JP2019002931A - 4象限型光検出器を使用するエミッタ材料構成体を用いる測定装置のための光学的構成体 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (20)
- 座標測定装置のための走査プローブであって、
フレームと、
スタイラスに強固に接続されるように構成されたスタイラス接続部と、
軸方向に沿った前記スタイラス接続部の軸方向運動と回転中心周りの前記スタイラス接続部の回転運動とを可能にするよう構成されたスタイラス移動機構と、
を備える前記フレームに取り付けられたスタイラス懸架部と、
前記フレームに対して固定され、自身の第1及び第2感知軸方向に沿って第1の測定スポットの位置に応答する出力を供給するように構成された第1の光検出器を備える第1の位置感知検出器と、
前記フレームに対して固定され、少なくとも1つの光源光路に沿って第1の波長範囲を含む光源光を放射するように構成された光源構成体と、
前記スタイラス接続部に対して固定され、前記スタイラス接続部と共に移動し、前記光源からの前記第1の波長範囲の光を入力し、エミッタ材料内で生成された前記第1の波長範囲に含まれない第2の波長範囲を含む励起光を出力するによって応答する前記エミッタ材料を備える少なくとも1つのエミッタ部を備える位置表示要素と、
を備えるスタイラス位置検出部を備え、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、その移動範囲内の前記スタイラス接続部の位置にかかわらず、前記少なくとも1つの光源光路に沿って前記光源光を入力するように構成され、
前記位置表示要素は、前記第1の位置感知検出器上の第1のスポット位置に前記第1の測定スポットを形成するように、第1の測定スポット経路に沿って第1の測定光として生成された前記励起光の第1の部分を出力するように構成され、前記第1のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化し、そして、
前記第1の位置感知検出器は、前記第1の位置感知検出器上の前記第1のスポット位置を示す位置表示信号の第1のセットを出力する
ことを特徴とする走査プローブ。 - 請求項1において、
前記フレームに対して固定され、自身の少なくとも第1の感知軸方向に沿って第2の測定スポットの位置に応答する出力を供給するように構成された第2の光検出器を備える第2の位置感知検出器をさらに備え、
前記位置表示要素は、前記第2の位置感知検出器上の第2のスポット位置に前記第2の測定スポットを形成するように、第2の測定スポット経路に沿って第2の測定光として生成された前記励起光の第2の部分を出力するように更に構成され、前記第2のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化し、
前記第2の位置感知検出器は、前記第2の位置感知検出器上の前記第2のスポット位置を示す位置表示信号の第2のセットを出力する
ことを特徴とする走査プローブ。 - 請求項2において、
位置表示信号の前記第2のセットと組み合わせた位置表示信号の前記第1のセットは、前記フレームに対する前記位置表示要素及び前記スタイラス接続部の位置を示すことを特徴とする走査プローブ。 - 請求項2において、
前記第2の位置感知検出器の前記第1の感知軸方向は、前記軸方向にほぼ平行であり、
前記第1の位置感知検出器の前記第1の感知軸方向と前記第2の感知軸方向は、前記軸方向に交差するように配向された平面において互いにほぼ直交していることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項2において、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、
前記第1の測定スポット経路に沿って前記第1の測定光として生成された前記励起光の前記第1の部分を出力するように構成された第1のエミッタ部と、
前記第2の測定スポット経路に沿って前記第2の測定光として生成された前記励起光の前記第2の部分を出力するように構成された第2のエミッタ部と、
を備えることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項2において、
前記第2の光検出器の出力は、前記第2の位置感知検出器の第2の感知軸方向に沿って前記第2の測定スポットの位置にさらに応答し、
生成された前記励起光の前記第1の部分を入力する前記第1の測定スポット経路の入力部は、前記軸方向に対して少なくとも15度の角度を形成し、
生成された前記励起光の前記第2の部分を入力する前記第2の測定スポット経路の入力部は、前記軸方向に対して少なくとも15度の角度を形成し、前記第1の測定スポット経路の前記入力部に対して少なくとも30度の角度を形成することを特徴とする走査プローブ。 - 請求項6において、
前記第1の位置感知検出器の前記第1及び前記第2の感知軸方向は、前記第1の測定スポット経路の方向に対して垂直に配向された平面において互いにほぼ直交しており、
前記第2の位置感知検出器の前記第1及び前記第2の感知軸方向は、前記第2の測定スポット経路の方向に対して垂直に配向された平面において互いにほぼ直交していることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項2において、
前記位置表示要素は、前記回転中心に対して前記軸方向にほぼ沿って配置され、前記少なくとも1つのエミッタ部は、以下のa)、b)、又はc)の1つを備えることを特徴とする走査プローブ。
a)前記光源光を受光し、生成された前記励起光の前記第1及び前記第2の部分の両方を放出し、前記回転中心に対して前記軸方向にほぼ沿って配置された第1のエミッタ部のみ。
b)前記光源光を受光し、生成された前記励起光の前記第1の部分を放出する第1のエミッタ部と、前記光源光を受光し、生成された前記励起光の第2の部分を放出する第2のエミッタ部と、を備え、前記第1のエミッタ部と前記第2のエミッタ部は、前記軸方向に平行な平面の反対側であって、前記回転中心を通り、ほぼ対称に配置される。
c)前記第1及び第2のエミッタ部を備え、前記位置表示要素は、前記光源光を受光し分割するビームスプリッタ要素をさらに備え、前記第1のエミッタ部は、分割された前記光源光の第1の部分を受光し、生成された前記励起光の前記第1の部分を放出する前記ビームスプリッタ要素上に位置され、前記第2のエミッタ部は、分割された前記光源光の第2の部分を受光し、生成された前記励起光の前記第2の部分を放出する前記ビームスプリッタ要素上に配置される。 - 請求項1において、
前記第1の光検出器が4象限型光検出器であることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項9において、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、前記第1の測定スポット経路に沿って見たときに、ほぼ正方形形状に現れるように構成された第1のエミッタ部を備え、
前記第1の測定スポット経路は、前記第1の光検出器上に前記第1のエミッタ部を結像させる第1の光学的構成体を通過することを特徴とする走査プローブ。 - 請求項10において、
前記第1の光学的構成体は、テレセントリックな結像構成体を備えることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項11において、
前記テレセントリックな結像構成体は、
前記第1の測定光を入力して、前記第1の位置感知検出器上に前記第1の測定スポットを形成するように、前記第1の測定光を集光するように構成された第1のレンズと、
前記第1のレンズと前記第1の位置感知検出器との間に配置された開口を有し、前記第1のレンズからの前記第1の測定光を空間的にフィルタリングするように構成された第1の空間フィルタと、
を備えることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項1において、
前記スタイラス位置検出部は、前記第1の測定スポット経路内に配置され、前記第1の波長範囲内の前記光源光が前記第1の位置感知検出器に到達するのを阻止し、前記第2の波長範囲内の前記第1の測定光を通過させて前記第1の位置感知検出器に到達させることを許容するように構成された第1の光学フィルタをさらに備えることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項1において、
前記少なくとも1つのエミッタ部の前記エミッタ材料は、蛍光体材料、フォトルミネセント半導体のナノ粒子、ナノ結晶、量子ドット、又はナノロッドのうちの少なくとも1つを備えることを特徴とする走査プローブ。 - 請求項1において、
前記光源構成体は、第1及び第2の光源を備え、
前記少なくとも1つの光源光路は第1及び第2の光源光路を備え、
前記第1の光源は、前記第1の光源光路に沿って前記第1の波長範囲を含む前記光源光を放射するように構成され、
前記第2の光源は、第2の光源光路に沿って前記第1の波長範囲を含む前記光源光を放射するように構成され、
前記第2の光源光路からの前記光源光に応答して、前記位置表示要素は、前記第1の位置感知検出器上の第2のスポット位置に第2の測定スポットを形成するように、第2の測定スポット経路に沿って第2の測定光として生成された前記励起光の第2の部分を出力するように更に構成され、前記第2のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化し、
前記走査プローブは前記第1の位置感知検出器上の前記第1及び前記第2の測定スポットを多重化するために、前記第1及び前記第2の光源のタイミングを制御し、前記第1及び前記第2の測定スポットに対応する前記第1の位置感知検出器からの出力信号を分離するように、多重分離することを提供するように構成された多重化信号処理及び制御回路をさらに備えることを特徴とする走査プローブ。 - スタイラスが接続されている走査プローブから受信された位置信号に基づき前記スタイラスの接触部の3次元位置を決定するためのシステムであって、
前記走査プローブは、
フレームと、
前記スタイラスに強固に接続されるように構成されたスタイラス接続部と、
軸方向に沿った前記スタイラス接続部の軸方向運動と回転中心周りの前記スタイラス接続部の回転運動とを可能にするよう構成されたスタイラス移動機構と、
を備える前記フレームに取り付けられたスタイラス懸架部と、
前記フレームに対して固定され、前記第1の位置感知検出器の第1及び第2の感知軸方向に沿って第1の測定スポットの位置に応答する出力を供給するように構成された第1の光検出器を備える第1の位置感知検出器と、
前記フレームに対して固定され、前記第2の位置感知検出器の少なくとも第1の感知軸方向に沿って第2の測定スポットの位置に応答する出力を供給するように構成された第2の光検出器を備える第2の位置感知検出器と、
前記フレームに対して固定され、少なくとも1つの光源光路に沿って第1の波長範囲を含む光源光を放射するように構成された光源構成体と、
前記スタイラス接続部に対して固定され、前記スタイラス接続部と共に移動し、前記光源構成体からの前記第1の波長範囲の光を入力し、エミッタ材料内で生成された前記第1の波長範囲に含まれない第2の波長範囲を含む励起光を出力することによって応答する前記エミッタ材料を備える少なくとも1つのエミッタ部を備える位置表示要素と、
を備えるスタイラス位置検出部と、
を備え、
処理部において、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、その移動範囲内の前記スタイラス接続部の位置にかかわらず、前記少なくとも1つの光源光路に沿って前記光源光を入力するように構成され、
前記位置表示要素は、
第1のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化する、前記第1の位置感知検出器上の前記第1のスポット位置に前記第1の測定スポットを形成するように、第1の測定スポット経路に沿って第1の測定光として生成された前記励起光の第1の部分と、
第2のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化し、前記第2の位置感知検出器上の前記第2のスポット位置に前記第2の測定スポットを形成するように、第2の測定スポット経路に沿って第2の測定光として生成された前記励起光の第2の部分と、
を出力するように構成され、
前記第1の位置感知検出器は、前記第1の位置感知検出器上の前記第1のスポット位置を示す位置表示信号の第1のセットを出力するように構成され、
前記第2の位置感知検出器は、前記第2の位置感知検出器上の前記第2のスポット位置を示す位置表示信号の第2のセットを出力するように構成され、そして、
前記処理部は、前記スタイラスの前記接触部の3次元位置を決定するように、前記第1の位置感知検出器からの位置表示信号の前記第1のセットと、前記第2の位置感知検出器からの位置表示信号の前記第2のセットと、を処理するように構成される
ことを特徴とするシステム。 - 請求項16において、
前記第1の光検出器は、4象限型光検出器であることを特徴とするシステム。 - 請求項17において、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、前記第1の測定スポット経路に沿って見たときに、ほぼ正方形形状に現れるように構成された第1のエミッタ部を備え、
前記第1の測定スポット経路は、前記第1の光検出器上に前記第1のエミッタ部を結像させる第1の光学的構成体を通過することを特徴とするシステム。 - 請求項18において、
前記第1の光学的構成体は、テレセントリックな結像構成体を備えることを特徴とするシステム。 - スタイラスが接続されている走査プローブから受信された位置信号に基づき前記スタイラスの接触部の3次元位置を決定する方法であって、
前記走査プローブは、
フレームと、
前記接触部を有する前記スタイラスに強固に接続されるスタイラス接続部と、
軸方向に沿った前記スタイラス接続部の軸方向運動と回転中心周りの前記スタイラス接続部の回転運動とを可能にするよう構成されたスタイラス移動機構と、
を備える前記フレームに取り付けられたスタイラス懸架部と、
前記フレームに対して固定され、自身の第1及び第2感知軸方向に沿って第1の測定スポットの位置に応答する出力を供給するように構成された第1の光検出器を備える第1の位置感知検出器と、
前記フレームに対して固定され、自身の少なくとも第1の感知軸方向に沿って第2の測定スポットの位置に応答して出力を供給するように構成された第2の光検出器を備える第2の位置感知検出器と、
前記フレームに対して固定され、少なくとも1つの光源光路に沿って第1の波長範囲を含む光源光を放射するように構成された光源構成体と、
前記スタイラス接続部に対して固定され、前記スタイラス接続部と共に移動し、前記光源構成体からの前記第1の波長範囲の光を入力し、エミッタ材料内で生成された前記第1の波長範囲に含まれない第2の波長範囲を含む励起光を出力するによって応答する前記エミッタ材料を備える少なくとも1つのエミッタ部を備える位置表示要素と、
を備えるスタイラス位置検出部と、
を備え、
前記少なくとも1つのエミッタ部は、その移動範囲内の前記スタイラス接続部の位置にかかわらず、前記少なくとも1つの光源光路に沿って前記光源光を入力するように構成され、
前記位置表示要素は、
第1のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化する、前記第1の位置感知検出器上の前記第1のスポット位置に前記第1の測定スポットを形成するように、第1の測定スポット経路に沿って第1の測定光として生成された前記励起光の第1の部分と、
第2のスポット位置が前記位置表示要素と前記スタイラス接続部の位置の対応する変化に応答して変化する、前記第2の位置感知検出器上の前記第2のスポット位置に前記第2の測定スポットを形成するように、第2の測定スポット経路に沿って第2の測定光として生成された前記励起光の第2の部分と、
を出力するように構成され、
前記第1の位置感知検出器は、前記第1の位置感知検出器上の前記第1のスポット位置を示す位置表示信号の第1のセットを出力し、
前記第2の位置感知検出器は、前記第2の位置感知検出器上の前記第2のスポット位置を示す位置表示信号の第2のセットを出力し、
前記スタイラスの前記接触部が測定されるべきワークピースに接触するように前記走査プローブが位置決めされていると判断するステップと、
前記第1の位置感知検出器からの位置表示信号の前記第1のセットと前記第2の位置感知検出器からの位置表示信号の前記第2のセットとを受信するステップと、
前記スタイラスの前記接触部の3次元位置を決定するように、位置表示信号の前記第1のセット及び位置表示信号の前記第2のセットを処理するステップと、を含む
ことを特徴とする方法。
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