JP5723059B2

JP5723059B2 - 取扱手段改良型レーザトラッカ

Info

Publication number: JP5723059B2
Application number: JP2014505328A
Authority: JP
Inventors: ジェレミーエムギャレイ; ジョナサンロバートデイ; ケネスステフィー; ジェイムズケイウェスト
Original assignee: ファロテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: GB2504433A; GB201320076D0; US20120262694A1; WO2012142384A1; DE112012001721T5; GB2504432A; WO2012141888A1; DE112012001714B4; US20120262697A1; JP2014514561A; DE112012001712T5; JP5868488B2; WO2012142063A3; US20120265479A1; JP5554459B2; US8537376B2; US9157987B2; GB2504432B; DE112012001713T5; WO2012142064A2

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。また、本願は２０１２年２月２１日付米国意匠特許出願第２９／４１３８１１に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以てそ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：Ｂｒｉｄｇｅｓｅｔａｌ．；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。また、レーザトラッカ用ジンバル機構は他にも様々な用途に適用することができる。わかりやすい例は、一連の再帰反射ターゲットに可視光ポインタビームを差し向けその方向を計測するだけで、距離計が備わっていないジンバル式ステアリング装置であろう。

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な程度まで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：Ｂｒｉｄｇｅｓｅｔａｌ；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：Ｂｒｉｄｇｅｓｅｔａｌ；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

従来のレーザトラッカには、適当な昇降・輸送手段が備わっていなかった。従って、レーザトラッカ向けの昇降・輸送手段を改良する必要がある。

本発明の一実施形態に係る装置は、上部、下部及び重量を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置である。本装置は、第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へとその協働で第１光ビームを差し向ける第１及び第２モータを備える。本装置は、更に、第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計と、第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、第１光検波器で受光された第２光ビームのうち第１部分に依り又は基づき本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、第１距離、第１回動角及び第２回動角に依り又は基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、本装置の上部に位置する伸縮ハンドルと、を備える。

本発明の他の実施形態に係る装置は、上部及び下部を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置である。本装置は、第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へとその協働で第１光ビームを差し向ける第１及び第２モータを備える。本装置は、更に、第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計と、第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、第１光検波器により受光された第２光ビームの第１部分に依り又は基づき本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、第１距離、第１回動角及び第２回動角に依り又は基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、本装置の下部にあり指を差し入れうる大きさの窪みたる凹把部と、を備える。

本発明の更に他の実施形態に係る装置は、上部及び下部を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置である。本装置は、第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へとその協働で第１光ビームを差し向ける第１及び第２モータを備える。本装置は、更に、第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計と、第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、第１光検波器により受光された第２光ビームの第１部分に依り又は基づき本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、第１距離、第１回動角及び第２回動角に依り又は基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、本装置の上部、下部間に位置する第１側把部、並びに本装置の上部、下部間に位置し且つ第１側把部から見て本装置の逆側に位置する第２側把部を有し、両手で把持することが可能な側把部対と、を備える。

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。本発明の諸実施形態に係る有用な特徴を備えたレーザトラッカの正面図である。同じく斜視図である。同じく斜視図である。

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、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に対しほぼ平行な面内にあり軸２０が過ぎる面に対し、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１（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ビームスプリッタ１４５、位置検出アセンブリ１５０、第２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ｆ_ＲＥＦ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ｆ_ＲＦの電気信号及び周波数ｆ_ＬＯの電気信号を併せ二種類の電気信号を発生させ、周波数ｆ_ＲＦ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ｆ_ＬＯ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、ｆ_ＬＯ−ｆ_ＲＦの絶対値に等しい周波数ｆ_ＩＦを有する信号を発生させる。ｆ_ＲＦは比較的高い周波数例えば２ＧＨｚであり、ｆ_ＩＦ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ｆ_ＲＥＦ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１６４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：Ｂｒｉｄｇｅｓｅｔａｌ．；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に第１部分、アセンブリ１５０に第２部分が送られる。場合によっては、第３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光ビームの第１及び第２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１５４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、例えば光学部品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９０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。ただ、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揃え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４２０に入射する。その光の一部は光ファイバ４２４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１４Ａ及び図１４Ｂに、狭視野インジケータライト４１１６、広視野照明サイドパネル４１４０、非対称部分４１１２，４１１４、タッチセンサ式ボタン４１３０及び伸縮ハンドル４１５０を含め特徴的構成を有するレーザトラッカ４１００の正面及び斜視外観例４１００を示す。図１４Ｃに示したのは、同トラッカの伸縮ハンドル４１５０が引き出されているときの斜視外観例４１９０である。図１４Ａ〜図１４Ｃには、更に、指溝４１６８、柱材４１５２、（窪み４１６６付の）側把部４１６４Ａ，４１６４Ｂ及び凹把部４１６０も示してある。これら、図１４Ａ〜図１４Ｃに示した外観４１００，４１９０のトラッカによれば、そのゼニスキャリッジ１４が非常に高剛性（厚手）であってもハンドル４１５０で好適に取り扱うことができ、しかも輸送時にはトラッカサイズを小さくして容器に収めることができる。柱材４１５２に摩擦力が働くので、ハンドル４１５２の状態が現在の状態（引き出された状態や仕舞われた状態）に留まる。指溝４１６８が然るべく設けられているので、ハンドル４１５０のどちら側からでも使用者が指を差し入れられ、ハンドル４１５０を上下動させるための力を楽に加えることができる。使用者は、ハンドル４１５０と凹把部４１６０を適宜併用し、自分の両手でトラッカを移動、位置決めすることができる。使用者は、ハンドル４１５０の剛性が相応に高いため、横倒しの姿勢でトラッカを装置容器に出し入れすることができる。使用者は、側把部４１６４Ａ，４１６４Ｂを利用し、左右両側からトラッカに手を添えることができる。使用者は、側把部４１６４Ａ，４１６４Ｂを、他の使用者へのトラッカ引き渡しに際し至便に活用することができる。側把部４１６４Ａ，４１６４Ｂは窪み４１６６があるので握り心地がよく、また弾性素材製にして更に握り心地を高めることもできる。ある使用者から他の使用者へとトラッカを引き渡す際に、例えば前者がハンドル４１５０、後者が側把部４１６４Ａ，４１６４Ｂを握るかたちで引き渡すことができる。なお、本願ではトラッカから見てハンドル４１５０側のことを「上」、凹把部４１６０側のことを「下」と呼んでいる。レーザトラッカは、この表現に沿った姿勢で使用されるのが一般的であるが、横倒しや上下逆さまの状態で使用することも可能である。

狭視野インジケータライト４１１６には、正面図で左から右への順にライト１〜６なる番号を振ることができる。そのうち最も内寄りの２個即ちライト３，４は例えば赤色、緑色のライトである。赤色のライトは計測実行中に点る。緑色のライトは、レーザトラッカからのビームがターゲットに対しロックオンしているときには一定の明るさで点り、ビームがロックオンしていないが位置検出器で光ビームが検知されているときには点滅、閃光する。また、例えばその次に内寄りの２個即ちライト２，５は黄色、最も外寄りの２個即ちライト１，６は青色のライトである。黄色や青色のライトは様々な目的、例えば使用者に対する通知に使用することができる。これらのライト４１１６への機能割当については、ソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）を用いることで、使用者が改変を施すことができる。

使用者は、狭視野インジケータライト例えばＬＥＤの光を、トラッカから８０ｍといった遠距離から見て取ることができる。しかし、遠距離に届く反面でその視野が狭いため、使用者は、レーザトラッカの脇にいるときインジケータライトを見ることができない。この問題を回避する手段としては広視野照明サイドパネル４１４０が設けられている。これは、散光性サイドパネルの覆下にまた別の赤色及び緑色のインジケータライトを配したものである。これら、赤色及び緑色のインジケータライトは、例えば、左右どちら側からでも見えるように配置することができる。明るさはやや損なわれるが、レーザトラッカの前後どちらからでも見えるように配置することもできる。

また、レーザトラッカの動作モードには前視モードと後視モードの二種類がある。前視モードは通常動作モードである。後視モードは、前視モードでの状態から次のステップ（１）アジマス軸周りに１８０°回動させる、（２）符号が反転するようゼニス軸周りに回動させることでレーザビームをおおよそ元の方向に向ける（但し鉛直上方を０°とする）、を実行することで得られるモードである。レーザトラッカで計測する際しばしば望まれるのは、同トラッカが前視モードであれ後視モードであるかを離れた場所から素早く見極められるようにすることである。後視モード時に上下逆さまになる非対称部分４１１２，４１１４は、使用者がレーザトラッカの動作モードを見分ける上で役に立つ。同様に、後視モード時にレーザトラッカ出射開口よりも下側になるインジケータライトも、使用者がトラッカ動作モード（前視、後視の別）を見分ける上で有用な手がかりとなる。

数少ないが、レーザトラッカ上で頻繁に実行される動作がある。例えば、レーザビームをホームポジションに帰還させる動作がその一つである。これは、例えば３個ある磁気ネスト４１２０のうちいずれかに通例の如く配置したＳＭＲに、そのレーザビームを差し向けることで実行される。こうした「ホームポジション」からレーザトラッカのジンバル点２２までの距離は既知であるので、ホームポジションへの帰還動作を通じ、そのレーザトラッカに備わるＡＤＭ又はＩＦＭび距離基準を簡便にリセットすることができる。場合によっては、速やかなホームポジション帰還を使用者が望んでいて、コンピュータにホームポジション帰還コマンドを与える手間を惜しむこともあろう。タッチセンサ式ボタン４１３０ならばこの要請に容易に応えることができる。例えば、ボタン４１３０のうち１個に使用者が触れたときに、レーザトラッカからそのボタン４１３０のすぐ上方に位置するＳＭＲへと、レーザビームが送られるようにすることができる。磁気ネスト４１２０が３個あり互いに別のサイズ、例えば直径＝１．５インチ、７／８インチ、１／２インチのＳＭＲ向けに設けられているので、そうしたネスト４１２０の下方にボタン４１３０を配置することはＳＭＲ間切替能の提供にも役立つ。例えば、相応のネスト４１２０上に１／２インチＳＭＲを配置しその下方にあるボタン４１３０を押すことで、使用者は、１．５インチＳＭＲから１／２インチＳＭＲへの切替を容易に行うことができる。また、そのボタン４１３０として、昨今では安価に入手可能な静電容量方式のボタンを使用することができる。そのボタンへの接近に応じ即ち実体的接触抜きに反応するタイプのタッチセンサ式ボタンを用いてもよい。言い換えれば、接近センサを使用することもできる。タッチセンサの用例について幾つか示したけれども、タッチセンサはレーザトラッカに対する諸種発令に活用することができる。

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、本件技術分野で習熟を積んだもの（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

上部、下部及び重量を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置であって、
第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へと、その協働により第１光ビームを差し向ける第１モータ及び第２モータと、
アジマスベースに搭載され前記第２軸を有するゼニスキャリッジであり、該ゼニスキャリッジの厚みのある部分は上部に亘って延び、前記第２軸は前記アジマスベースに対して前記第１軸の周りに回動可能なゼニスキャリッジと、
第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計、並びに第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、
第１光検波器で受光された第２光ビームのうち第１部分に依り又は基づき、本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、
第１距離、第１回動角及び第２回動角の少なくとも一部に基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、
本装置の上部に位置する伸縮ハンドルと、
を備え、前記伸縮ハンドルは前記ゼニスキャリッジ内に入り、及び前記ゼニスキャリッジから出るように伸縮自在であり、前記伸縮ハンドルが引き出された状態のときに前記ゼニスキャリッジの厚みのある部分は前記上部に亘って延び続けることで剛性ゼニスキャリッジを提供する、座標計測装置。
請求項１記載の座標計測装置であって、その伸縮ハンドルが、引き出された状態又は仕舞われた状態である現在の状態に、使用者が力を加えない限り留まる座標計測装置。
請求項１記載の座標計測装置であって、伸縮ハンドルを挟み互いに逆側にあり且つ伸縮ハンドルのそばで前記ゼニスキャリッジの厚みのある部分に位置する第１指溝及び第２指溝を備え、それら第１及び第２指溝を利用し使用者の指で伸縮ハンドルを保持することが可能な座標計測装置。
請求項１記載の座標計測装置であって、その下部に、指を差し入れうる大きさの窪みたる凹把部がある座標計測装置。
請求項１記載の座標計測装置であって、第１側把部及び第２側把部を有する側把部対を備え、第１及び第２側把部が本装置の上部、下部間に位置し、第２側把部が第１側把部から見て本装置の逆側に位置する座標計測装置。
請求項４記載の座標計測装置であって、第１及び第２側把部を有する側把部対を備え、第１及び第２側把部が本装置の上部、下部間に位置し、第２側把部が第１側把部から見て本装置の逆側に位置する座標計測装置。
上部及び下部を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置であって、
第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へと、その協働により第１光ビームを差し向ける第１モータ及び第２モータと、
アジマスベースに搭載され、前記第２軸を有し、前記アジマスベースに対して前記第１軸の周りに回動可能なゼニスキャリッジであり、前記第２軸と前記第１軸はジンバルポイントにおいて直交する、ゼニスキャリッジと、
第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計、並びに第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、
第１光検波器により受光された第２光ビームの第１部分に依り又は基づき、本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、
第１距離、第１回動角及び第２回動角の少なくとも一部に基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、
本装置の下部の前記アジマスベースにあり指を差し入れうる大きさの窪みたる凹把部と、
を備える座標計測装置。
請求項７記載の座標計測装置であって、その上部に伸縮ハンドルがある座標計測装置。
請求項７記載の座標計測装置であって、第１側把部及び第２側把部を有する側把部対を備え、第１及び第２側把部が本装置の上部、下部間に位置し、第２側把部が第１側把部から見て本装置の逆側に位置する座標計測装置。
請求項８記載の座標計測装置であって、第１及び第２側把部を有する側把部対を備え、第１及び第２側把部が本装置の上部、下部間に位置し、第２側把部が第１側把部から見て本装置の逆側に位置する座標計測装置。
上部及び下部を伴っており、離れた場所にあるターゲットポイントに第１光ビームを送り、そのうち一部を第２ビームとして受け取る座標計測装置であって、
第１軸周り回動角たる第１回動角及び第２軸周り回動角たる第２回動角により定まる第１方向へと、その協働により第１光ビームを差し向ける第１モータ及び第２モータと、
アジマスベースに搭載され、前記第２軸を有し、前記第１軸の周りに回動可能なゼニスキャリッジと、
第１モータがもたらす第１回動角を計測する第１角度計、並びに第２モータがもたらす第２回動角を計測する第２角度計と、
第１光検波器により受光された第２光ビームの第１部分に依り又は基づき、本装置からターゲットポイントまでの距離たる第１距離を計測する距離計と、
第１距離、第１回動角及び第２回動角の少なくとも一部に基づきターゲットポイントの三次元座標を求めるプロセッサと、
本装置の上部、下部間に位置する第１側把部、並びに本装置の上部・下部間に位置し且つ第１側把部から見て本装置の逆側に位置する第２側把部を有し、両手で把持することが可能な、前記第２軸と前記アジマスベースの間の前記ゼニスキャリッジに位置する側把部対と、
を備える座標計測装置。
請求項１１記載の座標計測装置であって、第１及び第２側把部が側把部窪みを有する座標計測装置。
請求項１１記載の座標計測装置であって、第１及び第２側把部が弾性素材製の座標計測装置。
請求項１１記載の座標計測装置であって、その上部に伸縮ハンドルがある座標計測装置。
請求項１１記載の座標計測装置であって、その下部に、指を差し入れうる大きさの窪みたる凹把部がある座標計測装置。
請求項１４記載の座標計測装置であって、その下部に、指を差し入れうる大きさの窪みたる凹把部がある座標計測装置。