JP2020101521A - Inductive position detection construct for indicating stylus position of measurement device - Google Patents

Inductive position detection construct for indicating stylus position of measurement device Download PDF

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Abstract

To provide an inductive position detection construct for indicating the stylus position of a measurement device the signal/response nonlinearity, position error and signal drift of which are to be improved.SOLUTION: A stylus position detection unit 311 of a scanning probe comprises a coil substrate construct having a receive coil part 370, a field generation coil construct 360 provided with a transmit coil, and a disruptor construct 350 provided with a disruptor element 351. The coil substrate construct includes an upper rotation detection coil TRSCi and an upper axial direction detection coil construct TASCC, as well as a lower rotation detection coil BRSCi and a lower axial direction detection coil construct BASCC. A pair of disruptor elements 351 joined to a stylus 306 move along an axis Z and an X-Y direction within a movement volume. The generation coil of the coil substrate construct generates a variable magnetic flux, a coil signal indicating the position of the disruptor elements 351 and/or the stylus 306.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

関連出願への相互参照
この出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１８年１１月１日に「測定デバイスのスタイラスの位置を示すための誘導性位置検出構成体」と題されて出願された米国特許出願第１６／１７８，２９５号の一部継続出願である。 CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION This application is entitled "Inductive Positioning Configuration for Determining Stylus Position of a Measuring Device" on Nov. 1, 2018, which is incorporated herein by reference in its entirety. It is a continuation-in-part application of filed US patent application Ser. No. 16/178,295.

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で使用するための誘導性検出構成体に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to precision metrology, and more particularly to inductive sensing arrangements for use in probes used in coordinate measuring machines.

座標測定機（ＣＭＭ）は、検査されたワークピースの測定値を取得できる。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８，４３８，７４６号に記載されている１つの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、そのプローブを動かすための移動機構、およびその動き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、加工物の表面を走査することができる。 Coordinate Measuring Machines (CMMs) can obtain measurements of inspected workpieces. One exemplary prior art CMM, described in US Pat. No. 8,438,746, which is incorporated herein by reference in its entirety, includes a probe for measuring a workpiece, a probe for moving the probe. And a controller for controlling the movement thereof. A CMM with a surface scanning probe is described in US Pat. No. 7,652,275, which is incorporated herein by reference in its entirety. As disclosed therein, a mechanical contact probe or an optical probe can scan the surface of the work piece.

機械的な接触プローブを使用するＣＭＭは、米国特許第６，９７１，１８３号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、および回転移動機構を備える。軸方向移動機構は、接触部が走査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、回転部材の変位および移動部材の軸方向変位に基づいて決定される。 CMMs using mechanical contact probes are also described in US Pat. No. 6,971,183, which is incorporated herein by reference in its entirety. The probe disclosed therein comprises a stylus having a surface contact, an axial movement mechanism, and a rotational movement mechanism. The axial movement mechanism includes a movement member that allows the contact portion to move in the central axis direction (also referred to as the Z direction or the axial direction) of the scanning probe. The rotary movement mechanism includes a rotary member that enables the contact portion to move vertically in the Z direction. The axial movement mechanism is nested within the rotational movement mechanism. The position of the contact and/or the surface coordinates of the workpiece are determined based on the displacement of the rotating member and the axial displacement of the moving member.

誘導性検出技術は環境的にロバストであることが知られており、様々な望ましい検出特性を備えている。上記と同様の機械的な接触プローブにおける様々な内部要素の変位または位置を測定するために、精密ＬＶＤＴなどを使用することが知られている。ただし、ＣＭＭプローブで使用するのに十分に正確なＬＶＤＴおよびその他の既知の誘導性センサは、かなり大きく、組み込むには扱いにくい場合があり、関連する移動機構および／または変位検出器の配置は、比較的高価であり、および／または（例えば、一般的な構成および／または機構および／または検出器の不完全性などによる）様々な「クロスカップリング」誤差の影響を受けやすい。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４，８１０，９６６号（ '９６６特許）は、比較的平面的でかつ比較的経済的であって、近くにある導電性ターゲットの３次元位置を検出できる誘導性センサ構成体を開示している。しかし、'９６６特許に開示されている構成には、ＣＭＭ走査プローブでの使用にうまく適合させるための必要な精度および／またはフォームファクタを提供することに関して、いくつかの設計上の欠陥がある。つまり、'９６６特許の構成には、ＣＭＭプローブのような最新の計測機器で妥当なレベルの精度を提供するために必要な高度な機能と特徴が欠けている。ＣＭＭプローブにおいて上記で概説したような既知の誘導性検出システムの使用に関連するその他の問題には、システムの変位応答に固有の信号／応答の非線形性、完全なアセンブリとアライメントを充足しないことによる位置誤差、および機械的および電気的コンポーネントへの（温度変化などによる）環境の影響による信号ドリフトが含まれる。ＣＭＭプローブで使用するための改善された誘導性検出構成体が必要とされている（例えば、変位検出器構成体は、上記のような誤差の影響を受けにくく、および／または比較的安価であるなど）。 Inductive detection techniques are known to be environmentally robust and have various desirable detection properties. It is known to use precision LVDTs or the like to measure the displacement or position of various internal elements in mechanical contact probes similar to those described above. However, LVDTs and other known inductive sensors that are accurate enough to be used in CMM probes can be quite large and cumbersome to incorporate, and the placement of the associated moving mechanism and/or displacement detectors can be It is relatively expensive and/or susceptible to various “cross-coupling” errors (eg, due to common configurations and/or mechanisms and/or detector imperfections, etc.). US Pat. No. 4,810,966 (the '966 patent), which is incorporated herein by reference in its entirety, is a relatively planar and relatively economical three-dimensional array of nearby conductive targets. Disclosed is an inductive sensor arrangement capable of detecting position. However, the configuration disclosed in the '966 patent has some design deficiencies with respect to providing the necessary accuracy and/or form factor to be successfully adapted for use with CMM scanning probes. That is, the configuration of the '966 patent lacks the advanced functionality and features required to provide reasonable levels of accuracy with modern metrology equipment such as CMM probes. Other problems associated with the use of known inductive detection systems as outlined above in CMM probes are due to signal/response non-linearities inherent in the displacement response of the system, lack of perfect assembly and alignment. Included are position errors and signal drift due to environmental influences (such as temperature changes) on mechanical and electrical components. There is a need for improved inductive detection structures for use in CMM probes (eg, displacement detector structures are less susceptible to such errors and/or are relatively inexpensive). Such).

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。 This summary is provided to introduce, in a simplified form, excerpts of concepts that are further described in the Detailed Description of the Invention below. This summary is not intended to identify key features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used as an aid in determining the scope of the claimed subject matter.

３軸で応答する走査プローブは、測定機（ＣＭＭなど）で使用するために提供されている。走査プローブは、スタイラス懸架部と、スタイラス位置検出部と、信号処理および制御回路と、を備える。スタイラス懸架部は、走査プローブのフレームに結合され、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、軸方向に沿ってスタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りのスタイラス結合部の回転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、を備える。スタイラス位置検出部は、誘導性検出原理に基づいており、受信コイル部、ディスラプター構成体、および場生成コイル構成体を備えている。 A scanning probe that responds with three axes is provided for use with a measuring machine (such as a CMM). The scanning probe includes a stylus suspension unit, a stylus position detection unit, and a signal processing and control circuit. The stylus suspension is coupled to the frame of the scanning probe and is configured to be rigidly coupled to the stylus, along with axial movement of the stylus coupling along the axial direction and stylus about the center of rotation. A stylus movement mechanism configured to allow rotational movement of the coupling. The stylus position detector is based on the inductive detection principle and comprises a receiver coil unit, a disruptor structure and a field generating coil structure.

受信コイル部は、Ｎ個の上部回転検出コイル（ＴＲＳＣ）と上部軸方向検出コイル構成体（ＴＡＳＣＣ）とを備える平面状の上部コイル基板と、Ｎ個の下部回転検出コイル（ＢＲＳＣ）と下部軸方向検出コイル構成体（ＢＡＳＣＣ）とを備える平面状の下部コイル基板と、を備えることができる。なお、Ｎは、少なくとも３の整数である。上部コイル基板と下部コイル基板は、スタイラス懸架部により近い下部コイル基板で、走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられる。上部および下部コイル基板は、名目上互いに平行であり、名目上中心軸に直交することができ、中心軸に沿って間隔を空けて配置され、それらの間にディスラプター移動ボリュームが配置されている。なお、「名目上」は、「nominally」の和訳であり、「公称上、名義上、形式上、設計上」などの意味であってもよい。 The reception coil unit includes a planar upper coil substrate including N upper rotation detection coils (TRSC) and an upper axial detection coil structure (TASCC), N lower rotation detection coils (BRSC) and a lower shaft. A planar lower coil substrate including a direction detection coil structure (BASCC). Note that N is an integer of at least 3. The upper coil substrate and the lower coil substrate are lower coil substrates that are closer to the stylus suspension and are attached to the frame of the scanning probe in a fixed relationship. The upper and lower coil substrates are nominally parallel to each other and can be nominally orthogonal to the central axis and are spaced along the central axis with a disruptor displacement volume disposed therebetween. .. It should be noted that "nominal" is a Japanese translation of "nominally" and may mean "nominal, nominal, formal, design" or the like.

ディスラプター構成体は、ディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループを備えるディスラプター要素を備える。ディスラプター要素は、上部コイル基板と下部コイル基板との間のディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、結合構成体によってスタイラス懸架部に結合される。ディスラプター要素は、スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向にほぼ直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ったそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動するとして説明することができる。 The disruptor structure comprises a disruptor element comprising conductive plates or conductive loops that provide a disruptor region. The disruptor element is located along the central axis of the disruptor displacement volume between the upper coil substrate and the lower coil substrate and is coupled to the stylus suspension by a coupling arrangement. The disruptor element moves within the disruptor displacement volume relative to the undeflected position in response to deflection of the stylus suspension. The disruptor element has an operational movement range +/-Rz along the axial direction according to the axial movement, and a respective operational movement range along the orthogonal X and Y directions substantially orthogonal to the axial direction according to the rotational movement +. It can be described as traveling over /-Rx and +/-Ry.

場生成コイル構成体は、少なくとも、ディスラプター移動ボリュームに近接して配置され、名目上平面で中心軸に直交する第１の場生成コイルを備える。第１の場生成コイルは、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影に、ディスラプター領域と上部および下部コイル基板上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのコイル領域とを提供する導電性プレートまたはループが包含されるように構成されている。場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内にほぼ軸方向に沿って変動磁束を生成するように構成されている。 The field generating coil arrangement comprises at least a first field generating coil disposed proximate to the disruptor displacement volume and nominally orthogonal to the central axis in the plane. The first field generating coil is a projection of the coil area of the first field generating coil along the axial direction, and a coil of all rotating and axial detecting coils arranged on the disrupter area and the upper and lower coil substrates. And conductive plates or loops that provide areas and are included. The field generating coil arrangement is configured to generate a varying magnetic flux substantially axially within the disruptor displacement volume in response to the coil drive signal.

信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、上部および下部コイル基板上に配置されたそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える受信コイル部から信号を入力するように構成されている。さらに、信号処理および制御回路は、走査プローブのフレームまたはハウジングに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。 Signal processing and control circuitry is operably connected to the coils of the stylus position detector to provide a coil drive signal, provided by respective rotational and axial detection coils disposed on the upper and lower coil substrates. It is configured to input a signal from the receiving coil unit having each signal component. Further, the signal processing and control circuitry is configured to output a signal indicative of the axial and rotational position of at least one of the disrupter element or stylus relative to the frame or housing of the scanning probe.

スタイラス位置検出部の特に有利な構成は、本明細書に開示されており、１）上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。なお、ｉは、１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスである。２）受信コイル部とディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡと下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、重複領域ＴＡＳＯＡとＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。３）受信コイル部およびディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉを提供するように構成される。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙの任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。 A particularly advantageous configuration of the stylus position detector is disclosed herein: 1) The projection of the disruptor element along the axial direction through the inner coil region of the upper axial detection coil arrangement is the upper axial direction. The projection of the disruptor element along the axial direction defining the detection overlap area TASOA and passing through the inner coil area of the lower axial detection coil arrangement defines the lower axial detection overlap area BASOA and any respective upper rotations. The projection of the disruptor elements along the axial direction through the inner coil area of the detection coil TRSCi defines the respective upper rotating coil detection overlap area TRSCOAi, and the axis passing through the inner coil area of any respective lower rotating detection coil BRSCi. The projection of the disruptor elements along the direction defines the respective lower rotary coil detection overlap area BRSCOAi. Note that i is an individual coil identification index in the range of 1 to N. 2) The receiving coil unit and the disrupter element are configured to provide an upper axial detection overlap area TASOA and a lower axial detection overlap area BASOA, and the respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA are within the movement range +/-. The position of the disruptor element within -Rz, +/-Rx, and +/-Ry is unchanged or independent of its position. 3) The receive coil section and the disruptor element are configured to provide N complementary pairs CPi of rotation detection coils, each comprising an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi. Where the overlap associated with the displacement increment of the disruptor element, for any complementary pair CPi to the displacement increment of any disruptor element in the operating travel ranges +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. The magnitude of change in regions TRSCOAi and BRSCOAi is nominally the same in their complementary pairs.

このような構成は、本明細書で開示する原理によれば、誘導性検出に基づく既知の経済的な３次元位置インジケータにおいて位置決定の精度を制限する特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して特に有利な信号成分を提供することができる。 Such an arrangement, in accordance with the principles disclosed herein, provides certain signal errors and/or signal cross-couplings that limit the accuracy of position determination in known economical three-dimensional position indicators based on inductive detection. Signal components can be provided which are particularly advantageous for error removal or correction.

いくつかの実施形態では、受信コイル部とディスラプター要素は、さらに、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉおよび任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター領域の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ、ＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように構成されている。いくつかのそのような実施形態では、受信コイル部は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が軸方向に沿って投影されたときに名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように構成される。他のそのような実施形態では、受信コイル部は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が、それらの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置で一致するように中心軸の周りで回転したときに名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように構成される。 In some embodiments, the receive coil portion and the disruptor element further comprise any complementary pair CPi and any disruptor element within the operating range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. With respect to the displacement increment, both the magnitude and the sign of the change of the overlap region TRSCOAi, BRSCOAi associated with the displacement increment of the disrupter region are configured to be the same in its complementary pair. In some such embodiments, the receive coil portion is characterized in that the shapes of the inner regions of the upper rotation detection coil TRSCi and the lower rotation detection coil BRSCi nominally match when projected along the axial direction. Each complementary pair CPi is configured to include an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi that operate. In another such embodiment, the receive coil portion is such that the shapes of the inner regions of the upper rotation detection coil TRSCi and the lower rotation detection coil BRSCi are matched such that one of these shapes is angular about the central axis of the other. Each complementary pair CPi is provided with an upper rotation detecting coil TRSCi and a lower rotation detecting coil BRSCi which are nominally matched when rotated about the central axis.

様々な実施形態では、受信コイル部およびディスラプター要素は、ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の直線側辺のそれぞれがそのそれぞれの相補対の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように構成されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝３であり、少なくともＮ個の直線側辺は、正三角形の辺に平行に配置された３つの辺を備える。他のそのような実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。 In various embodiments, the receive coil portion and the disruptor element are such that the disruptor element comprises at least N straight sides, and for any respective complementary pair CPi, each of the straight sides of the disruptor element is It may be configured to traverse both its respective complementary pair of upper rotation detecting coil TRSCi and lower rotation detecting coil BRSCi. In some such embodiments, N=3 and the at least N straight sides comprise three sides arranged parallel to the sides of the equilateral triangle. In other such embodiments, N=4 and the at least N straight sides comprise four sides arranged parallel to the sides of the rectangle or square.

いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの組み合わせを備えることができ、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって変化する場合でも、その合計は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの組み合わせを備えることができ、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって変化する場合でも、その合計は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。 In some embodiments, the upper axial sensing coil arrangement may comprise a combination of N upper rotational sensing coils and the upper axial sensing overlap area TASOA is associated with the N upper rotational sensing coils. It comprises the sum of the individual overlapping areas TRSCOAi. Here, even if the individual overlapping regions TRSCOAi that constitute it vary depending on the position of the disruptor element, the total thereof is the disrupter elements within the movement range +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry. Does not change or does not depend on that position. Similarly, the lower axial sensing coil arrangement may comprise a combination of N lower rotational sensing coils, and the lower axial sensing overlapping area BASOA is a separate overlapping area associated with the N lower rotational sensing coils. With the sum of BRSCOAi. Here, even if the individual overlapping regions BRSCOAi that make up vary depending on the position of the disruptor element, the sum of them is the disrupter element within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Does not change or does not depend on that position.

いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とする。ここで、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置によっては変化しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルとディスラプター要素は、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素より小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とする。ここで、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置によっては変化しない。いくつかのそのような実施形態では、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルは中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。いくつかの実施形態では、上部および下部軸方向検出コイルは、次のように構成することができる（例えば、特定の望ましい特性を持つ軸方向位置信号成分を提供するため）。上部および下部軸方向検出コイルは、中心軸と同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義にされた軸方向検出コイル内接シリンダーを定義することができる。ディスラプター内接シリンダーは、中心軸と同心で、ディスラプター要素のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義することができる。様々な実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍であることが望ましいかもしれない（必須ではない）。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．２または少なくとも１．５倍であることが望ましいかもしれない（必須ではない）。 In some embodiments, the upper axial sensing coil arrangement is not one of the N upper rotational sensing coils, but at least one upper axial sensing coil located closer to the central axis than the upper rotational sensing coils. A coil can be included. And, the at least one upper axial detection coil and the disruptor element have at least one upper axial detection coil having a smaller internal coil area than the disruptor element, and the projection of the disruptor element along the axial direction operates. It is characterized in that it completely fills the internal coil area of at least one upper axial detection coil for any position of the disruptor element within the range of movement +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Here, the upper axial direction detection overlapping area TASOA does not change depending on the position of the disruptor element. Similarly, the lower axial detection coil arrangement comprises at least one lower axial detection coil arranged closer to the central axis than the lower rotational detection coil, rather than one of the N lower rotational detection coils. You can And at least one lower axial detection coil and disruptor element has at least one lower axial detection coil having an inner coil area smaller than the disruptor element, such that the projection of the disruptor element along the axial direction moves It is characterized in that it completely fills the internal coil area of at least one lower axial detection coil for any position of the disruptor element within the range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Here, the lower axial direction detection overlap area BASOA does not change depending on the position of the disruptor element. In some such embodiments, the at least one upper axial sense coil comprises a single upper axial sense coil at least partially surrounding the central axis, and the at least one lower axial sense coil is central. A single lower axial sensing coil is provided that at least partially surrounds the shaft. In some embodiments, the upper and lower axial sense coils can be configured as follows (eg, to provide an axial position signal component with certain desirable characteristics). The upper and lower axial detection coils are axial detection coil inscribed cylinders that are concentric with the central axis and have a radius that is the maximum radius that can be inscribed within the edges of the upper and lower axial detection coils. Can be defined. The disruptor inscribed cylinder can be defined to have a radius that is concentric with the central axis and that is the largest radius that can be inscribed within the edge of the disruptor element. In various embodiments, it may be desirable (but not required) that the radius of the disrupter inscribed cylinder be at least 1.1 times the radius of the axial sensing coil area inscribed cylinder. In some embodiments, it may be desirable (but not required) that the radius of the disrupter inscribed cylinder be at least 1.2 or at least 1.5 times the radius of the axial sensing coil area inscribed cylinder. ..

いくつかの実施態では、更に、少なくとも１つの相補対ＣＰｉおよび動作動作範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、その相補対では反対であるように、受信コイル部およびディスラプター要素は構成されている。そのような実施形態は、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号がその相補対では同じである実施形態と比較して、いくつかの不利な点がある。しかしながら、適切な信号処理により、そのような実施形態は、既知の誘導性検出構成体と比較して、走査プローブで使用するための特定の利点を依然として提供することができる。いくつかのそのような実施形態では、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉのうちの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように、中心軸の周りにオフセット角度で回転されて、軸方向に沿って投影された場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致するように特徴づけられた上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部は構成されてもよい。いくつかのそのような実施形態では、ディスラプター要素は、少なくともＮ対の平行な直線側辺を備えてもよく、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、一対の平行な直線側辺の第１のものが上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、その一対の平行な直線側辺の第２のものがそれぞれの相補対ＣＰｉの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝３であり、Ｎ対の平行な直線側辺は、正六角形の辺に平行に配置される。 In some embodiments, the disrupter is further provided for at least one complementary pair CPi and displacement increments of any disruptor element within the working operating range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. The receive coil section and disruptor element are configured such that the signs of the changes in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the element displacement increments are opposite in their complementary pairs. Such an embodiment has some disadvantages compared to an embodiment in which the sign of the change in the overlap region TRSCOAi and BRSCOAi associated with the disrupter displacement increment is the same in its complementary pair. However, with proper signal processing, such embodiments may still provide certain advantages for use in scanning probes as compared to known inductive detection constructs. In some such embodiments, an offset angle about the central axis is such that the shape of one of the upper rotation detecting coil TRSCi and the lower rotation detecting coil BRSCi matches the angular position of the other about the central axis. Each complementary pair CPi includes an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi which are characterized in that the shapes of their internal regions are nominally matched when they are rotated by the projection direction along the axial direction. The receive coil unit may be configured to include. In some such embodiments, the disruptor element may comprise at least N pairs of parallel straight sides, and for any respective complementary pair CPi, a pair of parallel straight sides. One of them crosses the upper rotation detection coil TRSCi, and the second of the pair of parallel straight sides crosses the lower rotation detection coil BRSCi of each complementary pair CPi. In some such embodiments, N=3 and the N pairs of parallel straight sides are arranged parallel to the sides of the regular hexagon.

様々な実施形態において、移動部材はディスラプター要素およびスタイラス結合部に結合され、移動部材は中心軸に沿って下部コイル基板に配置された穴を通り、ほぼ中心軸に沿って延在する。 In various embodiments, the moving member is coupled to the disrupter element and the stylus joint, the moving member extending along a central axis through a hole disposed in the lower coil substrate and generally along the central axis.

様々な実施形態において、場生成コイル構成体は、ａ）ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、またはｂ）中心軸に沿ってディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイルのうちの１つを備える。 In various embodiments, the field-generating coil arrangement is a) a single planar field-generating coil that is located approximately in the mid-plane of the disruptor moving volume and is nominally perpendicular to the central axis in the plane, or b) the center. Included is one of a pair of planar field-generating coils disposed along the axis approximately equidistant from the midplane of the disruptor displacement volume and nominally in the plane orthogonal to the central axis.

様々な実施形態では、受信コイル部は、Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体を備えるコイル基板構成体の第１基板部と、Ｎ個の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体を備えるコイル基板構成体の第２基板部と、を備えることができる。なお、Ｎは少なくとも３の整数である。 In various embodiments, the receive coil portion includes a first substrate portion of a coil substrate assembly that includes N upper rotation detection coils and an upper axial direction detection coil assembly, N lower rotation detection coils and a lower axial direction. A second substrate portion of the coil substrate structure including the detection coil structure. Note that N is an integer of at least 3.

場生成コイル構成体は、コイル基板構成体の第１基板部と第２基板部との間に配置される中央基板部の少なくとも第１の場生成コイル構成体を備えることができる。 The field generating coil arrangement may comprise at least a first field generating coil arrangement of the central substrate portion arranged between the first substrate portion and the second substrate portion of the coil substrate arrangement.

コイル基板構成体は、互いに名目上平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体の第１、第２および中央基板部を有し、スタイラス懸架部により近いコイル基板構成体の第２基板部で走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられてもよい。 The coil substrate assembly has first, second and central substrate portions of the coil substrate assembly that are nominally parallel to each other and are nominally orthogonal to the central axis, and the coil substrate assembly second substrate is closer to the stylus suspension. It may be attached in fixed relation to the frame of the scanning probe in part.

ディスラプター構成体は第１および第２のディスラプター要素を備え、それぞれはディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備え、ディスラプター要素はコイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置されている。ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係でスタイラス懸架部に結合される。ディスラプター要素は、スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿ってそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動する。 The disruptor structure comprises first and second disruptor elements, each comprising at least one of a conductive plate or a conductive loop providing a disruptor region, the disruptor element being opposite the coil substrate structure. It is located along the central axis of the disruptor movement volume that extends to. The disruptor elements are coupled to the stylus suspension in a fixed relationship to each other by a coupling arrangement. The disruptor element moves within the disruptor displacement volume relative to the undeflected position in response to deflection of the stylus suspension. The disruptor element has a movement range +/-Rz along the axial direction according to the axial movement, and a movement range along each orthogonal X and Y directions orthogonal to the axial direction according to the rotational movement. Move over +/−Rx and +/−Ry.

様々な実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域およびコイル領域を提供する導電性プレート、ループ、スパイラルなどのすべてまたは少なくとも一部を包含することができる。場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内でほぼ軸方向に沿った変動磁束を生成することができる。様々な実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域は、コイル基板構成体上に配置された回転および軸方向検出コイルのコイル領域をほとんどまたは全く含まない場合がある。様々な実施形態では、コイル基板構成体上に配置された回転および軸方向検出コイルのサイズおよび形状は、回転および軸方向検出コイルに到達するディスラプター領域から生成される磁場の部分に少なくとも部分的に基づいて構成することができる。様々な実施形態では、回転および軸方向検出コイルに到達するディスラプター領域によって生成される磁場の部分は、ディスラプター領域と回転および軸方向検出コイルとの間の距離に応じて、（例えば、磁場の部分はより大きく、よりガウス分布のように）ディスラプター領域とは異なるサイズ／形状を有することができる。 In various embodiments, the projection of the coil area of the first field generating coil along the axial direction provides the disruptor area and coil area of all rotational and axial sensing coils disposed on the coil substrate structure. All or at least some of the conductive plates, loops, spirals, etc., can be included. The field generating coil arrangement may generate a varying magnetic flux substantially axially within the disruptor displacement volume in response to the coil drive signal. In various embodiments, the coil area of the first field generating coil along the axial direction may include little or no coil area of the rotating and axial sensing coils disposed on the coil substrate construction. In various embodiments, the size and shape of the rotational and axial sensing coils disposed on the coil substrate construction is at least partially the portion of the magnetic field generated from the disruptor region that reaches the rotational and axial sensing coils. Can be configured based on. In various embodiments, the portion of the magnetic field generated by the disruptor region that reaches the rotation and axial detection coils depends on the distance between the disruptor region and the rotation and axial detection coils (e.g., the magnetic field). The portion of is larger and can have a different size/shape from the disruptor region (like a Gaussian distribution).

信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するように、スタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも１つの軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。 A signal processing and control circuit is operably connected to the coils of the stylus position detector to provide a coil drive signal, and respective signal components provided by respective rotation and axial detection coils of the coil substrate structure. Is configured to receive a signal from a coil substrate assembly comprising and to output a signal indicative of at least one axial and rotational position of the disruptor element or stylus relative to the frame of the scanning probe.

スタイラス位置検出部の特に有利な構成は、本明細書に開示されており、上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義しており、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義しており、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義しており、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。なお、ここでｉは個別のコイル識別インデックスであり、範囲は１〜Ｎである。 A particularly advantageous configuration of the stylus position detector is disclosed herein, wherein the projection of the first disruptor element along the axial direction through the internal coil region of the upper axial detection coil arrangement is the upper axis. The direction detection overlap area TASOA is defined, and the projection of the second disruptor element along the axial direction through the inner coil area of the lower axial detection coil structure defines the lower axial detection overlap area BASOA. And the projection of the first disruptor element along the axial direction through the internal coil area of any respective upper rotation detection coil TRSCi defines a respective upper rotation coil detection overlap area TRSCOAi, The projection of the second disruptor element along the axial direction through the inner coil region of the lower rotation detection coil BRSCi defines the respective lower rotation coil detection overlap region BRSCOAi. Here, i is an individual coil identification index, and the range is 1 to N.

コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成されてもよく、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないかのうちの少なくとも１つである。また、コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉを提供するように構成されてもよく、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−／Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分の相補対ＣＰｉについて、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、名目上その相補対において同一である。様々な実施形態では、回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉは、位置情報に関連しない信号オフセットを除去するために利用することができる。様々な代替実施形態では、対で配置されないＮ個の回転検出コイルを利用することができ、信号オフセットを信号処理および制御回路、および／または他の電子手段によって差し引くことができる。 The coil substrate structure and the disrupter element may be configured to provide an upper axially sensed overlap area TASOA and a lower axially sensed overlap area BASOA, wherein the respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA are within a range of motion travel. The position of the disruptor element within +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry is at least one of unchanged or independent of that position. The coil substrate structure and the disruptor element may also be configured to provide N complementary pairs CPi of rotation detection coils, each comprising an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi, and a range of motion travel. For a complementary pair CPi of displacement increments of any disruptor element within +/−Rz, +/−/Rx, and +/−Ry, the magnitude of change in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the displacement increment of the disruptor element. Is nominally the same in its complementary pair. In various embodiments, the N complementary pairs of rotation detection coils CPi can be utilized to remove signal offsets that are not related to position information. Various alternative embodiments may utilize N unpaired rotation detection coils and signal offsets may be subtracted by signal processing and control circuitry, and/or other electronic means.

いくつかの実施形態では、受信コイルが場生成コイルに近接しているため、非接続のビア／パッドを追加して、（例えば、送信機と受信機のリードなどのための）接続トレースまたは他の要素によって生成される可能性のあるオフセットのバランスをとることができる。例示的な例として、特定の実施形態では、（例えば、接続トレース用の）いくつかのビア／パッドは、対称的な受信機コイル（例えば、第２の対称的に反対側にある上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ）がそのようなビア／パッドを備えずに、１つのコイル（例えば、第１の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ）内に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、そのようなトレース／ビア／パッドは、対象にされなければ信号オフセットとなり、受信コイルへの磁場を減少させる可能性がある。いくつかの実施形態では、そのようなオフセットは、非接続のビア／パッドで対称的な受信機コイル内のそのような機能を反映すること(mirroring)により対処することができる。例えば、一実施形態では、非接続のビア／パッドを対称のコイル内に追加することができ、それぞれが対応する接続されたビア／パッドを反映／対称であってもよい。 In some embodiments, the receive coil is in close proximity to the field generating coil, so additional unconnected vias/pads may be added to connect traces (eg, for transmitter and receiver leads) or other The offsets that can be produced by the elements of As an illustrative example, in certain embodiments, some vias/pads (eg, for connection traces) may have symmetrical receiver coils (eg, a second symmetrically opposite upper rotation sense). The coil TRSCi) may be included in one coil (eg, the first upper rotation detection coil TRSCi) without such a via/pad. In some embodiments, such traces/vias/pads can result in signal offsets if not targeted and reduce the magnetic field to the receive coil. In some embodiments, such offsets can be addressed by mirroring such functionality within the receiver coil symmetrical with unconnected vias/pads. For example, in one embodiment, unconnected vias/pads can be added in symmetrical coils, each of which may mirror/symmetrical to the corresponding connected via/pad.

いくつかの実施形態では、システムは、本明細書に開示されるような走査プローブ、駆動機構、および駆動機構を走査プローブに結合するように構成された取付部を備える。いくつかの実施形態では、システムは、駆動機構の移動を制御するモーションコントローラを備えている。 In some embodiments, the system comprises a scanning probe as disclosed herein, a drive mechanism, and a mount configured to couple the drive mechanism to the scan probe. In some embodiments, the system comprises a motion controller that controls movement of the drive mechanism.

いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に開示される走査プローブをワークピースの表面に沿って移動させる工程と、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動する際に走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、を含む。 In some embodiments, a method includes moving a scanning probe disclosed herein along a surface of a workpiece, and generating by the scanning probe as the scanning probe moves along the surface of the workpiece. Generating three-dimensional position information based on the induced detection signal.

名目上平面状の検出素子を使用する既知の誘導性センサは、精密な走査プローブに適用するには不正確すぎる。対照的に、本明細書で開示および特許請求される様々な原理に従って構成される名目上平面状の検出素子を利用する誘導性センサは、ロバストな信号セットを提供し、精密走査プローブへの適用に十分な精度を提供するために使用することができる。特に、上記で概説したような実施形態および／または構成は、以前に誘導性検出に基づく既知の経済的な３次元位置インジケータにおいて位置決定の精度を制限していた特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して、特に有利な信号成分を提供することができる。本明細書で開示および特許請求される様々な原理による様々な実施形態では、様々な受信機コイルによって提供される信号成分は、それらがロバストで非常に正確な３次元位置表示を提供するために比較的高速で単純な信号処理を使用して処理されるという点で特に有利である。 Known inductive sensors that use nominally planar sensing elements are too inaccurate to be applied to precision scanning probes. In contrast, an inductive sensor utilizing a nominally planar sensing element constructed in accordance with various principles disclosed and claimed herein provides a robust signal set and application in precision scanning probes. Can be used to provide sufficient accuracy. In particular, the embodiments and/or configurations as outlined above may have certain signal errors and/or signals that previously limited the accuracy of position determination in known economical three-dimensional position indicators based on inductive detection. Particularly advantageous signal components can be provided for the removal or correction of cross-coupling errors. In various embodiments according to various principles disclosed and claimed herein, the signal components provided by the various receiver coils are such that they provide a robust and highly accurate three-dimensional position indication. It is particularly advantageous in that it is relatively fast and processed using simple signal processing.

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。FIG. 7 illustrates various exemplary components of a measurement system that includes a CMM that utilizes a scanning probe as disclosed herein. ＣＭＭに結合される走査プローブの様々な要素を示し、回転および軸方向位置信号を提供するブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing various elements of a scanning probe coupled to a CMM and providing rotational and axial position signals. スタイラスに結合されたスタイラス懸架部の第１の例示的な実施形態の一部、およ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第１の例示的な実施形態を示す図である。FIG. 3 shows a portion of a first exemplary embodiment of a stylus suspension coupled to a stylus and a first exemplary embodiment of a stylus position detector for detecting the position of the stylus suspension. .. 走査プローブの本体フレーム内に含まれる図３のスタイラス懸架部の一実施形態の断面を示す図である。FIG. 4 illustrates a cross section of one embodiment of the stylus suspension of FIG. 3 contained within the body frame of the scanning probe. 図３および図４に示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。FIG. 6 is a partial schematic isometric view of an alternative embodiment of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and 4, highlighting particular aspects in accordance with the principles disclosed herein. 図５に示されるスタイラス位置検出部の特定の要素の部分的概略等角図であり、本明細書に開示される原理による処理および制御回路の一例示的実施形態のブロック図への接続を概略的に表す。FIG. 6 is a partial schematic isometric view of certain elements of the stylus position detector shown in FIG. 5, schematically illustrating a connection to a block diagram of an exemplary embodiment of processing and control circuitry in accordance with the principles disclosed herein. Express 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。Each "four" of patterns of receive coil sections and disruptor element constructions according to the principles disclosed herein may be used in various embodiments of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and/or 4. FIG. 6 represents an embodiment of a “complementary pair”. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。Each "four" of patterns of receive coil sections and disruptor element constructions according to the principles disclosed herein may be used in various embodiments of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and/or 4. FIG. 6 represents an embodiment of a “complementary pair”. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。Each "four" of patterns of receive coil sections and disruptor element constructions according to the principles disclosed herein may be used in various embodiments of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and/or 4. FIG. 6 represents an embodiment of a “complementary pair”. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。Each "four" of patterns of receive coil sections and disruptor element constructions according to the principles disclosed herein may be used in various embodiments of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and/or 4. FIG. 6 represents an embodiment of a “complementary pair”. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「４つの相補対」の実施形態を表す図である。Each "four" of patterns of receive coil sections and disruptor element constructions according to the principles disclosed herein may be used in various embodiments of the stylus position detector shown in FIGS. 3 and/or 4. FIG. 6 represents an embodiment of a “complementary pair”. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 図３および／または図４に示されるスタイラス位置検出部の様々な実施形態で使用可能な、本明細書に開示される原理による受信コイル部およびディスラプター要素構成体のパターンのそれぞれの「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す図である。Each of the "3(' Or 6) "complementary pair" embodiment. 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一部を示す図である。FIG. 6 shows a portion of an exemplary embodiment of a stylus position detector for detecting the position of a stylus suspension. 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一部を示す図である。FIG. 6 shows a portion of an exemplary embodiment of a stylus position detector for detecting the position of a stylus suspension. 図９Ａおよび図９Ｂに示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。FIG. 10 is a partial schematic isometric view of an alternative embodiment of the stylus position detector shown in FIGS. 9A and 9B, highlighting certain aspects in accordance with the principles disclosed herein. 図１０に示されるスタイラス位置検出部の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。FIG. 11 is a partial schematic isometric view of an alternative embodiment of the stylus position detector shown in FIG. 10, highlighting certain aspects in accordance with the principles disclosed herein.

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の動き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および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、ＣＭＭ２００を手動で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を動作させ、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）および、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）を備える。 FIG. 1 is a diagram illustrating various exemplary components of a measurement system 100 that includes a CMM 200 that utilizes a scanning probe 300 as disclosed herein. The measurement system 100 includes an operation unit 110, a motion controller 115 that controls the movement of the CMM 200, a host computer 120, and the CMM 200. The operating unit 110 may include a joystick 111 coupled to the motion controller 115 for manually operating the CMM 200. The host computer 120 is coupled to the motion controller 115, operates the CMM 200, and processes the measurement data of the workpiece W. The host computer 120 includes, for example, input means 125 (for example, a keyboard) for inputting measurement conditions and output means 130 (for example, a display, a printer, etc.) for outputting measurement results.

ＣＭＭ２００は、定盤２１０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取付部２２４と、を備える。駆動機構２２０は、走査プローブ３００を３次元的に移動させるために、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸スライド機構２２２、２２１、および２２３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、これにより接触部３４８は接触部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、その位置を３方向に自由に変えることができる。 The CMM 200 includes a drive mechanism 220 arranged on the surface plate 210, and an attachment portion 224 for attaching the scanning probe 300 to the drive mechanism 220. The drive mechanism 220 includes X-axis, Y-axis, and Z-axis slide mechanisms 222, 221, and 223, respectively, for moving the scanning probe 300 three-dimensionally. The stylus 306 attached to the end of the scanning probe 300 includes a contact portion 348. As will be described in more detail below, the stylus 306 is attached to the stylus suspension of the scanning probe 300 so that the contact portion 348 can move as the contact portion 348 moves along the measurement path on the surface of the workpiece W. The position can be freely changed in three directions.

図２は、ＣＭＭ２００に結合される走査プローブ３００の様々な要素を示し、回転（例えば、Ｘ、Ｙ）および軸方向（例えば、Ｚ）位置信号を提供するブロック図である。走査プローブ３００は、スタイラス懸架部３０７およびスタイラス位置検出部３１１を組み込む（例えば、フレームを備える）プローブ本体３０２を備える（つまり、スタイラス懸架部３０７は、走査プローブ３００のフレームに結合されている）。スタイラス懸架部３０７は、スタイラス結合部３４２およびスタイラス移動機構３０９を備える。スタイラス結合部３４２は、スタイラス３０６に堅固に結合されている。スタイラス移動機構３０９は、図３と図４に対して以下でより詳細に説明されるように、軸方向に沿ってスタイラス結合部３４２および取り付けられたスタイラス３０６の軸方向運動、および回転中心の周りのスタイラス結合部３４２および取り付けられたスタイラス３０６の回転運動を可能にするように構成される。走査プローブ３００に備えられる信号処理および制御回路３８０は、以下でより詳細に説明するように、スタイラス位置検出部３１１に接続され、その動作を制御し、関連する信号処理を実行することができる。 FIG. 2 is a block diagram illustrating various elements of scanning probe 300 coupled to CMM 200 and providing rotational (eg, X, Y) and axial (eg, Z) position signals. The scanning probe 300 includes a probe body 302 that incorporates a stylus suspension 307 and a stylus position detector 311 (eg, comprises a frame) (ie, the stylus suspension 307 is coupled to the frame of the scanning probe 300). The stylus suspension unit 307 includes a stylus coupling unit 342 and a stylus moving mechanism 309. The stylus connecting portion 342 is firmly connected to the stylus 306. The stylus movement mechanism 309 includes an axial movement of the stylus coupling 342 and the attached stylus 306 along the axial direction and about the center of rotation, as described in more detail below with respect to FIGS. 3 and 4. Of stylus coupling 342 and attached stylus 306 are configured to allow rotational movement. The signal processing and control circuit 380 included in the scanning probe 300 is connected to the stylus position detector 311, and can control its operation and perform related signal processing, as described in more detail below.

図２に示すように、スタイラス位置検出部３１１は、誘導性検出原理を使用し、受信コイル部３７０、場生成コイル構成体３６０、およびディスラプター要素３５１（これは、ディスラプター構成体３５０の一部であり、いくつかの実施形態では複数の部分を備えることができる）を備える。受信コイル部３７０は、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。簡単に説明すると、移動するディスラプター要素３５１（または、より一般的には、ディスラプター構成体３５０）は、場生成コイル構成体３６０によって生成される変動磁場で位置に依存した変化を引き起こす。受信コイル部３７０は、ディスラプター要素３５１によって引き起こされた変動磁場およびそのなかの変化に応答する。特に、回転検出コイル部ＲＳＣは、例えば、図３、５、および６を参照して以下でより詳細に説明するように、対応する信号線上にスタイラス結合部３４２の回転位置（例えば、ＸおよびＹ位置信号）を示す少なくとも第１および第２の回転信号成分ＲＳｉｇｓを出力する。そして、軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、対応する信号線上にスタイラス結合部３４２の軸方向位置（例えば、Ｚ位置信号）を示す１つまたは複数の軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。様々な実施形態では、信号処理および制御回路３８０は、回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを受信し、様々な実施形態の様々なレベルの関連した信号処理を実行することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路３８０は、様々な受信コイルからの信号成分を様々な関係で結合および／または処理し、取付部２２４を介して、回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔとして所望の出力形式で結果を提供することができる。（例えば、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０などの）１つ以上の受信部は、回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔを受信することができ、接触部３４８が測定されるワークピースＷの表面に沿って移動するとき、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３次元位置を決定するために、１つ以上の関連する信号処理および制御部が利用されてもよい。 As shown in FIG. 2, the stylus position detection unit 311 uses the inductive detection principle and includes a reception coil unit 370, a field generation coil structure 360, and a disrupter element 351 (which is one of the disruptor structure 350). Part, which in some embodiments may comprise multiple parts). The reception coil unit 370 may include a rotation detection coil unit (also referred to as a rotation detection coil) RSC and an axial detection coil structure ASCC. Briefly, the moving disruptor element 351 (or more generally, the disruptor structure 350) causes a position dependent change in the varying magnetic field generated by the field generating coil structure 360. The receive coil section 370 is responsive to the varying magnetic field and changes therein caused by the disruptor element 351. In particular, the rotation detection coil portion RSC may be configured to rotate the stylus coupling portion 342 onto the corresponding signal line (e.g., X and Y) as described in more detail below with reference to FIGS. 3, 5, and 6, for example. At least first and second rotation signal components RSigs indicating a position signal) are output. Then, the axial detection coil structure ASCC outputs one or a plurality of axial signal components ASigs indicating the axial position (for example, Z position signal) of the stylus coupling portion 342 on the corresponding signal line. In various embodiments, the signal processing and control circuit 380 can receive the rotation signal component RSigs and the axial signal component ASigs and perform various levels of associated signal processing in various embodiments. For example, in one embodiment, the signal processing and control circuit 380 combines and/or processes the signal components from the various receive coils in various relationships and, via the mount 224, the rotational and axial position signal output RPSOut. And the results can be provided in the desired output format as APSOut. One or more receivers (eg, CMM 200, motion controller 115, host computer 120, etc.) can receive the rotational and axial position signal outputs RPSOut and APSOut and the workpiece W on which the contact 348 is measured. One or more associated signal processors and controls may also be utilized to determine the three-dimensional position of the stylus coupling 342 and/or the contact of the attached stylus 306 as it travels along the surface of the. Good.

図３は、スタイラス懸架部４０７および／またはスタイラス４０６の位置を検出するためのスタイラス位置検出部４１１の第１の例示的な実施形態の部分概略断面図に沿って、スタイラス４０６に結合されたスタイラス懸架部４０７の第１の例示的な実施形態の一部を示す部分概略図である（なお、スタイラス位置検出部４１１は、図３に示す如く、軸方向（Ｚ方向）に平行である中心軸ＣＡに沿って配置され、回転中心ＲＣに名目上整列している）。図３の特定の番号付けされた構成要素４ＸＸは、図２の同様に番号付けされた対応する構成要素３ＸＸに対応し、および／または同様の動作を有し、それに類似することで理解でき、そうでなければ以下で説明され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手法は、以下の図４〜８Ｆにも適用される。図３に示すように、スタイラス懸架部４０７は、スタイラス移動機構４０９およびスタイラス結合部４４２を備える。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。 FIG. 3 is a stylus coupled to the stylus 406, along with a partial schematic cross-sectional view of a first exemplary embodiment of a stylus position detector 411 for detecting the position of the stylus suspension 407 and/or the stylus 406. FIG. 4 is a partial schematic view showing a part of a first exemplary embodiment of a suspension portion 407 (note that the stylus position detection portion 411 has a central axis parallel to the axial direction (Z direction) as shown in FIG. 3). Located along the CA and nominally aligned with the center of rotation RC). It will be appreciated that certain numbered components 4XX of FIG. 3 correspond to and/or have similar behavior to, and/or have similar to, similarly numbered corresponding components 3XX of FIG. It will be appreciated that otherwise it will be explained below. This numbering approach, which indicates elements with similar design and/or functionality, also applies to FIGS. 4-8F below. As shown in FIG. 3, the stylus suspension unit 407 includes a stylus moving mechanism 409 and a stylus coupling unit 442. The stylus coupling 442 is configured to be rigidly coupled to the stylus 406 having a contact 448 for contacting the surface S of the workpiece W (not shown).

図４に関して以下により詳細に説明するように、スタイラス移動機構４０９は、走査プローブのフレームに取り付けられ、接触部４４８は、表面Ｓの形状に沿って３方向にその位置を変えることができるように、スタイラス結合部４４２および取り付けられたスタイラス４０６の軸方向移動および回転移動を可能にするように構成される。例示の目的のために、図３の紙面上の垂直および水平方向は、それぞれ、ＺおよびＹ方向として定義される。そして、紙の平面への垂直な方向は、Ｘ方向として定義される。また、軸方向として参照される走査プローブ３００の中心軸ＣＡの方向は、この図のＺ方向と一致する。 As will be described in more detail below with respect to FIG. 4, the stylus movement mechanism 409 is attached to the frame of the scanning probe and the contact portion 448 is capable of changing its position in three directions along the shape of the surface S. , Stylus coupling 442 and attached stylus 406 are configured to allow axial and rotational movement. For purposes of illustration, the vertical and horizontal directions on the page of FIG. 3 are defined as the Z and Y directions, respectively. The direction perpendicular to the plane of the paper is defined as the X direction. Further, the direction of the central axis CA of the scanning probe 300, which is referred to as the axial direction, coincides with the Z direction in this figure.

図３では、回転部材４３６、屈曲要素４４０、および回転部材４３６内に配置された移動部材４１２を備えるスタイラス移動機構４０９の回転移動部が示されている。図４において以下により詳細に説明するように、屈曲要素４４０は、回転中心ＲＣの周りで回転部材４３６の回転移動を可能にする。以下により詳細に説明するように、様々な実施形態では、回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉ（ｉは特定のコイルを識別するインデックス整数である）およびスタイラス位置検出部４１１は、ディスラプター要素４５１の回転した位置を検出することができる。そして、それにより移動部材４１２の回転した位置（例えば、ＸおよびＹ方向）を検出することができ、および軸方向検出コイル構成体（軸方向検出コイルとも呼ばれる）ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、ディスラプター要素４５１の軸方向位置を検出することができ、それにより移動部材４１２の軸方向位置（例えば、Ｚ方向）を検出することができる。 In FIG. 3, the rotational movement part of the stylus movement mechanism 409 is shown, which comprises a rotation member 436, a bending element 440 and a movement member 412 arranged in the rotation member 436. Bending element 440 allows rotational movement of rotating member 436 about center of rotation RC, as described in more detail below in FIG. As described in more detail below, in various embodiments, rotation detection coils TRSCi and BRSCi (where i is an index integer identifying a particular coil) and stylus position detector 411 rotate the disrupter element 451. The position can be detected. And, thereby, the rotated position of the moving member 412 (e.g., in the X and Y directions) can be detected, and the axial detection coil arrangement (also called axial detection coil) TASCC and BASCC are disruptor elements 451. The axial position of the moving member 412 can be detected, and thus the axial position of the moving member 412 (for example, the Z direction) can be detected.

図３に示されるように、スタイラス位置検出部４１１の第１の例示的な実施形態は、移動部材４１２に結合され、それぞれ、上部コイル基板４７１Ｔと下部コイル基板４７１Ｂとの間に配置されたディスラプター移動ボリュームＭＶ内に、走査プローブのフレーム（例えば、走査プローブ本体の部分として含まれるフレーム）に対して移動するディスラプター要素４５１（または、より一般的にはディスラプター構成体４５０）を備える。図３に示すように、移動部材４１２は、下部コイル基板（４７１Ｂ）の中心軸ＣＡに沿って配置された穴４７２を通って延び、その中を移動する（すなわち、移動部材４１２は、中心軸ＣＡに沿って下部コイル基板４７１Ｂに配置された穴４７２を通り、ほぼ中心軸ＣＡに沿って延在する）。取り付けられたディスラプター要素４５１は、スタイラス懸架部４０７および移動部材４１２の偏向に応じて、非偏向位置ＵＮＤＦに対してディスラプター移動ボリュームＭＶ内を移動する。 As shown in FIG. 3, the first exemplary embodiment of the stylus position detector 411 is coupled to the moving member 412 and is disposed between the upper coil board 471T and the lower coil board 471B, respectively. Within the raptor displacement volume MV is provided a disruptor element 451 (or more generally a disruptor structure 450) that moves relative to the frame of the scanning probe (eg the frame included as part of the scanning probe body). As shown in FIG. 3, the moving member 412 extends through a hole 472 located along the central axis CA of the lower coil substrate (471B) and moves therein (ie, the moving member 412 is a central axis). Along the CA, through the hole 472 disposed in the lower coil substrate 471B, and extending substantially along the central axis CA). The attached disruptor element 451 moves within the disruptor displacement volume MV relative to the undeflected position UNDF in response to the deflection of the stylus suspension 407 and the displacement member 412.

スタイラス位置検出部４１１の様々な他の構成要素、例えば、受信コイル部４７０および場生成コイル構成体４６０は、特に明記しない限り、フレームに対して固定することができる。図３に示す実施形態では、場生成コイル構成体４６０は、ディスラプター移動ボリュームＭＶのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する単一の平面状の場生成コイル（場生成コイル部とも呼ばれる）４６１を備える。図２を参照して先に概説したように、受信コイル部４７０は、一般に、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。回転位置検出構成体（回転検出コイル部）ＲＳＣは、一般に、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備える。図３に示す断面には、２つの上部回転検出コイルＴＲＳＣ１とＴＲＳＣ２、および２つの下部回転検出コイルＢＲＳＣ１とＢＲＳＣ２のみが示されている。これらの回転検出コイルは、Ｙ方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置を示す信号成分を提供することができる。特に、それらの信号成分は、ディスラプター要素４５１のＹ方向に沿った変位ΔＹの量に応じて変化し、したがって、変位ΔＹの量を示している。変位ΔＹは、ディスラプター要素４５１と様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉとの間の関連する「重複」の量を決定し、それによって、（結果としての信号成分を決定する）場生成コイル４６１によって生成される変動磁場への結合量を決定する。他の回転検出コイル（図示せず）は、Ｘ軸方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置を示す信号成分を提供することができる。様々な回転検出コイルの信号成分はまた、上部回転検出コイルＴＲＳＣ２に対して図３に示されるように、ディスラプター要素４５１に対するそれらの局所的な「動作ギャップ」ＯＧに対して望ましくないほど敏感でもよい。しかしながら、そのような望ましくないギャップ感度は、以下でさらに説明されるように、本明細書で開示される様々な原理に従って実質的に除去または補償することができる。 Various other components of stylus position detector 411, such as receive coil portion 470 and field generating coil arrangement 460, may be fixed relative to the frame unless otherwise noted. In the embodiment shown in FIG. 3, the field-generating coil arrangement 460 is arranged in a substantially central plane of the disrupter displacement volume MV and is a single planar field-generating coil (field 461) (also referred to as a generation coil unit). As outlined above with reference to FIG. 2, the receive coil section 470 may generally comprise a rotation detection coil section (also called a rotation detection coil) RSC and an axial detection coil arrangement ASCC. The rotation position detecting structure (rotation detecting coil unit) RSC generally includes an upper rotation detecting coil TRSCi and a lower rotation detecting coil BRSCi. In the cross section shown in FIG. 3, only two upper rotation detecting coils TRSC1 and TRSC2 and two lower rotation detecting coils BRSC1 and BRSC2 are shown. These rotation detection coils can provide a signal component indicative of the position of the disruptor element 451 along the Y direction. In particular, those signal components vary according to the amount of displacement ΔY of the disruptor element 451 along the Y direction, and thus indicate the amount of displacement ΔY. The displacement ΔY determines the amount of associated “overlap” between the disruptor element 451 and the various rotation sensing coils TRSCi and BRSCi, and thereby by the field generating coil 461 (which determines the resulting signal component). The amount of coupling to the fluctuating magnetic field generated is determined. Another rotation detection coil (not shown) can provide a signal component indicating the position of the disruptor element 451 along the X-axis direction. The signal components of the various rotation sensing coils are also undesirably sensitive to their local "working gap" OG to the disruptor element 451 as shown in FIG. 3 for the upper rotation sensing coil TRSC2. Good. However, such undesired gap sensitivities can be substantially eliminated or compensated for in accordance with various principles disclosed herein, as further described below.

軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、一般に、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよび下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える。図３に示す実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣは、中心軸ＣＡを少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは、図に示すように、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。これらの軸方向検出コイルは、ディスラプター要素４５１によって常に完全に「重複」する。したがって、それらの信号成分は、名目上、軸方向またはＺ方向に沿ったディスラプター要素４５１の位置にのみ応答し、Ｚ方向に沿ってディスラプター要素４５１の位置を示す。様々な信号成分の生成については、図５および６を参照して以下で詳しく説明する。 The axial detection coil arrangement ASCC generally comprises an upper axial detection coil arrangement TASCC and a lower axial detection coil arrangement BASCC. In the embodiment shown in FIG. 3, the upper axial detection coil arrangement TASCC comprises a single upper axial detection coil at least partially surrounding the central axis CA, at least one lower axial detection coil being shown in the figure. As shown, a single lower axial sense coil is provided that at least partially surrounds the central axis. These axial detection coils are always completely “overlapped” by the disruptor element 451. Therefore, those signal components are nominally responsive only to the position of the disruptor element 451 along the axial or Z direction and indicate the position of the disruptor element 451 along the Z direction. The generation of various signal components is described in detail below with reference to FIGS. 5 and 6.

図２を参照して先に概説した動作と同様に、動作中、移動するディスラプター要素４５１は、場生成コイル４６１によって生成される軸方向に沿った変動磁場において位置に依存した局所的な変動を引き起こす。受信コイル部４７０は、図２を参照して前述し、以下でさらに詳細に説明するように、ディスラプター要素４５１によって引き起こされた変動磁場およびその中の変動に応答し、ディスラプター要素４５１の回転位置（例えば、ＹおよびＸ位置、および対応する信号）およびディスラプター要素４５１の軸方向位置（例えばＺ位置）を決定するように処理されてもよい回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。ディスラプター要素４５１の位置は、スタイラス結合部４４２および／またはその接触部４４８の位置に既知の幾何学的形状によって関連付けられていることが理解できよう。例えば、小さな回転角度の場合、ヌルから（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦから）離れたＹ方向に沿ったディスラプター要素４５１の図示の動きまたは変位ΔＹに対して
ΔＹ＝ＨθＹ （式１） In operation, similar to the operation outlined above with reference to FIG. 2, the moving disruptor element 451 causes a position-dependent local variation in the axially varying magnetic field produced by the field-generating coil 461. cause. The receive coil portion 470 is responsive to the varying magnetic field caused by the disruptor element 451 and the variations therein, as described above with reference to FIG. 2 and described in further detail below, to rotate the disruptor element 451. Output rotational signal component RSigs and axial signal component ASigs that may be processed to determine position (eg, Y and X positions, and corresponding signals) and axial position of disruptor element 451 (eg, Z position). To do. It will be appreciated that the position of the disruptor element 451 is related to the position of the stylus joint 442 and/or its contact 448 by a known geometry. For example, for a small rotation angle, ΔY=Hθ Y (Equation 1) for the illustrated movement or displacement ΔY of the disruptor element 451 along the Y direction away from null (eg, from the undeflected position UNDF).

ここで、Ｈは回転中心ＲＣからディスラプター要素４５１の名目上の平面までの距離であり、θＹはＹ方向に平行な平面における回転部材４３６（および移動部材４１２）の回転移動の傾き（つまり、回転中心ＲＣでＸ軸に平行な軸を中心とした回転）である。様々な実施形態では、より大きな回転角が使用される場合、当技術分野で知られているように、より大きな回転角に対して正確な類似の表現が使用されてもよい。回転移動の傾き成分θＹの関係でスタイラス４０６の接触部４４８の（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦに対応する）ヌルから離れるＹ方向の移動または変位ＹＳＴＹＬＵＳは、次のように近似することができる。
ΔＹＳＴＹＬＵＳ ＝θＹ*（ｈＳ＋ｌＳ） （式２） Here, H is the distance from the center of rotation RC to the nominal plane of the disrupter element 451, and θ Y is the inclination of the rotational movement of the rotating member 436 (and the moving member 412) in the plane parallel to the Y direction (that is, , About the axis parallel to the X-axis at the center of rotation RC). In various embodiments, where larger rotation angles are used, exact similar representations for larger rotation angles may be used, as is known in the art. The Y-direction movement or displacement Y STYLUS of the contact portion 448 of the stylus 406 away from null (eg, corresponding to the undeflected position UNDF) in relation to the rotational movement tilt component θ Y can be approximated as: ..
ΔY STYLUS =θ Y *(h S +1 s ) (Equation 2)

ここで、ｈＳはスタイラス結合部４４２の端から回転中心ＲＣまでの距離であり、ｌＳはスタイラス４０６の長さである。式１と式２を組み合わせて、接触部４４８のＹ方向の変位に対するディスラプター要素４５１の変位ΔＹの比率は、次のように近似することができる。
ΔＹ／ΔＹＳＴＹＬＵＳ ＝ Ｈ／（ｈＳ＋ｌＳ） （式３） Here, h S is the distance from the end of the stylus coupling portion 442 to the center of rotation RC, and l S is the length of the stylus 406. By combining Expression 1 and Expression 2, the ratio of the displacement ΔY of the disrupter element 451 to the displacement of the contact portion 448 in the Y direction can be approximated as follows.
ΔY / ΔY STYLUS = H / ( h S + l S) ( Equation 3)

Ｘ座標の移動成分は上記の式に類似しているため、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないことが理解できよう。様々なスタイラスのスタイラス長ｌＳは、Ｘ−Ｙ検出スポット位置に基づいて接触部４４８のＸ−Ｙ位置を決定するために（例えば、システムの三角法に関する）方程式を利用することができる。 Ｚ座標変位または位置成分に関して、スタイラスの接触部（例えば、接触部４４８）のＺ方向の変位ΔＺＳＴＹＬＵＳに対する（例えば、非偏向位置ＵＮＤＦに対応する）ヌルから離れる軸方向またはＺ方向に沿ったディスラプター要素４５１の変位ΔＺ（図示せず）については次のように近似することができる。
ΔＺ／ΔＺＳＴＹＬＵＳ ≒ １ （式４） It will be appreciated that the moving component of the X coordinate is similar to the above equation and will not be described in further detail herein. The stylus length l S of various styli can utilize equations (eg, for the trigonometry of the system) to determine the XY position of the contact 448 based on the XY detected spot position. With respect to the Z coordinate displacement or position component, the displacement along the axial or Z direction away from null (eg, corresponding to the undeflected position UNDF) for the Z direction displacement ΔZ STYLUS of the stylus contact (eg, contact 448). The displacement ΔZ (not shown) of the raptor element 451 can be approximated as follows.
ΔZ/ΔZ STYLUS ≈ 1 (Equation 4)

図４は、図３に示されるスタイラス位置検出部４１１に類似するスタイラス位置検出部５１１の一実施形態ならびに、図３に示されたスタイラス懸架部４０７として使用可能なスタイラス懸架部４０７'の一実施形態の断面と、信号処理および制御回路４８０と、を示す部分概略図である。上記要素は、走査プローブ４００のプローブ本体４０２のフレーム４０８内に含まれるように示されている。上部および下部コイル基板５７１Ｔ、５７１Ｂ、およびスタイラス位置検出部５１１の場生成コイル５６１またはその基板（例えば、プリント回路型基板）は、調整および搭載部４１７、または他の既知の技術を使用して、走査プローブ４００における適切な動作のために配置されている。スタイラス位置検出部５１１に関連する様々な信号接続は、既知の技術に従って、コネクタ（例えば、フレックスプリントおよび／またはワイヤ接続）４１９などによって提供することができる。いくつかの実施形態では、図４に示すように、信号処理および制御回路４８０の一部またはすべてを別個の回路アセンブリとして提供することができる。他の実施形態では、必要に応じて、信号処理および制御回路４８０の一部またはすべてをスタイラス位置検出部５１１の基板上に組み合わせることができる。 FIG. 4 shows an embodiment of a stylus position detector 511 similar to the stylus position detector 411 shown in FIG. 3 and an implementation of a stylus suspension 407 ′ that can be used as the stylus suspension 407 shown in FIG. FIG. 4 is a partial schematic diagram showing a cross section of the form and a signal processing and control circuit 480. The above elements are shown as contained within a frame 408 of the probe body 402 of the scanning probe 400. The upper and lower coil substrates 571T, 571B, and the field generating coil 561 of the stylus position detector 511 or its substrate (eg, printed circuit board) may be adjusted and mounted 417, or using other known techniques. Arranged for proper operation in scanning probe 400. Various signal connections associated with stylus position detector 511 may be provided by connectors (eg, flexprint and/or wire connections) 419, etc., according to known techniques. In some embodiments, some or all of the signal processing and control circuitry 480 can be provided as a separate circuit assembly, as shown in FIG. In other embodiments, some or all of the signal processing and control circuit 480 can be combined on the substrate of the stylus position detector 511 if desired.

図４に示すように、スタイラス懸架部４０７'は、スタイラス移動機構４０９と、スタイラス４０６に結合されたスタイラス結合部４４２と、を備える。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の回転移動を支持および可能にするためにフレーム４０８に結合された屈曲要素４４０、および移動部材４１２の軸方向移動を可能にするために移動部材４１２を支持しそれを回転部材４３６に結合する屈曲要素４１４および４１５（すなわち第１の屈曲要素と呼ばれる）を備える。走査プローブ４００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、図５を参照して以下により詳細に説明される構成要素および動作を有するスタイラス位置検出部５１１を備える。 As shown in FIG. 4, the stylus suspension unit 407 ′ includes a stylus moving mechanism 409 and a stylus coupling unit 442 coupled to the stylus 406. The stylus moving mechanism 409 enables axial movement of the moving member 412, the rotating member 436, a bending element 440 coupled to the frame 408 to support and enable rotational movement of the rotating member 436, and the moving member 412. For the purpose of supporting the moving member 412 and coupling it to the rotating member 436 (ie referred to as the first bending element). The scanning probe 400 includes a stylus having components and operations described in more detail below with reference to FIG. 5 to determine the position and/or movement of the stylus movement mechanism 409 and/or the contact portion 448 of the stylus 406. A position detector 511 is provided.

屈曲要素４４０（すなわち、第２の屈曲要素と呼ばれる）は、軸方向Ｏにおいて一対の屈曲要素４１４と４１５（すなわち、第１の屈曲要素と呼ばれる）のそれぞれの平面の間に配置することができる。屈曲要素４１４、４１５、および４４０に対する適切なたわみ設計は、当技術分野で知られている原理に従って決定することができる。例えば、同時係属中の共通に譲渡された米国特許出願第１４／９７３，３７６号に１つの可能な実施形態が示されている。その出願は、「多重化された位置信号を備えた測定装置」という名称であり、２０１５年１２月１７日に出願され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。回転部材４３６は、第２の屈曲要素４４０に対して対称な形状を有することができ、２つのリング部４３６Ａ、２つの接続部４３６Ｂおよび１つの円筒部４３６Ｃを一体的に備えることができる。第１の屈曲要素４１４および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の内側に延びている。第１の屈曲要素４１４および４１５は、第２の屈曲要素４４０に対して対称な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、限定ではない。 Bending element 440 (ie, referred to as the second bending element) may be disposed in the axial direction O between respective planes of a pair of bending elements 414 and 415 (ie, referred to as the first bending element). .. Suitable flexure designs for flexure elements 414, 415, and 440 can be determined according to principles known in the art. For example, one possible embodiment is shown in co-pending commonly assigned US patent application Ser. No. 14/973,376. The application is entitled "Measuring Device with Multiplexed Position Signals", filed December 17, 2015, which is incorporated herein by reference in its entirety. The rotating member 436 may have a symmetrical shape with respect to the second bending element 440, and may integrally include two ring portions 436A, two connecting portions 436B and one cylindrical portion 436C. The peripheries of the first bending elements 414 and 415 are fixed to the ring portion 436A. The connecting portion 436B extends inside the ring portion 436A so as to be connected to the hollow cylindrical portion 436C. The first bending elements 414 and 415 may be placed at symmetrical distances with respect to the second bending element 440, but such an embodiment is exemplary only and not limiting.

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および軸方向移動機構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。軸方向移動機構４１０は、接触部４４８を軸方向Ｏに移動可能にしている。回転部材４３６を備える回転移動機構４３４は、回転中心ＲＣを中心とした回転移動によってスタイラス４０６の接触部４４８が軸方向Ｏに対して横方向（例えば、ほぼ垂直）に移動することを可能にする。 The axial movement mechanism 410 including the movement member 412 is supported inside the rotation member 436, and the rotation member 436 and the axial movement mechanism 410 together form a movement module that is part of the stylus movement mechanism 409. The axial movement mechanism 410 allows the contact portion 448 to move in the axial direction O. The rotary movement mechanism 434 including the rotary member 436 enables the contact portion 448 of the stylus 406 to move laterally (eg, substantially perpendicularly) with respect to the axial direction O by the rotational movement about the rotation center RC. ..

移動部材４１２は、下部４１２Ａ、ロッド部４１２Ｂ、および上部４１２Ｃを一体的に備える。図３を参照して先に概説し、図５に示すスタイラス位置検出部５１１に関して以下により詳細に説明するように、移動部材４１２の上部４１２Ｃに取り付けられたディスラプター要素５５１は、回転および軸方向位置表示要素の両方として機能する。ロッド部４１２Ｂは、一対の第１の屈曲要素４１４と４１５との間に配置される。ロッド部４１２Ｂは、回転部材４３６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）は下部４１２Ａに取り付けられている。スタイラス４０６の取り付けのためにフランジ部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とはともに、様々なスタイラス４０６とスタイラス結合部４４２との間の脱着（例えば、スタイラスを脱落させる衝突の場合、または意図的にスタイラスを変更する場合）を繰り返し位置決め可能にする取り外し可能な結合機構（例えば、既知のタイプのキネマティックジョイントあるい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。 The moving member 412 integrally includes a lower portion 412A, a rod portion 412B, and an upper portion 412C. As outlined above with reference to FIG. 3 and described in more detail below with respect to the stylus position sensing portion 511 shown in FIG. 5, the disrupter element 551 mounted on the upper portion 412C of the moving member 412 has rotational and axial directions. Functions as both a position display element. The rod portion 412B is arranged between the pair of first bending elements 414 and 415. The rod portion 412B is housed in the rotating member 436. The lower portion 412A is formed below the rod portion 412B, and the stylus coupling portion 442 (for example, a flange member) is attached to the lower portion 412A. A flange portion 444 is provided for mounting the stylus 406. Both the flange portion 444 and the stylus coupling portion 442 repeatedly position the attachment/detachment between the various styli 406 and the stylus coupling portion 442 (eg, in the case of a stylus falling impact or intentionally changing the stylus). Releasable coupling mechanisms may be configured to allow (eg, kinematic joints or kinematic couplings of known type).

図５は、図４に示されるスタイラス位置検出部５１１に類似するスタイラス位置検出部５１１’の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調する。スタイラス位置検出部５１１’および５１１は、以下でさらに説明するように、場生成コイル構成体５６０の違いを除いて類似している。一般に、スタイラス位置検出部５１１’は、図２、３および４のスタイラス位置検出部３１１、４１１および５１１の構成要素と同様の特定の構成要素を備え、以下で特に説明する場合を除いて同様に動作することが理解されよう。 FIG. 5 is a partial schematic isometric view of an alternative embodiment of a stylus position detector 511′ similar to the stylus position detector 511 shown in FIG. 4, highlighting certain aspects in accordance with the principles disclosed herein. To do. The stylus position detectors 511' and 511 are similar except for the difference in the field generating coil arrangement 560, as described further below. Generally, the stylus position detector 511 ′ comprises certain components similar to those of the stylus position detectors 311, 411 and 511 of FIGS. 2, 3 and 4, and is similar except where specifically described below. It will be understood that it works.

図５に示される実施形態では、スタイラス位置検出部５１１’は、受信コイル部５７０、ディスラプター要素５５１を備えるディスラプター構成体５５０、および場生成コイル構成体５６０を備える。 In the embodiment shown in FIG. 5, the stylus position detector 511 ′ comprises a receive coil portion 570, a disruptor construct 550 with a disruptor element 551, and a field generating coil construct 560.

様々な実施形態では、ディスラプター要素５５１（または、より一般的にディスラプター構成体５５０）は、導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板の２つの側面に設けられ、プリント回路基板製造技術によりパターン化された）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、またはディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供するその他の望ましい動作構成体を備えることができる。ディスラプター要素５５１は、上部コイル基板５７１Ｔと下部コイル基板５７１Ｂとの間のディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置され、（例えば、移動部材５１２を備える）結合構成体によってスタイラス懸架部５０７に結合される。説明の目的のために、スタイラス懸架部５０７および／またはスタイラス５０６および／または移動部材５１２の偏向に応じて、図５に示す非偏向位置（図３の非偏向位置ＵＮＤＦを参照）に対して移動するようなディスラプター要素５５１が記述されてもよい。ディスラプター要素は、軸方向の動きに応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚにわたって変位増分ΔＺで、および回転運動に応じて、軸方向（Ｚ方向）に直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ったそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって変位増分ΔＸおよびΔＹで、動くように記述されてもよい。指定または予想される動作移動範囲については、以下で詳しく説明する。 In various embodiments, the disruptor element 551 (or, more generally, the disruptor structure 550) is provided with a conductive plate or conductive loop, or (eg, provided on two sides of a printed circuit board). Parallel conductive plates or conductive loops (patterned by substrate fabrication techniques) or other desirable operating features that provide disruptor regions (eg, internal regions thereof) can be provided. The disruptor element 551 is disposed along the central axis CA of the disrupter displacement volume MV between the upper coil substrate 571T and the lower coil substrate 571B, and is connected to the stylus suspension by a coupling structure (eg, comprising a displacement member 512). 507. For the purpose of explanation, the stylus suspension 507 and/or the stylus 506 and/or the displacement member 512 are moved in response to a deflection relative to the undeflected position shown in FIG. 5 (see the undeflected position UNDF in FIG. 3). Such a disruptor element 551 may be described. The disruptor element is orthogonal X and Y orthogonal to the axial direction (Z direction) in a displacement increment ΔZ over a range of motion movement +/−Rz along the axial direction in response to axial movement and in response to rotational movement. It may be described as moving with displacement increments ΔX and ΔY over the respective motion travel ranges +/−Rx and +/−Ry along the direction. The designated or expected movement range will be described in detail below.

受信コイル部５７０は、Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ（例えば、Ｎ＝４で、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣを備える平面状の上部コイル基板５７１Ｔ、およびＮ個の下部回転検出コイルＢＲＳＣ（例えば、Ｎ＝４で、ＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４）、および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える平面状の下部コイル基板５７１Ｂを備えることができる。上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂは、スタイラス５０６および／またはスタイラス懸架部５０７により近い下部コイル基板で、走査プローブのフレームに一定の関係で取り付けられる。上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂは、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交し、中心軸ＣＡに沿って間隔を空けて配置され、それらの間にディスラプター移動ボリュームＭＶを配置することができる。図５に示される様々な検出コイルは説明を簡単にするために「閉ループ」によって表されているが、すべてのコイルは１つ以上の誘導性で結合された「ターン」として動作するように構成される（例えば、図６に表す）第１および第２の接続端を有する巻線または導体を備えることが理解できよう。 The receive coil section 570 includes N upper rotation detection coils TRSC (eg, N=4, TRSC1 to TRSC4) and upper axial detection (eg, with a single illustrated individual coil in this embodiment). A planar upper coil substrate 571T with a coil construction TASCC, and N lower rotation sensing coils BRSC (eg, N=4, BRSC1 to BRSC4), and (eg, a single illustrated in this embodiment). It may comprise a planar lower coil substrate 571B with a lower axial detection coil arrangement BASCC (comprising individual coils). The upper and lower coil substrates 571T and 571B are lower coil substrates that are closer to the stylus 506 and/or stylus suspension 507 and are fixedly attached to the frame of the scanning probe. The upper and lower coil substrates 571T and 571B are nominally parallel to each other, are nominally orthogonal to the central axis CA, and are spaced along the central axis CA, with the disrupter movement volume MV disposed therebetween. can do. The various sensing coils shown in FIG. 5 are represented by "closed loops" for simplicity of explanation, but all coils are configured to operate as one or more inductively coupled "turns." It will be appreciated that it comprises a winding or conductor having first and second connection ends (eg represented in FIG. 6).

場生成コイル構成体（例えば、場生成コイル構成体５６０）は、一般に、ディスラプター移動ボリュームＭＶに近接して配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する少なくとも１つの第１の場生成コイルを備える。図３に示された実施形態における単一の平面状の場生成コイル４６１（これは、ディスラプター移動ボリュームＭＶのほぼ中央平面に位置する）とは対照的に、図５に示された実施形態では、場生成コイル構成体５６０は中心軸ＣＡに沿ってディスラプター移動ボリュームＭＶの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面であり中心軸ＣＡに直交する一対の（それぞれ、上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂに配置される）平面状の場生成コイル５６１Ｔおよび５６１Ｂを備える。一般的に言えば、場生成コイル構成体が、軸方向（Ｚ方向）に沿ったその（すなわち、第１の場生成コイルの）コイル領域の投影が（例えば、ディスラプター要素５５１の）ディスラプター構成体５５０のディスラプター領域と、上部および下部コイル基板５７１Ｔおよび５７１Ｂに配置されるすべての回転および軸方向検出コイルＲＳＣｉおよびＡＳＣＣのコイル領域と、を提供する導電性プレートまたはループを包含するように構成される少なくとも第１の場生成コイルを備える（すなわち、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体に配置されたディスラプター領域と、すべての回転および軸方向検出コイルＲＳＣｉおよびＡＳＣＣのコイル領域と、を提供する導電性プレートまたはループを包含する）ならば、場生成コイル構成体４６０または５６０のいずれかは受信コイル部５７０（または本明細書に開示される他の受信コイル部）で使用することができる。そのような場合、場生成コイル構成体は、スタイラス位置検出部５１１'の動作に望まれるように、コイル駆動信号に応じてディスラプター移動ボリュームＭＶ内にほぼ軸方向に沿って変動磁束を生成するように構成される。図５に示す様々な場生成コイルは、説明を簡単にするために、（エッジが示されている）幅の広い平らな導電性トレースを備える１つの単一の「閉ループ」で表されるが、実際のデバイスでは（例えば、図６に表されるように）すべてのコイルは、第１および第２の接続端を有する巻線または導体を備え、１つ以上の場生成「ターン」として動作するように構成されることが理解できよう。 The field generating coil arrangement (eg, field generating coil arrangement 560) is generally located proximate to the disruptor displacement volume MV and is at least one first field generating coil that is nominally orthogonal to the central axis CA. Equipped with. In contrast to the single planar field-generating coil 461 in the embodiment shown in FIG. 3, which lies approximately in the mid-plane of the disruptor displacement volume MV, the embodiment shown in FIG. Then, the field generating coil structure 560 is disposed along the central axis CA approximately equidistant from the central plane of the disruptor displacement volume MV, and is a pair of nominally planar and orthogonal to the central axis CA (upper and lower, respectively). Planar field generating coils 561T and 561B (disposed on coil substrates 571T and 571B). Generally speaking, the field generating coil arrangement is such that the projection of its coil area (ie of the first field generating coil) along the axial direction (Z direction) is the disrupter (eg of the disruptor element 551). To include a conductive plate or loop that provides a disruptor region for the construct 550 and coil regions for all rotational and axial sense coils RSCi and ASCC located on the upper and lower coil substrates 571T and 571B. Comprising at least a first field-generating coil configured (ie, projection of the coil area of the first field-generating coil along the axial direction, with the disruptor area disposed in the coil substrate construction, and all rotation and Any of the field generating coil arrangements 460 or 560 (or disclosed herein), provided that it includes a conductive plate or loop that provides the axial sensing coils RSCi and the coil area of the ASCC. Other receiving coil unit). In such a case, the field-generating coil arrangement produces a varying magnetic flux within the disruptor displacement volume MV substantially axially in response to the coil drive signal, as desired for operation of the stylus position detector 511'. Is configured as follows. The various field-generating coils shown in FIG. 5 are represented in one single "closed loop" with wide, flat conductive traces (edges shown), for ease of explanation. In practical devices, all coils (eg, as represented in FIG. 6) comprise windings or conductors having first and second connecting ends and operate as one or more field-generating “turns” It will be understood that it is configured to do.

図５に示すように、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣの内部コイル領域を通る（例えば、図５の細破線ＰＲＪで示す）軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、（その内部コイル領域を埋めるドットパターンで示される）上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義する。また、下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣの内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、（その内部コイル領域を埋めるドットパターンで示される）下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義する。同様に、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスであり、それぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉ（例えば、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、それぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ（例えば、ＴＲＳＣＯＡ１〜ＴＲＳＣＯＡ４）を定義する。図５に示す様々なそれぞれの重複領域を埋めるドットパターンで示され、それぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ（例えば、ＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４）の内部コイル領域を通る軸方向に沿ったディスラプター要素５５１の投影は、それぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉ（例えば、ＴＲＳＣＯＡ１〜ＴＲＳＣＯＡ４）を定義する。 As shown in FIG. 5, the projection of the disruptor element 551 along the axial direction (eg, shown by the thin dashed line PRJ in FIG. 5) through the internal coil region of the upper axial sensing coil arrangement TASCC is (the internal coil thereof). Define an upper axial direction detection overlap area TASOA (denoted by a dot pattern that fills the area). In addition, the projection of the disruptor element 551 along the axial direction passing through the inner coil region of the lower axial direction detection coil structure BASCC results in the lower axial direction detection overlapping region BASOA (indicated by the dot pattern filling the inner coil region). Define. Similarly, i is an individual coil identification index in the range of 1 to N, and the projection of the disruptor element 551 along the axial direction through the inner coil region of each upper rotation detection coil TRSCi (eg TRSC1 to TRSC4). Defines respective upper rotary coil detection overlap regions TRSCOAi (for example, TRSCOA1 to TRSCOA4). The projection of the disruptor element 551 along the axial direction through the inner coil region of each lower rotation sensing coil BRSCi (eg, BRSC1 to BRSC4) is shown as a dot pattern filling the various respective overlapping regions shown in FIG. , Each lower rotary coil detection overlapping area BRSCOAi (for example, TRSCOA1 to TRSCOA4) is defined.

スタイラス位置検出部（例えば、５１１'）における軸方向位置検出に関して、本明細書で説明および要求される原理によれば、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は、一般に、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。ここで、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でのディスラプター要素５５１の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。（特定の走査プローブについては、必要であれば、この要件を満たすためにプローブの特定のスタイラス位置検出部の構成と組み合わせて、動作移動範囲が規定または指定されることが理解できよう。）このように、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣで生成される信号成分は、名目上、回転運動（つまり、ＸおよびＹ方向に沿ったディスラプター要素５５１の位置）に依存せず、名目上、ディスラプター要素５５１との「近接状態」の変化またはギャップのみに敏感である。なお、「近接状態」の変化またはギャップは、ディスラプター要素５５１の軸方向（Ｚ）位置または変位ΔＺに応じて変化する。動作中、場生成コイル構成体５６０の変動磁場によってディスラプター要素５５１に誘導される電流は、反対の磁場を引き起こす。一般的に、ディスラプター要素５５１が図５の軸（Ｚ）方向に沿って上方に移動すると、変動磁場から生じるその信号成分を低減するように、対向する磁場は上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣにより強く結合する。逆に、変動磁場から生じるその信号成分を増加するように、対向する磁場は下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣにより弱く結合する。本開示で使用される慣例により、信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣを、特定の上部軸方向検出コイル構成体（またはコイル）ＴＡＳＣＣなどから生じる信号成分と呼ぶことができる。 According to the principles described and required herein for axial position detection in a stylus position detector (eg, 511′), the receive coil portion (eg, 570) and disruptor element (eg, 551) are Generally, it is configured to provide an upper axial detection overlap area TASOA and a lower axial detection overlap area BASOA. Here, the respective amounts of the overlapping areas TASOA and BASOA do not change at the position of the disruptor element 551 within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry, or depend on its position. do not do. (It will be appreciated that, for a particular scanning probe, the range of motion travel is defined or specified, if necessary, in combination with the configuration of the particular stylus position sensing portion of the probe to meet this requirement.) As such, the signal components produced by the upper and lower axial sensing coil constructions TASCC and BASCC are nominally independent of rotational motion (ie, the position of the disruptor element 551 along the X and Y directions), Nominally, it is only sensitive to changes in "proximity" or gaps with the disruptor element 551. Note that the change or gap in the “proximity state” changes according to the axial (Z) position or displacement ΔZ of the disruptor element 551. In operation, the current induced in the disruptor element 551 by the varying magnetic field of the field generating coil arrangement 560 causes an opposite magnetic field. In general, as the disruptor element 551 moves upwards along the axis (Z) direction of FIG. 5, the opposing magnetic fields are aligned with the upper axial sensing coil arrangement TASCC so as to reduce its signal component resulting from the varying magnetic field. Bind more tightly. Conversely, the opposing magnetic field is weakly coupled to the lower axial sensing coil arrangement BASCC so as to increase its signal component resulting from the fluctuating magnetic field. By convention used in this disclosure, the signal component SIGTASCC may be referred to as the signal component resulting from a particular upper axial sensing coil arrangement (or coil) TASCC or the like.

非偏向位置ＵＮＤＦでは、正味の信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣとＳＩＧＢＡＳＣＣはほぼバランスが取れていることが理解できよう。動作中に予想されるような小さな変位ΔＺの場合、正味の信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣおよびＳＩＧＢＡＳＣＣは、互いに比較してほぼ直線的、かつ逆に変化することができる。このような信号の非線形性の程度に関連する特定の考慮事項については、以下でさらに説明される。一実施形態では、軸方向の変位または位置ΔＺは、信号関係によって示されるか、または信号関係に対応することができる。
ΔＺ＝関数 [（ＳＩＧＢＡＳＣＣ−ＳＩＧＴＡＳＣＣ）／（ＳＩＧＢＡＳＣＣ＋ＳＩＧＴＡＳＣＣ）] （式５） It can be seen that the net signal components SIGTASCC and SIGBASCC are almost balanced at the undeflected position UNDF. For small displacements ΔZ as expected during operation, the net signal components SIGTASCC and SIGBASCC can change approximately linearly and vice versa relative to each other. Specific considerations related to the degree of such signal non-linearity are discussed further below. In one embodiment, the axial displacement or position ΔZ can be indicated by or correspond to a signal relationship.
ΔZ=function [(SIGBASCC-SIGTASCC)/(SIGBASCC+SIGTASCC)] (Equation 5)

この信号関係は単なる例示であり、限定するものではない。様々な実施形態では、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する動作を含むように、この信号関係は追加のキャリブレーションまたは信号処理動作によって調整または補償されてもよい。様々な実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすように、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴づけられている。これにより、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置では変化しない。同様に、様々なそのような実施形態では、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿ったディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすように、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴づけられている。これにより、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、ディスラプター要素の位置では変化しない。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよび下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣがそれぞれ単一の検出コイルを備えており、この説明に適合することが分かる。上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの様々な構成体を使用することができ、図５に示す特定の構成体は例示にすぎず、限定されるものではないことが理解できよう。様々な代替構成を、以下の他の図を参照して説明する。 This signal relationship is merely exemplary and not limiting. In various embodiments, this signal relationship is optionally subjected to additional calibration or to include operations that reduce the effects of geometric and/or signal cross-coupling between different displacement directions or signal components, as desired. It may be adjusted or compensated by signal processing operations. In various embodiments, the upper axial sense coil arrangement is not one of the N upper rotational sense coils, but at least one upper axial sense coil located closer to the central axis than the upper rotational sense coils. Can be provided. And, at least one upper axial detection coil has an inner coil area smaller than the disruptor element, and the projection of the disruptor element along the axial direction is a range of motion movement +/-Rz, +/-Rx, and +. The at least one upper axial sensing coil and the disruptor element are characterized to completely fill the internal coil area of the at least one upper axial sensing coil for any position of the disruptor element in /-Ry. .. As a result, the upper axial direction detection overlap area TASOA does not change at the position of the disruptor element. Similarly, in various such embodiments, the lower axial sensing coil arrangement is at least one located closer to the central axis than the lower rotational sensing coil, rather than one of the N lower rotational sensing coils. Two lower axial detection coils can be provided. And, at least one lower axial sensing coil has an inner coil area that is smaller than the disruptor element, and the projection of the disruptor element along the axial direction is within the operating range of movement +/-Rz, +/-Rx, and +. The at least one lower axial sensing coil and the disruptor element are characterized to completely fill the internal coil area of the at least one lower axial sensing coil for any position of the disruptor element in /-Ry. .. As a result, the lower axial detection overlap area BASOA does not change at the position of the disruptor element. The particular embodiment of the stylus position detector 511' shown in FIG. 5 is that the upper axial detection coil arrangement TASCC and the lower axial detection coil arrangement BASCC each comprise a single detection coil, which is described in this description. It turns out that it fits. It will be appreciated that various configurations of the upper and lower axial sense coil configurations TASCC and BASCC can be used and the particular configuration shown in FIG. 5 is exemplary only and not limiting. Various alternative configurations are described with reference to the other figures below.

本明細書に記載および請求される原理によれば、スタイラス位置検出部（例えば、５１１'）における回転位置検出に関して、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は、一般に、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備える回転検出コイルのＮ個の相補対ＣＰｉ（例：ＣＰ１〜ＣＰ４、Ｎ＝４）を提供する構成とされている。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉにおいて、そのディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。（特定の走査プローブでは、この要件を満たすために必要な場合、その特定のスタイラス位置検出部の構成と組み合わせて、その動作移動範囲が決定または指定されることが理解できよう。）図５の表ＣＰＴａｂｌｅは、図５に示される実施形態の各相補対ＣＰｉの各回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉを示す。 In accordance with the principles described and claimed herein, for rotational position detection in a stylus position detector (eg, 511′), the receive coil portion (eg, 570) and disruptor element (eg, 551) are generally , N complementary pairs CPi (for example: CP1 to CP4, N=4) of rotation detection coils each including an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi. Here, at any complementary pair CPi to the displacement increment of any disruptor element within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry, the overlap associated with that disruptor element's displacement increment. The magnitude of change in regions TRSCOAi and BRSCOAi is nominally the same in their complementary pairs. (It will be appreciated that a particular scanning probe will determine or specify its range of motion, in combination with the configuration of that particular stylus position detector, if necessary to meet this requirement.) The table CPTable shows each rotation detection coil TRSCi and BRSCi of each complementary pair CPi of the embodiment shown in FIG.

前述の原理に準拠することにより、図５に示す相補対ＣＰｉを使用して、特定のクロスカップリング誤差を補償または除去し、および／または（例えば、Ｘおよび／またはＹ方向に沿って）正確な回転位置または変位の測定値を提供するように要求された信号処理を単純化することができる。特に、図５に示す実施形態の回転検出コイルの相補対ＣＰｉで発生する信号成分の対は、相補対の個別のコイルとディスラプター要素５５１との間の「近接状態」の変化またはギャップに対して名目上鈍感な結果の信号を提供する関係で結合または処理されてもよい。すなわち、結果として生じる信号は、以下でさらに詳しく説明するように、ディスラプター要素５５１の軸方向（Ｚ）位置または変位ΔＺに鈍感であり、名目上、（例えば、Ｘおよび／またはＹ方向に沿って）回転位置または変位のみに敏感であってもよい。図５に示す特定の実施形態では、Ｙ軸方向に沿った変位成分ΔＹを有するディスラプター要素５５１の変位により、相補対ＣＰ２における重複領域ＴＲＳＣＯＡ２およびＢＲＳＣＯＡ２が増加（または減少）し、相補対ＣＰ１における重複領域ＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１が減少（または増加）することが理解されよう。同様に、Ｘ軸方向に沿った変位成分ΔＸを有するディスラプター要素５５１の変位により、相補対ＣＰ３における重複領域ＴＲＳＣＯＡ３およびＢＲＳＣＯＡ３が増加（または減少）し、相補対ＣＰ４における重複領域ＴＲＳＣＯＡ４およびＢＲＳＣＯＡ４が減少（または増加）する。 By following the principles described above, the complementary pair CPi shown in FIG. 5 may be used to compensate or eliminate certain cross-coupling errors and/or be accurate (eg, along the X and/or Y direction). The signal processing required to provide different rotational position or displacement measurements can be simplified. In particular, the pair of signal components generated in the complementary pair CPi of the rotation sensing coil of the embodiment shown in FIG. And may be combined or processed in a relationship that provides a signal that is nominally insensitive. That is, the resulting signal is insensitive to the axial (Z) position or displacement ΔZ of the disruptor element 551 and is nominally (eg, along the X and/or Y directions), as described in more detail below. It may be sensitive only to rotational position or displacement. In the particular embodiment shown in FIG. 5, the displacement of the disruptor element 551 having a displacement component ΔY along the Y-axis increases (or decreases) the overlap regions TRSCOA2 and BRSCOA2 in the complementary pair CP2 and increases it in the complementary pair CP1. It will be appreciated that the overlap regions TRSCOA1 and BRSCOA1 decrease (or increase). Similarly, the displacement of the disruptor element 551 having the displacement component ΔX along the X-axis direction increases (or decreases) the overlapping regions TRSCOA3 and BRSCOA3 in the complementary pair CP3 and decreases the overlapping regions TRSCOA4 and BRSCOA4 in the complementary pair CP4. (Or increase).

前に概説したように、動作中、場生成コイル構成体５６０の変動磁場によってディスラプター要素５５１に誘導される電流は、反対の磁場を引き起こす。一般的に、任意の回転検出コイルＴＲＳＣｉ（またはＢＲＳＣｉ）で生成される信号成分ＳＩＧＴＲＳＣｉ（またはＳＩＧＢＲＳＣｉ）は、ディスラプター要素５５１の近接部分が軸方向に沿ってその回転検出コイルに近づくか、または回転検出コイルによるその重複領域ＴＲＳＣＯＡｉ（またはＢＲＳＣＯＡｉ）を増大させるかで減少する。 During operation, the current induced in the disruptor element 551 by the varying magnetic field of the field producing coil arrangement 560, as outlined above, causes an opposite magnetic field. In general, the signal component SIGTRSCi (or SIGBRSCi) generated by any rotation detection coil TRSCi (or BRSCi) will be rotated by the proximity portion of the disruptor element 551 axially approaching or rotating that rotation detection coil. It increases or decreases by increasing its overlap area TRSCOAi (or BRSCOAi) by the detection coil.

図５に示されている相補対ＣＰ１〜ＣＰ４（相補対ＣＰｉのコイルは同一で軸方向に沿って整列されている）については、図示されている非偏向位置ＵＮＤＦで、各相補対（例えば、ＳＩＧＴＲＳＣ１とＳＩＧＢＲＳＣ１）の信号成分はほぼバランスが取れていることが理解できよう。相補対（例えばＣＰ１）に近接するディスラプター要素５５１の一部おける、動作中に予想されるような小さな変位ΔＺに対する先に概説した原理によれば、正味の信号成分（例えばＳＩＧＴＲＳＣ１およびＳＩＧＢＲＳＣ１）はおおよそ線形で、互いに比較して逆に変化することができる。したがって、相補対ＣＰｉのこのような信号の合計は、ディスラプター要素５５１の近接部分に関連するΔＺに対して名目上鈍感でもよい。さらに、図５に示される実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙ内で、Ｙ方向の変位成分が回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡ３、ＢＲＳＣＯＡ３、および／またはＴＲＳＣＯＡ４およびＢＲＳＣＯＡ４を変更せず、Ｘ方向の変位成分は、回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡ２、ＢＲＳＣＯＡ２、および／またはＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１を変更しないように、ディスラプター要素５５１のエッジをＸおよびＹ方向に対して平行とすることができる。したがって、一実施形態では、理想的にはΔＺおよび／またはΔＹに関係なく、Ｘ方向に沿った回転変位または位置成分ΔＸは、以下の信号関係によって示されるか、またはそれに対応することができる。
ΔＸ＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]
（式６） For the complementary pairs CP1 to CP4 shown in FIG. 5 (the coils of the complementary pair CPi are identical and aligned along the axial direction), at the undeflected position UNDF shown, each complementary pair (eg, It can be seen that the signal components of SIGTRSC1 and SIGBRSC1) are almost balanced. According to the principles outlined above for small displacements ΔZ as expected during operation in some of the disruptor elements 551 in close proximity to the complementary pair (eg CP1), the net signal components (eg SIGTRSC1 and SIGBRSC1) are It is roughly linear and can change inversely compared to each other. Therefore, the sum of such signals of complementary pair CPi may be nominally insensitive to ΔZ associated with the proximate portion of disruptor element 551. Further, in the embodiment shown in FIG. 5, within the movement range +/−Rx and +/−Ry, the displacement component in the Y direction changes the rotating coil detection overlapping regions TRSCOA3, BRSCOA3, and/or TRSCOA4 and BRSCOA4. First, the displacement component in the X direction may have edges of the disruptor element 551 parallel to the X and Y directions so as not to alter the rotating coil detection overlap regions TRSCOA2, BRSCOA2, and/or TRSCOA1 and BRSCOA1. .. Thus, in one embodiment, the rotational displacement or position component ΔX along the X direction, ideally independent of ΔZ and/or ΔY, may be indicated by or correspond to the following signal relationship:
ΔX=function [(SIGTRSC3+SIGBRSC3)-(SIGTRSC4+SIGBRSC4)]÷
[(SIGTRSC3+SIGBRSC3)+(SIGTRSC4+SIGBRSC4)]
(Equation 6)

同様に、一実施形態では、理想的にはΔＺおよび／またはΔＸに関係なく、Ｙ方向に沿った回転変位または位置成分ΔＹは、以下の信号関係によって示されるか、それに対応することができる。
ΔＹ＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）]
（式７） Similarly, in one embodiment, the rotational displacement or position component ΔY along the Y direction, ideally independent of ΔZ and/or ΔX, may be indicated by or correspond to the following signal relationships.
ΔY=function [(SIGTRSC2+SIGBRSC2)-(SIGTRSC1+SIGBRSC1)]÷
[(SIGTRSC2+SIGBRSC2)+(SIGTRSC1+SIGBRSC1)]
(Equation 7)

これらの信号の関係は単なる例であり、限定するものではない。様々な実施形態では、これらの信号関係は、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する動作を備える追加のキャリブレーションまたは信号処理動作によって調整または補償される。 The relationship of these signals is merely an example and is not limiting. In various embodiments, these signal relationships are optionally accompanied by additional calibration or signal with operations that reduce the effects of geometric and/or signal cross-coupling between various displacement directions or signal components. Adjusted or compensated by the processing operation.

いくつかの特に有利な実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、そのディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように、受信コイル部（例えば、５７０）とディスラプター要素（例えば、５５１）は構成されている。いくつかのそのような実施形態では、軸方向に沿って投影されたときにそれら（即ち、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ）の内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部は構成される。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、この説明に適合することが理解されよう。しかしながら、図５に示される特定の構成は例示に過ぎず、限定するものではなく、相補対の様々な構成が使用されてもよいことが理解されよう。様々な代替構成について、以下の他の図を参照して説明する。 In some particularly advantageous embodiments, the displacement increments of any complementary pair CPi and any disruptor element within the movement range +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry are described. The receive coil portion (eg, 570) and the disruptor element (eg, 551) are arranged such that both the magnitude and sign of the change in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the displacement increment of the raptor element are the same in their complementary pairs. It is configured. In some such embodiments, the shape of the internal regions of them (ie, upper rotation sensing coil TRSCi and lower rotation sensing coil BRSCi) when projected along the axial direction is nominally matched in shape. The reception coil unit is configured such that each complementary pair CPi includes an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi that operate. It will be appreciated that the particular embodiment of stylus position detector 511' shown in FIG. 5 is compatible with this description. However, it will be appreciated that the particular configurations shown in FIG. 5 are exemplary only, and not limiting, and that various configurations of complementary pairs may be used. Various alternative configurations are described with reference to the other figures below.

いくつかの特に有利な実施形態では、ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉについて、ディスラプター要素の直線側辺のそれぞれは、そのそれぞれの相補対の上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように、受信コイル部（例えば、５７０）およびディスラプター要素（例えば、５５１）は構成されている。いくつかのそのような実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。図５に示されるスタイラス位置検出部５１１’の特定の実施形態は、この説明に適合することが分かるであろう。しかし、相補対の構成体とディスラプター要素のエッジ構成体の様々な組み合わせを使用することができ、図５に示す特定の構成の組み合わせは単なる例示であり、限定されるものではないことが理解できよう。構成の様々な代替の組み合わせについて、以下の他の図を参照して説明する。 In some particularly advantageous embodiments, the disruptor element comprises at least N straight sides, and for any respective complementary pair CPi, each straight side of the disruptor element is of its respective complementary pair. The receiving coil section (for example, 570) and the disruptor element (for example, 551) are configured so as to traverse both the upper rotation detecting coil TRSCi and the lower rotation detecting coil BRSCi. In some such embodiments, N=4 and at least N straight sides comprise four sides arranged parallel to the sides of the rectangle or square. It will be appreciated that the particular embodiment of stylus position detector 511' shown in FIG. 5 is compatible with this description. However, it is understood that various combinations of complementary pair constructions and disruptor element edge constructions can be used, and the particular construction combination shown in FIG. 5 is merely exemplary and not limiting. I can do it. Various alternative combinations of configurations are described with reference to the other figures below.

図６は、図５に示すスタイラス位置検出部５１１’の特定の要素の部分概略等角図であり、本明細書で開示する原理による信号処理および制御回路６８０の例示的な一実施形態のブロック図に概略的に示された接続ＣＯＮＮを含んでいる。図６に示されるように、信号処理および制御回路６８０は、スタイラス位置検出部５１１’の様々なコイルに動作可能に接続される。図６に示される実施形態では、信号処理および制御回路６８０は、その様々な相互接続された構成要素間の様々なタイミングおよび信号接続を管理するまたは動作を交換できるデジタル制御装置／プロセッサ６８１を備える。デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、駆動信号発生器６８２、増幅器／スイッチング部６８３、サンプル・ホールド部６８４、多重化部６８５、およびＡ／Ｄ変換部６８６を備える。デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、図２を参照して先に概説し、以下でさらに説明するように、様々なデジタル信号処理動作を実行して、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔを決定することもできる。信号処理および制御回路６８０の設計および動作は、一般に、既知の原理に従って、当業者によって認識および理解することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路６８０の様々な要素は、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５，８４１，２７４号に開示された対応する要素と同様に設計および動作することができる。したがって、図示された信号処理および制御回路６８０の動作はここでは簡単にのみ説明する。 6 is a partial schematic isometric view of certain elements of the stylus position detector 511' shown in FIG. 5, a block of an exemplary embodiment of a signal processing and control circuit 680 according to the principles disclosed herein. It includes a connection CONN shown schematically in the figure. As shown in FIG. 6, the signal processing and control circuit 680 is operably connected to various coils of the stylus position detector 511'. In the embodiment shown in FIG. 6, the signal processing and control circuit 680 comprises a digital controller/processor 681 capable of managing or exchanging various timing and signal connections between its various interconnected components. .. The digital controller/processor 681 includes a drive signal generator 682, an amplifier/switching unit 683, a sample and hold unit 684, a multiplexing unit 685, and an A/D conversion unit 686. Digital controller/processor 681 may also perform various digital signal processing operations to determine output signals APSOut and RPSOut, as outlined above with reference to FIG. 2 and described further below. The design and operation of the signal processing and control circuit 680 can generally be recognized and understood by those skilled in the art according to known principles. For example, in one embodiment, various elements of the signal processing and control circuit 680 are designed similar to the corresponding elements disclosed in US Pat. No. 5,841,274, which is incorporated herein by reference in its entirety. And can work. Therefore, the operation of the illustrated signal processing and control circuit 680 will only be described briefly herein.

動作中、駆動信号発生器６８２は、変化するコイル駆動信号Ｄｓｉｇ（例えば、パルス）を場生成コイル構成体５６０に提供するように動作する。場生成コイル構成体５６０は、コイル駆動信号に応答してディスラプター移動ボリュームＭＶの軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。図示の構成では、上部場生成コイル５６１Ｔおよび下部場生成コイル５６１Ｂは、互いに強め合う変動磁束を提供するように構成される。増幅器／スイッチング部６８３は、受信コイル部５７０から信号成分ＲＳＩＧｓおよびＡＳＩＧｓを入力するように構成されている。受信コイル部５７０は、上部および下部コイル基板上に配置されたそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分（例えば、既に概説された信号成分ＳＩＧＴＡＳＣＣ、ＳＩＧＢＡＳＣＣ、ＳＩＧＴＲＳＣ１〜ＳＩＧＴＲＳＣ４、およびＳＩＧＢＲＳＣ１〜ＳＩＧＢＲＳＣ４）を備える。いくつかの実施形態では、例えば、式５〜７などに示された関係で規定されたように、増幅器／スイッチング部６８３は、様々なアナログ信号を組み合わせて様々な所望の和信号または差信号を（例えば、適切なシリアルまたはパラレル接続などによって）提供するスイッチング回路を備えることができる。しかし、他の実施形態では、増幅器／スイッチング部６８３は、増幅および信号調整動作（および場合によっては信号反転動作）のみを実行し、すべての信号結合動作は他の回路部分で実行されてもよい。 In operation, the drive signal generator 682 operates to provide a varying coil drive signal Dsig (eg, pulse) to the field generating coil arrangement 560. The field generating coil structure 560 generates a variable magnetic flux substantially along the axial direction of the disruptor moving volume MV in response to the coil drive signal. In the configuration shown, the upper field generating coil 561T and the lower field generating coil 561B are configured to provide mutually reinforcing varying magnetic flux. The amplifier/switching unit 683 is configured to receive the signal components RSIGs and ASIGs from the receiving coil unit 570. The receive coil section 570 includes respective signal components (eg, the signal components SIGTASCC, SIGBASCC, SIGTRSC1 to SIGTRSC4, which have been outlined above) provided by respective rotation and axial detection coils disposed on the upper and lower coil substrates. SIGBRSC1 to SIGBRSC4). In some embodiments, the amplifier/switching unit 683 combines various analog signals into various desired sum or difference signals, as defined by the relationships shown in, for example, equations 5-7. Switching circuitry may be provided (eg, via a suitable serial or parallel connection, etc.). However, in other embodiments, the amplifier/switching unit 683 may perform only amplification and signal conditioning operations (and possibly signal inversion operations) and all signal combining operations may be performed in other circuit parts. ..

サンプル・ホールド部６８４は、増幅器／スイッチング部６８３から様々なアナログ信号を入力し、例えば、受信コイル部５７０の様々なそれぞれの検出コイルから生じるすべてのそれぞれの信号成分を同時にサンプリングしホールドするように、既知の原理に従ってサンプル動作とホールド動作を実行する。一実施形態では、多重化部６８５は、様々な信号を連続的にＡ／Ｄ変換部６８６に、および／または（例えば、式５〜７などに示される関係で規定されるような）様々な所望の信号関係に関連する組み合わせで接続することができる。Ａ／Ｄ変換部６８６は、対応するデジタル信号値をデジタル制御装置／プロセッサ６８１に出力する。次いで、デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、（例えば、式５〜７などに示される関係で規定されるような）様々な所望の関係に従って、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔを決定および出力するように、デジタル信号値を処理しおよび／または結びつける。出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔは、走査プローブのフレームまたはハウジングに対するディスラプター要素５５１またはスタイラス５０６の少なくとも１つの軸方向位置および回転位置を示す。いくつかの実施形態では、出力信号ＡＰＳＯｕｔおよびＲＰＳＯｕｔが走査プローブのフレームに対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を直接示すように、デジタル制御装置／プロセッサ６８１を構成することができる。他の実施形態では、デジタル制御装置／プロセッサ６８１は、走査プローブのフレームに対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を間接的に示す信号を出力するように構成することができる。そして、ホストシステム（例えばＣＭＭ）は、そのような信号をさらに結合または改良し、走査プローブおよび／またはＣＭＭ測定に使用される全ての座標システム全体に対するスタイラス５０６またはその接触部５４８の３次元位置を決定するように、そのような信号を入力し、追加の処理を実行する。 The sample/hold unit 684 inputs various analog signals from the amplifier/switching unit 683, and, for example, simultaneously samples and holds all the respective signal components generated from the various respective detection coils of the receiving coil unit 570. , Perform sample and hold operations according to known principles. In one embodiment, the multiplexer 685 continuously sends the various signals to the A/D converter 686 and/or various signals (eg, as defined by the relationships shown in equations 5-7, etc.). It is possible to connect in a combination relevant to the desired signal relationship. The A/D converter 686 outputs the corresponding digital signal value to the digital controller/processor 681. The digital controller/processor 681 then digitally determines to output and output the output signals APSOut and RPSOut according to various desired relationships (eg, as defined in the relationships shown in equations 5-7, etc.). Process and/or combine signal values. The output signals APSOut and RPSOut indicate at least one axial and rotational position of the disruptor element 551 or stylus 506 relative to the frame or housing of the scanning probe. In some embodiments, the digital controller/processor 681 can be configured such that the output signals APSOut and RPSOut directly indicate the three-dimensional position of the stylus 506 or its contact 548 with respect to the frame of the scanning probe. In other embodiments, the digital controller/processor 681 can be configured to output a signal that indirectly indicates the three-dimensional position of the stylus 506 or its contact 548 with respect to the frame of the scanning probe. The host system (eg, CMM) then further combines or refines such signals to determine the three-dimensional position of the stylus 506 or its contacts 548 relative to the entire scanning probe and/or all coordinate systems used for CMM measurements. As determined, such a signal is input and additional processing is performed.

本明細書で開示および特許請求される様々な原理によるスタイラス位置検出部（例えば、５１１'）の実施形態では、受信コイル部（例えば、５７０）の様々な受信コイルによって提供される信号成分は、ロバストで高精度の３次元位置表示を提供するために比較的高速で単純な信号処理を使用しながら、特定の信号誤差および／または信号クロスカップリング誤差の除去または修正に関して特に有利であることが理解できよう。 In an embodiment of a stylus position detector (eg, 511′) according to various principles disclosed and claimed herein, the signal components provided by the various receive coils of the receive coil portion (eg, 570) are: It would be particularly advantageous in terms of removing or correcting certain signal errors and/or signal cross-coupling errors while using relatively fast and simple signal processing to provide a robust and accurate three-dimensional position display. You can understand.

ロバストで高精度の３次元位置表示を提供するための比較的高速で単純な信号処理の使用に関して、１つの考慮事項は、位置または変位信号成分の線形性（または式５で示されるＺ信号関係のような特定の結合信号の線形性）である。重要な３次および／または５次の信号変化の寄与に応じて変位とともに変化する信号または信号関係は、一般に、正確な変位または位置の表示を提供するために、より複雑な信号処理および／または補正および／または較正を必要とすることを理解されたい。本発明者らは、特定の望ましい構成が、軸方向信号成分ＡＳｉｇｓおよび／またはそれらの組み合わせにおける高次の信号変化の寄与を抑制する傾向があることを発見した。これらの望ましい構成を説明する１つの方法として、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイルは、中心軸ＣＡと同心で、上部および下部軸方向検出コイル（例えば、図５に示す上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイル）がその内側に適合するような必要最小限の半径を有するように定義される「軸方向検出コイル内接シリンダー」を定義すると考えられてもよい（つまり、軸方向検出コイル内接シリンダーは、中心軸ＣＡと同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義されてもよい）。「ディスラプター内接シリンダー」は、中心軸ＣＡと同心で、ディスラプター要素（例えば、ディスラプター要素５５１など）のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義することができる。様々な実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍であることが望ましい（が必須ではない）。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径が、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の少なくとも１．２または少なくとも１．５倍であることが望ましい（が、必須ではない）。 Regarding the use of relatively fast and simple signal processing to provide a robust and accurate 3D position display, one consideration is the linearity of the position or displacement signal components (or the Z signal relationship shown in equation 5). The linearity of a particular combined signal such as ). Signals or signal relationships that change with displacement in response to the contributions of significant third and/or fifth order signal changes generally result in more complex signal processing and/or to provide accurate displacement or position indications. It should be appreciated that correction and/or calibration is required. The inventors have discovered that certain desirable configurations tend to suppress the contribution of higher order signal changes in the axial signal component ASigs and/or combinations thereof. As one way of describing these preferred configurations, the sensing coils of the upper and lower axial sensing coil arrangements TASCC and BASCC are concentric with the central axis CA and are located in the upper and lower axial sensing coils (see, for example, FIG. 5). It is believed to define an "axial sense coil inscribed cylinder" in which the sense coils of the upper and lower axial sense coil constructions TASCC and BASCC) are defined to have the minimum required radius to fit inside. (I.e., the axial sense coil inscribed cylinder may be defined to have a radius that is concentric with the central axis CA and is the maximum radius that can be inscribed within the edges of the upper and lower axial sense coils. ). A "disruptor inscribed cylinder" can be defined to have a radius that is concentric with the central axis CA and is the maximum radius that can be inscribed within the edge of a disruptor element (eg, disruptor element 551, etc.). In various embodiments, it is desirable (but not required) that the radius of the disrupter inscribed cylinder be at least 1.1 times the radius of the axial sensing coil area inscribed cylinder. In some embodiments, it is desirable (but not required) that the radius of the disrupter inscribed cylinder be at least 1.2 or at least 1.5 times the radius of the axial sensing coil area inscribed cylinder.

図７Ａ〜７Ｅは、本明細書に開示された原理に従って、それぞれ、受信コイル部７７０Ａ〜７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ａ〜７５１Ｅを備えるスタイラス位置検出部の構成要素のそれぞれ「４つの相補対」の実施形態を表す（軸方向またはＺ方向に沿って見た）「平面視」図を示す。図示された構成要素は、本明細書に開示された原理によるスタイラス位置検出部の様々な実施形態において使用可能である。場生成コイルは図７Ａ〜７Ｅには示されていないが、それらは先に開示された原理に従って提供されることが理解されよう。図７Ａ〜７Ｅに示される様々な構成要素は、前述のスタイラス位置検出部３１１、４１１、５１１、および／または５１１'における類似の番号付けされた構成要素と同様または類似であり、それとの類似によって一般に理解することができる。したがって、図７Ａ〜７Ｅに含まれる「４つの相補対」の実施形態の特定の固有性または重要な特性のみを以下に説明する。 7A-7E show implementations of "four complementary pairs" each of the components of the stylus position detector comprising receiver coil sections 770A-770E and disruptor elements 751A-751E, respectively, in accordance with the principles disclosed herein. Figure 3 shows a "plan view" view (viewed along the axial or Z direction) of the morphology. The illustrated components can be used in various embodiments of stylus position detectors according to the principles disclosed herein. Although field generating coils are not shown in Figures 7A-7E, it will be appreciated that they are provided in accordance with the principles disclosed above. The various components shown in FIGS. 7A-7E are similar to or similar to, and by analogy with, similar numbered components in the stylus position detectors 311, 411, 511, and/or 511′ described above. Generally understandable. Therefore, only certain unique or significant characteristics of the "four complementary pair" embodiments included in Figures 7A-7E are described below.

図７Ａは、スタイラス位置検出部５１１’を参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ａおよびディスラプター要素７５１Ａの実施形態を示しており、それとの類推によって理解することができる。スタイラス位置検出部５１１'を参照して前述したものと同様の円形の上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣを示すことに加えて、図７Ａは、破線で示された、代替の正方形の上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ'およびＢＡＳＣＣ'も示す。より一般的には、本明細書で開示および／または特許請求される様々な原理に従って望ましい動作を提供するように構成される限り、任意の所望の形状を上部および下部軸方向検出コイル構成体に使用できることが理解されよう。 FIG. 7A illustrates an embodiment of a receive coil portion 770A and disruptor element 751A similar to that described above with reference to stylus position detector 511', and can be understood by analogy therewith. In addition to showing circular upper and lower axial sensing coil arrangements TASCC and BASCC similar to those described above with reference to stylus position detector 511′, FIG. The upper and lower axial sense coil constructions TASCC' and BASCC' of FIG. More generally, any desired shape can be applied to the upper and lower axial sensing coil arrangements as long as it is configured to provide the desired operation in accordance with various principles disclosed and/or claimed herein. It will be appreciated that it can be used.

ディスラプター要素７５１Ａの形状は、コンパクト化のために「トリミングされた角」を備えることに留意されたい。本明細書で以前に開示された原理を実現するために、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、例示された相補対のいずれにおいても名目上同じであるため、直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙは、この原則を満たすために、各相補対を横断する直線エッジ部分を超えないように規定または指定することができる。 Note that the shape of disruptor element 751A comprises "trimmed corners" for compactness. In order to implement the principles previously disclosed herein, the magnitude of change in the overlapping regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with disrupter displacement increments is nominally the same for both exemplified complementary pairs. , The movement ranges +/−Rx and +/−Ry along the orthogonal X and Y directions may be defined or specified so as not to exceed the straight edge portion traversing each complementary pair to satisfy this principle. it can.

図７Ｂは、受信コイル部７７０Ｂの相補対ＣＰ１〜ＣＰ４が上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣの検出コイルと重なるより大きな回転検出コイルを備えることを除いて、図７Ａを参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｂおよびディスラプター要素７５１Ｂの実施形態を示す。なお、相補対ＣＰ１〜ＣＰ４がそのような大きな回転検出コイルを備えることは、本明細書で開示される様々な原理に従って禁止されてはいない。そのような構成を製造するために、回転および軸方向検出コイルは、例えば、多層プリント回路基板のそれぞれの層に製造することができる。 7B, with reference to FIG. 7A, except that the complementary pairs CP1 to CP4 of the receiver coil section 770B comprise larger rotation sensing coils that overlap the sensing coils of the upper and lower axial sensing coil assemblies TASCC and BASCC. 7 illustrates an embodiment of a receive coil section 770B and disruptor element 751B similar to those described above. It should be noted that the complementary pairs CP1 to CP4 are not prohibited from having such large rotation detection coils in accordance with various principles disclosed herein. To manufacture such an arrangement, the rotary and axial detection coils can be manufactured in respective layers of a multilayer printed circuit board, for example.

図７Ｃは、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉから分離された軸方向検出コイルによって提供されないことを除いて、図７Ｂを参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｃおよびディスラプター要素７５１Ｃの実施形態を示す。代わりに、上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣは、Ｎ個（Ｎ＝４）の上部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４の組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備えることが理解されよう。Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４の類似の形状と、それらを重複するディスラプター要素の平行な２組の対とにより、ディスラプター要素７５１Ｃの変位増分による重複領域ＴＲＳＣＯＡ１で失われるすべての重複領域は、重複領域ＴＲＳＣＯＡ２で得られ、その逆も同様であることが観察される。同様に、重複領域ＴＲＳＣＯＡ３で失われるすべての重複領域は、重複領域ＴＲＳＣＯＡ４で得られ、その逆も同様である。したがって、重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計は、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｃの位置に応じて変化する場合でも、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素７５１Ｃの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。同様に、下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣは、Ｎ個（Ｎ＝４）の下部回転検出コイルＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４の組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計は、また、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｃの位置に応じて変化する場合でも、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素７５１Ｃの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。したがって、前述の構成との違いにもかかわらず、図７Ｃに示される実施形態は、本明細書に開示される一般原理による構成を提供し、受信コイル部７７０Ｃおよびディスラプター要素７５１Ｃは、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。 FIG. 7C was described above with reference to FIG. 7B, except that the upper and lower axial sense coil constructions TASCC and BASCC are not provided by axial sense coils separate from the various rotary sense coils TRSCi and BRSCi. 7C illustrates an embodiment of a receive coil section 770C and disruptor element 751C similar to those described above. Instead, the upper axial detection coil structure TASCC includes a combination of N (N=4) upper rotation detection coils TRSC1 to TRSC4, and the upper axial detection overlap area TASOA is divided into N upper rotation detection coils. It will be appreciated that it comprises the sum of the associated individual overlapping regions TRSCOAi. Due to the similar shape of the N upper rotation detection coils TRSC1 to TRSC4 and two parallel pairs of disruptor elements that overlap them, all overlap lost in the overlap region TRCCOA1 due to the displacement increment of the disruptor element 751C. It is observed that the region is obtained in the overlapping region TRSCOA2 and vice versa. Similarly, all overlapping regions lost in overlapping region TRSCOA3 are obtained in overlapping region TRSCOA4 and vice versa. Therefore, the total of the overlapping regions TRSCOAi is such that, even when the individual overlapping regions TRSCOAi that form the regions overlap depending on the position of the disruptor element 751C, the movement moving ranges +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry. The position of the disruptor element 751C within does not change or is independent of its position. Similarly, the lower axial detection coil structure BASCC comprises a combination of N (N=4) lower rotation detection coils BRSC1 to BRSC4, and the lower axial detection overlap area BASOA is divided into N lower rotation detection coils. It comprises the sum of the associated individual overlapping areas BRSCOAi. The sum of the overlap areas BRSCOAi is also the operating range of movement +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry, even if the individual overlap areas BRSCOAi that comprise it vary depending on the position of the disruptor element 751C. The position of the disruptor element 751C within does not change or is independent of its position. Thus, despite differences from the previously described configurations, the embodiment shown in FIG. 7C provides a configuration according to the general principles disclosed herein, wherein the receive coil section 770C and the disruptor element 751C are It is configured to provide a direction detection overlap area TASOA and a lower axial direction detection overlap area BASOA. The respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA do not change or depend on the position of the disruptor elements within the movement ranges +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry.

図７Ｄは、図７Ｃを参照して前述したものと類似の方法で機能する受信コイル部７７０Ｄおよびディスラプター要素７５１Ｄの実施形態を示し、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、様々な回転検出コイルＴＲＳＣｉおよびＢＲＳＣｉとは分離されている軸方向検出コイルによっては提供されない。代わりに、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、Ｎ（Ｎ＝４）個の上部および下部回転検出コイルＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４およびＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４のそれぞれの組み合わせを備える。上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡはＮ個の上部回転検出コイルに関連付けられた個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡはＮ個の下部回転検出コイルに関連付けられた個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。図７Ｃに示された構成と同様に、重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計は、その連続した個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｄの位置に依存して変化しても、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素７５１Ｄの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。そして、重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計も、その連続した個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素７５１Ｄの位置に依存して変化しても、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素７５１Ｄの位置では変化しない、またはその位置に依存しない。したがって、前述の構成との違いにもかかわらず、図７Ｄに示される実施形態は、本明細書に開示される一般原理による構成を提供している。受信コイル部７７０Ｄおよびディスラプター要素７５１Ｄは、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成される。重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内でディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しない。ディスラプター要素７５１Ｄの図示された形状により、本明細書で先に開示された原理を満たすために、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、図示された相補対のいずれにおいても名目上同じであり、直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙは、ディスラプター要素７５１Ｄの角のいずれも、それらが任意の相補対ＣＰ１〜ＣＰ４の検出コイルの境界を横断するような程度でそれらの図示された位置に移動しないように規定または指定されることが理解されよう。 FIG. 7D shows an embodiment of a receive coil section 770D and a disruptor element 751D that operates in a manner similar to that described above with reference to FIG. 7C, where the axial sense coil arrangements TASCC and BASCC are different rotation senses. It is not provided by an axial sense coil that is separate from the coils TRSCi and BRSCi. Instead, the upper and lower axial detection coil arrangements TASCC and BASCC comprise respective combinations of N (N=4) upper and lower rotation detection coils TRSC1 to TRSC4 and BRSC1 to BRSC4. The upper axial detection overlap area TASOA comprises the sum of the individual overlapping areas TRSCOAi associated with the N upper rotation detection coils, and the lower axial detection overlap area BASOA comprises the individual upper overlap detection coils TASOA associated with the N lower rotation detection coils. It comprises the sum of the overlapping areas BRSCOAi. Similar to the configuration shown in FIG. 7C, the sum of the overlap regions TRSCOAi is such that, even if the consecutive individual overlap regions TRSCOAi vary depending on the position of the disruptor element 751D, the movement range +/−Rz, Within +/−Rx, and within +/−Ry, the position of disruptor element 751D does not change or is independent of its position. Further, the total of the overlapping regions BRSCOAi also changes the movement moving ranges +/-Rz, +/-Rx and +/-Ry even if the continuous individual overlapping regions BRSCOAi change depending on the position of the disruptor element 751D. Within the position of the disruptor element 751D does not change or is independent of its position. Thus, despite differences with the previously described configurations, the embodiment shown in FIG. 7D provides a configuration according to the general principles disclosed herein. The receiver coil portion 770D and the disruptor element 751D are configured to provide an upper axial detection overlap area TASOA and a lower axial detection overlap area BASOA. The respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA do not change or depend on the position of the disruptor element within the movement ranges +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Due to the illustrated shape of the disruptor element 751D, to meet the principles previously disclosed herein, the magnitude of the change in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the disrupter displacement increment is determined by the illustrated complementary pair. Nominally the same, the range of movement +/−Rx and +/−Ry along the orthogonal X and Y directions is the same for any of the corners of the disrupter element 751D. It will be appreciated that it is prescribed or specified not to move to their illustrated position to such an extent that it crosses the boundaries of the CP4 detector coil.

図７Ｅは、各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルが中心軸を中心に互いに対して角度２ * ＮＡＡだけ回転することを除いて、図７Ａ（またはスタイラス位置検出部５１１'）を参照して前述したものと同様の受信コイル部７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ｅの実施形態を示す。なお、ＮＡＡは「非整列角度」である。しかし、この実施形態は、非整列角度ＮＡＡが増加するにつれて、（各相補対ＣＰｉの上部と下部回転検出コイルが軸方向に沿って整列している）前述の構成と比較してますます不利になる。ますます不利になる理由は、ディスラプター要素７５１Ｅとのそれらの重複領域が「同じ場所」にないので、ディスラプター要素７５１Ｅと各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルとの間の動作ギャップ（例えば、図３に示されている動作ギャップＯＧ）の合計がディスラプター要素７５１Ｅのすべての変位に対して必ずしも一定ではないことである。したがって、それらの信号の合計は、式６を参照して前述したように、理想的に軸方向の変位ΔＺから独立していないかもしれない。上記の如く概説され図７で示された構成は、本明細書で開示された様々な原則に従って禁止されていない。そのような構成は、本明細書で開示および請求される最も基本的な原理を依然として満たし、既知の誘導性センサ構成体と比較して上記で概説した様々な利点を少なくとも部分的に保持する信号成分を提供することができることが理解されよう。図７Ｅに示す構成を説明する１つの方法として、相補対の一方の形状が中心軸を中心に他方の角度位置と一致するように中心軸周りに（例えば、角度２ * ＮＡＡ）回転され、軸方向に沿って投影される場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致する（つまり、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部領域の形状が、それらの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置で一致するように中心軸の周りで回転したときに名目上一致する）ことを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉが備えるように、受信コイル部７７０Ｅは構成される。様々な実施形態では、受信コイル部７７０Ｅおよびディスラプター要素７５１Ｅは、ディスラプター要素７５１Ｅが少なくともＮ個の直線側辺（例えばＮ＝４）を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉ（例えばＣＰ１〜ＣＰ４）に対して、ディスラプター要素７５１Ｅの直線側辺のそれぞれは、その各相補対ＣＰｉの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの両方を横断するように構成されてもよい。Ｎ＝４であるそのような実施形態では、ディスラプター要素７５１Ｅの少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。 FIG. 7E refers to FIG. 7A (or stylus position detector 511′), except that the upper and lower rotation detection coils of each complementary pair CPi rotate about the central axis by an angle of 2*NAA with respect to each other. 7b illustrates an embodiment of a receive coil section 770E and disruptor element 751E similar to those described above. NAA is a "non-alignment angle". However, this embodiment becomes more and more disadvantageous as compared to the previous configuration (where the upper and lower rotation sensing coils of each complementary pair CPi are axially aligned) as the misalignment angle NAA increases. Become. The reason for an increasing disadvantage is that the operating gap () between the disruptor element 751E and the upper and lower rotation sensing coils of each complementary pair CPi (as their overlapping areas with the disruptor element 751E are not "in the same place"). For example, the sum of the operating gaps OG) shown in FIG. 3 is not necessarily constant for all displacements of disruptor element 751E. Therefore, the sum of those signals may not ideally be independent of the axial displacement ΔZ, as described above with reference to Equation 6. The configuration outlined above and shown in FIG. 7 is not prohibited in accordance with various principles disclosed herein. Such a configuration still meets the most basic principles disclosed and claimed herein, and is a signal that at least partially retains the various advantages outlined above as compared to known inductive sensor constructions. It will be appreciated that the ingredients can be provided. One way to describe the configuration shown in FIG. 7E is to rotate one side of the complementary pair about the central axis (eg, an angle of 2*NAA) so that the shape of the complementary pair coincides with the angular position of the other axis. When projected along a direction, the shapes of their inner regions nominally match (ie, the shapes of the inner regions of the upper rotation detection coil TRSCi and the lower rotation detection coil BRSCi are such that one of them has a central axis). So that each complementary pair CPi is provided with an upper rotation detecting coil TRSCi and a lower rotation detecting coil BRSCi which are nominally coincident with each other when rotated around the central axis so as to coincide with each other at the other angular position. In addition, the receiving coil unit 770E is configured. In various embodiments, the receive coil portion 770E and the disruptor element 751E are configured such that the disruptor element 751E comprises at least N straight sides (eg, N=4) and any respective complementary pair CPi (eg, CP1 to CP4). ), each of the straight sides of the disrupter element 751E may be configured to traverse both the upper rotation detecting coil TRSCi and the lower rotation detecting coil BRSCi of its respective complementary pair CPi. In such an embodiment where N=4, at least N straight side edges of the disruptor element 751E comprise four sides arranged parallel to the sides of a rectangle or square.

図８Ａ〜８Ｆは、本明細書に開示された原理に従って、それぞれ、受信コイル部８７０Ａ〜８７０Ｆおよびディスラプター要素８５１Ａ〜８５１Ｆを備えるスタイラス位置検出部の構成要素のそれぞれ「３（または６）つの相補対」の実施形態を表す（軸方向またはＺ方向に沿った）「平面視」図を示す。図示された構成要素は、本明細書に開示された原理によるスタイラス位置検出部の様々な実施形態において使用可能である。場生成コイルは図８Ａ〜８Ｆには示されていないが、それらは先に開示された原理に従って提供されることが理解されよう。図８Ａ〜８Ｆのいくつかに示される「３（または６）つの相補対」の構成に示される様々な構成要素は、図７Ａ〜７Ｅを参照して前述した対応する「４つの相補対」の構成に示される対応する要素と類似であり、それとの類似によって一般に理解することができる。したがって、図８Ａ〜８Ｆに含まれる「３つの相補対」の実施形態の特定の固有性または重要な特性のみを以下に説明する。 8A-8F show that each of the components of the stylus position detector comprising receiver coil portions 870A-870F and disruptor elements 851A-851F is "3 (or 6) complementary, in accordance with the principles disclosed herein. Figure 3 shows a "plan view" (along the axial or Z direction) representing the "paired" embodiment. The illustrated components can be used in various embodiments of stylus position detectors according to the principles disclosed herein. Although field generating coils are not shown in Figures 8A-8F, it will be appreciated that they are provided in accordance with the principles disclosed above. The various components shown in the "3 (or 6) complementary pair" configuration shown in some of FIGS. It is similar to the corresponding elements shown in the configuration and can be generally understood by analogy therewith. Therefore, only the specific or significant characteristics of the "three complementary pair" embodiments included in Figures 8A-8F are described below.

図８Ａ〜８Ｃは、対応する図７Ａ〜７Ｃに示される、「４つの相補対」の構成体の「３つの相補対」の類似体である。それらは一般に、以下の追加の説明に基づいて、それらの対応する構成の説明（例えば、図８Ａではその対応する図７Ａなど）との類似によって理解することができる。 8A-8C are "3 complementary pair" analogs of the "4 complementary pair" constructs shown in the corresponding FIGS. 7A-7C. They can generally be understood by analogy with their corresponding configuration description (eg, in FIG. 8A its corresponding FIG. 7A, etc.) based on the following additional description.

（例えば、図７Ａに示すように）互いから９０度に向けられた前述の４つの相補対とは対照的に、任意の変位増分またはディスラプター要素（例えば、８５１Ａ）の位置が、本書の様々な図に示されているＸ軸方向とＹ軸方向に沿って向けられた変位または位置ベクトル成分または座標によるので、図８Ａ〜８Ｆに示された各ベクトル成分方向ＶＣ１、ＶＣ２、ＶＣ３に沿って向けられた変位または位置ベクトル成分または座標によって容易に特徴付けられていることを考慮することによって、互いから１２０度に向けられた３つの相補対の使用を理解することができる。ある座標系から別の座標系にベクトル成分を変換する方法はよく知られており、ここで詳細に説明する必要はない。これに基づいて、図８Ａ〜８Ｃに示される相補対ＣＰｉは、相補対の前述の説明で概説された同じ原理に従って構成され、それらのそれぞれの重複領域は、それらの対応するベクトル成分方向ＶＣ１、ＶＣ２、およびＶＣ３に沿ってディスラプター要素の変位または位置を示すことが理解されよう。例えば、図８Ａに示されている代表的な重複領域ＴＲＳＣＯＡ１とＢＲＳＣＯＡ１は、対応するベクトル成分方向ＶＣ１等に沿ったディスラプター要素の変位または位置を示す前述の原理に従って、関連する信号成分ＳＩＧＴＲＳＣ１およびＳＩＧＢＲＳＣ１をもたらす。図８Ａ、８Ｃ、および８Ｅに示される実施形態では、１つの実施形態において、ＶＣ１方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ１は、以下の信号関係によって示されるか、その信号関係に対応することができ、この信号関係は比較可能な相補対に対する以前に概説された原理によるΔＺから名目上は独立している。
ΔＶＣ１＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）−（ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ１ＵＮＤＦ] （式８） In contrast to the four complementary pairs described above, which are oriented 90 degrees from each other (as shown, for example, in FIG. 7A), the position of any displacement increment or disruptor element (eg, 851A) may vary according to the nature of this document. Because of the displacement or position vector components or coordinates oriented along the X-axis direction and the Y-axis direction shown in the figures, along each vector component direction VC1, VC2, VC3 shown in FIGS. The use of three complementary pairs oriented 120 degrees from each other can be understood by considering that they are easily characterized by the directed displacement or position vector components or coordinates. Methods for transforming vector components from one coordinate system to another are well known and need not be discussed at length here. On this basis, the complementary pairs CPi shown in FIGS. 8A-8C are constructed according to the same principles outlined in the preceding description of complementary pairs, their respective overlapping regions being their corresponding vector component direction VC1, It will be appreciated that it indicates the displacement or position of the disruptor element along VC2 and VC3. For example, the representative overlap regions TRSCOA1 and BRSCOA1 shown in FIG. 8A have associated signal components SIGTRSC1 and SIGBRSC1 according to the above-described principle indicating the displacement or position of the disruptor element along the corresponding vector component direction VC1 and the like. Bring In the embodiment shown in FIGS. 8A, 8C, and 8E, in one embodiment, the rotational displacement or position component ΔVC1 along the VC1 direction may be indicated by or correspond to the following signal relationship: Yes, this signal relationship is nominally independent of ΔZ according to previously outlined principles for comparable complementary pairs.
ΔVC1=function [(SIGTRSC1+SIGBRSC1)−(SIGTRSC1 UNDF +SIGBRSC1 UNDF ] (Equation 8)

ここで、ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦおよびＳＩＧＢＲＳＣ１ＵＮＤＦは、ディスラプター要素（例えば、８５１Ａなど）の非偏向位置ＵＮＤＦに対応する重複領域ＴＲＳＣＯＡ１およびＢＲＳＣＯＡ１から生じる参照信号値である。 Here, SIGTRSC1 UNDF and SIGBRSC1 UNDF are reference signal values generated from the overlapping areas TRSCOA1 and BRSCOA1 corresponding to the non-deflected position UNDF of the disruptor element (for example, 851A).

同様に、ＶＣ２方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ２およびＶＣ３方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ３は、次の信号関係によって示されるか、それに対応することができる。
ΔＶＣ２＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ２ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ２ＵＮＤＦ] （式９）
ΔＶＣ３＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ３ＵＮＤＦ＋ＳＩＧＢＲＳＣ３ＵＮＤＦ] （式１０） Similarly, the rotational displacement or position component ΔVC2 along the VC2 direction and the rotational displacement or position component ΔVC3 along the VC3 direction can be indicated by or correspond to the following signal relationships.
ΔVC2=function [(SIGTRSC2+SIGBRSC2)-(SIGTRSC2 UNDF +SIGBRSC2 UNDF ] (Equation 9)
ΔVC3=function [(SIGTRSC3+SIGBRSC3)-(SIGTRSC3 UNDF +SIGBRSC3 UNDF ] (Equation 10)

図８Ａ〜８Ｃに示される軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣは、対応する構成を参照して本明細書で前述したものと実質的に同じであり、同じタイプの信号成分および信号関係に従って決定できることが理解されよう。上記で概説した信号の関係は例示にすぎず、それに限定されるものではない。様々な実施形態では、これらの信号関係は、必要に応じて、様々な変位方向または信号成分間の幾何学的および／または信号クロスカップリングの影響を低減する操作を備え、追加のキャリブレーションまたは信号処理操作によって調整または補償されてもよい。 The axial sense coil constructions TASCC and BASCC shown in FIGS. 8A-8C are substantially the same as previously described herein with reference to the corresponding constructions and determined according to the same type of signal components and signal relationships. It will be understood that you can. The signal relationships outlined above are exemplary only and not limiting. In various embodiments, these signal relationships include operations to reduce the effects of geometric and/or signal cross-coupling between various displacement directions or signal components, as needed for additional calibration or It may be adjusted or compensated by signal processing operations.

図８Ｄは、合計６つの相補対を備えるために、相補対ＣＰ１〜ＣＰ３から中心軸を横切って対称的に構成される追加の相補対ＣＰ４〜ＣＰ６が提供されることを除いて、図８Ａを参照して前述したものと同様の受信コイル部８７０Ｄおよびディスラプター要素８５１Ｄの実施形態を示す。特に、ＣＰ１とＣＰ４はＶＣ１方向に沿って互いに反対向きであり、ＣＰ２とＣＰ５はＶＣ２方向に沿って互いに反対向きであり、ＣＰ３とＣＰ６はＶＣ３方向に沿って互いに反対向きである。これらの対向する対は、図７Ａ〜７ＤのＸおよびＹ軸方向に沿って示される対向する相補対に類似している。このような構成は、式８〜１０で使用される参照信号値（例：ＳＩＧＴＲＳＣ１ＵＮＤＦなど）に依存する必要はない。したがって、このような構成は、（例えば、様々な原因による信号ドリフトなどに対して本質的な補償をすることで、）よりロバストで正確である。図８Ｄに示す実施形態の場合、一実施形態では、ＶＣ１方向に沿った回転変位または位置成分ΔＶＣ１は、以下の信号関係によって示されるか、または対応することができる。なお、これは、比較可能な相補対に対して前述の原理に従って、名目上、変位ΔＺから独立している。
ΔＶＣ１＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）−（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ１＋ＳＩＧＢＲＳＣ１）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ４＋ＳＩＧＢＲＳＣ４）] （式１１）
ΔＶＣ２＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）−（ＳＩＧＴＲＳＣ５＋ＳＩＧＢＲＳＣ５）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ２＋ＳＩＧＢＲＳＣ２）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ５＋ＳＩＧＢＲＳＣ５）] （式１２）
ΔＶＣ３＝関数 [（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）−（ＳＩＧＴＲＳＣ６＋ＳＩＧＢＲＳＣ６）]÷
[（ＳＩＧＴＲＳＣ３＋ＳＩＧＢＲＳＣ３）＋（ＳＩＧＴＲＳＣ６＋ＳＩＧＢＲＳＣ６）] （式１３） FIG. 8D illustrates FIG. 8A except that additional complementary pairs CP4 to CP6 are provided that are symmetrically configured across the central axis from complementary pairs CP1 to CP3 to provide a total of six complementary pairs. 9 illustrates an embodiment of a receive coil section 870D and disruptor element 851D similar to that described above with reference to FIG. In particular, CP1 and CP4 are opposite to each other along the VC1 direction, CP2 and CP5 are opposite to each other along the VC2 direction, and CP3 and CP6 are opposite to each other along the VC3 direction. These opposing pairs are similar to the complementary complementary pairs shown along the X and Y axis directions of Figures 7A-7D. Such an arrangement need not depend on the reference signal values used in equations 8-10 (eg, SIGTRSC1 UNDF, etc.). Thus, such an arrangement is more robust and accurate (e.g., with inherent compensation for signal drift, etc. due to various causes). For the embodiment shown in FIG. 8D, in one embodiment, the rotational displacement or position component ΔVC1 along the VC1 direction may be indicated or correspond to by the following signal relationships: It should be noted that this is nominally independent of the displacement ΔZ according to the principles described above for comparable complementary pairs.
ΔVC1=function [(SIGTRSC1+SIGBRSC1)-(SIGTRSC4+SIGBRSC4)]÷
[(SIGTRSC1+SIGBRSC1)+(SIGTRSC4+SIGBRSC4)] (Equation 11)
ΔVC2=function [(SIGTRSC2+SIGBRSC2)-(SIGTRSC5+SIGBRSC5)]÷
[(SIGTRSC2+SIGBRSC2)+(SIGTRSC5+SIGBRSC5)] (Equation 12)
ΔVC3=function [(SIGTRSC3+SIGBRSC3)-(SIGTRSC6+SIGBRSC6)]÷
[(SIGTRSC3+SIGBRSC3)+(SIGTRSC6+SIGBRSC6)] (Equation 13)

図８Ｂおよび８Ｃに示される「３つの相補対」の実施形態は、６つの相補対を備えるように同様に適合され、類似の利点を有する類似の信号処理を使用できることが理解されよう。 It will be appreciated that the “three complementary pair” embodiment shown in FIGS. 8B and 8C may be similarly adapted to comprise six complementary pairs and use similar signal processing with similar advantages.

図８Ｅは、図７Ｅを参照して前述したものに類似する受信コイル部８７０Ｅおよびディスラプター要素８５１Ｅの実施形態を示し、図８Ａ〜８Ｃの前述の説明と併せてその説明と類似していることにより一般に理解することができる。その説明を簡単に言い換えると、図８Ｅでは、各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルは、中心軸の周りで互いに対して角度２ * ＮＡＡ回転している。なお、ＮＡＡは「非整列角度」である。この実施形態は、図７Ｅを参照して前述したように、非整列角度ＮＡＡが増加するにつれて、先に概説した（各相補対ＣＰｉの上部および下部回転検出コイルが軸方向に沿って整列されている）構成と比較してますます不利になる。ここで、相補対からの信号の合計は、式６を参照して前述したように、理想的に軸方向の変位ΔＺから独立していないかもしれないことが説明されている。それでも、そのような構成は、本明細書で開示される様々な原理にしたがって禁止されていない。そのような構成は、本明細書で開示および請求される最も基本的な原理を依然として満たし、既知の誘導性センサ構成体と比較して上記で概説した様々な利点を少なくとも部分的に保持する信号成分を提供できることが理解されよう。 8E illustrates an embodiment of a receive coil portion 870E and disruptor element 851E similar to that described above with reference to FIG. Can be generally understood. In other words, in FIG. 8E, the upper and lower rotation detection coils of each complementary pair CPi have an angle of 2*NAA rotation with respect to each other about the central axis. NAA is a "non-alignment angle". This embodiment was outlined above as the non-alignment angle NAA increased (the upper and lower rotation sensing coils of each complementary pair CPi were axially aligned as previously described with reference to FIG. 7E. Are more and more disadvantageous compared to the configuration. It is explained here that the sum of the signals from the complementary pairs may not ideally be independent of the axial displacement ΔZ, as described above with reference to equation 6. Nevertheless, such configurations are not prohibited in accordance with various principles disclosed herein. Such a configuration still meets the most basic principles disclosed and claimed herein, and is a signal that at least partially retains the various advantages outlined above as compared to known inductive sensor constructions. It will be appreciated that the ingredients can be provided.

図８Ｆは、受信コイル部８７０Ｆおよびディスラプター要素８５１Ｆの実施形態を示し、検出コイルの相補対ＣＰｉは、前述の相補対（例えば、図８Ａに示す）のそれらとは異なる構成の検出コイルを有し、中心軸を挟んで対称に配置されている。したがって、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプターの変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさがその相補対において同じであるように、受信コイル部とディスラプター要素がさらに構成されている点で、それらは前述の相補対と同様に特徴付けられている。さらに、図８Ｆに示す実施形態では、受信コイル部は、本明細書で前述したいくつかの相補対と同様に構成され、それら（つまり、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉ）のうちの一方の形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように、中心軸の周りにオフセット角度（例えば１８０度）で回転されて、軸方向に沿って投影された場合に、それらの内部領域の形状が名目上一致するように特徴づけられた上部回転検出コイルＴＲＳＣｉおよび下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを各相補対ＣＰｉは備える。 FIG. 8F illustrates an embodiment of a receive coil section 870F and a disruptor element 851F, where the complementary pair of detection coils CPi has a detection coil of a different configuration than those of the complementary pair described above (eg, shown in FIG. 8A). However, they are arranged symmetrically with respect to the central axis. Thus, for any complementary pair CPi and any disruptor element displacement increment within the motion range of movement +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry, the overlap region associated with the disrupter displacement increment. They are characterized in the same manner as the complementary pair described above, in that the receive coil section and the disruptor element are further configured such that the magnitude of the change in TRSCOAi and BRSCOAi is the same in that complementary pair. Further, in the embodiment shown in FIG. 8F, the receive coil section is configured similar to some of the complementary pairs described earlier in this specification, among them (ie, upper rotation detection coil TRSCi and lower rotation detection coil BRSCi). If one shape is rotated around the central axis by an offset angle (eg 180 degrees) so as to match the angular position of the other around the central axis, they are projected along the axial direction. Each complementary pair CPi comprises an upper rotation detecting coil TRSCi and a lower rotation detecting coil BRSCi characterized so that the shapes of the inner regions are nominally matched.

しかしながら、前述の相補対とは対照的に、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、図８Ｆに示す相補対では反対である。そのような実施形態は、ディスラプター変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号が各相補対で同じである実施形態と比較して、特定の不利な点を持つかもしれない。しかしながら、図８Ｆに示される構成は、それにもかかわらず、本明細書で開示される様々な原理に従って禁止されていない。適切な信号処理により、そのような実施形態は、既知の誘導性検出構成体と比較して、走査プローブで使用するための特定の利点を提供することができる。信号処理は、様々なクロスカップリング効果などを修正または補償するために、（例えば、より複雑な信号成分関係を使用して様々な変位または位置ベクトル成分を示す）本明細書で以前に開示された実施形態で必要とされるよりも複雑である必要があるかもしれない。しかしながら、受信コイル部８７０Ｆについては、そのような効果は、一般に、既知の幾何学的および／または信号関係の制約と、ディスラプター要素８５１Ｆの与えられた変位に対する重複領域の変化の大きさが各相補対の検出コイルで同じであるという事実に基づいて補償することができる。例えば、図８Ｆに示される実施形態では、ディスラプター要素８５１Ｆは、（例えば、正六角形の辺に平行に配置される）３対の平行な直線側辺を備え、任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、平行な直線側辺の対の第１のものが上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、その平行な直線側辺の対の第２のものがそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。ディスラプター要素８５１Ｆの既知の剛体並進および回転特性に基づいて、各検出コイルのそれぞれの重複領域および局所動作ギャップは互いに対する既知の関係によって制約されるように受信コイル部８７０Ｆに備えられ、これらの既知の関係は受信コイル部８７０Ｆによって提供される信号成分の信号処理において、正確な変位ベクトルを決定するのに使用することができる。 However, in contrast to the complementary pair described above, the signs of the changes in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the disrupter displacement increments are opposite in the complementary pair shown in FIG. 8F. Such an embodiment may have certain disadvantages compared to an embodiment in which the sign of the change in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the disrupter displacement increment is the same in each complementary pair. However, the configuration shown in FIG. 8F is nevertheless not prohibited in accordance with various principles disclosed herein. With proper signal processing, such embodiments can provide certain advantages for use in scanning probes as compared to known inductive detection constructs. Signal processing was previously disclosed herein (eg, using more complex signal component relationships to indicate various displacement or position vector components) to correct or compensate for various cross-coupling effects and the like. It may need to be more complex than required in some embodiments. However, for receive coil section 870F, such effects are generally associated with known geometric and/or signal relationship constraints and the magnitude of change in the overlap region for a given displacement of disruptor element 851F. Compensation can be made based on the fact that they are the same in complementary pairs of detection coils. For example, in the embodiment shown in FIG. 8F, the disruptor element 851F comprises three pairs of parallel straight sides (eg, arranged parallel to the sides of a regular hexagon), and for each respective complementary pair CPi. In contrast, the first of the parallel linear side pairs traverses the upper rotation detection coil TRSCi, and the second of the parallel linear side pairs of the lower rotation detection coil BRSCi of its respective complementary pair. Cross. Based on the known rigid body translation and rotation characteristics of the disruptor element 851F, the respective overlap regions and local motion gaps of each detector coil are provided in the receive coil section 870F as constrained by a known relationship to each other, and The known relationship can be used to determine the exact displacement vector in the signal processing of the signal components provided by the receive coil section 870F.

図７Ａ〜７Ｅおよび図８Ａ〜８Ｆに示される変形例は、本明細書に開示および要求される様々な原理に関連して前述した利点の多くまたはすべてを保持する一方で、これらの原理に従ってスタイラス位置検出部内の様々な要素の構成および組み合わせをさらに再配置および／または調整する可能性を示していることが理解されよう。一般に、本明細書で開示される様々な実施形態は、例示のみを目的とし、限定するものではないことを理解されたい。 The variations shown in FIGS. 7A-7E and 8A-8F retain many or all of the advantages described above in connection with various principles disclosed and required herein, while stylus obeying these principles. It will be appreciated that it illustrates the possibility of further rearranging and/or adjusting the configuration and combination of various elements within the position detector. In general, it should be understood that the various embodiments disclosed herein are for purposes of illustration only and are not limiting.

図９Ａおよび９Ｂは、スタイラス位置検出部９１１の代替構成を示す。このスタイラス位置検出部は、例えば、図２の走査プローブ３００でスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１などの代わりに、使用することができる。誘導性構成要素が図９Ｂに示されている。スタイラス位置検出部９１１は、誘導性検出原理を使用し、受信コイル部９７０を有するコイル基板構成体９９０と、図示のように送信コイル（第１の場生成コイル）９６１を備える場生成コイル構成体９６０と、図示のように第１および第２のディスラプター要素９５１を備えるディスラプター構成体９５０と、を備える。受信コイル部９７０は、回転検出コイル部（回転検出コイルとも呼ばれる）ＲＳＣおよび軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣを備えることができる。簡単に言えば、移動するディスラプター要素９５１（または、より一般的には、ディスラプター構成体９５０）は、場生成コイル構成体９６０によって生成される変動磁場の位置に依存した変動を引き起こす。受信コイル部９７０は、ディスラプター要素９５１で引き起こされる変動磁場およびその間の変動に応答する。 9A and 9B show an alternative configuration of the stylus position detector 911. This stylus position detection unit is, for example, the stylus position detection unit 311 in the scanning probe 300 of FIG. 2, and instead of the stylus position detection unit 411 in the embodiment of FIG. 3, a stylus position detection unit 511 in the embodiment of FIG. Can be used instead of. The inductive component is shown in Figure 9B. The stylus position detection unit 911 uses the inductive detection principle, and includes a coil substrate structure 990 having a reception coil unit 970 and a field generation coil structure including a transmission coil (first field generation coil) 961 as illustrated. 960 and a disruptor construct 950 with first and second disruptor elements 951 as shown. The reception coil unit 970 may include a rotation detection coil unit (also referred to as a rotation detection coil) RSC and an axial detection coil structure ASCC. Briefly, the moving disruptor element 951 (or more generally, the disruptor arrangement 950) causes a position dependent variation of the varying magnetic field produced by the field generating coil arrangement 960. The receive coil section 970 is responsive to the varying magnetic field caused by the disruptor element 951 and the variation therebetween.

コイル基板構成体９９０は、Ｎ個の上部回転検出コイル部（上部回転検出コイル、図示のようにＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４であり、この例ではＮ＝４）と上部軸方向検出コイル構成体（図示のようにＴＡＳＣＣ）とを備える第１基板部９９２と、Ｎ個の下部回転検出コイル部（下部回転検出コイル、図示のようにＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４であり、この例ではＮ＝４）と下部軸方向検出コイル構成体（図示のようにＢＡＳＣＣ）を備える第２基板部９９４と、を備える。コイル基板構成体９９０は、また、第１基板部９９２と第２基板部９９４との間に配置された中央基板部９９６を備える。中央基板部９９６は、（図示のように、送信コイル９６１を備える）少なくとも第１の場生成コイル構成体９６０を備える。コイル基板構成体９９０は、スタイラス懸架部３０７／４０７（図２および３を参照）により近いコイル基板構成体９９０の第２基板部９９４で、走査プローブのフレーム（図２の走査プローブ３００および図４のフレーム４０８を参照）に一定の関係で取り付けられる。コイル基板構成体９９０の第１基板部９９２、第２基板部９９４および中央基板部９９６は、名目上互いに平行であり、名目上、走査プローブ３００（図２参照）の中心軸ＣＡ（図３参照）に直交する。コイル基板構成体９９０は、例えば、基板またはプリント回路基板の層にプリント導体として製造されたコイルを有する両面基板またはプリント回路基板、基板またはプリント回路基板に固定された自立コイルなど、および／またはそれらの様々な組み合わせを備えることができる。 The coil substrate structure 990 includes N upper rotation detection coil units (upper rotation detection coils, TRSC1 to TRSC4 as illustrated, N=4 in this example) and an upper axial detection coil structure (as illustrated). And a lower axial detection coil (N=4 in this example, which are BRSC1 to BRSC4 as shown), and a first substrate portion 992 including a TASCC). A second substrate portion 994 that comprises a construct (BASCC as shown). The coil substrate structure 990 also includes a central substrate portion 996 disposed between the first substrate portion 992 and the second substrate portion 994. The central substrate portion 996 comprises at least a first field generating coil arrangement 960 (comprising a transmitter coil 961 as shown). The coil board assembly 990 is a second board portion 994 of the coil board assembly 990 that is closer to the stylus suspension 307/407 (see FIGS. 2 and 3) and is the frame of the scanning probe (scanning probe 300 of FIG. 2 and FIG. Frame 408) in a fixed relationship. The first substrate portion 992, the second substrate portion 994, and the central substrate portion 996 of the coil substrate structure 990 are nominally parallel to each other, and are nominally central axes CA (see FIG. 3) of the scanning probe 300 (see FIG. 2). ) Is orthogonal to. The coil board construction 990 may be, for example, a double-sided board or printed circuit board having coils manufactured as printed conductors in a layer of the board or printed circuit board, self-supporting coils fixed to the board or printed circuit board, and/or the like. Can be provided in various combinations.

様々な実施形態では、ディスラプター構成体９５０のディスラプター要素９５１は、それぞれ、ディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備え、ディスラプター要素９５１は、コイル基板構成体９９０の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームにおいて中心軸ＣＡ（図３を参照）に沿って配置されている。ディスラプター要素９５１は、（例えば、図３の移動部材４１２と同様の）移動部材９１２の上部を備え、結合構成体９５３によって互いに対して一定の関係でスタイラス懸架部３０７／４０７（図２および３を参照）に結合される。ディスラプター要素は、軸方向移動に応じて軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および回転移動に応じて軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った各動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、ディスラプター要素９５１は、スタイラス懸架部３０７／４０７（図２および図３を参照）の偏向に応じて非偏向位置に対してディスラプター移動ボリューム内で移動する。軸方向に沿った第１の場生成コイル９６１のコイル領域の投影は、コイル基板構成体９９０に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域およびコイル領域を提供する導電性プレートまたはループを包含する。場生成コイル構成体９６０は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内に軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。 In various embodiments, each of the disruptor elements 951 of the disruptor structure 950 comprises at least one of a conductive plate or a conductive loop that provides a disruptor region, the disruptor elements 951 comprising a coil substrate structure. It is located along the central axis CA (see FIG. 3) in the disruptor displacement volume that extends opposite 990. Disruptor element 951 comprises an upper portion of a moving member 912 (e.g., similar to moving member 412 of FIG. 3), and stylus suspension 307/407 (FIGS. 2 and 3) in fixed relation to each other by a coupling arrangement 953. (See below). The disruptor element has a movement range +/-Rz along the axial direction according to the axial movement, and a movement range +/-Rz along the respective orthogonal X and Y directions orthogonal to the axial direction according to the rotational movement +. Moving over /-Rx and +/-Ry, the disruptor element 951 is moved within the disrupter displacement volume relative to the undeflected position in response to the deflection of the stylus suspension 307/407 (see FIGS. 2 and 3). To move. A projection of the coil area of the first field-generating coil 961 along the axial direction is provided by a conductive plate that provides the disruptor area and coil area for all rotational and axial sensing coils located in the coil substrate construction 990. Contains a loop. The field generating coil arrangement 960 generates a varying magnetic flux substantially axially within the disrupter displacement volume in response to the coil drive signal.

図１０は、図９Ａおよび９Ｂに示されるスタイラス位置検出部９１１に類似するスタイラス位置検出部１０１１の実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調している。一般に、スタイラス位置検出部１０１１は、図２、３、４、９Ａおよび９Ｂのスタイラス位置検出部３１１、４１１、５１１および９１１の構成要素と同様の特定の構成要素を含み、以下に記載された場合を除いて同様に動作することが理解されよう。スタイラス位置検出部１０１１の構成は、例えば、図２の走査プローブ３００においてスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１の代わりに、図９Ａおよび９Ｂの実施形態などにおいてスタイラス位置検出部９１１の代わりに、使用されてもよい。 FIG. 10 is a partial schematic isometric view of an embodiment of a stylus position detector 1011 similar to the stylus position detector 911 shown in FIGS. 9A and 9B, highlighting certain aspects in accordance with the principles disclosed herein. doing. Generally, the stylus position detector 1011 includes certain components similar to those of the stylus position detectors 311, 411, 511 and 911 of FIGS. 2, 3, 4, 9A and 9B, as described below. It will be understood that it operates similarly except for. The configuration of the stylus position detection unit 1011 is, for example, the stylus position detection unit 311 in the scanning probe 300 of FIG. 2 instead of the stylus position detection unit 411 in the embodiment of FIG. Instead of 511, it may be used instead of stylus position detector 911, such as in the embodiments of FIGS. 9A and 9B.

図１０に示される実施形態では、スタイラス位置検出部１０１１は、コイル基板構成体１０９０およびディスラプター構成体１０５０を備える。コイル基板構成体１０９０は、上部受信コイル基板部１０７０Ｔと下部受信コイル基板部１０７０Ｂとの間に配置された場生成コイル基板部１０６０を備え、上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂを備える。様々な実施形態では、上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂは第１および第２基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂとも呼ばれ、場生成コイル基板部１０６０は中央基板部１０６０とも呼ばれる。ディスラプター構成体１０５０は、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂまたはスケールを備える。様々な実施形態では、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、第１および第２のディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂとも呼ばれる。 In the embodiment shown in FIG. 10, the stylus position detector 1011 comprises a coil substrate structure 1090 and a disrupter structure 1050. The coil board structure 1090 includes a field generation coil board section 1060 disposed between an upper receiving coil board section 1070T and a lower receiving coil board section 1070B, and upper and lower receiving coil board sections 1070T and 1070B. In various embodiments, the upper and lower receive coil substrate parts 1070T, 1070B are also referred to as first and second substrate parts 1070T, 1070B, and the field generating coil substrate part 1060 is also referred to as a central substrate part 1060. Disruptor construction 1050 comprises disruptor elements 1051T, 1051B or scales. In various embodiments, the disruptor elements 1051T, 1051B are also referred to as first and second disruptor elements 1051T, 1051B.

様々な実施形態では、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂ（または、より一般的にディスラプター構成体１０５０）はそれぞれ、ディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供する導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板製造技術によりパターン化されたプリント回路基板の２面に設けられたような）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、または任意の他の望ましい動作構成体の少なくとも１つを備えることができる。図１０に示すように、ディスラプター要素１０５１Ｔおよび１０５１Ｂはそれぞれ、導電性プレートを備える。ディスラプター要素１０５１Ｔおよび１０５１Ｂは、コイル基板構成体１０９０の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置され、（例えば、図３の移動部材４１２と同様の移動部材１０１２の少なくとも上部を備える）結合構成体によってスタイラス懸架部１００７に結合される。説明の目的で、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、（例えば、図３のスタイラス懸架部４０７、スタイラス４０６および移動部材４１２と類似または同一であってもよい）スタイラス懸架部１００７および／またはスタイラス１００６および／または移動部材１０１２の偏向に応じて、（例えば、図３の非偏向位置ＵＮＤＦに類似している）図１０に示される非偏向位置に対して移動する。ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、軸方向移動に応じて軸方向に沿って動作移動範囲＋／−Ｒｚにわたって変位増分ΔＺで、回転移動に応じて軸方向（Ｚ方向）に直交する直交ＸおよびＹ方向に沿ってそれぞれの動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたってそれぞれ変位増分ΔＸおよびΔＹで移動するものとして説明することができる。 In various embodiments, each of the disruptor elements 1051T, 1051B (or more generally, the disruptor construct 1050) is a conductive plate or loop that provides a disruptor region (eg, its interior region), or At least one of parallel conductive plates or conductive loops (such as provided on two sides of a printed circuit board patterned by printed circuit board manufacturing techniques), or any other desired operating structure; Can be equipped. As shown in FIG. 10, each disruptor element 1051T and 1051B comprises a conductive plate. Disruptor elements 1051T and 1051B are disposed along the central axis CA of the disruptor displacement volume MV extending on the opposite side of the coil substrate assembly 1090 (eg, a displacement member 1012 similar to displacement member 412 of FIG. 3). To the stylus suspension 1007 by a coupling structure (comprising at least the upper portion of). For purposes of illustration, disruptor elements 1051T, 1051B may include stylus suspension 1007 (and/or may be similar or identical to stylus suspension 407, stylus 406 and moving member 412 of FIG. 3) and/or stylus 1006 and Dependent upon the deflection of the moving member 1012, it moves relative to the undeflected position shown in FIG. 10 (eg, similar to the undeflected position UNDF of FIG. 3). The disruptor elements 1051T, 1051B are orthogonal X and Y orthogonal to the axial direction (Z direction) according to the rotational movement, with a displacement increment ΔZ over the operating movement range +/−Rz along the axial direction according to the axial movement. It can be described as moving along the direction over the respective movement range +/−Rx and +/−Ry with displacement increments ΔX and ΔY, respectively.

上部受信コイル基板部１０７０Ｔは、Ｎ個の上部回転検出コイルＴＲＳＣ（例えば、図示のＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４、Ｎ＝４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）上部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、そして、下部受信コイル基板部１０７０Ｂは、Ｎ個の下部回転検出コイルＢＲＳＣ（例えば、図示のＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４、Ｎ＝４）および（例えば、この実施形態では単一の図示された個別のコイルを備える）下部軸方向検出コイル構成体ＢＡＳＣＣを備える。 The upper receiving coil substrate unit 1070T includes N upper rotation detecting coils TRSC (eg, TRSC1 to TRSC4, N=4 in the drawings) and an upper portion (eg, including a single illustrated individual coil in this embodiment). The axial detection coil structure TASCC and the lower receiving coil board portion 1070B are configured by N lower rotation detection coils BRSC (for example, BRSC1 to BRSC4, N=4 shown in the figure) and (for example, a single single in this embodiment). A lower axial sensing coil arrangement BASCC (comprising the individual coils shown).

コイル基板構成体１０９０は、スタイラス１００６および／またはスタイラス懸架部１００７により近い下部受信コイル基板部１０７０Ｂで、走査プローブのフレーム（例えば、図４のフレーム４０８）に一定の関係で取り付けられる。図１０に示す様々な検出コイルに関して、すべてのコイルは、誘導性に結合された１つ以上のターンで動作するように構成された（例えば図６に示すような）第１および第２接続端を有する巻線または導体の少なくとも１つを備えることが理解されよう。図に示すように、上部および下部軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣ、ならびに上部および下部回転検出コイル構成体ＴＲＳＣおよびＢＲＳＣは、ディスラプター構成体１０５０および対応するディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂの位置に対して名目上対称的に空間が設けられている。他の構成も可能である（例えば、いくつかの実施形態では、回転検出コイル構成体ＴＲＳＣおよびＢＲＳＣは、ディスラプター構成体１０５０に対して名目上中心にならない場合がある）。 The coil substrate assembly 1090 is fixedly attached to the frame of the scanning probe (eg, frame 408 of FIG. 4) with the lower receiving coil substrate portion 1070B closer to the stylus 1006 and/or stylus suspension 1007. With respect to the various sensing coils shown in FIG. 10, all coils are first and second connecting ends (eg, as shown in FIG. 6) configured to operate with one or more turns inductively coupled. It will be appreciated that at least one of the windings or conductors having As shown, the upper and lower axial sensing coil arrangements TASCC and BASCC, and the upper and lower rotation detecting coil arrangements TRSC and BRSC are located at the positions of the disruptor arrangement 1050 and the corresponding disruptor elements 1051T, 1051B. On the other hand, the space is nominally symmetrical. Other configurations are possible (eg, in some embodiments, the rotation sensing coil arrangements TRSC and BRSC may not be nominally centered with respect to the disruptor arrangement 1050).

場生成コイル基板部１０６０は、一般に、少なくとも第１の場生成コイル１０６１を備え、上部受信コイル基板部１０７０Ｔと下部受信コイル基板部１０７０Ｂとの間に配置される。図１０に示すように、少なくとも第１の場生成コイルは、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂの面積よりも大きい面積を有する単一の場生成コイル１０６１を備える。上部受信コイル基板部１０７０Ｔ、場生成コイル基板部１０６０、および下部受信コイル基板部１０７０Ｂは、名目上平面であり、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交する。 The field generating coil substrate section 1060 generally comprises at least a first field generating coil 1061 and is arranged between the upper receiving coil substrate section 1070T and the lower receiving coil substrate section 1070B. As shown in FIG. 10, at least the first field generating coil comprises a single field generating coil 1061 having an area greater than that of the disruptor elements 1051T, 1051B. The upper receiving coil board portion 1070T, the field generating coil board portion 1060, and the lower receiving coil board portion 1070B are nominally flat surfaces, are nominally parallel to each other, and are nominally orthogonal to the central axis CA.

図３、４、および５に図示された実施形態では、ディスラプター要素は場生成コイル要素の内側に配置され（例えば、図４のディスラプター要素５５１は場生成コイル５６１の内側に収まっている）、ディスラプター要素の面積は場生成コイル要素の面積よりも小さい。図９Ａ、９Ｂ、および１０の図示された実施形態では、ディスラプター要素は、場生成コイル要素に平行に配置される（例えば、ディスラプター要素１０５１Ｔ、１０５１Ｂは、場生成コイル１０６１の上下に配置される）。図９Ａ、９Ｂ、および１０の構成は、ディスラプター要素および場生成コイル要素の相対的なサイズに関して柔軟性を向上させる。加えて、（例えば、第１基板部、第２基板部、および中央基板部が単一の多層プリント回路基板の部分を含み得る場合に）単一のプリント回路基板を利用することで、複数のプリント回路基板を利用する構成体に対してコストと複雑さを低減することができる。 In the embodiments illustrated in FIGS. 3, 4, and 5, the disruptor element is located inside the field generating coil element (eg, the disruptor element 551 in FIG. 4 fits inside the field generating coil 561). , The area of the disruptor element is smaller than the area of the field generating coil element. In the illustrated embodiment of FIGS. 9A, 9B, and 10, the disruptor elements are located parallel to the field-generating coil elements (eg, the disruptor elements 1051T, 1051B are located above and below the field-generating coil 1061). ). The configurations of FIGS. 9A, 9B, and 10 provide increased flexibility with respect to the relative sizes of the disruptor element and the field generating coil element. In addition, by utilizing a single printed circuit board (eg, where the first substrate portion, the second substrate portion, and the central substrate portion can include portions of a single multilayer printed circuit board), multiple printed circuit boards can be utilized. Cost and complexity can be reduced for structures that utilize printed circuit boards.

図１１は、図１０に示されるスタイラス位置検出部１０１１に類似するスタイラス位置検出部１１１１の代替実施形態の部分概略等角図であり、本明細書に開示される原理による特定の態様を強調している。一般に、スタイラス位置検出部１１１１は、図１０のスタイラス位置検出部１０１１の構成要素に類似する特定の構成要素を備え、以下で特に説明する場合を除き、同様に動作することが理解されるであろう。スタイラス位置検出部１１１１の構成は、例えば、図２の走査プローブ３００においてスタイラス位置検出部３１１として、図３の実施形態においてスタイラス位置検出部４１１の代わりに、図４の実施形態においてスタイラス位置検出部５１１の代わりに、図９Ａおよび９Ｂの実施形態においてスタイラス位置検出部９１１の代わりに、図１０の実施形態においてスタイラス位置検出部１０１１の代わりに、など、使用されてもよい。 11 is a partial schematic isometric view of an alternative embodiment of a stylus position detector 1111 similar to the stylus position detector 1011 shown in FIG. 10, highlighting particular aspects in accordance with the principles disclosed herein. ing. It should be understood that the stylus position detector 1111 generally comprises certain components similar to those of the stylus position detector 1011 of FIG. 10 and operates similarly except as specifically described below. Let's do it. The configuration of the stylus position detection unit 1111 is, for example, as the stylus position detection unit 311 in the scanning probe 300 of FIG. 2, instead of the stylus position detection unit 411 in the embodiment of FIG. 3, the stylus position detection unit in the embodiment of FIG. Instead of 511, it may be used instead of stylus position detector 911 in the embodiment of FIGS. 9A and 9B, instead of stylus position detector 1011 in the embodiment of FIG. 10, and so on.

図１１に示される実施形態では、スタイラス位置検出部１１１１は、コイル基板構成体１１９０およびディスラプター構成体１１５０を備える。コイル基板構成体１１９０は、上部受信コイル基板部１１７０Ｔと下部受信コイル基板部１１７０Ｂとの間に配置された場生成コイル基板部１１６０を備え、上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂを備える。様々な実施形態では、上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂは第１および第２基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂとも呼ばれ、場生成コイル基板部１１６０は中央基板部１１６０とも呼ばれる。ディスラプター構成体１１５０は、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂまたはスケールを備える。様々な実施形態では、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂは、第１および第２のディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂと呼ばれる。図示の上部および下部受信コイル基板部１１７０Ｔ、１１７０Ｂは、図１０の対応する上部および下部受信コイル基板部１０７０Ｔ、１０７０Ｂと概ね同様である（導電性ビアおよびパッドの詳細は図１１に示されている）。 In the embodiment shown in FIG. 11, the stylus position detector 1111 includes a coil board structure 1190 and a disrupter structure 1150. The coil board structure 1190 includes a field generating coil board section 1160 disposed between an upper receiving coil board section 1170T and a lower receiving coil board section 1170B, and upper and lower receiving coil board sections 1170T and 1170B. In various embodiments, the upper and lower receiver coil substrate sections 1170T, 1170B are also referred to as first and second substrate sections 1170T, 1170B and the field generating coil substrate section 1160 is also referred to as the central substrate section 1160. Disruptor construction 1150 comprises disruptor elements 1151T, 1151B or scales. In various embodiments, the disruptor elements 1151T, 1151B are referred to as first and second disruptor elements 1151T, 1151B. The illustrated upper and lower receiver coil substrate sections 1170T, 1170B are generally similar to the corresponding upper and lower receiver coil substrate sections 1070T, 1070B of FIG. 10 (details of the conductive vias and pads are shown in FIG. 11). ).

様々な実施形態では、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂ（または、より一般的にディスラプター構成体１１５０）はそれぞれ、導電性プレートまたは導電性ループ、または（例えば、プリント回路基板製造技術によりパターン化されたプリント回路基板の２面に設けられたような）平行な導電性プレートまたは導電性ループ、またはディスラプター領域（例えば、その内部領域）を提供する任意の他の望ましい動作構成体の少なくとも１つを備えることが出来る。様々な実施形態では、導電性ループを備えた構成体は、同心ループ、スパイラルパターンなどの少なくとも１つを備えることができる。図１１に示すように、ディスラプター要素１１５１Ｔおよび１１５１Ｂはそれぞれ、図１０に図示された実施形態で使用された導電性プレートの代わりに複数の同心導電性ループ１１５３を備える。ディスラプター要素１１５１Ｔおよび１１５１Ｂは、コイル基板構成体１１９０の反対側に延在し、図１０を参照して上述した方法と同様の方法（図１０のスタイラス懸架部１００７を参照）でスタイラス懸架部に結合されるディスラプター移動ボリュームＭＶの中心軸ＣＡに沿って配置される。 In various embodiments, each of the disruptor elements 1151T, 1151B (or more generally, the disruptor structure 1150) is a conductive plate or conductive loop, or (eg, patterned by printed circuit board manufacturing techniques). At least one of parallel conductive plates or loops (such as provided on two sides of a printed circuit board) or any other desired operating structure that provides a disruptor region (eg, its internal region). Can be prepared. In various embodiments, a structure with conductive loops can include at least one of concentric loops, spiral patterns, and the like. As shown in FIG. 11, disruptor elements 1151T and 1151B each include a plurality of concentric conductive loops 1153 instead of the conductive plates used in the embodiment illustrated in FIG. Disruptor elements 1151T and 1151B extend on opposite sides of the coil substrate construction 1190 and are attached to the stylus suspension in a manner similar to that described above with reference to FIG. 10 (see stylus suspension 1007 in FIG. 10). It is arranged along the central axis CA of the disrupter movement volume MV to be combined.

場生成コイル基板部１１６０は、一般に、少なくとも第１の場生成コイルを備える。図示のように、場生成コイル基板部１１６０は、上部場生成コイル部１１６１Ｔおよび下部場生成コイル部１１６１Ｂを備え、上部受信コイル基板部１１７０Ｔと下部受信コイル基板部１１７０Ｂとの間に配置されている。上部受信コイル基板部１１７０Ｔ、場生成コイル基板部１１６０および下部受信コイル基板部１１７０Ｂは、名目上平面であり、名目上互いに平行であり、名目上中心軸ＣＡに直交する。図１１の実施形態では、場生成コイル基板部１１６０は、２ターンのマルチターン場生成コイルを備える。そして、２つの対応する場生成コイル部１１６１Ｔおよび１１６１Ｂは、ビアによって接続され、中心軸に沿ったディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に位置し、名目上平面で中心軸に直交する（すなわち、場生成コイル構成体は、少なくとも２ターンで、中心軸ＣＡに沿ってディスラプター移動ボリュームＭＶの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸ＣＡに直交する２つの対応する場生成コイル部１１６１Ｔおよび１１６１Ｂを持つマルチターン場生成コイルを備える）。 The field-generating coil substrate portion 1160 generally comprises at least a first field-generating coil. As illustrated, the field generating coil board unit 1160 includes an upper field generating coil unit 1161T and a lower field generating coil unit 1161B, and is arranged between the upper receiving coil substrate unit 1170T and the lower receiving coil substrate unit 1170B. .. The upper receiving coil board portion 1170T, the field generating coil board portion 1160, and the lower receiving coil board portion 1170B are nominally planes, are nominally parallel to each other, and are nominally orthogonal to the central axis CA. In the embodiment of FIG. 11, the field generating coil substrate portion 1160 comprises a two-turn multi-turn field generating coil. The two corresponding field generating coil sections 1161T and 1161B are then connected by vias and are located approximately equidistant from the central plane of the disruptor displacement volume along the central axis and are nominally orthogonal to the central axis ( That is, the field-generating coil arrangement is arranged at least two turns, approximately equidistant from the central plane of the disruptor displacement volume MV along the central axis CA, and corresponding to two corresponding nominal axes orthogonal to the central axis CA. A multi-turn field generating coil with field generating coil sections 1161T and 1161B).

図１１に示すように、上部場生成コイル部１１６１Ｔおよび下部場生成コイル部１１６１Ｂは、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの面積よりも小さい面積を有する。ディスラプター要素の面積よりも小さな面積を有する場生成コイルを使用することにより、ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス位置検出部１１１１の感度を低減することが容易になる。導電性プレートまたは単一の導電性ループの代わりに、ディスラプター要素で導電性ループ（例えば、同心ループ、スパイラルパターンなど）を使用すると、良好なＸおよびＹ位置信号強度を維持したまま、ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス位置検出部１１１１の感度の低減も容易になる。ディスラプター要素またはスケールのサイズに対するスタイラス部の感度を低減すると、測定の精度が向上し、望ましい出力形式で結果を生成することに関連する処理コストを削減することができる。 As shown in FIG. 11, the upper field generating coil unit 1161T and the lower field generating coil unit 1161B have areas smaller than the areas of the disruptor elements 1151T and 1151B. Using a field-generating coil having an area smaller than the area of the disruptor element facilitates reducing the sensitivity of the stylus position detector 1111 to the size of the disruptor element or scale. The use of conductive loops (eg, concentric loops, spiral patterns, etc.) in the disruptor element instead of a conductive plate or a single conductive loop allows the disrupter to maintain good X and Y position signal strength. It is also easy to reduce the sensitivity of the stylus position detection unit 1111 with respect to the size of the element or scale. Reducing the sensitivity of the stylus portion to the size of the disruptor element or scale can improve the accuracy of the measurement and reduce the processing costs associated with producing results in the desired output format.

いくつかの実施形態では、受信コイル（例えば、回転検出コイルＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４、ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４）が送信機（例えば、場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂ）に近接しているため、非接続のビア／パッドは、そうでなければ接続トレース（送信機と受信機のリードなど）またはその他の要素によって生成されるオフセットをバランスさせるように追加されてもよい。図示した例として、図１１の実施形態では、（例えば、電子回路または構成および／またはその一部に接続されたような）特定の接続ビア／パッド／リードは、対称な回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に対称的に接続された対応物（例えば、中心軸に対して対称）を持たない（例えば、接続トレース用の）回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示されている（例えば、５つのそのようなビア、ならびに上部および下部送信リードは、図１１の構成例の回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示され、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、ＢＡＳＣＣのための接続用の３つのビア、正規化コイルＲNの部分の接続用のビア、場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂの接続用のビア、および場生成コイル部１１６１Ｔ、１１６１Ｂのための上部および下部送信リードを備える）。いくつかの実施形態では、そのようなトレース／ビア／パッド／リードは、補償されない場合、信号オフセットに帰結する受信コイルへの磁場を低減することができる。いくつかの実施形態では、そのようなオフセットは、非接続のビア／パッド／リードを備えた対称的な受信コイル内でそのような特徴を（例えば、中心軸の反対側に）反映すること(mirroring)により対処することができる。例えば、一実施形態では、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に非接続のビア／パッド／リードを追加することができ、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４それぞれでは、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内の対応する接続ビア／パッド／リードを反映／対称にすることができる（例えば、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に５つの非接続のビアならびに上部および下部パッドを追加でき、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４ではそれぞれ、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示された対応する接続ビア／パッド／リードを反映／対称に配置することができる）。 In some embodiments, the receive coils (eg, rotation detection coils BRSC1 to BRSC4, TRSC1 to TRSC4) are in close proximity to the transmitter (eg, field generating coil sections 1161T, 1161B), so that unconnected vias/pads. May be added to balance offsets otherwise generated by connection traces (such as transmitter and receiver leads) or other factors. As an illustrated example, in the embodiment of FIG. 11, certain connection vias/pads/leads (such as connected to an electronic circuit or configuration and/or a portion thereof) have symmetrical rotation sensing coils BRSC4/TRSC4. Shown in a rotation sensing coil BRSC3/TRSC3 (eg for connecting traces) that does not have a symmetrically connected counterpart (eg symmetrical about the central axis) therein (eg 5 such Vias and upper and lower transmit leads are shown in the rotation sensing coil BRSC3/TRSC3 of the example configuration of FIG. 11, three vias for connection for the axial sensing coil construction TASCC, BASCC, normalization coil. provided R N of the portion of the via for connection, field-generating coil unit 1161T, vias for connecting 1161b, and the field generating coil unit 1161T, upper and lower transmission leads for 1161b). In some embodiments, such traces/vias/pads/leads, if uncompensated, can reduce the magnetic field to the receive coil that results in signal offset. In some embodiments, such an offset reflects such a feature (eg, opposite the central axis) within a symmetrical receive coil with unconnected vias/pads/leads ( This can be dealt with by mirroring). For example, in one embodiment, unconnected vias/pads/leads may be added in the rotation detection coil BRSC4/TRSC4, with each rotation detection coil BRSC4/TRSC4 having a corresponding connection in the rotation detection coil BRSC3/TRSC3. Vias/pads/leads can be mirrored/symmetrical (eg, 5 unconnected vias and top and bottom pads can be added within the rotation sensing coil BRSC4/TRSC4, with each rotation sensing coil BRSC4/TRSC4 rotating). The corresponding connection vias/pads/leads shown in the sense coil BRSC3/TRSC3 can be mirrored/symmetrically arranged).

そのような概念の特定の図示する例として、図１１では、正規化コイルＲNの部分の接続用の要素（例えばビア）は、ＶＩＡ１Ｃを介して電気的に接続されるように示され、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示される。上述の原理に従って、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に示された対応する接続用のビアＶＩＡ１Ｃを反映／対称にする（例えば、その構成体の中心軸に対して反映および対称にする）回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内に非接続のビアＶＩＡ１Ｄを含めることができる。より具体的には、ビアＶＩＡ１Ｄは、（例えば、ビアＶＩＡ１Ｃの位置とビアＶＩＡ１Ｄの位置の間のラインがその構成体の中心軸を通り、各位置が中心軸から等距離にあるような）回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内のビアＶＩＡ１Ｃの位置と対称にある／反映する回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４内の位置にある。ビアＶＩＡ１Ｄは、それにより、上記のようにビアＶＩＡ１Ｃによって生成されるオフセットのバランスを取る。より具体的には、非接続の要素ＶＩＡ１Ｄは、回転検出コイルＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４（第１回転検出コイル）内に配置され、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３（第２回転検出コイル）内に配置された同様の電子的に接続された要素ＶＩＡ１Ｃと対称に（つまり、中心軸および／または軸方向に対して）反対側にある。そして、非接続の要素ＶＩＡ１Ｄは、それにより、回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３内に接続された要素ＶＩＡ１Ｃの存在により回転検出コイルＢＲＳＣ３／ＴＲＳＣ３およびＢＲＳＣ４／ＴＲＳＣ４によって提供される信号成分で生じる信号オフセットを低減する。 As a specific illustrative example of such a concept, in FIG. 11, the connecting elements (eg, vias) of the portion of the normalization coil R N are shown to be electrically connected via VIA 1C and rotate. Shown in the detection coil BRSC3/TRSC3. Rotation sensing coil according to the principles described above that mirrors/symmetries (e.g. mirrors and symmetry with respect to the central axis of its construction) the corresponding connection via VIA1C shown in the rotation sensing coil BRSC3/TRSC3. An unconnected via VIA 1D may be included in BRSC4/TRSC4. More specifically, the via VIA 1D rotates (eg, such that the line between the position of the via VIA 1C and the position of the via VIA 1D passes through the central axis of the structure and each position is equidistant from the central axis). It is located at a position in the rotation detection coil BRSC4/TRSC4 which is symmetrical/reflected to the position of the via VIA1C in the detection coil BRSC3/TRSC3. Via VIA 1D thereby balances the offset produced by via VIA 1C as described above. More specifically, the unconnected element VIA1D is arranged in the rotation detection coil BRSC4/TRSC4 (first rotation detection coil), and similarly arranged in the rotation detection coil BRSC3/TRSC3 (second rotation detection coil). On the opposite side (ie with respect to the central axis and/or axial direction) of the electronically connected element VIA1C of. The unconnected element VIA1D then reduces the signal offset caused by the signal component provided by the rotation detection coils BRSC3/TRSC3 and BRSC4/TRSC4 due to the presence of the element VIA1C connected in the rotation detection coil BRSC3/TRSC3. To do.

図１１の実施形態では、正規化コイルＲNの部分の接続用のビアＶＩＡ１Ｃは、軸方向検出コイル構成体ＴＡＳＣＣ、ＢＡＳＣＣのための接続用のビアに近接するように示されている。正規化コイルＲNは上部と下部を備え、上部は直線で半径方向に延在し、ビアＶＩＡ１Ｃによって直線で同じく半径方向に延在する下部に接続されている（下部は、図を簡単にするために、他の要素によって不明瞭になっているため図１１には示していないが、上部の真下に配置されている。）。様々な実施形態では、正規化コイルＲNは、（例えば、場生成コイル構成体（場生成コイル基板部とも呼ばれる）１１６０によって生成される変動磁束に対応する）送信場の測定値を提供するのに使用される（つまり、正規化コイルＲNは、場生成コイル構成体１１６０によって生成される変動磁束の測定値を提供するために利用される）。ここで、測定された信号はディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの位置から相対的に独立している（例えば、ディスラプター要素１１５１Ｔ、１１５１Ｂの位置によって名目上だけ影響を受けてもよい）。様々な実施形態では、位置測定値は、この測定された信号で（場生成コイル構成体１１６０からの）送信振幅の変動に対して比較的鈍感になるようにされてもよい。様々な実施形態では、そのような処理は、信号処理および制御回路（例えば、図２の信号処理および制御回路３８０）によって実行することができる。 In the embodiment of FIG. 11, the via VIA 1C for connection in the portion of the normalization coil R N is shown close to the via for connection for the axial detection coil arrangements TASCC, BASCC. Normalization coil R N includes a top and bottom, the upper radially extending in a straight line, are connected at (lower in the lower part, which also extend radially in a straight line by a via VIA1C, to simplify the Figure Therefore, although not shown in FIG. 11 because it is obscured by other elements, it is arranged directly below the upper part). In various embodiments, the normalization coil R N provides a measurement of the transmitted field (eg, corresponding to the fluctuating magnetic flux generated by the field generating coil arrangement (also referred to as field generating coil substrate portion) 1160). (Ie, the normalization coil R N is utilized to provide a measure of the fluctuating magnetic flux produced by the field producing coil arrangement 1160). Here, the measured signal is relatively independent of the positions of the disruptor elements 1151T, 1151B (eg, may be nominally affected by the positions of the disruptor elements 1151T, 1151B). In various embodiments, position measurements may be made relatively insensitive to variations in transmit amplitude (from field generating coil arrangement 1160) with this measured signal. In various embodiments, such processing can be performed by signal processing and control circuitry (eg, signal processing and control circuitry 380 of FIG. 2).

図９Ａ、９Ｂ、１０および１１を参照すると、図２〜８Ｆを参照して上述した方法と同様の方法で、（ＴＲＳＣ１〜ＴＲＳＣ４およびＢＲＳＣ１〜ＢＲＳＣ４に示すような）回転検出コイル部ＲＳＣは、対応する信号線上のスタイラス結合部３４２（図２を参照）の回転位置（ＸおよびＹ位置信号など）を示す少なくとも第１および第２の回転信号成分ＲＳｉｇｓを出力し、そして、（ＴＡＳＣＣおよびＢＡＳＣＣに示すような）軸方向検出コイル構成体ＡＳＣＣは、対応する信号線上のスタイラス結合部の軸方向位置（例えば、Ｚ位置信号）を示す１つまたは複数の軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを出力する。様々な実施形態では、信号処理および制御回路３８０（図２を参照）は、回転信号成分ＲＳｉｇｓおよび軸方向信号成分ＡＳｉｇｓを受信し、様々な実施形態において様々なレベルの関連する信号処理を実行することができる。例えば、一実施形態では、信号処理および制御回路は、様々な受信コイルからの信号成分を様々な関係で結合および／または処理し、取付部２２４を介して（図２を参照）回転および軸位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔとして結果的に所望の出力形式で提供する。図２を参照すると、（例えば、ＣＭＭ２００、モーションコントローラ１１５、ホストコンピュータ１２０などにおける）１つまたは複数の受信部は回転および軸方向位置信号出力ＲＰＳＯｕｔおよびＡＰＳＯｕｔを受信することができ、そして、１つまたは複数の関連する処理および制御部は、その接触部３４８が測定されているワークピースＷの表面に沿って移動するとき、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３次元位置を決定するように利用されてもよい。様々な実施形態で使用される受信コイル、場生成コイル、およびディスラプター要素の導電性プレートまたはループの数、サイズ、および形状は、位置検出の改善や高次の非線形性の低減などのような、所望の動作特性に基づいて選択することができる。低次の非線形性は、ＣＭＭによって較正できることに注意されたい。 Referring to FIGS. 9A, 9B, 10 and 11, in a manner similar to that described above with reference to FIGS. 2-8F, the rotation detection coil section RSC (as shown in TRSC1-TRSC4 and BRSC1-BRSC4) corresponds to Output at least first and second rotation signal components RSigs indicating the rotational position (such as X and Y position signals) of the stylus coupling portion 342 (see FIG. 2) on the signal line to be output, and (shown in TASCC and BASCC). The axial direction detection coil structure ASCC outputs one or more axial direction signal components ASigs indicating the axial position (for example, Z position signal) of the stylus coupling portion on the corresponding signal line. In various embodiments, the signal processing and control circuit 380 (see FIG. 2) receives the rotational signal component RSigs and the axial signal component ASigs and performs various levels of associated signal processing in various embodiments. be able to. For example, in one embodiment, the signal processing and control circuitry couples and/or processes the signal components from the various receive coils in various relationships to provide rotational and axial position via the mount 224 (see FIG. 2). The signal outputs RPSOut and APSOut are consequently provided in the desired output format. Referring to FIG. 2, one or more receivers (eg, in CMM 200, motion controller 115, host computer 120, etc.) can receive rotational and axial position signal outputs RPSOut and APSOut, and one Alternatively, a plurality of associated processing and control units provide a three-dimensional representation of the stylus coupling 342 and/or the contact of the attached stylus 306 as its contact 348 moves along the surface of the workpiece W being measured. It may be used to determine position. The number, size, and shape of the conductive plates or loops of the receive coils, field generating coils, and disruptor elements used in various embodiments may be such as to improve position sensing, reduce higher order nonlinearities, and so on. , Can be selected based on the desired operating characteristics. Note that low order non-linearities can be calibrated by the CMM.

いくつかの実施形態では１つの基板のみが搭載に必要とされている（例えば、別々のボード間のフレキシブルケーブルは不要な場合である）ので、図９Ａ、９Ｂ、１０、および１１の実施形態は、より少ない機械部品の使用を容易にしている。また、このような実施形態は、受信コイルのアライメントに関する自由度が低いため、再現性の向上とアセンブリコストの削減を容易にし、例えば、ＸＹ位置決め信号に関して、マルチボード実施形態で発生する可能性のある傾斜や回転の問題に対して敏感でなくてもよい。 The embodiments of FIGS. 9A, 9B, 10 and 11 are provided because only one substrate is required for mounting in some embodiments (eg, where flexible cables between separate boards are not required). , Facilitates the use of fewer machine parts. Also, such an embodiment facilitates improved reproducibility and reduced assembly cost due to the low degree of freedom with respect to alignment of the receive coils, such as for XY positioning signals, which may occur in a multi-board embodiment. It need not be sensitive to certain tilt or rotation problems.

いくつかの実施形態では、軸方向に沿った第１の場生成コイルのコイル領域の投影は、コイル基板構成体上に配置されたすべての回転および軸方向検出コイルのディスラプター領域とコイル領域を提供する導電性プレートまたはループを包含し、場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、ディスラプター移動ボリューム内の軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成する。 In some embodiments, the projection of the coil area of the first field generating coil along the axial direction covers the disruptor area and the coil area of all rotational and axial detection coils disposed on the coil substrate structure. Including a conductive plate or loop to provide, the field producing coil arrangement produces a varying magnetic flux substantially axially within the disruptor displacement volume in response to the coil drive signal.

いくつかの実施形態では、信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するするように構成されている。 In some embodiments, the signal processing and control circuitry is operably connected to the coils of the stylus position detector to provide a coil drive signal, provided by respective rotation and axial detection coils of the coil substrate construction. A signal from a coil substrate assembly having respective signal components that are configured to output a signal that indicates the axial and rotational position of at least one of the disruptor element or stylus relative to the frame of the scanning probe. There is.

いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影は上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影は下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影はそれぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、および任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影はそれぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義する。ここで、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスである。 In some embodiments, the projection of the first disruptor element along the axial direction through the inner coil region of the upper axial sense coil arrangement defines an upper axial sense overlap region TASOA and a lower axial sense coil. The projection of the second disruptor element along the axial direction through the inner coil region of the structure defines the lower axial detection overlap region BASOA and the axial direction through the inner coil region of any respective upper rotation detection coil TRSCi. The projection of the first disruptor element along defines a respective upper rotation coil sensing overlap region TRSCOAi, and a second displacement along the axial direction through the inner coil region of any respective lower rotation detection coil BRSCi. The projection of the raptor element defines the respective lower rotary coil detection overlap area BRSCOAi. Here, i is an individual coil identification index in the range of 1 to N.

いくつかの実施形態では、コイル基板構成体およびディスラプター要素は、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では少なくとも変化しない、またはその位置に依存しない（その位置に依存しない）。 In some embodiments, the coil substrate construction and the disruptor element are configured to provide an upper axially sensed overlap area TASOA and a lower axially sensed overlap area BASOA, with respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA. , The position of the disruptor element within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry is at least unchanged or independent of its position.

いくつかの実施形態では、正規化コイルは（つまり、場生成コイル構成体からの）送信場の測定値を提供するのに使用される。これは、ディスラプター要素の位置にほとんど依存しなくてもよい。位置測定値は、それらで（つまり、場生成コイル構成体からの）送信振幅の変動に対して比較的鈍感になるようにされてもよい。 In some embodiments, the normalization coil is used to provide a measurement of the transmitted field (ie, from the field generating coil arrangement). It may be largely independent of the position of the disruptor element. The position measurements may be made relatively insensitive to variations in the transmit amplitudes (ie, from the field generating coil arrangement) on them.

いくつかの実施形態では、コイル基板構成体とディスラプター要素は、上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備えるＮ個の回転検出コイルの相補対ＣＰｉを提供するように構成されている。ここで、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じである。 In some embodiments, the coil substrate construction and the disrupter element are configured to provide a complementary pair CPi of N rotation sensing coils, each comprising an upper rotation sensing coil TRSCi and a lower rotation sensing coil BRSCi. .. Here, for any complementary pair CPi to any displacement increment of any disruptor element within the movement range +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry, it relates to the displacement increment of the disruptor element. The magnitude of change in the overlapping regions TRSCOAi and BRSCOAi is nominally the same in their complementary pairs.

いくつかの実施形態では、ディスラプター構成体の第１および第２のディスラプター要素は、非偏向位置で軸方向に沿って投影されたときにそれらの形状が名目上一致することを特徴とする。 In some embodiments, the first and second disruptor elements of the disruptor structure are characterized in that they nominally conform in shape when projected axially in the undeflected position. ..

いくつかの実施形態では、第１基板部、第２基板部、および中央基板部は、単一の多層プリント回路基板の部分を備える。 In some embodiments, the first substrate portion, the second substrate portion, and the central substrate portion comprise a single multi-layer printed circuit board portion.

いくつかの実施形態では、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと記号の両方は、その相補対で同じであるように、コイル基板構成体とディスラプター要素は構成される。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、軸方向に沿って投影したときにそれらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体が構成されている。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、それらの１つの形状が中心軸の周りで他方の角度位置と一致するように中心軸周りで回転して、そして、軸方向に沿って投影され、それらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体は構成されている。いくつかの実施形態では、各ディスラプター要素が少なくともＮ個の直線側辺を備え、第１および第２のディスラプター要素の形状および向きが名目上同じであり、軸方向に沿って名目上整列しているコイル基板構成体およびディスラプター要素が構成される。任意のそれぞれの相補対ＣＰｉに対して、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺が上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺に平行な第２のディスラプター要素の第２の直線側辺がそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかの実施形態では、Ｎ＝３であり、少なくともＮ個の直線側辺は、正三角形の辺に平行に配置された３つの辺を備える。いくつかの実施形態では、Ｎ＝４であり、少なくともＮ個の直線側辺は、長方形または正方形の辺に平行に配置された４つの辺を備える。 In some embodiments, the displacement increment of the disruptor element is relative to the displacement increment of any complementary pair CPi and any disruptor element within the movement range of movement +/−Rz, +/−Rx, +/−Ry. The coil substrate structure and the disruptor element are configured such that both the magnitude and the sign of the change in the overlapping regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the same are the same in their complementary pairs. In some embodiments, each complementary pair CPi includes an upper rotation sensing coil TRSCi and a lower rotation sensing coil BRSCi characterized in that the shape of their internal regions nominally match when projected along the axial direction. The coil substrate structure is configured to include. In some embodiments, each complementary pair CPi is rotated about the central axis such that the shape of one of them matches the angular position of the other about the central axis, and projected along the axial direction. The coil substrate structure is configured to include an upper rotation detecting coil TRSCi and a lower rotation detecting coil BRSCi, which are characterized in that the shapes of their internal regions are nominally matched. In some embodiments, each disruptor element comprises at least N straight sides and the first and second disruptor elements are nominally the same shape and orientation and are nominally aligned along the axial direction. A coil substrate structure and a disruptor element are configured. For any respective complementary pair CPi, the first straight side of the first disruptor element traverses the upper rotation sensing coil TRSCi and is parallel to the first straight side of the first disruptor element. A second straight side of the second disruptor element traverses its respective complementary pair of lower rotation sensing coils BRSCi. In some embodiments, N=3 and the at least N straight sides comprise three sides arranged parallel to the sides of the equilateral triangle. In some embodiments, N=4 and the at least N straight sides comprise four sides arranged parallel to the sides of the rectangle or square.

いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって異なる場合でも、その合計は、少なくとも動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないのうちの１つである。そのような構成では、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備える。ここで、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉがディスラプター要素の位置によって異なる場合でも、その合計は、少なくとも動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内のディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないのうちの１つである。 In some embodiments, the upper axial sense coil arrangement comprises a combination of N upper rotational sense coils and the upper axial sense overlap area TASOA is a separate overlap associated with the N upper rotational sense coils. With the sum of the regions TRSCOAi. Here, even if the individual overlapping regions TRSCOAi that are configured differ depending on the position of the disrupter element, the total is at least the disruptor elements within the movement range +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry. , Which does not change or does not depend on the position. In such a configuration, the lower axial detection coil arrangement comprises a combination of N lower rotation detection coils and the lower axial detection overlap area BASOA is a separate overlapping area associated with the N lower rotation detection coils. With the sum of BRSCOAi. Here, even if the individual overlapping regions BRSCOAi that constitute the regions differ depending on the positions of the disruptor elements, the total is at least the disruption elements within the movement range +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry. , Which does not change or does not depend on the position.

いくつかの実施形態では、上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の上部回転検出コイルの１つではなく、上部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、軸方向に沿った第１のディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の第１のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの上部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルとディスラプター要素は特徴とする。ここで、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、第１のディスラプター要素の位置によっては変化しない。そのような構成において、下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の下部回転検出コイルの１つではなく、下部回転検出コイルよりも中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備えることができる。そして、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルがディスラプター要素よりも小さい内部コイル面積を有し、軸方向に沿った第２のディスラプター要素の投影が動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の第２のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの下部軸方向検出コイルの内部コイル領域を完全に満たすことを、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルおよびディスラプター要素は特徴とする。ここで、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、第２のディスラプター要素の位置によっては変化しない。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの上部軸方向検出コイルは、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの下部軸方向検出コイルは、中心軸を少なくとも部分的に囲む単一の下部軸方向検出コイルを備える。軸方向検出コイル内接シリンダーは、中心軸と同心で、上部および下部軸方向検出コイルのエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義される。ディスラプター内接シリンダーは、中心軸と同心で、ディスラプター要素のエッジ内に内接できる最大半径である半径を有するように定義される。そして、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル内接シリンダーの半径の少なくとも１．１倍である。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル内接シリンダーの半径の少なくとも１．２倍である。いくつかの実施形態では、ディスラプター内接シリンダーの半径は、軸方向検出コイル領域内接シリンダーの半径の最大でも１．５倍である。 In some embodiments, the upper axial sensing coil arrangement is not one of the N upper rotational sensing coils, but at least one upper axial sensing coil located closer to the central axis than the upper rotational sensing coils. A coil can be included. And, at least one upper axial detection coil has an inner coil area smaller than the disruptor element, and the projection of the first disruptor element along the axial direction is a movement range +/-Rz, +/-Rx. , And +/-Ry to completely fill the inner coil area of the at least one upper axial sensing coil for any position of the first disruptive element, the at least one upper axial sensing coil and the disruptor element. Is a feature. Here, the upper axial direction detection overlapping area TASOA does not change depending on the position of the first disruptor element. In such a configuration, the lower axial detection coil arrangement is not one of the N lower rotation detection coils but at least one lower axial detection coil located closer to the central axis than the lower rotation detection coil. Can be provided. And, at least one lower axial detection coil has a smaller internal coil area than the disruptor element, and the projection of the second disruptor element along the axial direction results in a movement range +/-Rz, +/-Rx. , And +/-Ry to completely fill the inner coil area of the at least one lower axial sensing coil for any position of the second disruptive element, at least one lower axial sensing coil and disruptor element. Is a feature. Here, the lower axial direction detection overlap area BASOA does not change depending on the position of the second disruptor element. In some embodiments, the at least one upper axial sense coil comprises a single upper axial sense coil at least partially surrounding the central axis, and the at least one lower axial sense coil comprises at least the central axis. It comprises a single lower axial detection coil which partially surrounds it. The axial detection coil inscribed cylinder is defined to have a radius that is concentric with the central axis and is the maximum radius that can be inscribed within the edges of the upper and lower axial detection coils. The disrupter inscribed cylinder is defined to have a radius that is concentric with the central axis and is the maximum radius that can be inscribed within the edge of the disruptor element. The radius of the cylinder inscribed in the disrupter is at least 1.1 times the radius of the cylinder inscribed in the axial detection coil. In some embodiments, the radius of the disrupter inscribed cylinder is at least 1.2 times the radius of the axial sensing coil inscribed cylinder. In some embodiments, the radius of the disrupter inscribed cylinder is at most 1.5 times the radius of the axial sensing coil area inscribed cylinder.

いくつかの実施形態では、コイル基板構成体とディスラプター要素は、動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の少なくとも１つの相補対ＣＰｉおよび任意のディスラプター要素の変位増分に対して、ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の符号は、その相補対では反対であるように、コイル基板構成体とディスラプター要素は構成されている。いくつかの実施形態では、各相補対ＣＰｉが、それらの１つの形状が中心軸の周りで他方の角度位置に一致するように中心軸の周りでオフセット角度で回転し、そして、軸方向に沿って投影されると、それらの内部領域の形状が名目上一致することを特徴とする上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを備えるように、コイル基板構成体は構成される。いくつかの実施形態では、各ディスラプター要素はＮ対の平行な直線側辺を備え、第１および第２のディスラプター要素の形状および向きは、名目上同じであり、名目上軸方向に沿って整列され、それぞれの相補対ＣＰｉについては第１のディスラプター要素の第１の直線側辺は上部回転検出コイルＴＲＳＣｉを横断し、第１のディスラプター要素の第１の直線側辺に平行な第２のディスラプター要素上の第２の直線側辺はそのそれぞれの相補対の下部回転検出コイルＢＲＳＣｉを横断する。いくつかの実施形態では、Ｎ＝３であり、Ｎ対の平行な直線側辺は、正六角形の辺に平行に配置されている。 In some embodiments, the coil substrate construction and the disruptor element include at least one complementary pair CPi and any disruptor element within the operating range of movement +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry. The coil substrate structure and the disruptor element are configured such that, relative to the displacement increment, the sign of the change in the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the displacement increment of the disruptor element is opposite in its complementary pair. In some embodiments, each complementary pair CPi rotates at an offset angle about the central axis such that the shape of one of them matches the angular position of the other about the central axis, and along the axial direction. The coil substrate structure is configured to include an upper rotation detection coil TRSCi and a lower rotation detection coil BRSCi, which are characterized in that the shapes of their internal regions nominally match when projected. In some embodiments, each disruptor element comprises N pairs of parallel straight sides, and the first and second disruptor elements are nominally the same in shape and orientation and are nominally along the axial direction. Aligned for each complementary pair CPi, the first straight side of the first disruptor element traverses the upper rotation sensing coil TRSCi and is parallel to the first straight side of the first disruptor element. A second straight side on the second disruptor element traverses its respective complementary pair of lower rotation sensing coils BRSCi. In some embodiments, N=3 and the N pairs of parallel straight sides are arranged parallel to the sides of the regular hexagon.

いくつかの実施形態では、走査プローブは、ディスラプター要素とスタイラス結合部に結合された移動部材を備え、移動部材は、中心軸に沿ってコイル基板構成体に配置された穴を通り、ほぼ中心軸に沿って延在する。 In some embodiments, the scanning probe comprises a moving member coupled to the disrupter element and the stylus joint, the moving member passing through a hole disposed in the coil substrate construction along a central axis and substantially centered. It extends along the axis.

いくつかの実施形態では、場生成コイルの構成体は、ａ）ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、またはｂ）中心軸に沿ってディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイルの１つを備える。 In some embodiments, the structure of the field-generating coil is: a) a single planar field-generating coil that is located approximately in the mid-plane of the disruptor moving volume and is nominally perpendicular to the central axis in the plane, or b. ) Comprises one of a pair of planar field-generating coils arranged along the central axis at approximately equidistant from the central plane of the disruptor displacement volume and nominally in the plane perpendicular to the central axis.

いくつかの実施形態では、第１のディスラプター要素および第２のディスラプター要素の面積は、少なくとも第１の場生成コイル構成体の面積よりも大きい。いくつかの実施形態では、ディスラプター要素はそれぞれ、複数の同心円状の導電性ループを備える。いくつかの実施形態では、少なくとも第１の場生成コイル構成体は、第１および第２場生成コイルを備える。 In some embodiments, the area of the first disruptor element and the second disruptor element is at least greater than the area of the first field generating coil arrangement. In some embodiments, each disruptor element comprises a plurality of concentric conductive loops. In some embodiments, at least the first field generating coil arrangement comprises first and second field generating coils.

いくつかの実施形態では、システムは、本明細書に開示される走査プローブ、駆動機構、および駆動機構を走査プローブに結合するように構成された取付部を備える。いくつかの実施形態では、システムは、駆動機構の動きを制御するモーションコントローラを備えている。 In some embodiments, the system comprises a scanning probe disclosed herein, a drive mechanism, and a mount configured to couple the drive mechanism to the scan probe. In some embodiments, the system comprises a motion controller that controls movement of the drive mechanism.

いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に開示される走査プローブをワークピースの表面に沿って移動させる工程と、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動するときに走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、を含む。いくつかの実施形態では、信号処理および制御回路は、コイル駆動信号を提供するようにスタイラス位置検出部のコイルに動作可能に接続され、コイル基板構成体のそれぞれの回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備えるコイル基板構成体から信号を入力し、走査プローブのフレームに対するディスラプター要素またはスタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成されている。ここで、出力される信号は、走査プローブがワークピースの表面に沿って移動するとき、走査プローブによって生成される誘導性検出信号を備える。 In some embodiments, a method includes moving a scanning probe disclosed herein along a surface of a workpiece, and generating by the scanning probe as the scanning probe moves along the surface of the workpiece. Generating three-dimensional position information based on the inductive detection signal. In some embodiments, the signal processing and control circuitry is operably connected to the coils of the stylus position detector to provide a coil drive signal, provided by respective rotational and axial detection coils of the coil substrate construction. Is configured to receive a signal from a coil substrate structure having respective signal components to be output and to output a signal indicating an axial position and a rotational position of at least one of the disrupter element or the stylus with respect to the frame of the scanning probe. .. Here, the output signal comprises an inductive detection signal generated by the scanning probe as it moves along the surface of the workpiece.

本開示の好ましい実施形態が図示および説明されたが、特徴および動作のシーケンスの図示およ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および米国特許出願は、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およ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。 While the preferred embodiment of the disclosure has been illustrated and described, numerous variations of the illustrated and described arrangements of sequences of features and operations will be apparent to those skilled in the art based on this disclosure. Various alternatives may be used to implement the principles disclosed herein. Furthermore, the various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. All US patents and US patent applications mentioned herein are hereby incorporated by reference in their entirety. Various patent and application concepts may be employed to provide further embodiments as needed, and aspects of the embodiments may be modified.

上記の詳細な説明に照らして、これらの変更およ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、請求項を明細書およ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。 These and other changes can be made to the embodiments in light of the above detailed description. In general, in the following claims, the terms used should not be construed as limiting the claim to the specification and the particular embodiments disclosed in the claim, but are claimed to be such claim. It should be construed to include all possible embodiments along the full equivalent range.

Claims (15)

座標測定機用の走査プローブにおいて、
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、
軸方向に沿って前記スタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りの前記スタイラス結合部の回転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、
を備える前記走査プローブのフレームに結合されたスタイラス懸架部と、
Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体とを備える第１基板部と、
Ｎ個（Ｎは少なくとも３である整数）の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体とを備える第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部の間に配置され、少なくとも第１の場生成コイル構成体を備える中央基板部と、
を備え、前記スタイラス懸架部により近い前記第２基板部で、前記走査プローブの前記フレームに一定の関係で取り付けられ、前記第１、第２および中央基板部が名目上互いに平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体と、
各々がディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備える第１および第２のディスラプター要素を備えるディスラプター構成体と、
を備え、前記ディスラプター要素は前記コイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、前記ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係で前記スタイラス懸架部に結合され、前記ディスラプター要素は、前記軸方向移動に応じて前記軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および前記回転移動に応じて前記軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、前記ディスラプター要素は、前記スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対して前記ディスラプター移動ボリューム内で移動し、前記場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、前記ディスラプター移動ボリューム内に前記軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成し、前記軸方向に平行である前記中心軸に沿って配置され、前記回転中心に名目上整列しているスタイラス位置検出部と、
前記コイル駆動信号を提供するように前記スタイラス位置検出部の前記コイルに動作可能に接続され、前記コイル基板構成体のそれぞれの前記回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える前記コイル基板構成体から信号を入力し、前記走査プローブの前記フレームに対する前記ディスラプター要素または前記スタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成された信号処理および制御回路と、
を備えることを特徴とする走査プローブ。 In the scanning probe for coordinate measuring machine,
A stylus joint configured to be firmly joined to the stylus,
A stylus movement mechanism configured to allow axial movement of the stylus joint along an axial direction and rotational movement of the stylus joint about a center of rotation;
A stylus suspension coupled to the frame of the scanning probe comprising:
A first substrate portion including N upper rotation detection coils and an upper axial detection coil structure;
A second substrate portion comprising N (N is an integer that is at least 3) lower rotation detection coils and a lower axial detection coil arrangement;
A central substrate portion disposed between the first substrate portion and the second substrate portion and comprising at least a first field generating coil arrangement;
A second substrate portion closer to the stylus suspension, mounted in fixed relation to the frame of the scanning probe, wherein the first, second and central substrate portions are nominally parallel to each other and are nominally centered. A coil substrate structure orthogonal to the axis,
A disruptor arrangement comprising first and second disruptor elements each comprising at least one of a conductive plate or a conductive loop providing a disruptor region;
And wherein the disruptor elements are arranged along a central axis of a disruptor displacement volume extending on the opposite side of the coil substrate construction, the disruptor elements being in a fixed relationship to each other by a coupling arrangement. Coupled to the stylus suspension, the disrupter element has a range of motion movement +/−Rz along the axial direction in response to the axial movement and a respective orthogonal to the axial direction in response to the rotational movement. Moving over a range of motion travel +/−Rx and +/−Ry along orthogonal X and Y directions, the disrupter element is moved relative to the undeflected position in response to deflection of the stylus suspension. Moving within the volume, the field generating coil arrangement generates a fluctuating magnetic flux substantially along the axial direction within the disruptor moving volume in response to a coil drive signal, the center being parallel to the axial direction. A stylus position detector arranged along an axis and nominally aligned with the center of rotation;
Wherein each of the stylus position detectors is operably connected to provide the coil drive signal and comprises respective signal components provided by the respective rotational and axial detection coils of the coil substrate assembly. A signal processing and control circuit configured to receive a signal from a coil substrate structure and output a signal indicating an axial position and a rotational position of at least one of the disrupter element or the stylus with respect to the frame of the scanning probe. When,
A scanning probe comprising: 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影は上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡを定義し、前記下部軸方向検出コイル構成体の内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影は下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを定義し、任意のそれぞれの上部回転検出コイルＴＲＳＣｉの内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影はそれぞれの上部回転コイル検出重複領域ＴＲＳＣＯＡｉを定義し、任意のそれぞれの下部回転検出コイルＢＲＳＣｉの内部コイル領域を通る前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影はそれぞれの下部回転コイル検出重複領域ＢＲＳＣＯＡｉを定義し、ここで、ｉは１〜Ｎの範囲の個別のコイル識別インデックスであり、
前記コイル基板構成体および前記ディスラプター要素は、前記上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡおよび前記下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡを提供するように構成され、前記重複領域ＴＡＳＯＡおよびＢＡＳＯＡのそれぞれの量は、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では少なくとも変化しない、またはその位置に依存せず、
前記コイル基板構成体と前記ディスラプター要素は、前記上部回転検出コイルＴＲＳＣｉと前記下部回転検出コイルＢＲＳＣｉをそれぞれ備えるＮ個の回転検出コイルの相補対ＣＰｉを提供するように構成され、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意のディスラプター要素の変位増分に対する任意の相補対ＣＰｉに対して、前記ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉおよびＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさは、その相補対において名目上同じであることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The projection of the first disruptor element along the axial direction through the internal coil region of the upper axial detection coil arrangement defines an upper axial detection overlap area TASOA, and the projection of the lower axial detection coil arrangement of the lower axial detection coil arrangement. The projection of the second disruptor element along the axial direction through the inner coil region defines a lower axial detection overlap region BASOA, and the axial direction through the inner coil region of any respective upper rotation detection coil TRSCi. The projection of the first disruptor element along defines a respective upper rotation coil detection overlap region TRSCOAi, and the second along the axial direction through the inner coil region of any respective lower rotation detection coil BRSCi. The projections of the disruptor elements define respective lower rotating coil detection overlap regions BRSCOAi, where i is an individual coil identification index in the range 1 to N,
The coil substrate structure and the disrupter element are configured to provide the upper axially detected overlap area TASOA and the lower axially detected overlap area BASOA, wherein the respective amounts of the overlap areas TASOA and BASOA are: The position of said disruptor element within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry is at least unchanged or independent of its position,
The coil substrate structure and the disrupter element are configured to provide a complementary pair CPi of N rotation detection coils, each of which includes the upper rotation detection coil TRSCi and the lower rotation detection coil BRSCi. For any complementary pair CPi to the displacement increment of any disruptor element within +/−Rz, +/−Rx, and +/−Ry, the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the displacement increment of said disruptor element. The scanning probe is characterized in that the magnitude of the change in is nominally the same in its complementary pair. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記第１基板部、前記第２基板部、および前記中央基板部は、単一の多層プリント回路基板の部分を備えることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The scanning probe, wherein the first substrate portion, the second substrate portion, and the central substrate portion include portions of a single multilayer printed circuit board. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記コイル基板構成体および前記ディスラプター要素は、前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の任意の相補対ＣＰｉと任意のディスラプター要素の変位増分に対して、前記ディスラプター要素の変位増分に関連する重複領域ＴＲＳＣＯＡｉとＢＲＳＣＯＡｉの変化の大きさと符号の両方がその相補対において同じであるように、構成されていることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The coil substrate construction and the disruptor element are adapted for any complementary pair CPi and any increment of displacement of the disruptor element within the operating travel ranges +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. , A scanning probe, characterized in that both the magnitude and sign of the change of the overlap regions TRSCOAi and BRSCOAi associated with the displacement increment of the disrupter element are the same in their complementary pairs. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記上部回転検出コイルの組み合わせを備え、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは、Ｎ個の前記上部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉの合計を備え、その構成する個別の重複領域ＴＲＳＣＯＡｉが前記ディスラプター要素の位置に応じて変化する場合でも、その合計は少なくとも前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存せず、
前記下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記下部回転検出コイルの組み合わせを備え、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは、Ｎ個の前記下部回転検出コイルに関連する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉの合計を備え、その構成する個別の重複領域ＢＲＳＣＯＡｉが前記ディスラプター要素の位置に応じて変化する場合でも、その合計は少なくとも前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記ディスラプター要素の位置では変化しない、またはその位置に依存しないことを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The upper axial detection coil arrangement comprises a combination of N upper rotation detection coils, and the upper axial detection overlap area TASOA is the sum of the individual overlapping areas TRSCOAi associated with the N upper rotation detection coils. Even if the individual overlapping regions TRSCOAi that comprise it vary according to the position of the disruptor element, their sum is at least within the movement range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Does not change or does not depend on the position of the disruptor element of
The lower axial detection coil arrangement comprises a combination of N lower rotation detection coils, the lower axial detection overlap area BASOA is the sum of the individual overlapping areas BRSCOAi associated with the N lower rotation detection coils. Even if the constituent individual overlap regions BRSCOAi vary depending on the position of the disruptor element, the sum is at least within the motion range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. The scanning probe is characterized in that it does not change or does not depend on the position of said disruptor element. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記上部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記上部回転検出コイルの１つではなく、前記上部回転検出コイルよりも前記中心軸の近くに配置された少なくとも１つの上部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルおよび前記ディスラプター要素は、少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルが前記ディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、前記軸方向に沿った前記第１のディスラプター要素の投影が前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記第１のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの前記上部軸方向検出コイルの前記内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とし、上部軸方向検出重複領域ＴＡＳＯＡは前記第１のディスラプター要素の位置によっては変化せず、
前記下部軸方向検出コイル構成体は、Ｎ個の前記下部回転検出コイルの１つではなく、前記下部回転検出コイルよりも前記中心軸の近くに配置された少なくとも１つの下部軸方向検出コイルを備え、少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルおよび前記ディスラプター要素は、少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルが前記ディスラプター要素よりも小さい内部コイル領域を有し、前記軸方向に沿った前記第２のディスラプター要素の投影が前記動作移動範囲＋／−Ｒｚ、＋／−Ｒｘ、および＋／−Ｒｙ内の前記第２のディスラプター要素の任意の位置に対する少なくとも１つの前記下部軸方向検出コイルの前記内部コイル領域を完全に満たすことを特徴とし、下部軸方向検出重複領域ＢＡＳＯＡは前記第２のディスラプター要素の位置によっては変化しないことを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The upper axial detection coil structure includes at least one upper axial detection coil arranged closer to the central axis than the upper rotation detection coil, instead of one of the N upper rotation detection coils. At least one said upper axial detection coil and said disruptor element have at least one said upper axial detection coil having a smaller internal coil area than said disruptor element, said first axial direction Of the disruptor elements of at least one of the upper axial sensing coils for any position of the first disruptor element within the operating range of movement +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. Characterized in that it completely fills the inner coil region, the upper axial detection overlap region TASOA does not change depending on the position of the first disruptor element,
The lower axial direction detection coil structure includes at least one lower axial direction detection coil arranged closer to the central axis than the lower rotational detection coil, instead of one of the N lower rotational detection coils. At least one said lower axial detection coil and said disruptor element have at least one said lower axial detection coil having an inner coil area that is smaller than said disruptor element, said second along said axial direction Of the disruptor elements of at least one of the lower axial sensing coils for any position of the second disruptor element within the operating range +/-Rz, +/-Rx, and +/-Ry. A scanning probe, characterized in that it completely fills the inner coil region, the lower axial detection overlap region BASOA does not change depending on the position of the second disruptor element. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記ディスラプター要素と前記スタイラス結合部に結合された移動部材を備え、前記移動部材は、前記中心軸に沿って前記コイル基板構成体に配置された穴を通り、ほぼ前記中心軸に沿って延在することを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
A moving member coupled to the disrupter element and the stylus coupling portion, the moving member extending through the hole disposed in the coil substrate assembly along the central axis and extending substantially along the central axis. Scanning probe characterized by being present. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記場生成コイル構成体は、
ａ）前記ディスラプター移動ボリュームのほぼ中央平面に配置され、名目上平面で前記中心軸に直交する単一の平面状の場生成コイル、
ｂ）前記中心軸に沿って前記ディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面であり前記中心軸に直交する一対の平面状の場生成コイル、または
ｃ）少なくとも２ターンで、前記中心軸に沿って前記ディスラプター移動ボリュームの中央平面からほぼ等距離に配置され、名目上平面で前記中心軸に直交する２つの対応する場生成コイル部を持つマルチターン場生成コイル、
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。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The field generating coil structure is
a) a single planar field-generating coil located approximately in the midplane of the disruptor displacement volume and nominally in the plane orthogonal to the central axis,
b) a pair of planar field-generating coils that are located along the central axis at approximately equal distances from the central plane of the disruptor displacement volume and are nominally planar and orthogonal to the central axis; or c) at least 2 turns. And a multi-turn field-generating coil having two corresponding field-generating coil portions arranged along the central axis at substantially equal distances from the central plane of the disruptor displacement volume and nominally orthogonal to the central axis in the plane,
A scanning probe comprising at least one of: 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記第１のディスラプター要素および前記第２のディスラプター要素の面積は、少なくとも前記第１の場生成コイル構成体の面積よりも大きいことを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
A scanning probe, wherein the areas of the first disruptor element and the second disruptor element are at least larger than the area of the first field generating coil arrangement. 請求項９に記載の走査プローブにおいて、
前記ディスラプター要素はそれぞれ、複数の同心円状の導電性ループを備えることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 9,
A scanning probe, wherein each disruptor element comprises a plurality of concentric conductive loops. 請求項１０に記載の走査プローブにおいて、
少なくとも前記第１の場生成コイル構成体は、第１および第２場生成コイルを備えることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 10, wherein
A scanning probe, wherein at least said first field generating coil arrangement comprises first and second field generating coils. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記軸方向に沿った前記第１の場生成コイル構成体のコイル領域の投影は、前記コイル基板構成体に配置された前記ディスラプター領域およびすべての前記回転および前記軸方向検出コイルのコイル領域を提供する前記導電性プレートまたは導電性ループを包含することを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The projection of the coil area of the first field generating coil arrangement along the axial direction is such that the disruptor area and all the coil areas of the rotational and axial detection coils arranged in the coil substrate arrangement are projected. A scanning probe comprising the conductive plate or conductive loop provided. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
前記場生成コイル構成体によって生成される前記変動磁束の測定値を提供するために利用される正規化コイルをさらに備えることを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
The scanning probe further comprising a normalization coil utilized to provide a measurement of the varying magnetic flux generated by the field generating coil arrangement. 請求項１に記載の走査プローブにおいて、
第１回転検出コイル内に配置され、第２回転検出コイル内に配置された同様の電子的に接続された要素と対称である非接続の要素をさらに備え、前記非接続の要素は、それにより、前記第２回転検出コイル内に接続された前記要素の存在により前記第１および第２回転検出コイルによって提供される前記信号成分で生じる信号オフセットを低減することを特徴とする走査プローブ。 The scanning probe according to claim 1, wherein
Further comprising an unconnected element located within the first rotation sensing coil and symmetrical to a similar electronically connected element located within the second rotation sensing coil, said unconnected element thereby A scanning probe that reduces the signal offset caused by the signal components provided by the first and second rotation detection coils due to the presence of the element connected in the second rotation detection coil. ワークピースの表面に沿って走査プローブを移動させる工程と、
前記走査プローブが前記ワークピースの表面に沿って移動するときに前記走査プローブによって生成される誘導性検出信号に基づいて３次元位置情報を生成する工程と、
を含む方法であって、
前記走査プローブは、
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、
軸方向に沿って前記スタイラス結合部の軸方向移動、および回転中心の周りの前記スタイラス結合部の回転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、
を備える前記走査プローブのフレームに結合されたスタイラス懸架部と、
Ｎ個の上部回転検出コイルと上部軸方向検出コイル構成体とを備える第１基板部と、
Ｎ個（Ｎは少なくとも３である整数）の下部回転検出コイルと下部軸方向検出コイル構成体とを備える第２基板部と、
前記第１基板部と前記第２基板部の間に配置され、少なくとも第１の場生成コイル構成体を備える中央基板部と、
を備え、前記スタイラス懸架部により近い前記第２基板部で、前記走査プローブの前記フレームに一定の関係で取り付けられ、前記第１、第２および中央基板部が名目上互いに平行であり名目上中心軸に直交するコイル基板構成体と、
各々がディスラプター領域を提供する導電性プレートまたは導電性ループの少なくとも１つを備える第１および第２のディスラプター要素を備えるディスラプター構成体と、
を備え、前記ディスラプター要素は前記コイル基板構成体の反対側に延在するディスラプター移動ボリュームの中心軸に沿って配置され、前記ディスラプター要素は、結合構成体によって互いに対して一定の関係で前記スタイラス懸架部に結合され、前記ディスラプター要素は、前記軸方向移動に応じて前記軸方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｚ、および前記回転移動に応じて前記軸方向に直交するそれぞれの直交ＸおよびＹ方向に沿った動作移動範囲＋／−Ｒｘおよび＋／−Ｒｙにわたって移動して、前記ディスラプター要素は、前記スタイラス懸架部の偏向に応じて非偏向位置に対して前記ディスラプター移動ボリューム内で移動し、前記場生成コイル構成体は、コイル駆動信号に応じて、前記ディスラプター移動ボリューム内に前記軸方向にほぼ沿って変動磁束を生成し、前記軸方向に平行である前記中心軸に沿って配置され、前記回転中心に名目上整列しているスタイラス位置検出部と、
前記コイル駆動信号を提供するように前記スタイラス位置検出部の前記コイルに動作可能に接続され、前記コイル基板構成体のそれぞれの前記回転および軸方向検出コイルによって提供されるそれぞれの信号成分を備える前記コイル基板構成体から信号を入力し、前記走査プローブの前記フレームに対する前記ディスラプター要素または前記スタイラスの少なくとも一方の軸方向位置および回転位置を示す信号を出力するように構成された信号処理および制御回路と、
を備え、前記走査プローブが前記ワークピースの表面に沿って移動するとき、出力される前記信号は、前記走査プローブによって生成される前記誘導性検出信号を備えることを特徴とする方法。 Moving the scanning probe along the surface of the workpiece,
Generating three-dimensional position information based on inductive detection signals generated by the scanning probe as the scanning probe moves along the surface of the workpiece;
A method including
The scanning probe is
A stylus joint configured to be firmly joined to the stylus,
A stylus movement mechanism configured to allow axial movement of the stylus joint along an axial direction and rotational movement of the stylus joint about a center of rotation;
A stylus suspension coupled to the frame of the scanning probe comprising:
A first substrate portion including N upper rotation detection coils and an upper axial detection coil structure;
A second substrate portion comprising N (N is an integer that is at least 3) lower rotation detection coil and a lower axial detection coil arrangement;
A central substrate portion disposed between the first substrate portion and the second substrate portion and comprising at least a first field generating coil arrangement;
A second substrate portion closer to the stylus suspension, mounted in fixed relation to the frame of the scanning probe, wherein the first, second and central substrate portions are nominally parallel to each other and are nominally centered. A coil substrate structure orthogonal to the axis,
A disruptor arrangement comprising first and second disruptor elements each comprising at least one of a conductive plate or a conductive loop providing a disruptor region;
And wherein the disruptor elements are arranged along a central axis of a disruptor displacement volume extending on the opposite side of the coil substrate construction, the disruptor elements being in a fixed relationship to each other by a coupling arrangement. Coupled to the stylus suspension, the disrupter element has a range of motion movement +/−Rz along the axial direction in response to the axial movement and a respective orthogonal to the axial direction in response to the rotational movement. Moving over a range of motion travel +/−Rx and +/−Ry along orthogonal X and Y directions, the disrupter element is moved relative to the undeflected position in response to deflection of the stylus suspension. Moving within the volume, the field generating coil arrangement generates a fluctuating magnetic flux substantially along the axial direction within the disruptor moving volume in response to a coil drive signal, the center being parallel to the axial direction. A stylus position detector arranged along an axis and nominally aligned with the center of rotation;
Wherein each of the stylus position detectors is operably connected to provide the coil drive signal and comprises respective signal components provided by the respective rotational and axial detection coils of the coil substrate assembly. A signal processing and control circuit configured to receive a signal from a coil substrate structure and output a signal indicating an axial position and a rotational position of at least one of the disrupter element or the stylus with respect to the frame of the scanning probe. When,
And the signal output as the scanning probe moves along a surface of the workpiece comprises the inductive detection signal generated by the scanning probe.
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