CN106197354B - 测量探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量探头(300)，其包括：触针(306)，其具有用于接触被测物体(W)的接触部(348)；轴运动机构(310)，其具备移动构件(312)，该移动构件(312)使接触部(348)能够沿轴向(O)移动；以及旋转运动机构(334)，其具备旋转构件(RP)，该旋转构件通过旋转运动而使接触部能够沿着与轴向成直角的面移动，其中，该测量探头(300)包括：主体外壳(308)，其用于支承轴运动机构(310)；模块外壳(330)，其用于支承旋转运动机构(334)；以及位移检测器(328)，其被支承于主体外壳(308)，并用于检测移动构件(312)的位移。由此，能够保持低成本并且确保高测量精度。

Description

测量探头

技术领域

本发明涉及一种测量探头，特别是涉及一种能够保持低成本并确保高测量精度的测量探头。

背景技术

接触被测物体的表面而测量被测物体的表面的形状的测量装置已知有例如三维测量机等。在三维测量机中，使用有用于接触被测物体而检测其表面形状的测量探头(专利文献1)。专利文献1所示的测量探头包括：触针，其具有用于接触被测物体(的表面)的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿测量探头的中心轴线的方向(也称为Z方向、轴向O)移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件通过旋转运动而使所述接触部能够沿与该Z方向成直角的面移动。在日本特许第4417114号公报(以下，称为专利文献1)中，轴运动机构与旋转运动机构以串联的方式连接，且使触针的接触部能够移动的方向互不相同。

发明内容

发明要解决的问题

被测物体W的形状能够根据旋转构件和移动构件的位移来求出。在专利文献1中构成为，移动构件被支承于旋转运动机构，移动构件的位移作为Z方向上的位移被检测出。因此，例如，在移动构件在旋转构件的作用下而自Z方向倾斜了的状态下位移了的情况下，基本上移动构件沿XYZ方向这三个方向位移。因此，在专利文献1中，需要采用用于仅提取朝向该三个方向中的一个方向(Z方向)的位移分量来进行检测的检测器(位移检测器)。也就是说，若欲实现高测量精度的测量探头，则有可能导致检测处理的复杂化和(由于检测器被限定)检测器的高成本化。

本发明是为了解决所述的问题而完成的，其课题在于提供一种能够保持低成本并且确保高测量精度的测量探头。

用于解决问题的方案

本发明的技术方案1的发明利用如下特征解决所述课题：一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件通过旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其中，该测量探头包括：轴外壳构件，其用于支承所述轴运动机构；旋转外壳构件，其用于支承所述旋转运动机构；以及位移检测器，其被支承于所述轴外壳构件，并用于检测所述移动构件的位移。

本发明的技术方案2的发明是，利用所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的相对位置的检测的相对位置检测信号。

本发明的技术方案3的发明是，利用所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。

本发明的技术方案4的发明是，在所述轴外壳构件设有干涉光学系统，该干涉光学系统包括：干涉光源部；参照镜，其用于反射来自该干涉光源部的光；以及目标镜，其配置于所述移动构件，并用于反射来自该干涉光源部的光，该干涉光学系统能够使分别来自该参照镜和该目标镜的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹，利用所述位移检测器能够检测该干涉光学系统所生成的所述多个干涉条纹的相位变化。

本发明的技术方案5的发明是，所述轴运动机构支承所述旋转外壳构件，并且所述旋转构件支承所述触针。

本发明的技术方案6的发明是，所述旋转运动机构支承所述轴外壳构件，并且所述移动构件支承所述触针。

本发明的技术方案7的发明是，所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，该旋转中心与该平衡构件之间的距离被设为能够进行调整。

本发明的技术方案8的发明是，该测量探头包括：平衡配重，其与所述触针的质量对应；以及平衡机构，其被支承于所述轴外壳构件，并用于取得该触针与该平衡配重之间的平衡。

本发明的技术方案9的发明是，该测量探头具备前级外壳构件，该前级外壳构件利用能够定位的卡合部以能够装卸的方式连结并支承用于支承所述移动构件与所述旋转构件这两者的外壳构件，在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器收纳于所述前级外壳构件。

本发明的技术方案10的发明是，在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，将用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器收纳于用于支承所述移动构件与所述旋转构件这两者的外壳构件。

本发明的技术方案11的发明是，所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，在所述旋转运动机构被支承于该轴运动机构时，将所述姿态检测器配置于该旋转运动机构与该多个第1隔膜结构体之间。

本发明的技术方案12的发明是，将所述基准构件设为用于反射光的反射镜，该测量探头设有用于使光沿着光轴向该反射镜入射的光源部，利用所述姿态检测器检测自该反射镜反射来的反射光的相对于该光轴进行的位移。

本发明的技术方案13的发明是，将所述光轴设置为通过所述旋转运动机构的旋转中心。

本发明的技术方案14的发明是，所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，该测量探头具备将该多个第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

本发明的技术方案15的发明是，所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，该测量探头具备将该第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

本发明的技术方案16的发明是，在第1壁构件与该移动构件之间的间隙的至少局部填充有第1粘性材料，该第1壁构件以与所述轴外壳构件形成为一体、且与所述移动构件相对的方式配置。

本发明的技术方案17的发明是，所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，在第2壁构件与该第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部或该第2壁构件与所述旋转构件之间的间隙的至少局部填充有第2粘性材料，该第2壁构件以与所述旋转外壳构件形成为一体的方式配置。

发明的效果

采用本发明，能够保持低成本并确保高测量精度。

通过参考下面的优选的实施方式的详细说明，本发明的上述的优异的特征和优点以及其它的优异的特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

参考附图对本发明的优选的实施方式进行说明，在这些附图中，对类似的构件标注类似的附图标记，其中：

图1是表示使用了本发明的测量探头的测量系统的一例子的示意图。

图2是表示本发明的第1实施方式的测量探头的截面的示意图。

图3是表示测量探头及其周边部分的结构的框图。

图4是表示在测量探头中使用的隔膜结构体的一例子的示意图，图4的(A)是在轴运动机构中使用的第1隔膜结构体的图，图4的(B)是在旋转运动机构中使用的第2隔膜结构体的图，图4的(C)是在旋转运动机构中使用的第2隔膜结构体的功能图。

图5是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图5的(A)是第2实施方式的图，图5的(B)是第3实施方式的图。

图6是表示本发明的第4实施方式的测量探头的截面的示意图。

图7是表示本发明的第4实施方式的干涉光学系统的示意图，图7的(A)是结构要素的配置图，图7的(B)是表示干涉光投影于位移检测器的情形的图，图7的(C)是表示利用位移检测器检测到的干涉光的相位与频率的图。

图8是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图8的(A)是第5实施方式的图，图8的(B)是第6实施方式的图。

图9是表示图8的(B)的测量探头的局部的立体图，图9的(A)是触针连结于旋转模块的图，图9的(B)是平衡机构的图，图9的(C)是触针的图。

图10是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图10的(A)是第7实施方式的图，图10的(B)是第8实施方式的图。

图11是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图11的(A)是第9实施方式的图，图11的(B)是第10实施方式的图。

图12是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图12的(A)是第11实施方式的图，图12的(B)是第12实施方式的图。

图13是表示本发明的第12实施方式的触针和平衡机构的示意图，图13的(A)是立体图，图13的(B)是俯视图，图13的(C)是剖视图。

图14是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图14的(A)是第13实施方式的图，图14的(B)是第14实施方式的图。

图15是表示本发明的第15实施方式的测量探头的截面的示意图。

图16是表示本发明的第16实施方式的测量探头的截面的示意图，图16的(A)是自中心轴线O偏移了的情况的图，图16的(B)是经过中心轴线O的情况的图。

图17是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图17的(A)是第17实施方式的图，图17的(B)是第18实施方式的图。

图18是表示本发明的第19实施方式的测量探头的截面的示意图。

图19是表示本发明的测量探头的截面的示意图，图19的(A)是第20实施方式的图，图19的(B)是第21实施方式的图。

图20是表示本发明的第22实施方式的测量探头的截面的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式的一例子。

参照图1～图4说明本发明的第1实施方式。

首先，说明测量系统100的整体结构。

如图1所示，测量系统100包括：三维测量机200，其用于移动测量探头300；操作部110，其具有用于手动操作的操纵杆111；以及动作控制器500，其用于控制三维测量机200的动作。另外，测量系统100包括：主机600，其借助动作控制器500使三维测量机200进行动作，并且对利用三维测量机200取得的测量数据进行处理而求出被测物体W的尺寸、形状等；输入单元120，其用于输入测量条件等；以及输出单元130，其用于输出测量结果。

接下来，说明各结构要素。

如图1所示，所述三维测量机200包括：测量探头300；平台210；驱动机构220，其竖立设置于平台210并使测量探头300三维移动；以及驱动传感器230，其用于检测驱动机构220的驱动量。

如图2所示，测量探头300包括触针306、轴运动机构310以及旋转运动机构334。触针306的接触部348构成为，利用轴运动机构310和旋转运动机构334在与被测物体W的表面S相接触时顺着其形状在三个方向上自由地位移。

并且，使用图2说明测量探头300的简要结构。此外，为了便于以下的说明，将图2的纸面上下方向取作Z方向，将纸面左右方向取作X方向，将纸面垂直方向取作Y方向。因此，测量探头300的中心轴线O的方向(轴向O)与Z方向相同。

如图2所示，测量探头300包括：触针306，其具有用于接触被测物体W的接触部348；轴运动机构310，其具备移动构件312，该移动构件312使接触部348能够沿轴向O移动；以及旋转运动机构334，其具备旋转构件RP，该旋转构件RP利用旋转运动使接触部348能够沿着与轴向O成直角的面移动。此处，轴运动机构310被主体外壳(轴外壳构件)308支承，并且旋转运动机构334被模块外壳(旋转外壳构件)330支承。而且，构成为轴运动机构310支承模块外壳330，并且旋转构件RP直接支承触针306。而且，测量探头300具备位移检测器328，该位移检测器328被主体外壳308支承，并用于检测移动构件312的位移。

另外，如图2所示，测量探头300利用探头主体302支承触针306。也就是说，测量探头300包括探头主体302和旋转模块304这两个模块，探头主体302成为内置有旋转模块304的形态。而且，姿态检测器322(后述)内置于探头主体302，该探头主体302具备用于支承移动构件312和旋转构件RP这两者的主体外壳(外壳构件)308(换言之，姿态检测器322收纳于主体外壳308)。此外，“内置”的意思是，被支承在各自的外壳构件(若“内置”的对象构件被“内置”于探头主体302则此处的“外壳构件”为主体外壳308，若“内置”的对象构件被“内置”于旋转模块304则此处的“外壳构件”为模块外壳330)的径向内侧，并且该“内置”的对象构件没有仅进入被配置于各自的外壳构件的外侧的其它模块或者其它外壳构件的内侧的部分。

以下，详细说明测量探头300。

如图2所示，所述探头主体302包括主体外壳308、轴运动机构310、旋转模块304、姿态检测器322、位移检测器328以及信号处理电路329(图3)。

如图2所示，主体外壳308形成为在内侧侧面设有台阶部308A的带盖的圆筒形状。而且，主体外壳308在Z方向上将轴运动机构310支承于台阶部308A的上侧的径向内侧。另外，主体外壳308在Z方向上将旋转模块304收纳于设于台阶部308A的下侧的薄壁的延伸部308B的径向内侧。

如图2所示，轴运动机构310包括：移动构件312；以及一对第1隔膜结构体314、315，该一对第1隔膜结构体314、315使移动构件312能够相对于主体外壳308进行位移。

如图2所示，移动构件312形成为在轴心形成有中空部312B的大致圆筒形状。而且，移动构件312在Z方向上在被第1隔膜结构体314支承的位置的下方设有凹部312C。支承构件319在不与该凹部312C接触的状态下自主体外壳308的内侧侧面延伸出。而且，姿态检测器322和分束器320被支承构件319支承。在移动构件312的下端部支承有具备旋转运动机构334的旋转模块304。也就是说，姿态检测器322配置于旋转运动机构334与一对第1隔膜结构体314、315之间。

如图4的(A)所示，第1隔膜结构体314、315是能够弹性变形的大致圆盘形状的构件。材质是磷青铜等(也可以是其它材料)。第1隔膜结构体315形成为与第1隔膜结构体314相同(不限于此，也可以形成为互不相同的形状)。因此，使用图4的(A)仅对第1隔膜结构体314进行说明。

如图4的(A)所示，在第1隔膜结构体314设有在周向上相位错开120度的三个切槽部314D。利用切槽部314D，自第1隔膜结构体314的径向外侧朝向内侧去设有外周部314A、环形部(日文：リム部)314B以及中心部314C。外周部314A是处于第1隔膜结构体314的最外周、并固定于主体外壳308的部分。环形部314B利用相邻的两个切槽部314D沿周向形成为带状，并配置于外周部314A的内侧。而且，环形部314B的两端部分别与外周部314A和中心部314C相连结。中心部314C是用于支承移动构件312的部分，配置于比环形部314B更靠内侧的位置。第1隔膜结构体314成为在移动构件312相对于主体外壳308的位移的作用下中心部314C上下运动、环形部314B弹性变形的构造。此外，第1隔膜结构体的构造不限定于本实施方式中所示的形状(第2隔膜结构体也是同样的)。

如图2所示，旋转模块304包括凸缘部332、模块外壳330以及旋转运动机构334。

如图2所示，凸缘部332连结于移动构件312，并形成为在中心设有开口部332A的凸缘形状。

如图2所示，模块外壳330是在下端设有开口部330A的大致圆筒形状的构件。而且，模块外壳330将旋转运动机构334支承于径向内侧。

如图2所示，旋转运动机构334的除凸缘构件342之外的部分收纳于模块外壳330的内侧。凸缘构件342以不进入到触针306的内侧的方式与触针306相连结。而且，如图2所示，旋转运动机构334包括：旋转构件RP；以及第2隔膜结构体340，其使旋转构件RP能够相对于模块外壳330进行位移。

如图2所示，旋转构件RP是支承于第2隔膜结构体340的构件，并包括平衡构件338、上部构件336以及凸缘构件342。

如图2所示，平衡构件338配置于第2隔膜结构体340的上部，并形成为与触针306对应的重量(也就是说，旋转构件RP是相对于旋转运动机构334的旋转中心RC而言在与触针相反的一侧设有平衡构件338的结构)。通过适当地设定该平衡构件338(或者，如后述那样，调整旋转中心RC与平衡构件338之间的距离)，能够使包括触针306在内的、被旋转构件RP支承的构件的重心位置与旋转中心RC重合。因此，例如，即使将测量探头300横置，也能够防止触针306的中心轴线自轴向O较大程度地倾斜。即，即使改变测量探头300的姿态，也能够使触针306停留在姿态检测器322(后述)的测量范围的中央，能够采用更简易化、小型化、高分辨率化的构件来作为姿态检测器322。在平衡构件338的上端部(旋转构件RP的与触针相反一侧的端部)设有基准构件316。此外，平衡构件338的侧面338B与模块外壳330的内侧侧面330B之间的距离以限制平衡构件338的倾斜(位移)而使第2隔膜结构体340的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，旋转模块304包括模块外壳330和平衡构件338，该模块外壳330和平衡构件338成为用于将第2隔膜结构体340的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

如图2所示，上部构件336构成为卡合于第2隔膜结构体340并支承平衡构件338。此外，在上部构件336的凸部336A设有外螺纹。而且，在平衡构件338的与凸部336A对应的凹部338A设有内螺纹。因此，形成为，通过改变平衡构件338螺纹结合于上部构件336的状态，能够调整旋转中心RC与平衡构件338之间的距离。也就是说，通过改变平衡构件338距旋转中心RC的距离，即使是重量或者长度各不相同的触针306，也能够使旋转构件RP(被第2隔膜结构体340支承的构件)的重心位置与旋转中心RC重合。

如图4的(B)所示，第2隔膜结构体340也是能够弹性变形的大致圆盘形状的构件。材质是磷青铜等(也可以是其它材料)。在第2隔膜结构体340设有在周向上相位相差180度的两个圆弧形状的切槽部340E，并形成有两个节点部(日文：ヒンジ部)340C。在切槽部340E的径向内侧还设有在周向上相位相差180度的两个圆弧形状的切槽部340F，并形成有两个节点部340D。利用切槽部340E、340F，自第2隔膜结构体340的径向外侧朝向内侧去设有外周部340A、环形部340G以及中心部340B。

如图4的(B)所示，外周部340A是处于第2隔膜结构体340的最外周、并固定于模块外壳330的部分。环形部340G利用设于径向上的两侧的切槽部340E、340F沿周向形成为带状。而且，环形部340G配置于外周部340A的内侧，并通过节点部340C而与外周部340A相连结，通过节点部340D而与中心部340B相连结。中心部340B是用于支承上部构件336的部分，且配置于比环形部340G更靠内侧的位置。切槽部340E的相位与切槽部340F的相位相差90度。因此，以第2隔膜结构体340的中心(旋转中心RC)为轴线，中心部340B成为能够沿互为正交的两个方向倾斜(能够旋转)的构造。

此外，图4的(C)是表示第2隔膜结构体340的功能的示意图，附图标记k表示中心部340B进行了位移(旋转)时的每单位位移量(角度)的恢复力。

如图2所示，凸缘构件342在与上部构件336一起夹着第2隔膜结构体340的形态下被支承于上部构件336。在凸缘构件342的下端外周以在周向上每隔120度设有一对辊342A的方式设有三对辊342A。而且，在中心轴线O上设有永磁体342B。此外，一对辊342A的轴向形成为与朝向凸缘构件342的中心的大致径向相同。

此外，台阶部308A的下端部308AB与凸缘部332的上端部332B之间的距离以使一对第1隔膜结构体314、315的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体302包括主体外壳308、移动构件312、支承构件319以及模块外壳330，该主体外壳308、移动构件312、支承构件319以及模块外壳330成为用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。此外，利用延伸部308B，还能够同时防止自XY方向直接朝向旋转模块304的外力。当然，在对触针306施加了过大的负载的情况下，为了保护该第1隔膜结构体314、315，成为触针306在第1限制构件起作用之前脱落的结构。

另一方面，如图2所示，在移动构件312的上端部312A配置有标尺托座324。在标尺托座324上配置有基准构件326。而且，以与基准构件326相对的方式配置有用于检测来自基准构件326的反射光的位移检测器328。此外，位移检测器328内置有用于向基准构件326照射光的光源。在基准构件326的靠位移检测器328侧的表面，反射来自光源的光的反射率不同的增量图案以恒定间隔沿Z方向设置。即，基准构件326形成为反射型的标尺。利用该基准构件326、位移检测器328，构成了用于输出两相正弦波信号的光电式增量型线性编码器。也就是说，位移检测器328成为被支承于主体外壳308并用于检测移动构件312的位移的结构。而且，位移检测器328与移动构件312的位移相对应地输出增量图案的以预定的周期重复的周期信号(也就是说，位移检测器328是用于输出能够进行移动构件312的相对位置的检测的相对位置检测信号的结构)。该周期信号的波形被信号处理电路329整形。然后，自信号处理电路329输出用于求出基准构件326在Z方向上的位移的Z两相sin波。

另外，如图2所示，在主体外壳308的内侧侧面，以与分束器320相对的方式设有其它的光源(光源部)318。分束器320使自光源318射出的光朝向Z方向。朝向Z方向的光(经过光轴OA的光)被设于旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部的(被设为用于反射光的反射镜的)基准构件316反射(即，在探头主体302设有用于使光沿着光轴OA向基准构件316入射的光源318)。反射光经过分束器320，并利用姿态检测器322检测自基准构件316反射来的光。由此，由于被姿态检测器322检测到的反射光的位置因基准构件316的位移(倾斜)而变化，因此姿态检测器322能够检测自基准构件316反射来的反射光的相对于光轴OA进行的位移。也就是说，姿态检测器322能够检测基准构件316的与触针306的旋转动作对应的位移(倾斜)。光轴OA以通过旋转运动机构334的旋转中心RC的方式设置(也就是说，中心轴线O与光轴OA重合)。

此外，如图2所示，基准构件316的表面为凹面形状，减小被姿态检测器322检测到的反射光的相对于光轴OA的位移量，从而谋求姿态检测器322的尺寸的小型化。姿态检测器322的输出也输入到信号处理电路329。然后，姿态检测器322的输出的波形被信号处理电路329整形。然后，自信号处理电路329输出基于反射光的、由于基准构件316的姿态变化而产生的相对于光轴OA朝向XY方向进行的位移。

如图2所示，所述触针306包括凸缘部344、杆部346以及接触部348。

如图2所示，凸缘部344是与凸缘构件342对应的构件。即，以与一对辊342A这两者相接触的方式，球344A以在凸缘部344的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，在凸缘部344以与永磁体342B相对的方式配置有与永磁体342B相互吸引的磁性构件(也可以是永磁体)344B。

此处，如图2所示，三个球344A分别与对应的一对辊342A的表面相接触。因此，在永磁体342B和磁性构件344B以预定的力相互吸引着的状态下，凸缘部344成为以六点落位(接触)于凸缘构件342的状态。也就是说，能够在实现高定位精度的同时将凸缘构件342和凸缘部344连结起来。即，凸缘部344与凸缘构件342之间成为构成了作为能够装卸的连结机构的运动接头(也称为运动联接件。以后相同)的状态。利用该运动接头，即使反复装卸触针306与凸缘构件342，也能够实现较高的定位再现性。此外，运动接头不仅是辊与球的组合，也可以是V槽与球的组合。另外，对于辊与球的组合，其顺序也可以是相反的。也就是说，只要是能够以六点进行落位的构造，就不限定于辊与球的组合。此外，在自横向(与轴向O正交的方向)对触针306施加了较大的力时，触针306自凸缘构件342脱落(不但包含全部的辊342A成为球344A未接触辊342A的状态的情况，也包含仅一部分辊342A成为球344A未接触辊342A的状态的情况。以后相同)，从而能够防止探头主体302的破损(因此，永磁体342B与磁性构件344B之间的相互吸引的预定的力被设为与上述的较大的力对应的力。以后相同)。

如图2所示，杆部346的基端安装于凸缘部344。在杆部346的顶端设有球形的接触部348。此外，在触针306没有沿XY方向进行位移的状态下，触针306的中心轴线的方向成为Z方向(轴向O)。

接下来，使用图3说明探头信号处理部530。

如图3所示，探头信号处理部530包括A/D电路532、FPGA534以及计数电路536。A/D电路532对输入的作为模拟信号的Z两相sin波和XY位移电压进行AD变换，分别做成数字信号。即，此时的AD变换的比特数越多，则越能够实现对于触针306的位移的高动态范围化和高灵敏度化。在FPGA534中，将数字信号的XY位移电压变换为位移信号并向位置运算部550输出，并且将数字信号的Z两相sin波变换为Z两相矩形波并向计数电路536输出。然后，在计数电路536中，计量Z两相矩形波而求出Z方向上的位移并向位置运算部550输出。

在本实施方式中，为了实现触针306的沿XYZ方向的位移，基本上利用轴运动机构310进行沿Z方向的移动，利用旋转运动机构334进行沿XY方向的移动。因此，由于能够分别在Z方向、XY方向上分离触针306的位移，因此独立地进行Z方向、XY方向上的位移的检测较容易，从而能够实现位置运算的简化。同时，也能够独立地设定Z方向、XY方向各自的检测灵敏度。而且构成为，轴运动机构310支承模块外壳330，并且旋转构件RP直接支承触针306。因此，能够提高距触针306更近的旋转运动机构334的检测灵敏度。

另外，本实施方式具备位移检测器328，该位移检测器328被支承于主体外壳308并用于检测移动构件312的位移。即，被支承于主体外壳308的位移检测器328检测同样被支承于主体外壳308的(原则上不进行沿XY方向的移动、而沿Z方向移动的)移动构件312的位移。因此，即使位移检测器328不是昂贵的检测器，也能够单纯地检测移动构件312的相对于主体外壳308的一个方向上的位移。即，位移检测器328能够以高分辨率检测移动构件312的位移，易于进行移动构件312的位移的校正。同时，线性编码器等的使用也较容易，还能够实现移动构件312(即，触针306)的长行程化。

另外，在本实施方式中，位移检测器328输出能够进行移动构件312的相对位置的检测的相对位置检测信号(以预定的周期重复的周期信号)。因此，通过以位移检测器328构成光电式增量型线性编码器，能够在确保极长的检测范围(动态范围)的同时，避免检测灵敏度在移动构件312的移动位置处不同这样的现象。同时，通过对该相对位置检测信号进行高比特数的AD变换，能够以更高的分辨率检测Z方向上的位移。此外，不限于此，位移检测器也可以设为不检测增量图案，而检测绝对图案。也就是说，位移检测器也可以是输出能够进行移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号的结构。

另外，在本实施方式中，轴运动机构310被支承于一对相同的第1隔膜结构体314、315。因此，能够降低轴运动机构310的沿除Z方向以外的方向的位移，并能够确保沿Z方向的高移动精度。同时，与同时使用空气轴承等来作为移动构件的引导件的情况相比，能够实现快速的响应性。此外，不限于此，也可以不使用一对相同的第1隔膜结构体，而使用一个或者三个以上的第1隔膜结构体。或者，第1隔膜结构体也可以设为互不相同的形状。

另外，在本实施方式中，旋转中心RC与平衡构件338之间的距离形成为能够调整。因此，即使采用相同的平衡构件338，也能够通过调整平衡构件338的位置，相对于多个触针306使连结了各个的触针306的旋转构件RP的重心位置与旋转中心RC重合。即，由于能够减少平衡构件338的种类，因此能够降低平衡构件338的制造·管理的成本。此外，不限于此，也可以是平衡构件的位置不可调整的形态。

另外，在本实施方式中，在旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部设有基准构件316，姿态检测器322收纳于主体外壳308。即，由于在旋转模块304未设置姿态检测器322，因此能够使旋转模块304本身小型化并且低成本化。而且，基准构件316内置于旋转模块304。即，与基准构件自旋转模块突出并延伸这样的结构相比，能够缩短自基准构件316到接触部348的位置为止的距离。即，能够减小根据基准构件316的位移而运算的接触部348的位移的运算误差，从而能够高精度地求出接触部348的位置。

另外，在本实施方式中，姿态检测器322配置于旋转运动机构334与一对第1隔膜结构体314、315之间。因此，即使旋转构件RP的位移较大，也能够缩短基准构件316与姿态检测器322之间的距离，因此能够缩小姿态检测器322。即，能够使探头主体302更加小型化。另外，在本实施方式中，设有使光沿着光轴OA向作为基准构件316的反射镜入射的光源318，姿态检测器322检测自反射镜反射来的反射光的相对于光轴OA进行的位移。即，利用姿态检测器322进行的检测是非接触式的，因此不阻碍设有基准构件316的旋转构件RP的旋转运动，就能够以高灵敏度检测旋转构件RP的位移。同时，用于检测旋转构件RP的位移的结构是光杠杆且较简单，因此能够实现测量探头300的低成本化。此外，不限于此，姿态检测器既可以是接触式，也可以是非接触式以及利用磁等的方式。

另外，在本实施方式中，光轴OA以通过旋转中心RC的方式设置。因此，在由于旋转构件RP的旋转动作而产生的反射光的变化中不包含沿Z方向的位移分量，因此能够以更高的灵敏度检测旋转构件RP的位移。此外，不限于此，也可以是光轴OA不通过旋转中心RC的结构。

另外，在本实施方式中，探头主体302包括主体外壳308、移动构件312、支承构件319以及模块外壳330，该主体外壳308、移动构件312、支承构件319以及模块外壳330用于将一对第1隔膜结构体314、315的变形量限制在弹性变形的范围内。同时，旋转模块304包括模块外壳330、平衡构件338以及凸缘构件342，该模块外壳330、平衡构件338以及凸缘构件342用于将第2隔膜结构体340的变形量限制在弹性变形的范围内。因此，例如，即使在过大的冲击沿运动接头不发挥功能的方向施加于触针306的情况下，也能够防止第1隔膜结构体314、315和第2隔膜结构体340的塑性变形、破损·破坏。此外，不限于此，测量探头也可以不设置将第1、第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的构件。

即，在本实施方式中，能够保持低成本并且确保高测量精度。

列举上述实施方式说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式。即当然能够在不脱离本发明的要旨的范围内进行改良以及设计的改变。

例如，在上述实施方式中，是旋转模块304内置于探头主体302的形态，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图5的(A)所示的第2实施方式那样。在第2实施方式中，主要是仅探头主体与旋转模块之间的连结状态与第1实施方式不同，因此除与探头主体和旋转模块之间的连结相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第2实施方式中，如图5的(A)所示，是旋转模块354未内置于探头主体352的形态。旋转模块354利用由辊362E与球382B(卡合部)构成的运动接头以能够装卸的方式与探头主体352相连结。此外，在以后，也将该能够自探头主体352分离的旋转模块354称为探头模块。

此外，准备多个(接触部398的材质、位置、质量等不同的)触针356。而且，与触针356对应地，针对一个探头主体352，能够准备多个旋转模块354(不是必须与触针356的数量相同)。

如图5的(A)所示，在轴运动机构360的下端部设有凸缘部362D。轴运动机构360的除凸缘部362D以外的部分收纳于主体外壳358的内侧。凸缘部362D不进入到旋转模块354的内侧，而与旋转模块354相连结。

如图5的(A)所示，在凸缘部362D的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊362E的方式设有3对辊362E。而且，以在周向上相位与辊362E的相位错开60度的状态设有三个永磁体362F。此外，一对辊362E的轴向形成为与朝向凸缘部362D的中心的大致径向相同。

如图5的(A)所示，旋转模块354包括模块盖382、模块外壳380以及旋转运动机构384。此外，在本实施方式中，由模块盖382和模块外壳380构成旋转外壳构件。

如图5的(A)所示，模块盖382形成为在中心设有开口部382A的凸缘形状。模块盖382是与凸缘部362D对应的构件。在永磁体362F和磁性构件382C以预定的力相互吸引着的状态下，模块盖382利用能够装卸的运动接头连结于凸缘部362D。利用该运动接头，即使反复装卸旋转模块354与凸缘部362D，也能够实现高定位再现性。此外，在自横向(与Z方向正交的方向)对旋转模块354施加了较大的力时，旋转模块354自凸缘部362D脱落，从而能够防止探头主体352的破损。

如此，在本实施方式中，轴运动机构360内置于探头主体352，并且旋转运动机构384仅内置于旋转模块354。因此，例如，在改变了触针356时，存在仅对旋转运动机构384在性能上进行改变的做法较好这样的情况。此时，通过不改变探头主体352而仅更换旋转模块354，例如能够将自接触部398施加于被测物体W的力设为所期望的测量力，其结果，能够在测量探头350实现相应的检测灵敏度和恢复力(使触针356的位移返回到原始状态的力)。相反地，也能够容易地实现针对同一旋转模块354更换探头主体352这样的操作。另外，在仅旋转运动机构384破损·性能降低了时，通过仅更换旋转模块354就能够维持测量探头350的功能。

另外，通过预先使多个旋转模块354各自的球382B的位置相同，能够容易地相对于探头主体352装卸多个旋转模块354，并且能够实现较高的位置再现性。

另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体352准备多个旋转模块354，使旋转构件RP位移了时的每单位位移量的恢复力根据每个旋转模块354而不同。因此，能够设定与触针356、被测物体W一一对应的恢复力，从而能够进行沿XY方向的位移的高灵敏度检测，并且能够容易地实现检测范围的扩大等。同时，也能够降低由接触部398引起的对被测物体W的损害等。此外，不限于此，也可以不根据每个探头模块改变旋转构件RP位移了时的每单位位移量的恢复力。

另外，在本实施方式中，旋转中心RC与平衡构件388之间的距离形成为能够调整。而且，若针对一个探头主体352准备多个旋转模块354，则能够以相同构件的旋转构件RP来构成具有不同的平衡的多个旋转模块354，因此能够实现旋转模块354的低成本化。此外，不限于此，也可以是平衡构件的位置不可调整的形态。

另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体352准备多个旋转模块354，使平衡构件388的质量根据每个旋转模块354而不同。因此，对于各触针356，通过使用具备相应的平衡构件388的旋转模块354，能够使旋转构件RP的连结着各自的触针356的状态下的重心位置与旋转中心RC重合。此外，在能够进一步调整平衡构件388的位置的情况下，在一个探头主体352中，能够提供能够更准确地与更多的触针356对应的旋转模块354。

此外，在第2实施方式中，姿态检测器372配置于旋转运动机构384与一对第1隔膜结构体364、365之间，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图5的(B)所示的第3实施方式那样。在第3实施方式中，主要是仅姿态检测器的位置与第2实施方式不同，因此除与姿态检测器的位置相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第3实施方式中，如图5的(B)所示，移动构件412形成为在轴心形成有中空部412B的大致圆筒形状。更具体地说，移动构件412构成为，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部412C、薄壁部412D以及凸缘部412E形成为一体。在厚壁部412C连结有一对第1隔膜结构体414、415。薄壁部412D形成于厚壁部412C的下方。此外，主体外壳408的开口部408A的开口径被设为小于厚壁部412C的外径。而且，凸缘部412E的外径被设为大于开口部408A的开口径。此处，厚壁部412C的下端部412CA与开口部408A的上端部408AA之间的距离和凸缘部412E的上端部412EA与开口部408A的下端部408AB之间的距离以限制移动构件412的沿Z方向的位移而使一对第1隔膜结构体414、415的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体402包括主体外壳408和移动构件412，该主体外壳408和移动构件412成为用于将一对第1隔膜结构体414、415的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

如图5的(B)所示，姿态检测器422配置于移动构件412的上方且配置于主体外壳408的内侧上表面。而且，光源(光源部)418设于主体外壳408的内侧侧面。使从光源418射出的光朝向Z方向的分束器420被支承于支承构件419(此外，支承构件419也固定于主体外壳408的内侧)。构成为，朝向Z方向的光经过移动构件412的中空部412B，并在基准构件416处反射。朝向Z方向的光的光轴OA以通过旋转运动机构434的旋转中心RC的方式设置。因此，在本实施方式中，姿态检测器422的配置变得容易，并使探头主体402的制造变得容易。

此外，在上述实施方式中，使用位移检测器构成了光电式增量型线性编码器，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图6所示的第4实施方式那样。在第4实施方式中，主要是仅位移检测器周边的结构与第2实施方式不同，因此主要是除位移检测器周边的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第4实施方式中，如图6、图7的(A)所示，在探头主体452设有干涉光学系统IF，该干涉光学系统IF包括：光源(干涉光源部)478；参照镜475，其用于反射来自光源478的光；以及基准构件(目标镜)474，其配置于移动构件462并用于反射来自光源478的光，该干涉光学系统IF能够使分别来自参照镜475和基准构件474的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹IL。光源478和参照镜475固定于主体外壳458的内侧。光源478和配置于移动构件462的上端部462A的基准构件474沿Z方向排列，在光源478和基准构件474之间配置有分束器477。分束器477也固定于主体外壳458的内侧，整体上构成迈克尔逊型的干涉光学系统IF。

如图6、图7的(A)所示，分束器477使来自光源478的光向参照镜475的方向分支。另外，分束器477将被基准构件474反射的反射光导向与参照镜475相对且与分束器477相对的位移检测器476。同时构成为，被参照镜475反射并经过了分束器477的光向位移检测器476入射。因此，如图7的(B)所示，位移检测器476形成为能够检测干涉光学系统IF所生成的多个干涉条纹IL的相位变化PS。

此外，在图7的(C)中示出了位移检测器476所检测到的多个干涉条纹IL的光量I。此处，相位变化PS反映了基准构件474的沿Z方向的移动量。因此，通过求出该相位变化PS，能够求出移动构件462的沿Z方向的位移量。此时，由于多个干涉条纹IL是由干涉光构成的且是周期性的，因此能够高精度地求出相位变化PS(在本实施方式中，位移检测器476也能够做成输出能够进行移动构件462的相对位置的检测的相对位置检测信号的结构)。

也就是说，在本实施方式中，能够以比上述实施方式更高的精度求出移动构件462的沿Z方向的位移。同时，该多个干涉条纹IL的光量I的周期1/F反映了基准构件474的倾斜。因此，通过求出该周期1/F的变化，能够求出移动构件462的朝向XY方向的轻微倾斜。也就是说，在本实施方式中，由于还能够根据位移检测器476的输出来求出伴随着移动构件462的沿Z方向的位移而产生的、移动构件462的朝向XY方向的轻微倾斜，因此能够更高精度地求出接触部498的沿XY方向的位移。此外，并不是仅本实施方式的干涉光学系统IF能够求出移动构件462的朝向XY方向的倾斜，从原理上来说即使是其它实施方式中所示的位移检测器也能够求出朝向XY方向的倾斜。另外，在本实施方式中，假定仅使用一个波长，但在使用两个波长以上的情况下，位移检测器能够输出能够进行移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。

此外，在上述实施方式中，构成为容许移动构件的、在改变了触针时随着触针的质量变化而进行的沿轴向O的位移，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图8的(A)所示的第5实施方式那样。在第5实施方式中，主要是仅探头主体与旋转模块之间的连结状态与第2实施方式不同，因此主要是除探头主体与旋转模块的周边的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第5实施方式中，如图8的(A)所示，旋转模块704包括平衡机构731和与触针706的质量对应的平衡配重731C。平衡机构731构成为，被支承于主体外壳(轴外壳构件)708，并借助模块外壳(旋转外壳构件)730取得触针706与平衡配重731C之间在Z方向上的平衡。平衡机构731形成为能够与模块外壳730一起进行装卸。

具体地说明的话，如图8的(A)所示，主体外壳708具备延伸部708A，其为圆筒形状，并以覆盖到旋转模块704的外周下端为止的方式向Z方向下方延伸。而且，在延伸部708A的内侧，以在周向上隔开相等间隔的方式在三个以上的位置设有永磁体708B。

另一方面，如图8的(A)所示，平衡机构731以与永磁体708B的位置和数量对应的方式设于模块外壳730的三个以上的位置。平衡机构731包括支承构件731A、支承轴731B以及连结轴731D。在支承构件731A的上表面设有能够吸附于永磁体708B的磁性构件(也可以是磁铁)731AA。支承轴731B固定于支承构件731A，并在重心位置偏离了支承轴731B的状态下连结有平衡配重731C。在平衡配重731C，在与Z方向正交的方向上设有连结轴731D，连结轴731D的顶端连结于模块外壳730。

由此，在本实施方式中，能够针对一个探头主体702准备多个旋转模块704，并使平衡配重731C的质量根据每个旋转模块704而不同。也就是说，在更换了触针706时，通过使用设有与该触针706的质量对应的平衡配重731C的旋转模块704，能够利用主体外壳708直接接受(日文：受け止める)触针706的质量的增减的量。即，能够防止由于触针706的不同而可能产生的移动构件712的初始位置的Z方向上的变动。也就是说，在本实施方式中，与上述实施方式相比，能够缩小移动构件712的可动范围，从而能够实现探头主体702的进一步的小型化。同时，由于能够缩小检测范围(动态范围)，因此能够以更高的分辨率检测移动构件712的位移量。

此外，图8的(B)表示作为第5实施方式的变形的第6实施方式。此处，不是主体外壳以一体的方式设置圆筒形状的延伸部，而是构成为，平衡机构781的支承构件781A形成为圆环形状并作为旋转模块754的一部分能够自探头主体752分离。

如图8的(B)所示，在主体外壳758的开口部758A的外周以在周向上每隔120度设置一对辊758B(卡合部)的方式设有3对辊758B。而且，在移动构件762的、位于辊758B的径向内侧的凸缘部762D设有圆环形状的永磁体762E。而且，如图8的(B)、图9的(A)所示，将与辊758B对应的球781F设于支承构件781A的凸缘部781E(此外，凸缘部781E支承着支承轴781B)。另外，如图8的(B)、图9的(A)、图9的(B)所示，将与永磁体762E对应的磁性构件780A设于模块外壳780。

也就是说，在本实施方式中，与第5实施方式不同，从凸缘部762D去除了一对辊并且去掉了外壳盖，并将与辊758B对应的球781F设于模块外壳780的外侧的支承构件781A。因此，在本实施方式中，能够使轴运动机构760和旋转运动机构784轻量化。此外，如图9的(C)所示，与凸缘构件792的永磁体792B对应的磁性构件(也可以是永磁体)794B形成为环状，并配置于凸缘部794的比球794A所配置的径向位置靠内侧的位置。

此外，在第1实施方式中，构成为轴运动机构310支承模块外壳(旋转外壳构件)330，并且旋转构件RP直接支承触针306，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图10的(A)所示的第7实施方式那样。在第7实施方式中，与上述实施方式相比，主要是仅轴运动机构与旋转运动机构的配置相反，且位移检测器的种类不同，因此主要是除与轴运动机构与旋转运动机构的配置以及位移检测器相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第7实施方式中，如图10的(A)所示，构成为旋转运动机构834支承模块外壳(轴外壳构件)830，并且移动构件812直接支承触针806。此处，将具备轴运动机构810的模块称为直动模块804。也就是说，测量探头800成为包括探头主体802和直动模块804这两个模块、且探头主体802内置有直动模块804的形态。

如图10的(A)所示，旋转运动机构834包括旋转构件842和使旋转构件842能够相对于主体外壳808进行位移的第2隔膜结构体840。

如图10的(A)所示，旋转构件842形成为在轴心形成有中空部842B的大致圆环形状。设于旋转构件842的下端的凸缘部842E与圆筒形状的模块外壳830相连结，构成了直动模块804。

如图10的(A)所示，轴运动机构810被支承于模块外壳830的径向内侧，且除移动构件812的凸缘部812E之外的部分收纳于模块外壳830的内侧。凸缘部812E不进入到触针806的内侧，而与触针806相连结。而且，如图10的(A)所示，轴运动机构810包括移动构件812和使移动构件812能够相对于模块外壳830进行位移的一对第1隔膜结构体814、815。

此外，如图10的(A)所示，在移动构件812的上端部812A配置有被设为反射镜的基准构件816，并成为经过了旋转构件842的中空部842B的光利用基准构件816进行反射的结构。另外，用于检测移动构件812的位移的位移检测器826以与移动构件812相对的方式配置于模块外壳830的内侧(即，位移检测器826内置于直动模块804)。此处，位移检测器826构成为差动变压器。具体地说，设于移动构件812的外周的基准构件824是圆筒形状的金属构件。而且，位移检测器826是圆筒形状，以接近基准构件824的外周的方式与基准构件824相对。位移检测器826包括以高频振荡的励磁线圈(例如使用1kHz以上的正弦波电压)和以从两侧夹着该励磁线圈的方式配置的1组差动耦合的接收线圈。在接收线圈中，能够检测基准构件824相对于模块外壳830的、一个方向上的位移(绝对位置)。即，位移检测器826成为输出能够进行移动构件812的绝对位置的检测的绝对位置检测信号的结构。

如此，在本实施方式中构成为，旋转运动机构834支承模块外壳830，并且移动构件812直接支承触针806。因此，能够提高距触针806更近的轴运动机构810的检测灵敏度。同时，由于能够使轴运动机构810变轻，因此能够提高轴运动机构810的响应性。另外，由于使用差动变压器进行相对于模块外壳830的一个方向上的位移(绝对位置)的检测，因此也能够容易地进行接触部848的轴向O上的绝对位置的计算。

此外，图10的(B)表示作为第7实施方式的变形的第8实施方式。此处，构成差动变压器的基准构件874设于移动构件862的上端部862A，并且位移检测器876设于旋转构件892的中空部892B的内侧侧面。而且，基准构件866配置于旋转构件892的上端部892A。其它的要素与第7实施方式相同，因此省略说明。

此外，在第7、第8实施方式中，是直动模块内置于探头主体的形态，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图11的(A)所示的第9实施方式那样。在第9实施方式中，主要是仅探头主体与直动模块之间的连结状态与第7实施方式不同。而且，该连结状态与第3实施方式大致相同。因此，除与第3、第7实施方式不同的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第9实施方式中，如图11的(A)所示，是直动模块904未内置于探头主体902的形态。直动模块904利用能够进行相互定位的辊942F和球932B(卡合部)以能够装卸的方式与探头主体902相连结。此外，在以后，也将能够自该探头主体902分离的直动模块904称为探头模块。此外，位移检测器928被支承于用于支承移动构件912的模块外壳930，并与设于移动构件912的侧面的基准构件926一起构成第2实施方式中所示的光电式增量型线性编码器(也可以是光电式、磁式、电磁感应式等的绝对型线性编码器)。

此外，准备多个(接触部948的材质、位置、质量等不同的)触针906。而且，与触针906对应地，针对一个探头主体902，能够准备多个直动模块904(不是必须与触针906的数量相同)。

如图11的(A)所示，探头主体902包括主体外壳908、姿态检测器922以及旋转运动机构934。旋转运动机构934被支承于主体外壳908的径向内侧。旋转运动机构934的除旋转构件942的凸缘部942E以外的部分被收纳于主体外壳908的内侧。旋转运动机构934包括旋转构件942和使旋转构件942能够相对于主体外壳908进行位移的第2隔膜结构体940。

如图11的(A)所示，旋转构件942形成为在轴心形成有中空部942B的大致圆筒形状。更具体地说，旋转构件942构成为，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部942C、薄壁部942D以及凸缘部942E形成为一体。在厚壁部942C连结有第2隔膜结构体940。薄壁部942D形成于厚壁部942C的下方。此外，主体外壳908的开口部908A的开口径被设为小于厚壁部942C的外径。而且，凸缘部942E的外径被设为大于开口部908A的开口径。此处，也可以设定为，利用厚壁部942C的下端部942CA与开口部908A的上端部908AA之间的距离和凸缘部942E的上端部942EA与开口部908A的下端部908AB之间的距离限制旋转构件942的位移，从而使第2隔膜结构体940的变形量处于弹性变形的范围内。另外，也可以设定为，利用薄壁部942D的外侧面与开口部908A的内端面之间的距离限制旋转构件942的位移，从而使第2隔膜结构体940的变形量处于弹性变形的范围内(在该情况下，可以说，探头主体902包括主体外壳908和旋转构件942，该主体外壳908和旋转构件942成为用于将第2隔膜结构体940的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件)。此外，凸缘部942E不进入到直动模块904的内侧，而与直动模块904相连结。

如图11的(A)所示，在凸缘部942E的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊942F的方式设有3对辊942F。而且，以在周向上相位与辊942F的相位错开60度的状态设有三个永磁体942G。此外，一对辊942F的轴向形成为与朝向凸缘部942E的中心的大致径向相同。

如图11的(A)所示，直动模块904包括模块盖932、模块外壳930以及轴运动机构910。此外，在本实施方式中，由模块盖932和模块外壳930构成轴外壳构件。

如图11的(A)所示，模块盖932形成为在中心设有开口部932A的凸缘形状。模块盖932是与凸缘部942E对应的构件。即，以与一对辊942F这两者相接触的方式，球932B以在模块盖932的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，以与永磁体942G对应的方式，与永磁体942G相互吸引的磁性构件(也可以是永磁体)932C在相位与球932B的相位错开了60度的状态下进行配置。

即，模块盖932和凸缘部942E利用能够装卸的运动接头连结起来。如此，在本实施方式中，旋转运动机构934内置于探头主体902，并且轴运动机构910仅内置于直动模块904。因此，例如，在改变了触针906时，存在仅对轴运动机构910在性能上进行改变的做法较好这样的情况。此时，通过不改变探头主体902而仅更换直动模块904，例如通过进一步扩大一对第1隔膜结构体914、915之间的距离，能够提升轴运动机构910的移动构件912的直进性(也就是说，能够降低移动构件912相对于模块外壳930的偏离了一个方向的位移的产生)。相反，也能够容易地实现针对同一直动模块904更换探头主体902这样的操作。另外，在仅轴运动机构910破损·性能降低了时，仅通过更换直动模块904就能够维持测量探头900的功能。

另外，在本实施方式中，探头主体902与直动模块904利用能够进行相互定位的辊942F和球932B以能够装卸的方式连结起来。因此，即使反复装卸直动模块904，也能够以高精度再现连结位置。另外，通过预先使多个直动模块904的球932B的位置相同，能够容易地相对于探头主体902装卸多个直动模块904，并且能够实现较高的位置再现性。

另外，在本实施方式中，能够针对一个探头主体902准备多个直动模块904，使轴运动机构910位移了时的每单位位移量的恢复力根据每个直动模块904而不同。因此，能够设定与触针906、被测物体W一一对应的恢复力，从而能够进行相对于模块外壳930的朝向一个方向的位移的高灵敏度检测，并且能够容易地实现检测范围的扩大等。同时，也能够降低对被测物体W的损害等。

此外，在第9实施方式中，姿态检测器922收纳于用于支承移动构件912和旋转构件942这两者的主体外壳908，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图11的(B)所示的第10实施方式那样。第10实施方式正是第9实施方式的探头主体902被设为能够在轴向O上在分束器920与旋转构件942之间分离的形态。也就是说，主要是仅姿态检测器的位置与第9实施方式不同，因此主要是除与姿态检测器的位置相关的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第10实施方式中，如图11的(B)所示，该测量探头具备前级模块951，该前级模块951利用能够定位的辊951BB和球957B(卡合部)以能够装卸的方式连结并支承用于支承移动构件962和旋转构件992这两者的主体外壳958。而且，姿态检测器972内置于前级模块951。

具体地说，如图11的(B)所示，前级模块951包括前级外壳(前级外壳构件)951A、光源968、分束器970以及姿态检测器972。前级外壳951A将光源968、分束器970以及姿态检测器972支承在径向内侧，并在下端设有下盖951B。下盖951B形成为在中心设有开口部951BA的凸缘形状。如图11的(B)所示，在下盖951B的下端外周以在周向上每隔120度设置一对辊951BB的方式设有3对辊951BB。而且，以在周向上相位与辊951BB的相位错开60度的状态设有三个永磁体951BC。也就是说，前级外壳951A利用能够定位的辊951BB和球957B以能够装卸的方式连结并支承主体外壳958。而且，前级外壳951A是收纳着姿态检测器972的结构。

如图11的(B)所示，探头主体952包括上盖957、主体外壳958以及旋转运动机构984。如图11的(B)所示，上盖957形成为在中心设有开口部957A的凸缘形状。上盖957是与下盖951B对应的构件(因此，利用开口部957A，确保了朝向基准构件966的入射光和来自基准构件966的反射光的光路)。另外，以与一对辊951BB这两者相接触的方式，球957B以在上盖957的周向上每隔120度配置一个的方式配置有三个。而且，以与永磁体951BC对应的方式配置有磁性构件(也可以是永磁体)957C。也就是说，即，下盖951B和上盖957利用能够装卸的运动接头连结起来。

如此，在本实施方式中，为如下形态：在探头主体952仅内置有旋转运动机构984，并且在前级模块951内置有光源968、分束器970以及姿态检测器972。因此，仅改变旋转运动机构984变得容易，并且，对前级模块951进行改变也较容易。也就是说，能够相互独立地对旋转运动机构984和姿态检测器972做出性能改变、相互独立地对旋转运动机构984和姿态检测器972进行更换，从而能够降低其成本。另外，例如，也能够不安装探头主体952而将直动模块954直接安装于前级模块951，并利用姿态检测器972的输出来检查直动模块954的直进性等。此外，在本实施方式中，直动模块954支承着触针956，但也可以是如第3实施方式那样在旋转模块支承着触针时设置前级模块的形态。

此外，在第7实施方式中，延伸部808A的内侧侧面与模块外壳830的外侧侧面之间的距离以限制旋转构件842的位移而使第2隔膜结构体840的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体802包括主体外壳808和模块外壳830，该主体外壳808和模块外壳830成为用于将第2隔膜结构体840的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。相对于此，例如，也可以是如图12的(A)所示的第11实施方式那样。在第11实施方式中，主要是仅主体外壳的形状以及模块外壳的形状与第7实施方式不同，因此主要是除主体外壳与旋转构件之间的关系以及移动构件与模块外壳之间的关系以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。此外，在图12的(A)中，未图示的位移检测器在避开了内壁部1030A的状态下与第7实施方式相同地配置(固定)于模块外壳1030的径向内侧。

在第11实施方式中，如图12的(A)所示，以与旋转构件1042的凸缘部1042E的上端部相对的方式，在主体外壳1008设有环部1008B。即，环部1008B可以说是以与主体外壳1008形成为一体的方式配置的第2壁构件。而且，在环部1008B(的下端部)与凸缘部1042E(的上端部)之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第2粘性材料SV。此处的“填充”被设为在XY方向上的至少一个位置处第2粘性材料SV以无间隙地配置的方式填满环部1008B与旋转构件1042之间(不是必须轴对称地填充)。由此，至少第2粘性材料SV能够对旋转构件1042的相对于环部1008B的位移进行阻尼，能够降低伴随着测量探头1000的移动而产生的朝向XY方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1000的高灵敏度化而产生的噪声的增强。

另外，同时，如图12的(A)所示，以与移动构件1012的外侧侧面相对的方式，在模块外壳1030设有内壁部1030A。即，内壁部1030A可以说是以与模块外壳1030形成为一体的方式配置并与移动构件1012相对地配置的第1壁构件。而且，在内壁部1030A(的内侧侧面)与移动构件1012(的外侧侧面)之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第1粘性材料FV。此处的“填充”设为在Z方向上的至少一个位置处第1粘性材料FV以无间隙地配置的方式填满内壁部1030A与移动构件1012之间(不是必须轴对称地填充)。由此，至少第1粘性材料FV能够对移动构件1012的相对于内壁部1030A的位移进行阻尼，能够降低伴随着测量探头1000的移动而产生的、朝向Z方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1000的高灵敏度化而产生的噪声的增强。也就是说，利用第1粘性材料FV和第2粘性材料SV，即使测量探头1000进行高速移动，也能够抑制噪声的增强。

而且，在本实施方式中，由于相互独立地具有Z方向上的阻尼构造和XY方向上的阻尼构造，因此能够相互独立地改变第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，能够在Z方向上和XY方向上相互独立地使阻尼特性最佳化。

此外，也可以与第7实施方式不同，例如是如图12的(B)所示的第12实施方式那样。在第12实施方式中，与第7实施方式相比主要是仅增设了平衡构件以及第5、第6实施方式中所示出的平衡机构，因此主要是除平衡构件以及平衡机构的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第12实施方式中，如图12的(B)所示，旋转构件1092在相对于旋转运动机构1084的旋转中心RC而言与触针相反的一侧设有圆环形状的平衡构件1088。平衡构件1088被支承于设于旋转构件1092的上端部的支承部1087。形成为，平衡构件1088在卡合于支承部1087的状态下能够移动，且能够利用支承部1087调整旋转中心RC与平衡构件1088之间的距离。因此，通过改变平衡构件1088的距旋转中心RC的距离，能够使旋转构件1092(被支承于第2隔膜结构体1090的构件)的连结着不同的触针1056的状态下的重心位置与旋转中心RC重合。因而，在本实施方式中，与上述实施方式相比能够进一步地实现测量探头1050的高灵敏度化。此外，这样的能够进行位置调整的平衡构件也可以应用于第11实施方式等中所示的轴运动机构支承旋转运动机构的构造。

另外，如图12的(B)所示，在利用模块外壳1080支承的第1隔膜结构体1064的下方在周向上每隔120度地设有支承部1080C。而且，在支承部1080C的顶端配置有永磁体1080CA。

如图12的(B)所示，被支承于移动构件1062的凸缘部1062E的触针1056包括平衡机构1081以及与触针1056的质量对应的平衡配重1081C。与第5、第6实施方式相同，平衡机构1081构成为(借助支承部1080C)支承于模块外壳(轴外壳构件)1080，并取得触针1056与平衡配重1081C之间在Z方向上的平衡。平衡机构1081被设为能够与触针1056一起进行装卸。

如图13的(A)～图13的(C)所示，平衡机构1081以与永磁体1080CA的位置和数量对应的方式设于触针1056的三个以上的位置。平衡机构1081包括支承构件1081A、支承轴1081B以及连结轴1081D。在支承构件1081A的上表面设有能够吸附于永磁体1080CA的磁性构件(也可以是磁铁)1081AA。支承轴1081B被固定于支承构件1081A，并在重心位置偏离了支承轴1081B的状态下连结有平衡配重1081C。在平衡配重1081C，在与Z方向正交的方向上设有连结轴1081D，该连结轴1081D的顶端连结于触针1056的凸缘部1094。

由此，在针对一个探头主体1052更换了触针1056时，必然能够使用与该触针1056的质量对应的平衡配重1081C。因此，能够利用模块外壳1080直接接受触针1056的质量的增减的量。即，能够防止由于触针1056的不同而可能产生的移动构件1062的Z方向上的初始位置的变动。也就是说，在本实施方式中，与第7实施方式相比，能够缩小移动构件1062的可动范围，从而能够实现直动模块1054的进一步的小型化。同时，由于能够缩小检测范围，因此能够以更高的分辨率检测移动构件1062的位移量。

另外，在本实施方式中，还在模块外壳1080的外侧侧面设有凸部1080B。即，延伸部1058A的内侧侧面1058AA与模块外壳1080的凸部1080B之间的距离以限制旋转构件1092的位移而使第2隔膜结构体1090的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体1052包括主体外壳1058和模块外壳1080，该主体外壳1058和模块外壳1080成为用于将第2隔膜结构体1090的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

同时，在本实施方式中，在模块外壳1080的内侧侧面设有凹部1080A。在移动构件1062固定有棒状的抑制构件1063，抑制构件1063以非接触的方式配置于凹部1080A的内侧。即，凹部1080A的上端部1080AA与抑制构件1063的上端部1063A之间的距离以及凹部1080A的下端部1080AB与抑制构件1063的下端部1063B之间的距离以限制移动构件1062的位移而使一对第1隔膜结构体1064、1065的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，直动模块1054包括模块外壳1080和抑制构件1063，该模块外壳1080和抑制构件1063成为用于将一对第1隔膜结构体1064、1065的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

此外，在上述实施方式中，在轴向O上依次配置有一对第1隔膜结构体和第2隔膜结构体，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图14的(A)所示的第13实施方式那样。在第13实施方式中，主要是仅一对第1隔膜结构体与第2隔膜结构体之间的配置状态与上述实施方式不同，因此主要是除一对第1隔膜结构体与第2隔膜结构体之间的配置的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第13实施方式中，如图14的(A)所示，在轴向O上，在一对第1隔膜结构体1114、1115之间配置有第2隔膜结构体1140。而且，构成为，在探头主体1102内旋转运动机构1134支承旋转构件(轴外壳构件)1136，并且移动构件1112直接支承触针1106。

如图14的(A)所示，旋转运动机构1134的旋转构件1136是被支承于第2隔膜结构体1140的构件，且除支承部1136AA以外的部分形成为在轴向O上相对于第2隔膜结构体1140对称的大致沙漏形状。旋转构件1136由两个环部1136A、两个连接部1136B、两个圆筒部1136C以及两个接合部1136D一体地形成。环部1136A呈环状，在环部1136A分别固定有第1隔膜结构体1114、1115的外周部。连接部1136B分别朝向环部1136A的径向内侧延伸，并与第1隔膜结构体1114、1115相对。圆筒部1136C的轴心分别形成为中空，并与连接部1136B一体地设置。两个接合部1136D形成为以互相夹着第2隔膜结构体1140的方式连结的形状。即，在轴向O上，一对第1隔膜结构体1114、1115是配置于相对于第2隔膜结构体1140对称的距离的结构(不必设为完全对称的距离，容许存在设计上·制造上的误差等)。也就是说，能够使由于一对第1隔膜结构体1114、1115而可能产生的移动构件1112的旋转中心与旋转运动机构1134的旋转中心RC重合。支承部1136AA自环部1136A的局部向轴向O外侧延伸，并支承着位移检测器1126。

此外，如图14的(A)所示，附图标记Lh表示被旋转构件1136支承的第1隔膜结构体1114、1115之间的距离。另外，附图标记Lw表示用于固定第1隔膜结构体1114、1115的环部1136A的内周面直径。在本实施方式中，距离Lh被设为大于直径Lw的2倍(Lh>2×Lw)。因此，在移动构件1112的由于第1隔膜结构体1114、1115而产生的位移量中，能够使旋转构件1136的中心轴线上的移动分量的比例大于相对于旋转构件1136的中心轴线旋转的旋转分量的比例。即，在本实施方式中，能够提高移动构件1112的朝向一个方向的位移精度(确保高直进精度)(不限于此，距离Lh也可以是直径Lw的2倍以下)。此外，这样的关系能够应用于所有的实施方式中。

此外，如图14的(A)所示，环部1136A的外侧侧面与主体外壳(旋转外壳构件)1108的内侧侧面之间的距离以限制旋转构件1136的倾斜(位移)而使第2隔膜结构体1140的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体1102包括主体外壳1108和旋转构件1136，该主体外壳1108和旋转构件1136成为用于将第2隔膜结构体1140的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

如图14的(A)所示，轴运动机构1110被支承于旋转构件1136的径向内侧。也就是说，利用旋转构件1136与轴运动机构1110构成了直动模块1104。

如图14的(A)所示，轴运动机构1110的移动构件1112构成为，自Z方向的下方朝向上方去，连结部1112A、杆部1112B、构件配置部1112C以及平衡构件1138形成为一体。平衡构件1138具备与特定的触针1106的质量对应的质量。也就是说，构成为，利用平衡构件1138，在特定的触针1106借助移动构件1112支承于旋转构件1136时，使被第2隔膜结构体1140支承的构件的重心与旋转运动机构1134的旋转中心RC重合。此外，在本实施方式中，特定的触针1106被设为假定本实施方式的测量探头1100最经常安装的触针。

如图14的(A)所示，在平衡构件1138的上端部设有基准构件1116(基准构件1116与姿态检测器1122的组合与第7实施方式相同，因此省略说明)。构件配置部1112C形成于平衡构件1138的下方，且在其侧面配置有基准构件1124。杆部1112B形成于构件配置部1112C的下方，并成为进入到一对第1隔膜结构体1114、1115之间的结构。而且，杆部1112B成为收纳于旋转构件1136的形态。连结部1112A形成于杆部1112B的下方。在连结部1112A的下端安装有凸缘构件1142。

如图14的(A)所示，主体外壳1108的开口部1108A的开口径被设为小于凸缘构件1142的外径。而且，凸缘构件1142的上端部1142C与开口部1108A的下端部1108AB之间的距离被设为限制凸缘构件1142的朝向Z方向的上侧的位移而使一对第1隔膜结构体1114、1115的变形量处于弹性变形的范围内。即，可以说，探头主体1102包括主体外壳1108和凸缘构件1142，该主体外壳1108和凸缘构件1142成为用于将一对第1隔膜结构体1114、1115的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

此外，如图14的(A)所示，配置于支承部1136AA的位移检测器1126与配置于构件配置部1112C的基准构件1124相对，并检测来自基准构件1124的反射光。反射来自光源(未图示)的光的反射率不同的增量图案以恒定间隔沿轴向O设于基准构件1124的靠位移检测器1126侧的表面。利用该基准构件1124、位移检测器1126以及光源构成了用于输出两相正弦波信号的光电式增量型线性编码器(也可以是光电式绝对型线性编码器)。

在本实施方式中，在轴向O上，在一对第1隔膜结构体1114、1115之间配置有第2隔膜结构体1140。因此，在轴向O上，尽管轴运动机构1110与旋转运动机构1134串联连接，但是与将轴运动机构1110与旋转运动机构1134的轴向O上的长度单纯相加的情况相比，能够使利用轴运动机构1110和旋转运动机构1134构成的悬架机构的轴向O上的长度变短。此外，不限于此，第1隔膜结构体也可以不构成1对，而仅是多个。

而且，在本实施方式中构成为，在特定的触针1106被支承于旋转构件1136时，被第2隔膜结构体1140支承的构件的重心与旋转运动机构1134的旋转中心RC重合。因此，例如，即使将测量探头1100横置，也能够防止触针1106的中心轴线自轴向O倾斜。即，即使产生测量探头1100本身的倾斜等姿态变化，由于不对触针1106(移动构件1112)的直进精度造成影响，因此也能够防止测量精度产生变化。

并且，在本实施方式中，一对第1隔膜结构体1114、1115配置于相对于第2隔膜结构体1140对称的距离(也就是说，旋转中心RC与一对第1隔膜结构体1114、1115之间的中间位置重合)。因此，能够均衡地构成悬架机构，并且能够防止悬架机构的意外的变形，从而能够谋求测量探头1100的高精度化。同时，例如，即使处于触针1106的中心轴线相对于轴向O倾斜了的状态，由于不对触针1106(移动构件1112)的直进精度造成影响，因此也能够防止测量精度产生变化。此外，不限于此，一对第1隔膜结构体也可以不配置于相对于第2隔膜结构体对称的距离。另外，第1隔膜结构体也可以不是两个，而设为4、6、…这样的偶数，且第1隔膜结构体分别配置于相对于第2隔膜结构体互为对称的位置。另外，在本实施方式中，构成为通过使旋转运动机构1134支承(用于支承轴运动机构1110的)旋转构件1136，从而使移动构件1112直接支承触针1106。因此，与轴运动机构支承(用于支承旋转运动机构的)移动构件的情况相比，能够降低利用移动构件1112支承的构件的质量，从而使一对第1隔膜结构体1114、1115的恢复力的最佳化变得容易。结果，能够以高灵敏度检测由于轴运动机构1110而产生的、触针1106的轴向O上的位移。同时，能够提高轴运动机构1110的响应性。即，在本实施方式中，能够实现轴向O上的长度的缩短与轻量化，并且能够降低形状误差并提高测量精度。

此外，图14的(B)表示作为本实施方式的变形的第14实施方式。此处，使用第7实施方式的差动变压器来检测移动构件1162的位移。具体地说，设于移动构件1162的基准构件1174是用于产生涡电流的圆筒形状的金属构件。而且，位移检测器1176呈圆筒形状，以接近基准构件1174的方式与基准构件1174相对。位移检测器1176包括以高频振荡的励磁线圈和以从两侧夹着该励磁线圈的方式配置的1组差动耦合的接收线圈。此外，支承部1186AA呈圆筒形状，并将位移检测器1176支承在其径向内侧。其它的要素与第13实施方式相同，因此省略说明。

此外，在第13、第14实施方式中，构成为通过使旋转运动机构支承(用于支承轴运动机构的)旋转构件，从而使移动构件直接支承触针，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图15所示的第15实施方式那样。在第15实施方式中，主要是旋转运动机构和轴运动机构的支承关系与第13实施方式不同，并且是与第3实施方式相同的结构，因此除与第3、第13实施方式不同的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第15实施方式中，如图15所示，构成为通过使轴运动机构1210支承(用于支承旋转运动机构1234的)移动构件(旋转外壳构件)1212，从而使旋转构件RP直接支承触针1206。即，主体外壳(轴外壳构件)1208支承轴运动机构1210。因此，位移检测器1228被支承在主体外壳1208的内侧侧面。而且，移动构件1212形成为在轴向O上相对于第2隔膜结构体1240对称的圆筒形状。

具体地说，如图15所示，移动构件1212的两个圆筒部1212C和两个接合部1212D一体地形成。在两个圆筒部1212C的外侧端部附近分别固定有第1隔膜结构体1214、1215的中心部。两个接合部1212D的内径分别被设为大于圆筒部1212C的中空部1212B的内径。而且，两个接合部1212D形成为以夹着第2隔膜结构体1240的方式连结的形态。即，在本实施方式中，在轴向O上，一对第1隔膜结构体1214、1215也是配置于相对于第2隔膜结构体1240对称的距离的结构。此外，基准构件1226借助标尺托座1224以与位移检测器1228相对的方式设于移动构件1212的上端部1212A。

如图15所示，旋转运动机构1234被支承于移动构件1212的径向内侧。也就是说，利用移动构件1212与旋转运动机构1234构成了旋转模块1204。此外，旋转构件RP包括上部构件1236、平衡构件1238以及凸缘构件1242。而且，平衡构件1238的上端部自移动构件1212的上端部1212A突出，且在平衡构件1238的上端部设有基准构件1216。也就是说，在本实施方式中，构成为在旋转构件RP的与触针相反的一侧的端部设有基准构件1216。

在本实施方式中，与旋转运动机构支承轴运动机构的情况相比，能够降低利用旋转构件RP支承的构件的质量，从而能够以高灵敏度检测由于旋转运动机构1234而产生的、触针1206的朝向XY方向的位移。

另外，在本实施方式中，如图15所示，主体外壳1208的开口部1208A的开口径被设为小于凸缘构件1242的外径。而且，凸缘构件1242的上端部1242C与开口部1208A的下端部1208AB之间的距离被设定为限制凸缘构件1242的朝向Z方向的上侧的位移而使一对第1隔膜结构体1214、1215的变形量处于弹性变形的范围内。即，可以说，探头主体1202包括主体外壳1208和凸缘构件1242，该主体外壳1208和凸缘构件1242成为用于将一对第1隔膜结构体1214、1215的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

此外，在第15实施方式中，位移检测器1228构成了光电式增量型线性编码器，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图16的(A)、图16的(B)所示的第16实施方式那样。在第16实施方式中，与第15实施方式的位移检测器周边的结构不同，使用了第4实施方式中所示出的干涉光学系统IF。因此，除与第4、第15实施方式不同的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第16实施方式中，如图16的(A)、图16的(B)所示，在主体外壳1258的内侧上表面的中心轴线O上配置有姿态检测器1272。因此，在图16的(B)所示的沿X方向偏离了中心轴线O的位置设有位移检测器1276的光路和构成干涉光学系统IF的基准构件1274、参照镜1275、分束器1277以及光源1278。利用该结构，与第4实施方式相样，能够提高XYZ方向上的测量精度。此外，在本实施方式中，为了进行与触针1256之间的定位，在凸缘构件1292未设置辊而是设置了V槽。

此外，也可以与第13实施方式不同，例如是如图17的(A)所示的第17实施方式那样。在第17实施方式中，与第13实施方式相比，主要是仅使用了增设有第12实施方式中所示出的平衡机构的触针，因此基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第17实施方式中，在针对一个探头主体1302更换了触针1306时，也必然能够使用与该触针1306的质量对应的平衡配重1331C。因此，能够利用旋转构件(轴外壳构件)1336直接接受触针1306的质量的增减的量。即，能够防止由于触针1306的不同而可能产生的、移动构件1312的Z方向上的初始位置的变动。也就是说，在本实施方式中，与第13实施方式相比，能够缩小移动构件1312的可动范围，从而能够实现直动模块1304的进一步的小型化。同时，由于能够缩小检测范围，因此能够以更高的分辨率检测移动构件1312的位移量。

此外，图17的(B)表示作为本实施方式的变形的第18实施方式。此处，与第12实施方式同样地，平衡构件1388以能够进行位置调整的方式被支承部1387支承。在第18实施方式中，与第17实施方式相比，主要是仅增设了第12实施方式中所示出的平衡构件，因此基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。此外，位移检测器如第13、第14实施方式那样被支承。

此外，平衡机构也能够应用于第15实施方式中所示出的测量探头1200。例如，也可以是如图18所示的第19实施方式那样。在第19实施方式中，由于仅是在第15实施方式中增设了与第17实施方式不同的平衡机构，因此除与第15实施方式不同的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第19实施方式中，如图18所示，探头主体1402包括平衡机构1431和与触针1406的质量对应的平衡配重1431CD。与第12实施方式不同，三个平衡机构1431构成为与触针1406分离，且被支承于主体外壳(轴外壳构件)1408，并且取得触针1406与平衡配重1431CD之间在Z方向上的平衡。具体地说，平衡机构1431包括支承构件1431A、支承轴1431B、连结部1431CA、永磁体1431CB以及连结轴1431D。支承构件1431A在主体外壳1408的下端部的周向上以每隔120度的方式配置。支承轴1431B固定于支承构件1431A，且支承着连结部1431CA。在连结部1431CA的相对于支承轴1431B而言的中心轴线O侧端部，在与Z方向正交的方向上设有连结轴1431D。另一方面，在移动构件1412的下端部设有连接部1412E，且在连接部1412E连结有连结轴1431D的顶端。在连结部1431CA的相对于支承轴1431B而言的与连结轴相反的一侧的端部配置有永磁体1431CB。

如图18所示，平衡配重1431CD呈圆环形状(也可以以与平衡机构1431的数量对应的方式进行分割)，在其上表面设有能够吸附于永磁体1431CB的磁性构件(也可以是磁铁)1431CC。此外，平衡配重1431CD的内径被设为大于凸缘构件1442的外径并大于凸缘部1444的外径。因此，在连结了触针1406之后也能够装卸平衡配重1431CD。

由此，在针对一个探头主体1402更换了触针1406时，通过使与该触针1406的质量对应的平衡配重1431CD自由地安装于平衡机构1431，能够利用主体外壳1408直接接受触针1406的质量的增减的量。即，能够防止由于触针1406的不同而可能产生的移动构件1412的Z方向上的初始位置的变动。也就是说，在本实施方式中，与第15实施方式相比，能够缩小移动构件1412的可动范围，从而能够实现探头主体1402的进一步的小型化。同时，由于能够缩小检测范围，因此能够以更高的分辨率检测移动构件1412的位移量。

此外，在第15实施方式中，开口部1208A的下端部1208AB与凸缘构件1242的上端部1242C之间的距离以限制移动构件1212的位移而使一对第1隔膜结构体1214、1215的变形量处于弹性变形的范围内的方式设定。即，可以说，探头主体1202包括主体外壳1208和凸缘构件1242，该主体外壳1208和凸缘构件1242成为用于将一对第1隔膜结构体1214、1215的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。相对于此，例如，也可以是如图19的(A)所示的第20实施方式那样。在第20实施方式中，主要是仅主体外壳与移动构件之间的关系以及旋转构件与移动构件之间的关系与第15实施方式不同，因此主要是除主体外壳与移动构件之间的关系以及旋转构件与移动构件之间的关系以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

在第20实施方式中，如图19的(A)所示，以与旋转构件RP的连结部1486A的上端部相对的方式，在移动构件(旋转外壳构件)1462的下端部设有环部1462C。即，环部1462C可以说是以与移动构件1462形成为一体的方式配置的第2壁构件。而且，在环部1462C(的下端部)与连结部1486A(的上端部)之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第2粘性材料SV。由此，至少第2粘性材料SV能够对旋转构件RP的相对于环部1462C的位移进行阻尼，并降低伴随着测量探头1450的移动而产生的、沿XY方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1450的高灵敏度化而引起的噪声的增强。

另外，同时，如图19的(A)所示，以与移动构件1462的外侧侧面相对的方式，在主体外壳(轴外壳构件)1458设有内壁部1458B。即，内壁部1458B可以说是以与主体外壳1458形成为一体、并与移动构件1462相对的方式配置的第1壁构件。而且，在内壁部1458B(的内侧侧面)与移动构件1462(的外侧侧面)之间的间隙的至少局部填充有润滑油等第1粘性材料FV。由此，至少第1粘性材料FV能够对移动构件1462的相对于内壁部1458B的位移进行阻尼，并降低随着测量探头1450的移动所产生的、沿Z方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1450的高灵敏度化而引起的噪声的增强。

而且，在本实施方式中，由于相互独立地具有Z方向上的阻尼构造和XY方向上的阻尼构造，因此也能够相互独立地改变第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，由于能够在Z方向上和XY方向上相互独立地使阻尼特性最佳化，因此能够实现测量探头1450的进一步的高灵敏度化。

此外，如图19的(A)所示，在主体外壳1458设有用于收纳凸缘构件1492、并抑制凸缘构件1492的过度的位移的凹部1458C。另外，在Z方向上，在移动构件1462的接合部1462D的附近设有内壁部1458B。因此，内壁部1458B的上端部1458BA与移动构件1462的接合部1462D的下端部1462DA之间的距离以及凹部1458C的上端部1458CA与凸缘构件1492的上端部1492B之间的距离被设定为限制移动构件1462的位移而使一对第1隔膜结构体1464、1465的变形量处于弹性变形的范围内。即，可以说，探头主体1452包括主体外壳1458、移动构件1462以及凸缘构件1492，该主体外壳1458、移动构件1462以及凸缘构件1492成为用于将一对第1隔膜结构体1464、1465的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

另外，如图19的(A)所示，凹部1458C的侧面1458CB与凸缘构件1492的侧面1492A之间的距离被设定为限制旋转构件RP的位移而使第2隔膜结构体1490的变形量处于弹性变形的范围内。即，可以说，探头主体1452包括主体外壳1458和凸缘构件1492，该主体外壳1458和凸缘构件1492成为用于将第2隔膜结构体1490的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

此外，图19的(B)表示作为本实施方式的第1粘性材料FV、第2粘性材料SV的变形的第21实施方式。此处，与第13实施方式等相同地，构成为旋转运动机构支承作为轴外壳构件的旋转构件，并且移动构件直接支承触针。在第21实施方式中，由于主要是仅用于贮存第1粘性材料FV、第2粘性材料SV的结构与第13实施方式等不同，因此除与第1粘性材料FV、第2粘性材料SV关联的结构以外的构件基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。此外，位移检测器如第13实施方式等那样被支承。另外，如图19的(B)所示，触针1506不使用运动接头而直接地被凸缘部1544固定于移动构件1512。

在第21实施方式中，如图19的(B)所示，旋转构件(轴外壳构件)1536的圆筒部1536C的内侧侧面以与移动构件1512的外侧侧面相对的方式配置。即，旋转构件1536可以说是以与移动构件1512相对的方式配置的第1壁构件。而且，在圆筒部1536C(的内侧侧面)与移动构件1512(的外侧侧面)之间的间隙填充有润滑油等第1粘性材料FV。由此，至少第1粘性材料FV能够对移动构件1512的相对于旋转构件1536的位移进行阻尼，并降低伴随着测量探头1500的移动而产生的、沿Z方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1500的高灵敏度化而引起的噪声的增强。

另外，同时，如图19的(B)所示，粘性材料贮存器1531以从两侧覆盖第2隔膜结构体1540的方式设置。粘性材料贮存器1531使相对部1531A与扩张部1531B一体而成的构件相对，并固定于主体外壳(旋转外壳构件)1508。相对部1531A是与第2隔膜结构体1540相对的部分。扩张部1531B是以非接触的方式覆盖移动构件1512的接合部1536D的部分，具备圆筒部1536C能够贯穿的开口部1531C。即，粘性材料贮存器1531可以说是以与主体外壳1508形成为一体的方式配置的第2壁构件。而且，在粘性材料贮存器1531(的内侧侧面)与第2隔膜结构体1540之间的间隙填充有润滑油等第2粘性材料SV。由此，至少第2粘性材料SV能够对第2隔膜结构体1540的相对于粘性材料贮存器1531的位移进行阻尼，并降低伴随着测量探头1500的移动而产生的、沿XY方向的振动等，从而能够防止伴随着测量探头1500的高灵敏度化而引起的噪声的增强。

此外，在本实施方式中，由于相互独立地具有Z方向上的阻尼构造和XY方向上的阻尼构造，因此也能够相互独立地改变第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，由于能够在Z方向上和XY方向上相互独立地使阻尼特性最佳化，因此能够实现测量探头1500的进一步的高灵敏度化。

此外，在第13实施方式～第21实施方式中，姿态检测器被内置于探头主体，但本发明不限定于此。例如，也可以是如图20所示的第22实施方式那样。第22实施方式正是第13、第14实施方式的探头主体形成为在轴向O上能够在分束器与基准构件之间分离的形态。也就是说，主要是姿态检测器的位置与第13、第14实施方式不同，该分离了的结构中的前级模块的结构与第10实施方式大致相同。因此，基本上仅改变了附图标记的前2位数字，对此省略说明。

如图20所示，在第22实施方式中，是轴运动机构1560、旋转运动机构1584以及位移检测器1576内置于探头主体1552、并且姿态检测器1572等内置于前级模块1551的形态。因此，较容易改变探头主体1552，并且，也较容易改变前级模块1551。也就是说，能够相互独立地对轴运动机构1560、旋转运动机构1584以及位移检测器1576所组成的单元和姿态检测器1572做出性能改变、相互独立地对轴运动机构1560、旋转运动机构1584以及位移检测器1576所组成的单元和姿态检测器1572进行更换，从而能够降低其成本。另外，由于能够自探头主体1552分离姿态检测器1572，因此能够实现探头主体1552的小型化和低成本化。此外，在本实施方式中，移动构件1562直接支承触针1556，但也可以如第20实施方式那样在旋转构件RP直接支承触针时设置前级模块。

此外，在第13～第22实施方式中，基本上构成为包含触针的被第2隔膜结构体支承的构件的重心位置与旋转中心RC重合，但本发明不限定于此。例如，也可以构成为特意将包含触针的被第2隔膜结构体支承的构件的重心位置置于比旋转中心RC靠触针侧的位置。此时，能够使置于相对于旋转中心RC而言与触针相反的一侧的位置的被第2隔膜结构体支承的构件的质量·体积最小。因此，能够提高测量探头的固有频率，从而能够实现对高于第13～第22实施方式的测量探头的频率的频率具有灵敏度的测量探头(能够进行高速响应动作等)。

此外，在上述实施方式中，测量探头被作为仿形探头来使用，但本发明不限定于此，例如，也可以作为接触式探头来使用。

产业上的可利用性

本发明能够广泛地应用于为了测量被测物体的三维形状而使用的测量探头。

对本领域技术人员来说上述实施方式的说明仅仅是说明性的，仅用于说明本发明的原则。本领域技术人员在不脱离本发明的主旨和保护范围的情况下能够可以得到各种改变。

本申请引用了2015年年3月5日提出申请的包含说明书、附图和权利要求书的日本特愿2015-043035的整个公开内容作为参考。

Claims (16)

1.一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件通过旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其特征在于，

该测量探头包括：

轴外壳构件，其用于支承所述轴运动机构；

旋转外壳构件，其用于支承所述旋转运动机构；以及

位移检测器，其被支承于所述轴外壳构件，并用于检测所述移动构件的位移，

所述轴运动机构支承所述旋转外壳构件，并且所述旋转构件支承所述触针。

2.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的相对位置的检测的相对位置检测信号。

3.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述位移检测器输出能够进行所述移动构件的绝对位置的检测的绝对位置检测信号。

4.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

在所述轴外壳构件设有干涉光学系统，该干涉光学系统包括：干涉光源部；参照镜，其用于反射来自该干涉光源部的光；以及目标镜，其配置于所述移动构件，并用于反射来自该干涉光源部的光，该干涉光学系统能够使分别来自该参照镜和该目标镜的反射光进行干涉而生成多个干涉条纹，

所述位移检测器能够检测该干涉光学系统所生成的所述多个干涉条纹的相位变化。

5.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述旋转构件在相对于所述旋转运动机构的旋转中心而言与触针相反的一侧的部位设有平衡构件，该旋转中心与该平衡构件之间的距离被设为能够进行调整。

6.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

该测量探头包括：

平衡配重，其与所述触针的质量对应；以及

平衡机构，其被支承于所述轴外壳构件，并用于取得该触针与该平衡配重之间的平衡。

7.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

该测量探头具备前级外壳构件，该前级外壳构件利用能够定位的卡合部以能够装卸的方式连结并支承用于支承所述移动构件与所述旋转构件这两者的外壳构件，

在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器收纳于所述前级外壳构件。

8.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

在所述旋转构件的与触针相反的一侧的端部设有基准构件，用于检测该基准构件的与所述触针的旋转动作对应的位移的姿态检测器收纳于用于支承所述移动构件与所述旋转构件这两者的外壳构件。

9.根据权利要求8所述的测量探头，其特征在于，

所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，

在所述旋转运动机构被支承于该轴运动机构时，

所述姿态检测器配置于该旋转运动机构与该多个第1隔膜结构体之间。

10.根据权利要求7所述的测量探头，其特征在于，

所述基准构件被设为用于反射光的反射镜，

该测量探头设有用于使光沿着光轴向该反射镜入射的光源部，

所述姿态检测器用于检测自该反射镜反射来的反射光的相对于该光轴进行的位移。

11.根据权利要求10所述的测量探头，其特征在于，

所述光轴被设置为通过所述旋转运动机构的旋转中心。

12.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述轴运动机构具备使所述移动构件能够进行位移的多个第1隔膜结构体，

该测量探头具备将该多个第1隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第1限制构件。

13.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，

该测量探头具备将该第2隔膜结构体的变形量限制在弹性变形的范围内的第2限制构件。

14.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

在第1壁构件与该移动构件之间的间隙的至少局部填充有第1粘性材料，该第1壁构件以与所述轴外壳构件形成为一体、且与所述移动构件相对的方式配置。

15.根据权利要求1所述的测量探头，其特征在于，

所述旋转运动机构具备使所述旋转构件能够进行位移的第2隔膜结构体，

在第2壁构件与该第2隔膜结构体之间的间隙的至少局部或该第2壁构件与所述旋转构件之间的间隙的至少局部填充有第2粘性材料，该第2壁构件以与所述旋转外壳构件形成为一体的方式配置。

16.一种测量探头，其包括：触针，其具有用于接触被测物体的接触部；轴运动机构，其具备移动构件，该移动构件使该接触部能够沿轴向移动；以及旋转运动机构，其具备旋转构件，该旋转构件通过相对于旋转中心的旋转运动而使所述接触部能够沿着与该轴向成直角的面移动，其特征在于，

该测量探头包括：

轴外壳构件，其用于支承所述轴运动机构；

旋转外壳构件，其用于支承所述旋转运动机构；以及

位移检测器，其被支承于所述轴外壳构件，并用于检测所述移动构件的位移，

所述旋转运动机构支承所述轴外壳构件，并且所述移动构件支承所述触针。