JP6039718B2

JP6039718B2 - 測定プローブ

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Publication number: JP6039718B2
Application number: JP2015043036A
Authority: JP
Inventors: 敦島岡; 智之宮崎; 日高　和彦; 和彦日高
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: US9605943B2; JP2016161516A; CN106197353B; EP3064891B2; EP3064891B1; US20170146336A1; CN106197353A; DE202015009866U1; EP3064891A1; US10422628B2; US20160258738A1

Description

本発明は、測定プローブに係り、特に、軸方向長さの短縮と軽量化が可能で、且つ形状誤差を低減し測定精度向上が可能な測定プローブに関する。

被測定物の表面に接触して、被測定物の表面の形状を測定する測定装置は、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。

特許第４４１７１１４号公報

しかしながら、特許文献１の図３Ａ及び図３Ｂに記載の測定プローブでは、軸方向において、旋回運動機構の旋回中心であるカルダン式ベアリング５８より先端部４６側に軸運動機構を構成する一対のダイヤフラム構造体（バネ６４，６６）が配置されている。このため、測定プローブが軸方向に長くならざるを得なかった。同時に、一対のダイヤフラム構造体が下方に偏在しているので、旋回中心に重心を合わせようとするとそのためのバランス部材の質量も大きくなる構成であった。加えて、この一対のダイヤフラム構造体の存在により、旋回運動機構の旋回中心からスタイラスの先端に配置される接触部までの距離（スイベル長と称する）が長く、旋回運動機構の動きと軸運動機構の動きとから接触部の変位量を求める際には誤差が大きくなるおそれがあった。つまり、被測定物Ｗを測定した際には、測定誤差を低減することが困難であった。

本発明は、前記の問題点を解決するべくなされたもので、軸方向長さの短縮と軽量化が可能で、且つ形状誤差を低減し測定精度向上が可能な測定プローブを提供することを課題とする。

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、前記軸運動機構は該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、且つ、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、前記軸方向において、前記複数の第１ダイヤフラム構造体の間に、前記第２ダイヤフラム構造体を配置し、該第１ダイヤフラム構造体の数を偶数とし、該第１ダイヤフラム構造体それぞれを、前記第２ダイヤフラム構造体に対して、互いに対称な距離に配置し、前記軸運動機構が前記旋回運動機構を支持する、または該旋回運動機構が該軸運動機構を支持する構成とされたことにより、前記課題を解決したものである。

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、且つ、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、前記軸方向において、前記複数の第１ダイヤフラム構造体の間に、前記第２ダイヤフラム構造体を配置し、特定の前記スタイラスが前記旋回部材に支持された際に、前記旋回運動機構の旋回中心に前記第２ダイヤフラム構造体で支持される部材の重心を一致する構成としたことにより、前記課題を解決したものである。

本願の請求項３に係る発明は、前記第１ダイヤフラム構造体の数を偶数とし、該第１ダイヤフラム構造体それぞれを、前記第２ダイヤフラム構造体に対して、互いに対称な距離に配置したものである。

本願の請求項４に係る発明は、前記軸運動機構が前記旋回運動機構を支持する構成としたものである。

本願の請求項５に係る発明は、前記旋回運動機構が前記軸運動機構を支持する構成としたものである。

本願の請求項６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。

本願の請求項７に係る発明は、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、該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。

本願の請求項８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。

本願の請求項９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。

本願の請求項１０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。

本願の請求項１１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。

本願の請求項１２に係る発明は、前記移動部材と前記旋回部材の両方を支持するハウジング部材を位置決め可能な係合部で脱着可能に連結し支持する前段ハウジング部材を備え、前記旋回部材もしくは該旋回部材に支持される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ハウジング部材に収納したものである。

本願の請求項１３に係る発明は、前記旋回部材もしくは該旋回部材に支持される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、前記移動部材と前記旋回部材の両方を支持するハウジング部材に収納したものである。

本願の請求項１４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。

本願の請求項１５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。

本願の請求項１６に係る発明は、前記複数の第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。

本願の請求項１７に係る発明は、前記第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。

本願の請求項１８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。

本願の請求項１９に係る発明は、前記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て配置される第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。

本発明によれば、軸方向長さの短縮と軽量化が可能で、且つ形状誤差を低減し測定精度向上が可能となる。

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測定プローブの断面を示す模式図（本実施形態の図（Ａ）、本実施形態のバリエーションである第２実施形態の図（Ｂ））測定プローブ及びその周辺部の構成を示すブロック図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））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（中心軸Ｏからずれた図（Ａ）、中心軸Ｏを通る図（Ｂ））本発明の第４実施形態に係る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））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））本発明の第５実施形態に係るスタイラス及びカウンタバランス機構を示す模式図（斜視図（Ａ）、上面図（Ｂ）、断面図（Ｃ））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本発明に係る測定プローブの断面を示す模式図（第８実施形態の図（Ａ）、第９実施形態の図（Ｂ））本発明の第１０実施形態に係る測定プローブの断面を示す模式図

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。

本発明に係る第１実施形態について図１〜図４を参照して説明する。

最初に、測定システム１００の全体構成を説明する。

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。

次に、各構成要素について説明する。

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。

測定プローブ３００は、図２（Ａ）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。

更に、図２（Ａ）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。

測定プローブ３００は、図２（Ａ）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。軸運動機構３１０と旋回運動機構３３４とは、プローブ本体３０２に内蔵され、スタイラス３０６を支持している。プローブ本体３０２内では旋回運動機構３３４が軸運動機構３１０を支持することで、移動部材３１２がスタイラス３０６を直接的に支持する構成とされている。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。

以下、測定プローブ３００について詳細に説明する。

前記プローブ本体３０２は、図２（Ａ）に示す如く、本体ハウジング（旋回ハウジング部材）３０８と、旋回運動機構３３４と、軸運動機構３１０と、姿勢検出器３２２と、変位検出器３２６と、信号処理回路３２９（図３）と、を備える。

本体ハウジング３０８は、図２（Ａ）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は旋回運動機構３３４を径方向内側で支持し収納している。

旋回運動機構３３４は、図２（Ａ）に示す如く、旋回部材３３６（ＲＰ）と、旋回部材３３６を本体ハウジング３０８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。

旋回部材３３６は、図２（Ａ）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り、支持部３３６ＡＡを除いて、軸方向Ｏで第２ダイヤフラム構造体３４０に対して対称な略鼓形状とされている。旋回部材３３６は、２つのリング部３３６Ａと、２つの接続部３３６Ｂと、２つの円筒部３３６Ｃと、２つの接合部３３６Ｄと、が一体的に形成されている。リング部３３６Ａはリング形状であり、リング部３３６Ａにはそれぞれ、第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の外周部（後述）が固定されている。接続部３３６Ｂはそれぞれ、リング部３３６Ａの径方向内側に延在しており、第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５に対向している。円筒部３３６Ｃは軸心がそれぞれ、中空とされており、接続部３３６Ｂに一体的に設けられている。２つの接合部３３６Ｄは互いに第２ダイヤフラム構造体３４０を挟み込んで連結する形状とされている。即ち、軸方向Ｏにおいて、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の間に、第２ダイヤフラム構造体３４０が配置され、更に、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５は第２ダイヤフラム構造体３４０に対して、対称な距離に配置されている構成である（完全な対称な距離を必要とするものではなく、設計上・製造上の誤差などを許容するものとする）。つまり、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５によって生じうる移動部材３１２（後述）の旋回中心を旋回運動機構３３４の旋回中心ＲＣに一致させることができる。支持部３３６ＡＡは、リング部３３６Ａの一部から軸方向Ｏ外側に延在しており、変位検出器３２６を支持している。

なお、図２（Ａ）に示す如く、符号Ｌｈは、旋回部材３３６によって第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５間の距離を示している。また、符号Ｌｗは、第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５を固定するリング部３３６Ａの内周面直径を示している。本実施形態では、距離Ｌｈは、２倍の直径Ｌｗよりも大きくされている（Ｌｈ＞２＊Ｌｗ）。このため、第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５による移動部材３１２の変位量においては、旋回部材３３６の中心軸上の移動成分を旋回部材３３６の中心軸に対しする旋回成分よりも比率を多くすることが可能となっている。即ち、本実施形態では、移動部材３１２の１方向への変位精度を高くすること（高い直進精度の確保）ができる（これに限らず、距離Ｌｈは、２倍の直径Ｌｗ以下であってもよい）。なお、このような関係は、すべての実施形態で適用可能となっている。

なお、図２（Ａ）に示す如く、リング部３３６Ａの外側側面と本体ハウジング３０８の内側側面との距離は、旋回部材３３６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、プローブ本体３０２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制限部材となる本体ハウジング３０８及び旋回部材３３６を備えているといえる。

第２ダイヤフラム構造体３４０は、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（他の材料でもよい）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。

外周部３４０Ａは、図４（Ｃ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体３４０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、旋回部材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２方向に傾斜可能（旋回可能）な構造となっている。

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。

軸運動機構３１０は、図２（Ａ）に示す如く、旋回部材（軸ハウジング部材）３３６の径方向内側に支持されている。つまり、旋回部材３３６と軸運動機構３１０とで、直動モジュール３０４が構成されている。軸運動機構３１０は、図２（Ａ）に示す如く、移動部材３１２と、移動部材３１２を旋回部材３３６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。

移動部材３１２は、図２（Ａ）に示す如く、Ｚ方向の下方から上方に向かって、連結部３１２Ａ、ロッド部３１２Ｂ、部材配置部３１２Ｃ、及びバランス部材３３８が一体とされ構成されている（つまり、移動部材３１２を支持する旋回部材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を備えている構成となっている）。

バランス部材３３８は、特定のスタイラス３０６の質量に対応した質量を備えている。このバランス部材３３８を適切に設定する（あるいは、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。つまり、バランス部材３３８によって、特定のスタイラス３０６が移動部材３１２を介して旋回部材３３６に支持された際に、旋回運動機構３３４の旋回中心ＲＣに第２ダイヤフラム構造体３４０で支持される部材の重心が一致する構成とされている。このため、例えば、測定プローブ３００を横向きにしても、特定のスタイラス３０６の中心軸が軸方向Ｏから大きく傾くことを防止することができる。即ち、測定プローブ３００の姿勢が変更されても、スタイラス３０６が姿勢検出器３２２（後述）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。なお、本実施形態では、特定のスタイラス３０６は本実施形態の測定プローブ３００が最も装着すると想定したスタイラスとされている。また、「第２ダイヤフラム構造体３４０で支持される部材」は、旋回部材３３６、軸運動機構３１０、基準部材３１６、フランジ部材３４２、及びスタイラス３０６を含むこととなる。部材配置部３１２Ｃは、バランス部材３３８の下方に形成されており、その側面に基準部材３２４が配置されている。ロッド部３１２Ｂは、部材配置部３１２Ｃの下方に形成されており、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の間にくる構成となっている。そして、ロッド部３１２Ｂは、旋回部材３３６に収納される形態となっている。連結部３１２Ａは、ロッド部３１２Ｂの下方に形成されている。連結部３１２Ａの下端には、フランジ部材３４２が取付けられている。

図２（Ａ）に示す如く、本体ハウジング３０８の開口部３０８Ａの開口径は、フランジ部材３４２の外径よりも小さくされている。そして、フランジ部材３４２の上端部３４２Ｃと開口部３０８Ａの下端部３０８ＡＢ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及びフランジ部材３４２を備えているといえる。

なお、支持部３３６ＡＡに配置された変位検出器３２６は、図２（Ａ）に示す如く、部材配置部３１２Ｃに配置された基準部材３２４に対向しており、基準部材３２４からの反射光を検出する。なお、変位検出器３２６は、基準部材３２４に光を照射する光源（不図示）を内蔵している。基準部材３２４の変位検出器３２６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軸方向Ｏに設けられている。即ち、基準部材３２４は、反射型の固体スケールとされている。この基準部材３２４、変位検出器３２６、光源により、２相正弦波信号を出力する光電式インクリメンタル型リニアエンコーダが構成されている。つまり、旋回部材３３６には、移動部材３１２の変位を検出する変位検出器３２６が設けられている。そして、変位検出器３２６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３２４のＺ方向の変位を求めるためのＺ２相ｓｉｎ波が出力される。

なお、図２（Ｂ）は、本実施形態の基準部材３２４及び変位検出器３２６のバリエーションとなる第２実施形態を示す模式図である。ここでは、移動部材３６２の変位を、差動トランスを用いて検出している。具体的には、移動部材３６２に設けられた基準部材３７４は、円筒形状の金属部材である。そして、変位検出器３７６は、円筒形状であり、基準部材３７４に近接して対峙している。変位検出器３７６は、高周波で発振する励磁コイル（例えば、１ｋＨｚ以上の正弦波電圧を使用）と、それを両側から挟むように配置される１組の差動結合された受信コイルと、から構成される。受信コイルでは、基準部材３７４の旋回部材３８６に対する１方向の変位（絶対位置）を検出することができる。即ち、変位検出器３７６は、移動部材３６２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とされている。このため、旋回部材３８６に対する１方向の変位（絶対位置）の検出に差動トランスを用いるので、接触部３９８の軸方向Ｏの絶対位置の算出を容易に行うことが可能である。なお、支持部３８６ＡＡは、円筒形状となっており、変位検出器３７６をその径方向内側で支持している。そのほかの要素は、本実施形態と同様なので、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。

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（他の裁量でもよい）である。第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５は、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、図４（Ａ）を用いて説明する。

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。旋回部材３３６に対する移動部材３１２の移動により、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（第２ダイヤフラム構造体も同様である）。

なお、本体ハウジング３０８の内側側面には、図２（Ａ）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、支持部材に支持されている（なお、支持部材は、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のバランス部材３３８上部、即ち旋回部材ＲＰに支持される部材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、移動部材３１２と旋回部材３３６の両方を支持する本体ハウジング３０８に収納されている）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とは一致する）。

なお、基準部材３１６は、図２（Ａ）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。

また、図２（Ａ）に示す如く、本体ハウジング３０８の開口部３０８Ａの開口径は、フランジ部材３４２の外径よりも小さくされている。そして、フランジ部材３４２の上端部３４２Ｃと開口部３０８Ａの下端部３０８ＡＢ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、本体ハウジング３０８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及びフランジ部材３４２を備えているといえる。

フランジ部材３４２の下端外周には、図２（Ａ）に示す如く、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の中心に向かうほぼ径方向と同一とされている。

前記スタイラス３０６は、図２（Ａ）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。

フランジ部３４４は、図２（Ａ）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。

ここで、３つの球３４４Ａは、図２（Ａ）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（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、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（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、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、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だけでなく、Ｖ溝と球との組み合わせであってもよい。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。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（すべてのローラ３４２Ａに球３４４Ａ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３４２Ａに球３４４Ａが接触しない状態となった場合も含む）をして、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３４２Ｂと磁性部材３４４Ｂ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。以降同じ）。

ロッド部３４６は、図２（Ａ）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。

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。

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。

本実施形態では、軸方向Ｏにおいて、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の間に、第２ダイヤフラム構造体３４０が配置されている。このため、軸方向Ｏにおいて、軸運動機構３１０と旋回運動機構３３４とが直列接続であるにも関わらず、軸運動機構３１０と旋回運動機構３３４の軸方向Ｏ長さを単純に加算した場合よりも、軸運動機構３１０と旋回運動機構３３４とにより構成される懸架機構の軸方向Ｏ長さを短くすることが可能である。なお、これに限らず、第１ダイヤフラム構造体は、１対を構成するのではなく、単に複数であってもよい。

そして、本実施形態では、特定のスタイラス３０６が旋回部材３３６に支持された際に、旋回運動機構３３４の旋回中心ＲＣに第２ダイヤフラム構造体３４０で支持される部材の重心が一致する構成とされている。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。

更に、本実施形態では、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５が、第２ダイヤフラム構造体３４０に対して、対称な距離に配置されている（つまり、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５間の中間位置に旋回中心ＲＣが一致する）。このため、懸架機構をバランス良く構成できるとともに、懸架機構の意図しない変形、例えば、旋回中心ＲＣとは異なった位置での軸運動機構３１０の旋回が発生することを防止でき、測定プローブ３００の高精度化を図ることができる。同時に、例えば、スタイラス３０６の中心軸が軸方向Ｏに対して傾いた状態であっても、スタイラス３０６（移動部材３１２）の直進精度に影響を与えないので、測定精度に変化が生じることを防止することができる。なお、これに限らず、一対の第１ダイヤフラム構造体が、第２ダイヤフラム構造体に対して、対称な距離に配置されていなくてもよい。また、第１ダイヤフラム構造体が２つではなく、４、６、・・・といった偶数とされ、第１ダイヤフラム構造体それぞれが、第２ダイヤフラム構造体に対して互いに対称な位置に配置されていてもよい。

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感度も独立して設定することができる。

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。

また、本実施形態では、旋回運動機構３３４が（軸運動機構３１０を支持する）旋回部材３３６を支持することで、移動部材３１２がスタイラス３０６を直接的に支持する構成とされている。このため、軸運機構が（旋回運動機構を支持する）移動部材を支持する場合に比べて、移動部材３１２で支持する部材の質量を低減でき、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５の復元力の最適化することが容易となる。結果的に、軸運動機構３１０によるスタイラス３０６の軸方向Ｏの変位を高感度に検出することができる。同時に、軸運動機構３１０の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態では、軸運動機構３１０を支持する旋回部材３３６には、移動部材３１２の変位を検出する変位検出器３２６が設けられている。即ち、変位検出器３２６は、同じく旋回部材３３６に支持されると共に、ＸＹ方向への移動を原則的に行わずにスタイラス３０６の軸方向Ｏに移動可能な移動部材３１２の変位を検出する。このため、変位検出器３２６は、高価な検出器でなくても、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、変位検出器が本体ハウジングに設けられていてもよい。

また、本実施形態では、変位検出器３２６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３２６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、より高分解能に軸方向Ｏ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。

また、本実施形態では、旋回部材３３６で支持される（移動部材３１２に設けられた）バランス部材３３８の反スタイラス側端部に基準部材３１６が設けられ、スタイラス３０６の旋回動作に対応する基準部材３１６の変位を検出する姿勢検出器３２２が本体ハウジング３０８に収納されている。このため、基準部材３１６と姿勢検出器３２２との距離を短くでき、測定プローブ３００を小型化し、且つ低コスト化することができる。同時に、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。同時に、直動モジュール３０４に姿勢検出器３２２を設けていないので、直動モジュール３０４自体を小型化し、且つ低コスト化することができる。

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、旋回部材３３６の旋回運動を阻害することなく、旋回部材３３６の変位に対応する基準部材３１６の変位を高い感度で検出することができる。同時に、基準部材３１６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。

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３３６（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、基準部材３１６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。

また、本実施形態では、プローブ本体３０２が第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本体ハウジング３０８及び旋回部材３３６を備える。同時に、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本体ハウジング３０８及びフランジ部材３４２を備える。このため、例えば、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、一対の第１ダイヤフラム構造体３１４、３１５及び第２ダイヤフラム構造体３４０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、一対の第１ダイヤフラム構造体及び第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ような構成がなくてもよい。

即ち、本実施形態では、軸方向Ｏ長さの短縮と軽量化を可能とし、且つ形状誤差を低減し測定精度向上を可能とする。

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。

例えば、上記実施形態では、旋回運動機構が軸運動機構を支持することで、移動部材がスタイラスを直接的に支持する構成とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５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旋回運動機構と軸運動機構の支持関係が異なる構成なので、上記実施形態とは異なる構成以外は、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。

第３実施形態では、図５に示す如く、軸運動機構４１０が旋回運動機構４３４を支持することで、且つ旋回部材ＲＰが直接的にスタイラス４０６を支持する構成とされている。即ち、本体ハウジング（軸ハウジング部材）４０８が軸運動機構４１０を支持している。このため、変位検出器４２８は、本体ハウジング４０８の内側側面で支持されている。そして、移動部材４１２は、軸方向Ｏで第２ダイヤフラム構造体４４０に対して対称な円筒形状とされている。

具体的には、図５に示す如く、移動部材４１２は、２つの円筒部４１２Ｃと２つの接合部４１２Ｄとが一体的に形成されている。２つの円筒部４１２Ｃの外側端部近傍にはそれぞれ、第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５の中心部が固定されている。２つの接合部４１２Ｄの内径はそれぞれ、円筒部４１２Ｃの中空部４１２Ｂの内径よりも大きくされている。そして、２つの接合部４１２Ｄは、第２ダイヤフラム構造体４４０を挟み込んで連結する形態とされている。即ち、本実施形態も、軸方向Ｏにおいて、一対の第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５は第２ダイヤフラム構造体４４０に対して、対称な距離に配置されている構成である。

また、図５に示す如く、移動部材４１２の上端部４１２Ａには、スケールブラケット４２４が配置されている。スケールブラケット４２４上には、スケールである基準部材４２６が配置されている。そして、この基準部材４２６に対向して、基準部材４２６からの反射光を検出する変位検出器４２８が配置されている。つまり、本実施形態でも、基準部材４２６、変位検出器４２８により、２相正弦波信号を出力する光電式インクリメンタル型リニアエンコーダ（光電式アブソリュート型リニアエンコーダでもよい）が構成されている。

旋回運動機構４３４は、図５に示す如く、移動部材４１２の径方向内側に支持されている。つまり、移動部材４１２と旋回運動機構４３４とで旋回モジュール４０４が構成されている。なお、旋回部材ＲＰは、上部部材４３６、バランス部材４３８、及びフランジ部材４４２で構成されている。そして、バランス部材４３８の上端部は、移動部材４１２の上端部４１２Ａから突出し、そこに基準部材４１６が設けられている。つまり、本実施形態では、旋回部材ＲＰの反スタイラス側端部には、基準部材４１６が設けられている構成である（なお、基準部材４１６と姿勢検出器４２２との関係は、上記実施形態と同一である）。

本実施形態では、旋回運動機構が軸運動機構を支持する場合に比べて、旋回部材ＲＰで支持する部材の質量を低減でき、旋回運動機構４３４によるスタイラス４０６のＸＹ方向への変位を高感度に検出することができる。

また、本実施形態では、図５に示す如く、本体ハウジング４０８の開口部４０８Ａの開口径が、フランジ部材４４２の外径よりも小さくされている。そして、フランジ部材４４２の上端部４４２Ｃと開口部４０８Ａの下端部４０８ＡＢとの距離は、フランジ部材４４２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４１４、４１５が弾性変形の範囲内となるようにされている。即ち、プローブ本体４０２は、一対の第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５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４０８及びフランジ部材４４２を備えているといえる。

なお、第３実施形態では、変位検出器４２８が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６（Ａ）、（Ｂ）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３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。

第４実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）、図７（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。

図６（Ａ）、（Ｂ）、図７（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に対峙する変位検出器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７（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。

なお、図７（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ＰＳ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ＰＳ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）。

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。

なお、本実施形態では、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す如く、本体ハウジング４５８の内側上面の中心軸Ｏ上に姿勢検出器４７２が配置されている。このため、図６（Ｂ）に示す中心軸ＯからＸ方向にずれた位置に、干渉光学系ＩＦを構成する基準部材４７４、参照ミラー４７５、ビームスプリッタ４７７、及び光源４７８と、変位検出器４７６の光路を設けている。なお、本実施形態では、フランジ部材４９２に、スタイラス４５６との位置決め用にローラではなくＶ溝を設けている。

なお、第１実施形態では、スタイラス３０６が変更された際に、スタイラス３０６の質量に従って移動部材３１２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８（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１実施形態とは主に直動モジュールとスタイラスとの連結状態が異なるだけなので、主に直動モジュールとスタイラス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。

第５実施形態では、図８（Ａ）に示す如く、スタイラス７０６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、軸運動機構７１０を支持する旋回部材（軸ハウジング部材）７３６に支持され、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、スタイラス７０６と共に脱着可能とされている。

具体的に説明すると、図８（Ａ）に示す如く、旋回部材７３６は、Ｚ方向下方に延在された円筒形状の支持部７３６ＡＢを備えている。そして、支持部７３６ＡＢの下端部において周方向に均等間隔で３か所以上に、永久磁石７３６ＡＣが設けられている。

一方、カウンタバランス機構７３１は、図８（Ａ）、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す如く、永久磁石７３６ＡＣの位置と数に対応して、スタイラス７０６のフランジ部７４４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７３６ＡＣ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、その先端がフランジ部７４４に連結されている。

これにより、本実施形態では、プローブ本体７０２の１つに対してスタイラス７０６を交換した際には、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が必然的に用いられることとなる。このため、スタイラス７０６の質量の増減分を旋回部材７３６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Ｚ方向の初期位置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、直動モジュール７０４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。

なお、図８（Ｂ）は、本実施形態のバリエーションである第６実施形態を示す。第６実施形態では、第５実施形態に対して主に、バランス部材が追加されただけなので、基本的に符号上位２桁を変更しただけとして、バランス部材に関連する構成以外の説明は基本的に省略する。なお、変位検出器は、上記実施形態と同様に支持される。

第６実施形態では、図８（Ｂ）に示す如く、旋回部材７８６が旋回運動機構７８４の旋回中心ＲＣに対して反スタイラス側に円環形状のバランス部材７８８を備えている。バランス部材７８８は、旋回部材７８６の上端部に設けられた支持部７８７に支持されている。バランス部材７８８は支持部７８７に係合した状態で移動可能であり、支持部７８７により旋回中心ＲＣとバランス部材７８８との距離は調整可能とされている。このため、バランス部材７８８の旋回中心ＲＣからの距離を変化させることで、異なるスタイラス７５６を連結した状態の旋回部材７８６（第２ダイヤフラム構造体７９０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。従って、本実施形態では、上記実施形態よりもさらなる測定プローブ７５０の高感度化が可能である。なお、このような位置調整可能なバランス部材は、第５実施形態等で示す軸運動機構が旋回運動機構を支持する構成に適用されてもよい。

なお、カウンタバランス機構は、第３実施形態で示した測定プローブ４００に適用することも可能である。例えば、図１０に示す第７実施形態の如くであってもよい。第７実施形態では、第３実施形態に第４実施形態とは異なるカウンタバランス機構が追加されただけなので、第３実施形態とは異なる構成以外は、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。

第７実施形態では、図１０に示す如く、プローブ本体８０２がスタイラス８０６の質量に応じたバランスウェイト８３１ＣＤと、カウンタバランス機構８３１と、備える。３つのカウンタバランス機構８３１は、第５実施形態とは異なり、スタイラス８０６とは分離され、本体ハウジング（軸ハウジング部材）８０８に固定されている。そして、カウンタバランス機構８３１は、本体ハウジング８０８に支持され、スタイラス８０６とバランスウェイト８３１ＣＤ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。具体的に、カウンタバランス機構８３１は、支持部材８３１Ａと、支持軸８３１Ｂと、連結部８３１ＣＡと、永久磁石８３１ＣＢと、連結軸８３１Ｄを備える。支持部材８３１Ａは、本体ハウジング８０８の下端部の周方向で１２０度毎に配置されている。支持軸８３１Ｂは、支持部材８３１Ａに固定され、連結部８３１ＣＡを支持している。支持軸８３１Ｂに対して連結部８３１ＣＡの中心軸Ｏ側端部には、Ｚ方向と直交する方向に連結軸８３１Ｄが設けられている。一方、移動部材８１２の下端部には、接続部８１２Ｅが設けてあり、接続部８１２Ｅに連結軸８３１Ｄの先端が連結されている。支持軸８３１Ｂに対して連結部８３１ＣＡの反連結軸側端部には、永久磁石８３１ＣＢが配置されている。

バランスウェイト８３１ＣＤは、図１０に示す如く、円環形状であり（カウンタバランス機構８３１の数に対応して分割されていてもよい）、その上面には永久磁石８３１ＣＢに吸着可能な磁性部材（磁石でもよい）８３１ＣＣが設けられている。なお、バランスウェイト８３１ＣＤの内径は、フランジ部材８４２及びフランジ部８４４の外径よりも大きくされている。そのため、スタイラス８０６の連結後にもバランスウェイト８３１ＣＤを着脱できる。

これにより、プローブ本体８０２の１つに対してスタイラス８０６を交換した際に、そのスタイラス８０６の質量に対応したバランスウェイト８３１ＣＤをカウンタバランス機構８３１に自在に装着させることで、スタイラス８０６の質量の増減分を本体ハウジング８０８で直接受け止めることができる。即ち、スタイラス８０６違いによって、移動部材８１２のＺ方向の初期位置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、第３実施形態に比べて移動部材８１２の可動範囲を狭くでき、プローブ本体８０２の一層の小型化が可能となる。同時に、検出範囲を狭くできることから、移動部材８１２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。

なお、第３実施形態では、開口部４０８Ａの下端部４０８ＡＢとフランジ部材４４２の上端部４４２Ｃとの距離が、移動部材４１２の変位を規制して、一対の第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５が弾性変形の範囲内となるように定められていた。即ち、プローブ本体４０２は、一対の第１ダイヤフラム構造体４１４、４１５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４０８及びフランジ部材４４２を備えているといえる。これに対して、例えば、図１１（Ａ）に示す第８実施形態の如くであってもよい。第８実施形態では、第３実施形態とは主に本体ハウジングと移動部材との関係、及び旋回部材と移動部材との関係が異なるだけなので、主に本体ハウジングと移動部材との関係、及び旋回部材と移動部材との関係以外は、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。

第８実施形態では、図１１（Ａ）に示す如く、旋回部材ＲＰの連結部８８６Ａの上端部に対峙するように、移動部材（旋回ハウジング部材）８６２の下端部にリング部８６２Ｃが設けられている。即ち、リング部８６２Ｃは、移動部材８６２と一体とされて配置される第２壁部材といえる。そして、リング部８６２Ｃ（の下端部）と連結部８８６Ａ（の上端部）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が充填されている。これにより、少なくとも第２粘性材料ＳＶがリング部８６２Ｃ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８５０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８５０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。

また、同時に、図１１（Ａ）に示す如く、移動部材８６２の外側側面に対峙するように、本体ハウジング（軸ハウジング部材）８５８に内壁部８５８Ｂが設けられている。即ち、内壁部８５８Ｂは、本体ハウジング８５８と一体とされて配置され移動部材８６２に対峙して配置される第１壁部材といえる。そして、内壁部８５８Ｂ（の内側側面）と移動部材８６２（の外側側面）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が充填されている。これにより、少なくとも第１粘性材料ＦＶが内壁部８５８Ｂに対する移動部材８６２の変位をダンピングし、測定プローブ８５０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８５０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。

加えて、本実施形態でも、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ので、測定プローブ８５０の更なる高感度化が可能である。

なお、図１１（Ａ）に示す如く、本体ハウジング８５８にはフランジ部材８９２を収納し、フランジ部材８９２の過度の変位を規制する凹部８５８Ｃが設けられている。また、Ｚ方向で、移動部材８６２の接合部８６２Ｄの近傍に内壁部８５８Ｂが設けられている。このため、内壁部８５８Ｂの上端部８５８ＢＡと移動部材８６２の接合部８６２Ｄの下端部８６２ＤＡとの距離、及び凹部８５８Ｃの上端部８５８ＣＡとフランジ部材８９２の上端部８９２Ｂとの距離は、移動部材８６２の変位を規制して、一対の第１ダイヤフラム構造体８６４、８６５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８５２は、一対の第１ダイヤフラム構造体８６４、８６５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８５８、移動部材８６２、及びフランジ部材８９２を備えているといえる。

また、図１１（Ａ）に示す如く、凹部８５８Ｃの側面８５８ＣＢとフランジ部材８９２の側面８９２Ａとの距離は、旋回部材ＲＰの変位を規制して、第２ダイヤフラム構造体８９０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８５２は、第２ダイヤフラム構造体８９０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８５８及びフランジ部材８９２を備えているといえる。

なお、図１１（Ｂ）は、本実施形態の第１粘性材料ＦＶ、第２粘性材料ＳＶに係るバリエーションとなる第９実施形態を示す。ここでは、第１実施形態等と同じく旋回運動機構が軸運動機構を支持することで、移動部材がスタイラスを直接的に支持する構成とされている。第９実施形態では、第１実施形態等に対して主に、第１粘性材料ＦＶ、第２粘性材料ＳＶを留めるための構成が異なるだけなので、第１粘性材料ＦＶ、第２粘性材料ＳＶに関係す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。なお、図示しないが変位検出器は、第１実施形態等のように支持されている。また、図１１（Ｂ）で示す如く、スタイラス９０６は、キネマティックジョイントを用いず、直接的に移動部材９１２にフランジ部９４４で固定されている。

第９実施形態では、図１１（Ｂ）に示す如く、移動部材９１２の外側側面に対峙して旋回部材（軸ハウジング部材）９３６の円筒部９３６Ｃの内側側面が配置されている。即ち、旋回部材９３６は、移動部材９１２に対峙して配置される第１壁部材といえる。そして、円筒部９３６Ｃ（の内側側面）と移動部材９１２（の外側側面）との間の隙間にグリースオイルなどの第１粘性材料ＦＶが充填されている。これにより、少なくとも第１粘性材料ＦＶが、旋回部材９３６に対する移動部材９１２の変位をダンピングし、測定プローブ９００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９００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。

また、同時に、図１１（Ｂ）に示す如く、第２ダイヤフラム構造体９４０を両側から覆うように粘性材料溜め９３１が設けられている。粘性材料溜め９３１は、対向部９３１Ａと拡張部９３１Ｂとが一体となった部材を向かい合わせにして、本体ハウジング（旋回ハウジング部材）９０８に固定されている。対向部９３１Ａは、第２ダイヤフラム構造体９４０に対向する部分である。拡張部９３１Ｂは、移動部材９１２の接合部９３６Ｄを非接触で覆う部分であり、円筒部９３６Ｃが貫通可能な開口部９３１Ｃを備えている。即ち、粘性材料溜め９３１は、本体ハウジング９０８と一体とされて配置される第２壁部材といえる。そして、粘性材料溜め９３１（の内側側面）と第２ダイヤフラム構造体９４０との間の隙間にグリースオイルなどの第２粘性材料ＳＶが充填されている。これにより、少なくとも第２粘性材料ＳＶが粘性材料溜め９３１に対する第２ダイヤフラム構造体９４０の変位をダンピングし、測定プローブ９００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９００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。

加えて、本実施形態でも、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ので、測定プローブ９００の更なる高感度化が可能である。

なお、第１実施形態から第９実施形態では、姿勢検出器がプローブ本体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１２に示す第１０実施形態の如くであってもよい。第１０実施形態は、丁度、第１、第２実施形態のプローブ本体が軸方向Ｏでビームスプリッタと基準部材との間で分離可能とされた形態となっている。つまり、第１、第２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。

第１０実施形態では、図１２に示す如く、移動部材９６２と旋回部材９８６の両方を支持する本体ハウジング９５８を、位置決め可能なＶ溝（一対のローラでもよい）９５１ＢＢと球９５７Ｂ（係合部）で脱着可能に連結し支持する前段モジュール９５１を備えている。そして、姿勢検出器９７２は、前段モジュール９５１に内蔵されている。

具体的に、前段モジュール９５１は、図１２に示す如く、前段ハウジング（前段ハウジング部材）９５１Ａと、姿勢検出器９７２と、を備えている。前段ハウジング９５１Ａは、姿勢検出器９７２を径方向内側で支持しており、下端に下カバー９５１Ｂを備えている。下カバー９５１Ｂは、中心に開口部９５１ＢＡを備えるフランジ形状とされている。下カバー９５１Ｂの下端外周には、図１２に示す如く、周方向で１２０度毎にＶ溝９５１ＢＢが３つ設けられている。そして、Ｖ溝９５１ＢＢとは周方向で位相が６０度ずれた状態で永久磁石９５１ＢＣが３つ設けられている。つまり、前段ハウジング９５１Ａは、本体ハウジング９５８を位置決め可能なＶ溝９５１ＢＢと球９５７Ｂ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９５１Ａは、姿勢検出器９７２を収納している構成である。

プローブ本体９５２は、図１２に示す如く、上カバー９５７と、本体ハウジング９５８と、旋回運動機構９８４と、を備えている。上カバー９５７は、図１２に示す如く、中心に開口部９５７Ａを備えるフランジ形状とされている。上カバー９５７は、下カバー９５１Ｂに対応する部材である（このため、開口部９５７Ａにより、例えばバランス部材９８８の上端部に配置された図示せぬ基準部材への入射光及び基準部材からの反射光の光路が確保されている）。また、Ｖ溝９５１ＢＢの両方に接するように、球９５７Ｂが上カバー９５７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９５１ＢＣに対応して、磁性部材（永久磁石でよい）９５７Ｃが配置されている。つまり、即ち、下カバー９５１Ｂと上カバー９５７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９５１Ｂとプローブ本体９５２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。

このように、本実施形態では、プローブ本体９５２からは姿勢検出器９７２を排除でき、その姿勢検出器９７２は前段モジュール９５１に内蔵された形態となる。このため、プローブ本体９５２の変更が容易であるとともに、前段モジュール９５１の変更も容易である。つまり、軸運動機構９６０と旋回運動機構９８４と変位検出器９７６のセットと姿勢検出器９７２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、姿勢検出器９７２をプローブ本体９５２から分離できるので、プローブ本体９５２の小型化と低コスト化が可能となる。

なお、本実施形態では、移動部材９６２がスタイラス９０６を直接的に支持していたが、第８実施形態の如く旋回部材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てもよい。

なお、上記実施形態では、基本的にスタイラスを含めた第２ダイヤフラム構造体で支持される部材の重心位置が、旋回中心ＲＣと一致する構成とされていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、スタイラスを含めた第２ダイヤフラム構造体で支持される部材の重心位置を、敢えて旋回中心ＲＣからスタイラス側におく構成としてもよい。その際には、旋回中心ＲＣに対して反スタイラス側にくる第２ダイヤフラム構造体で支持される部材の質量・体積を最小限にすることができる。このため、測定プローブの固有振動数を高くでき、第１３〜第２２実施形態の測定プローブよりも高い周波数に感度を有する測定プローブ（高速応答動作可能など）を実現することが可能となる。

なお、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。

また、上記実施形態では、変位検出器が移動部材を支持する軸ハウジング部材に直接的に支持されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、変位検出器は、旋回部材ＲＰを支持する旋回ハウジング部材に支持されてもよいし、前段モジュールに支持されてもよい。

本発明は、被測定物の三次元形状を測定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。

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、８５０、９００、９５０…測定プローブ
３０２、３５２、４０２、４５２、７０２、７５２、８０２、８５２、９０２、９５２…プローブ本体
３０４、３５４、７０４、７５４、９０４、９５４…直動モジュール
３０６、３５６、４０６、４５６、７０６、７５６、８０６、８５６、９０６、９５６…スタイラス
３０８、３５８、４０８、４５８、７０８、７５８、８０８、８５８、９０８、９５８…本体ハウジング
３０８Ａ、４０８Ａ、７８８Ａ、９３１Ｃ、９５１ＢＡ、９５７Ａ、９５８Ａ…開口部
３０８ＡＢ、４０８ＡＢ、８６２ＤＡ…下端部
３１０、３６０、４１０、４６０、７１０、７６０、８１０、８６０、９１０、９６０…軸運動機構
３１２、３６２、４１２、４６２、７１２、７６２、８１２、８６２、９１２、９６２…移動部材
３１２Ａ、３６２Ａ、４３６Ａ、４８６Ａ、７１２Ａ、７６２Ａ、８３１ＣＡ、８３６Ａ、８８６Ａ…連結部
３１２Ｂ、３４６、３６２Ｂ、３９６、４４６、４９６、７１２Ｂ、７４６、７９６、８４６、８９６、９４６、９９６…ロッド部
３１２Ｃ、３６２Ｃ、７１２Ｃ…部材配置部
３１４、３１５、３６４、３６５、４１４、４１５、４６４、４６５、７１４、７１５、７６４、７６５、８１４、８１５、８６４、８６５、９１４、９１５、９６４、９６５、３１４１…第１ダイヤフラム構造体
３１４Ａ、３４０Ａ、３１４１Ａ、３４０１Ａ…外周部
３１４Ｂ、３４０Ｇ、３１４１Ｂ、３４０１Ｂ…リム部
３１４Ｃ、３４０Ｂ、３１４１Ｃ、３４０１Ｃ…中心部
３１４Ｄ、３４０Ｅ、３４０Ｆ、３１４１Ｄ、３１４１Ｅ、３４０１Ｅ、３４０１Ｆ…切り抜き部
３１６、３２４、３６６、３７４、４１６、４２６、４６６、４７４、７１６、７２４、８１６、８２６、８６６、８７６…基準部材
３１８、３６８、４１８、４６８、４７８、７１８、８１８、８６８…光源
３２０、３７０、４２０、４７０、４７７、７２０、８２０、８７０…ビームスプリッタ（ＢＳ）
３２２、３７２、４２２、４７２、７２２、８２２、８７２、９７２…姿勢検出器
３２６、３７６、４２８、４７６、７２６、８２８、８７８、９７６…変位検出器
３２９…信号処理回路
３３４、３８４、４３４、４８４、７３４、７８４、８３４、８８４、９３４、９８４…旋回運動機構
３３６Ａ、８６２Ｃ、９３６Ａ…リング部
３３６ＡＡ、３８６ＡＡ、７３６ＡＡ、７３６ＡＢ、７８６ＡＢ、７８７…支持部
３３６Ｂ、８１２Ｅ、９３６Ｂ…接続部
３３６Ｃ、４１２Ｃ、８１２Ｃ、８６２Ｂ、９３６Ｃ…円筒部
３３６Ｄ、４１２Ｄ、８１２Ｄ、８６２Ｄ、９３６Ｄ…接合部
３３８、３８８、４３８、４８８、７３８、７８８、８３８、８８８、９３８、９８８…バランス部材
３４０、３９０、４４０、４９０、７４０、７９０、８４０、８９０、９４０、９９０、３４０１…第２ダイヤフラム構造体
３４０Ｃ、３４０Ｄ、３４０１Ｄ…ヒンジ部
３４２、３９２、４４２、４９２、７４２、８４２、８９２、９９２…フランジ部材
３４２Ａ、７４２Ａ、８４２Ａ…ローラ（Ｖ溝）
３４２Ｂ、７４２Ｂ、７３６ＡＣ、７８６ＡＣ、８４２Ｂ、８３１ＣＢ、９５１ＢＣ、９９２Ｂ…永久磁石
３４２Ｃ、４１２Ａ、４４２Ｃ、４６２Ａ、８１２Ａ、８５８ＢＡ、８５８ＣＡ、８６２Ａ、８９２Ｂ…上端部
３４４、３９４、４４４、４９４、７４４、７９４、８４４、８９４、９４４、９９４…フランジ部
３４４Ａ、７４４Ａ、８４４Ａ、９５７Ｂ、９９４Ａ…球
３４４Ｂ、７３１ＡＡ、７４４Ｂ、７８１ＡＡ、８３１ＣＣ、８４４Ｂ、９５７Ｃ、９９４Ｂ…磁性部材
３４８、３９８、４４８、４９８、７４８、７９８、８４８、８９８、９４８、９９８…接触部
４０４、４５４、８０４、８５４…旋回モジュール
４１２Ｂ、８１２Ｂ…中空部
４２４、８２４、８７４…スケールブラケット
４３６、４８６、８３６、８８６…上部部材
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、７５８Ａ…延在部
７３１、７８１、８３１…カウンタバランス機構
７３１Ａ、７８１Ａ、８３１Ａ…支持部材
７３１Ｂ、７８１Ｂ、８３１Ｂ…支持軸
７３１Ｃ、７８１Ｃ、８３１ＣＤ…バランスウェイト
７３１Ｄ、７８１Ｄ、８３１Ｄ…連結軸
８５８Ｂ…内壁部
８５８Ｃ…凹部
８５８ＣＢ、８９２Ａ…側面
９３１…粘性材料溜め
９３１Ａ…対向部
９３１Ｂ…拡張部
９５１…前段モジュール
９５１Ａ…前段ハウジング
９５１Ｂ…下カバー
９５１ＢＢ、９９２Ａ…Ｖ溝
９５７…上カバー
Ｆ…周波数
ＦＶ…第１粘性材料
Ｉ…光量
ＩＦ…干渉光学系
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、３３６、３８６、７３６、７８６、９３６、９８６…旋回部材
Ｓ…表面
ＳＶ…第２粘性材料
Ｗ…被測定物

Claims

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、
前記軸運動機構は該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、且つ、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、
前記軸方向において、前記複数の第１ダイヤフラム構造体の間に、前記第２ダイヤフラム構造体が配置され、
該第１ダイヤフラム構造体の数は偶数とされ、
該第１ダイヤフラム構造体それぞれは、前記第２ダイヤフラム構造体に対して、互いに対称な距離に配置され、
前記軸運動機構は前記旋回運動機構を支持する、または該旋回運動機構は該軸運動機構を支持する構成とされていることを特徴とする測定プローブ。
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、且つ、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、
前記軸方向において、前記複数の第１ダイヤフラム構造体の間に、前記第２ダイヤフラム構造体が配置され、
特定の前記スタイラスが前記旋回部材に支持された際に、前記旋回運動機構の旋回中心に前記第２ダイヤフラム構造体で支持される部材の重心が一致する構成とされていることを特徴とする測定プローブ。
請求項２において、
前記第１ダイヤフラム構造体の数は偶数とされ、
該第１ダイヤフラム構造体それぞれは、前記第２ダイヤフラム構造体に対して、互いに対称な距離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２または３において、
前記軸運動機構は前記旋回運動機構を支持する構成とされていることを特徴とする測定プローブ。
請求項２または３において、
前記旋回運動機構は前記軸運動機構を支持する構成とされていることを特徴とする測定プローブ。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
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１乃至６のいずれかにおいて、
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、該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１乃至７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８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８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８乃至１０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１乃至１１のいずれかにおいて、
前記移動部材と前記旋回部材の両方を支持するハウジング部材を位置決め可能な係合部で脱着可能に連結し支持する前段ハウジング部材を備え、
前記旋回部材もしくは該旋回部材に支持される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ハウジング部材に収納されていることを特徴とする測定プローブ。
請求項１乃至１１のいずれかにおいて、
前記旋回部材もしくは該旋回部材に支持される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、前記移動部材と前記旋回部材の両方を支持するハウジング部材に収納されていることを特徴とする測定プローブ。
請求項１２または１３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１４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１乃至１５のいずれかにおいて、
前記複数の第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１乃至１６のいずれかにおいて、
前記第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１乃至１７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１乃至１８のいずれかにおいて、
前記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て配置される第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。