(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標測定装置のための走査プローブであって、
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、
軸方向に沿う該スタイラス結合部の軸方向運動と回転中心回りの該スタイラス結合部の回転運動と、を可能にするように構成されたスタイラス運動機構と、
を備えるスタイラス懸架部と、
光源構成体と、
該光源構成体から光を受けるように構成された回転検出ビーム経路と、
該回転検出ビーム経路に沿って配置され、前記スタイラス懸架部に結合された回転検出デフレクタと、
該回転検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、前記回転中心回りの前記スタイラス結合部の回転を示すＸ及びＹ位置信号を出力する回転検出部と、
を備える回転位置検出構成体と、
前記光源構成体から光を受けるように構成された軸方向検出ビーム経路と、
該軸方向検出ビーム経路に沿って配置され、前記軸方向運動に応答して前記軸方向に移動するように前記スタイラス懸架部に結合され、また、前記回転運動に対応して前記軸方向に対する少なくとも１つの横方向に移動する軸方向検出デフレクタと、
該軸方向検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、前記軸方向に沿う前記スタイラス結合部の位置を示すＺ位置信号を出力する軸方向検出部と、
を備え、Ｚ位置信号が前記軸方向に対する横方向である少なくとも１つの方向における前記軸方向検出デフレクタの動きに実質的に応答しないように構成された軸方向位置検出構成体と、
を備えるスタイラス位置検出部と、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であって、前記軸方向検出部は、前記軸方向検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームによってＺ位置光検出器上に成形されるスポット又はラインの位置に応じた前記Ｚ位置信号を出力する該Ｚ位置光検出器を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の走査プローブであって、前記軸方向位置検出構成体は、更に、前記軸方向検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームが、前記Ｚ位置光検出器上に成形される前記スポット又はラインを成形するために該軸方向検出デフレクタによって少なくとも部分的に集光され、前記軸方向に対する横方向となる第１方向に沿う前記軸方向検出デフレクタの動きが、前記Ｚ位置光検出器上の前記スポット又はラインの有効な位置を実質的に変更することなく、該スポット又はライン焦点を変更す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４】
請求項３に記載の走査プローブであって、前記軸方向検出デフレクタはレンズを備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項５】
請求項３に記載の走査プローブであって、前記軸方向位置検出構成体は、更に、
前記軸方向検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームが、前記Ｚ位置光検出器上の前記スポットを成形するために該軸方向検出デフレクタによって少なくとも部分的に集光され、
前記Ｚ位置信号が、前記Ｚ位置光検出器の単一の感知軸に沿う前記スポットの位置に対応し、
前記軸方向に対する横方向となる第２方向に沿う前記軸方向検出デフレクタの動きが、前記Ｚ位置光検出器の前記感知軸に直交する方向に沿って該Ｚ位置光検出器上に成形される前記スポットの位置を変化させ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６】
請求項１に記載の走査プローブであって、前記軸方向検出デフレクタと前記回転検出デフレクタは互いに堅固に結合されている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であって、前記軸方向検出デフレクタと前記回転検出デフレクタは前記スタイラス結合部に堅固に結合されてい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であって、前記走査プローブは、更に、ハウジングと前記光源構成体とを備え、前記軸方向検出部と前記回転検出部とは該ハウジングに堅固に結合されていることを特徴とする走査プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の走査プローブであって、前記Ｚ位置信号と組み合わされる前記Ｘ及びＹ位置信号は、前記ハウジングに対する前記スタイラス結合部の絶対的な３次元位置の決定を可能にすることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１０】
請求項１に記載の走査プローブであって、更に、前記軸方向検出ビーム経路に沿う軸方向検出光ビームと前記回転検出ビーム経路に沿う回転検出光ビームとに、前記光源構成体の光源からの光を分割するように構成されたビームスプリッタ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１に記載の走査プローブであって、前記光源構成体は、
前記軸方向検出ビーム経路に沿う軸方向検出光ビームを出力するように構成された第１光源と、
前記回転検出ビーム経路に沿う回転検出光ビームを出力するように構成された第２光源と、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であって、前記回転検出部は、前記回転検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームによってＸ−Ｙ位置光検出器上に成形されるスポットの該Ｘ−Ｙ位置光検出器の第１軸に沿う位置に応じた前記Ｘ位置信号を出力し、前記回転検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームによって前記Ｘ−Ｙ位置光検出器上に成形されるスポットの該Ｘ−Ｙ位置光検出器の第２軸に沿う位置に応じた前記Ｙ位置信号を出力する前記Ｘ−Ｙ位置光検出器を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の走査プローブであって、
前記回転検出デフレクタは、前記回転運動に応答して移動するように前記スタイラス懸架部に結合され、また、前記軸方向検出デフレクタは、前記軸方向運動に応答して前記軸方向に移動し、
前記回転位置検出構成体は、名目上、前記回転中心回りの前記スタイラス結合部の回転がないときには、前記Ｘ及びＹ位置信号が前記軸方向に沿う前記回転検出デフレクタの動きに実質的に応答しない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１４】
請求項１２に記載の走査プローブであって、前記回転位置検出構成体は、前記回転検出デフレクタからの前記可変偏向光ビームが、前記Ｘ−Ｙ位置光検出器上に成形される前記スポットを成形するように該回転検出デフレクタによって少なくとも部分的に集光され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１５】
請求項１４に記載の走査プローブであって、前記回転検出デフレクタは凹面ミラーを備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１６】
請求項１に記載の走査プローブであって、
前記回転検出デフレクタは、前記軸方向に沿って配向した光軸を有する凹面ミラーを備え、該軸方向に沿って延びる前記回転検出ビーム経路の一部に沿って配置され、前記回転運動が該光軸に対する横方向に前記回転検出デフレクタを移動させ、そして、
前記軸方向検出デフレクタは、前記軸方向に対する横方向に配向した光軸を有するレンズを備え、該横方向に沿って延びる前記軸方向検出ビーム経路の一部に沿って配置され、前記軸方向運動が該光軸に対する横方向に前記軸方向検出デフレクタを移動させることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の走査プローブであって、
前記回転検出部は、表面平面を有する前記Ｘ−Ｙ位置光検出器を備え、
前記回転位置検出構成体は、更に、前記回転検出デフレクタから反射される前記可変偏向光ビームを受け、前記Ｘ−Ｙ位置光検出器の前記表面平面上の位置に、前記光軸に対して横方向に沿う該可変偏向光ビームを反射し、そして、
前記軸方向検出部は、表面平面を有する前記Ｚ位置光検出器を備え、前記可変偏向光ビームが前記軸方向検出デフレクタから該Ｚ位置光検出器の該表面平面上の位置に伝達されることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の走査プローブであって、前記Ｘ−Ｙ位置光検出器の前記表面平面と前記Ｚ位置光検出器の前記表面平面はほぼ平行であることを特徴とする走査プローブ。
【請求項１９】
請求項１７に記載の走査プローブであって、前記回転検出デフレクタから反射される前記可変偏向光ビームを受ける反射面は、また、前記回転検出デフレクタへの前記軸方向に沿って延びる前記回転検出ビーム経路の一部に沿って、前記光源構成体の光源からの光を伝達するビーム分割面であることを特徴とする走査プローブ。
【請求項２０】
請求項１９に記載の走査プローブであって、前記ビーム分割面は、偏光ビーム分割面であり、前記回転位置検出体は、更に、該偏光ビーム分割面と前記回転検出デフレクタとの間に延びる前記回転検出ビーム経路の一部に沿って配置された１／４波長板を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項２１】
請求項１６に記載の走査プローブであって、前記スタイラス位置検出構成体は、更に、前記回転検出ビーム経路又は前記軸方向検出ビーム経路のいずれかに沿って配置されている２面角のプリズムの構成又は屋根型プリズムの構成のうちの少なくとも１つを備える誘導部を備えることを特徴とする走査プローブ。
【請求項２２】
スタイラスが取り付けられる走査プローブから受信された位置信号に基づいて、該スタイラスの接触部の３次元位置を決定するための方法であって、
前記方法は、
取り付けられた前記スタイラスの前記接触部が測定されているワークに接触するように、前記走査プローブが配置されることを決定し、
ここで該走査プローブは、
前記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、
軸方向に沿う該スタイラス結合部の軸方向運動と、回転中心回りの該スタイラス結合部の回転運動と、を可能にするように構成されたスタイラス運動機構と、
を備えるスタイラス懸架部と、
光源構成体と、
該光源構成体からの光を受けるように構成された回転検出ビーム経路と、
該回転検出ビーム経路に沿って配置され、前記スタイラス懸架部に結合された回転検出デフレクタと、
該回転検出デフレクタからの可変偏向光ビームを受け、前記回転中心回りの前記スタイラス結合部の回転を示すＸ及びＹ位置信号を出力する回転検出部と、
を備える回転位置検出構成体と、
前記光源構成体からの光を受けるように構成された軸方向検出ビーム経路と、
該軸方向検出ビーム経路に沿って配置され、前記軸方向運動に応答して前記軸方向に移動するように前記スタイラス懸架部に結合され、また、前記回転運動に応答して該軸方向に対する少なくとも１つの横方向にも移動する軸方向検出デフレクタと、
該軸方向検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、前記軸方向に沿う前記スタイラス結合部の位置を示すＺ位置信号を出力する軸方向検出部と、
を備え、該Ｚ位置信号が前記軸方向に対する横方向である少なくとも１つの方向における前記軸方向検出デフレクタの動きに実質的に応答しないように構成された軸方向位置検出構成体と、
を備えるスタイラス位置検出部と、
を備えており、
該スタイラス位置検出部から前記Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を受け、
前記スタイラスの前記接触部の３次元位置を決定するために、前記Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を処理することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を処理することは、該Ｘ又はＹ位置信号の少なくとも１つから軸方向運動のクロスカップリングの成分を除去するために前記走査プローブの既知の三角法と組み合わせてＺ位置信号を利用することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
スタイラスが取り付けられる走査プローブから受信する位置信号に基づいて、該スタイラスの接触部の３次元位置を決定するためのシステムであって、
前記システムは、
前記走査プローブの回転位置検出構成体からＸ及びＹ位置信号を受信するための受信部と、
ここで、該回転位置検出構成体は、
光源構成体からの光を受けるように構成された回転検出ビーム経路と、
該回転検出ビーム経路に沿って配置され、前記スタイラスに堅固に結合されたスタイラス結合部を備え、且つ回転中心回りの該スタイラス結合部の回転運動と軸方向に沿う該スタイラス結合部の軸方向運動とを可能にするスタイラス運動機構を備えるスタイラス懸架部に結合された回転検出デフレクタと、
該回転検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、前記回転中心回りの前記スタイラス結合部の回転を示すＸ及びＹ位置信号を出力する回転検出部と
を備え、
前記走査プローブの軸方向位置検出構成体からＺ位置信号を受信するための受信部と、
ここで、該軸方向位置検出構成体は、
前記光源構成体から光を受けるように構成された軸方向検出ビーム経路と、
該軸方向検出ビーム経路に沿って配置され、前記軸方向運動に応答して前記軸方向に移動するように前記スタイラス懸架部に結合され、また、前記回転運動に応答して該軸方向に対する少なくとも１つの横方向にも移動する軸方向検出デフレクタと、
該軸方向検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、該軸方向に沿う前記スタイラス結合部の位置を示すＺ位置信号を出力する軸方向位置検出部と、
を備え、前記Ｚ位置信号が前記軸方向に対する横方向である少なくとも１つの方向における前記軸方向検出デフレクタの動きに実質的に応答しないように構成されており、
前記スタイラスの前記接触部の３次元位置を決定するために、前記Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を処理する処理部と、を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、精密計測に関し、より詳細には、座標測定装置で使用されるプローブのセンシング構成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
座標測定装置（ＣＭＭ）は、検査ワークの測定を行うことができる。本明細書にその全体が参照として組み込まれる米国特許第８４３８７４６に記載の一例示的な従来技術のＣＭＭは、ワークを測定するためのプローブ、プローブを移動させる移動機構、及びその移動を制御するコントローラを備える。表面走査プローブを備えるＣＭＭは、本明細書にその全体が参照として組み込まれる米国特許第７６５２２７５に記載されている。そこに開示されているように、機械式接触プローブ又は光学的プローブは、ワークの表面を横切って走査することができる。
【０００３】
機械式接触プローブを使用するＣＭＭは、また、本明細書にその全体が参照として組み込まれる米国特許第６９７１１８３（'１８３特許）にも記載されている。そこに開示されたプローブは、表面接触部を有するスタイラスと、軸方向運動機構と、回転運動機構と、を備える。軸方向運動機構は、その接触部が測定プローブの中心軸方向（Ｚ方向又は軸方向とも呼ぶ）に移動することを可能にする移動部材を備える。回転運動機構は、その接触部が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。軸方向運動機構は、回転運動機構内で入れ子にされている。その接触部の位置、及び／又は、ワークの表面の座標は、回転部材の変位と軸方向運動機構の移動部材の軸方向変位に基づいて決定される。
【０００４】
'１８３特許に開示されているような運動機構、及び／もしくは、従来の変位検出器の配列は、比較的高価である、並びに／又は、機構、及び／もしくは、検出器の不完全性に起因する様々な「クロスカップリング」の誤差に影響を受けやすい。合理的に予想される機構及び／又は検出器に不完全さがあっても、様々な「クロスカップリング」の誤差を排除しながら比較的低価格となる変位検出器の配列を備えるプローブのセンシング構成体が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この概要は、以下の詳細な説明で更に説明されるコンセプトの選択を簡略化された形で紹介するものである。この概要は、特許請求の範囲に記載された主題の主要な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載された主題の範囲を決定する助けとして使用されることを意図するものでもない。
【０００６】
３軸で応答可能な走査プローブが、座標測定装置（例えば、ＣＭＭ）で使用するために提供される。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を備える。スタイラス懸架部は、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、軸方向に沿うスタイラス結合部の軸方向運動、及び、回転中心回りのスタイラス結合部の回転運動を可能にするように構成されたスタイラス運動機構と、を備える。スタイラス位置検出部は、光源構成体、回転位置検出構成体、及び、軸方向位置検出構成体を備える。
【０００７】
様々な実施形態では、回転位置検出構成体は、回転検出ビーム経路、回転検出デフレクタ、及び回転検出部を備える。回転検出ビーム経路は、光源構成体から光を受けるように構成されている。回転検出デフレクタは、回転検出ビーム経路に沿って配置され、スタイラス懸架部に結合されている。回転検出部は、回転検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、回転中心回りのスタイラス結合部の回転を示すＸ及びＹ位置信号を出力する。
【０００８】
様々な実施形態では、軸方向位置検出構成体は、軸方向検出ビーム経路、軸方向検出デフレクタ、及び軸方向検出部を備える。軸方向検出ビーム経路は、光源構成体から光を受けるように構成されている。軸方向検出デフレクタは、軸方向検出ビーム経路に沿って配置され、軸方向運動に応答して軸方向に移動するようにスタイラス懸架部に結合されている。軸方向検出デフレクタは、また、回転運動に応答して軸方向に対する少なくとも１つの横方向に移動する。軸方向検出部は、軸方向検出デフレクタから可変偏向光ビームを受け、軸方向に沿うスタイラス結合部の位置を示すＺ位置信号を出力する。軸方向位置検出構成体は、Ｚ位置信号が、軸方向に対して横方向となる少なくとも１つの方向における軸方向検出デフレクタの動きに実質的に応答しないように構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に開示されている走査プローブを用いたＣＭＭを備える測定システムの様々な典型的な要素を示す図である。
【図２】ＣＭＭに結合され、Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を出力する走査プローブの様々な要素を示すブロック図である。
【図３】スタイラスに結合されるスタイラス懸架部の第１実施形態の一部を示す図である。
【図４】図３のスタイラス懸架部が走査プローブの本体ハウジング内に備えられた一例の断面を示す図である。
【図５】光源構成体、軸方向位置検出構成体、及び回転位置検出構成体を備え、スタイラス懸架部に結合されたスタイラス位置検出部の第１実施形態を示す図である。
【図６】走査プローブの本体ハウジング内に備えられた図５のスタイラス位置検出部を示す図である。
【図７】スタイラス位置検出部の第２実施形態を示す図である。
【図８】スタイラス位置検出部の第３実施形態を示す図である。
【図９】走査プローブに備えられたスタイラス懸架部の第２実施形態の断面を示す図である。
【図１０】スタイラス懸架部で利用することができる曲げ要素の実施形態を示す図である。（軸方向運動を可能にする図１０Ａ、回転運動を可能にする図１０Ｂ）
【図１１】走査プローブから受信した位置信号に基づいて、スタイラスの接触部の３次元位置を決定するための手順の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本明細書に開示されている走査プローブ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、及び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に接続され、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を操作し、ワーク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、測定条件の入力のための入力手段１２５（例えば、キーボード、等）と、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、等）と、を備える。
【００１１】
ＣＭＭ２００は、定盤２１０に配置される駆動機構２２０と、駆動機構２２０に走査プローブ３００を取り付けるための取付部２２４と、を備える。駆動機構２２０は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸スライド機構２２２、２２１、及び２２３をそれぞれ備え、走査プローブ３００を３次元に移動させる。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。以下に詳細に説明されるように、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る。そのスタイラス懸架部は、接触部３４８がワークＷの表面の測定経路に沿って移動するときに、接触部３４８が自由に３方向の位置を変更することを許容としている。
【００１２】
図２は、ＣＭＭ２００に接続され、Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を出力する走査プローブ３００の様々な要素を示すブロック図である。走査プローブ３００は、スタイラス懸架部３０７とスタイラス位置検出部３１１が組み込まれたプローブ本体３０２を備える。スタイラス懸架部３０７は、スタイラス結合部３４２と、スタイラス運動機構３０９と、を備える。スタイラス結合部３４２は堅固にスタイラス３０６に結合されている。図３及び４に関して以下でより詳細に説明されるように、スタイラス運動機構３０９は、軸方向に沿うスタイラス結合部３４２と取り付けられたスタイラス３０６との軸方向運動を可能に構成されている。同時に、スタイラス運動機構３０９は、回転中心回りのスタイラス結合部３４２と取り付けられたスタイラス３０６の回転運動を可能にする構成とされている。
【００１３】
図２に示すように、スタイラス位置検出部３１１は、光源構成体３１７、回転位置検出構成体３１３、及び軸方向位置検出構成体３２５を備える。回転位置検出構成体３１３は、光源構成体３１７出力からの光を受け、Ｘ、Ｙ位置信号を出力する。軸方向位置検出構成体３２５は、光源構成体３１７からの光を受け、Ｚ位置信号を出力する。様々な実施形態では、１以上の受信部（例えば、ＣＭＭ２００において、モーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０、等）は、Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号を受信することができる。そして、１以上の関連する処理部は、接触部が測定されるワークＷの表面に沿って移動することで、スタイラス結合部３４２、及び／又は、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することができる。
【００１４】
図３は、スタイラス４０６に結合されるスタイラス懸架部４０７を概略的／部分的に示す第１実施形態の一部を示す図である。図３において特定の番号が付与された要素４ＸＸは、図２において類似した番号が付与された対応する要素３ＸＸに対応し、及び／又は、図２における同様の番号が付与された対応する要素３ＸＸと同様の動作をし、そしてそのような類推によって理解されるが、理解されない場合は以下に説明される。類似する設計、及び／又は、機能を有する要素を示すために、このような番号付け方式を以下の図４−１１にも適用する。図３に示すように、スタイラス懸架部４０７は、スタイラス運動機構４０９と、スタイラス結合部４４２と、を備える。スタイラス結合部４４２は、ワークＷ（図示せず）の表面Ｓに接触する接触部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ている。
【００１５】
図４に関して以下でより詳細に記載されるように、接触部４４８が表面Ｓの形状に沿って３方向でその位置を変更することができるように、スタイラス運動機構４０９は、スタイラス結合部４４２と取り付けられたスタイラス４０６の軸方向運動及び回転運動を可能にするように構成されている。図示の目的のために、図３の紙面に垂直な方向及び水平な方向をそれぞれ、Ｚ方向及びＹ方向として定義し、紙面に垂直な方向をＸ方向と定義する。測定プローブ３００の中心軸Ｏ（軸方向Ｏ）の方向は、この図のＺ方向に一致する。
【００１６】
図３において、スタイラス運動機構４０９の回転運動部は、回転部材４３６（また、回転部材ＲＰとして参照される）、曲げ要素４４０、及び回転部材４３６内に配置された移動部材４１２を備えるように図示されている。図４に関して以下でより詳細に説明するように、曲げ要素４４０は、回転中心ＲＣ回りの回転部材４３６の回転運動を可能にしている。図５に関して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（完全には示されていない）は、移動部材４１２の端部に取り付けられた回転検出デフレクタ４１６（例えば、凹面ミラー）を備えることができ、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２を備える回転検出部４２１に向かって光を反射する。したがって、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２は、Ｘ及びＹ方向において、移動部材４１２の回転位置を検出することができる。回転検出デフレクタ４１６の凹面は、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２によって検出される反射光に対して所望の「偏向関係」を提供するように成形することができる。そのような構成により様々な利点を有することができる（例えば、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２の小型化を可能にする、長さの異なるより広い範囲のスタイラスを使用可能にする、など）。以下の近いものは、システムのさまざまな側面（例えば、傾斜感度など）を理解するために利用することができる。
【００１７】
図３に示した構成例に関して、一実施形態では、回転検出デフレクタ４１６の凹面は半径Ｒを有することができ、回転検出デフレクタに入射する光ビームは、その偏向されない光軸の方向（例えば、図３で破線で示す光路ＬＰ）に沿ってコリメートすることができる。Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２は、回転検出デフレクタ４１６から光路長Ｌ＝Ｒ／２に配置することができる。なお、光路長Ｌは、回転検出デフレクタ４１６からの反射光ビームによって得られる焦点距離にほぼ等しくされている。そのような実施形態において、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２上のスポット（例えば、回転検出デフレクタ４１６からの可変偏向光ビームによって成形される）のヌル（ｎｕｌｌ）から離れてＸ方向に沿う移動又は変位ΔＸPSDには、Ｘ方向と平行な面で回転部材４３６の回転運動傾斜θYによる２つの寄与度が含まれている（即ち、回転中心ＲＣでＹ軸と平行な軸回りの回転）。２つの寄与度は、次のように概算することができる。
【００１８】
傾斜寄与度＝（Ｌ *θY）                                            （式１）
変換寄与度＝（Ｌ *θY*Ｈ／Ｒ）＝（Ｌ *θY* Ｈ／２Ｌ）              （式２）
【００１９】
ここで、Ｈは、回転検出デフレクタ４１６への回転中心ＲＣからの距離である。
傾斜寄与度は回転によるデフレクタ４１６の表面の傾斜変化によるものであり、変換寄与度はデフレクタ４１６の光軸からの距離の関数としてそのデフレクタの湾曲依存面の角度変化によるものである。そこで、次のように、式１及び２に示された寄与度を組み合わせる。
【００２０】
ΔＸPSD＝ＬθY（１＋Ｈ／２Ｌ）                                     （式３）
【００２１】
回転運動傾斜成分θYに関係するスタイラス４０６の接触部４４８のヌルから離れるＸ方向の移動又は変位ΔＸSTYLUSは、次のように概算することができる。
【００２２】
ΔＸSTYLUS＝θY*（ｈs＋ｌs）                                       （式４）
【００２３】
式３と４を組み合わせて、接触部４４８でＸ方向の変位との関係で、光検出器４２２のＸ方向のスポットの変位の割合は、次のように概算することができる。
【００２４】
ΔＸPSD／ΔＸSTYLUS＝（Ｌ＋（Ｈ／２））／（ｈs＋ｌs）               （式５）
【００２５】
Ｙ座標運動成分は、上述した表記に類似しており、本明細書で更に詳細に説明する必要はない。種々のスタイラスのためのスタイラスの長さｌsは、Ｘ−Ｙ検出点位置に基づいて、接触部４４８のＸ−Ｙ位置を決定するための等式（例えば、システムの三角法に関して）で利用することができる。
【００２６】
図４は、走査プローブ４００のプローブ本体４０２の本体ハウジング４０８内に備えられる、図３に示されるスタイラス懸架部４０７として使用可能なスタイラス懸架部４０７'の断面の一例を示す部分概略図である。図４に示すように、スタイラス懸架部４０７'は、スタイラス運動機構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。スタイラス運動機構４０９は、移動部材４１２、回転部材４３６、回転部材４３６の回転運動を可能に支持する本体ハウジング４０８に結合された曲げ要素４４０、及び移動部材４１２の軸方向運動を可能にするために、回転部材４３６に結合され、且つ移動部材４１２を支持する曲げ要素（すなわち、第１曲げ要素として参照）４１４及び４１５を備えることができる。走査プローブ４００は、図５を参照して以下により詳細に説明される要素と動作を持つスタイラス位置検出部５１１を備えており、それがスタイラス運動機構４０９、及び／又は、スタイラス４０６の接触部４４８の位置、及び／又は、動きを決定する。
【００２７】
曲げ要素（すなわち、第２曲げ要素として参照）４４０は、軸方向Ｏにおいて、１対の曲げ要素（すなわち、第１曲げ要素として参照）４１４及び４１５のそれぞれの面の間に配置することができる。例えば、曲げ要素４１４、４１５、及び４４０は、図１０Ａ及び１０Ｂに関して以下でより詳細に説明される。回転部材４３６は、第２曲げ要素４４０に対して形状の対称性を有しており、２つのリング部４３６Ａと、２つの接続部４３６Ｂと、１つの円筒部４３６Ｃと、を一体に備えることができる。第１曲げ要素４１４及び４１５の周辺部は、リング部４３６Ａに固定されている。接続部４３６Ｂは、中空中心を持つ円筒部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曲げ要素４１４及び４１５は、第２曲げ要素４４０に関して対称な距離に配置することができるが、そのような実施形態は例示的にすぎず、これに限定されない。
【００２８】
移動部材４１２を備える軸方向運動機構４１０は、回転部材４３６の内部に支持され、回転部材４３６及び軸方向運動機構４１０はともに、スタイラス運動機構４０９の一部である運動モジュールを構成する。軸方向運動機構４１０は、接触部４４８が軸方向Ｏに移動することを可能にしている。回転部材４３６を備える回転運動機構４３４は、スタイラス４０６の接触部４４８が回転中心ＲＣ回りの回転運動により、軸方向Ｏに対する横方向（例えば、ほぼ垂直方向）に移動することを可能にしている。
【００２９】
移動部材４１２は、下部４１２Ａと、ロッド部４１２Ｂと、上部４１２Ｃと、を一体に備える。ブラケット４３７は、上部４１２Ｃに回転検出デフレクタ４１６（例えば、曲面ミラー）と軸方向検出デフレクタ４２６（例えば、レンズ）を堅固に取り付けるために利用されている。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１に関して先に概説し、更に後述するように、回転検出デフレクタ４１６は回転位置検出構成体の一部として備えられており、軸方向検出デフレクタ４２６は軸方向位置検出構成体の一部として備えられている。ロッド部４１２Ｂは、１対の第１曲げ要素４１４及び４１５の間に配置されている。ロッド部４１２Ｂは、回転部材４３６内に収容されている。
【００３０】
下部４１２Ａは、ロッド部４１２Ｂの下に成形され、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。フランジ部４４４は、スタイラス４０６の取り付けのために設けられている。フランジ部４４４とスタイラス結合部４４２はともに、脱着可能な結合機構（例えば、既知のキネマティックジョイント又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。この結合機構は、（例えば、衝突でスタイラスを脱落させた場合や、意図的にスタイラスを変更した場合において）繰り返し位置決めを伴う種々のスタイラス４０６とスタイラス結合部４４２との間の取り付けと取り外しとを可能としている。
【００３１】
図５は、プローブ体又はハウジングに対して移動する回転検出デフレクタ５１６と軸方向検出デフレクタ５２６とを備えるスタイラス位置検出部５１１の第１実施形態を示す図である。特に断らない限り、スタイラス位置検出部５１１の様々な他の要素は、プローブ体又はハウジングに対して固定することができる。スタイラス位置検出部５１１は、光源構成体５１７、回転位置検出構成体５１３、及び軸方向位置検出構成体５２５を備える。図で示されるように、光源構成体５１７は、光源５１８（例えば、ＬＥＤ光源）を備え、いくつかの実施形態では（例えば、コリメータレンズ５１８'を使用して）コリメート又はほとんどコリメートされた光ビーム５１９を出力可能に構成することができる。ビームスプリッタ５２０（例えば、偏光ビームスプリッタ）は、光ビーム５１９を受け、光ビーム５１９を、回転位置検出構成体５１３に備えられる回転検出ビーム経路５２３に沿う回転検出光ビームと、軸方向位置検出構成体５２５に備えられる軸方向検出ビーム経路５２９に沿う軸方向検出光ビームとに分岐させる。代替となる実施形態としては、図７に関して以下に詳細に説明するように、多数の光源を備え、光を複数の経路に分割するためのビームスプリッタを必要としない光源構成体を利用することができる。
【００３２】
回転位置検出構成体５１３は、回転検出ビーム経路５２３、回転検出デフレクタ５１６、及び回転検出部５２１を備える。回転検出部５２１は、表面平面を有するＸ−Ｙ位置光検出器５２２を備える。図で示された実施形態では、ビームスプリッタ５２０を介して伝達されるビームは、そのビームが反射される回転検出デフレクタ５１６に向かって、軸方向に沿う回転検出ビーム経路５２３に沿って進行する。回転検出デフレクタ５１６の動作は、一般的に、回転検出デフレクタ４１６、Ｘ−Ｙ位置光検出器４２２、及び式１−５に対する前述の説明から類推して理解することができる。図に示すように、光ビームは、Ｘ−Ｙ位置光検出器５２２の表面上の位置への光軸に対する横方向に沿う光の少なくとも一部を反射するビームスプリッタ５２０（偏光ビームスプリッタであってもよい）のビーム分割面に向かって戻ってくるように、可変偏向ビーム経路５２３'に沿って凹状の回転検出デフレクタ５１６により反射される。なお、Ｘ−Ｙ位置光検出器５２２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに沿ったスポット位置に関係する信号を出力する既知のタイプのものでよい。
【００３３】
ビームスプリッタ５２０が偏光ビームスプリッタのときには、１／４波長板５３３がｐビーム分割面と回転検出デフレクタ５１６との間の回転検出ビーム経路の一部に沿って配置することができる。１／４波長板５３３は、公知の方法に従って、ビームスプリッタからの直線偏光を円偏光に変化させる。回転検出デフレクタ５１６から反射される可変偏向光ビームは、１／４波長板５３３を通過して戻り、偏光ビームスプリッタ５２０がＸ−Ｙ位置光検出器５２２に向かう全て又は大部分の光を反射させることで生じる回転偏光で、再び直線偏光になる。このような偏光ビームスプリッタの構成は、反射光から光源５１８を分離でき、無偏向ビームスプリッタの構成に比べ、スタイラス位置検出のための消費電力効率を大幅に改善することができる。
【００３４】
軸方向位置検出構成体５２５は、軸方向検出ビーム経路５２９、軸方向検出デフレクタ５２６、及び軸方向検出部５２７を備える。図で示すように、軸方向検出部５２７は、Ｘ−Ｙ位置光検出器５２２の表面平面に略平行である表面平面を有するＺ位置光検出器５２８を備える。図で示す実施形態では、分割光ビームは、誘導部５３５（例えば、屋根型（a roof）プリズムの構成又は二面角（dihedral）のプリズムの構成）を通過して進行し、そして軸方向検出デフレクタ５２６（例えば、円形レンズやシリンドリカルレンズ）を介して軸方向検出ビーム経路５２９を進行するようにビームスプリッタ５２０から反射される。軸方向検出デフレクタ５２６は、軸方向に対する横方向に向けられている軸方向検出ビーム経路５２９の一部に沿って延びて配置され、Ｚ位置光検出器５２８の表面平面の位置に向かう可変偏向ビーム経路５２９'に沿って伝達ビームを導く。なお、このＺ位置光検出器５２８は、Ｚ軸方向に沿うスポット位置に関係する信号を出力する既知のタイプのものでよい。
【００３５】
軸方向検出デフレクタ５２６は、スタイラス懸架部（例えば、先に図４を参照して説明した移動部材４１２）の移動部材に結合されている。一実施形態では、軸方向検出デフレクタ５２６と回転検出デフレクタ５１６はともに、移動部材に結合されたブラケット５３７に取り付けられている。移動部材の軸方向運動は、軸方向検出ビーム経路５２９に対する横方向（例えば、ほぼＺ軸方向に沿って）であり、その光軸に対する横方向となる軸方向に沿って軸方向検出デフレクタ５２６を移動させる。この移動により、入力された軸方向検出ビーム経路５２９に対する軸方向検出デフレクタ５２６が再配置される。軸方向検出デフレクタ５２６のレンズ形状は、デフレクタ５２６の光軸からの距離に応じて、可変偏向ビーム経路５２９'を屈折又は偏光させる伝達光を生じさせる。このように、Ｚ位置光検出器５２８上に得られるスポットの位置は、軸方向検出デフレクタ５２６及びそれに取り付けられる移動部材の軸方向運動を示している。
【００３６】
図５に示す構成に関して、軸方向検出デフレクタ５２６へ入力される光ビームは、その偏向されていない光軸方向に沿ってコリメートすることができる。Ｚ位置光検出器５２８は、軸方向検出デフレクタ５２６から出力される可変偏向ビームの焦点距離にほぼ等しい光路長で配置することができる。そのような実施形態では、スタイラスの接触部（例えば、図３に示される接触部４４８）におけるＺ方向の変位ΔＺSTYLUSに対する光検出器５２８上のＺ方向のスポットの変位ΔＺPSDの比率は、以下のように概算することができる。
【００３７】
【数１】
0006400048.tif 000002
【００３８】
様々な実施形態で、例えば図５に示すように、軸方向検出デフレクタ５２６と回転検出デフレクタ５１６の両方が３方向に動き、もし軸方向検出デフレクタ５２６が軸方向に対する横方向である少なくとも１つの方向に移動するならば、機械的な複雑さは回避される。しかしながら、本明細書に開示される原理に従えば、軸方向に対する横方向（すなわち、略Ｙ軸方向）となる、光軸方向にほぼ沿う軸方向検出デフレクタ５２６の動きは、Ｚ位置光検出器５２８上のスポット又はラインの有効な位置を実質的に変更することなく、得られるスポット又はライン焦点の程度を変更することができる。得られるＺ位置信号は、そのようなデフォーカスの動きに対して実質的に応答しない。加えて、スタイラスの小さなθY回転によって生じるＸ軸方向にほぼ沿う軸方向検出デフレクタ５２６の期待される動きの範囲は、そのようなＸ軸への動きに実質的に応答しないＺ位置信号を生成し、実質的にＺ位置を変更することなく、「検知しない」Ｘ軸に沿うＺ位置光検出器５２８上のスポット（ラインではない）の有効な位置を変更することができる。しかし、軸方向検出デフレクタ５２６が比較的単純な円形レンズ（例えば、図５に示すように）であるとき、スタイラスの大きなθY回転によって生じる軸方向検出デフレクタの円弧状の動きは、スポットの望ましくない、及び／又は、応答しないＸ軸位置変化成分に加え、小さいＺ位置変化成分を含むＺ位置光検出器５２８上のスポットの円弧運動を生成することができることに注目すべきである。較正又は補償は、信号処理に関係した残留Ｚ誤差の影響を低減する又は排除するために使用することができる。又は、２つの交差したシリンドリカルレンズの少なくとも１つを備える、より複雑な軸方向検出デフレクタは、スポットの望ましくない、及び／又は、応答しないＸ軸位置変化成分を光学的に低減するのに使用することができ、更には、以下でより詳細に概説されるように、円弧状の動きによるＺ位置光検出器５２８上のスポットの任意のマイナーな望ましくないＺ軸位置変化成分の修正を低減させ、及び／又は、簡略化させるために使用することができる。
【００３９】
様々な実施形態では、当然に、その光軸に沿う（すなわち、軸方向、及び／又は、Ｚ軸方向にほぼ沿う）回転検出デフレクタ５１６の動きで、Ｘ−Ｙ位置光検出器５２２上の得られるスポットの焦点の程度を変更することができる。しかし、それは、得られる信号において比較的重要ではないかもしれない。残念ながら、軸方向運動とＸ及びＹ位置信号との間でいくらかのクロスカップリングもある。例えば、式３及び５は、Ｘ−Ｙ位置光検出器上のＸ方向に沿うスポット移動又は変位ΔＸPSDが回転検出デフレクタとＸ−Ｙ位置光検出器との間の光路長Ｌに敏感であることを示している（そして、Ｘ−Ｙ位置光検出器上のＹ方向に沿う変位ΔＹPSDに対しても同様）。示されるように、Ｌは軸方向運動に影響される。しかし、先に概説した原理によれば、軸方向又はＺ位置信号は、比較的正確であるので、式５でΔＸPSDから生じる信号に基づいたΔＸSTYLUSの比較的正確な決定をするように、Ｌを補正するために使用可能とされている。加えて、所望の場合に、クロスカップリングの誤差を低減するための既知のタイプのキャリブレーション、及び／又は、反復／相互依存の位置座標決定方法は、更に、測定されたＸ、Ｙ及びＺ位置、又は変位値の精度を改善するために使用することができる。
【００４０】
図６は、走査プローブの本体ハウジング６０８に結合される、図５のスタイラス位置検出部５１１の様々な部分を示す図である。上記で概説したように、軸方向検出デフレクタ５２６と回転検出デフレクタ５１６は両方とも、移動部材４１２と移動部材４１２が取り付けられたスタイラス結合部４４２（図示せず）とに結合されたブラケット５３７に取り付けられている。他の図に示されている様々な要素は、本体ハウジング６０８に対して直接的又は間接的に固定されていてもよい。様々な実施形態では、Ｚ位置光検出器５２８からのＺ位置信号と組み合わされるＸ−Ｙ位置光検出器５２２からのＸ及びＹ位置信号は、回転検出デフレクタ５１６と軸方向検出デフレクタ５２６の位置決定を可能とする。これは、相応に本体ハウジング６０８に対するスタイラス結合部４４２（と取り付けられたスタイラス４０６と接触部４４８、共に図示せず）の絶対的な３次元位置を示している。
【００４１】
光源５１８の位置合わせは、システム全体のパフォーマンスに影響を与えることができる。光源５１８及び／又はコリメータレンズ５１８'の適切な位置合わせを可能にするために、Ｚ位置管６４２、Ｘ−Ｙ管６４３、及びホルダ／バッフル６４４を備えるアセンブリ６４１のような位置合わせアセンブリは、いくつかの実施形態に使用することができる。
【００４２】
図７は、図５に関する先の説明と同様に理解することができるスタイラス位置検出部７１１の第２実施形態を示す図である。図５の実施形態からの大きな差異は、単一の光源ではなく、第１及び第２光源７１８Ａ及び７１８Ｂから構成される光源構成体７１７を備える。これは、図５に示した誘導部５３５を除去可能とし、そして、様々な他の要素をより効率的、又は、より経済的である等にするように変更可能である。
【００４３】
図８は、図５に関する先の説明と同様に理解することができるスタイラス位置検出部８１１の第３実施形態を示す図である。図５の実施形態からの大きな差異は、光源構成体８１７を再配置し、Ｘ−Ｙ位置光検出器８２２を再配置し、そして、ミラー８３９を追加することと軸方向検出デフレクタ５２６よりも長い焦点距離を有する軸方向検出デフレクタ８２６（例えば、レンズ）を使うこととを併せてＺ位置光検出器８２８を再配置している。このような実施形態は、軸方向検出デフレクタ８２６によって提供されるビームスポットの所望の動きの範囲、及び／又は、焦点感度を達成するために、及び／又は、回転検出部８２１及び軸方向検出部８２７の動作感度の間の関係を調整するために、より多くの自由度を許容することができる。加えて、そのような実施形態では、よりコンパクトに配置される、より効率的、又は、より経済的である等にするように、様々な他の要素が変更可能である。
【００４４】
図５−８に示す変形例は、当然のことながら、本明細書に開示される原理に関連して概説した利点の多く又は全てを保持しながら、様々な光学素子及び関係する光路のさらなる再配置、及び／又は、調整の可能性を示すものである。例えば、先に示したように、軸方向検出デフレクタは、Ｚ位置光検出器（例えば、光検出器５２８）上に集光される焦点距離を有する２つの交差したシリンドリカルレンズの少なくとも１つを備えることができる。一実施形態では、そのシリンドリカルレンズの１つはスタイラスの撓みに応じて移動するように取り付けられ（例えば、ブラケット５３７に取り付けられ）、その焦点を合わせる能力がＹ−Ｚ平面内であるように調整される。他のシリンドリカルレンズは、Ｘ−Ｙ平面内のその焦点を合わせる能力で軸方向検出ビーム経路５２９に（例えば、誘導部５３５又はそのマウントに）固定することができる。単純な円形レンズとは対照的に、このような構成のために、スタイラスのθY回転によって生じる軸方向検出デフレクタの円弧状の動きは、理想的には、Ｚ位置光検出器上のスポットの重大な望ましくない、及び／又は、検知しないＸ軸位置変動成分を生成せず、円弧状の動きによるＺ位置光検出器５２８上のスポットの任意のマイナーな望ましくないＺ軸位置変動成分の低減、及び／又は、補正の簡略化をすることができる。別の例として、いくつかの実施形態では、Ｘ−Ｙ位置光検出器とＺ位置光検出器は同じように配向又は同一平面上にある必要がない。他の実施形態では、回転検出デフレクタは、多かれ少なかれ湾曲してもよく、及び／又は、それとＸ−Ｙ位置光検出器との間の光路が長くても短くてもよい。他の実施形態では、光路は、軸方向検出デフレクタが透過型素子（例えば、レンズ）であるよりもむしろ反射型素子（例えば、凹面反射素子）であるように構成されていてもよい。したがって、本明細書に開示される様々な実施形態は、単なる例示であり、限定するものではない。
【００４５】
図９は、走査プローブ９００のプローブ本体９０２の本体ハウジング９０８内に備えられた、図３に示すスタイラス懸架部４０７として使用可能なスタイラス懸架部９０７の第２の実施形態の断面を示す部分概略図である。走査プローブ９００は、スタイラス懸架部９０７の第２実施形態が先に図４を参照して説明したスタイラス懸架部４０７'の実施形態と異なる以外は、先に図４を参照して説明した走査プローブ４００と同様とすることができる。簡単に言えば、スタイラス懸架部４０７'において、（軸方向への）移動部材４１２を備える軸方向運動機構４１０は、回転部材４３６の内部で入れ子にされ又は支持されている。これとは対照的に、スタイラス懸架部９０７の本実施形態では、回転部材４３６'は、（軸方向への）移動部材４１２'を備える軸方向運動機構４１０'の内部で入れ子にされ又は支持されている。
【００４６】
図９に示すように、スタイラス懸架部９０７は、スタイラス運動機構９０９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。スタイラス運動機構９０９は、移動部材４１２'と、円盤状の曲げ要素４１４'及び４１５'（すなわち、第１曲げ要素として参照）と、を備える。ここで、曲げ要素４１４'及び４１５'は、移動部材４１２'を支持し、且つ、移動部材４１２'の軸方向運動を可能にするための本体ハウジング９０８に結合して、その内部に支持されている。移動部材４１２'の内側に支持されている要素は、回転部材４３６'を構成する回転運動機構４３４'と、回転部材４３６'の回転運動を可能に支持するための移動部材４１２'と結合した円盤状の曲げ要素４４０'と、を備える。走査プローブ９００は、図５を参照して先に説明した要素及び動作を持つスタイラス位置検出部５１１を備えており、それがスタイラス運動機構９０９、及び／又は、スタイラス４０６の接触部４４８の位置、及び／又は、動きを決定する。
【００４７】
曲げ要素４４０'（すなわち、第２曲げ要素として参照）は、軸方向Ｏにおける１対の第１曲げ要素４１４'及び４１５'のそれぞれの平面の間に配置することができる。回転部材４３６'は、第２曲げ要素４４０'に関して対称形状とすることができる。第１曲げ要素４１４'及び４１５'は、第２曲げ要素４４０'に関して対称な距離に配置することができる。しかしながら、このような実施形態は限定的な一例であり、これに限られない。
【００４８】
回転部材４３６'を備える回転運動機構４３４'は、（軸方向への）移動部材４１２'の内部に支持されている。そして、移動部材４１２'と回転運動機構４３４'はともに、スタイラス運動機構９０９の一部である運動モジュールを構成している。軸方向運動機構４１０'は、接触部４４８が軸方向Ｏに動くことを可能にしている。回転部材４３６'を備える回転運動機構４３４'は、回転中心ＲＣ回りの回転運動によって、スタイラス４０６の接触部４４８が軸方向Ｏに対する横方向（例えば、ほぼ垂直方向）に移動することを可能にしている。
【００４９】
回転部材４３６'は、下部と、曲げ４４０'に接続された中央ロッド部と、上部と、を一体的に備える。スタイラス結合部４４２（例えば、フランジ部材）は、回転部材４３６'の下部に取り付けられている。フランジ部４４４は、スタイラス４０６の取り付けのために設けられている。フランジ部４４４とスタイラス結合部４４２はともに、脱着可能な結合機構（例えば、既知のタイプであるキネマティックジョイント又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。この結合機構は、（例えば、衝突でスタイラスを脱落させた場合や、意図的にスタイラスを変更した場合において）繰り返し位置決めを伴う種々のスタイラス４０６とスタイラス結合部４４２との間の取り付けと取り外しとを可能としている。
【００５０】
ブラケット４３７は、回転部材４３６'の上部に回転検出デフレクタ４１６（例えば、曲面ミラー）と軸方向検出デフレクタ４２６（例えば、レンズ）を堅固に取り付けるために利用されている。図５に示したスタイラス位置検出部５１１に関して先に説明したように、回転検出デフレクタ４１６は回転位置検出構成体の一部として備えられており、軸方向検出デフレクタ４２６は軸方向位置検出構成体の一部として備えられている。
【００５１】
スタイラス位置検出部５１１、及びここに開示された原理に従う他のスタイラス位置検出部は、本明細書に概説されたスタイラス懸架システムのタイプに併せて使用される場合には、特定の利点を有する。しかしながら、上記に基づいて、本明細書に開示された原理に従うスタイラス位置検出部は、当然に、このような懸架機構での使用に限定されない。より一般的には、位置検出デフレクタ（例えば、回転及び／又は軸方向検出デフレクタ）がある作業手法で強固にスタイラスに結合することができることで、所望の場合には、いくつかの完全な回転的又は直線的懸架システムを備えることが可能などんな互換性のあるタイプのスタイラス懸架システムが使用されてもよい。
【００５２】
図１０Ａ及び１０Ｂは、軸方向運動及び回転運動を可能にするためのスタイラス懸架部に利用することができる、弾性変形可能な円盤状の曲げ要素１０１４及び１０４０のいくつかの具体的な実施形態を示す図である。他の実施形態では、当然に、他の材料が利用されてもよいが、曲げ要素の材料の一例としては、リン青銅である。一実施形態では、第１曲げ要素１０１４は、１対とされた第１曲げ要素と同一（例えば、曲げ要素４１４及び４１５と同様）とすることができ、他の実施形態では、１対の第１曲げ要素は互いに異なるようにされていてもよい。
【００５３】
第１曲げ要素１０１４には、周辺部１０１４Ａ、接合部１０１４Ｂ、及び中央部１０１４Ｃを成形するように、周方向に１２０度だけ互いにオフセットされた３つの切り欠き部１０１４Ｄが設けられている。周辺部１０１４Ａは、対応する要素（例えば、回転部材４３６のリング部）に固定される最外周の部分である。接合部１０１４Ｂの反対側の端部はそれぞれ、周辺部１０１４Ａと中央部１０１４Ｃに結合されている。中央部１０１４Ｃは、対応する要素（例えば、移動部材４１２）に固定される部分である。軸方向（又はＺ方向）の取り付け要素（例えば、移動部材４１２）の変位により、中央部１０１４Ｃは曲げ要素１０１４の面に垂直（例えば、軸方向）に移動する。他の実施形態では、当然に、他の形状が、曲げ要素のために利用されてもよい。
【００５４】
図１０Ｂの実施形態では、第２曲げ要素１０４０には、周方向に１８０度だけ互いにオフセットされた２つの円弧状の切欠部１０４０Ｅが設けられており、２つのヒンジ部１０４０Ｃがその間に成形されている。周方向に１８０度だけ互いにオフセットされた２つの円弧状の切欠部１０４０Ｆは、更に、切欠部１０４０Ｅの径方向内側に設けられ、２つのヒンジ部１０４０Ｄは、その間に成形されている。これにより、周辺部１０４０Ａ、接合部１０４０Ｇ、及び中央部１０４０Ｂが成形されている。周辺部１０４０Ａは、それぞれの要素（例えば、本体ハウジング４０８）に固定される部分である。中央部１０４０Ｂは、それぞれの要素（例えば、回転部材４３６の円筒部４３６Ｃの中央）に固定される部分である。切欠部１０４０Ｅ及び１０４０Ｆ、それで得られるヒンジは、９０度だけ互いにオフセットされている。このように、中央部１０４０Ｂは、回転中心ＲＣとして使用される第２曲げ要素１０４０の中心でこれらのヒンジにより傾動可能（回転可能）とされている。他の実施形態では、当然に、他の形状が曲げ要素の各々のために利用することができる。
【００５５】
図１１は、走査プローブから受信した位置信号に基づいて、スタイラスの接触部の３次元位置を決定するための手順１１００の実施形態の一例を示すフロー図である。ブロック１１１０において、スタイラス結合部によって取り付けられているスタイラスの接触部が測定されているワークの表面に接触するように、走査プローブが配置されることを決定する。 ブロック１１２０において、Ｘ及びＹ位置信号は、走査プローブの回転位置検出構成体から受信される。ここで、Ｘ及びＹ位置信号は、回転中心回りのスタイラス結合部の回転を示す。
【００５６】
ブロック１１３０において、Ｚ位置信号は、走査プローブの軸方向位置検出構成体から受信される。ここで、Ｚ位置信号は、軸方向に沿うスタイラス結合部の位置を示す。軸方向位置検出構成体は、Ｚ位置信号が軸方向に対する横方向である少なくとも１つの方向における軸方向検出デフレクタの動きに実質的に応答しないように構成されている。ブロック１１４０において、Ｘ又はＹ位置信号の少なくとも１つから軸方向運動のクロスカップリングの成分を除去するために、走査プローブの既知の三角法と組み合わせてＺ位置信号を利用することを含み、Ｘ、Ｙ及びＺ位置信号がスタイラスの接触部の３次元位置を決定するために処理される。
【００５７】
本発明の好適な実施形態についての図示及び記載をしたが、機能の配列及び動作の手順の図示及び記載における多くの変更は、本開示に基づいて当業者には明らかであろう。様々な代替形態が、本明細書に開示された原理を実施するために使用されてもよい。加えて、上述の様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わされてもよい。本明細書において言及された米国特許及び米国特許出願の全ては、その全体が、参照として本明細書に組み込まれている。更に別の実施形態を提供するために、様々な特許及び出願の概念を使用することが必要な場合には、実施形態の態様を変更することができる。
【００５８】
これら及び他の変更は、上記詳細な説明に照らして実施形態となされる。一般的には、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではなく、このような特許請求の範囲が権利を与えるような均等物の全範囲と共にすべての可能な実施形態を含むように解釈されるべきである。
【図１】
0006400048.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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