JP2013171039A - タッチプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】光学画像センサ上の空間的強度分布が、フィーラの変位に従って変化するタッチプローブを提供する。
【解決手段】タッチプローブは、固定部材と、１又は複数の弾性エレメント４００によって、固定部材に対して静止位置に保持され、偏差の力に応じて静止位置から移動することが可能であるフィーラ１００と、固定部材に対するフィーラ１００の変位によって駆動される光源６８を含むシステムと、光源６８によって発された光を受ける光学画像センサと、光源６８と光学画像センサ６１との間の光路上に介在する光学マスク６５とを含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、座標測定機のためのタッチプローブ又はコンタクトプローブに関し、特に、しかし限定的ではなく、トリガタイプのコンタクトプローブに関する。

タッチプローブ、及び機械的部分の表面の座標を測定するための測定機とともにそれらを使用することは、計測学の分野では周知である。典型的なケースでは、コンタクトプローブは、測定機の可動プラットフォーム上への組み立てのための機械的インターフェイスと、先端にルビー球を有し、測定される表面に接触するように設計されたスタイラスとを含む。スタイラスが当該部分に接触し、その静止位置から移動すると、プローブは、接触が生じたことを示す電気信号を発する。この信号は、機械の瞬間的な座標を記録して、当該部分への接触点の座標を計算する制御部に送信される。

アナログプローブは、スキャニングプローブとも呼ばれ、１又は複数の軸に沿ったスタイラスの偏差（deflection）を測定することが可能であることがさらに知られている。これらのプローブは、その名が示す通り、当該部分の表面をスキャニングして、軌道に沿った座標を測定することによって用いられる。

周知の変形では、たとえば欧州特許第０７６４８２７号、米国特許第４２７０２７５号又は米国特許第６７６０９７７号にあるように、スタイラスは、対称的に配置され、各々がプローブ本体と一体結合された２つの球体上に載置されている３本の放射状のピンを有する支持部上に固定される。この構成は、６つの独立した接触点での均衡的な接続を構成し、プローブ本体に対するスタイラスの相対位置は、それによって正確にかつ再現可能に定められる。トリガ信号は、ピンのうち１つが、通常時にはその上に載置されている２つの球面から持ち上がることによって、２つの球面間の電気的接触を遮断したときに生成される。これらの簡易な構造のプローブによって、信頼性と精度とが組み合わせられるが、いくつかの制限を受ける。特に、横向きの力に対するプローブの感度は一定ではなく、外力の向きに応じて変化し、３本のピンの方向に対応する３つのローブを示す。この感度の変化は、タッチトリガリングの繰り返し精度にとって、ひいては測定の質にとって有害である。ピンの配置を変更することは、たとえば欧州特許第１６１００８７号又は独国特許第３７１３４１５号に記載されているように、この異方性を低減することができるが、それでもなお完全に取り除くことはない。

欧州特許出願第０３６０８５３号は、電気回路が、加えられた力に対して直接的に感度が高いひずみゲージに置き換えられているセンサを提案することによって、これらの課題を改善しようと試みている。

他の実施形態では、たとえば米国特許第５４３５０７２号及び欧州特許第０４１５５７９号の文献にプローブが記載されており、スタイラスと、測定される部分との間の接触が、振動センサによって、又は光学センサによって検出される。

国際特許出願公開第２０１２００７５６１号は、固定された画像検出器及びアレイに対する光源の位置を判定するための測定装置を記載している。

本発明の１つの目的は、周知のタッチプローブの不利点がなく、とりわけ横力に対して一定の感度を示すタッチプローブを提案することである。

本発明の別の目的は、従来技術のプローブよりもさらに感度が高く正確なさらなるタッチプローブを提案することである。

これらの例は、添付の特許請求の範囲の特徴を有する装置によって実現される。

本発明のタッチプローブを断面図で図示する。 本発明のフレームで用いられることができる光学マスクを概略的に図示する。 四半分に分割された画像センサを示す。 四半分に分割された画像センサを示す。 四半分に分割された画像センサを示す。 本発明のフレームで用いられることができる処理回路を概略的に示す。 本発明のフレームで用いられることができる弾性構造体を図示する。 本発明のフレームで用いられることができる弾性構造体を図示する。 本発明のフレームで用いられることができる弾性構造体を図示する。 本発明の変形の実施形態を分解図で示す。 本発明の変形の実施形態を断面図で示す。 図７及び８の実施形態で用いられる弾性構造体の２つの可能な実施形態を図示する。 図７及び８の実施形態で用いられる弾性構造体の２つの可能な実施形態を図示する。 図９Ａ及び９Ｂで表された弾性構造体の別の図を示す。 図９Ｂの弾性エレメントの断面図であり、自由度が表されている。 マイクロレンズのアレイを含む光学マスクが載置された、本発明の光学画像センサの変形の実施形態を図示する。 隣り合わせに置かれた一対のセンサを有する、本発明の変形の実施形態を図示する。 隣り合わせに置かれた一対のセンサを有する、本発明の変形の実施形態を図示する。

図１を参照すると、本発明のタッチプローブは、一実施形態において、支持部の３本のピン６５（部分的に見られる）と、フィーラモジュール（感触器モジュール）と一体結合された６つのボール（図示せず）との間の、６つの接触点によって定められた静止位置に、ばね６６によって弾性的に保持された支持部１０５の上に取り付けられたスタイラス１００を有するフィーラモジュール６０を含む。この構成は、スタイラスが外力の作用下で移動し、この外力が作用しなくなったときに静止位置にぴったりと戻ることを可能にする。システムが接触を検出した時に測定機の移動を止めるために、一定の間隙（オーバトラベル）が必要とされるため、スタイラスのこの弾性的な組み立ては、このタイムフレーム中に、接触力を制限することを可能にする。

スタイラス１００がフィーラモジュール６０内に取り付けられる方法は、本発明の本質的な特徴ではなく、本発明の分野から離れることなく、必要に応じて他の組み立てレイアウトを用いることができる。

フィーラモジュール６０は、測定要求に応じてスタイラスを容易に交換することができるように、好ましくはプローブ３５の本体に取り外し可能な方法で接続される。フィーラモジュール６０及びプローブ本体は、好ましくは、測定機で現在用いられている自動ツール変更システムと互換性があるような方法で、自動的に接続及び分離されることができる。図示された例では、一方がプローブ本体に、他方がフィーラモジュールに設置された一対のマグネット５２及び６２を用いて接続が実現される。他の実施形態では、機械的コネクタ、たとえば出願人名による欧州特許第１５７７０５０号文献に記載された自動コネクタによって、接続が実現されることができる。モジュール性が必要とされない場合、フィーラモジュール及びプローブ本体は、永続的な方法で接続されることができる。

プローブ３５の本体は、それを測定機の可動プラットフォームに固定するための接続装置３２を備える。図示された例では、Ｍ８規格ねじ３２によって接続が実現されるが、他の接続機構が可能である。軸方向の電気接点３３は、以下でさらに分かるように、プローブ本体内部の電子機器が、外部電源によって電力供給されることを可能にする。必要であれば、単一接点３３は、複数の接点によって置き換えられることができる。

フィーラモジュールは、マグネット５２、６２又は任意の他の好適な接続手段を介して、支持部５５と一体結合され、支持部５５は、弾性構造体４５によってプローブ３５本体の内側の位置に保持され、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿ったスタイラスの偏差（deflections）に所定の限度内で追従することができる。本発明のフレーム内では、弾性構造体は、異なる形状を有することができる。構造体４５は、好ましくは３方向に向かって同じ弾性を示すような寸法を有する。

ロッド４２は、その下側において支持部５５に一体結合されるとともに、その上側に光源６８、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）を担持する。これにより、スタイラスの偏差の動き（deflection movements）は、光源６８の比例した変位に変換される。

本発明の重要な態様では、プローブ本体は、光源６８と並置されて、光源によって発された光を受ける画像センサ、たとえばＣＣＤセンサ６１又は任意の他の好適な光学画像センサをさらに含む。符号化光学マスク６５は、光源６８と画像センサ６１との間の光路上に介在する。光学マスク６５は、センサ上に、光源６８の変位に従って動く不均一な光の強度の分布を投射する。処理回路は、好ましくは画像センサ６１と同じシリコンチップ上に組み込まれ、センサの表面上の光強度の分布から、プローブ本体に対する３次元ｘ、ｙ、ｚに従ったスタイラスの偏差を判定する。

光源６８、マスク６５及び画像センサ６１で構成されるトランスデューサの動作原理は、欧州特許出願公開１７５００９９Ｂ１、欧州特許出願公開２１６９３５７Ａ１及び国際特許出願公開２０１０１１２０８２Ａ１の文献に記載されており、本明細書では詳細には分析されていない。図２で表された例では、光学マスク６５は、規則的なタイルのアレイ１２５と、斜めのセグメントのアレイからなるコードとを含む２次元コードを持つ。図示された例では、たとえば、セグメント１２１に平行なセグメントは、２進値「１」を符号化し、一方でセグメント１２０に平行なセグメントは、２進値「０」を符号化する。

有利には、セグメントによって表現された２次元コードは、タイルのアレイ１２５の解像度による絶対的な位置決めを可能にし、一方で光分布の軸に沿った投射によって得られた信号１３１及び１３２の補間は、ｘ及びｙでの相対位置を正確に判定することを可能にする。しかし、他の構成が可能である。

読み取り及び処理速度を向上させるために、画素は、任意にはゾーン毎にグループ分けされ、各々のゾーンは特定の測定専用であり、事実上独立したセンサを構成している。図３Ａに図示された例では、画像センサ６１の画素は、４つの四半分１４１、１４２、１４３、１４４に配置される。対角線上に配置された四半分１４１及び１４３は、ｘ方向の変位を判定するように配置され、一方、他の２つの四半分は、ｙ方向の変位を判定するように設計される。図２に示された例を参照すると、処理回路は、四半分の各々において、測定を希望する変位の方向に沿って、２つの投射１３１、１３２の１つを計算するように限定されることができ、これによって操作の数を限定する。また、光学マスク６５に記録された符号は、四半分に分割して、結果として簡略化することができる。２つの投射Ｘ及びＹが位置を判定するために用いられる場合、２Ｄセンサは、各々がＸ又はＹにおけるライン上の光強度を測定する２つの１Ｄセンサに簡略化されることができる。線形センサ（ＣＣＤ）に接続された平行な光ファイバのアレイは、この機能を実現することができる。

図示されていない代替の実施形態では、光学マスクは存在せず、そこで不均一な光源、たとえば、画像センサ６１の表面上に不均一な光強度の分布を生成する光源が用いられる。この目的のために、高度に異方性の放射プロファイルを有するＬＥＤ、レーザダイオード、干渉縞を生成する光学系、又は他の任意の適切な不均一性光源を用いることが可能であり、これらの光源は、処理回路が、センサの表面上の光強度の分布から、３次元ｘ、ｙ、ｚに沿ったスタイラスの偏差を判定することを可能にする。

図示されていない別の変形では、光学マスクは、図３のように複数の透明及び不透明領域ではなく、異なる光学特性を有する適切な透明領域の配置を含み、センサの表面上に可変の光強度分布を生成する。レンズのアレイは、有利には光学マスクで用いられて、センサ上の光分布の強度及びコントラストを増大させることができる。

図３Ａは、ｘ軸に沿って光源６８に変位がある状況を図示する。四半分１４１及び１４３は同じ変位を記録し、一方で他の２つの四半分は、変動を記録していない。反対に、図３Ｂに見られるように、ｙ軸方向にのみ変位がある場合、２つの四半分１４２及び１４４は同一の変位を記録し、四半分１４１及び１４３によっては何も測定されない。

図３Ｃは、ｚ軸に沿った変位の間に生じる状況を図示する。この場合、マスク６５によって投射された、変化する画像の縮尺である。四半分１４１及び１４３、及び四半分１４２及び１４４でも、反対の変位を測定する。通常のケースでは、光源６８の相対移動は、ｘ、ｙ、及びｚにおける移動の重ね合わせに分解されることができる。

本発明のこの変形の実施形態は、４つの画像センサを含み、各々が、マスクによって投射された光分布の位置の座標を測定するように構成される。

記載された例では、光学画像センサ上に投射されたマスクの画像は、フィーラ１００の移動に応じて変化するが、これは、光源６８が、固定部材に対するフィーラの変位によって駆動されるためである。また、本発明の範囲内にとどまりつつ、同一の効果とともに、フィーラ、マスク、又は画像センサによって駆動することが考えられる。本発明は、変形の実施形態をさらに含み、その場合、光源、マスク及びセンサがプローブ本体に対して固定されたままであるが、光学軌道は、フィーラ１００の変位に応じてセンサ上の画像を修正することが可能である別の可動光学エレメント、たとえば鏡、レンズ、プリズム又は任意の他の光学エレメント又はフィーラ１００によって駆動される光学エレメントの組み合わせを含む。

光源６８の変位は、接触スタイラス１００の変位に比例する。そして、処理回路は、フィーラの変位が所定の閾値を超えた場合、接触信号をトリガすることができる。有利には、このトリガ閾値は、処理回路を適切にリプログラミングすることによって、測定条件に応じて動的に修正されることができる。たとえば、測定機が急速に動いたときには、振動によって、又はプローブの加速及び減速に応じて測定される誤った信号を回避するために、閾値を引き上げることができ、機械がゆっくりと動いたときには、最大限の精度を目指すために、閾値を引き下げることができる。また、トリガ閾値は、より長くかつより重く、振動に対してより感度が高いスタイラスが取り付けられた場合、より大きな閾値を選択することによって、用いられるスタイラスに応じて変調されることができる。

本発明の１つの態様では、処理回路はさらに、トリガ信号の検証を行うことができ、測定される部位とフィーラ１００との本当の接触から発生する信号と、たとえば振動に起因する誤った信号とを識別することができる。この識別は、たとえば、偏差信号の継続時間に基づいて、又はその時間プロファイルに基づいて実現されることができる。

また、プローブは、処理回路が、光学センサによって測定された１又は複数の軸に沿ったスタイラスの偏差を示すスキャニングモードで用いることもできる。

図示されていない変形の実施形態では、光学センサは、たとえばルーフ又はピラミッドの形状の平坦ではない表面を有し、集光及び軸方向の変位に対する感度を向上させることができる。

図４は、本発明の１つの態様の、処理回路２００の可能な構造を概略的に図示する。光学センサ６１は、有利には処理回路と同じ集積回路に組み込まれる。回路２００は、本例では、マイクロプロセッサ２３０及び配線論理ユニット２３５を含み、センサ６１の画素に関する処理動作、たとえば投射、平均化及び／又は相関を行う。ユニット２３７は、数学関数又は三角関数の計算専用の演算モジュール、たとえばＣＯＲＤＩＣ（座標回転ディジタルコンピュータ）技術を用いたモジュールである。

回路２００は、好ましくは環境センサ、たとえば加速度計及び／又は温度センサをさらに含む。加速度計を用いて、たとえばトリガ信号の動的閾値や、プローブが衝撃を受けたかを判定する。温度センサによって供給された信号を、回路２００で用いて、温度誤差を補償する。

本発明の変形の実施形態では、プローブは複数の画像センサ６１を含むことができ、単一の共通の処理回路を有するか、又は各々が独自の処理回路を備えるか、もしくは各々が数個の画像センサ群によって記録された画像を処理するように構成される数個の処理回路を有する。

プロセッサ２３０は、好ましくは、光学画像センサ６１上の、又は光学画像センサ６１群上の光強度の空間分布から、光源６８の位置、そして結果としてフィーラ１００の位置を判定して、フィーラ１００の位置及び／又は偏差を表す位置信号又は数個の位置信号を生成するようにプログラムされるか又は設計される。

処理回路は、所定のフォーマットに従って、測定機に位置信号を送信するように設計された入出力ユニット２２０をさらに有する。タッチプローブがトリガプローブとして用いられる場合、位置信号は、２つのとりうる値を有する２値信号であることができ、一方が本質的にゼロの偏差を示し、他方が超過されている所定のトリガ力に対応する偏差を示す。

トリガ信号は、有利には、プローブによって吸収された電流の変動の形で送信されることができる。これにより、本発明のタッチプローブが、従来のトリガタッチプローブの代替として用いられることが可能になる。フィーラの偏差の値は、好ましくは処理回路２３０に対して３つの座標において利用可能であり、それによって後者は、フィーラに作用する接触力を、あらゆる作用方向について計算することができる。このように、本発明のプローブは、フィーラに作用する力に等方的に依存して、偏差信号を供給することができる。本発明の別の利点は、トリガプローブに適用された場合、トリガ閾値を容易にリプログラムすることができることである。

本発明の後者の変形は、トリガ測定に用いることができ、その場合測定機は、フィーラ１００を、測定される部分の表面と時間通りに接触させるようにプログラムされ、タッチプローブは、接触時に、適切なソフトウェアを用いて、接触点の座標が計算されることを可能にするトリガ信号を送信する。

本発明の変形の実施形態では、プロセッサ２３０は、１つ、２つ又は好ましくは３つの測定軸Ｘ、Ｙ、及びＺにおけるフィーラ１００の位置及び／又は偏差を、連続性を持って表す信号を生成するようにプログラム又は設計される。そして、タッチプローブは、フィーラ１００の位置及び／又は偏差を、所定のディジタルフォーマットに符号化して、それをユニット２２０を通して測定機に送ることができる。

本発明の後者の変形の実施形態はスキャニング測定に用いることができ、その場合測定機によってフィーラ１００は、測定される部分の表面と接触した状態で軌道を進み、タッチプローブは、適切なソフトウェアを用いて、測定機に、軌道に沿った接触点の座標を計算することが可能になる偏差の値を送信する。

既存の測定システムとの互換性を確保するために、１又は数個のディジタル・アナログフォーマット変換器（ＤＡＣ）を用いて、決定された測定軸に沿ってフィーラ１００の位置及び／または偏差を表すアナログ信号を生成することが可能である。これらの変換器は、プローブ内部に、又は外部ユニットに組み込まれることができる。

本発明の別の態様では、入出力ユニット２２０により、外部ユニット、たとえば測定機のコントローラ又はコンピュータ測定システムとの双方向通信が可能になる。そして、プローブは、ユニット２２０を通して、適切なフォーマットで、トリガ信号及び／又は偏差測定及び／又は検証信号を送ることができる。また、プローブは、ユニット２２０を通して、較正データ、トリガ閾値、又は他の任意の信号を受信することができる。

図５Ａ、５Ｂは、本発明の範囲内で用いられることができる可撓性構造体４５を概略的に図示する。これらの構造体は、３つの柱（３１５）、３つのプレート又は他の堅い垂直エレメントを有し、各々の２つの先端には、横方向へのより大きな可撓性を有する１つのエレメント（３１２）を有する。カラー（３１３）を有する放射状アームは、これらの構造体の軸方向へのたわみを確保する。垂直エレメントは、一体か又は別個であることができる。図６は、変形の実施形態を図示し、柱３１５によって横方向への可撓性が提供されている。しかし、他の構成が可能である。

ここで、図７、８、９Ａ、９Ｂ及び１０を参照して、本発明のタッチプローブの好ましい実施形態を説明する。本変形では、プローブは、先に述べたような弾性構造体を含み、その弾性構造体は、その下側先端で支持部５５に接続し、反対の先端で光源６８に接続する、一体の金属部分４００からなる。

弾性構造体４００は、図９Ａ、９Ｂ及び１０でよりはっきりと見ることができ、図９Ａ及び９Ｂは、以下でさらに分かるように、上側の可撓性部分の２つの可能な変形実施形態を表している。これは本質的に円筒形状を有し、組み立て又は溶接シームのない単一の一体型の金属部から作られる。弾性構造体４００は、好ましくは機械加工によって、すなわち適切な材料、たとえば鍛鋼の円筒を旋削及びフライス加工することによって実現される。しかし、本発明の範囲内で、他の製造技術、たとえば電食、レーザ切削又は材料を取り除くための任意の他の適切な方法を用いることもまた可能である。また、弾性構造体４００を、鋳造によって、又は積層造形工程、たとえば選択的なレーザフリッタリング（laser frittering）、ステレオリソグラフィー、３Ｄインプレッション等によって作ることも可能である。

本発明の１つの態様では、弾性構造体４００は、図１０及び１１に見られる、本質的に円筒型の中央本体４２０と、２つの溝５１０及び５２０によって円筒型本体から分離された、上側及び下側２つの端部とを含む。下側端部は、その上に、たとえばチェーシング（chasing）を介してフィーラモジュール５５の支持部が固定されている中央突起４３６を含む。また、上側端部は、その上に、たとえば接着によって光源６８が取り付けられている中央突起４１６を含む。光源は、好ましくは可撓性の導体又は可撓性のプリント回路によって処理回路に接続される。

また、２つの端部は、プローブ本体と一体結合された周囲リング４３５、４１５をそれぞれ含み、一方で円筒型本体４２０の横面は、他のコンポーネントとは接触せず、フィーラ１００に作用する力の影響下で動くことができる。

図９Ａ、９Ｂは、弾性エレメント４００の上側端部の２つの可能な変形実施形態を図示する。２つの変形は、それらの端によって周囲リング４１５に固定された３つの正接のガーダー４１７ａ、４１７ｂ、４１７ｃと、一方で対応する正接ビームに、他方で前記端部の中央に接続された３つの放射状アーム４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃとを含む。切り欠き４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃは、弾性ヒンジを形成し、アセンブリ全体の、特に軸方向及び横方向への可撓特性を向上させる。２つの変形の実施形態は、本質的にアーム４１８ａ−ｃの形状が異なり、第２のタイプではまっすぐであり、第１にはやや強調された角度を有し、その可撓性が増大されている。

弾性エレメント４００の上側端部は、有利には、従来の機械加工作業によって実現されることができる。たとえば、上側を通してアーム４１８ａ−ｃをフライス加工し、３つのフライス加工されたまっすぐな溝４１７ａ−ｃ（図１０でより良く見られる）で、リング４１５から正接のガーダー４１７ａ−ｃを取り外すことが可能である。前記端部は、溝５１０によって円筒型本体４２０から分離される（図１１）。

図１０は、弾性エレメント４００の下側端部について可能な構造を図示する。周囲リング４３５は、アセンブリ全体の可撓性を、特に軸方向に増大させる薄い中央羽根（sail）を有する３つのアーム４３８ａ−ｃによって、中央部４３６に接続される。上側端部と比較すると、下側端部は、軸力下で変形するように適合され、軸に対して直角の方向には比較的堅固である。上側部と同様に、弾性エレメント４００の他方の端部は、従来の機械加工作業で作られることができる。

図１１は、可撓性エレメントの断面と、端部の可撓性によって可能になる動きとを示す。すでに述べたように、周囲リング４３５及び４１５は、プローブ本体に固定され、一方で下方突起４３６は支持部５５によってフィーラに接続され、上部突起４１６は光源を担持する。スタイラス１００にかかる力は、端部にそれら各自の機械特性に従った異なる変形を引き起こす。

下側端部は、軸力に対しては著しい可撓性を呈し、一方で、軸に対して横方向に働く力に対しては堅固であるように設計されるが、これは、アーム４３８ａ−ｃの羽根を容易に曲げることはできるが、アーム４３８ａ−ｃの長さは本質的に不変のままであるためである。したがって、アーム４３８ａ−ｃの交点に位置する点「Ｃ」は、図１１の軸「ｚ」に沿って動くが、本質的には依然として弾性エレメント４００の軸上にある。

同時に、アーム４３８ａ−ｃの独立した可撓性は、スタイラス１００が横方向の力を受けた場合に、点（Ｃ）を中心とした、２つの横軸方向「ｘ」及び「ｙ」へのエレメント４２０の回転を可能にする。このように、下側端部によって導入される制約をモデル化することが可能であるが、これはスライドによって、中央「Ｃ」のボールジョイントと組み合わせられた中央「Ｃ」の軸方向の変位が可能になるためである。

放射状アームが正接のビームに接続されている構成のために、上側端部は、３つの軸「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」に沿った、点「Ｌ」における光源の変位を可能にする。当該アーム及びビームの可撓性は、３つの軸に沿った戻り力又は定量的な可撓性の値を決定する。典型的なケースでは、本発明のタッチプローブは、軸Ｘ、Ｙ及びＺでのスタイラスにかかる数グラムの力に従って、Ｘ、Ｙ及びＺにおいて数十ｎｍの屈曲を示すことができる。これらの可撓性値は、良好な感度と、座標測定機（ＣＭＭ）の通常の振動周波数を超えるきわめて高い自己振動周波数とを保証する。

アーム４１８ａ−ｃ及び４３８ａ−ｃの対称的な構成は、本質的に力の横方向とは独立の高い等方性の可撓性を実現することを可能にする。しかし、本発明は、３本のアームを有する装置に限らず、状況に応じて、２本、４本、及びそれ以上のアームを有することができる。

ここで、図７及び８を参照して、プローブにおける弾性構造体４００のアセンブリを説明する。本発明の好ましい実施形態では、弾性構造体４００は、可撓性のある枝部７５７を有するフェルール４５０の内側に嵌め込まれる。フェルール４５０が管４６０の内側に挿入されると、枝部７５７は下側の周囲リング４３５を挟んで中央に位置決めする。軸方向では、フェルール４５０の下側は、ねじ付きリング４５２に載置され、その上側は上側周囲リング４１５を支持し、その上には第２のねじ付きリング４５１が螺合されている。このように、上側及び下側の２つの周囲リングを用いることによって、プローブの軸において、弾性構造体４００の固定及び正確なセンタリングを実現することを可能にする。

スタイラスの動き及び弾性部４００の変形は、フィーラモジュール５５の支持部内の適切なハウジングに係合する３本のねじ５５０によって１２０°において制限される。しかし、他の制限手段が可能である。

図１１は、本発明の光学画像センサの変形の実施形態を図示し、光学マスクは、移動可能なソース（源）からフォトセンサ６１２上に届く２次元的な光の分布を投射するミニレンズ１９５のアレイで構成され、各々が記録された画像の画素に対応する（図面を簡略にするために、フォトセンサの一部のみが表されている）。先に図示された変形の実施形態と比較すると、マイクロレンズによって、光学効率をより高くすることが可能になり、ひいては画素上の信号対ノイズの比率をより好ましいものにすることが可能になる。

ミニレンズによって投射された画像は、概ね明るいゾーンの２次元的な分布からなり、対象となる点が実質的にレンズの軸に位置するか、又は２つの隣接したレンズ間に位置するかに依存する。マイクロプロセッサは、この光分布を分析し、光源の位置を正確に判定することができる。アレイの対称性は、光分布の補間による位置の非常に正確な判定を可能にする。

マスク６５の全面が、ＸＹにおいて対称的である完全に規則的なアレイによって占められている場合、光分布もまた対称的であり、ＸＹにおける位置の漸増的な判定のみを得ることができ、曖昧性はアレイの間隔に等しい。アレイ６１は、好ましくは、完全な対称性から離れるために、特定かつ他とは異なる伝送特性を有するゾーン２９０を含み、これによってＸＹにおける位置が間違いなく判定されることが可能になる。図示された例では、ゾーン２９０は、アレイの中央にレンズがない中央ゾーンであるが、アレイの縁部に位置付けられた、異なる形状の特別のゾーン１９５を有するか、又はアレイの対称性を変える任意の構成を有することもまた考えられる。

図１３Ａは、２つの画像センサを含む構成を図示し、それら各々は、２次元における位置が判定されることを可能にし、空間内での３つの座標における光源の位置の測定値を得る手段を提供する。画像センサは、隣り合って配置されており、たとえば軸“Ｘ”に平行な距離“ｄ”だけ離される。センサ２００ａ及び２００ｂは、距離“ｄ”が正確に決定されるように、好ましくは共通のシリコンウェハ２０３上に作られる。

光源６５が３つの軸に沿って変位している間（不可視）、画像センサは、以下の表に従って、値「Ｘ」及び「Ｙ」を与える。

このように、ソースの３次元での移動は、距離“ｄ”だけずれた２つのセンサ２００ａ及び２００ｂによって供給された２次元での位置を分析することによって判定できることが見られる。たとえば、座標“Ｘ”及び“Ｙ”を、センサ２００ａ及び２００ｂによって得られた結果の平均に近似させて、２００ａ及び２００ｂによって供給された座標“Ｘ”間の差異によって座標“Ｚ”を計算することが可能である。

図１３Ｂの例では、２つのセンサ２００ａ及び２００ｂは、図１３Ａでの距離よりも離れた距離“ｄ”に置かれる。結果として、可動光源から届く光線は、より高い角度でセンサに当たり、“Ｚ”における移動に対する感度は、図１３Ａの例よりも高い。この変形の実施形態では、センサはそれぞれ個別のシリコンウェハ２０３ａ、２０３ｂ上にあり、２つのウェハは、共通の基板２０５上に固定されている。

Claims (8)

1. 固定部材と、
   １又は複数の弾性エレメントによって、前記固定部材に対して静止位置に保持され、偏差の力に応じて前記静止位置から移動することが可能であるフィーラと、
   光源を含む、フィーラの変位を検出するためのシステムと、
   前記光源によって発された光を受ける光学画像センサとを含み、
   前記光学画像センサ上の空間的強度分布が、前記フィーラの変位に従って変化するタッチプローブ。
2. 光学画像センサによって記録された画像から、１、２又は３つの測定軸に沿って、フィーラの位置及び／又は偏差を判定し、前記位置及び／又は偏差を表す位置信号を測定機に送信するように構成された処理回路をさらに含む、請求項１記載のタッチプローブ。
3. 処理回路が、フィーラにかかる力が所定の閾値を超えた場合に接触信号を生成するか、あるいは１、２又は３つの測定軸に沿ったフィーラの位置及び／又は偏差を継続的に表す偏差信号を生成するように設計される、請求項２に記載のタッチプローブ。
4. 前記光源によって発された光を受ける複数の光学画像センサを含み、前記光学画像センサ上の強度の空間分布が、前記フィーラの変位に従って変化し、プローブが、光学画像センサによって記録された光分布から、３次元でのフィーラの変位を判定するように設計された処理回路をさらに含む、請求項１記載のタッチプローブ。
5. 前記１又は複数の弾性エレメントが、２つのベースに対応する２つの端部エレメントを有する、本質的に円筒形状を有する一体の金属部からなり、前記フィーラが端部エレメントの中心と一体結合され、前記光源が、反対の端部エレメントの中心と一体結合され、各端部エレメントが、プローブ本体と一体結合された周囲リングを示し、複数の変形可能なエレメントが、３軸に沿った光源の変位を可能にする、請求項１記載のタッチプローブ。
6. 光学マスク、又は前記光源と前記光学画像センサとの間の光路上に介在するレンズアレイを含む光学マスクを含む、請求項１記載のタッチプローブ。
7. 前記光源が、前記固定部材に対するフィーラの変位によって駆動される、請求項１記載のタッチプローブ。
8. フィーラが、磁気的又は機械的接続を用いて、検出システムに取り外し可能な方法で接続される、請求項１記載のタッチプローブ。

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