(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（４００）に光を照射し、反射した光を検出することによる前記物体（４００）の寸法取得のための走査プローブ（１００）であって、
撮像センサ（１２２）、および、前記反射した光を検出するためのセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、
光を生成するための光源（１４２）、ならびに、前記光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）および前記物体を照射するための光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）を備える光投影ユニット（１４１）と、
前記光平面の位置または向きを前記検出ユニットに対して調整するための、前記光投影ユニット（１４１）内に含まれる調整機構（１５５）と、を備え、
前記センサレンズ組立体（１２４）が、１つまたは複数のレンズを備え、前記センサレンズ組立体（１２４）内の前記レンズすべてが、互いとの固定された調整不能な位置合わせで配置され、
前記検出ユニット（１２０）および前記光投影ユニット（１４１）が、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ、前記センサレンズ組立体（１２４）が、前記剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられ、
前記剛体の基部プレート（１５０）が、当該走査プローブ（１００）を位置決めするローカライザに取り付けられることができる、走査プローブ（１００）。
【請求項２】
前記物体側の前記センサレンズ組立体（１２４）の開口数が、０．０８より大きい、請求項１に記載のプローブ（１００）。
【請求項３】
前記センサレンズ組立体の中央軸（１２６）および前記光投影ユニット（１４１）によって投影された前記光平面（１４９）が鋭角を形成する、請求項１または２に記載のプローブ（１００）。
【請求項４】
前記センサレンズ組立体（１２４）が、少なくとも２つのレンズ要素を備え、その少なくとも１つは、前記センサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）に対して傾斜され、その少なくとも１つは、前記センサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）と位置合わせされる、請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブ（１００）。
【請求項５】
前記光源光学系（１４５）および光平面生成光学系（１４３）が、光源光学系組立体（１４４）内に含まれ、前記センサレンズ組立体の中央軸（１２６）および前記光源光学系組立体の中央軸（１４８）が、平行ではなく、好ましくは鋭角で交わる、請求項１から３のいずれか１項に記載のプローブ（１００）。
【請求項６】
前記光源（１４２）、前記光源光学系（１４５）および光平面生成光学系（１４３）が、サブユニット（１４０）として配置され、前記サブユニット（１４０）の位置および／または向きが、前記調整機構（１５５）によって前記検出ユニット（１２０）に対して調整可能および固定可能である、請求項１から５のいずれか１項に記載のプローブ（１００）。
【請求項７】
前記検出ユニット（１２０）に対する前記サブユニット（１４０）の向きが、前記サブユニット（１４０）のピボット軸によって、前記検出ユニット（１２０）に対して調整可能であり、光学三角平面（１４７）が、前記光源光学系（１４５）と前記光平面生成光学系（１４３）とを含む光源光学系組立体（１４４）の中央軸（１４８）および前記センサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）によって画定される、請求項６に記載のプローブ（１００）。
【請求項８】
さらに、前記光投影ユニット（１４１）が、光を偏向させるための光偏向ユニット、ＬＤＵ（１７０）を備え、前記ＬＤＵ（１７０）が、前記光平面（１４９）の位置および／または向きを前記検出ユニット（１２０）に対して調整および固定するように構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載のプローブ（１００）。
【請求項９】
前記ＬＤＵ（１７０）が、前記光平面生成光学系（１４３）の前に設けられ、それによって前記焦点合わせされた光を偏向させ、または前記光平面生成光学系（１４３）の後に設けられ、それによって前記光平面を偏向させる、請求項８に記載のプローブ（１００）。
【請求項１０】
前記ＬＤＵ（１７０）が、前記光を偏向させるための光偏向要素、ＬＤＥ（１７２）、ならびに、前記光偏向要素（１７２）の位置および／または向きを前記基部プレート（１５０）に対して調整するように構成されたＬＤＥ調整機構（１７４）を備え、好ましくは、前記ＬＤＥ調整機構（１７４）は、１本、２本、または３本の回転軸の周りの調整、および、１つ、２つ、または３つの並進方向に沿った調整をもたらす、請求項８または９に記載のプローブ（１００）。
【請求項１１】
撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、光を生成するための光源（１４２）、ならびに、前記光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）および光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）を含む光源光学系組立体（１４４）を備える光投影ユニット（１４１）と、を備える走査プローブ（１００）の組立方法であって、
前記センサレンズ組立体（１２４）の撮像平面が前記光平面（１４９）と一致するように、調整機構（１５５）によって、前記光平面（１４９）の位置および／または向きを前記検出ユニット（１２０）に対して調整することと、
前記光平面（１４９）の位置および向きを固定すること、とを含み、
前記センサレンズ組立体（１２４）が、１つまたは複数のレンズを備え、前記センサレンズ組立体（１２４）内の前記レンズすべてが、互いとの固定された調整不能な位置合わせで配置され、
前記検出ユニット（１２０）および前記光投影ユニット（１４１）が、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ、前記センサレンズ組立体（１２４）が、前記剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられ、
前記剛体の基部プレート（１５０）が、前記走査プローブ（１００）を位置決めするローカライザに取り付けられることができる、組立方法。
【請求項１２】
撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）を備え、サブユニット（１４０）を備える走査プローブ（１００）の組立方法であって、
前記センサレンズ組立体（１２４）の撮像平面が、物体を照射するための光平面（１４９）と一致するように、調整機構（１５５）によって、光源（１４２）と、前記光源（１４２）の光から光平面（１４９）を生成する光源光学系組立体（１４４）とを備える前記サブユニット（１４０）の位置および／または向きを前記検出ユニット（１２０）に対して調整することと、
前記サブユニット（１４０）の位置および／または向きを固定すること、とを含み、
前記センサレンズ組立体（１２４）が、１つまたは複数のレンズを備え、前記センサレンズ組立体（１２４）内の前記レンズすべてが、互いとの固定された調整不能な位置合わせで配置され、
前記検出ユニット（１２０）および前記サブユニット（１４０）が、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ、前記センサレンズ組立体（１２４）が、前記剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられ、
前記剛体の基部プレート（１５０）が、前記走査プローブ（１００）を位置決めするローカライザに取り付けられることができる、組立方法。
【請求項１３】
走査プローブ（１００）の組立方法であって、前記走査プローブ（１００）が、
撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、
光投影ユニット（１４１）と、を備え、前記光投影ユニット（１４１）は、
光を生成するための光源（１４２）、および、前記光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）と光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）とを含む光源光学系組立体（１４４）と、
前記光平面（１４９）の位置および／または向きを前記検出ユニット（１２０）に対して調整および固定するように構成された、光偏向ユニット、ＬＤＵであって、光を偏向させるための光偏向要素、ＬＤＥ（１７２）、および、前記ＬＤＥ（１７２）の位置および／または向きを剛体の基部プレート（１５０）に対して調整するように構成されたＬＤＥ調整機構（１７４）を備え、それによって前記光平面を偏向させる、光偏向ユニットと、を備え、
前記組立方法が、
前記センサレンズ組立体の撮像平面が前記光平面と一致するように、前記ＬＤＥ（１７２）の位置および／または向きを調整することと、
前記光偏向要素（１７２）の位置および／または向きを固定すること、とを含み、
前記センサレンズ組立体（１２４）が、１つまたは複数のレンズを備え、前記センサレンズ組立体（１２４）内の前記レンズすべてが、互いとの固定された調整不能な位置合わせで配置され、
前記検出ユニット（１２０）および前記光投影ユニット（１４１）が、前記剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ、前記センサレンズ組立体（１２４）が、前記剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられ、
前記剛体の基部プレート（１５０）が、前記走査プローブ（１００）を位置決めするローカライザに取り付けられることができる、組立方法。
【請求項１４】
前記調整が、少なくとも前記光源光学系組立体（１４４）を備えるサブユニット（１４０）に結合する調整用具を用いて実施される、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された非接触の光学式走査プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
走査プローブは、物体の３Ｄ表面形状上で１秒あたり何千もの点を測定するための非接触の光学式プローブである。走査プローブには大きく３つのタイプ、すなわち点、ストライプ、および領域のタイプが存在する。ほとんどのストライプ走査プローブは、光学三角測量の原理を使用する。
【０００３】
物体の表面を走査するために、ストライプ走査プローブは、絵筆が表面を塗るのに使用されるやり方に類した方法で物体の表面上を移動する必要がある。ストライプ走査プローブの移動は、手動でまたは自動化装置によって達成され得る。
【０００４】
物体の表面の精密なデータを得るために、ローカライザを使用して、表面データがストライプ走査プローブによって取り込まれたときにストライプ走査プローブの位置および向きを登録することができる。ローカライザは、通常は機械式または遠隔のものである。ローカライザはまた、プローブを支持し／移動させると共にその位置および向きを提供するという二重機能を有することもできる。機械式ローカライザは、３軸デカルト座標測定機（ＣＭＭ）、手動ＣＭＭアーム、ロボットＣＭＭアーム、および基部端部に対するプローブ端部の位置および向きを精密に登録することができる連続的な機械的リンク機構の組み合わせの基本的にはすべてのタイプを含み、ストライプ走査プローブは、プローブ端部に剛体的に取り付けられる。遠隔ローカライザは、光学式トラッカ、光学式ＣＭＭ、磁気トラッカ、およびＧＰＳシステムを含む。遠隔ローカライザは、しばしば、ストライプ走査プローブと遠隔ローカライザ装置との間に１つまたは複数の見通し線を必要とする。
【０００５】
手動ＣＭＭアームは、困難なアクセスを伴う領域にアクセスすることができる柔軟性を有する。手動ＣＭＭアームは、多くの用途において許容可能なレベルの精度であるが、自動式ではなく、これらは、特に半熟練の作業者が必要とされるため、作動に費用がかかり、作業者はまた、人為的エラーを起こしやすい。例として、米国特許第３，９９４，７９８号明細書、米国特許第５，４０２，５８２号明細書、米国特許第５，８２９，１４８号明細書、および米国特許第６，３６６，８３１号明細書は、手動ＣＭＭアームに関する背景情報を開示している。手動ＣＭＭアーム上のストライプ走査プローブは、Ｃｒａｍｐｔｏｎによって米国特許第６，６１１，６１７号明細書において開示された。
【０００６】
ストライプ走査プローブは、通常、手動ＣＭＭアームの側部上にずらして装着され、またはそのプローブ端部上に装着される。ストライプ走査プローブは、たいてい、許容可能な程度の精度で機械的に反復可能である装着システムを用いて手動ＣＭＭアームからすばやく取り外し可能である。
【０００７】
ロボットＣＭＭアームおよびストライプ走査プローブとのその使用は、Ｃｒａｍｐｔｏｎによって、米国特許第７，３９５，６０６号明細書および米国特許第７，５９１，０７８号明細書において開示された。ロボットＣＭＭアームは、ストライプ走査プローブを支持し自動的に移動させるという、手動ＣＭＭアームを上回る利点を有する。手動ＣＭＭアームおよびロボットＣＭＭアームのいずれも、関節のデカルトＣＭＭを上回る利点を有する。
【０００８】
米国特許第６，１４１，１０５号明細書は、自動焦点機能を備えたズームユニットを使用する３次元測定装置を開示している。米国特許出願第２００９／００８００３６号明細書は、画像をセンサ要素上に焦点合わせするためのレンズシステムを使用するスキャナシステムを開示している。米国特許出願第２００７／００９７３８１号明細書は、交換可能なレンズを使用する３次元計測撮像システムを開示している。
【０００９】
市場では、走査プローブのユーザ要求は、以下の１つまたは複数を含む。
精度：ユーザは、自らのストライプ走査プローブよりいっそう高い精度およびデータ品質を求めている。
機械的安定性：ユーザは、機械的に安定したストライプ走査プローブを求めている。
長期にわたる信頼性：走査プローブ内の光学システムは、定期的に再較正される必要はない。
速度：表面が走査されるとき、これらはサンプリングされる。表面再構成または測定の品質および自動化は、走査される生の点の数および密度に関連付けられる。市場の電流センサの走査速度は、通常、１秒間あたり３０００から２００００点である。１秒間あたり２０００００点を超える速度は、データ取り込み時間および以後の処理作業における手動介入の両方を低減することにより、ストライプ走査プローブの生産性を増大させることになる。
コンパクト性：内蔵式処理を有し、電子装置および関連ケーブルの余分なボックスを有さないストライプ走査プローブを提供することが望ましい。重量：重量が軽いストライプ走査プローブを提供することが望ましい。
コスト：市場は、競争がますます激しくなってきており、したがってストライプ走査プローブの製造コストの低減が、望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第３，９９４，７９８号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４０２，５８２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，８２９，１４８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３６６，８３１号明細書
【特許文献５】米国特許第６，６１１，６１７号明細書
【特許文献６】米国特許第７，３９５，６０６号明細書
【特許文献７】米国特許第７，５９１，０７８号明細書
【特許文献８】米国特許第６，１４１，１０５号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００９／００８００３６号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００７／００９７３８１号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、物体（４００）に光を照射し、反射した光を検出することによる物体（４００）の寸法取得のための走査プローブ（１００）であって、
−撮像センサ（１２２）と、反射した光を検出するためのセンサレンズ組立体（１２４）とを備える検出ユニット（１２０）と、
−光を生成するための光源（１４２）と、光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）、および物体を照射するための光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）とを備える、光投影ユニット（１４１）と、
−光平面の位置または向きを検出ユニットに対して調整するための、光投影ユニット（１４１）内に含まれる調整機構（１５５）と、を備える、走査プローブ（１００）に関する。
【００１２】
物体側のセンサレンズ組立体（１２４）の開口数は、０．０８より大きくてもよい。センサレンズ組立体（１２４）は、互いとの、および撮像センサ（１２２）との調整不能な位置合わせで配置された１つまたは複数のレンズを備えることができる。検出ユニット（１２０）および光投影ユニット（１４１）は、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられてもよいし、検出ユニット（１２０）は、剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられてもよい。センサレンズ組立体の中央軸（１２６）および光投影ユニット（１４１）によって投影された光平面（１４９）は、好ましくは１５から４５度の間の鋭角を形成することができる。センサレンズ組立体（１２４）は、少なくとも２つのレンズ要素を備えることができ、その少なくとも１つは、光学システムの中央軸に対して傾斜され、その少なくとも１つは、光学システムの中央軸と位置合わせされる。光源光学系（１４５）および光平面生成光学系（１４３）は、光源光学系組立体（１４４）内に含まれてもよく、センサレンズ組立体の中央軸（１２６）および光源光学系組立体の中央軸（１４８）は、平行ではなく、好ましくは鋭角で交わることができる。光源（１４２）、光源光学系（１４５）および光平面生成光学系（１４３）は、サブユニット（１４０）として配置されてもよく、この場合、サブユニット（１４０）の位置および／または向きは、調整機構（１５５）によって検出ユニット（１２０）に対して調整可能および固定可能である。検出ユニット（１２０）に対するサブユニット（１４０）の向きは、サブユニット（１４０）のピボットによって、検出ユニット（１２０）に対して、好ましくは光学三角平面（１４７）に対して垂直な軸周りで調整可能になることができ、この光学三角平面（１４７）は、光源光学系組立体（１４４）の中央軸（１４８）およびセンサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）によって画定される。光投影ユニット（１４１）は、光を偏向させるための光偏向ユニット、ＬＤＵ（１７０）をさらに備えることができ、前記ＬＤＵ（１７０）は、光平面（１４９）の位置および／または向きを検出ユニット（１２０）に対して調整および固定するように構成される。ＬＤＵ（１７０）は、光平面生成光学系（１４３）の前に設けられてもよく、それによって焦点合わせされた光を偏向させ、または光平面生成光学系（１４３）の後に設けられてもよく、それによって光平面を偏向させる。ＬＤＵ（１７０）は、光を偏向させるための光偏向要素、ＬＤＥ（１７２）と、光偏向要素（１７２）の位置および向きを基部プレート（１５０）に対して調整するように構成されたＬＤＥ調整機構（１７４）であって、好ましくは１、２、または３本の回転軸周りの調整と、１、２、または３つの並進（translation）方向に沿った調整とをもたらす、ＬＤＥ調整機構（１７４）とを備えることができる。
【００１３】
さらに、本発明は、撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、光を生成するための光源（１４２）と、光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）、および光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）とを備える、光投影ユニット（１４１）とを備える、走査プローブ（１００）の組み立てのための方法であって、
−センサレンズ組立体（１２４）の撮像平面が光平面（１４９）と一致するように、調整機構（１５５）によって、光平面（１４９）の位置および／または向きを検出ユニット（１２０）に対して調整することと、
−光平面（１４９）の位置および向きを固定すること、とを含む方法に関する。
【００１４】
本発明は、さらに、撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）を備え、サブユニット（１４０）を備える、走査プローブ（１００）の組み立てのための方法であって、
−センサレンズ組立体（１２４）の撮像平面が光平面（１４９）と一致するように、調整機構（１５５）によって、光源（１４２）と、光源（１４２）の光から光平面（１４９）を生成する光源光学系組立体（１４４）とを備えるサブユニット（１４０）の位置および／または向きを、検出ユニット（１２０）に対して調整することと、
−サブユニット（１４０）の位置および／または向きを固定すること、とを含む方法に関する。
【００１５】
本発明は、さらに、走査プローブ（１００）の組み立てのための方法であって、走査プローブ（１００）が、
−撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、
−光投影ユニット（１４１）であって、
−光を生成するための光源（１４２）と、光を焦点合わせするための光源光学系（１４５）と、光平面（１４９）を生成するための光平面生成光学系（１４３）と、
−光平面（１４９）の位置および／または向きを検出ユニット（１２０）に対して調整および固定するように構成された、光偏向ユニット、ＬＤＵであって、光を偏向させるための光偏向要素、ＬＤＥ（１７２）と、ＬＤＥ（１７２）の位置および／または向きを基部プレート（１５０）に対して調整するように構成されたＬＤＥ調整機構（１７４）とを備え、それによって光平面を偏向させる、光偏向ユニットとを備え、方法が、
−センサレンズ組立体の撮像平面が光平面と一致するように、ＬＤＥ（１７２）の位置および／または向きを調整することと、
−光偏向要素（１７２）の位置および／または向きを固定すること、とを含む方法に関する。
【００１６】
調整は、少なくとも光源光学系（１４５）を備えるサブユニット（１４０）に結合する調整用具を用いて実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の実施形態が、次に、添付の図を参照して例としてのみ説明される。
【図１】ローカライザ（ＣＭＭアーム）上に装着された走査プローブと、走査プローブによって寸法的に取得される物体とを含む、本発明のシステムの概略図である。
【図２】ハウジング内に設けられた走査プローブの概略図であり、この場合調整機構はＬＤＵサブユニットを傾け、回転させる。
【図３】走査プローブの概略図であり、光源光学系組立体の中央（光学）軸およびセンサレンズ組立体の中央（光学）軸（いずれの軸も示される）によって形成された平面である、光学三角平面が示されており、光平面および投影された光路が示されている。
【図４】光学三角平面に対して垂直に見た走査プローブの概略図であり、光源光学系組立体の軸周りのＬＤＵサブユニットの並進および回転が、示されている。
【図５】光学三角平面に対して垂直に見た走査プローブの概略図であり、光学三角平面に対して垂直な軸周りのＬＤＵサブユニットの回転が、示されている。
【図６】ハウジング内に設けられた走査プローブの概略図であり、この場合光偏向要素を傾け、回転させる調整機構が、光偏向ユニット内に含まれ、また、光平面生成ユニットが、光源光学系と光偏向ユニットとの間に設けられる。
【図６Ａ】光偏向要素が鏡である、光偏向ユニットの概略図である。
【図６Ｂ】光偏向要素がプリズムである、光偏向ユニットの概略図である。
【図７】ハウジング内に設けられた走査プローブの概略図であり、この場合光偏向要素を傾け、回転させる調整機構が、光偏向ユニット内に含まれ、また、光平面生成ユニットが、光偏向ユニットの後に設けられる。
【図８Ａ】走査プローブの光投影ユニット構成要素の概略図であり、ここでは光偏向ユニットの調整機構は、開始位置にある。
【図８Ｂ】走査プローブの光投影ユニット構成要素の概略図であり、ここでは光偏向ユニットの調整機構は、光偏向要素を並進させるように示される。
【図８Ｃ】走査プローブの光投影ユニット構成要素の概略図であり、ここでは光偏向ユニットの調整機構は、光偏向要素を偏揺れさせるように示される。
【図８Ｄ】走査プローブの光投影ユニット構成要素の概略図であり、ここでは光偏向ユニットの調整機構は、光偏向要素を傾けるように示される。
【図９】走査プローブの組み立てのステップを示すフロー図である。
【図１０】本発明による走査プローブ内に設けられることが可能な構成要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のシステムおよび方法が説明される前に、本発明は、説明する特定のシステムおよび方法またはその組み合わせが、当然ながら多様になることができるため、そのようなシステム、および方法ならびに組み合わせに限定されるものではないと理解されるべきである。また、本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲によってのみ限定されるため、本明細書において使用する専門用語は、限定的であるようには意図されないことも理解されるべきである。
【００１９】
本明細書では、単数「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、内容が別途明確に指示しない限り、単数および複数の両方の参照対象を含む。
本明細書での用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ）」は、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、または「収容している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「収容する（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」と同義語であり、包括的でありまたは無制限であり、さらなる列挙されない部材、要素、または方法ステップを除外するものではない。本明細書での用語「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、および「からなる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ）」は、「から構成している（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」、「構成する（ｃｏｎｓｉｓｔｓ）」および「から構成する（ｃｏｎｓｉｓｔｓ  ｏｆ）」の用語を含むことが理解されよう。
【００２０】
終点による数字範囲の列挙は、列挙した終点だけでなく、それぞれの範囲内に組み込まれたすべての数および分数も含む。
【００２１】
パラメータ、量、時間的範囲などのような測定可能な値を参照するときに本明細書で使用する用語「約」または「およそ」は、変動が、開示した本発明において実施するのに適切である限り、特定された値の＋／−１０％以下、好ましくは＋／−５％以下、より好ましくは＋／−１％以下、さらにより好ましくは＋／−０．１％以下を包含することを意味する。修飾語句「約」または「およそ」が指す値は、詳細にはそれ自体でもあり、好ましくは開示されることを理解されたい。
【００２２】
部材のグループの１つまたは複数、または少なくとも１つの部材（複数可）などの用語「１つまたは複数」または「少なくとも１つ」は、さらなる例示によってそれ自体が明確であるが、この用語は、とりわけ、前記部材の任意の１つまたは前記部材の任意の２つ以上、たとえば前記部材の任意のもの≧３、≧４、≧５、≧６、または≧７などから前記部材すべてに至る参照を包含する。
【００２３】
本明細書で引用するすべての参照文献は、参照によって全体的に本明細書に組み込まれる。特に、本明細において詳細に参照されるすべての参照文献の教示が、参照によって組み込まれる。
【００２４】
別途定義されない限り、技術的および科学的用語を含む本発明を開示する上で使用するすべての用語は、本発明が属する当技術分野の当業者によって共通して理解される意味を有する。さらなる指針を用いることにより、用語定義が、本発明の教示をより良く理解するために含まれる。
【００２５】
以下の章では、本発明のさまざまな態様が、より詳細に定義される。そのように定義する各々の態様は、その反対が明確に示されない限り、任意の他の態様または複数の態様と組み合わせられてもよい。特に、好ましい、または有利であると示される任意の特徴が、好ましいまたは有利であると示される任意の他の特徴または複数の特徴と組み合わされてもよい。
【００２６】
この明細書を通して、「１つの実施形態」または「一実施形態」の参照は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態内に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通してさまざまな箇所における慣用句「１つの実施形態では」または「一実施形態では」の出現は、必ずしも同じ実施形態をすべて参照するものではないが、参照してもよい。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において、本開示から当業者に明らかであるような任意の適切な方法で組み合わせられ得る。さらに、本明細書において説明する実施形態は、他の実施形態に含まれる他の特徴を含むものもあれば含まないものもあるが、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内にあることが意味され、当業者によって理解されるように、異なる実施形態を形成する。たとえば、付属の特許請求の範囲では、特許請求された実施形態の任意のものを、任意の組み合わせで使用することができる。
【００２７】
本発明の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施形態の例示としてのみ示される、添付の図が参照される。個々の要素に付けられた角括弧内または太字の参照番号は、その要素を例として例示するに過ぎず、それによって個々の要素を限定することは意図されない。他の実施形態が利用されてもよく、構造的または論理的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなく加えられてもよいと理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味として解釈されるものではなく、本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲によって定義される。
【００２８】
本発明の目的は、特に改良されたパフォーマンスおよび機械的安定性を有する、改良された走査プローブを提供することである。
【００２９】
光学式走査プローブの改良されたパフォーマンスおよび精度は、物体の表面から反射した光を伝送し、プローブ内の撮像デバイス（たとえばＣＭＯＳまたはＣＣＤ）上に焦点合わせするための光学システムの開口数を増大させることによって達成され得る。走査プローブの精度およびパフォーマンスにおけるさらなる改良は、物体の表面から反射した光の、プローブの撮像デバイス上への入射角度を低減することによって達成され得る。
【００３０】
反射した光の、プローブの撮像デバイス上への入射角度を低減すると同時に走査プローブの光学システムの精度およびパフォーマンスを改良するには、より大きくかつより複雑な複合レンズが必要とされる。しかし、そのような光学システムに関連するサイズ、複雑性、および重量の追加は、プローブ使用中に機械的不安定性を導き、それによってパフォーマンスおよび精度の劣化を招く。本発明は、当技術分野における問題を克服して、少なくとも改良された安定性を有する走査プローブを提供することを目的とする。
【００３１】
本発明は、物体の寸法取得に適した走査プローブに関する。本明細書では、用語「寸法取得」はまた、寸法の探索、測定またはプロファイル測定も示す。これは、好ましくは、デジタル式ストライプ走査プローブである。このプローブは、たとえば明度を（たとえばＤＳＰプロセッサまたはＦＰＧＡプロセッサまたはマイクロコントローラを用いて）フレームごとに算出し、かつ／またはセンサによって記録されたデータをデジタルデータに変換するための処理特徴を含むという意味では「デジタル」である。走査プローブは、通常、走査システムの一部である。
【００３２】
図１は、走査プローブ１００を備える走査システム１のレイアウトの例である。走査システム１は、ローカライザ２００上に装着された走査プローブ１００を備える。ローカライザ２００は、ケーブル３０２を用いて、または無線通信によってコンピュータ３００と通信する。ローカライザ２００および物体４００は、走査中、相対運動が生じないように固体表面４５０上に装着される。これは、走査プローブ１００を用いて構築することができる１つのそのような走査システム１の一例であるが、ストライプ走査プローブを備えた走査システムの他のタイプが、その代わりに使用されてもよいことが当業者によって理解されるであろう。
【００３３】
図２は、本発明による走査プローブ１００の一例の概略断面図であり、この場合、物体４００は、走査プローブ１００の右に置かれる。走査プローブ１００は、好ましくは、ストライプ走査プローブである。走査プローブ１００は、好ましくは、デジタル式ストライプ走査プローブである。走査プローブ１００は、撮像センサ１２２およびセンサレンズ組立体１２４を備える検出ユニット１２０を備える。これは、さらに、光源１４２および光源光学系組立体１４４を備える光投影ユニット１４１を備える。より詳細には、光投影ユニット１４１は、光を生成するための光源１４２と、光を焦点合わせするための光源光学系１４５と、光平面（ストライプとしても知られる）を生成するための光平面生成光学系１４３とを備える。レーザ走査プローブの場合、光投影ユニット１４１は、レーザ源１４２および光源光学系組立体１４４を備える。検出ユニットは、剛体の基部プレート（シャーシ）１５０に剛体的に取り付けられる。
【００３４】
さらに、光投影ユニット１４１は、以後の使用前に、光平面１４９（図３）の位置および／または向きを検出ユニットに対して調整および固定するように構成された調整機構１５５を備える。好ましくは、検出ユニットに対する光平面１４９（図３）の位置および／または向きは、１回目の使用の前だけに調整および固定され、通常その後は、走査プローブの耐用年数にわたって調整されないままである。図２では、調整機構１５５、１６０が、光源１４２を傾けかつ／または回転させるために光源１４２に取り付けられる。光源１４２は、基部プレート１５０に移動可能に取り付けられる。調整機構１５５、１６０は、基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対する光源１４２の移動を可能にする。調整機構１５５は、以後の使用の間、通常は走査プローブの耐用年数にわたって光源１４２の位置および向きを固定するように構成される。
【００３５】
調整機構１５５は、光源１４２自体および／または光源光学系組立体１４４が、光の位置および向きを固定するように機械的に合わされているかどうか（調整機構１６０）、または光が、光の位置および向きを固定するように機械的に合わされている光偏向ユニット１７０によって偏向されるかどうかに応じて、異なる実施形態を含む。調整機構１５５は、したがって、光源１４２を傾けおよび／または回転させるものに限定されない。調整機構１５５は、たとえば、光平面１４９（図３）の角度および／または向きを偏向によって変更する、図６、７、および８Ａから８Ｄに示すような（たとえば、鏡などの調整可能な光偏向要素１７２と、調整機構１７４とを収容する）光偏向ユニット１７０に組み込まれたもの１７４を含む、任意のものでもよい。
【００３６】
固定された位置はそのままであり、以後の使用は、通常、走査プローブ１００の耐用年数にわたる。基部プレート１５０に対する、故に検出ユニット１２０に対するＬＰＵサブユニット１４０または光離脱要素（light-defecting element）１７２の位置および／または向きの１度の調整により、固定後、長期にわたって安定性がもたらされ、コストおよびパフォーマンス基準を満たすには非現実的になり得る調整可能なセンサレンズ組立体１２４の必要性が取り除かれる。当業者は、本明細書において説明する調整機構が、たとえば、取得中、検出ユニットから受け入れた情報に応答して光平面１４９の位置および／または向きを能動的に調整しないことを理解するであろう。換言すれば、調整機構は、非能動性機構である。調整は、走査プローブ１００の以後の作動に入る前に実施される。基部プレート１５０は、アルミニウムなどの剛体物質から作製される。これは、好ましくは、本質的に平面な形態を有する。
【００３７】
通常、走査プローブ１００は、筺体１０２を備える。筺体１０２は、剛体の基部プレート１５０上に装着される。１つまたは複数のウインドウ１０４が、投影されたストライプまたは光平面の光路１４６を筺体１０２から出すために筺体１０２上に設けられてもよい。１つまたは複数のウインドウは、物体（図示せず）上のストライプを見るために筺体１０２内に設けられ得る。処理ユニット１５２が、撮像筺体１０２の内側に装着される。
【００３８】
装着プレート１１０が、走査プローブ１００をローカライザ２００上に装着するために、基部プレート１５０上に設けられており、通常はこれに剛体的に取り付けられる。コネクタ１０６が、ケーブルをデジタル式ストライプ走査プローブ１００に接続するために設けられ、あるいは、電気接続は、デジタル式ストライプ走査プローブ１００が、装着プレート１１０を介してローカライザ２００上に装着されるときにコネクタ１０６において自動的に行われてもよい。
【００３９】
本発明による走査プローブ１００の別の図が、図３に提供される。これは、基部プレート１５０に対して角度を付けて設置された検出ユニット１２０と、基部プレート１５０に対して本質的に垂直なＬＰＵサブユニット１４０とを示している。走査プローブ１００は、物体を光の線１４９’として照明する光平面１４９として知られている光の三角平面を投影する。センサレンズ組立体の光学（中央）軸１２６が、示される。光源光学系組立体１４４の光学（中央）軸１４８もまた、示される。１つの態様によれば、センサレンズ組立体の光学（中央）軸１２６および光源光学系組立体１４４の光学（中央）軸１４８は、交わる。これらが交わるとき、好ましくは鋭角αで交わる。
【００４０】
三角形が、センサレンズ組立体の光学（中央）軸１２６、および光学三角平面１４７である光平面１４９によって形成される。より詳細には、三角形は、一方側ではセンサレンズ組立体の光学（中央）軸１２６によって、他方側では光学（中央）軸１２６と交わる投射された光平面またはレーザ線によって、および別の側では撮像センサ１２２と光源１４２との間の直線によって形成される。三角形は、センサレンズ組立体およびＬＰＵサブユニット１４０の反対側に角度αを形成する。好ましくは、αは鋭角である。好ましくは、αは、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、もしくは５５度以下であり、または任意の２つの値間、好ましくは１５度から４５度の間の範囲内の値である。
【００４１】
検出ユニット１２０は、撮像センサ１２２およびセンサレンズ組立体１２４を備える。センサレンズ組立体１２４は、物体から反射した光を撮像センサ１２２上に投影する。
【００４２】
撮像センサ１２２は、感光性画素の１次元（１Ｄ）または２次元（２Ｄ）アレイを備えることができる。前者は、線形走査画像装置に適し、後者は、領域画像装置に適する。撮像センサ１２２は、感光性画素の２次元（２Ｄ）アレイをいずれも有する、ＣＭＯＳまたはＣＣＤセンサでもよい。撮像センサ１２２は、基部プレート１５０に剛体的に取り付けられる。撮像センサ１２２の位置は、基部プレートに対して調整可能ではない。たとえば、走査プローブ１００の組み立て中、撮像センサ１２２は、調整ねじではなく固定ねじを用いて、または接着剤を用いることによって基部プレート１５０に取り付けられる。
【００４３】
センサレンズ組立体１２４は、測定物体４００の表面の形状によって変形されたレーザ線の画像を、撮像センサ１２２上に投影（そして焦点合わせ）する。センサレンズ組立体１２４は、所望の光学的特性を達成するために積み重ねられた配置にあるいくつかの光学的要素の組み合わせを備える。光学的要素としては、屈折レンズ、鏡、プリズムなどを含む。これらは、ガラス、またはポリマー物質で形成されていてもよい。センサレンズ組立体１２４の光学特性（たとえば焦点距離、開口数、被写界深度などの１つまたは複数）は、光学式プローブの最終パフォーマンスの決定的要因である。
【００４４】
センサレンズ組立体１２４は、１つまたは複数のレンズを備え、このレンズは、好ましくは、互いとの固定された調整不能の位置合わせで配置され、好ましくは、撮像センサ１２２との固定された調整不能の位置合わせで配置される。これは、レンズを、たとえば、アルミニウムから作製された円筒状ハウジング内で、１つまたは複数のリングを使用してレンズを分離し、これらを円筒状ハウジングに対して適所に剛体的に保持して積み重ねることによって達成され得る。
【００４５】
本質的には、センサレンズ組立体１２４は、好ましくはいかなる調整特徴も有さずに、基部プレート１５０に剛体的に取り付けられる。これは、好ましくは、走査プローブ１００の組み立て中、センサレンズ組立体１２４を調整ねじではなく固定ねじを用いて、および／または接着剤を用いることによって基部プレート１５０に取り付けることによって達成される。本発明の１つの態様によれば、センサレンズ組立体１２４は、調整ねじを用いることなく基部プレート１５０に取り付けられる。
【００４６】
センサレンズ組立体１２４を基部プレート１５０に剛体的に取り付けることにより、走査プローブ１００全体の重量が、低減され得る。センサレンズ組立体１２４に対する調整特徴は、高パフォーマンスの重量があるレンズを支持するために材料および構造の追加を必要とする。調整特徴は、機械的不安定性の源であり、これは、走査プローブ１００が運搬されるとき、または正常使用時でも重力影響によって明らかになり得る。この機械的不安定性は、測定誤差を引き起こし、修理および以後の再調整が必要になることがある。さらに、大きいレンズを支持するように設計された調整特徴は、走査プローブ１００の重量を増大させる。走査プローブ１００の重量は、たとえば、最大積載量を有するローカライザと併用されるとき、またはプローブが手で支持されるときに重要である。調整可能な高パフォーマンスレンズは、その重量により実現可能ではない。本発明は、走査プローブを、より大きい高パフォーマンスレンズを備えて、調整特徴による重量の増加を伴わずに設けることを可能にするが、その理由は、センサレンズ組立体１２４は、固定された構成要素を有し、調整特徴を有さず、また基部プレート１５０に直接的に固定されるためである。その代わりに調整は、レーザユニットに移され、このレーザユニットは、より軽量であり、走査プローブ１００の重量に大きく関係しない、軽量の光調整機構（以下を参照）を必要とする。
【００４７】
センサレンズ組立体１２４の基部プレート１５０への剛体の固定された取り付けはまた、ＬＰＵサブユニット１４０の位置および向きが工場設定された後、ＬＰＵサブユニット１４０に対するセンサレンズ組立体１２４の位置を剛体的に固定する。
【００４８】
さらに、センサレンズ組立体１２４は、撮像センサ１２２との固定された調整不能の位置合わせにある。したがって、効果的には、検出ユニット１２０は、基部プレート１５０への剛体の固定された取り付け状態にあり、基部プレート１５０もまた、ＬＰＵサブユニット１４０の位置および向きが工場設定された後、検出ユニット１２０の位置をＬＰＵサブユニット１４０に剛体的に固定する。
【００４９】
撮像センサ１２２、センサレンズ組立体１２４および検出ユニット１２０の基部プレート１５０への、剛体的に固定された取り付けは、こうして最適な長期にわたる機械的安定性をもたらす。
【００５０】
最適な光学的パフォーマンスのために、センサレンズ組立体１２４の物体焦点面は、ＬＰＵサブユニット１４０によって投影されるレーザ平面と一致する。三角測量概念により、レーザ平面およびセンサレンズ組立体１２４の光学軸は、通常１５から４５度である小さい相対角度（図３ではα）をなす。その結果、レーザ線からの画像は、光学軸に対して垂直でない画像焦点面内に投影される。焦点合わせされた画像および最適なプローブパフォーマンスを得るために、撮像センサ１２２は、センサレンズ組立体１２４の焦点面と一致するように配置されなければならない。これは、シャインプルーフの原理としても知られている。
【００５１】
光学的配置および増大した開口数により、画像装置角度（シャインプルーフ角度）もまた増大する（２０度から３０度の間）。この結果、さらなる光学的欠陥が生み出され、これは、プローブパフォーマンスに劣化影響を与える。
【００５２】
したがって、センサレンズ組立体１２４は、撮像センサ領域のほとんどまたはすべてにわたって高パフォーマンスの鮮やかな撮像を保ちながら、光学軸に対する焦点面（画像装置側）の角度を低減するように構成される。
【００５３】
センサレンズ組立体１２４は、好ましくは、４５度、好ましくは４０度、３５度、３０度、２５度、または２０度以下のシャインプルーフ角度をもたらし、これは、撮像センサ前のプリズムを用いて、および／または１つまたは複数のレンズ要素を撮像センサ平面に対してシフトさせることにより、および／または１つまたは複数のレンズ要素を撮像センサ平面に対して回転させシフトさせることによって達成され得る。
【００５４】
センサレンズ組立体１２４は、好ましくは、高い開口数（ＮＡ）を有する。好ましくは、ＮＡは、最大限許容されるものであり、これは、走査プローブ１００の最大重量およびサイズ要件などの要因によって決まる。好ましくは物体側の開口数は、０．０８、０．１０、０．１２、０．１３、０．１４、０．１５、０．１６、０．１７、０．１８、０．１９以上、または上述した値の任意の２つの間の範囲内の値、好ましくは約０．１７になり得る。これは、１２ｍｍ、１６ｍｍ、２０ｍｍ、２２ｍｍ、２４ｍｍ、２６ｍｍ、２８ｍｍ、もしくは３０ｍｍ以上、または上述した値の任意の２つの間の範囲内の値、好ましくは約２４ｍｍのレンズ入口直径を表す。そのような大きいレンズは、スペックルの低減をもたらす。
【００５５】
センサレンズ組立体１２４には、光学的構成要素の数を最小限にするためにレンズの正面に施与された１つまたは複数の干渉フィルタコーテイングが設けられ得る。
【００５６】
本発明の１つの態様によれば、センサレンズ組立体１２４は、少なくとも２つのレンズ要素（たとえば、２、３、４，５、６、７、８つ、またはそれ以上のレンズ要素）を備え、その少なくとも１つは、光学システムの対称軸１２６（中央軸）に対して傾斜され、その少なくとも１つは、光学システムの対称軸１２６（中央軸）と位置合わせされる（またはこれに対して垂直である）。本発明の１つの態様によれば、レンズ要素の少なくとも１つは、反射レンズである。本発明の１つの態様によれば、レンズ要素の少なくとも１つは、プリズムである。本発明の１つの態様によれば、レンズ要素の少なくとも１つは、シフトされる。
【００５７】
光投影ユニット、ＬＰＵ１４１は、光を生成するための光源１４２と、光を焦点合わせするための光源光学系１４５と、光平面１４９を生成するための光平面生成光学系１４３とを備える。これはまた、光平面１４９の位置および／または向きを調整するための調整機構１５５（１６０または１７０）も備える。
【００５８】
ＬＰＵ１４１は、物体表面を照射するために光ビームまたは光平面を生成するための光源１４２を備える。光源１４２は、レーザ源、レーザダイオード、スーパールミネセントダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、もしくは白色光源、またはその組み合わせでもよい。好ましくは、光源１４２は、レーザ源である。より好ましくは、光源１４２は、レーザダイオードである。光源１４２は、可視、赤外線などの電磁波スペクトルの任意の部分における光を発することができる。これは、好ましくは、６６０ｎｍで、光を発する。
【００５９】
ＬＰＵ１４１はまた、光源１４２によって生成された光を物体４００上に投影するための光源光学系１４５も備える。より詳細には、光源光学系１４５は光を焦点合わせする。光源光学系１４５は、平行光学系、平行レンズ、平行光学系組立体、平行レンズ組立体、回折光学系、反射光学系、もしくはプリズム、またはこれらの１つまたは複数の組み合わせを備えることができる。光源光学系１４５は、好ましくは光源１４２に隣接して配置される。
【００６０】
ＬＰＵ１４１はまた、光平面１４９、またはより詳細には、ストライプ１４９’を物体の表面上に生成するための光平面生成光学系１４３も備える。光平面生成光学系１４３は、ストライプ生成光学系、円筒状レンズ、回転式もしくは振動式鏡、パウエルレンズ、もしくは回折光学系、またはこれらの１つまたは複数の組み合わせを備えることができる。これが回転式もしくは振動式鏡を備えるとき、前記鏡は、平面を生成する光点を描く。
【００６１】
光平面１４９（図３を参照）は、通常、三角形である。ＬＰＵ１４１が、単一の光平面１４９または交差しても平行でもまたはその両方でもよい複数の光平面（たとえば、２、３、４個またはそれ以上）を投影することは、本発明の範囲内である。この結果、１本のストライプ、または交差しても平行でもまたはその両方でもよい複数のストライプ（たとえば、２、３、４本またはそれ以上）が物体の表面上に生じる。複数の光平面（たとえば２、３、４つまたはそれ以上）は、複数の光源１４２を用いて、または単一の光源１４２から複数の光平面を生成するように構成された光平面生成光学系１４３を用いて達成され得る。好ましくは、走査プローブ１００は、単一の光平面１４９、またはより詳細にはストライプ１４９’を投影する光源１４２と、１つの検出器ユニット１２０とを備えて設けられる。
【００６２】
通常、光平面生成光学系１４３は、光源光学系１４５に隣接して設けられる。通常、光平面生成光学系１４３は、光源光学系１４５の後に設けられ、すなわち光源１４２から遠くにある。
【００６３】
光源光学系１４５および光平面生成光学系１４３は、光源光学系組立体１４４を形成するように組み合わせられ得る。光源がレーザ源であり、光源光学系が平行光学系であるとき、光源光学系組立体は、レーザレンズ組立体である。
【００６４】
１つの態様によれば、光源１４２、光源光学系１４５、および任意選択で光平面生成光学系１４３は、本明細書においてはＬＰＵサブユニット１４０（または光源、光源光学系、および平面生成ユニットがレーザ源に特化されるときはレーザユニット１４０）として知られるような実体になるように組み立てられ得る。ＬＰＵサブユニット１４０は、光源１４２と、光源光学系１４５と、任意選択で光平面生成光学系１４３とを備える。一実施形態では、光源光学系１４５および光平面生成光学系１４３は、共通の光学系要素または複数の共通の光学系要素を備える。本発明の１つの態様によれば、光源１４２、光源光学系１４５、および光平面生成光学系１４３は、ＬＰＵサブユニット１４０内で互いに固定された位置関係で保持される。ＬＰＵサブユニット１４０は、好ましくは、光偏向ユニット、ＬＤＵ１７０（以下参照）が不在のときに光平面生成光学系１４３を備え、または光偏向ユニット、ＬＤＵ１７０（以下、後続を参照）が存在するとき、ＬＤＵ１７０は、光平面生成光学系１４３の後に位置する。
【００６５】
好ましくは、光源１４２はレーザ源であり、より好ましくはレーザダイオードである。好ましくは、レーザ源は、平行レンズまたは平行レンズ組立体と組み合わされて光を焦点合わせする。好ましくは、レーザ源および平行レンズまたは平行レンズ組立体は、円筒状レンズと組み合わされて光の平面１４９を生成する。好ましい実施形態では、ＬＰＵサブユニット１４０は、レーザ源１４２から平行にされた平坦なビームで光を投影する。通常、レーザ光学系組立体１４４は、平行光学系１４５およびストライプまたは線生成光学系１４３（たとえば円筒状レンズ、パウエルレンズ、ＤＯＥ、など）を備え、これは、いかなる可動部分も有さない固定状態のＬＰＵサブユニット１４０である。通常、ストライプ生成光学系１４３は、平行光学系１４５の後に設けられ、すなわちレーザ源１４２から遠くにある。平行光学系（コリメータ）は通常、最適な光学的パフォーマンスに合わせて設計された、いくつかのレンズ要素の組み合わせである。ストライプ生成光学系１４３は、回転式または振動式鏡に置き換えられて、レーザ線を生成する平行にされたレーザ点を描くことができる。
【００６６】
１つの態様によれば、検出ユニット１２０に対するＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きは、走査プローブ１００の以後の作動における使用前に調整可能および固定可能になり得る。したがって、ＬＰＵサブユニット１４０は、その組み立て中、好ましくは光源１４２によって基部プレート１５０に移動可能に取り付けられる。調整機構１５５、１６０は、組み立て中、基部プレート１５０に対する（故に検出ユニット１２０に対する）ＬＰＵサブユニット１４０の移動を可能にする。調整機構１５５、１６０は、調整し、または調整を可能にし、次いで以後の使用の間、ＬＰＵサブユニット１４０の位置および向きを固定するように構成される。
【００６７】
１つの態様によれば、調整機構１６０は、調整し、または調整を可能にし、次いで以後の使用の間、レーザユニット１４０の位置および向きを固定するように構成される。固定された位置はそのままであり、以後の使用は、通常、レーザスキャナ１００の耐用年数にわたる。基部プレート１５０に対する、故に検出ユニット１２０に対するレーザユニット１４０の位置および／または向きの１度の調整により、ひとたび固定されると、長期にわたって安定性がもたらされ、コストおよびパフォーマンス基準を満たすには非現実的になり得る調整可能なセンサレンズ組立体１２４の必要性が取り除かれる。当業者は、本明細書において説明する調整機構が、たとえば、取得中、検出ユニットから受け入れた情報に応答してレーザユニットを能動的に調整しないことを理解するであろう。換言すれば、調整機構は、非能動性機構である。調整は、スキャナプローブ１００の以後の作動に入る前に実施される。
【００６８】
また、調整機構が、複数の別個の調整要素を備えることができ、その各々が、ＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きの異なる態様の調整を可能にすることもまた理解される。たとえば、１つの調整要素は、基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対するＬＰＵサブユニット１４０の並進を可能にすることができる。たとえば、１つの調整要素は、基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対するＬＰＵサブユニット１４０の回転を可能にすることができる。
【００６９】
１つの調整要素は、光源１４２に対する、光源光学系および／または光平面生成光学系１４３の中央（光学）軸１４８に沿った回転を可能にすることができる。特に、光平面生成光学系１４３が光源１４２に対して回転することを可能にすることができる。したがって、レーザレンズ組立体１４４などの光源光学系組立体は、ＬＰＵサブユニット１４０によって投影された平面の角度が、調整され得るように構成され得る。この調整はまた、以後の使用の前に固定されるものでもある。
【００７０】
調整機構１６０は、ＬＰＵサブユニット１４０、および任意選択で光平面生成光学系１４３を、以後の使用前に検出ユニット１２０対して固定された位置および向きで保持する。位置および向きは、通常、走査プローブ１００の通常の寿命の間、たとえば固定ねじを締め付けることによってまたは接着剤を用いることによって保持される。通常の寿命は、走査プローブ１００の耐用年数を指す。耐用年数は、修理不能な故障を有さない通常の作動期間、使用される構成要素の品質、これが使用される環境、および使用頻度を含むいくつかの要因に応じて、たとえば、５年から５０年の間である。耐用年数は、保全作業によっておよび任意の必要な修理によって延長させることができる。使用前、および光学式走査プローブの組み立て中、調整機構は、所望の精密なパフォーマンスを達成するために、検出ユニット１２０に対して位置および向きを変更するために利用される。調整が行われた後、位置および向きは、長期にわたる機械的安定性、および機械的または熱的励起中（たとえば運搬および通常の使用中）の不変性のために固定される。
【００７１】
調整は、好ましくは、以下の動きの１つまたは複数を含む：
ｉ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対する１つまたは複数の（たとえば１、２本の）軸周りのＬＰＵサブユニット１４０の枢動（pivoting）１６６（図５）、
ｉｉ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対するＬＰＵサブユニット１４０の並進（translation）１６２（図４）、
ｉｉｉ）ＬＰＵサブユニット１４０の中央（光学）軸１４８周りのＬＰＵサブユニット１４０の回転、
ｉｖ）光源１４２に対する、光源光学系組立体１４４の中央（光学）軸１４８に沿ったストライプ生成光学系１４３の回転１６４（図４）。
調整ｉ）、ｉｉ）およびｉｖ）が好ましい。調整は、個々にまたは同時に実施され得る。
【００７２】
動き（ｉ−ｉｖ）はまた、組み合わせられてもよい。たとえば、図４および図５の調整機構１６０は、枢動１６６および並進１６２が同時に発生することを可能にする。これはまた、２つ以上のねじを２つ以上の対応するウインドウ内に配置することを可能にすることによって達成されてもよく、この場合、ウインドウの寸法およびねじのそれぞれの位置が、可能にされる枢動１６６および／または並進１６２の範囲を画定する。一実施形態では、ねじは締め付け可能であり、それによってウインドウに関するねじの位置を固定する。
【００７３】
好ましくは、基部プレート１５０に対するＬＰＵサブユニット１４０の枢動１６６（上記ｉ）は、光学三角平面１４７に対して垂直な軸周りである。枢動軸に沿った点１６７が、図５に示される。
【００７４】
好ましくは、基部プレート１５０に対するＬＰＵサブユニット１４０の並進１６２（上記ｉｉ）は、ＬＰＵサブユニット１４０と検出ユニット１２０の間の距離を調整する方向にある。これは、レーザ平面１４９に対して垂直な軸に沿うものになり得る。
【００７５】
好ましくは、基部プレート１５０に対するＬＰＵサブユニット１４０の回転（上記ｉｉｉ）は、光源光学系組立体１４４の中央（光学）軸１４８周りである。好ましくは、光平面生成光学系１４３の回転は、光源光学系組立体１４４の中央（光学）軸１４８周りである（上記ｉｖ）。
【００７６】
ＬＰＵサブユニット１４０に対する他の調整が、走査プローブ１００を最適化するためになされ得ることが理解されよう。たとえば、コリメータレンズ（たとえば光源がレーザ源のときのコリメータレンズ）の焦点が、調整され、次いで固定され得る。詳細には、光源１４２（たとえばレーザ源）と光源光学系１４５（たとえば平行光学系）の間の距離が調整され、次いで、固定ねじを締め付けることによって、または接着剤を用いることによって固定され得る。あるいは、または加えて、光源１４２（たとえばレーザ源）は、光源光学系１４５（たとえば平行光学系）に対して変位可能になることができ、詳細には、光源１４２は、光源光学系１４５の光学軸に対して垂直な、光源光学系１４５との摺動関係状態にあることができる。ここでも、この調整が行われ、次いで固定され得る。
【００７７】
こうした幾何学上のパラメータの微調節を達成するために、外部の調整用具が使用され得る。調整のために、基部プレート１５０およびＬＰＵサブユニット１４０の両方は、調整用具に機械的に連結され得る。用具は、ジグを備えることができる。光源１４２（たとえばレーザ源）および撮像センサ１２２は、電子装置盤に接続され、それによってその機能を作動させることができる。光学的測定に基づいて、並進および回転は、必要とされるパフォーマンスが達成されるまで調整される。調整は、好ましくは、センサレンズ組立体の焦点面（物体側）をレーザ平面に位置合わせさせる。特に、焦点、位置、向き、平坦性および強度プロファイルの調節は、固定ねじを緩め、調整要素を操作し、ねじを再度締め付けることによって手動で実施され得る。これは、単一の調整でも反復的なプロセスでもよい。
【００７８】
調整要素の操作は、調整要素と作動可能に結合するように構成された調整工具によって支援され得る。本発明の１つの実施形態によれば、ＬＰＵサブユニット１４０または調整機構１６０は、調整を実施するのを支援する調整工具を受け入れるための１つまたは複数のカップリング１６１を備える。カップリングは、たとえば、ねじ山（雄型または雌型）、切欠部、穴、突起部、ロッドまたはフックの形態をとることができる。カップリングは、プローブ筺体の外側にアクセスするように構成され得る（たとえば、これは、ロッド形状を有することができる）。特に、調整工具は、縦長の部材を備えることができ、その一方の端部（効果端部）は、ＬＰＵサブユニット１４０または調整機構１６０上のカップリングに取り付けるように構成され、その他方の端部（ユーザ端部）は、効果端部に伝送するための力を受け入れる。縦長部材は、レバーとして作用して大きい動きをユーザ端部から効果端部まで伝送し、ここでこの動きは規模が低減される。ユーザ端部は、支持用具上のつまみねじの配置に作動可能に取り付けられてもよく、つまみねじの回転は、レバーの位置を調整し、それによって効果端部による、故にＬＰＵサブユニット１４０、または調整機構１６０による動きを非常に細かく制御することを可能にする。用具は、必要とされる動きに応じて、さまざまな方向に配置された複数のそのようなつまみねじを備えることができる。したがって、ＬＰＵサブユニット１４０の位置および向きが、設定され得る。
【００７９】
調整が行われ、ソフトウエアツールによって確認された後、ＬＰＵサブユニット１４０またはレーザレンズ組立体１４４の幾何学的位置は、ねじおよび／または接着剤を用いて係止される。調整は、調節されるいくつかの光学特性に基づく。調節が実施された後、走査プローブは、較正される。較正は、好ましくは、調整の残りの不完全性ならびにソフトウエアによる補償に関する他の調整不能の不完全性を考慮に入れる。較正中、光学的配置の残りの不完全性は、より精密な基準計器を用いて特定される。測定された不完全性は、補償値に転換されて、以後の使用中、システムパフォーマンスを改良する。
【００８０】
調整機構は任意のものでよく、たとえば、これは、ＬＰＵサブユニット１４０を並進させるねじ山付きロッドと、最終位置を係止するねじ山付きナットとを備えることができ、またはこれは、ＬＰＵサブユニット１４０の並進または枢動を可能にする溝付きガイドと、最終位置を係止するために溝に係合するねじとを備えることができ、またはこれは、接着剤を用いて適所に係止することができる動きを容易にする（枢動式または回転）継手を備えることができる。
【００８１】
適切な接着剤としては、シアノアクリレート、エポキシ、およびホットメルトなどの結合接着剤等が挙げられる。ボルト、ナットまたはねじの位置は、ねじ山係止接着剤を用いて走査プローブ１００の耐用年数にわたって固定され得る。
【００８２】
走査プローブ１００を測定システムに一体化するタイプにより、走査プローブ１００、故に機械的構造の最大重量およびサイズに対する制限が存在し得る。軽量の機械的構造が好ましく、これは簡単なシステムを必要とする。調整機構が、微調整、固定後の長期にわたる安定性、および低重量制限を組み合わせることを当業者は理解するであろう。
【００８３】
図４および図５は、走査プローブ１００の主な特徴、すなわち検出ユニット１２０、ＬＰＵサブユニット１４０および基部プレート１５０に取り付けられた装着プレート１１０を示している。ＬＰＵサブユニット１４０は、調整機構１５５、１６０を用いて基部プレート１５０に取り付けられる。
【００８４】
図４は、ＬＰＵサブユニット１４０に対する並進的調整１６２を示している。これは、ボルトを受け入れるための開口（たとえば正方形または円形の開口部、溝、線形溝）を収容する、基部プレート１５０に取り付けられた第１の支持体と、この同じボルトを受け入れるための穴を収容する、ＬＰＵサブユニット１４０に取り付けられた第２の支持体とを用いて達成され得る。第１および第２の支持体は、調整機構の一部を形成する。ボルトのシャフトは、開口および穴の両方を通過するが、ヘッドまたは受け入れナットは通過しない。第１の支持体は、第２の支持体に対して摺動することができ、その動きは、スロットによって並進に制限される。適所になった後、ボルトは、ナットに締め付けられ、接着剤がねじ山に施与され、ＬＰＵサブユニット１４０は、基部プレート１５０に対して適所に係止され得る。図４が、溝ではなく正方形の開口を使用し、そのため第２の支持体に対する第１の支持体の２次元の並進を可能にすることに注目されたい。
【００８５】
図４はまた、ＬＰＵサブユニット１４０に対する回転式調整１６４も示しており、これは、光源光学系組立体１４４、たとえばレーザレンズ組立体の光学（中央）軸１４８に沿ったものである。そのような回転式調整は、光源光学系組立体１４４内の、光平面生成光学系１４３のハウジングと光源光学系１４５の間の回転継手を使用することによって達成され得る。光平面生成光学系１４３は、そのため、光源１４２に対して回転することができる。最適な位置になった後、光平面生成光学系１４３は、たとえば接着物質を用いて、光源１４２に対して適所に係止され得る。
【００８６】
図５は、基部プレート１５０に対する枢動の動きである、ＬＰＵサブユニット１４０に対する別の回転式調整１６６を示している。これは、ＬＰＵサブユニット１４０を、上記で説明した第１および第２の支持体を用いて基部プレートに対して装着することによって達成されてもよく、この場合第１の支持体は、正方形の開口を備えて設けられる。あるいは、これは、ＬＰＵサブユニット１４０を、単一軸周りの回転をもたらすジンバルなどの枢動式支持体を用いて基部プレートに対して装着することによって達成されてもよい。２つの軸に沿った枢動が必要とされる場合、ユニバーサル継手が使用され得る。ＬＰＵサブユニット１４０は、基部プレート１５０に対して枢動され得る。適所になった後、ＬＰＵサブユニット１４０は、たとえば接着物質を用いて、基部プレート１５０に対して適所に係止され得る。
【００８７】
先に述べたように、調整機構１５５は、光平面１４９の角度および／または向きを偏向によって変更するために、図６および７に示すような光偏向ユニット、ＬＤＵ１７０（たとえば、調整可能な鏡）を備えることができる。ＬＤＵ１７０は、好ましくは、光を偏向させるように構成された光偏向要素、ＬＤＥ１７２と、以後の使用前に、ＬＤＥ１７２の位置および向きを基部プレート１５０に対して調整するように構成されたＬＤＥ調整機構１７４である調整機構１５５とを備える。ＬＤＥ調整機構１７４は、１、２、または３本の回転軸周りの調整と、１、２、または３つの並進方向に沿った調整とをもたらす。ＬＤＵ１７０が使用される場合、ＬＰＵサブユニット１４０は、好ましくは、基部プレート１５０に剛体的に取り付けられる。
【００８８】
本発明の１つの態様によれば、さらに、光投影ユニット１４１は、光源１４２によって発せられた光を偏向させるための光偏向ユニット、ＬＤＵ１７０を備える。ＬＤＵ１７０は、光源１４２によって発せられた光を偏向させることによって光平面１４９の位置および／または向きを変更するように構成される。より具体的には、ＬＤＵ１７０は、以後の使用前に、光平面１４９の位置および／または向きを検出ユニットに対して調整および固定するように構成される。ＬＤＵ１７０は、光を偏向させるように構成された光偏向要素、ＬＤＥ１７２と、以後の使用前に、ＬＤＥ１７２の位置および／または向きを調整および固定するように構成されたＬＤＥ調整機構１７４とを備える。
【００８９】
ＬＤＵ１７０は、光平面生成光学系の後に設けられてもよく、それによって、たとえば図６に示すように光平面１４９を偏向させる。
ＬＤＵ１７０は、光平面生成光学系１４３の前に設けられてもよく、それによって、たとえば図７に示すように焦点合わせされた光を偏向させる。
【００９０】
ＬＤＵ１７０は、光を偏向させるように構成されたＬＤＥ１７２を備える。ＬＤＥ１７２は、連続的なビームブレーカでもよく、または離散的なビームブレーカでもよい。ＬＤＥ１７２は、鏡、プリズム、半透明鏡、レンズおよび回折光学系の組み合わせ、またはこれらの組み合わせであってもよい。図６Ａは、鏡１７２’であるＬＤＥ１７２を示している。図６Ｂは、プリズム１７２”であるＬＤＥ１７２を示している。
【００９１】
検出ユニット１２０に対するＬＤＥ１７２の位置および／または向きは、走査プローブ１００の以後の作動における使用前に調整可能および固定可能になり得る。ＬＤＥ１７２は、したがって、光投影ユニット１４１の組み立て中、基部プレート１５０に移動可能に取り付けられる。ＬＤＥ調整機構１７４は、組み立て中、基部プレート１５０に対する（故に検出ユニット１２０に対する）ＬＤＥ１７２の移動を可能にする。ＬＤＥ調整機構１７４は、調整し、または調整を可能にして、それ以後の使用の間、ＬＤＥ１７２の位置および向きを固定するように構成される。好ましくは、ＬＤＥ調整機構１７４は、一方の端部が基部プレート１５０に取り付けられ、他方の端部がＬＤＥ１７２に取り付けられる。
【００９２】
また、ＬＤＥ調整機構１７４が、複数の別個のＬＤＥ調整要素を備えることができ、その各々が、ＬＤＥ１７２の位置および／または向きの異なる態様の調整を可能にすることもまた理解される。たとえば、１つのＬＤＥ調整要素は、ＬＤＥ１７２を基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対して並進させるように構成され得る。たとえば、１つのＬＤＥ調整要素は、ＬＤＥ１７２を基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対して回転させるように構成され得る。１つの調整要素は、ＬＤＥ１７２を偏揺れ回転させるように構成され得る。これらの調整はまた、以後の使用の前に固定されるものでもある。
【００９３】
ＬＤＥ調整機構１７４は、以後の使用前に検出ユニット１２０に対する固定された位置および向きでＬＤＥ１７２を保持する。位置および向きは、通常、走査プローブ１００の通常の寿命の間保持される。使用前、および光学式走査プローブの組み立て中、ＬＤＥ調整機構１７４は、所望の精密なパフォーマンスを達成するために、位置および向きを検出ユニット１２０に対して変更するために利用される。調整が行われた後、位置および向きは、長期にわたる機械的安定性、および機械的または熱的励起中（たとえば運搬および通常の使用中）の不変性のために固定される。
【００９４】
調整は、好ましくは、以下の動きの１つまたは複数を含む：
ｉ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対する、１つまたは複数の（たとえば１、２本の）軸周りのＬＤＥ１７２の枢動１６６、
ｉｉ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対するＬＤＥ１７２の並進１６２、
ｉｉｉ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対する、好ましくは角度付けされたＬＤＥ１７２の中央軸周りのＬＤＥ１７２の偏揺れ回転１６４（図８Ｃ）、
ｉｖ）基部プレート１５０、故に検出ユニット１２０に対する光平面生成光学系１４３のその入来するビームの回転１６４。
【００９５】
調整ｉ）、ｉｉ）およびｉｖ）が好ましい。調整は、個々にまたは同時に実施され得る。
【００９６】
好ましくは、基部プレート１５０に対するＬＤＥ１７２の枢動１６６（上記ｉ）は、光学三角平面に対して垂直な軸周りである。好ましくは、基部プレート１５０に対するＬＤＥ１７２の並進１６２（上記ｉｉ）は、ＬＤＥ１７２と検出ユニット１２０との間の距離を調整する方向にある。これは、レーザ平面１４９に対して垂直な軸に沿うものになり得る。
【００９７】
こうした幾何学上のパラメータの微調節を達成するために、外部の調整用具が使用され得る。調整のために、基部プレート１５０およびＬＤＥ１７２の両方は、調整用具に機械的に連結され得る。用具は、ジグを備えることができる。光源１４２（たとえばレーザ源）および撮像センサ１２２は、電子装置盤に接続され、それによってその機能を作動させることができる。光学的測定に基づいて、並進および回転は、必要とされるパフォーマンスが達成されるまで調整される。調整は、好ましくは、センサレンズ組立体の焦点面（物体側）をレーザ平面に位置合わせさせる。特に、焦点、位置、向き、平坦性および強度プロファイルの調節は、固定ねじを緩め、調整要素を操作し、ねじを再度締め付けることによって手動で実施され得る。これは、単一の調整でも反復的なプロセスでもよい。
【００９８】
調整要素の操作は、調整要素と作動可能に結合するように構成された調整工具によって支援され得る。本発明の１つの実施形態によれば、ＬＤＥ１７２またはＬＤＥ調整機構１７４は、調整を実施するのを支援する調整工具を受け入れるための１つまたは複数のカップリングを備える。カップリングは、たとえば、ねじ山（雄型または雌型）、切欠部、穴、突起部、ロッドまたはフックの形態をとることができる。カップリングは、プローブ筺体の外側にアクセスするように構成され得る（たとえば、これは、ロッド形状を有することができる）。特に、調整工具は、縦長の部材を備えることができ、その一方の端部（効果端部）は、ＬＤＥ１７２またはＬＤＥ調整機構１７４上のカップリングに取り付けるように構成され、その他方の端部（ユーザ端部）は、効果端部に伝送するための力を受け入れる。縦長部材は、レバーとして作用して大きい動きをユーザ端部から効果端部まで伝送し、ここでこの動きは規模が低減される。ユーザ端部は、支持用具上のつまみねじの配置に作動可能に取り付けられてもよく、つまみねじの回転は、レバーの位置を調整して、効果端部、故にＬＤＥ１７２またはＬＤＥ調整機構１７４による移動を非常に細かく制御することを可能にする。用具は、必要とされる動きに応じて、さまざまな方向に配置された複数のそのようなつまみねじを備えることができる。したがって、ＬＤＥ１７２の位置および向きが、設定され得る。
【００９９】
調整が行われ、ソフトウエアツールによって確認された後、ＬＤＥ１７２の幾何学的位置は、ねじおよび／または接着剤を用いて係止される。調整は、調節されるいくつかの光学特性に基づく。調節が実施された後、走査プローブは、較正される。較正は、好ましくは、調整の残りの不完全性ならびにソフトウエアによる補償に関する他の調整不能の不完全性を考慮に入れる。較正中、光学的配置の残りの不完全性は、より精密な基準計器を用いて特定される。測定された不完全性は、補償値に転換されて、以後の使用中、システムパフォーマンスを改良する。
【０１００】
ＬＤＥ調整機構１７４は、任意のものでよく、たとえば、これは、ＬＤＥ１７２を並進させるねじ山付きロッドと、最終位置を係止するねじ山付きナットとを備えることができ、またはこれは、ＬＤＥ１７２の並進または枢動を可能にする溝付きガイドと、最終位置を係止するために溝に係合するねじとを備えることができ、またはこれは、接着剤を用いて適所に係止することができる移動を容易にする（枢動式または回転）継手を備えることができる。適切な接着剤としては、シアノアクリレート、エポキシ、およびホットメルトなどの結合接着剤が挙げられる。ボルト、ナットまたはねじの位置は、ねじ山係止接着剤を用いて走査プローブ１００の耐用年数にわたって固定され得る。走査プローブ１００を測定システムに一体化するタイプにより、走査プローブ１００、故に機械的構造の最大重量およびサイズに対する制限が存在し得る。軽量の機械的構造が好ましく、これは簡単なシステムを必要とする。調整機構が、微調整、固定後の長期にわたる安定性、および低重量制限を組み合わせることを当業者は理解するであろう。
【０１０１】
図６および７は、走査プローブ１００の主な特徴、すなわち検出ユニット１２０、ＬＰＵサブユニット１４０および基部プレート１５０に取り付けられた装着プレート１１０を示している。ＬＰＵサブユニット１４０は、剛体の装着部材１５１を用いて基部プレート１５０に取り付けられ、ＬＤＵ１７０のＬＤＥ１７２は、ＬＤＥ調整機構１７４を用いて基部プレート１５０に取り付けられる。図８Ａから８Ｄは、１つまたは複数の調整機構を示している。
【０１０２】
図８Ａは、開始位置にあるＬＤＥ調整機構１７４およびＬＤＥ１７２を示している。図８Ｂは、ＬＤＥ１７２の並進調整を示し、ＬＤＵ１７０の微小の点線の線画は、開始位置を表し、ＬＤＵ１７０の実線は、並進調整後の位置を表す。並進調整は、ボルトを受け入れるための開口（たとえば正方形開口部、溝、線形溝）を収容する、基部プレート１５０に取り付けられた第１の支持体１７６と、この同じボルトを受け入れるための穴を収容する、ＬＤＥ１７２に取り付けられた、第２の支持体１７８とによって達成され得る。第１および第２の支持体は、ＬＤＥ調整機構１７４の一部を形成する。ボルトのシャフトは、開口および穴の両方を通過するが、ヘッドまたは受け入れナットは通過しない。第１の支持体は、第２の支持体に対して摺動することができ、その動きは、スロットによって並進に制限される。適所になった後、ボルトは、ナットに対して締め付けられ、接着剤がねじ山に施与され、ＬＤＥ１７２は、基部プレート１５０に対して適所に係止され得る。開口が、溝ではなく正方形の開口でもよく、そのため第２の支持体に対する第１の支持体の二次元の並進を可能にすることが指摘される。
【０１０３】
図８Ｃは、ＬＤＥ１７２の偏揺れ回転１６４をもたらす、ＬＤＥ１７２に対する回転式調整を示している。そのような回転式調整は、ＬＤＥ１７２と基部プレート１５０間の回転継手を使用することによって達成され得る。ＬＤＥ１７２は、このため、検出ユニット１２０に対して回転することができる。最適な位置になった後、ＬＤＥ１７２は、たとえば接着物質を用いて、検出ユニット１２０に対して適所に係止され得る。
【０１０４】
図８Ｄは、ＬＤＥ１７２に対する別の回転式調整を示し、これは、基部プレート１５０に対する枢動（傾斜）１６６の動きである。ＬＤＵ１７０の微小の点線の線画は、開始位置を表し、ＬＤＵ１７０の実線は、回転式（枢動）調整後のその位置を表す。回転式調整は、ＬＤＥ１７２を、上記で説明した第１の１７６および第２の１７８の支持体を用いて基部プレートに対して装着することによって達成されてもよく、この場合第１の支持体１７６は、２方向の動きを可能にする（正方形の）開口を備えて設けられる。あるいは、これは、ＬＤＥ１７２を、単一軸周りの回転をもたらすジンバルなどの枢動式支持体を用いて基部プレートに対して装着することによって達成されてもよい。２つの軸に沿った枢動が必要とされる場合、ユニバーサル継手が使用され得る。ＬＤＥ１７２は、基部プレート１５０に対して枢動され得る。適所になった後、ＬＤＥ１７２は、たとえば接着物質を用いて、基部プレート１５０に対して適所に係止され得る。
【０１０５】
ＬＤＥ１７２またはＬＰＵサブユニット１４０に対する他の調整が、走査プローブ１００を最適化するためになされてもよいことが理解されよう。たとえば、コリメータレンズ（たとえば光源がレーザ源のときのコリメータレンズ）の焦点が、調整され、次いで固定され得る。詳細には、光源１４２（たとえばレーザ源）と光源光学系１４５（たとえば平行光学系）の間の距離が調整され、次いで、固定され得る。あるいは、または加えて、光源１４２（たとえばレーザ源）は、光源光学系１４５（たとえば平行光学系）に対して変位可能になることができ、詳細には、光源１４２は、光源光学系１４５の光学軸に対して垂直な、光源光学系１４５との摺動関係状態にあることができる。ここでも、この調整が行われ、次いで固定され得る。
【０１０６】
本発明の態様によれば、ＬＰＵは、ＬＰＵサブユニット１４０を調整するための調整機構１６０、およびＬＤＥ１７２を調整するための調整機構１７４の、両方のタイプの調整機構１５５を備える。
【０１０７】
走査プローブ１００の最適なパフォーマンスのために、センサレンズ組立体１２４の物体焦点平面および光平面１４９は、一致する。走査プローブ１００内に存在する機械的および光学的構成要素は、高い公差で製造され得るが、その組み立ては、必要とされる光学的パフォーマンスを得るために依然として調整または較正を必要とする。したがって、光学的構成要素の調整は、回避できない。当技術分野のシステムに関しては、調整は、センサレンズ組立体１２４の焦点面を調整することによって主に行われる。これは、ねじ山付きレンズホルダ内で回転するねじ山付きレンズを用いて、それによってレンズを前進または後退させて実現され得る。あるいは、これは、円筒状レンズホルダに対して摺動する、円筒状レンズハウジングを用いて達成され得る。しかし、これらのねじ山付きシステムは、機械的および熱的励起により、経時的にずれを被る。さらに、（たとえば、走査プローブのパフォーマンスに与えるスペックル効果の影響の低減を得るために）センサレンズ組立体のサイズおよび重量の増大により、被写界深度が低減され、それによって、焦点面およびレーザ平面を一致させ、この相対位置を長期にわたって維持することをより難しくする。
【０１０８】
光学式走査プローブの改良されたパフォーマンスおよび精度は、物体の表面から反射した光を伝送し、プローブ内の撮像デバイス（たとえばＣＭＯＳまたはＣＣＤ）上に焦点合わせするための光学システムのサイズおよび複雑性を増大させることによって可能にされる。走査プローブ光学システムの精度およびパフォーマンスを改良するために、より大きくより複雑な、かつより重量のある複合レンズが、通常必要とされる。しかし、そのような改良された光学システムに関連するサイズ、複雑性、および重量の追加は、プローブ使用中に機械的不安定性を導き、それによって特に光学システムが、上記で述べたように調整可能な筺体内に装着されたときにパフォーマンスおよび精度の劣化を招く。
【０１０９】
したがって、機械的不安定性は、センサレンズ組立体１２４を、基部プレートに剛体的に取り付けられた静的な調整不能の要素として保持し、光平面１４９の位置および／または向きを調整することによって低減される。最適な調整後、レーザユニットの位置は、これが、器具の寿命中、調整不能の要素であるように固定される。
【０１１０】
本発明はまた、本明細書において説明した走査プローブ１００の組み立てのための方法であって、
−投影された光平面１４９の位置および／または向きを検出ユニット１２０に対して調整するステップと、
−（使用前に）光平面１４９の位置および／または向きを固定するステップとを含む、方法も提供する。
【０１１１】
本発明はまた、本明細書において説明した走査プローブ１００の組み立てのための方法であって、
−ＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きを検出ユニット１２０に対して調整するステップと、
−（使用前に）ＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きを固定するステップとを含む、方法も提供する。
【０１１２】
本発明はまた、本明細書において説明した走査プローブ１００の組み立てのための方法であって、
−ＬＤＥ１７２の位置および／または向きを検出ユニット１２０に対して調整するステップと、
−（使用前に）ＬＤＥ１７２の位置および／または向きを固定するステップとを含む、方法も提供する。
【０１１３】
本発明は、本明細書において説明した走査プローブの組み立てのための別の方法であって、
投影された光平面１４９の位置を基部プレート１５０に対して固定するステップと、
−光平面１４９の位置および／または向きを基部プレート１５０に対して（故に検出ユニット１２０に対して）調整して、撮像センサ上に投影された画像の焦点、位置、向き、平坦性、および強度プロファイルの１つまたは複数を最適化するステップと、
−光平面１４９の位置および／または向きを最適化された位置に固定するステップとを含む方法に関する。
【０１１４】
本発明は、本明細書において説明した走査プローブのための組み立ての別の方法であって、
検出ユニット１２０の位置を基部プレート１５０に対して固定するステップと、
−ＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きを基部プレート１５０に対して（故に検出ユニット１２０に対して）調整して、撮像センサ上に投影された画像の焦点、位置、向き、平坦性、および強度プロファイルの１つまたは複数を最適化するステップと、
−ＬＰＵサブユニット１４０の位置および／または向きを最適化された位置に固定するステップとを含む方法に関する。
【０１１５】
本発明は、本明細書において説明した走査プローブの組み立てのための別の方法であって、
検出ユニット１２０の位置を基部プレート１５０に対して固定するステップと、
−ＬＤＥ１７２の位置および／または向きを基部プレート１５０に対して（故に検出ユニット１２０に対して）調整して、撮像センサ上に投影された画像の焦点、位置、向き、平坦性、および強度プロファイルの１つまたは複数を最適化するステップと、
−ＬＤＥ１７２の位置および／または向きを最適化された位置に固定するステップとを含む方法に関する。
【０１１６】
さらに、方法は、光平面生成光学系１４３によって生成されたストライプの回転角度を調整することを含むこともできる。回転角度は、光源１４２に対する光源光学系組立体１４４の中央（光学）軸１４８周りでもよく、角度を最適化された位置に固定してもよい。回転角度は、光平面生成光学系１４３に入る光ビームの軸周りでもよい。回転角度は、光学三角平面１４７に垂直な軸周りでもよい。
【０１１７】
ステップは、好ましくは製造者によって実施される。調整は、調整用具を用いて実施され得る。固定ステップの後、走査プローブが較正される。プローブは、器具の耐用年数にわたって較正されたものになる。
【０１１８】
レーザ走査プローブである、走査プローブに対する機械的組み立て手順の例が、図９に示される。画像品質を改良するために、レーザ平面１４９は、好ましくは、センサレンズ組立体１２４の物体焦点面と精密に位置合わせされる。
【０１１９】
そのような精密な位置合わせを得るために、機械的調整手順が実施される必要がある。第１のステップ５１０では、検出ユニット１２０が組み立てられる。検出ユニット１２０のセンサレンズ組立体１２４が、次いで、ステップ５２０において、たとえば基部プレート１５０に剛体的に取り付けられる。その後、レーザユニット１４０（またはＬＰＵサブユニット１４０）が、ステップ５３０において組み立てられる。但し、ステップ５４０において、レーザユニット１４０は、基部プレート１５０に調整可能に固定され、すなわちこれは、レーザユニット１４０の位置および／または向きが依然として調整可能であるようにして固定される。
【０１２０】
レーザユニット１４０の最終的な位置および向きは、レーザ平面１４９が、センサレンズ組立体１２４の焦点面と最適に位置合わせされるまで微調節され、これは光学的測定から導かれ得る。この微調節は、反復プロセス５４５を通じて実施可能であり、または１回のステップにおいて直接的に実施されてもよい。ステップ５４２におけるレーザユニット１４０の位置および／または向きの微調節は、選択された固定ねじ、可動部品を緩め、ねじを再度締め付けることによって手動で行われてもよく、その後レーザ平面１４９の焦点面との位置合わせが、ステップ５４４において確認される。微調節は、カップリング１６１（図２に示す）を通して実施されてもよく、この場合、カップリング１６１は、調整機構１６０を作動させる調整工具と結合するように構成される。カップリング１６１は、走査プローブ１００の耐用年数の間、再調整を容易にするために筺体（図示せず）から突起することができる。たとえば、カップリング１６１は、本明細書の他所で述べたようなねじ山またはロッドでもよく、これは、工具と結合し、調整用具によって作動される。調整が、光学的測定によって、任意選択でソフトウエアツールの支援と共に最適化され確認された後、光源光学系組立体１４４の最終位置および向きが、ステップ５５０において係止される。好ましくは、ソフトウエアツールは、調整機構１６０の調整中、光学的パフォーマンスパラメータに関するフィードバックを与える。機械的組み立て手順が完了した後、従来の光学的較正ステップ５６０が実施されて、レーザユニット１４０の光学的パラメータを最適化することができる。
【０１２１】
図１０は、走査プローブ１００内の電子装置の例示的な構成の図である。処理ユニット１５２は、４つのモジュールＰＣＢ、すなわちＦＰＧＡモジュール７５、通信用のＤＳＰまたはマイクロコントローラモジュール７４、ペリフェラルインターコネクションモジュール７３、および電力供給モジュール７２を備える。４つのモジュールは、電力／データリンク８０に相互接続される。撮像センサ１２２は、ＦＰＧＡモジュール７５に接続される。ペリフェラルインターコネクションモジュール７３は、温度センサ３５、ファン３１、レンジファインダ・レーザ・スポット７１、状態ＬＥＤ７７、バイザ検出器４２およびレーザ源１４２に接続する。通信用のＤＳＰまたはマイクロコントローラモジュール７４は、ＷｉＦｉモジュール７６とリンクする。バッテリ７８が設けられ得る。プローブコネクタ１０６は、電力／データリンク８０とリンクする。ＰＳＵモジュール７２内の回路は、バッテリ７８を充電するために設けられ得る。メモリ７９が、ＦＰＧＡモジュール７５およびＤＳＰまたはマイクロコントローラモジュール７４上に設けられる。メモリ７９は、静的および動的の両方になることができる。静的メモリ７９は、プログラム、識別、較正、設定および保全を助けるための使用履歴などの他の情報を保存するために使用され得る。静的メモリ７９内の設定は、信号を走査プローブ１００に通信リンクを介して送信することによって変更され得る。少なくとも１つの精密な時計が、時刻刻印同期化の目的で設けられる。
【０１２２】
走査プローブ１００内の電子装置の他の実施形態が可能であることが当業者によって理解されるであろう。たとえば、処理ユニット１５２内のモジュールのいずれかまたはすべては、単一のモジュールになるように物理的に組み合わせられてパッケージング要件に適合させることができる。構成要素３１、３５、１４２、７７、４２、７１、７６のいずれのものも、処理ユニット１５２内のモジュールのいずれかに接続され、または組み込まれ得る。１つまたは複数のチップが、１つのチップになるように組み合わせられ得る。電力／データリンク８０は、設計要件に適合させるためにさまざまな配置で構成され得る。バッテリ７８は、永久的、充電可能、または取り換え可能でもよい。
【０１２３】
図１の走査システムは、通常、４つの主要な接続／通信要件を有する：
−ローカライザ２００またはコンピュータ３００からプローブ１００への電力供給／接地
−ローカライザ２００とコンピュータ３００の間のデータ通信
−プローブ１００とローカライザ２００の間の同期化
−プローブ１００とコンピュータ３００の間のデータ通信。
【０１２４】
当業者は、ケーブルおよび無線の任意の効果的な組み合わせを用いて、これらの接続／通信要件を解決することができる。プローブ、コンピュータ、およびローカライザは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）またはＷｉｆｉ、ＵＳＢまたはＦｉｒｅｗｉｒｅなどの共通のデータリンクを共有することができる。あるいはまたは加えて、データは、当技術分野でよく知られているシリアル・デジタル・インターフェース（ＳＤＩ）を用いてプローブとコンピュータの間で転送され得る。走査プローブ１００は、ローカライザ２００へのケーブル取り付けを有さずに使用され得る。電力および接地のためのケーブルは、バッテリ７８が使用されるとき、デジタル式ストライプ走査プローブ１００の使用中、存在しなくてもよい。データ通信は、Ｗｉ−Ｆｉなどの標準的な高帯域幅無線通信リンクによって行われ得る。精密な時計がローカライザ２００およびデジタル式ストライプ走査プローブ１００の両方内に存在する場合、無線同期化が、２つの時計を確認／調整するために定期的に使用され得る。これらの時計確認の合間では、ローカライザ２００とデジタル式ストライプ走査プローブ１００の両方は、それらのデータパケットの各々を時刻刻印することができ、このデータストリームは、下流側のソフトウエア内で統合され得る。
【０１２５】
走査プローブ１００は、走査プローブ１００のハードウエアまたはファームウエアに必要とされるいかなる変更も有さずに２つ以上の方法で同期化され得る。ローカライザ２００は、さまざまな方法で作動する。同期化の異なるタイプが、異なるローカライザ２００に対して必要とされ得る。デジタル式ストライプ走査プローブ１００と、ローカライザ２００との同期化は、精度のために重要である。デジタル式ストライプ走査プローブ１００は、同期化信号の異なるタイプを生成し受け入れるための手段を有することができ、この手段では、デジタル式ストライプ走査プローブ１００は、マスター、またはローカライザ２００のスレーブ、またはマスター時計のスレーブになることができる。同期化信号は、平易なトリガ信号と、符号化された信号とを含む。同期化信号は、実時間のもの、事前同期されたもの、または事後同期されたものになることができる。事前および事後の同期は、時刻刻印を利用することができる。同期化信号によって送信された符号は、準一意性の識別符号および／または時刻刻印情報になることができる。ほぼすべてのローカライザ−プローブ同期化要件をカバーするには、少数の同期化タイプで十分である。同期化の異なるタイプが、デジタル式ストライプ走査プローブ１００内に設けられ得る。オペレータは、デジタル式ストライプ走査プローブ１００内の設定を変更することによって、ローカライザと共に使用される同期化のタイプを設定する。実施形態は、本明細書において開示する同期化のタイプに限定されず、デジタル式ストライプ走査プローブ１００およびローカライザ２００の同期化のどのような形態も可能である。当業者は、使用される同期化のタイプの設定およびプロトコル／フォーマットを定義することができる。
【０１２６】
上記で説明した実施形態では、ＬＰＵ１４１および単一の検出器１２０が使用される。しかし、複数の検出器が、単一のＬＰＵサブユニット１４０と併用されてもよい。あるいは、複数の検出器が、複数のＬＰＵサブユニット１４０と共に使用されてもよく、たとえば、各々のＬＰＵサブユニット１４０は、異なる向きで（たとえば平行におよび交差して）平面またはストライプを投影することができ、各々の検出器は、それぞれのストライプを検出することができる。
【０１２７】
走査プローブは、構成要素にかかる内部応力を低減する他の特徴を備えることができ、たとえば、内部配線が拡張可能でもよく、たとえば、保護ケースが、基部プレートの周りに力が分散されるようにして取り付けられてもよい。
【０１２８】
上記で説明した実施形態では、走査プローブは、物体を走査するために物体に対して移動させられ、ローカライザは、走査プローブの位置を決定するために使用される。
【０１２９】
しかし、そうではなく、走査プローブが静止位置に維持され、物体が、固定プローブに対して知られている位置まで移動させられてもよい。たとえば、物体の位置は、上記で説明したローカライザの１つを用いて決定されてもよい。
【０１３０】
《本発明の一部の特定の実施形態》
本発明の１つの実施形態は、物体に光を照射し、反射した光を検出することによる物体（４００）の寸法取得のための走査プローブ（１００）であって、
−撮像センサ（１２２）およびセンサレンズ組立体（１２４）を備える検出ユニット（１２０）と、
−レーザ源（１４２）と、ストライプ生成光学系（１４３）を備えるレーザレンズ組立体（１４４）とを備えるレーザユニット（１４０）とを備え、
この場合
−センサレンズ組立体（１２４）は、互いとの、および撮像センサ（１２２）との調整不能な位置合わせで配置された１つまたは複数のレンズを備え、
−検出ユニット（１２０）に対するレーザユニット（１４０）の位置および／または向きは、以後の使用前に調整可能および固定可能である、走査プローブ（１００）である。
【０１３１】
検出ユニット（１２０）に対するレーザユニット（１４０）の位置は、検出ユニット（１２０）に対するレーザユニット（１４０）の並進によって調整可能になり得る。
【０１３２】
検出ユニット（１２０）に対するレーザユニット（１４０）の向きは、レーザユニット（１４０）のピボット軸によって、検出ユニット（１２０）に対して、好ましくは光学三角平面（１４７）に対して垂直な軸に沿って調整可能になることができ、この光学三角平面（１４７）は、レーザレンズ組立体（１４４）の中央軸（１４８）およびセンサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）によって画定される。レーザ源（１４２）に対するストライプ生成光学系（１４３）の向きは、以後の使用前に調整可能および固定可能になり得る。ストライプ生成光学系（１４３）の向きは、レーザレンズ組立体（１４４）の中央軸（１４８）に沿って、ストライプ生成光学系（１４３）をレーザ源（１４２）に対して回転させることによって調整可能になり得る。検出ユニット（１２０）およびレーザユニット（１４０）は、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ得る。検出ユニット（１２０）は、剛体の基部プレート（１５０）に剛体的に取り付けられ得る。レーザユニット（１４０）は、以後の使用前に基部プレート（１５０）に対するレーザユニット（１４０）の位置および／または向きを調整するように構成された調整機構（１６０）を用いて、剛体の基部プレート（１５０）に取り付けられ得る。センサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）およびレーザユニット（１４０）によって投影された三角レーザ平面（１４９）は、好ましくは１５から４５度の間の鋭角を形成することができる。センサレンズ組立体（１２４）の中央軸（１２６）およびレーザレンズ組立体の中央軸（１４８）は、平行ではなく、好ましくは鋭角に交わることができる。センサレンズ組立体（１２４）は、少なくとも２つのレンズ要素を備えることができ、その少なくとも１つは、光学システムの中央軸に対して傾斜され、その少なくとも１つは、光学システムの中央軸に対して垂直である。レーザユニット（１４０）またはこれに取り付けられた支持体は、レーザユニット（１４０）の位置および／または向きを調整するための調整工具を受け入れるためのカップリング（１６１）を備えて設けられ得る。
【０１３３】
本発明の別の実施形態は、請求項１から１２のいずれかに定義された走査プローブ（１００）の組み立てのための方法であって、
−レーザユニット（１４０）の位置および／または向きを検出ユニット（１２０）に対して調整することと、
−レーザユニット（１４０）の位置および／または向きを固定すること、とを含む方法に関する。
【０１３４】
調整は、レーザユニット（１４０）に結合する調整用具を用いて実施され得る。
【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】
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【図６】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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