(57)【要約】      （修正有）【課題】信号／応答の非線形性、位置誤差、信号ドリフトを改善する測定デバイスのスタイラスの位置を示すための誘導性位置検出構成体を提供する。【解決手段】走査プローブのスタイラス位置検出部３１１は、受信コイル部３７０を有するコイル基板構成体と、送信コイルを備える場生成コイル構成体３６０と、ディスラプター要素３５１を備えるディスラプター構成体３５０とを備える。コイル基板構成体は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、および下部回転検出コイルＢＲＳＣｉと下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える。スタイラス３０６に結合された一対の導電性のディスラプター要素３５１は、移動ボリューム内においてＺ軸およびＸ−Ｙ方向に沿って移動する。コイル基板構成体の生成コイルは変動磁束を生成し、コイル信号はディスラプター要素３５１および／またはスタイラス３０６の位置を示す。【選択図】図２
2020101521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標測定機用の走査プローブにおいて、
スタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、
軸方向に沿って前記スタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りの前記スタイラス結合部の回転移動を可能にするように構成されたスタイラス移動機構と、
を備える前記走査プローブのフレームに結合されたスタイラス懸架部と、
Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体とを備える第１基板部と、
Ｎ個（Ｎは少なくとも３である整数）の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体とを備える第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部の間に配置され、少なくとも第１の場生成コイル構成体を備える中央基板部と、
を備え、前記スタイラス懸架部により近い前記第２基板部で、前記走査プローブの前記フレームに一定の関係で取り付けられ、前記第１、第２および中央基板部が名目上互いに平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体と、
各々がディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備える第１および第２のディスラプター要素を備えるディスラプター構成体と、
を備え、前記ディスラプター要素は前記コイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、前記ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係で前記スタイラス懸架部に結合され、前記ディスラプター要素は、前記軸方向移動に応じて前記軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および前記回転移動に応じて前記軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、前記ディスラプター要素は、前記スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対して前記ディスラプター移動ボリューム内で移動し、前記場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、前記ディスラプター移動ボリューム内に前記軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成し、前記軸方向に平行である前記中心軸に沿って配置され、前記回転中心に名目上整列しているスタイラス位置検出部と、
前記コイル駆動信号を提供するように前記スタイラス位置検出部の前記コイルに動作可能に接続され、前記コイル基板構成体のそれぞれの前記回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える前記コイル基板構成体から信号を入力し、前記走査プローブの前記フレームに対する前記ディスラプター要素または前記スタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成された信号処理および制御回路と、
を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影は上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、前記下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影は下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影はそれぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影はそれぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義し、ここで、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスであり、
前記コイル基板構成体および前記ディスラプター要素は、前記上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび前記下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、前記重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では少なくとも変化しない、またはその位置に依存せず、
前記コイル基板構成体と前記ディスラプター要素は、前記上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと前記下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備えるＮ個の回転検出コイルの相補対ＣＰｉを提供するように構成され、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、前記ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じであることを特徴とする走査プローブ。
【請求項３】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記第１基板部、前記第２基板部、および前記中央基板部は、単一の多層プリント回路基板の部分を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項４】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記コイル基板構成体および前記ディスラプター要素は、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、前記ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように、構成されていることを特徴とする走査プローブ。
【請求項５】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記上部回転検出コイルの組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の前記上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備え、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉが前記ディスラプター要素の位置に応じて変化する場合でも、その合計は少なくとも前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存せず、
前記下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記下部回転検出コイルの組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の前記下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備え、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉが前記ディスラプター要素の位置に応じて変化する場合でも、その合計は少なくとも前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないことを特徴とする走査プローブ。
【請求項６】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記上部回転検出コイルの１つではなく、前記上部回転検出コイルよりも前記中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルおよび前記ディスラプター要素は、少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルが前記ディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影が前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記第１のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルの前記内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とし、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは前記第１のディスラプター要素の位置によっては変化せず、
前記下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記下部回転検出コイルの１つではなく、前記下部回転検出コイルよりも前記中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルおよび前記ディスラプター要素は、少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルが前記ディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影が前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記第２のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルの前記内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とし、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは前記第２のディスラプター要素の位置によっては変化しないことを特徴とする走査プローブ。
【請求項７】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記ディスラプター要素と前記スタイラス結合部に結合された移動部材を備え、前記移動部材は、前記中心軸に沿って前記コイル基板構成体に配置された穴を通り、ほぼ前記中心軸に沿って延在することを特徴とする走査プローブ。
【請求項８】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記場生成コイル構成体は、
ａ）前記ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で前記中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、
ｂ）前記中心軸に沿って前記ディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面であり前記中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイル、または
ｃ）少なくとも２ターンで、前記中心軸に沿って前記ディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で前記中心軸に直交する２つの対応する場生成コイル部を持つマルチターン場生成コイル、
のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項９】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記第１のディスラプター要素および前記第２のディスラプター要素の面積は、少なくとも前記第１の場生成コイル構成体の面積よりも大きいことを特徴とする走査プローブ。
【請求項１０】
請求項９に記載の走査プローブにおいて、
前記ディスラプター要素はそれぞれ、複数の同心円状の導電性ループを備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の走査プローブにおいて、
少なくとも前記第１の場生成コイル構成体は、第１および第２場生成コイルを備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１２】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記軸方向に沿った前記第１の場生成コイル構成体のコイル領域の投影は、前記コイル基板構成体に配置された前記ディスラプター領域およびすべての前記回転および前記軸方向検出コイルのコイル領域を提供する前記導電性プレートまたは導電性ループを包含することを特徴とする走査プローブ。
【請求項１３】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記場生成コイル構成体によって生成される前記変動磁束の測定値を提供するために利用される正規化コイルをさらに備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１４】
請求項１に記載の走査プローブにおいて、
第１回転検出コイル内に配置され、第２回転検出コイル内に配置された同様の電子的に接続された要素と対称である非接続の要素をさらに備え、前記非接続の要素は、それにより、前記第２回転検出コイル内に接続された前記要素の存在により前記第１および第２回転検出コイルによって提供される前記信号成分で生じる信号オフセットを低減することを特徴とする走査プローブ。
【請求項１５】
ワークピースの表面に沿って走査プローブを移動させる工程と、
前記走査プローブが前記ワークピースの表面に沿って移動するときに前記走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、
を含む方法であって、
前記走査プローブは、
スタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、
軸方向に沿って前記スタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りの前記スタイラス結合部の回転移動を可能にするように構成されたスタイラス移動機構と、
を備える前記走査プローブのフレームに結合されたスタイラス懸架部と、
Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体とを備える第１基板部と、
Ｎ個（Ｎは少なくとも３である整数）の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体とを備える第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部の間に配置され、少なくとも第１の場生成コイル構成体を備える中央基板部と、
を備え、前記スタイラス懸架部により近い前記第２基板部で、前記走査プローブの前記フレームに一定の関係で取り付けられ、前記第１、第２および中央基板部が名目上互いに平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体と、
各々がディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備える第１および第２のディスラプター要素を備えるディスラプター構成体と、
を備え、前記ディスラプター要素は前記コイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、前記ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係で前記スタイラス懸架部に結合され、前記ディスラプター要素は、前記軸方向移動に応じて前記軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および前記回転移動に応じて前記軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、前記ディスラプター要素は、前記スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対して前記ディスラプター移動ボリューム内で移動し、前記場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、前記ディスラプター移動ボリューム内に前記軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成し、前記軸方向に平行である前記中心軸に沿って配置され、前記回転中心に名目上整列しているスタイラス位置検出部と、
前記コイル駆動信号を提供するように前記スタイラス位置検出部の前記コイルに動作可能に接続され、前記コイル基板構成体のそれぞれの前記回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える前記コイル基板構成体から信号を入力し、前記走査プローブの前記フレームに対する前記ディスラプター要素または前記スタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成された信号処理および制御回路と、
を備え、前記走査プローブが前記ワークピースの表面に沿って移動するとき、出力される前記信号は、前記走査プローブによって生成される前記誘導性検出信号を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１８年１１月１日に「測定デバイスのスタイラスの位置を示すための誘導性位置検出構成体」と題されて出願された米国特許出願第１６／１７８，２９５号の一部継続出願である。
【０００２】
本開示は、精密計測に関し、より詳細には、座標測定機で使用されるプローブで使用するための誘導性検出構成体に関する。
【背景技術】
【０００３】
座標測定機（ＣＭＭ）は、検査されたワークピースの測定値を取得できる。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，４３８，７４６号に記載されている１つの例示的な従来技術のＣＭＭは、ワークピースを測定するためのプローブ、そのプローブを動かすための移動機構、およびその動きを制御するためのコントローラを備える。表面走査プローブを備えるＣＭＭは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，６５２，２７５号に記載されている。そこに開示されているように、機械的な接触プローブまたは光学プローブは、加工物の表面を走査することができる。
【０００４】
機械的な接触プローブを使用するＣＭＭは、米国特許第６，９７１，１８３号にも記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。そこに開示されているプローブは、表面接触部を有するスタイラス、軸方向移動機構、および回転移動機構を備える。軸方向移動機構は、接触部が走査プローブの中心軸方向（Ｚ方向または軸方向とも呼ばれる）に移動することを可能にする移動部材を備える。回転移動機構は、接触部がＺ方向に垂直に移動することを可能にする回転部材を備える。軸方向移動機構は、回転移動機構内に入れ子になっている。接触部の位置および／またはワークピースの表面座標は、回転部材の変位および移動部材の軸方向変位に基づいて決定される。
【０００５】
誘導性検出技術は環境的にロバストであることが知られており、様々な望ましい検出特性を備えている。上記と同様の機械的な接触プローブにおける様々な内部要素の変位または位置を測定するために、精密ＬＶＤＴなどを使用することが知られている。ただし、ＣＭＭプローブで使用するのに十分に正確なＬＶＤＴおよびその他の既知の誘導性センサは、かなり大きく、組み込むには扱いにくい場合があり、関連する移動機構および／または変位検出器の配置は、比較的高価であり、および／または（例えば、一般的な構成および／または機構および／または検出器の不完全性などによる）様々な「クロスカップリング」誤差の影響を受けやすい。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第４，８１０，９６６号（ '９６６特許）は、比較的平面的でかつ比較的経済的であって、近くにある導電性ターゲットの３次元位置を検出できる誘導性センサ構成体を開示している。しかし、'９６６特許に開示されている構成には、ＣＭＭ走査プローブでの使用にうまく適合させるための必要な精度および／またはフォームファクタを提供することに関して、いくつかの設計上の欠陥がある。つまり、'９６６特許の構成には、ＣＭＭプローブのような最新の計測機器で妥当なレベルの精度を提供するために必要な高度な機能と特徴が欠けている。ＣＭＭプローブにおいて上記で概説したような既知の誘導性検出システムの使用に関連するその他の問題には、システムの変位応答に固有の信号／応答の非線形性、完全なアセンブリとアライメントを充足しないことによる位置誤差、および機械的および電気的コンポーネントへの（温度変化などによる）環境の影響による信号ドリフトが含まれる。ＣＭＭプローブで使用するための改善された誘導性検出構成体が必要とされている（例えば、変位検出器構成体は、上記のような誤差の影響を受けにくく、および／または比較的安価であるなど）。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この概要は、以下の［発明を実施するための形態］においてさらに説明される概念の抜粋を簡略化された形式で紹介するために提供されている。この概要は、特許請求された主題の主要な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求された主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図していない。
【０００７】
３軸で応答する走査プローブは、測定機（ＣＭＭなど）で使用するために提供されている。走査プローブは、スタイラス懸架部と、スタイラス位置検出部と、信号処理および制御回路と、を備える。スタイラス懸架部は、走査プローブのフレームに結合され、スタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、軸方向に沿ってスタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りのスタイラス結合部の回転移動を可能にするように構成されたスタイラス移動機構と、を備える。スタイラス位置検出部は、誘導性検出原理に基づいており、受信コイル部、ディスラプター構成体、および場生成コイル構成体を備えている。
【０００８】
受信コイル部は、Ｎ個の上部回転検出コイル（ＴＲＳＣ）と上部軸方向検出コイル構成体（ＴＡＳＣＣ）とを備える平面状の上部コイル基板と、Ｎ個の下部回転検出コイル（ＢＲＳＣ）と下部軸方向検出コイル構成体（ＢＡＳＣＣ）とを備える平面状の下部コイル基板と、を備えることができる。なお、Ｎは、少なくとも３の整数である。上部コイル基板と下部コイル基板は、スタイラス懸架部により近い下部コイル基板で、走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられる。上部および下部コイル基板は、名目上互いに平行であり、名目上中心軸に直交することができ、中心軸に沿って間隔を空けて配置され、それらの間にディスラプター移動ボリュームが配置されている。なお、「名目上」は、「nominally」の和訳であり、「公称上、名義上、形式上、設計上」などの意味であってもよい。
【０００９】
ディスラプター構成体は、ディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループを備えるディスラプター要素を備える。ディスラプター要素は、上部コイル基板と下部コイル基板との間のディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、結合構成体によってスタイラス懸架部に結合される。ディスラプター要素は、スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向にほぼ直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ったそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動するとして説明することができる。
【００１０】
場生成コイル構成体は、少なくとも、ディスラプター移動ボリュームに近接して配置され、名目上平面で中心軸に直交する第１の場生成コイルを備える。第１の場生成コイルは、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影に、ディスラプター領域と上部および下部コイル基板上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのコイル領域とを提供する導電性プレートまたはループが包含されるように構成されている。場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内にほぼ軸方向に沿って変動磁束を生成するように構成されている。
【００１１】
信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、上部および下部コイル基板上に配置されたそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える受信コイル部から信号を入力するように構成されている。さらに、信号処理および制御回路は、走査プローブのフレームまたはハウジングに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。
【００１２】
スタイラス位置検出部の特に有利な構成は、本明細書に開示されており、１）上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。なお、ｉは、１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスである。２）受信コイル部とディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡと下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、重複領域ＴＡＳＯＡとＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。３）受信コイル部およびディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉを提供するように構成される。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙの任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。
【００１３】
このような構成は、本明細書で開示する原理によれば、誘導性検出に基づく既知の経済的な３次元位置インジケータにおいて位置決定の精度を制限する特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して特に有利な信号成分を提供することができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、受信コイル部とディスラプター要素は、さらに、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉおよび任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター領域の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ、ＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように構成されている。いくつかのそのような実施形態では、受信コイル部は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が軸方向に沿って投影されたときに名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように構成される。他のそのような実施形態では、受信コイル部は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が、それらの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置で一致するように中心軸の周りで回転したときに名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように構成される。
【００１５】
様々な実施形態では、受信コイル部およびディスラプター要素は、ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の直線側辺のそれぞれがそのそれぞれの相補対の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように構成されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝３であり、少なくともＮ個の直線側辺は、正三角形の辺に平行に配置された３つの辺を備える。他のそのような実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。
【００１６】
いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの組み合わせを備えることができ、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって変化する場合でも、その合計は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの組み合わせを備えることができ、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって変化する場合でも、その合計は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。
【００１７】
いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とする。ここで、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置によっては変化しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルとディスラプター要素は、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素より小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とする。ここで、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置によっては変化しない。いくつかのそのような実施形態では、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルは中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。いくつかの実施形態では、上部および下部軸方向検出コイルは、次のように構成することができる（例えば、特定の望ましい特性を持つ軸方向位置信号成分を提供するため）。上部および下部軸方向検出コイルは、中心軸と同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義にされた軸方向検出コイル内接シリンダーを定義することができる。ディスラプター内接シリンダーは、中心軸と同心で、ディスラプター要素のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義することができる。様々な実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍であることが望ましいかもしれない（必須ではない）。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．２または少なくとも１．５倍であることが望ましいかもしれない（必須ではない）。
【００１８】
いくつかの実施態では、更に、少なくとも１つの相補対ＣＰｉおよび動作動作範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、その相補対では反対であるように、受信コイル部およびディスラプター要素は構成されている。そのような実施形態は、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号がその相補対では同じである実施形態と比較して、いくつかの不利な点がある。しかしながら、適切な信号処理により、そのような実施形態は、既知の誘導性検出構成体と比較して、走査プローブで使用するための特定の利点を依然として提供することができる。いくつかのそのような実施形態では、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉのうちの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように、中心軸の周りにオフセット角度で回転されて、軸方向に沿って投影された場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致するように特徴づけられた上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部は構成されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、ディスラプター要素は、少なくともＮ対の平行な直線側辺を備えてもよく、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、一対の平行な直線側辺の第１のものが上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、その一対の平行な直線側辺の第２のものがそれぞれの相補対ＣＰｉの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝３であり、Ｎ対の平行な直線側辺は、正六角形の辺に平行に配置される。
【００１９】
様々な実施形態において、移動部材はディスラプター要素およびスタイラス結合部に結合され、移動部材は中心軸に沿って下部コイル基板に配置された穴を通り、ほぼ中心軸に沿って延在する。
【００２０】
様々な実施形態において、場生成コイル構成体は、ａ）ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、またはｂ）中心軸に沿ってディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイルのうちの１つを備える。
【００２１】
様々な実施形態では、受信コイル部は、Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体を備えるコイル基板構成体の第１基板部と、Ｎ個の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体を備えるコイル基板構成体の第２基板部と、を備えることができる。なお、Ｎは少なくとも３の整数である。
【００２２】
場生成コイル構成体は、コイル基板構成体の第１基板部と第２基板部との間に配置される中央基板部の少なくとも第１の場生成コイル構成体を備えることができる。
【００２３】
コイル基板構成体は、互いに名目上平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体の第１、第２および中央基板部を有し、スタイラス懸架部により近いコイル基板構成体の第２基板部で走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられてもよい。
【００２４】
ディスラプター構成体は第１および第２のディスラプター要素を備え、それぞれはディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備え、ディスラプター要素はコイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置されている。ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係でスタイラス懸架部に結合される。ディスラプター要素は、スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿ってそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動する。
【００２５】
様々な実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域およびコイル領域を提供する導電性プレート、ループ、スパイラルなどのすべてまたは少なくとも一部を包含することができる。場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内でほぼ軸方向に沿った変動磁束を生成することができる。様々な実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域は、コイル基板構成体上に配置された回転および軸方向検出コイルのコイル領域をほとんどまたは全く含まない場合がある。様々な実施形態では、コイル基板構成体上に配置された回転および軸方向検出コイルのサイズおよび形状は、回転および軸方向検出コイルに到達するディスラプター領域から生成される磁場の部分に少なくとも部分的に基づいて構成することができる。様々な実施形態では、回転および軸方向検出コイルに到達するディスラプター領域によって生成される磁場の部分は、ディスラプター領域と回転および軸方向検出コイルとの間の距離に応じて、（例えば、磁場の部分はより大きく、よりガウス分布のように）ディスラプター領域とは異なるサイズ／形状を有することができる。
【００２６】
信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するように、スタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも１つの軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。
【００２７】
スタイラス位置検出部の特に有利な構成は、本明細書に開示されており、上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義しており、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義しており、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義しており、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。なお、ここでｉは個別のコイル識別インデックスであり、範囲は１〜Ｎである。
【００２８】
コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成されてもよく、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないかのうちの少なくとも１つである。また、コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉを提供するように構成されてもよく、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−／Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分の相補対ＣＰｉについて、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、名目上その相補対において同一である。様々な実施形態では、回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉは、位置情報に関連しない信号オフセットを除去するために利用することができる。様々な代替実施形態では、対で配置されないＮ個の回転検出コイルを利用することができ、信号オフセットを信号処理および制御回路、および／または他の電子手段によって差し引くことができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、受信コイルが場生成コイルに近接しているため、非接続のビア／パッドを追加して、（例えば、送信機と受信機のリードなどのための）接続トレースまたは他の要素によって生成される可能性のあるオフセットのバランスをとることができる。例示的な例として、特定の実施形態では、（例えば、接続トレース用の）いくつかのビア／パッドは、対称的な受信機コイル（例えば、第２の対称的に反対側にある上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ）がそのようなビア／パッドを備えずに、１つのコイル（例えば、第１の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ）内に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、そのようなトレース／ビア／パッドは、対象にされなければ信号オフセットとなり、受信コイルへの磁場を減少させる可能性がある。いくつかの実施形態では、そのようなオフセットは、非接続のビア／パッドで対称的な受信機コイル内のそのような機能を反映すること(mirroring)により対処することができる。例えば、一実施形態では、非接続のビア／パッドを対称のコイル内に追加することができ、それぞれが対応する接続されたビア／パッドを反映／対称であってもよい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、システムは、本明細書に開示されるような走査プローブ、駆動機構、および駆動機構を走査プローブに結合するように構成された取付部を備える。いくつかの実施形態では、システムは、駆動機構の移動を制御するモーションコントローラを備えている。
【００３１】
いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に開示される走査プローブをワークピースの表面に沿って移動させる工程と、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動する際に走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、を含む。
【００３２】
名目上平面状の検出素子を使用する既知の誘導性センサは、精密な走査プローブに適用するには不正確すぎる。対照的に、本明細書で開示および特許請求される様々な原理に従って構成される名目上平面状の検出素子を利用する誘導性センサは、ロバストな信号セットを提供し、精密走査プローブへの適用に十分な精度を提供するために使用することができる。特に、上記で概説したような実施形態および／または構成は、以前に誘導性検出に基づく既知の経済的な３次元位置インジケータにおいて位置決定の精度を制限していた特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して、特に有利な信号成分を提供することができる。本明細書で開示および特許請求される様々な原理による様々な実施形態では、様々な受信機コイルによって提供される信号成分は、それらがロバストで非常に正確な３次元位置表示を提供するために比較的高速で単純な信号処理を使用して処理されるという点で特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本明細書に開示されるような走査プローブを利用するＣＭＭを備える測定システムの様々な典型的な構成要素を示す図である。
【図２】ＣＭＭに結合される走査プローブの様々な要素を示し、回転および軸方向位置信号を提供するブロック図である。
【図３】スタイラスに結合されたスタイラス懸架部の第１の例示的な実施形態の一部、およびスタイラス懸架部の位置を検出するためのスタイラス位置検出部の第１の例示的な実施形態を示す図である。
【図４】走査プローブの本体フレーム内に含まれる図３のスタイラス懸架部の一実施形態の断面を示す図である。
【図５】図３および図４に示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。
【図６】図５に示されるスタイラス位置検出部の特定の要素の部分的概略等角図であり、本明細書に開示される原理による処理および制御回路の一例示的実施形態のブロック図への接続を概略的に表す。
【図７Ａ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図７Ｂ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図７Ｃ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図７Ｄ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図７Ｅ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ａ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ｂ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ｃ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ｄ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ｅ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図８Ｆ】図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。
【図９Ａ】スタイラス懸架部の位置を検出するためのスタイラス位置検出部の例示的な実施形態の一部を示す図である。
【図９Ｂ】スタイラス懸架部の位置を検出するためのスタイラス位置検出部の例示的な実施形態の一部を示す図である。
【図１０】図９Ａおよび図９Ｂに示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。
【図１１】図１０に示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、本明細書に開示されるような走査プローブ３００を利用するＣＭＭ２００を備える測定システム１００の様々な典型的な構成要素を示す図である。測定システム１００は、操作ユニット１１０、ＣＭＭ２００の動きを制御するモーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０およびＣＭＭ２００を備える。操作ユニット１１０は、モーションコントローラ１１５に結合され、ＣＭＭ２００を手動で操作するためのジョイスティック１１１を備えることができる。ホストコンピュータ１２０は、モーションコントローラ１１５に結合され、ＣＭＭ２００を動作させ、ワークピースＷの測定データを処理する。ホストコンピュータ１２０は、例えば測定条件を入力するための入力手段１２５（例えば、キーボードなど）および、例えば測定結果を出力するための出力手段１３０（例えば、ディスプレイ、プリンタなど）を備える。
【００３５】
ＣＭＭ２００は、定盤２１０に配置された駆動機構２２０と、走査プローブ３００を駆動機構２２０に取り付けるための取付部２２４と、を備える。駆動機構２２０は、走査プローブ３００を３次元的に移動させるために、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸スライド機構２２２、２２１、および２２３を備える。走査プローブ３００の端部に取り付けられたスタイラス３０６は、接触部３４８を備える。以下により詳細に説明するように、スタイラス３０６は走査プローブ３００のスタイラス懸架部に取り付けられ、これにより接触部３４８は接触部３４８がワークピースＷの表面上の測定経路に沿って移動するとき、その位置を３方向に自由に変えることができる。
【００３６】
図２は、ＣＭＭ２００に結合される走査プローブ３００の様々な要素を示し、回転（例えば、Ｘ、Ｙ）および軸方向（例えば、Ｚ）位置信号を提供するブロック図である。走査プローブ３００は、スタイラス懸架部３０７およびスタイラス位置検出部３１１を組み込む（例えば、フレームを備える）プローブ本体３０２を備える（つまり、スタイラス懸架部３０７は、走査プローブ３００のフレームに結合されている）。スタイラス懸架部３０７は、スタイラス結合部３４２およびスタイラス移動機構３０９を備える。スタイラス結合部３４２は、スタイラス３０６に堅固に結合されている。スタイラス移動機構３０９は、図３と図４に対して以下でより詳細に説明されるように、軸方向に沿ってスタイラス結合部３４２および取り付けられたスタイラス３０６の軸方向運動、および回転中心の周りのスタイラス結合部３４２および取り付けられたスタイラス３０６の回転運動を可能にするように構成される。走査プローブ３００に備えられる信号処理および制御回路３８０は、以下でより詳細に説明するように、スタイラス位置検出部３１１に接続され、その動作を制御し、関連する信号処理を実行することができる。
【００３７】
図２に示すように、スタイラス位置検出部３１１は、誘導性検出原理を使用し、受信コイル部３７０、場生成コイル構成体３６０、およびディスラプター要素３５１（これは、ディスラプター構成体３５０の一部であり、いくつかの実施形態では複数の部分を備えることができる）を備える。受信コイル部３７０は、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。簡単に説明すると、移動するディスラプター要素３５１（または、より一般的には、ディスラプター構成体３５０）は、場生成コイル構成体３６０によって生成される変動磁場で位置に依存した変化を引き起こす。受信コイル部３７０は、ディスラプター要素３５１によって引き起こされた変動磁場およびそのなかの変化に応答する。特に、回転検出コイル部ＲＳＣは、例えば、図３、５、および６を参照して以下でより詳細に説明するように、対応する信号線上にスタイラス結合部３４２の回転位置（例えば、ＸおよびＹ位置信号）を示す少なくとも第１および第２の回転信号成分ＲＳｉｇｓを出力する。そして、軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、対応する信号線上にスタイラス結合部３４２の軸方向位置（例えば、Ｚ位置信号）を示す１つまたは複数の軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。様々な実施形態では、信号処理および制御回路３８０は、回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを受信し、様々な実施形態の様々なレベルの関連した信号処理を実行することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路３８０は、様々な受信コイルからの信号成分を様々な関係で結合および／または処理し、取付部２２４を介して、回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔとして所望の出力形式で結果を提供することができる。（例えば、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０などの）１つ以上の受信部は、回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔを受信することができ、接触部３４８が測定されるワークピースＷの表面に沿って移動するとき、スタイラス結合部３４２および／または取り付けられたスタイラス３０６の接触部の３次元位置を決定するために、１つ以上の関連する信号処理および制御部が利用されてもよい。
【００３８】
図３は、スタイラス懸架部４０７および／またはスタイラス４０６の位置を検出するためのスタイラス位置検出部４１１の第１の例示的な実施形態の部分概略断面図に沿って、スタイラス４０６に結合されたスタイラス懸架部４０７の第１の例示的な実施形態の一部を示す部分概略図である（なお、スタイラス位置検出部４１１は、図３に示す如く、軸方向（Ｚ方向）に平行である中心軸ＣＡに沿って配置され、回転中心ＲＣに名目上整列している）。図３の特定の番号付けされた構成要素４ＸＸは、図２の同様に番号付けされた対応する構成要素３ＸＸに対応し、および／または同様の動作を有し、それに類似することで理解でき、そうでなければ以下で説明されることが理解されよう。類似の設計および／または機能を有する要素を示すこの番号付けの手法は、以下の図４〜８Ｆにも適用される。図３に示すように、スタイラス懸架部４０７は、スタイラス移動機構４０９およびスタイラス結合部４４２を備える。スタイラス結合部４４２は、ワークピースＷ（図示せず）の表面Ｓに接触するための接触部４４８を有するスタイラス４０６に堅固に結合されるように構成される。
【００３９】
図４に関して以下により詳細に説明するように、スタイラス移動機構４０９は、走査プローブのフレームに取り付けられ、接触部４４８は、表面Ｓの形状に沿って３方向にその位置を変えることができるように、スタイラス結合部４４２および取り付けられたスタイラス４０６の軸方向移動および回転移動を可能にするように構成される。例示の目的のために、図３の紙面上の垂直および水平方向は、それぞれ、ＺおよびＹ方向として定義される。そして、紙の平面への垂直な方向は、Ｘ方向として定義される。また、軸方向として参照される走査プローブ３００の中心軸ＣＡの方向は、この図のＺ方向と一致する。
【００４０】
図３では、回転部材４３６、屈曲要素４４０、および回転部材４３６内に配置された移動部材４１２を備えるスタイラス移動機構４０９の回転移動部が示されている。図４において以下により詳細に説明するように、屈曲要素４４０は、回転中心ＲＣの周りで回転部材４３６の回転移動を可能にする。以下により詳細に説明するように、様々な実施形態では、回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉ（ｉは特定のコイルを識別するインデックス整数である）およびスタイラス位置検出部４１１は、ディスラプター要素４５１の回転した位置を検出することができる。そして、それにより移動部材４１２の回転した位置（例えば、ＸおよびＹ方向）を検出することができ、および軸方向検出コイル構成体（軸方向検出コイルとも呼ばれる）ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、ディスラプター要素４５１の軸方向位置を検出することができ、それにより移動部材４１２の軸方向位置（例えば、Ｚ方向）を検出することができる。
【００４１】
図３に示されるように、スタイラス位置検出部４１１の第１の例示的な実施形態は、移動部材４１２に結合され、それぞれ、上部コイル基板４７１Ｔと下部コイル基板４７１Ｂとの間に配置されたディスラプター移動ボリュームＭＶ内に、走査プローブのフレーム（例えば、走査プローブ本体の部分として含まれるフレーム）に対して移動するディスラプター要素４５１（または、より一般的にはディスラプター構成体４５０）を備える。図３に示すように、移動部材４１２は、下部コイル基板（４７１Ｂ）の中心軸ＣＡに沿って配置された穴４７２を通って延び、その中を移動する（すなわち、移動部材４１２は、中心軸ＣＡに沿って下部コイル基板４７１Ｂに配置された穴４７２を通り、ほぼ中心軸ＣＡに沿って延在する）。取り付けられたディスラプター要素４５１は、スタイラス懸架部４０７および移動部材４１２の偏向に応じて、非偏向位置ＵＮＤＦに対してディスラプター移動ボリュームＭＶ内を移動する。
【００４２】
スタイラス位置検出部４１１の様々な他の構成要素、例えば、受信コイル部４７０および場生成コイル構成体４６０は、特に明記しない限り、フレームに対して固定することができる。図３に示す実施形態では、場生成コイル構成体４６０は、ディスラプター移動ボリュームＭＶのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する単一の平面状の場生成コイル（場生成コイル部とも呼ばれる）４６１を備える。図２を参照して先に概説したように、受信コイル部４７０は、一般に、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。回転位置検出構成体（回転検出コイル部）ＲＳＣは、一般に、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備える。図３に示す断面には、２つの上部回転検出コイルＴＲＳＣ１とＴＲＳＣ２、および２つの下部回転検出コイルＢＲＳＣ１とＢＲＳＣ２のみが示されている。これらの回転検出コイルは、Ｙ方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置を示す信号成分を提供することができる。特に、それらの信号成分は、ディスラプター要素４５１のＹ方向に沿った変位ΔＹの量に応じて変化し、したがって、変位ΔＹの量を示している。変位ΔＹは、ディスラプター要素４５１と様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉとの間の関連する「重複」の量を決定し、それによって、（結果としての信号成分を決定する）場生成コイル４６１によって生成される変動磁場への結合量を決定する。他の回転検出コイル（図示せず）は、Ｘ軸方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置を示す信号成分を提供することができる。様々な回転検出コイルの信号成分はまた、上部回転検出コイルＴＲＳＣ２に対して図３に示されるように、ディスラプター要素４５１に対するそれらの局所的な「動作ギャップ」ＯＧに対して望ましくないほど敏感でもよい。しかしながら、そのような望ましくないギャップ感度は、以下でさらに説明されるように、本明細書で開示される様々な原理に従って実質的に除去または補償することができる。
【００４３】
軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、一般に、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよび下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える。図３に示す実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣは、中心軸ＣＡを少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは、図に示すように、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。これらの軸方向検出コイルは、ディスラプター要素４５１によって常に完全に「重複」する。したがって、それらの信号成分は、名目上、軸方向またはＺ方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置にのみ応答し、Ｚ方向に沿ってディスラプター要素４５１の位置を示す。様々な信号成分の生成については、図５および６を参照して以下で詳しく説明する。
【００４４】
図２を参照して先に概説した動作と同様に、動作中、移動するディスラプター要素４５１は、場生成コイル４６１によって生成される軸方向に沿った変動磁場において位置に依存した局所的な変動を引き起こす。受信コイル部４７０は、図２を参照して前述し、以下でさらに詳細に説明するように、ディスラプター要素４５１によって引き起こされた変動磁場およびその中の変動に応答し、ディスラプター要素４５１の回転位置（例えば、ＹおよびＸ位置、および対応する信号）およびディスラプター要素４５１の軸方向位置（例えばＺ位置）を決定するように処理されてもよい回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。ディスラプター要素４５１の位置は、スタイラス結合部４４２および／またはその接触部４４８の位置に既知の幾何学的形状によって関連付けられていることが理解できよう。例えば、小さな回転角度の場合、ヌルから（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦから）離れたＹ方向に沿ったディスラプター要素４５１の図示の動きまたは変位ΔＹに対して
ΔＹ＝ＨθＹ                                                        （式１）
【００４５】
ここで、Ｈは回転中心ＲＣからディスラプター要素４５１の名目上の平面までの距離であり、θＹはＹ方向に平行な平面における回転部材４３６（および移動部材４１２）の回転移動の傾き（つまり、回転中心ＲＣでＸ軸に平行な軸を中心とした回転）である。様々な実施形態では、より大きな回転角が使用される場合、当技術分野で知られているように、より大きな回転角に対して正確な類似の表現が使用されてもよい。回転移動の傾き成分θＹの関係でスタイラス４０６の接触部４４８の（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦに対応する）ヌルから離れるＹ方向の移動または変位ＹＳＴＹＬＵＳは、次のように近似することができる。
ΔＹＳＴＹＬＵＳ ＝θＹ*（ｈＳ＋ｌＳ）                             （式２）
【００４６】
ここで、ｈＳはスタイラス結合部４４２の端から回転中心ＲＣまでの距離であり、ｌＳはスタイラス４０６の長さである。式１と式２を組み合わせて、接触部４４８のＹ方向の変位に対するディスラプター要素４５１の変位ΔＹの比率は、次のように近似することができる。
ΔＹ／ΔＹＳＴＹＬＵＳ ＝ Ｈ／（ｈＳ＋ｌＳ）                        （式３）
【００４７】
Ｘ座標の移動成分は上記の式に類似しているため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないことが理解できよう。様々なスタイラスのスタイラス長ｌＳは、Ｘ−Ｙ検出スポット位置に基づいて接触部４４８のＸ−Ｙ位置を決定するために（例えば、システムの三角法に関する）方程式を利用することができる。 Ｚ座標変位または位置成分に関して、スタイラスの接触部（例えば、接触部４４８）のＺ方向の変位ΔＺＳＴＹＬＵＳに対する（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦに対応する）ヌルから離れる軸方向またはＺ方向に沿ったディスラプター要素４５１の変位ΔＺ（図示せず）については次のように近似することができる。
ΔＺ／ΔＺＳＴＹＬＵＳ ≒ １                                       （式４）
【００４８】
図４は、図３に示されるスタイラス位置検出部４１１に類似するスタイラス位置検出部５１１の一実施形態ならびに、図３に示されたスタイラス懸架部４０７として使用可能なスタイラス懸架部４０７'の一実施形態の断面と、信号処理および制御回路４８０と、を示す部分概略図である。上記要素は、走査プローブ４００のプローブ本体４０２のフレーム４０８内に含まれるように示されている。上部および下部コイル基板５７１Ｔ、５７１Ｂ、およびスタイラス位置検出部５１１の場生成コイル５６１またはその基板（例えば、プリント回路型基板）は、調整および搭載部４１７、または他の既知の技術を使用して、走査プローブ４００における適切な動作のために配置されている。スタイラス位置検出部５１１に関連する様々な信号接続は、既知の技術に従って、コネクタ（例えば、フレックスプリントおよび／またはワイヤ接続）４１９などによって提供することができる。いくつかの実施形態では、図４に示すように、信号処理および制御回路４８０の一部またはすべてを別個の回路アセンブリとして提供することができる。他の実施形態では、必要に応じて、信号処理および制御回路４８０の一部またはすべてをスタイラス位置検出部５１１の基板上に組み合わせることができる。
【００４９】
図４に示すように、スタイラス懸架部４０７'は、スタイラス移動機構４０９と、スタイラス４０６に結合されたスタイラス結合部４４２と、を備える。スタイラス移動機構４０９は、移動部材４１２、回転部材４３６、回転部材４３６の回転移動を支持および可能にするためにフレーム４０８に結合された屈曲要素４４０、および移動部材４１２の軸方向移動を可能にするために移動部材４１２を支持しそれを回転部材４３６に結合する屈曲要素４１４および４１５（すなわち第１の屈曲要素と呼ばれる）を備える。走査プローブ４００は、スタイラス移動機構４０９および／またはスタイラス４０６の接触部４４８の位置および／または移動を決定するために、図５を参照して以下により詳細に説明される構成要素および動作を有するスタイラス位置検出部５１１を備える。
【００５０】
屈曲要素４４０（すなわち、第２の屈曲要素と呼ばれる）は、軸方向Ｏにおいて一対の屈曲要素４１４と４１５（すなわち、第１の屈曲要素と呼ばれる）のそれぞれの平面の間に配置することができる。屈曲要素４１４、４１５、および４４０に対する適切なたわみ設計は、当技術分野で知られている原理に従って決定することができる。例えば、同時係属中の共通に譲渡された米国特許出願第１４／９７３，３７６号に１つの可能な実施形態が示されている。その出願は、「多重化された位置信号を備えた測定装置」という名称であり、２０１５年１２月１７日に出願され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。回転部材４３６は、第２の屈曲要素４４０に対して対称な形状を有することができ、２つのリング部４３６Ａ、２つの接続部４３６Ｂおよび１つの円筒部４３６Ｃを一体的に備えることができる。第１の屈曲要素４１４および４１５の周辺部は、リング部４３６Ａに固定されている。接続部４３６Ｂは、中空部を有する円筒部４３６Ｃに接続するように、リング部４３６Ａの内側に延びている。第１の屈曲要素４１４および４１５は、第２の屈曲要素４４０に対して対称な距離に配置されてもよいが、そのような実施形態は例示に過ぎず、限定ではない。
【００５１】
移動部材４１２を備える軸方向移動機構４１０は回転部材４３６の内側に支持され、回転部材４３６および軸方向移動機構４１０はスタイラス移動機構４０９の一部である移動モジュールを一緒に構成する。軸方向移動機構４１０は、接触部４４８を軸方向Ｏに移動可能にしている。回転部材４３６を備える回転移動機構４３４は、回転中心ＲＣを中心とした回転移動によってスタイラス４０６の接触部４４８が軸方向Ｏに対して横方向（例えば、ほぼ垂直）に移動することを可能にする。
【００５２】
移動部材４１２は、下部４１２Ａ、ロッド部４１２Ｂ、および上部４１２Ｃを一体的に備える。図３を参照して先に概説し、図５に示すスタイラス位置検出部５１１に関して以下により詳細に説明するように、移動部材４１２の上部４１２Ｃに取り付けられたディスラプター要素５５１は、回転および軸方向位置表示要素の両方として機能する。ロッド部４１２Ｂは、一対の第１の屈曲要素４１４と４１５との間に配置される。ロッド部４１２Ｂは、回転部材４３６に収納される。下部４１２Ａはロッド部４１２Ｂの下に形成され、スタイラス結合部４４２（例えば、フランジ部材）は下部４１２Ａに取り付けられている。スタイラス４０６の取り付けのためにフランジ部４４４が設けられている。フランジ部４４４とスタイラス結合部４４２とはともに、様々なスタイラス４０６とスタイラス結合部４４２との間の脱着（例えば、スタイラスを脱落させる衝突の場合、または意図的にスタイラスを変更する場合）を繰り返し位置決め可能にする取り外し可能な結合機構（例えば、既知のタイプのキネマティックジョイントあるいはキネマティックカップリング）を構成することができる。
【００５３】
図５は、図４に示されるスタイラス位置検出部５１１に類似するスタイラス位置検出部５１１’の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。スタイラス位置検出部５１１’および５１１は、以下でさらに説明するように、場生成コイル構成体５６０の違いを除いて類似している。一般に、スタイラス位置検出部５１１’は、図２、３および４のスタイラス位置検出部３１１、４１１および５１１の構成要素と同様の特定の構成要素を備え、以下で特に説明する場合を除いて同様に動作することが理解されよう。
【００５４】
図５に示される実施形態では、スタイラス位置検出部５１１’は、受信コイル部５７０、ディスラプター要素５５１を備えるディスラプター構成体５５０、および場生成コイル構成体５６０を備える。
【００５５】
様々な実施形態では、ディスラプター要素５５１（または、より一般的にディスラプター構成体５５０）は、導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板の２つの側面に設けられ、プリント回路基板製造技術によりパターン化された）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、またはディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供するその他の望ましい動作構成体を備えることができる。ディスラプター要素５５１は、上部コイル基板５７１Ｔと下部コイル基板５７１Ｂとの間のディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置され、（例えば、移動部材５１２を備える）結合構成体によってスタイラス懸架部５０７に結合される。説明の目的のために、スタイラス懸架部５０７および／またはスタイラス５０６および／または移動部材５１２の偏向に応じて、図５に示す非偏向位置（図３の非偏向位置ＵＮＤＦを参照）に対して移動するようなディスラプター要素５５１が記述されてもよい。ディスラプター要素は、軸方向の動きに応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚにわたって変位増分ΔＺで、および回転運動に応じて、軸方向（Ｚ方向）に直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ったそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって変位増分ΔＸおよびΔＹで、動くように記述されてもよい。指定または予想される動作移動範囲については、以下で詳しく説明する。
【００５６】
受信コイル部５７０は、Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ（例えば、Ｎ＝４で、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣを備える平面状の上部コイル基板５７１Ｔ、およびＮ個の下部回転検出コイルＢＲＳＣ（例えば、Ｎ＝４で、ＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４）、および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える平面状の下部コイル基板５７１Ｂを備えることができる。上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂは、スタイラス５０６および／またはスタイラス懸架部５０７により近い下部コイル基板で、走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられる。上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂは、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交し、中心軸ＣＡに沿って間隔を空けて配置され、それらの間にディスラプター移動ボリュームＭＶを配置することができる。図５に示される様々な検出コイルは説明を簡単にするために「閉ループ」によって表されているが、すべてのコイルは１つ以上の誘導性で結合された「ターン」として動作するように構成される（例えば、図６に表す）第１および第２の接続端を有する巻線または導体を備えることが理解できよう。
【００５７】
場生成コイル構成体（例えば、場生成コイル構成体５６０）は、一般に、ディスラプター移動ボリュームＭＶに近接して配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する少なくとも１つの第１の場生成コイルを備える。図３に示された実施形態における単一の平面状の場生成コイル４６１（これは、ディスラプター移動ボリュームＭＶのほぼ中央平面に位置する）とは対照的に、図５に示された実施形態では、場生成コイル構成体５６０は中心軸ＣＡに沿ってディスラプター移動ボリュームＭＶの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面であり中心軸ＣＡに直交する一対の（それぞれ、上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂに配置される）平面状の場生成コイル５６１Ｔおよび５６１Ｂを備える。一般的に言えば、場生成コイル構成体が、軸方向（Ｚ方向）に沿ったその（すなわち、第１の場生成コイルの）コイル領域の投影が（例えば、ディスラプター要素５５１の）ディスラプター構成体５５０のディスラプター領域と、上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂに配置されるすべての回転および軸方向検出コイルＲＳＣｉおよびＡＳＣＣのコイル領域と、を提供する導電性プレートまたはループを包含するように構成される少なくとも第１の場生成コイルを備える（すなわち、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体に配置されたディスラプター領域と、すべての回転および軸方向検出コイルＲＳＣｉおよびＡＳＣＣのコイル領域と、を提供する導電性プレートまたはループを包含する）ならば、場生成コイル構成体４６０または５６０のいずれかは受信コイル部５７０（または本明細書に開示される他の受信コイル部）で使用することができる。そのような場合、場生成コイル構成体は、スタイラス位置検出部５１１'の動作に望まれるように、コイル駆動信号に応じてディスラプター移動ボリュームＭＶ内にほぼ軸方向に沿って変動磁束を生成するように構成される。図５に示す様々な場生成コイルは、説明を簡単にするために、（エッジが示されている）幅の広い平らな導電性トレースを備える１つの単一の「閉ループ」で表されるが、実際のデバイスでは（例えば、図６に表されるように）すべてのコイルは、第１および第２の接続端を有する巻線または導体を備え、１つ以上の場生成「ターン」として動作するように構成されることが理解できよう。
【００５８】
図５に示すように、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣの内部コイル領域を通る（例えば、図５の細破線ＰＲＪで示す）軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、（その内部コイル領域を埋めるドットパターンで示される）上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義する。また、下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、（その内部コイル領域を埋めるドットパターンで示される）下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義する。同様に、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスであり、それぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ（例えば、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ（例えば、ＴＲＳＣＯＡ１〜ＴＲＳＣＯＡ４）を定義する。図５に示す様々なそれぞれの重複領域を埋めるドットパターンで示され、それぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ（例えば、ＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４）の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉ（例えば、ＴＲＳＣＯＡ１〜ＴＲＳＣＯＡ４）を定義する。
【００５９】
スタイラス位置検出部（例えば、５１１'）における軸方向位置検出に関して、本明細書で説明および要求される原理によれば、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は、一般に、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。ここで、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でのディスラプター要素５５１の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。（特定の走査プローブについては、必要であれば、この要件を満たすためにプローブの特定のスタイラス位置検出部の構成と組み合わせて、動作移動範囲が規定または指定されることが理解できよう。）このように、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣで生成される信号成分は、名目上、回転運動（つまり、ＸおよびＹ方向に沿ったディスラプター要素５５１の位置）に依存せず、名目上、ディスラプター要素５５１との「近接状態」の変化またはギャップのみに敏感である。なお、「近接状態」の変化またはギャップは、ディスラプター要素５５１の軸方向（Ｚ）位置または変位ΔＺに応じて変化する。動作中、場生成コイル構成体５６０の変動磁場によってディスラプター要素５５１に誘導される電流は、反対の磁場を引き起こす。一般的に、ディスラプター要素５５１が図５の軸（Ｚ）方向に沿って上方に移動すると、変動磁場から生じるその信号成分を低減するように、対向する磁場は上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣにより強く結合する。逆に、変動磁場から生じるその信号成分を増加するように、対向する磁場は下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣにより弱く結合する。本開示で使用される慣例により、信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣを、特定の上部軸方向検出コイル構成体（またはコイル）ＴＡＳＣＣなどから生じる信号成分と呼ぶことができる。
【００６０】
非偏向位置ＵＮＤＦでは、正味の信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣとＳＩＧＢＡＳＣＣはほぼバランスが取れていることが理解できよう。動作中に予想されるような小さな変位ΔＺの場合、正味の信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣおよびＳＩＧＢＡＳＣＣは、互いに比較してほぼ直線的、かつ逆に変化することができる。このような信号の非線形性の程度に関連する特定の考慮事項については、以下でさらに説明される。一実施形態では、軸方向の変位または位置ΔＺは、信号関係によって示されるか、または信号関係に対応することができる。
ΔＺ＝関数 [（ＳＩＧＢＡＳＣＣ−ＳＩＧＴＡＳＣＣ）／（ＳＩＧＢＡＳＣＣ＋ＳＩＧＴＡＳＣＣ）]                                                         （式５）
【００６１】
この信号関係は単なる例示であり、限定するものではない。様々な実施形態では、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する動作を含むように、この信号関係は追加のキャリブレーションまたは信号処理動作によって調整または補償されてもよい。様々な実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすように、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴づけられている。これにより、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置では変化しない。同様に、様々なそのような実施形態では、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすように、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴づけられている。これにより、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置では変化しない。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよび下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣがそれぞれ単一の検出コイルを備えており、この説明に適合することが分かる。上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの様々な構成体を使用することができ、図５に示す特定の構成体は例示にすぎず、限定されるものではないことが理解できよう。様々な代替構成を、以下の他の図を参照して説明する。
【００６２】
本明細書に記載および請求される原理によれば、スタイラス位置検出部（例えば、５１１'）における回転位置検出に関して、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は、一般に、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉ（例：ＣＰ１〜ＣＰ４、Ｎ＝４）を提供する構成とされている。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉにおいて、そのディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。（特定の走査プローブでは、この要件を満たすために必要な場合、その特定のスタイラス位置検出部の構成と組み合わせて、その動作移動範囲が決定または指定されることが理解できよう。）図５の表ＣＰＴａｂｌｅは、図５に示される実施形態の各相補対ＣＰｉの各回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉを示す。
【００６３】
前述の原理に準拠することにより、図５に示す相補対ＣＰｉを使用して、特定のクロスカップリング誤差を補償または除去し、および／または（例えば、Ｘおよび／またはＹ方向に沿って）正確な回転位置または変位の測定値を提供するように要求された信号処理を単純化することができる。特に、図５に示す実施形態の回転検出コイルの相補対ＣＰｉで発生する信号成分の対は、相補対の個別のコイルとディスラプター要素５５１との間の「近接状態」の変化またはギャップに対して名目上鈍感な結果の信号を提供する関係で結合または処理されてもよい。すなわち、結果として生じる信号は、以下でさらに詳しく説明するように、ディスラプター要素５５１の軸方向（Ｚ）位置または変位ΔＺに鈍感であり、名目上、（例えば、Ｘおよび／またはＹ方向に沿って）回転位置または変位のみに敏感であってもよい。図５に示す特定の実施形態では、Ｙ軸方向に沿った変位成分ΔＹを有するディスラプター要素５５１の変位により、相補対ＣＰ２における重複領域ＴＲＳＣＯＡ２およびＢＲＳＣＯＡ２が増加（または減少）し、相補対ＣＰ１における重複領域ＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１が減少（または増加）することが理解されよう。同様に、Ｘ軸方向に沿った変位成分ΔＸを有するディスラプター要素５５１の変位により、相補対ＣＰ３における重複領域ＴＲＳＣＯＡ３およびＢＲＳＣＯＡ３が増加（または減少）し、相補対ＣＰ４における重複領域ＴＲＳＣＯＡ４およびＢＲＳＣＯＡ４が減少（または増加）する。
【００６４】
前に概説したように、動作中、場生成コイル構成体５６０の変動磁場によってディスラプター要素５５１に誘導される電流は、反対の磁場を引き起こす。一般的に、任意の回転検出コイルＴＲＳＣｉ（またはＢＲＳＣｉ）で生成される信号成分ＳＩＧＴＲＳＣｉ（またはＳＩＧＢＲＳＣｉ）は、ディスラプター要素５５１の近接部分が軸方向に沿ってその回転検出コイルに近づくか、または回転検出コイルによるその重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ（またはＢＲＳＣＯＡｉ）を増大させるかで減少する。
【００６５】
図５に示されている相補対ＣＰ１〜ＣＰ４（相補対ＣＰｉのコイルは同一で軸方向に沿って整列されている）については、図示されている非偏向位置ＵＮＤＦで、各相補対（例えば、ＳＩＧＴＲＳＣ１とＳＩＧＢＲＳＣ１）の信号成分はほぼバランスが取れていることが理解できよう。相補対（例えばＣＰ１）に近接するディスラプター要素５５１の一部おける、動作中に予想されるような小さな変位ΔＺに対する先に概説した原理によれば、正味の信号成分（例えばＳＩＧＴＲＳＣ１およびＳＩＧＢＲＳＣ１）はおおよそ線形で、互いに比較して逆に変化することができる。したがって、相補対ＣＰｉのこのような信号の合計は、ディスラプター要素５５１の近接部分に関連するΔＺに対して名目上鈍感でもよい。さらに、図５に示される実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙ内で、Ｙ方向の変位成分が回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡ３、ＢＲＳＣＯＡ３、および／またはＴＲＳＣＯＡ４およびＢＲＳＣＯＡ４を変更せず、Ｘ方向の変位成分は、回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡ２、ＢＲＳＣＯＡ２、および／またはＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１を変更しないように、ディスラプター要素５５１のエッジをＸおよびＹ方向に対して平行とすることができる。したがって、一実施形態では、理想的にはΔＺおよび／またはΔＹに関係なく、Ｘ方向に沿った回転変位または位置成分ΔＸは、以下の信号関係によって示されるか、またはそれに対応することができる。
ΔＸ＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]
（式６）
【００６６】
同様に、一実施形態では、理想的にはΔＺおよび／またはΔＸに関係なく、Ｙ方向に沿った回転変位または位置成分ΔＹは、以下の信号関係によって示されるか、それに対応することができる。
ΔＹ＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）]
（式７）
【００６７】
これらの信号の関係は単なる例であり、限定するものではない。様々な実施形態では、これらの信号関係は、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する動作を備える追加のキャリブレーションまたは信号処理動作によって調整または補償される。
【００６８】
いくつかの特に有利な実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、そのディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように、受信コイル部（例えば、５７０）とディスラプター要素（例えば、５５１）は構成されている。いくつかのそのような実施形態では、軸方向に沿って投影されたときにそれら（即ち、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ）の内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部は構成される。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、この説明に適合することが理解されよう。しかしながら、図５に示される特定の構成は例示に過ぎず、限定するものではなく、相補対の様々な構成が使用されてもよいことが理解されよう。様々な代替構成について、以下の他の図を参照して説明する。
【００６９】
いくつかの特に有利な実施形態では、ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉについて、ディスラプター要素の直線側辺のそれぞれは、そのそれぞれの相補対の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は構成されている。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、この説明に適合することが分かるであろう。しかし、相補対の構成体とディスラプター要素のエッジ構成体の様々な組み合わせを使用することができ、図５に示す特定の構成の組み合わせは単なる例示であり、限定されるものではないことが理解できよう。構成の様々な代替の組み合わせについて、以下の他の図を参照して説明する。
【００７０】
図６は、図５に示すスタイラス位置検出部５１１’の特定の要素の部分概略等角図であり、本明細書で開示する原理による信号処理および制御回路６８０の例示的な一実施形態のブロック図に概略的に示された接続ＣＯＮＮを含んでいる。図６に示されるように、信号処理および制御回路６８０は、スタイラス位置検出部５１１’の様々なコイルに動作可能に接続される。図６に示される実施形態では、信号処理および制御回路６８０は、その様々な相互接続された構成要素間の様々なタイミングおよび信号接続を管理するまたは動作を交換できるデジタル制御装置／プロセッサ６８１を備える。デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、駆動信号発生器６８２、増幅器／スイッチング部６８３、サンプル・ホールド部６８４、多重化部６８５、およびＡ／Ｄ変換部６８６を備える。デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、図２を参照して先に概説し、以下でさらに説明するように、様々なデジタル信号処理動作を実行して、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔを決定することもできる。信号処理および制御回路６８０の設計および動作は、一般に、既知の原理に従って、当業者によって認識および理解することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路６８０の様々な要素は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，８４１，２７４号に開示された対応する要素と同様に設計および動作することができる。したがって、図示された信号処理および制御回路６８０の動作はここでは簡単にのみ説明する。
【００７１】
動作中、駆動信号発生器６８２は、変化するコイル駆動信号Ｄｓｉｇ（例えば、パルス）を場生成コイル構成体５６０に提供するように動作する。場生成コイル構成体５６０は、コイル駆動信号に応答してディスラプター移動ボリュームＭＶの軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。図示の構成では、上部場生成コイル５６１Ｔおよび下部場生成コイル５６１Ｂは、互いに強め合う変動磁束を提供するように構成される。増幅器／スイッチング部６８３は、受信コイル部５７０から信号成分ＲＳＩＧｓおよびＡＳＩＧｓを入力するように構成されている。受信コイル部５７０は、上部および下部コイル基板上に配置されたそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分（例えば、既に概説された信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣ、ＳＩＧＢＡＳＣＣ、ＳＩＧＴＲＳＣ１〜ＳＩＧＴＲＳＣ４、およびＳＩＧＢＲＳＣ１〜ＳＩＧＢＲＳＣ４）を備える。いくつかの実施形態では、例えば、式５〜７などに示された関係で規定されたように、増幅器／スイッチング部６８３は、様々なアナログ信号を組み合わせて様々な所望の和信号または差信号を（例えば、適切なシリアルまたはパラレル接続などによって）提供するスイッチング回路を備えることができる。しかし、他の実施形態では、増幅器／スイッチング部６８３は、増幅および信号調整動作（および場合によっては信号反転動作）のみを実行し、すべての信号結合動作は他の回路部分で実行されてもよい。
【００７２】
サンプル・ホールド部６８４は、増幅器／スイッチング部６８３から様々なアナログ信号を入力し、例えば、受信コイル部５７０の様々なそれぞれの検出コイルから生じるすべてのそれぞれの信号成分を同時にサンプリングしホールドするように、既知の原理に従ってサンプル動作とホールド動作を実行する。一実施形態では、多重化部６８５は、様々な信号を連続的にＡ／Ｄ変換部６８６に、および／または（例えば、式５〜７などに示される関係で規定されるような）様々な所望の信号関係に関連する組み合わせで接続することができる。Ａ／Ｄ変換部６８６は、対応するデジタル信号値をデジタル制御装置／プロセッサ６８１に出力する。次いで、デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、（例えば、式５〜７などに示される関係で規定されるような）様々な所望の関係に従って、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔを決定および出力するように、デジタル信号値を処理しおよび／または結びつける。出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔは、走査プローブのフレームまたはハウジングに対するディスラプター要素５５１またはスタイラス５０６の少なくとも１つの軸方向位置および回転位置を示す。いくつかの実施形態では、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔが走査プローブのフレームに対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を直接示すように、デジタル制御装置／プロセッサ６８１を構成することができる。他の実施形態では、デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、走査プローブのフレームに対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を間接的に示す信号を出力するように構成することができる。そして、ホストシステム（例えばＣＭＭ）は、そのような信号をさらに結合または改良し、走査プローブおよび／またはＣＭＭ測定に使用される全ての座標システム全体に対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を決定するように、そのような信号を入力し、追加の処理を実行する。
【００７３】
本明細書で開示および特許請求される様々な原理によるスタイラス位置検出部（例えば、５１１'）の実施形態では、受信コイル部（例えば、５７０）の様々な受信コイルによって提供される信号成分は、ロバストで高精度の３次元位置表示を提供するために比較的高速で単純な信号処理を使用しながら、特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して特に有利であることが理解できよう。
【００７４】
ロバストで高精度の３次元位置表示を提供するための比較的高速で単純な信号処理の使用に関して、１つの考慮事項は、位置または変位信号成分の線形性（または式５で示されるＺ信号関係のような特定の結合信号の線形性）である。重要な３次および／または５次の信号変化の寄与に応じて変位とともに変化する信号または信号関係は、一般に、正確な変位または位置の表示を提供するために、より複雑な信号処理および／または補正および／または較正を必要とすることを理解されたい。本発明者らは、特定の望ましい構成が、軸方向信号成分ＡＳｉｇｓおよび／またはそれらの組み合わせにおける高次の信号変化の寄与を抑制する傾向があることを発見した。これらの望ましい構成を説明する１つの方法として、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイルは、中心軸ＣＡと同心で、上部および下部軸方向検出コイル（例えば、図５に示す上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイル）がその内側に適合するような必要最小限の半径を有するように定義される「軸方向検出コイル内接シリンダー」を定義すると考えられてもよい（つまり、軸方向検出コイル内接シリンダーは、中心軸ＣＡと同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義されてもよい）。「ディスラプター内接シリンダー」は、中心軸ＣＡと同心で、ディスラプター要素（例えば、ディスラプター要素５５１など）のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義することができる。様々な実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍であることが望ましい（が必須ではない）。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径が、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．２または少なくとも１．５倍であることが望ましい（が、必須ではない）。
【００７５】
図７Ａ〜７Ｅは、本明細書に開示された原理に従って、それぞれ、受信コイル部７７０Ａ〜７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ａ〜７５１Ｅを備えるスタイラス位置検出部の構成要素のそれぞれ「４つの相補対」の実施形態を表す（軸方向またはＺ方向に沿って見た）「平面視」図を示す。図示された構成要素は、本明細書に開示された原理によるスタイラス位置検出部の様々な実施形態において使用可能である。場生成コイルは図７Ａ〜７Ｅには示されていないが、それらは先に開示された原理に従って提供されることが理解されよう。図７Ａ〜７Ｅに示される様々な構成要素は、前述のスタイラス位置検出部３１１、４１１、５１１、および／または５１１'における類似の番号付けされた構成要素と同様または類似であり、それとの類似によって一般に理解することができる。したがって、図７Ａ〜７Ｅに含まれる「４つの相補対」の実施形態の特定の固有性または重要な特性のみを以下に説明する。
【００７６】
図７Ａは、スタイラス位置検出部５１１’を参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ａおよびディスラプター要素７５１Ａの実施形態を示しており、それとの類推によって理解することができる。スタイラス位置検出部５１１'を参照して前述したものと同様の円形の上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣを示すことに加えて、図７Ａは、破線で示された、代替の正方形の上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ'およびＢＡＳＣＣ'も示す。より一般的には、本明細書で開示および／または特許請求される様々な原理に従って望ましい動作を提供するように構成される限り、任意の所望の形状を上部および下部軸方向検出コイル構成体に使用できることが理解されよう。
【００７７】
ディスラプター要素７５１Ａの形状は、コンパクト化のために「トリミングされた角」を備えることに留意されたい。本明細書で以前に開示された原理を実現するために、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、例示された相補対のいずれにおいても名目上同じであるため、直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙは、この原則を満たすために、各相補対を横断する直線エッジ部分を超えないように規定または指定することができる。
【００７８】
図７Ｂは、受信コイル部７７０Ｂの相補対ＣＰ１〜ＣＰ４が上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイルと重なるより大きな回転検出コイルを備えることを除いて、図７Ａを参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｂおよびディスラプター要素７５１Ｂの実施形態を示す。なお、相補対ＣＰ１〜ＣＰ４がそのような大きな回転検出コイルを備えることは、本明細書で開示される様々な原理に従って禁止されてはいない。そのような構成を製造するために、回転および軸方向検出コイルは、例えば、多層プリント回路基板のそれぞれの層に製造することができる。
【００７９】
図７Ｃは、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉから分離された軸方向検出コイルによって提供されないことを除いて、図７Ｂを参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｃおよびディスラプター要素７５１Ｃの実施形態を示す。代わりに、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣは、Ｎ個（Ｎ＝４）の上部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４の組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備えることが理解されよう。Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４の類似の形状と、それらを重複するディスラプター要素の平行な２組の対とにより、ディスラプター要素７５１Ｃの変位増分による重複領域ＴＲＳＣＯＡ１で失われるすべての重複領域は、重複領域ＴＲＳＣＯＡ２で得られ、その逆も同様であることが観察される。同様に、重複領域ＴＲＳＣＯＡ３で失われるすべての重複領域は、重複領域ＴＲＳＣＯＡ４で得られ、その逆も同様である。したがって、重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計は、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｃの位置に応じて変化する場合でも、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素７５１Ｃの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣは、Ｎ個（Ｎ＝４）の下部回転検出コイルＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４の組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計は、また、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｃの位置に応じて変化する場合でも、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素７５１Ｃの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。したがって、前述の構成との違いにもかかわらず、図７Ｃに示される実施形態は、本明細書に開示される一般原理による構成を提供し、受信コイル部７７０Ｃおよびディスラプター要素７５１Ｃは、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。
【００８０】
図７Ｄは、図７Ｃを参照して前述したものと類似の方法で機能する受信コイル部７７０Ｄおよびディスラプター要素７５１Ｄの実施形態を示し、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉとは分離されている軸方向検出コイルによっては提供されない。代わりに、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、Ｎ（Ｎ＝４）個の上部および下部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４およびＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４のそれぞれの組み合わせを備える。上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡはＮ個の上部回転検出コイルに関連付けられた個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡはＮ個の下部回転検出コイルに関連付けられた個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。図７Ｃに示された構成と同様に、重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計は、その連続した個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｄの位置に依存して変化しても、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素７５１Ｄの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。そして、重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計も、その連続した個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｄの位置に依存して変化しても、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素７５１Ｄの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。したがって、前述の構成との違いにもかかわらず、図７Ｄに示される実施形態は、本明細書に開示される一般原理による構成を提供している。受信コイル部７７０Ｄおよびディスラプター要素７５１Ｄは、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。ディスラプター要素７５１Ｄの図示された形状により、本明細書で先に開示された原理を満たすために、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、図示された相補対のいずれにおいても名目上同じであり、直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙは、ディスラプター要素７５１Ｄの角のいずれも、それらが任意の相補対ＣＰ１〜ＣＰ４の検出コイルの境界を横断するような程度でそれらの図示された位置に移動しないように規定または指定されることが理解されよう。
【００８１】
図７Ｅは、各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルが中心軸を中心に互いに対して角度２ * ＮＡＡだけ回転することを除いて、図７Ａ（またはスタイラス位置検出部５１１'）を参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ｅの実施形態を示す。なお、ＮＡＡは「非整列角度」である。しかし、この実施形態は、非整列角度ＮＡＡが増加するにつれて、（各相補対ＣＰｉの上部と下部回転検出コイルが軸方向に沿って整列している）前述の構成と比較してますます不利になる。ますます不利になる理由は、ディスラプター要素７５１Ｅとのそれらの重複領域が「同じ場所」にないので、ディスラプター要素７５１Ｅと各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルとの間の動作ギャップ（例えば、図３に示されている動作ギャップＯＧ）の合計がディスラプター要素７５１Ｅのすべての変位に対して必ずしも一定ではないことである。したがって、それらの信号の合計は、式６を参照して前述したように、理想的に軸方向の変位ΔＺから独立していないかもしれない。上記の如く概説され図７で示された構成は、本明細書で開示された様々な原則に従って禁止されていない。そのような構成は、本明細書で開示および請求される最も基本的な原理を依然として満たし、既知の誘導性センサ構成体と比較して上記で概説した様々な利点を少なくとも部分的に保持する信号成分を提供することができることが理解されよう。図７Ｅに示す構成を説明する１つの方法として、相補対の一方の形状が中心軸を中心に他方の角度位置と一致するように中心軸周りに（例えば、角度２ * ＮＡＡ）回転され、軸方向に沿って投影される場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致する（つまり、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が、それらの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置で一致するように中心軸の周りで回転したときに名目上一致する）ことを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部７７０Ｅは構成される。様々な実施形態では、受信コイル部７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ｅは、ディスラプター要素７５１Ｅが少なくともＮ個の直線側辺（例えばＮ＝４）を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉ（例えばＣＰ１〜ＣＰ４）に対して、ディスラプター要素７５１Ｅの直線側辺のそれぞれは、その各相補対ＣＰｉの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように構成されてもよい。Ｎ＝４であるそのような実施形態では、ディスラプター要素７５１Ｅの少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。
【００８２】
図８Ａ〜８Ｆは、本明細書に開示された原理に従って、それぞれ、受信コイル部８７０Ａ〜８７０Ｆおよびディスラプター要素８５１Ａ〜８５１Ｆを備えるスタイラス位置検出部の構成要素のそれぞれ「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す（軸方向またはＺ方向に沿った）「平面視」図を示す。図示された構成要素は、本明細書に開示された原理によるスタイラス位置検出部の様々な実施形態において使用可能である。場生成コイルは図８Ａ〜８Ｆには示されていないが、それらは先に開示された原理に従って提供されることが理解されよう。図８Ａ〜８Ｆのいくつかに示される「３（または６）つの相補対」の構成に示される様々な構成要素は、図７Ａ〜７Ｅを参照して前述した対応する「４つの相補対」の構成に示される対応する要素と類似であり、それとの類似によって一般に理解することができる。したがって、図８Ａ〜８Ｆに含まれる「３つの相補対」の実施形態の特定の固有性または重要な特性のみを以下に説明する。
【００８３】
図８Ａ〜８Ｃは、対応する図７Ａ〜７Ｃに示される、「４つの相補対」の構成体の「３つの相補対」の類似体である。それらは一般に、以下の追加の説明に基づいて、それらの対応する構成の説明（例えば、図８Ａではその対応する図７Ａなど）との類似によって理解することができる。
【００８４】
（例えば、図７Ａに示すように）互いから９０度に向けられた前述の４つの相補対とは対照的に、任意の変位増分またはディスラプター要素（例えば、８５１Ａ）の位置が、本書の様々な図に示されているＸ軸方向とＹ軸方向に沿って向けられた変位または位置ベクトル成分または座標によるので、図８Ａ〜８Ｆに示された各ベクトル成分方向ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３に沿って向けられた変位または位置ベクトル成分または座標によって容易に特徴付けられていることを考慮することによって、互いから１２０度に向けられた３つの相補対の使用を理解することができる。ある座標系から別の座標系にベクトル成分を変換する方法はよく知られており、ここで詳細に説明する必要はない。これに基づいて、図８Ａ〜８Ｃに示される相補対ＣＰｉは、相補対の前述の説明で概説された同じ原理に従って構成され、それらのそれぞれの重複領域は、それらの対応するベクトル成分方向ＶＣ１、ＶＣ２、およびＶＣ３に沿ってディスラプター要素の変位または位置を示すことが理解されよう。例えば、図８Ａに示されている代表的な重複領域ＴＲＳＣＯＡ１とＢＲＳＣＯＡ１は、対応するベクトル成分方向ＶＣ１等に沿ったディスラプター要素の変位または位置を示す前述の原理に従って、関連する信号成分ＳＩＧＴＲＳＣ１およびＳＩＧＢＲＳＣ１をもたらす。図８Ａ、８Ｃ、および８Ｅに示される実施形態では、１つの実施形態において、ＶＣ１方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ１は、以下の信号関係によって示されるか、その信号関係に対応することができ、この信号関係は比較可能な相補対に対する以前に概説された原理によるΔＺから名目上は独立している。
ΔＶＣ１＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）−（ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ１ＵＮＤＦ]                                       （式８）
【００８５】
ここで、ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦおよびＳＩＧＢＲＳＣ１ＵＮＤＦは、ディスラプター要素（例えば、８５１Ａなど）の非偏向位置ＵＮＤＦに対応する重複領域ＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１から生じる参照信号値である。
【００８６】
同様に、ＶＣ２方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ２およびＶＣ３方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ３は、次の信号関係によって示されるか、それに対応することができる。
ΔＶＣ２＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ２ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ２ＵＮＤＦ]                                       （式９）
ΔＶＣ３＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ３ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ３ＵＮＤＦ]                                     （式１０）
【００８７】
図８Ａ〜８Ｃに示される軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、対応する構成を参照して本明細書で前述したものと実質的に同じであり、同じタイプの信号成分および信号関係に従って決定できることが理解されよう。上記で概説した信号の関係は例示にすぎず、それに限定されるものではない。様々な実施形態では、これらの信号関係は、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する操作を備え、追加のキャリブレーションまたは信号処理操作によって調整または補償されてもよい。
【００８８】
図８Ｄは、合計６つの相補対を備えるために、相補対ＣＰ１〜ＣＰ３から中心軸を横切って対称的に構成される追加の相補対ＣＰ４〜ＣＰ６が提供されることを除いて、図８Ａを参照して前述したものと同様の受信コイル部８７０Ｄおよびディスラプター要素８５１Ｄの実施形態を示す。特に、ＣＰ１とＣＰ４はＶＣ１方向に沿って互いに反対向きであり、ＣＰ２とＣＰ５はＶＣ２方向に沿って互いに反対向きであり、ＣＰ３とＣＰ６はＶＣ３方向に沿って互いに反対向きである。これらの対向する対は、図７Ａ〜７ＤのＸおよびＹ軸方向に沿って示される対向する相補対に類似している。このような構成は、式８〜１０で使用される参照信号値（例：ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦなど）に依存する必要はない。したがって、このような構成は、（例えば、様々な原因による信号ドリフトなどに対して本質的な補償をすることで、）よりロバストで正確である。図８Ｄに示す実施形態の場合、一実施形態では、ＶＣ１方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ１は、以下の信号関係によって示されるか、または対応することができる。なお、これは、比較可能な相補対に対して前述の原理に従って、名目上、変位ΔＺから独立している。
ΔＶＣ１＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）−（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]                                                       （式１１）
ΔＶＣ２＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ５＋ＳＩＧＢＲＳＣ５）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ５＋ＳＩＧＢＲＳＣ５）]                                                      （式１２）
ΔＶＣ３＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ６＋ＳＩＧＢＲＳＣ６）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ６＋ＳＩＧＢＲＳＣ６）]                                                       （式１３）
【００８９】
図８Ｂおよび８Ｃに示される「３つの相補対」の実施形態は、６つの相補対を備えるように同様に適合され、類似の利点を有する類似の信号処理を使用できることが理解されよう。
【００９０】
図８Ｅは、図７Ｅを参照して前述したものに類似する受信コイル部８７０Ｅおよびディスラプター要素８５１Ｅの実施形態を示し、図８Ａ〜８Ｃの前述の説明と併せてその説明と類似していることにより一般に理解することができる。その説明を簡単に言い換えると、図８Ｅでは、各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルは、中心軸の周りで互いに対して角度２ * ＮＡＡ回転している。なお、ＮＡＡは「非整列角度」である。この実施形態は、図７Ｅを参照して前述したように、非整列角度ＮＡＡが増加するにつれて、先に概説した（各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルが軸方向に沿って整列されている）構成と比較してますます不利になる。ここで、相補対からの信号の合計は、式６を参照して前述したように、理想的に軸方向の変位ΔＺから独立していないかもしれないことが説明されている。それでも、そのような構成は、本明細書で開示される様々な原理にしたがって禁止されていない。そのような構成は、本明細書で開示および請求される最も基本的な原理を依然として満たし、既知の誘導性センサ構成体と比較して上記で概説した様々な利点を少なくとも部分的に保持する信号成分を提供できることが理解されよう。
【００９１】
図８Ｆは、受信コイル部８７０Ｆおよびディスラプター要素８５１Ｆの実施形態を示し、検出コイルの相補対ＣＰｉは、前述の相補対（例えば、図８Ａに示す）のそれらとは異なる構成の検出コイルを有し、中心軸を挟んで対称に配置されている。したがって、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプターの変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさがその相補対において同じであるように、受信コイル部とディスラプター要素がさらに構成されている点で、それらは前述の相補対と同様に特徴付けられている。さらに、図８Ｆに示す実施形態では、受信コイル部は、本明細書で前述したいくつかの相補対と同様に構成され、それら（つまり、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ）のうちの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように、中心軸の周りにオフセット角度（例えば１８０度）で回転されて、軸方向に沿って投影された場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致するように特徴づけられた上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉは備える。
【００９２】
しかしながら、前述の相補対とは対照的に、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、図８Ｆに示す相補対では反対である。そのような実施形態は、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号が各相補対で同じである実施形態と比較して、特定の不利な点を持つかもしれない。しかしながら、図８Ｆに示される構成は、それにもかかわらず、本明細書で開示される様々な原理に従って禁止されていない。適切な信号処理により、そのような実施形態は、既知の誘導性検出構成体と比較して、走査プローブで使用するための特定の利点を提供することができる。信号処理は、様々なクロスカップリング効果などを修正または補償するために、（例えば、より複雑な信号成分関係を使用して様々な変位または位置ベクトル成分を示す）本明細書で以前に開示された実施形態で必要とされるよりも複雑である必要があるかもしれない。しかしながら、受信コイル部８７０Ｆについては、そのような効果は、一般に、既知の幾何学的および／または信号関係の制約と、ディスラプター要素８５１Ｆの与えられた変位に対する重複領域の変化の大きさが各相補対の検出コイルで同じであるという事実に基づいて補償することができる。例えば、図８Ｆに示される実施形態では、ディスラプター要素８５１Ｆは、（例えば、正六角形の辺に平行に配置される）３対の平行な直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、平行な直線側辺の対の第１のものが上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、その平行な直線側辺の対の第２のものがそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。ディスラプター要素８５１Ｆの既知の剛体並進および回転特性に基づいて、各検出コイルのそれぞれの重複領域および局所動作ギャップは互いに対する既知の関係によって制約されるように受信コイル部８７０Ｆに備えられ、これらの既知の関係は受信コイル部８７０Ｆによって提供される信号成分の信号処理において、正確な変位ベクトルを決定するのに使用することができる。
【００９３】
図７Ａ〜７Ｅおよび図８Ａ〜８Ｆに示される変形例は、本明細書に開示および要求される様々な原理に関連して前述した利点の多くまたはすべてを保持する一方で、これらの原理に従ってスタイラス位置検出部内の様々な要素の構成および組み合わせをさらに再配置および／または調整する可能性を示していることが理解されよう。一般に、本明細書で開示される様々な実施形態は、例示のみを目的とし、限定するものではないことを理解されたい。
【００９４】
図９Ａおよび９Ｂは、スタイラス位置検出部９１１の代替構成を示す。このスタイラス位置検出部は、例えば、図２の走査プローブ３００でスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１などの代わりに、使用することができる。誘導性構成要素が図９Ｂに示されている。スタイラス位置検出部９１１は、誘導性検出原理を使用し、受信コイル部９７０を有するコイル基板構成体９９０と、図示のように送信コイル（第１の場生成コイル）９６１を備える場生成コイル構成体９６０と、図示のように第１および第２のディスラプター要素９５１を備えるディスラプター構成体９５０と、を備える。受信コイル部９７０は、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。簡単に言えば、移動するディスラプター要素９５１（または、より一般的には、ディスラプター構成体９５０）は、場生成コイル構成体９６０によって生成される変動磁場の位置に依存した変動を引き起こす。受信コイル部９７０は、ディスラプター要素９５１で引き起こされる変動磁場およびその間の変動に応答する。
【００９５】
コイル基板構成体９９０は、Ｎ個の上部回転検出コイル部（上部回転検出コイル、図示のようにＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４であり、この例ではＮ＝４）と上部軸方向検出コイル構成体（図示のようにＴＡＳＣＣ）とを備える第１基板部９９２と、Ｎ個の下部回転検出コイル部（下部回転検出コイル、図示のようにＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４であり、この例ではＮ＝４）と下部軸方向検出コイル構成体（図示のようにＢＡＳＣＣ）を備える第２基板部９９４と、を備える。コイル基板構成体９９０は、また、第１基板部９９２と第２基板部９９４との間に配置された中央基板部９９６を備える。中央基板部９９６は、（図示のように、送信コイル９６１を備える）少なくとも第１の場生成コイル構成体９６０を備える。コイル基板構成体９９０は、スタイラス懸架部３０７／４０７（図２および３を参照）により近いコイル基板構成体９９０の第２基板部９９４で、走査プローブのフレーム（図２の走査プローブ３００および図４のフレーム４０８を参照）に一定の関係で取り付けられる。コイル基板構成体９９０の第１基板部９９２、第２基板部９９４および中央基板部９９６は、名目上互いに平行であり、名目上、走査プローブ３００（図２参照）の中心軸ＣＡ（図３参照）に直交する。コイル基板構成体９９０は、例えば、基板またはプリント回路基板の層にプリント導体として製造されたコイルを有する両面基板またはプリント回路基板、基板またはプリント回路基板に固定された自立コイルなど、および／またはそれらの様々な組み合わせを備えることができる。
【００９６】
様々な実施形態では、ディスラプター構成体９５０のディスラプター要素９５１は、それぞれ、ディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備え、ディスラプター要素９５１は、コイル基板構成体９９０の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームにおいて中心軸ＣＡ（図３を参照）に沿って配置されている。ディスラプター要素９５１は、（例えば、図３の移動部材４１２と同様の）移動部材９１２の上部を備え、結合構成体９５３によって互いに対して一定の関係でスタイラス懸架部３０７／４０７（図２および３を参照）に結合される。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った各動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、ディスラプター要素９５１は、スタイラス懸架部３０７／４０７（図２および図３を参照）の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。軸方向に沿った第１の場生成コイル９６１のコイル領域の投影は、コイル基板構成体９９０に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域およびコイル領域を提供する導電性プレートまたはループを包含する。場生成コイル構成体９６０は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内に軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。
【００９７】
図１０は、図９Ａおよび９Ｂに示されるスタイラス位置検出部９１１に類似するスタイラス位置検出部１０１１の実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調している。一般に、スタイラス位置検出部１０１１は、図２、３、４、９Ａおよび９Ｂのスタイラス位置検出部３１１、４１１、５１１および９１１の構成要素と同様の特定の構成要素を含み、以下に記載された場合を除いて同様に動作することが理解されよう。スタイラス位置検出部１０１１の構成は、例えば、図２の走査プローブ３００においてスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１の代わりに、図９Ａおよび９Ｂの実施形態などにおいてスタイラス位置検出部９１１の代わりに、使用されてもよい。
【００９８】
図１０に示される実施形態では、スタイラス位置検出部１０１１は、コイル基板構成体１０９０およびディスラプター構成体１０５０を備える。コイル基板構成体１０９０は、上部受信コイル基板部１０７０Ｔと下部受信コイル基板部１０７０Ｂとの間に配置された場生成コイル基板部１０６０を備え、上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂを備える。様々な実施形態では、上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂは第１および第２基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂとも呼ばれ、場生成コイル基板部１０６０は中央基板部１０６０とも呼ばれる。ディスラプター構成体１０５０は、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂまたはスケールを備える。様々な実施形態では、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、第１および第２のディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂとも呼ばれる。
【００９９】
様々な実施形態では、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂ（または、より一般的にディスラプター構成体１０５０）はそれぞれ、ディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供する導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板製造技術によりパターン化されたプリント回路基板の２面に設けられたような）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、または任意の他の望ましい動作構成体の少なくとも１つを備えることができる。図１０に示すように、ディスラプター要素１０５１Ｔおよび１０５１Ｂはそれぞれ、導電性プレートを備える。ディスラプター要素１０５１Ｔおよび１０５１Ｂは、コイル基板構成体１０９０の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置され、（例えば、図３の移動部材４１２と同様の移動部材１０１２の少なくとも上部を備える）結合構成体によってスタイラス懸架部１００７に結合される。説明の目的で、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、（例えば、図３のスタイラス懸架部４０７、スタイラス４０６および移動部材４１２と類似または同一であってもよい）スタイラス懸架部１００７および／またはスタイラス１００６および／または移動部材１０１２の偏向に応じて、（例えば、図３の非偏向位置ＵＮＤＦに類似している）図１０に示される非偏向位置に対して移動する。ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、軸方向移動に応じて軸方向に沿って動作移動範囲＋／−Ｒｚにわたって変位増分ΔＺで、回転移動に応じて軸方向（Ｚ方向）に直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ってそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたってそれぞれ変位増分ΔＸおよびΔＹで移動するものとして説明することができる。
【０１００】
上部受信コイル基板部１０７０Ｔは、Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ（例えば、図示のＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４、Ｎ＝４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、そして、下部受信コイル基板部１０７０Ｂは、Ｎ個の下部回転検出コイルＢＲＳＣ（例えば、図示のＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４、Ｎ＝４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える。
【０１０１】
コイル基板構成体１０９０は、スタイラス１００６および／またはスタイラス懸架部１００７により近い下部受信コイル基板部１０７０Ｂで、走査プローブのフレーム（例えば、図４のフレーム４０８）に一定の関係で取り付けられる。図１０に示す様々な検出コイルに関して、すべてのコイルは、誘導性に結合された１つ以上のターンで動作するように構成された（例えば図６に示すような）第１および第２接続端を有する巻線または導体の少なくとも１つを備えることが理解されよう。図に示すように、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣ、ならびに上部および下部回転検出コイル構成体ＴＲＳＣおよびＢＲＳＣは、ディスラプター構成体１０５０および対応するディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂの位置に対して名目上対称的に空間が設けられている。他の構成も可能である（例えば、いくつかの実施形態では、回転検出コイル構成体ＴＲＳＣおよびＢＲＳＣは、ディスラプター構成体１０５０に対して名目上中心にならない場合がある）。
【０１０２】
場生成コイル基板部１０６０は、一般に、少なくとも第１の場生成コイル１０６１を備え、上部受信コイル基板部１０７０Ｔと下部受信コイル基板部１０７０Ｂとの間に配置される。図１０に示すように、少なくとも第１の場生成コイルは、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂの面積よりも大きい面積を有する単一の場生成コイル１０６１を備える。上部受信コイル基板部１０７０Ｔ、場生成コイル基板部１０６０、および下部受信コイル基板部１０７０Ｂは、名目上平面であり、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交する。
【０１０３】
図３、４、および５に図示された実施形態では、ディスラプター要素は場生成コイル要素の内側に配置され（例えば、図４のディスラプター要素５５１は場生成コイル５６１の内側に収まっている）、ディスラプター要素の面積は場生成コイル要素の面積よりも小さい。図９Ａ、９Ｂ、および１０の図示された実施形態では、ディスラプター要素は、場生成コイル要素に平行に配置される（例えば、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、場生成コイル１０６１の上下に配置される）。図９Ａ、９Ｂ、および１０の構成は、ディスラプター要素および場生成コイル要素の相対的なサイズに関して柔軟性を向上させる。加えて、（例えば、第１基板部、第２基板部、および中央基板部が単一の多層プリント回路基板の部分を含み得る場合に）単一のプリント回路基板を利用することで、複数のプリント回路基板を利用する構成体に対してコストと複雑さを低減することができる。
【０１０４】
図１１は、図１０に示されるスタイラス位置検出部１０１１に類似するスタイラス位置検出部１１１１の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調している。一般に、スタイラス位置検出部１１１１は、図１０のスタイラス位置検出部１０１１の構成要素に類似する特定の構成要素を備え、以下で特に説明する場合を除き、同様に動作することが理解されるであろう。スタイラス位置検出部１１１１の構成は、例えば、図２の走査プローブ３００においてスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１の代わりに、図９Ａおよび９Ｂの実施形態においてスタイラス位置検出部９１１の代わりに、図１０の実施形態においてスタイラス位置検出部１０１１の代わりに、など、使用されてもよい。
【０１０５】
図１１に示される実施形態では、スタイラス位置検出部１１１１は、コイル基板構成体１１９０およびディスラプター構成体１１５０を備える。コイル基板構成体１１９０は、上部受信コイル基板部１１７０Ｔと下部受信コイル基板部１１７０Ｂとの間に配置された場生成コイル基板部１１６０を備え、上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂを備える。様々な実施形態では、上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂは第１および第２基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂとも呼ばれ、場生成コイル基板部１１６０は中央基板部１１６０とも呼ばれる。ディスラプター構成体１１５０は、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂまたはスケールを備える。様々な実施形態では、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂは、第１および第２のディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂと呼ばれる。図示の上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂは、図１０の対応する上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂと概ね同様である（導電性ビアおよびパッドの詳細は図１１に示されている）。
【０１０６】
様々な実施形態では、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂ（または、より一般的にディスラプター構成体１１５０）はそれぞれ、導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板製造技術によりパターン化されたプリント回路基板の２面に設けられたような）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、またはディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供する任意の他の望ましい動作構成体の少なくとも１つを備えることが出来る。様々な実施形態では、導電性ループを備えた構成体は、同心ループ、スパイラルパターンなどの少なくとも１つを備えることができる。図１１に示すように、ディスラプター要素１１５１Ｔおよび１１５１Ｂはそれぞれ、図１０に図示された実施形態で使用された導電性プレートの代わりに複数の同心導電性ループ１１５３を備える。ディスラプター要素１１５１Ｔおよび１１５１Ｂは、コイル基板構成体１１９０の反対側に延在し、図１０を参照して上述した方法と同様の方法（図１０のスタイラス懸架部１００７を参照）でスタイラス懸架部に結合されるディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置される。
【０１０７】
場生成コイル基板部１１６０は、一般に、少なくとも第１の場生成コイルを備える。図示のように、場生成コイル基板部１１６０は、上部場生成コイル部１１６１Ｔおよび下部場生成コイル部１１６１Ｂを備え、上部受信コイル基板部１１７０Ｔと下部受信コイル基板部１１７０Ｂとの間に配置されている。上部受信コイル基板部１１７０Ｔ、場生成コイル基板部１１６０および下部受信コイル基板部１１７０Ｂは、名目上平面であり、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交する。図１１の実施形態では、場生成コイル基板部１１６０は、２ターンのマルチターン場生成コイルを備える。そして、２つの対応する場生成コイル部１１６１Ｔおよび１１６１Ｂは、ビアによって接続され、中心軸に沿ったディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に位置し、名目上平面で中心軸に直交する（すなわち、場生成コイル構成体は、少なくとも２ターンで、中心軸ＣＡに沿ってディスラプター移動ボリュームＭＶの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する２つの対応する場生成コイル部１１６１Ｔおよび１１６１Ｂを持つマルチターン場生成コイルを備える）。
【０１０８】
図１１に示すように、上部場生成コイル部１１６１Ｔおよび下部場生成コイル部１１６１Ｂは、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの面積よりも小さい面積を有する。ディスラプター要素の面積よりも小さな面積を有する場生成コイルを使用することにより、ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス位置検出部１１１１の感度を低減することが容易になる。導電性プレートまたは単一の導電性ループの代わりに、ディスラプター要素で導電性ループ（例えば、同心ループ、スパイラルパターンなど）を使用すると、良好なＸおよびＹ位置信号強度を維持したまま、ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス位置検出部１１１１の感度の低減も容易になる。ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス部の感度を低減すると、測定の精度が向上し、望ましい出力形式で結果を生成することに関連する処理コストを削減することができる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、受信コイル（例えば、回転検出コイルＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）が送信機（例えば、場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂ）に近接しているため、非接続のビア／パッドは、そうでなければ接続トレース（送信機と受信機のリードなど）またはその他の要素によって生成されるオフセットをバランスさせるように追加されてもよい。図示した例として、図１１の実施形態では、（例えば、電子回路または構成および／またはその一部に接続されたような）特定の接続ビア／パッド／リードは、対称な回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に対称的に接続された対応物（例えば、中心軸に対して対称）を持たない（例えば、接続トレース用の）回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示されている（例えば、５つのそのようなビア、ならびに上部および下部送信リードは、図１１の構成例の回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示され、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、ＢＡＳＣＣのための接続用の３つのビア、正規化コイルＲNの部分の接続用のビア、場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂの接続用のビア、および場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂのための上部および下部送信リードを備える）。いくつかの実施形態では、そのようなトレース／ビア／パッド／リードは、補償されない場合、信号オフセットに帰結する受信コイルへの磁場を低減することができる。いくつかの実施形態では、そのようなオフセットは、非接続のビア／パッド／リードを備えた対称的な受信コイル内でそのような特徴を（例えば、中心軸の反対側に）反映すること(mirroring)により対処することができる。例えば、一実施形態では、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に非接続のビア／パッド／リードを追加することができ、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４それぞれでは、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内の対応する接続ビア／パッド／リードを反映／対称にすることができる（例えば、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に５つの非接続のビアならびに上部および下部パッドを追加でき、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４ではそれぞれ、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示された対応する接続ビア／パッド／リードを反映／対称に配置することができる）。
【０１１０】
そのような概念の特定の図示する例として、図１１では、正規化コイルＲNの部分の接続用の要素（例えばビア）は、ＶＩＡ１Ｃを介して電気的に接続されるように示され、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示される。上述の原理に従って、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示された対応する接続用のビアＶＩＡ１Ｃを反映／対称にする（例えば、その構成体の中心軸に対して反映および対称にする）回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に非接続のビアＶＩＡ１Ｄを含めることができる。より具体的には、ビアＶＩＡ１Ｄは、（例えば、ビアＶＩＡ１Ｃの位置とビアＶＩＡ１Ｄの位置の間のラインがその構成体の中心軸を通り、各位置が中心軸から等距離にあるような）回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内のビアＶＩＡ１Ｃの位置と対称にある／反映する回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内の位置にある。ビアＶＩＡ１Ｄは、それにより、上記のようにビアＶＩＡ１Ｃによって生成されるオフセットのバランスを取る。より具体的には、非接続の要素ＶＩＡ１Ｄは、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４（第１回転検出コイル）内に配置され、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３（第２回転検出コイル）内に配置された同様の電子的に接続された要素ＶＩＡ１Ｃと対称に（つまり、中心軸および／または軸方向に対して）反対側にある。そして、非接続の要素ＶＩＡ１Ｄは、それにより、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に接続された要素ＶＩＡ１Ｃの存在により回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３およびＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４によって提供される信号成分で生じる信号オフセットを低減する。
【０１１１】
図１１の実施形態では、正規化コイルＲNの部分の接続用のビアＶＩＡ１Ｃは、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、ＢＡＳＣＣのための接続用のビアに近接するように示されている。正規化コイルＲNは上部と下部を備え、上部は直線で半径方向に延在し、ビアＶＩＡ１Ｃによって直線で同じく半径方向に延在する下部に接続されている（下部は、図を簡単にするために、他の要素によって不明瞭になっているため図１１には示していないが、上部の真下に配置されている。）。様々な実施形態では、正規化コイルＲNは、（例えば、場生成コイル構成体（場生成コイル基板部とも呼ばれる）１１６０によって生成される変動磁束に対応する）送信場の測定値を提供するのに使用される（つまり、正規化コイルＲNは、場生成コイル構成体１１６０によって生成される変動磁束の測定値を提供するために利用される）。ここで、測定された信号はディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの位置から相対的に独立している（例えば、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの位置によって名目上だけ影響を受けてもよい）。様々な実施形態では、位置測定値は、この測定された信号で（場生成コイル構成体１１６０からの）送信振幅の変動に対して比較的鈍感になるようにされてもよい。様々な実施形態では、そのような処理は、信号処理および制御回路（例えば、図２の信号処理および制御回路３８０）によって実行することができる。
【０１１２】
図９Ａ、９Ｂ、１０および１１を参照すると、図２〜８Ｆを参照して上述した方法と同様の方法で、（ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４およびＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４に示すような）回転検出コイル部ＲＳＣは、対応する信号線上のスタイラス結合部３４２（図２を参照）の回転位置（ＸおよびＹ位置信号など）を示す少なくとも第１および第２の回転信号成分ＲＳｉｇｓを出力し、そして、（ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣに示すような）軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、対応する信号線上のスタイラス結合部の軸方向位置（例えば、Ｚ位置信号）を示す１つまたは複数の軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。様々な実施形態では、信号処理および制御回路３８０（図２を参照）は、回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを受信し、様々な実施形態において様々なレベルの関連する信号処理を実行することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路は、様々な受信コイルからの信号成分を様々な関係で結合および／または処理し、取付部２２４を介して（図２を参照）回転および軸位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔとして結果的に所望の出力形式で提供する。図２を参照すると、（例えば、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０などにおける）１つまたは複数の受信部は回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔを受信することができ、そして、１つまたは複数の関連する処理および制御部は、その接触部３４８が測定されているワークピースＷの表面に沿って移動するとき、スタイラス結合部３４２および／または取り付けられたスタイラス３０６の接触部の３次元位置を決定するように利用されてもよい。様々な実施形態で使用される受信コイル、場生成コイル、およびディスラプター要素の導電性プレートまたはループの数、サイズ、および形状は、位置検出の改善や高次の非線形性の低減などのような、所望の動作特性に基づいて選択することができる。低次の非線形性は、ＣＭＭによって較正できることに注意されたい。
【０１１３】
いくつかの実施形態では１つの基板のみが搭載に必要とされている（例えば、別々のボード間のフレキシブルケーブルは不要な場合である）ので、図９Ａ、９Ｂ、１０、および１１の実施形態は、より少ない機械部品の使用を容易にしている。また、このような実施形態は、受信コイルのアライメントに関する自由度が低いため、再現性の向上とアセンブリコストの削減を容易にし、例えば、ＸＹ位置決め信号に関して、マルチボード実施形態で発生する可能性のある傾斜や回転の問題に対して敏感でなくてもよい。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域とコイル領域を提供する導電性プレートまたはループを包含し、場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内の軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するするように構成されている。
【０１１６】
いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影はそれぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、および任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影はそれぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。ここで、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスである。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では少なくとも変化しない、またはその位置に依存しない（その位置に依存しない）。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、正規化コイルは（つまり、場生成コイル構成体からの）送信場の測定値を提供するのに使用される。これは、ディスラプター要素の位置にほとんど依存しなくてもよい。位置測定値は、それらで（つまり、場生成コイル構成体からの）送信振幅の変動に対して比較的鈍感になるようにされてもよい。
【０１１９】
いくつかの実施形態では、コイル基板構成体とディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備えるＮ個の回転検出コイルの相補対ＣＰｉを提供するように構成されている。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、ディスラプター構成体の第１および第２のディスラプター要素は、非偏向位置で軸方向に沿って投影されたときにそれらの形状が名目上一致することを特徴とする。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、第１基板部、第２基板部、および中央基板部は、単一の多層プリント回路基板の部分を備える。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと記号の両方は、その相補対で同じであるように、コイル基板構成体とディスラプター要素は構成される。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、軸方向に沿って投影したときにそれらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体が構成されている。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、それらの１つの形状が中心軸の周りで他方の角度位置と一致するように中心軸周りで回転して、そして、軸方向に沿って投影され、それらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体は構成されている。いくつかの実施形態では、各ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、第１および第２のディスラプター要素の形状および向きが名目上同じであり、軸方向に沿って名目上整列しているコイル基板構成体およびディスラプター要素が構成される。任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺が上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺に平行な第２のディスラプター要素の第２の直線側辺がそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかの実施形態では、Ｎ＝３であり、少なくともＮ個の直線側辺は、正三角形の辺に平行に配置された３つの辺を備える。いくつかの実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって異なる場合でも、その合計は、少なくとも動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないのうちの１つである。そのような構成では、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって異なる場合でも、その合計は、少なくとも動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないのうちの１つである。
【０１２４】
いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の第１のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴とする。ここで、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、第１のディスラプター要素の位置によっては変化しない。そのような構成において、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル面積を有し、軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の第２のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルおよびディスラプター要素は特徴とする。ここで、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、第２のディスラプター要素の位置によっては変化しない。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルは、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。軸方向検出コイル内接シリンダーは、中心軸と同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義される。ディスラプター内接シリンダーは、中心軸と同心で、ディスラプター要素のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義される。そして、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍である。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル内接シリンダーの半径の少なくとも１．２倍である。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の最大でも１．５倍である。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、コイル基板構成体とディスラプター要素は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の少なくとも１つの相補対ＣＰｉおよび任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、その相補対では反対であるように、コイル基板構成体とディスラプター要素は構成されている。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、それらの１つの形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように中心軸の周りでオフセット角度で回転し、そして、軸方向に沿って投影されると、それらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体は構成される。いくつかの実施形態では、各ディスラプター要素はＮ対の平行な直線側辺を備え、第１および第２のディスラプター要素の形状および向きは、名目上同じであり、名目上軸方向に沿って整列され、それぞれの相補対ＣＰｉについては第１のディスラプター要素の第１の直線側辺は上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺に平行な第２のディスラプター要素上の第２の直線側辺はそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかの実施形態では、Ｎ＝３であり、Ｎ対の平行な直線側辺は、正六角形の辺に平行に配置されている。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、走査プローブは、ディスラプター要素とスタイラス結合部に結合された移動部材を備え、移動部材は、中心軸に沿ってコイル基板構成体に配置された穴を通り、ほぼ中心軸に沿って延在する。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、場生成コイルの構成体は、ａ）ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、またはｂ）中心軸に沿ってディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイルの１つを備える。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、第１のディスラプター要素および第２のディスラプター要素の面積は、少なくとも第１の場生成コイル構成体の面積よりも大きい。いくつかの実施形態では、ディスラプター要素はそれぞれ、複数の同心円状の導電性ループを備える。いくつかの実施形態では、少なくとも第１の場生成コイル構成体は、第１および第２場生成コイルを備える。
【０１２９】
いくつかの実施形態では、システムは、本明細書に開示される走査プローブ、駆動機構、および駆動機構を走査プローブに結合するように構成された取付部を備える。いくつかの実施形態では、システムは、駆動機構の動きを制御するモーションコントローラを備えている。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に開示される走査プローブをワークピースの表面に沿って移動させる工程と、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動するときに走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、を含む。いくつかの実施形態では、信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。ここで、出力される信号は、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動するとき、走査プローブによって生成される誘導性検出信号を備える。
【０１３１】
本開示の好ましい実施形態が図示および説明されたが、特徴および動作のシーケンスの図示および説明された配置の多数の変形例は、本開示に基づいて当業者には明らかであろう。本明細書に開示される原理を実施するために、様々な代替形態を使用することができる。さらに、上記の様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書で言及されるすべての米国特許および米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。必要に応じてさらに実施形態を提供するために様々な特許および出願の概念を採用して、実施形態の側面を変更することができる。
【０１３２】
上記の詳細な説明に照らして、これらの変更および他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を明細書および請求項に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような請求項に権利される同等の全範囲に沿って可能なすべての実施形態を備えると解釈されるべきである。
【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】
2020101521.tif 000007
【図６】
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【図７Ａ】
2020101521.tif 000009
【図７Ｂ】
2020101521.tif 000010
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2020101521.tif 000013
【図８Ａ】
2020101521.tif 000014
【図８Ｂ】
2020101521.tif 000015
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2020101521.tif 000017
【図８Ｅ】
2020101521.tif 000018
【図８Ｆ】
2020101521.tif 000019
【図９Ａ】
2020101521.tif 000020
【図９Ｂ】
2020101521.tif 000021
【図１０】
2020101521.tif 000022
【図１１】
2020101521.tif 000023
【外国語明細書】
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2020101521000002.pdf
2020101521000003.pdf
2020101521000004.pdf