(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット座標系を従えると共に第１再帰反射器及び球体を備え、球体中心及び球体半径で規定される外側球状部分がその球体に備わり、第１再帰反射器を保持可能な大きさの空洞がその球体内にあり、その空洞が球体外に向け開いており、第１再帰反射器がその空洞内に少なくとも部分的に収まっており、且つ第１再帰反射器がターゲット座標系における第１再帰反射器側基準点を提供するターゲットを、準備するターゲット準備ステップと、  第１光源を備え、自装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離及び二通りの見込み角を計測可能で、且つ装置座標系を従える計測装置を準備する計測装置準備ステップと、  第１再帰反射器側基準点から球体中心へと延びる非ゼロ長のずれベクトルに関し一通り又は複数通りのずれベクトル長成分をターゲット座標系に従い導出するずれベクトル長成分導出ステップと、  第１光源からの光で第１再帰反射器を照らすことで計測装置に戻る第１反射光を発生させる第１再帰反射器照光ステップと、  計測装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離たる第１距離及び二通りの見込み角たる第１見込み角ペアを、第１反射光に全面的又は部分的に基づき計測するステップであって、前記第１距離を、同装置から第１再帰反射器側基準点に至る光路上での光の伝搬速度に基づいて計測するステップと、  装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢を全面的に画定できるよう装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢自由度三通りを画定する姿勢自由度画定ステップと、  これらずれベクトル長成分、第１距離、第１見込み角ペア及び姿勢自由度画定結果に全面的又は部分的に基づき装置座標系における球体中心の三次元座標を算出する球体中心座標算出ステップと、  算出した三次元座標を保存するステップと、  を有し、  上記ターゲット準備ステップにて採用される第１再帰反射器が、平坦反射面同士が共通の頂点にて当接するよう、且つ平坦反射面毎に２個、合計で３個生じる稜線部が隣接平坦反射面間で共有されるよう、光反射性を有する平坦反射面３個を互いに垂直に、且つある対称軸を基準に配置した構成を有するキューブコーナを備え、  上記ずれベクトル長成分導出ステップにてそのキューブコーナの頂点を上記第１再帰反射器側基準点とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、  上記装置座標系内で実行される上記球体中心座標算出ステップにて、上記ターゲットに熱接触中の温度センサによる温度計測値を利用する方法。
【請求項３】
ターゲットを計測装置で計測する方法であって、  ターゲット座標系を従えると共に第１再帰反射器及び球体を備え、球体中心及び球体半径で規定される外側球状部分がその球体に備わり、第１再帰反射器を保持可能な大きさの空洞がその球体内にあり、その空洞が球体外に向け開いており、第１再帰反射器がその空洞内に少なくとも部分的に収まっており、且つ第１再帰反射器がターゲット座標系における第１再帰反射器側基準点を提供するターゲットを、準備するターゲット準備ステップと、  第１光源を備え、自装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離及び二通りの見込み角を計測可能で、且つ装置座標系を従える計測装置を準備する計測装置準備ステップと、  第１再帰反射器側基準点から球体中心へと延びる非ゼロ長のずれベクトルに関し一通り又は複数通りのずれベクトル長成分をターゲット座標系に従い導出するずれベクトル長成分導出ステップと、  第１光源からの光で第１再帰反射器を照らすことで計測装置に戻る第１反射光を発生させる第１再帰反射器照光ステップと、  計測装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離たる第１距離及び二通りの見込み角たる第１見込み角ペアを、第１反射光に全面的又は部分的に基づき計測するステップであって、前記第１距離を、同装置から第１再帰反射器側基準点に至る光路上での光の伝搬速度に基づいて計測するステップと、  装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢を全面的に画定できるよう装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢自由度三通りを画定する姿勢自由度画定ステップと、  これらずれベクトル長成分、第１距離、第１見込み角ペア及び姿勢自由度画定結果に全面的又は部分的に基づき装置座標系における球体中心の三次元座標を算出する球体中心座標算出ステップと、  算出した三次元座標を保存するステップと、  を有し、  上記計測装置準備ステップにて、第１感光アレイ及び第１レンズ系を有する第１カメラを備えた計測装置を準備し、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記第１反射光によってもたらされる第１線像パターンを第１感光アレイで捉え、第１感光アレイで捉えた第１線像パターンのディジタル表現を生成し、当該第１線像パターンのディジタル表現に全面的又は部分的に基づき上記装置座標系における上記ターゲット座標系の姿勢自由度三通りを画定し、  上記ターゲット準備ステップにて採用される第１再帰反射器が、平坦反射面同士が共通の頂点にて当接するよう、且つ平坦反射面毎に２個、合計で３個生じる稜線部が隣接平坦反射面間で共有されるよう、光反射性を有する平坦反射面３個を互いに垂直に、且つある対称軸を基準に配置した構成を有するキューブコーナを備え、  上記ずれベクトル長成分導出ステップにてそのキューブコーナの頂点を上記第１再帰反射器側基準点とする方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、上記ターゲット準備ステップにて採用される第１再帰反射器が１個又は複数個の非反射マークを有する方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて採用される第１再帰反射器が、３個ある上記稜線部毎に非反射部分を有し、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記第１反射光によってもたらされる第１線像パターンを上記第１感光アレイで捉える際、それら非反射部分によってもたらされる複数本の線像を捉える方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、上記姿勢自由度画定ステップにて、上記複数本の線像それぞれの傾斜を算出し、算出した傾斜に全面的又は部分的に基づき上記三通りの姿勢自由度を画定する方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて準備されるターゲットの平坦反射面が、その上面が上記頂点から離隔した位置を占めるよう配置されたガラスプリズムの表面であり、  上記球体中心座標算出ステップにおける算出を、そのガラスプリズムの屈折率、上記ターゲット座標系にてプリズム上面に直交する法線ベクトル、キューブコーナ型再帰反射器の頂点から対称軸・プリズム上面間の交点までの距離に等しいガラスプリズム厚、並びに上記ずれベクトル長成分のうち上記対称軸に沿う縦ずれ長成分に全面的又は部分的に基づき実行する方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、  上記ずれベクトル長成分導出ステップにて、上記ずれベクトル長成分のうち上記対称軸に対し直交する平面に沿う二通りの横ずれ長成分を導出し、  上記球体中心座標算出ステップにて、上記球体中心の三次元座標をそれら横ずれ長成分に全面的又は部分的に基づき算出する方法。
【請求項９】
請求項３記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて基準部材を準備し、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記装置座標系における上記ターゲット座標系の大まかな姿勢をその基準部材を使用し画定する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて準備される基準部材が、上記ターゲット座標系における基準姿勢に沿い上記ターゲット上に配された基準マークであり、  上記姿勢自由度画定ステップにて、その基準姿勢に全面的又は部分的に基づき上記大まかな姿勢を画定する方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて準備される基準部材が反射素材を有し、  上記計測装置準備ステップにて、第２感光アレイ、第２レンズ系、第２光源及び第３光源を備え、第３光源に比べ第２光源の方が第２レンズ系に近い位置にあり、且つ上記第１再帰反射器及びその反射素材領域への入射光が第２光源からの光であるなら第１再帰反射器での反射光による部分、第３光源からの光であるなら反射素材領域での反射光による部分が第２感光アレイ側での総受光パワーにて卓越するよう第２及び第３光源が構成された第２カメラを準備し、  上記第１再帰反射器照光ステップにて、第２光源からの光で基準部材を照らし第２感光アレイで第２線像パターンを捉える一方、第３光源からの光で反射素材領域を照らし第２感光アレイで第３線像パターンを捉え、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記装置座標系における上記ターゲット座標系の大まかな姿勢を第２及び第３線像パターンに全面的又は部分的に基づき画定する方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法であって、  上記計測装置準備ステップにて、第２感光アレイ、第２レンズ系及び第２光源を備える第２カメラを準備し、  上記ターゲット準備ステップにて準備される基準部材が基準再帰反射器を有し、  上記第１再帰反射器照光ステップにて、第２光源からの光で基準再帰反射器及び上記第１再帰反射器を同時に照らし第２感光アレイで第２線像パターンを捉え、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記装置座標系における上記ターゲット座標系の大まかな姿勢を第２線像パターンに全面的又は部分的に基づき画定する方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて準備される基準部材が第２再帰反射器を有し、  上記第１光源からの光をステアするビームステアリング機構を準備し、  第１光源からの光を第２再帰反射器方向にステアして二通りの見込み角からなる第２見込み角ペアを計測し、  上記第１見込み角ペア及び第２見込み角ペアに全面的又は部分的に基づく算出で上記大まかな姿勢を画定する方法。
【請求項１４】
請求項９記載の方法であって、  上記ターゲット準備ステップにて準備される基準部材がターゲット光源を有し、  上記計測装置準備ステップにて、第２感光アレイ、第２レンズ系及び第２光源を備える第２カメラを準備し、  上記第１再帰反射器照光ステップにて、第２光源からの光で上記第１再帰反射器を照らし第２感光アレイで第２線像パターンを捉える一方、ターゲット光源を点灯させ第２感光アレイで第３線像パターンを捉え、  上記姿勢自由度画定ステップにて、上記装置座標系における上記ターゲット座標系の大まかな姿勢を第２及び第３線像パターンに全面的又は部分的に基づき画定する方法。
【請求項１５】
ターゲットの特性を計測装置で求める方法であって、  ターゲット座標系を従えると共に第１再帰反射器及び体部を備え、第１再帰反射器を保持可能な大きさの空洞がその体部内にあり、その空洞が体部外に向け開いており、第１再帰反射器がその空洞内に少なくとも部分的に収まっており、且つ第１再帰反射器がターゲット座標系における第１再帰反射器側基準点を提供するターゲットを、準備するターゲット準備ステップと、  体部に対し堅固に固定された球状湾曲部位を有し且つ球体中心及び球体半径で規定される球状接触要素を準備するステップと、  第１光源を備え、自装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離及び二通りの見込み角を計測可能で、且つ装置座標系を従える計測装置を準備するステップと、  球体半径を示す情報又は球状半径を得るためにプロセッサによるアクセスされるシリアルナンバーを含む第１情報を保持可能で、且つバーコードパターン又は無線周波数識別タグの形態をとる識別要素を、その体部上に配するステップと、  表面を有するワークピースを準備するステップと、  球状接触要素をワークピースの表面に接触させるステップと、  第１光源からの光で第１再帰反射器を照らし計測装置に戻る第１反射光を発生させるステップと、  計測装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離たる第１距離及び二通りの見込み角たる第１見込み角ペアを、第１反射光に全面的又は部分的に基づき計測するステップであって、前記第１距離を、同装置から第１再帰反射器側基準点に至る光路上での光の伝搬速度に基づいて計測するステップと、  バーコードスキャナ、無線周波数識別タグリーダ又はカメラの形態をとり計測装置に装着されている第１リーダで第１情報を読み取るステップと、  これら第１距離、第１見込み角ペアに全面的又は部分的に基づきワークピースの表面上にある点の三次元座標を算出するステップと、  を有する方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、上記ターゲット準備ステップにおける体部の中心及び半径が球状接触要素の球体中心及び球体半径と同一な方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１１年３月３日付米国暫定特許出願第６１／４４８８２３号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以て当該暫定特許出願の全内容を本願に繰り入れるものとする。本願は、また、２０１１年２月１４日付米国暫定特許出願第６１／４４２４５２号に基づく利益、並びにそれに対応する２０１２年２月１０日付米国特許出願第１３／３７０３３９号に基づく利益を享受する出願であるので、この参照を以て当該暫定特許出願及び特許出願の全内容を本願に繰り入れるものとする。本願は、更に、２０１１年４月１５日付米国暫定特許出願第６１／４７５７０３号及び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ので、この参照を以て両出願の内容を本願に繰り入れるものとする。
【０００２】
本発明はターゲットによる計測の手順、特に再帰反射器が組み込まれた球状ターゲットの中心座標を計測する手順に関する。
【背景技術】
【０００３】
注目点に接触している再帰反射ターゲットに向けてレーザビームを発し、その点の座標計測する一群の装置がある。この類いの装置では、自装置から見たターゲットの距離及び二通りの見込み角を計測することでその点の座標が計測される。距離計測装置としては絶対距離計（ＡＤＭ）、干渉計等の距離計が使用され、見込み角計測装置としては角度エンコーダ等の角度計が使用される。レーザビームを注目点に向ける手段としては、装置内のジンバル式ビームステアリング機構が使用される。
【０００４】
レーザトラッカは、自ら発する１本又は複数本のレーザビームで再帰反射ターゲットを追尾する類いの座標計測装置である。トータルステーション又はタキメータとして既知の通り、再帰反射器や拡散散光面上の点を計測対象にする装置もある。レーザトラッカの精度は一般に１／１０００インチオーダ（１インチ＝約２．５４×１０−２ｍ）、状況によっては１〜２μｍにも達する秀逸さであり、一般にはトータルステーションに比べ遙かに精密である。広義のレーザトラッカにはトータルステーションも含まれるので、本願ではそうした意味でレーザトラッカの語を使用することにする。
【０００５】
通常、レーザトラッカではレーザビームが再帰反射ターゲットに送られる。再帰反射ターゲットの代表例は球実装再帰反射器（ＳＭＲ）、即ちキューブコーナ入りの金属球体である。キューブコーナは、互いに垂直に接する３個の鏡面で構成される。それら３個の鏡面が交接、共有する点、即ちそのキューブコーナの頂点の位置は球体の中心付近である。球体におけるキューブコーナのこうした位置関係がゆえ、ＳＭＲが着座している任意の面に向けキューブコーナ頂点から下ろした垂線の長さは、そのＳＭＲが転がってもほぼ一定に保たれる。従って、ＳＭＲを沿面移動させつつレーザトラッカでそのＳＭＲの位置を計測することで、その面に関し三次元計測を行うことができる。言い換えれば、動径一通り、角度二通り、都合三通りの自由度に関しレーザトラッカで計測を行うだけで、面を構成する諸点の三次元座標を全面的に特定することができる。
【０００６】
レーザトラッカのなかには、並進三通り例えばｘ，ｙ及びｚと回動三通り例えばピッチ、ロール及びヨーとを併せ、都合六通りの自由度に亘り計測を行えるものがある。その一例は特許文献１（発明者：Ｂｒｉｄｇｅｓ，  ｅｔ  ａｌ．；この参照を以て本願に繰り入れる）に記載の六自由度レーザトラッカシステムである。同文献では、マーク付のキューブコーナがプローブ側に組み込まれている。レーザトラッカからのレーザビームをそのキューブコーナに入射させ、キューブコーナ上のマークをレーザトラッカ側の姿勢検出用カメラで撮影すると、キューブコーナの姿勢を示す三自由度分の角度、例えばピッチ角、ロール角及びヨー角を算出、計測可能な像が得られる。レーザトラッカによる計測で頂点までの距離及び同点に対する二通りの見込み角、ひいては同点の並進に関連する三自由度分の位置計測値が得られるので、それら三自由度分の位置計測値を三自由度分の角度計測値と組み合わせ、キューブコーナ頂点に対し所定の位置関係にあるプローブ端の位置を求めることができる。このようにしてプローブ端の位置を求めることで、例えば、レーザトラッカからのビームが届かない方向にある“隠れた”部分の座標を計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７８００７５８号明細書
【特許文献２】米国特許第７３８８６５４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の通り、ＳＭＲにおけるキューブコーナ頂点の位置は、そのキューブコーナが埋め込まれている球体の中心にぴったりと重なる位置となるべきであるが、実際には球体中心から数千分の１インチほどもずれた位置となりうる。球体中心に対する頂点のこのような位置ずれは大抵は高精度でわかるが、ＳＭＲの姿勢がわからないのでトラッカ出力補正用のデータとしては使用されていない。しかし、レーザトラッカによる精密計測に際しては、球体中心に対するこの位置ずれによる誤差が、往々にしてトラッカ内距離計及び角度計に起因する誤差より大きくなってしまう。そのため、球体中心に対する位置ずれによる誤差を補正する手法が求められている。
【０００９】
また、今日使用されているＳＭＲには、大抵は開放式キューブコーナが埋め込まれている。ガラス製キューブコーナが埋め込まれているものもあるが精度的に劣っている。ガラスへの入射に際し光の屈折が起こるため、ガラス製キューブコーナにおける見かけ上の光伝搬方向が真の光伝搬方向と異なる方向になるからである。こうした原因による誤差は、キューブコーナ頂点を球体中心より奥に配することで低減することができる。この誤差低減に関わる計算手法の例としては特許文献２（発明者：Ｒａａｂ，  ｅｔ  ａｌ．；この参照を以てその内容を本願に繰り入れる）に記載のものがある。ただ、どの移動距離でも、キューブコーナに光を入射させうる角度域全体に亘り、そうした再帰反射器の使用でトラッカの誤差がなくなるわけではない。そのため、ガラス製キューブコーナ入りのＳＭＲには、誤差を抑えるためひときわ小型化される傾向や、顕著に高い精度が必要でない用途で使用される傾向がある。とはいえ、ガラス製キューブコーナ入りのＳＭＲには、開放式キューブコーナ入りのそれに比べ受光角が広いという大きな利点がある。言い換えれば、開放式キューブコーナに比べガラス製キューブコーナに対する方が、大きな角度で且つクリッピングされることなく、光を入射させることができる。こうしたことから、ガラス製キューブコーナ入りで比較的大きなＳＭＲを使用し高精度に計測できる手法が求められている。この要請の根幹は、ガラス製キューブコーナの位置によらずＳＭＲの球体中心を求めうるようにすることであり、開放式キューブコーナ入りのＳＭＲに関し先に述べた要請とその点で相通ずるものである。
【００１０】
総じていえば、球面及び再帰反射器を有するターゲットの中心をその再帰反射器の種別によらず特定可能な手法が望まれる、ということである。例えば、キャッツアイ等の再帰反射器が球体に組み込まれることも、反射素材の小円である写真計測ドットが球体の中央に配置されることも多々ある。これら、キャッツアイや写真計測ドットの場合も、キューブコーナの場合と同様、球体中心に対する位置ずれが発生しうる。このように、総じて、球面及び再帰反射器を有するターゲットの中心を求める手法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る方法は、ターゲットを計測装置で計測する方法であって、まず、ターゲット座標系を従えると共に第１再帰反射器及び球体を備え、球体中心及び球体半径で規定される外側球状部分がその球体に備わり、第１再帰反射器を保持可能な大きさの空洞がその球体内にあり、その空洞が球体外に向け開いており、第１再帰反射器がその空洞内に少なくとも部分的に収まっており、且つ第１再帰反射器がターゲット座標系における第１再帰反射器側基準点を提供するターゲットを、準備するステップを有する。本方法は、また、第１光源を備え、自装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離及び二通りの見込み角を計測可能で、且つ装置座標系を従える計測装置を準備するステップと、第１再帰反射器側基準点から球体中心へと延びる非ゼロ長のずれベクトルに関し一通り又は複数通りのずれベクトル長成分をターゲット座標系に従い導出するステップと、を有する。本方法は、更に、第１光源からの光で第１再帰反射器を照らすことで計測装置に戻る第１反射光を発生させるステップと、計測装置から見た第１再帰反射器側基準点の距離たる第１距離及び二通りの見込み角たる第１見込み角ペアを、第１反射光に全面的又は部分的に基づき、且つ同装置から第１再帰反射器側基準点に至る光路上での光速を第１距離に全面的又は部分的に反映させつつ計測するステップと、を有する。本方法は、そして、装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢を全面的に画定できるよう装置座標系におけるターゲット座標系の姿勢自由度三通りを画定するステップと、これらずれベクトル長成分、第１距離、第１見込み角ペア及び姿勢自由度画定結果に全面的又は部分的に基づき装置座標系における球体中心の三次元座標を算出するステップと、算出し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】
【００１２】
【図１】レーザトラッカ及びＳＭＲの例を示す斜視図である。
【図２】レーザトラッカ、補助ユニット及び外部コンピュータの例を示す図である。
【図３】レーザトラッカ及び六自由度プローブの例を示す斜視図である。
【図４】レーザトラッカのペイロードに備わる諸要素の例を示すブロック図である。
【図５】再帰反射器複製に使用されるマスタ型及びキューブコーナスラグの例を示す斜視図である。
【図６】稜線部に非反射部分があるガラス製キューブコーナの例を示す斜視図である。
【図７】再帰反射器の非反射部分によってもたらされレーザトラッカ側の姿勢検出用カメラで捉えられる明暗パターンの例を示す図である。
【図８Ａ】開放式キューブコーナが埋め込まれた球体を有するターゲットの例を示す斜視図である。
【図８Ｂ】同ターゲットの断面図である。
【図８Ｃ】同ターゲットの正面図である。
【図８Ｄ】図８Ａ〜図８Ｃに示したターゲットへの部材付加例を示す斜視図である。
【図９Ａ】ガラス製キューブコーナが埋め込まれた球体を有するターゲットの例を示す斜視図である。
【図９Ｂ】同ターゲットの断面図である。
【図９Ｃ】同ターゲットの正面図である。
【図９Ｄ】同９Ａ〜図９Ｃに示したターゲットへの部材付加例を示す斜視図である。
【図１０Ａ】同９Ａ〜図９Ｃに示したターゲットにおけるガラスプリズム上面へのマーク付加例を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】同ターゲットの正面図である。
【図１１Ａ】図８Ａ〜図８Ｃに示したターゲットへの反射領域付加例を示す斜視図である。
【図１１Ｂ】同じくバーコードパターン付加例を示す斜視図である。
【図１１Ｃ】同じく無線周波数（ＲＦ）識別タグ付加例を示す斜視図である。
【図１２Ａ】球体中心・キューブコーナ頂点間にずれがあるＳＭＲの正面図である。
【図１２Ｂ】同ＳＭＲの縦断面図である。
【図１３Ａ】ガラス製キューブコーナの例を示す斜視図である。
【図１３Ｂ】同例による球状六自由度ターゲットを示す断面図である。
【図１３Ｃ】同ターゲットの斜視図である。
【図１４】球状六自由度ターゲットにおけるガラスプリズム内外光路の例を示す断面図である。
【図１５】球状六自由度ターゲットにおける光屈折を数学的に補正する処理を投影線を用い示す断面図である。
【図１６Ａ】再帰反射器入り球体の中心座標を求める手順の例を示す図である。
【図１６Ｂ】ワークピース表面にある点の三次元座標を求める手順の例を示す図である。
【図１７Ａ】トラッカ上の位置検出用カメラを取り巻くようその近隣及び遠方に光源を配した例を示す図である。
【図１７Ｂ】トラッカ側入出射開口の左右に光源付の位置検出用カメラを配した例を示す図である。
【図１８Ａ】再帰反射器に入射したがトラッカの位置検出用カメラ外に逸れた光を示す図である。
【図１８Ｂ】反射素材領域に入射して散乱光となりトラッカの位置検出用カメラに入射した光を示す図である。
【図１９】レーザトラッカに備わる電子回路及びプロセッサの例を示す図である。
【図２０Ａ】プローブ端及びプローブシャフトを有する六自由度ターゲットの例を示す図である。
【図２０Ｂ】同例に係る図である。
【図２０Ｃ】同例に係る図である。
【図２１Ａ】図２０Ａ〜図２０Ｃに示したものと類似しているがそのプローブシャフトを任意角に傾けその姿勢をノブでロックすることが可能な六自由度ターゲットの例を示す図である。
【図２１Ｂ】同例に係る図である。
【図２１Ｃ】同例に係る図である。
【図２２】ワークピース表面にある点の三次元座標を識別要素付ターゲットを利用し求める手順の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、専ら例示のための実施形態に関し、同じく例示的且つ非限定的な趣旨の図面を参照しつつ説明する。諸図中、類似する部材には図面をまたぎ類似した符号を付してある。
【００１４】
図１にレーザトラッカの例１０を示す。まず、このトラッカ１０にはジンバル式ビームステアリング機構１２が備わっている。これは、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周りで回動させる一方、そのキャリッジ１４上のペイロード１５をゼニス軸１８周りで回動させる機構である。その回動用のゼニス機械軸，アジマス機械軸（図示せず）はトラッカ１０内の一点２２にて互いに直交しており、通例に倣いその点即ちジンバル点２２が距離計測原点とされている。レーザビーム４６が辿る光路の仮想的延長線も、この点２２を通りゼニス軸１８に直交する方向に延びている。言い換えれば、ビーム光路はゼニス軸１８に対し垂直な平面内にある。トラッカ１０内にはペイロード１５を軸１８，２０周りで回動させるモータ群が配されており（図示せず）、ビーム４６をその動作で所要方向へと向けることができる。図示しないが、トラッカ１０内のゼニス，アジマス各機械軸にはゼニス角，アジマス角用の角度エンコーダが装着されており（図示せず）、対応する回動角をそれにより比較的高精度で検出することができる。ビーム４６はトラッカ外の再帰反射ターゲット２６、具体的には上述のＳＭＲへと伝搬していく。従って、そのターゲット２６に関し点２２からの径方向距離（動径）及び軸１８，２０周り回動角（見込み角）を計測し、その結果に基づき且つトラッカ１０側の球座標系に従いターゲット２６の位置を導出することができる。
【００１５】
レーザトラッカ１０が従える座標系は装置座標系３０であり、ジンバル点２２がその原点とされている。この座標系３０はアジマスベース１６に固定されており、そのアジマスベース１６は通例に倣い周囲に対し固定されている。座標系３０が採りうる形態は、直交三軸ｘ，ｙ，ｚを有するカーテシアン座標系を含め幾通りかあるが、この例では球座標系が使用されている。球座標系では、点７４の座標が一通りの動径７３（ｒ）及び二通りの角度７２（ゼニス角θ），７１（アジマス角φ）で表される。ゼニス角θはｚ軸に対する点７４の投影角、アジマス角φはｘｙ平面に対する点７４の投影角である。トラッカ１０による計測の結果は生来的に球座標系によるものとなるが、それはカーテシアン座標系での値に容易に変換することができる。
【００１６】
他方、再帰反射ターゲット２６が従える座標系はターゲット座標系４０、具体的にはｘ，ｙ，ｚ各軸からなるカーテシアン座標系である。この座標系４０のｘ，ｙ，ｚ各軸はターゲット２６と共に運動するので、装置座標系３０をｘ，ｙ，ｚ各軸で表したとしても、それら対応する装置軸に対し平行に保たれるとは限らない。そのターゲット２６は、点６３にてワークピースの表面６１に接触するよう配置される。レーザトラッカ１０では、この点６３の三次元座標を求めるに当たり、まず、その点６３に関し距離及び二通りの見込み角を計測し、その結果に基づきターゲット２６の中心を求める。距離及び見込み角の計測値は、ターゲット２６の中心（球状接触面の中心）に対する再帰反射器側基準点（キューブコーナ頂点等）のベクトル的なずれを、後述する手順で反映させる際にも利用することができる。求まったターゲット中心からワークピース表面６１の位置を調べるには、その球状接触面の半径分だけずらせばよい。ずらす方向は、接触点６３付近の数点を調べ点６３における面法線を特定すること等で求まる。
【００１７】
使用されるレーザビーム４６は一通り又は複数通りの波長成分を含むものである。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、その他の種類の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である。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。
【００１８】
また、このレーザトラッカ１０では位置検出用カメラ５２及び光源５４がペイロード１５上に配置されている。光源５４は再帰反射ターゲット２６（１個でも複数個でもよい）を光で照らす部材であり、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）を電気的に駆動して反復的にパルス発光させる構成にすることができる。カメラ５２は、いずれも、感光アレイ例えばＣＭＯＳ乃至ＣＣＤアレイの面前にレンズを配した構成である。この例におけるレンズはその視野が例えば３０乃至４０°と広めであり、その視野内に入る被写体の像を感光アレイ上に発現させる役割を担っている。光源５４は、発した光が個々のターゲット２６で反射されカメラ５２に入射するよう、通例に倣いカメラ５２のそばに配されている（１個でも複数個でもよい）。こうした構成では、ターゲット２６を示すスポット状の像が背景物体の像より明るく且つ明滅する像になるので、感光アレイで捉えた背景像からターゲット像を容易に弁別することができる。また、図示例では、カメラ５２及び光源５４が各２個、レーザビーム４６の光路を挟み対称に配置されている。この要領で２個のカメラ５２が配置されているので、三角測量の原理に従い、カメラ５２の視野内に存する全ＳＭＲの三次元座標を求めることができる。しかも、点から点へと移動するＳＭＲを追いかけその三次元座標を調べることができる。２個の位置検出用カメラをこの狙いで使用する点については特許文献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）に記載がある。
【００１９】
図２に、レーザトラッカ１０に補助ユニット７０が付随する例を示す。このユニット７０の役目はトラッカ本体への電力供給であるが、情報処理機能及びシステム内クロック供給機能を持たせることもできる。その機能をトラッカ本体に移し、ユニット７０を廃止することもできる。ユニット７０は汎用コンピュータ８０に付随する形態で設けるのが望ましい。然るべきアプリケーションソフトウェアをロードすることで、そのコンピュータ８０に、リバースエンジニアリング等といったアプリケーション機能を持たせることができる。その情報処理能力をトラッカ本体に移し、コンピュータ８０を廃止することもできる。その場合は、ユーザインタフェース、例えばキーボードやマウスの機能もトラッカ本体に組み込むのが望ましい。ユニット７０・コンピュータ８０間接続は無線接続でも導電ワイヤのケーブルを介した接続でもかまわない。コンピュータ８０やユニット７０をネットワークにつなぐことも可能である。コンピュータ８０やユニット７０を介し、複数個の機器例えば計測装置乃至アクチュエータを相互接続することも可能である。ユニット７０を省きトラッカ本体とコンピュータ８０を直結してもよい。
【００２０】
図３に、レーザトラッカ１０から六自由度プローブ６０へとレーザビーム４６を送る例を示す。このプローブ６０には、トラッカ１０にビーム４６を返戻する再帰反射器（図示せず）、ホルダ６６、プローブシャフト６４及びプローブ端６２が備わっている。使用者は、このプローブ６０を把持しプローブ端６２をワークピース上の注目点に接触させた上で、そのプローブ６０と併せトラッカ１０を作動させることで、プローブ端６２の三次元座標を調べることができる。こうしたプローブ６０は、トラッカ１０に発するビーム４６の光路から外れる後背点についての計測に役立つ。プローブ端６２の位置が被写体の背後等であっても、プローブ６０内再帰反射器をトラッカ１０からのビーム４６で追尾できるからである。
【００２１】
こうしてプローブ端６２の三次元座標を求める際、レーザトラッカではプローブ端６２に関し六自由度計測が行われる。そのうちの三自由度は再帰反射器側基準点の並進に関するもの（並進自由度）である。上掲のキューブコーナではその頂点が再帰反射器側基準点にふさわしい。単一球体で形成されているキャッツアイ、例えば屈折率＝２のガラスで形成されているそれなら、その球体の中心が再帰反射器側基準点にふさわしい。２個の半球体で形成されているキャッツアイでは、半球体同士が接する平面の中心が再帰反射器側基準点にふさわしい。反射性を有する平坦円盤形の写真計測ターゲットなら、その円盤の中心が再帰反射器側基準点にふさわしい。
【００２２】
それら三並進自由度は、カーテシアン座標系に従いｘ，ｙ，ｚ座標で表すことも、球座標系に従い動径ｒ，アジマス角φ，ゼニス角θで表すことも可能である。レーザトラッカ１０では、動径ｒを干渉計又はＡＤＭで、アジマス角φ及びゼニス角θを角度エンコーダで計測する。即ち、トラッカ１０による計測は球座標系によるものであるが、どの計測対象点に係る座標値でも所望の他種座標系での値に変換可能である。
【００２３】
上述したターゲットのなかには、六自由度プローブ６０のように、六自由度計測が可能なトラッカを必要とするものがある。そのトラッカには、三並進自由度に加え姿勢に関する自由度（姿勢自由度）三通りについても計測できることが求められる。しかも、並進に関し三通り、姿勢に関し三通り、合計で六通りある自由度が互いに独立でないと、剛体内の全ての点、例えば剛体として振る舞うプローブ６０内の各点についてその位置を完全に画定すること（自由度を完全に拘束すること）ができない。
【００２４】
三姿勢自由度は様々な手法で表すことができる。その例としてはオイラー角による手法やテイト・ブライアン角による手法があり、後者には周知のピッチ・ヨー・ロール表現やヘディング・エレベーション・バンク表現が含まれる。また、本願における“三姿勢自由度”との表現には、それら三自由度が互いに独立であるとの含意がある。例えば、ｘ軸周り回動及びｙ軸周り回動に対し、ｘｙ平面に属する第３軸周りでの回動は独立でないので、それら３本の軸では二自由度しか表すことができない。言い換えれば、これらの三軸ではｚ軸周り回動を特定しえないので、それらが互いに独立な三自由度を表しているとはいえない。
【００２５】
互いに独立して運動する物体が幾つか連結される場合もある。その場合、その物体群の運動を完全に特定するには四自由度以上が必要になりうる。総じて、六自由度プローブ例えば６０は単一ユニットとして運動するので、プローブ構造を形成する諸点の方向を、三姿勢自由度で完全に記述することができる。
【００２６】
同様に、“三並進自由度”なる表現にも、それら三自由度が互いに独立であるとの含意がある。即ち、三並進自由度に対応し都合三通りの方向で三次元空間内基底集合が形成される、との含意がある。言い換えれば、並進自由度に対応する都合三通りの方向それぞれが、他の二通りの方向それぞれと直交する成分を含む、ということである。
【００２７】
図４にレーザトラッカ用光電アセンブリの例４００を示す。まず、発光部４０５，４１０は光源並びに（もしあれば）それに付随する電気部品及び光学部品で構成されている。例えば、発光部４１０が赤色ヘリウムネオンレーザと干渉計の組合せ、発光部４０５が赤外レーザとＡＤＭの組合せである。これに代え、干渉計１個のみ、或いはＡＤＭ１個のみのシステム構成にすることもできる。発光部４０５，４１０のうち一方を、光源のみで距離計を欠く構成にしてもよい。発光部４０５，４１０に加え更なる光源（図示せず）を設けてもよい。発光部４０５，４１０をペイロード１５内に配してもよいし、レーザトラッカ１０の他部位内例えばゼニスキャリッジ１４内やアジマスベース１６内に配してもよい。光源の配置先をある部位例えばアジマスベース１６、距離計の配置先を他部位例えばペイロード１５としてもよい。特許文献１での説明に従い、光ファイバを介し部位間で光をルーティングするようにしてもよい。或いは、光源からの光をゼニス軸周り可回動なミラーで反射させる一方、距離計をアジマスベース１６内に固定保持するようにしてもよい。光源としてはレーザ、高輝度ダイオード、ＬＥＤその他を使用することができる。
【００２８】
発光部４１０からの光はスプリッタ４２０を透過し、発光部４０５からの光はミラー４１５及びビームスプリッタ４２０で反射される。発光部４０５，４１０間で光の含有波長が異なる場合、発光部４１０側波長を透過させ発光部４０５側波長を反射するダイクロイックビームスプリッタを、そのスプリッタ４２０として好適に使用することができる。
【００２９】
ビームスプリッタ４２０からビームスプリッタ４２５，４３０に到来した光は、若干量が各スプリッタの鏡面で反射されて失われるが、ほとんどはそこを透過していく。透過した光はビームエクスパンダ４３５を透過していく。エクスパンダ４３５には、レーザトラッカ１０外に向かう光のビームサイズを拡張する働きがある。トラッカ１０外に向かったレーザ光４４０はターゲット２６（又は６０）へと伝搬し、そこでの再帰反射によって部分的にトラッカ１０へと返戻される。エクスパンダ４３５には、トラッカ１０内に向かう光のビームサイズを縮小する働きがある。図示例では、この返戻光の一部がスプリッタ４３０で反射され、姿勢検出用カメラ４４５へと送られている。これは、六自由度装置例えば六自由度プローブ６０に関する三姿勢自由度計測に使用されるカメラであり、レンズ系４４６及び感光アレイ４４７を内蔵している。像サイズ調整用のモータを設けてもよい。姿勢検出用カメラの動作原理については特許文献１を参照されたい。
【００３０】
返戻光の他の一部はビームスプリッタ４２５へと伝搬していく。この光は、その大半が透過し発光部４０５，４１０側に向かうけれども、若干量が分岐され位置検出器４５０に入射する。スプリッタ４２５での反射後、検出器４５０への入射前に、その光をレンズに通すようにしてもよい。様々な種類の検出器があるが、検出器４５０にふさわしいのは位置検知型検出器、感光型検出器等であろう。位置検知型検出器なら例えば横効果検出器や象限検出器、感光型検出器なら例えばＣＭＯＳやＣＣＤアレイにするとよい。検出器４５０の出力は、戻ってきた光ビームの入射位置を示すものとなる。レーザトラッカ１０及びそれに付随する制御システムは、検出器４５０への返戻光ビーム入射位置ができる限りその中心に保たれるよう、アジマス機械軸及びゼニス機械軸に付設されているモータ群の動作を調整する。
【００３１】
特許文献１に記載の通り、こうした姿勢検出用カメラはレーザトラッカにとり対ターゲット六自由度計測の一手段である。従って、レーザトラッカ１０で姿勢検出用カメラ４４５以外の対ターゲット六自由度計測手段を使用することや、カメラ４４５以外の手段を本願記載の手法に従い利用し球状ターゲットの中心に関する計測に使用することもできる。
【００３２】
また、在来型のターゲット例えばＳＭＲ２６の場合、再帰反射器のほか、外側球状部分を有する体部（球体）が備わっている。その球体にはキューブコーナを保持可能な大きさの空洞があり、そこにそのキューブコーナが装着されている。外側球状部分の中心となる点のことを球体中心と呼ぶ。
【００３３】
キューブコーナでは３個の平坦反射面が互いに垂直に接する。それら３個の平坦反射面はそのキューブコーナの頂部（理想的には点状）で接してそこを共有する。隣り合う平坦反射面同士が接する部位のことを稜線部と呼び、これは平坦反射面１個毎に２個、キューブコーナ全体では３個生じる。キューブコーナの内部は、その三方から平坦反射面によって取り囲まれている。
【００３４】
キューブコーナには開放式のものとガラス製のものがある。キューブコーナ内部が空気なら開放式キューブコーナ、ガラスならガラス製キューブコーナである。ガラス製キューブコーナはガラスプリズムの一種であり、そのプリズムの表面のうち頂点から離隔した位置にある面のことを上面と呼ぶ。
【００３５】
ＳＭＲは三自由度計測用のレーザトラッカとの併用に適したターゲットであり、球状の六自由度ターゲットはそのＳＭＲの強化バージョンである。図８Ａ〜図８Ｄ及び図９Ａ〜図９Ｄにその例を幾つか示してある。これら六自由度ターゲットについては後により詳細に説明する。
【００３６】
六自由度ターゲットには、特許文献１記載の如く、非反射性の部分又はマークを伴うキューブコーナを使用するタイプがある。例えばキューブコーナの稜線部毎に非反射部分が備わるものである。この非反射部分に求められるのは、レーザトラッカ側に戻る光の量を十分に低減させることであり、反射又は散乱により光を完全に阻止することではない。返戻光量の低減は、例えば、その非反射部分を（ａ）吸光色素、吸光テープ等の吸光素材、（ｂ）散光性の表面テキスチャ又は素材、（ｃ）光発散パターンをもたらす湾曲反射面、或いは（ｄ）レーザトラッカから逸れる方向に光を反射させる平坦面、といったもので形成し、達成することができる。本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には自明な通り、返戻光量低減に資する非反射部分を形成可能なその他の手法を、本願での教示に従い利用することもできる。
【００３７】
開放式キューブコーナは、複製及びガラスパネル連結を含め複数通りの手法で形成することができる。図５に複製のプロセスを示す。使用するマスタ型５１０は、最終的なキューブコーナ複製品に所望の特性が生じるよう、注意深く加工されたものである。具体的には、個々の面５１２がその隣にある他の２個の面５１２に対しほぼ垂直に接することとなるよう、加工によって型５１０上に平坦反射面５１２を３個作成しておく。例えば、型５１０上で隣り合う面５１２同士が１〜２秒角の精度で垂直に接するように作成しておく。型５１０には金等の反射素材で被覆を施しておく。その上で、加工ブランク５２２及びそれを薄く覆う接着層例えばエポキシ層を有するキューブコーナスラグ５２０を、その型５１０に接触させる。すると、そのエポキシ層が型５１０の形状に一致するよう変形する。エポキシが硬化してからスラグ５２０を型５１０から持ち上げると、金被覆がエポキシ層に付着し、スラグ５２０上に反射被覆が発生する。
【００３８】
通常、マスタ型５１０側の稜線部は完全には鋭利になっていない。完全な鋭利さを欠く一因は、完全に鋭利な稜線部を加工で形成するのが難しい点にある。他の一因は、稜線部が鋭利すぎると複製の反復で稜線部が欠けてしまうため、通常は小半径の丸み付けか小幅な斜面付けが稜線部に施される点にある。ＳＭＲ内に組み込まれ三自由度計測に使用されるキューブコーナ向けなら、そうした形状の部分を現実的な範囲内でできるだけ小さくするのが普通である。例えば、型５１０側の稜線部に丸みを付けるのであれば、その曲率半径を０．００３インチにするとよい。キューブコーナスラグ５２０側の稜線部にも、これと同じ曲率半径の丸みが現れる。こうしてキューブコーナ側に形成された丸みや斜面は上掲の非反射部分として働く。即ち、キューブコーナの稜線部に形成された丸みや斜面に光が入射しても、その光はレーザトラッカ側にほとんど戻らない。
【００３９】
こうしたキューブコーナを特許文献１記載のそれに類する六自由度計測システムと併用する場合、レーザトラッカ側の姿勢検出用カメラで捉えた非反射部分の像が大きくなる方がよい。六自由度ターゲットがそのトラッカから数ｍしか離れていないのであれば、高品質ＳＭＲによくある細めの非反射部分でも、その像を姿勢検出用カメラで容易に捉えることができる。しかし、六自由度ターゲットがそのトラッカからより遠く離れている場合、例えば３０ｍ近くも離れているとなると、姿勢検出用カメラでその像を捉えうるように非反射部分を太めにする必要があろう。例えば、姿勢検出用カメラで明瞭に捉えうるように非反射部分を約０．５ｍｍ幅にする必要があろう。
【００４０】
図５では、その非反射部分５１７のうち頂点５１４に近い部分が同点５１４から遠い部分に比べ細くなっている。３個ある稜線部それぞれにこうした組成５１５の非反射部分５１７が備わっている場合、トラッカ１０側の姿勢検出用カメラ４４５で捉えた像には、図７に示すようなパターンが現れる。スラグ５２０側稜線部における非反射部分の太さは、マスタ型５１０側稜線部の曲率半径を調整することで制御することができる。
【００４１】
開放式キューブコーナの形成手法としては、このほか、ミラーパネル同士を連結してキューブコーナを組み上げる手法もある。この手法では、互いに垂直に接するよう３枚のミラーパネルを連結する。ガラスパネル間稜線部には僅かな隙間を設ける。即ち、入射光をレーザトラッカ側に戻さない非反射部分を設ける。その線幅を広めにするには、例えば、（ａ）隙間の幅を拡げる、（ｂ）所要区間に亘りミラーパネルに着色即ち暗色化を施す、（ｃ）稜線部に黒色接着テープ等の低反射素材を取り付ける、といったことをすればよい。
【００４２】
図６にガラス製キューブコーナの例６００を示す。図示例のキューブコーナ６００には、互いに垂直に接する複数個の平坦反射面６１２や、その稜線部に沿いガラスを幾ばくか除去することで形成された非反射部分６１７が備わっている。その部分６１７のうち頂点６１４に近い部分は同点６１４から遠い部分に比べ細くなっている。非反射部分６１７を細めにするなら細めの斜面形成具、太めにするなら太めの斜面形成具を用いればよい。所望なら、斜面に代え他の形状例えば丸みを付けることもできる。総じて、キューブコーナ６００の非反射部分６１７はガラスプリズムの稜線部からガラスを除去することで形成でき、それによってそうした形態例えば斜面や丸みを形成することができる。多くの場合、その斜面や丸みで散乱される光はほとんどレーザトラッカ側に戻ってこない。所望なら、その斜面又は丸みに暗色化等の処理を施すことや吸光性接着剤を付着させることで、トラッカ側に戻らない光の量を増やすこともできる。
【００４３】
従来型のキューブコーナを使用する場合、レーザトラッカ側の姿勢検出用カメラで捉えた像には、特許文献１の図１２にあるような画像パターン１００が現れる。即ち、光で照らされるキューブコーナの稜線部毎に非反射部分があること、また平坦面が３個あるため都合３個の稜線部が生じることから、同図に示す通り３本の線像が現れる。また、線像同士はキューブコーナ頂点に対応する点で交差する。同図で個々の線像が互いの交点即ち頂点相当点を挟み両側に延びているのは、キューブコーナ内に向かう途上及びキューブコーナ外に向かう途上で、個々の非反射部分がレーザ光を阻止するからである。
【００４４】
特許文献１の図１２に示されているパターンが生じるようキューブコーナ上に非反射部分を設けることは、再帰反射器内で光学パワーが最高となる中心付近で大量の光が失われるという点で、問題をもたらしかねないことである。場合によっては、レーザトラッカに返戻される光学パワーが減少し、そのトラッカによる距離計測及び角度計測の精度や追尾性能が低下することにもなろう。この問題を回避するには、図７に示した線像パターン７００が生じるように非反射部分の形態を変えればよい。これは、図５及び図６を参照して上述した手法に従い実現することができる。図７中、線像７１０，７２０，７３０のうち中心点７４０に近い部分は同点７４０から遠い部分に比べ細いものと解されたい。
【００４５】
非反射部分を有するキューブコーナは、図８Ａ〜図８Ｄ及び図９Ａ〜図９Ｄに示す如く球体に埋め込むことも、また特許文献１の図１に示す如くプローブに埋め込むことも可能である。まず、図８Ａに例示する球状六自由度ターゲット８００には、球体８０２、非反射部分付の開放式キューブコーナ８０４、カラー８０６及び基準マーク乃至部材８０１が備わっている。球体８０２にはキューブコーナ８０４を受容可能な大きさの空洞が設けられており、キューブコーナ８０４又はその一部が例えば接着剤を用いその球体８０２内に組み込まれている。カラー８０６は、キューブコーナ８０４を保護する部材であると共に至便な把持個所でもある。基準マーク乃至部材８０１は、ターゲット８００に関し基準姿勢を大まかに画定する際使用されるものであり、凹部、凸部等のテキスチャとして形成することもできる。キューブコーナ８０４のポジション乃至姿勢を使用者が弁別、特定できる限りどのような形態でもよい。図８Ｂに示したのは同ターゲット８００の中心を通る断面である。同図から読み取れるように、このキューブコーナ８０４は複製で形成されているが、３枚のミラーパネルで形成されたキューブコーナも遜色なく使用することができる。当該キューブコーナ８０４は、少なくとも部分的に、空洞８１５内に収まっている。図８Ｃに示したのは同ターゲット８００の正面外観であり、３個の稜線部８０９が頂点８０８から延びる様子を読み取ることができる。
【００４６】
再帰反射ターゲットの大まかな姿勢を画定する処理は、その対称性が原因でターゲットの姿勢が不明確になる状況で実行される。例えばキューブコーナでは、図７に示した通り、３個の反射面によってもたらされる３本の線像７１０，７２０，７３０が互いに交差し、中心点７４０を挟み両側に延びることとなる。レーザトラッカ１０からレーザビーム４６が来る方向に対し対称軸の向きが揃っている場合、それら線像７１０，７２０，７３０同士の間隔は６０°になる。これは六重対称性（六重縮退）が生じている状況、言い換えれば六方に延びる線像をキューブコーナ側の個別実体線に関連付けえない状況である。こうした縮退を排除する上で大まかな姿勢の画定は有益であり、その実行により、レーザトラッカ側姿勢検出用カメラで捉えた像内の個々の線像に、キューブコーナ側の個別線を関連付けることができる。なお、ここではレーザトラッカ側姿勢検出用カメラを使用しキューブコーナ入りターゲットの六自由度計測を行う手法を例にしているが、総じていえば、同じ原理を他種の再帰反射器、他種のターゲット並びに他種のターゲット六自由度判別手法にも適用することができる。
【００４７】
また、図９Ａに例示した球状六自由度ターゲット９００には、球体９０２、非反射部分付のガラス製キューブコーナ（ガラスプリズム）９０４、カラー９０６及び基準マーク乃至部材９０１が備わっている。球体９０２にはキューブコーナ９０４を受容可能な大きさの空洞が設けられており、キューブコーナ９０４又はその一部がその球体９０２内に組み込まれている。カラー９０６は、キューブコーナ９０４を保護する部材であると共に至便な把持個所でもある。基準マーク乃至部材９０１は、ターゲット９００に関し基準姿勢を大まかに画定する際使用される。図９Ｂに示したのは同ターゲット９００の中心を通る断面である。キューブコーナ９０４は、少なくとも部分的に、空洞９１５内に収まっている。図９Ｃに示したのは同ターゲット９００の正面外観であり、プリズム上面から見て内奥に３個の稜線部９０９があることや、それら稜線部９０９が破線の如く頂点９０８から延びていることがわかる。
【００４８】
図８Ｄに、球状六自由度ターゲット８００にインタフェース部材８２０を装着することで得られる増強型球状六自由度ターゲットの例８１０を示す。この部材８２０には様々な付随要素を設けることができる。その一つは基準マーク乃至部材８２２であり、基準マーク、再帰反射器（例えば小型のガラス製キューブコーナ）、反射素材領域、ターゲット光源（例えばＬＥＤ）等の形態を採りうる。再帰反射器や反射素材領域の形態なら、レーザトラッカからの光でそれを照らし同トラッカ側の位置検出用カメラでその像を捉えることで、ターゲット８１０の大まかな姿勢を画定することができる。また、ターゲット光源の形態なら、それを点灯させてレーザトラッカ側位置検出用カメラで像を捉えることで、ターゲット８１０の大まかな姿勢を画定することができる。部材８２０それ自体を基準マーク乃至部材として使用しうる場合は、基準マーク乃至部材８２２を設けずに済ますこともできる。その場合、使用者には、基準姿勢と理解されている所定の姿勢でターゲット８１０を配置させる。
【００４９】
識別要素８２４もインタフェース部材８２０に設けうる付随要素であり、バーコードパターン、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ等の形態で設けられる。バーコードの場合、様々な太さ及び間隔を有する複数本の平行線で構成される一次元パターン、一群のドット又は正方形を二次元的に間隔配置した二次元パターン等の形態を採りうる。トラッカ側では、バーコードのコンテンツを姿勢検出用カメラや自トラッカ前面等にある位置検出用カメラで読み取り、またＲＦＩＤタグで示される素性をそのタグに電磁波を輻射して読み取る。同要素８２４に、対応するターゲット８１０の素性を示すシリアル番号や、同ターゲット８１０の特性を物語る特性パラメタ一通り又は複数通りを盛り込むこともできる。シリアル番号は数字（及び文字や記号）からなり、それに基づき個別のターゲット８１０を特定可能なものである。特性パラメタは幾何特性、熱特性等、トラッカに備わるどのような側面についての情報であってもよい。シリアル番号を参照することで、対応するターゲット８１０に係るパラメタにプロセッサがアクセス可能となる構成としてもよい。
【００５０】
アンテナ８３０もインタフェース部材８２０に設けうる付随要素であり、ＲＦ信号の形態でデータを無線送信乃至受信する際に使用される。アンテナ８３０の実装先である小型回路基板には、インタフェース部材８２０内に組み込まれた小型の電池８２８から電力が供給される。その小型回路基板をリジッドフレックス素材で形成することにより、回路を同部材８２０内に非常にコンパクトに収めることができる。
【００５１】
識別要素８２４を利用した識別は、インタフェース部材８２０内回路基板に付随する電気部品にシリアル番号、幾通りかの特性パラメタ等といった識別情報を保存しておき、その識別情報をアンテナ８３０からのＲＦ信号又はターゲット光源（８２２）からの光信号によりレーザトラッカに送信することでも、実現することができる。ＲＦ信号や光信号は識別情報送信に使用できる電磁信号の例であり、当該光信号には紫外線、可視光、赤外線、遠赤外線等、様々な波長によるものが包含される。
【００５２】
インタフェース部材８２０にアクチュエータボタン８２６を幾つか設けることもできる。この又はこれらのボタン８２６は計測の開始、終了等、様々な動作の起動指示に使用することができる。こうしたボタン８２６に連携してレーザトラッカ側のインジケータライトを作動させ、意図したコマンドがトラッカで受信されたことを通知する構成にしてもよい。
【００５３】
インタフェース部材８２０の一部として、ターゲット内に温度センサ８３２を実装すること、例えば球体８０２上やキューブコーナ８０４上に実装することも可能である。一般に、球体８０２を形成している素材とキューブコーナ８０４を形成している素材とでは熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なるので、球体８０２やキューブコーナ８０４の温度が変化すると頂点８０８の位置がずれるものである。ターゲット８１０の温度を継続的に調べることで、頂点８０８の位置ずれに関し、相応量の補償を実行することが可能となる。
【００５４】
インタフェース部材に、温度センサ８３６、プロテクタ８３８及び図示しない絶縁材を有する気温センサアセンブリ８３４を設けることもできる。そのセンサ８３６としては、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対等、温度計測が可能な諸デバイスを使用することができる。その配置先はプロテクタ８３８の骨格例えば中空円筒の内部である。このプロテクタ８３８の役目は、センサ８３６の損傷を防ぐこと及びセンサ８３６を熱源から遠ざけることである。プロテクタ８３８には、端部開口に加え、センサ８３６の曝気量を増すための小孔群（ミシン目等）を設けることができる。絶縁材は球体８０２・センサ８３６間にあり、ターゲットの金属部分即ち外気と異なる温度になりがちな部分に対するセンサ８３６の曝露を防いでいる。
【００５５】
気温センサアセンブリ８３４は、計測対象空間での位置・気温間関係を計測するのに使用することができる。距離や角度の計測値は気温に依存するので、これは重要なことである。例えば、トラッカからターゲットまでの距離を計測する際には、そのトラッカに備わるプロセッサの一つで、距離計測値（トラッカ側の干渉計又はＡＤＭでの計測値）を空気の平均屈折率（トラッカからターゲットに至る経路全体に亘る平均値）で除して距離計測値を補正する。即ち、空気を真空に置き換えた場合にトラッカ側の干渉計又はＡＤＭで得られるであろう距離計測値を求める。その導出に使用する平均屈折率は、トラッカ側に装着されているセンサで計測した気温、気圧及び空気湿度をエドレンの等式又はシダーの等式に代入して求める。ただ、圧力や湿度が計測対象空間全体に亘り割合に一定であるのに対し、温度は往々にして計測対象空間内で大きなばらつきを呈する。従って、特定の場所に配置された温度センサで温度を調べ計測対象空間内の全位置がその温度であると見なす、という従来の計測対象空間内気温推定手法では、計測対象空間における温度ばらつきの影響を補償することができない。温度補償をより正確に行う手法としては、第１に、ターゲット８１０を計測対象空間付近でトラッカ側（始点）から終点まで動かしつつ温度を継続的に計測し、様々な位置で計測された温度間の平均を求める、という手法がある。これに使用される気温センサ８３６の時定数は、使用者がターゲット８１０を計測対象空間内で移動させるにつれ生じる温度変化に応答できる範囲で、十分に小さくする方がよい。第２に、トラッカ至近の気温センサによる計測値（第１気温）とターゲット側温度センサ８３２による計測値（第２気温）の平均を求める、という手法もある。
【００５６】
図９Ｄに、球状六自由度ターゲット９００にインタフェース部材９２０を装着することで得られる増強型球状六自由度ターゲットの例９１０を示す。インタフェース部材９２０には、インタフェース部材８２０に設けうるそれに似た種々の付随要素を設けることができる。それら付随要素９２２，９２４，９３０，９２８，９２６，９３２には付随要素８２２，８２４，８３０，８２８，８２６，８３２についての説明が当てはまるので、ここでは反復説明を避けることにする。
【００５７】
図１０Ａに、球状六自由度ターゲットの別例１０００として、ガラス製キューブコーナ１００４、球体１００２及びカラー１００６を備えるものの斜視外観を示す。この例では、キューブコーナ１００４の上面即ち頂面から隔たった面上に、複数個（１個でもよい）の非反射マーク１００８が配されている。こうしたマーク１００８があると、ターゲット１０００が大きく傾斜しても三姿勢自由度を画定することができる。図示例では、ターゲット１０００がどちらの方向に大きく傾斜してもよいよう、同マーク１００８が３個設けられている。それに付加されているマーク１０１０は、ターゲット１０００のロール角をより正確に求めるのに役立つ。図１０Ｂに示したのはターゲット１０００の正面外観である。
【００５８】
図１１Ａ〜図１１Ｃに、球状六自由度ターゲットの別例を三通り示す。まず、図１１Ａに示す球状六自由度ターゲット１１００には、球体１１０２、キューブコーナ１１０４及びカラー１１０６が備わっている。カラー１１０６の前面には反射素材領域１１１０がある。この領域１１１０にレーザトラッカからの光を当て、そのトラッカに備わる位置検出用カメラで領域１１１０の位置を求め、求まった位置に基づきターゲット１１００の大まかな姿勢を画定することができる。次に、図１１Ｂに示す球状六自由度ターゲット１１２０には、領域１１１０の代わりにバーコードパターン１１３０が設けられている（他の諸要素はターゲット１１００のそれと同様である）。このパターン１１３０は、ターゲット１１２０の素性を示すものであると共に、ターゲット１１２０の大まかな姿勢を画定するのに役立つ反射素材領域ともなっている。同図ではカラー１１０６の吻部のうち一部分にしかパターン１１３０が設けられていないが、所望なら全周に亘り設けることもできる。所望なら、ラジアルパターンとして知られるタイプのバーコードパターンにすることもできる。そして、図１１Ｃに示す球状六自由度ターゲット１１４０には、領域１１１０の代わりにＲＦ識別チップ１１５０が設けられている（他の諸要素はターゲット１１００のそれと同様である）。このチップ１１５０は、ＲＦ送信機からの問いかけに応じ、自ターゲット１１４０についての情報をＲＦ受信機に返信する。返信されるのは、シリアル番号、自ターゲット１１４０に関する一通り又は複数通りのパラメタ等々の情報である。
【００５９】
図１２Ａに、ＳＭＲ乃至球状六自由度ターゲットたるターゲット１２００の正面外観例を示す。図中、外側の円は球体１２２０の外側球状部分、内側の円は再帰反射器１２１０、相接する３本の線は頂点１２１２にて接する３個の稜線部、「○」で囲まれた「＋」記号は外側球状部分の中心点（球体中心）１２２２を表している。このターゲット１２００をネスト（座）内に配して回した場合、不動な球体中心１２２２の周りを頂点１２１２が巡ることとなる。その際に頂点１２１２が辿る道筋のことを振れパターン１２３２と呼び、そのパターン１２３２の半径，直径のことを振れ半径，振れ直径と呼ぶ。また、再帰反射器１２１０上で稜線部を境に接している３個の平坦反射面は、ある１本の軸について対称である。その対称軸に直交しており紙面と平行な面のことを横断面、その横断面に属する方向のことを横方向と呼ぶ。同図は正面外観であるので、頂点１２１２の位置ずれのうち横断面に沿った成分が現れている。それら、図中にｄｙ，ｄｚで表されている成分１２８２，１２８３のことを横ずれ長成分と呼ぶ（符号同順）。球体中心１２２２から見た横ずれをｙｚ平面上に二次元ベクトルで表すと、そのベクトル即ち横ずれベクトルは振れ半径に等しい半径の円内に収まるベクトルとなる。
【００６０】
図１２Ｂに示したのは頂点１２１２を通る縦断面であり、この図では対称軸が紙面内に存している。対称軸方向に沿っており図中にｄｘで表されている成分１２８１のことを縦ずれ長成分と呼ぶ。
【００６１】
球体中心１２２２から見た頂点１２１２のずれは、従って三次元なずれベクトルで表すことができる。同ベクトルを組成する三種類の成分ｄｘ，ｄｙ，ｄｚのことをずれベクトル長成分と呼ぶ。ずれベクトルをその他の方向に沿い分解することもできる。例えば、成分ｄｘを対称軸からずれた方向沿いの成分と定義し、それに直交する成分として成分ｄｙ，ｄｚを定義することもできる。
【００６２】
これら、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す三種類のずれベクトル長成分ｄｘ，ｄｙ，ｄｚは、レーザトラッカ１０の許でそのターゲット１２００を使用するのに先立ち計測しておくことができる。その上で、六自由度トラッカで三姿勢自由度について計測すれば、頂点位置を計測することで生じていたずれ分を正し球体中心の位置を求めることができる。即ち、六自由度計測によってトラッカ出力の精度が高まると共に、その球体中心・再帰反射器側基準点（例えば頂点）間のずれが大きい安価な球状六自由度ターゲットを使用すること、それでいて球体中心の位置を割合に高精度で求めることが可能になる。
【００６３】
例えば、ターゲット１２００に付随するターゲット座標系が図１２Ａ及び図１２Ｂのごときものであり、ｘ，ｙ，ｚの各軸並びに使用者が随意に選定した原点（球体中心１２２２やキューブコーナ頂点１２１２）を有しているものとする。計測装置たるレーザトラッカにも装置座標系が付随している。ターゲット座標系から装置座標系への変換で頂点１２１２の位置を球体中心１２２２の位置に移すには、まずターゲット座標系に回転変換を施して対応する軸同士を平行にし、対応する軸同士が揃った状態で頂点位置をターゲット座標系にてずれベクトル長成分相応分だけシフトさせればよい。回転変換については、回転行列、四元数その他、いわゆる当業者にとり周知の手段で実行可能であるので説明を省略する。この変換を通じ、球体中心の正しい三次元位置座標を求めることができる。
【００６４】
そのずれベクトル長成分は、ターゲット１２００を対象にした計測で求まる。図１２Ａ及び図１２Ｂに示す軸設定下では、ずれベクトル長成分のうち二種類即ちｄｙ，ｄｚのことを横ずれ長成分１２８２，１２８３（符号同順）、ｄｘのことを縦ずれ長成分１２８１と呼ぶ。これら横ずれ長成分１２８２，１２８３及び縦ずれ長成分１２８１は様々な手法で求めることができる。その一つは、ターゲット１２００を正確なカーテシアンＣＭＭ（座標計測機）によって計測する手法である。カーテシアンＣＭＭなら、球体中心に対する頂点の位置ずれを１μｍ以下の誤差で求めることができる。そうした精密計測が済んだターゲット１２００は、光学的相対計測用のマスタターゲットとして利用することができる。例えば、カーテシアンＣＭＭによる精密計測が済んだマスタターゲットに対する供試ターゲットの縦方向長（厚み）差分を格別に正確なＡＤＭで求め、求まった差分をマスタターゲットにおける縦ずれ長成分の計測値に加味することによって、供試ターゲットにおける縦ずれ長成分を求めることができる。また、横ずれ長成分は、マスタターゲットを参照することなく顕微鏡で計測することができる。顕微鏡なら、その半径が１μｍ程度の振れや球体中心に対する頂点のずれ方向を見いだすことができる。
【００６５】
図１３Ａに、ガラス製キューブコーナ１３３０の斜視外観例を示す。これは一種のプリズムであり、相直交する３個の平坦反射面１３３２がその頂点１３３４にて集う構成を有している。これらプリズムに備わる平坦反射面１３３２は反射膜で覆われているので、キューブコーナ１３３０が傾斜し入射角が大きくなっている状況、即ち内部全反射が起きえなくなっている状況でもそこで反射が発生する。これらの面１３３２は直線１３６０について対称であり、上面１３３８はその対称軸１３６０に直交している。同プリズムの周縁面１３４０は、平坦反射面１３３２に交接してスカラップ現象を引き起こすよう円筒状に整形されている。キューブコーナ１３３０で受光可能な角度範囲が大きくなるよう、上面１３３８はそれら円筒状整形部分の最上部位にほぼ直交させてある。
【００６６】
図１３Ｃに球状六自由度ターゲットの一例１３００を示す。このターゲット１３００には、球状の外面１３１２を有する体部（球体）１３１０が備わっている。その内部には、ガラス製キューブコーナ１３３０及びカラー１３２０を保持可能な大きさの空洞が設けられており、そこにはキューブコーナ１３３０（の一部）が収まっている。図１３Ｂに、図１３Ｃに示したターゲット１３００のＡ−Ａ断面を示す。この断面は、図１３Ａに破線１３４２で示す位置にてキューブコーナ１３３０をよぎっている。外面１３１２の中心（球体中心）１３１４は頂点１３３４と異なるのが普通である。図１３Ａ〜図１３Ｃ、図１４及び図１５に示す例では外面１３１２の直径が１．５インチ＝３８．１ｍｍである。キューブコーナ１３３０は、上面１３３８の直径が１インチ＝２５．４ｍｍ、厚みがその０．７０７倍即ち１７．９６ｍｍのものである。
【００６７】
図１４は、図１３Ｃに示したＡ−Ａ断面を直交方向から見た図である。明瞭さを高めるためハッチングは省略してある。球体中心１３１４は頂点１３３４の下方１．３ｍｍにある。同点１３３４と対称軸１３６０・上面１３３８間交点１３４４とを結ぶ線分１３４６は、このキューブコーナ１３３０の厚みを表している。図示例では上面１３３８の法線ベクトル１３４８が対称軸１３６０と平行になっているが、平行にならないことも多かろう。同面１３３８は素材球、即ち素材一部除去でキューブコーナ１３３０保持用の空洞が形成され球体１３１０となる球から僅かに張り出す位置にある。この配置には、外面１３１２に占める可接触領域の広さが増すという長所がある。
【００６８】
レーザトラッカ１０等の装置から発せられた光ビームの主光線１３７２は、点１３７４にてキューブコーナ型再帰反射器に入射し、屈折を経て頂点１３３４へと伝搬していく。同光線１３７２の行く先は、図４に示した位置検出器４５０とトラッカ１０内モータ群及びサーボ系との連携により、ターゲット１３００が移動しても概ね頂点１３３４に保たれる。直線１３７６は、入射点１３７４を通り上面１３３８に直交するよう想定されている。主光線１３７２の伝搬方向は紙面（Ａ−Ａ断面）沿いであり、直線１３７６沿いの法線ベクトルに対しある入射角ａＩを呈している。屈折した光線１３７３は同ベクトルに対しある角度ａＲ、即ちスネルの法則ｎａｉｒｓｉｎ（ａＩ）＝ｎｇｌａｓｓｓｉｎ（ａＲ）で与えられる屈折角ａＲを呈している。この例ではその屈折率が１．８５のガラスが選定されているので、主光線１３７２の入射角ａＩが４６°なら屈折角ａＲは約２３°となる。一般に、その入射角ａＩが大きいほど点１３７４が上面１３３８の中央１３４４から遠くなり、キューブコーナに入射する光ビームがクリッピングされやすくなる。図１４に示す例では点１３７４が上面１３３８の縁から５ｍｍ離れており、入射レーザビームの伝搬方向上へのその投射長が約３．５ｍｍであるので、同図に示した形状・寸法なら直径＝７ｍｍのビームをクリッピング無しで再帰反射器に入射させることができる。
【００６９】
図１４から読み取れるように、本願記載の方法に従いガラス製再帰反射器の中心位置を正しく求めることは特に有益なことである。受光角（入射角上限値の２倍）が開放式キューブコーナでのそれに比べかなり大きくなる（図示例では９０°超になる）ことである。
【００７０】
ガラス製キューブコーナに入射する光はガラスへの進入時に屈折するので、光の屈折を反映させる計算無しでは頂点位置が正しく求まらない。光の屈折を反映させるには、例えばそのガラス製キューブコーナに関し三姿勢自由度を画定できればよい。ターゲット及びレーザトラッカがめいめいに座標系を従えているので、装置座標系におけるターゲット座標系の三姿勢自由度画定は可能である。
【００７１】
開放式キューブコーナに関しては、特許文献１の第１４〜第１５カラムに、姿勢検出用カメラ内感光アレイで捉えた線像３本の傾斜から同キューブコーナのピッチ角、ヨー角及びロール角を求める式が記載されている。それらの式の有効性も、ＣＡＤソフトウェアで実行される三次元回転との対比で明らかにされている。同文献では“傾斜”なる語を通常の意味、即ち横軸（ｘ）値の変化分でそれに対応する縦軸（ｙ）値の変化分を除した値という意味で使用しているが、自明な通り、それに関連する諸式と併せ“傾斜”の定義を変えること、例えば縦軸値変化分で横軸値変化分を除した値という定義にすることも可能である。
【００７２】
ガラス製キューブコーナに関しても、姿勢検出用カメラ内感光アレイで捉えた線像の傾斜から、様々な計算手法で姿勢角を求めることができる。そのうち一つは次のような手法である。まず、ピッチ、ロール、ヨーその他の姿勢パラメタで記述可能な姿勢角を三通り想定する。次いで、稜線部に対応する３本の線像それぞれを投射し、それらがプリズム上面の所属平面に交わるに至った点都合３個の位置を、そのガラス製キューブコーナの厚み及び形状に基づき求める。それら３個の交点及び頂点の三次元座標を三次元回転行列によって且つ三姿勢自由度に関する計測値に基づき変換すると、その点毎に新たな三次元座標が求まる。変換対象となった交点のことを対上面交接点と呼ぶ。また、これと同じ三次元回転行列を上面の法線ベクトル、特に同面中央にある第１の点及びそこから直交方向に単位長離れた位置にある第２の点を結ぶベクトルに適用すると、第１，第２両点に対する座標変換によって新たな法線ベクトルが求まる。装置座標系を従えるレーザトラッカから発せられた光は、当該新たな法線ベクトルに対しある角度を呈すると共に、ベクトル数学に従い求まる角度で屈折していく。この光にはキューブコーナの頂点と交差するという条件が課されているので、上面に対する主光線の交点も求まる。上面に対するこの交点のことを見かけ上の頂点と呼ぶ。姿勢検出用カメラで捉えられる線像は、まさに、この見かけ上の頂点を３個ある対上面交接点それぞれと結ぶ線を、トラッカに戻る光の伝搬方向に垂直になるよう投射したものに相当する。非反射部分が再帰反射器に向かう側及び再帰反射器から出てくる側の双方で光を阻止するので、それらの線像は当該見かけ上の頂点の両側に延びることとなる。こうした計算を通じ線像の傾斜が求まったら、姿勢検出用カメラで捉えた線像の傾斜と比較する。そして、最小自乗誤差が小さくなるよう最適化手順を通じ諸パラメタを選定し直すことで、ロール角、ピッチ角及びヨー角の最善値を求める。後に詳示するように、これらの計算に適する初期値を得るべく大まかな姿勢計測も実行する。
【００７３】
三姿勢自由度が画定されたら、レーザトラッカによって計測された距離及び二通りの見込み角をその結果に基づき補正する。このトラッカは、特段の情報が与えられない限り、図１５に示す点１３８０の位置に頂点１３３４が存するとの想定で動作する。同トラッカからは、自ら発した主光線１３７２の行く手に頂点１３３４が存するかのように見える。空気より屈折率が高いガラス中を光が伝搬するため、そのトラッカで頂点１３３４までの距離を計測した場合、真の距離よりも大きめの値となる。屈折率が高いほど光の速度が低いからである。干渉計、ＡＤＭ等の距離計では距離が光の伝搬時間に基づき判別されるので、光の伝搬時間が長いと距離が大きめに計測されることとなる。入射点１３７４から頂点１３３４までの距離を記号Ｔ、屈折率を記号ｎで表すなら、トラッカによる距離計測値の過剰分はＴ（ｎ−１）となる。屈折率ｎが１．８５なら当該過剰分はＴ（１．８５−１）＝０．８５Ｔである。なお、ここでいう屈折率は、原則として、干渉計については位相屈折率、ＡＤＭについては群屈折率のことである。
【００７４】
この距離Ｔは、画定された三姿勢自由度に基づき求めることができる。距離Ｔを求めるには、法線ベクトル１３４８が対称軸に対し平行なら屈折角ａＲの余弦で厚みを除せばよいし、不平行ならいわゆる当業者にとり周知の用法でベクトル数学を使用すればよい。装置座標系における頂点１３３４の座標は二段階で求まる。第１に、レーザトラッカで計測された距離ＴからＴ（ｎ−１）を減ずることで、点１３８０を直線１３７５上の新たな点１３８２に移動させる。第２に、その直線１３７５に沿い距離Ｔに亘り遡行して入射点１３７４を求めればよい。求まった入射点１３７４を中心にして直線１３７５を角度ａＩ−ａＲに亘り回動させたときに、点１３８２が移る先が頂点１３３４の位置である。
【００７５】
球体中心１３１４を求めるには、ターゲット１３００に付随するターゲット座標系を、その構成諸軸が装置座標系のそれに対し平行になるよう回動させればよい。対称軸方向に沿った厚み分だけ頂点位置を調整すれば、球体中心１３１４の三次元座標が求まる。
【００７６】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示した開放式キューブコーナの場合と同様、ガラス製キューブコーナの頂点も球体中心からずれた位置になる。縦方向（厚み方向）のみならず、対称軸１３６０に対し垂直な二通りの横方向にもずれる。これを補償するには、開放式キューブコーナの場合と同様、その構成諸軸が装置座標系のそれに対し平行になるようターゲット座標系を回動させればよい。頂点の座標を相応の縦ずれ長及び横ずれ長に亘りシフトさせれば、ターゲット座標系における球体中心の三次元座標が求まる。
【００７７】
図１６Ａに、球状ターゲットの中心座標を求める手順の例１６００を示す。図中、ステップ１６１０では使用する第１再帰反射器、例えばキューブコーナ、キャッツアイ、写真計測ターゲット等の再帰反射器を選定する。ステップ１６２０では、球体中心から再帰反射器側基準点へと延びるベクトルの成分一通り又は複数通りに関しその長さを導出する。その長さのことをそれぞれずれベクトル長成分と呼ぶ。三次元空間では互いに独立なずれベクトル長成分が三通り存在する。例えば、ベクトル成分のうち対称軸に沿ったベクトル成分の長さが縦ずれ長成分、対称軸に対し垂直なベクトル成分の長さが横ずれ長成分である。ステップ１６３０では計測装置からの光ビームで第１再帰反射器を照らす。例えば、レーザトラッカからのレーザビームを球状六自由度ターゲット内のキューブコーナに入射させる。
【００７８】
ステップ１６４０では三姿勢自由度を画定する。使用する再帰反射器が開放式キューブコーナなら特許文献１に詳示の手法で画定し、ガラス製キューブコーナなら本願記載の手法で画定する。ステップ１６５０では計測装置で第１距離及び第１見込み角ペアを計測する。例えば、そのトラッカ上の一点から再帰反射器側基準点を見たときの距離（ＡＤＭ又は干渉計の出力）、ゼニス角及びアジマス角をレーザトラッカで計測する。
【００７９】
ステップ１６６０では、そのターゲットにおける球体中心の三次元座標を算出する。これは、上述の通り、対応する装置座標系構成諸軸と平行になるようターゲット座標系構成諸軸を回動させ、次いでその再帰反射器に備わる再帰反射器側基準点を一通り又は複数通りの方向に沿い所要量シフトさせることで実行することができる。これにより得られる三次元座標が目的とする出力である。ステップ１６７０では、その結果を例えばプロセッサ又はそれに付随するメモリ内に保存する。
【００８０】
上述した諸手順は専らキューブコーナの場合に関わるものであるが、三姿勢自由度を画定可能なものであればどのような種類の再帰反射器にも同様の手順を適用することができる。再帰反射ターゲット近傍にマークを付す手法は、キャッツアイや写真計測型ターゲット等の再帰反射器でも使用可能である。キャッツアイは透光性の上部半球及び反射面付の下部半球で構成される再帰反射器であり、両半球間で半径が等しいことも異なることもある。こうした再帰反射器を使用し六自由度ターゲットを作成するには、例えば、上部半球や中間層（キャッツアイの上下両半球間を仕切る平坦層等）の表面にマークを配すればよい。そのマークの解読はキューブコーナでのそれと類似した要領で行える。相応の数式を適用することで、捉えたパターンから三姿勢自由度を画定すればよい。同様にして、球体内に保持される写真計測ドット上にマークを配することもできる。そのマークを複数の階層上に設けて傾斜検知システムの感度を高めることもできる。
【００８１】
再帰反射器のなかには、対称性の解明が済まないと三姿勢自由度画定計算を済ませられない類いのものがある。例えば、その稜線部上の非反射部分が互いに同態様のキューブコーナを対称軸沿い方向から捉えた像には六重対称性が現れる。稜線部自体は図８Ｃ及び図９Ｃにその正面外観を示す通り三重対称性を呈しているが、それら稜線部同士の間隔が１２０°であることに留意されたい。稜線部の三重対称性がキューブコーナによる反射光にて六重対称性に転化するのは、キューブコーナに入射するときにもそこから出射するときにも、光が稜線部上の非反射部分によって阻止されるためである。こうした六重対称性は、キューブコーナが傾斜し視線が対称軸沿いでなくなるやいなや破綻する。しかし、その後も、キューブコーナの像に６本現れる線像のうち１本又は複数本を、キューブコーナ上に実存する非反射部分のうちどれかに対応付ける必要性が残存する。例えば、図７に示すパターン、即ち非反射部分群を姿勢検出用カメラで捉えたときに得られるパターンには６本の線像が現れるので、キューブコーナ上に実存する非反射部分それぞれに対応する線像を１個又は複数個、特定する必要がある。
【００８２】
実存する非反射部分と再帰反射器による反射で生じた線像との間の対応付けは、そのターゲットの大まかな姿勢に基づき実行する。この対応付けは様々な手法で行えるが、ここではそのうち五種類について説明する。そのうち第１の手法は、基準マーク乃至部材、例えば図８Ａ，図９Ａ中のそれ８０１，９０１を使用する手法である（符号同順）。この手法では、計測開始時に使用者がターゲットの向きを所定の向きに合わせる。例えば、ターゲットがまっすぐにレーザトラッカを指している状態で基準マーク乃至部材が水平になるようにする。次いで、トラッカ側で非反射部分の位置を調べ当該所定の向きと関連付けることで、装置座標系における大まかな姿勢を画定する。更に、その結果に基づきトラッカ内のソフトウェアが感光アレイ上の各線像をキューブコーナ上の各稜線部に対応付ける。大まかな姿勢がわからなくなった場合には、トラッカから使用者へとそのことが通知された後、ターゲットの向きを所定の向きにして大まかな姿勢を再画定する操作・動作が再実行される。大まかな姿勢を再画定する必要があることは、トラッカに備わる光源の点灯、可聴音の発生その他、様々な手段で使用者に通知することができる。
【００８３】
第２の手法は、大きめの再帰反射器に対し小型の基準再帰反射器を近接配置し、その基準再帰反射器を使用し大まかな姿勢を画定する手法である。この種の基準再帰反射器に該当するのは、特許文献１の図１７に記載のそれ１７０８である。基準再帰反射器は、大きい方の再帰反射器に近い様々な部位に配置可能である。本願でいえば、図８Ｄ中の位置８２２、図９Ｄ中の位置９２２等に基準再帰反射器を配置可能である。
【００８４】
基準再帰反射器を用い大まかな姿勢を画定する手法には、まず、再帰反射器及び小型の基準再帰反射器を同時に光で照らす、という形態がある。これは、例えば、姿勢検出用カメラ５２の近傍にある複数個の光源５４を点灯させることで実行可能である。レーザトラッカ１０の位置がターゲットに割合に近いのであれば、そのカメラ５２で２個の光源５４間の位置関係を判別し、ひいては大まかな姿勢を画定することができる。
【００８５】
基準再帰反射器を用い大まかな姿勢を画定する手法には、更に、大きい方の再帰反射器の中央に入射することとなるよう、レーザトラッカに発するレーザビームの向きを変化させ、そのときのステアリング角である第１ステアリング角（第１アジマス角及び第１ゼニス角で組成）を調べる、という動作で始まる別の形態がある。その後は、大きい方の再帰反射器から基準再帰反射器までの距離に相応する分だけ、大きい方の再帰反射器の中央から外れるよう、トラッカ側でビームの向きを変化させる。トラッカ側では、これを、前もって判明しているターゲット寸法をトラッカ・再帰反射ターゲット間距離で除した値に等しいラジアン角だけ、ビームの向きを変えることで実行する。ビームの向きを中央から外した後は、ビームが基準再帰反射器で遮られるに至るまで、当該中央を巡る円形パターンに従いビームの向きを変化させる。次いで、基準再帰反射器の中央に入射することとなるようそのビームの向きを変化させ、そのときのステアリング角である第２ステアリング角（第２アジマス角及び第２ゼニス角で組成）を調べる。そして、得られた第１及び第２ステアリング角の相対値に基づき大まかな姿勢を画定する。このようにして基準再帰反射器を用いる形態は、ターゲットまでの距離が大きすぎて位置検出用カメラ５２では正確に計測できない場合に役立つ。
【００８６】
第３の手法は、位置８２２，９２２にターゲット光源例えばＬＥＤを配し姿勢の大まかな画定に使用する手法である。ターゲット光源を点灯させ位置検出用カメラ例えば５２で捉えることで、再帰反射器に対するターゲット光源の位置関係を捉えることができる。ひいては、再帰反射器に備わる特徴部分例えば稜線部に対し、そのターゲット光源でタグ付けすることができる。
【００８７】
第４の手法は、位置８２２，９２２等に反射素材領域を設け姿勢の大まかな画定に使用する手法である。大抵の反射素材では、反射光のビーム幅がキューブコーナ、高品質キャッツアイ等の再帰反射器でのそれに比し同等以上に拡がるのが普通である。こうした反射性の相違からすれば、反射素材の露光時間をキューブコーナ、キャッツアイ等の再帰反射器のそれに比べかなり長めにする必要があろう。そうした長時間露光は、位置検出用カメラに備わる感光アレイ上の像にブルーミング（にじみ）を起こしかねない。この問題を回避するには、位置検出用カメラ５２に備わるレンズ系に比較的近いところに光源を１個又は複数個、またそのレンズ系から比較的遠いところに光源を１個又は複数個配すればよい。これは、特許文献１の図１７Ａ〜図１７Ｃに示されているように、位置検出用カメラで光源を捉えるには、その光源が位置検出用カメラの比較的近くにある必要があるからである。また、（高度に反射性乃至再帰反射性を呈するよう工夫されているとはいえ）反射素材による反射光が割合に広角であるため、光源が位置検出用カメラから割合に遠くにあっても反射素材での反射光を位置検出用カメラで捉えやすいからでもある。そのようにした構成の一例を図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。図１７Ａに示す位置検出用カメラ／発光システム１７００は位置検出用カメラシステム１７１０及びそこから離れた部位にある光源１７２０を備えており、当該カメラシステム１７１０は位置検出用カメラ１７１２及び複数個（１個でもよい）の光源１７１４を有している。そのカメラ１７１２は、図示しないがレンズ系及び感光アレイを有している。図１７Ｂに示すように、こうした位置検出用カメラ／発光システム１７００が都合２個、トラッカに備わる入出射開口１７６０の両脇に配される。
【００８８】
図１８Ａ及び図１８Ｂに、上述した手法の背後にある原理を示す。まず、図１８Ａでは光源１８１０からの光が再帰反射器１８２０で反射されている。再帰反射器１８２０としてはどのような種類のものも使用可能であるが、キューブコーナをはじめとする高品質再帰反射器の場合、入射光に対し後方反射光は常に平行になる。再帰反射器への光線入射位置が再帰反射器側基準点例えば頂点からずれている場合、再帰反射器側基準点から見て逆側にそのずれと同じ分だけずれた位置にて反射光が生じるからである。そのため、図１８Ａに示すように、位置検出用カメラ１８３０から離れた位置にある光源１８１０では、レンズ１８３２ひいては感光アレイ１８３６で反射光が捉えられるよう再帰反射器１８２０を照らすことができない。他方、図１８Ｂに示すように、カメラ１８３０から離れた位置にある光源１８１０でも、レンズ１８３２ひいては感光アレイ１８３６で反射光が捉えられるよう反射素材領域１８６０を照らすことはできる。従って、レーザトラッカの近くにある光源を点灯させることで再帰反射器１８２０の位置を、またトラッカから遠くにある光源を点灯させることで反射素材領域１８３０の位置を特定することができる。後者に際しては、キューブコーナ１８２０からの光でカメラ１８３０が飽和しブルーミングすることもないので、光への露出時間を存分に長くすることができる。
【００８９】
総じて、大まかな姿勢を画定する必要があるのは、そのレーザトラッカによるターゲットの計測がある程度の時間に亘り行われていなかった場合に限られる。連続計測のさなかであれば、従前の計測結果に基づき再帰反射器の位置が比較的高精度にわかるので、大まかな姿勢の画定は必要ない。
【００９０】
図１９に、レーザトラッカ１０内外に存する電気的部材及び情報処理部材を示す。ここに示した諸部材は代表例であり、他の構成を採ることも可能であるので了解されたい。まず、マスタプロセッサ１９７０はトラッカ１０内のプロセッサ類との間でメッセージを送受信する。この送受信は装置内の有線、光又は無線バス１９３０を介して行われる。トラッカ１０内では機能毎に独立したかたちで処理が実行される。具体的には、位置検出器プロセッサ１９１２、アジマス角エンコーダプロセッサ１９１４、ゼニス角エンコーダプロセッサ１９１６、ＡＤＭプロセッサ１９２０、干渉計プロセッサ１９２２、ロケータ及び姿勢検出用カメラプロセッサ１９２４、六自由度プロセッサ１９２６、インジケータライトプロセッサ１９１８、ＲＦＩＤ及び無線プロセッサ１９２８等で実行される。ＲＦＩＤ及び無線プロセッサ１９２８にはＲＦ信号送受信用のアンテナ１９２９が接続されている。マスタプロセッサ１９７０は筐体、例えば図２に示した補助ユニット７０の筐体内に設けることも、トラッカ本体に備わる電子回路内に組み込むことも可能である。マスタプロセッサ１９７０から外部コンピュータ２５に信号を送るようにすることも、ネットワーク１９４４，１９４２上に送出するようにすることも可能である。
【００９１】
図８Ｄ及び図９Ｄに示した諸要素の多くは、プローブシャフト（エクステンション）を有するターゲットにも同様に適用することができる。図２０Ａ〜図２０Ｃに、六自由度ターゲット乃至プローブアセンブリの例２０００として、プローブ端２０６０及びプローブシャフト２０５０を備えるものを示す。図中のハウジング２０１０は再帰反射器２０２０を保持する部材であり、そこには基準部材２０３０、例えば基準マーク、基準再帰反射器、反射素材領域乃至ターゲット光源が組み込まれている。図示しないがハウジング２０１０内には電池があり、コンパクトな回路基板に接続されている。図示しないが、その回路基板上には諸電気部品が実装されている。同回路基板にはアンテナ乃至光源２０９０が接続されているので、電磁信号を用いメッセージを無線伝達することができる。同回路基板にはアクチュエータボタン２０４０，２０４２も接続されているので、使用者は、レーザトラッカ等の装置にメッセージを無線送信するよう指示することができる。
【００９２】
同回路基板には、再帰反射器２０２０乃至ハウジング２０１０に熱接触してその温度を検出する素材温度センサ２０８０が実装されている。このセンサ２０８０で得られた情報は、熱膨張や熱由来の屈折率変化を踏まえプローブ端２０６０の位置に関する計測値を正すのに役立つ。気温センサアセンブリ２０７０は気温と計測対象空間内位置との関係を調べるアセンブリであり、気温センサ２０７２、プロテクタ２０７４及び絶縁材２０７６を備えている。気温センサ２０７２としては、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対その他、温度を計測可能な諸デバイスを使用することができる。その配置先はプロテクタ２０７４内、この例では中空円筒内である。プロテクタ２０７４の役目は気温センサ２０７２の損傷を防ぎ、そのセンサ２０７２を熱源から遠ざけることである。プロテクタ２０７４は、その一端が開放しているのに加え、空気に対するセンサ２０７２の曝露を支援する小孔群を有している。絶縁材２０７６はハウジング２０１０・気温センサ２０７２間にあり、ターゲットの金属部分即ち周囲の空気と温度が違う部分にセンサ２０７２が曝されることを防いでいる。この気温センサ２０７２の用途は、図８Ｄ及び図９Ｄを参照して説明したものと同様である。
【００９３】
同回路基板には、識別要素として使用可能な電気的記憶乃至記録部品も実装されている。即ち、その部品に記憶乃至記録されている情報を同回路基板上の送信機に供給し、アンテナ乃至光源２０９０経由で送信することが可能である。その情報の例としては、自ターゲットの素性を示すシリアル番号、一種類又は複数種類のパラメタ等がある。ここでいうパラメタは、そのターゲットの幾何学的、光学的乃至熱的特性を示すもの等である。バーコードパターン、ＲＦＩＤタグ等に識別情報を記憶乃至記録させてもよい。バーコードパターンはレーザトラッカ側の位置検出用カメラで、またＲＦＩＤタグはトラッカ側のＲＦリーダその他の装置で読み取ることができる。
【００９４】
図２１Ａ〜図２１Ｃに、六自由度ターゲット乃至プローブアセンブリの別例２１００を示す。このプローブ２１００は図２０Ａ〜図２０Ｃに基づき上述したものと似ているが、プローブシャフト２１５０を任意角に傾斜させうる点及びノブ２１６０でその姿勢を固定できる点で異なっている。部材２１２０，２１３０，２１４０，２１４２，２１７０，２１８０，２１９０，２１９５の機能は上述した部材２０２０，２０３０，２０４０，２０４２，２０７０，２０８０，２０９０，２０９５のそれと同様である（符号同順）。
【００９５】
以上、本発明の具体的な実施形態について説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく様々な変形を施しうるのでその点を承知されたい。別紙特許請求の範囲はそうした変形を包含し、本発明の技術的範囲に繰り入れる趣旨のものである。
【００９６】
こうしたことから、上掲の諸実施形態があらゆる意味で例示的且つ非限定的なものであること、本発明の技術的範囲がこれまでの説明ではなく別紙特許請求の範囲で規定されること、並びに文理上別紙特許請求の範囲での記載に該当する変形及びその均等範囲に属する変形がいずれも本発明の技術的範囲に属することを了解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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