特許 6049785 測定プローブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6049785

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】測定プローブ

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/012 20060101AFI20161212BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/012

   G01B21/00 P

【請求項の数】22

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2015-43034(P2015-43034)

(22)【出願日】2015年3月5日

(65)【公開番号】特開2016-161514(P2016-161514A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2016年6月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】100080458

【弁理士】

【氏名又は名称】高矢 諭

(74)【代理人】

【識別番号】100076129

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 圭佑

(74)【代理人】

【識別番号】100089015

【弁理士】

【氏名又は名称】牧野 剛博

(74)【代理人】

【識別番号】100144299

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 崇

(74)【代理人】

【識別番号】100150223

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 修三

(72)【発明者】

【氏名】島岡 敦

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 智之

(72)【発明者】

【氏名】日高 和彦

【審査官】 神谷 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−０８８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４３２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５４１４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１９８３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７１０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２２６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３６９４０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０，

２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物に接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部を軸方向に移動可能とする移動部材を備える軸運動機構と、旋回中心に対する旋回運動によって該軸方向と直角をなす面に沿って前記接触部を移動可能とする旋回部材を備える旋回運動機構と、を備える測定プローブであって、
前記旋回運動機構を内蔵するプローブ本体と、
該プローブ本体に支持され、前記軸運動機構を内蔵し、前記スタイラスを支持するプローブモジュールと、
を備え、
前記プローブ本体と前記プローブモジュールとは、互いに位置決め可能な第１係合部で脱着可能に連結されることを特徴とする測定プローブ。

【請求項2】

被測定物に接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部を軸方向に移動可能とする移動部材を備える軸運動機構と、旋回運動によって該軸方向と直角をなす面に沿って前記接触部を移動可能とする旋回部材を備える旋回運動機構と、を備える測定プローブであって、
前記軸運動機構を内蔵するプローブ本体と、
該プローブ本体に支持され、前記旋回運動機構を内蔵し、前記スタイラスを支持するプローブモジュールと、
を備え、
前記プローブ本体と前記プローブモジュールとは、互いに位置決め可能な第１係合部で脱着可能に連結されることを特徴とする測定プローブ。

【請求項3】

請求項２において、
前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールは複数用意され、前記旋回部材の変位した際の単位変位量当たりの復元力はプローブモジュール毎に異なることを特徴とする測定プローブ。

【請求項4】

請求項２または３において、
前記旋回部材は前記旋回運動機構の旋回中心に対して反スタイラス側にバランス部材を備え、該旋回中心と該バランス部材との距離は調整可能とされていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項5】

請求項４において、
前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールは複数用意され、前記旋回中心と前記バランス部材との距離はプローブモジュール毎に異なることを特徴とする測定プローブ。

【請求項6】

請求項２乃至５のいずれかにおいて、
前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールは複数用意され、前記旋回部材は前記旋回運動機構の旋回中心に対して反スタイラス側にバランス部材を備え、該バランス部材の質量はプローブモジュール毎に異なることを特徴とする測定プローブ。

【請求項7】

請求項２乃至６のいずれかにおいて、
前記プローブモジュールは、
前記スタイラスの質量に応じたバランスウェイトと、
前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材に支持され、前記スタイラスと該バランスウェイトとの間のバランスをとるカウンタバランス機構と、を備えることを特徴とする測定プローブ。

【請求項8】

請求項７において、
前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールは複数用意され、前記バランスウェイトの質量はプローブモジュール毎に異なることを特徴とする測定プローブ。

【請求項9】

請求項１において、
前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールは複数用意され、前記移動部材の変位した際の単位変位量当たりの復元力はプローブモジュール毎に異なることを特徴とする測定プローブ。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材を備え、該軸ハウジング部材には前記移動部材の変位を検出する変位検出器が設けられていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項11】

請求項１０において、
前記変位検出器は、前記移動部材の相対的な位置の検出を可能とする相対位置検出信号を出力することを特徴とする測定プローブ。

【請求項12】

請求項１０において、
前記変位検出器は、前記移動部材の絶対的な位置の検出を可能とする絶対位置検出信号を出力することを特徴とする測定プローブ。

【請求項13】

請求項１０乃至１２のいずれかにおいて、
前記軸ハウジング部材には、干渉光源部と、該干渉光源部からの光を反射する参照ミラーと、前記移動部材に配置されるとともに該干渉光源部からの光を反射するターゲットミラーと、を備え、該参照ミラー及び該ターゲットミラーからの反射光それぞれを干渉させて複数の干渉縞を生成可能な干渉光学系が設けられ、
前記変位検出器は、該干渉光学系で生成される前記複数の干渉縞の位相変化を検出可能とされていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項14】

請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
前記プローブ本体を位置決め可能な第２係合部で脱着可能に連結し支持する前段モジュールを備え、
前記旋回部材の反スタイラス側端部に基準部材が設けられ、前記スタイラスの旋回動作に対応する該基準部材の変位を検出する姿勢検出器が前記前段モジュールに内蔵されていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項15】

請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
前記旋回部材の反スタイラス側端部に基準部材が設けられ、前記スタイラスの旋回動作に対応する該基準部材の変位を検出する姿勢検出器が前記プローブ本体に内蔵されていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項16】

請求項１５において、
前記軸運動機構は、前記移動部材を変位可能とする複数の第１ダイヤフラム構造体を備え、
該軸運動機構が前記プローブ本体に内蔵され、且つ前記旋回運動機構が前記プローブモジュールに内蔵される際に、
前記姿勢検出器は、該旋回運動機構と該複数の第１ダイヤフラム構造体との間に配置されていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項17】

請求項１４乃至１６のいずれかにおいて、
前記基準部材は、光を反射する反射鏡とされ、
該反射鏡へ光軸に沿って光を入射させる光源部が設けられ、
前記姿勢検出器は、該反射鏡から反射される反射光の該光軸からの変位を検出することを特徴とする測定プローブ。

【請求項18】

請求項１７において、
前記光軸は、前記旋回運動機構の旋回中心を通るよう設けられていることを特徴とする測定プローブ。

【請求項19】

請求項１乃至１８のいずれかにおいて、
前記軸運動機構は前記移動部材を変位可能とする複数の第１ダイヤフラム構造体を備え、
該複数の第１ダイヤフラム構造体の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第１制限部材を備えることを特徴とする測定プローブ。

【請求項20】

請求項１乃至１９のいずれかにおいて、
前記旋回運動機構は前記旋回部材を変位可能とする第２ダイヤフラム構造体を備え、
該第２ダイヤフラム構造体の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第２制限部材を備えることを特徴とする測定プローブ。

【請求項21】

請求項１乃至２０のいずれかにおいて、
前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材と一体とされ前記移動部材に対峙して配置される第１壁部材と、該移動部材と、の間の少なくとも一部の隙間に第１粘性材料が充填されることを特徴とする測定プローブ。

【請求項22】

請求項１乃至２１のいずれかにおいて、
前記旋回運動機構は前記旋回部材を変位可能とする第２ダイヤフラム構造体を備え、
該旋回運動機構を支持する旋回ハウジング部材と一体とされる第２壁部材と、該第２ダイヤフラム構造体もしくは前記旋回部材と、の間の少なくとも一部の隙間に第２粘性材料が充填されることを特徴とする測定プローブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定プローブに係り、特に、低コスト化を可能としながらスタイラスに応じた相応の検出感度及び復元力が実現可能な測定プローブに関する。

【背景技術】

【0002】

被測定物の表面に接触して、被測定物の表面の形状を検出する測定装置は、例えば、三次元測定機などが知られている。三次元測定機では、被測定物に接触してその表面形状を検出するための測定プローブが使用されている（特許文献１）。特許文献１で示す測定プローブは、被測定物（の表面）に接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部を測定プローブの中心軸の方向（Ｚ方向、軸方向Ｏとも称する）に移動可能とする移動部材を備える軸運動機構と、旋回運動によって該Ｚ方向と直角をなす面に沿って前記接触部を移動可能とする旋回部材を備える旋回運動機構と、を備えている。特許文献１においては、軸運動機構と旋回運動機構とは、直列に接続されており、スタイラスの接触部の移動可能な方向を互いに異なるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４４１７１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スタイラスは、被測定物に応じて変更がなされる。その際に、その変更したスタイラスに対応する軸運動機構及び旋回運動機構を選択することで、そのスタイラスに応じた相応の検出感度及び復元力（スタイラスの変位を元に戻す力）を実現することが可能となる。しかしながら、スタイラスの数は、わずかな相違を含めれば膨大にあり、それらすべてに最適な軸運動機構及び旋回運動機構を用意すると、多額の費用がかかり、現実的な対応とはならない。このため、ある程度特性（質量や長さなど）が近い複数のスタイラスに対して、１つの軸運動機構及び旋回運動機構が適用されることとなる。

【0005】

しかしながら、特許文献１のように軸運動機構と旋回運動機構とが一体となっている場合には、必ず、軸運動機構と旋回運動機構とを一緒に変更しなければならない。例えば、変更したスタイラスに対して、軸運動機構と旋回運動機構とのうちのいずれか一方の運動機構は許容できるが、残りの運動機構は変更したほうがよい場合などでも、両方の運動機構を同時に変更せざるを得ない。つまり、相応の運動機構の性能を確保し相応の検出感度及び復元力を実現するうえでは、特許文献１のような構成では、コストを抑制しながら、軸運動機構及び旋回運動機構を適切に選択することが困難であった。

【0006】

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、低コスト化を可能としながらスタイラスに応じた相応の検出感度及び復元力を実現可能とする測定プローブを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願の請求項１に係る発明は、被測定物に接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部を軸方向に移動可能とする移動部材を備える軸運動機構と、旋回中心に対する旋回運動によって該軸方向と直角をなす面に沿って前記接触部を移動可能とする旋回部材を備える旋回運動機構と、を備える測定プローブであって、前記旋回運動機構を内蔵するプローブ本体と、該プローブ本体に支持され、前記軸運動機構を内蔵し、前記スタイラスを支持するプローブモジュールと、を備え、前記プローブ本体と前記プローブモジュールとが、互いに位置決め可能な第１係合部で脱着可能に連結されることにより、前記課題を解決したものである。

【0008】

本願の請求項２に係る発明は、被測定物に接触する接触部を有するスタイラスと、該接触部を軸方向に移動可能とする移動部材を備える軸運動機構と、旋回運動によって該軸方向と直角をなす面に沿って前記接触部を移動可能とする旋回部材を備える旋回運動機構と、を備える測定プローブであって、前記軸運動機構を内蔵するプローブ本体と、該プローブ本体に支持され、前記旋回運動機構を内蔵し、前記スタイラスを支持するプローブモジュールと、を備え、前記プローブ本体と前記プローブモジュールとが、互いに位置決め可能な第１係合部で脱着可能に連結されるものである。

【0009】

本願の請求項３に係る発明は、前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールを複数用意し、前記旋回部材の変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール毎に異なるようにしたものである。

【0010】

本願の請求項４に係る発明は、前記旋回部材が前記旋回運動機構の旋回中心に対して反スタイラス側にバランス部材を備え、該旋回中心と該バランス部材との距離を調整可能としたものである。

【0011】

本願の請求項５に係る発明は、前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールを複数用意し、前記旋回中心と前記バランス部材との距離をプローブモジュール毎に異なるようにしたものである。

【0012】

本願の請求項６に係る発明は、前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールを複数用意し、前記旋回部材は前記旋回運動機構の旋回中心に対して反スタイラス側にバランス部材を備え、該バランス部材の質量をプローブモジュール毎に異なるようにしたものである。

【0013】

本願の請求項７に係る発明は、前記プローブモジュールが、前記スタイラスの質量に応じたバランスウェイトと、前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材に支持され、前記スタイラスと該バランスウェイトとの間のバランスをとるカウンタバランス機構と、を備えるようにしたものである。

【0014】

本願の請求項８に係る発明は、前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールを複数用意し、前記バランスウェイトの質量をプローブモジュール毎に異なるようにしたものである。

【0016】

本願の請求項９に係る発明は、前記プローブ本体の１つに対して前記プローブモジュールを複数用意し、前記移動部材の変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール毎に異なるようにしたものである。

【0017】

本願の請求項１０に係る発明は、前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材を備え、該軸ハウジング部材には前記移動部材の変位を検出する変位検出器を設けたものである。

【0018】

本願の請求項１１に係る発明は、前記変位検出器で、前記移動部材の相対的な位置の検出を可能とする相対位置検出信号を出力するようにしたものである。

【0019】

本願の請求項１２に係る発明は、前記変位検出器で、前記移動部材の絶対的な位置の検出を可能とする絶対位置検出信号を出力するようにしたものである。

【0020】

本願の請求項１３に係る発明は、前記軸ハウジング部材には、干渉光源部と、該干渉光源部からの光を反射する参照ミラーと、前記移動部材に配置されるとともに該干渉光源部からの光を反射するターゲットミラーと、を備え、該参照ミラー及び該ターゲットミラーからの反射光それぞれを干渉させて複数の干渉縞を生成可能な干渉光学系を設け、前記変位検出器で、該干渉光学系で生成される前記複数の干渉縞の位相変化を検出可能としたものである。

【0021】

本願の請求項１４に係る発明は、前記プローブ本体を位置決め可能な第２係合部で脱着可能に連結し支持する前段モジュールを備え、前記旋回部材の反スタイラス側端部に基準部材を設け、前記スタイラスの旋回動作に対応する該基準部材の変位を検出する姿勢検出器を前記前段モジュールに内蔵したものである。

【0022】

本願の請求項１５に係る発明は、前記旋回部材の反スタイラス側端部に基準部材を設け、前記スタイラスの旋回動作に対応する該基準部材の変位を検出する姿勢検出器を前記プローブ本体に内蔵したものである。

【0023】

本願の請求項１６に係る発明は、前記軸運動機構が、前記移動部材を変位可能とする複数の第１ダイヤフラム構造体を備え、該軸運動機構を前記プローブ本体に内蔵し、且つ前記旋回運動機構を前記プローブモジュールに内蔵する際に、前記姿勢検出器を、該旋回運動機構と該複数の第１ダイヤフラム構造体との間に配置したものである。

【0024】

本願の請求項１７に係る発明は、前記基準部材を、光を反射する反射鏡とし、該反射鏡へ光軸に沿って光を入射させる光源部を設け、前記姿勢検出器で、該反射鏡から反射される反射光の該光軸からの変位を検出するようにしたものである。

【0025】

本願の請求項１８に係る発明は、前記光軸を、前記旋回運動機構の旋回中心を通るように設けたものである。

【0026】

本願の請求項１９に係る発明は、前記軸運動機構が前記移動部材を変位可能とする複数の第１ダイヤフラム構造体を備え、該複数の第１ダイヤフラム構造体の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第１制限部材を備えるようにしたものである。

【0027】

本願の請求項２０に係る発明は、前記旋回運動機構が前記旋回部材を変位可能とする第２ダイヤフラム構造体を備え、該第２ダイヤフラム構造体の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第２制限部材を備えるようにしたものである。

【0028】

本願の請求項２１に係る発明は、前記軸運動機構を支持する軸ハウジング部材と一体とされ前記移動部材に対峙して配置される第１壁部材と、該移動部材と、の間の少なくとも一部の隙間に第１粘性材料を充填したものである。

【0029】

本願の請求項２２に係る発明は、前記旋回運動機構が前記旋回部材を変位可能とする第２ダイヤフラム構造体を備え、該旋回運動機構を支持する旋回ハウジング部材と一体とされる第２壁部材と、該第２ダイヤフラム構造体もしくは前記旋回部材と、の間の少なくとも一部の隙間に第２粘性材料を充填したものである。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、低コスト化を可能としながらスタイラスに応じた相応の検出感度及び復元力が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の第１実施形態に係る測定プローブを用いた測定システムの一例を示す模式図

【図2】本発明に係る測定プローブの断面を示す模式図（正面図（Ａ）、斜視図（Ｂ））

【図3】測定プローブ及びその周辺部の構成を示すブロック図

【図4】測定プローブで用いられるダイヤフラム構造体の一例を示す模式図（軸運動機構で用いられる第１ダイヤフラム構造体の図（Ａ）、旋回運動機構で用いられる第２ダイヤフラム構造体の図（Ｂ）、旋回運動機構で用いられる第２ダイヤフラム構造体の機能図（Ｃ））

【図5】プローブモジュールを示す模式図（バランス部材の移動前後の断面図（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）に対応する機能図（Ｃ）、図５（Ｂ）に対応する機能図（Ｄ））

【図6】プローブモジュールを示す模式図（バランス部材の質量違いを示す断面図（Ａ）、（Ｂ）、図６（Ａ）に対応する機能図（Ｃ）、図６（Ｂ）に対応する機能図（Ｄ））

【図7】測定プローブを示す機能図（バランス部材の質量違いを示す図（Ａ）、（Ｂ））

【図8】本発明の第２実施形態に係る測定プローブの断面を示す模式図（正面図（Ａ）、側面図（Ｂ））

【図9】本発明の第３実施形態に係る測定プローブの断面を示す模式図

【図10】本発明の第４実施形態に係る測定プローブの断面を示す模式図

【図11】図１０の干渉光学系を示す模式図（構成要素の配置図（Ａ）、変位検出器に干渉光が投射される様子を示す図（Ｂ）、変位検出器で検出される干渉光の位相と周波数を示す図（Ｃ））

【図12】本発明に係る測定プローブの断面を示す模式図（第５実施形態の図（Ａ）、第６実施形態の図（Ｂ））

【図13】図１２（Ｂ）の測定プローブの一部を示す斜視図（プローブモジュールにスタイラスが連結された図（Ａ）、カウンタバランス機構の図（Ｂ）、スタイラスの図（Ｃ））

【図14】本発明の第７実施形態に係る測定プローブの断面を示す模式図

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

【0033】

本発明に係る第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。

【0034】

最初に、測定システム１００の全体構成を説明する。

【0035】

測定システム１００は、図１に示す如く、測定プローブ３００を移動させる三次元測定機２００と、手動操作するジョイスティック１１１を有する操作部１１０と、三次元測定機２００の動作を制御するモーションコントローラ５００と、を備える。また、測定システム１００は、モーションコントローラ５００を介して三次元測定機２００を動作させるとともに三次元測定機２００によって取得した測定データを処理して被測定物Ｗの寸法や形状などを求めるホストコンピュータ６００と、測定条件等を入力する入力手段１２０と、測定結果を出力する出力手段１３０と、を備える。

【0036】

次に、各構成要素について説明する。

【0037】

前記三次元測定機２００は、図１に示す如く、測定プローブ３００と、定盤２１０と、定盤２１０に立設されて測定プローブ３００を三次元的に移動させる駆動機構２２０と、駆動機構２２０の駆動量を検出する駆動センサ２３０と、を備えている。

【0038】

測定プローブ３００は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、スタイラス３０６と、軸運動機構３１０と、旋回運動機構３３４と、を備える。スタイラス３０６の接触部３４８は、軸運動機構３１０と旋回運動機構３３４とにより、被測定物Ｗの表面Ｓに接触した際にその形状に倣って３方向に自在に変位する構成とされている。

【0039】

更に、 図２（Ａ）、（Ｂ）を用いて、測定プローブ３００の構成概略について説明する。なお、以下の説明のために、図２（Ａ）の紙面上下方向にＺ方向をとり、紙面左右方向にＸ方向をとり、紙面垂直方向にＹ方向をとる。このため、測定プローブ３００の中心軸Ｏの方向（軸方向Ｏ）は、Ｚ方向と同一となる。

【0040】

測定プローブ３００は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、被測定物Ｗに接触する接触部３４８を有するスタイラス３０６と、接触部３４８を軸方向Ｏに移動可能とする移動部材３１２を備える軸運動機構３１０と、旋回運動によって軸方向Ｏと直角をなす面に沿って接触部３４８を移動可能とする旋回部材ＲＰを備える旋回運動機構３３４と、を備える。ここで、測定プローブ３００は、軸運動機構３１０を内蔵するプローブ本体３０２と、プローブ本体３０２に支持され、旋回運動機構３３４を内蔵し、スタイラス３０６を支持するプローブモジュール３０４と、を備える。そして、プローブ本体３０２とプローブモジュール３０４とは、互いに位置決め可能なローラ３１２Ｆと球３３２Ｂ（第１係合部）で脱着可能に連結されている。

【0041】

なお、スタイラス３０６は、複数（接触部３４８の材質や位置や質量等が異なる）が用意される。そして、スタイラス３０６に対応して、１つのプローブ本体３０２に対して、複数のプローブモジュール３０４（必ずしもスタイラス３０６の数と同一ではない）が用意される。なお、「内蔵」は、それぞれのハウジング部材（「内蔵」の対象部材がプローブ本体３０２に「内蔵」されるのであれば本体ハウジング３０８、「内蔵」の対象部材がプローブモジュール３０４に「内蔵」されるのであればモジュールハウジング３３０）の径方向内側で支持され、且つその「内蔵」の対象部材がそれぞれのハウジング部材の外側に配置される他のモジュールもしくは他のハウジング部材の内側にだけ入り込む部分を有さないことを意味するものとする。

【0042】

以下、測定プローブ３００の構成要素について詳細に説明する。

【0043】

前記プローブ本体３０２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、本体ハウジング（軸ハウジング部材）３０８と、軸運動機構３１０と、姿勢検出器３２２と、変位検出器３２８と、信号処理回路３２９（図３）と、を備える。

【0044】

本体ハウジング３０８は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、下端に開口部３０８Ａを備えた蓋付円筒形状とされている。そして、本体ハウジング３０８は、移動部材３１２のフランジ部３１２Ｅを除いて、軸運動機構３１０を径方向内側に支持し収納している。フランジ部３１２Ｅは、プローブモジュール３０４の内側に入り込むことなく、プローブモジュール３０４に連結されている。

【0045】

軸運動機構３１０は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、移動部材３１２と、移動部材３１２を本体ハウジング３０８に対して変位可能とする一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５と、を備える。

【0046】

移動部材３１２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、軸心を中空部３１２Ｂとした略円筒形状とされている。より具体的には、移動部材３１２は、Ｚ方向の上方から下方に向かって、肉厚部３１２Ｃ、肉薄部３１２Ｄ、及びフランジ部３１２Ｅが一体とされ構成されている。肉厚部３１２Ｃには、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５が連結されている。肉薄部３１２Ｄは、肉厚部３１２Ｃの下方に形成されている。なお、本体ハウジング３０８の開口部３０８Ａの開口径は、肉厚部３１２Ｃの外径よりも小さくされている。そして、フランジ部３１２Ｅの外径は、開口部３０８Ａの開口径よりも大きくされている。ここで、肉厚部３１２Ｃの下端部３１２ＣＡと開口部３０８Ａの上端部３０８ＡＡとの距離及びフランジ部３１２Ｅの上端部３１２ＥＡと開口部３０８Ａの下端部３０８ＡＢとの距離は、移動部材３１２のＺ方向への変位を規制して、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５が弾性変形の範囲内となるように定められている。即ち、プローブ本体３０２は、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第１制限部材となる本体ハウジング３０８及び移動部材３１２を備えているといえる。

【0047】

フランジ部３１２Ｅの下端外周には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、周方向で１２０度毎に一対のローラ３１２Ｆが３つ設けられている。そして、ローラ３１２Ｆとは周方向で位相が６０度ずれた状態で永久磁石３１２Ｇが３つ設けられている。なお、一対のローラ３１２Ｆの軸方向は、フランジ部３１２Ｅの中心に向かう略径方向と同一とされている。

【0048】

第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５は、図４（Ａ）に示す如く、弾性変形可能な略円盤形状の部材である。材質としてはリン青銅など（他の材料でもよい）である。第１ダイヤフラム構造体３１５は第１ダイヤフラム構造体３１４と同一とされている（これに限らず、互いに異なる形状とされていてもよい）。このため、第１ダイヤフラム構造体３１４についてのみ、図４（Ａ）を用いて説明する。

【0049】

第１ダイヤフラム構造体３１４には、図４（Ａ）に示す如く、周方向で位相が１２０度ずれた３つの切り抜き部３１４Ｄが設けられている。切り抜き部３１４Ｄにより、第１ダイヤフラム構造体３１４の径方向外側から内側に向かって、外周部３１４Ａとリム部３１４Ｂと中心部３１４Ｃとが設けられている。外周部３１４Ａは、第１ダイヤフラム構造体３１４の最外周にあり、本体ハウジング３０８に固定される部分である。リム部３１４Ｂは隣接する２つの切り抜き部３１４Ｄにより周方向に帯状とされ、外周部３１４Ａの内側に配置されている。そして、リム部３１４Ｂの両端部は、それぞれ外周部３１４Ａと中心部３１４Ｃとに連結されている。中心部３１４Ｃは、移動部材３１２を支持する部分であり、リム部３１４Ｂのさらに内側に配置されている。本体ハウジング３０８に対する移動部材３１２の変位により、第１ダイヤフラム構造体３１４は、中心部３１４Ｃが上下動し、リム部３１４Ｂが弾性変形する構造となっている。なお、第１ダイヤフラム構造体の構造は、本実施形態で示す形状に限定されるものではない（後述する第２ダイヤフラム構造体も同様である）。

【0050】

一方、移動部材３１２の上端部３１２Ａには、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、スケールブラケット３２４が配置されている。スケールブラケット３２４上には、基準部材３２６が配置されている。そして、基準部材３２６に対向して、基準部材３２６からの反射光を検出する変位検出器３２８が配置されている。なお、変位検出器３２８は、基準部材３２６に光を照射する光源を内蔵している。基準部材３２６の変位検出器３２８側の表面には、光源からの光の反射率が異なるインクリメンタルパターンが一定間隔でＺ方向に設けられている。即ち、基準部材３２６は、反射型の固体スケールとされている。この基準部材３２６、変位検出器３２８、光源により、２相正弦波信号を出力する光電式リニアエンコーダが構成されている。つまり、本体ハウジング３０８には、移動部材３１２の変位を検出する変位検出器３２８が設けられている。変位検出器３２８は、移動部材３１２の変位に対応してインクリメンタルパターンの所定の周期で繰り返される周期信号を出力する（つまり、変位検出器３２８は、移動部材３１２の相対的な位置の検出を可能とする相対位置検出信号を出力する構成である）。この周期信号は、信号処理回路３２９で波形整形される。そして、信号処理回路３２９からは、基準部材３２６のＺ方向の変位を求めるためのＺ２相ｓｉｎ波が出力される。

【0051】

また、本体ハウジング３０８の内側側面には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、別の光源（光源部）３１８が設けられている。光源３１８から出射された光をＺ方向に向けるビームスプリッタ３２０が、光源３１８に対峙して支持部材３１９に支持されている（なお、支持部材３１９は、本体ハウジング３０８の内側に固定されている）。Ｚ方向に向けられた光（光軸ＯＡを通過する光）は、移動部材３１２の中空部３１２Ｂを通過し、旋回部材ＲＰの反スタイラス側端部に設けられた（光を反射する反射鏡とされた）基準部材３１６で反射される（即ち、プローブ本体３０２には、基準部材３１６へ光軸ＯＡに沿って光を入射させる光源３１８が設けられている）。反射光は、ビームスプリッタ３２０を通過し、本体ハウジング３０８の内側上面に配置された姿勢検出器３２２（つまり、姿勢検出器３２２はプローブ本体３０２に内蔵されている）で基準部材３１６から反射された光を検出する。よって、基準部材３１６の変位（傾斜）により姿勢検出器３２２で検出される反射光の位置が変化することから、姿勢検出器３２２は基準部材３１６から反射される反射光の光軸ＯＡからの変位を検出することができる。つまり、姿勢検出器３２２は、スタイラス３０６の旋回動作に対応する基準部材３１６の変位（傾斜）を検出することができる。光軸ＯＡは、旋回運動機構３３４の旋回中心ＲＣを通るように設けられている（つまり、中心軸Ｏと光軸ＯＡとは同一となる）。

【0052】

なお、基準部材３１６は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、表面が凹面形状となっており、姿勢検出器３２２で検出される反射光の光軸ＯＡからの変位量を少なくして姿勢検出器３２２のサイズの小型化を図っている。姿勢検出器３２２の出力も信号処理回路３２９に入力される。そして、姿勢検出器３２２の出力は信号処理回路３２９で波形整形される。そして、信号処理回路３２９からは、基準部材３１６の姿勢変化で生じる光軸ＯＡからの反射光のＸＹ方向への変位に基づく変位電圧（ＸＹ変位電圧）が出力される。

【0053】

前記プローブモジュール３０４は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、モジュールカバー３３２と、モジュールハウジング３３０と、旋回運動機構３３４と、を備えている。なお、本実施形態では、モジュールカバー３３２とモジュールハウジング３３０とで旋回ハウジング部材が構成されている。

【0054】

モジュールカバー３３２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、中心に開口部３３２Ａを備えるフランジ形状とされている。モジュールカバー３３２は、フランジ部３１２Ｅに対応する部材である。即ち、一対のローラ３１２Ｆの両方に接するように、球３３２Ｂがモジュールカバー３３２の周方向で１２０度毎に３つ配置されている。そして、永久磁石３１２Ｇに対応して、永久磁石３１２Ｇと引き合う磁性部材（永久磁石でよい）３３２Ｃが、球３３２Ｂとは６０度位相がずれた状態で配置されている。

【0055】

ここで、３つの球３３２Ｂは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、対応する一対のローラ３１２Ｆの表面それぞれに接触する。このため、永久磁石３１２Ｇと磁性部材３３２Ｃとが所定の力で引き合った状態では、フランジ部３１２Ｅにモジュールカバー３３２が６点着座（接触）された状態となる。つまり、高い位置決め精度を実現しながら、モジュールカバー３３２とフランジ部３１２Ｅとを連結することができる。即ち、モジュールカバー３３２とフランジ部３１２Ｅとは、脱着可能な連結機構であるキネマティックジョイント（キネマティックカップリングとも称する）を構成している状態である。このキネマティックジョイントにより、プローブモジュール３０４とフランジ部３１２Ｅとが脱着を繰り返しても、高い位置決め再現性を実現することが可能である。なお、プローブモジュール３０４に横方向（Ｚ方向と直交する方向）から大きな力が加わったときには、フランジ部３１２Ｅからプローブモジュール３０４が脱落（すべてのローラ３１２Ｆに球３３２Ｂが接触しない状態となった場合だけでなく、一部でのみローラ３１２Ｆに球３３２Ｂが接触しない状態となった場合も含む）して、プローブ本体３０２の破損を防止することが可能である（このため、永久磁石３１２Ｇと磁性部材３３２Ｃとの引き合う所定の力は、上述した大きな力に対応した力とされる）。なお、キネマティックジョイントは、ローラと球との組み合わせでなく、Ｖ溝と球との組み合わせでもよい。また、ローラと球との組み合わせでその順序が逆であってもよい。つまり、６点着座できる構造であれば、ローラと球との組み合わせに限定されない。

【0056】

モジュールハウジング３３０は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、下端に開口部３３０Ａを備える略円筒形状の部材である。そして、モジュールハウジング３３０は、旋回運動機構３３４を径方向内側で支持する。

【0057】

旋回運動機構３３４は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、フランジ部材３４２を除いてモジュールハウジング３３０の内側に収納されている。フランジ部材３４２は、スタイラス３０６の内側に入り込むことなく、スタイラス３０６に連結されている。そして、旋回運動機構３３４は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、旋回部材ＲＰと、旋回部材ＲＰをモジュールハウジング３３０に対して変位可能とする第２ダイヤフラム構造体３４０と、を備える。

【0058】

旋回部材ＲＰは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０に支持される部材であって、バランス部材３３８と、上部部材３３６と、フランジ部材３４２と、を備える。

【0059】

バランス部材３３８は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０の上部に配置され、スタイラス３０６に対応する重量とされている（つまり、旋回部材ＲＰは、旋回運動機構３３４の旋回中心ＲＣに対して反スタイラス側にバランス部材３３８を備えている構成である）。このバランス部材３３８を適切に設定する（あるいは、後述するように、旋回中心ＲＣとバランス部材３３８との距離を調整する）ことで、スタイラス３０６を含めて旋回部材ＲＰで支持される部材の重心位置を旋回中心ＲＣに一致させることができる。このため、例えば、測定プローブ３００を横向きにしても、スタイラス３０６の中心軸が軸方向Ｏから傾くことを防止することができる。即ち、測定プローブ３００自体の姿勢を変更されても、スタイラス３０６が姿勢検出器３２２の測定範囲の中央に留まることができ、姿勢検出器３２２としてより簡易化、小型化、高分解能化したものを採用することが可能となる。バランス部材３３８の上端部（旋回部材ＲＰの反スタイラス側端部）には、基準部材３１６が設けられている。なお、バランス部材３３８の側面３３８Ｂとモジュールハウジング３３０の内側側面３３０Ｂとの距離は、バランス部材３３８の傾斜（変位）を規制して、第２ダイヤフラム構造体３４０が弾性変形の範囲内となるように定められている。即ち、プローブモジュール３０４は、第２ダイヤフラム構造体３４０の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第２制限部材となるモジュールハウジング３３０及びバランス部材３３８を備えているといえる。

【0060】

上部部材３３６は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０に係合しバランス部材３３８を支持する構成となっている。なお、上部部材３３６の凸部３３６Ａには、雄ねじが設けられている。そして、凸部３３６Ａに対応するバランス部材３３８の凹部３３８Ａには、雌ねじが設けられている。このため、バランス部材３３８の上部部材３３６への螺合状態を変化させることで、旋回中心ＲＣとバランス部材３３８との距離が調整可能とされている。例えば、図５（Ａ）で示す如く、スタイラス３０６に対してはバランス部材３３８を用いることで、スタイラス３０６を連結した状態の旋回部材ＲＰの重心位置を旋回中心ＲＣに一致させているとする。ここで、スタイラス３０６よりもスタイラス３０７の長さ及び質量が大きい場合には、図５（Ｂ）に示す如く、バランス部材３３８の旋回中心ＲＣからの距離をＬ１からＬ２に変化させることで、スタイラス３０７を連結した状態の旋回部材ＲＰ（第２ダイヤフラム構造体３４０に支持される部材）の重心位置を旋回中心ＲＣに一致させることが可能となる。つまり、同一のバランス部材３３８を用いたプローブモジュール３０４で、複数のスタイラス３０６に適合させることができる。あるいは同一の質量のバランス部材３３８の位置を変化させたプローブモジュール３０４を複数用意して、複数のスタイラス３０６に適合させることもできる（即ち、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４を複数用意し、旋回中心ＲＣとバランス部材３３８との距離をプローブモジュール３０４毎に異なるようにすることができる）。なお、図５（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、図５（Ａ）、（Ｂ）に対応する機能を示す模式図である。ここで、符号ｍ_cは、旋回中心ＲＣの上側にくる部材の部分の質量、また、符号Ｌ１、Ｌ２は、旋回中心ＲＣの上側にくる部材の部分の旋回中心ＲＣからの各重心位置までの距離を示している。そして、符号ｍ_s1、ｍ_s2は、旋回中心ＲＣの下側にくる部材の部分の質量、また、符号Ｌ１１、Ｌ２１は、旋回中心ＲＣの下側にくる部材の部分の旋回中心ＲＣからの各重心位置までの距離を示している。

【0061】

あるいは、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４、３０５が用意され、バランス部材３３８、３３９の質量がプローブモジュール３０４、３０５毎に異なるようにされていてもよい（なお、プローブモジュールは２つとは限らない）。例えば、図６（Ａ）で示す如く、スタイラス３０６に対してはバランス部材３３８を用いることで、スタイラス３０６を連結した状態の旋回部材ＲＰの重心位置を旋回中心ＲＣに一致させているとする。ここで、スタイラス３０６よりもスタイラス３０７の長さ及び質量が大きい場合には、図６（Ｂ）に示す如く、バランス部材３３８よりも質量が大きなバランス部材３３９を用いることで、スタイラス３０７を連結した状態の旋回部材ＲＰの重心を旋回中心ＲＣに一致させることが可能となる（さらに、図５（Ａ）、（Ｂ）に示したように、バランス部材３３９も旋回中心ＲＣからの距離を調整可能とされていてもよい）。なお、図６（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、図６（Ａ）、（Ｂ）に対応する機能を示す模式図であり、図５（Ｃ）、（Ｄ）と同様の表示方法で示したものである。

【0062】

また、図７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図６（Ａ）、（Ｂ）のプローブモジュール３０４、３０５がプローブ本体３０２に連結された状態における機能を示す模式図である。スタイラス３０６からスタイラス３０７に変更された際には、スタイラス３０７に対応するプローブモジュール３０５を用いると、プローブ本体３０２で支持する重量が変化し、変位検出器３２８で検出する初期位置（ゼロ点）が距離Ｌだけ異なることとなる。しかし、その初期位置の違いはＺ方向のみとなる。このため、変位検出器３２８にＺ方向にロングレンジ（長い検出範囲）を有し高分解能に位置検出可能なリニアエンコーダを用いることで、スタイラス３０７への交換にもＺ方向の検出精度を落とすことなく対応が可能となっている。

【0063】

第２ダイヤフラム構造体３４０も、図４（Ｂ）に示す如く、弾性変形可能な略円盤形状の部材である。材質としてはリン青銅など（他の材質でもよい）である。第２ダイヤフラム構造体３４０には、周方向で位相が１８０度異なる２つの円弧形状の切り抜き部３４０Ｅが設けられ、２つのヒンジ部３４０Ｃが形成されている。切り抜き部３４０Ｅの径方向内側には、更に周方向で位相が１８０度異なる２つの円弧形状の切り抜き部３４０Ｆが設けられ、２つのヒンジ部３４０Ｄが形成されている。切り抜き部３４０Ｅ、３４０Ｆにより、第２ダイヤフラム構造体３４０の径方向外側から内側に向かって、外周部３４０Ａとリム部３４０Ｇと中心部３４０Ｂとが設けられている。

【0064】

外周部３４０Ａは、図４（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０の最外周にあり、モジュールハウジング３３０に固定される部分である。リム部３４０Ｇは、径方向の両側に設けられた切り抜き部３４０Ｅ、３４０Ｆにより周方向に帯状とされている。そして、リム部３４０Ｇは、外周部３４０Ａの内側に配置され、ヒンジ部３４０Ｃで外周部３４０Ａと、ヒンジ部３４０Ｄで中心部３４０Ｂと連結されている。中心部３４０Ｂは、上部部材３３６を支持する部分であり、リム部３４０Ｇのさらに内側に配置されている。切り抜き部３４０Ｅと切り抜き部３４０Ｆとは位相が９０度異なる。このため、第２ダイヤフラム構造体３４０の中心（旋回中心ＲＣ）を軸として、中心部３４０Ｂは互いに直交する２方向に傾斜可能（旋回可能）な構造となっている。

【0065】

なお、図４（Ｃ）は、第２ダイヤフラム構造体３４０の機能を示す模式図であり、符号ｋは、中心部３４０Ｂが変位（旋回）した際の単位変位量（角度）当たりの復元力を示している。即ち、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４を複数用意した際には、旋回部材ＲＰの変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール３０４毎に異なるようにすることができる。このため、個々のスタイラス３０６に対して、適切な復元力を有するプローブモジュール３０４を用いることが可能となる。

【0066】

フランジ部材３４２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０を上部部材３３６と挟み込む形態で、上部部材３３６に支持されている。ここで、フランジ部材３４２の上端部３４２Ｃと開口部３３０Ａの下端部３３０ＡＡとの距離は、フランジ部材３４２のＺ方向の上側への変位を規制して、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５が弾性変形の範囲内となるようにされている。即ち、プローブモジュール３０４は、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第１制限部材となるモジュールハウジング３３０及びフランジ部材３４２を備えているといえる。もちろん、スタイラス３０６やプローブモジュール３０４に過大な負荷が加わった場合には、第１制限部材（後述する第２制限部材を含む）が作用する前に、スタイラス３０６が脱落する構成となっている。フランジ部材３４２の下端外周には、周方向で１２０度毎に一対のローラ３４２Ａが３つ設けられている。そして、中心軸Ｏ上に永久磁石３４２Ｂが３つ設けられている。なお、一対のローラ３４２Ａの軸方向は、フランジ部材３４２の中心に向かう略径方向と同一とされている。

【0067】

前記スタイラス３０６は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、フランジ部３４４と、ロッド部３４６と、接触部３４８と、を備える。

【0068】

フランジ部３４４は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、フランジ部材３４２に対応する部材である。即ち、一対のローラ３４２Ａの両方に接するように、球３４４Ａがフランジ部３４４の周方向で１２０度毎に３つ配置されている。そして、フランジ部３４４には、永久磁石３４２Ｂに対応して、永久磁石３４２Ｂと引き合う磁性部材（永久磁石でよい）３４４Ｂが配置されている。

【0069】

ここで、３つの球３４４Ａは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、対応する一対のローラ３４２Ａの表面それぞれに接触する。このため、永久磁石３４２Ｂと磁性部材３４４Ｂとが所定の力で引き合った状態では、フランジ部材３４２にフランジ部３４４が６点着座された状態となる。つまり、高い位置決め精度を実現しながら、フランジ部材３４２とフランジ部３４４とを連結することができる。即ち、フランジ部３４４とフランジ部材３４２とは、脱着可能な連結機構であるキネマティックジョイントを構成している状態である。このキネマティックジョイントにより、スタイラス３０６とフランジ部材３４２とが脱着を繰り返しても、高い位置決め再現性を実現することが可能である。なお、スタイラス３０６に横方向（軸方向Ｏと直交する方向）から大きな力が加わったときには、フランジ部材３４２からスタイラス３０６が脱落をして、プローブモジュール３０４の破損を防止することが可能である。

【0070】

ロッド部３４６は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、その基端がフランジ部３４４に取り付けられている。ロッド部３４６の先端には、球形の接触部３４８が設けられている。なお、スタイラス３０６に変位がない基準状態においてスタイラス３０６の中心軸の方向がＺ方向（軸方向Ｏ）となる。

【0071】

次に、プローブ信号処理部５３０について、図３を用いて説明する。

【0072】

プローブ信号処理部５３０は、図３に示す如く、Ａ／Ｄ回路５３２と、ＦＰＧＡ５３４と、カウンタ回路５３６と、を備える。Ａ／Ｄ回路５３２は、入力するアナログ信号であるＺ２相ｓｉｎ波及びＸＹ変位電圧をＡＤ変換して、それぞれをデジタル信号とする。即ち、このときのＡＤ変換のビット数が多いほど、スタイラス３０６の変位に対する高ダイナミックレンジ化と高感度化とを実現することができる。ＦＰＧＡ５３４では、デジタル信号のＸＹ変位電圧を変位信号に変換し位置演算部５５０へ出力し、且つデジタル信号のＺ２相ｓｉｎ波をＺ２相方形波に変換しカウンタ回路５３６へ出力する。そして、カウンタ回路５３６では、Ｚ２相方形波を計測してＺ方向の変位を求め位置演算部５５０へ出力する。

【0073】

本実施形態では、軸運動機構３１０はプローブ本体３０２に内蔵され、且つ旋回運動機構３３４はプローブモジュール３０４のみに内蔵されている。このため、例えば、スタイラス３０６からスタイラス３０７に変更した際に、旋回運動機構３３４だけは性能的に変更したほうがよいといった場合があるとする。このとき、プローブ本体３０２を変えることなくプローブモジュール３０４を交換するだけで、例えば、接触部３４８から被測定物Ｗにかかる力を所望の測定力とすることができ、結果的に測定プローブ３００で相応の検出感度及び復元力（スタイラス３０６の変位を元に戻す力）を実現することが可能である。逆に、同一のプローブモジュール３０４に対してプローブ本体３０２を交換するといったことも容易に実現することができる。また、旋回運動機構３３４のみが破損・性能低下した際には、プローブモジュール３０４の交換だけで測定プローブ３００の機能を維持することができる。同時に、スタイラス３０６により近い旋回運動機構３３４による検出感度を向上させることが可能である。

【0074】

また、本実施形態では、プローブ本体３０２とプローブモジュール３０４とが互いに位置決め可能なローラ３１２Ｆと球３３２Ｂで脱着可能に連結されている。このため、プローブモジュール３０４の脱着を繰り返しても、連結位置を高い精度で再現することが可能である。また、複数のプローブモジュール３０４の球３３２Ｂの位置を共通にしておくことで、複数のプローブモジュール３０４を容易にプローブ本体３０２へ脱着でき、且つ高い位置再現性を実現することができる。もちろん、位置決め可能な第１係合部は、ローラと球で構成されることに限定されない。

【0075】

また、本実施形態では、スタイラス３０６のＸＹＺ方向への変位を実現するために、基本的にＺ方向への移動を軸運動機構３１０で行い、ＸＹ方向への移動を旋回運動機構３３４で行うようにしている。このため、Ｚ方向、ＸＹ方向それぞれにスタイラス３０６の変位を分離できるので、Ｚ方向、ＸＹ方向の変位の検出を独立して行うことが容易であり、位置演算の簡素化を実現することが可能である。同時に、Ｚ方向、ＸＹ方向それぞれにおける検出精度も独立して設定することができる。

【0076】

また、本実施形態では、軸運動機構３１０が、一対の同一の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５に支持されている。このため、軸運動機構３１０のＺ方向以外への変位を低減でき、Ｚ方向への高い移動精度を確保できる。同時に、エアベアリングなどを移動部材のガイドに併用する場合に比べて、速い応答性を実現することができる。なお、これに限らず、一対の同一の第１ダイヤフラム構造体が用いられず、第１ダイヤフラム構造体が１つ、あるいは３つ以上でも良い。あるいは、第１ダイヤフラム構造体が互いに異なる形状とされていてもよい。

【0077】

また、本実施形態では、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４を複数用意し、旋回部材ＲＰの変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール３０４毎に異なるようにすることができる。このため、スタイラス３０６や被測定物Ｗに個別に対応する復元力を設定することができ、ＸＹ方向への変位の高感度検出が可能であるとともに検出範囲の拡大などが容易に実現可能である。同時に、被測定物Ｗへの接触部３４８によるダメージなども低減することが可能である。なお、これに限らず、旋回部材ＲＰの変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール毎に変えなくてもよい。

【0078】

また、本実施形態では、旋回中心ＲＣとバランス部材３３８との距離は調整可能とされている。このため、同じバランス部材３３８を採用しても、バランス部材３３８の位置を調整することで複数のスタイラス３０６に対して、それぞれのスタイラス３０６を連結した旋回部材ＲＰの重心位置を旋回中心ＲＣに一致させることが可能である。即ち、バランス部材３３８の種類を少なくできるので、バランス部材３３８の製造・管理に係るコストを低減することができる。そして、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４を複数用意すると、同一部材の旋回部材ＲＰで異なるバランスを有するプローブモジュール３０４を複数構成できるので、プローブモジュール３０４の低コスト化も可能である。なお、これに限らず、バランス部材の位置が調整不可能な形態であってもよい。

【0079】

また、本実施形態では、プローブ本体３０２の１つに対してプローブモジュール３０４を複数用意し、バランス部材３３８の質量がプローブモジュール３０４毎に異なるようにすることができる。このため、各スタイラス３０６に対して、対応するバランス部材３３８を備えるプローブモジュール３０４を用いることで、それぞれのスタイラス３０６を連結した状態の旋回部材ＲＰの重心位置を旋回中心ＲＣに一致させることが可能である。なお、バランス部材３３８の位置の調整が更に可能である場合には、１つのプローブ本体３０２において、更に多くのスタイラス３０６に正確に対応可能なプローブモジュール３０４を提供することが可能である。

【0080】

また、本実施形態では、本体ハウジング３０８には移動部材３１２の変位を検出する変位検出器３２８が設けられている。即ち、本体ハウジング３０８に支持された変位検出器３２８は、同じく本体ハウジング３０８に支持された（ＸＹ方向への移動を原則的に行わずにＺ方向に移動する）移動部材３１２の変位を検出する。このため、変位検出器３２８は、高価な検出器でなくても、移動部材３１２の本体ハウジング３０８に対する１方向の変位を純粋に検出することができる。即ち、変位検出器３２８は、移動部材３１２の変位を高い分解能で検出することが可能であり、移動部材３１２の変位の補正を行うことが容易である。同時に、リニアエンコーダなどの使用も容易で、移動部材３１２（即ち、スタイラス３０６）のロングストローク化も可能である。なお、これに限らず、本体ハウジングに変位検出器が設けられていなくてもよい。

【0081】

また、本実施形態では、変位検出器３２８が移動部材３１２の相対的な位置の検出を可能とする相対位置検出信号（所定の周期で繰り返される周期信号）を出力する。このため、変位検出器３２８で光電式インクリメンタル型リニアエンコーダを構成することで、極めて長い検出範囲（ダイナミックレンジ）を確保しつつ、移動部材３１２の移動位置で検出感度が異なるといった現象を回避することが可能である。同時に、この相対位置検出信号を高いビット数のＡＤ変換を行うことで、より高分解能にＺ方向の位置を検出することが可能である。なお、これに限らず、変位検出器はインクリメンタルパターンを検出するのではなく、アブソリュートパターンを検出するようにされていてもよい。つまり、変位検出器は移動部材の絶対的な位置の検出を可能とする絶対位置検出信号を出力する構成であってもよい。あるいは、変位検出器が励磁コイルと差動コイルを備え、差動トランスを構成してもよい。

【0082】

また、本実施形態では、旋回部材ＲＰの反スタイラス側端部に基準部材３１６が設けられ、姿勢検出器３２２が本体ハウジング３０８を備えるプローブ本体３０２に内蔵されている。即ち、プローブモジュール３０４に姿勢検出器３２２を設けていないので、プローブモジュール３０４自体を小型化し、且つ低コスト化することができる。そして、基準部材３１６はプローブモジュール３０４に内蔵されている。即ち、基準部材がプローブ本体の内側まで入り込むような構成に比べて、基準部材３１６から接触部３４８の位置までの距離を短くできる。即ち、基準部材３１６の変位から演算される接触部３４８の変位の演算誤差を少なくでき、接触部３４８の位置を高精度に求めることができる。

【0083】

また、本実施形態では、基準部材３１６である反射鏡へ光軸ＯＡに沿って光を入射させる光源３１８が設けられ、姿勢検出器３２２は、反射鏡から反射される反射光の光軸ＯＡからの変位を検出する。即ち、姿勢検出器３２２による検出は、非接触式なので、基準部材３１６が設けられた旋回部材ＲＰの旋回運動を阻害することなく、旋回部材ＲＰの変位を高い感度で検出することができる。同時に、旋回部材ＲＰの変位を検出する構成が光てこであり単純なので、測定プローブ３００の低コスト化が可能である。なお、これに限らず、姿勢検出器は、接触式であってもよいし、非接触式でも磁気等を利用する方式でもよい。

【0084】

また、本実施形態では、光軸ＯＡが旋回中心ＲＣを通るよう設けられている。このため、旋回部材ＲＰの旋回動作によって生じる反射光の変化には、Ｚ方向への変位成分が含まれないので、旋回部材ＲＰの変位をより高感度に検出することが可能である。なお、これに限らず、光軸ＯＡが旋回中心ＲＣを通らない構成であってもよい。

【0085】

また、本実施形態では、プローブ本体３０２が一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の変形量を弾性変形の範囲内に制限する本体ハウジング３０８及び移動部材３１２を備える。同時に、プローブモジュール３０４も、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の変形量を弾性変形の範囲内に制限するモジュールハウジング３３０及びフランジ部材３４２を備える。このため、例えばプローブモジュール３０４やスタイラス３０６に過大な衝撃がキネマティックジョイントの機能しない方向に加わった場合であっても、第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５及の塑性変形や破損・破壊を防止することができる。なお、これに限らず、測定プローブは、第１ダイヤフラム構造体の変形量を弾性変形の範囲内に制限する部材を備えなくてもよい。

【0086】

即ち、本実施形態では、低コスト化を可能としながらスタイラス３０６に応じた相応の検出感度及び復元力が実現可能となる。

【0087】

本発明について上記実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。

【0088】

例えば、上記実施形態では、姿勢検出器３２２が一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の上側に位置していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８（Ａ）、（Ｂ）に示す第２実施形態の如くであってもよい。第２実施形態では、第１実施形態とは主に姿勢検出器の位置が異なるだけなので、姿勢検出器に係る構成以外は、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして説明は省略する。

【0089】

第２実施形態では、図８（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、姿勢検出器３７２が旋回運動機構３８４と一対の第１ダイヤフラム構造体３６４、３６５との間に配置されている。具体的には、移動部材３６２は、Ｚ方向において、第１ダイヤフラム構造体３６４に支持される位置の下方に凹部３６２Ｃを備えている。その凹部３６２Ｃに接触しない状態で本体ハウジング３５８の内側側面から支持部材３６９が延在している。そして、姿勢検出器３７２及びビームスプリッタ３７０が支持部材３６９に支持されている。このため、旋回部材ＲＰの変位が大きくても、基準部材３６６と姿勢検出器３７２との距離を短くできるので、姿勢検出器３７２を小さくできる。即ち、プローブ本体３５２をより小型化することが可能となる。なお、凹部３６２Ｃの上端部３６２Ｃ１と支持部材３６９の上端部３６９Ａとの距離及びフランジ部３６２Ｄの上端部３６２ＤＡと開口部３５８Ａの下端部３５８ＡＢとの距離は、移動部材３６２のＺ方向への変位を規制して、一対の第１ダイヤフラム構造体３６４、３６５が弾性変形の範囲内となるように定められている。つまり、本実施形態では、プローブ本体３５２は、一対の第１ダイヤフラム構造体３６４、３６５の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第１制限部材となる本体ハウジング３５８、移動部材３６２、及び支持部材３６９を備えているといえる。

【0090】

なお、上記実施形態では、軸運動機構がプローブ本体に内蔵され、且つ旋回運動機構がプローブモジュールに内蔵されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９に示す第３実施形態の如くであってもよい。第３実施形態では、上記実施形態とは主に軸運動機構と旋回運動機構の配置が逆となっているだけなので、主に軸運動機構と旋回運動機構の配置に係る構成以外は、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして説明は省略する。

【0091】

第３実施形態では、図９に示す如く、軸運動機構４１０がプローブモジュール４０４に内蔵され、且つ旋回運動機構４３４がプローブ本体４０２に内蔵されている。なお、本実施形態においても、スタイラス４０６は、複数（接触部４４８の材質や位置や質量等が異なる）が用意される。そして、スタイラス４０６に対応して、１つのプローブ本体４０２に対して、複数のプローブモジュール４０４（必ずしもスタイラス４０６の数と同一ではない）が用意される。

【0092】

旋回運動機構４３４は、図９に示す如く、本体ハウジング（旋回ハウジング部材）４０８の径方向内側に支持されている。旋回運動機構４３４は、旋回部材４４２のフランジ部４４２Ｅを除いて本体ハウジング４０８の内側に収納されている。フランジ部４４２Ｅは、プローブモジュール４０４の内側に入り込むことなく、プローブモジュール４０４に連結されている。そして、旋回運動機構４３４は、図９に示す如く、旋回部材４４２と、旋回部材４４２を本体ハウジング４０８に対して変位可能とする第２ダイヤフラム構造体４４０と、を備える。

【0093】

旋回部材４４２は、図９に示す如く、軸心を中空部４４２Ｂとした略円環形状とされている。より具体的には、旋回部材４４２は、Ｚ方向の上方から下方に向かって、肉厚部４４２Ｃ、肉薄部４４２Ｄ、及びフランジ部４４２Ｅが一体とされ構成されている。肉厚部４４２Ｃには、第２ダイヤフラム構造体４４０が連結されている。肉薄部４４２Ｄは、肉厚部４４２Ｃの下方に形成されている。なお、本体ハウジング４０８の開口部４０８Ａの開口径は、肉厚部４４２Ｃの外径よりも小さくされている。そして、フランジ部４４２Ｅの外径は、開口部４０８Ａの開口径よりも大きくされている。ここで、肉厚部４４２Ｃの下端部４４２ＣＡと開口部４０８Ａの上端部４０８ＡＡとの距離及びフランジ部４４２Ｅの上端部４４２ＥＡと開口部４０８Ａの下端部４０８ＡＢとの距離で、旋回部材４４２の変位を規制して、第２ダイヤフラム構造体４４０が弾性変形の範囲内となるように定めてもよい。また、肉薄部４４２Ｄの外側面と開口部４０８Ａの内端面との距離で、旋回部材４４２の変位を規制して、第２ダイヤフラム構造体４４０が弾性変形の範囲内となるように定めてもよい（この場合には、プローブ本体４０２は、第２ダイヤフラム構造体４４０の変形量を弾性変形の範囲内に制限する第２制限部材となる本体ハウジング４０８及び旋回部材４４２を備えているといえる）。

【0094】

軸運動機構４１０は、図９に示す如く、モジュールハウジング（軸ハウジング部材）４３０の径方向内側に支持されており、移動部材４１２のフランジ部４１２Ｅを除いてモジュールハウジング４３０の内側に収納されている。フランジ部４１２Ｅは、スタイラス４０６の内側に入り込むことなく、スタイラス４０６に連結されている。そして、軸運動機構４１０は、図９に示す如く、移動部材４１２と、移動部材４１２をモジュールハウジング４３０に対して変位可能とする一対の第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５と、を備える。

【0095】

なお、図９に示す如く、移動部材４１２の上端部４１２Ａには、反射鏡とされた基準部材４１６が配置されており、旋回部材４４２の中空部４４２Ｂを通過した光が基準部材４１６で反射する構成となっている。また、移動部材４１２の側面に設けられた基準部材４２６に対向して、移動部材４１２の変位を検出する変位検出器４２８がモジュールハウジング４３０の内側に配置されている（即ち、変位検出器４２８は、プローブモジュール４０４に内蔵されている）。なお、変位検出器４２８は、基準部材４２６に光を照射する光源を内蔵している。基準部材４２６の変位検出器４２８側の表面には、例えば光源からの光の反射率が異なるインクリメンタルパターンが一定間隔で軸方向Ｏに設けられている。即ち、基準部材４２６は、反射型のリニアエンコーダのスケールとされている。この基準部材４２６、変位検出器４２８、光源により、第１実施形態の如く光電式リニアエンコーダ（インクリメンタル型でもアブソリュート型のいずれでもよい）が構成されている。なお、変位検出器はプローブモジュールに内蔵されていなくてもよい。

【0096】

このように、本実施形態では、軸運動機構４１０はプローブモジュール４０４に内蔵され、且つ旋回運動機構４３４はプローブ本体４０２のみに内蔵されている。このため、例えば、スタイラス４０６を変更した際に、軸運動機構４１０だけは性能的に変更したほうがよいといった場合があるとする。このとき、プローブ本体４０２を変えることなくプローブモジュール４０４を交換するだけで、例えば、検出範囲を適宜変更することで、、軸運動機構４１０の移動部材４１２の変位精度（直進性）を向上させることが可能である（つまり、移動部材４１２のモジュールハウジング４３０に対する相対的な変位のみを高精度に検出することができる）。逆に、同一のプローブモジュール４０４に対してプローブ本体４０２を交換するといったことも容易に実現することができる。また、軸運動機構４１０のみが破損・性能低下した際には、プローブモジュール４０４の交換だけで測定プローブ４００の機能を維持することができる。

【0097】

また、本実施形態では、プローブ本体４０２の１つに対してプローブモジュール４０４を複数用意し、軸運動機構４１０の変位した際の単位変位量当たりの復元力をプローブモジュール４０４毎に異なるようにすることができる。このため、スタイラス４０６や被測定物Ｗに個別に対応する復元力を設定することができ、モジュールハウジング４３０に対する１方向への変位の高感度検出が可能であるとともに検出範囲の拡大などが容易に実現可能である。同時に、被測定物Ｗへのダメージなども低減することが可能である。

【0098】

なお、上記実施形態では、変位検出器を用いて光電式インクリメンタル型リニアエンコーダを構成していたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示す第４実施形態の如くであってもよい。第４実施形態では、第２実施形態とは主に変位検出器周辺の構成が異なるだけなので、主に変位検出器周辺の構成以外は、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして説明は省略する。

【0099】

第４実施形態では、図１０、図１１（Ａ）に示す如く、プローブ本体４５２には、光源（干渉光源部）４７８と、光源４７８からの光を反射する参照ミラー４７５と、移動部材４６２に配置されるとともに光源４７８からの光を反射する基準部材（ターゲットミラー）４７４と、を備え、参照ミラー４７５及び基準部材４７４からの反射光それぞれを干渉させて複数の干渉縞ＩＬを生成可能な干渉光学系ＩＦが設けられている。光源４７８と参照ミラー４７５とは、本体ハウジング４５８の内側に固定されている。光源４７８と移動部材４６２の上端部４６２Ａに配置された基準部材４７４とはＺ方向に並んでおり、その間にビームスプリッタ４７７が配置されている。ビームスプリッタ４７７も本体ハウジング４５８の内側に固定され、全体でマイケルソン型の干渉光学系ＩＦが構成されている。

【0100】

図１０、図１１（Ａ）に示す如く、ビームスプリッタ４７７は、光源４７８からの光を参照ミラー４７５の方向に分岐させる。また、ビームスプリッタ４７７は、基準部材４７４で反射される反射光を、参照ミラー４７５と対向しビームスプリッタ４７７に対向する変位検出器４７６に導く。同時に、変位検出器４７６には、参照ミラー４７５で反射されビームスプリッタ４７７を通過した光が入射する構成とされている。このため、変位検出器４７６は、図１１（Ｂ）に示す如く、干渉光学系ＩＦで生成される複数の干渉縞ＩＬの位相変化ＰＳを検出可能としている。

【0101】

なお、図１１（Ｃ）には、変位検出器４７６で検出される複数の干渉縞ＩＬの光量Ｉを示している。ここで、位相変化ＰＳは、基準部材４７４のＺ方向への移動量を反映している。このため、この位相変化Ｐを求めることで、移動部材４６２のＺ方向への変位量を求めることができる。このときに、複数の干渉縞ＩＬは干渉光で構成され且つ周期的なので、位相変化Ｐを高精度に求めることができる（本実施形態でも、変位検出器４７６は、移動部材４６２の相対的な位置の検出を可能とする相対位置検出信号を出力する構成ということができる）。

【0102】

つまり、本実施形態では、上記実施形態よりもさらに移動部材４６２のＺ方向への変位を精度良く求めることが可能である。同時に、この複数の干渉縞ＩＬの光量Ｉの周期１／Ｆは、基準部材４７４の傾きを反映している。このため、この周期１／Ｆの変化を求めることで、移動部材４６２のわずかなＸＹ方向への傾きを求めることができる。つまり、本実施形態では、変位検出器４７６の出力から移動部材４６２のＺ方向への変位に伴う移動部材４６２のわずかなＸＹ方向への傾きを求めることもできるので、接触部４９８のＸＹ方向への変位をより高精度に求めることが可能である。なお、本実施形態の干渉光学系ＩＦだけが移動部材４６２のＸＹ方向への傾きを求められるわけではなく、原理的には他の実施形態で示される変位検出器であってもＸＹ方向への傾きを求めることができる。また、本実施形態では、１波長のみを使用することを想定しているが、２波長以上を使用する場合には、変位検出器が移動部材の絶対的な位置の検出を可能とする絶対位置検出信号を出力することが可能となる。

【0103】

なお、上記実施形態では、スタイラスが変更された際に、スタイラスの質量に従って移動部材の軸方向Ｏへの変位を許容する構成であったが、本発明はこれに限定されない。例えば図１２（Ａ）に示す第５実施形態の如くであってもよい。第５実施形態では、第２実施形態とは主にプローブ本体とプローブモジュールとの連結状態が異なるだけなので、主にプローブ本体とプローブモジュールの周辺の構成以外は、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして説明は省略する。

【0104】

第５実施形態では、図１２（Ａ）に示す如く、プローブモジュール７０４が、スタイラス７０６の質量に応じたバランスウェイト７３１Ｃと、カウンタバランス機構７３１と、備える。カウンタバランス機構７３１は、本体ハウジング（軸ハウジング部材）７０８に支持され、モジュールハウジング（旋回ハウジング部材）７３０を介してスタイラス７０６とバランスウェイト７３１Ｃとの間のＺ方向におけるバランスをとる構成とされている。カウンタバランス機構７３１は、プローブモジュール７０４の一部として脱着可能とされている。

【0105】

具体的に説明すると、図１２（Ａ）に示す如く、本体ハウジング７０８はプローブモジュール７０４の外周下端までを覆うように、Ｚ方向下方に延在された円筒形状の延在部７０８Ａを備えている。そして、延在部７０８Ａの内側において周方向に均等間隔で３か所以上に、永久磁石７０８Ｂが設けられている。

【0106】

一方、カウンタバランス機構７３１は、図１２（Ａ）に示す如く、永久磁石７０８Ｂの位置と数に対応して、モジュールハウジング７３０の３か所以上に設けられている。カウンタバランス機構７３１は、支持部材７３１Ａと支持軸７３１Ｂと連結軸７３１Ｄを備える。支持部材７３１Ａの上面には永久磁石７０８Ｂに吸着可能な磁性部材（磁石でもよい）７３１ＡＡが設けられている。支持軸７３１Ｂは、支持部材７３１Ａに固定され、支持軸７３１Ｂから重心位置がずれた状態でバランスウェイト７３１Ｃが連結されている。バランスウェイト７３１Ｃには、Ｚ方向と直交する方向に連結軸７３１Ｄが設けられており、その先端がモジュールハウジング７３０に連結されている。

【0107】

これにより、本実施形態では、プローブ本体７０２の１つに対してプローブモジュール７０４を複数用意し、バランスウェイト７３１Ｃの質量をプローブモジュール７０４毎に異なるようにすることができる。つまり、スタイラス７０６を交換した際に、そのスタイラス７０６の質量に対応したバランスウェイト７３１Ｃが設けられたプローブモジュール７０４を用いることで、スタイラス７０６の質量の増減分を本体ハウジング７０８で直接受け止めることができる。即ち、スタイラス７０６違いによって、移動部材７１２の初期位置のＺ方向の変動を防止することが可能である。つまり、本実施形態では、上記実施形態に比べて移動部材７１２の可動範囲を狭くでき、プローブ本体７０２の一層の小型化が可能となる。同時に、検出範囲（ダイナミックレンジ）を狭くできることから、移動部材７１２の変位量をより高い分解能で検出することが可能である。

【0108】

なお、図１２（Ｂ）は、第５実施形態のバリエーションである第６実施形態を示している。ここでは、本体ハウジングが円筒形状の延在部を一体的に備えるのではなく、カウンタバランス機構７３１の支持部材７８１Ａが、円環形状とされてプローブモジュール７５４の一部としてプローブ本体７５２から分離可能な構成となっている。

【0109】

図１２（Ｂ）に示す如く、本体ハウジング７５８の開口部７５８Ａの外周には、周方向で１２０度毎に一対のローラ７５８Ｂ（第１係合部）が３つ設けられている。そして、ローラ７５８Ｂの径方向内側に位置する移動部材７６２のフランジ部７６２Ｄに円環形状の永久磁石７６２Ｅが設けられている。そして、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）に示す如く、ローラ７５８Ｂに対応する球７８１Ｆを、支持部材７８１Ａのフランジ部７８１Ｅに設けている（なお、フランジ部７８１Ｅは、支持軸７８１Ｂを支持している）。また、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、永久磁石７６２Ｅに対応する磁性部材７８０Ａをモジュールハウジング７８０に設けている。

【0110】

つまり、本実施形態では、第５実施形態とは異なり、フランジ部７６２Ｄから一対のローラを排除し且つハウジングカバーを無くして、ローラ７５８Ｂに対応する球７８１Ｆをモジュールハウジング７８０の外側の支持部材７８１Ａに設けている。このため、本実施形態では、軸運動機構７６０及び旋回運動機構７８４を軽量化することが可能である。なお、図１３（Ｃ）に示す如く、フランジ部材７９２の永久磁石７９２Ｂに対応する磁性部材（永久磁石でもよい）７９４Ｂはリング形状とされ、フランジ部７９４の球７９４Ａの配置された径方向位置より内側に配置されている。

【0111】

なお、第３実施形態では、姿勢検出器４２２が、プローブ本体７０２に内蔵されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１４に示す第７実施形態の如くであってもよい。第７実施形態は、丁度、第３実施形態のプローブ本体４０２が軸方向Ｏでビームスプリッタ４２０と旋回部材４４２との間で分離可能とされた形態となっている。つまり、第３実施形態とは主に姿勢検出器の位置が異なるだけなので、主に姿勢検出器の位置に係る構成以外は、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして説明は省略する。

【0112】

第７実施形態では、図１４に示す如く、旋回運動機構８３４を支持する本体ハウジング８０８を、位置決め可能なローラ８０１ＢＢと球８０７Ｂ（第２係合部）で脱着可能に連結し支持する前段モジュール８０１を備えている。そして、姿勢検出器８２２は、前段モジュール８０１に内蔵されている。

【0113】

具体的に、前段モジュール８０１は、図１４に示す如く、前段ハウジング８０１Ａと、光源８１８と、ビームスプリッタ８２０と、姿勢検出器８２２と、を備えている。前段ハウジング８０１Ａは、光源８１８とビームスプリッタ８２０と姿勢検出器８２２とを径方向内側で支持しており、下端に下カバー８０１Ｂを備えている。下カバー８０１Ｂは、中心に開口部８０１ＢＡを備えるフランジ形状とされている。下カバー８０１Ｂの下端外周には、図１４に示す如く、周方向で１２０度毎に一対のローラ８０１ＢＢが３つ設けられている。そして、ローラ８０１ＢＢとは周方向で位相が６０度ずれた状態で永久磁石８０１ＢＣが３つ設けられている。つまり、前段ハウジング８０１Ａは、本体ハウジング８０８を位置決め可能なローラ８０１ＢＢと球８０７Ｂで脱着可能に連結し支持している。そして、前段ハウジング８０１Ａは、姿勢検出器８２２を収納している構成である。

【0114】

プローブ本体８０２は、図１４に示す如く、上カバー８０７と、本体ハウジング８０８と、旋回運動機構８３４と、を備えている。上カバー８０７は、図１４に示す如く、中心に開口部８０７Ａを備えるフランジ形状とされている。上カバー８０７は、下カバー８０１Ｂに対応する部材である（このため、開口部８０７Ａにより、基準部材８１６への入射光及び基準部材８１６からの反射光の光路が確保されている）。また、一対のローラ８０１ＢＢの両方に接するように、球８０７Ｂが上カバー８０７の周方向で１２０度毎に３つ配置されている。そして、永久磁石８０１ＢＣに対応して、磁性部材（永久磁石でよい）８０７Ｃが配置されている。つまり、即ち、下カバー８０１Ｂと上カバー８０７とは、脱着可能な連結機構であるキネマティックジョイントを構成している状態である。このキネマティックジョイントにより、下カバー８０１Ｂとプローブ本体８０２とが脱着を繰り返しても、高い位置決め再現性を実現することが可能である。

【0115】

このように、本実施形態では、プローブ本体８０２には旋回運動機構８３４のみが内蔵され且つ前段モジュール８０１には光源８１８とビームスプリッタ８２０と姿勢検出器８２２とが内蔵された形態である。このため、旋回運動機構８３４のみの変更が容易であるとともに、前段モジュール８０１の変更も容易である。つまり、旋回運動機構８３４と姿勢検出器８２２とを別個に性能変更することや交換することが可能となり、そのコストを低減することができる。また、例えば、プローブ本体８０２を装着せずに、前段モジュール８０１に直接的にプローブモジュール８０４を装着して、姿勢検出器８２２の出力を利用してプローブモジュール８０４の直進性を検査すること等も可能となる。なお、本実施形態では、軸運動機構８１０がスタイラス８０６を直接的に支持していたが、第１実施形態等の如く旋回部材ＲＰがスタイラスを直接的に支持している際に前段モジュールが設けられている形態でもよい。そして、前段モジュールに変位検出器も内蔵される構成であってもよい。

【0116】

また、上記実施形態では、スタイラスの変位をダンピングする構成を示さなかったが、本発明はこれに限定されない。例えば、軸ハウジング部材と一体とされ移動部材に対峙して配置される第１壁部材と、移動部材と、の間の少なくとも一部の隙間にグリースオイルなどの第１粘性材料ＦＶが充填される構成を採用してもよい。例えば、図２（Ａ）では、破線で示された第１壁部材を符号３０９Ａで示すことができる。ここでの「充填」は、Ｚ方向の少なくとも一か所で第１壁部材３０９Ａと移動部材３１２との間に第１粘性材料ＦＶが隙間なく配置されることで満たされるとする（必ずしも軸対称で、充填される必要はない）。これにより、少なくとも第１粘性材料ＦＶが第１壁部材３０９Ａに対する移動部材３１２の変位をダンピングし、測定プローブ３００の移動に伴って生じるＺ方向への振動などを低減でき、測定プローブ３００の高感度化に伴うノイズの増大を防止することが可能となる。

【0117】

このような構成は、Ｚ方向だけでなく、ＸＹ方向に対しても採用することができる。例えば、旋回ハウジング部材と一体とされて配置される第２壁部材と、第２ダイヤフラム構造体と、の間の少なくとも一部の隙間にグリースオイルなどの第２粘性材料ＳＶが充填される場合である。例えば、図２（Ａ）では、破線で示された第２壁部材を符号３０９Ｂで示すことができる。ここでの「充填」は、ＸＹ方向の少なくとも一か所で第２壁部材３０９Ｂと第２ダイヤフラム構造体３４０（もしくは第２壁部材を適切に配置することで旋回部材ＲＰでもよい）との間に第２粘性材料ＳＶが隙間なく配置されることで満たされるとする（必ずしも軸対称で、充填される必要はない）。これにより、少なくとも第２粘性材料ＳＶが第２壁部材３０９Ｂに対する旋回部材ＲＰの変位をダンピングし、測定プローブ３００の移動に伴って生じるＸＹ方向への振動などを低減でき、測定プローブ３００の高感度化に伴うノイズの増大を防止することが可能となる。つまり、第１粘性材料ＦＶと第２粘性材料ＳＶとにより、測定プローブ３００の高速移動を行っても、ノイズの増大を抑えることが可能となる。加えて、このときには、Ｚ方向とＸＹ方向のダンピング構造を別々に有するので、第１粘性材料ＦＶ、第２粘性材料ＳＶとを個別に変更できる。このため、Ｚ方向とＸＹ方向とでダンピング特性を個別に最適化できる。

【0118】

また、上記実施形態では、測定プローブは倣いプローブとして使用されていたが、本発明はこれに限定されず、例えばタッチプローブとして使用されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0119】

本発明は、被測定物の三次元形状を検出するため使用される測定プローブに広く適用することができる。

【符号の説明】

【0120】

１００…測定システム
１１０…操作部
１１１…ジョイスティック
１２０…入力手段
１３０…出力手段
２００…三次元測定機
２１０…定盤
２２０…駆動機構
２２１…ビーム支持体
２２２…ビーム
２２３…コラム
２２４…スピンドル
２３０…駆動センサ
３００、３５０、４００、４５０、７００、７５０、８００…測定プローブ
３０２、３５２、４０２、４５２、７０２、７５２、８０２…プローブ本体
３０４、３０５、３５４、４０４、４５４、７０４、７５４、８０４…プローブモジュール
３０６、３０７、３５６、４０６、４５６、７０６、７５６、８０６…スタイラス
３０８、３５８、４０８、４５８、７０８、７５８、８０８…本体ハウジング
３０８Ａ、３３０Ａ、３３２Ａ、３５８Ａ、４０８Ａ、７５８Ａ、８０７Ａ、８１０ＢＡ…開口部
３０８ＡＡ、３１２Ａ、３１２ＥＡ、３４２Ｃ、３６２Ａ、３６２Ｃ１、３６２ＤＡ、３６９Ａ、４０８ＡＡ、４１２Ａ、４４２ＥＡ、４６２Ａ、７１２Ａ…上端部
３０８ＡＢ、３１２ＣＡ、３３０ＡＡ、３５８ＡＢ、４０８ＡＢ、４４２ＣＡ…下端部
３０９Ａ…第１壁部材
３０９Ｂ…第２壁部材
３１０、３６０、４１０、４６０、７１０、７６０、８１０…軸運動機構
３１２、３６２、４１２、４６２、７１２、７６２、８１２…移動部材
３１２Ｂ、３６２Ｂ、４４２Ｂ、８４２Ｂ…中空部
３１２Ｃ、４４２Ｃ…肉厚部
３１２Ｄ、４４２Ｄ…肉薄部
３１２Ｅ、３４４、３４５、３６２Ｄ、３９４、４１２Ｅ、４４２Ｅ、４４４、４６２Ｄ、４９４、７１２Ｄ、７４４、７６２Ｄ、７８１Ｅ、７９４…フランジ部
３１２Ｆ、３４２Ａ、７５８Ｂ、７９２Ａ、８０１ＢＢ…ローラ
３１２Ｇ、３４２Ｂ、７０８Ｂ、７６２Ｅ、７９２Ｂ、８０１ＢＣ…永久磁石
３１４、３１５、３６４、３６５、４１４、４１５、７１４、７１５、７６４、７６５、８１４、８１５…第１ダイヤフラム構造体
３１４Ａ、３４０Ａ…外周部
３１４Ｂ、３４０Ｇ…リム部
３１４Ｃ、３４０Ｂ…中心部
３１４Ｄ、３４０Ｅ、３４０Ｆ…切り抜き部
３１６、３１７、３２６、３６６、３７６、４１６、４２６、４６６、４７４、７１６、７２６、８１６、８２６…基準部材
３１８、３６８、４１８、４６８、４７８、７１８、８１８…光源
３１９、３６９、４１９、７３１Ａ、７８１Ａ、８１９…支持部材
３２０、３７０、４２０、４７０、４７７、７２０、８２０…ビームスプリッタ（ＢＳ）
３２２、３７２、４２２、４７２、７２２、８２２…姿勢検出器
３２４、３７４、７２４…スケールブラケット
３２８、３７８、４２８、４７６、７２８、８２８…変位検出器
３２９…信号処理回路
３３０、３３１、３８０、４３０、４８０、７３０、７８０、８３０…モジュールハウジング
３３０Ｂ…内側側面
３３２、３３３、３８２、４３２、４８２、７３２、８３２…モジュールカバー
３３２Ｂ、３４４Ａ、７８１Ｆ、７９４Ａ、８０７Ｂ…球
３３２Ｃ、３４４Ｂ、７３１ＡＡ、７８０Ａ、７８１ＡＡ、７９４Ｂ、８０７Ｃ…磁性部材
３３４、３３５、３８４、４３４、４８４、７３４、７８４、８３４…旋回運動機構
３３６、３３７、３８６、４８６、７３６、７８６…上部部材
３３６Ａ…凸部
３４０、３４１、３９０、４４０、４９０、７４０、７９０、８４０…第２ダイヤフラム構造体
３３８、３３９、３８８、４８８、７３８、７８８…バランス部材
３３８Ａ、３６２Ｃ、４６２Ｃ、７１２Ｃ…凹部
３３８Ｂ…側面
３４０Ｃ、３４０Ｄ…ヒンジ部
３４２、３４３、３９２、４９２、７４２、７９２…フランジ部材
３４６、３４７、３９６、４４６、４９６、７４６、７９６…ロッド部
３４８、３４９、３９８、４４８、４９８、７４８、７９８…接触部
４７５…参照ミラー
５００…モーションコントローラ
５３０…プローブ信号処理部
５３２…Ａ／Ｄ回路
５３４…ＦＰＧＡ
５３６…カウンタ回路
５５０…位置演算部
６００…ホストコンピュータ
７０８Ａ…延在部
７３１、７８１…カウンタバランス機構
７３１Ｂ、７８１Ｂ…支持軸
７３１Ｃ、７８１Ｃ…バランスウェイト
７３１Ｄ、７８１Ｄ…連結軸
８０１…前段モジュール
８０１Ａ…前段ハウジング
８０１Ｂ…下カバー
８０７…上カバー
Ｆ…周波数
ＦＶ…第１粘性材料
ＩＦ…干渉光学系
Ｉ…光量
ＩＬ…干渉縞
ｋ…角度当たりの復元力
Ｏ…軸方向
ＯＡ…光軸
ＰＳ…位相変化
ＲＣ…旋回中心
ＲＰ、４４２、８４２…旋回部材
Ｓ…表面
ＳＶ…第２粘性材料
Ｗ…被測定物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図12】

【図13】

【図14】

【図11】