JP2014515826A - リモートセンサと協働する六自由度レーザトラッカ - Google Patents

Abstract

特性値及びその特性値に係る表面データセットに関し座標計測装置及びターゲットセンサで計測する方法であって、ボディ、第１再帰反射器、センサ及びセンサ側プロセッサを有するターゲットセンサを準備するステップと、座標計測装置を準備するステップと、第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給するステップと、第２光ビームを第１再帰反射器から受給するステップと、並進データセットについては第２光ビームに寄り又は基づきつつ並進，姿勢両データセットを計測取得するステップと、表面データセットを導出するステップと、特性値を検知するステップと、表面データセット及び特性値を保存するステップと、を有する。

Description

本願は２０１２年１月３０日付米国暫定特許出願第６１／５９２０４９号及び２０１１年４月１５日付米国暫定特許出願第６１／４７５７０３号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以て両出願の全内容を本願に繰り入れることにする。

本発明は、注目点に向けてレーザビームを輻射しその点の三次元座標を計測する座標計測装置及びそれに類する機器に関する。例えば、ジンバル式ビームステアリング機構を用いビーム方向を制御しつつ、注目点又はそこに接触させてある再帰反射ターゲットにレーザビームを入射させ、絶対距離計（ＡＤＭ）、干渉計（ＩＦＭ）等の距離計でその点までの距離を、また角度エンコーダ等の角度計でその点に対する二種類の角度を計測し、それら距離計測及び角度計測の結果に基づき注目点の座標を求める機器である。

レーザトラッカ(laser tracker)は、１本又は複数本のレーザビームを輻射しそのビームで再帰反射ターゲット(retroreflector target)を追尾するタイプの座標計測装置である。これに類する座標計測装置にはレーザスキャナやトータルステーションがある。レーザスキャナは１本又は複数本のレーザビームを物体表面に向けて出射しそこでの散乱光を捉え、その面上の各点までの距離及びその点に対する二種類の角度をその光に基づき計測する装置である。トータルステーションは測量等で広く使用されており、拡散反射ターゲットや再帰反射ターゲットの座標計測に使用することができる。以下、レーザスキャナやトータルステーションを包含する広い意味で“レーザトラッカ”の語を用いることにする。

通常、レーザトラッカに発するレーザビームの輻射先は再帰反射ターゲット、例えば金属球にキューブコーナリフレクタを組み込んだ構成の球体実装再帰反射器（ＳＭＲ）である。これは、相直交する３枚のミラーで構成されるキューブコーナリフレクタを、その頂点即ちミラー同士の交点が中心に来るよう金属球内に配置したものである。球内ミラー配置がそうした配置であるので、キューブコーナ頂点からＳＭＲの当接先面へと下ろした垂線の長さはＳＭＲが転がっても変わらない。従って、その面に倣いＳＭＲを移動させつつレーザトラッカでそのＳＭＲの位置を追跡することで、面上にある各点の三次元座標を計測することができる。言い換えれば、レーザトラッカでは、輻射方向沿い距離（動径）に関する一自由度及び角度に関する二自由度を併せ三自由度に留まる計測で、面上にある徳諸点の三次元座標を全て特定することができる。

レーザトラッカのなかには、ＩＦＭを使用するがＡＤＭを使用しないタイプのものがある。この種のトラッカでは、自トラッカ発レーザビームの光路が何らかの物体で遮蔽されるとＩＦＭが距離基準を逸する。この場合、使用者は、計測を継続するのに先立ち、再帰反射ターゲットを既知位置に移動させ距離を基準距離にリセットする必要がある。この問題を回避するにはレーザトラッカ内にＡＤＭを設ければよい。後に詳示するように、ＡＤＭなら距離をポイントアンドシュート形式で計測することができる。ＡＤＭを使用するがＩＦＭを使用しないタイプのレーザトラッカもある。特許文献１（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ ｅｔ ａｌ．；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）に記載のレーザトラッカではＩＦＭが使用されておらず、移動ターゲットの詳細スキャンが可能なＡＤＭが使用されている。特許文献１に先立つ技術では、ＡＤＭが低速すぎて移動ターゲットの詳細位置計測を実行することができない。

レーザトラッカにジンバル機構を設けるのは、自トラッカ発のレーザビームをＳＭＲ等に指向させるためである。即ち、ＳＭＲからレーザトラッカへと再帰反射された光の一部を位置検出器で捉え、位置検出器に対するその光の入射位置に基づきレーザトラッカ内制御システムを作動させ、自トラッカ内機械軸の回動角を然るべく調整することで、レーザビームをそのＳＭＲに指向させ続けることができる。ひいては、注目物体の表面沿いに移動するＳＭＲを追尾乃至追跡することができる。

レーザトラッカの機械軸には角度エンコーダ等の角度計が装着される。レーザトラッカで距離計測を一通り、角度計測を二通り行うことで、そのＳＭＲの三次元位置を十分正確に特定することができる。

そうした通常の三自由度計測型レーザトラッカと違い、六自由度計測向けに開発、提案されたレーザトラッカもある。例えば、特許文献２（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ ｅｔ ａｌ；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）や特許文献３（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ ｅｔ ａｌ；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）に記載の六自由度システムである。

米国特許第７３５２４４６号明細書 米国特許第７８００７５８号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号明細書 米国特許第７７０１５５９号明細書 米国特許第７３２７４４６号明細書

求められているのは、六自由度レーザトラッカとの併用で様々な機能を発揮する新種の六自由度アクセサリを提供することである。

本発明の一実施形態に係る方法は、被検物体表面上の点が装置座標系で占める三次元座標を表す三値組の表面データセットを、特性値と関連付けつつ且つその特性値と併せ、その装置座標系に係る座標計測装置及びターゲットセンサでの計測により且つ３個以上取得する方法である。本方法は、ボディ、第１再帰反射器、プロジェクタ、カメラ及びスキャナ側プロセッサを有し、そのボディに第１再帰反射器、プロジェクタ及びカメラが堅固に固定されており、且つ座標計測装置に対し機械的に着脱可能なターゲットスキャナを準備するステップを有する。準備するプロジェクタは、非共線的な構成要素３個以上を有し源面をなす模様光源と、非共線的な構成要素を３個以上有する光源光模様を被検物体上に投射して被写光模様を発生させるレンズと、を備え、非共線的な構成要素それぞれが１個又は複数個の表面データセットに対応する構成とし、準備するカメラは、被写光模様を捉え感光アレイ上に光模様像を発生させるカメラレンズと、複数個備わる画素毎に且つ光模様像から自画素が受け取る光量に応じディジタル画素データセットを発生させる感光アレイと、を有する構成とする。また、本方法は、装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットスキャナの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づきつつ自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備するステップと、並進，姿勢両データセット及びディジタル画素データセットに依り又は基づき三通り以上の表面データセットを互いに協働して求めるよう、座標計測装置のプロセッサたる装置側プロセッサ及びセンサ側プロセッサを機能構成するステップと、を有する。本方法は、更に、光源光模様を選定するステップと、光源光模様を被検物体上に投射することで被写光模様を発生させるステップと、被写光模様を感光アレイで捉えることで光模様像を取得するステップと、光模様像に係るディジタル画素データセットを取得するステップと、第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給するステップと、第２光ビームを第１再帰反射器から受給するステップと、第２光ビームに依り又は基づき座標計測装置で並進，姿勢両データセットを計測取得するステップと、非共線的な構成要素それぞれに対応付けて表面データセットを導出するステップと、表面データセットを保存するステップと、を有する。

本発明の一実施形態に係るレーザトラッカシステム及び再帰反射ターゲットの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るレーザトラッカシステム及び六自由度ターゲットの斜視図である。 本発明の一実施形態に関しレーザトラッカ内光学系及び電子回路の構成要素を示すブロック図である。 従来型無限焦点ビームエクスパンダの一例を示す図である。 その別例を示す図である。 従来型光ファイバ式ビームランチャを示す図である。 従来型位置検出アセンブリの一例を示す模式図である。 その別例を示す模式図である。 その別例を示す模式図である。 その別例を示す模式図である。 本発明の一実施形態における位置検出アセンブリの模式図である。 その別例を示す模式図である。 従来型ＡＤＭ内電気的及び光電的構成要素を示すブロック図である。 従来型光ファイバ網内にあるファイバ型諸要素を示す模式図である。 その別例を示す模式図である。 本発明の一実施形態にて光ファイバ網内にあるファイバ型諸要素の模式図である。 従来型レーザトラッカの分解図である。 従来型レーザトラッカの断面図である。 本発明の一実施形態でのレーザトラッカ内情報処理用及び通信用構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る単一波長使用型レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。 その別例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。 走査型計測装置を利用した三角測量の原理を示す模式図である。 走査型計測装置を利用した三角測量の原理を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。 走査型計測装置を利用した三角測量の原理を示す模式図である。 走査型計測装置を利用した三角測量の原理を示す模式図である。 本発明の一実施形態での高品質計測手順構成諸ステップを示す図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度インジケータの構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度インジケータの構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度インジケータの構成要素を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度プロジェクタのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度プロジェクタのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度センサのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る六自由度センサのブロック図である。 本発明の一実施形態に従い座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体表面を調べて表面データセット３個以上を計測取得する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２０中のコネクタＡに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２０中のコネクタＡに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２０中のコネクタＡに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従い座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体の表面を調べて特性値及びその特性値に係る表面データセットを計測取得する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２４中のコネクタＢに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従い第１ターゲットプロジェクタで第１光模様を投射し座標計測装置使用者に第１情報を提供する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２６中のコネクタＣに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２６中のコネクタＣに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２６中のコネクタＣに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 図２６中のコネクタＣに後続する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従い座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体の表面を調べ表面データセット複数個を計測取得する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従い座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体の表面を調べ表面データセット複数個を計測取得する手順の構成諸ステップを示すフローチャートである。

以下、別紙図面を参照しつつ諸実施形態について説明する。当該実施形態によって本発明の技術的範囲が制約を受ける旨の解釈は避けられたい。図中、同様の部材には同様の参照符号を付してある。

図１に、レーザトラッカシステムの一例として、レーザトラッカ１０、再帰反射ターゲット２６、補助プロセッサユニット５０（省略可）及び補助コンピュータ６０（省略可）を備えるシステム５を示す。そのトラッカ１０のジンバル式ビームステアリング機構１２は、ゼニスアジマス軸２０周りで回動させうるようにキャリッジ１４をアジマスベース１６上に搭載し、ゼニス軸１８周りで回動させうるようそのゼニスキャリッジ１４上にペイロード１５を搭載した構成である。軸１８，２０はトラッカ１０内で相直交しており、その交点即ちジンバル点２２が通例に倣い距離計測原点とされている。レーザビーム４６が辿る光路の延長線はその点２２を通りゼニス軸１８に直交している。即ち、ビーム４６は軸１８，２０双方に対し平行なあらゆる面に対しほぼ直交している。ビーム４６の出射方向は、ペイロード１５のゼニス軸１８周り回動及びゼニスキャリッジ１４のアジマス軸２０周り回動によって制御することができる。トラッカ１０内では、ゼニス軸１８沿いに延びるゼニス機械軸に軸１８用の角度エンコーダ、アジマス軸２０沿いに延びるアジマス機械軸に軸２０用の角度エンコーダが装着されているので、それらの角度エンコーダで軸１８，２０周り回動角を高精度検出することができる。出射されたビーム４６は再帰反射ターゲット２６（例．前掲のＳＭＲ）へと伝搬していく。ジンバル点２２・ターゲット２６間輻射方向距離（動径）、ゼニス軸１８周り回動角、並びにアジマス軸２０周り回動角の検出結果からは、ターゲット２６の位置をトラッカ側球座標系に従い求めることができる。

出射されるレーザビーム４６は、後述の通り、一通り又は複数通りの波長成分を含んでいる。以下の説明ではそのステアリング機構として図１に示したものを想定するが、これは簡明化のためであり、他種ステアリング機構を使用することもできる。例えば、アジマス軸及びゼニス軸周りで可回動なミラーを用いレーザビームを反射させるタイプの機構を使用してもよい。本願記載の技術は、ステアリング機構のタイプ如何によらず適用することができる。

レーザトラッカ上に設けられている磁気ネスト１７は、そのトラッカをホームポジションに従いリセットすることができるよう、ＳＭＲのサイズ、例えば１．５インチ、７／８インチ、１／２インチ等のサイズ毎に設けられている（１インチ＝約０．０２５ｍ）。オントラッカ再帰反射器１９は、その搭載先のトラッカに関し距離を基準距離にリセットするためのものである。そして、図１では隠れているが、オントラッカミラーをオントラッカ再帰反射器と併用することで、特許文献５（この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）記載の自己補償を実行することができる。

図２に、別例に係るレーザトラッカシステム７として、図１に示したレーザトラッカシステム５に似てはいるが再帰反射ターゲット２６に代え六自由度プローブ１０００が使用されているものを示す。このように図１の構成は各種再帰反射ターゲットに適用可能である。そのガラス構造の後部反射面上に光が合焦して小さな光スポットが生じるようガラスで形成されたキャッツアイ型の再帰反射器も、その例である。

図３に、レーザトラッカを構成する光学的・電子的諸部材のブロック配置を示す。これは、ＡＤＭ用の第１波長に加え、可視ポインタ用及び追尾用の第２波長でも輻射する二波長輻射型レーザトラッカでの例である。可視ポインタは、その位置が使用者にわかるようトラッカ発レーザビームでスポットを形成するものであり、ＡＤＭ用波長の光と自由空間型のビームスプリッタにて結合される。光電システム１００を形成しているのは可視光源１１０、アイソレータ１１５、第１ファイバ式ランチャ１７０（省略可）、ＩＦＭ１２０（省略可）、ビームエクスパンダ１４０、第１光ビームスプリッタ１４５、位置検出アセンブリ１５０、第２光ビームスプリッタ１５５、ＡＤＭ１６０及び第２ファイバ式ランチャ１７０の諸部材である。

可視光源１１０は、例えばレーザや高輝度発光ダイオード等の発光デバイスである。アイソレータ１１５は光源１１０への遡行光量を抑えることが可能なデバイス、例えばファラデーアイソレータやアッテネータである。ＩＦＭ１２０は様々な形態で実現可能だが、この例ではビームスプリッタ１２２、再帰反射器１２６、１／４波長板１２４，１３０及び位相分析器１２８でＩＦＭ１２０が構成されている。光源１１０からの輻射光は自由空間等を伝搬し、アイソレータ１１５内自由空間を通り、そしてこのＩＦＭ１２０を通過する。図５を参照して後述するように、光源１１０・アイソレータ１１５間を光ファイバケーブルで結合し、アイソレータ１１５からの出射光を第１光ファイバ式ランチャ１７０から自由空間へと出射させてもよい。

ビームエクスパンダ１４０は様々なレンズ配置に従い実現可能であるが、図４Ａ及び図４Ｂに示す二通りの構成が従来から常用されている。図４Ａに示す構成１４０Ａは負レンズ１４１Ａ及び正レンズ１４２Ａを有しており、負レンズ１４１Ａに入射した平行光ビーム２２０Ａをより太い平行光ビーム２３０Ａにして正レンズ１４２Ａから出射させている。図４Ｂに示す構成１４０Ｂは２個の正レンズ１４１Ｂ，１４２Ｂを有しており、第１正レンズ１４１Ｂに入射した平行光ビーム２２０Ｂをより太い平行光ビーム２３０Ｂにして第２正レンズ１４２Ｂから出射させている。ビームエクスパンダ１４０から出射された光は、レーザトラッカ外に向かう途上で、ビームスプリッタ１４５，１５５により反射されて損失になる少量の部分を除き、ビームスプリッタ１５５を透過してＡＤＭ１６０からの出射光と合流し、合成光ビーム１８８となってトラッカを離れ再帰反射ターゲット９０に入射する。

この例では、ＡＤＭ１６０が、光源１６２、ＡＤＭ用電子回路１６４、光ファイバ網１６６、相互接続用電気ケーブル１６５及び相互接続用光ファイバ１６８，１６９，１８４，１８６を備えている。電子回路１６４は、光源１６２例えば波長＝約１５５０ｎｍで発振する分布帰還型レーザに対し、電気的変調電圧及びバイアス電圧を供給する。網１６６は例えば図８Ａに示す従来型の光ファイバ網４２０Ａである。図３で光源１６２発の光が入射しているファイバ１８４は、図８Ａでは光ファイバ４３２として表されている。

図８Ａに示した光ファイバ網は、第１光ファイバ式カプラ４３０、第２光ファイバ式カプラ４３６及び低反射率ファイバ終端器４３５，４４０を備えている。第１カプラ４３０通過後の光路は二分岐しており、一方は光ファイバ４３３を通り第２カプラ４３６、他方は光ファイバ４２２を通りファイバ長等化器４２３に至っている。等化器４２３は、図３中の光ファイバ１６８を介しＡＤＭ用電子回路１６４の基準チャネルにつながっている。等化器４２３の役目は、基準チャネル内光ファイバ長を計測チャネル内光ファイバ長に整合させ、ＡＤＭ誤差のうち周囲温度変化によるものを減らすことである。そうした誤差を減らせるのは、光ファイバの有効光路長がその光ファイバの平均屈折率と長さの積に等しいことでその誤差が生じているからである。光ファイバの屈折率はそのファイバの温度に依存するので、ファイバ温度が変化すると計測，基準各チャネル内光ファイバの有効光路長が変化する。計測チャネル内光ファイバ・基準チャネル内光ファイバ間で有効光路長の変化に違いがあると、再帰反射ターゲット９０が一定位置を保っていたとしても、そのターゲット９０の位置が見かけ上シフトしてしまうことになりかねない。ファイバ長整合はこの問題を回避するための策であり、基準チャネル内光ファイバ長を計測チャネル内光ファイバ長にできるだけ整合させる段階と、計測チャネル内光ファイバと基準チャネル内光ファイバがほぼ同じ温度変化に遭遇するよう両者をできるだけ横並びに配置させる段階とを含んでいる。

第２光ファイバカプラ４３６通過後の光路は二分岐しており、一方は低反射率ファイバ終端器４４０に、他方は光ファイバ４３８に至っている。この図では図３中の光ファイバ１８６がファイバ４３８として表されており、そこに入射した光は第２ファイバ式ランチャ１７０へと伝搬される。

ファイバ式ランチャ１７０は例えば図５に示す従来型の構成である。図５の構成では、図３中の光ファイバ１８６から光ファイバ１７２に光が入射する。ファイバ１７２はフェラル１７４及びレンズ１７６と共にランチャ１７０を構成しており、その取付先であるフェラル１７４はレーザトラッカ１０内構造に安定に取り付けられている。ファイバ１７２の端部には、後方反射が少なくなるよう研磨で傾斜を付けるのが望ましい。ファイバ１７２は、その種類及び使用する光の波長に応じた直径、例えば４〜１２μｍの範囲内の直径を有する単一モード光ファイバであり、そのコアからは光２５０が出射される。その光２５０は相応の角度に亘り拡散した後レンズ１７６に入射し平行光化される。特許文献２の図３に記載の通り、このような手法でＡＤＭ側光ファイバ１本に光信号を入出射させることができる。

図３中の第１光ビームスプリッタ１５５はダイクロイックビームスプリッタであり、その反射波長と透過波長が異なっている。そのため、ＡＤＭ１６０からの光はビームスプリッタ１５５で反射され、可視光源１１０からスプリッタ１５５へと伝搬してきたレーザ光と結合される。生じた合成光ビーム１８８はレーザトラッカ外の再帰反射ターゲット９０まで伝搬される（第１光ビーム）。ターゲット９０ではそのビーム１８８の一部が反射される（第２光ビーム）。第２光ビームたる返戻光はＡＤＭ出射光と同波長であるので、スプリッタ１５５で反射され、第２ファイバ式ランチャ１７０経由で光ファイバ１８６に入射していく。

この例では、その光ファイバ１８６が図８Ａ中の光ファイバ４３８に対応している。返戻光がファイバ４３８及び第２光ファイバカプラ４３６を通過した後に辿る光路は二分岐しており、一方は光ファイバ４２４即ち光ファイバ１６９を経て図３中のＡＤＭ用電子回路１６４の計測チャネル、他方は光ファイバ４３３経由で第１光ファイバカプラ４３０に至っている。第１カプラ４３０通過後の光路は二分岐しており、一方は光ファイバ４３２、他方は低反射率ファイバ終端器４３５に至っている。この例ではファイバ４３２が光ファイバ１８４に対応しており、図３中の光源１６２に至っている。その光源１６２には、原則として、ファイバ４３２から光源１６２への入射光量を抑えるビルトイン式のファラデーアイソレータを組み込んでおく。光路を遡行した不要光が入射するとレーザ等では不安定化が生じるからである。

光ファイバ網１６６からの出射光は光ファイバ１６８，１６９経由でＡＤＭ用電子回路１６４に入射する。図７に従来型ＡＤＭ用電子回路の一例を示す。この図では、図３中のファイバ１６９が光ファイバ３２３０、図３中のファイバ１６８が光ファイバ３２３２として表されている。図中のＡＤＭ用電子回路３３００は基準周波数発振器３３０２、シンセサイザ３３０４、計測用検波器３３０６、基準用検波器３３０８、計測用ミキサ３３１０、基準用ミキサ３３１２、調整用電子回路３３１４，３３１６，３３１８，３３２０、Ｎ分周器３３２４及びアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）３３２２を備えている。発振器３３０２例えば恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）は、基準周波数ｆＲＥＦ例えば１０ＭＨｚの信号をシンセサイザ３３０４に供給する。シンセサイザ３３０４は、周波数ｆＲＦの電気信号及び周波数ｆＬＯの電気信号を併せ二種類の電気信号を発生させ、周波数ｆＲＦの電気信号を図３中の光源１６２に相当する光源３１０２に、また周波数ｆＬＯの電気信号をミキサ３３１０，３３１２に供給する。検波器３３０６，３３０８は、ファイバ３２３０，３２３２即ち図３中のファイバ１６９，１６８経由で計測，基準チャネルに入射した光信号を電気信号に変換する（符号同順）。電子回路３３１４，３３１６は、その信号に調整を施し対応するミキサ３３１０，３３１２に供給する。ミキサ３３１０，３３１２は、ｆＬＯ−ｆＲＦの絶対値に等しい周波数ｆＩＦを有する信号を発生させる。ｆＲＦは比較的高い周波数例えば２ＧＨｚであり、ｆＩＦは比較的低い周波数例えば１０ｋＨｚである。

Ｎ分周器３３２４は、供給される基準周波数ｆＲＥＦの信号を整数値で分周する。例えば、周波数１０ＭＨｚの信号を４０分周して周波数２５０ｋＨｚの信号を出力する。こうした例では、ＡＤＣ３３２２に供給される１０ｋＨｚ信号がレート２５０ｋＨｚでサンプリングされる結果、１サイクル当たり２５個の標本値がもたらされる。それらの標本値はＡＤＣ３３２２からデータプロセッサ３４００に供給される。プロセッサ３４００としては、例えば、図３中のＡＤＭ用電子回路内にディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ユニット（群）を設ける。

距離情報の抽出は、基準，計測各チャネルのＡＤＣ出力位相を算出する手法で実行する。使用する手法は特許文献４（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ ｅｔ ａｌ．；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）に詳示されている手法、使用する式は同文献中の式（１）〜（８）である。加えて、シンセサイザで発生させる周波数の値を何回か（例．３回）に亘り変化させ、その周波数値毎にＡＤＭによる再帰反射ターゲット計測及び距離計算を実行し、別々の周波数下で求まった距離計算値同士を比較する。これは、ＡＤＭにおける距離計算の結果から曖昧性を排除するためである。特許文献４中の式（１）〜（８）を同文献の図５に記載の同期方法及び同文献に記載のカルマンフィルタ法と併用することは、ＡＤＭでの移動ターゲット計測に有効である。なお、他の絶対距離計算手法、例えば位相差ではなくパルス飛行時間を用いる手法に従い絶対距離を求めることもできる。

ビームスプリッタ１５５は返戻光ビーム１９０の一部を透過させてビームスプリッタ１４５に供給する。スプリッタ１４５はそのビーム１９０の一部をビームエクスパンダ１４０、他の一部を位置検出アセンブリ１５０に供給する。レーザトラッカ１０又は光電システム１００からの出射光を第１光ビーム、再帰反射ターゲット９０又は２６における反射光を第２光ビームと呼ぶなら、システム１００を構成する諸機能部材に送られるのは第２光ビームの諸部分となる。例えば、距離計たる図３中のＡＤＭ１６０及びアセンブリ１５０に対し互いに別の部分が送られる。場合によっては、更に他の部分が他の機能ユニット例えばＩＦＭ１２０（省略可）に送られる。なお、図３に示す例では第２光ビームの対応部分をスプリッタ１５５，１４５で反射させてＡＤＭ１６０，アセンブリ１５０に供給しているけれども、反射ではなく透過させて供給する構成にすることも可能であるので、その点を理解されたい（符号同順）。

図６Ａ〜図６Ｄに従来型位置検出アセンブリを都合四例１５０Ａ〜１５０Ｄに亘り示す。図６Ａに示したのは最も単純な構成であり、位置検出器１５１及びそれが載る回路基板１５２によって位置検出アセンブリが構成されている。基板１５２は電子回路ボックス３５０から電力供給を受けそのボックス３５０に信号を返戻する。ボックス３５０は、レーザトラッカ１０、補助プロセッサユニット５０又は補助コンピュータ６０の随所に備わる電子的処理機能を一括して表したものである。図６Ｂでは、検出器１５１に到達しないよう光フィルタ１５４で不要波長光を阻止している。ビームスプリッタ１４５や検出器１５１の表面を相応の膜で被覆することでも、不要波長光を阻止することができる。図６Ｃでは光ビーム径を抑えるレンズ１５３が使用されている。図６Ｄではフィルタ１５３及びレンズ１５３が併用されている。

図６Ｅに、調光器１４９Ｅを有する新規な位置検出アセンブリを示す。この調光器１４９Ｅはレンズ１５３及び波長フィルタ１５４（省略可）を備えている。更に、散光器１５６、空間フィルタ１５７又はその双方が設けられ、前掲の如く常用されているキューブコーナ型再帰反射ターゲットへの対処が図られている。例えば、他の２枚に対し直交するよう３枚のミラーを相互に接合した構成を採るキューブコーナ型の再帰反射ターゲットでは、ミラー同士の接合線に若干であれ太さがあり、そこではレーザトラッカへの光反射が不完全なものとなる。伝搬につれ回折が進むため、位置検出器上でそれらの線がもとのままの外観で現れるとは限らない。しかし、回折光パターンが完全に対称なパターンになることもほとんどない。そのため、位置検出器１５１に入射する光によって、回折線の周辺に光パワー的な凹凸（ホットスポット）等が形成されることになる。ターゲット反射光の均質性が再帰反射ターゲット毎に異なりうることや、検出器１５１上での光分布が再帰反射ターゲットの回動又は傾斜につれ変わりうることからすれば、検出器１５１への入射光が円滑化されるよう散光器１５６を設けるのが有益である。理想的な位置検出器なら重心に対して応答するし、理想的な散光器ならスポットを対称的に拡散させるのであるから、位置検出器でもたらされる位置に影響は及ばない、と考える向きもあるかもしれない。しかしながら、実際には、散光器１５６を設けることで位置検出性能が向上する。これは、恐らく、検出器１５１及びレンズ１５３に非線形性（欠陥）があるためである。ガラスで形成されたキューブコーナ型の再帰反射ターゲットでも、不均一な光スポットが検出器１５１上に生じることがある。検出器１５１上での光スポットばらつきは、２０１２年２月１０日付米国特許出願第１３／３７０３３９号及び２０１２年２月２９日付米国特許出願第１３／４０７９８３号（いずれも譲受人は本願出願人；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）から明瞭に読み取れるように、とりわけ六自由度ターゲットに組み込まれたキューブコーナからの返戻光で甚だしくなる。この例では、乱れがなく均質な光を特定の角度範囲に亘りもたらすホログラフィック散光器を散光器１５６として使用しているが、他種散光器、例えば研磨ガラス散光器乃至オパール散光器を用いることもできる。

位置検出アセンブリ１５０Ｅに空間フィルタ１５７を設けたのは、光学面での不要反射等で生じるゴーストビームを阻止し、位置検出器１５１への入射を妨げるためである。このフィルタ１５７は開口を有するプレート状の構成であり、レンズの焦点距離とほぼ等しい距離だけレンズから離れた場所に配置されている。返戻光ビーム２４３Ｅは、自身が最も細くなっている部分即ちくびれ部分でフィルタ１５７を通過する。これとは別の角度で伝搬してきたビーム、例えば光学的構成部材による反射で生じたビームは、開口から離れた位置にてフィルタ１５７にぶつかり検出器１５１には届かない。図６Ｅに例示するように、ビームスプリッタ１４５での表面反射を経た不要なゴーストビーム２４４Ｅは行き着く先のフィルタ１５７で阻止される。フィルタ１５７がなければ、こうしたビーム２４４Ｅが検出器１５１に入射し、検出器１５１に対する返戻光ビーム２４３Ｅの入射位置が不正確に判別されるであろう。ビーム２４４Ｅが弱いものであったとしても、主たる光スポットから比較的大きく離れた位置にそのビーム２４４Ｅが入射しているなら、検出器１５１上での重心の位置に顕著な変化を及ぼす可能性がある。

上掲の再帰反射ターゲット、例えばキューブコーナ型やキャッツアイ型のターゲットには、自身に入射してきた光をその入射の方向に対し平行な方向に沿い反射する性質や、自身の対称中心を挟み光の入出射位置が対称になる性質がある。対称中心になるのは、例えば外気に対し開放しているキューブコーナ型再帰反射ターゲットではキューブコーナ頂点である。ガラス製のキューブコーナ型再帰反射ターゲットでもキューブコーナ頂点が対称中心になるが、ガラス・空気界面での光路屈曲の影響を受けることに注意が必要である。屈折率＝２．０のキャッツアイ型再帰反射ターゲットではその球の中心が対称中心となる。２個のガラス半球を同じ平面を挟み着座させたキャッツアイ型再帰反射ターゲットでは、その平面上にあり各半球の球面中心に位置する点が対称中心となる。要は、レーザトラッカでよく使用されるタイプの再帰反射ターゲットでは、入射してきたレーザビームがそのターゲットの頂点を挟み入射位置とは逆側の位置にて反射されトラッカへと遡行していく、ということである。

図３に示した再帰反射ターゲット９０におけるこうした挙動は、レーザトラッカ１０によるターゲット追尾の基本である。位置検出器の表面上（通常は位置検出器の中心付近）には理想追尾点、即ちターゲット９０の対称中心（ＳＭＲならキューブコーナ頂点）で反射されたレーザビームが入射する点がある。ターゲット９０に対するレーザビームの入射位置が対称中心からずれている場合、そのビームは対称中心を挟み逆側の面で反射され、理想追尾点とは異なる位置で位置検出器に入射する。位置検出器上での返戻光ビーム入射位置を調べ、トラッカ１０内制御システムでモータを駆動することで、レーザビームの入射先をターゲット９０の対称中心に近づけることができる。

再帰反射ターゲットをトラッカに対し一定の速度で横断方向に動かした場合、そのターゲットへの光ビーム入射位置（過渡期後の収束位置）は、同ターゲットの対称中心から相応のオフセット距離だけずれた位置になる。レーザトラッカでは、精密な計測で求められているスケールファクタ、並びに位置検出器における光ビーム入射位置から理想追尾点までの距離に基づき、再帰反射ターゲットでのオフセット距離を反映させるための補正を実行する。

上述のように、位置検出器には２個の重要な機能、即ち追尾を実現する機能並びに再帰反射ターゲットの移動が反映されるよう計測値を補正する機能がある。位置検出アセンブリ内位置検出器としては、位置感応型検出器（ＰＳＤ）、感光アレイ等、位置計測が可能な諸種デバイスを使用できる。ＰＳＤなら横効果(lateral effect)検出器や象限(quadrant)検出器、感光アレイならＣＭＯＳアレイやＣＣＤアレイが望ましい。

この例では返戻光のうちビームスプリッタ１４５で反射されなかった部分がビームエクスパンダ１４０を通り小径化されているが、位置検出器と距離計の位置関係を逆にし、スプリッタ１４５で反射された光が距離計、スプリッタ１４５を透過した光が位置検出器へと伝搬するようにしてもよい。

光は、続いて、ＩＦＭを通り、アイソレータを通り、可視光源１１０に達する。この段階では、その光学パワーが、光源１１０が不安定化されない程に弱まっている。

この例では可視光源１１０からの輻射光が図５中の光ファイバ式ランチャ１７０を介し発射されている。ランチャ１７０は、光源１１０の出射端に装着してもよいし、アイソレータ１１５の光ファイバ出射端に装着してもよい。

図３中の光ファイバ網１６６として図８Ｂに示す従来型の光ファイバ網４２０Ｂを使用してもよい。この図では、図３中の光ファイバ１８４，１８６，１６８，１６９が光ファイバ４４３，４４４，４２４，４２２として表されている。図示の網４２０Ｂは図８Ａ中のそれに似てはいるが、光ファイバカプラが２個でなく１個である点で相違している。図示の構成は図８Ａに示した光ファイバ網に比し単純な点で勝っているが、不要な後方反射光がファイバ４２２，４２４に入射しやすくなっている。

図３中の光ファイバ網１６６として図８Ｃに示す光ファイバ網４２０Ｃを使用してもよい。この図では、図３中の光ファイバ１８４，１８６，１６８，１６９が光ファイバ４４７，４５５，４２２，４２４として表されている。また、網４２０Ｃに備わる光ファイバカプラ４４５，４５１のうち第１光ファイバカプラ４４５は入射ポートを２個、出射ポートを２個有する２×２カプラである。この種のカプラは、通常、２個のファイバコアを密接配置して熱しながら引き延ばすこと（線引き）で形成されるものであり、ファイバ間結合がエバネッセントであるので、隣り合うファイバ間で光を部分分岐させることができる。また、第２光ファイバカプラ４５１はサーキュレータと呼ばれるタイプであり、所定方向に限り光を入出射可能なポートを３個有している。例えば、光ファイバ４４８からポート４５３への入射光は矢印に沿いポート４５４に到達して光ファイバ４５５上に出射される。同様に、ファイバ４５５からポート４５４への入射光は矢印に沿いポート４５６に到達して幾ばくかがファイバ４２４上に出射される。ポートが３個しか必要でない場合、２×２カプラに比べサーキュレータの方が光パワー損失の少なさで有利だが、サーキュレータは２×２カプラに比べ高価であるし、サーキュレータで偏光モード分散が生じる点が問題になる場合もある。

図９（分解図）及び図１０（断面図）に、特許文献３の図２及び図３に示した従来型レーザトラッカ２１００を示す。そのアジマスアセンブリ２１１０にはポストハウジング２１１２、アジマス角エンコーダアセンブリ２１２０、下部アジマスベアリング２１１４Ａ、上部アジマスベアリング２１１４Ｂ、アジマスモータアセンブリ２１２５、アジマススリップリングアセンブリ２１３０及びアジマス回路基板２１３５が備わっている。

アジマス角エンコーダアセンブリ２１２０の役目は、ポストハウジング２１１２に対するヨークハウジング２１４２の回動角を正確に検出することである。このアセンブリ２１２０はエンコーダディスク２１２１及びアジマス読取ヘッドアセンブリ２１２２を備えており、前者はヨークハウジング２１４２のシャフト、後者はポストハウジング２１１２に取り付けられている。ヘッドアセンブリ２１２２の回路基板上には読取ヘッド（群）が固定されている。ディスク２１２１上には微細な格子線があり、読取ヘッドに発するレーザ光がその線によって反射されるので、読取ヘッド側の検波器でその反射光を捉え処理することで、読取ヘッド（固定）に対するディスク２１２１の回動角を検出することができる。

アジマスモータアセンブリ２１２５はロータ２１２６及びステータ２１２７を備えている。アジマスモータロータ２１２６は永久磁石を備えており、その磁石はヨークハウジング２１４２のシャフトに直に装着されている。アジマスモータステータ２１２７はポストハウジング２１１２に装着されており、所要磁界を発生させる界磁巻線を備えている。この磁界がロータ２１２６上の磁石に鎖交すると相応の回転運動が発生する。

アジマス回路基板２１３５は、アジマス関連部材例えばエンコーダやモータで必要とされる電気的諸機能を提供する基板（群）である。アジマススリップリングアセンブリ２１３０は外パーツ２１３１及び内パーツ２１３２で構成されている。この例ではワイヤ束２１３８が補助プロセッサユニット５０から延びており、トラッカへの電力供給、トラッカへの信号供給、トラッカからの信号返送等に使用されている。その束２１３８を構成するワイヤの一部は回路基板上のコネクタに達している。図１０に示す例では、ワイヤが基板２１３５、アジマス読取ヘッドアセンブリ２１２２及びアジマスモータアセンブリ２１２５へと配線されるほか、スリップリングアセンブリ２１３０の内パーツ２１３２にも配線されている。内パーツ２１３２がポストハウジング２１１２に装着されていて静止状態に保たれるのに対し、外パーツ２１３１はヨークハウジング２１４２に装着されていてるので内パーツ２１３２に対し可回動である。スリップリングアセンブリ２１３０は、外パーツ２１３１が内パーツ２１３２に対し回動しているときでも両パーツ２１３１・２１３２間電気接触が低インピーダンスになるよう工夫されている。

ゼニスアセンブリ２１４０はヨークハウジング２１４２、ゼニス角エンコーダアセンブリ２１５０、左部ゼニスベアリング２１４４Ａ、右部ゼニスベアリング２１４４Ｂ、ゼニスモータアセンブリ２１５５、ゼニススリップリングアセンブリ２１６０及びゼニス回路基板２１６５を備えている。

ゼニス角エンコーダアセンブリ２１５０の役目は、ヨークハウジング２１４２に対するペイロードハウジング２１７２の回動角を正確に検出することである。このアセンブリ２１５０はゼニス角エンコーダディスク２１５１及びゼニス読取ヘッドアセンブリ２１５２を備えており、前者はペイロードハウジング２１７２、後者はヨークハウジング２１４２に取り付けられている。ヘッドアセンブリ２１５２の回路基板上には読取ヘッド（群）が固定されている。ディスク２１５１上には微細な格子線があり、読取ヘッドに発するレーザ光がその線によって反射されるので、読取ヘッド側の検波器でその反射光を捉え処理することで、読取ヘッド（固定）に対するディスク２１５１の回動角を計測することができる。

ゼニスモータアセンブリ２１５５はロータ２１５６及びステータ２１５７を備えている。ゼニスモータロータ２１５６は永久磁石を備えており、その磁石はペイロードハウジング２１７２のシャフトに直に装着されている。ゼニスモータステータ２１５７はヨークハウジング２１４２に装着されており、所要磁界を発生させる界磁巻線を備えている。この磁界がロータ２１５６上の磁石に鎖交すると相応の回転運動が発生する。

ゼニス回路基板２１６５は、ゼニス関連部材例えばエンコーダやモータで必要とされる電気的諸機能を提供する基板（群）である。ゼニススリップリングアセンブリ２１６０は外パーツ２１６１及び内パーツ２１６２で構成されている。ワイヤ束２１６８はアジマススリップリングアセンブリの外パーツ２１３１から延び、電力搬送や信号伝搬に使用されている。束２１６８を構成するワイヤのなかには回路基板上のコネクタへと配線されるものがある。図１０に示す例ではワイヤがゼニス回路基板２１６５、ゼニスモータアセンブリ２１５０及びゼニス読取ヘッドアセンブリ２１５２に配線されるほか、スリップリングアセンブリ２１６０の内パーツ２１６２にも配線されている。内パーツ２１６２がヨークハウジング２１４２に装着されていてアジマス軸周りのみで可回動（ゼニス軸周りでは非回動）であるのに対し、外パーツ２１６１はペイロードハウジング２１７２に装着されていてアジマス，ゼニス各軸周りで可回動である。スリップリングアセンブリ２１６０は、外パーツ２１６１が内パーツ２１６２に対し回動しているときに両パーツ２１６１・２１６２間電気接触が低インピーダンスになるよう工夫されている。ペイロードアセンブリ２１７０は主光学アセンブリ２１８０及び副光学アセンブリ２１９０を備えている。

図１１に寸法計測用電子処理システム１５００のブロック構成を示す。このシステム１５００はレーザトラッカ用電子処理システム１５１０、周辺部材１５８２，１５８４，１５８６用の処理システム並びにコンピュータ１５９０を備えるほか、クラウドとして図示したネットワーク構成部材１６００に接続されている。この例ではレーザトラッカ用電子処理システム１５１０にマスタプロセッサ１５２０、ペイロード機能用電子回路１５３０、アジマス角エンコーダ用電子回路１５４０、ゼニス角エンコーダ用電子回路１５５０、表示・ユーザインタフェース（ＵＩ）用電子回路１５６０、リムーバブルストレージ装置１５６５、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）・無線用電子回路及びアンテナ１５７２等が設けられている。ペイロード機能用電子回路１５３０には複数個の下位機能が備わっており、そのなかには六自由度用電子回路１５３１、カメラ用電子回路１５３２、ＡＤＭ用電子回路１５３３、位置検出器（ＰＳＤ）用電子回路１５３４及び傾斜計用電子回路１５３５が含まれている。これら下位機能の大半はプロセッサユニット（群）、例えばＤＳＰやフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で構成できる。図中で回路１５３０，１５４０，１５５０が別体に描かれているのはそのレーザトラッカ内位置が異なるためである。即ち、ペイロード機能用電子回路１５３０が図９及び図１０中のペイロードアセンブリ２１７０内にあるのに対しアジマス角エンコーダ用電子回路１５４０はアジマスアセンブリ２１１０内、ゼニス角エンコーダ用電子回路１５５０はゼニスアセンブリ２１４０内にある。

周辺部材としては様々なデバイスを使用可能であるが、ここでは温度センサ１５８２、六自由度プローブ１５８４、携帯情報端末（ＰＤＡ）１５８６の例たるスマートフォン、という三通りのデバイスが例示されている。レーザトラッカ・周辺部材間の連携は様々な手段、例えばアンテナ１５７２経由無線通信、カメラ等の視覚システムの働き、並びに六自由度プローブ１５８６その他の協調性ターゲットに関するレーザトラッカでの距離，角度計測を通じて行われる。プロセッサを有する周辺部材を使用してもよい。六自由度プローブ１５８６に限らず、六自由度スキャナ、六自由度プロジェクタ、六自由度センサ、六自由度インジケータ等といった六自由度アクセサリも使用することができる。六自由度アクセサリに備わるプロセッサを、レーザトラッカ内処理装置、外部コンピュータ、オンクラウド処理リソース等と連携させてもよい。レーザトラッカ又は計測装置に関しプロセッサなる語を使用する場合、大概、相応する外部コンピュータやオンクラウド処理リソースを包含する意味である。

この例ではマスタプロセッサ１５２０から個々の電子回路１５３０，１５４０，１５５０，１５６０，１５６５，１５７０へと別々の通信バスが延びている。各バスは、例えば、データライン、クロックライン及びフレームラインなる三通りのシリアルラインを有している。フレームラインは電子回路にクロックラインの参照を促すラインであり、このライン経由でクロックライン参照が指示されている間、電子回路は、対応するデータライン上の最新情報をクロック信号毎に読み取る。そのクロック信号としてはクロックパルスの立ち上がりエッジ等が使用される。データライン上の情報は、この例では、それぞれ“アドレス”、“数値”、“データメッセージ”及び“チェックサム”を含むパケットの形態を採っている。“アドレス”は対応する電子回路内のどこにデータメッセージを送るべきかを表している。送られる場所の例としては、その電子回路内のプロセッサ上で稼働するサブルーチン等がある。“数値”は対応するデータメッセージの長さ、“データメッセージ”はその電子回路で実行すべき指令又はデータを表すものである。“チェックサム”は対応する通信ラインでのエラー伝送確率を抑えるのに使用される。

図示例のマスタプロセッサ１５２０は諸情報パケットをバス１６１０を介しペイロード機能用電子回路１５３０に、バス１６１１を介しアジマス角エンコーダ用電子回路１５４０に、バス１６１２を介しゼニス角エンコーダ用電子回路１５５０に、バス１６１３を介し表示・ＵＩ用電子回路１５６０に、バス１６１４を介しリムーバブルストレージ装置１５６５に、またバス１６１６を介しＲＦＩＤ・無線用電子回路１５７０に供給する。

この例では、マスタプロセッサ１５２０が、更に、各電子回路に同期バス１６３０経由で同期パルスを同時供給し、その同期パルスに従いレーザトラッカ内計測機能間で計測動作を同期させる。例えば、アジマス角エンコーダ用電子回路１５４０やゼニス角エンコーダ用電子回路１５５０は、同期パルスを受信するとすぐさま対応するエンコーダの出力をラッチする。ペイロード機能用電子回路１５３０でも、同じく、そのペイロードに備わる機能によって収集されたデータをラッチする。六自由度用、ＡＤＭ用及びＰＳＤ用の各電子回路によるデータラッチも同期パルス受領に応じ行われる。多くの場合、カメラ用や傾斜計用の電子回路は同期パルスより低い速度（但し同期パルスに比し周期が整数倍の速度）でデータをラッチする。

アジマス角エンコーダ用電子回路１５４０、ゼニス角エンコーダ用電子回路１５５０及びペイロード用電子回路１５３０は、図９及び図１０中のスリップリングアセンブリ２１３０，２１６０で相互分離されている。そのため、図１１ではバス１６１０，１６１１，１６１２が互いに別のバスとして描かれている。

レーザトラッカ用電子処理回路１５１０は、外部のコンピュータ１５９０と通信しながら、或いはそれ自身で、レーザトラッカ内情報処理、表示及びＵＩ機能を提供する。レーザトラッカ・コンピュータ１５９０間通信用の通信リンク１６０６としては、イーサネット（登録商標；以下注記省略）配線、無線通信チャネル等が使用される。レーザトラッカとネットワーク接続部材１６００即ち図中のクラウドとの間の通信には、通信リンク１６０２として、電気ケーブル（群）例えばイーサネットケーブル、無線通信チャネル（群）等が使用される。部材１６００になりうるものの一例は他の三次元試験装置、例えば関節腕型座標計測機（ＣＭＭ）であり、その位置を本レーザトラッカで再判別することが可能である。コンピュータ１５９０・部材１６００間通信用の通信リンク１６０４としては、イーサネット等の有線リンクのほか無線リンクも使用可能である。使用者は、別の場所にあるコンピュータ１５９０からイーサネットや無線でインターネットその他のクラウドに接続し、そこからイーサネットや無線でマスタプロセッサ１５２０にアクセスすることができる。使用者はこうしてレーザトラッカの動作をリモート制御することができる。

今日のレーザトラッカでは可視光（通常は赤色光）及び赤外光（ＡＤＭ用）が一波長ずつ使用されている。赤色光を周波数安定化ヘリウムネオン（Ｈｅ−Ｎｅ）レーザで発生させＩＦＭ用の光及び赤色ポインタビームとして使用することもあれば、赤色光をダイオードレーザで発生させポインタビームのみとして使用することもある。こうして二種類の波長を使用する構成には、光源、ビームスプリッタ、アイソレータその他の部材が二組必要であるためスペース及びコストが嵩むという短所や、全ビーム光路に亘り２本のビームを完全に整列させるのが難しいという短所がある。後者は、互いに別の波長で作動する複数個のサブシステムから、良好な性能を同時に引き出すことができない等、様々な問題の原因となる。図１２Ａに、使用する光源が１個でありこれらの短所がない光電システム５００を示す。

図１２Ａのそれは、可視光源１１０、アイソレータ１１５、光ファイバ網４２０、ＡＤＭ用電子回路５３０、ファイバ式ランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５及び位置検出アセンブリ１５０を備えている。光源１１０としては、例えば、赤色又は緑色のダイオードレーザや垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用できる。アイソレータ１１５としては、光源１１０への遡行光量を十分に抑えうる各種デバイス、例えばファラデーアイソレータやアッテネータを使用できる。アイソレータ１１５からの出射光は網４２０、この例では図８Ａに示した光ファイバ網４２０Ａ内に伝搬していく。

図１２Ｂに、単一波長を使用する光電システムの別例４００として、光源での直接変調ではなく光電変調によって光を変調する例を示す。このシステム４００は可視光源１１０、アイソレータ１１５、光電変調器４１０、ＡＤＭ用電子回路４７５、光ファイバ網４２０、ファイバ式ランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５及び位置検出アセンブリ１５０を備えている。光源１１０、例えば赤色乃至緑色のダイオードレーザに発するレーザ光は、ファラデーアイソレータ、アッテネータ等のアイソレータ１１５や、その入射，出射ポートに結合している光ファイバを通り、変調器４１０に入射する。変調器４１０では、その光が所定周波数、例えば１０ＧＨｚ以上の周波数で変調される。変調器４１０によるこの変調は、回路４７５に発する電気信号４７６によって制御される。変調器４１０で変調された光は網４２０、例えば上述の光ファイバ網４２０Ａ〜４２０Ｄに入射する。その光は、光ファイバ４２２経由で回路４７５の基準チャネルに入射する部分を除き、トラッカ外に出射され、再帰反射ターゲット９０で反射され、トラッカに戻り、スプリッタ１４５に到来する。その光は、少量がそのスプリッタ１４５で反射され、図６Ａ〜図６Ｆを参照して説明したアセンブリ１５０に入射する一方、他の一部がスプリッタ１４５を透過してランチャ１７０に入射し、網４２０及び光ファイバ４２４を通り回路４７５の計測チャネルに入射する。総じて、図１２Ａに示したシステム５００の方が図１２Ｂに示したシステム４００よりも低コストで製造可能だが、高い変調周波数で作動するよう変調器４１０を構成することも可能であることから、後者の方が有利になる場合もある。

図１３に、位置検出用カメラ(locator camera)システム９５０を伴う光電システムの一例９００を示す。本システム９００は、姿勢検出用カメラ(orientation camera)と三次元レーザトラッカ内光電機能との併用で六自由度計測を実行するシステムであり、可視光源９０５、アイソレータ９１０、光電変調器４１０（省略可）、ＡＤＭ用電子回路７１５、光ファイバ網４２０、ファイバ式ランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５、位置検出アセンブリ１５０、ビームスプリッタ９２２及び姿勢検出用カメラ９１０を備えている。光源９１０からの輻射光は光ファイバ９８０に入射し、アイソレータ９１０やその入射，出射ポートに結合している光ファイバを介し変調器４１０に入射する。変調器４１０ではその光が回路７１５からの電気信号７１６に従い変調される。或いは、回路７１５からケーブル７１７経由で光源９０５に電気信号を送り変調させてもよい。網４２０に入射した光のうち幾ばくかはファイバ長等化器４２３及び光ファイバ４２２を通り回路７１５の基準チャネルに入射する。電気信号４６９を網４２０に供給し、網４２０内光ファイバスイッチをスイッチングさせる構成にしてもよい。網４２０から出る光の一部はランチャ１７０へと伝搬し、そこで光ファイバから自由空間へと光ビーム９８２として発射される。その光のうち少量がスプリッタ１４５にて反射され損失となる一方、他の一部はスプリッタ１４５，９２２を透過しトラッカ外に出て六自由度デバイス４０００に入射する。デバイス４０００の例としてはプローブ、スキャナ、プロジェクタ、センサ等のデバイスを挙げることができる。

六自由度デバイス４０００による反射光は往路を遡行して本システム９００内のビームスプリッタ９２２に入射し、その一部がそのスプリッタ９２２で反射されて姿勢検出用カメラ９１０に入射する。このカメラ９１０では、再帰反射ターゲット上にあるべきマークの所在位置を捉える。それらのマークからは、デバイス４０００の指向角（三自由度に相当）が求まる。姿勢検出用カメラの仕組みは後述の通りであり、特許文献２にも記載されている。光の他の一部はビームスプリッタ１４５を透過し、ファイバランチャ１７０によって光ファイバ上に送出され、光ファイバ網に入射する。その光の一部は光ファイバ４２経由でＡＤＭ用電子回路７１５の計測チャネルに入射する。

位置検出用カメラシステム９５０はカメラ９６０及び光源（群）９７０を備えている。図１に照らすと、このシステム９５０のカメラ９６０は部材５１、光源９７０は部材５４に相当しており、前者はレンズ系９６２、感光アレイ９６４及びボディ９６６を備えている。このシステム９５０の第１の役目は作業空間における再帰反射ターゲットの位置を特定することであり、これは光源９７０を発光させアレイ９６４上の輝点スポットをカメラ９６０で検知することで実行される。同システム９５０の第２の役目は、六自由度デバイス４０００の姿勢を粗画定することであり、これはデバイス４０００上の反射スポット又はＬＥＤの位置を観測することで実行される。レーザトラッカ上で複数個の位置検出用カメラシステムを稼働させうる場合は、作業空間における各再帰反射ターゲットの方向を三角測量の原理で計測することができる。レーザトラッカの光軸に沿い反射された光を検知可能な位置にあるカメラ９６０が１個でも、各再帰反射ターゲットの方向を検知することができる。カメラ９６０が１個でレーザトラッカの光軸からずれた位置にある場合も、感光アレイで捉えた像から、再帰反射ターゲットの方向を容易に概定することができる。この場合、トラッカ内機械軸を幾通りかの方向に沿い回動させつつ感光アレイ上でのスポット位置変化を観察することで、そのターゲットのより正確な方向を計測することができる。

図１４に、六自由度プローブの一例２０００を、それと連携する光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０と共に示す。光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０は図１３を参照して説明した構成であるが、多波長発光するタイプの光電システムをシステム９００に代え使用することも可能である。また、プローブ２０００はボディ２０１４、再帰反射器２０１０、プローブエクステンションアセンブリ２０５０、導電ケーブル２０４６（省略可）、バッテリ２０４４（省略可）、仲介材２０１２、識別要素２０４９、操作ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２を備えており、再帰反射器２０１０としては中空コア又はガラスコアのキューブコーナリフレクタが使用されている。この再帰反射器２０１０には、システム９００内姿勢検出用カメラで三姿勢自由度に亘りプローブ２０００を精査できるようにマーキングが施されている。例えば、特許文献２記載の如く、３個の平坦反射面を互いに当接させることで再帰反射器２０１０を形成し、当該平坦反射面同士の当接部位に線状の暗がりが生じるようにしてある。また、プローブエクステンションアセンブリ２０５０はプローブエクステンション２０５２及びプローブ端２０５４を備えている。プローブ端２５０４は被検物体に当接する部位であり、再帰反射器２０１０から離れた位置にある。そのため、レーザトラッカに発する光ビーム７８４の光路から外れた位置にプローブ端２０５４があるときでも、六自由度レーザトラッカを用いその位置の三次元座標を求めることができる。このことから、“六自由度プローブ”はしばしば“隠点プローブ”とも呼ばれる。

電子回路基板２０４２は、導電ケーブル２０４６を介し又はバッテリ２０４４から給電を受ける。基板２０４２からは、電力が、レーザトラッカ、外部コンピュータ等との通信用のアンテナ２０４８や、レーザトラッカ、外部コンピュータ等への意志伝達に使用者が有効利用できる操作ボタン群２０１６へと給電される。基板２０４２からＬＥＤ、素材温度センサ（図示せず）、気温センサ（図示せず）、慣性センサ（図示せず）、傾斜計（図示せず）等への給電も行われる。仲介材２０１２は光源（例．ＬＥＤ）、小型再帰反射器、反射素材領域、基準マーク等で構成されており、六自由度に亘る角度計算に必要な粗姿勢を求める（再帰反射器２０１０の姿勢を粗画定する）のに使用される。識別要素２０４９は、付与先の六自由度プローブに関するパラメタやそのプローブのシリアル番号をレーザトラッカ側に提示する要素であり、バーコード、ＲＦＩＤタグ等の形態を採りうる。

レーザトラッカからの光ビーム７８４が再帰反射器２０１１に届く場合もある。複数個ある再帰反射器のいずれかにビーム７８４が届く限り、六自由度プローブ２０００を様々に傾けつつそのエクステンションアセンブリ２０５０で探触することができる。

また、レーザトラッカで計測対象となる六自由度(six degrees of freedom)は並進自由度(translational degree of freedom)と姿勢自由度(orientational degree of freedom)に大別される。並進自由度には、動径、第１角度及び第２角度の都合三通りがある。動径はＩＦＭやＡＤＭ、第１角度はアジマス角度計（例．アジマス角エンコーダ）、第２角度はゼニス角度計で検出できる。第１角度計をゼニス角度計、第２角度計をアジマス角度計としてもよい。これら動径、第１角度及び第２角度についての検出値は、球座標系にて三値組の座標値として扱うことができ、またカーテシアン座標系その他の座標系に従う三値組の座標値に変換することができる。

姿勢三自由度も三通りあり、上述及び特許文献２記載の通り模様付キューブコーナで調べることができる。他の手法で姿勢自由度を調べることも可能である。三並進自由度及び三姿勢自由度としては、本プローブ２０００の空間的な位置及び姿勢を十分特定可能なものを使用する。本願記載のシステムについてこのことをわざわざ注記するのは、互いに独立でない六自由度に関し調べても、空間的な位置及び姿勢を十分に特定することができないからである。以下、六自由度アクセサリ（例．六自由度プローブ）が装置座標系（例．トラッカ座標系）で呈する数値の組合せのうち、三並進自由度についてのそれを並進データセット(translational set)、三姿勢自由度についてのそれを姿勢データセット(orientational set)と略記し、また被検物体表面にある点が装置座標系で呈する三次元座標値の組合せを表面データセット(surface set)と略記することにする。

図１５に、六自由度スキャナ、別称“ターゲットスキャナ”の一例２５００を、それと連携する光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０と共に示す。光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０は図１３を参照して説明した構成であるが、多波長発光するタイプの光電システムをシステム９００に代え使用することも可能である。また、スキャナ２５００はボディ２５１４、複数個の再帰反射器２５１０，２５１１（１個でも可）、カメラ２５３０、投射部２５２０、導電ケーブル２５４６（省略可）、バッテリ２４４４（省略可）、仲介材２５１２、識別要素２５４９、操作ボタン群２５１６、アンテナ２５４８及び電子回路基板２５４２を備えている。それら図示部材のうち再帰反射器２５１０、ケーブル２５４６、バッテリ２５４４、仲介材２５１２、識別要素２５４９、ボタン群２５１６、アンテナ２５４８及び基板２５４２は、順に、図１４中の再帰反射器２０１０、導電ケーブル２０４６、バッテリ２０４４、仲介材２０１２、識別要素２０４９、ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２に対応しており、当該対応部材についての説明と同様の説明が成り立つ。残る投射部２５２０及びカメラ２５３０はワークピース２５２８の三次元座標を計測する手段である。投射部２５２０はレンズ系２５２３及び模様光源２５２４を、またカメラ２５３０はレンズ系２５３２及び感光アレイ（例．ＣＣＤ又はＣＭＯＳアレイ）２５３４を備えている。光源２５２４は点状光、線状光又は二次元の模様光を発する光源である。光源２５２４を点発光型とし、可動ミラーを用い光源出射光で線状又は縞状に掃引してもよい。光源２５２４を線発光型とし、可動ミラーを用い光源出射光で縞状に掃引してもよい。例えば、ＬＥＤ、レーザ等の発光デバイスに発する光を、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のＤＬＰ（ディジタル光プロジェクタの意；登録商標）等のディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶デバイス（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイス等で反射させる構成や、これに類似するが反射モードではなく透過モードで動作する構成である。光源２５２４としてスライド付のもの、例えば模様（群）を有するクロムオンガラススライドを随時挿抜するタイプのものを使用してもよい。再帰反射器２５１０以外の再帰反射器２５１１等も備わっているので、レーザトラッカでスキャナ２５００を様々な方向から追尾すること、ひいては投射部２５２０による光投射の方向に多大な柔軟性を持たせることが可能である。

この六自由度スキャナ２５００は、例えば手で持つことも三脚、装置スタンド、動力付キャリッジ、ロボットのエンドエフェクタ等に装着することも可能である。ワークピース２５２８の三次元座標は、カメラ２５３０を用い三角測量の原理で計測される。これには幾通りかの実行形態があり、どれで実行するかはスキャナ２５００の投射部２５２０で生じる光模様や感光アレイ２５３４の種類で左右される。例えば、投射部２５２０から線状光が発せられており（或いは点状光が発せられ線状掃引を受けており）、且つアレイ２５３４が二次元アレイである場合、アレイ２５３４に沿った二次元のうち一次元をワークピース２５２８の表面上における点２５２６の方向、他の一次元を投射部２５２０から同点２５２６までの距離に、それぞれ対応付ける形態で実行するとよい。このようにすると、投射部２５２０から発せられた光の見通し線方向に沿った諸点２５２６の三次元座標が、スキャナ２５００の局所座標系に対しどのような関係であるかが判明する。六自由度に亘るスキャナ２５００の状態は、特許文献２記載の手法に従い六自由度レーザトラッカを使用することで判明する。それら六自由度に亘る状態からは、使用された線状（掃引）光に係る三次元座標をトラッカ座標系での値が判明する。その結果は、ワークピース２５２８上の三点に関するレーザトラッカでの計測等を通じ、トラッカ座標系での値からワークピース２５２８の局所座標系での値へと換算することができる。

この六自由度スキャナ２５００を手持ちで使用する場合、投射部２５２０に発する線状光でワークピース２５２８の表面が“塗りつぶされる”ようスキャナ２５００を動かすことで、その面全体に亘り三次元座標を調べることができる。プロジェクタ２５００に発する光が二次元模様光である場合も、ワークピース２５２８の表面を“塗りつぶす”ことが可能である。また、スキャナ２５００として二次元模様光出射型のスキャナ（エリアスキャナ）を使用する場合、そのスキャナ２５００を三脚又は装置スタンド上に載せることで計測精度を高めることができる。投射部２５２０からの二次元模様光は、例えば、複数本の細線で構成され、その輝度がワークピース２５２８の表面に沿い正弦波的に変化する光にすればよい。それら正弦波群の位相は例えば三値以上に亘りシフトさせる。カメラ２５３０を構成する画素それぞれで、三通り以上ある位相値それぞれについて振幅レベルを検知することで、正弦波上における個々の画素の位置を求めることができる。その情報を使用すれば、個々の点（２５２６）の三次元座標を求めることができる。或いは、カメラ２５３０により収集される画像フレーム（複数枚ではなく）１枚に基づき三次元座標を求めることができるよう、二次元光模様を符号化してもよい。このように二次元光模様が符号化されていれば、スキャナ２５００を手に持って動かしながらでも、動かす速度がほどほどならば、十分な精度で計測を行うことができる。

線状光の使用に比べ二次元模様光の使用は幾つかの点で有益である。まず、手に持った六自由度スキャナ２５００で線状光を発生させた場合、点の密度がその線沿いで高くなる反面、線間ではかなり低くなる。これに対し、二次元模様光を発生させた場合、相直交する二方向間で点間隔の違いをほぼなくせるのが普通である。更に、動作モードによっては、二次元模様光を使用し求めた三次元座標の方が、他手法で求めたそれより正確になる場合がある。例えば、静止しているスタンド又はマウントへの取付等でスキャナ２５００を固定し、複数通りの二次元光模様を順繰りに投射すれば、単一二次元模様光投射の手法即ちシングルショット法に比べ、正確な算出が可能になる。例えば、被検物体上である一定の空間周波数を定するような二次元光模様、具体的にはその光模様を構成する細線の光学的パワーが正弦波的に変動していく二次元光模様を、順次投射すればよい。光学的パワーが正弦波的に変動する細線間に位相差を付せば、それら細線群は横方向に波打つように見える。細線群は三相にし、隣の細線に対する位相差を約１２０°にすればよい。こうした順次投射で得られる情報を利用すれば、その光模様を構成する各点の位相を比較的正確に、また背景光から独立して求めることができる。これは、被検物体表面上の他の点を考慮することなく点毎に実行することができる。

こうした手法では、隣り合う細線間の位相差を点毎に且つ０〜３６０°の全域に亘り求めることが可能であるが、どの細線がどの細線なのかがなお不明となる。個々の細線を識別するには、この問題を解決する手法の一つは、上掲の位相差付細線群を反復発生させる、但しその空間周波数（即ち細線ピッチ）がそれまでとは違う正弦波変動パターンを使用する、というものである。場合によっては、細線ピッチを三乃至四通りに亘り変化させてこれを反復することも必要になろう。この手法による曖昧さ除去技術は本件技術分野で周知であるのでこれ以上は説明しない。

上述した正弦波位相差法等に従い光模様を順次発生させる際、最善精度を得る上で効果的なのは六自由度スキャナの動きを抑えることである。レーザトラッカによる六自由度計測で六自由度スキャナの位置及び姿勢を調べることや、そのスキャナの手ぶれに関し補正を施すことが可能であるとはいえ、静止マウント、スタンド又は固定具にスキャナを搭載、固定した場合に比べたらノイズ発生量が多くなるからである。

図１５に示した走査手法は三角測量の原理に基づいている。そこで、三角測量の原理について、図１５Ａ，図１５Ｂのシステム２５６０，４７６０（符号同順）を例により詳細に説明する。まず、図１５Ａのシステム２５６０はプロジェクタ２５６２及びカメラ２５６４を備えている。プロジェクタ２５６２は、源面をなす模様光源２５７０、並びにレンズ２５７２（例えば素子レンズ群）を備えている。レンズ２５７２の投射中心は点２５７５、プロジェクタ２５６２の光軸は線２５７６である。光源２５７０の点２５７１に発した光線２５７３は、投射中心２５７５を通り被検物体２５９０上の点２５７４に到達する。

カメラ２５６４はレンズ２５８２及び感光アレイ２５８０を備えている。レンズ２５８２の投射中心は点２５８５、カメラ２５８２の光軸は線２５８６である。被検物体上の点２５７４に到達した光線２５８３は、投射中心２５８５を通りアレイ２５８０上の点２５８１に到達する。

図１５Ａ及び図１５Ｂ中、レンズ投射中心同士を結ぶ線分は基線２５８８，４７８８、その長さは基線長２５９２，４７９２、プロジェクタの光軸と基線２５８８，４７８８がなす角は基線プロジェクタ角２５９４，４７９４、カメラの光軸２５８３，４７８６と基線２５８８，４７８８がなす角は基線カメラ角２５９６，４７９６と呼ばれている（符号同順）。模様光源２５７０上の点２５７１（４７７１）と感光アレイ上の点２５８１（４７８１）の対応関係が既知であれば、基線長２５９２及び角２５９４，２５９６に基づき、点２５７５、２５７４及び２５８５を結ぶ三角形の辺を特定すること、ひいては被検物体２５９０の表面上にある諸点が計測システム２５６０の座標系で占める座標を求めることができる。例えば、プロジェクタのレンズ２５７２から源面（２５７０）までの距離が既知であるので、光軸２５７６が源面（２５７０）と交差する点から点２５７１までの距離に基づき、レンズ２５７２・光源２５７０間に存する小三角形での鋭挟角の大きさが求まる。その鋭挟角をより大きな角たる角２５９４，２５９６に加減すれば、好適にも目的とする三角形の頂角が求まる。本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には明白な通り、三角形２５７５・２５７４・２５８５における辺長を他の数学的手法で求めることや、被検物体２５９０の表面上で諸点が占める座標（その点の表面座標）をこれに類する他の三角形を使用し求めることもできる。

また、図１５Ｂのシステム４７６０は、図１５Ａのシステム２５６０に似てはいるがレンズを備えていない。このシステム４７６０はプロジェクタ４７６２及びカメラ４７６４を備えており、そのプロジェクタ４７６２は図示の通り光源４７７８及び光変調器４７７０を備えている。光源４７７８としては、図示の配置下で長距離に亘り合焦状態を保てるレーザ光源を用いるのが望ましい。その光源４７７８に発した光線４７７３は点４７７１にて変調器４７７０に入射する。同光源４７７８に発した他の光線も別の点にて変調器４７７０の表面に入射する。変調器４７７０は、入射してきた光線のパワーを変化させること、大抵はいくらか減少させることで模様光を発生させる（本願でいう模様光源として働く）。即ち、入射してきた光線に、変調器表面にてある種の光模様が付与される。変調器４７７０としてはＤＬＰ（登録商標）、ＬＣＯＳ等のデバイスを使用でき、また透過型に限らず反射型のものも使用できる。この変調器４７７０からの出射光は、仮想的な光投射中心４７７５から出射されたかのように見える。仮想的な光投射中心４７７５を見かけ上の出射点とするその光線は、点４７７１を経た後、被検物体４７９０の表面にある点４７７４に達する。

この例で基線になるのはカメラレンズ投射中心４７８５・仮想的光投射中心４７７５間を結ぶ線分である。一般に、三角測量法は三角形の諸辺の長さを求める手順を含むものである。この例では、点４７７５、４７７４及び４７８５を頂点とする三角形に関し、基線長、基線カメラ角及び基線プロジェクタ角を求めることで実行される。目的とする角度を求めるに際しては、それとは別の小角の大きさをまず求める。具体的には、レンズ４７８２・感光アレイ４７８０間にある小さな三角形に着目し、レンズ４７８２とアレイ４７８０の間の距離、並びにカメラの光軸４７８６と画素の間の距離に基づき角度を算出することで、光軸４７８６と光線４７８３がなす小角の大きさを求める。その値を基線カメラ角に加算すると、目的とする角度が求まる。プロジェクタ側についても、同様に、プロジェクタの光軸４７７６と光線４７７３の間にある小さな三角形に着目し、既知である光源（４７７７）から光変調器４７７０の表面までの距離、並びに基準軸（４７７６）と変調器４７７０の表面との交差点からプロジェクタ画素（４７７１）までの距離に基づき角度を算出することで、光軸４７７６と光線４７７３がなす角の大きさを求める。その値を基線プロジェクタ角から減算すると、目的とする角度が求まる。

カメラ４７６４はレンズ４７８２及び感光アレイ４７８０を備えている。レンズ４７８２の投射中心は点４７８５、カメラ４７６４の光軸は線４７８６である。この光軸４７７６はカメラ基準軸の一例である。数学的には、レンズ４７８２の投射中心４７８５を通るどの軸も同等の容易さで三角測量法の計算に使用できるが、レンズ４７８２の対称軸である光軸４７８６が通例的に選択されている。被検物体上の点４７７４からくる光線４７８３はその投射中心４７８５を通りアレイ４７８０上の点４７８１に入射する。いわゆる当業者にとり自明な通り、これと等価な他の数学的手法で、三角形４７７５・４７７４・４７８５の辺長を求めることも可能である。

ここで述べた三角測量法は周知であるが、以下、完全を期すべく幾つか技術情報を追記しておく。まず、どちらのレンズ系にも入射瞳及び射出瞳がある。入射瞳とはそこから光が発するように見える点、但し一次光学系の視点による点のことである。射出瞳とはそのレンズ系から感光アレイへと伝搬する光が、そこから発するように見える点のことである。多素子レンズ系では入射瞳と射出瞳の位置が一致するとは限らないし、光線に対しなす角度が入射瞳と射出瞳で一致するとも限らない。しかし、このモデルは、投射中心をレンズの入射瞳と見なすこと、並びに直線沿いに伝搬し続けた光線が源面又は像面に入射するようレンズから源面又は像面までの距離を調整することで、単純化することができる。これにより、図１５Ａに示した単純で重宝なモデルが得られる。また、ご理解頂けるように、同図のモデルで光挙動に関し良好な一次近似が提供されるけれども、更なる微修正を施し、レンズ収差の影響（同モデルに従い算出した位置からの光線の微変位）を反映させるようにしてもよい。同じくご理解頂けるように、説明の全体を通じ、基線長、基線プロジェクタ角及び基線カメラ角なる量の使用が必要であるかのように述べたけれども、これは、僅かに違う別種類似成分を使用する余地があることや、その使用に関してもこれまでの説明が大意では成り立つことを、ことさら否定するものではない。

六自由度スキャナ使用時に採用可能な走査パターンは幾種類かあるので、複数種類を併用して性能向上、時間短縮を図ることができる。例えば、高速計測法として、符号化された二次元光模様を使用しシングルショットで三次元座標データを得る手法を使用することができる。使用する符号化二次元光模様の例としては、様々な文字、図形、厚み・寸法、色等を使用しその弁別を可能にしたものを挙げうる。こうした模様即ち符号化要素又は符号化特徴を有する模様を模様光源２５７０側で発生させ、感光アレイ２５８０で捉えて識別するようにすれば、点２５８１に対する点２５７１のマッチングが可能となる。

符号化特徴の識別を単純化する手法としては、エピポーラ線を使用する手法がある。エピポーラ線とは、数学的には、エピポーラ面と源面（２５７０）又は像面（２５８０）との間の交差直線のことである。エピポーラ面とは、プロジェクタのレンズ投射中心及びカメラのレンズ投射中心の双方を通る任意の平面のことである。源面上のエピポーラ線と像面上のエピポーラ線が平行になることもあるが、それは特殊な場合であって一般には不平行である。エピポーラ線には、源面上でエピポーラ線を定めるとそれに対応するエピポーラ線が像面上に生じる、という特徴がある。従って、源面上のエピポーラ線に何か既知模様が伴っていれば、その模様を像面上でも直ちに捕捉、認識することができる。例えば、源面上のエピポーラ線に沿ってある種の符号化光模様が配されている場合、像面における符号化要素間隔を感光アレイ２５８０の画素出力から求めること、ひいてはその結果を活用し被検物体上の点２５７４の三次元座標を求めることができる。符号化模様をエピポーラ線に対し所定の角度に亘り傾斜させ、被検物体に係る表面座標抽出の効率化を図ることもできる。

符号化光模様を使用するメリットの一つは、被検物体表面上の諸点に関し三次元座標を迅速に求められる点にある。しかし、大抵の場合は、二次元光模様を順次投射する手法（例．上述の正弦波的位相差法）の方が正確な結果が得られる。従って、使用者が、計測対象となる物体、領域乃至特徴の種類に応じ且つ所要精度に従い、使用する投射方法を選ぶようにするのが望ましい。光源光模様がプログラマブルであれば、そうした使い分けは容易に行うことができる。

スキャナの精度が被検物体の種類で大きく制約されることもある。例えば、孔、窪み等の特徴があり上首尾な走査が難しい場合がある。被検物体の縁や孔の縁を望ましい速やかさで見つけがたい場合もある。素材の種類によっては、期待しているほど光が戻ってこない場合や、光の浸透深さが大きい場合もある。或いは、光が複数面での反射を経てスキャナに戻り、それら返戻光同士の“ぶつかり合い”（マルチパス干渉）によって計測誤差が生じる場合もある。こうした計測困難領域が存する場合でも、図１５Ｃに示す六自由度スキャナ２５０５、特にプローブエクステンションアセンブリ２５５０及びその一部であり接触プローブとして働くプローブ端２５５４を使用すれば、その領域についての計測を好適に行える余地がある。接触プローブ２５５４での計測を好適に行えそうな場合は、スキャナ２５０５の投射部２５２０に、レーザ光のビーム２５２２を計測対象領域内へと送らせる。この図では、そうした投射光ビーム２５２２が、ワークピース２５２８上にありアセンブリ２５５０で計測されるべき点２５５７に差し向けられている。プローブ２５５４は、例えば、スキャナ２５０５の計測対象領域を隠さないよう投射部２５２０の投射領域外に除けておく。使用者は、投射部２５２０からのビーム２５２２で照らし出された領域を目視し、次いでプローブ２５５４の姿勢を変化させることで、同領域の計測を実行させる。また、計測対象領域がスキャナ２５０５の投射領域外に存することもあろう。その場合、スキャナ２５０５は、計測対象領域がある方向へと相応距離分だけビーム２５２２の位置を変化させるか、ビーム２５２２の変位所要方向を指し示すパターンに従いビーム２５２２の位置を変化させる。或いは、ＣＡＤモデルか収集済データをモニタ上に表示させ、そのモデル又はデータ上に再計測所要領域をハイライト表示させてもよい。他ツール（例．レーザトラッカ制御下にある六自由度プローブ又はＳＭＲ）でそのハイライト表示領域を計測することも可能である。

スキャナの投射部２５２０から発せられる光が二次元模様光である場合、その光は投射部２５２０のレンズ投射中心を要に拡散してワークピース２５２８上に二次元光模様を発現させる。例えば前掲の符号化光模様や周期的光模様である。これに対し投射部２５２０から発せられる光が線状光である場合、それを備えるプローブ乃至スキャナはときとして（レーザ）ラインプローブ乃至ラインスキャナと呼ばれる。ラインスキャナから輻射される線状光は、幅及び形状（例．ガウシアンビーム断面輪郭）を伴うものの、搬送されて被検物体の形状判別に資する情報は一次元的なものである。即ち、その射影によりその物体上に生じる照明図形が二次元的であるものの、ラインスキャナから輻射された線状光は被検物体に対し直線的な射影である。これに対し、二次元光模様を投射するプロジェクタを備えていて、被検物体表面上に生じる照明図形が三次元的なスキャナはエリアスキャナと呼ばれる。これら、ラインスキャナとエリアスキャナを区別する仕方の一つは、エリアスキャナを、互いに一直線上にない（即ち非共線的な）模様構成要素が３個以上生じるタイプのスキャナ、と規定することであろう。なぜなら、使用する二次元光模様が符号化光模様なら、符号化されているのでその光模様から３個以上の模様構成要素を察知でき、また二次元的に拡がっているのでそれら模様構成要素は必ず非共線的になる。また、使用する二次元光模様が周期反復的模様（例．正弦波反復模様）なら、個々の反復周期（例．正弦波周期）内に複数通りの模様構成要素が現れその周期的模様が二次元的に反復するので、それら模様構成要素は必ず非共線的になる。これに対し、線状光を輻射するラインスキャナでは全模様構成要素が一直線上に並ぶ（共線的になる）。無論、その直線にも幅があり、また信号ピークでのそれより低いとはいえ同直線の断面に沿い裾野部分に光学パワーが分布するけれども、被検物体上で点が占める表面座標を調べるに当たり、同直線のそうした部分が、互いに座標を占める互いに別の模様構成要素と認められるわけではない。高々、複数個の模様構成要素が同一直線上に共線的に並んでいるに過ぎない。

図１５Ｄに、被検物体表面上の点の三次元座標を算出する手法の一例を示す。このラインスキャナシステム４５００はプロジェクタ４５２０及びカメラ４５４０を備えており、そのプロジェクタ４５２０は線状光を発する模様光源４５２１及び投射レンズ４５２２を備えている。プロジェクタ４５２０のレンズ４５２２は投射中心及び光軸を有しており、その光軸はレンズ４５２２内にある投射中心を通っている。図示例では、光ビーム４５２４の中心光線が、こうしたプロジェクタ４５２０の光軸（透視光軸）に重なっている。また、カメラ４５４０はレンズ４５４２及び感光アレイ４５４１を備えており、カメラ４５４０の光軸４５４３はそのレンズ４５４２内にある投射中心４５４４を通っている。図示システム４５００では、光源４５２１に発する線状光４５２６の差し渡し方向に対し、それらプロジェクタ４５２０の光軸、それに重なる光ビーム４５２４、並びにカメラ４５４０の光軸４５４３の延長方向が直交している。言い換えれば、線状光４５２６は、この図の紙面に直交する方向に沿い延びている。その光４５２６の入射先は被検物体の表面であり、プロジェクタ４５２０からの距離が互いに異なる面４５１０Ａ，４５１０Ｂが図示されている。ご理解頂けるように、同図の紙面から見て手前側や奥側では、プロジェクタ４５２０から被検物体表面４５１０Ａ，４５１０Ｂまでの距離が、図示のものとは異なる距離になりうる。ここでは、この図の紙面上で光４５２６が面４５１０Ａに入射する点を４５２６、面４５１０Ｂに入射する点を４５２７と表している。点４５２６に入射したビーム４５２４は、そこからカメラ４５４０のレンズ投射中心４５４４を介しアレイ４５４１に至り像点４５４６をもたらす。点４５２７に入射したビーム４５２４は、そこから投射中心４５４４を介しアレイ４５４１に至り像点４５４７をもたらす。従って、光軸４５４３に対する点４５４６，４５４７の位置関係を調べることで、プロジェクタ４５２０（及びカメラ４５４０）から面４５１０Ａ，４５１０Ｂまでの距離が求まる。プロジェクタ４５２０から線状光上の他点、即ち面４５１０Ａ，４５１０Ｂへの入射点のうちこの図の紙面外にある点までの距離も同様に求まる。通常、アレイ４５４１上の光像は（一般に非直線の）線状であり、その線上の点毎に様々な紙面直交方向位置には、プロジェクタ４５２０・カメラ４５４０間道程を示す情報が含まれている。従って、アレイ４５４１上に生じる線像の形状を調べることで、被検物体表面の三次元座標を線状光沿いに求めることができる。ラインスキャナでアレイ４５４１上の像に内在する情報の拡がりが（一般に非直線の）線内であるのに対し、エリアスキャナで感光アレイ上の像に内在する情報の拡がりが二次元的であることに留意されたい。

また、以上の説明では、３個以上の模様構成要素に関する共線性の有無に基づきラインスキャナとエリアスキャナを分けているが、これが、線状光，二次元模様光のいずれを用い模様が投射されたかを分かつ趣旨の条件である点に留意されたい。従って、投射された模様に湾曲があっても、線状光又はそれに類する方式で投射されていて、途切れや幅の内又は少ない領域からの情報しか得られないような模様ならば、その模様はラインスキャナによる模様である。

一般的なエリアスキャナに対しラインスキャナが呈する強みの一つは、そのマルチパス干渉検知能の高さである。まず、マルチパス干渉が生じていない状況では、プロジェクタから出射され被検物体表面に入射した光線全てが、ある単一の方向へと概ね反射されその物体から離れていくものと考えてよい。その表面が高度に反射的（即ち鏡面的）でない通常の物体では、そうした入射光のほとんどが、鏡面反射ではなく散乱反射（散光）されることとなる。この散乱反射光は、鏡面反射光と違い全て単一方向に向かうわけではなくてある種のパターンにて散乱していく。とはいえ、散乱反射光の概略方向は鏡面反射光のそれと同じ要領で求めることができる。方向導出は、プロジェクタからの光が被検物体に入射する点にて被検物体表面に直交する法線を描き、その面法線を境に入射光を折り返すことで行える。即ち、反射角は入射角に等しいので、概略方向ながら、この場合での散乱反射方向を入射角から求めることができる。

マルチパス干渉が生じるのは、被検物体表面に入射した光が、更に同物体表面の他部位で散乱反射されてカメラに向かった場合である。被検物体表面の諸点からは、こうした散乱光が感光アレイに届く。即ち、感光アレイには、プロジェクタからの直射光に対する反射光のほかに、プロジェクタから同面上の他点へと送られそこで散乱反射された光も届く。マルチパス干渉が発生すること、特にエリアスキャナで発生することは、その点におけるプロジェクタ・被検物体表面間距離の算出結果が不正確になる原因である。

ラインスキャナの場合、マルチパス干渉の有無を判別する途がある。例えば、図１５Ｅの紙面に対し感光アレイ４５４１内のローが平行、カラムが垂直であるとする。この場合、個々のローは、線状光４５２６のうち紙面直交方向沿いのある一点を表している。線状光４５２６上のその点に関しプロジェクタから被検物体までの距離を求めるには、個々のローについて受光量重心を求めればよい。このとき、個々のローでの受光量がそのロー内の画素のうち一個所の画素連に集中するのが本来のところ、複数個所の画素連で受光量が多くなっていたとしたら、それはマルチパス干渉が生じている証である。図１５Ｅに示したのは、そうしたマルチパス干渉の発生に伴いアレイ４５４１上の受光部位が不要に拡がった例である。この例では、光４５２６が入射する点付近で被検物体表面４５１０Ａの曲率が大きめになっている。この点における面法線は４５２８、入射角は４５３１である。反射線状光４５２９の方向は、反射角４５３２が入射角４５３１と等しいと見なし、当該反射角４５３２に基づき定めたものである。実のところ、この光４５２９が表しているのは、ある程度の角度範囲に亘る散乱反射光の概略方向である。４５２７はその方向を辿った散乱反射光が面４５１０Ａに入射する点、４５４８はその光に対するレンズ４５４２の作用でアレイ４５４１上に生じる像点である。点４５４８に類する点で受光量が予想外に多ければマルチパス干渉有りであろう。ラインスキャナの場合、マルチパス干渉が大きな問題となるのは、図１５Ｅの如く像点４５４６・４５４８間の距離が十分に大きく弁別できる場合よりは、像点同士が重複・癒着している場合の方である。後者の場合、図中にある本来の像点４５４６に係る重心を求めることができない。二次元光模様を投射するスキャナの場合、同図から推察頂けるようにこの問題が更に顕著になる。仮に、二次元座標を求める上で、アレイ４５４１上に像をなした光全てが欠かせないとしたら、明らかに、点４５２７から到来する光のなかに、プロジェクタから点４５２７へと直射された模様光に加え、面２５１０Ａにて反射され点４５２７に至った不要光が含まれることとなるからである。結局、この場合、二次元光投射を受けた点４５２７に関する三次元座標算出結果に誤りが生じることとなろう。

線状光投射の場合、大抵は、線状光の向きを変化させることでマルチパス干渉を排除することができる。ラインスキャナに設けるプロジェクタに擬似的二次元投射機能を持たせ、線状光の掃引又は自動回動を行えるようにすればよい。例えば、光模様による走査でマルチパス干渉らしきものが見つかった場合、計測システムのコンフィギュレーションが自動的に変化し、線状光掃引による計測手法へと切り替わるようにすればよい。

マルチパス干渉除去手法としてより秀逸なのは、マルチパス干渉有りと覚しき領域上を線状光や模様光ではなく点状光で掃引する手法である。単一の点状光で照らせば、被検物体上の他点から、計測所要点に向け散乱反射光が送られてくることがなくなるからである。例えば、単一の点状光で複数個所を順次照らすことで線状光４５２６による走査を実現すれば、マルチパス干渉の発生余地が削られる。

このほか、スキャナでの計測時に浮上しかねない反射問題としては鏡面反射光の問題がある。例えば、被検物体の表面が割合に滑らかでその曲率が相応の値を有している場合、その面から感光アレイ上へと多量の光が鏡面反射される結果、周辺の画素より多めに受光する“ホットスポット”が発生することがある。こうした明るいホットスポットは“グリント”とも呼ばれており、スキャナによる被検物体の適正計測にとり妨げになりうる。マルチパス干渉の場合のように、グリントは、方向可調型の線状レーザ又は点状光源の使用で克服することが可能である。

感光アレイ上の小領域における飽和は容易に検知可能であるので、グリントの有無判別が面倒で内のに対し、マルチパス干渉問題の察知、克服には、システマティックな手法を採る必要がある。大筋で言えば、マルチパス干渉に加え総合的な品質、例えば分解能や素材種別、表面品質及び形状の影響を評価する手法である。図１５Ｆに、本発明の一実施形態に係りコンピュータ制御下で自動実行可能な手順４６００を示す。まず、ステップ４６０２では、被検物体表面の三次元座標に関する情報を利用できるか否かを判別する。この三次元情報の例としては、第１に被検物体上の点の正規化座標を示すＣＡＤデータ、第２にスキャナ等の装置による計測で取得済の三次元データがある。ステップ４６０２にて、座標計測装置（例．レーザトラッカ、六自由度アクセサリ等）に係る座標系を被検物体に係る座標系に整列させる、等のサブステップを実行してもよい。これは、例えば、被検物体表面上にある点のうち３個以上に関しレーザトラッカで計測を行うことで実行可能である。

ステップ４６０２での問いへの回答が“三次元座標利用可”であった場合、ステップ４６０４にて、コンピュータやプロセッサに、マルチパス干渉に対する被検物体計測の感受性を算出させる。これは、例えば、プロジェクタにて生じた光線が被検物体表面に入射したときの反射角を光線毎に算出し、被検物体表面のうちマルチパス干渉によるエラーが生じやすい領域それぞれをハードウェア的又はソフトウェア的に識別させることで行えばよい。反射角の算出は、ラインスキャナの場合は例えば図５Ｅを参照して説明した要領、エリアスキャナの場合もそれと同じ要領で行える。また、同ステップにて、マルチパス干渉によるエラーに対する感受性を、被検物体に対する六自由度プローブの位置毎に解析してもよい。その結果に基づき、被検物体に対する六自由度プローブの位置及び姿勢を適正に定めれば、マルチパス干渉を更に回避、抑制できる可能性がある。また、ステップ４６０２での問いへの回答が“三次元座標利用不可”であった場合は、ステップ４６０６にて、所要乃至相応の計測手法を使用し被検物体表面上の点の三次元座標を計測する。こうしてマルチパス干渉関連の算出が済んだ後は、ステップ４６０８にて、他種要因による期待走査品質を評価する。対象となる品質の一例は走査分解能であり、被検物体の特徴を調べる上でその値が十分であるか否かが評価される。例えば、装置の分解能が３ｍｍであることがこの評価で分かった場合は、サブミリレベルの凹凸について有効な走査データがほしい領域等、被検物体上の問題領域に関し銘記して後の補正に供すべきである。対象となる品質の別例は、分解能とも部分的に関連するが、被検物体の縁や孔の縁を計測できる能力である。スキャナ性能に関する情報があれば、目的とする縁をそのスキャナで良好に分解、解像可能か否かを評価することができよう。対象となる品質の更なる例は、目的とする容貌から返戻されるであろう光の量である。例えば小孔内や覗き窓からスキャナへはほとんど又は全く光が返戻されないであろう。また、素材の種類や色によっても返戻光量が少なくなる。スキャナ発の光に係る浸透深さが大きいタイプの素材からは、良好な計測結果を期待することができない。場合によっては、使用者に補足情報を要請する自動プログラムが役立つ。例えば、ステップ４６０４及び４６０８をＣＡＤデータに基づきコンピュータプログラムに実行させるに当たり、被検物体の表面特性や使用素材の種類が不明な場合、被検物体に係る素材特性を取得するステップをステップ４６０８にて実行させるとよい。

ステップ４６０４及び４６０８での解析後は、ステップ４６１０にて更なる診断手順の実行要否を判別する。実行候補となる診断手順の一例は、相応角で縞を投射しマルチパス干渉の観測有無を表示するステップ４６１２である。線投射によるマルチパス干渉の表示については図１５Ｅを参照して概述した通りである。実行候補となる診断手順の別例は、図１５Ａ中の２５７０、図１５Ｂ中の４７７０等、模様光源上でエピポーラ線が延びる方向に揃うよう、一群の線を投射するステップ４６１４である。模様光源上のエピポーラ線に方向が揃っているので、これらの線は、図１５Ａ中の２５８０、図１５Ｂ中の４７８０等、感光アレイの像面上でも直線状の外観になるはずである。感光アレイ上でこれらの線が直線状になっていない、ぼやけ・乱れが生じている等の場合は問題、恐らくはマルチパス干渉の問題が生じている。

ステップ４６１６では、これら解析及び診断の実行結果に基づき所要動作群を選択する。まず、計測の速度がぬきんでて重要な場合は、二次元的な符号化光模様で計測するステップ４６１８が望ましい。精度が高いことの重要性が勝る場合は、順次変化する二次元的な色分け型光模様、例えばその位相及びピッチが変動する一群の正弦波模様で計測するステップ４６２０が望ましい。ステップ４６１８又は４６２０の動作が選定される場合は、併せてスキャナを再位置決めするステップ４６２８を実行するのが望ましい。ここでは、マルチパス干渉及び鏡面反射（グリント）が抑圧される位置になるよう、ステップ４６０４における解析の結果に従いスキャナの位置及び姿勢を調整する。使用者に対しては、スキャナのプロジェクタに発する光で問題領域を照らす、同領域をモニタ上に表示させる等の手段でこれらのアドバイスを提示する。計測手順で次に実行すべき動作を、コンピュータ又はプロセッサに自動選択させしてもよい。スキャナの再位置決めでマルチパス干渉やグリントがなくならない場合は、採りうる途が幾通りかある。まず、スキャナの再位置決め及び有効な計測結果のとりまとめをしながら計測を反復する途がある。また、光模様を用いるのに代え又は加えて計測中に他の計測動作を実行する途がある。線状光で走査するステップ４６２２を実行すれば、前述の如く、マルチパス干渉に由来する問題の発生を抑えつつ、面に亘る情報を簡便に得ることができる。注目領域上を点状光で走査するステップ４６２４を実行すれば、マルチパス干渉に由来する問題の発生を更に抑えることができる。被検物体表面領域に関し接触プローブ又は機械式センサ（例．ＳＭＲ）で計測するステップを実行することで、マルチパス干渉の発生余地をなくすことができる。接触プローブの分解能はプローブ端のサイズで定まるので、光反射率が低く又は光浸透深さが大きい物体が被検物体となっている場合も問題なく使用することができる。

いずれにせよ、これらステップ４６１８〜４６２８でのデータ収集が済んだら、ステップ４６３０にて、先行する解析の結果に照らしそのデータの質を評価する。ステップ４６３２ではその質の許容可否を判別する。許容可ならステップ４６３４にて計測手順を終了させ、そうでなければステップ４６０４から解析を再開させる。また、三次元情報の正確さが十分に高くない場合もあろう。そうした場合は、更に前にあるいずれかのステップから反復するのが有益である。

なお、小さすぎて肉眼では捉えられない外形的特徴でも計測できるようにカメラ２５３０や投射部２５２０を構成することも可能である。総じて、その種の構成で使用される二次元光模様は小さなものであり、使用されるカメラ２５３０もその大きさの光模様を計測可能なものである。こうした構成を採るスキャナ２５００の用例としては、小さな熔接スポットの計測、表面の粗さや波打ちの計測、素材（例．紙）の特性の計測、切削エッジの計測、摩耗、研磨及び浸食具合の計測、平坦度及び段差高の計測、といったものを挙げることができる。図１５に示したスキャナシステムや、それを構成する六自由度スキャナ２５００及びレーザトラッカは、小さな外形的特徴を広い面に亘り計測可能な構成にすることができる。

図１６に、六自由度インジケータの一例２８００を、それと連携する光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０と共に示す。光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０は図１３を参照して説明した構成であるので、重ねての説明は行わないことにする。システム９００を光電システム１９００に置き換えてもよい。また、インジケータ２８００はボディ２８１４、複数個の再帰反射器２８１０，２８１１（１個でも可）、マウント２８９０、導電ケーブル２８３６（省略可）、バッテリ２８３４（省略可）、仲介材２８１２、識別要素２８３９、操作ボタン群２８１６、アンテナ２８３８及び電子回路基板２８３２を備えている。それら図示部材のうち再帰反射器２８１０、ケーブル２８３６、バッテリ２８３４、仲介材２８１２、識別要素２８３９、ボタン群２８１６、アンテナ２８３８及び基板２８３２は、順に、図１４中の再帰反射器２０１０、導電ケーブル２０４６、バッテリ２０４４、仲介材２０１２、識別要素２０４９、操作ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２に対応しているので、やはり重ねての説明は行わないことにする。また、マウント２８９０は、その可動要素をレーザトラッカで六自由度に亘り計測できるよう、可動要素に装着されている。ここでいう可動要素とは、ロボットのエンドエフェクタ、加工ツール、アセンブリ上のツール（例．アセンブリのラインキャリッジ）等のことである。こうしたインジケータ２８００は、再帰反射器２８１０が小型で、且つ図示されている部材の多くが付随的（省略可）であるため、コンパクトな構成とすることができる。こうしたサイズの小ささは、ときとして有益なものである。再帰反射器２６１０以外の再帰反射器（例えば２６１１）も備わっているので、レーザトラッカで本インジケータ２８００を様々な方向から追尾することができる。

図１６Ａに、六自由度インジケータの一例４７３０として、磁気ネスト４７３２上に着座している六自由度ＳＭＲ４７３４を示す。ＳＭＲ４７３４としては模様付の再帰反射器、例えば反射部材間交接部位に沿ってマーキングが施された外気開放型又はガラス製の再帰反射器を使用することができる。インジケータ４７３０の初期的な姿勢は、例えば、ＳＭＲ４７３４を所要姿勢、例えばそのマーク乃至ラベルが上を向く姿勢にすることで使用者が定める。このやり方なら、インジケータ４７３０を完全な受動型、即ち他の装置から電力や電気信号を全く受け取る必要のない構成にすることができる。そうした構成のインジケータ４７３０は、ネスト４７３２を迅速且つ容易に装着でき、その装着先をロボット、加工ツール等随意に定めることが可能で、しかも導電ケーブルや複雑な固定具を実装する必要が全くない点で顕著に有益なものである。また、ネスト４７３２をロボット、加工ツール等の装置に装着する手段としては、ネジ穴４７３４及びこれに番うネジを使用することができる。ネスト４７３２を他の装置に高温接着剤やエポキシで装着してもよい。

図１６Ｂに、六自由度インジケータの別例４７６０として、拘束具４７６２付の磁気ネスト４７３２上に着座している六自由度ＳＭＲ４７３４を示す。拘束具４７６２は、加工金属片、プラスチックカバー、ストラップ等、ＳＭＲ４７３４に接触する部分を有しており、固定機構４７６４の作用でＳＭＲ４７３４にきつく物理接触している。固定機構４７６４としてはフック式クランプ、ネジ式クランプ等を使用できる。拘束具４７６２は、こぶや急加速に対する保護に役立つ。

図１７に、六自由度プロジェクタの一例２６００を、それと連携する光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０と共に示す。光電システム９００や位置検出用カメラシステム９５０は図１３を参照して説明した構成であるので、重ねての説明は行わないことにする。多波長発光するタイプの光電システムをシステム９００に代え使用することも可能である。また、プロジェクタ２６００はボディ２６１４、複数個の再帰反射器２６１０，２６１１（１個でも可）、投射部２６２０、導電ケーブル２６３６（省略可）、バッテリ２６３４（省略可）、仲介材２６１２、識別要素２６３９、操作ボタン群２６１６、アンテナ２６３８及び電子回路基板２６３２を備えている。それら図示部材のうち再帰反射器２６１０、ケーブル２６３６、バッテリ２６３４、仲介材２６１２、識別要素２６３９、ボタン群２６１６、アンテナ２６３８及び基板２６３２は、順に、図１４中の再帰反射器２０１０、導電ケーブル２０４６、バッテリ２０４４、仲介材２０１２、識別要素２０４９、操作ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２に対応しているので、やはり重ねての説明は行わないことにする。また、投射部２６２０は、単体光源、光源・駆動ミラー対、ＭＥＭＳ型マイクロミラー、液晶型プロジェクタ等、光模様をワークピース２６６０上に投射可能な装置構成を採っている。本プロジェクタ２６００に関しては、特許文献２記載の手法に従い且つレーザトラッカを使用し六自由度に亘る計測が行われる。その六自由度計測の結果からは、投射された光模様のトラッカ座標系内三次元座標が導出され、（レーザトラッカによるワークピース２６６０上三点計測等を通じ）ワークピース座標系内三次元座標に換算される。再帰反射器２６１０以外の再帰反射器（例えば２６１１）も備わっているので、レーザトラッカで投射部２６２０を様々な方向から追尾すること、ひいては本プロジェクタ２６００による光投射の方向に多大な柔軟性を持たせることが可能である。

ワークピース２６６０の表面上に投射した光模様（２６４０）のワークピース座標系内座標がわかることで、様々な長所が生まれる。第１に、そのワークピース２６６０への部材固定に役立つ処置（例．穿孔）が必要な部位を、光模様の投射で使用者に通知することができる。航空機のコクピットにゲージを装着する際を含め、こうしたインサイチュアセンブリ法（現場組立法）にはコストメリットがあることが多い。第２に、素材を除去又は付加すべき部位を、縁取り表示、公差別色分け表示等といった視覚訴求型光模様の投射で使用者に通知することができる。使用者は、そこを、充填材で埋めることや部分的に工具で切り取ることができる。レーザトラッカやそれに連携する外部コンピュータにとりＣＡＤモデルが詳らかなものであるため、本プロジェクタによれば、比較的高速且つ単純な手法に従い、ＣＡＤ公差を充足するようツールを調整することができる。罫描き、糊付け、施覆、ラベル付け、清掃等の組立関連処置についても同様である。第３に、光模様の投射で隠れ要素を指し示すことができる。例えば、目立たないよう表面下に延設されている配管や導電ケーブルの所在場所を、ワークピース２２６０上への光投射で指し示し、組立や修理を行っている使用者に回避動作を採らせることができる。

なお、スキャナの投射部に発する光でワークピース座標系内座標を求めるには、一般にレーザトラッカ座標系内でワークピース座標系を特定する必要がある。これを実行するには、例えば、ワークピース表面上の３点をレーザトラッカで計測した後、ＣＡＤモデルか事前計測済データを用いワークピース・レーザトラッカ間関係を画定すればよい。

使用者が六自由度プロジェクタの助力で組立作業を行う際に役立つ術としては、固定式のスタンド又はマウント上にそのプロジェクタを実装し使用者がハンズフリー状態で組み立て作業を行えるようにする、という術がある。レーザトラッカ及び六自由度プロジェクタを、六自由度スキャナ上の再帰反射器に対するレーザトラッカの追尾が終わった後もプロジェクタが光模様を投射し続けるモードで、動作させるようにしてもよい。このモードでは、実行すべき組立作業を指し示す光模様がプロジェクタによって投射され続けるため、使用者がそれを見つつレーザトラッカを使用し、ＳＭＲ、六自由度プローブ、六自由度スキャナ等による計測を実行させることができる。同様に、個々のスキャナ投射部上の再帰反射器に対するレーザトラッカの追尾が終わった後も光模様の投射が続くよう、レーザトラッカを使用しそれら投射部複数個にセットアップを施してもよい。このモードでは、かなり高精細な光模様が割合に広い範囲に亘り投射されるため、複数人の使用者を同時に助力することができる。そして、複数通りの光模様を選択的に入れ替えつつ投射するモードで六自由度スキャナを動作させ、使用者が所定順序で組立作業を行えるようにしてもよい。

組立作業への助力以外では検査手順への助力にスキャナの投射部を使用することができる。まず、検査手順では、使用者の許で行われるべき計測とその順序が決まっているものである。六自由度スキャナには、個々の工程における計測所要位置を使用者に指し示す機能や、計測対象領域を囲んで指し示す機能を持たせることができる。例えば、囲いを描くことで六自由度スキャナが示唆し、使用者がそれを受けて囲い内領域全体に亘る走査型計測に移り、諸領域についての平坦度判別やより長大な計測手順の履行に役立てる、といった具合である。プロジェクタ上のＳＭＲをレーザトラッカで追尾しつつプロジェクタに一連の工程を進行させることができるため、使用者がツール例えばそのトラッカを使用し検査手順を続行することができる。レーザトラッカは、自らの許で実行されている計測が成功裏に終了したことを察知し、次の工程へと移ることができる。スキャナの投射部から使用者への情報提示は、テキストメッセージ、音声メッセージ等の形態で行うことができる。使用者からレーザトラッカへの指令提示は、使用者のジェスチャをそのトラッカ上のカメラに捉えさせることで行うことができる。

六自由度プロジェクタにて発生させる光模様に動的な変化等を付し、それを通じ情報を伝達することができる。例えば、そのプロジェクタで光模様の前後道を発生させることにより、ＳＭＲの移動所要方向を指し示すことができる。プロジェクタに他の光模様を発生させることでメッセージを発し、そのメッセージを（使用者にとり記述乃至表示形式で利用可能な）ある一組のルールに従い使用者が解読する、といったことも可能である。

六自由度プロジェクタを使用し、被検物体の性状に関する情報を使用者に伝えることも可能である。例えば、寸法計測実行後に、エラー発生領域を指し示す色分け型光模様を、その被検物体の表面に沿った座標（表面座標）に関連付けて投射すればよい。或いは、単に公差外領域か公差外数値を提示するのみでもよい。例えば、公差外の表面形状を呈している領域をハイライトすればよい。或いは、計測対象となった２点間を結ぶ線分を投射した上で、その線分の長さに関する計測誤差を示す数値をその傍らに投射してもよい。

六自由度プロジェクタを使用し寸法特性以外の物体特性を計測し、それに関する情報をその物体上での座標値に関連付けて提示させてもよい。提示可能な情報の例としては、その被検物体の温度値、超音波特性値、マイクロ波特性値、ミリメータ波特性値、Ｘ線特性値、放射線特性値、化学検知特性値等、多様な物体特性値を挙げることができる。後述の通り、そうした物体特性値を検知し、六自由度スキャナで被検物体上の三次元座標に関連付ければよい。或いは、他の計測装置を用いその物体上で物体特性を計測し、その結果を物体座標系での表面座標の値に何らかの手法で関連付ける。その物体座標系をレーザトラッカ又は六自由度プロジェクタの座標系に関連付ければ、被検物体特性に関する情報をその被検物体上に例えば画像形態で投射させることも可能となる。例えば、被検物体表面の温度を温度センサアレイで計測し、個々の計測値を示す色分け型光模様を被検物体表面上に投射する、といった具合である。

六自由度スキャナを使用し、モデルとなるデータを被検物体表面上に投射させてもよい。例えば、熱的な有限要素法解析（ＦＥＡ）の結果を被検物体表面上に投射可能な構成であれば、二種類のデータ（ＦＥＡ結果並びに計測結果）のうちいずれを投射させるか、使用者が随意に指定することができる。どちらのデータも、実際の特性判明位置（例．具体的な温度値が計測・予測された位置）を占めるよう被検物体上に投射させうるので、その物体に作用する物理的な効果を、使用者に明瞭且つ迅速に知らせることができる。六自由度プロジェクタを、可動キャリア（例．ロボット又は加工ツール）に装着することも可能である。

小領域の計測を行い、細かすぎて肉眼では見えない外観的特徴を分解、検出できるタイプの六自由度プロジェクタに、被検物体表面の一部分から計測取得済の特性に関し被検物体表面上への拡大投射を行わせることで、拡大無しでは見えないはずの細かな外観的特徴を使用者が察知できるようにしてもよい。例えば、六自由度スキャナ（例．図１５中のスキャナ２５００）を用いて高分解能計測を行い、同スキャナに備わるプロジェクタ又は六自由度プロジェクタの投射部からその計測の結果を投射させる、といった具合である。

図１８に、六自由度プロジェクタの別例２７００を、それと連携する光電システム２７９０と共に示す。光電システム２７９０は、六自由度プロジェクタ２７００の状態を六自由度に亘り調べうるものであれば、どのような装置構成であってもよい。例えば、六自由度プロジェクタ２７００に備わる光源のうち点灯中のものを捉えるカメラを、１個又は複数個備える構成である。そうした構成の光電システム２７９０であれば、当該１個又は複数個のカメラで光源像同士の位置関係を求めることで三姿勢自由度に亘り、また距離計及び２個の角度エンコーダを用い再帰反射器２７１０の三次元座標を求めることで他の三自由度に亘り、六自由度プロジェクタ２７００の状態を調べることができる。或いは、キューブコーナリフレクタ（２７１０）の頂点を経て位置検出器（例．感光アレイ）に至るよう光ビームを送ることで二自由度に亘り、また少なくとも１個の偏光ビームスプリッタにその光ビーム又は別の偏光ビームを送ることで他の一自由度に関し、六自由度プロジェクタ２７００の状態を調べる構成でもよい。更に或いは、光電アセンブリ１７９０から六自由度プロジェクタ２７００上に光模様を投射し、仲介材２７１２に備わる複数個のリニア位置検出器（例．リニア感光アレイ）でその光模様を検出し、そしてその結果に基づき六自由度プロジェクタ２７００の状態を三姿勢自由度に亘り調べる構成でもよい。いわゆる当業者には自明な通り、これ以外の構成を採る光電システム２７９０でも六自由度プロジェクタ２７００の状態を六自由度に亘り調べることは可能であり、またそうした構成は多々挙げることができる。また、この六自由度プロジェクタ２７００はボディ２７１４、複数個の再帰反射器２７１０，２７１１（１個でも可）、投射部２７２０、導電ケーブル２７３６（省略可）、バッテリ２７３４（省略可）、仲介材２７１２、識別要素２７３９、操作ボタン群２７１６、アンテナ２７３８及び電子回路基板２７３２を備えている。これら図示部材のうちケーブル２７３６、バッテリ２７３４、仲介材２７１２、識別要素２７３９、ボタン群２７１６、アンテナ２７３８及び基板２７３２は、順に、図１４中の再帰反射器２０１０、導電ケーブル２０４６、バッテリ２０４４、仲介材２０１２、識別要素２０４９、操作ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２に対応しているので、重ねての説明は省くことにする。再帰反射器２７１０以外の再帰反射器例えば２７１１が備わっているので、レーザトラッカで六自由度プロジェクタ２７００を様々な方向から追尾すること、ひいては六自由度プロジェクタ２７００による光投射の方向に多大な柔軟性を持たせることが可能である。

また、図１５に基づく説明中で、ワークピースの三次元座標を求めるべく六自由度スキャナに設けられているカメラ２５３０用の光源、即ち同スキャナに備わる投射部２５２０を、光模様投射用の投射部としても使用する手法を示したが、ターゲット（２５００）の状態を六自由度に亘り調べる手法としては、それ以外の手法も使用することができる。これに該当する手法には、図１５に基づく説明中では詳示しなかったが、図１８を参照して説明した諸手法も包含される。

図１７に示した六自由度プロジェクタ２６００と図１８に示した六自由度プロジェクタ２７００は互いに類似しているが、採りうる六自由度計測手法の範囲は後者よりも前者の方が広い。六自由度プロジェクタ２６００の利用・応用に関するこれまでの注記は、六自由度プロジェクタ２７００にも細大漏らさず当てはまる。

図１９に、六自由度センサの一例４９００を、それと連携する光電システム２７９０と共に示す。光電システム２７９０は、六自由度センサ４９００の状態を六自由度に亘り調べうるものであれば、どのような装置構成であってもよい。例えば、六自由度センサ４９００に備わる光源のうち点灯中のものを捉えるカメラを、１個又は複数個備える構成である。そうした構成の光電システム２７９０であれば、当該１個又は複数個のカメラで光源像同士の位置関係を求めることで三姿勢自由度に亘り、また距離計及び２個の角度エンコーダを用い再帰反射器４９１０の三次元座標を求めることで他の三自由度に亘り、六自由度センサ４９００の状態を調べることができる。或いは、キューブコーナリフレクタ（４９１０）の頂点を経て位置検出器（例．感光アレイ）に至るよう光ビームを送ることで二自由度に亘り、また少なくとも１個の偏光ビームスプリッタにその光ビーム又は別の偏光ビームを送ることで他の一自由度に関し、六自由度センサ４９００の状態を調べる構成でもよい。更に或いは、光電アセンブリ２７９０から六自由度センサ４９００上に光模様を投射し、仲介材４９１２に備わる複数個のリニア位置検出器（例．リニア感光アレイ）でその光模様を検出し、そしてその結果に基づき六自由度センサ４９００の状態を三姿勢自由度に亘り調べる構成でもよい。いわゆる当業者には自明な通り、これ以外の構成を採る光電システム２７９０でも六自由度センサ４９００の状態を六自由度に亘り調べることは可能であり、またそうした構成は多々挙げることができる。また、この六自由度センサ４９００はボディ４９１４、複数個の再帰反射器４９１０，４９１１（１個でも可）、検知部４９２０、光源４９５０（省略可）、導電ケーブル４９３６（省略可）、バッテリ４９３４（省略可）、仲介材４９１２、識別要素４９３９、操作ボタン群４９１６、アンテナ４９３８及び電子回路基板４９３２を備えている。これら図示部材のうちケーブル４９３６、バッテリ４９３４、仲介材４９１２、識別要素４９３９、ボタン群９１６、アンテナ４９３８及び基板４９３２は、順に、図１４中の再帰反射器２０１０、導電ケーブル２０４６、バッテリ２０４４、仲介材２０１２、識別要素２０４９、操作ボタン群２０１６、アンテナ２０４８及び電子回路基板２０４２に対応しているので、重ねての説明は省くことにする。再帰反射器４９１０以外の再帰反射器例えば再帰反射器４９１１が備わっているので、レーザトラッカでセンサ４９００を様々な方向から追尾すること、ひいてはセンサ４９００による物体検知の方向に多大な柔軟性を持たせることが可能である。

検知部４９２０は多様な形態をとりうる。例えば、スペクトラム上で赤外域に属する光エネルギに反応し、波長＝０．７〜２０μｍの光を検知する形態なら、被検物体４９６０上の点４９２４における表面温度を検知することができる。その仕組みは、被検物体４９６０から輻射される赤外光を、軸４９２２を大凡の中心とする視野４９４０全体に亘り収集する、というものである。被検物体４９６０上にある点の三次元座標を表面温度計測値に対応付ける際には、軸４９２２を被検物体４９６０まで延引して両者の交差点４９２４を求める。その点４９２４を特定するには、被検物体座標系・レーザトラッカ座標系（装置座標系）間関係を求める必要がある。レーザトラッカ座標系・六自由度センサ座標系間関係が既知であるので、代わりに被検物体座標系・六自由度センサ座標系間関係を求めてもよかろう。レーザトラッカが六自由度センサに対して行う計測でもレーザトラッカ座標系・六自由度センサ座標系間関係が求まるので、そこから被検物体座標系・六自由度センサ座標系間関係を求めてもよい。被検物体座標系・レーザトラッカ座標系間関係を求める手法としては、被検物体表面上の三点に関し三次元座標を計測する手法等を使用できる。計測対象となった三点に被検物体４９６０を関連付ける情報があれば、同物体表面上の全点に関し座標を求めることができる。計測対象となった三点に被検物体４９６０を関連付ける情報としては、ＣＡＤ図面、各種座標計測装置による従前の計測結果等を使用することができる。

被検物体から輻射される赤外光以外にも、様々な波長域乃至周波数域に属する電磁波を検知、計測の対象とすることができる。例えば、可視域、紫外域、赤外域、テラヘルツ域等、光波域に属する電磁波である。検知対象になりうる特性としては、まず、被検物体の温度に従いその物体から輻射される熱エネルギをはじめ、その物体生来の特性であり外部照明を必要としないものがある。また、被検物体の色をはじめ背景照明に依存する特性もあり、そうした特性では検知結果が背景照明の特性、例えば個々の波長成分から受け取りうる光学エネルギの量に従い変化することとなりうる。検知、計測される光学特性の一例は光検波器における受光パワーであり、そこには諸波長のエネルギが集積されているので、各波長で光検波器が呈する応答性に見合った電気的応答を発生させることができる。

光源４９５０といった形態で意図的に、被検物体に照明を付加してもよい。実験結果によれば、その照明を背景照明から弁別可能とするには、正弦波、方形波等で同照明の光を変調するのが望ましい。その上で、ロックイン増幅器等の手段を検知部４９２０内の光検波器と併用すれば、その光だけを抽出することができる。

紫外光に比べ短波長なＸ線や、テラヘルツ波その他の光波に比べ長波長なミリメータ波、マイクロ波、ＲＦ（無線周波数）波といった電磁輻射を、検知部４９２０が検知する構成にしてもよい。Ｘ線は被検物体形成物質中に浸透するので、被検物体内部特性、例えば欠陥、異物質遭遇部等の存在を検知するのに適している。光源４９５０としては、被検物体４９６０にＸ線を照射するＸ線源を使用することができる。六自由度センサ４９００を移動させつつ、そのＸ線で欠陥や異物質遭遇部を多方向から観察することにより、被検物体４９６０内に存する欠陥や異物質遭遇部の三次元座標を求めることができる。更に、検知部４９２０を投射部、例えば図１７，図１８中の投射部２７２０と併用し、被検物体表面のうち欠陥補修が必要な部位に光模様を投射する構成にしてもよい。

光源４９５０として電波源を使用し、スペクトラム上で電波域に属するミリメータ波、マイクロ波、ＲＦ波等を発生させるようにしてもよい。その電波源４９５０に発する電波を被検物体４９６０に照射し、同物体４９６０で反射又は散乱された電波を検知部４９２０で受信する、といった具合である。壁その他の物体を透過しその背面に達するような電波を使用してもよい。そうした構成であれば、ＲＦＩＤタグの所在検知等に使用することができる。例えば、工場内に配置されているＲＦＩＤタグ群の位置を六自由度センサ４９００で特定することができる。位置を特定できるのはＲＦＩＤタグ等の物体に限られない。例えば、ハイレベル且つ広帯域な電磁エネルギを発生させる溶接機をはじめ、コンピュータ等の装置に干渉しうるＲＦ波源やマイクロ波源の位置を、六自由度スキャナで特定することができる。

光源４９５０に代え超音波源、検知部４９２０として超音波センサを使用してもよい。超音波センサが光センサに対し優位に立つのは、透明な物体、液体の嵩、高反射面、金属面等を検知する際である。医療分野では、患者身体に対する被観察物の位置関係を特定するのに超音波センサが利用されている。化学的トレーサ成分を検知可能な化学センサを検知部４９２０として使用し、検知した化学的トレーサ成分に係る化学シグネチャを発生させるようにしてもよい。放射性物質の崩壊を検知可能なセンサを検知部４９２０として使用し、被検物体に人身被曝の危険が潜んでいるか否かを調べうるようにしてもよい。表面のテキスチャ、例えば粗さ、波打ち、縒れ等を計測できるように検知部４９２０を構成してもよい。検知部４９２０をプロフィールメータ（粗面計）、ＩＦＭ、共焦点顕微鏡、静電容量計又はこれに類する装置にしてもよい。表面テキスチャの計測に役立つよう六自由度スキャナを構成してもよい。ここでは説明を省いた他種のセンサで他種の物体特性を計測する構成でもかまわない。

図１９Ａに、図１９に示した六自由度センサ４９００と似ているものの、それに備わる検知部４９２２がレンズ４９２３及び感光アレイ４９２４を有する点で異なる六自由度センサの一例４９９０を示す。この例では、センサ４９９０の視野４９４０内にある点４９２６での輻射又は反射を通じエネルギ線４９２５が生じている。このエネルギ線４９２５は、被検物体表面での生起後、センサ４９９０に備わるレンズ４９２３の投射中心４９２７を経て、点４９２８にて感光アレイ４９２４上に到達している。アレイ４９２４側がこれに応答することとなるよう、光源４９５０で被検物体４９６０の表面領域を照明してもよい。こうして被検物体表面上の各点から検知される特性値はその点の三次元座標値、即ち三姿勢自由度、三並進自由度、カメラアセンブリ内カメラ・投射部間位置関係並びにアレイ４９２４・被検物体表面間点対応関係によって点毎に求まる座標値に関連付けられる。検知部４９２２として使用されうるものの一例はサーマルアレイ型のセンサであり、それにより検知された温度値は画素毎に被検物体での表面座標に関連付けられる。

図２０に、座標計測装置及びターゲットスキャナによる物体表面の計測で３個以上の表面データセットを取得する手順５０００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。表面データセットは被検物体表面に存する点の三次元座標を表す三値組のデータであり、その準拠座標系は座標計測装置に関連付けられた装置座標系である。

ステップ５００５では、ボディ、第１再帰反射器、プロジェクタ、カメラ及びスキャナ側プロセッサを有し、そのボディに第１再帰反射器、プロジェクタ及びカメラが堅固に固定されており、且つ座標計測装置に対し機械的に着脱可能なターゲットスキャナを準備する。このステップ５００５で準備されるプロジェクタは、非共線的な構成要素を３個以上有し源面をなす模様光源を用い、非共線的な構成要素を３個以上含む光源光模様を発生させる仕組みである。プロジェクタは、その光源光模様を被検物体上に投射することで同物体上に被写光模様を発生させる。個々の非共線的構成要素は、それに対応する１個又は複数個の表面データセットをもたらしうる。また、このステップ５００５で準備されるカメラは、被写光模様の像を発生させるカメラレンズ及びその像を光模様像として捉える感光アレイを備え、感光アレイに複数個備わるカメラ画素毎に、その光模様像からの受光量を示すディジタル画素データセットが求まる仕組みを採る。

ステップ５０１０では、装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットスキャナの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づき自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備する。また、このステップ５０１０にて、座標計測装置のプロセッサ（装置側プロセッサ）及びスキャナ側プロセッサを、３個以上ある表面データセットそれぞれを並進データセット、姿勢データセット及びディジタル画素データセットに依り又は基づき、且つ互いに協働して求めるように機能構成しておく。

ステップ５０１５では光源光模様を選定する。

ステップ５０２０では光源光模様を被検物体上に投射し被写光模様を発生させる。

ステップ５０２５ではその被写光模様の像を感光アレイで光模様像として捉える。

ステップ５０３０ではその光模様像に係るディジタル画素データセットを取得する。

ステップ５０３５では第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給する。

ステップ５０４０では第２光ビームを第１再帰反射器から受給する。

ステップ５０４５では、並進データセットについては第２光ビームに依り又は基づき並進，姿勢両データセットを計測取得する。

ステップ５０５０では３個以上の非共線的構成要素それぞれに対応し表面データセットを取得する。

ステップ５０５５では表面データセットを保存する。図中の手順５０００はコネクタＡで終端する。

図２１に、図２０中のコネクタＡに続き実行されうる手順５１００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。

ステップ５１０５では接触プローブを被検物体表面に接触させる。

ステップ５１１０では並進，姿勢両データセットを計測取得する。

ステップ５１１５では並進，姿勢両データセットに依り又は基づき第２表面データセットを導出する。

図２２に、図２０中のコネクタＡに続き実行されうる手順５２００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ５２０５では表面データセットを評価する。ステップ５２１０では、被検物体表面のうち接触プローブで計測すべき領域を、表面データセットの評価結果に依り又は基づき使用者に通知する。

図２３に、図２０中のコネクタＡに続き実行されうる手順５３００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ５３０５では第１再帰反射器に模様を組み込む。ステップ５３１０では、第２レンズ及び第２感光アレイを備え、第１再帰反射器又はその一部についての第２像を第２レンズで第２感光アレイ上に発生させる仕組みの第２光学系を準備する。ステップ５３１５では第２像を第２ディジタルデータセットに変換する。ステップ５３２０では第２ディジタルデータセットに依り又は基づき姿勢データセットを算出取得する。

図２４に、座標計測装置及びターゲットセンサで計測し特性値及びその特性値に係る表面データセットを取得する手順５４００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。表面データセットは、座標計測装置に係る座標系たる装置座標系にて、被検物体上の点が占める三次元座標を示す三値組の数値群である。

ステップ５４０５では、ボディ、第１再帰反射器、検知部及びセンサ側プロセッサを有し、そのボディに第１再帰反射器及び検知部が堅固に固定されており、座標計測装置に対し機械的に着脱可能であり、且つ検知部での被検知量に係る特性値を検知可能なターゲットセンサを準備する。

ステップ５４１０では、装置座標系におけるターゲットセンサの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットセンサの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットセンサの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づき自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備する。座標計測装置のプロセッサ（装置側プロセッサ）及びセンサ側プロセッサは、表面データセットについては並進，姿勢両データセットに依り又は基づきつつ、互いに協働して特性値及び表面データセットを求めるように機能構成しておく。

ステップ５４１５では第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給する。

ステップ５４２０では第２光ビームを第１再帰反射器から受給する。

ステップ５４２５では、並進データセットについては第２光ビームに依り又は基づきつつ、並進データセット及び姿勢データセットを計測取得する。

ステップ５４３０では表面データセットを取得する。

ステップ５４３５では特性値を検知する。

ステップ５４４０では表面データセット及び特性値を保存する。手順５４００はコネクタＢにて終端する。

図２５に、図２４中のコネクタＢに続き実行されうる手順５５００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ５５０５では第１再帰反射器に模様を組み込む。

ステップ５５１０では、第２レンズ及び第２感光アレイを備え、模様付の第１再帰反射器又はその一部についての第２像を第２レンズで第２感光アレイ上に発生させる仕組みの光学系を準備する。

ステップ５５１５では第２像を第２ディジタルデータセットに変換する。

ステップ５５２０では第２ディジタルデータセットに依り又は基づき姿勢データセットを算出取得する。

図２６に、第１ターゲットプロジェクタで第１光模様を投射することで座標計測装置使用者に第１情報を提供する手順５６００の構成諸ステップを、フローチャートによって示す。

ステップ５６０５では、ターゲットプロジェクタ座標系を伴うと共にボディ、第１再帰反射器及び投射部を有し、そのボディに第１再帰反射器及び投射部が堅固に固定されており、座標計測装置に対し機械的に着脱可能であり、且つ立体的な被検物体への投射で三次元光模様と化す二次元光模様を投射可能な第１ターゲットプロジェクタを準備する。

ステップ５６１０では、装置座標系と関連付けられており、装置座標系における第１ターゲットプロジェクタの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系における第１ターゲットプロジェクタの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、第１ターゲットプロジェクタの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づきつつも自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備する。

ステップ５６１５では第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給する。

ステップ５６２０では第２光ビームを第１再帰反射器から受給する。

ステップ５６２５では、並進データセットについては第２光ビームに依り又は基づきつつ、並進，姿勢両データセットを計測取得する。

ステップ５６３０では、被検物体上での位置、被検物体上での位置の組合せ、その動きで方向を指し示す模様、１個又は複数個の文字、数字若しくは記号を含むメッセージ、隠れ要素、物体特性計測の結果、モデルにした特性、表面特性の拡大表示、ある規則に従い意味づけされている模様、或いは又はその組合せのなかから、搬送すべき第１情報を選定する。

ステップ５６３５では第１情報に対応する第１光模様を決定する。

ステップ５６４０では第１光模様を保存する。

ステップ５６４５では並進，姿勢両データセットに依り又は基づき第１光模様を投射部から被検物体上に投射する。この手順５６００はコネクタＣにて終端する。

図２７に、図２６中のコネクタＣに続き実行されうる手順５７００の構成ステップをフローチャートによって示す。ステップ５７０５では、座標計測装置で計測を行っている間も、第１ターゲットプロジェクタが第１光模様を被検物体上に投射し続ける。

図２８に、図２６中のコネクタＣに続き実行されうる手順５８００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ５８０５では第３再帰反射器を有する第２ターゲットプロジェクタを準備する。ステップ５８１０では第１光ビームを第３再帰反射器へと送給する。ステップ５８１５では第２光ビームを第３再帰反射器から座標計測装置へと返戻する。

図２９に、図２６中のコネクタＣに続き実行されうる手順５９００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ５９０５では模様を第１再帰反射器に組み込む。ステップ５９１０では第２光学系を準備する。ステップ５９１５では第２像を第２ディジタルデータセットに変換する。ステップ５９２０では第２ディジタルデータセットに依り又は基づき姿勢データセットを算出取得する。

図３０に、図２６中のコネクタＣに続き実行されうる手順６０００の構成諸ステップをフローチャートによって示す。ステップ６００５ではスピーカ付の第１ターゲットプロジェクタを準備する。ステップ６０１０では搬送すべき第２情報を選定する。ステップ６０１５では第２情報に対応する第１オーディオメッセージを決定する。ステップ６０２０では第１オーディオメッセージをスピーカ経由で発行する。

図３１に、座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体表面を調べ計測により表面データセット複数個を取得する手順６１００の構成諸ステップを、フローチャートによって示す。表面データセットは被検物体表面に存する点の三次元座標を表す三値組のデータであり、その準拠座標系は座標計測装置に関連付けられた装置座標系である。

ステップ６１０５では、ボディ、模様付第１再帰反射器、プロジェクタ、カメラ及びスキャナ側プロセッサを有し、そのボディに第１再帰反射器、プロジェクタ及びカメラが堅固に固定されており、且つ座標計測装置に対し機械的に着脱可能なターゲットスキャナを準備する。プロジェクタは、非共線的な構成要素を複数個有し源面をなす模様光源を用い、非共線的な構成要素複数個からなる光源光模様を発生させる仕組みである。プロジェクタは、その光源光模様を被検物体上に投射することで同物体上に被写光模様を発生させる。個々の非共線的構成要素は、それに対応する１個又は複数個の表面データセットをもたらしうる。カメラは、被写光模様の像を発生させるカメラレンズ及びその像を光模様像として捉える第１感光アレイを備え、第１感光アレイに複数個備わるカメラ画素毎に、その光模様像からの受光量を示すディジタル画素データセットが求まる仕組みを採る。

ステップ６１１０では、装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットスキャナの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに第２光ビームに依り又は基づき自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能で、しかも第２レンズ及び第２感光アレイを有する第２光学系が備わる座標計測装置を準備する。この装置は、例えば、第１再帰反射器又はその一部についての第２像が第２レンズの働きで第２感光アレイ上に生じたときに、その第２像を第２ディジタルデータセットに変換し、その第２ディジタルデータセットに依り又は基づき姿勢データセットを算出取得する、という仕組みを採る。座標計測装置のプロセッサ（装置側プロセッサ）及びスキャナ側プロセッサは、複数個ある表面データセットそれぞれを並進データセット、姿勢データセット及びディジタル画素データセットに依り又は基づき、且つ互いに協働して求めるように機能構成しておく。

ステップ６１１５では光源光模様を選定する。

ステップ６１２０では光源光模様を投射し被検物体上に被写光模様を発生させる。

ステップ６１２５ではその被写光模様の像を感光アレイで光模様像として捉える。

ステップ６１３０ではその光模様像に係るディジタル画素データセットを取得する。

ステップ６１３５では第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給する。

ステップ６１４０では第２光ビームを第１再帰反射器から受給する。

ステップ６１４５では第２光ビームに依り又は基づき並進，姿勢両データセットを計測取得する。

ステップ６１５０では非共線的構成要素それぞれに対応し表面データセットを取得する。

ステップ６１５５では表面データセットを保存する。

図３２に、座標計測装置及びターゲットスキャナで被検物体表面を計測し複数個の表面データセットを取得する手順６２００の構成諸ステップを、フローチャートによって示す。表面データセットは被検物体表面に存する点の三次元座標を表す三値組のデータであり、その準拠座標系は座標計測装置に関連付けられた装置座標系である。

ステップ６２０５では、ボディ、第１再帰反射器、プロジェクタ、カメラ及びスキャナ側プロセッサを有し、そのボディに第１再帰反射器、プロジェクタ及びカメラが堅固に固定されており、且つ座標計測装置に対し機械的に着脱可能なターゲットスキャナを準備する。プロジェクタは、非共線的な構成要素を複数個有し源面をなす模様光源を用い、非共線的な構成要素を複数個有する光源光模様を発生させる仕組みである。プロジェクタは、その光源光模様を被検物体上に投射することで同物体上に被写光模様を発生させる。個々の非共線的構成要素は、それに対応する１個又は複数個の表面データセットをもたらしうる。カメラは、被写光模様の像を発生させる第１レンズ及びその像を光模様像として捉える第１感光アレイを備え、第１感光アレイに複数個備わるカメラ画素毎に、その光模様像からの受光量を示すディジタル画素データセットが求まる仕組みを採る。

ステップ６２１０では、装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットスキャナの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットスキャナの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビームを送給すること、その一部分である第２光ビームを第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づきつつも自装置のプロセッサで並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備する。座標計測装置のプロセッサ（装置側プロセッサ）及びスキャナ側プロセッサは、複数個ある表面データセットそれぞれを並進データセット、姿勢データセット及びディジタル画素データセットに依り又は基づき、且つ互いに協働して求めるように機能構成しておく。

ステップ６２１５では光源光模様を選定する。

ステップ６２２０では光源光模様を投射して被検物体上に被写光模様を発生させる。

ステップ６２２５ではその被写光模様の像を感光アレイで光模様像として捉える。

ステップ６２３０ではその光模様像に係るディジタル画素データセットを取得する。

ステップ６２３５では第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給する。

ステップ６２４０では第２光ビームを第１再帰反射器から受給する。

ステップ６２４５では、並進データセットについては第２光ビームに依り又は基づきつつ、並進，姿勢両データセットを計測取得する。

ステップ６２５０では非共線的構成要素それぞれに対応し表面データセットを取得する。

ステップ６２５５では表面データセットを保存する。

以上、例示的な実施形態を参照しつつ本発明につき説明したが、いわゆる当業者には自明な通り、それら実施形態の構成要素については、本発明の技術分野を逸脱することなく様々な変更、様々な均等物置換を施すことができる。また、本願で教示されている事項については、個別の状況、個別の素材に対処するに当たり、本発明の技術的範囲を逸脱することなく様々な改変を施すことができる。このように、本発明は、そもそも、その実施に最適なベストモードとして記述されている個別の実施形態に限定されるものではなく、寧ろ別紙特許請求の範囲で定義されている技術的範囲に収まる実施形態全てを包含するものである。更に、第１、第２等々の用語は順序や重要性を示すものではなく、構成要素同士を区別する趣旨で使用されている。同様に、単複の明示がなくても単数に限定されるわけではなく、参照される事物が少なくとも１個存在していればよい。

Claims (18)

1. 被検物体表面（２７６０，４９６０）上の点が装置座標系で占める三次元座標を表す三値組の表面データセットを、特性値と関連付けつつ且つその特性値と併せ、その装置座標系に係る座標計測装置（１０）及びターゲットセンサ（４９００，４９９０）での計測により取得する方法（５４００）であって、
   ボディ（４９１４）、第１再帰反射器（２７１０，４９１０）、検知部（４９２０，４９２２）及びセンサ側プロセッサ（１５８４）を有し、そのボディに第１再帰反射器及び検知部が堅固に固定されており、座標計測装置に対し機械的に着脱可能であり、且つ検知部での被検知量に係る特性値を検知可能なターゲットセンサを準備するステップ（５４０５）と、
   第１再帰反射器に模様を組み込むステップ（５５０５）と、
   装置座標系におけるターゲットセンサの状態を三並進自由度に亘り表す数値群たる並進データセット、並びに装置座標系におけるターゲットセンサの状態を三姿勢自由度に亘り表す数値群たる姿勢データセットに関し、ターゲットセンサの空間的な位置及び姿勢を十分特定可能な結果が得られるように計測可能であると共に、第１再帰反射器に第１光ビーム（４９８４）を送給すること、その一部分である第２光ビーム（４９８６）を第１再帰反射器から受給すること、並びに並進データセットについてはその第２光ビームに依り又は基づきつつ自装置のプロセッサ（１５１０，１５２０，１５９０，１６００，１５３０〜１５３６，１５４０，１５６０，１５６５，１５７０）で並進，姿勢両データセットを求めることが可能な座標計測装置を準備するステップ（５４１０）と、
   表面データセットについては並進データセット及び姿勢データセットに依り又は基づきつつ、特性値及び表面データセットを互いに協働して求めるよう、座標計測装置のプロセッサたる装置側プロセッサ及びセンサ側プロセッサを機能構成するステップ（５４１０）と、
   第２レンズ及び第２感光アレイを有し、第１再帰反射器の模様又はその一部を含む第２像を第２レンズの働きで第２感光アレイ上に発生させる光学系を、準備するステップ（５５１０）と、
   第１光ビームを座標計測装置から第１再帰反射器へと送給するステップ（５４１５）と、
   第２光ビームを第１再帰反射器から受給するステップ（５４２０）と、
   第２光ビームに依り又は基づき並進データセットを計測取得するステップ（５４２５）と、
   第１再帰反射器の模様又はその一部を含む第２像を第２感光アレイ上に発生させるステップと、
   第２像を第２ディジタルデータセットに変換するステップ（５５１５）と、
   第２ディジタルデータセットに依り又は基づき姿勢データセットを算出取得するステップ（５５２０）と、
   表面データセットを導出するステップ（５４３０）と、
   特性値を検知するステップ（５４３５）と、
   表面データセット及び特性値を保存するステップ（５４４０）と、
   を有する方法。
2. 請求項１記載の方法であって、座標計測装置を準備するステップが、更に、第１軸（２０）周りで第１回動角に亘る回動を発生させる第１モータ（２１２５）、第２軸（１８）周りで第２回動角に亘る回動を発生させる第２モータ（２１５５）、第１回動角を検知する第１角度計（２１２０）、第２回動角を検知する第２角度計（２１５０）、座標計測装置から第１再帰反射器までの距離たる第１距離を計測する距離計（１６０，１２０）、第２光ビーム又はその一部分を受光し自検出器上でのその受光位置を示す第１信号を発生させる位置検出器（１５１）、並びに第１信号に依り又は基づき第２信号を第１モータ、第２信号を第２モータに送り両モータを協働させることで第１光ビームの方向を調整し再帰反射器の空間的位置寄りに差し向ける制御システム（１５２０，１５３０，１５４０，１５５０）を有する座標計測装置を準備するステップを含み、更に、取得した並進データセット、取得した姿勢データセット、ターゲット座標系における検知部の位置、並びに被検物体に係る物体座標系と装置座標系との間の変換関係に依り又は基づき、被検物体表面にある点の三次元座標を導出するよう装置側プロセッサを機能構成する方法。
3. 請求項１記載の方法であって、表面データセットを導出する際、ターゲットセンサ又は座標計測装置で座標計測を実行した結果に依り又は基づく方法。
4. 請求項１記載の方法であって、表面データセットを導出する際、
   装置座標系・被検物体座標系間変換関係を特定し、
   装置座標系に対しＣＡＤモデル又は三次元計測による被検物体データの位置を揃え、
   位置を揃えた被検物体データ上に座標計測装置からベクトル（４９２２）を投射し、
   表面データセットを抽出する方法。
5. 請求項４記載の方法であって、表面データセットを導出する際、座標計測装置で３個以上の表面座標を計測することで装置座標系・被検物体座標系間変換関係を導出する方法。
6. 請求項１記載の方法であって、
   特性値を検知するステップが、更に、複数通りの特性値を検知するステップを含み、
   並進，姿勢各データセットを取得する際、当該複数通りの特性値に対応するよう当該並進及び姿勢データセットを都合複数通り取得し、
   表面データセットを導出する際、複数通りの表面データセットを導出し、
   表面データセット及び特性値を保存する際、複数個の表面データセット及び特性値を保存する方法。
7. 請求項１記載の方法であって、特性値を検知する際、温度、超音波特性値、電磁波特性値、化学特性値、表面テキスチャ値又はその組合せに該当する特性値を検知する方法。
8. 請求項７記載の方法であって、更に、電磁輻射源又は超音波源に該当する照明源で被検物体を照明するステップを有する方法。
9. 請求項７記載の方法であって、特性値を検知する際、被検物体に接触中の温度センサを検知部として使用し特性値として同被検物体の第１温度値を検知する方法。
10. 請求項７記載の方法であって、特性値を検知する際、センサたる非接触式温度センサで被検物体の第１温度値を特性値として検知する方法。
11. 請求項１０記載の方法であって、特性値を検知する際、赤外線温度センサで温度値を検知する方法。
12. 請求項１０記載の方法であって、
    特性値を検知する際、投射中心及びそこを通る光軸を伴う第１レンズと、自画素の画素ベクトルが第１レンズの投射中心及び光軸に対し固定的な第１センサ画素を複数個有する第１センサアレイと、を備える第１センサアレイアセンブリを使用することで、被検物体表面に対する画素ベクトルの交差で定まる被検物体側の画素相応位置における被検物体の温度を都合複数通り検知し、
    表面データセットを導出する際、複数通りの特性値に係る都合複数通りの表面データセットを導出し、
    表面データセット及び特性値を保存する際、表面データセット及び特性値をいずれも複数通り保存する方法。
13. 請求項７記載の方法であって、特性値を検知する際、電磁波の振幅又はパワーを電磁波特性値として検知する方法。
14. 請求項７記載の方法であって、特性値を検知する際、電磁波の波長又は周波数を電磁波特性値として検知する方法。
15. 請求項１２記載の方法であって、特性値を検知する際、無線周波数波、マイクロ波、ミリメータ波、テラヘルツ波又はその組合せに該当する電磁波の振幅又はパワーを検知する方法。
16. 請求項７記載の方法であって、特性値を検知する際、可視光、赤外光、紫外光又はその組合せに該当する電磁波に係る電磁波特性値を検知する方法。
17. 請求項１６記載の方法であって、特性値を検知する際、その電磁波特性値として光学パワー又は表面反射率を検知する方法。
18. 請求項１記載の方法であって、
    ターゲットセンサを準備する際、そのボディに堅固に固定された第２再帰反射器を準備し、
    座標計測装置による計測を通じ並進及び姿勢データセットを取得する際、座標計測装置からの第１光ビームで第２再帰反射器が捕捉されるようターゲットセンサを回動させる方法。