(57)【要約】  別の場所にあるターゲットへと光の第１ビームを出射し、そのターゲットが第１ビームの一部を第２ビームとして遡行させるよう次元計測装置を構成する。この装置は、第１光源、ファイバカプラアセンブリ、並びに第１状態又は第２状態を有する第１電気信号の供給を受けその信号が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポートから第２部分を出射する光ファイバスイッチを備える。この装置は、更に、光学系、基準用再帰反射器、第１状態又は第２状態を有する第１電気信号を発生させる一方第３部分を第１基準値に変換し、第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値に、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換する第１電気回路、並びに第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するプロセッサを備える。
2013538331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別の空間位置を占めるターゲット（２６）へと光の第１ビーム（４６）を出射し、そのターゲットが第１ビームの一部を反射し第２ビーム（４７）として遡行させる次元計測装置（１０）であって、
第１光（７９０）を輻射する第１光源（７０５，３１０２）と、
カプラ内入射ポート（４５９）、カプラ外出射ポート（４６５）、カプラ側計測ポート（４２４）及びカプラ側基準ポート（４２２）を有し、第１光のうち第１部分がカプラ内入射ポート経由で入り、そのうちの第２部分がカプラ外出射ポート、第３部分がカプラ側基準ポート経由で出て行くよう構成されたファイバカプラアセンブリ（４５７，４６３）と、
スイッチ内入射ポート（４６５）、スイッチ側計測ポート（４７０）及びスイッチ側基準ポート（４７１）を有し、スイッチ内入射ポート経由で入ってきた第２部分が、供給された第１電気信号（４６９）の状態が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポート経由で出て行くよう構成された光ファイバスイッチ（４６８）と、
スイッチ側計測ポートを経て入ってきた第２部分が第１ビームとして次元計測装置外に出射され、入射してきた第２ビームが第４部分としてスイッチ側計測ポート経由で光ファイバスイッチに入ってカプラ外出射ポートに至り、そのうちの第５部分がファイバカプラアセンブリ経由でカプラ側計測ポートから出るよう構成された光学系（１７０）と、
スイッチ側基準ポートを経て入射してきた第２部分が第６部分としてカプラ外出射ポートへ遡行し、そのうちの第７部分がファイバカプラアセンブリ経由でカプラ側計測ポートから出るよう構成された基準用再帰反射器（４７２，４７２Ａ，４７２Ｂ）と、
第１状態又は第２状態を有する第１電気信号を発生させる一方、第３部分を第１基準値に変換し、また第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値に、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換する第１電気回路（１５３６）と、
第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ、次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するプロセッサ（１５３３，１５２０）と、
を備える次元計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の次元計測装置であって、第３部分（３２３２）が基準用光検波器（３３０８）によって第１基準電気信号、第５部分が計測用光検波器（３３０６）によって第１計測電気信号、また第７部分が計測用光検波器（３３０６）によって第２基準電気信号に変換される次元計測装置。
【請求項３】
請求項１記載の次元計測装置であって、
第１軸（２０）周りの第１回動角及び第２軸（１８）周りの第２回動角で決まる第１方向を光の第１ビームが指向するよう協働しつつ第１回動角を発生させる第１モータ（２１２５）及び第２回動角を発生させる第２モータ（２１５５）と、
第１回動角を計測する第１角度計測装置（２１２０）及び第２回動角を計測する第２角度計測装置（２１５０）と、
を備え、そのプロセッサが、第１距離、第１回動角及び第２回動角に少なくとも部分的に依拠しつつ再帰反射ターゲットの三次元座標を導出する次元計測装置。
【請求項４】
請求項２記載の次元計測装置であって、そのターゲットが再帰反射ターゲットである次元計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の次元計測装置であって、そのターゲットが球体実装再帰反射器である次元計測装置。
【請求項６】
請求項１記載の次元計測装置であって、その次元計測装置が、第１光を変調する変調器（３３０４）を有する次元計測装置。
【請求項７】
請求項６記載の次元計測装置であって、その変調器が、一定周波数正弦波にほぼ従い第１光の光学的パワーを変調する次元計測装置。
【請求項８】
請求項７記載の次元計測装置であって、その第１電気回路が、第３部分から第１基準位相、第５部分から第１計測位相、第７部分から第２基準位相を抽出する次元計測装置。
【請求項９】
請求項６記載の次元計測装置であって、その変調器が、パルス方式に従い第１光の光学的パワーを変調する次元計測装置。
【請求項１０】
請求項６記載の次元計測装置であって、その変調器が、経時につれ周波数が変化する波形に従い第１光の光学的パワーを変調する次元計測装置。
【請求項１１】
請求項４記載の次元計測装置であって、その第１電気回路が、第１計測値に少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定する次元計測装置。
【請求項１２】
請求項４記載の次元計測装置であって、その第１電気回路が、第２基準値が直近に取得されてからの経過時間に少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態を指定する次元計測装置。
【請求項１３】
請求項４記載の次元計測装置であって、その第１電気回路が、第２基準値が直近に取得されてからの温度計測値変化に少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定する次元計測装置。
【請求項１４】
請求項４記載の次元計測装置であって、その第１電気回路が、プロセッサが上記第１距離を導出するモードであるか否かに少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定する次元計測装置。
【請求項１５】
ターゲット（２６）へと光の第１ビーム（４６）を出射し、第１ビームの一部をそのターゲットから第２ビーム（４７）として遡行させる次元計測装置（１０）向けの方法であって、
第１光を輻射する第１光源（７０５，３１０２）、カプラ内入射ポート（４５９）、カプラ外出射ポート（４６５）、カプラ側計測ポート（４２４）及びカプラ側基準ポート（４２２）を有するファイバカプラアセンブリ（４５７，４６３）、スイッチ内入射ポート（４６５）、スイッチ側計測ポート（４７０）及びスイッチ側基準ポート（４７１）を有する光ファイバスイッチ（４６８）、光学系（１７０）、基準用再帰反射器（４７２，４７２Ａ，４７２Ｂ）、第１電気回路（１５３６）、並びにプロセッサ（１５３３，１５２０）を準備するステップ（４１１０）と、
第１光のうち第１部分をカプラ内入射ポートに入射させるステップ（４１１５）と、
第１部分のうち第２部分をカプラ外出射ポートから出射させるステップ（４１１５）と、
第１部分のうち第３部分をカプラ側基準ポートから出射させるステップ（４１１５）と、
第２部分をスイッチ内入射ポートに入射させるステップ（４１２０）と、
第１状態又は第２状態を有する第１電気信号（４６９）を光ファイバスイッチに供給するステップ（４１２０）と、
第１電気信号が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポートから第２部分を出射させるステップ（４１２０）と、
スイッチ側計測ポートから出射された第２部分を光学系に入射させその光学系から次元計測装置外へと第１ビームとして出射させるステップ（４１２５）と、
光学系に入射してきた第２ビームを第４部分としてスイッチ側計測ポートに入射させるステップ（４１３０）と、
第４部分を光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入射させるステップ（４１３５）と、
第４部分のうち第５部分をカプラ側計測ポートから出射させるステップ（４１４０）と、
スイッチ側基準ポートから出射された第２部分を基準用再帰反射器に入射させ第６部分としてカプラ外出射ポートへと遡行させるステップ（４１４５）と、
第６部分のうち第７部分をカプラ側計測ポートから出射させるステップ（４１５０）と、
第３部分を第１基準値に変換する一方、第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換するステップ（４１５５）と、
第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するステップ（４１６０）と、
導出した第１距離を格納するステップ（４１６０）と、
を有する方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、
基準用光検波器（３３０８）及び計測用光検波器（３３０６）を準備するステップ（４２１５）と、
基準用光検波器で上記第３部分を第１基準電気信号に変換するステップ（４２２０）と、
計測用光検波器で上記第５部分を第１計測電気信号に変換するステップ（４２２５）と、
計測用光検波器で上記第７部分を第２基準電気信号に変換するステップ（４２３０）と、
を有する方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、
第１軸（２０）周りの第１回動角及び第２軸（１８）周りの第２回動角で決まる第１方向を光の第１ビームが指向するよう協働する第１モータ（２１２５）及び第２モータ（２１５５）、並びに第１角度計測装置（２１２０）及び第２角度計測装置（２１５０）を準備するステップと、
第１モータで第１回動角を発生させるステップ（４３１５）と、
第２モータで第２回動角を発生させるステップ（４３２０）と、
第１回動角を計測するステップ（４３２５）と、
第２回動角を計測するステップ（４３２５）と、
第１距離、第１回動角及び第２回動角に少なくとも部分的に依拠しつつ再帰反射ターゲットの三次元座標を導出するステップ（４３３０）と、
を有する方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、第４部分を光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入射させるステップが、第１計測値に少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定するステップを含む方法。
【請求項１９】
請求項１７記載の方法であって、第４部分を光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入射させるステップが、第２基準値が直近に取得されてからの温度計測値変化に少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定するステップを含む方法。
【請求項２０】
請求項１７記載の方法であって、第４部分を光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入射させるステップが、プロセッサが上記第１距離を導出するモードであるか否かに少なくとも部分的に依拠しつつ第１及び第２状態のうち一方を指定するステップを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年８月７日付米国暫定特許出願第６１／２３２２２２号に基づく利益を享受する２０１０年８月３日付米国特許出願第１２／８４９０６５号のほか、２０１１年４月１５日付米国暫定特許出願第６１／４７５７０３号、並びに２０１２年１月３０日付米国暫定特許出願第６１／５９２０４９号に基づく利益を享受する出願である。この参照を以て各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（３Ｄ）座標値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）等の距離計測装置でその点までの距離を、また角度エンコーダ等の角度計測装置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を求める。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３Ｄ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、輻射方向沿い距離に関する１自由度及び角度に関する２自由度を併せ３自由度のみの計測で、面上にある各点の３Ｄ座標が全て特定される。
【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、オペレータ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＆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遡行した光のうち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測装置が装着される。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３Ｄ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３自由度計測用レーザトラッカと違い、６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６自由度システムである。
【０００９】
光学系としては、光検波器上で光に別の波長の光をミキシングすることが可能な時間非コヒーレント系が使用される。時間非コヒーレント系のうち最もシンプルなもの、即ち計測チャネルが１個、基準チャネルが０個の系では、通常、レーザビームにパワー変調が施される。再帰反射ターゲットでの反射光を光検波器で捉えると同じ変調周波数の電気信号に変換されるので、その電気信号を電気的に処理することで、レーザトラッカ・ターゲット間の距離を求めることができる。ただ、こうした系には、電気的構成部材や光学的構成部材の応答が経時的に変化し距離導出結果にジッタやドリフトが生じる、という大きな問題がある。
【００１０】
時間非コヒーレント系で生じるそれらの誤差を減らす手法としては、例えば計測チャネルに加え基準チャネルを設け、計測チャネルに一組、基準チャネルに一組、都合二組の電子回路を設ける手法がある。この手法では、離れた場所にある再帰反射ターゲットで再帰反射されたレーザ光が光検波器で電気信号に変換され、その電気信号が計測チャネル用電子回路へと送られる。基準チャネル用電子回路には、計測チャネルでの変調に使用された電気信号が供給される。それら、計測チャネル用電子回路で求まった距離から基準チャネル用電子回路で求まった距離を減ずると、ジッタやドリフトが少ないＡＤＭ出力が得られる。この種の手法であれば、電気的構成部品で生じる変動による誤差、特に温度変化によるものを概ね抑えることができる。しかし、レーザや光検波器をはじめ光電的構成部品での変動による誤差を除去することはできない。
【００１１】
それらの誤差を更に減らすには、変調成分を含むレーザビームを基準チャネル用光検波器に分岐入射させればよい。計測，基準チャネル間でレーザビームの変動がほとんどコモンモードになるため、計測チャネルで求まった距離から基準チャネルで求まった距離を減ずることでその変動を相殺することができる。
【００１２】
ＡＤＭを使用するシステム、特に長期間又は広い温度範囲に亘り使用されるシステムでは、これらの手法を講じてもなお、無視し得ない量のドリフトが残りうる。それは、上掲の諸構成では光学的構成部品や電気的構成部品での変動によるドリフト及び反復誤差が生じやすく、しかもそれが計測チャネル・基準チャネル間で同一でないからである。例えば、ＡＤＭ内の光ファイバでは温度変化による光路長変化が生じうるし、ＡＤＭ内の電気的アセンブリ例えば増幅器やフィルタでは温度変化による電気的位相の変化が生じうる。
【００１３】
レーザトラッカ内ＡＤＭで生じるドリフトの影響を大きく減らせる技術としては、特許文献４（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）に記載の方法及びシステムがある。これは、チョッパ機構を使用しレーザ反射光の行く先を計測，基準チャネル間で交番的に切り替えるものである。この仕組みはうまく稼働するが、チョッパホイールの回転速度ひいてはＡＤＭによるデータ収集の速度に上限がある。
【００１４】
移動する再帰反射ターゲットまでの距離を特許文献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）記載の方法に従い計測する場合、特許文献１に係る発明の長所を最大限に引き出すには距離計算を高速、好ましくは１０ｋＨｚ以上の速度で反復する必要がある。しかしながら、特許文献４記載のチョッパ機構をそうした速度で動作させるのは難しい。従って、ＡＤＭで生じるドリフトの問題を克服するにはまた別の手法が必要である。
【００１５】
距離計で生じるドリフトを補正する手法としては、レーザビームの行く先を２本の自由空間光路間で機械的に切り替える手法もある。それら自由空間光路のうち、一方は装置外の計測対象物体に達した後自装置に戻る計測光路であり、他方は装置内を巡る基準光路である。計測光路経由の光と基準光路経由の光は、同じ光検波器に入射するけれども、機械的スイッチの働きで切り替わっているのでその光検波器に同時に入射することはない。機械的スイッチとしては、ミラー、プリズム、ビームスプリッタ、チョッパホイール等、機械的に作動させうる光学部品を使用できる。それを作動させるアクチュエータとしては、ソレノイド、モータ、ボイスコイル、マニュアルアジャスタ等のデバイスを使用できる。このように光検波器や電気回路が計測光路・基準光路間で共用される構成では、ほぼ全てのドリフトがコモンモードになって相殺されることとなる。この手法をベースとした発明としては、特許文献５（発明者：Ｈｅｗｌｅｔｔ  ｅｔ  ａｌ．）、６（発明者：Ｍａｄｉｇａｎ  ｅｔ  ａｌ．）、７（発明者：ＤｅＷｉｔｔ）、８（発明者：Ｎａｋａｚａｗａ  ｅｔ  ａｌ．）、９（発明者：Ｈｉｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．）、１０（発明者：Ｓｈｉｐｐ  ｅｔ  ａｌ．）、１１（発明者：Ｗｅｎｄｔ）、１２（発明者：Ｗｉｋｌｕｎｄ）、１３（発明者：Ｅｐｓｔｅｉｎ）、１４（発明者：Ｃｈａｂｏｒｓｋｉ）、１５（発明者：Ｂｕｃｋ  ｅｔ  ａｌ．）、１６（発明者：Ｏｈｉｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．）、１７（発明者：Ｐａｙｎｅ  ｅｔ  ａｌ．）、１８（発明者：Ｋａｎｅｋｏ  ｅｔ  ａｌ．）、１９（発明者：Ｋｕｂｏ）、２０（発明者：Ｈｉｒｕｎｕｍａ）、２１（発明者：Ｄａｍｍ）、２２（発明者：Ｓｈｉｒａｉ  ｅｔ  ａｌ．）、４（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ）、２３（発明者：Ｏｈｔｏｍｏ  ｅｔ  ａｌ．）、２４（発明者：Ｏｈｔｏｍｏ  ｅｔ  ａｌ．）、２５（発明者：Ｓｔｉｅｒｌｅ  ｅｔ  ａｌ．）、２６（発明者：Ｓｃｈｍｉｄｔ  ｅｔ  ａｌ．）、２７（発明者：Ａｏｋｉ  ｅｔ  ａｌ．）、２８（発明者：Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．）、２９（発明者：Ｌｉｕ  ｅｔ  ａｌ．）、３０（発明者：Ｏｈｔｏｍｏ  ｅｔ  ａｌ．）、３１（発明者：Ｏｓａｄａ）、３２（発明者：Ｏｉｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．）、３３（発明者：Ｌｕｏ  ｅｔ  ａｌ．）、３４（発明者：Ｗｏｌｆ  ｅｔ  ａｌ．）等に記載のものがある。ただ、これらの発明では低速な機械スイッチが使用されており、移動する再帰反射ターゲットの詳細な絶対距離計測に適した高速で切替を実行することができない。
【００１６】
距離計の光学的構成部分ではなく電気的構成部分のみでドリフトを補正する手法もある。この手法では、計測光路経由光を計測チャネル用光検波器、基準光路経由光を基準チャネル用光検波器に入射させ、それら光検波器で生じた電気信号を電気的スイッチに供給する。そのスイッチは、２個の光検波器から供給される電気信号を単一の電気的ユニットへと交互に供給する。その電気ユニットではその信号を処理してターゲットまでの距離を求める。この手法をベースにした発明としては、特許文献３５（発明者：Ｈｏｅｌｓｃｈｅｒ）、３６（発明者：Ｒｅｉｆｅｒ）、３７（発明者：Ｓｔｅｉｎｌｅｃｈｎｅｒ）、３８（発明者：Ｇｉｇｅｒ）、３９（発明者：Ｇｉｇｅｒ）、４０（発明者：Ｇｉｇｅｒ）、４１（発明者：Ｇｉｇｅｒ）等に記載のものがある。ただ、こうして電気的スイッチを用いることは、ＡＤＭ内電気的構成部分でのドリフト低減につながるけれども、一般にそれと同等以上に大きな光学的構成部分でのドリフトを低減することができない。加えて、数ＧＨｚで変調された電気信号での位相シフトを回避しうる高速スイッチング型の電気的スイッチを構成するのは難しい。このように、実用性及び実現性が低いため、電気的スイッチはＡＤＭで生じるドリフトの補正向けの手段ではない。
【００１７】
双安定距離計については、二文献で光ファイバスイッチの使用が提案されている。そのうち特許文献４２（発明者：Ｃｏｎｓｔａｎｔｉｋｅｓ）に記載の手法では、ビームの出射光路上に一方の光ファイバスイッチ、遡行光路上に他方の光ファイバスイッチが配置される。これら２個の光ファイバスイッチは、計測光路又は基準光路経由の光が光検波器に到達するよう同時にスイッチングされる。特許文献４３（発明者：Ｃｏｌｅ）に記載の手法では、双安定距離計への遡行光路を辿った光がファイバスイッチの第１ポート、出射ビームの一部が第２ポートに入射する。これら、ファイバスイッチを使用する構成は双安定なデバイスにしか適用できず、前掲の理由でレーザトラッカと併用することができない。
【００１８】
特許文献４４（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）には、光ファイバを用いドリフトを減らすＡＤＭについての記載がある。この文献に記載の手法は、計測用光学系経由の光信号と基準用光学系経由の光信号とが共通の光検波器及び電子回路で受波、処理されるよう、光ファイバスイッチを用い計測チャネル及び基準チャネルを高速交番させるものである。この手法を使用すればドリフトを非常に効果的に削減できるが、そのためには超高速の光ファイバスイッチが必要となる。超高速の光ファイバスイッチはかなり高価であるため、それ無しでドリフトを除去する手法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【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６８４７４３６号明細書
【特許文献５】米国特許第３６１９０５８号明細書
【特許文献６】米国特許第３７２８０２５号明細書
【特許文献７】米国特許第３７４０１４１号明細書
【特許文献８】米国特許第３７７９６４５号明細書
【特許文献９】米国特許第３８１３１６５号明細書
【特許文献１０】米国特許第３８３２０５６号明細書
【特許文献１１】米国特許第３９００２６０号明細書
【特許文献１２】米国特許第３９１４０５２号明細書
【特許文献１３】米国特許第４１１３３８１号明細書
【特許文献１４】米国特許第４２９７０３０号明細書
【特許文献１５】米国特許第４４５３８２５号明細書
【特許文献１６】米国特許第５００２３８８号明細書
【特許文献１７】米国特許第５４５５６７０号明細書
【特許文献１８】米国特許第５７３７０６８号明細書
【特許文献１９】米国特許第５８８０８２２号明細書
【特許文献２０】米国特許第５８８６７７７号明細書
【特許文献２１】米国特許第５９９１０１１号明細書
【特許文献２２】米国特許第６７６５６５３号明細書
【特許文献２３】米国特許第７０９５４９０号明細書
【特許文献２４】米国特許第７１９６７７６号明細書
【特許文献２５】米国特許第７２２４４４４号明細書
【特許文献２６】米国特許第７２６２８６３号明細書
【特許文献２７】米国特許第７３３６３４６号明細書
【特許文献２８】米国特許第７３３９６５５号明細書
【特許文献２９】米国特許第７４７１３７７号明細書
【特許文献３０】米国特許第７４７４３８８号明細書
【特許文献３１】米国特許第７４９２４４４号明細書
【特許文献３２】米国特許第７５１８７０９号明細書
【特許文献３３】米国特許第７７３８０８３号明細書
【特許文献３４】米国特許出願公開第２００９／０００９７４７号明細書
【特許文献３５】米国特許第３３６５７１７号明細書
【特許文献３６】米国特許第５７４２３７９号明細書
【特許文献３７】米国特許第６３６９８８０号明細書
【特許文献３８】米国特許第６４６３３９３号明細書
【特許文献３９】米国特許第６７２７９８５号明細書
【特許文献４０】米国特許第６８５９７４４号明細書
【特許文献４１】米国特許第６８６４９６６号明細書
【特許文献４２】米国特許出願公開第２００９／００４６２７１号明細書
【特許文献４３】米国特許第４６８９４８９号明細書
【特許文献４４】米国特許出願公開第２０１１／００３２５０９号明細書
【特許文献４５】米国特許第７７０１５５９号明細書
【特許文献４６】米国特許第７３２７４４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
このように、移動ターゲットの詳細計測に使用でき、ドリフトが少ないＡＤＭが必要とされている。単安定でドリフトが少なく、低コストで実現できることも求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のある実施形態は、別の空間位置を占めるターゲットへと光の第１ビームを出射し、そのターゲットが第１ビームの一部を反射し第２ビームとして遡行させる次元計測装置である。本装置は、第１光を輻射する第１光源と、カプラ内入射ポート、カプラ外出射ポート、カプラ側計測ポート及びカプラ側基準ポートを有し、第１光のうち第１部分がカプラ内入射ポート経由で入りそのうちの第２部分がカプラ外出射ポート、第３部分がカプラ側基準ポート経由で出て行くよう構成されたファイバカプラアセンブリと、を備える。本装置は、また、スイッチ内入射ポート、スイッチ側計測ポート及びスイッチ側基準ポートを有し、スイッチ内入射ポート経由で入ってきた第２部分が、供給された第１電気信号の状態が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポート経由で出て行くよう構成された光ファイバスイッチと、を備える。本装置は、更に、スイッチ側計測ポート経由で入ってきた第２部分が第１ビームとして次元計測装置外に出射され、入射してきた第２ビームが第４部分としてスイッチ側計測ポートから出て光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに至り、そのうちの第５部分がファイバカプラアセンブリ経由でカプラ側計測ポートから出るよう構成された光学系と、スイッチ側基準ポートを経て入射してきた第２部分が第６部分としてカプラ外出射ポートへ遡行し、そのうちの第７部分がファイバカプラアセンブリ経由でカプラ側計測ポートから出るよう構成された基準用再帰反射器と、を備える。本装置は、加えて、第１状態又は第２状態を有する第１電気信号を発生させる一方第３部分を第１基準値に変換し、また第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値に、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換する第１電気回路と、第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するプロセッサと、を備える。
【００２２】
本発明の他の実施形態は、ターゲットへと光の第１ビームを出射し、第１ビームの一部をそのターゲットから第２ビームとして遡行させる次元計測装置向けの方法である。本方法は、第１光を輻射する第１光源、カプラ内入射ポート、カプラ外出射ポート、カプラ側計測ポート及びカプラ側基準ポートを有するファイバカプラアセンブリ、スイッチ内入射ポート、スイッチ側計測ポート及びスイッチ側基準ポートを有する光ファイバスイッチ、光学系、基準用再帰反射器、第１電気回路、並びにプロセッサを準備するステップを有する。本方法は、また、第１光のうち第１部分をカプラ内入射ポートに入射させるステップと、第１部分のうち第２部分をカプラ外出射ポートから出射させるステップと、第１部分のうち第３部分をカプラ側基準ポートから出射させるステップと、第２部分をスイッチ内入射ポートに入射させるステップと、第１状態又は第２状態を有する第１電気信号を光ファイバスイッチに供給するステップと、第１電気信号が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポートから第２部分を出射させるステップと、スイッチ側計測ポートから出射された第２部分を光学系に入射させその光学系から次元計測装置外へと第１ビームとして出射させるステップと、光学系に入射してきた第２ビームを第４部分としてスイッチ側計測ポートに入射させるステップと、第４部分を光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入射させるステップと、第４部分のうち第５部分をカプラ側計測ポートから出射させるステップと、スイッチ側基準ポートから出射された第２部分を基準用再帰反射器に入射させ第６部分としてカプラ外出射ポートへと遡行させるステップと、第６部分のうち第７部分をカプラ側計測ポートから出射させるステップと、第３部分を第１基準値に変換する一方、第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換するステップと、第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出するステップと、導出した第１距離を格納するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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を示す斜視図である。
【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６自由度ターゲットを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザトラッカの光学的・電子的構成諸部材を示すブロック図である。
【図４Ａ】従来型の無限焦点型ビームエクスパンダを示す図である。
【図４Ｂ】その別例を示す図である。
【図５】従来型の光ファイバ式ビームランチャを示す図である。
【図６Ａ】従来型の位置検出器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器の構成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の電子的・光電的構成諸部材を示すブロック図である。
【図８Ａ】従来型光ファイバ網を構成する光ファイバ利用諸部材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て光ファイバ網を構成する光ファイバ利用諸部材を示す模式図である。
【図９】従来型のレーザトラッカを示す展開図である。
【図１０】従来型のレーザトラッカを示す断面図である。
【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・通信関連諸部材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を示すブロック図である。
【図１２Ｂ】その別例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る６自由度計測型レーザトラッカの構成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６自由度計測型レーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１４Ｂ】本発明の一実施形態に係る６自由度計測型レーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１４Ｃ】本発明の一実施形態に係る６自由度計測型レーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１４Ｄ】本発明の一実施形態に係る６自由度計測型レーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るレーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施形態にて光ファイバ網を構成する光ファイバ利用諸部材を示す模式図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る６自由度計測型レーザトラッカの構成を示すブロック図である。
【図１８Ａ】本発明の一実施形態にて光ファイバ網に備わる光ファイバスイッチを示すブロック図である。
【図１８Ｂ】本発明の一実施形態に備わる光ファイバ式の再帰反射器を示すブロック図である。
【図１８Ｃ】その別例を示すブロック図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る計測方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の一実施形態に係る計測方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の一実施形態に係る計測方法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】
【００２４】
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。但し、本発明の技術的範囲がそれを以て限定されるものではない。図中、同様の部材には同様の参照符号を付してある。
【００２５】
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、補助ユニットプロセッサ５０（省略可）及び補助コンピュータ６０（省略可）を備えている。トラッカ１０はジンバル式ビームステアリング機構１２を備えているので、アジマスベース１６上のゼニスキャリッジ１４をアジマス軸２０周りで回動させると共に、ゼニスキャリッジ１４上のペイロード１５をゼニス軸１８周りで回動させることができる。その軸１８，２０はトラッカ１０内で相直交していて、その交点即ちジンバル点２２が通常は距離計測の原点とされる。レーザビーム４６を仮想的に引き延ばした線は点２２を通りゼニス軸１８に直交するので、レーザビーム４６は軸１８，２０双方に対し平行なあらゆる面にほぼ直交することとなる。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、ゼニス軸１８周り回動角及びアジマス軸２０周り回動角を計測することで、トラッカ側球座標系によるターゲット２６の位置が求まる。
【００２６】
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しることもできる。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。
【００２７】
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４６（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。
【００２８】
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６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再帰反射器である。
【００２９】
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用の波長と可視ポインタ用及び追尾用の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、位置検出器１５０、第２ビームスプリッタ１５５、ＡＤＭ１６０及び第２ファイバランチャ１７０の諸部材である。
【００３０】
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減衰器である。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ファイバランチャ１７０から自由空間へと出射されるようにしてもよい。
【００３１】
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が使用されており、負レンズ１４１Ａに入射した平行光ビーム２２０Ａが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１４１Ａ，１４２Ａが使用されており、第１正レンズ１４１Ｂに入射した平行光ビーム２２０Ｂが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。
【００３２】
この例では、ＡＤＭ１６０が、光源１６２、ＡＤＭ用電子回路１６４、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。ファイバ網１６６は例えば図８Ａに示す従来型のファイバ網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。
【００３３】
図８Ａに示したファイバ網は、第１ファイバカプラ４３０、第２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ファイバカプラ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ファイバカプラ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がある。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。
【００３４】
第２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ファイバランチャ１７０へと伝搬される。
【００３５】
ファイバランチャ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。
【００３６】
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からビームスプリッタ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まで第１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の一部が第２ビームとして反射される。第２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、ビームスプリッタ１５５で反射され第２ファイバランチャ１７０経由で光ファイバ１８６に入射していく。
【００３７】
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。遡行光がファイバ４３８及び第２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ファイバカプラ４３０に至っている。第１ファイバカプラ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。
【００３８】
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に従来技術に係る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。
【００３９】
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。
【００４０】
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４５（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４５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。
【００４１】
ビームスプリッタ１５５は反射光ビーム１９０の一部を透過させてビームスプリッタ１４５に供給する。ビームスプリッタ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器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からの出射光を第１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ビームの諸部分である。例えば、第１部分は距離計たる図３中のＡＤＭ１６０に、第２部分は検出器１５０に送られる。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ビームの第１，第２部分をビームスプリッタ１５５，１４５で反射させてＡＤＭ１６０，検出器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）。
【００４２】
図６Ａ〜図６Ｄに従来技術に係る位置検出器の諸例を示す。図６Ａに示したのは最も単純な構成であり、位置センサ１５１及びそれが載る回路基板１５２によって位置検出器が構成されている。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、補助ユニットプロセッサ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、センサ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やセンサ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。
【００４３】
図６Ｅに、調光器１４９Ｅを有する新規な位置検出器を示す。この調光器１４９Ｅは、レンズ１５３及びに加えフィルタ１５４（省略可）を備えている。それに加え、散光器（群）１５６及び空間フィルタ１５７を設けたのは、前掲の通りキューブコーナ型の再帰反射ターゲットが広く使用されているためである。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、そこからの光はレーザトラッカへと完全に反射されるわけではない。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、位置センサ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、位置検出器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、センサ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。理想的な位置センサ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、位置センサ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、散光器を設けることで位置検出性能が向上する。これは、恐らく、センサ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センサ１５１上に生じることがある。位置センサ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６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遡行光で甚だしくなる。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。
【００４４】
位置検出器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、位置センサ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ひとしい距離だけレンズから離れた場所に配置されている。遡行光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にぶつかりセンサ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がセンサ１５１に入射し、センサ１５１に対する遡行光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、センサ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。位置センサの表面上（通常は位置センサの中心付近）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センサに入射する。位置センサ上での遡行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。
【００４７】
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、並びに位置センサ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。
【００４８】
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。位置検出器内位置センサとしては、位置検知型検出器、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。位置検知型検出器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。
【００４９】
この例では遡行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ＩＦＭの位置関係を逆にし、ビームスプリッタ１４５で反射された光がＩＦＭ、ビームスプリッタ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。
【００５０】
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、そのパワーが、光源１１０が不安定化されない程に弱まっている。
【００５１】
この例では可視光源１１０からの輻射光が図５中のファイバランチャ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。
【００５２】
図３中のファイバ網１６６として図８Ｂに示す従来型のファイバ網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４４３，４４４，４２２，４２４として表されている。図示のファイバ網４２０Ｂは図８Ａに示したそれに類似しているが、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。
【００５３】
図３中のファイバ網１６６として図８Ｃに示すファイバ網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、ファイバ網４２０Ｃに備わるファイバカプラのうち第１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４５４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。
【００５４】
図９及び図１０に、特許文献３（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ  ｅｔ  ａｌ．；この参照を以て本願に繰り入れる）の図２及び図３に示した従来技術に係るレーザトラッカ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。
【００５５】
アジマス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の回動角を正確に計測することである。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、後者はポストアセンブリ２１１０に取り付けられている。アジマス読取ヘッドアセンブリ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の回動角を計測することができる。
【００５６】
アジマスモータアセンブリ２１２５はアジマスモータロータ２１２６及びアジマスモータステータ２１２７を備えている。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。ステータ２１２７はポストアセンブリ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。
【００５７】
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は外側パーツ２１３１及び内側パーツ２１３２で構成されている。この例ではワイヤ束２１３８が補助ユニットプロセッサ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。そのワイヤ束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の内側パーツ２１３２にも配線されている。内側パーツ２１３２がポストアセンブリ２１１２に装着され固定状態に保たれるのに対し、外側パーツ２１３１はゼニスアセンブリ２１４０に装着されていて内側パーツ２１３２に対し回動する。スリップリングアセンブリ２１３０は、外側パーツ２１３１とそれに対し回動する内側パーツ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。
【００５８】
ゼニスアセンブリ２１４０はヨークハウジング２１４２、ゼニス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。
【００５９】
ゼニス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フレーム２１７２の回動角を正確に計測することである。このアセンブリ２１５０はゼニス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、前者はペイロードフレーム２１７２、後者はヨークハウジング２１４２に取り付けられている。ゼニス読取ヘッドアセンブリ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。
【００６０】
ゼニスモータアセンブリ２１５５はゼニスモータロータ２１５６及びゼニスモータステータ２１５７を備えている。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フレーム２１７２のシャフトに直に装着されている。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。
【００６１】
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は外側パーツ２１６１及び内側パーツ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側パーツ２１３１から延び、電力搬送や信号伝搬に使用されている。ワイヤ束２１６８を構成するワイヤのなかには回路基板上の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配線されるほか、スリップリングアセンブリ２１６０の内側パーツ２１６２にも配線されている。内側パーツ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、外側パーツ２１６１はペイロードフレーム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、外側パーツ２１６１とそれに対し回動する内側パーツ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。
【００６２】
図１１に次元計測用電子処理システムの一例１５００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、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、アジマスエンコーダ用電子回路１５４０、ゼニスエンコーダ用電子回路１５５０、表示兼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）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には複数個のサブ機能が備わっており、そのなかには６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。これらサブ機能の大半は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。図中で電子回路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。
【００６３】
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、６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６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。
【００６４】
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。
【００６５】
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を介しアジマスエンコーダ用電子回路１５４０に、バス１６１２を介しゼニスエンコーダ用電子回路１５５０に、バス１６１３を介し表示兼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兼無線用電子回路１５７０に送信する。
【００６６】
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、アジマスエンコーダ用電子回路１５４０やゼニス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。６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。
【００６７】
アジマスエンコーダ用電子回路１５４０、ゼニス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。
【００６８】
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）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（登録商標）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、例えば関節腕付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（登録商標）等の有線リンクのほか無線リンクも使用可能であるる。オペレータは、別の場所にあるコンピュータ１５９０からイーサネット（登録商標）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（登録商標）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。ユーザ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。
【００６９】
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、レーザダイオードで発生させポインタビーム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。
【００７０】
図１２Ａには、可視光源１１０、アイソレータ１１５、ファイバ網４２０、ＡＤＭ用電子回路５３０、ファイバランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５及び位置検出器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減衰器である。アイソレータ１１５からの出射光はファイバ網４２０、この例では図８Ａに示したファイバ網４２０Ａ内に伝搬していく。
【００７１】
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、ファイバ網４２０、ファイバランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５及び位置検出器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、減衰器等のアイソレータ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、光電変調器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、電子回路４７５に発する電気信号４７６によって制御される。変調器４１０で変調された光はファイバ網４２０、例えば上述のファイバ網４２０Ａ〜４２０Ｄに入射する。その光は、光ファイバ４２２経由で電子回路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、トラッカへと遡行し、ビームスプリッタ１４５に到来する。その光は、少量がそのビームスプリッタ１４５で反射され、図６Ａ〜図６Ｆを参照して説明した位置検出器１５０に入射する一方、他の一部がビームスプリッタ１４５を透過してランチャ１７０に入射し、ファイバ網４２０及び光ファイバ４２４を通り電子回路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。
【００７２】
図１３にロケータカメラシステム９５０付光電システムの一例９００を示す。このシステム９００は、指向カメラと３Ｄレーザトラッカ内光電機能との併用で６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、ファイバ網４２０、ファイバランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５、位置検出器１５０、ビームスプリッタ９２２及び指向カメラ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ではその光が電子回路７１５からの電気信号７１６に従い変調される。或いは、電子回路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。ファイバ網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を通り電子回路７１５の基準チャネルに入射する。電気信号４６９（省略可）をファイバ網４２０に供給し、ファイバ網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。その光の一部はファイバ網４２０からランチャ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ビームスプリッタ１４５にて反射され損失となる一方、他の一部はビームスプリッタ１４５及び９２２を透過しトラッカ外に出てデバイス４０００に入射する。デバイス４０００となるのは例えばプローブ、スキャナ、プロジェクタ、センサその他のデバイスである。
【００７３】
６自由度デバイス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、その一部がそのビームスプリッタ９２２で反射されて指向カメラ９１０に入射する。そのカメラ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、指向角（即ち６自由度のうち３自由度）が求まる。指向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、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。
【００７４】
ロケータカメラシステム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を発光させ感光アレイ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、６自由度デバイス４０００の方向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ロケータ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。
【００７５】
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。
【００７６】
図１４Ａに、図１３及び図１７中の光電システムで使用されうる指向カメラの一例９１０を示す。指向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、経路長調整器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。感光アレイ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、６自由度ターゲット上のマークを示すものとなる。経路長調整器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感光アレイ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及びボールスライド１２３４が互いに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。
【００７７】
図示例の指向カメラ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０．５〜３０ｍｍ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。
【００７８】
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。指向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。
【００７９】
図１４Ｂ〜図１４Ｄに指向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。
【００８０】
横倍率が一定の指向カメラは、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。
【００８１】
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、ファイバ網７２０、ファイバランチャ１７０、ビームスプリッタ１４５及び位置検出器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、減衰器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は電子回路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、即ち電子回路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に入射した光はファイバ網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。他の一部はファイバ網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、ビームスプリッタ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、そしてビームスプリッタ１４５まで光ビーム７８６として遡行する。その光の一部がビームスプリッタ１４５で反射され位置検出器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を経てファイバ網７２０に入射し、光ファイバ７２４内を伝搬して電子回路７１５の計測チャネルに入射する。
【００８２】
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を通りファイバ網７２０に入射する。図１６にファイバ網７２０の一例構成を示す。このファイバ網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経由でファイバ網７２０の第１ポートに入射した光は第１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ファイバカプラ１７４０及び第３ファイバカプラ１７５０経由でファイバ網７２０を出てファイバ１７８２に入射する。第３ファイバカプラ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ファイバカプラ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、ファイバ網７２０内に遡行する。その光のうち第１光源由来の成分は第３ファイバカプラ１７５０及び第２ファイバカプラ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。
【００８３】
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、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、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。
【００８４】
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。
【００８５】
図１８Ａに、図１２Ａ、図１２Ｂ及び図１３中のファイバ網４２０として使用しうるファイバ網の別例４２０Ｄを示す。このファイバ網４２０Ｄは、第１ファイバカプラ４５７、第２ファイバカプラ４６３、２個の低反射率ファイバ終端器４６２，４６７、光スイッチ４６８及び再帰反射器４７２を備えており、光スイッチ４６８には電気信号４６９が入力されている。スイッチ４６８として使用できる光スイッチは幾種類かある。今日入手可能で、一般的且つ割合に安価なものは、微細電気機械システム（ＭＥＭＳ）タイプの光スイッチである。この種の光スイッチは、例えば半導体構造の一部として構成された小型ミラーを備えている。また、変調器をスイッチ４６８として使用することもできる。変調器なら特定の波長で超高速スイッチングさせうるものを入手可能であるが、ＭＥＭＳタイプの光スイッチに比べ若干高コストになる。更に、光減衰器をスイッチ４６８として使用することもできる。例えば、送られてきた電気信号に応じてターンオン／オフするタイプの光減衰器である。ファイバ式光スイッチの選定に当たっては、この他、特許文献４４（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ；この参照を以てその内容を繰り入れる）に記載の諸条件を考慮すべきであろう。一般に、所要性能と単純さを両立させるには、ファイバ式光スイッチをスイッチ４６８として用いる必要がある。また、ここまでファイバ網４２０に関し説明してきたが、ご理解頂けるように、上掲の光スイッチング概念は二色ベースファイバ網、例えば図３中のファイバ網１６６や図１５中のファイバ網７２０にも同じように適用できる。
【００８６】
ファイバ網４２０Ｄは、ファイバカプラ及び低反射率ファイバ終端器を各２個備える点でファイバ網４２０Ａに似ているが、ファイバ網４２０Ａに備わっていない光スイッチ４６８及び再帰反射器４７２を備えている。通常時は、光ファイバ４６５上の光がスイッチ４６８の上側ポートを通り光ファイバ４７０に抜けるので、ファイバ網４２０Ｄはファイバ網４２０Ａと同様に作動する。これに対し、レーザトラッカによるターゲットの計測が行われていないときには、ファイバ４６５上の光信号がスイッチ４６８によって光ファイバ４７１へと逸らされ再帰反射器４７２に入射する。光の行く手を再帰反射器４７２に切り替えるのは、ＡＤＭを構成する部材にて生じる諸々の熱ドリフトを除去するためである。熱ドリフトをもたらしうる部材としては、例えば、光検波器、ＡＤＭ内光ファイバ等の光電的構成部材や、ミキサ、増幅器、シンセサイザ、ＡＤＣ等の電気的構成部材や、レンズ、レンズマウント等の光学的構成部材がある。仮に、ある時点で、スイッチ４６８で光を再帰反射器４７２に逸らしているときの計測チャネル内光路長が基準チャネル内光路長に比べ２０ｍｍ長かったとする。後の時点で、その値が２０．００３ｍｍに延びたならば、ＡＤＭ用のデータプロセッサ例えば図７中のプロセッサ３４００では、それ以後、ＡＤＭ計測値から０．００３ｍｍを減ずる。この手順は、重要なことに、レーザトラッカのホームポジションでＡＤＭ出力がセットされるたびに新規に開始される。
【００８７】
ホームポジションとは、そのレーザトラッカのジンバル点２２に対する距離が判明している点の空間位置のことであり、レーザトラッカのベースに対し固定的であるのが普通である。例えば、図１に示すレーザトラッカ１０では、アジマスベース１６上にある３個のホームポジションに磁気ネスト１７が配置されている。それら３個のネスト１７は、一般に入手可能なＳＭＲを受け容れうるサイズ、例えば順に１．５インチ、７／８インチ、１／２インチのサイズを有している。計測セッション開始時には、それらホームポジションのうち任意の１個にＳＭＲを配置して図１中の光ビーム４６を入射させ、ジンバル点２２からそのホームポジション（ネスト１７内）にあるＳＭＲまでの距離をレーザトラッカ１０で計測する。この計測により、各ホームポジションにあるＳＭＲについてのＡＤＭ出力が正確な値にセットされる。ジンバル点２２から個々のホームポジション上のＳＭＲまでの距離、いわゆるＲ０距離は、工場にて実施される補償手順で導出し、後刻使用できるようメモリに格納しておくのが望ましい。その後、ＡＤＭ内光学系やＡＤＭ内電気系での熱ドリフトが原因で、時間の経過に伴う微変がＡＤＭ出力に生じた場合でも、図１８Ａ中の光ファイバ４６５から再帰反射器４７２に向かうよう光の行く手を切り替え、そのドリフトの影響を除去することができる。
【００８８】
図１８Ａ中の再帰反射器４７２としては、様々な光反射デバイスを使用することができる。その一例は図１８Ｂに示す光ファイバ型の再帰反射器４７２Ａであり、通例に倣い、フェラル４７２と、その端面に連なる光ファイバ研磨面を覆うコーティング４７３とを備えている。コーティング４７３としては金の膜、誘電体の多層薄膜等を使用する。再帰反射器４７２の別例としては、図１８Ｃに示す自由空間型の再帰反射器４７２Ｂ、即ちコリメータ４７４をキューブコーナ型再帰反射スラグ等の再帰反射器４７６と併用するものもある。このレーザコリメータ４７４は、光ファイバ４７１からの光をレンズ越しに発射できるよう例えば図５に倣い構成することができる。
【００８９】
翻って、図１２Ａでは電気信号４６９がファイバ網４２０、例えばファイバ網４２０Ｄに対するスイッチング電圧の供給に使用されている。電気信号４６９がプロセッサ、例えば図１１中の電子回路１５３６の制御下にある。他のプロセッサ、例えばマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ等でその機能を代替させるようにしてもよい。図示例では、マスタプロセッサ１５２０から供給されるスイッチング電圧に従い、相異なるスイッチ状態に対応する二値のスイッチング電圧が生成される。そのうち一方は光が図１８Ａ中の入射ポート（４６５）から計測ポート（４７０）に向かう状態、他方は基準ポート（４７１）に向かう状態に係る値である。ファイバ網４２０は光ファイバ４２２経由でＡＤＭ内電子回路５３０の基準チャネル、光ファイバ４２４経由で計測チャネルに光を送出する。電子回路５３０はケーブル５３２を介し可視光源１１０に変調信号を供給する。
【００９０】
図１８Ａに示す２個のファイバカプラ４５７，４６３は、いわば、カプラ内入射ポート（４５９）、カプラ外出射ポート（４６５）、カプラ側計測ポート（４２４）及びカプラ側基準ポート（４２２）を有する一体のファイバカプラアセンブリであり、光スイッチ４６８はいわばスイッチ内入射ポート（４６５）、スイッチ側計測ポート（４７０）及びスイッチ側基準ポート（４７１）を備えるスイッチである。
【００９１】
これらファイバカプラアセンブリ及び光スイッチは上述したファイバ網、例えば図１８Ａに示したファイバ網４２０Ａに組み込まれている。これまでの説明では、専ら、そうしたファイバ網がレーザトラッカ、トータルステーション等の三次元座標計測装置で使用されるものとしていたが、絶対距離を計測するのみで角度を計測しない一次元計測装置でもそのファイバ網を同様に使用できることは明瞭であろう。更に、これまでの説明では再帰反射ターゲット例えば図１中のターゲット２６に入射し反射された光を採り上げていたが、ファイバ網４２０Ｄやその類のファイバ網は、別体のターゲットを用いることなく拡散的な散乱面までの絶対距離を計測する際にも同様に使用することができる。そうした装置はハンドヘルド化やスタンド又はマシン実装化が可能であり、単一の点又は単一のスキャンモードでのデータ収集に使用することができる。
【００９２】
図１９に方法４１００を示す。その実行に重く関わる部材は諸図、特に図１８Ａに記載のものである。ステップ４１００では第１光源、ファイバカプラアセンブリ、光ファイバスイッチ、光学系、基準用再帰反射器、第１電気回路及びプロセッサを準備する。第１光源は第１光を輻射する部材、ファイバカプラアセンブリはカプラ内入射ポート、カプラ外出射ポート、カプラ側計測ポート及びカプラ側基準ポートを有するアセンブリ、光ファイバスイッチはスイッチ内入射ポート、スイッチ側計測ポート及びスイッチ側基準ポートを有するスイッチである。ステップ４１１５では、第１光のうち第１部分がカプラ側入射ポート経由から入りそのうちの第２部分がカプラ外出射ポート、第３部分がカプラ側基準ポート経由から出て行く。ステップ４１２０では、スイッチ内入射ポートから入ってくる第２部分が、光ファイバスイッチに供給される第１電気信号が第１状態ならスイッチ側計測ポート、第２状態ならスイッチ側基準ポートから出て行く。ステップ４１２５では、スイッチ側計測ポートからの第２部分が光学系に入り、第１ビームとして次元計測装置外に出射される。ステップ４１３０では、第２ビームが第４部分として光学系に入射し、その第４部分がスイッチ側計測ポートに入っていく。ステップ４１３５では、第４部分が光ファイバスイッチ経由でカプラ外出射ポートに入っていく。ステップ４１４０では、第４部分のうち第５部分がカプラ側計測ポートから出て行く。ステップ４１４５では、スイッチ側基準ポートから出てきた第２部分が基準用再帰反射器に入射し、第６部分としてカプラ外出射ポートへと遡行する。ステップ４１５０では、第６部分のうち第７部分がカプラ側計測ポートから出て行く。ステップ４１５５では、第３部分を第１基準値に変換する一方、第１電気信号が第１状態なら第５部分を第１計測値、第２状態なら第７部分を第２基準値に変換する。ステップ４１６０では、第１計測値、第１基準値及び第２基準値に少なくとも部分的に依拠しつつ次元計測装置からターゲットまでの第１距離を導出して格納する。
【００９３】
図２０に、図１９に示した諸ステップの実行結果Ａに基づき実行される計測方法内諸ステップ４２００を示す。ステップ４２１５では基準用光検波器及び計測用光検波器を準備する。ステップ４２２０では基準用光検波器が第３部分を第１基準電気信号に変換する。ステップ４２２５では計測用光検波器が第５部分を第１計測電気信号に変換する。ステップ４２３０では計測用光検波器が第７部分を第２基準電気信号に変換する。
【００９４】
図２１に、図２０に示した諸ステップ４２００の実行結果Ｂに基づき実行される計測方法内諸ステップ４３００を示す。ステップ４３１５では第１モータ、第２モータ、第１角度計測装置及び第２計測装置を準備する。第１モータ及び第２モータは、光の第１ビームを第１方向に向けるべく協働する部材である。第１方向は、第１軸周りの第１回動角及び第２軸周りの第２回動角で決まる方向である。ステップ４３２０では、第１モータが第１軸周り回動、第２モータが第２軸周り回動を発生させる。ステップ４３２５では、第１回動角及び第２回動角を計測する。ステップ４３３０では、第１距離、第１回動角及び第２回動角に少なくとも部分的に依拠しつつ再帰反射ターゲットの３Ｄ座標を導出する。
【００９５】
以上、例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、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は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】
2013538331.tif 000003
【図２】
2013538331.tif 000004
【図３】
2013538331.tif 000005
【図４Ａ】
2013538331.tif 000006
【図４Ｂ】
2013538331.tif 000007
【図５】
2013538331.tif 000008
【図６Ａ】
2013538331.tif 000009
【図６Ｂ】
2013538331.tif 000010
【図６Ｃ】
2013538331.tif 000011
【図６Ｄ】
2013538331.tif 000012
【図６Ｅ】
2013538331.tif 000013
【図６Ｆ】
2013538331.tif 000014
【図７】
2013538331.tif 000015
【図８Ａ】
2013538331.tif 000016
【図８Ｂ】
2013538331.tif 000017
【図８Ｃ】
2013538331.tif 000018
【図９】
2013538331.tif 000019
【図１０】
2013538331.tif 000020
【図１１】
2013538331.tif 000021
【図１２Ａ】
2013538331.tif 000022
【図１２Ｂ】
2013538331.tif 000023
【図１３】
2013538331.tif 000024
【図１４Ａ】
2013538331.tif 000025
【図１４Ｂ】
2013538331.tif 000026
【図１４Ｃ】
2013538331.tif 000027
【図１４Ｄ】
2013538331.tif 000028
【図１５】
2013538331.tif 000029
【図１６】
2013538331.tif 000030
【図１７】
2013538331.tif 000031
【図１８Ａ】
2013538331.tif 000032
【図１８Ｂ】
2013538331.tif 000033
【図１８Ｃ】
2013538331.tif 000034
【図１９】
2013538331.tif 000035
【図２０】
2013538331.tif 000036
【図２１】
2013538331.tif 000037
【国際調査報告】
2013538331.tif 000038
2013538331.tif 000039