JP2003511658A - ターゲット追跡鏡の空間的向きを定めるための方法およびその方法を実行するための鏡装置 - Google Patents

ターゲット追跡鏡の空間的向きを定めるための方法およびその方法を実行するための鏡装置

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JP2003511658A JP2001528419A JP2001528419A JP2003511658A JP 2003511658 A JP2003511658 A JP 2003511658A JP 2001528419 A JP2001528419 A JP 2001528419A JP 2001528419 A JP2001528419 A JP 2001528419A JP 2003511658 A JP2003511658 A JP 2003511658A
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Abstract

(57)【要約】 干渉計による距離測定のために備えられたレーザ追跡システムにおいて、ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きが変化するときにその位置が変わるような態様でターゲット追跡鏡（１）に接続される少なくとも２つの逆反射体（３．１，３．２，３．３）が設けられる。レーザ追跡システムの一次測定ビーム（４）から偏向される二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）は逆反射体（３．１，３．２，３．３）上に方向付けられる。二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）のビーム経路の経路長さ変化は干渉計で測定され、読取値はターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを計算するのに用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 この発明は、最初の独立特許請求項のプリアンブルに従う方法に関する。この
方法は、レーザ追跡システムにおけるターゲット追跡鏡の空間的向きを定めるよ
うに働く。このシステムは、対応する独立特許請求項に従う鏡装置にさらに関し
、前記鏡装置はこの方法を実行する働きをする。
【０００２】 ターゲット追跡鏡はレーザ追跡システムの必須構成要素である。というのもそ
れらは業界で長年にわたり公知であり、大きな物体の正確な座標測定のために用
いられる。レーザ追跡システムは、追跡測定ビームによる、移動するターゲット
逆反射体の追跡を可能にし、測定ビームの方向の好適な測定によりおよびターゲ
ット逆反射体までの距離の干渉計測定により、ターゲット逆反射体の座標（たと
えば極座標）が定められる。
【０００３】 追跡測定ビームを、移動する逆反射体にそれが常に当るような態様に方向付け
ることは、互いに対して垂直である２本の軸のまわりで通常は回転可能なターゲ
ット追跡鏡を適切に調節することによって行なわれる。追跡測定ビームは逆反射
体によってターゲット追跡鏡に反射し返され、ここから干渉計レシーバへ偏向さ
れる。干渉計レシーバは、レーザ干渉計の規定されたゼロ位置までのターゲット
逆反射体の距離を定める。ターゲット追跡鏡の空間的向きは測定によって定めら
れ、読取値から測定ビームの方向が計算される。
【０００４】 軸のまわりでターゲット追跡鏡を回転させるため、軸上に組立てられるサーボ
モータが通常は設けられる。予め与えられるゼロ向きに対するターゲット追跡鏡
の向きを定めるため、通常は軸の各々に角度エンコーダが備えられる。そのよう
な態様でターゲット追跡鏡を備える典型的なレーザ追跡システムは、たとえば、
公開された米国４７１４３３９に記載されている。このシステムは、カルダン懸
架装置に配置され、およびしたがって、互いに対して垂直である２本の軸のまわ
りで回転可能なターゲット追跡鏡を含む。
【０００５】 １９６３年７月のApplied Optics、第２巻、第７号、７６２頁以降に、ガンマ
ビーム分光計における回転方向の動きを定めるための角度測定用角度エンコーダ
の代替物として、マイケルソン干渉計の使用が記載されている。マイケルソン干
渉計は、一方が基準ビーム経路用および他方が測定ビーム経路用である、同じ長
さの２本のアームを有する２本アーム干渉計である。記載された適用例では、測
定ビームはダイ・コーナプリズム（die-corner prism）に向けて変更不可能な態
様で方向付けられ、プリズムは、軸のまわりで回転可能な部分の上に配置される
。測定ビームは、プリズムによって定置鏡の方へおよび鏡によって同じ経路を戻
って干渉計へ偏向される。干渉計とプリズムとの間を、測定ビームは、軸のまわ
りで回転する際にプリズムが描く円の弧の上の接線と平行に走る。基準ビームは
定置鏡によって干渉計に反射される。回転軸のまわりでプリズムが回転すると、
測定ビーム経路は長くなったり短くなったりするが、これが干渉計に検出される
。測定ビーム経路の経路長さの変化から、予め定められたゼロ位置から瞬間的な
位置へプリズムを移動するときの、このゼロ位置に対するプリズムの回転方向の
角度が計算される。
【０００６】 記載されたプリズムおよび鏡の装置により、測定ビームがプリズムのあらゆる
可能な回転方向位置の同じプリズム側に偏心して当ることが必要になる。これは
、プリズムの開口すなわちプリズム自体が比較的大きくなければならないことを
意味する。したがって、プリズムは比較的重いため、関連する態様で回転部分の
慣性モーメントに影響を及ぼすことがある。
【０００７】 この発明の目的は、レーザ追跡システムの中のターゲット追跡鏡の空間的向き
を定めるための方法を提供することである。そのようなターゲット追跡鏡の空間
的向きを定めるための公知の方法に対するこの発明に従う方法はより高い精度を
可能にし、この方法は、鏡とともに動くべき部分が可能な限り軽くされることに
より、鏡の動きの中にできるだけ小さな慣性しか存在しない、非常に小型の鏡装
置を可能にすることである。この発明のさらなる目的は、この発明に従う方法を
実行するための鏡装置を提供することである。この装置は小型であり、場合によ
ってはモジュール式の態様で公知のレーザ追跡システムの中に一体化可能である
。
【０００８】 この目的は、独立特許請求項に規定されるような方法および装置によって達成
される。この発明のさらなる有利な実施例は、従属する請求項の主題である。
【０００９】 この発明に従う方法は、回転軸上に配置された角度エンコーダの補助によって
ではなく干渉計の方法によって、レーザ追跡システムのターゲット追跡鏡の空間
的向きを定めるという概念に基づく。この目的のため、少なくとも２つの逆反射
体がターゲット追跡鏡に接続され、したがってターゲット追跡鏡とともに動く。
反射体の各々１つごとに、二次干渉計測定システムが設けられ、二次測定システ
ムの測定および基準ビームは、レーザ追跡システムの一次ビーム経路から分岐さ
れる。各々の二次測定システムにおいて、変更不可能な方向を有する二次測定ビ
ームは、ターゲット追跡鏡とともに動く逆反射体の１つの上に方向付けられ、二
次測定ビームのビーム経路長さの変化は、鏡が動かされるときに干渉計で定めら
れる。逆反射体および二次測定システムは、鏡の動きが二次測定ビームの経路長
さを変化させるようにかつ、測定ビームの方向への予め定められたゼロ位置から
の瞬間的な反射体位置の距離を特徴付けるそのような経路長さの変化から得られ
る測定データが鏡の向きの明確な計算を可能にするように配置される。
【００１０】 ターゲット追跡鏡の動きは、二次測定システムに割当てられた逆反射体も円の
弧の上を動く通常は回転運動である。各々の二次測定ビームは、そのような円の
弧の上に接線方向に、有利には中間位置に位置されるときには本質的に中央に逆
反射体に当るような態様で、方向付けられる。二次測定ビームの方向は常に同じ
ままであるが、反射体は測定ビーム経路中の直線ではなく円形の経路上を動くた
め、測定ビームが検出する反射体の動きが限定されるのは明らかである。反射体
への測定ビームの偏心した入射が引起す、入射測定ビームに対する反射された測
定ビームの平行偏位はビーム拡幅光学系によって補われる。
【００１１】 どの動く鏡の鏡面の向きも計算するためには、鏡面に対して定置して配置され
る３つの点の空間的位置を測定することが理論的に必要である。２つの静止した
交差する軸のまわりで回転可能な鏡の向きを定めるには、２つのそのような点の
位置の評価で十分である。
【００１２】 この発明に従う方法は、ヘテロダイン原則に従って働く、無偏位戻りビームを
用いる干渉計（単一ビーム干渉計）を用いて実行されるのが有利である。測定ビ
ームと基準ビームとの間の周波数の差が評価され、したがって、マイケルソン干
渉計で必要であるような基準ビーム経路用のアームは必要でない。レーザビーム
の一部は基準ビームとして分岐され、干渉器レシーバに直接に導かれ、レーザビ
ームの残余の光は音響光学変調器によって周波数偏移され、測定ビームとして働
く。すなわち、測定ビーム経路を通って測定対象まで達し、この上で反射されて
、次に干渉計レシーバに導かれる。干渉計は、干渉、すなわち基準ビームと測定
ビームとの重ね合わせによって生じかつ、変調周波数＋／−ドップラー周波数に
対応する周波数での信号を検出する。その後の電子機器は位相および周波数に対
するこの信号を元の変調周波数と比較し、方向に従って、通過した半波長（trav
ersed half wavelength）ごとに正または負のカウントインパルスを発生する。
【００１３】 二次測定ビームは有利には、上記変調器の後で一次測定システムのビーム経路
から分岐されるため、ただ１つのレーザ源およびただ１つの変調器しか設ける必
要がない。
【００１４】 この発明に従うと、レーザ追跡システムのためのターゲット追跡鏡の装置は、
予め定められたゼロ向きから鏡の向きを変えるための手段と、鏡とともに動く少
なくとも２つの逆反射体とを含む。さらに、これは、レーザ追跡システムのビー
ム経路から少なくとも２つの二次測定システムの測定および基準ビームを偏向す
るための手段と、各々の場合に、ターゲット追跡鏡に接続された逆反射体のうち
１つの上に１つの二次測定ビームを方向付けるための手段と、ビーム経路の経路
長さの変化を検出するための、逆反射体が反射した二次測定ビームの干渉計分析
のための手段と、測定された経路長さ変化から、ターゲット追跡鏡の空間的向き
を計算するための手段とを含む。
【００１５】 ターゲット追跡鏡は、たとえば、公知の態様でカルダン懸架装置に装着されか
つ、互いに対して直交する２本の軸のまわりで回転可能である。これに対して好
適な駆動装置が設けられる。
【００１６】 この発明に従う方法およびこの発明に従う装置が以下の図面によって詳細に説
明される。
【００１７】
【詳細な説明】
図１は、ターゲット追跡鏡の空間的向きを定める働きをする、この発明の原則
を例示的な実施例で図示する。図面は、軸Ａのまわりで回転可能なターゲット追
跡鏡１を示し、鏡面は紙面に対して垂直である。鏡面に対して平行におよび回転
軸Ａに対して垂直に、回転軸Ａのまわりで鏡とともに回転可能な接続ロッド２が
走り、その端に、各々の場合１つの逆反射体３．１および３．２が装着される。
ターゲット追跡鏡１、接続ロッド２ならびに逆反射体３．１および３．２が２つ
の回転方向位置に示され、その部分の参照番号は’を付けた１つの回転方向位置
を特徴とする。
【００１８】 （ビーム拡幅光学系５．１によって本質的に反射体開口に対応する直径にされ
た反射体前方の）二次測定ビーム４．１は、ターゲット追跡鏡１の回転の際に反
射体３．１が描く円の弧に接線方向に方向付けられ、有利にはこれにより中間反
射体位置でそれは反射体の中心に当る。測定ビーム４は逆反射体３．１の中で反
射され、好適な二次基準ビームとともに、これから示されるべき態様で、逆反射
体３．１に割当てられた干渉計に導かれる。
【００１９】 鏡１ならびに反射体３．１および３．２が旋回すると、二次測定ビーム４．１
の経路長さが変化し、（たとえば機械的当接によってまたは光学的に規定された
）予め定められたゼロ位置と瞬間的位置との間の経路長さの変化が干渉計に検出
されかつ測定される。（回転角度αを特徴とする）鏡１の向きは、（鏡のゼロ向
きに対する）そのゼロ位置から別の瞬間的位置への逆反射体３．１の変位によっ
て生じる二次測定ビーム４．１の経路長さ変化によって明確に定められる。
【００２０】 類似の態様で二次逆反射体３．２（図１には図示せず）に方向付けられる二次
測定システムは、逆の極性を用いて、等しい大きさの経路長さ変化を測定する。
【００２１】 図１に示された装置の測定範囲（測定ビーム４．１によって依然として検出可
能な最大旋回の場合の２つの鏡の向きの間の角度範囲）は、反射体のサイズ、回
転軸Ａからのその距離および二次測定ビームが発生されかつ分析される光学的手
段に依存する。回転軸Ａから反射体がより離されるにつれ、鏡の回転が同じであ
る場合、ビーム入射の偏心性がより大きくなる。すなわち、測定範囲が小さくな
る。他方では、逆反射体と回転軸との間の距離が増加すると、測定分解能が大き
くなる。直径約１２ｍｍのボールの中で三連プリズム反射体を用いる通常の用途
のために、約１００ｍｍの領域での反射体３．１と回転軸Ａとの間の距離を用い
れば十分な測定分解能が達成されることが示された。そのような装置では、±１
５°の角度αmax分だけ鏡１の最大の回転がその中間の向きから生じる。これは
、ターゲット追跡鏡が偏向する、レーザ追跡システムの一次測定ビームに対する
、約±３０°の最大旋回範囲（レーザ追跡システムの有効測定範囲）を意味する
。
【００２２】 図１は、ターゲット追跡鏡１と、中間位置から可能な限り遠い位置（±１５°
と等しい回転角度）の反射体とを示す。装置全体に対する６０°の測定範囲が中
断線で示される。
【００２３】 上述の態様で限定される旋回範囲を有する鏡装置には、現行技術で一般的であ
るよりも単純かつより小さなモータを鏡の旋回のために用いることが可能である
。したがって、鏡の装置を非常に小型に設計することができる。特に、検流計シ
ステムに従って機能する、いわゆる角度限定トルクモータが好適である。鏡とと
もに動く部分の慣性モーメントをさらに減じるため、ターゲット追跡鏡とともに
可動ではなく静止して好適なモータを配置しかつ、それらを、好適な力伝達手段
（たとえば引張りケーブル）とともに、動かされるべき鏡装置の部分に結合する
ことも可能である。
【００２４】 図２、図３および図４は、ターゲット追跡鏡１、鏡の向きを変えるための駆動
装置を有する鏡懸架装置およびこの発明に従う鏡装置の有利な実施例の鏡の向き
を定めるための逆反射体の３つの異なる図を示す。
【００２５】 鏡懸架装置は、鏡が「内側」軸Ａのまわりで回転可能でありかつ「外側」軸Ｂ
のまわりでこれとは独立して回転可能なカルダン懸架装置である。２本の軸Ａと
Ｂとは互いと垂直であり、交差しかつターゲット追跡鏡１の鏡面に平行に走る。
図２は（鏡が中間の向きである）鏡面に対して垂直の角度で見た装置を示し、図
３は、（実線の鏡は中間の向きを有し、１点鎖線の鏡は軸Ｂのまわりを旋回され
る位置にある）内側軸Ａに対して垂直の方向で見ており、図４では、（実線の鏡
は中間の向きを有し、１点鎖線の鏡は軸Ａのまわりで旋回された位置にある）外
側軸Ｂに対して垂直の方向で見ている。
【００２６】 鏡装置は３つの逆反射体３．１から３．３を含み、反射体３．１および３．２
は、図１に示されるように、内側軸Ａのまわりで鏡１とともに回転可能な接続ロ
ッド２の端に配置され、逆反射体３．３は内側軸Ａの延長上に配置される。
【００２７】 図２から図４は同様に、内側軸Ａのまわりでの鏡の回転のために接続ロッド２
に係合する駆動装置６．１および６．２を概略的に同様に示す。駆動装置はたと
えば、たとえば引張りケーブルを介して、動かされるべき部分に相互作用するよ
うに接続される定置して装着されるモータである。同様に、ねじ山付きロッドを
力伝達手段として設けてもよく、モータは旋回可能な軸および回転方向に固定さ
れたステータを備えて組立てられる。
【００２８】 ３つすべての逆反射体３．１から３．３は有利には、本質的に等辺の三角形の
角を形成し、その中央に、２本の軸ＡおよびＢの交点ならびにターゲット追跡鏡
１の中心が配置される。この装置は、２本の軸ＡおよびＢのまわりでの回転の測
定に対する同じ感度差を本質的に生じさせる。
【００２９】 二次測定ビーム４．１から４．３は、有利には互いに対して平行なおよびター
ゲット追跡鏡１の中間の向きを有する鏡面に対して垂直な、各々の逆反射体３．
１から３．３に方向付けられる。
【００３０】 図２から図４に図示されたような、鏡とともに動かされる３つの逆反射体３．
１、３．２、３．３および３つの二次測定システムの補助によって鏡の向きを定
めることは、懸架装置の装着遊びとは独立しており、これは非常に高い精度をも
たらす。
【００３１】 図５および図６は、図２から図４に従う鏡装置のターゲット追跡鏡１の向きが
この発明に従う方法の補助によって定められる、レーザ追跡システムの光学的要
素およびビーム経路を特に示す。図５は１種の概略ブロック図であり、（図４に
見られるような）鏡装置、ターゲット逆反射体２２および一次測定ビーム４を追
跡するための制御システムの部分も示す。図６は、図５に従う装置とは僅かに異
なるが同じ目的に役立つ光学的装置のビーム経路を３次元で表わす。図１から図
４と組合わせて既に説明された要素には同じ参照番号が与えられる。
【００３２】 図５および図６に示された一次および二次測定システムは、簡単に上述された
ヘテロダイン法に従って機能する。光学的要素およびシステム全体の中でのそれ
らの機能は、特に図５に関連して以下の部分に説明される。
【００３３】 レーザ追跡システムのレーザ１２は、非常に長いコヒーレンス長を有するレー
ザビーム１３を発する。このレーザビーム１３から、一次基準ビーム１５がビー
ムスプリッタ１４によって分離され、次にビームスプリッタ１６によって偏向さ
れて干渉計レシーバ１７に直接に方向付けられる。ビームスプリッタ１４を通る
レーザビーム１３の一部は音響光学変調器１８を通り、周波数偏移された一次測
定ビーム４としてこれを残す。このビームはビームスプリッタ２０およびビーム
拡幅光学系５を通り、次にビームスプリッタ２１によってターゲット追跡鏡１に
向けて偏向され、ここから、ターゲット逆反射体２２（たとえば、三連鏡、三連
プリズムまたはキャットアイ（cat eye））に方向付けられる。逆反射体２２で
、一次測定ビーム４はそれ自身が折り重なり、ターゲット追跡鏡１を介してビー
ムスプリッタ２１に戻される。逆反射体２２で反射される一次測定ビーム４の一
部はビームスプリッタ２１を通り、位置検知検出器２３に当たる。この検出器が
一次測定ビームのターゲットエラーを定め、回転によってターゲット追跡鏡１を
再調節するための制御変数として用いられる対応する信号を生成する。ターゲッ
ト追跡鏡１は、ターゲット逆反射体２２に偏向される追跡測定ビーム４がターゲ
ット逆反射体２２との接触を失わず、それを一定して追跡するように、連続して
回転される。
【００３４】 ビームスプリッタ２１が反射する反射された一次測定ビーム４の一部は、逆方
向へビーム拡幅光学系５を通る。次にそれはビームスプリッタ２０によって偏向
され、偏向鏡２４を介して、ビームスプリッタ１６を通って干渉計レシーバ１７
に導かれる。干渉計レシーバ１７は一次基準ビーム１５および一次測定ビーム４
の重なりから干渉を検出する。読取値から、以前に規定されたゼロ位置からのタ
ーゲット逆反射体２２の距離が定められる。
【００３５】 レーザ１２、音響光学変調器１８、ビーム拡幅光学系５、ビームスプリッタ２
１、ターゲット逆反射体２２、位置検知検出器２３および干渉計レシーバ１７な
らびにビーム偏向のために必要なさらなるビームスプリッタ１４、１６、２０お
よび２４の構成要素を備える（図５に一点鎖線で囲まれた）一次測定システム３
１は、それ自体公知でありかつターゲット追跡鏡１がこの発明に従う鏡装置に適
用される構造的ユニットである。
【００３６】 鏡装置は３つの逆反射体３．１、３．２、３．３と、これらの反射体の位置変
化の干渉計測定のために、各々の場合、二次測定ビーム４．１、４．２、４．３
および二次基準ビーム１５．１、１５．２、１５．３によって機能する３つの二
次測定システムとを含む。二次測定および基準ビームは一次測定システムから分
離される。
【００３７】 この目的のため、まず、逆反射体３．１に割当てられた二次測定システムのた
めの基準ビーム１５．１が、ビームスプリッタ２５．１によってレーザビーム１
３から分岐される。この基準ビーム１５．１は、ビームスプリッタ２６．１を介
して、逆反射体３．１に割当てられた干渉計レシーバ２７．１に方向付けられる
。
【００３８】 変調された一次測定ビーム４から、逆反射体３．１に割当てられた二次測定ビ
ーム４．１がビームスプリッタ２８．１から分岐される。この測定ビーム４．１
は、ビームスプリッタ２９．１を介してビーム拡幅光学系５．１に偏向され、次
に逆反射体３．１に当たる。このように、二次測定ビーム４．１は、その測定経
路の端、具体的には逆反射体３．１自身に達する。ここから、測定ビーム４．１
は逆方向にビーム拡幅光学系５．１を通り、次にビームスプリッタ２９．１およ
びビームスプリッタ２６．１を通る。次にこれは、基準ビーム１５．１と全く同
様に干渉計レシーバ２７．１に導かれる。この干渉計レシーバ２７．１は、二次
基準ビーム１５．１と二次測定ビーム４．１との重なりから干渉を検出する。読
取値から、以前に規定されたゼロ位置からの逆反射体３．１の移動が定められる
。
【００３９】 類似の態様で、逆反射体３．２および３．３に割当てられる他の２つのさらな
る二次測定システムに同じことが当てはまる。
【００４０】 図７は、この発明に従う鏡装置のさらなる実施例を示し、これは、図２から図
４に従う装置に対応するが、内側回転軸Ａ上に配置される第３の反射体３．３お
よび第３の二次システムを有しない。逆反射体３．１および３．２を２つだけな
らびにそれらに割当てられた二次測定システムを用いることにより、カルダン懸
架装置の中心回転点を、鏡面の向きを定めるための第３の点として用いる。この
点は本質的に静止位置を有するが、それは懸架装置の支持遊び（bearing play）
に依存するため、図２から図４に従う装置に対する、図７に従う鏡装置のターゲ
ット追跡鏡の向きの評価は支持遊びに依存する。
【００４１】 内側軸Ａのまわりでの、図７に従う鏡装置のターゲット追跡鏡の回転は、反射
体３．１および３．２に割当てられた２つの二次測定システムの、反対方向に等
しい経路長さ変化を生じ、外側軸Ｂのまわりでの回転は、等しい経路長さ変化を
生じる。この関係から、鏡面に対する軸交点の公知の位置とともに鏡の向きを計
算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従う方法の例示的な実施例を用いる、ターゲット追跡
鏡の空間的向きを定める原則を示す図である。
【図２】 ターゲット追跡鏡、鏡懸架装置、鏡の向きを変えるための駆動装
置および逆反射体の、この発明に従う鏡装置の例示的な実施例を示す図である。
【図３】 ターゲット追跡鏡、鏡懸架装置、鏡の向きを変えるための駆動装
置および逆反射体の、この発明に従う鏡装置の例示的な実施例を示す図である。
【図４】 ターゲット追跡鏡、鏡懸架装置、鏡の向きを変えるための駆動装
置および逆反射体の、この発明に従う鏡装置の例示的な実施例を示す図である。
【図５】 この発明に従う方法を実行するための光学的装置を図示する、図
２から図４に従う鏡装置の概略ブロック図である。
【図６】 この発明に従う方法を実行するための光学的装置を図示する、図
２から図４に従う鏡装置のビーム経路の３次元の概略図である。
【図７】 この発明に従う鏡装置の第２の有利な実施例のターゲット追跡鏡
、鏡懸架装置および逆反射体を示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年９月１０日（２００１．９．１０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA09 AA20 AA21 AA31 BB01 BB25 CC21 DD02 FF23 FF51 FF55 GG04 HH03 HH04 LL09 LL12 LL16 LL37 LL53 NN08 PP13 2H041 AA12 AB14 AC01 AZ02 AZ03 AZ06 5J084 AA02 AA04 AA09 AA10 AD08 BA03 BA43 BA48 BA56 BB15 BB28 BB30 DA01 DA02 EA08 EA31

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ追跡システムの可動ターゲット追跡鏡（１）の空間的
    向きを定めるための方法であって、一次測定ビーム（４）の方向は、ターゲット
    追跡鏡（１）の空間的向きを変えることによって変化し、一次測定ビーム（４）
    の方向変化は、ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを定めることによって検出
    され、一次測定ビーム（４）のビーム経路の経路長さ変化は干渉計法によって検
    出され、 一次測定ビーム（４）から、少なくとも２つの二次測定ビーム（４．１，４．
    ２，４．３）が分岐し、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）は、各々の
    場合、ターゲット追跡鏡（１）とともに可動な逆反射体（３．１，３．２，３．
    ３）に向けて変更不可能な方向に方向付けられ、予め定められたゼロ向きから定
    められるべき向きへのターゲット追跡鏡（１）の動きによって生じる、二次測定
    ビーム（４．１，４．２，４．３）の経路長さ変化は干渉計で検出され、干渉計
    で検出された経路長さ変化はターゲット追跡鏡（１）の向きを計算するのに用い
    られることを特徴とする、方法。
  2. 【請求項２】 ターゲット追跡鏡（１）は少なくとも１つの回転軸（Ａ）の
    まわりで回転可能であり、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）は、ター
    ゲット追跡鏡（１）の回転の際に逆反射体（３．１，３．２，３．３）が動く円
    の弧の上に接線方向に方向付けられることを特徴とする、請求項１に記載の方法
    。
  3. 【請求項３】 ターゲット追跡鏡（１）は、垂直に交差しかつ鏡面と平行に
    配置される２本の回転軸（ＡおよびＢ）のまわりで回転可能であり、逆反射体（
    ３．１，３．２，３．３）はターゲット追跡鏡（１）の鏡面に平行な平面に配置
    され、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）は、互いと平行であり、ター
    ゲット追跡鏡（１）が中間の向きを有するときは鏡面に対して垂直方向に方向付
    けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ３つの逆反射体（３．１，３．２，３．３）は、それらの位
    置が明確な態様でターゲット追跡鏡（１）の鏡面の空間的向きを定めるような態
    様で配置されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 ２つの逆反射体（３．１，３．２）は、回転軸（Ａ，Ｂ）と
    ともにそれらがターゲット追跡鏡（１）の鏡面の空間的向きを明確に定めるよう
    な態様で配置されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 一次および二次測定ビーム（４，４．１，４．２，４．３）
    のビーム経路の経路長さの変化は、ヘテロダイン法に従って干渉計で測定される
    ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】 レーザビーム（１３）は、変調器（１８）で一次測定ビーム
    （４）に変調され、変調器（１８）の前方で、１つの一次および少なくとも２つ
    の二次基準ビーム（１５，１５．１，１５．２，１５．３）はレーザビーム（１
    ３）から偏向され、変調器（１８）の後で、二次測定ビーム（４．１，４．２，
    ４．３）は一次測定ビーム（４）から偏向されることを特徴とする、請求項６に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 レーザ追跡システムのための鏡装置であって、前記鏡装置は
    、ターゲット追跡鏡（１）と、ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを変えるた
    めの手段と、ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを変えることによって変更可
    能な方向を有する、ターゲット追跡鏡（１）に方向付けられた一次測定ビーム（
    ４）を発生するための手段と、一次測定ビーム（４）の方向変化を定めるため、
    ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを検出するための手段と、一次測定ビーム
    （４）のビーム経路の経路長さ変化の干渉計での検出のための手段とを含み、 ターゲット追跡鏡（１）の空間的向きを定めるための手段は、ターゲット追跡
    鏡（１）の向きが変えられるとその位置が変化するような態様でターゲット追跡
    鏡（１）に接続される少なくとも２つの逆反射体（３．１，３．２，３．３）と
    、一次測定ビーム（４）から、各々の場合に前記逆反射体（３．１，３．２，３
    ．３）のうち１つに割当てられる少なくとも２つの二次測定ビーム（４．１，４
    ．２，４．３）を偏向するための手段（２８．１，２８．２，２８．３）と、各
    々の場合に前記逆反射体（３．１，３．２，３．３）の１つに二次測定ビーム（
    ４．１，４．２，４．３）を方向付けるための手段（２９．１，２９．２，２９
    ．３）と、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）のビーム経路の経路長さ
    変化を干渉計で検出するための手段と、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．
    ３）のビーム経路の検出された経路長さ変化からターゲット追跡鏡（１）の空間
    的向きを計算するための手段とを含むことを特徴とする、鏡装置。
  9. 【請求項９】 一次および二次測定ビーム（４，４．１，４．２，４．３）
    のビーム経路の経路長さ変化を検出するための手段は、ヘテロダイン法に従って
    機能する干渉計測定システムであり、レーザビーム（１３）から一次基準ビーム
    （１５）を偏向するための手段（１４）およびレーザビーム（１３）を一次測定
    ビーム（４）に変調するための変調器（１８）が設けられ、変調器（１８）の前
    方に、二次基準ビーム（１５．１，１５．２，１５．３）を外に偏向するための
    手段（２５．１，２５．２，２５．３）が設けられ、二次測定ビーム（４．１，
    ４．２，４．３）を外に偏向するための手段（２８．１，２８．２，２８．３）
    が変調器（１８）の後に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の鏡装置
    。
  10. 【請求項１０】 ターゲット追跡鏡（１）は少なくとも１つの回転軸（Ａ，
    Ｂ）のまわりで回転可能に配置され、二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３
    ）は、ターゲット追跡鏡（１）の回転の際に逆反射体（３．１，３．２，３．３
    ）が描く円の弧に接線方向に方向付けられることを特徴とする、請求項８または
    ９に記載の鏡装置。
  11. 【請求項１１】 ターゲット追跡鏡（１）はカルダン懸架装置に装着され、
    ここでそれは内側軸（Ａ）および外側軸（Ｂ）のまわりで回転可能であり、前記
    軸（Ａ，Ｂ）は垂直に交差しかつターゲット追跡鏡（１）の鏡面に平行に配置さ
    れることを特徴とする、請求項１０に記載の鏡装置。
  12. 【請求項１２】 二次測定ビーム（４．１，４．２，４．３）は、互いに平
    行に、中間の向きを有するときはターゲット追跡鏡（１）の鏡面に対して垂直に
    方向付けられることを特徴とする、請求項１１に記載の鏡装置。
  13. 【請求項１３】 ２つの逆反射体（３．１，３．２）は、内側軸（Ａ）のま
    わりでターゲット追跡鏡（１）とともに回転可能な接続ロッド（２）上に配置さ
    れることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の鏡装置。
  14. 【請求項１４】 第３の逆反射体（３．３）は内側軸（Ａ）上に配置される
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の鏡装置。
  15. 【請求項１５】 ３つの逆反射体（３．１，３．２，３．３）は、ターゲッ
    ト追跡鏡（１）の鏡面に平行に配置される等辺三角形を形成し、その中間点は軸
    の交点の突出部であることを特徴とする、請求項１４に記載の鏡装置。
  16. 【請求項１６】 ターゲット追跡鏡（１）を回転させるため、定置モータ（
    ６．１，６．２）および力伝達手段が設けられることを特徴とする、請求項１０
    から１５のいずれかに記載の鏡装置。
  17. 【請求項１７】 力伝達手段は引張りケーブルまたはねじ山つきロッドであ
    ることを特徴とする、請求項１６に記載の鏡装置。
JP2001528419A 1999-10-06 2000-09-28 ターゲット追跡鏡の空間的向きを定めるための方法およびその方法を実行するための鏡装置 Withdrawn JP2003511658A (ja)

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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7224467B2 (en) * 2003-08-20 2007-05-29 Excel Precision Corporation System for rotation measurement with laser interferometry
JP3949098B2 (ja) * 2003-10-27 2007-07-25 日本発条株式会社 角度検出装置およびこれを用いたスキャン型アクチュエータ
JP4970211B2 (ja) * 2007-10-18 2012-07-04 ヘキサゴン・メトロジー株式会社 ３次元形状測定器
DE102009040990A1 (de) 2009-09-10 2011-03-17 Carl Zeiss Ag Vorrichtung und Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche
US20110157595A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Yerazunis William S Rotary Interferometer
US8384906B2 (en) * 2010-01-31 2013-02-26 Yeheng Wu Range adjustable real-time autocorrelator
US20110188044A1 (en) * 2010-01-31 2011-08-04 Guilin Mao Real-time wide-range reflective autocorrelator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4600308A (en) * 1983-10-21 1986-07-15 Rockwell International Corporation Phase-matching arrayed telescopes with a corner-cube-bridge metering rod
US4834531A (en) * 1985-10-31 1989-05-30 Energy Optics, Incorporated Dead reckoning optoelectronic intelligent docking system
US4714339B2 (en) * 1986-02-28 2000-05-23 Us Commerce Three and five axis laser tracking systems
GB9119304D0 (en) * 1991-09-10 1991-10-23 Renishaw Transducer Syst Method and apparatus for calibration of angular displacement
US5546185A (en) * 1994-09-23 1996-08-13 Kabushiki Kaisha Toshiba Angle detecting apparatus for detecting angle of inclination of scanning mirror provided on michelson interferometer
US5724130A (en) * 1995-09-08 1998-03-03 Wang; Charles Technique for the measurement and calibration of angular position
GB9722068D0 (en) * 1997-10-17 1997-12-17 Secretary Trade Ind Brit Tracking system

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