測量探頭的製作方法
2023-12-10 23:22:57 3
本發明涉及一種測量探頭，特別是涉及一種能夠保持低成本並確保高測量精度的測量探頭。
背景技術：
接觸被測物體的表面而測量被測物體的表面的形狀的測量裝置已知有例如三維測量機等。在三維測量機中，使用有用於接觸被測物體而檢測其表面形狀的測量探頭(專利文獻1)。專利文獻1所示的測量探頭包括：觸針，其具有用於接觸被測物體(的表面)的接觸部；軸運動機構，其具備移動構件，該移動構件使該接觸部能夠沿測量探頭的中心軸線的方向(也稱為Z方向、軸向O)移動；以及旋轉運動機構，其具備旋轉構件，該旋轉構件通過旋轉運動而使所述接觸部能夠沿與該Z方向成直角的面移動。在日本特許第4417114號公報(以下，稱為專利文獻1)中，軸運動機構與旋轉運動機構以串聯的方式連接，且使觸針的接觸部能夠移動的方向互不相同。
技術實現要素：
發明要解決的問題
被測物體W的形狀能夠根據旋轉構件和移動構件的位移來求出。在專利文獻1中構成為，移動構件被支承於旋轉運動機構，移動構件的位移作為Z方向上的位移被檢測出。因此，例如，在移動構件在旋轉構件的作用下而自Z方向傾斜了的狀態下位移了的情況下，基本上移動構件沿XYZ方向這三個方向位移。因此，在專利文獻1中，需要採用用於僅提取朝向該三個方向中的一個方向(Z方向)的位移分量來進行檢測的檢測器(位移檢測器)。也就是說，若欲實現高測量精度的測量探頭，則有可能導致檢測處理的複雜化和 (由於檢測器被限定)檢測器的高成本化。
本發明是為了解決所述的問題而完成的，其課題在於提供一種能夠保持低成本並且確保高測量精度的測量探頭。
用於解決問題的方案
本發明的技術方案1的發明利用如下特徵解決所述課題：一種測量探頭，其包括：觸針，其具有用於接觸被測物體的接觸部；軸運動機構，其具備移動構件，該移動構件使該接觸部能夠沿軸向移動；以及旋轉運動機構，其具備旋轉構件，該旋轉構件通過旋轉運動而使所述接觸部能夠沿著與該軸向成直角的面移動，其中，該測量探頭包括：軸外殼構件，其用於支承所述軸運動機構；旋轉外殼構件，其用於支承所述旋轉運動機構；以及位移檢測器，其被支承於所述軸外殼構件，並用於檢測所述移動構件的位移。
本發明的技術方案2的發明是，利用所述位移檢測器輸出能夠進行所述移動構件的相對位置的檢測的相對位置檢測信號。
本發明的技術方案3的發明是，利用所述位移檢測器輸出能夠進行所述移動構件的絕對位置的檢測的絕對位置檢測信號。
本發明的技術方案4的發明是，在所述軸外殼構件設有幹涉光學系統，該幹涉光學系統包括：幹涉光源部；參照鏡，其用於反射來自該幹涉光源部的光；以及目標鏡，其配置於所述移動構件，並用於反射來自該幹涉光源部的光，該幹涉光學系統能夠使分別來自該參照鏡和該目標鏡的反射光進行幹涉而生成多個幹涉條紋，利用所述位移檢測器能夠檢測該幹涉光學系統所生成的所述多個幹涉條紋的相位變化。
本發明的技術方案5的發明是，所述軸運動機構支承所述旋轉外殼構件，並且所述旋轉構件支承所述觸針。
本發明的技術方案6的發明是，所述旋轉運動機構支承所述軸外殼構件，並且所述移動構件支承所述觸針。
本發明的技術方案7的發明是，所述旋轉構件在相對於所述旋轉運動機構的旋轉中心而言與觸針相反的一側的部位設有平衡構件，該旋轉中心與該 平衡構件之間的距離被設為能夠進行調整。
本發明的技術方案8的發明是，該測量探頭包括：平衡配重，其與所述觸針的質量對應；以及平衡機構，其被支承於所述軸外殼構件，並用於取得該觸針與該平衡配重之間的平衡。
本發明的技術方案9的發明是，該測量探頭具備前級外殼構件，該前級外殼構件利用能夠定位的卡合部以能夠裝卸的方式連結並支承用於支承所述移動構件與所述旋轉構件這兩者的外殼構件，在所述旋轉構件的與觸針相反的一側的端部設有基準構件，用於檢測該基準構件的與所述觸針的旋轉動作對應的位移的姿態檢測器收納於所述前級外殼構件。
本發明的技術方案10的發明是，在所述旋轉構件的與觸針相反的一側的端部設有基準構件，將用於檢測該基準構件的與所述觸針的旋轉動作對應的位移的姿態檢測器收納於用於支承所述移動構件與所述旋轉構件這兩者的外殼構件。
本發明的技術方案11的發明是，所述軸運動機構具備使所述移動構件能夠進行位移的多個第1隔膜結構體，在所述旋轉運動機構被支承於該軸運動機構時，將所述姿態檢測器配置於該旋轉運動機構與該多個第1隔膜結構體之間。
本發明的技術方案12的發明是，將所述基準構件設為用於反射光的反射鏡，該測量探頭設有用於使光沿著光軸向該反射鏡入射的光源部，利用所述姿態檢測器檢測自該反射鏡反射來的反射光的相對於該光軸進行的位移。
本發明的技術方案13的發明是，將所述光軸設置為通過所述旋轉運動機構的旋轉中心。
本發明的技術方案14的發明是，所述軸運動機構具備使所述移動構件能夠進行位移的多個第1隔膜結構體，該測量探頭具備將該多個第1隔膜結構體的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
本發明的技術方案15的發明是，所述旋轉運動機構具備使所述旋轉構件能夠進行位移的第2隔膜結構體，該測量探頭具備將該第2隔膜結構體的變形 量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。
本發明的技術方案16的發明是，在第1壁構件與該移動構件之間的間隙的至少局部填充有第1粘性材料，該第1壁構件以與所述軸外殼構件形成為一體、且與所述移動構件相對的方式配置。
本發明的技術方案17的發明是，所述旋轉運動機構具備使所述旋轉構件能夠進行位移的第2隔膜結構體，在第2壁構件與該第2隔膜結構體之間的間隙的至少局部或該第2壁構件與所述旋轉構件之間的間隙的至少局部填充有第2粘性材料，該第2壁構件以與所述旋轉外殼構件形成為一體的方式配置。
發明的效果
採用本發明，能夠保持低成本並確保高測量精度。
通過參考下面的優選的實施方式的詳細說明，本發明的上述的優異的特徵和優點以及其它的優異的特徵和優點將變得更加清楚。
附圖說明
參考附圖對本發明的優選的實施方式進行說明，在這些附圖中，對類似的構件標註類似的附圖標記，其中：
圖1是表示使用了本發明的測量探頭的測量系統的一例子的示意圖。
圖2是表示本發明的第1實施方式的測量探頭的截面的示意圖。
圖3是表示測量探頭及其周邊部分的結構的框圖。
圖4是表示在測量探頭中使用的隔膜結構體的一例子的示意圖，圖4的(A)是在軸運動機構中使用的第1隔膜結構體的圖，圖4的(B)是在旋轉運動機構中使用的第2隔膜結構體的圖，圖4的(C)是在旋轉運動機構中使用的第2隔膜結構體的功能圖。
圖5是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖5的(A)是第2實施方式的圖，圖5的(B)是第3實施方式的圖。
圖6是表示本發明的第4實施方式的測量探頭的截面的示意圖。
圖7是表示本發明的第4實施方式的幹涉光學系統的示意圖，圖7的(A)是結構要素的配置圖，圖7的(B)是表示幹涉光投影於位移檢測器的情形的圖，圖7的(C)是表示利用位移檢測器檢測到的幹涉光的相位與頻率的圖。
圖8是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖8的(A)是第5實施方式的圖，圖8的(B)是第6實施方式的圖。
圖9是表示圖8的(B)的測量探頭的局部的立體圖，圖9的(A)是觸針連結於旋轉模塊的圖，圖9的(B)是平衡機構的圖，圖9的(C)是觸針的圖。
圖10是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖10的(A)是第7實施方式的圖，圖10的(B)是第8實施方式的圖。
圖11是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖11的(A)是第9實施方式的圖，圖11的(B)是第10實施方式的圖。
圖12是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖12的(A)是第11實施方式的圖，圖12的(B)是第12實施方式的圖。
圖13是表示本發明的第12實施方式的觸針和平衡機構的示意圖，圖13的(A)是立體圖，圖13的(B)是俯視圖，圖13的(C)是剖視圖。
圖14是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖14的(A)是第13實施方式的圖，圖14的(B)是第14實施方式的圖。
圖15是表示本發明的第15實施方式的測量探頭的截面的示意圖。
圖16是表示本發明的第16實施方式的測量探頭的截面的示意圖，圖16的(A)是自中心軸線O偏移了的情況的圖，圖16的(B)是經過中心軸線O的情況的圖。
圖17是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖17的(A)是第17實施方式的圖，圖17的(B)是第18實施方式的圖。
圖18是表示本發明的第19實施方式的測量探頭的截面的示意圖。
圖19是表示本發明的測量探頭的截面的示意圖，圖19的(A)是第20實施方式的圖，圖19的(B)是第21實施方式的圖。
圖20是表示本發明的第22實施方式的測量探頭的截面的示意圖。
具體實施方式
以下，參照附圖詳細地說明本發明的實施方式的一例子。
參照圖1～圖4說明本發明的第1實施方式。
首先，說明測量系統100的整體結構。
如圖1所示，測量系統100包括：三維測量機200，其用於移動測量探頭300；操作部110，其具有用於手動操作的操縱杆111；以及動作控制器500，其用於控制三維測量機200的動作。另外，測量系統100包括：主機600，其藉助動作控制器500使三維測量機200進行動作，並且對利用三維測量機200取得的測量數據進行處理而求出被測物體W的尺寸、形狀等；輸入單元120，其用於輸入測量條件等；以及輸出單元130，其用於輸出測量結果。
接下來，說明各結構要素。
如圖1所示，所述三維測量機200包括：測量探頭300；平臺210；驅動機構220，其豎立設置於平臺210並使測量探頭300三維移動；以及驅動傳感器230，其用於檢測驅動機構220的驅動量。
如圖2所示，測量探頭300包括觸針306、軸運動機構310以及旋轉運動機構334。觸針306的接觸部348構成為，利用軸運動機構310和旋轉運動機構334在與被測物體W的表面S相接觸時順著其形狀在三個方向上自由地位移。
並且，使用圖2說明測量探頭300的簡要結構。此外，為了便於以下的說明，將圖2的紙面上下方向取作Z方向，將紙面左右方向取作X方向，將紙面垂直方向取作Y方向。因此，測量探頭300的中心軸線O的方向(軸向O)與Z方向相同。
如圖2所示，測量探頭300包括：觸針306，其具有用於接觸被測物體W的接觸部348；軸運動機構310，其具備移動構件312，該移動構件312使接觸部348能夠沿軸向O移動；以及旋轉運動機構334，其具備旋轉構件RP，該旋轉構件RP利用旋轉運動使接觸部348能夠沿著與軸向O成直角的面移動。此 處，軸運動機構310被主體外殼(軸外殼構件)308支承，並且旋轉運動機構334被模塊外殼(旋轉外殼構件)330支承。而且，構成為軸運動機構310支承模塊外殼330，並且旋轉構件RP直接支承觸針306。而且，測量探頭300具備位移檢測器328，該位移檢測器328被主體外殼308支承，並用於檢測移動構件312的位移。
另外，如圖2所示，測量探頭300利用探頭主體302支承觸針306。也就是說，測量探頭300包括探頭主體302和旋轉模塊304這兩個模塊，探頭主體302成為內置有旋轉模塊304的形態。而且，姿態檢測器322(後述)內置於探頭主體302，該探頭主體302具備用於支承移動構件312和旋轉構件RP這兩者的主體外殼(外殼構件)308(換言之，姿態檢測器322收納於主體外殼308)。此外，「內置」的意思是，被支承在各自的外殼構件(若「內置」的對象構件被「內置」於探頭主體302則此處的「外殼構件」為主體外殼308，若「內置」的對象構件被「內置」於旋轉模塊304則此處的「外殼構件」為模塊外殼330)的徑向內側，並且該「內置」的對象構件沒有僅進入被配置於各自的外殼構件的外側的其它模塊或者其它外殼構件的內側的部分。
以下，詳細說明測量探頭300。
如圖2所示，所述探頭主體302包括主體外殼308、軸運動機構310、旋轉模塊304、姿態檢測器322、位移檢測器328以及信號處理電路329(圖3)。
如圖2所示，主體外殼308形成為在內側側面設有臺階部308A的帶蓋的圓筒形狀。而且，主體外殼308在Z方向上將軸運動機構310支承於臺階部308A的上側的徑向內側。另外，主體外殼308在Z方向上將旋轉模塊304收納於設於臺階部308A的下側的薄壁的延伸部308B的徑向內側。
如圖2所示，軸運動機構310包括：移動構件312；以及一對第1隔膜結構體314、315，該一對第1隔膜結構體314、315使移動構件312能夠相對於主體外殼308進行位移。
如圖2所示，移動構件312形成為在軸心形成有中空部312B的大致圓筒形狀。而且，移動構件312在Z方向上在被第1隔膜結構體314支承的位置的下方 設有凹部312C。支承構件319在不與該凹部312C接觸的狀態下自主體外殼308的內側側面延伸出。而且，姿態檢測器322和分束器320被支承構件319支承。在移動構件312的下端部支承有具備旋轉運動機構334的旋轉模塊304。也就是說，姿態檢測器322配置於旋轉運動機構334與一對第1隔膜結構體314、315之間。
如圖4的(A)所示，第1隔膜結構體314、315是能夠彈性變形的大致圓盤形狀的構件。材質是磷青銅等(也可以是其它材料)。第1隔膜結構體315形成為與第1隔膜結構體314相同(不限於此，也可以形成為互不相同的形狀)。因此，使用圖4的(A)僅對第1隔膜結構體314進行說明。
如圖4的(A)所示，在第1隔膜結構體314設有在周向上相位錯開120度的三個切槽部314D。利用切槽部314D，自第1隔膜結構體314的徑向外側朝向內側去設有外周部314A、環形部(日文：リム部)314B以及中心部314C。外周部314A是處於第1隔膜結構體314的最外周、並固定於主體外殼308的部分。環形部314B利用相鄰的兩個切槽部314D沿周向形成為帶狀，並配置於外周部314A的內側。而且，環形部314B的兩端部分別與外周部314A和中心部314C相連結。中心部314C是用於支承移動構件312的部分，配置於比環形部314B更靠內側的位置。第1隔膜結構體314成為在移動構件312相對於主體外殼308的位移的作用下中心部314C上下運動、環形部314B彈性變形的構造。此外，第1隔膜結構體的構造不限定於本實施方式中所示的形狀(第2隔膜結構體也是同樣的)。
如圖2所示，旋轉模塊304包括凸緣部332、模塊外殼330以及旋轉運動機構334。
如圖2所示，凸緣部332連結於移動構件312，並形成為在中心設有開口部332A的凸緣形狀。
如圖2所示，模塊外殼330是在下端設有開口部330A的大致圓筒形狀的構件。而且，模塊外殼330將旋轉運動機構334支承於徑向內側。
如圖2所示，旋轉運動機構334的除凸緣構件342之外的部分收納於模塊 外殼330的內側。凸緣構件342以不進入到觸針306的內側的方式與觸針306相連結。而且，如圖2所示，旋轉運動機構334包括：旋轉構件RP；以及第2隔膜結構體340，其使旋轉構件RP能夠相對於模塊外殼330進行位移。
如圖2所示，旋轉構件RP是支承於第2隔膜結構體340的構件，並包括平衡構件338、上部構件336以及凸緣構件342。
如圖2所示，平衡構件338配置於第2隔膜結構體340的上部，並形成為與觸針306對應的重量(也就是說，旋轉構件RP是相對於旋轉運動機構334的旋轉中心RC而言在與觸針相反的一側設有平衡構件338的結構)。通過適當地設定該平衡構件338(或者，如後述那樣，調整旋轉中心RC與平衡構件338之間的距離)，能夠使包括觸針306在內的、被旋轉構件RP支承的構件的重心位置與旋轉中心RC重合。因此，例如，即使將測量探頭300橫置，也能夠防止觸針306的中心軸線自軸向O較大程度地傾斜。即，即使改變測量探頭300的姿態，也能夠使觸針306停留在姿態檢測器322(後述)的測量範圍的中央，能夠採用更簡易化、小型化、高解析度化的構件來作為姿態檢測器322。在平衡構件338的上端部(旋轉構件RP的與觸針相反一側的端部)設有基準構件316。此外，平衡構件338的側面338B與模塊外殼330的內側側面330B之間的距離以限制平衡構件338的傾斜(位移)而使第2隔膜結構體340的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，旋轉模塊304包括模塊外殼330和平衡構件338，該模塊外殼330和平衡構件338成為用於將第2隔膜結構體340的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。
如圖2所示，上部構件336構成為卡合於第2隔膜結構體340並支承平衡構件338。此外，在上部構件336的凸部336A設有外螺紋。而且，在平衡構件338的與凸部336A對應的凹部338A設有內螺紋。因此，形成為，通過改變平衡構件338螺紋結合於上部構件336的狀態，能夠調整旋轉中心RC與平衡構件338之間的距離。也就是說，通過改變平衡構件338距旋轉中心RC的距離，即使是重量或者長度各不相同的觸針306，也能夠使旋轉構件RP(被第2隔膜結構體340支承的構件)的重心位置與旋轉中心RC重合。
如圖4的(B)所示，第2隔膜結構體340也是能夠彈性變形的大致圓盤形狀的構件。材質是磷青銅等(也可以是其它材料)。在第2隔膜結構體340設有在周向上相位相差180度的兩個圓弧形狀的切槽部340E，並形成有兩個節點部(日文：ヒンジ部)340C。在切槽部340E的徑向內側還設有在周向上相位相差180度的兩個圓弧形狀的切槽部340F，並形成有兩個節點部340D。利用切槽部340E、340F，自第2隔膜結構體340的徑向外側朝向內側去設有外周部340A、環形部340G以及中心部340B。
如圖4的(B)所示，外周部340A是處於第2隔膜結構體340的最外周、並固定於模塊外殼330的部分。環形部340G利用設於徑向上的兩側的切槽部340E、340F沿周向形成為帶狀。而且，環形部340G配置於外周部340A的內側，並通過節點部340C而與外周部340A相連結，通過節點部340D而與中心部340B相連結。中心部340B是用於支承上部構件336的部分，且配置於比環形部340G更靠內側的位置。切槽部340E的相位與切槽部340F的相位相差90度。因此，以第2隔膜結構體340的中心(旋轉中心RC)為軸線，中心部340B成為能夠沿互為正交的兩個方向傾斜(能夠旋轉)的構造。
此外，圖4的(C)是表示第2隔膜結構體340的功能的示意圖，附圖標記k表示中心部340B進行了位移(旋轉)時的每單位位移量(角度)的恢復力。
如圖2所示，凸緣構件342在與上部構件336一起夾著第2隔膜結構體340的形態下被支承於上部構件336。在凸緣構件342的下端外周以在周向上每隔120度設有一對輥342A的方式設有三對輥342A。而且，在中心軸線O上設有永磁體342B。此外，一對輥342A的軸向形成為與朝向凸緣構件342的中心的大致徑向相同。
此外，臺階部308A的下端部308AB與凸緣部332的上端部332B之間的距離以使一對第1隔膜結構體314、315的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體302包括主體外殼308、移動構件312、支承構件319以及模塊外殼330，該主體外殼308、移動構件312、支承構件319以及模塊外殼330成為用於將一對第1隔膜結構體314、315的變形量限制在彈性變 形的範圍內的第1限制構件。此外，利用延伸部308B，還能夠同時防止自XY方向直接朝向旋轉模塊304的外力。當然，在對觸針306施加了過大的負載的情況下，為了保護該第1隔膜結構體314、315，成為觸針306在第1限制構件起作用之前脫落的結構。
另一方面，如圖2所示，在移動構件312的上端部312A配置有標尺託座324。在標尺託座324上配置有基準構件326。而且，以與基準構件326相對的方式配置有用於檢測來自基準構件326的反射光的位移檢測器328。此外，位移檢測器328內置有用於向基準構件326照射光的光源。在基準構件326的靠位移檢測器328側的表面，反射來自光源的光的反射率不同的增量圖案以恆定間隔沿Z方向設置。即，基準構件326形成為反射型的標尺。利用該基準構件326、位移檢測器328，構成了用於輸出兩相正弦波信號的光電式增量型線性編碼器。也就是說，位移檢測器328成為被支承於主體外殼308並用於檢測移動構件312的位移的結構。而且，位移檢測器328與移動構件312的位移相對應地輸出增量圖案的以預定的周期重複的周期信號(也就是說，位移檢測器328是用於輸出能夠進行移動構件312的相對位置的檢測的相對位置檢測信號的結構)。該周期信號的波形被信號處理電路329整形。然後，自信號處理電路329輸出用於求出基準構件326在Z方向上的位移的Z兩相sin波。
另外，如圖2所示，在主體外殼308的內側側面，以與分束器320相對的方式設有其它的光源(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(經過光軸OA的光)被設於旋轉構件RP的與觸針相反的一側的端部的(被設為用於反射光的反射鏡的)基準構件316反射(即，在探頭主體302設有用於使光沿著光軸OA向基準構件316入射的光源318)。反射光經過分束器320，並利用姿態檢測器322檢測自基準構件316反射來的光。由此，由於被姿態檢測器322檢測到的反射光的位置因基準構件316的位移(傾斜)而變化，因此姿態檢測器322能夠檢測自基準構件316反射來的反射光的相對於光軸OA進行的位移。也就是說，姿態檢測器322能夠檢測基準構件316的與觸針306的旋轉動作對應的位移(傾斜)。光軸OA以通過旋轉運 動機構334的旋轉中心RC的方式設置(也就是說，中心軸線O與光軸OA重合)。
此外，如圖2所示，基準構件316的表面為凹面形狀，減小被姿態檢測器322檢測到的反射光的相對於光軸OA的位移量，從而謀求姿態檢測器322的尺寸的小型化。姿態檢測器322的輸出也輸入到信號處理電路329。然後，姿態檢測器322的輸出的波形被信號處理電路329整形。然後，自信號處理電路329輸出基於反射光的、由於基準構件316的姿態變化而產生的相對於光軸OA朝向XY方向進行的位移。
如圖2所示，所述觸針306包括凸緣部344、杆部346以及接觸部348。
如圖2所示，凸緣部344是與凸緣構件342對應的構件。即，以與一對輥342A這兩者相接觸的方式，球344A以在凸緣部344的周向上每隔120度配置一個的方式配置有三個。而且，在凸緣部344以與永磁體342B相對的方式配置有與永磁體342B相互吸引的磁性構件(也可以是永磁體)344B。
此處，如圖2所示，三個球344A分別與對應的一對輥342A的表面相接觸。因此，在永磁體342B和磁性構件344B以預定的力相互吸引著的狀態下，凸緣部344成為以六點落位(接觸)於凸緣構件342的狀態。也就是說，能夠在實現高定位精度的同時將凸緣構件342和凸緣部344連結起來。即，凸緣部344與凸緣構件342之間成為構成了作為能夠裝卸的連結機構的運動接頭(也稱為運動聯接件。以後相同)的狀態。利用該運動接頭，即使反覆裝卸觸針306與凸緣構件342，也能夠實現較高的定位再現性。此外，運動接頭不僅是輥與球的組合，也可以是V槽與球的組合。另外，對於輥與球的組合，其順序也可以是相反的。也就是說，只要是能夠以六點進行落位的構造，就不限定於輥與球的組合。此外，在自橫向(與軸向O正交的方向)對觸針306施加了較大的力時，觸針306自凸緣構件342脫落(不但包含全部的輥342A成為球344A未接觸輥342A的狀態的情況，也包含僅一部分輥342A成為球344A未接觸輥342A的狀態的情況。以後相同)，從而能夠防止探頭主體302的破損(因此，永磁體342B與磁性構件344B之間的相互吸引的預定的力被設為與上述 的較大的力對應的力。以後相同)。
如圖2所示，杆部346的基端安裝於凸緣部344。在杆部346的頂端設有球形的接觸部348。此外，在觸針306沒有沿XY方向進行位移的狀態下，觸針306的中心軸線的方向成為Z方向(軸向O)。
接下來，使用圖3說明探頭信號處理部530。
如圖3所示，探頭信號處理部530包括A/D電路532、FPGA534以及計數電路536。A/D電路532對輸入的作為模擬信號的Z兩相sin波和XY位移電壓進行AD變換，分別做成數位訊號。即，此時的AD變換的比特數越多，則越能夠實現對於觸針306的位移的高動態範圍化和高靈敏度化。在FPGA534中，將數位訊號的XY位移電壓變換為位移信號並向位置運算部550輸出，並且將數位訊號的Z兩相sin波變換為Z兩相矩形波並向計數電路536輸出。然後，在計數電路536中，計量Z兩相矩形波而求出Z方向上的位移並向位置運算部550輸出。
在本實施方式中，為了實現觸針306的沿XYZ方向的位移，基本上利用軸運動機構310進行沿Z方向的移動，利用旋轉運動機構334進行沿XY方向的移動。因此，由於能夠分別在Z方向、XY方向上分離觸針306的位移，因此獨立地進行Z方向、XY方向上的位移的檢測較容易，從而能夠實現位置運算的簡化。同時，也能夠獨立地設定Z方向、XY方向各自的檢測靈敏度。而且構成為，軸運動機構310支承模塊外殼330，並且旋轉構件RP直接支承觸針306。因此，能夠提高距觸針306更近的旋轉運動機構334的檢測靈敏度。
另外，本實施方式具備位移檢測器328，該位移檢測器328被支承於主體外殼308並用於檢測移動構件312的位移。即，被支承於主體外殼308的位移檢測器328檢測同樣被支承於主體外殼308的(原則上不進行沿XY方向的移動、而沿Z方向移動的)移動構件312的位移。因此，即使位移檢測器328不是昂貴的檢測器，也能夠單純地檢測移動構件312的相對於主體外殼308的一個方向上的位移。即，位移檢測器328能夠以高解析度檢測移動構件312的位移，易於進行移動構件312的位移的校正。同時，線性編碼器等的使用也較 容易，還能夠實現移動構件312(即，觸針306)的長行程化。
另外，在本實施方式中，位移檢測器328輸出能夠進行移動構件312的相對位置的檢測的相對位置檢測信號(以預定的周期重複的周期信號)。因此，通過以位移檢測器328構成光電式增量型線性編碼器，能夠在確保極長的檢測範圍(動態範圍)的同時，避免檢測靈敏度在移動構件312的移動位置處不同這樣的現象。同時，通過對該相對位置檢測信號進行高比特數的AD變換，能夠以更高的解析度檢測Z方向上的位移。此外，不限於此，位移檢測器也可以設為不檢測增量圖案，而檢測絕對圖案。也就是說，位移檢測器也可以是輸出能夠進行移動構件的絕對位置的檢測的絕對位置檢測信號的結構。
另外，在本實施方式中，軸運動機構310被支承於一對相同的第1隔膜結構體314、315。因此，能夠降低軸運動機構310的沿除Z方向以外的方向的位移，並能夠確保沿Z方向的高移動精度。同時，與同時使用空氣軸承等來作為移動構件的引導件的情況相比，能夠實現快速的響應性。此外，不限於此，也可以不使用一對相同的第1隔膜結構體，而使用一個或者三個以上的第1隔膜結構體。或者，第1隔膜結構體也可以設為互不相同的形狀。
另外，在本實施方式中，旋轉中心RC與平衡構件338之間的距離形成為能夠調整。因此，即使採用相同的平衡構件338，也能夠通過調整平衡構件338的位置，相對於多個觸針306使連結了各個的觸針306的旋轉構件RP的重心位置與旋轉中心RC重合。即，由於能夠減少平衡構件338的種類，因此能夠降低平衡構件338的製造·管理的成本。此外，不限於此，也可以是平衡構件的位置不可調整的形態。
另外，在本實施方式中，在旋轉構件RP的與觸針相反的一側的端部設有基準構件316，姿態檢測器322收納於主體外殼308。即，由於在旋轉模塊304未設置姿態檢測器322，因此能夠使旋轉模塊304本身小型化並且低成本化。而且，基準構件316內置於旋轉模塊304。即，與基準構件自旋轉模塊突出並延伸這樣的結構相比，能夠縮短自基準構件316到接觸部348的位置為止的距 離。即，能夠減小根據基準構件316的位移而運算的接觸部348的位移的運算誤差，從而能夠高精度地求出接觸部348的位置。
另外，在本實施方式中，姿態檢測器322配置於旋轉運動機構334與一對第1隔膜結構體314、315之間。因此，即使旋轉構件RP的位移較大，也能夠縮短基準構件316與姿態檢測器322之間的距離，因此能夠縮小姿態檢測器322。即，能夠使探頭主體302更加小型化。另外，在本實施方式中，設有使光沿著光軸OA向作為基準構件316的反射鏡入射的光源318，姿態檢測器322檢測自反射鏡反射來的反射光的相對於光軸OA進行的位移。即，利用姿態檢測器322進行的檢測是非接觸式的，因此不阻礙設有基準構件316的旋轉構件RP的旋轉運動，就能夠以高靈敏度檢測旋轉構件RP的位移。同時，用於檢測旋轉構件RP的位移的結構是光槓桿且較簡單，因此能夠實現測量探頭300的低成本化。此外，不限於此，姿態檢測器既可以是接觸式，也可以是非接觸式以及利用磁等的方式。
另外，在本實施方式中，光軸OA以通過旋轉中心RC的方式設置。因此，在由於旋轉構件RP的旋轉動作而產生的反射光的變化中不包含沿Z方向的位移分量，因此能夠以更高的靈敏度檢測旋轉構件RP的位移。此外，不限於此，也可以是光軸OA不通過旋轉中心RC的結構。
另外，在本實施方式中，探頭主體302包括主體外殼308、移動構件312、支承構件319以及模塊外殼330，該主體外殼308、移動構件312、支承構件319以及模塊外殼330用於將一對第1隔膜結構體314、315的變形量限制在彈性變形的範圍內。同時，旋轉模塊304包括模塊外殼330、平衡構件338以及凸緣構件342，該模塊外殼330、平衡構件338以及凸緣構件342用於將第2隔膜結構體340的變形量限制在彈性變形的範圍內。因此，例如，即使在過大的衝擊沿運動接頭不發揮功能的方向施加於觸針306的情況下，也能夠防止第1隔膜結構體314、315和第2隔膜結構體340的塑性變形、破損·破壞。此外，不限於此，測量探頭也可以不設置將第1、第2隔膜結構體的變形量限制在彈性變形的範圍內的構件。
即，在本實施方式中，能夠保持低成本並且確保高測量精度。
列舉上述實施方式說明了本發明，但本發明不限定於上述實施方式。即當然能夠在不脫離本發明的要旨的範圍內進行改良以及設計的改變。
例如，在上述實施方式中，是旋轉模塊304內置於探頭主體302的形態，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖5的(A)所示的第2實施方式那樣。在第2實施方式中，主要是僅探頭主體與旋轉模塊之間的連結狀態與第1實施方式不同，因此除與探頭主體和旋轉模塊之間的連結相關的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第2實施方式中，如圖5的(A)所示，是旋轉模塊354未內置於探頭主體352的形態。旋轉模塊354利用由輥362E與球382B(卡合部)構成的運動接頭以能夠裝卸的方式與探頭主體352相連結。此外，在以後，也將該能夠自探頭主體352分離的旋轉模塊354稱為探頭模塊。
此外，準備多個(接觸部398的材質、位置、質量等不同的)觸針356。而且，與觸針356對應地，針對一個探頭主體352，能夠準備多個旋轉模塊354(不是必須與觸針356的數量相同)。
如圖5的(A)所示，在軸運動機構360的下端部設有凸緣部362D。軸運動機構360的除凸緣部362D以外的部分收納於主體外殼358的內側。凸緣部362D不進入到旋轉模塊354的內側，而與旋轉模塊354相連結。
如圖5的(A)所示，在凸緣部362D的下端外周以在周向上每隔120度設置一對輥362E的方式設有3對輥362E。而且，以在周向上相位與輥362E的相位錯開60度的狀態設有三個永磁體362F。此外，一對輥362E的軸向形成為與朝向凸緣部362D的中心的大致徑向相同。
如圖5的(A)所示，旋轉模塊354包括模塊蓋382、模塊外殼380以及旋轉運動機構384。此外，在本實施方式中，由模塊蓋382和模塊外殼380構成旋轉外殼構件。
如圖5的(A)所示，模塊蓋382形成為在中心設有開口部382A的凸緣形狀。模塊蓋382是與凸緣部362D對應的構件。在永磁體362F和磁性構件382C 以預定的力相互吸引著的狀態下，模塊蓋382利用能夠裝卸的運動接頭連結於凸緣部362D。利用該運動接頭，即使反覆裝卸旋轉模塊354與凸緣部362D，也能夠實現高定位再現性。此外，在自橫向(與Z方向正交的方向)對旋轉模塊354施加了較大的力時，旋轉模塊354自凸緣部362D脫落，從而能夠防止探頭主體352的破損。
如此，在本實施方式中，軸運動機構360內置於探頭主體352，並且旋轉運動機構384僅內置於旋轉模塊354。因此，例如，在改變了觸針356時，存在僅對旋轉運動機構384在性能上進行改變的做法較好這樣的情況。此時，通過不改變探頭主體352而僅更換旋轉模塊354，例如能夠將自接觸部398施加於被測物體W的力設為所期望的測量力，其結果，能夠在測量探頭350實現相應的檢測靈敏度和恢復力(使觸針356的位移返回到原始狀態的力)。相反地，也能夠容易地實現針對同一旋轉模塊354更換探頭主體352這樣的操作。另外，在僅旋轉運動機構384破損·性能降低了時，通過僅更換旋轉模塊354就能夠維持測量探頭350的功能。
另外，通過預先使多個旋轉模塊354各自的球382B的位置相同，能夠容易地相對於探頭主體352裝卸多個旋轉模塊354，並且能夠實現較高的位置再現性。
另外，在本實施方式中，能夠針對一個探頭主體352準備多個旋轉模塊354，使旋轉構件RP位移了時的每單位位移量的恢復力根據每個旋轉模塊354而不同。因此，能夠設定與觸針356、被測物體W一一對應的恢復力，從而能夠進行沿XY方向的位移的高靈敏度檢測，並且能夠容易地實現檢測範圍的擴大等。同時，也能夠降低由接觸部398引起的對被測物體W的損害等。此外，不限於此，也可以不根據每個探頭模塊改變旋轉構件RP位移了時的每單位位移量的恢復力。
另外，在本實施方式中，旋轉中心RC與平衡構件388之間的距離形成為能夠調整。而且，若針對一個探頭主體352準備多個旋轉模塊354，則能夠以相同構件的旋轉構件RP來構成具有不同的平衡的多個旋轉模塊354，因此能 夠實現旋轉模塊354的低成本化。此外，不限於此，也可以是平衡構件的位置不可調整的形態。
另外，在本實施方式中，能夠針對一個探頭主體352準備多個旋轉模塊354，使平衡構件388的質量根據每個旋轉模塊354而不同。因此，對於各觸針356，通過使用具備相應的平衡構件388的旋轉模塊354，能夠使旋轉構件RP的連結著各自的觸針356的狀態下的重心位置與旋轉中心RC重合。此外，在能夠進一步調整平衡構件388的位置的情況下，在一個探頭主體352中，能夠提供能夠更準確地與更多的觸針356對應的旋轉模塊354。
此外，在第2實施方式中，姿態檢測器372配置於旋轉運動機構384與一對第1隔膜結構體364、365之間，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖5的(B)所示的第3實施方式那樣。在第3實施方式中，主要是僅姿態檢測器的位置與第2實施方式不同，因此除與姿態檢測器的位置相關的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第3實施方式中，如圖5的(B)所示，移動構件412形成為在軸心形成有中空部412B的大致圓筒形狀。更具體地說，移動構件412構成為，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部412C、薄壁部412D以及凸緣部412E形成為一體。在厚壁部412C連結有一對第1隔膜結構體414、415。薄壁部412D形成於厚壁部412C的下方。此外，主體外殼408的開口部408A的開口徑被設為小於厚壁部412C的外徑。而且，凸緣部412E的外徑被設為大於開口部408A的開口徑。此處，厚壁部412C的下端部412CA與開口部408A的上端部408AA之間的距離和凸緣部412E的上端部412EA與開口部408A的下端部408AB之間的距離以限制移動構件412的沿Z方向的位移而使一對第1隔膜結構體414、415的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體402包括主體外殼408和移動構件412，該主體外殼408和移動構件412成為用於將一對第1隔膜結構體414、415的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
如圖5的(B)所示，姿態檢測器422配置於移動構件412的上方且配置於主體外殼408的內側上表面。而且，光源(光源部)418設於主體外殼408的 內側側面。使從光源418射出的光朝向Z方向的分束器420被支承於支承構件419(此外，支承構件419也固定於主體外殼408的內側)。構成為，朝向Z方向的光經過移動構件412的中空部412B，並在基準構件416處反射。朝向Z方向的光的光軸OA以通過旋轉運動機構434的旋轉中心RC的方式設置。因此，在本實施方式中，姿態檢測器422的配置變得容易，並使探頭主體402的製造變得容易。
此外，在上述實施方式中，使用位移檢測器構成了光電式增量型線性編碼器，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖6所示的第4實施方式那樣。在第4實施方式中，主要是僅位移檢測器周邊的結構與第2實施方式不同，因此主要是除位移檢測器周邊的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第4實施方式中，如圖6、圖7的(A)所示，在探頭主體452設有幹涉光學系統IF，該幹涉光學系統IF包括：光源(幹涉光源部)478；參照鏡475，其用於反射來自光源478的光；以及基準構件(目標鏡)474，其配置於移動構件462並用於反射來自光源478的光，該幹涉光學系統IF能夠使分別來自參照鏡475和基準構件474的反射光進行幹涉而生成多個幹涉條紋IL。光源478和參照鏡475固定於主體外殼458的內側。光源478和配置於移動構件462的上端部462A的基準構件474沿Z方向排列，在光源478和基準構件474之間配置有分束器477。分束器477也固定於主體外殼458的內側，整體上構成麥可遜型的幹涉光學系統IF。
如圖6、圖7的(A)所示，分束器477使來自光源478的光向參照鏡475的方向分支。另外，分束器477將被基準構件474反射的反射光導向與參照鏡475相對且與分束器477相對的位移檢測器476。同時構成為，被參照鏡475反射並經過了分束器477的光向位移檢測器476入射。因此，如圖7的(B)所示，位移檢測器476形成為能夠檢測幹涉光學系統IF所生成的多個幹涉條紋IL的相位變化PS。
此外，在圖7的(C)中示出了位移檢測器476所檢測到的多個幹涉條紋 IL的光量I。此處，相位變化PS反映了基準構件474的沿Z方向的移動量。因此，通過求出該相位變化PS，能夠求出移動構件462的沿Z方向的位移量。此時，由於多個幹涉條紋IL是由幹涉光構成的且是周期性的，因此能夠高精度地求出相位變化PS(在本實施方式中，位移檢測器476也能夠做成輸出能夠進行移動構件462的相對位置的檢測的相對位置檢測信號的結構)。
也就是說，在本實施方式中，能夠以比上述實施方式更高的精度求出移動構件462的沿Z方向的位移。同時，該多個幹涉條紋IL的光量I的周期1/F反映了基準構件474的傾斜。因此，通過求出該周期1/F的變化，能夠求出移動構件462的朝向XY方向的輕微傾斜。也就是說，在本實施方式中，由於還能夠根據位移檢測器476的輸出來求出伴隨著移動構件462的沿Z方向的位移而產生的、移動構件462的朝向XY方向的輕微傾斜，因此能夠更高精度地求出接觸部498的沿XY方向的位移。此外，並不是僅本實施方式的幹涉光學系統IF能夠求出移動構件462的朝向XY方向的傾斜，從原理上來說即使是其它實施方式中所示的位移檢測器也能夠求出朝向XY方向的傾斜。另外，在本實施方式中，假定僅使用一個波長，但在使用兩個波長以上的情況下，位移檢測器能夠輸出能夠進行移動構件的絕對位置的檢測的絕對位置檢測信號。
此外，在上述實施方式中，構成為容許移動構件的、在改變了觸針時隨著觸針的質量變化而進行的沿軸向O的位移，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖8的(A)所示的第5實施方式那樣。在第5實施方式中，主要是僅探頭主體與旋轉模塊之間的連結狀態與第2實施方式不同，因此主要是除探頭主體與旋轉模塊的周邊的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第5實施方式中，如圖8的(A)所示，旋轉模塊704包括平衡機構731和與觸針706的質量對應的平衡配重731C。平衡機構731構成為，被支承於主體外殼(軸外殼構件)708，並藉助模塊外殼(旋轉外殼構件)730取得觸針706與平衡配重731C之間在Z方向上的平衡。平衡機構731形成為能夠與模塊外殼730一起進行裝卸。
具體地說明的話，如圖8的(A)所示，主體外殼708具備延伸部708A，其為圓筒形狀，並以覆蓋到旋轉模塊704的外周下端為止的方式向Z方向下方延伸。而且，在延伸部708A的內側，以在周向上隔開相等間隔的方式在三個以上的位置設有永磁體708B。
另一方面，如圖8的(A)所示，平衡機構731以與永磁體708B的位置和數量對應的方式設於模塊外殼730的三個以上的位置。平衡機構731包括支承構件731A、支承軸731B以及連結軸731D。在支承構件731A的上表面設有能夠吸附於永磁體708B的磁性構件(也可以是磁鐵)731AA。支承軸731B固定於支承構件731A，並在重心位置偏離了支承軸731B的狀態下連結有平衡配重731C。在平衡配重731C，在與Z方向正交的方向上設有連結軸731D，連結軸731D的頂端連結於模塊外殼730。
由此，在本實施方式中，能夠針對一個探頭主體702準備多個旋轉模塊704，並使平衡配重731C的質量根據每個旋轉模塊704而不同。也就是說，在更換了觸針706時，通過使用設有與該觸針706的質量對應的平衡配重731C的旋轉模塊704，能夠利用主體外殼708直接接受(日文：受け止める)觸針706的質量的增減的量。即，能夠防止由於觸針706的不同而可能產生的移動構件712的初始位置的Z方向上的變動。也就是說，在本實施方式中，與上述實施方式相比，能夠縮小移動構件712的可動範圍，從而能夠實現探頭主體702的進一步的小型化。同時，由於能夠縮小檢測範圍(動態範圍)，因此能夠以更高的解析度檢測移動構件712的位移量。
此外，圖8的(B)表示作為第5實施方式的變形的第6實施方式。此處，不是主體外殼以一體的方式設置圓筒形狀的延伸部，而是構成為，平衡機構781的支承構件781A形成為圓環形狀並作為旋轉模塊754的一部分能夠自探頭主體752分離。
如圖8的(B)所示，在主體外殼758的開口部758A的外周以在周向上每隔120度設置一對輥758B(卡合部)的方式設有3對輥758B。而且，在移動構件762的、位於輥758B的徑向內側的凸緣部762D設有圓環形狀的永磁體 762E。而且，如圖8的(B)、圖9的(A)所示，將與輥758B對應的球781F設於支承構件781A的凸緣部781E(此外，凸緣部781E支承著支承軸781B)。另外，如圖8的(B)、圖9的(A)、圖9的(B)所示，將與永磁體762E對應的磁性構件780A設於模塊外殼780。
也就是說，在本實施方式中，與第5實施方式不同，從凸緣部762D去除了一對輥並且去掉了外殼蓋，並將與輥758B對應的球781F設於模塊外殼780的外側的支承構件781A。因此，在本實施方式中，能夠使軸運動機構760和旋轉運動機構784輕量化。此外，如圖9的(C)所示，與凸緣構件792的永磁體792B對應的磁性構件(也可以是永磁體)794B形成為環狀，並配置於凸緣部794的比球794A所配置的徑向位置靠內側的位置。
此外，在第1實施方式中，構成為軸運動機構310支承模塊外殼(旋轉外殼構件)330，並且旋轉構件RP直接支承觸針306，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖10的(A)所示的第7實施方式那樣。在第7實施方式中，與上述實施方式相比，主要是僅軸運動機構與旋轉運動機構的配置相反，且位移檢測器的種類不同，因此主要是除與軸運動機構與旋轉運動機構的配置以及位移檢測器相關的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第7實施方式中，如圖10的(A)所示，構成為旋轉運動機構834支承模塊外殼(軸外殼構件)830，並且移動構件812直接支承觸針806。此處，將具備軸運動機構810的模塊稱為直動模塊804。也就是說，測量探頭800成為包括探頭主體802和直動模塊804這兩個模塊、且探頭主體802內置有直動模塊804的形態。
如圖10的(A)所示，旋轉運動機構834包括旋轉構件842和使旋轉構件842能夠相對於主體外殼808進行位移的第2隔膜結構體840。
如圖10的(A)所示，旋轉構件842形成為在軸心形成有中空部842B的大致圓環形狀。設於旋轉構件842的下端的凸緣部842E與圓筒形狀的模塊外殼830相連結，構成了直動模塊804。
如圖10的(A)所示，軸運動機構810被支承於模塊外殼830的徑向內側，且除移動構件812的凸緣部812E之外的部分收納於模塊外殼830的內側。凸緣部812E不進入到觸針806的內側，而與觸針806相連結。而且，如圖10的(A)所示，軸運動機構810包括移動構件812和使移動構件812能夠相對於模塊外殼830進行位移的一對第1隔膜結構體814、815。
此外，如圖10的(A)所示，在移動構件812的上端部812A配置有被設為反射鏡的基準構件816，並成為經過了旋轉構件842的中空部842B的光利用基準構件816進行反射的結構。另外，用於檢測移動構件812的位移的位移檢測器826以與移動構件812相對的方式配置於模塊外殼830的內側(即，位移檢測器826內置於直動模塊804)。此處，位移檢測器826構成為差動變壓器。具體地說，設於移動構件812的外周的基準構件824是圓筒形狀的金屬構件。而且，位移檢測器826是圓筒形狀，以接近基準構件824的外周的方式與基準構件824相對。位移檢測器826包括以高頻振蕩的勵磁線圈(例如使用1kHz以上的正弦波電壓)和以從兩側夾著該勵磁線圈的方式配置的1組差動耦合的接收線圈。在接收線圈中，能夠檢測基準構件824相對於模塊外殼830的、一個方向上的位移(絕對位置)。即，位移檢測器826成為輸出能夠進行移動構件812的絕對位置的檢測的絕對位置檢測信號的結構。
如此，在本實施方式中構成為，旋轉運動機構834支承模塊外殼830，並且移動構件812直接支承觸針806。因此，能夠提高距觸針806更近的軸運動機構810的檢測靈敏度。同時，由於能夠使軸運動機構810變輕，因此能夠提高軸運動機構810的響應性。另外，由於使用差動變壓器進行相對於模塊外殼830的一個方向上的位移(絕對位置)的檢測，因此也能夠容易地進行接觸部848的軸向O上的絕對位置的計算。
此外，圖10的(B)表示作為第7實施方式的變形的第8實施方式。此處，構成差動變壓器的基準構件874設於移動構件862的上端部862A，並且位移檢測器876設於旋轉構件892的中空部892B的內側側面。而且，基準構件866配置於旋轉構件892的上端部892A。其它的要素與第7實施方式相同，因此省略 說明。
此外，在第7、第8實施方式中，是直動模塊內置於探頭主體的形態，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖11的(A)所示的第9實施方式那樣。在第9實施方式中，主要是僅探頭主體與直動模塊之間的連結狀態與第7實施方式不同。而且，該連結狀態與第3實施方式大致相同。因此，除與第3、第7實施方式不同的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第9實施方式中，如圖11的(A)所示，是直動模塊904未內置於探頭主體902的形態。直動模塊904利用能夠進行相互定位的輥942F和球932B(卡合部)以能夠裝卸的方式與探頭主體902相連結。此外，在以後，也將能夠自該探頭主體902分離的直動模塊904稱為探頭模塊。此外，位移檢測器928被支承於用於支承移動構件912的模塊外殼930，並與設於移動構件912的側面的基準構件926一起構成第2實施方式中所示的光電式增量型線性編碼器(也可以是光電式、磁式、電磁感應式等的絕對型線性編碼器)。
此外，準備多個(接觸部948的材質、位置、質量等不同的)觸針906。而且，與觸針906對應地，針對一個探頭主體902，能夠準備多個直動模塊904(不是必須與觸針906的數量相同)。
如圖11的(A)所示，探頭主體902包括主體外殼908、姿態檢測器922以及旋轉運動機構934。旋轉運動機構934被支承於主體外殼908的徑向內側。旋轉運動機構934的除旋轉構件942的凸緣部942E以外的部分被收納於主體外殼908的內側。旋轉運動機構934包括旋轉構件942和使旋轉構件942能夠相對於主體外殼908進行位移的第2隔膜結構體940。
如圖11的(A)所示，旋轉構件942形成為在軸心形成有中空部942B的大致圓筒形狀。更具體地說，旋轉構件942構成為，自Z方向的上方朝向下方去，厚壁部942C、薄壁部942D以及凸緣部942E形成為一體。在厚壁部942C連結有第2隔膜結構體940。薄壁部942D形成於厚壁部942C的下方。此外，主體外殼908的開口部908A的開口徑被設為小於厚壁部942C的外徑。而且， 凸緣部942E的外徑被設為大於開口部908A的開口徑。此處，也可以設定為，利用厚壁部942C的下端部942CA與開口部908A的上端部908AA之間的距離和凸緣部942E的上端部942EA與開口部908A的下端部908AB之間的距離限制旋轉構件942的位移，從而使第2隔膜結構體940的變形量處於彈性變形的範圍內。另外，也可以設定為，利用薄壁部942D的外側面與開口部908A的內端面之間的距離限制旋轉構件942的位移，從而使第2隔膜結構體940的變形量處於彈性變形的範圍內(在該情況下，可以說，探頭主體902包括主體外殼908和旋轉構件942，該主體外殼908和旋轉構件942成為用於將第2隔膜結構體940的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件)。此外，凸緣部942E不進入到直動模塊904的內側，而與直動模塊904相連結。
如圖11的(A)所示，在凸緣部942E的下端外周以在周向上每隔120度設置一對輥942F的方式設有3對輥942F。而且，以在周向上相位與輥942F的相位錯開60度的狀態設有三個永磁體942G。此外，一對輥942F的軸向形成為與朝向凸緣部942E的中心的大致徑向相同。
如圖11的(A)所示，直動模塊904包括模塊蓋932、模塊外殼930以及軸運動機構910。此外，在本實施方式中，由模塊蓋932和模塊外殼930構成軸外殼構件。
如圖11的(A)所示，模塊蓋932形成為在中心設有開口部932A的凸緣形狀。模塊蓋932是與凸緣部942E對應的構件。即，以與一對輥942F這兩者相接觸的方式，球932B以在模塊蓋932的周向上每隔120度配置一個的方式配置有三個。而且，以與永磁體942G對應的方式，與永磁體942G相互吸引的磁性構件(也可以是永磁體)932C在相位與球932B的相位錯開了60度的狀態下進行配置。
即，模塊蓋932和凸緣部942E利用能夠裝卸的運動接頭連結起來。如此，在本實施方式中，旋轉運動機構934內置於探頭主體902，並且軸運動機構910僅內置於直動模塊904。因此，例如，在改變了觸針906時，存在僅對軸運動機構910在性能上進行改變的做法較好這樣的情況。此時，通過不改變探頭 主體902而僅更換直動模塊904，例如通過進一步擴大一對第1隔膜結構體914、915之間的距離，能夠提升軸運動機構910的移動構件912的直進性(也就是說，能夠降低移動構件912相對於模塊外殼930的偏離了一個方向的位移的產生)。相反，也能夠容易地實現針對同一直動模塊904更換探頭主體902這樣的操作。另外，在僅軸運動機構910破損·性能降低了時，僅通過更換直動模塊904就能夠維持測量探頭900的功能。
另外，在本實施方式中，探頭主體902與直動模塊904利用能夠進行相互定位的輥942F和球932B以能夠裝卸的方式連結起來。因此，即使反覆裝卸直動模塊904，也能夠以高精度再現連結位置。另外，通過預先使多個直動模塊904的球932B的位置相同，能夠容易地相對於探頭主體902裝卸多個直動模塊904，並且能夠實現較高的位置再現性。
另外，在本實施方式中，能夠針對一個探頭主體902準備多個直動模塊904，使軸運動機構910位移了時的每單位位移量的恢復力根據每個直動模塊904而不同。因此，能夠設定與觸針906、被測物體W一一對應的恢復力，從而能夠進行相對於模塊外殼930的朝向一個方向的位移的高靈敏度檢測，並且能夠容易地實現檢測範圍的擴大等。同時，也能夠降低對被測物體W的損害等。
此外，在第9實施方式中，姿態檢測器922收納於用於支承移動構件912和旋轉構件942這兩者的主體外殼908，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖11的(B)所示的第10實施方式那樣。第10實施方式正是第9實施方式的探頭主體902被設為能夠在軸向O上在分束器920與旋轉構件942之間分離的形態。也就是說，主要是僅姿態檢測器的位置與第9實施方式不同，因此主要是除與姿態檢測器的位置相關的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第10實施方式中，如圖11的(B)所示，該測量探頭具備前級模塊951，該前級模塊951利用能夠定位的輥951BB和球957B(卡合部)以能夠裝卸的方式連結並支承用於支承移動構件962和旋轉構件992這兩者的主體外殼 958。而且，姿態檢測器972內置於前級模塊951。
具體地說，如圖11的(B)所示，前級模塊951包括前級外殼(前級外殼構件)951A、光源968、分束器970以及姿態檢測器972。前級外殼951A將光源968、分束器970以及姿態檢測器972支承在徑向內側，並在下端設有下蓋951B。下蓋951B形成為在中心設有開口部951BA的凸緣形狀。如圖11的(B)所示，在下蓋951B的下端外周以在周向上每隔120度設置一對輥951BB的方式設有3對輥951BB。而且，以在周向上相位與輥951BB的相位錯開60度的狀態設有三個永磁體951BC。也就是說，前級外殼951A利用能夠定位的輥951BB和球957B以能夠裝卸的方式連結並支承主體外殼958。而且，前級外殼951A是收納著姿態檢測器972的結構。
如圖11的(B)所示，探頭主體952包括上蓋957、主體外殼958以及旋轉運動機構984。如圖11的(B)所示，上蓋957形成為在中心設有開口部957A的凸緣形狀。上蓋957是與下蓋951B對應的構件(因此，利用開口部957A，確保了朝向基準構件966的入射光和來自基準構件966的反射光的光路)。另外，以與一對輥951BB這兩者相接觸的方式，球957B以在上蓋957的周向上每隔120度配置一個的方式配置有三個。而且，以與永磁體951BC對應的方式配置有磁性構件(也可以是永磁體)957C。也就是說，即，下蓋951B和上蓋957利用能夠裝卸的運動接頭連結起來。
如此，在本實施方式中，為如下形態：在探頭主體952僅內置有旋轉運動機構984，並且在前級模塊951內置有光源968、分束器970以及姿態檢測器972。因此，僅改變旋轉運動機構984變得容易，並且，對前級模塊951進行改變也較容易。也就是說，能夠相互獨立地對旋轉運動機構984和姿態檢測器972做出性能改變、相互獨立地對旋轉運動機構984和姿態檢測器972進行更換，從而能夠降低其成本。另外，例如，也能夠不安裝探頭主體952而將直動模塊954直接安裝於前級模塊951，並利用姿態檢測器972的輸出來檢查直動模塊954的直進性等。此外，在本實施方式中，直動模塊954支承著觸針956，但也可以是如第3實施方式那樣在旋轉模塊支承著觸針時設置前級模塊 的形態。
此外，在第7實施方式中，延伸部808A的內側側面與模塊外殼830的外側側面之間的距離以限制旋轉構件842的位移而使第2隔膜結構體840的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體802包括主體外殼808和模塊外殼830，該主體外殼808和模塊外殼830成為用於將第2隔膜結構體840的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。相對於此，例如，也可以是如圖12的(A)所示的第11實施方式那樣。在第11實施方式中，主要是僅主體外殼的形狀以及模塊外殼的形狀與第7實施方式不同，因此主要是除主體外殼與旋轉構件之間的關係以及移動構件與模塊外殼之間的關係以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。此外，在圖12的(A)中，未圖示的位移檢測器在避開了內壁部1030A的狀態下與第7實施方式相同地配置(固定)於模塊外殼1030的徑向內側。
在第11實施方式中，如圖12的(A)所示，以與旋轉構件1042的凸緣部1042E的上端部相對的方式，在主體外殼1008設有環部1008B。即，環部1008B可以說是以與主體外殼1008形成為一體的方式配置的第2壁構件。而且，在環部1008B(的下端部)與凸緣部1042E(的上端部)之間的間隙的至少局部填充有潤滑油等第2粘性材料SV。此處的「填充」被設為在XY方向上的至少一個位置處第2粘性材料SV以無間隙地配置的方式填滿環部1008B與旋轉構件1042之間(不是必須軸對稱地填充)。由此，至少第2粘性材料SV能夠對旋轉構件1042的相對於環部1008B的位移進行阻尼，能夠降低伴隨著測量探頭1000的移動而產生的朝向XY方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1000的高靈敏度化而產生的噪聲的增強。
另外，同時，如圖12的(A)所示，以與移動構件1012的外側側面相對的方式，在模塊外殼1030設有內壁部1030A。即，內壁部1030A可以說是以與模塊外殼1030形成為一體的方式配置並與移動構件1012相對地配置的第1壁構件。而且，在內壁部1030A(的內側側面)與移動構件1012(的外側側面)之間的間隙的至少局部填充有潤滑油等第1粘性材料FV。此處的「填充」 設為在Z方向上的至少一個位置處第1粘性材料FV以無間隙地配置的方式填滿內壁部1030A與移動構件1012之間(不是必須軸對稱地填充)。由此，至少第1粘性材料FV能夠對移動構件1012的相對於內壁部1030A的位移進行阻尼，能夠降低伴隨著測量探頭1000的移動而產生的、朝向Z方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1000的高靈敏度化而產生的噪聲的增強。也就是說，利用第1粘性材料FV和第2粘性材料SV，即使測量探頭1000進行高速移動，也能夠抑制噪聲的增強。
而且，在本實施方式中，由於相互獨立地具有Z方向上的阻尼構造和XY方向上的阻尼構造，因此能夠相互獨立地改變第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，能夠在Z方向上和XY方向上相互獨立地使阻尼特性最佳化。
此外，也可以與第7實施方式不同，例如是如圖12的(B)所示的第12實施方式那樣。在第12實施方式中，與第7實施方式相比主要是僅增設了平衡構件以及第5、第6實施方式中所示出的平衡機構，因此主要是除平衡構件以及平衡機構的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第12實施方式中，如圖12的(B)所示，旋轉構件1092在相對於旋轉運動機構1084的旋轉中心RC而言與觸針相反的一側設有圓環形狀的平衡構件1088。平衡構件1088被支承於設於旋轉構件1092的上端部的支承部1087。形成為，平衡構件1088在卡合於支承部1087的狀態下能夠移動，且能夠利用支承部1087調整旋轉中心RC與平衡構件1088之間的距離。因此，通過改變平衡構件1088的距旋轉中心RC的距離，能夠使旋轉構件1092(被支承於第2隔膜結構體1090的構件)的連結著不同的觸針1056的狀態下的重心位置與旋轉中心RC重合。因而，在本實施方式中，與上述實施方式相比能夠進一步地實現測量探頭1050的高靈敏度化。此外，這樣的能夠進行位置調整的平衡構件也可以應用於第11實施方式等中所示的軸運動機構支承旋轉運動機構的構造。
另外，如圖12的(B)所示，在利用模塊外殼1080支承的第1隔膜結構體 1064的下方在周向上每隔120度地設有支承部1080C。而且，在支承部1080C的頂端配置有永磁體1080CA。
如圖12的(B)所示，被支承於移動構件1062的凸緣部1062E的觸針1056包括平衡機構1081以及與觸針1056的質量對應的平衡配重1081C。與第5、第6實施方式相同，平衡機構1081構成為(藉助支承部1080C)支承於模塊外殼(軸外殼構件)1080，並取得觸針1056與平衡配重1081C之間在Z方向上的平衡。平衡機構1081被設為能夠與觸針1056一起進行裝卸。
如圖13的(A)～圖13的(C)所示，平衡機構1081以與永磁體1080CA的位置和數量對應的方式設於觸針1056的三個以上的位置。平衡機構1081包括支承構件1081A、支承軸1081B以及連結軸1081D。在支承構件1081A的上表面設有能夠吸附於永磁體1080CA的磁性構件(也可以是磁鐵)1081AA。支承軸1081B被固定於支承構件1081A，並在重心位置偏離了支承軸1081B的狀態下連結有平衡配重1081C。在平衡配重1081C，在與Z方向正交的方向上設有連結軸1081D，該連結軸1081D的頂端連結於觸針1056的凸緣部1094。
由此，在針對一個探頭主體1052更換了觸針1056時，必然能夠使用與該觸針1056的質量對應的平衡配重1081C。因此，能夠利用模塊外殼1080直接接受觸針1056的質量的增減的量。即，能夠防止由於觸針1056的不同而可能產生的移動構件1062的Z方向上的初始位置的變動。也就是說，在本實施方式中，與第7實施方式相比，能夠縮小移動構件1062的可動範圍，從而能夠實現直動模塊1054的進一步的小型化。同時，由於能夠縮小檢測範圍，因此能夠以更高的解析度檢測移動構件1062的位移量。
另外，在本實施方式中，還在模塊外殼1080的外側側面設有凸部1080B。即，延伸部1058A的內側側面1058AA與模塊外殼1080的凸部1080B之間的距離以限制旋轉構件1092的位移而使第2隔膜結構體1090的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體1052包括主體外殼1058和模塊外殼1080，該主體外殼1058和模塊外殼1080成為用於將第2隔膜結構體1090的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。
同時，在本實施方式中，在模塊外殼1080的內側側面設有凹部1080A。在移動構件1062固定有棒狀的抑制構件1063，抑制構件1063以非接觸的方式配置於凹部1080A的內側。即，凹部1080A的上端部1080AA與抑制構件1063的上端部1063A之間的距離以及凹部1080A的下端部1080AB與抑制構件1063的下端部1063B之間的距離以限制移動構件1062的位移而使一對第1隔膜結構體1064、1065的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，直動模塊1054包括模塊外殼1080和抑制構件1063，該模塊外殼1080和抑制構件1063成為用於將一對第1隔膜結構體1064、1065的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
此外，在上述實施方式中，在軸向O上依次配置有一對第1隔膜結構體和第2隔膜結構體，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖14的(A)所示的第13實施方式那樣。在第13實施方式中，主要是僅一對第1隔膜結構體與第2隔膜結構體之間的配置狀態與上述實施方式不同，因此主要是除一對第1隔膜結構體與第2隔膜結構體之間的配置的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第13實施方式中，如圖14的(A)所示，在軸向O上，在一對第1隔膜結構體1114、1115之間配置有第2隔膜結構體1140。而且，構成為，在探頭主體1102內旋轉運動機構1134支承旋轉構件(軸外殼構件)1136，並且移動構件1112直接支承觸針1106。
如圖14的(A)所示，旋轉運動機構1134的旋轉構件1136是被支承於第2隔膜結構體1140的構件，且除支承部1136AA以外的部分形成為在軸向O上相對於第2隔膜結構體1140對稱的大致沙漏形狀。旋轉構件1136由兩個環部1136A、兩個連接部1136B、兩個圓筒部1136C以及兩個接合部1136D一體地形成。環部1136A呈環狀，在環部1136A分別固定有第1隔膜結構體1114、1115的外周部。連接部1136B分別朝向環部1136A的徑向內側延伸，並與第1隔膜結構體1114、1115相對。圓筒部1136C的軸心分別形成為中空，並與連接部1136B一體地設置。兩個接合部1136D形成為以互相夾著第2隔膜結構體1140 的方式連結的形狀。即，在軸向O上，一對第1隔膜結構體1114、1115是配置於相對於第2隔膜結構體1140對稱的距離的結構(不必設為完全對稱的距離，容許存在設計上·製造上的誤差等)。也就是說，能夠使由於一對第1隔膜結構體1114、1115而可能產生的移動構件1112的旋轉中心與旋轉運動機構1134的旋轉中心RC重合。支承部1136AA自環部1136A的局部向軸向O外側延伸，並支承著位移檢測器1126。
此外，如圖14的(A)所示，附圖標記Lh表示被旋轉構件1136支承的第1隔膜結構體1114、1115之間的距離。另外，附圖標記Lw表示用於固定第1隔膜結構體1114、1115的環部1136A的內周面直徑。在本實施方式中，距離Lh被設為大於直徑Lw的2倍(Lh>2×Lw)。因此，在移動構件1112的由於第1隔膜結構體1114、1115而產生的位移量中，能夠使旋轉構件1136的中心軸線上的移動分量的比例大於相對於旋轉構件1136的中心軸線旋轉的旋轉分量的比例。即，在本實施方式中，能夠提高移動構件1112的朝向一個方向的位移精度(確保高直進精度)(不限於此，距離Lh也可以是直徑Lw的2倍以下)。此外，這樣的關係能夠應用於所有的實施方式中。
此外，如圖14的(A)所示，環部1136A的外側側面與主體外殼(旋轉外殼構件)1108的內側側面之間的距離以限制旋轉構件1136的傾斜(位移)而使第2隔膜結構體1140的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體1102包括主體外殼1108和旋轉構件1136，該主體外殼1108和旋轉構件1136成為用於將第2隔膜結構體1140的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。
如圖14的(A)所示，軸運動機構1110被支承於旋轉構件1136的徑向內側。也就是說，利用旋轉構件1136與軸運動機構1110構成了直動模塊1104。
如圖14的(A)所示，軸運動機構1110的移動構件1112構成為，自Z方向的下方朝向上方去，連結部1112A、杆部1112B、構件配置部1112C以及平衡構件1138形成為一體。平衡構件1138具備與特定的觸針1106的質量對應的質量。也就是說，構成為，利用平衡構件1138，在特定的觸針1106藉助移動構 件1112支承於旋轉構件1136時，使被第2隔膜結構體1140支承的構件的重心與旋轉運動機構1134的旋轉中心RC重合。此外，在本實施方式中，特定的觸針1106被設為假定本實施方式的測量探頭1100最經常安裝的觸針。
如圖14的(A)所示，在平衡構件1138的上端部設有基準構件1116(基準構件1116與姿態檢測器1122的組合與第7實施方式相同，因此省略說明)。構件配置部1112C形成於平衡構件1138的下方，且在其側面配置有基準構件1124。杆部1112B形成於構件配置部1112C的下方，並成為進入到一對第1隔膜結構體1114、1115之間的結構。而且，杆部1112B成為收納於旋轉構件1136的形態。連結部1112A形成於杆部1112B的下方。在連結部1112A的下端安裝有凸緣構件1142。
如圖14的(A)所示，主體外殼1108的開口部1108A的開口徑被設為小於凸緣構件1142的外徑。而且，凸緣構件1142的上端部1142C與開口部1108A的下端部1108AB之間的距離被設為限制凸緣構件1142的朝向Z方向的上側的位移而使一對第1隔膜結構體1114、1115的變形量處於彈性變形的範圍內。即，可以說，探頭主體1102包括主體外殼1108和凸緣構件1142，該主體外殼1108和凸緣構件1142成為用於將一對第1隔膜結構體1114、1115的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
此外，如圖14的(A)所示，配置於支承部1136AA的位移檢測器1126與配置於構件配置部1112C的基準構件1124相對，並檢測來自基準構件1124的反射光。反射來自光源(未圖示)的光的反射率不同的增量圖案以恆定間隔沿軸向O設於基準構件1124的靠位移檢測器1126側的表面。利用該基準構件1124、位移檢測器1126以及光源構成了用於輸出兩相正弦波信號的光電式增量型線性編碼器(也可以是光電式絕對型線性編碼器)。
在本實施方式中，在軸向O上，在一對第1隔膜結構體1114、1115之間配置有第2隔膜結構體1140。因此，在軸向O上，儘管軸運動機構1110與旋轉運動機構1134串聯連接，但是與將軸運動機構1110與旋轉運動機構1134的軸向O上的長度單純相加的情況相比，能夠使利用軸運動機構1110和旋轉運動機 構1134構成的懸架機構的軸向O上的長度變短。此外，不限於此，第1隔膜結構體也可以不構成1對，而僅是多個。
而且，在本實施方式中構成為，在特定的觸針1106被支承於旋轉構件1136時，被第2隔膜結構體1140支承的構件的重心與旋轉運動機構1134的旋轉中心RC重合。因此，例如，即使將測量探頭1100橫置，也能夠防止觸針1106的中心軸線自軸向O傾斜。即，即使產生測量探頭1100本身的傾斜等姿態變化，由於不對觸針1106(移動構件1112)的直進精度造成影響，因此也能夠防止測量精度產生變化。
並且，在本實施方式中，一對第1隔膜結構體1114、1115配置於相對於第2隔膜結構體1140對稱的距離(也就是說，旋轉中心RC與一對第1隔膜結構體1114、1115之間的中間位置重合)。因此，能夠均衡地構成懸架機構，並且能夠防止懸架機構的意外的變形，從而能夠謀求測量探頭1100的高精度化。同時，例如，即使處於觸針1106的中心軸線相對於軸向O傾斜了的狀態，由於不對觸針1106(移動構件1112)的直進精度造成影響，因此也能夠防止測量精度產生變化。此外，不限於此，一對第1隔膜結構體也可以不配置於相對於第2隔膜結構體對稱的距離。另外，第1隔膜結構體也可以不是兩個，而設為4、6、…這樣的偶數，且第1隔膜結構體分別配置於相對於第2隔膜結構體互為對稱的位置。另外，在本實施方式中，構成為通過使旋轉運動機構1134支承(用於支承軸運動機構1110的)旋轉構件1136，從而使移動構件1112直接支承觸針1106。因此，與軸運動機構支承(用於支承旋轉運動機構的)移動構件的情況相比，能夠降低利用移動構件1112支承的構件的質量，從而使一對第1隔膜結構體1114、1115的恢復力的最佳化變得容易。結果，能夠以高靈敏度檢測由於軸運動機構1110而產生的、觸針1106的軸向O上的位移。同時，能夠提高軸運動機構1110的響應性。即，在本實施方式中，能夠實現軸向O上的長度的縮短與輕量化，並且能夠降低形狀誤差並提高測量精度。
此外，圖14的(B)表示作為本實施方式的變形的第14實施方式。此處，使用第7實施方式的差動變壓器來檢測移動構件1162的位移。具體地說，設 於移動構件1162的基準構件1174是用於產生渦電流的圓筒形狀的金屬構件。而且，位移檢測器1176呈圓筒形狀，以接近基準構件1174的方式與基準構件1174相對。位移檢測器1176包括以高頻振蕩的勵磁線圈和以從兩側夾著該勵磁線圈的方式配置的1組差動耦合的接收線圈。此外，支承部1186AA呈圓筒形狀，並將位移檢測器1176支承在其徑向內側。其它的要素與第13實施方式相同，因此省略說明。
此外，在第13、第14實施方式中，構成為通過使旋轉運動機構支承(用於支承軸運動機構的)旋轉構件，從而使移動構件直接支承觸針，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖15所示的第15實施方式那樣。在第15實施方式中，主要是旋轉運動機構和軸運動機構的支承關係與第13實施方式不同，並且是與第3實施方式相同的結構，因此除與第3、第13實施方式不同的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第15實施方式中，如圖15所示，構成為通過使軸運動機構1210支承(用於支承旋轉運動機構1234的)移動構件(旋轉外殼構件)1212，從而使旋轉構件RP直接支承觸針1206。即，主體外殼(軸外殼構件)1208支承軸運動機構1210。因此，位移檢測器1228被支承在主體外殼1208的內側側面。而且，移動構件1212形成為在軸向O上相對於第2隔膜結構體1240對稱的圓筒形狀。
具體地說，如圖15所示，移動構件1212的兩個圓筒部1212C和兩個接合部1212D一體地形成。在兩個圓筒部1212C的外側端部附近分別固定有第1隔膜結構體1214、1215的中心部。兩個接合部1212D的內徑分別被設為大於圓筒部1212C的中空部1212B的內徑。而且，兩個接合部1212D形成為以夾著第2隔膜結構體1240的方式連結的形態。即，在本實施方式中，在軸向O上，一對第1隔膜結構體1214、1215也是配置於相對於第2隔膜結構體1240對稱的距離的結構。此外，基準構件1226藉助標尺託座1224以與位移檢測器1228相對的方式設於移動構件1212的上端部1212A。
如圖15所示，旋轉運動機構1234被支承於移動構件1212的徑向內側。也就是說，利用移動構件1212與旋轉運動機構1234構成了旋轉模塊1204。此外， 旋轉構件RP包括上部構件1236、平衡構件1238以及凸緣構件1242。而且，平衡構件1238的上端部自移動構件1212的上端部1212A突出，且在平衡構件1238的上端部設有基準構件1216。也就是說，在本實施方式中，構成為在旋轉構件RP的與觸針相反的一側的端部設有基準構件1216。
在本實施方式中，與旋轉運動機構支承軸運動機構的情況相比，能夠降低利用旋轉構件RP支承的構件的質量，從而能夠以高靈敏度檢測由於旋轉運動機構1234而產生的、觸針1206的朝向XY方向的位移。
另外，在本實施方式中，如圖15所示，主體外殼1208的開口部1208A的開口徑被設為小於凸緣構件1242的外徑。而且，凸緣構件1242的上端部1242C與開口部1208A的下端部1208AB之間的距離被設定為限制凸緣構件1242的朝向Z方向的上側的位移而使一對第1隔膜結構體1214、1215的變形量處於彈性變形的範圍內。即，可以說，探頭主體1202包括主體外殼1208和凸緣構件1242，該主體外殼1208和凸緣構件1242成為用於將一對第1隔膜結構體1214、1215的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
此外，在第15實施方式中，位移檢測器1228構成了光電式增量型線性編碼器，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖16的(A)、圖16的(B)所示的第16實施方式那樣。在第16實施方式中，與第15實施方式的位移檢測器周邊的結構不同，使用了第4實施方式中所示出的幹涉光學系統IF。因此，除與第4、第15實施方式不同的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第16實施方式中，如圖16的(A)、圖16的(B)所示，在主體外殼1258的內側上表面的中心軸線O上配置有姿態檢測器1272。因此，在圖16的(B)所示的沿X方向偏離了中心軸線O的位置設有位移檢測器1276的光路和構成幹涉光學系統IF的基準構件1274、參照鏡1275、分束器1277以及光源1278。利用該結構，與第4實施方式相樣，能夠提高XYZ方向上的測量精度。此外，在本實施方式中，為了進行與觸針1256之間的定位，在凸緣構件1292未設置輥而是設置了V槽。
此外，也可以與第13實施方式不同，例如是如圖17的(A)所示的第17實施方式那樣。在第17實施方式中，與第13實施方式相比，主要是僅使用了增設有第12實施方式中所示出的平衡機構的觸針，因此基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第17實施方式中，在針對一個探頭主體1302更換了觸針1306時，也必然能夠使用與該觸針1306的質量對應的平衡配重1331C。因此，能夠利用旋轉構件(軸外殼構件)1336直接接受觸針1306的質量的增減的量。即，能夠防止由於觸針1306的不同而可能產生的、移動構件1312的Z方向上的初始位置的變動。也就是說，在本實施方式中，與第13實施方式相比，能夠縮小移動構件1312的可動範圍，從而能夠實現直動模塊1304的進一步的小型化。同時，由於能夠縮小檢測範圍，因此能夠以更高的解析度檢測移動構件1312的位移量。
此外，圖17的(B)表示作為本實施方式的變形的第18實施方式。此處，與第12實施方式同樣地，平衡構件1388以能夠進行位置調整的方式被支承部1387支承。在第18實施方式中，與第17實施方式相比，主要是僅增設了第12實施方式中所示出的平衡構件，因此基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。此外，位移檢測器如第13、第14實施方式那樣被支承。
此外，平衡機構也能夠應用於第15實施方式中所示出的測量探頭1200。例如，也可以是如圖18所示的第19實施方式那樣。在第19實施方式中，由於僅是在第15實施方式中增設了與第17實施方式不同的平衡機構，因此除與第15實施方式不同的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第19實施方式中，如圖18所示，探頭主體1402包括平衡機構1431和與觸針1406的質量對應的平衡配重1431CD。與第12實施方式不同，三個平衡機構1431構成為與觸針1406分離，且被支承於主體外殼(軸外殼構件)1408，並且取得觸針1406與平衡配重1431CD之間在Z方向上的平衡。具體地說，平衡機構1431包括支承構件1431A、支承軸1431B、連結部1431CA、永磁體 1431CB以及連結軸1431D。支承構件1431A在主體外殼1408的下端部的周向上以每隔120度的方式配置。支承軸1431B固定於支承構件1431A，且支承著連結部1431CA。在連結部1431CA的相對於支承軸1431B而言的中心軸線O側端部，在與Z方向正交的方向上設有連結軸1431D。另一方面，在移動構件1412的下端部設有連接部1412E，且在連接部1412E連結有連結軸1431D的頂端。在連結部1431CA的相對於支承軸1431B而言的與連結軸相反的一側的端部配置有永磁體1431CB。
如圖18所示，平衡配重1431CD呈圓環形狀(也可以以與平衡機構1431的數量對應的方式進行分割)，在其上表面設有能夠吸附於永磁體1431CB的磁性構件(也可以是磁鐵)1431CC。此外，平衡配重1431CD的內徑被設為大於凸緣構件1442的外徑並大於凸緣部1444的外徑。因此，在連結了觸針1406之後也能夠裝卸平衡配重1431CD。
由此，在針對一個探頭主體1402更換了觸針1406時，通過使與該觸針1406的質量對應的平衡配重1431CD自由地安裝於平衡機構1431，能夠利用主體外殼1408直接接受觸針1406的質量的增減的量。即，能夠防止由於觸針1406的不同而可能產生的移動構件1412的Z方向上的初始位置的變動。也就是說，在本實施方式中，與第15實施方式相比，能夠縮小移動構件1412的可動範圍，從而能夠實現探頭主體1402的進一步的小型化。同時，由於能夠縮小檢測範圍，因此能夠以更高的解析度檢測移動構件1412的位移量。
此外，在第15實施方式中，開口部1208A的下端部1208AB與凸緣構件1242的上端部1242C之間的距離以限制移動構件1212的位移而使一對第1隔膜結構體1214、1215的變形量處於彈性變形的範圍內的方式設定。即，可以說，探頭主體1202包括主體外殼1208和凸緣構件1242，該主體外殼1208和凸緣構件1242成為用於將一對第1隔膜結構體1214、1215的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。相對於此，例如，也可以是如圖19的(A)所示的第20實施方式那樣。在第20實施方式中，主要是僅主體外殼與移動構件之間的關係以及旋轉構件與移動構件之間的關係與第15實施方式不同，因此 主要是除主體外殼與移動構件之間的關係以及旋轉構件與移動構件之間的關係以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
在第20實施方式中，如圖19的(A)所示，以與旋轉構件RP的連結部1486A的上端部相對的方式，在移動構件(旋轉外殼構件)1462的下端部設有環部1462C。即，環部1462C可以說是以與移動構件1462形成為一體的方式配置的第2壁構件。而且，在環部1462C(的下端部)與連結部1486A(的上端部)之間的間隙的至少局部填充有潤滑油等第2粘性材料SV。由此，至少第2粘性材料SV能夠對旋轉構件RP的相對於環部1462C的位移進行阻尼，並降低伴隨著測量探頭1450的移動而產生的、沿XY方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1450的高靈敏度化而引起的噪聲的增強。
另外，同時，如圖19的(A)所示，以與移動構件1462的外側側面相對的方式，在主體外殼(軸外殼構件)1458設有內壁部1458B。即，內壁部1458B可以說是以與主體外殼1458形成為一體、並與移動構件1462相對的方式配置的第1壁構件。而且，在內壁部1458B(的內側側面)與移動構件1462(的外側側面)之間的間隙的至少局部填充有潤滑油等第1粘性材料FV。由此，至少第1粘性材料FV能夠對移動構件1462的相對於內壁部1458B的位移進行阻尼，並降低隨著測量探頭1450的移動所產生的、沿Z方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1450的高靈敏度化而引起的噪聲的增強。
而且，在本實施方式中，由於相互獨立地具有Z方向上的阻尼構造和XY方向上的阻尼構造，因此也能夠相互獨立地改變第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，由於能夠在Z方向上和XY方向上相互獨立地使阻尼特性最佳化，因此能夠實現測量探頭1450的進一步的高靈敏度化。
此外，如圖19的(A)所示，在主體外殼1458設有用於收納凸緣構件1492、並抑制凸緣構件1492的過度的位移的凹部1458C。另外，在Z方向上，在移動構件1462的接合部1462D的附近設有內壁部1458B。因此，內壁部1458B的上端部1458BA與移動構件1462的接合部1462D的下端部1462DA之間的距離以及凹部1458C的上端部1458CA與凸緣構件1492的上端部1492B之間的距離被 設定為限制移動構件1462的位移而使一對第1隔膜結構體1464、1465的變形量處於彈性變形的範圍內。即，可以說，探頭主體1452包括主體外殼1458、移動構件1462以及凸緣構件1492，該主體外殼1458、移動構件1462以及凸緣構件1492成為用於將一對第1隔膜結構體1464、1465的變形量限制在彈性變形的範圍內的第1限制構件。
另外，如圖19的(A)所示，凹部1458C的側面1458CB與凸緣構件1492的側面1492A之間的距離被設定為限制旋轉構件RP的位移而使第2隔膜結構體1490的變形量處於彈性變形的範圍內。即，可以說，探頭主體1452包括主體外殼1458和凸緣構件1492，該主體外殼1458和凸緣構件1492成為用於將第2隔膜結構體1490的變形量限制在彈性變形的範圍內的第2限制構件。
此外，圖19的(B)表示作為本實施方式的第1粘性材料FV、第2粘性材料SV的變形的第21實施方式。此處，與第13實施方式等相同地，構成為旋轉運動機構支承作為軸外殼構件的旋轉構件，並且移動構件直接支承觸針。在第21實施方式中，由於主要是僅用於貯存第1粘性材料FV、第2粘性材料SV的結構與第13實施方式等不同，因此除與第1粘性材料FV、第2粘性材料SV關聯的結構以外的構件基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。此外，位移檢測器如第13實施方式等那樣被支承。另外，如圖19的(B)所示，觸針1506不使用運動接頭而直接地被凸緣部1544固定於移動構件1512。
在第21實施方式中，如圖19的(B)所示，旋轉構件(軸外殼構件)1536的圓筒部1536C的內側側面以與移動構件1512的外側側面相對的方式配置。即，旋轉構件1536可以說是以與移動構件1512相對的方式配置的第1壁構件。而且，在圓筒部1536C(的內側側面)與移動構件1512(的外側側面)之間的間隙填充有潤滑油等第1粘性材料FV。由此，至少第1粘性材料FV能夠對移動構件1512的相對於旋轉構件1536的位移進行阻尼，並降低伴隨著測量探頭1500的移動而產生的、沿Z方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1500的高靈敏度化而引起的噪聲的增強。
另外，同時，如圖19的(B)所示，粘性材料貯存器1531以從兩側覆蓋第2隔膜結構體1540的方式設置。粘性材料貯存器1531使相對部1531A與擴張部1531B一體而成的構件相對，並固定於主體外殼(旋轉外殼構件)1508。相對部1531A是與第2隔膜結構體1540相對的部分。擴張部1531B是以非接觸的方式覆蓋移動構件1512的接合部1536D的部分，具備圓筒部1536C能夠貫穿的開口部1531C。即，粘性材料貯存器1531可以說是以與主體外殼1508形成為一體的方式配置的第2壁構件。而且，在粘性材料貯存器1531(的內側側面)與第2隔膜結構體1540之間的間隙填充有潤滑油等第2粘性材料SV。由此，至少第2粘性材料SV能夠對第2隔膜結構體1540的相對於粘性材料貯存器1531的位移進行阻尼，並降低伴隨著測量探頭1500的移動而產生的、沿XY方向的振動等，從而能夠防止伴隨著測量探頭1500的高靈敏度化而引起的噪聲的增強。
此外，在本實施方式中，由於相互獨立地具有Z方向上的阻尼構造和XY方向上的阻尼構造，因此也能夠相互獨立地改變第1粘性材料FV、第2粘性材料SV。因此，由於能夠在Z方向上和XY方向上相互獨立地使阻尼特性最佳化，因此能夠實現測量探頭1500的進一步的高靈敏度化。
此外，在第13實施方式～第21實施方式中，姿態檢測器被內置於探頭主體，但本發明不限定於此。例如，也可以是如圖20所示的第22實施方式那樣。第22實施方式正是第13、第14實施方式的探頭主體形成為在軸向O上能夠在分束器與基準構件之間分離的形態。也就是說，主要是姿態檢測器的位置與第13、第14實施方式不同，該分離了的結構中的前級模塊的結構與第10實施方式大致相同。因此，基本上僅改變了附圖標記的前2位數字，對此省略說明。
如圖20所示，在第22實施方式中，是軸運動機構1560、旋轉運動機構1584以及位移檢測器1576內置於探頭主體1552、並且姿態檢測器1572等內置於前級模塊1551的形態。因此，較容易改變探頭主體1552，並且，也較容易改變前級模塊1551。也就是說，能夠相互獨立地對軸運動機構1560、旋轉運動機 構1584以及位移檢測器1576所組成的單元和姿態檢測器1572做出性能改變、相互獨立地對軸運動機構1560、旋轉運動機構1584以及位移檢測器1576所組成的單元和姿態檢測器1572進行更換，從而能夠降低其成本。另外，由於能夠自探頭主體1552分離姿態檢測器1572，因此能夠實現探頭主體1552的小型化和低成本化。此外，在本實施方式中，移動構件1562直接支承觸針1556，但也可以如第20實施方式那樣在旋轉構件RP直接支承觸針時設置前級模塊。
此外，在第13～第22實施方式中，基本上構成為包含觸針的被第2隔膜結構體支承的構件的重心位置與旋轉中心RC重合，但本發明不限定於此。例如，也可以構成為特意將包含觸針的被第2隔膜結構體支承的構件的重心位置置於比旋轉中心RC靠觸針側的位置。此時，能夠使置於相對於旋轉中心RC而言與觸針相反的一側的位置的被第2隔膜結構體支承的構件的質量·體積最小。因此，能夠提高測量探頭的固有頻率，從而能夠實現對高於第13～第22實施方式的測量探頭的頻率的頻率具有靈敏度的測量探頭(能夠進行高速響應動作等)。
此外，在上述實施方式中，測量探頭被作為仿形探頭來使用，但本發明不限定於此，例如，也可以作為接觸式探頭來使用。
產業上的可利用性
本發明能夠廣泛地應用於為了測量被測物體的三維形狀而使用的測量探頭。
對本領域技術人員來說上述實施方式的說明僅僅是說明性的，僅用於說明本發明的原則。本領域技術人員在不脫離本發明的主旨和保護範圍的情況下能夠可以得到各種改變。
本申請引用了2015年年3月5日提出申請的包含說明書、附圖和權利要求書的日本特願2015-043035的整個公開內容作為參考。