JP7100119B2 - 複雑な回路の統合用のコンパクトな測定デバイス構成体 - Google Patents

Description

本開示は、精密計測に関し、より詳細には、座標測定機で使用されるプローブのコンパクトな構成に関する。

座標測定機（ＣＭＭ's）は、検査対象のワークピースの測定値を取得することができる。その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，４３８，７４６号に記載された例示的な従来技術のＣＭＭは、ワークピースを測定するためのプローブ、プローブを移動させるための移動機構、及びその移動を制御するためのコントローラを備える。表面走査プローブを備えるＣＭＭは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，６５２，２７５号に記載されている。そこに開示されているように、機械的な接触プローブまたは光学プローブは、ワークピースの表面を横切って走査することができる。

機械的な接触プローブを採用するＣＭＭは、米国特許第６，９７１，１８３号（ '１８３特許）にも記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。そこに開示されているプローブは、表面接触部を有するスタイラス、軸方向移動機構及び回転移動機構を備える。軸方向移動機構は、接触部が測定プローブの中心軸方向（Ｚ方向または軸方向とも呼ばれる）に移動することを可能にする移動部材を備える。回転移動機構は、接触部がＺ方向に垂直に移動することを可能にする回転部材を備える。軸方向移動機構は、回転移動機構内に入れ子になっている。接触部の位置および／またはワークピースの表面座標は、回転部材の変位及び軸方向移動の移動部材の軸方向変位に基づいて決定される。

例示的なタッチプローブは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、McMurtryの米国特許第５，７５５，０３８号に開示されている。McMurtryは、遠位のスタイラスモジュールに解放可能に係合するタッチプローブ本体または検出モジュールを有するタッチプローブを開示している。最もよく理解されるように、McMurtryは、弾性的に支持された移動負荷部材を囲む剛性支持構造を含む３つの柱の間で軸方向に延びる中央の弾性的に支持された移動負荷部材を有するプローブ本体を開示している。ＡＳＩＣ信号プロセッサを備えるプリント回路基板は、剛性支持構造上の弾性的に支持された移動負荷部材の周囲に取り付けられている。弾性的に支持された移動負荷部材は、その中心軸に沿って検出モジュールのほぼ全長に沿って延び、剛性支持構造の上端近くで弾性的なダイアフラムに接続されている。３つの適合する支柱が、移動荷重部材を剛性支持構造の下端に接続する。各支柱は、剛性支持構造に対する負荷部材の移動に応じてトリガー信号を生成するように、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）信号プロセッサに接続されたひずみゲージを備える。製造、組み立て、及び修理がより経済的であり、比較的複雑な回路を比較的コンパクトなプローブ本体に収納することができる高精度プローブの構成体が望まれている。

この概要は、以下の［発明を実施するための形態］においてさらに説明される概念の抜粋を簡略化された形式で紹介するために提供されている。この概要は、特許請求された主題の主要な特徴を特定することを意図しておらず、特許請求された主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図していない。

複雑な回路をＣＭＭのプローブに統合するためのコンパクトな座標測定機（ＣＭＭ）のプローブ構成体が提供されている。ＣＭＭのプローブ構成体は、スタイラス位置検出部、スタイラス懸架部、及び回路基板アセンブリを備える。スタイラス位置検出部は、位置合わせフレームと、位置合わせフレームに一定の関係で取り付けられた光学検出構成体と、を備える。光学検出構成体は、少なくとも第１の光源と第１の位置感知検出器とを備える。位置合わせフレームと光学検出構成体とは、内側ビーム経路容積を少なくとも部分的に取り囲み、内側ビーム経路容積へのアクセスを提供するためにスタイラス位置検出部の遠位端に開口を提供するように構成される。

スタイラス懸架部は、スタイラス位置検出部の遠位端に近接して配置される。スタイラス懸架部は、懸架フレーム、スタイラス結合部、スタイラス移動機構、及び第１の位置指示要素を備える。懸架フレームは、スタイラス位置検出部に一定の関係で結合する。スタイラス結合部は、スタイラスに堅固に結合されるように構成される。スタイラス移動機構は、懸架フレームとスタイラス結合部とに取り付けられ、懸架フレームに対してスタイラス結合部の移動を可能にするように構成される。第１の位置指示要素は、スタイラス結合部に対して固定され、スタイラス結合部と共に移動する。さらに、第１の位置指示要素は、第１の光源光路に沿って光源からの光を受け取り、第１の位置感知検出器に対して第１の測定光路に沿って第１の測定光ビームを出力するように配置される。なお、第１の測定光ビームは、第１の位置指示要素の対応する移動に従って移動する。

回路基板アセンブリは、剛性フレックス回路要素と３次元のキャリアフレームとを備えている。剛性フレックス回路要素は、それぞれの曲げ軸を有する少なくとも３つのフレキシブルな曲げ部を備える１セットの曲げ部によって結合された少なくとも４つの基板部を備える１セットの基板部を備える。様々な実施形態では、少なくとも２つの曲げ部の曲げ軸は、剛性フレックス回路要素がほぼ平面に展開された形態にあるときに、それら少なくとも２つの曲げ部の間で６０度と１２０度の間の角度を形成する。３次元のキャリアフレームは、１セットの基板部の少なくとも２つの基板部に嵌合する１セットの支持面を備える。剛性フレックス回路要素は、少なくとも２つの基板部をキャリアフレーム上の対応する支持面に近接するように配置するために、曲げ部で折り曲げられるように構成される。少なくとも２つの基板部は、キャリアフレーム上の対応する支持面に結合されるように構成される。加えて、回路基板アセンブリは、スタイラス位置検出部の大部分を少なくとも部分的に取り囲むように構成され、位置合わせフレームに対して固定されたキャリアフレームでそこ（位置合わせフレーム）に結合される。

本明細書に開示されるような走査プローブを利用するＣＭＭを備える測定システムの様々な典型的な構成要素を示す図である。 ＣＭＭに結合され、位置信号を提供する走査プローブの様々な要素を示すブロック図である。 スタイラスに結合されたスタイラス懸架部及びスタイラス懸架部の位置を検出するためのスタイラス位置検出部の例示的な実施形態の断面を示す図である。 スタイラス懸架部の位置を検出するためのスタイラス位置検出部の例示的な実施形態の断面を示す図である。 スタイラス位置検出部を示す図である。 キャリアフレーム部を示す図である。 スタイラス位置検出部とキャリアフレーム部を示す図である。 ほぼ平面に展開された形態の剛性フレックス回路要素を示す図である。 ほぼ平面に展開された形態の剛性フレックス回路要素を示す図である。 ほぼ平面に展開された形態の剛性フレックス回路要素を示す図である。 図４Ａ～４Ｃのキャリアフレーム及びスタイラス位置検出部の周りに取り付けられた折り曲げられた形態の図５Ａ～５Ｃの剛性フレックス回路要素を示す図である。 図４Ａ～４Ｃのキャリアフレーム及びスタイラス位置検出部の周りに取り付けられた折り曲げられた形態の図５Ａ～５Ｃの剛性フレックス回路要素を示す図である。 位置合わせフレームに結合された懸架フレームを備えるスタイラス懸架部の例示的な実施形態の断面を示す図である。 ＣＭＭで使用するための走査プローブを組み立てる方法の例示的な一実施形態を示す流れ図である。

図１は、本明細書に開示されるような走査プローブ３００を利用するＣＭＭ２００を備える測定システム１００の様々な典型的な構成要素を示す図である。測定システム１００は、操作ユニット１１０、ＣＭＭ２００の移動を制御するモーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０及びＣＭＭ２００を備える。操作ユニット１１０は、モーションコントローラ１１５に結合され、手動でＣＭＭ２００を操作するためのジョイスティック１１１を備えることができる。ホストコンピュータ１２０は、モーションコントローラ１１５に結合され、ＣＭＭ２００を操作し、ワークピースＷの測定データを処理する。ホストコンピュータ１２０は、例えば、測定条件を入力するための入力手段１２５（例えば、キーボードなど）と、例えば、測定結果を出力するための出力手段１３０（例えば、ディスプレイ、プリンタなど）と、を備える。

ＣＭＭ２００は、定盤２１０上に配置された駆動機構２２０と、走査プローブ３００を駆動機構２２０に取り付けるための保持要素２２４と、を備える。駆動機構２２０は、走査プローブ３００を三次元的に移動させるために、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸スライド機構２２２、２２１、及び２２３、それぞれを備える。走査プローブ３００の端部に取り付けられたスタイラス３０６は、接触部３４８を備える。以下により詳細に説明するように、スタイラス３０６は走査プローブ３００のスタイラス懸架部に取り付けられ、接触部３４８がワークピースＷの表面上の測定経路に沿って移動するとき、接触部３４８が複数の方向でその位置を自由に変更可能とされている。

高速での動作には、走査プローブ３００とホストコンピュータ１２０との間の大量のデータの双方向伝送が必要な場合があることが理解されよう。いくつかの場合では、データ伝送の要求で、そのような測定がなされる速度が制限されるかもしれない。走査プローブ３００によって生成されたデータの少なくとも一部を走査プローブ３００で処理して、ホストコンピュータ１２０に送信しなければならないデータの量を減らすことは有益であろう。しかしながら、高速動作中に、走査プローブ３００は非常に急速に加速されるかもしれない。これらの高加速度により、信号処理電子機器の質量の増加と、電子機器の増加に対応するために走査プローブ３００の材料を除去することに伴う構造剛性の低下と相まって、他の望ましい特性（例えば、十分な機械的剛性、経済的な組み立てなど）を保持しつつ、より包括的な信号処理システムを走査プローブ３００に「統合された」ＣＭＭに統合する能力が以前から制限されてきた。これらの問題を克服し、特定の利点を提供する機能の組み合わせを含む実施形態を以下に説明する。

図２は、ＣＭＭ２００に結合され、位置信号を提供する走査プローブ３００の様々な要素を示すブロック図である。上述のように、走査プローブ３００は、保持要素２２４によってＣＭＭ２００に結合される。走査プローブ３００は、スタイラス懸架部３０７と、スタイラス位置検出部３１１と、ローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０と、を組み込むプローブ本体３０２（例えば、ケーシングなどを含む）を備える。スタイラス懸架部３０７は、スタイラス結合部３４２とスタイラス移動機構３０９とを備える。スタイラス結合部３４２は、スタイラス３０６に堅固に結合される。スタイラス移動機構３０９は、スタイラス結合部３４２及び取り付けられたスタイラス３０６の様々なタイプの移動を可能にするように構成される。例えば、一実施形態では、スタイラス移動機構３０９は、軸方向に沿ってスタイラス結合部３４２及び取り付けられたスタイラス３０６の軸方向移動を可能にし、回転中心の周りのスタイラス結合部３４２及び取り付けられたスタイラス３０６の回転移動を可能にするように構成することができる。

スタイラス位置検出部３１１は、第１の位置検出構成体３１３及び第２の位置検出構成体３２５を備える。第１の位置検出構成体３１３は、位置指示信号３１３'の第１のセットを出力する。１つの特定の例示的な実施形態では、位置指示信号３１３'の第１のセットは、スタイラス結合部３４２の回転位置を示す少なくとも第１及び第２の回転信号（例えば、Ｘ及びＹ位置信号）を備えることができる。第２の位置検出構成体３２５は、位置指示信号３２５'の第２のセットを出力する。１つの特定の例示的な実施形態では、位置指示信号３２５'の第２のセットは、軸方向に沿ったスタイラス結合部３４２の軸方向位置を示す軸方向信号（例えば、Ｚ位置信号）を備えることができる。

ローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０は、位置指示信号３１３'及び位置指示信号３２５'の第１及び第２のセットを受信することができる。様々な実施形態では、ローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０の構成要素／部分の一部またはすべては、回路基板アセンブリに含まれてもよい（例えば、図５Ａ～５Ｃに関して以下により詳細に説明されるように、回路基板アセンブリ４９０の剛性フレックス回路要素４９１に含まれる）。様々な実施形態では、ローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０は、アナログ増幅器及び処理部３８１、ローカル電源部３８２、プローブ識別部３８３、プローブ信号処理部３８４、及び入出力管理部３８５を備えることができる。

様々な実施形態では、アナログ増幅器及び処理部３８１は、位置指示信号３１３'及び位置指示信号３２５'の第１及び第２のセットを増幅および／または処理する増幅器および／または他の構成要素を備えることができる。ローカル電源部３８２（例えば、バッテリーまたは他のローカル電源および／または電力線３８９Ａ及び信号線３８９Ｂを介したＣＭＭからの電力接続など）は、ローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０の構成要素の動作および／または走査プローブ３００の他の一般的な動作のための電力を提供することができる。様々な実施形態では、プローブ識別部３８３は、識別データを記憶及び提供し、および／または走査プローブ３００および／または関連する構成要素を識別するメカニズムを提供することができる。様々な実施形態では、走査プローブ３００及び任意の交換可能な構成要素の適切な識別により、様々なタイプの機能の実行をすることができる。例えば、適切な識別により、（例えば、位置指示信号３１３'及び位置指示信号３２５'の処理に関して）正確な動作と走査プローブ３００及び任意の交換可能な構成要素からの結果の測定値を確実にするために、適切な構成及び較正データを利用することができる。

様々な実施形態では、構成及び較正データは、位置指示信号３１３'及び位置指示信号３２５'に対して特定の処理を実行するためにプローブ信号処理部３８４によって提供および／または利用されてもよい。様々な実施形態では、入出力管理部３８５は、走査プローブ３００に／から（例えば、電力線３８９Ａ及び信号線３８９Ｂ上で）提供される信号を管理することができる。例えば、様々な実施形態では、（例えば、走査プローブ３００、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、および／またはホストコンピュータ１２０などの）１つまたは複数の受信部分は、（例えば、位置指示信号３１３'及び位置指示信号３２５'の第１及び第２のセットの生バージョンまたは処理済みバージョンに対応する）信号を受信することができる。そして、（例えば、走査プローブ３００、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、および／またはホストコンピュータ１２０などの）１つまたは複数の関連する処理部は、接触部が測定されているワークピースの表面に沿って移動する際に、スタイラス結合部３４２および／または取り付けられたスタイラス３０６の接触部の３Ｄ位置を決定するために利用されてもよい。

図３Ａ及び３Ｂは、スタイラス４０６及びスタイラス懸架部４０７の位置を検出するためのスタイラス位置検出部４１１に結合されたスタイラス懸架部４０７の例示的な実施形態を含む走査プローブ４００の様々な構成要素の断面を示す図である。同様のスタイラス懸架部及びスタイラス位置検出部の様々な構成要素は、同時係属中の同一譲受人に譲渡された米国特許公開第２０１７／０１７６１７０号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる（以下、'１７０公報）。図３Ａ及び３Ｂの特定の番号付けされた構成要素４ＸＸは、図２の類似の番号付けされた対応する構成要素３ＸＸに対応および／または同様の動作を有することができ、それと同様であり、さもなければ以下で説明するように理解できることが理解されよう。類似の設計および／または機能を有する要素を示すこの番号付けのスキームは、以下の図４～７にも適用される。

以下に、より詳細に説明するように、図３Ａの走査プローブ４００のＣＭＭのプローブ構成体は、スタイラス懸架部４０７、スタイラス位置検出部４１１、及び回路基板アセンブリ４９０を備える。スタイラス位置検出部４１１は、位置合わせフレーム４３７と、位置合わせフレーム４３７に一定の関係で取り付けられた光学検出構成体４３８と、を備える。図３Ｂに関して以下に、より詳細に説明されるように、様々な実施形態では、光学検出構成体４３８は光源４１８と位置感知検出器４２１、４２７とを備える。位置合わせフレーム４３７と光学検出構成体４３８とは、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶを少なくとも部分的に取り囲むように構成され、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶ（例えば、図４Ａ及び４Ｃを参照）へのアクセスを提供するためにスタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥに開口ＯＰＮを提供する。回路基板アセンブリ４９０は、図４～７に関して以下に、より詳細に説明されるように、剛性フレックス回路要素４９１と、三次元のキャリアフレーム４９５と、を備える。

図３Ａに示すように、スタイラス懸架部４０７は、スタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥに近接して配置され、懸架フレーム４３９、スタイラス結合部４４２、スタイラス移動機構４０９、及び位置指示要素４１６、４２６を備える。懸架フレーム４３９は、スタイラス位置検出部４１１に一定の関係で結合する。様々な実施形態では、懸架フレーム４３９は、回転調整可能なクランプ機構を使用して位置合わせフレーム４３７に取り付けることができる。例えば、一実施形態では、位置合わせフレーム４３７に結合される構成要素は、最初に位置合わせフレーム４３７内で整列、調整および／または較正などすることができる。その後、懸架フレーム４３９が位置合わせフレーム４３７に取り付けられてもよい。ここで、位置合わせフレーム４３７に結合された構成要素（例えば、光源４１８、位置感知検出器４２１及び４２７、対応する光学経路など）に対する懸架フレーム４３９に結合された構成要素（例えば、位置指示要素４１６、４２６）のアライメントが調整されてもよい。例えば、位置合わせフレーム４３７に対する懸架フレーム４３９の向きは、（例えば、Ｖ溝と止めねじを利用する）クランプ機構またはその他の種類の機構で互いに対して位置を固定する前に、取り付けられた構成要素を適切に位置合わせするために回転調整可能であってもよい。

様々な実施形態では、スタイラス結合部４４２は、ワークピースＷ（図示せず）の表面Ｓに接触するための接触部４４８を有するスタイラス４０６に堅固に結合されるように構成される。スタイラス移動機構４０９は、懸架フレーム４３９とスタイラス結合部４４２とに取り付けられ、接触部４４８が表面Ｓの形状に沿ってその位置を変化することができるように、懸架フレーム４３９に対してスタイラス結合部４４２及び取り付けられたスタイラス４０６の移動を可能にするように構成される。１つの特定の実施形態では、スタイラス移動機構４０９は、接触部４４８が表面Ｓの形状に沿って３方向にその位置を変化することができるように、スタイラス結合部４４２及び取り付けられたスタイラス４０６の軸方向移動及び回転移動を可能にするように構成される。説明のために、図３Ａの紙面上の垂直方向と水平方向はそれぞれＺ方向とＹ方向として定義され、紙面に垂直な方向はＸ方向として定義される。走査プローブ３００の中心軸Ｏの方向（例えば、軸方向ＡＤ）は、この図のＺ方向と一致する。

位置指示要素４１６、４２６は、スタイラス結合部４４２に対して固定され、スタイラス結合部４４２とともに移動する。図３Ｂに関して以下でより詳細に説明するように、第１の位置指示要素４１６は、第１の光源光路４２３に沿って光源４１８から光を受け取り、第１の位置感知検出器４２１に対して第１の測定光路４２３'に沿って第１の測定光ビームを出力するように配置される。ここで、第１の測定光ビームは、第１の位置指示要素４１６の対応する移動に従って移動する。第２の位置指示要素４２６は、第２の光源光路４２９に沿って光源４１８からの光を受け取り、第２の位置感知検出器４２７に対して第２の測定光路４２９'に沿って第２の測定光ビームを出力するように配置される。ここで、第２の測定光ビームは、第２の位置指示要素４２６の対応する移動に従って移動する。

図３Ｂに関して以下でさらに詳細に説明するように、様々な実施形態では、位置感知検出器４２７からの位置指示信号と組み合わせた位置感知検出器４２１からの位置指示信号は、位置合わせフレーム４３７と懸架フレーム４３９に対するスタイラス結合部４４２の位置を示す。様々な実施形態では、位置指示要素４１６は回転検出デフレクターであり、位置指示要素４２６は軸方向検出デフレクターである。様々な実施形態では、第１の位置指示要素４１６及び第２の位置指示要素４２６は、互いにかつスタイラス結合部４４２に堅固に結合され、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶ内に配置される。

図３Ａに示すように、スタイラス移動機構４０９は、移動部材４１２、回転部材４３６、回転部材４３６の回転移動を支持及び可能にするために懸架フレーム４３９に結合された屈曲要素４４０、及び移動部材４１２を支持し、それを回転部材４３６に結合して、移動部材４１２の軸方向移動を可能にする屈曲要素４１４、４１５（すなわち、第１の屈曲要素として参照される）を備えることができる。屈曲要素４４０（すなわち、第２の屈曲要素として参照される）は、軸方向Ｏで１対の屈曲要素４１４、４１５（すなわち、第１の屈曲要素として参照される）のそれぞれの平面の間に配置されている。回転部材４３６は、第２の屈曲要素４４０に関して対称な形状を有してもよく、２つのリング部４３６Ａと、２つの接続部４３６Ｂと、１つの円筒部４３６Ｃと、を一体的に備えることができる。第１の屈曲要素４１４、４１５の周辺部は、リング部４３６Ａに固定されている。接続部４３６Ｂは、中空部を有する円筒部４３６Ｃに接続するように、リング部４３６Ａの内側に延在している。第１の屈曲要素４１４、４１５は、第２の屈曲要素４４０に対して対称の距離に配置されてもよいが、そのような実施形態は、例示に過ぎず、限定するものではない。

移動部材４１２を備える軸方向移動機構４１０は回転部材４３６の内側に支持され、回転部材４３６及び軸方向移動機構４１０はスタイラス移動機構４０９の一部である移動モジュールを一緒に構成する。回転部材４３６を備える回転移動機構４３４は、スタイラス４０６の接触部４４８が回転中心ＲＣ周りの回転移動により軸方向Ｏを横切る（例えば、ほぼ垂直）ように移動することを可能にする。図３Ｂを参照して以下により詳細に説明されるように、光学検出構成体４３８は、スタイラス移動機構４０９および／またはスタイラス４０６の接触部４４８の位置および／または移動を決定するために利用される。

移動部材４１２は、下部４１２Ａと、ロッド部４１２Ｂと、上部４１２Ｃと、を一体的に備える。位置指示要素４１６（例えば、曲面鏡）及び位置指示要素４２６（例えば、レンズ）を上部４１２Ｃに堅固に取り付けるために、ブラケット４３２が利用される。ロッド部４１２Ｂは、一対の第１の屈曲要素４１４、４１５との間に配置される。ロッド部４１２Ｂは、回転部材４３６内に収納される。

下部４１２Ａは、ロッド部４１２Ｂの下に形成され、スタイラス結合部４４２（例えば、フランジ部材）が下部４１２Ａに取り付けられている。スタイラス４０６を取り付けるためのフランジ部４４４が設けられている。フランジ部４４４とスタイラス結合部４４２は、様々なスタイラス４０６とスタイラス結合部４４２との間の取り付け及び取り外しを反復可能な位置決め（例えば、スタイラスが脱落する衝突の場合、またはスタイラスを意図的に変更するときなど）で可能にする取り外し可能な連結機構（例えば、既知のタイプのキネマティックジョイントまたはキネマティックカップリング）を構成することができる。

図５Ａ～５Ｃに関して以下により詳細に説明するように、走査プローブ４００は、また、剛性フレックス回路要素４９１とキャリアフレーム４９５とを備えた回路基板アセンブリ４９０を備える。図３Ａに示される剛性フレックス回路要素４９１の部分に関して、光源４１８に接続された内側基板部ＩＢＰ１が示されている。内側基板部ＩＢＰ１の上には、内側基板部ＩＢＰ４、中間基板部ＭＢＰ１、及び外側基板部ＥＢＰ６があり、すべてがほぼ積み重ねられた構成である。図３Ａの断面図では、外側基板部ＥＢＰ２が左側に示され、外側基板部ＥＢＰ４が、曲げ部ＢＤ６によって内側基板部ＩＢＰ４に接続されているように右側に示されている。加えて、内側基板部ＩＢＰ２は、位置感知検出器４２１に接続されるように示され、内側基板部ＩＢＰ３は、位置感知検出器４２７に接続されるように示される。以下により詳細に説明するように、剛性フレックス回路要素４９１の様々な基板部ＢＰ（例えば、以下に説明する内側基板部ＩＢＰと外側基板部ＥＢＰ）は、様々な回路部分と他の構成要素（例えば、図２のローカル信号処理及び制御回路及びルーチン部３８０のものなど）とを備えることができる。例えば、内側基板部ＩＢＰ２、ＩＢＰ３は、それぞれ、位置感知検出器４２１、４２７からの位置指示信号を増幅するための（例えば、図２のアナログ増幅器及び処理部３８１の一部として）増幅器を備えることができる。

図３Ｂは、図３Ａのスタイラス位置検出部４１１の光学検出構成体４３８を示す図である。図３Ａに関して上記で説明したように、光学検出構成体４３８の様々な構成要素は、特に指示がない限り、位置合わせフレーム４３７に対して固定されてもよい。光学検出構成体４３８は、光源構成体４１７と、ビームスプリッタ４２０と、誘導部４３５と、位置感知検出器４２１、４２７と、を備える。図示されるように、光源構成体４１７は、光源４１８（例えば、ＬＥＤ光源）を備え、いくつかの実施形態では（例えば、コリメートレンズ４１８'を使用して）、平行化されたまたはほぼ平行化された光ビーム４１９を提供するように構成することができる。ビームスプリッタ４２０（例えば、偏光ビームスプリッタ）は、光ビーム４１９を受け取り、光源光路４２３、４２９に沿った光源光ビームに分割する。代替の実施形態では、複数の光源を含む光源構成体を利用することができ、ビームスプリッタは光を複数の経路に分割するのに必要ないかもしれない。

位置感知検出器４２１は、表面平面を有する光検出器４２２を備える。図示の実施形態では、ビームスプリッタ４２０を透過したビームは、光源光路４２３に沿って軸方向に沿って位置指示要素４１６に進み、そこで反射される。図示のように、光ビームは、測定光路４２３'に沿って凹面の位置指示要素４１６によって反射され、光軸に垂直な方向に沿って光の少なくとも一部を光検出器４２２の表面上の位置に反射するビームスプリッタ４２０のビームスプリッタ表面（偏光ビームスプリッタであってもよい）に向かって戻る。ここで、光検出器４２２は、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向とに沿ったスポット位置に関連する信号を提供する既知のタイプのものでもよい。

ビームスプリッタ４２０が偏光ビームスプリッタである場合、１／４波長板４３３はビーム分割面と位置指示要素４１６との間の光源光路の一部に沿って配置されてもよい。１／４波長板４３３は、既知の方法によって、ビームスプリッタからの直線偏光を円偏光に変更する。位置指示要素４１６から反射された光ビームは、１／４波長板４３３を通って戻り、偏光ビームスプリッタ４２０が光のすべてまたは大部分を光検出器４２２に向けて反射するような回転偏光で再び直線偏光になる。そのような偏向ビームスプリッタ構成体は、光源４１８を反射光から分離し、非偏光ビームスプリッタ構成体と比較してスタイラス位置検出の電力効率を大幅に改善することができる。

図示のように、位置感知検出器４２７は、光検出器４２２の表面平面にほぼ平行な表面平面を有する光検出器４２８を備える。図示の実施形態では、分割光ビームは誘導部４３５（例えば、屋根型（a roof）プリズムの構成又は二面角（dihedral）のプリズムの構成）を通り、位置指示要素４２６（例えば、円形レンズまたは円柱レンズ）に向かって、そして、それを通り、光源光路４２９に沿ってビームスプリッタ４２０から反射される。位置指示要素４２６は軸方向を横切って向けられる光源光路４２９の一部に沿って延在するその光軸に配置され、位置指示要素４２６は光検出器４２８の表面平面上の位置に向けて測定光路４２９'に沿って透過光を向ける。なお、光検出器４２８は、Ｚ軸方向に沿ったスポット位置に関連する信号を提供する既知のタイプのものとすることができる。

位置指示要素４２６は、スタイラス懸架部の移動部材（例えば、図３Ａを参照して前述した移動部材４１２）に結合されている。一実施形態では、位置指示要素４２６と位置指示要素４１６とは両方とも、移動部材に結合されたブラケット４３２に取り付けられている。移動部材の軸方向移動により、位置指示要素４２６は、光源光路４２９を横切り、その光軸を横切る軸方向に沿って（例えば、ほぼＺ軸方向に沿って）移動する。この並進移動で、入力の光源光路４２９に対して位置指示要素４２６が再配置される。位置指示要素４２６のレンズ形状により、透過光はそのデフレクター４２６の光軸からの距離の関数として測定光路４２９'を屈折または偏向する。したがって、光検出器４２８上に結果として生じるスポットの位置は、位置指示要素４２６とそれが取り付けられている移動部材４１２の軸方向移動を示している。

同様に、移動部材４１２の回転移動により、位置指示要素４１６は、光源光路４２３を横断し、その光軸を横断する（例えば、Ｚ軸方向を横切る）ように移動する。この並進移動で、入力の光源光路４２３に対して位置指示要素４１６が再配置される。位置指示要素４１６の凹面により、反射光は位置指示要素４１６の光軸からの距離の関数として測定光路４２３'を偏向する。したがって、光検出器４２２上の結果として生じるスポットの位置は、位置指示要素４１６とそれが取り付けられている移動部材４１２の回転移動を示している。様々な実施形態では、位置指示要素４１６の凹面は、光検出器４２２によって検出される反射光に所望の「偏向関係」を提供するように成形されてもよい。そのような構成は様々な利点（例えば、光検出器４２２の小型化を可能にする、様々な長さのスタイラスをより広い範囲で使用できるようにするなど）を持つことができる。

先に組み込まれた '１７０公報において、より詳細に説明されるように、光検出器４２２、４２８上の結果として生じるスポットの移動と、位置指示要素４１６、４２６の回転移動及び軸方向移動との間の相関を決定／表すために、さまざまな三角法の方程式および／または他の方程式を利用することができる。したがって、様々な実施形態では、光検出器４２８からの位置指示信号に光検出器４２２からの位置指示信号を組み合わせることで、（例えば、位置合わせフレーム４３７、懸架フレーム４３９などに対して）移動部材４１２と取り付けられたスタイラス結合部４４２の位置が示される。

様々な実施形態では、位置指示要素４１６及び位置指示要素４２６のいずれか一方または両方は、スタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥ（例えば、図４Ａ、４Ｃを参照）の開口ＯＰＮを通って内側ビーム経路容積ＩＢＰＶ内に延在するように構成することができる。そのような構成において、光源光路４２３及び光源光路４２９のいずれか一方または両方、及び対応する測定光路４２３'及び測定光路４２９'のいずれか一方または両方は、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶ内にすべて含まれてもよい。いくつかの実施形態では、位置指示要素４１６及び位置指示要素４２６の一方または両方は、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶの外側に配置されてもよい。そのような構成において、光源光路４２３及び光源光路４２９の一方または両方、及び対応する測定光路４２３'及び測定光路４２９'の一方または両方は、スタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥの開口ＯＰＮを通って延在してもよい。

図４Ａ～４Ｃは、スタイラス位置検出部４１１とキャリアフレーム部４９５Ａを示す図である。図４Ａに示すように、スタイラス位置検出部４１１は、位置合わせフレーム４３７と、位置合わせフレーム４３７に一定の関係で取り付けられた光学検出構成体４３８と、を備える。より具体的には、位置合わせフレーム４３７は、（例えば、図３Ｂに関して上述したような）光学検出構成体４３８の構成要素が取り付けられる表面を備える。例えば、光源４１８、ビームスプリッタ４２０、位置感知検出器４２１及び４２７、及び誘導部４３５（例えば、屋根型（a roof）プリズムの構成又は二面角（dihedral）のプリズムの構成）はすべて、位置合わせフレーム４３７に対して一定の関係で取り付けられてもよい。上述したように、位置合わせフレーム４３７及び光学検出構成体４３８は、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶを少なくとも部分的に取り囲むように構成され、内側ビーム経路容積ＩＢＰＶへのアクセスを提供するために、スタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥに開口ＯＰＮを提供する。

以下でより詳細に説明するように、様々な実施形態では、図４Ａの位置合わせフレーム４３７は、（例えば、図４Ｃの構成に示されるように）図４Ｂのキャリアフレーム部４９５Ａに対して取り付ける、さもなければ固定することができる。キャリアフレーム部４９５Ａが位置合わせフレーム４３７に取り付けられる前に、位置合わせフレーム４３７に結合される（例えば、光学検出構成体４３８の）構成要素は位置合わせフレーム４３７内で最初に取り付けられ、位置合わせされ、調整され、および／または較正されることが望ましい場合がある。より具体的には、最初に位置合わせフレーム４３７の内側／外側部分にスペースを設けて利用し、取り付けられた構成要素がキャリアフレーム部４９５Ａを邪魔したり、そうでなければキャリアフレーム部４９５Ａに取り付けられたりしない構成要素を取り付け、位置合わせ、調整、較正などのために利用されることが望ましい場合がある。その後、図４Ｃに関して以下により詳細に説明するように、キャリアフレーム部４９５Ａを位置合わせフレーム４３７に取り付けることができる。

図４Ｂに示されるように、キャリアフレーム部４９５Ａは、（例えば、剛性フレックス回路要素４９１の様々な基板部ＢＰが嵌合され得る）キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ１～ＳＤ４上に様々な支持面ＳＲを備える。図４Ｂに示される図に関して、支持面ＳＲ１は側面ＳＤ１に示され、支持面ＳＲ２、ＳＲ５は側面ＳＤ２に示される。図５Ａ～６Ｂに関して以下により詳細に説明するように、組み立て中に、外側基板部ＥＢＰ１は支持面ＳＲ１に嵌合され、外側基板部ＥＢＰ２は支持面ＳＲ２に嵌合され、外側基板部ＥＢＰ５は支持面ＳＲ５に嵌合される。様々な実施形態では、キャリアフレーム４９５の側面ＳＤ３及びＳＤ４は、追加の支持面（例えば、図４Ｂの図では見えない支持面ＳＲ３及びＳＲ４）を備えることができ、これにそれぞれ、外側基板部ＥＢＰ３及びＥＢＰ４が嵌合されてもよい。

図４Ｂに示すように、支持面ＳＲ１及びＳＲ２は、それぞれ切り欠き部ＣＰ１及びＣＰ２を備える。図５Ａ～６Ｂに関して以下により詳細に説明するように、基板部の少なくともいくつか（例えば、基板部ＥＢＰ１及びＥＢＰ２）は、基板部の外側に配置された少なくとも１つの電子部品と、基板部の内側に配置された少なくとも１つの電子部品と、を備える。基板部がそれぞれの支持面に嵌合されるとき、基板部の内側の電子部品は、それぞれの切り欠き部を通って延在することができる。

様々な実施形態では、キャリアフレーム４９５は、組み立てプロセスの一部としてキャリアフレーム部４９５Ａに追加される追加のキャリアフレーム部を備えるように作られてもよい。例えば、図６Ｂに関して以下により詳細に説明されるように、追加のキャリアフレーム部４９５Ｂ及び４９５Ｃは、連続する層でキャリアフレーム部４９５Ａの上部ＴＰの上に追加することができる。そのような追加のキャリアフレーム部４９５Ｂ及び４９５Ｃは、Ｚ軸を横切るように向けられ、したがってＺ軸を横切るようにも向けられ得る基板部を支持する支持面ＴＳＲ１及びＴＳＲ２を備えることができる。Ｚ軸を横切るように向けられた基板部ＢＰの別の例として、組み立てプロセスの一部として、スタイラス位置検出部４１１の上面によって支持されるように、基板部は光源４１８に搭載されて取り付けられてもよい。

様々な実施形態では、キャリアフレーム部４９５Ａは、丸みを帯びた曲げ軸支持領域ＢＡＳＲを備えることができる。例えば、丸みを帯びた曲げ軸支持領域ＢＡＳＲ２は、側面ＳＤ１とＳＤ２との間の移行部分に示されており、対応して、支持面ＳＲ１とＳＲ２との間の移行部分に配置されている。さらなる例として、丸みを帯びた曲げ軸支持領域ＢＡＳＲ１及びＢＡＳＲ３が、それぞれ側面ＳＤ４とＳＤ１、及びＳＤ２とＳＤ３の間の移行部分に同様に示されている。図５Ａ～６Ｂに関して以下でより詳細に説明するように、剛性フレックス回路要素４９１は、少なくともいくつかの基板部ＢＰをキャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲに近接するように配置するために、曲げ部ＢＤで折り曲げられる際に、剛性フレックス回路要素４９１のそれぞれの曲げ部ＢＤは、それぞれの丸みを帯びた曲げ軸支持領域ＢＡＳＲに近接して配置されてもよい（例えば、周りに曲げられてもよい）。

図４Ｃは、図４Ｂのキャリアフレーム部４９５Ａに取り付けられた図４Ａの位置合わせフレーム４３７を備えるスタイラス位置検出部４１１の図である。図５Ａ～６Ｂに関して以下により詳細に説明するように、様々な実施形態では、回路基板アセンブリ４９０は、スタイラス位置検出部４１１の大部分を少なくとも部分的に取り囲むように構成され、位置合わせフレーム４３７に対して固定されたキャリアフレーム４９５でそこ（位置合わせフレーム４３７）に結合される。上述のように、一実施形態では、キャリアフレーム部４９５Ａが取り付けられる前に、（例えば、光学検出構成体４３８の）様々な構成要素が位置合わせフレーム４３７内に取り付けられ、位置合わせ、調整および／または較正などがなされてもよい。図５Ａ～６Ｂに関して以下により詳細に説明するように、様々な実施形態では、剛性フレックス回路要素４９１は、キャリアフレーム部４９５Ａが位置合わせフレーム４３７に取り付けられる前または後に、キャリアフレーム部４９５Ａに取り付けることができる。様々な実施形態では、追加のキャリアフレーム部４９５Ｂ及び４９５Ｃは、キャリアフレーム部４９５Ａが位置合わせフレーム４３７に取り付けられる前または後に、キャリアフレーム４９５を形成するようにキャリアフレーム部４９５Ａに取り付けられてもよい。様々な実施形態では、キャリアフレーム４９５が位置合わせフレーム４３７に取り付けられるとき、キャリアフレーム４９５の１つまたは複数の支持面ＳＲは位置合わせフレーム４３７の１つまたは複数の表面に接してもよい。

様々な実施形態では、キャリアフレーム４９５は、電気的短絡及び他の関連問題を回避するために、剛性フレックス回路要素４９１または他の要素上の導電要素に電子的に結合しない電気絶縁材料から構成されてもよい。加えて、キャリアフレーム４９５は、その組み立て中に金属ハウジング（例えば、図２のプローブ本体３０２の外側部分の一部として含まれるケーシング）をＣＭＭのプローブ構成体上の位置に案内し、剛性フレックス回路要素４９１上の任意の非接地導電要素と組み立てられた金属ハウジングとの間の接触を防止する一体型スペーサまたは絶縁リブの少なくとも１つをさらに備えることができる。別の例として、図４Ａ～４Ｃ、及び図６Ａに示される実施形態では、キャリアフレーム部４９５Ａ、４９５Ｂ、及び４９５Ｃは一体型スペーサとして機能し、キャリアフレーム部４９５Ａの一部は絶縁リブ４８５として機能することができる。

図５Ａ～５Ｃは、ほぼ平面に展開された形態ＰＬＮの剛性フレックス回路要素４９１を示す図である。図示されるように、剛性フレックス回路要素４９１は、それぞれの曲げ軸ＢＡを有する個々のフレキシブルな曲げ部ＢＤを備える１セットの曲げ部４９３によって結合された個々の基板部ＢＰを備える１セットの基板部４９２を備える。より具体的には、１セットの基板部４９２は、外側基板部ＥＢＰ１～ＥＢＰ６、中間基板部ＭＢＰ１、及び内側基板部ＩＢＰ１～ＩＢＰ４を備える。１セットの曲げ部４９３は、それぞれの曲げ軸ＢＡ１～ＢＡ１１を有する曲げ部ＢＤ１～ＢＤ１１を備える。

図４Ｂ及び４Ｃに関して上述したように、キャリアフレーム４９５は、１セットの基板部４９２の少なくともいくつかの基板部ＢＰに嵌合する１セットの支持面ＳＲを備える。以下により詳細に説明するように、剛性フレックス回路要素４９１は、少なくともいくつかの基板部ＢＰをキャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲに近接するように配置するために、曲げ部ＢＤで折り曲げられるように構成される。様々な実施形態では、少なくともいくつかの基板部ＢＰは、（例えば、１つまたは複数の保持要素、ボンディングなどにより）キャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲに結合されるように構成されている。様々な実施形態では、キャリアフレーム４９５は、キャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲに近接して基板部ＢＰを捕捉及び保持する基板部の保持要素ＲＥ（例えば、基板部上のタブなどの対応する保持要素ＲＥに結合するための溝部分）を備えることができる。

様々な実施形態では、少なくともいくつかの曲げ部ＢＤの曲げ軸ＢＡは、剛性フレックス回路要素４９１が（例えば、図５Ａ～５Ｃに示されるように）ほぼ平面に展開された形態ＰＬＮにあるとき、それら（曲げ部ＢＤ）の間で６０度と１２０度の間の角度を形成することができる（例えば、いくつかの構成では、少なくともいくつかの曲げ軸ＢＡは互いにほぼ直交してもよい）。図５Ａ～５Ｃの構成例では、曲げ軸ＢＡ２、ＢＡ３、ＢＡ５、ＢＡ７、ＢＡ８、ＢＡ１０、及びＢＡ１１はすべて互いにほぼ平行であり、曲げ軸ＢＡ４、ＢＡ６、ＢＡ７'、ＢＡ８'及びＢＡ９にほぼ直交している。

様々な実施形態では、１セットの基板部４９２は少なくとも１つの内側基板部ＩＢＰと少なくとも１つの外側基板部ＥＢＰを備え、剛性フレックス回路要素４９１が曲げ部ＢＤで折り曲げられたとき、少なくとも１つの内側基板部ＩＢＰはキャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲに近接して配置され、少なくとも１つの内側基板部ＩＢＰ及び少なくとも１つの外側基板部ＥＢＰは、互いにほぼ平行に配置され、少なくとも１つの内側基板部ＩＢＰ及びキャリアフレーム４９５上の対応する支持面ＳＲはもちろん、少なくとも１つの外側基板部ＥＢＰにほぼ垂直な方向に沿って少なくとも部分的に互いに重なり合う。例えば、図６Ａに関して以下により詳細に説明するように、内側基板部ＩＢＰ４と外側基板部ＥＢＰ６は、剛性フレックス回路要素４９１が曲げ部ＢＤで折り曲げられたときに、そのような基準を満たすことができる。別の例として、内側基板部ＩＢＰ２及びＩＢＰ３及び外側基板部ＥＢＰ４は、剛性フレックス回路要素４９１が曲げ部ＢＤで折り曲げられたときに、そのような基準を満たすこともできる。

様々な実施形態では、１セットの基板部４９２は、位置合わせフレーム４３７に固定される少なくとも１つの電子部品に電子的に接続する少なくとも１つのコネクタ基板部ＢＰを備える。例えば、内側基板部ＩＢＰ１は、位置合わせフレーム４３７に固定される光源４１８に電子的に接続されるコネクタ基板部として指定されてもよい。別の例として、内側基板部ＩＢＰ２、ＩＢＰ３は、位置合わせフレーム４３７に固定される位置感知検出器４２１、４２７にそれぞれ電子的に接続するコネクタ基板部として指定されてもよい。ここで、コネクタ基板部ＩＢＰ２、ＩＢＰ３は、位置感知検出器４２１、４２７からの出力を増幅する信号増幅器を備えることができる。様々な実施形態では、例えば、外側基板部ＥＢＰ５は、（例えば、組み立て完了後などの剛性フレックス回路要素４９１の外部プログラミングなどを可能にするために）その上に取り付けられたフィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡを備える。

図５Ｂ及び５Ｃは、正面図及び背面図を示し、剛性フレックス回路要素４９１の基板部ＢＰの外側及び内側を示す。図５Ｂ及び５Ｃの比較によって示されるように、少なくともいくつかの基板部ＢＰは、外側と内側の両方に電子部品を備える。図４Ｂに関して上述したように、場合によっては、基板部ＢＰがそれぞれの支持面ＳＲに嵌合されると、基板部の内側の電子部品は、キャリアフレーム４９５のそれぞれの支持面ＳＲのそれぞれの切り欠き部ＣＰを通って延在することができる。一例として、様々な実施形態では、外側基板部ＥＢＰ１は、基板部の外側に１つまたは複数の電子部品ＥＣ１及び（例えば、組み立て時に、切り欠き部ＣＰ１を通って延在するように）基板部の内側に１つまたは複数の電子部品ＩＣ１を備える。別の例として、様々な実施形態では、外側基板部ＥＢＰ２は、基板部の外側に１つまたは複数の電子部品ＥＣ２及び（例えば、組み立て時に、切り欠き部ＣＰ２を通って延在するように）基板部の内側に１つまたは複数の電子部品ＩＣ２を備える。基板部の内側の電子部品の別の例として、図５Ｃでは、内側基板部ＩＢＰ２及びＩＢＰ３は、位置感知検出器４２１及び４２７にそれぞれ接続するための内側電子コネクタＩＥＣ２、ＩＥＣ３を備えるように示されている。

図５Ｂ及び５Ｃにさらに示されるように、基板部ＢＰの少なくともいくつかは、（例えば、キャリアフレーム４９５上の対応する保持要素ＲＥに取り付けるためなどの）保持要素ＲＥを備えることができる。例えば、基板部の保持要素ＲＥがキャリアフレーム部の対応する保持要素ＲＥ（例えば、対応する形状の溝）に「スナップ（snap）」するタブを構成することができ、タブ及び溝構成体を利用することができる。別の例として、基板部ＢＰの少なくともいくつかをキャリアフレーム４９５に取り付けるために、結合機構を利用することができる。

ほぼ平面に展開された形態ＰＬＮの剛性フレックス回路要素４９１は、従来のＰＣＢ製造及び組立技術を利用して作成できることが理解されよう。加えて、剛性フレックス回路要素４９１がほぼ平面に展開された形態ＰＬＮにある間において、回路などの従来の試験を実行することができる。それから、図６Ａ及び図６Ｂに関して以下により詳細に説明するように、剛性フレックス回路要素４９１は、走査プローブ３００の一部として挿入するために折り曲げることができる。様々な実施形態では、剛性フレックス回路要素４９１の多面形状は、（例えば、直径２７．２ｍｍ内のシリンダーのように、特定の実施形態の走査プローブ３００の直径２５ｍｍから３０ｍｍ以内の）比較的コンパクトなプローブ直径の内部に一層適合可能でありながら、必要な電気部品が基板部のパネル上に収まることを可能にする。

剛性フレックス回路要素４９１の複雑な信号処理システムは、経済的な非カスタム部品を使用しながら、そのような走査プローブ内で前例のない信号処理動作の範囲を提供することができる。様々な実施形態では、剛性フレックス回路要素４９１は、（例えば、スタイラス４０６の接触部４４８の移動および／または３Ｄ位置を決定するための）位置感知検出器４２１及び４２７からの位置指示信号の処理の重要な部分またはすべてを実行することができる。一実施形態では、剛性フレックス回路要素４９１の１セットの基板部は、スタイラス４０６の接触部４４８の３Ｄ位置を決定するために、第１の位置感知検出器４２１からの位置指示信号の第１のセット及び第２の位置感知検出器４２７からの位置指示信号の第２のセットを処理する処理部分を備える。

図６Ａ及び６Ｂは、（例えば、３次元のキャリアフレーム４９５及びスタイラス位置検出部４１１の周りに取り付けられた）折り曲げられた形態ＦＬＤの剛性フレックス回路要素４９１を示す図である。折り曲げられた形態の剛性フレックス回路要素４９１の様々な基板部ＢＰの位置をよりよく示すために、キャリアフレーム４９５及びスタイラス位置検出部４１１は図６Ａには示されておらず、キャリアフレーム４９５とスタイラス位置検出部４１１を備える組み立てられた形態が図６Ｂに示されている。１つの特定の例示的な実施形態では、剛性フレックス回路要素４９１の折り曲げは、以下のシーケンスを含むことができる。

折り曲げプロセスは、（例えば、図４Ｂ及び４Ｃのキャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ１上の支持面ＳＲ１上への）外側基板部ＥＢＰ１の位置決めから開始することができる。次に、曲げ部ＢＤ２は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ２上の支持面ＳＲ２上に）外側基板部ＥＢＰ２を位置決めする一部として、曲げ軸ＢＡ２の周りで９０度曲げられてもよい。次に、曲げ部ＢＤ３は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ３上の支持面ＳＲ３上に）外側基板部ＥＢＰ３を位置決めする一部として、曲げ軸ＢＡ３の周りで９０度曲げられてもよい。次に、曲げ部ＢＤ４は、（例えば、位置合わせフレーム４３７に取り付けられた光源４１８に取り付けるために）内側基板部ＩＢＰ１を位置決めする一部として、曲げ軸ＢＡ４の周りで９０度曲げられてもよい。

既に配置されている（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ１上の支持面ＳＲ１に配置されている）外側基板部ＥＢＰ１から、曲げ部ＢＤ５は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ４上の支持面ＳＲ４に近接するように）外側基板部ＥＢＰ４を緩やかに位置決めする一部として、曲げ軸ＢＡ５の周りで９０度緩やかに曲げられてもよい。次いで、曲げ部ＢＤ６は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａのほぼ上部にあるように）内側基板部ＩＢＰ４を緩やかに位置決めする一部として曲げ軸ＢＡ６の周りに緩やかに９０度曲げられてもよい。次いで、曲げ部ＢＤ７及びＢＤ８は、（例えば、位置合わせフレーム４３７に取り付けられるように、位置感知検出器４２１及び４２７にそれぞれ取り付けのために）内側基板部ＩＢＰ２及びＩＢＰ３の位置決めの一部として、（例えば、外側基板部ＥＢＰ３の下にねじ込まれるように）それぞれの曲げ軸ＢＡ７及びＢＡ８の周りに９０度曲げられ、次いで（例えば、外側基板部ＥＢＰ４の下にねじ込まれるように）それぞれの曲げ軸ＢＡ７'及びＢＡ８'の周りに再び９０度曲げられてもよい。図６Ｂでは、位置感知検出器４２１及び４２７を位置合わせフレーム４３７に取り付けるために使用されたものとして、取り付けねじＭＳ１及びＭＳ２が示されている。次いで、外側基板部ＥＢＰ４は、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ４上の支持面ＳＲ４上に完全に位置決めする（例えば、結合する、固定する、など）ことができる。

次いで、キャリアフレーム部４９５Ｂは、キャリアフレーム部４９５Ａの上部を覆って取り付けられてもよく、Ｚ軸を横切るように向けられた上部支持面ＴＳＲ１を提供することができる。次いで、内側基板部ＩＢＰ４は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの上部に取り付けられたキャリアフレーム部４９５Ｂ上の支持面ＴＳＲ１上に固定されて）Ｚ軸を横切って向けられるように完全に位置決めされてもよい。次に、キャリアフレーム部４９５Ｃは、キャリアフレーム部４９５Ｂの上部に取り付けられ、Ｚ軸を横切るように向けられた上部支持面ＴＳＲ２を提供することができる。（例えば、キャリアフレーム部４９５Ａの側面ＳＤ１上の支持面ＳＲ１上に位置する）既に位置決めされた外側基板部ＥＢＰ１から、曲げ部ＢＤ９は、（例えば、キャリアフレーム部４９５Ｂの上部に取り付けられるように、キャリアフレーム部４９５Ｃ上の支持面ＴＳＲ２上に固定される）Ｚ軸を横切って向けられる中間基板部ＭＢＰ１を位置決めする一部として曲げ軸ＢＡ９の周りに９０度曲げられてもよい。

図６Ｂに示すように、また上述したように、一実施形態では、中間基板部ＭＢＰ１上の保持要素ＲＥ（例えば、タブ）は、キャリアフレーム部４９５Ｃ上の対応する保持要素ＲＥ（例えば、対応する溝）への取り付けに利用することができる。他の例として、結合機構、または他の取り付け構成体も、または代わりに取り付けに利用されてもよい。様々な実施形態では、他の基板部ＢＰは、対応するキャリアフレーム部４９５Ａ、４９５Ｂまたは４９５Ｃのいずれかに同様に取り付けられてもよく、キャリアフレーム部は互いに同様に取り付けられてもよいことが理解されよう。

既に位置決めされた中間基板部ＭＢＰ１から、曲げ部ＢＤ１１は、外側基板部ＥＢＰ６の位置決めの一部として曲げ軸ＢＡ１１の周りに１８０度曲げられてもよい。したがって、様々な実施形態では、基板部ＥＢＰ６、ＭＢＰ１、ＩＢＰ４、ＩＢＰ１は、（例えば、図３Ａの走査プローブ構成体の上部付近に示すように）すべてＺ軸を横切って向けられるような積層した構成体のタイプとすることができる。

様々な実施形態では、基板部ＢＰの回路／プログラミングは、基板部ＢＰが接続されている構成要素に対して特定の機能を実行することができる。例えば、外側基板部ＥＢＰ６は、走査プローブ３００に特定の通信／制御／電力接続を提供するために、走査プローブ３００に対する自動結合コネクタのタイプに対応しており、取り付けられた中間基板部ＭＢＰ１（及び他の結合された基板部）は、図２の入出力管理部３８５の特定の機能に対応する回路／プログラミングを備えることができる。内側基板部ＩＢＰ１は、光源４１８に接続することができ、外側基板部ＥＢＰ３（及び他の結合された基板部ＢＰ）は、特定の照明制御／電力機能のための回路／プログラミングを備えることができる。内側基板部ＩＢＰ２及びＩＢＰ３は、取り付けられた内側基板部ＩＢＰ４（及び他の結合した基板部）とともに、位置感知検出器４２１及び４２７の動作／信号処理に対応する回路／プログラミング（例えば、アナログ増幅器を含む）を備えることができ、図２のアナログ増幅器及び処理部３８１、および／またはプローブ信号処理部３８４の特定の機能に対応することができる。

図７は、位置合わせフレーム４３７に結合された懸架フレーム４３９を備えるスタイラス懸架部４０７の例示的な実施形態の断面を示す図である。様々な実施形態では、スタイラス懸架部４０７は、位置合わせフレーム４３７を備えるスタイラス位置検出部４１１の遠位端ＤＥに近接して配置される。様々な実施形態では、懸架フレーム４３９は、位置合わせフレーム４３７に堅固にかつ解放可能に結合される。以下により詳細に記載されるように、様々な実施形態では、懸架フレーム４３９は、回転調整可能なクランプ機構を使用して、位置合わせフレーム４３７に取り付けられる。

１つの特定の実施形態では、位置合わせフレーム４３７の底部は、懸架フレーム４３９の取り付けに利用されるＶ溝７１０を備える。より具体的には、懸架フレーム４３９に取り付けられる止めねじ７２０は、位置合わせフレーム４３７のＶ溝７１０の中まで延在している。したがって、所望の回転の向きが達成されると、止めねじ７２０を、懸架フレーム４３９を位置合わせフレーム４３７にクランプするために利用することができる。この構成により、止めねじ７２０が完全に締められていないときには、懸架フレーム４３９を位置合わせフレーム４３７に対して回転させることができ、所望の向きが達成されるまで回転の向きを調整することができる。図３Ａに関して上述したように、様々な実施形態では、位置合わせフレーム４３７に結合された構成要素（例えば、光源４１８、位置感知検出器４２１、４２７、対応する光学経路など）に対して懸架フレーム４３９に結合された構成要素（例えば、位置指示要素４１６、４２６）を適切に整列させることができるように、回転調整を実行することが望ましい場合がある。図７に示すように、位置合わせフレーム４３７へのいくつかの構成要素の取り付けの一例として、取り付けねじＭＳ１、ＭＳ１'、ＭＳ２及びＭＳ２'は、位置合わせフレーム４３７に対して位置感知検出器４２１、４２７を取り付けるために利用される。

図８は、座標測定機（ＣＭＭ）で使用するための走査プローブを組み立てるための手順８００の１つの例示的な実施形態を示す流れ図である。ブロック８１０で、剛性フレックス回路要素が折り曲げられる。ここで、剛性フレックス回路要素は、それぞれの曲げ軸を有する少なくとも３つのフレキシブルな曲げ部を備える１セットの曲げ部によって結合された少なくとも４つの基板部を備える１セットの基板部を備える。加えて、剛性フレックス回路要素は、折り曲げられる前で、剛性フレックス回路要素がほぼ平面に展開された形態にあるとき、少なくとも２つの曲げ部の曲げ軸は、それら少なくとも２つの曲げ部の間で６０度と１２０度の間の角度を形成する。

ブロック８２０で、剛性フレックス回路要素は、取り付けプロセスの一部として、１セットの基板部の少なくとも２つの基板部に嵌合する１セットの支持面を備える３次元のキャリアフレームに取り付けられる。剛性フレックス回路要素の折り曲げ工程は、少なくとも２つの基板部をキャリアフレーム上の対応する支持面に近接するように配置するために、曲げ部で折り曲げることを含む。取り付けの一部として、少なくとも２つの基板部はキャリアフレーム上の対応する支持面に取り付けられ、回路基板アセンブリはスタイラス位置検出部の大部分を少なくとも部分的に取り囲み、位置合わせフレームに対して固定されたキャリアフレームでそこ（位置合わせフレーム）に結合される。

ブロック８３０で、スタイラス位置検出部は、（例えば、回転調整可能なクランプ機構を利用して）スタイラス懸架部に結合される。様々な実施形態では、（例えば、１つまたは複数の位置指示要素を備える）スタイラス懸架部の位置合わせは、スタイラス懸架部の方向がスタイラス位置検出部に対して固定される前に（例えば、位置指示要素と連動して動作する光学検出構成体を備える）スタイラス位置検出部に対して調整することができる。例えば、そのような調整は、スタイラス位置検出部に対するスタイラス懸架部の回転方向を固定するために、（例えば、止めねじ７２０を備えたＶ溝７１０を利用して）回転調整可能なクランプ機構をクランプする前に行うことができる。

２０１７年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／５６５，９６１号の開示は、その全体が本明細書に組み込まれる。

本開示の好ましい実施形態が図示及び説明されたが、特徴及び動作のシーケンスの図示及び説明された配置の多数の変形例は、本開示に基づいて当業者には明らかであろう。本明細書に開示される原理を実施するために、様々な代替形態を使用することができる。さらに、上記の様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。本明細書で言及されるすべての米国特許及び米国特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。必要に応じてさらに実施形態を提供するために様々な特許及び出願の概念を採用して、実施形態の側面を変更することができる。

上記の詳細な説明に照らして、これらの変更及び他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、以下の請求項では、使用される用語は、請求項を明細書及び請求項に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、そのような請求項に権利される同等の全範囲に沿って可能なすべての実施形態を備えると解釈されるべきである。

Claims (17)

1. 回路を座標測定機（ＣＭＭ）のプローブに統合するためのＣＭＭのプローブ構成体において、
   位置合わせフレームと、
   前記位置合わせフレームに一定の関係で取り付けられ、少なくとも第１の光源と第１の位置感知検出器とを備える光学検出構成体と、
   を備え、前記位置合わせフレームと前記光学検出構成体とが、内側ビーム経路容積を少なくとも部分的に取り囲み、かつ前記内側ビーム経路容積へのアクセスを提供するために自身の遠位端に開口を提供するスタイラス位置検出部と、
   前記スタイラス位置検出部に一定の関係で結合する懸架フレームと、
   スタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、
   前記懸架フレームと前記スタイラス結合部とに取り付けられ、前記懸架フレームに対して前記スタイラス結合部の移動を可能にするように構成されたスタイラス移動機構と、
   前記スタイラス結合部に対して固定され、前記スタイラス結合部と共に移動し、第１の光源光路に沿って前記光源からの光を受け取り、前記第１の位置感知検出器に対して第１の測定光路に沿って第１の測定光ビームを出力するように配置され、前記第１の測定光ビームが自身の対応する移動に従って移動する第１の位置指示要素と、
   を備え、前記スタイラス位置検出部の前記遠位端に近接して配置されたスタイラス懸架部と、
   それぞれの曲げ軸を有する少なくとも３つのフレキシブルな曲げ部を備える１セットの曲げ部によって結合された少なくとも４つの基板部を備える１セットの基板部を備え、自身がほぼ平面に展開された形態にあるとき、少なくとも２つの前記曲げ部の前記曲げ軸がそれら少なくとも２つの前記曲げ部の間で６０度と１２０度の間の角度に成形される剛性フレックス回路要素と、
   前記１セットの基板部の少なくとも２つの基板部に嵌合する１セットの支持面を備え、前記剛性フレックス回路要素が少なくとも２つの前記基板部を自身上の対応する支持面に近接するように配置するために、前記曲げ部で折り曲げられるように構成された３次元のキャリアフレームと、
   を備える回路基板アセンブリと、
   を備え、少なくとも２つの前記基板部が前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面に結合されるように構成され、前記回路基板アセンブリが前記スタイラス位置検出部の大部分を少なくとも部分的に取り囲むように構成され、前記位置合わせフレームに対して固定された前記キャリアフレームで前記位置合わせフレームに結合される
   ことを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
2. 請求項１において、
   前記第１の位置指示要素は前記スタイラス位置検出部の前記遠位端の前記開口を通って前記内側ビーム経路容積内に延在するように構成され、前記第１の光源光路と前記第１の測定光路は前記内側ビーム経路容積内にすべて含まれることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
3. 請求項１において、
   前記第１の位置指示要素は前記内側ビーム経路容積の外側に配置され、前記第１の光源光路と前記第１の測定光路は前記スタイラス位置検出部の前記遠位端の前記開口を通って延在することを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
4. 請求項１において、
   少なくとも２つの前記基板部の前記曲げ軸は、前記剛性フレックス回路要素がほぼ平面
   に展開された形態であるときに、ほぼ直交しており、少なくとも２つの前記基板部は少なくとも１つの保持要素またはボンディングによって前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面に結合されるように構成され、前記キャリアフレームの１つまたは複数の支持面は前記位置合わせフレームの１つまたは複数の表面に接することを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
5. 請求項１において、
   前記１セットの基板部は、前記位置合わせフレームに固定された少なくとも１つの電子部品に電子的に接続する少なくとも１つのコネクタ基板部を備えることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
6. 請求項１において、
   前記キャリアフレームは、少なくとも１つの丸みを帯びた曲げ軸支持領域を備え、前記剛性フレックス回路要素が少なくとも２つの前記基板部を前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面に近接するように配置するために前記曲げ部で折り曲げられる際に、少なくとも１つの曲げ部は、少なくとも１つの前記曲げ軸支持領域に近接して配置されることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
7. 請求項１において、
   前記キャリアフレームは、Ｚ軸を横切るように向けられ、前記Ｚ軸を横切るように向けられた基板部を支持する少なくとも１つの支持面を備えることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
8. 請求項１において、
   前記１セットの基板部は、少なくとも１つの内側基板部と少なくとも１つの外側基板部とを備え、前記剛性フレックス回路要素が前記曲げ部で折り曲げられたとき、少なくとも１つの前記内側基板部は前記キャリアフレーム上の対応する支持面に近接して配置され、少なくとも１つの前記内側基板部及び少なくとも１つの前記外側基板部は、互いにほぼ平行に配置され、少なくとも１つの前記外側基板部、少なくとも１つの前記内側基板部、及び前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面にほぼ垂直な方向に沿って少なくとも部分的に互いに重なり合うことを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
9. 請求項１において、
   前記基板部の１つは、前記剛性フレックス回路要素へのプログラム可能なアクセスを提供するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイを備えることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
10. 請求項１において、
    前記懸架フレームは、前記位置合わせフレームに堅固にかつ解放可能に結合されることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
11. 請求項１０において、
    前記懸架フレームは、回転調整可能なクランプ機構を使用して、前記位置合わせフレームに取り付けられることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
12. 請求項１において、
    前記キャリアフレームは、電気絶縁材料からなり、組み立て中に金属ハウジングを前記ＣＭＭのプローブ構成体上の位置に案内し、前記剛性フレックス回路要素上の非接地導電要素と組み立てられた前記金属ハウジングとの間の接触を防止する一体型スペーサまたは絶縁リブの少なくとも１つを備えるＣＭＭのプローブ構成体。
13. 請求項１において、
    前記光学検出構成体は、第２の位置感知検出器を備え、
    前記スタイラス懸架部は、前記第１の位置指示要素に対して固定され、第２の光源光路に沿って前記光源からの光を受け取り、前記第２の位置感知検出器に対して第２の測定光路に沿って第２の測定光ビームを出力するように配置された第２の位置指示要素を備え、前記第２の測定光ビームは、前記第２の位置指示要素の対応する移動に従って移動し、
    前記第１及び第２の位置感知検出器は前記位置合わせフレームに固定され、前記１セットの基板部は、前記第１及び第２の位置感知検出器の少なくとも１つに電子的に接続する少なくとも１つのコネクタ基板部を備えることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
14. 請求項１３において、
    前記第１の位置指示要素及び前記第２の位置指示要素は、互いにかつ前記スタイラス結合部に堅固に結合され、前記内側ビーム経路容積内に配置されることを特徴とするＣＭＭのプローブ構成体。
15. 座標測定機（ＣＭＭ）で使用するための走査プローブを組み立てる方法であって、
    それぞれの曲げ軸を有する少なくとも３つのフレキシブルな曲げ部を備える１セットの曲げ部によって結合された少なくとも４つの基板部を備える１セットの基板部を備える剛性フレックス回路要素の折り曲げ工程であって、前記剛性フレックス回路要素が折り曲げられる前で、前記剛性フレックス回路要素がほぼ平面に展開された形態にあるとき、少なくとも２つの前記曲げ部の前記曲げ軸がそれら少なくとも２つの前記曲げ部の間で６０度と１２０度との間の角度を形成し、
    前記剛性フレックス回路要素を、取り付けの一部として、前記１セットの基板部の少なくとも２つの基板部に嵌合する支持面のセットを備える３次元のキャリアフレームに取り付ける工程であって、前記剛性フレックス回路要素を折り曲げ工程が少なくとも２つの前記基板部を前記キャリアフレーム上の対応する支持面に近接するように配置するために、前記曲げ部で折り曲げることを含み、前記取り付けの一部として、少なくとも２つの前記基板部が前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面に取り付けられ、回路基板アセンブリがスタイラス位置検出部の大部分を少なくとも部分的に取り囲み、位置合わせフレームに対して固定された前記キャリアフレームで前記位置合わせフレームに結合され、そして
    スタイラス懸架部に前記スタイラス位置検出部を結合する工程であって、
    前記スタイラス位置検出部は、
    前記位置合わせフレームと、
    前記位置合わせフレームに一定の関係で取り付けられ、少なくとも第１の光源と第１の位置感知検出器とを備える光学検出構成体と、
    を備え、前記位置合わせフレームと前記光学検出構成体とが、内側ビーム経路容積を少なくとも部分的に囲み、かつ前記内側ビーム経路容積へのアクセスを提供するために前記スタイラス位置検出部の遠位端に開口を提供し、そして
    前記スタイラス懸架部は、前記スタイラス位置検出部の前記遠位端に近接して配置され、
    前記スタイラス位置検出部と一定の関係で結合する懸架フレームと、
    スタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、
    前記懸架フレームと前記スタイラス結合部とに取り付けられ、前記懸架フレームに対して前記スタイラス結合部の移動を可能にするスタイラス移動機構と、
    前記スタイラス結合部に対して固定され、前記スタイラス結合部と共に移動し、第１の光源光路に沿って前記光源からの光を受け取り、前記第１の位置感知検出器に対して第１の測定光路に沿って第１の測定光ビームを出力するように配置され、前記第１の測定光ビームが自身の対応する移動に従って移動する第１の位置指示要素と、
    を備えることを特徴とする方法。
16. システムにおいて、
    位置合わせフレームと、
    前記位置合わせフレームに一定の関係で取り付けられ、少なくとも第１の光源構成体と第１の位置感知検出器及び第２の位置感知検出器とを備える光学検出構成体と、
    を備え、前記位置合わせフレームと前記光学検出構成体とが、内側ビーム経路容積を少なくとも部分的に取り囲み、かつ前記内側ビーム経路容積へのアクセスを提供するために自身の遠位端に開口を提供するスタイラス位置検出部と、
    前記スタイラス位置検出部に一定の関係で結合する懸架フレームと、
    ワークピースの表面に沿って走査するための接触部を有するスタイラスに堅固に結合されるように構成されたスタイラス結合部と、
    前記懸架フレームと前記スタイラス結合部とに取り付けられ、前記懸架フレームに対して前記スタイラス結合部の移動を可能にするように構成されたスタイラス移動機構と、
    前記スタイラス結合部に対して固定され、前記スタイラス結合部と共に移動し、第１の光源光路に沿って前記第１の光源構成体からの光を受け取り、前記第１の位置感知検出器に対して第１の測定光路に沿って第１の測定光ビームを出力するように配置され、前記第１の測定光ビームが自身の対応する移動に従って移動する第１の位置指示要素と、
    前記スタイラス結合部に対して固定され、前記スタイラス結合部と共に移動し、第２の光源光路に沿って前記第１の光源構成体からの光を受け取り、前記第２の位置感知検出器に対して第２の測定光路に沿って第２の測定光ビームを出力するように配置され、前記第２の測定光ビームが自身の対応する移動に従って移動する第２の位置指示要素と、
    を備え、前記スタイラス位置検出部の前記遠位端に近接して配置されたスタイラス懸架部と、
    それぞれの曲げ軸を有する少なくとも３つのフレキシブルな曲げ部を備える１セットの曲げ部によって結合された少なくとも４つの基板部を備える１セットの基板部を備える剛性フレックス回路要素と、
    前記１セットの基板部の少なくとも２つの基板部に嵌合する１セットの支持面を備え、前記剛性フレックス回路要素が少なくとも２つの前記基板部を自身上の対応する支持面に近接するように配置するために、前記曲げ部で折り曲げられるように構成された３次元のキャリアフレームと、
    を備える回路基板アセンブリと、
    を備え、少なくとも２つの前記基板部が前記キャリアフレーム上の対応する前記支持面に結合されるように構成され、前記回路基板アセンブリが前記スタイラス位置検出部の大部分を少なくとも部分的に取り囲むように構成され、前記位置合わせフレームに対して固定された前記キャリアフレームで前記位置合わせフレームに結合される走査プローブと、
    前記第１の位置感知検出器からの第１のセットの位置指示信号と、前記第２の位置感知検出器からの第２のセットの位置指示信号とを処理して、前記スタイラスの接触部の３Ｄ位置を決定する処理部と、
    を備えることを特徴とするシステム。
17. 請求項１６において、
    前記剛性フレックス回路要素の前記１セットの基板部は、前記第１の位置感知検出器からの第１のセットの位置指示信号と前記第２の位置感知検出器からの第２のセットの位置指示信号とを処理して、前記スタイラスの接触部の３Ｄ位置を決定する処理部を含むことを特徴とするシステム。

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