ワークＷＫとの間の測定ギャップｇを計測するためのセンシングを行う。ガード電極ＥＬ g は、中心電極ＥＬ c が行うセンシングを補助する。ガード電極ＥＬ g の電位は、後述するように、中心電極ＥＬ c の電位と等しくなるため、中心電極ＥＬ c とガード電極ＥＬ g とは、あたかも一体の電極のように振る舞う。この結果、接地されたワークＷＫに対向した有限の大きさの電極の端部での電気力線の乱れはガード電極ＥＬ g の外周部のみで生じ、中心電極ＥＬ c の直下では平行な電気力線が保たれる。このため、静電容量Ｃ X の逆数が測定ギャップｇに比例する関係、すなわち、１／Ｃ X ＝ｇ／（ε 0 ε S Ａ）の関係が得られることになる。 【０００８】 このため、（１）式と、静電容量Ｃ X の逆数が測定ギャップｇに比例する関係とから、次の（３）式が得られる。 Ｖ m ＝Ｉ／（ωＣ X ） ＝［Ｉ／（ωε 0 ε S Ａ）］×ｇ …（３） このように、電圧Ｖ m は測定ギャップｇに比例した値となり、電圧Ｖ m を利用することは、測定ギャップｇを測定するのに都合がよい。 【０００９】 また、距離測定装置９００Ｂでは、インピーダンス変換回路９２０の入力は中心電極ＥＬ c に接続され、インピーダンス変換回路９２０の出力はガード電極ＥＬ g に接続されている。このため、中心電極ＥＬ c 及びガード電極ＥＬ g は交流的に同電位となるので、中心電極ＥＬ c からガード電極ＥＬ g へ電流が流れることはない。この結果、中心電極ＥＬ c とガード電極ＥＬ g との間の浮遊容量の影響はキャンセルされる。 【００１０】 また、距離測定装置９００Ｂでは、中心電極ＥＬ c は、シールド編組の同軸ケーブルＣＶの内部導体に接続され、インピーダンス変換回路９２０の出力に接続されたガード電極ＥＬ g は、内部導体と絶縁されている同軸ケーブルＣＶの外側導体に接続されている。このため、インピーダンス変換回路９２０は、ドリブンシールドとして作用し、同軸ケーブルＣＶ内の内部導体と外部導体間の静電容量の影響はキャンセルされる。 （【００１１】以降は省略されています） この特許をJ-PlatPatで参照する
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