JP2017516105A - アナログ信号を用いた角度エンコーダのロバストなインデクス補正 - Google Patents

Abstract

角度エンコーダインデクスマークの基準補正値を見つける方法を提供する。角度エンコーダが、第１読取ヘッド、第２読取ヘッド及びパターン付要素を有し、前記パターン付要素がインクリメンタルマーク群及びインデクスマークを有する。第１時点では、第１読取ヘッドがインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドが第１アナログ信号を生成する。第２時点では、第１読取ヘッドがインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドが第２アナログ信号を生成する。プロセッサは、第１アナログ信号及び第２アナログ信号に少なくとも部分的に基づき基準補正値を決定する。

Description

（関連出願への相互参照）
本願は２０１４年５月１２日付米国仮特許出願第６１／９９１９３０号に基づく優先権主張を伴うものであり、その全内容がこの参照を以て本願に繰り入れられるものとする。

本願で開示している主題は、三次元（３Ｄ）座標計測装置例えばレーザスキャナ、レーザトラッカ又はトータルステーションにおけるインクリメンタル角度エンコーダの使用に関する。この種の装置ではターゲット、例えば再帰反射器等の協調ターゲットや物体の拡散散乱面等の非協調ターゲットへと光ビームがステアリングされる。この装置内の距離計はその物体までの距離を計測し、角度エンコーダは装置内にある２本のアクスルの回動角を計測する。計測された距離及び二通りの角度からは、装置内のプロセッサでそのターゲットの３Ｄ座標を求めることができる。

本願ではレーザスキャナの場合を説明するが、レーザトラッカやトータルステーションへの拡張は、本件技術分野に習熟した者（いわゆる当業者）にとり明白である。レーザスキャナは、通常、閉空間又は開空間例えば建屋、産業施設及びトンネルの内部を走査するのに使用される。レーザスキャナには数多くの用途があり、それには産業用途や事故再現用途が含まれる。レーザスキャナは、そのスキャナを取り巻く空間内の物体を代表するデータポイントの捕捉を通じ、その空間内の物体を光学的に走査及び計測するのに使用することができる。それらのデータポイントは、それらの物体上に光ビームを送ってその反射光又は散乱光を集め、それにより距離、二通りの角度（即ちアジマス角及びゼニス角）及び付加的にはグレイスケール値を求めることで得られる。この生走査データは収集、格納された上でプロセッサ又はプロセッサ群に送られ、それにより被走査エリア又は物体を示す三次元画像が生成される。その画像を生成するため、個々のデータポイントに関し少なくとも三通りの値が集められる。その三値は距離及び二通りの角度であることもまた変換値例えばｘ，ｙ，ｚ座標であることもある。

角度エンコーダは、２本ある回動軸周りで回動角二通りを計測するのに使用される。ある種の角度エンコーダはディスク及び１個又は複数個の読取ヘッドを有する。その一例は、回動するシャフトにディスクを固定し、その回動シャフトに対し静止している部分に１個又は複数個の読取ヘッドを固定したものである。インクリメンタルエンコーダとして知られている種類の角度エンコーダでは、そのディスクが、同ディスク上に中心がある円に沿い等間隔で密配置された一群のインクリメンタルエンコーダラインを有する。加えて、インクリメンタルエンコーダは、インデクスマークとしても知られる基準マーク、例えば１本の線又はより込み入ったパターンを有するそれも有する。ディスクの各角度位置を判別可能なパターンを有するアブソリュートエンコーダと違い、インクリメンタルエンコーダはそうした角度位置情報を提供せず、寧ろ、インデクスマークから受け取った信号に基づく初期化と組み合わせた、インクリメンタルラインのシリアル計数に依拠している。

インクリメンタルラインの位置を示す信号及びインデクスマークの位置を示す信号は、ディスク付近に置かれた１個又は複数個の読取ヘッドによりもたらされる。ある種の構成では、この読取ヘッドが光ビームを送出し、ディスクがその光ビームを１個又は複数個の光検知器へと反射させ、光検知器では受け取った光を電気信号へと変換する。他種の構成では、読取ヘッドが光ビームを送出し、ディスクがその光ビームを透過させ、裏側にある１個又は複数個の光検知器がそれを受光する。大抵の構成では、角度エンコーダにより、ライン間の角度間隔に比べかなり微細な補間値に角度が分解される。

Precision Spindle Metrology, Eric Marsh, DEStech Publications, Inc., 2007, pages 1-7

ある種の３Ｄ座標計測装置では、インデクスマークが、その装置に対する回動シャフトの絶対角度位置を画定する目的でも使用される。そうした構成では、インデクスパルスにより示される絶対角度が経時変化したか否か、例えば機械的衝撃の結果として経時変化したか否かを知ることが必要になる。

このように、既存の３Ｄ座標計測装置がその想定用途向けに相応しいものであるところ、本発明の諸実施形態に係る確とした諸特徴を有する３Ｄ座標計測装置が必要とされている。

本発明の一態様に係る方法は、角度エンコーダインデクスマークに関し基準補正値を得る方法である。本方法は、パターン付要素及び読取ヘッドアセンブリを有し、その読取ヘッドアセンブリが第１読取ヘッド及び第２読取ヘッドを有し、そのパターン付要素がインデクスマーク及び複数個のインクリメンタルマークを有する、角度エンコーダを準備するステップと、プロセッサを準備するステップと、第１時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第１アナログ信号を生成するステップと、第２時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第２アナログ信号を生成するステップと、第１アナログ信号及び第２アナログ信号に少なくとも部分的に基づきプロセッサにより基準補正値を決定するステップと、を有する。

上記その他の特徴及び効果については、図面と併せ以下の説明からより明らかになろう。

本願明細書の末尾にある特許請求の範囲では、本発明と目される主題が具体的に指摘され且つ明白に規定されている。上述のものを含め本発明の特徴及び効果は、別紙図面と併せ以下の詳細な説明から明らかである。

本発明の一実施形態に係るレーザスキャナの斜視図である。 レーザスキャナの側面図であり計測方法が描かれている。 レーザスキャナの光学的、機械的及び電気的構成諸要素の模式図である。 図１のレーザスキャナのアジマス角度エンコーダ及びベアリングを示す縦断面図である。 図１のレーザスキャナのゼニスミラーアセンブリ、モータ、エンコーダ及びベアリングの縦断面図である。 エンコーダディスク上のラインを示す図である。 ２個の読取ヘッド及びエンコーダディスクを示す図である。 ２個の読取ヘッド及びエンコーダディスクを示す図である。 ２個の読取ヘッド及びエンコーダディスクを示す図である。 エンコーダ中心に対し上下に偏倚した読取ヘッドを有するエンコーダの模式図である。 エンコーダ中心に対し側方に偏倚した読取ヘッドを有するエンコーダの模式図である。 エンコーダラインの中心が回動中心とは別の点にあるエンコーダの模式図である。 図１０のエンコーダに関し、２個ある読取ヘッドそれぞれに係る相対的分数化誤差並びにそれら２個の読取ヘッドの平均に係る相対的分数化誤差を３６０°に亘りプロットした図である。 図１０のエンコーダに関し、読取ヘッドの相対分数化誤差の半値差分を３６０°に亘りプロットした図である。 そのエンコーダの離心に対するインデクスマークの位置が特定されるエンコーダの模式図である。 インデクス単位ベクトル及び離心ベクトルがなす角を示す図である。 エンコーダインデクスマークの位置が経時変化する際、図１１のスキャナで生じうる問題を示す図である。 エンコーダインデクスマークの位置が経時変化する際、図１１のスキャナで生じうる問題を示す図である。 複数通りのエンコーダ読取値に基づき角度補正値を決定する方法を示すフローチャートである。 ステアリングミラーをある速度で回動させた場合に関し、図１のスキャナから発せられる照射光のパターンを示す図である。 ステアリングミラーを別の速度で回動させた場合に関し、図１のスキャナから発せられる照射光のパターンを示す図である。 ステアリングミラーを更に別の速度で回動させた場合に関し、図１のスキャナから発せられる照射光のパターンを示す図である。 ある照射光パターンに関し、図１のスキャナの受光器で受光された光学パワーを示す図である。 別の照射光パターンに関し、図１のスキャナの受光器で受光された光学パワーを示す図である。 スキャナの反射プリズムにより反射された光に依拠し角度補正値を決定する方法を示すフローチャートである。

本詳細説明では、図面を参照し例示を以て本発明の諸実施形態並びに長所及び特徴を説明する。

本発明は、その装置内にある２個以上のインクリメンタル（増分型）角度エンコーダにより求まる方向の物体へと光ビームを送る、３Ｄ座標計測装置に関する。本発明の諸実施形態によれば、経時的に安定な絶対インデクス（指標）位置を得る方法が提供される。

本明細書が光ビームをターゲット（物標）へとステアリング（駆動）する多様な種類の３Ｄ座標計測装置に適用可能であるところ、以下に示す例でレーザトラッカやトータルステーションではなくレーザスキャナ（レーザ走査器）が参照されているのは、前者への拡張がいわゆる当業者にとり自明であるからである。

まず、図１〜図５に、そのレーザスキャナ２０を取り巻く環境を光学的に走査及び計測するレーザスキャナ２０を示す。本レーザスキャナ２０は計測ヘッド２２及びベース（基部）２４を有している。計測ヘッド２２は、本レーザスキャナ２０を縦軸２３周りで回動させうるようベース２４上に実装されている。本実施形態では、その計測ヘッド２２内に、縦軸２３及び横軸２５周り回動の中心たるジンバル点２７がある。計測ヘッド２２はロータリミラー（回動ミラー）２６を有しており、これは横軸２５周りで回動させることができる。縦軸周り回動は例えばベース２４の中央周りの回動である。語「縦軸」、「横軸」は直立姿勢をとっているスキャナを基準にしている。３Ｄ座標計測装置が横倒しや上下逆で稼働されることもありうるため、混乱を避けるべく、語「アジマス軸」、「ゼニス軸」をそれぞれ語「縦軸」、「横軸」に置き換えてある。語「パン軸」を「縦軸」の代わりに用いることもできる。

計測ヘッド２２には、更に、例えば照射光ビーム３０を発する電磁輻射放射器例えば発光器２８が設けられている。本実施形態における照射光ビーム３０はコヒーレント光例えばレーザビームである。このレーザビームは約３００〜１６００ｎｍ域内の波長、例えば７９０ｎｍ、９０５ｎｍ、１５５０ｎｍ、或いは４００ｎｍ未満の波長を有するものにするとよい。より長い波長や短い波長を有する他の電磁輻射ビームも用いうることを認識されたい。照射光ビーム３０は、例えば正弦波又は方形波で振幅又は強度変調されている。照射光ビーム３０は発光器２８によりロータリミラー２６上に向けて発せられ、そこで周囲環境へと方向転換される。反射光ビーム３２は物体３４によりその周囲環境から反射されてくる。その反射光又は散乱光はロータリミラー２６にて中途捕捉され受光器３６に差し向けられる。照射光ビーム３０、反射光ビーム３２の方向は、それぞれ、ロータリミラー２６、計測ヘッド２２の軸２５，２３周り角度位置に由来している。これらの角度位置は、翻って、それぞれ少なくとも１個のエンコーダを有する、対応するロータリドライブに依存している。

発光器２８及び受光器３６にはコントローラ３８が接続されている。コントローラ３８は、多数の計測点Ｘに関し相応個数の距離ｄ、即ちレーザスキャナ２０と物体３４上の諸点Ｘとの間の距離ｄを求める。個々の点Ｘまでの距離は空気中での光速、即ち本装置から物体上の点Ｘへと電磁輻射が伝搬する速度に少なくとも部分的に基づき導出される。本実施形態では、レーザスキャナ２０・点Ｘ間位相シフトを導出及び評価することで距離計測値ｄを得るようにしている。

空気中での光速はその空気の特性、例えば気温、気圧、湿度及び二酸化炭素濃度に依存する。これらの空気特性はその空気の屈折率ｎに影響する。空気中での光速は真空中での光速ｃを屈折率で除したものに等しい。言い換えればｃ_air＝ｃ／ｎである。本願で述べる種類のレーザスキャナは空気中での光の伝搬時間（その光が本装置から物体へと伝搬しそこから本装置へと戻る往復時間）に依拠している。光（或いは各種の電磁輻射）の伝搬時間に依る距離計測手法はその空気中での光速に依存するので、三角測量に依る距離計測手法とは容易に区別される。三角測量ベースの手法では、ある特定の方向に沿い光源から光が投射され、その上で、ある特定の方向に沿いカメラ画素上で光が中途捕捉される。カメラ・プロジェクタ間の距離を知り且つ投射角を受光角とマッチさせることで、この三角測量手法にて、三角形をなす一通りの既知長さ及び二通りの既知角度に基づき物体までの距離を導出することが可能となる。従って、三角測量手法は空気中での光速に直接的には依存しない。

本レーザスキャナ２０を取り巻く空間の走査は、軸２５周りでロータリミラー２６を速やかに回動させつつ軸２３周りで計測ヘッド２２をゆっくり回動させることにより実行されるので、アセンブリがスパイラルパターンに従い動くことになる。本実施形態ではロータリミラーが５８２０ｒｐｍなる最高速度で回動する。こうした走査にあっては、ジンバル点２７により局所固定基準系の原点が規定される。ベース２４はこの局所固定基準系にて静止している。

本スキャナ２０は、ジンバル点２７から物体上の点Ｘまでの距離ｄの計測に加え、受光パワーに関わるグレイスケール情報の収集も行える。このグレイスケール値は、例えば、受光器３６内で帯域通過濾波及び増幅された信号を、その物体上の点Ｘに割り当てられている計測周期に亘り積分することで、求めることができる。

計測ヘッド２２が、本レーザスキャナ２０に一体化された表示装置４０を有していてもよい。その表示装置４０が図１に示すグラフィカルタッチスクリーン４１、即ちオペレータがパラメタを設定すること又は本レーザスキャナ２０の動作を開始させることを可能にするスクリーン４１を有していてもよい。例えば、スクリーン４１が、オペレータが本装置に計測命令を与えられるようにするユーザインタフェースを有していてもよいし、同スクリーンに計測結果を表示させるようにしてもよい。

本レーザスキャナ２０はキャリイング構造４２を有しており、この構造４２により、計測ヘッド２２用の骨格、並びに本レーザスキャナ２０の構成要素を取り付けるためのプラットフォームが形成されている。本実施形態ではキャリイング構造４２が金属例えばアルミニウムで形成されている。キャリイング構造４２は横桁部材４４を有しており、その横桁部材４４は相対向する一対の壁４６，４８を有している。壁４６，４８は互いに平行であり、ベース２４とは逆の方向に延びている。シェル５０，５２はその壁４６，４８に連結されており、レーザスキャナ２０の構成諸要素を覆っている。本実施形態では、シェル５０，５２がプラスチック素材例えばポリカーボネート又はポリエチレンで形成されている。シェル５０，５２は、壁４６，４８と協働し、本レーザスキャナ２０用のハウジングを形成している。

シェル５０，５２上、壁４６，４８とは逆の側には、対応するシェル５０，５２を部分的に覆う一対のヨーク５４，５６が配されている。本実施形態では、ヨーク５４，５６を十分に耐久性のある素材例えばアルミニウムで形成することにより、輸送及び動作の途上におけるシェル５０，５２の保護を助けている。ヨーク５４，５６はそれぞれ第１アーム部５８を有しており、このアーム部５８はベース２４に隣ずる個所でファスナ等により横桁４４に連結されている。各ヨーク５４，５６に係るこのアーム部は、横桁４４から個別のシェル５０，５２の外隅まで斜めに延びている。そのシェルの外隅からは、同シェルの側縁に沿い同シェルの逆側の外隅までヨーク５４，５６が延びている。各ヨーク５４，５６は、更に、壁４６，４８へと斜めに延びる第２アーム部を有している。ヨーク５４，５６を横桁４４、壁４６，４８及びシェル５０，５２に複数個所で連結可能なことを認識されたい。

それら一対のヨーク５４，５６は、その中に２個のシェル５０，５２が配される凸状空間の輪郭を協働して形成している。本実施形態では、ヨーク５４，５６の協働でシェル５０，５２の外縁がいずれも覆われており、またそれらシェル５０，５２の上縁及び下縁のうち少なくとも一部分の上に上側及び下側のアーム部が張り出している。これは、輸送及び動作中の損傷からシェル５０，５２及び計測ヘッド２２を保護する上で有益である。実施形態によっては、ヨーク５４，５６が更なる特徴を有すること、例えば本レーザスキャナ２０の運搬を容易化するハンドルやアクセサリ用のアタッチメントポイント等を有することもあろう。

横桁４４の上部にはプリズム６０が設けられている。このプリズムは壁４６，４８に対し平行に延びている。本実施形態では、プリズム６０がキャリイング構造４２の一部として一体形成されている。実施形態によっては、プリズム６０が、横桁４４に連結された別体構成要素とされる。ミラー２６が回動しているときには、照射光ビーム３０がそのミラー２６の働きで回動毎に横桁４４及びプリズム６０側に差し向けられる。電子部品例えば受光器３６に非線形性があるため、距離計測値ｄは信号強度例えば輝度に依存し、また例えば温度に依存する。本実施形態では、距離補正値が、被計測点までの距離及び被計測点から戻ってくる光の輝度の関数（恐らくは非線形関数）として本スキャナ内に格納される。プリズム６０がジンバル点２７から既知距離に存するので、プリズム６０で反射された光の輝度レベル計測値を他の被計測点に係る距離計測値の補正に使用することができ、それにより環境変数例えば温度の補償が可能になる。本実施形態では、距離補正値の調整がコントローラ３８により実行される。後に詳述する他の実施形態では、更に、本装置２０の静止位置に対するエンコーダインデクスマークの動きを補正する手段がこのプリズムにより提供される。

ベース２４は、本願出願人によるものであり本願にその全体が繰り入れられる国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／００３２６３号に記載の如く、スイベルアセンブリ（図示せず）に連結されている。このスイベルアセンブリはキャリイング構造４２内に収容されており、軸２３周りで計測ヘッド２２を回動させうるよう構成されたモータを有している。

補助画像捕捉装置６６は、被走査空間又は被走査物体に係るパラメタを捕捉及び計測し、画像捕捉エリアに亘り被計測量を表す信号を生成する装置とすることができる。補助画像捕捉装置６６は、これに限られたものではないが、パイロメータ（高温計）、サーマルイメージャ、電離放射線検知器又はミリ波検知器とすることができる。

本実施形態ではカメラ（第１画像捕捉装置）１１２がスキャナ内に位置しており、例えば本３Ｄスキャナ装置のそれと一致する光軸をそのカメラ１１２が有している。本実施形態では第１画像捕捉装置１１２が計測ヘッド２２内に統合されており、照射光ビーム３０及び反射光ビーム３２のそれと同じ光路に沿い画像を捕捉しうるようその装置１１２が配されている。本実施形態では、発光器２８からの光１１７が固定ミラー１１６で反射され、ダイクロイックビームスプリッタ１１８まで伝搬し、そのスプリッタ１１８でロータリミラー２６側へと反射される。ダイクロイックビームスプリッタ１１８は光１１７の波長と異なる波長を透過させる。例えば、発光器２８が近赤外レーザ光（例えば７８０ｎｍ又は１１５０ｎｍの波長を有する光）のそれなら、ダイクロイックビームスプリッタ１１８を、赤外レーザ光を反射させる一方で可視光（例．４００〜７００ｎｍの波長）を透過させるよう構成するとするとよい。実施形態によっては、光がビームスプリッタ１１８を透過するかそれともそこで反射するかの別が、その光の偏向状態に依存する。ディジタルカメラ１１２は、色データを捉えて被走査画像に付加するため被走査エリアの２Ｄ写真画像を撮影する。３Ｄ走査装置のそれと一致する光軸を有する内蔵型カラーカメラの場合、そのスキャナのステアリング機構を単純に調整すること、例えば軸２３周りでアジマス角を調整し軸２５周りでミラー２６をステアリングすることで、カメラビューの方向を容易に求めることができる。

図１には、それぞれ図４，図５に現る２個の断面Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂの位置が示されている。図４のアセンブリ４００は、計測ヘッド２２の縦軸２３周り運動に関わる諸要素を有している。本実施形態では、ベース２４を実装構造例えば三脚に取り付けるのにネジ穴１５が利用される。シャフト４１０はそのベース２４に対し静止しており、ベアリング４１２Ａ，４１２Ｂの片側に接している。シャフト４１０は中空の中心部４１１を有しており、スリップリング４３０の第１部分４３２へと電気信号を運ぶ電気ケーブル４２０がその中に通されている。構造要素４４０，４４２及び横桁４４は、ベアリング４１２Ａ，４１２Ｂとの接触を介し、ベース２４に対し縦軸２３周りで回動する。これら回動要素の動きはワームギア４６４に接するワームドライブ４６２によってもたらされる。スリップリング４３０の第２部分４３４もベースに対し回動する。スリップリング内電気的接触を通じ、第２部分４３４が第１部分４３２に対し回動しているときも電気的接続性を保つことができる。エンコーダ４５０はエンコーダディスク４５２及び読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂを有している。電気信号は回路基板４５６と読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂとの間でやりとりされる。

図６に、エンコーダディスクの一例として、実装孔６１２を設けることが可能な円形ガラス要素６１０を有し、一群のインクリメンタルライン（増分線）６２０及びインデクスマーク（指標マーク）６３０がその円形ガラス要素上に印刷されているディスク４５２を示す。本実施形態では、それらのラインが、フォトリソグラフィプロセスを用いクロムでガラス上に印刷されている。図４の断面にあっては、エンコーダディスク４５２が、ベース２４に対し静止している内コア４１０に連結されている。本実施形態では、エンコーダディスク４５２が接着剤例えば紫外線硬化セメントで内コアに取り付けられている。本実施形態では、オシロスコープ上の直交電気信号例えばリサージュパターンをなす信号を読みつつエンコーダディスクを軽く叩く（tapping：タップする）ことで、同ディスクの固定に先立ち同ディスクが回動シャフト上に芯決めされる。

読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂは、構造４００のうち、ベース２４に対し回動する部分に取り付けられている。本実施形態では、読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂに発する光ビームがエンコーダディスク４５２上のライン、即ちインクリメンタルライン６２０及びインデクスマーク６３０等のラインによって反射される。この反射光は読取ヘッド上の光検知器によって受光される。これに応じ、それら光検知器からの電気信号が、ベース２４に対し回動する構成要素に係る角度読取値を得るべく電子回路により処理される。角度読取値を得るのには、インクリメンタルライン由来の読取値とインデクスマーク由来の読取値との組合せを用いる。本件技術分野で既知のある手法では、インデクスマークからの反射に応じ読取ヘッドのうち１個で発生した電気信号により、インクリメンタルラインから得られるインクリメンタルな信号の両読取ヘッドによる計数が開始される。その電子回路内には、回動方向が時計回りかそれとも反時計回りかを判別する手段が設けられる。言い換えれば、インクリメンタルラインの総計数本数が増えているのかそれとも減っているのかを判別する手段が設けられる。インクリメンタルライン１本がある量の角度変化に相当しているので、インクリメンタルなその角度変化を計数本数に乗ずることで、任意の所与時点におけるディスク４５２の回動角を求めることができる。大抵の場合は、ある種の角度エンコーダに関し回動角計測値の分解能が１μｒａｄ未満となるよう、インクリメンタルライン間を補間する手段が設けられる。

大抵の場合、インデクスマーク由来の信号は本装置２０への給電再開後に得られる。その後は、インデクスマーク由来の信号をそれ以上要求することなく本装置２０が計数本数を監視する。通常は、２個の読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂそれぞれにインクリメンタルラインの計数を開始させる信号を、それら２個の読取ヘッドのうち一方のみからのインデクスマーク由来信号を用い生成する。言い換えれば、本装置２０への給電が開始され初期計測タスクが完遂されたときに、エンコーダディスクが読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂに対し図７Ａの如き位置にあったとする。本装置２０は読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂを図７Ｂの位置、即ち読取ヘッド４５４Ａがインデクスライン上を通る位置まで回動させる。これにより、２個の読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂにインクリメンタルライン計数を開始させる電気信号が生成される。本実施形態では、読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂから得られるインクリメンタルライン読取値を互いに平均化することで、平均インクリメンタル読取値が求められる。大抵の構成では、図７Ｃの如くインデクスマークが読取ヘッド４５４Ｂを通過する際にそのヘッド４５４Ｂから得られる電気信号が無視され、同じく上側読取ヘッド４５４Ａにおける爾後のインデクスパルス由来信号読取値が無視される。

上掲の議論ではエンコーダ４５０が２個の読取ヘッドを有している。場合によっては、エンコーダに３個以上の読取ヘッドを設け、それらからのデータを更に処理することで更に高い精度を得るようにしてもよい。例えば、エンコーダディスクを巡り１２０°間隔で３個の読取ヘッドを配するとよい。それら３個の読取ヘッドからのインクリメンタルな読取値を互いに平均化すればよい。同様に、エンコーダディスクを巡り９０°間隔で４個の読取ヘッドを配し、それらからのインクリメンタル読取値を互いに平均化してもよい。後述する手法は、いわゆる当業者には明白な通りこれらの場合へも拡張することができる。

図５は図１中の断面Ｂ−Ｂを示す図である。図５にその断面を示すミラードライブアセンブリ５００は、ロータ５１０、モータアセンブリ５２０及び角度エンコーダ５４０を有している。ロータ５１０はロータリミラー５１２、ホルダ５１４、ハウジング５１６及びエンドプレート５１８を有している。モータアセンブリ５２０はシャフト５２２、ベアリング５２４Ａ，５２４Ｂ、ロータ５２６、ステータ５２８及びエンクロージャ５３０を有している。シャフト５２２はハウジング５１６に固定されている。本実施形態では、ロータ５２６がシャフト５２２に取り付けられた永久磁石であり、ステータ５２８が、電気的に変動する場により駆動されシャフト５２２を回動させる界磁巻線である。ベアリング５２４Ａ，５２４Ｂはシャフト５２２の回動に関し低摩擦接触を実現する。角度エンコーダ５４０はディスク５４２、読取ヘッド５４４Ａ，５４４Ｂ、回路基板５４６及びディスクハウジング５４８を有している。シャフト５２２はディスクハウジング５４８に固定されており、これを通じエンコーダディスク５４２が保持されている。読取ヘッド５４４Ａ，５４４Ｂは回路基板５４６に取り付けられており、回動軸２５に対し静止している。読取ヘッド５４４Ａ，５４４Ｂ及びエンコーダディスク５４２は、図４の諸要素に関し説明したのと同じ要領でシャフト５２２の回動角を求めうるように協働する。

ディスク４５２が回動シャフト上に完全に芯決めされていない場合、諸インクリメンタルエンコーダライン６２０が収束する点は、その上にディスク４５２が実装されるアクスルの回動中心とは異なる点になる。エンコーダラインの中心と回動の中心とに現るこの差異を、実装されているエンコーダの離心と呼ぶことにする。エンコーダ離心に係る誤差を排除する手法の一つは、図７Ａ〜図７Ｃに示す如く１８０°隔たる２個の読取ヘッド４５４Ａ，４５４Ｂを用いることである。これら３枚の図に示されているディスクは、それらの図でのインデクスマーク位置から分かる通り、互いに異なる角度位置にある。この手法について以下説明する。

名目上１８０°隔たる２個の読取ヘッドを有するエンコーダでは、完全整列時に、諸エンコーダラインの収束先たるエンコーダ中心点が、その上にエンコーダディスクが実装されるアクスルの回動中心と一致し、それら読取ヘッドがその回動中心周りで均等間隔を呈する。

第１（読取ヘッド）不完全整列状況では、エンコーダ中心点はディスクの回動中心と一致するけれども、読取ヘッドが回動中心から見て上方、下方又は側方に偏倚（シフト）している。第２（芯決め）不完全整列状況では、それら２個の読取ヘッドは回動中心周りで均等間隔を呈するけれども、エンコーダ中心点が回動中心と一致していない。これら二通りの不完全整列状況についてこれから説明する。

図８に第１（読取ヘッド）不完全整列状況、特に読取ヘッドが上方又は下方に偏倚している状況を示す。エンコーダ８００はエンコーダディスク８１０を有しており、そのディスク８１０は、図示しない他の多くのインクリメンタルラインに加えエンコーダライン８２０Ａ，８２０Ｂ，８２５Ａ，８２５Ｂを有している。エンコーダライン８２０Ａ，８２０Ｂ，８２５Ａ，８２５Ｂはエンコーダ中心点８１５へと収束しており、この状況ではその点８１５がアクスルの回動中心８０５と一致している。エンコーダ８００は読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂを有しており、それらはそれぞれ回動中心８１５より上方、下方に置かれている。明瞭性を勘案し、図８では、ディスク８１０の寸法に対するインクリメンタルラインの相対寸法並びに読取ヘッドの相対偏倚を大きく誇張してある。

読取ヘッド８３０Ａは回動中心８０５の真上に位置しており、読取ヘッド８３０Ｂは回動中心８０５の真下に位置している。読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂはそれぞれ読取ヘッド位置８３５Ａ，８３５Ｂにてエンコーダラインを読み取る。読取ヘッド８３０Ａがエンコーダライン８２０Ａを読み取るのと同時に、読取ヘッド８３０Ｂはエンコーダライン８２５Ａを読み取る。別の時点では、読取ヘッド８３０Ａがエンコーダライン８２０Ｂを読み取るのと同時に、読取ヘッド８３０Ｂがエンコーダライン８２５Ｂを読み取る。隣り合うエンコーダライン同士がなす角度は３６０°をライン総数で除したものに等しい。例えば、インクリメンタルエンコーダラインの本数が４０９６なら、隣り合うエンコーダライン同士がなす角度は３６０°／４０９６＝０．０８７８９°に等しい。各読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂにより計測される隣接インクリメンタルエンコーダライン間角度は、それら読取ヘッドが回動中心８１５から上方又は下方に同じ距離に存していなくても同一になる。

図９に第１（読取ヘッド）不完全整列状況、特に読取ヘッドが側方に偏倚している状況を示す。エンコーダ９００はエンコーダディスク８１０を有しており、そのディスク８１０は、図示しない他の多くのインクリメンタルラインに加えエンコーダライン９１０，９２０を有している。エンコーダライン９１０，９２０はエンコーダ中心点８１５へと収束しており、この状況ではその点８１５がアクスルの回動中心８０５と一致している。エンコーダ８００は読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂを有しており、それらは回動中心８０５の同一側に置かれている。明瞭性を勘案し、図９では、ディスク８１０の寸法に対するインクリメンタルラインの相対寸法並びに読取ヘッドの相対偏倚を大きく誇張してある。

読取ヘッド８３０Ａは位置８３７Ａにてエンコーダライン９２０を読み取り、読取ヘッド８３０Ｂは位置８３７Ｂにてエンコーダライン９１０を読み取る。回動中心８０５の真上にある点に対するエンコーダライン９２０の角度はａ₁である。回動中心８０５の真下にある点に対するエンコーダライン９１０の角度はその逆方向にａ₂である。読取ヘッド８３０Ａ及び８３０Ｂによる読取値を平均化すると、角度読取値は（ａ₁−ａ₂）／２だけ変化するであろう。もしａ₁＝ａ₂なら、角度読取値には、読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂの側方相対移動による変化は生じないであろう。

図９の読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂのうち一方が他方の読取ヘッドより大きく側方に偏倚していても、読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂを回動中心８０５と結ぶ１本の直線の位置としてそれらの偏倚を捉えるならば、それら２個の読取ヘッドが相等しい側方偏倚を呈しているものと解することができる。一方の読取ヘッドのそうした付加的側方偏倚の総影響は、従って、２個の読取ヘッドに係る三種類の個別動作の組合せ、即ち側方偏倚、上下方偏倚、並びに読取ヘッド同士を結ぶ直線に対するディスクの付加的な回動の組合せとして理解することができる。側方偏倚の影響と上下方偏倚の影響は、上述の通りエンコーダ読取値を平均化すると相殺される。残留回動の影響は、本スキャナへの給電を開始するたびにインデクス読取値の変化により捕捉される。

言い換えれば、ベアリングランナウトが回動間で割合に一定である限り、２個の読取ヘッドを使用することで平均角度読取値の変化、特にベアリングランナウトに応じた読取ヘッドの動きに由来する変化が排除される。ベアリングランナウトの影響については精密計測手法、例えばこの参照を以て本願に繰り入れられる非特許文献１に記載のそれを用い特徴付けすることができる。同文献で説明されている通り、ベアリングランナウトには同期的なものと非同期的なものがある。同期誤差はアクスルの回動毎に反復する。非同期誤差は回動間で幾ばくか変動する。一対の機械式ローラベアリングが少なくとも１０ｃｍほど分離されており且つ相応なプレロードがそれらベアリングに加えられているのであれば、通常は、同期的なベアリングランナウトと非同期的なベアリングランナウトの組合せによりもたらされる角度ランナウト変動が最高でも数アーク秒を上回ることはなかろう。

他方、より長期間の間や厳しい条件の下では、読取ヘッドやエンコーダディスクの位置によりダイナミックな変動が生じうる。これが生じうる道筋の一つは、読取ヘッドを保持する機械的構造が動くことである。これは、例えば、機器が落下する等して厳しい衝撃を受け、ネジその他の取付機構が偏倚した場合に生じうる。ディスク及び読取ヘッドの相対位置に長期的変化が生じうる他の道筋は、それらの実装先たるアクスル上でベアリングが偏倚すること、例えばエンコーダディスクを接合している接着剤内での偏倚の結果としてベアリングが偏倚することである。

上述した第２（芯決め）不完全整列状況では、２個ある読取ヘッドが回動中心周りで均等間隔を呈するけれども、エンコーダ中心点が回動中心と一致していない。この第２不完全整列状況を図１０に示す。エンコーダ１０００はエンコーダディスク８１０を有しており、そのディスク８１０は、図示しない他の多くのインクリメンタルラインに加えエンコーダライン８２０Ａ，８２０Ｂ，８２５Ａ，８２５Ｂを有している。エンコーダライン８２０Ａ，８２０Ｂ，８２５Ａ，８２５Ｂはエンコーダ中心点８１５に収束しており、この状況ではその点８１５がアクスルの回動中心８０５と異なっている。エンコーダ８００は読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂを有しており、それらはそれぞれ回動中心８１５の上方、下方に置かれている。明瞭性を勘案し、図１０では、ディスク８１０の寸法に対するインクリメンタルラインの相対寸法並びに読取ヘッドの相対偏倚を大きく誇張してある。

読取ヘッド８３０Ａは回動中心８０５の真上に位置しており、読取ヘッド８３０Ｂは回動中心８０５の真下に位置している。回動中心８０５から読取ヘッド計測位置８３５Ａまでの距離はｄ₂であり、回動中心８０５から読取ヘッド計測位置８３５Ｂまでの距離もｄ₂である。回動中心８０５からエンコーダライン８１５の中心までの距離はｄ₁である。８１５を中心とし読取ヘッド位置８３５Ａにてエンコーダライン８２０Ａ・８２０Ｂ間に引かれている弧の長さは（ｄ₂−ｄ₁）（２π／Ｎ）に等しい。エンコーダライン８２０Ａ・８２０Ｂにおけるアクスルの回動中心８０５周り実回動角は、それら２本のエンコーダライン間にある弧の長をその回動点からの距離で除したもの、即ち（ｄ₂−ｄ₁）（２π／Ｎ）／ｄ₂である。この回動角の規定値は、回動中心８０５がエンコーダラインの中心に対し整列しているときの値２π／Ｎである。従って、エンコーダライン８２０Ａ・８２０Ｂでのエンコーダ読取値の誤差は２π／Ｎー（ｄ₂−ｄ₁）（２π／Ｎ）／ｄ₂＝（２π／Ｎ）（ｄ₁／ｄ₂）となる。言い換えれば、この位置では、それら２本のエンコーダラインがなす角度が実際より大きく見える。一般的な状況では、エンコーダ角読取値における差分誤差ｄεがｄε＝（ｄ₁／ｄ₂）ｄθになるよう、エンコーダライン８２０Ａ・８２０Ｂがなす角度２π／Ｎを角度差分ｄθと表すことができる。下側の読取ヘッド８３０Ｂに関しては、上記の通り実行されたそれに類する計算で、２本のエンコーダライン８２５Ａ・８２５Ｂ間の誤差が上側の読取ヘッドに係る誤差を負にしたもの即ち−（２π／Ｎ）（ｄ₁／ｄ₂）になることが分かる。下側の読取ヘッド８３０Ｂに係る対応する差分誤差はｄε＝−（ｄ₁／ｄ₂）ｄθとなる。エンコーダライン８１５の中心が回動中心８０５の真左又は真右にある場合、この差分誤差はｄε＝０となる。任意角度θにおける差分エンコーダ誤差は、ｄε（θ）＝（ｄ₁／ｄ₂）ｃｏｓ（θ）ｄθの如く、角度に応じ正弦波的に変動する。角度θにおける総誤差εは、この差分誤差を積分してε（θ）＝（ｄ₁／ｄ₂）ｓｉｎ（θ）を得ることで求まる。この例では、角度θのゼロ点を上側のエンコーダ８３０Ａの位置としてある。図１１に、０〜３６０°のエンコーダ角に亘り、読取ヘッド８３０Ａに係る分数化角度誤差を曲線１１１０で、また読取ヘッド８３０Ｂに係る分数化角度誤差を曲線１１２０で示す。ここでいう分数化角度誤差は、誤差ｄε（θ）を最大誤差ｄ₁／ｄ₂で除したもののことである。

この参照を以て繰り入れられるところの非特許文献１で説明されている通り、ベアリングを有するアクスル上に実装されている角度エンコーダの角度読取値は、周期（同期）成分と非周期（非同期）成分とに分解することができる。周期成分は３６０°毎に反復するが非周期成分は反復しない。最大の誤差成分は、ほとんどいつも、３６０°毎に１回現れる一次周期成分である。この一次誤差は、図１０及び図１１との関連で説明した離心効果によるものである。また、図１１中の曲線１１３０は２個の読取ヘッドの平均読取値である。図示の通り誤差１１３０は０である。

図１２に、読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂでの読取値における半値差分の一次周期成分を捉えることで得た正弦波を示す。読取ヘッドがある角度位置にあるときには、読取ヘッドのうち第１のもの例えば８３０Ａにより、インデクスマーク例えば図１３のインデクスマーク１３２０に由来の信号が受信されよう。図１２には、このインデクスマークが観測される角度位置が直線１２２０で示されている。

曲線１２１０が０値であるとき、図１０中の読取ヘッド８３０Ａは直線連結点８１５及び８０５の上方にありそれらに対し垂直である。この情報に基づきベクトル図たる図１４を描くことができる。８１５に発し８０５に至るベクトルは離心ベクトル１４２０であり角度誤差最大値に対応している。この離心ベクトルに対するインデクスマークの方向は図１２の１２２０から分かる。角度θは、読取ヘッド８３０Ａ，８３０Ｂでの角度読取値の差分の一次周期成分を採取すること、またそれら読取値を３６０°周期の整数倍に亘り平均化することで計算することができる。この場合、離心ベクトル１４２０は、システムへの給電開始に応じ読み取られたインデクスマークを基準にしたものとなる。或いは、角度θを実エンコーダ読取値に基づくものとし、角度読取値の差分の一次周期成分を抽出しないようにしてもよい。それら実エンコーダ読取値が複数回の回動に亘り十分に安定な場合には、一次成分を抽出せずとも、図１４のそれとほとんど同一のベクトル図が実現される。

ある種の３Ｄ計測装置では、照射光ビームの角度位置を絶対的な意味で知ること、即ち装置の静止部分に対する光ビームの角度位置を知ることが重要となる。図１のスキャナでは、本スキャナから発せられた光ビームの絶対方向に対する回動ミラー２６の角度を知ることが重要である。このミラーは横軸２５中心の全円に光ビームを差し向けるので、３６０°の半量角度即ち１８０°だけベース２４周りで計測ヘッド２２を回動させることにより、縦軸２３を中心に全３６０°を捉えることができる。これを実行するため、個々の掃引光円（即ち縦面内に存する円）に係る収集済データを前部と後部に分割する。前部は本スキャナの真上にある位置で始まり本スキャナの前へと動く。後部は本スキャナの真上にある位置で始まりスキャナの後へと動く。重要なことは、前部と後部が軸２３の線に沿って区分されることである。

前部及び後部が軸２３の線に沿い区分されていない場合、収集済データに不連続性が発生しかねない。例えば、この誤差により、図１５Ｂの如く壁上にマーキングされている文字「Ａ」が、図１５Ａの如く不連続性を有するスキャナデータへと再構成されかねない。

レーザビームが軸２３にぴったり揃って送られるようなミラー２６の位置を特定するため、通常は工場にて、補償手順が実行される。そうした手順のうちあるものでは、はっきりした輪郭を有する物体が壁上に置かれる。エンコーダ５４０側のインデクスマークに対する軸２３のインデクスマークの位置が、当該はっきりした輪郭を掃引光面（縦面）の前半で見たときと後半で見たときとの不連続性を最小化することで決定される。

本スキャナにより発せられた光ビームの絶対方向に対する回動ミラー２６の角度を知ることが重要なもう一つの理由は、重力ベクトルに対する計測済３Ｄ座標の位置を正しく求めることにある。図１のスキャナ２０には、重力ベクトルに対する本スキャナ２０の向きを求めるための２軸傾斜計、いわゆる水準器を組み込むことができる。この既知な向きにより、スキャナ基準座標系にて収集された３Ｄ座標を重力基準座標系へと変換することができる。この手法が適正に働くのは、軸２３に対する照射光ビームの位置を本スキャナが知っている場合のみである。

多くの場合、エンコーダディスクは、紫外光にさらされると迅速に硬化する接着剤でアクスルその他の構造に取り付けられる。エンコーダディスクは、読取ヘッドによる電気信号を読み取りながら同ディスクを軽く叩くことで位置決めされる。多くの場合、それら電気信号をオシロスコープに送り、表示されたリサージュパターンに基づきこの調整を実行する。適正に整列したら、そのディスク上に紫外光を照射し始め同ディスクを迅速にその場に固定させる。

この接着剤には熱膨張係数があるので、回動中心に対しディスクが僅かに偏倚する可能性がある。そのため、様々な作動環境で、インデクス単位ベクトル１４１０に対し離心ベクトル１４２０が僅かに偏倚することとなりうる。より重要なのは、機械的衝撃による動き又は破壊に対し、接着剤による取付が機械的な（例．ネジによる）取付に比べ敏感なことである。そうした動きや破壊は、計測ヘッド２２に対するインデクスラインの位置に変化をもたらしうる。

ディスクの離心における偏倚がインデクスラインの絶対位置に悪影響を与えないようにする途の一つは、図１６の手順１６００に従うことである。ステップ１６０５では、初期手順に従い、第１群のインクリメンタルエンコーダ読取値を２個以上の読取ヘッドから得、また読取ヘッドのうち１個から第１インデクスマークのそれを得る。本実施形態ではこの手順を工場で実行する。ステップ１６１０では、少なくとも部分的に第１群のインクリメンタルエンコーダ読取値に基づき第１離心ベクトルを求める。ステップ１６１５では、少なくとも部分的に第１インデクスマーク読取値に基づき第１インデクスベクトルを求める。ステップ１６２０では、第１離心ベクトル及び第１インデクスベクトルがなす第１角度を求める。この角度は図１４に示した初期角度θに相当する。ステップ１６２５では、後続手順に従い、第２群のインクリメンタルエンコーダ読取値を２個以上の読取ヘッドから得、また第２インデクスマーク読取値を読取ヘッドのうち１個から得る。本実施形態では、この手順を本スキャナ２０への給電再開のたびに実行する。ステップ１６３０では、少なくとも部分的に第２群のインクリメンタルエンコーダ読取値に基づき第２離心ベクトルを求める。ステップ１６３５では、少なくとも部分的に第２インデクスマーク読取値に基づき第２インデクスベクトルを求める。ステップ１６４０では、第２離心ベクトル及び第２インデクスベクトルがなす第２角度を求める。ステップ１６４５では、第２角度・第１角度間の差分に少なくとも部分的に基づき角度補正値を決定する。ステップ１６５０では、物体上の複数個の点までの距離及びそれらの点に対する二通りの角度を本スキャナで計測する。ステップ１６５５では、それら複数個ある点それぞれについて、距離、二通りの角度及び角度補正値に少なくとも部分的に基づき３Ｄ座標を求める。言い換えれば、インデクスパルスの絶対位置の変化を、エンコーダ離心における偏倚と、照射光の方向の算出結果に適用される補正とに基づき求める。

本スキャナの相続く給電サイクルに亘りこの補正値が一見して安定でない場合、それは、本スキャナ内で何かが緩んできたことの表れであるかもしれない。その場合、本スキャナを修理に回せばよい。

図１６の手法では、エンコーダ計測値を用い、エンコーダ離心の変化と、インデクスマーク信号に対する照射光の位置における対応する偏倚とを検知している。これから検討する第２の手法では、本スキャナ２０上のプリズムターゲット６０に送られた光を直に計測することで、エンコーダ上のインデクスマークの位置を補正する。

上述の通り、本実施形態ではスキャナ２０がスパイラルパターンに従い光線を発し、その光が横軸２５周りでは迅速、縦軸２３周りでは緩慢に移動する。従って、平坦壁に射突する光が、それぞれ図１７Ａ，図１７Ｂ，図１７Ｃに示す如く真っ直ぐな途切れのない縦線１７１０，１７４０，１７７０に沿い伝わるように見えうる。本実施形態では、ミラー２６を横軸周りで一定速度で回動させ、その回動速度をオペレータが選定できるようにしている。オペレータは、計測点当たり積分期間を選定することもできる。回動速度と計測点当たり積分期間との組合せで計測点間隔が定まる。ミラー２６の回動を遅めにし且つ積分期間を短めにした場合、計測点１７１０同士の間隔は図１７Ａに示す如く小さめになる。より迅速に回動している図１７Ｂや更に迅速に回動している図１７Ｃでは、計測点１７３０同士の間隔や計測点１７６０間の間隔が相応に大きくなる。

物体３４更にはミラー２６で反射された光が光学系を通って受光器３６に入射すると、その入射光に応じた受光器電気信号が発生する。本実施形態では、それぞれ図１８Ａ，図１８Ｂに示す如くほぼ一定な信号１８１０，１８６０となる。図１８Ａ中の時刻１８２０・１８３０間積分期間１８１５は、図１８Ｂ中の時刻１８７０・１８７５間積分期間１８６５より短い。本実施形態では、時刻１８２０，１８３０，１８７０，１８７５を判別できるよう変調が用いられており、その変調光が本スキャナにより発せられプリズム６０で反射され受光器３６により受光されている。

図１８Ａ又は図１８Ｂ中の基準位置は、図５及び図１３の角度エンコーダ５４０の位置に対応している。それら、基準位置１８２０，１８７０に対応するエンコーダ５４０の角度位置は、一方又は双方の読取ヘッド５４４Ａ，５４４Ｂでの読取値に基づくものとしうる。エンコーダディスクを３６０°に亘り回動させれば、基準位置及びインデクスマーク１３２０に係る角度読取値が得られよう。例えば、基準位置１８２０，１８７０が図１３に示したエンコーダディスクに相応する位置なら、それら二者間のインクリメンタルラインの本数を計数しそれに部分的に依拠することで、読取ヘッド５４４Ａの位置とインデクスマーク１３２０の位置との間の角度差を求めることができる。インデクスマークが読取ヘッドで受かった時刻をそれら受光信号例えば１８２０，１８３０と比較することで、インデクスマークに係る絶対位置を画定することができる。

全体的な手順をフローチャートたる図１９に示す。ステップ１９０５では、ミラーを回動させて第１受光器信号及び第１インデクスマーク角を得る初期手順を実行する。第１インデクスマーク角は３６０°に亘るミラー回動中のある時点で計測される。ステップ１９１０では、第１受光器信号に対応する第１エンコーダ角を求める。これは、受光器信号に沿い一群の点に関し角度読取値を得、然る後にそれら角度読取値を補間して基準位置（例えば１８２０又は１８７０）に係る角度を得ることで、実行することができる。ステップ１９１５では、第１エンコーダ角と第１インデクスマーク角との差分たる第１角度間隔を求める。本実施形態では工場にて第１角度間隔を求める。これに後続する手順は、インデクスマーク絶対位置の動きを検知し、もたらされる誤差を補正するために実行される。本実施形態では、この手順を装置への給電再開のたびに実行する。ステップ１９２０では、当該後続手順に従い、ミラーを回動させ、それに応じ第２受光器信号及び第２インデクスマーク角を得る。ステップ１９２５では、第２受光器信号に少なくとも部分的に基づき第２エンコーダ角を求める。ステップ１９３０では、第２エンコーダ角と第２インデクスマーク角との間の第２角度間隔を求める。ステップ１９３５では、第２角度間隔・第１角度間隔間の差分に少なくとも部分的に基づき角度補正値を求める。ステップ１９４０では、物体上に複数個ある点それぞれに関し、３Ｄ計測装置により距離及び二通りの角度を計測する。ステップ１９４５では、それらの点それぞれに関し、それら距離、二通りの角度及び角度補正値に少なくとも部分的に基づき３Ｄ座標を求める。

上述したインデクスマーク絶対位置導出手法は、（１）計測されたエンコーダ離心誤差を基準としたエンコーダ位置の導出、並びに（２）スキャナプリズムから受光した反射信号を基準としたエンコーダインデクスマーク位置の導出を孕んでいる。次に第３のインデクスマーク絶対位置導出手法を示す。この第３手法では、少なくとも２個の読取ヘッドに、アナログ信号に加えディジタル信号を生成する能力を持たせる。このアナログ信号はときとして正弦／余弦信号又はＡ／Ｂ信号と称される信号であり、この信号によりエンコーダライン間補間の途が提供される。本実施形態では、インデクスマークが第１読取ヘッドを通過するとき、第１読取ヘッドがディジタル信号を出力し、それと同時に第２読取ヘッドがアナログ信号を生成する。一般に、インデクスマークの絶対位置の動きは、２本の隣り合うエンコーダライン間の角度間隔に比し少量だけ、変化するものと期待される。工場内補償時には、インデクスマークが第１読取ヘッドを通過する時点での第２読取ヘッドでのアナログ読取値が記録される。後刻、本スキャナへの給電が断たれた後に再び給電が再開される際に、この手順が反復される。完全に安定なシステムなら、工場内補償時における第２読取ヘッドでのアナログ読取値と、後の対装置給電再開時に得られる第２読取ヘッドでのアナログ読取値とが、厳密に同一になる。実際には、これらアナログ値が両状況間で僅かに異なるのが普通である。こうした値の差を使用することで、インデクスマーク絶対位置のあらゆる動きを算入することができる。

単純な例として、エンコーダディスクが３６０本のエンコーダラインを有していてそれらが１°ずつ隔たっている例を考えよう。（実際には、エンコーダライン間の角度間隔は１°よりかなり小さいのが普通である。）アナログ信号を０．０１°単位で正確に補間できるとしよう。給電を開始すると、インデクスマーク由来の基準信号が第１読取ヘッドにより検知されるまでモータが回る。エンコーダディスクは、初回読取時には、暫しその基準マークに対し位置が揃った状態に保たれる。この位置では、第１読取ヘッドによって０．００°なる角度が読み取られよう。第２読取ヘッドでの読取値は約１８０°になるはずであるが、エンコーダがインクリメンタルエンコーダであるので、第１読取ヘッド・第２読取ヘッド間にあるエンコーダラインの本数が分からない。例えば、インデクスマーク・第２読取ヘッド間に１７９本のエンコーダラインがあるかもしれないし１８１本のエンコーダラインがあるかもしれない。ただ、本スキャナ上のエンコーダ及びベアリングは比較的安定である。従って、工場内補償時における第２エンコーダ読取値と、本スキャナへの給電再開後のエンコーダ読取値と、の間の差分は、エンコーダライン同士の間隔より小さい違いにしかならないものと期待される。例えば、第１読取ヘッドでの読取値が０．００°であるときには第２読取ヘッドでの読取値が１８０．２３°等となりうる。この場合、０．２３°なる読取値が、どの回の給電再開でもほぼ同じになること並びに初期補償より後に得られる値に整合することが期待される。

第２読取ヘッドで読まれる値がエンコーダラインでの値に比べ僅かに小さかったり多かったりしうることを、認識することが重要である。例えば、第２読取ヘッドでのアナログ読取値が仮に１７９．９８だとしたら、この変化分が、１８０．２３なる初期値に対するａｂｓ（１８０．２３−１７９．９８）＝０．２５°分の動きを反映しているものと期待されよう。合理的なルールは、第２エンコーダでのアナログ読取値に係る値をａｂｓ（最新読取値−初期読取値）≦０．５ｈとなるよう選択することである；但し、初期読取値とは初期工場内補償時に得られた第２エンコーダ読取値であり、ｈは隣り合うエンコーダライン間の角度間隔である。第２読取ヘッドに関し読取値が得られた後は、それらを第１読取ヘッドでの読取値、この例では０．００と平均化する。そのため、第２読取ヘッドが１８０．２３°なる値を呈する一方で第１読取ヘッドが０．００°なる読取値を呈する例では、（０．００＋０．２３）／２＝０．１１５°なる補正値がもたらされることとなろう。平均化演算を実行するのは、ご理解頂けるように、２個ある読取ヘッドでのインデクス読取値の等価値を平均化することで一定の絶対インデクス位置がもたらされるからである。

３個以上の読取ヘッドでこの手法を使用することも可能である。前掲の例でいえば三通りの読取値が互いに平均化されることになる。例えば、インデクスマークが第１読取ヘッド下にあるときのそれら三通りの読取値が初期的に０．００，０．９５，０．２２であり（０．００＋０．９５＋０．２２）／３＝０．３９なる絶対インデクス位置がもたらされるものとしよう。その次の読取値が０．００，０．１１，０．９７であるとしよう。値０．１１は、０．９５なる初期計測値に対しｈ／２の範囲内に収まるよう、ｈを加算することで１．１１に補正される。値０．９７は、０．２２なる初期計測値までｈ／２未満となるよう、ｈを減算することで−０．０３に補正される。こうして補正された三通りの値を平均化することで、（０．００＋１．１１−０．０３）／３＝０．３６なる絶対インデクス（基準）位置が得られる。

いわゆる当業者には自明な通り、本発明の諸態様はシステム、方法、コンピュータプログラム製品のいずれとしても具現化できる。従って、本発明の諸態様は、全ハードウェア実施形態、全ソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等々を含む）、ソフトウェア・ハードウェア混成実施形態のいずれの形式をも採り得、本願ではそれらをいずれも「回路」、「モジュール」、「ユニット」、「システム」等と通称している。更に、本発明の諸態様を、その上にコンピュータ可読プログラムコードが組み込まれた１個又は複数個のコンピュータ可読媒体で実現されるコンピュータプログラム製品の形態にしてもよい。

１個又は複数個のコンピュータ可読媒体の任意な組合せを使用することができる。そのコンピュータ可読媒体はコンピュータ可読信号媒体でもコンピュータ可読保存媒体でもよい。コンピュータ可読保存媒体とは、例えば、これに限られたものではないが、電子、磁気、光学、電磁、赤外又は半導体のシステム、装置又はデバイス、或いはそれらの任意且つ好適な組合せのことである。コンピュータ可読媒体の具体例（非排他的なリスト）には、１本又は複数本のワイヤの導電接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、イレーザブルプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記録装置、磁気記録装置、或いはそれらの任意且つ好適な組合せ等が含まれる。本願の文脈でいうコンピュータ可読保存媒体は、命令実行システム、装置又はデバイスにより又はそれとの関連で使用されるプログラムが内蔵又は格納された、どのような有形媒体であってもよい。

コンピュータ可読信号媒体には、コンピュータ可読プログラムコードが組み込まれた伝搬データ信号、例えばベースバンドに属するものや搬送波の一部をなすものが含まれうる。その伝搬信号は、これに限られたものではないが、電磁、光学又はその任意且つ好適な組合せを含め、多々ある形態のいずれをも採りうる。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読保存媒体以外で命令実行システム、装置又はデバイスにより又はそれとの関連で使用されるプログラムを伝達、伝搬又は搬送することが可能な、どのようなコンピュータ可読媒体でもよい。

コンピュータ可読媒体に組み込まれるプログラムコードは、これに限られたものではないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦ等々又はそれらの任意且つ好適な組合せを含め、任意且つ適切な媒体で送信するとよい。

本発明の諸態様に係る動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、オブジェクト指向プログラミング言語例えばＪａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ（登録商標）、Ｃ＋＋又はそれに類するもの並びに在来の手続き型プログラミング言語例えば「Ｃ」プログラミング言語又はそれに類するプログラミング言語を含め、一種類又は複数種類のプログラミング言語の任意な組合せで記述することができる。このプログラムコードは、全面的にレーザスキャナ上で、部分的にレーザスキャナ上で、スタンドアロンソフトウェアパッケージとして、部分的にレーザスキャナ上且つ部分的に接続先コンピュータ上で、部分的にレーザスキャナ上且つ部分的にリモートコンピュータ上で、或いは全面的にリモートコンピュータ又はサーバ上で、実行されるようにすることができる。後者のシナリオ中、リモートコンピュータのレーザスキャナへの接続はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含め任意種類のネットワークを介することができ、或いはその接続を（例えばインターネットサービスプロバイダを利用しインターネット経由で）外部レーザスキャナとの間に形成することができる。

本発明の諸態様について、本発明の諸実施形態に係る方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート表現及び／又はブロック図を参照して説明してきた。ご理解頂けるように、それらフローチャート表現及び／又はブロック図を構成する個々のブロック並びに当該フローチャート表現及び／又はブロック図を構成するブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令群により実現することができる。

それらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置に備わるプロセッサでそれらの命令を実行すると、フローチャート及び／又はブロック図中のブロック又はブロック群で特定されている機能／動作の実現手段が生成されるよう、汎用コンピュータ、専用コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置に備わるプロセッサに対しマシン構築向けに供給するとよい。これらのコンピュータプログラム命令は、また、フローチャート及び／又はブロック図中のブロック又はブロック群で特定されている機能／動作を実現する命令群が組み込まれた産品が、そのコンピュータ可読媒体内に格納されている命令群によってもたらされるよう、コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置又はその他のデバイスに指令し特定形態で機能させることが可能なコンピュータ可読媒体内に格納するとよい。

本願では、「プロセッサ」の語が、これに限られるものではないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）デバイス及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）デバイスを含め、あらゆる種類の処理デバイスを包含する趣旨で使用されている。これらのデバイスは、計測機（例．スキャナ）内に組み込んでもよいし、或いは外部コンピュータ内に組み込んでもよい。

また、コンピュータプログラム命令群を、コンピュータその他のプログラマブルデータ処理装置又はその他のデバイス上にロードし、一連の動作ステップをそのコンピュータその他のプログラマブル装置又はその他のデバイス上で実行させることで、フローチャート及び／又はブロック図中のブロック又はブロック群で特定されている機能／動作を実現するためのプロセスがそのコンピュータその他のプログラマブル装置上で実行される命令群によりもたらされるようにコンピュータ利用実現プロセスを実現することが可能である。

諸図のうちフローチャート及びブロック図には、本発明の諸実施形態に係るシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の潜在的実現形態のアーキテクチャ、機能及び動作が描出されている。この点との関連でいえば、そのフローチャート又はブロック図中の個々のブロックによって、指定されている論理的機能（群）を実現する１個又は複数個の可実行命令を有し又は構成するモジュール、セグメント又はコードの一部を表すことができる。これもまた注記すべきことに、ある種の代替的実現形態にあっては、そのブロック中で言及している諸機能が図中で言及している順序とは別の順序で生起することもありうる。例えば、図上で継起している２個のブロックが実際はほぼ同時に実行されるようにしてもよいし、或いはそれらのブロックがときとして逆の順序で実行されるようにしてもよく、この点は関わりのある機能に依存している。これもまた注記すべきことに、ブロック図及び／又はフローチャート表現を構成する個々のブロック並びにそのブロック図及び／又はフローチャート表現内にあるブロック同士の組合せは、特定されている機能又は動作を実行する専用ハードウェア利用システムによって実現することも、専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組合せで実現することも可能である。

制約のある個数の実施形態との関連で本発明を詳細に説明してきたが、容易にご理解頂けるように、本発明はそうした被開示実施形態に限定されるものではない。寧ろ、本発明は、以上の記述にないけれども本発明の技術的範囲及び神髄に相応しい、任意個数の変形物、改変物、置換物又は等価配置を組み込むべく変形することが可能である。加えて、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、ご理解頂けるように、本発明の諸態様が上述した諸実施形態のうち一部のみを有していてもよい。このように、本発明は、以上の説明によって限定されるものとして解されるべきでなく、別紙特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

Claims (10)

1. 角度エンコーダインデクスマークに関し基準補正値を得る方法であって、
   パターン付要素及び読取ヘッドアセンブリを有し、前記読取ヘッドアセンブリが第１読取ヘッド及び第２読取ヘッドを有し、前記パターン付要素がインデクスマーク及び複数個のインクリメンタルマークを有する、角度エンコーダを準備するステップと、
   プロセッサを準備するステップと、
   第１時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第１アナログ信号を生成するステップと、
   第２時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第２アナログ信号を生成するステップと、
   第１アナログ信号及び第２アナログ信号に少なくとも部分的に基づきプロセッサにより基準補正値を決定するステップと、
   を有する方法。
2. 請求項１記載の方法であって、角度エンコーダを準備する上掲のステップにて、前記パターン付要素がエンコーダディスクでありインクリメンタルマークが周期的パターンを形成している方法。
3. 請求項２記載の方法であって、角度エンコーダを準備する上掲のステップにて、第１読取ヘッドと第２読取ヘッドとが１８０°離隔している方法。
4. 請求項１記載の方法であって、
   第１時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第２アナログ信号を生成する上掲のステップが、更に、前記第１アナログ信号に対応する第１ディジタル信号を得るステップを含み、
   第２時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第２アナログ信号を生成する上掲のステップが、更に、前記第１アナログ信号に対応する第２ディジタル信号を得るステップを含む方法。
5. 請求項４記載の方法であって、第１アナログ信号及び第２アナログ信号に少なくとも部分的に基づきプロセッサにより基準補正値を決定する上掲のステップにて、前記基準補正値が更に第１ディジタル信号及び第２ディジタル信号に基づいている方法。
6. 請求項４記載の方法であって、更に、第３時点にて第１読取ヘッドによりインデクスマークの存在を検知し、それに応じ第２読取ヘッドにより第３アナログ信号を生成するステップを有する方法。
7. 請求項６記載の方法であって、プロセッサにより基準補正値を決定する上掲のステップにて、前記基準補正値が更に第３アナログ信号に少なくとも部分的に基づいている方法。
8. 請求項１記載の方法であって、更に、基準補正値が限界数値を上回ったときに警報を発するステップを有する方法。
9. 請求項１記載の方法であって、更に、少なくとも第１アナログ信号及び第２アナログ信号を含め諸アナログ信号の履歴を格納するステップを有する方法。
10. 請求項９記載の方法であって、プロセッサにより基準補正値を決定する上掲のステップにて、前記基準補正値が更に諸アナログ信号の履歴に基づいている方法。

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