(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある離れた空間位置を占める再帰反射ターゲットに出射光ビームを送り、その一部分を再帰反射ターゲットから返戻光ビームとして返戻させる座標計測装置であって、
第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源と、
それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源と、
第１光の一部分を受け容れる第１ポートを有する入射側光ファイバカプラと、第２光の一部分を第２ポートから受け容れるとともに、第１光と第２光とのそれぞれの一部分を含む第３光を第３ポートから出射する出射側光ファイバカプラとを有する光ファイバ網と、
第３光の一部分を出射光ビームとして本座標計測装置外に送出する光学系と、
出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を協働して操る第１及び第２モータと、
第１回動角を検出する第１角度計と、
第２回動角を検出する第２角度計と、
返戻光ビームの一部分を光検出器で捉えた結果に照らし又は基づき本座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を検出する距離計と、
これら第１及び第２回動角並びに距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求めるプロセッサと、
を備える座標計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の座標計測装置であって、更に、
返戻光ビームの一部分が入射したときその入射位置を示す第１信号を発生させる位置検出器を有する位置検出アセンブリと、
第１信号に照らし又は基づき第２信号を第１モータ、第３信号を第２モータに送ることで、再帰反射ターゲットが占める空間位置に向くよう出射光ビームの方向を調整する制御システムと、
を備える座標計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の座標計測装置であって、その距離計が絶対距離計である座標計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の座標計測装置であって、更に、返戻光ビームの一部分が出射側光ファイバカプラの第３ポートに入るようその光学系が構成されている座標計測装置。
【請求項５】
請求項１記載の座標計測装置であって、その出射側光ファイバカプラが更に第４ポートを有する座標計測装置。
【請求項６】
請求項５記載の座標計測装置であって、その第４ポートに低反射終端器が装着されている座標計測装置。
【請求項７】
請求項１記載の座標計測装置であって、第１波長が７８０〜８５０ｎｍである座標計測装置。
【請求項８】
請求項１記載の座標計測装置であって、第２波長が赤色域又は緑色域の波長である座標計測装置。
【請求項９】
請求項１記載の座標計測装置であって、第１波長が赤外域、第２波長が可視域の波長である座標計測装置。
【請求項１０】
請求項１記載の座標計測装置であって、第１波長が可視域、第２波長が赤外域の波長で
ある座標計測装置。
【請求項１１】
請求項１記載の座標計測装置であって、第１，第２両波長が可視域の波長である座標計測装置。
【請求項１２】
ある空間位置を占める再帰反射ターゲットの三次元座標を計測する方法であって、
第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源、それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源、第１光の一部分を受け容れる第１ポートを有する入射側光ファイバカプラと、第２光の一部分を第２ポートから受け容れるとともに、第１光と第２光とのそれぞれの一部分を含む第３光を第３ポートから出射する出射側光ファイバカプラとを有する光ファイバ網、光学系、第１及び第２モータ、第１及び第２角度計、距離計並びにプロセッサが備わる座標計測装置を準備するステップと、
第１光の一部分を第１ポートに入射させるステップと、
第２光の一部分を第２ポートに入射させるステップと、
第１光の一部分及び第２光の一部分を含む第３光を第３ポートから出射させるステップと、
第３光の一部分を光学系経由で座標計測装置外に出射光ビームとして送出するステップと、
出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を操るステップと、
第１角度計で第１回動角を検出するステップと、
第２角度計で第２回動角を検出するステップと、
出射光ビームの一部分を再帰反射ターゲットで反射させることで返戻光ビームを発生させるステップと、
返戻光ビームの一部分を光検出器で捉えた結果に照らし又は基づき座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を距離計で検出するステップと、
これら第１及び第２回動角並びに距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求めるステップと、
求まった三次元座標を保存するステップと、
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、更に、
位置検出器を有する位置検出アセンブリを準備するステップと、
返戻光ビームの一部分を位置検出器に入射させるステップと、
位置検出器への返戻光ビーム入射位置を示す第１信号を位置検出器から取得するステップと、
第１信号に照らし又は基づき第１モータに第２信号、第２モータに第３信号を送るステップと、
再帰反射ターゲットの空間位置に向くよう出射光ビームの方向を調整するステップと、  を有する方法。
【請求項１４】
請求項１２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、距離計として絶対距離計を準備するステップを含む方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法であって、座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を距離計で検出するステップが、更に、返戻光ビームの一部分を出射側光ファイバカプラの第３ポートに入射させるステップを含む方法。
【請求項１６】
請求項１２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、出射側光ファイバカプラとして第４ポート付のものを準備するステップを含む方法。
【請求項１７】
請求項１６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、出射側光ファイバカプラの第４ポートに低反射終端器を装着するステップを含む方法。
【請求項１８】
ある離れた空間位置を占める再帰反射ターゲットに出射光ビームを送り、その一部分を再帰反射ターゲットから返戻光ビームとして返戻させる座標計測装置であって、
第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源と、
それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源と、
第１、第２、第３、および第４ポートを有する光ファイバ網と、を備え、
その光ファイバ網は、
第１ポートから第１光の一部分である第１部分を受け容れる第１ファイバカプラと、
第１ファイバカプラから第１光の一部分である前記第１部分を受け容れるように光学的に接続された入力部を有し、第２ポートから第２光の一部分である第２部分を受け容れ、前記第１部分および前記第２部分それぞれの一部分を含む第３光を第３ポートを通じて出射する第２ファイバカプラと、
第１光の一部分である前記第１部分を第１ファイバカプラから第２ファイバカプラへ通過させるように第１ファイバカプラと第２ファイバカプラとの間に光学的に配置され、第４ポートに接続された出力部を有する第３ファイバカプラと、を備え、
本座標計測装置はさらに、
第３光の一部分を出射光ビームとして本座標計測装置外に送出し、再帰反射ターゲットから返戻される返戻光ビームを受光する光学系と、
出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を協働して操る第１及び第２モータと、
第１回動角を検出する第１角度計と、
第２回動角を検出する第２角度計と、
第４ポートに光学的に接続され、光検出器で捉えた返戻光ビームの一部分である第３部分に照らし又は基づき本座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を検出する距離計と、を備え、
返戻光ビームが第１ファイバカプラを通り抜ける際に、第１ファイバカプラが、前記第１波長を有する返戻光ビームの一部分である前記第３部分と、前記第２波長を有する返戻光ビームの別部分である第４部分とを生成し、
本座標計測装置はさらに、
第２光源と第２ポートとの間に光学的に配置され、返戻光ビームの別部分である前記第４部分が第２光源に入射することを防止するアイソレータ装置と、
前記第１及び第２回動角並びに前記距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求めるプロセッサと、
を備える座標計測装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の座標計測装置であって、第２ファイバカプラがダイクロイックファイバカプラである座標計測装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の座標計測装置であって、第１ファイバカプラ、第２ファイバカプラ、および第３ファイバカプラが、エバネッセント結合によって光を交換し合う２個のコアを備えた溶融型光カプラである座標計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
レーザトラッカは、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の表面に向けて出射しそこでの散乱光を捉える装置であり、その光に基づき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が計測される。トータルステーションは測量等で広く使用されている装置であり、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される。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」の語を使用することにする。
【０００４】
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のみの計測で、面上にある各点の三次元座標を全て特定することができる。
【０００５】
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、使用者が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してからでないと計測を続けることができない。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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。レーザトラッカでは、距離計測値を一通り、角度計測値を二通り得てＳＭＲの三次元位置を完全に特定することが可能である。
【０００８】
そうした通常の三自由度計測用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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７３５２４４６号明細書
【特許文献２】米国特許第７８００７５８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号明細書
【特許文献４】米国特許第７３２７４４６号明細書
【特許文献５】米国特許第７７０１５５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＡＤＭを有するレーザトラッカでは、従来から複数種類の波長が使用されている。そのうち可視波長のビームは、（１）位置検出器でそのレーザビームを捉え再帰反射ターゲットの追尾に役立てること及び（２）自トラッカ発レーザビームが向かっている方向をユーザが視認できるようにすることを含め、複数通りの目的で使用されている。赤外波長例えば７８０〜１５５０ｎｍのビームはＡＤＭ向けのものである。この二波長使用には、（１）自トラッカから再帰反射ターゲットへと伝搬していくビーム同士を精密に整列させるのが難しい、（２）レーザ光源が２個必要であるしビームスプリッタ等の部材も余計に必要であるためコスト高となる、（３）可視光ビームに比べ赤外光ビームの方が速やかに拡がるためビームサイズが大きくならざるを得ない、といった難点がある。ビーム同士を精密に整列させるには生産工程の追加が必要であり、生産コストの増大を余儀なくされる。また、整列が十分に精密でないと、本来のそれに比べトラッカの性能も劣ったものになる。ビームサイズが大きくなるということは、再帰反射ターゲットにおけるビームのクリッピングで精度が低下しやすく、場合によってはビームを見失うこともある、ということである。こうしたことから、単一波長であるため整列上の問題がなくビームが小サイズで部材・労力が省けるレーザトラッカが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ここに、本発明の一実施形態は、ある離れた空間位置を占める再帰反射ターゲットに出射光ビームを送り、その一部分を再帰反射ターゲットから返戻光ビームとして返戻させる座標計測装置であって、第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源と、それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源と、第１光の一部分を受け容れる第１ポートを有する入射側光ファイバカプラと、第２光の一部分を第２ポートから受け容れるとともに、第１光と第２光とのそれぞれの一部分を含む第３光を第３ポートから出射する出射側光ファイバカプラとを有する光ファイバ網と、第３光の一部分を出射光ビームとして本座標計測装置外に送出する光学系と、出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を協働して操る第１及び第２モータと、第１回動角を検出する第１角度計と、第２回動角を検出する第２角度計と、返戻光ビームの一部分を光検出器で捉えた結果に照らし又は基づき本座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を検出する距離計と、これら第１及び第２回動角並びに距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求めるプロセッサと、を備える。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、ある空間位置を占める再帰反射ターゲットの三次元座標を計測する方法であって、第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源、それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源、第１光の一部分を受け容れる第１ポートを有する入射側光ファイバカプラと、第２光の一部分を第２ポートから受け容れるとともに、第１光と第２光とのそれぞれの一部分を含む第３光を第３ポートから出射する出射側光ファイバカプラとを有する光ファイバ網、光学系、第１及び第２モータ、第１及び第２角度計、距離計並びにプロセッサが備わる座標計測装置を準備するステップと、第１光の一部分を第１ポートに入射させるステップと、第２光の一部分を第２ポートに入射させるステップと、第１光の一部分及び第２光の一部分を含む第３光を第３ポートから出射させるステップと、第３光の一部分を光学系経由で座標計測装置外に出射光ビームとして送出するステップと、出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を操るステップと、第１角度計で第１回動角を検出するステップと、第２角度計で第２回動角を検出するステップと、出射光ビームの一部分を再帰反射ターゲットで反射させることで返戻光ビームを発生させるステップと、返戻光ビームの一部分を光検出器で捉えた結果に照らし又は基づき座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を距離計で検出するステップと、これら第１及び第２回動角並びに距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求めるステップと、求まった三次元座標を保存するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明の一実施形態における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。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】その別例を示す図である。
【図５】従来型光ファイバ式ビームランチャを示す図である。
【図６Ａ】従来型位置検出アセンブリの一例を示す模式図である。
【図６Ｂ】その別例を示す模式図である。
【図６Ｃ】その別例を示す模式図である。
【図６Ｄ】その別例を示す模式図である。
【図６Ｅ】本発明の一実施形態における位置検出アセンブリを示す模式図である。
【図６Ｆ】その別例を示す模式図である。
【図７】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。
【図８Ａ】従来型光ファイバ網内ファイバを示す模式図である。
【図８Ｂ】その別例を示す模式図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態における光ファイバ網内ファイバを示す模式図である。
【図９】従来型レーザトラッカの分解図である。
【図１０】従来型レーザトラッカの断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るレーザトラッカの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。
【図１２Ａ】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。
【図１２Ｂ】本発明の他の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。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る六自由度計測型レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に係る六自由度計測型レーザトラッカの構成要素配置図である。
【図１４Ｂ】本発明の他の実施形態に係る六自由度計測型レーザトラッカの構成要素配置図である。
【図１４Ｃ】同例に係る構成要素配置図である。
【図１４Ｄ】同例に係る構成要素配置図である。
【図１５】本発明の他の実施形態に係るレーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態における光ファイバアセンブリの構成要素を示す模式図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に係る六自由度計測型レーザトラッカの構成要素を示すブロック図である。
【図１８】本発明の諸実施形態に係り再帰反射ターゲットの三次元座標計測に使用される手順を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の諸実施形態に係り再帰反射ターゲットの三次元座標計測に使用される手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１にレーザトラッカシステムの一例５を示す。このシステム５はレーザトラッカ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）を備えている。本トラッカ１０では、ジンバル式ビームステアリング機構１２を構成するゼニスキャリッジ１４が、アジマス軸２０周りで回動させうるようアジマスベース１６上に搭載されている。ペイロード１５は、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に搭載されている。これらの軸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される。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、例えば前掲のＳＭＲへと伝搬していく。点２２・ターゲット２６間輻射方向距離（動径）、ゼニス軸１８周り回動角及びアジマス軸２０周り回動角の検出結果は、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際に使用される。
【００１６】
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。
【００１７】
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はトラッカ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４（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。
【００１８】
図２に別例に係るレーザトラッカシステム７を示す。このシステム７は図１に示したレーザトラッカシステム５に似ているが、再帰反射ターゲット２６が六自由度プローブ１０００に置き換わっている。図１の構成ではこれら以外の再帰反射ターゲットを用いることもできる。例えば、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である。
【００１９】
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波長と可視ポインタ用及び追尾用の第２波長とで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、トラッカ発レーザビームで形成されるスポットの位置をユーザに知らせるためのものであり、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。
【００２０】
可視光源１１０は発光デバイス、例えばレーザや高輝度発光ダイオード等である。アイソレータ１１５は光源１１０に向かう遡行光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させ、アイソレータ１１５からの出射光が第１光ファイバ式ランチャ１７０から自由空間へと出射されるようにしてもよい。
【００２１】
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。図４Ａ及び図４Ｂに、従来から広く用いられている配置の例を２個示す。図４Ａに示す例１４０Ａでは、負レンズ１４１Ａ及び正レンズ１４２Ａが使用されている。負レンズ１４１Ａに入射した平行光ビーム２２０Ａは、より太い平行光ビーム２３０Ａとなって正レンズ１４２Ａから出射される。図４Ｂに示す例１４０Ｂでは、２個の正レンズ１４１Ｂ，１４２Ｂが使用されている。第１正レンズ１４１Ｂに入射した平行光ビーム２２０Ｂは、より太い平行光ビーム２３０Ｂとなって第２正レンズ１４２Ｂから出射される。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のビームスプリッタ１４５，１５５で反射され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からの出射光と結合し、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。
【００２２】
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。
【００２３】
図８Ａに示した光ファイバ網は、第１光ファイバカプラ４３０、第２光ファイバカプラ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３中の第２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へと伝搬してきた光と結合される。その合成光ビーム１８８はレーザトラッカ外の再帰反射ターゲット９０まで出射光ビームとして伝搬される。ターゲット９０ではそのビーム１８８の一部が返戻光ビームとして反射される。返戻光ビームとして反射される部分は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。
【００２７】
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、それは図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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。その場合、その１０ｋＨｚ信号がＡＤＣ３３２２に供給され、レート２５０ｋＨｚにて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１個又は複数個のディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ユニットを設ける。
【００３０】
ＡＤＣ出力に基づく距離計算は、基準，計測各チャネルのＡＤＣ出力位相を求める手法で実行する。使用する手法は特許文献５（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に亘り（例えば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さを除去するためである。特許文献５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リング法と併用することで、ＡＤＭで移動ターゲットを計測することが可能となる。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。
【００３１】
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に、他の一部を位置検出アセンブリ１５０にそれぞれ供給する。レーザトラッカ１０又は光電システム１００からの出射光を出射光ビーム、再帰反射ターゲット９０又は２６における反射光を返戻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返戻光ビームの諸部分である。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に示す例では返戻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）。
【００３２】
図６Ａ〜図６Ｄに従来型位置検出アセンブリの例を４個（１５０Ａ〜１５０Ｄ）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。
【００３３】
図６Ｅに、本発明の一実施形態に係り調光器１４９Ｅを有する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、前掲の通り広範に使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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、自身への入射光を入射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。
【００３６】
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。
【００３７】
再帰反射ターゲットがトラッカに対し一定の速度で横断方向に移動している場合、そのターゲットに光ビームが入射する位置（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。
【００３８】
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なら横効果検出器や象限検出器、感光アレイならＣＭＯＳアレイやＣＣＤアレイが望ましい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。このランチャ１７０は、光源１１０の出射端に装着することも、アイソレータ１１５の光ファイバ出射端に装着することも可能である。
【００４２】
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に示したそれに類似しているが、光ファイバカプラが２個ではなく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有利であるが、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。
【００４３】
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が少ない点で有利だが、サーキュレータは２×２カプラに比べ高価である。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こともありうる。
【００４４】
図９及び図１０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の展開形状（図９）及び断面（図１０）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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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に装着され固定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に装着されていて内パーツ２１３２に対し回動する。スリップリングアセンブリ２１３０は、外パーツ２１３１とそれに対し回動する内パーツ２１３２との間に低インピーダンスな電気的接触が生じるように構成されている。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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に装着されアジマス軸周りでのみ回動する（ゼニス軸周りでは回動しない）のに対し、外パーツ２１６１はペイロードハウジング２１７２に装着されアジマス，ゼニス各軸周りで回動する。スリップリングアセンブリ２１６０は、外パーツ２１６１とそれに対し回動する内パーツ２１６２との間に低インピーダンスな電気的接触が生じるように構成されている。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。
【００５２】
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及びコンピュータ１５９０を備える一方、ネットワーク構成部材１６００のクラウドに接続されている。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１個又は複数個のプロセッサユニット、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。
【００５３】
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及びスマートフォン等の携帯情報端末（ＰＤＡ）１５８６の三部材が例示されている。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。
【００５４】
この例ではマスタプロセッサ１５２０から個別の電子回路１５３０，１５４０，１５５０，１５６０，１５６５，１５７０へと個別に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３組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。
【００５５】
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に送信する。
【００５６】
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。同様に、ペイロード機能用電子回路１５３０は、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用の各電子回路は同期パルス受領に応じデータをラッチする。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数倍程度の速度）でデータをラッチする。
【００５７】
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。
【００５８】
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）ライン、無線通信チャネル等が使用される。レーザトラッカ・ネットワーク接続部材１６００（クラウド）間通信用の通信リンク１６０２としては、１本又は複数本の電気ケーブル例えばイーサネットケーブル、１本又は複数本の無線通信チャネル等が使用される。部材１６００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。
【００５９】
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、赤色光をレーザダイオード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、別々の波長で作動する様々な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。
【００６０】
図１２Ａには、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が示されている。光源１１０は、例えば、赤色又は緑色ダイオードレーザや垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）である。アイソレータ１１５は、光源１１０に向かう反射光の量を十分に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。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。
【００６１】
図１２Ｂに単一波長を使用する光電システムの別例４００を示す。このシステム４００は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システムであり、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レーザダイオード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。
【００６２】
図１３に、位置検出用カメラシステム９５０を伴う光電システムの一例９００を示す。このシステム９００は、姿勢検出用カメラ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に電気信号を送って変調させるようにしてもよい。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（省略可）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こともできる。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及び９２２を透過しトラッカ外に出て六自由度器具４０００に入射する。器具４０００の例としてはプローブ、スキャナ、プロジェクタ、センサ等を挙げることができる。
【００６３】
六自由度器具４０００による反射光は往路を遡行して光電システム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特定のマークの位置が記録される。これらのマークからは、器具４０００の指向角（即ち三自由度）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。
【００６４】
位置検出用カメラシステム９５０はカメラ９６０及び１個又は複数個の光源９７０を、そのカメラ９６０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、六自由度器具４０００の方向を粗画定することであり、これは器具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法に従い算出することができる。カメラ９６０が１個でも、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れば、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概略方向を素早く求めることができる。この場合、ターゲットのより正確な方向を、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計測することができる。
【００６５】
例えば、光電モジュール１７６にビームスプリッタ、波長板等の光学的構成部材と、光検波器、増幅器等の光電的構成部材を併設し、位相差ｄを直交分解可能な構成にすることができる。直交成分として得られるのはｓｉｎ（ｄ）１８８及びｃｏｓ（ｄ）１９０である。電気的カウンタではこれら直交成分に基づき位相差ｄの全３６０°シフト個数を計数する。その計数値（又はその断片）は、供給先のカウンタ１７８にて暫し追尾された上で、ライン１８０を介しプロセッサへと供給され、そこで計数値に基づく距離算出に使用される。
【００６６】
図１４Ａに、図１３及び図１７中の光電システムで使用されうる姿勢検出用カメラの一例９１０を示す。姿勢検出用カメラの一般原理は特許文献２に記載の通りであり、それはこのカメラ９１０にも概ね当てはまる。この例のカメラ９１０はボディ１２１０、無限焦点ビーム縮小器１２２０、拡大器１２４０、光路長調整器１２３０、アクチュエータアセンブリ１２６０及び感光アレイ１２５０を備えている。縮小器１２２０は正レンズ１２２２、ミラー１２２３及び負レンズ１２２４，１２２６を備えており、光軸（レンズの中心を通る軸）に対し平行な光線がレンズ１２２２に入射した場合に光軸に対し平行な光線をレンズ１２２６から出射する特性や、レンズから被写体までの距離によらず一定サイズの像をもたらす特性を有している。拡大器１２４０は正レンズ１２４２、負レンズ１２４４，１２４８及びミラー１２４６を備えており、より大きな像が生じるスケールである点以外は顕微鏡の対物系と同様の機能を有している。アレイ１２５０、例えばＣＭＯＳ乃至ＣＣＤのアレイは、自アレイを構成する個々の画素での輝点を表すディジタルデータのアレイへと入射光を変換する。その輝点のパターンは、例えば、六自由度ターゲット上のマークを示すものとなる。光路長調整器１２３０はプラットフォーム１２３１、２個のミラー１２３２，１２３３及びボールスライド１２３４を備えている。ミラー１２３２，１２３３は、プラットフォーム１２３１の移動に応じ縮小器１２２０・拡大器１２４０間の距離が変化するようプラットフォーム１２３１上に実装されている。この距離変化は、レーザトラッカ・ターゲット間の距離変化によらずアレイ１２５０上の像を鮮明に保つ上で必要である。プラットフォーム１２３１は、低摩擦で直線運動するようボールスライド１２３４上に実装されている。アクチュエータアセンブリ１２６０は、この例の場合、モータ１２６１、モータシャフト１２６２、フレキシブルカプラ１２６３、アダプタ１２６４及びモータナット１２６５を備えている。ナット１２６５がアダプタ１２６４に固定されているので、ネジ付のシャフト１２６２をモータ１２６１で回動させると、ナット１２６５がモータ１２６１に対し離隔又は接近する。どちらになるかは回動方向による。カプラ１２６３はアダプタ１２６４に取り付けられており、シャフト１２６２及びスライド１２３４が互いに不平行であってもプラットフォーム１２３１が自在に動けるようにしている。
【００６７】
図示例の姿勢検出用カメラ９１０は、様々な対ターゲット距離で横倍率が一定になるよう構成されている。横倍率とは、像のサイズを被写体のサイズで除したもののことである。図示例では被写体サイズが１３ｍｍのときに感光アレイ１２５０上での像サイズが３ｍｍ一定になるようレンズが選定されているので、その横倍率は３ｍｍ／１３ｍｍ＝０．２３となる。この横倍率はトラッカに対するターゲットの距離が０．５〜３０ｍの範囲内で一定に保持される。３ｍｍというこの像サイズは１／４インチサイズのＣＣＤ乃至ＣＭＯＳアレイ向けであるので、１インチサイズのＣＣＤ乃至ＣＭＯＳアレイを使用する際には横倍率を上掲の値の４倍にすればよい。カメラ９１０の横倍率は、ボディ１２１０のサイズはそのままで、拡大器１２４０内にある３個のレンズの焦点長及び間隔を変化させることで、高めることができる。
【００６８】
図中の構成で無限焦点ビーム縮小器１２２０を構成している３個のレンズ１２２２，１２２４，１２２６は、順に８５．９ｍｍ、−２９．６ｍｍ、−７．２ｍｍの有効焦点長を有している。被写体からの光がこれら３個のレンズを通過するとその被写体の虚像が生じる。レーザトラッカからの距離が０．５ｍの被写体なら０．４４ｍｍサイズの虚像１２２９がレンズ１２２６から７ｍｍの場所に生じ、３０ｍの被写体なら０．４４ｍｍサイズの虚像１２２８がレンズ１２２４から１．８ｍｍの場所に生じる。虚像１２２８・１２２９間の距離が３９．８ｍｍであるので、プラットフォームの最大輸送範囲をその半値である１９．９ｍｍにする必要がある。縮小器１２２０の横倍率は０．４４ｍｍ／１３ｍｍ＝０．０３４となる。また、拡大器を構成している３個のレンズ１２４２，１２４４，１２４８は、順に２８．３ｍｍ、−８．８ｍｍ、−８．８ｍｍの有効焦点長を有している。レーザトラッカからの距離が０．５ｍのターゲットでも、３０ｍの場所にあるターゲットでも、その他どのような場所にあるターゲットでも、感光アレイ１２５０上での像のサイズは３ｍｍとなるので、拡大器の横倍率は３ｍｍ／０．４４ｍｍ＝６．８となる。姿勢検出用カメラ全体での横倍率は３ｍｍ／１３ｍｍ＝０．２３である。拡大器の横倍率を４倍化して４×６．８＝２７に高め、全体での横倍率を０．５〜３０ｍの諸距離について１２ｍｍ／１３ｍｍ＝０．９２にすることも可能である。
【００６９】
図１４Ｂ〜図１４Ｄに姿勢検出用カメラの別例を示す。図１４Ｂはその側面２７５０Ｂ、図１４Ｃは図１４Ｂ中の線Ａ−Ａに沿った縦断面２７５０Ｃを上から見たもの、図１４Ｄは図１４Ｃ中の線Ｂ−Ｂに沿った横断面２７５０Ｄを表している。光ビームは、各図に示す光路２７５５沿いに、第１レンズ群２７６０を通り、ミラー２７６２で反射され、レンズ２７６４を通り、ミラー２７６６，２７６８で反射され、第２レンズ群２７７０を通り、ミラー２７７２，２７７４で反射された後に、感光アレイ２７７６に入射する。第１レンズ群２７６０及びレンズ２７６４は無限焦点レンズ系を構成しているので、既述の通り、光軸に対し平行な光線が第１レンズ群２７６０に入射すると光軸に対し平行な光線がレンズ２７６４から出射される。図１４Ｂ〜図１４Ｄでは省略したが、レーザトラッカから再帰反射ターゲットまでの距離が有限であるため、この無限焦点レンズ系はレンズ２７６４からある距離隔たった位置に虚像２７７８を発生させる。レンズ２７６４から虚像２７７８までの距離ｄはレーザトラッカから再帰反射ターゲットまでの距離に左右される。例えば、トラッカから再帰反射ターゲットまでの距離が４ｍのときにレンズ２７６４から虚像２７７８までの距離ｄが約８２ｍｍになる系なら、トラッカから再帰反射ターゲットまでの距離が４０ｍのときには距離ｄが約５１ｍｍになる。第２レンズ群２７７０はその虚像２７７８をアレイ２７７６へと中継する。動力用アクチュエータ２７８０は、その虚像２７７８から第２レンズ群２７７０までの距離が正確な値に保たれるようミラー２７６６，２７６８の位置を調整することによって、アレイ２７７６上の像を合焦状態に維持する。第１レンズ群２７６０の合成焦点長は例えば１１２ｍｍ、レンズ２７６４の焦点長は例えば−５．１８ｍｍ、第２レンズ群２７７０の合成焦点長は例えば約５９．３ｍｍである。この場合、系全体の倍率が約１／８になるので、アレイ２７７６上の光パターンは再帰反射ターゲット上のそれに比し約１／８のサイズになる。こうした系は、レーザトラッカから再帰反射ターゲットまでの距離によらず一定倍率が維持されるレンズ系の一例である。
【００７０】
横倍率が一定の姿勢検出用カメラは、これとは異なる組合せのレンズで実現することも可能である。また、横倍率が一定のレンズ系が望ましいけれども、それ以外のレンズ系も使用することができる。総じて、図１４Ａ〜図１４Ｄに示したカメラは、ズーム可能で、視野が狭く、レーザトラッカの光軸に対する整列性がよい点で際立っている。
【００７１】
図１５に光電システムの一例７００を示す。これはその波長が異なる二種類の光同士が光ファイバカプラで結合されるシステムであり、第１光源７０５、第２光源７５０、第１アイソレータ７１０、第２アイソレータ７５５、光電変調器４１０（省略可）、ＡＤＭ用電子回路７１５、光ファイバ網７２０、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。第１光源７０５は例えば７８０ｎｍで作動するレーザダイオード、第２光源７５５は例えば赤色又は緑色のレーザダイオードである。第１光源７０５からの輻射光は光ファイバ７８０経由で第１アイソレータ７１０に入射する。第１アイソレータ７１０はファラデーアイソレータ、アッテネータ等のデバイスであり、その入射ポート及び出射ポートにはファイバが結合されている。第１アイソレータ７１０からの出射光は変調器４１０に入射しそこで変調される。変調器４１０は回路７１５からの電気信号７１６に従い変調を実行する。変調器４１０抜きの構成、即ち回路７１５からの変調信号に従い光源７０５で直に変調を施す構成にしてもよい。第１光源７０５からこれらを経て光ファイバ７８１に入射した光は網７２０まで伝搬する。その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７２２を通って電子回路７１５の基準チャネルに入射する。他の一部は網７２０を出て光ファイバ７８２経由でランチャ１７０に入射し、ランチャ１７０から光ビーム７８３として自由空間に出射される。その光は、ビームスプリッタ１４５で反射され損失となる少量の部分を除き、スプリッタ１４５を透過し、光ビーム７８４として再帰反射ターゲット９０まで伝搬し、そしてスプリッタ１４５まで光ビーム７８６として返戻される。その光は、一部がスプリッタ１４５で反射されアセンブリ１５０まで伝搬する一方、他の一部はランチャ１７０及び光ファイバ７８２を経て網７２０に入射し、光ファイバ７２４内を伝搬して回路７１５の計測チャネルに入射する。
【００７２】
第２光源７５０からの輻射光ビームは第２光ファイバ７９０、第２アイソレータ７５５及び光ファイバ７９１を通り光ファイバ網７２０に入射する。図１６に網７２０の一例構成を示す。この網７２０は、光ファイバ１７８１，１７９１に通ずる都合２個の入射ポート（第１，第２ポート）と、光ファイバ１７８２，１７５５に通ずる都合２個の出射ポート（第３，第４ポート）とを有している。ファイバ１７８１経由で網７２０の第１ポートに入射した光は第１光ファイバカプラ１７３０内を伝搬する。その光の一部は、光ファイバ１７２２及びファイバ長等化器１７２３経由でＡＤＭ用電子回路７１５の基準チャネルに入射する。幾ばくかの部分は、第２光ファイバカプラ１７４０及び第３光ファイバカプラ１７５０経由で網７２０を出てファイバ１７８２に入射する。第３カプラ１７５０では、光ファイバ１７４３経由で入射してきた光がファイバ１７９１経由で入射してきた光と結合し、ファイバ１７８２に向かう合成光ビームが発生する。第３カプラ１７５０は、このように二種類の波長を扱えるダイクロイックカプラである。発生した合成光ビームは、ファイバ１７８２を経由しレーザトラッカ外に出射され、再帰反射ターゲット９０にて反射され、網７２０内に返戻される。その光のうち第１光源由来の成分は第３カプラ１７５０及び第２カプラ１７４０を通過し、光ファイバ１７２４経由で電子回路７１５の計測チャネルに入射する。第２光源７５０由来の成分は、ファイバ１７９１経由でアイソレータ７５５へと伝搬するが、そこで第２光源７５０への入射を阻止される。
【００７３】
光ファイバカプラ１７３０，１７４０，１７５０としては例えば熔融タイプを使用する。これは、コア及びクラッド領域を有するファイバ同士を密接配置して熔融させたタイプの光カプラであり、そのコア間ではエバネッセントな結合を介し光が交換される。使用する波長が二種類の場合、第１波長光が第１波長用光ファイバに沿い完全に伝搬し、且つ第２波長光が第１波長用光ファイバへと完全に伝搬するよう、エバネッセント結合型の光カプラを設計することが可能である。現実には、光ファイバカプラでロスレス伝送が生じるように完全な（１００％の）光結合を常時維持することはできない。しかし、その波長が異なる光同士を良好に結合させうる光ファイバカプラは購入可能であり、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等といった多用される波長のものは容易に入手することができる。しかも、光ファイバカプラは可視波長用を含め様々な波長用のものが豊富に在庫されており、そのカスタム設計、カスタム製造も可能である。例えば、図１６中の第３光ファイバカプラ１７５０を、第１波長光が光ファイバ１７４３から光ファイバ１７８２へと低光損失で伝搬する一方、第２波長光が光ファイバ１７９１から同じファイバ１７８２へと略完全に伝搬するよう設計することができる。この構成では、第１波長光と第２波長光がカプラ１７５０経由で同じファイバ１７８２上に低損失で伝達される。購入可能な光カプラのなかには、その波長が大きく異なる光同士を結合させるもの、例えば波長＝１３１０ｎｍの光と波長＝６６０ｎｍの光を結合させるものもあるが、波長の異なる光を単一横モードで且つ低パワー損失で長距離に亘り伝搬させるには、一般にその波長が近いことが必要とされる。例えば、使用波長が６３３ｎｍ及び７８０ｎｍであれば、割合に近い波長であるので、単一モード光ファイバで長距離に亘り低損失で伝搬させることができよう。こうした構成を採る光電システム７００の長所は、ファイバ網７２０内の光ファイバカプラ１７５０がダイクロイックであり、自由空間型ビームスプリッタに比べコンパクトな点にある。更に、ダイクロイックなファイバカプラであれば、第１及び第２波長光を好適に整列させることができ、生成中に特別な光学的整列手順を実施する必要もない。
【００７４】
図１７に光電システムの一例１９００を示す。これは、図１３に示した光電システム９００に似ているが、第１光源７０５及び第２光源７５０を併せ都合２個の光源を有する点で相違している。図中の第１光源７０５、第２光源７５０、第１アイソレータ７１０及び第２アイソレータ７５５は、図１５を参照して上述したそれと同様の構成である。
【００７５】
図１８に、再帰反射ターゲットの三次元座標計測に使用される手順４０１０を示す。まず、ステップ４０１５では、座標計測装置として、第１波長で発光し第１光をもたらす第１光源、それとは別の第２波長で発光し第２光をもたらす第２光源、少なくとも第１、第２及び第３ポートを有する光ファイバカプラ、光学系、第１及び第２モータ、第１及び第２角度計、距離計並びにプロセッサが備わるものを準備する。ステップ４０２０では、第１波長を有する第１光の一部分（第１部分）を第１ポートに入射させる。ステップ４０２５では、第２波長を有する第２光の一部分（第２部分）を第２ポートに入射させる。４番目のステップ４０３０では、第１部分の一部分及び第２部分の一部分を含む第３光を第３ポートから出射させる。５番目のステップ４０３５では、第３光の一部分を光学系経由で座標計測装置外に出射光ビームとして送出する。ステップ４０４０では、出射光ビームの方向を決定づける回動角のうち第１回動角を第１モータによる第１軸周り回動、第２回動角を第２モータによる第２軸周り回動で操ることで、出射光ビームの方向を操る。ステップ４０４５では、第１角度計で第１回動角、第２角度計で第２回動角を検出する。ステップ４０５０では、出射光ビームの一部分を再帰反射ターゲットで反射させることで返戻光ビームを発生させる。ステップ４０５５では、返戻光ビームの一部分（第３部分）を光検出器で捉えた結果に照らし又は基づき座標計測装置から再帰反射ターゲットまでの距離を距離計で検出する。ステップ４０６０では、これら第１及び第２回動角並びに距離に照らし又は基づき再帰反射ターゲットの三次元座標を求める。ステップ４０６５では求まった三次元座標を保存する。
【００７６】
図１９に、再帰反射ターゲットの三次元座標計測に使用される手順４１１０を示す。まず、ステップ４１１５では位置検出器を有する位置検出アセンブリを準備する。ステップ４１２０では返戻光ビームの一部分（第４部分）を位置検出器に入射させる。図１８に示した手順がターミナルＡまで済んだら、ステップ４１２５にて、位置検出器への第４部分入射位置を示す第１信号を位置検出器から取得する。ステップ４１３０では、第１信号に照らし又は基づき第１モータに第２信号、第２モータに第３信号を送る。ステップ４１３５では、再帰反射ターゲットの空間位置に向くよう出射光ビームの方向を調整する。この手順はターミナルＢにて終了する。
【００７７】
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まれた方々（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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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