(57)【要約】  対象物面上の面セットを座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて測定する方法は、本体、パターンを組み込む第１の逆反射体、プロジェクタ、カメラ、およびプロセッサを有するスキャナを用意するステップと、デバイスを用意するステップと、光源パターンを選択するステップと、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを生成するステップと、対象物光パターンを感光アレイ上に投影して像光パターンを得るステップと、像光パターンの画素デジタル値を得るステップと、第１の光ビームをデバイスから第１の逆反射体へ送出するステップと、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るステップと、方位セットおよび平行移動セットを第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて測定するステップと、同一直線上にある複数のパターン要素に対応する面セットを決定するステップと、面セットを保管するステップとを含む。
2014514563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物面（２５２８）上の複数の面セットを座標測定デバイス（１０）およびターゲットスキャナ（２５００、２５０５、２５６０、４７６０、４５００）を用いて測定する方法（６１００）であって、前記面セットのそれぞれがデバイス基準フレーム内の前記対象物面上の点の３次元座標であり、各面セットが３つの値を含み、前記デバイス基準フレームが前記座標測定デバイスと関連付けられる方法において、
本体（２５１４）、パターンを組み込む第１の逆反射体（２５１０）、プロジェクタ（２５２０、２５６２、４７６２、４５２０）、カメラ（２５３０、２５６４、４７６０、４５４０）およびスキャナプロセッサ（１５８４）を有するターゲットスキャナを用意するステップ（６１０５）であって、前記第１の逆反射体、プロジェクタおよびカメラが前記本体に堅固に取り付けられ、前記ターゲットスキャナが前記座標測定デバイスから機械的に取り外され、
前記プロジェクタが光源パターン（２５２４、２５７０、４７７０、４５２１）を含み、前記光源パターンが光源面に置かれて、同一直線上にある複数のパターン要素を含み、前記プロジェクタが、前記光源パターンを前記対象物上に投射して対象物光パターンを前記対象物上に形成するように構成され、前記パターン要素のそれぞれが少なくとも１つの面セットに対応し、
前記カメラが第１のレンズ（２５３２、２５８２、４７８２、４５４４）および第１の感光アレイ（２５３４、２５８０、４７８０、４５４１）を含み、前記第１のレンズが、前記対象物光パターンを前記感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、前記第１の感光アレイがカメラ画素を含み、前記第１の感光アレイが前記像光パターンから前記カメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成されるステップと、
前記座標測定デバイスを用意するステップであって、前記座標測定デバイスが平行移動セットおよび方位セットを測定するように構成され、前記平行移動セットが前記デバイス基準フレーム内の前記ターゲットスキャナの３平行移動自由度の値であり、前記方位セットが前記デバイス基準フレーム内の前記ターゲットスキャナの３方位自由度の値であり、前記平行移動セットおよび前記方位セットが空間内の前記ターゲットスキャナの位置および方位を規定するのに十分であり、前記座標測定デバイスが、第１の光ビーム（７８４）を前記第１の逆反射体へ送出し、第２の光ビームを前記第１の逆反射体（７８６）から受け取るように構成され、前記第２の光ビームが前記第１の光ビームの一部分であり、前記座標測定デバイスがデバイスプロセッサ（１５２０、１５３０〜１５３６、１５４０、１５５０、１５６０、１５６５、１５７０、１５９０）を含み、前記デバイスプロセッサが、前記方位セットおよび前記平行移動セットを決定するように構成され、前記方位セットおよび前記平行移動セットが前記第２の光ビームに少なくとも一部は基づき、
前記座標測定デバイスが第２の光学系（９１０）を含み、前記第２の光学系が第２のレンズおよび第２の感光アレイを含み、前記第２のレンズが、前記第１の逆反射体の少なくとも一部分の第２の像を前記第２の感光アレイ上に形成するように構成され、前記座標測定デバイスが、前記第２の像を第２のデジタルデータセットに変換すると共に前記方位セットを少なくとも一部は前記第２のデジタルデータセットに基づいて計算するように構成され、
前記スキャナプロセッサと前記デバイスプロセッサが、前記複数の面セットを決定するように、一緒に構成され、前記面セットのそれぞれが少なくとも一部は前記平行移動セット、前記方位セットおよび前記画素デジタル値に基づくステップ（６１１０）と、
前記光源パターンを選択するステップ（６１１５）と、
前記光源パターンを前記対象物上に投射して前記対象物光パターンを生成するステップ（６１２０）と、
前記対象物光パターンを前記感光アレイ上に投影して前記像光パターンを得るステップ（６１２５）と、
前記像光パターンの前記画素デジタル値を得るステップ（６１３０）と、
前記第１の光ビームを前記座標測定デバイスから前記第１の逆反射体へ送出するステップ（６１３５）と、
前記第２の光ビームを前記第１の逆反射体から受け取るステップ（６１４０）と、
前記方位セットおよび前記平行移動セットを前記第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて測定するステップ（６１４５）と、
同一直線上にある前記複数のパターン要素に対応する前記面セットを決定するステップ（６１５０）と、
前記面セットを保管するステップ（６１５５）と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記プロジェクタが実質上の光透視中心（２５７２、４７７５）およびプロジェクタ基準軸（２５７６、４７７６）を有し、前記プロジェクタ基準軸が前記プロジェクタの実質上の光透視中心を通り、前記投射された光源パターンが前記実質上の光透視中心から発するように見え、
前記カメラレンズが、カメラレンズ透視中心（２５８５、４７８５）およびカメラ基準軸（２５８６、４７８６）を有し、前記カメラ基準軸が前記カメラレンズ透視中心を通り、
前記ターゲットスキャナが基線（２５８８、４７８８）、基線長（２５９２、４７９２）、基線プロジェクタ角（２５９４、４７９４）、および基線カメラ角（２５９６、４７９６）を有し、前記基線が、前記実質上の光透視中心と前記カメラレンズ透視中心を結ぶ線分であり、前記基線長が前記基線の長さであり、前記基線プロジェクタ角が、前記プロジェクタ基準軸と前記基線の間の角度であり、前記基線カメラ角が、前記基線と前記カメラ基準軸の間の角度であり、
前記座標測定デバイスを用意する前記ステップが、前記３つ以上の面セットを決定するように、前記座標測定デバイスに、前記スキャナプロセッサと一緒に構成された前記デバイスプロセッサを設け、前記面セットのそれぞれが少なくとも一部は前記基線長、前記カメラ基線角および前記プロジェクタ基線角にさらに基づくステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記ターゲットスキャナを用意する前記ステップが、前記光源パターンを投射するように構成されたプロジェクタレンズを用意するステップをさらに含み、前記実質上の光透視中心が前記プロジェクタレンズの透視中心であり、前記プロジェクタ基準軸がプロジェクタレンズ光軸であり、前記カメラ基準軸がカメラレンズ光軸であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記座標測定デバイスを用意する前記ステップが、第１のモータ（２１２５）、第２のモータ（２１５５）、第１の角度測定デバイス（２１２０）、第２の角度測定デバイス（２１５０）、距離計（１６０、１２０）、位置検出器（１５１）、制御システム（１５２０、１５３０、１５４０、１５５０）、およびデバイスプロセッサを含む前記座標測定デバイスを用意するステップをさらに含み、前記第１のモータおよび前記第２のモータが共に、前記第１の光ビームを第１の方向に向けるように構成され、前記第１の方向が、第１の軸（２０）のまわりの第１の回転角、および第２の軸（１８）のまわりの第２の回転角によって決まり、前記第１の回転角が前記第１のモータによって生成され、前記第２の回転角が前記第２のモータによって生成され、前記第１の角度測定デバイスが前記第１の回転角を測定するように構成され、前記第２の角度測定デバイスが前記第２の回転角を測定するように構成され、前記距離計が、前記座標測定デバイスから前記第１の逆反射体までの第１の距離を測定するように構成され、前記位置検出器が、前記第２の光ビームの第２の部分を受け取って、第１の信号を前記制御システムへ送出するように構成され、前記第１の信号が、前記位置検出器上の第２の部分の位置に対応して生成され、前記制御システムが、前記第１のモータへ第２の信号を送出し、前記第２のモータへ第３の信号を送出し、前記第１の逆反射体の空間内の前記位置に向けて前記第１の光ビームの前記第１の方向を調整するように構成され、前記第２の信号および前記第３の信号が前記第１の信号に少なくとも一部は基づき、前記デバイスプロセッサが、前記平行移動セットおよび前記方位セットを決定するように構成され、前記平行移動セットが、前記第１の距離、前記第１の回転角、および前記第２の回転角に少なくとも一部は基づくことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記ターゲットスキャナを用意する前記ステップが、前記本体に堅固に取り付けられた固定具を用意するステップをさらに含み、前記固定具が前記デバイス基準フレームに対して固定されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記ターゲットスキャナを用意するステップが、前記本体に堅固に取り付けられる第２の逆反射体（２５１１）を用意するステップをさらに含み、
前記平行移動セットおよび前記方位セットを前記座標測定デバイスを用いて測定する前記ステップが、前記ターゲットスキャナを回転させて、前記第２の逆反射体が前記座標測定デバイスからの前記第１の光ビームを得るステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ターゲットスキャナを用意する前記ステップが、前記ターゲットスキャナ上に取っ手を設けるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記ターゲットスキャナを用意する前記ステップで、前記ターゲットスキャナが、前記本体に堅固に取り付けられた触覚感知プローブ（２５５２）をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記触覚感知プローブを前記対象物面に接触させるステップと、
前記平行移動セットおよび前記方位セットを測定するステップと、
第２の面セットを、前記平行移動セットおよび前記方位セットに少なくとも一部は基づいて決定するステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記面セットを評価するステップと、
前記対象物面の一領域が前記評価された面セットに少なくとも一部は基づき前記触覚感知プローブを用いて測定されるべきことを使用者に知らせるステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記面セットを評価する前記ステップが、前記面セットのうちの少なくとも１つに関して低光パワーの光を受け取ること、前記面セットのうちの少なくとも１つを縁部に有すること、前記面セットのうちの少なくとも１つにマルチパス干渉が存在し得るとの判定をすること、およびこれらの組合せからなる群から選択された評価基準に基づいて前記面セットを評価するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、前記対象物面の一領域が前記触覚感知プローブを用いて測定されるべきことを使用者に知らせる前記ステップが、前記プロジェクタから投射される光で前記領域を照らすこと、照らされるべき前記領域をディスプレイ上に表示すること、およびこれらの組合せからなる群から選択させる表示をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
対象物面上の複数の面セットを座標測定デバイス（１０）およびターゲットスキャナ（２５００、２５０５、２５６０、５７６０、４５００）を用いて測定する方法（６２００）であって、前記面セットのそれぞれがデバイス基準フレーム内の前記対象物面上の点の３次元座標であり、各面セットが３つの値を含み、前記デバイス基準フレームが前記座標測定デバイスと関連付けられる方法において、
本体（２５１４）、第１の逆反射体（２５１０）、プロジェクタ（２５２０、２５６２、４７６２、４５２０）、カメラ（２５３０、２５６４、４７６０、４５４０）およびスキャナプロセッサ（１５８４）を有するターゲットスキャナを用意するステップであって、前記第１の逆反射体、プロジェクタおよびカメラが前記本体に堅固に取り付けられ、前記ターゲットスキャナが前記座標測定デバイスから機械的に取り外され、
前記プロジェクタが光源パターン（２５２４、２５７０、４７７０、４５２１）を含み、前記光源パターンが光源面に置かれて、同一直線上にある複数のパターン要素を含み、前記プロジェクタが、前記光源パターンを前記対象物上に投射して対象物光パターンを前記対象物上に形成するように構成され、前記パターン要素のそれぞれが少なくとも１つの面セットに対応し、
前記カメラが第１のレンズ（２５３２、２５８２、４７８２、４５４４）および第１の感光アレイ（２５３４、２５８０、４７８０、４５４１）を含み、前記第１のレンズが、前記対象物光パターンを前記感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、前記第１の感光アレイがカメラ画素を含み、前記第１の感光アレイが前記像光パターンから前記カメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成されるステップ（６２０５）と、
前記座標測定デバイスを用意するステップであって、前記座標測定デバイスが平行移動セットおよび方位セットを測定するように構成され、前記平行移動セットが前記デバイス基準フレーム内の前記ターゲットスキャナの３平行移動自由度の値であり、前記方位セットが前記デバイス基準フレーム内の前記ターゲットスキャナの３方位自由度の値であり、前記平行移動セットおよび前記方位セットが空間内の前記ターゲットスキャナの位置および方位を規定するのに十分であり、前記座標測定デバイスが、第１の光ビーム（７８４）を前記第１の逆反射体へ送出し、第２の光ビームを前記第１の逆反射体（７８６）から受け取るように構成され、前記第２の光ビームが前記第１の光ビームの一部分であり、前記座標測定デバイスがデバイスプロセッサ（１５２０、１５３０〜１５３６、１５４０、１５５０、１５６０、１５６５、１５７０、１５９０）を含み、前記デバイスプロセッサが、前記方位セットおよび前記平行移動セットを決定するように構成され、前記平行移動セットが前記第２の光ビームに少なくとも一部は基づき、
前記スキャナプロセッサと前記デバイスプロセッサが、前記複数の面セットを決定するように、一緒に構成され、前記面セットのそれぞれが少なくとも一部は前記平行移動セット、前記方位セットおよび前記画素デジタル値に基づくステップ（６２１０）と、
前記光源パターンを選択するステップ（６２１５）と、
前記光源パターンを前記対象物上に投射して前記対象物光パターンを生成するステップ（６２２０）と、
前記対象物光パターンを前記感光アレイ上に投影して前記像光パターンを得るステップ（６２２５）と、
前記像光パターンの前記画素デジタル値を得るステップ（６２３０）と、
前記第１の光ビームを前記座標測定デバイスから前記第１の逆反射体へ送出するステップ（６２３５）と、
前記第２の光ビームを前記第１の逆反射体から受け取るステップ（６２４０）と、
前記方位セットおよび前記第２の光ビームに少なくとも一部は基づく前記平行移動セットを測定するステップ（６２４５）と、
同一直線上にある前記複数のパターン要素に対応する前記面セットを決定するステップ（６２５０）と、
前記面セットを保管するステップ（６２５５）と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
光源像パターン内の直線を前記光源面内の複数の位置に移動するステップと、
前記光源パターンを前記対象物面上に投射して、前記直線の位置のそれぞれに対する前記対象物光パターンを生成するステップと、
前記対象物光パターンを前記感光アレイ上に投影して、前記直線の位置のそれぞれに対する像光パターンを得るステップと、
前記直線の位置のそれぞれに対する前記像光パターンの前記画素デジタル値を得るステップと、
前記直線の位置のそれぞれに対する前記複数の面セットを決定するステップと、
前記直線の位置のそれぞれに対して得られた前記面セットを組み合わせるステップと
をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、前記光源像パターン内の前記直線を前記光源面内の複数の位置まで移動する前記ステップが、前記光源像パターン内の前記直線を複数の平行な位置まで移動するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記光源像パターン内の前記直線を前記光源面内の複数の位置まで移動する前記ステップが、前記光源像パターン内の前記直線を少なくとも１つの非平行な位置まで移動するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、座標測定デバイスに関する。１組の座標測定デバイスは、ある点の３次元（３Ｄ）座標をその点までレーザビームを送出することによって測定する計器の部類に属する。レーザビームはその点に直接当たるか、またはその点に接触している逆反射体ターゲットに当たり得る。どちらの場合も計器は、ターゲットとの距離および２つの角度を測定することによって、その点の座標を決定する。距離は、絶対距離計または干渉計などの距離測定デバイスを用いて測定される。角度は、角度エンコーダなどの角度測定デバイスを用いて測定される。計器内のジンバル式ビームステアリング機構がレーザビームを対象の点に向ける。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１２年１月３０日出願の米国特許仮出願第６１／５９２，０４９号、および２０１１年４月１５日出願の米国特許仮出願第６１／４７５，７０３号の利益を主張する。両仮出願の内容全体を本願に引用して援用する。
【０００３】
レーザトラッカは特別なタイプの座標測定デバイスであり、それが放射する１つ以上のレーザビームを用いて逆反射体ターゲットを追跡する。レーザトラッカと密接に関連した座標測定デバイスは、レーザスキャナおよびトータルステーションである。レーザスキャナは、１つ以上のレーザビームをある面の複数の点へ進める。レーザスキャナは、表面から散乱した光を捕捉し、この光により各点との距離および２つの角度を決定する。測量用途で最も多く使用されるトータルステーションは、拡散的に散乱するターゲット、または逆反射ターゲットの座標を測定するのに使用することができる。以下でレーザトラッカという用語は広い意味で用いられて、レーザスキャナおよびトータルステーションを含む。
【０００４】
通常ではレーザトラッカは、レーザビームを逆反射体ターゲットに向けて送出する。一般的なタイプの逆反射体ターゲットは、球状取付け逆反射体（ＳＭＲ）であり、金属球内に埋め込まれたコーナキューブ逆反射体を備える。コーナキューブ逆反射体は、互いに垂直な３つの鏡を備える。３つの鏡が交差する共通点である頂点は、球の中心に位置する。球内のコーナキューブのこの配置により、その頂点からＳＭＲが載っている任意の表面までの垂直距離は、ＳＭＲを回転させても一定のままである。その結果、レーザトラッカは、ある面の３Ｄ座標を、その表面全体にわたってＳＭＲが移動するときにその位置を追うことによって測定することができる。これを言い換えると、レーザトラッカは、ある表面の３Ｄ座標を完全に特徴付けるのに３つの自由度（１つの半径方向距離および２つの角度）だけ測定すればよい。
【０００５】
１つのタイプのレーザトラッカには絶対距離計（ＡＤＭ）がなく、干渉計（ＩＦＭ）だけが含まれる。ある物体によりこれらのトラッカの１つからのレーザビームの経路が阻止された場合、ＩＦＭはその距離基準を失う。その場合、作業者は測定を続ける前に、基準距離にリセットするために逆反射体を既知の位置まで追跡しなければならない。この制約の回避法は、トラッカ内にＡＤＭを置くことである。ＡＤＭは、以下でより詳細に説明するように、簡単操作で距離を測定することができる。レーザトラッカの中には、干渉計がなくてＡＤＭだけを含むものもある。その内容を本願に引用して援用するブリッジらの米国特許第７，３５２，４４６号（‘４４６）には、ＡＤＭだけがある（ＩＦＭがない）もので、移動ターゲットを正確にスキャンできるレーザトラッカが記載されている。‘４４６特許より前には絶対距離計はあまりに遅くて、移動ターゲットの位置を正確に見つけられなかった。
【０００６】
レーザトラッカ内のジンバル機構が、レーザビームをトラッカからＳＭＲに向けるために使用されることがある。ＳＭＲで逆反射された光の一部がレーザトラッカに入り、位置検出器の上まで進む。レーザトラッカ内の制御システムは、位置検出器上の光の位置を用いて、レーザトラッカの機械軸の回転角度を調整し、レーザビームがＳＭＲの中心にある状態を保つことができる。このようにしてトラッカは、対象の物体の表面全体にわたって移動するＳＭＲを追う（追跡する）ことができる。
【０００７】
角度エンコーダなどの角度測定デバイスが、トラッカの機械軸に取り付けられる。レーザトラッカによって行われる１つの距離測定および２つの角度測定は、ＳＭＲの３次元位置を完全に特定するのに十分である。
【０００８】
通常の３自由度ではなく６自由度を測定するためのいくつかのレーザトラッカが利用可能であり、あるいは提案されている。例示的な６自由度（６ＤＯＦ）システムが、その内容を本願に引用して援用するブリッジらの米国特許第７，８００，７５８号（‘７５８）および、その内容を本願に引用して援用するブリッジらの米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，８００，７５８号明細書
【特許文献２】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】
【００１０】
６ＤＯＦレーザトラッカと共に使用されたときに多種多様な機能を実現する、新しいタイプの６ＤＯＦアクセサリが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
対象物面上の３つ以上の面セットを座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて測定する方法であって、３つ以上の面セットのそれぞれは、デバイス基準フレーム内の対象物面上の１つの点の３次元座標であり、各面セットは３つの値を含み、デバイス基準フレームは座標測定デバイスと関連付けられる。この方法は、本体、第１の逆反射体、プロジェクタ、カメラおよびスキャナプロセッサを有するターゲットスキャナを用意するステップを含み、第１の逆反射体、プロジェクタおよびカメラは本体に堅固に取り付けられ、ターゲットスキャナは座標測定デバイスから機械的に取り外され、プロジェクタは光源パターンおよびプロジェクタレンズを含み、光源パターンは光源面に置かれて、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素を含み、プロジェクタレンズは、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを形成するように構成され、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素のそれぞれは、少なくとも１つの面セットに対応し、カメラはカメラレンズおよび感光アレイを含み、カメラレンズは、対象物光パターンを感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、感光アレイは、カメラ画素を含み、像光パターンからカメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成される。この方法はまた、座標測定デバイスを用意するステップを含み、座標測定デバイスは、平行移動セットおよび方位セットを測定するように構成され、平行移動セットがデバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３平行移動自由度の値であり、方位セットがデバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３方位自由度の値であり、平行移動セットおよび方位セットは、空間内のターゲットスキャナの位置および方位を規定するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出し、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、第２の光ビームが第１の光ビームの一部分であり、座標測定デバイスはデバイスプロセッサを含み、デバイスプロセッサは、方位セットおよび平行移動セットを決定するように構成され、平行移動セットが第２の光ビームに少なくとも一部は基づき、スキャナプロセッサとデバイスプロセッサは、３つ以上の面セットを決定するように一緒に構成され、面セットのそれぞれが少なくとも一部は平行移動セット、方位セットおよび画素デジタル値に基づいて決定する。この方法はさらに、光源パターンを選択するステップと、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを生成するステップと、対象物光パターンを感光アレイ上に投影して像光パターンを得るステップと、像光パターンの画素デジタル値を得るステップと、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出するステップと、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るステップと、平行移動セットおよび方位セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、座標測定デバイスによって測定するステップと、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素のそれぞれに対応する面セットを決定するステップと、面セットを保管するステップとを含む。
【００１２】
次に、図面を参照して例示的な諸実施形態を示す。これらの実施形態は、本開示の範囲全体に関して限定するものと解釈されるべきではなく、また諸要素には、いくつかの図で同様に番号が付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による逆反射体ターゲットを用いたレーザトラッカシステムの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による６ＤＯＦターゲットを用いたレーザトラッカの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるレーザトラッカ光学装置および電子回路の諸要素を表すブロック図である。
【図４Ａ】従来技術の無限焦点ビームエキスパンダの２つのタイプを示す図である。
【図４Ｂ】従来技術の無限焦点ビームエキスパンダの２つのタイプを示す図である。
【図５】従来技術の光ファイバビーム発射器を示す図である。
【図６Ａ】従来技術の位置検出器アセンブリの４つのタイプを示す概略図である。
【図６Ｂ】従来技術の位置検出器アセンブリの４つのタイプを示す概略図である。
【図６Ｃ】従来技術の位置検出器アセンブリの４つのタイプを示す概略図である。
【図６Ｄ】従来技術の位置検出器アセンブリの４つのタイプを示す概略図である。
【図６Ｅ】本発明の諸実施形態による位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図６Ｆ】本発明の諸実施形態による位置検出器アセンブリを示す概略図である。
【図７】従来技術のＡＤＭ内の電気要素および電気光学要素のブロック図である。
【図８Ａ】従来技術の光ファイバネットワーク内の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図８Ｂ】従来技術の光ファイバネットワーク内の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図８Ｃ】本発明の一実施形態による光ファイバネットワーク内の光ファイバ要素を示す概略図である。
【図９】従来技術のレーザトラッカの分解組立図である。
【図１０】従来技術の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よるレーザトラッカの計算要素および通信要素のブロック図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態による単一波長を使用するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態による単一波長を使用するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１３】本発明の一実施形態による６自由度機能を有するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１４】本発明の一実施形態による６自由度機能を有するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１５】本発明の一実施形態による６自由度機能を有するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１５Ａ】三角測量に基づく走査測定システムの動作原理を表す概略図である。
【図１５Ｂ】三角測量に基づく走査測定システムの動作原理を表す概略図である。
【図１５Ｃ】本発明の一実施形態による６自由度機能を有するレーザトラッカ内の要素のブロック図である。
【図１５Ｄ】三角測量に基づく走査測定システムの動作原理を表す概略図である。
【図１５Ｅ】三角測量に基づく走査測定システムの動作原理を表す概略図である。
【図１５Ｆ】高品質の測定結果を確保するための、本発明の一実施形態により採用することができる諸ステップを表す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による６ＤＯＦ表示器の要素を示す概略図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施形態による６ＤＯＦ表示器の要素を示す概略図である。
【図１６Ｂ】本発明の一実施形態による６ＤＯＦ表示器の要素を示す概略図である。
【図１７】本発明の一実施形態による６ＤＯＦプロジェクタのブロック図である。
【図１８】本発明の一実施形態による６ＤＯＦプロジェクタのブロック図である。
【図１９】本発明の一実施形態による６ＤＯＦセンサのブロック図である。
【図１９Ａ】本発明の一実施形態による６ＤＯＦセンサのブロック図である。
【図２０】本発明の一実施形態による座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面の３つ以上の面セットを測定する方法の諸ステップの流れ図である。
【図２１】図２０のマーカＡに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２２】図２０のマーカＡに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２３】図２０のマーカＡに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２４】本発明の一実施形態による、座標測定デバイスと、センス特性およびセンス特性と関連付けられた面セットを測定するためのターゲットセンサとを用いる測定方法の諸ステップの流れ図である。
【図２５】図２４のマーカＢに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２６】本発明の一実施形態による、第１のターゲットプロジェクタを用いて第１のパターンを投射することによって第１の情報を座標測定デバイスの使用者に伝える方法の諸ステップの流れ図である。
【図２７】図２６のマーカＣに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２８】図２６のマーカＣに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図２９】図２６のマーカＣに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図３０】図２６のマーカＣに続く方法の諸ステップの流れ図である。
【図３１】本発明の一実施形態による座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面で複数の面セットを測定する方法の諸ステップの流れ図である。
【図３２】本発明の一実施形態による座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面で複数の面セットを測定する方法の諸ステップの流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に表された例示的なレーザトラッカシステム５は、レーザトラッカ１０、逆反射器ターゲット２６、任意選択の補助ユニットプロセッサ５０、および任意選択の補助コンピュータ６０を含む。レーザトラッカ１０の例示的なジンバル式ビームステアリング機構１２は、アジマスベース１６に取り付けられアジマス軸２０を中心に回転させる天頂キャリッジ１４を備える。ペイロード１５が天頂キャリッジ１４に取り付けられ、天頂軸１８を中心に回転する。天頂軸１８とアジマス軸２０は、通常は距離測定の原点になるトラッカ１０内部のジンバル点２２で直角に交差する。レーザビーム４６は、ジンバル点２２を実質的に通過し、天頂軸１８に直角に向けられる。言い換えると、レーザビーム４６は、天頂軸１８にほぼ垂直の、アジマス軸２０を通る平面内にある。送出レーザビーム４６は、ペイロード１５が天頂軸１８を中心に回転し、天頂キャリッジ１４がアジマス軸２０を中心に回転することによって、所望の方向に向けられる。トラッカ内部の天頂角度エンコーダは、天頂軸１８と一直線に合っている天頂機械軸に取り付けられる。トラッカ内部のアジマス角度エンコーダは、アジマス軸２０と一直線に合っているアジマス機械軸に取り付けられる。天頂角度エンコーダおよびアジマス角度エンコーダは、天頂回転角およびアジマス回転角を比較的高い精度で測定する。送出レーザビーム４６は、例えば前述の球状取付け逆反射体（ＳＭＲ）でよい逆反射体ターゲット２６まで進む。ジンバル点２２と逆反射体２６の間の半径方向距離、天頂軸１８まわりの回転角、およびアジマス軸２０まわりの回転角を測定することによって、逆反射体２６の位置がトラッカの球座標系内に見つかる。
【００１５】
送出レーザビーム４６は、以下で説明するように、１つ以上のレーザ波長を含み得る。簡潔にするために、以下の議論では、図１に示される種類のステアリング機構が想定されている。しかし、他のタイプのステアリング機構もあり得る。例えば、アジマス軸および天頂軸を中心に回転させる鏡でレーザビームを反射することが可能である。本明細書で説明される技法は、ステアリング機構のタイプにかかわらず適用可能である。
【００１６】
磁気収納台１７が、それぞれ異なる寸法のＳＭＲ、例えば１．５インチ、７／８インチ、および１／２インチのＳＭＲに対し、レーザトラッカを「ホーム」位置にリセットするためにレーザトラッカ上に含まれることがある。オントラッカ逆反射体１９が、基準距離にトラッカをリセットするために使用されることがある。加えて、図１では見えないオントラッカ鏡が、その内容を引用して援用する米国特許第７，３２７，４４６号に記載されているように、自己補償の動作を可能にするためにオントラッカ逆反射体と一緒に使用されることがある。
【００１７】
図２は、例示的なレーザトラッカシステム７を示し、これは、逆反射体ターゲット２６が６ＤＯＦプローブ１０００と置き換えられていることを除いて、図１のレーザトラッカシステム５と類似している。図１では、他のタイプの逆反射体ターゲットを使用することができる。例えば、キャッツアイ逆反射体が使用される場合があり、これは、光がガラス構造物の反射裏面で小さい光のスポットに集束するガラス逆反射体である。
【００１８】
図３は、１つのレーザトラッカ実施形態における光学要素および電気要素を示すブロック図である。図は、２つの波長の光、すなわちＡＤＭ用の第１の波長と、可視ポインタ用および追跡用の第２の波長との光を放射するレーザトラッカの諸要素を示す。可視ポインタは、トラッカから放射されたレーザビームスポットの位置を使用者が見ることができるようにする。２つの異なる波長は、自由空間ビームスプリッタを使用して混合される。電気光学（ＥＯ）システム１００は、可視光源１１０、アイソレータ１１５、任意選択の第１のファイバ発射器１７０、任意選択の干渉計（ＩＦＭ）１２０、ビームエキスパンダ１４０、第１のビームスプリッタ１４５、位置検出器アセンブリ１５０、第２のビームスプリッタ１５５、ＡＤＭ１６０、および第２のファイバ発射器１７０を含む。
【００１９】
可視光源１１０は、レーザ、超放射発光ダイオード、または他の発光デバイスでよい。アイソレータ１１５は、ファラデーアイソレータ、減衰器、または反射して光源の中に戻る光を低減できる他のデバイスでよい。任意選択のＩＦＭは、種々の方法で構成することができる。考えられる実施態様の具体的な一例として、ＩＦＭは、ビームスプリッタ１２２、逆反射体１２６、１／４波長板１２４、１３０、および位相解析器１２８を含み得る。可視光源１１０は、光を自由空間中に発射することができ、その場合光は、アイソレータ１１５、および任意選択のＩＦＭ１２０を経由して自由空間の中を進む。別法としてアイソレータ１１５は、光ファイバケーブルによって可視光源１１０に結合することもできる。この場合、アイソレータからの光は、以下で図５を参照して論じるように、第１の光ファイバ発射器１７０によって自由空間の中に発射することができる。
【００２０】
ビームエキスパンダ１４０は、種々のレンズ構成を使用して設置することができるが、一般に使用される２つの構成が図４Ａ、図４Ｂに示されている。図４Ａは、負レンズ１４１Ａおよび正レンズ１４２Ａを使用することに基づく構造体１４０Ａを示す。負レンズ１４１Ａに入射する平行光ビーム２２０Ａは、より大きい平行光ビーム２３０Ａとして正レンズ１４２Ａから出てくる。図４Ｂは、２つの正レンズ１４１Ｂ、１４２Ｂを使用することに基づく構造体１４０Ｂを示す。第１の正レンズ１４１Ｂに入射する平行光ビーム２２０Ｂは、より大きい平行光ビーム２３０Ｂとして第２の正レンズ１４２Ｂから出てくる。ビームエキスパンダ１４０を出る光のうち少量が、トラッカから出る途中にビームスプリッタ１４５、１５５に反射して失われる。ビームスプリッタ１５５を通過する一部の光は、ＡＤＭ１６０からの光と混合されて複合光ビーム１８８を形成し、この複合光ビームはレーザトラッカを出て逆反射体９０へと進む。
【００２１】
一実施形態ではＡＤＭ１６０は、光源１６２、ＡＤＭ電子回路１６４、ファイバネットワーク１６６、相互接続電気ケーブル１６５、および相互接続光ファイバ１６８、１６９、１８４、１８６を含む。ＡＤＭ電子回路は、電気変調電圧およびバイアス電圧を、例えば約１５５０ｎｍの波長で動作する分布帰還型レーザでよい光源１６２へ送出する。一実施形態では、ファイバネットワーク１６６は、図８Ａに示される従来技術の光ファイバネットワーク４２０Ａでよい。この実施形態では、図３の光源１６２からの光が、図８Ａの光ファイバ４３２と同等の光ファイバ１８４を介して伝わる。
【００２２】
図８Ａのファイバネットワークは、第１のファイバカプラ４３０、第２のファイバカプラ４３６、および低透過率反射器４３５、４４０を含む。光は、第１のファイバカプラ４３０を介して伝わり、光ファイバ４３３を経由して第２のファイバカプラ４３６に至る第１の経路と、光ファイバ４２２およびファイバ長等化器を経由する第２の経路との２つの経路間で分裂する。ファイバ長等化器４２３は、ＡＤＭ電子回路１６４の基準チャネルへと進む図３のファイバ１６８と接続する。ファイバ長等化器４２３の目的は、基準チャネル内の光が横断する光ファイバの長さを、測定チャネル内の光が横断する光ファイバの長さと一致させることである。このようにファイバ長を一致させることにより、周囲温度の変化によって生じるＡＤＭ誤差が低減する。このような誤差は、光ファイバの有効光路長が、光ファイバの平均屈折率をかけたファイバの長さに等しいために生じ得る。光ファイバの屈折率はファイバの温度に依存するので、光ファイバの温度の変化により、測定チャネルおよび基準チャネルの有効光路長が変化することになる。測定チャネル内の光ファイバの有効光路長が、基準チャネル内の光ファイバの有効光路長に対して変化した場合、その結果として、逆反射体ターゲット９０が固定されたままであっても、逆反射体ターゲット９０の位置が明らかにシフトすることになる。この問題を回避するために、２つの手段が講じられる。第１には、基準チャネル内のファイバの長さは、測定チャネル内のファイバの長さとできるだけ近く一致させる。第２には、測定ファイバと基準ファイバは、２つのチャネル内の各光ファイバで温度変化が確実にほぼ同じなることが可能な程度に並べて引き回す。
【００２３】
光は、第２の光ファイバカプラ４３６を経由して伝わり、低反射ファイバターミネータ４４０に至る第１の経路と、光ファイバ４３８に至る第２の経路との２つの経路へと分裂し、光ファイバ４３８から図３の光ファイバ１８６へ伝わる。光ファイバ１８６の光は、第２のファイバ発射器１７０へ伝わる。
【００２４】
一実施形態におけるファイバ発射器１７０が従来技術の図５に示されている。図３の光ファイバ１８６からの光は、図５のファイバ１７２へ行く。ファイバ発射器１７０は、光ファイバ１７２、フェルール１７４、およびレンズ１７６を含む。光ファイバ１７２はフェルール１７４に取り付けられ、フェルール１７４はレーザトラッカ１０内の構造体に安定に取り付けられる。必要に応じて光ファイバの端部が、後方反射を低減するためにある角度で研磨されることがある。光２５０はファイバのコアから出てくるが、このファイバは、使用される光の波長および光ファイバの特定の種類に応じて、４〜１２マイクロメートルの間の直径を有する単一モード光ファイバでよい。光２５０はある角度で発散し、この光を平行にするレンズ１７６と交差する。ＡＤＭシステムにおいて単一の光ファイバを通して光信号を発射および受信する方法は、特許‘７５８の図３に関して説明した。
【００２５】
図３を参照すると、ビームスプリッタ１５５は、それが反射するものとは別の異なる波長を通過させるダイクロイックビームスプリッタであり得る。一実施形態では、ＡＤＭ１６０からの光は、ダイクロイックビームスプリッタ１５５に反射し、ダイクロイックビームスプリッタ１５５を通過した可視レーザ１１０からの光と混ざる。複合光ビーム１８８は、第１のビームとしてレーザトラッカから出て逆反射体９０まで進み、逆反射体９０は、その光の一部分を第２のビームとして返す。第２のビームのＡＤＭ波長の部分は、ダイクロイックビームスプリッタ１５５に反射し、第２のファイバ発射器１７０まで戻り、第２のファイバ発射器１７０は、光を後方の光ファイバ１８６に結合する。
【００２６】
一実施形態では、光ファイバ１８６は、図８Ａの光ファイバ４３８に相当する。戻り光は、光ファイバ４３８から第２のファイバカプラ４３６を経由して伝わり、２つの経路間で分裂する。第１の経路は光ファイバ４２４につながり、光ファイバ４２４は、一実施形態では図３のＡＤＭ電子回路１６４の測定チャネルにつながる光ファイバ１６９に相当する。第２の経路は光ファイバ４３３につながり、次いで第１のファイバカプラ４３０につながる。第１のファイバカプラ４３０を出る光は、光ファイバ４３２に至る第１の経路と、低反射率ターミネーション４３５に至る第２の経路との２つの経路間で分裂する。一実施形態では、光ファイバ４３２は、図３の光源１６２につながる光ファイバ１８４に相当する。ほとんどの場合、光源１６２は、光ファイバ４３２から光源に入る光量を最小限にする内蔵ファラデーアイソレータを含む。過剰な光が反対方向にレーザに送り込まれると、レーザが不安定になる可能性がある。
【００２７】
ネットワーク１６６からの光は、光ファイバ１６８、１６９を経由してＡＤＭ電子回路１６４に入る。従来技術のＡＤＭ電子回路の一実施形態が図７に示されている。図３の光ファイバ１６８は図７の光ファイバ３２３２に相当し、図３の光ファイバ１６９は図７の光ファイバ３２３０に相当する。ここで図７を参照すると、ＡＤＭ電子回路３３００は、周波数基準器３３０２、シンセサイザ３３０４、測定検出器３３０６、基準検出器３３０８、測定ミキサ３３１０、基準ミキサ３３１２、条件付け電子回路３３１４、３３１６、３３１８、３３２０、Ｎ分割プリスケーラ３３２４、およびアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）３３２２を含む。例えば恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）でよい周波数基準器は、例えば１０ＭＨｚでよい基準周波数ｆREFをシンセサイザへ送出し、シンセサイザは、２つの電気信号、すなわち周波数ｆRFの１つの信号、および周波数ｆLOの２つの信号を発生する。信号ｆRFは、図３の光源１６２に相当する光源３１０２へ行く。周波数ｆLOの２つの信号は、測定ミキサ３３１０および基準ミキサ３３１２へ行く。図３の光ファイバ１６８、１６９からの光は、それぞれ図７のファイバ３２３２、３２３０に現れ、またそれぞれ基準チャネルおよび測定チャネルに入る。基準検出器３３０８および測定検出器３３０６は、光信号を電気信号に変換する。これらの信号は、それぞれ電気構成要素３３１６、３３１４によって条件付けられ、またそれぞれミキサ３３１２、３３１０へ送出される。これらのミキサは、ｆLO−ｆRFの絶対値に等しい周波数ｆIFを生成する。信号ｆRFは、例えば２ＧＨｚの比較的高い周波数であり得るが、信号ｆIFは、例えば１０ｋＨｚの比較的低い周波数を有し得る。
【００２８】
基準周波数ｆREFはプリスケーラ３３２４へ送出され、プリスケーラ３３２４は、この周波数を整数値で分割する。例えば、１０ＭＨｚの周波数を４０で分割して２５０ｋＨｚの出力周波数を得ることができる。この例では、ＡＤＣ  ３３２２に入る１０ｋＨｚ信号は、２５０ｋＨｚの速度でサンプリングされ、それによって１サイクル当たり２５サンプルが生成される。ＡＤＣ  ３３２２からの信号はデータプロセッサ３４００に送出されるが、データプロセッサ３４００は、例えば、図３のＡＤＭ電子回路１６４の中に置かれた１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）でよい。
【００２９】
距離を抽出する方法は、参照チャネルおよび測定チャネルの各ＡＤＣ信号の位相を計算することに基づく。この方法は、その内容を本願に引用して援用するブリッジらの米国特許第７，７０１，５５９号（‘５５９）に詳細に記載されている。計算には、特許‘５５９の式（１）〜（８）を使用することが伴う。加えて、ＡＤＭがまず逆反射体の測定を開始すると、シンセサイザで発生する周波数が何回か（例えば３回）変えられ、それぞれの場合での可能なＡＤＭ距離が計算される。選択された周波数のそれぞれでの可能性のあるＡＤＭ距離を比較することによって、ＡＤＭ測定における曖昧さが取り除かれる。特許‘５５９の図５に関して記載されている同期方法、および特許‘５５９に記載されているカルマンフィルタ法と合わせた特許‘５５９の式（１）〜（８）により、ＡＤＭで移動ターゲットを測定することが可能になる。他の実施形態では、例えば、位相差ではなくパルス化飛行時間を用いることによって絶対距離測定値を得る他の方法を使用することができる。
【００３０】
ビームスプリッタ１５５を通過する一部の戻り光ビーム１９０は、ビームスプリッタ１４５に達し、ビームスプリッタ１４５は、その光の一部をビームエキスパンダ１４０へ送出し、光の別の一部を位置検出器アセンブリ１５０へ送出する。レーザトラッカ１０またはＥＯシステム１００から出てくる光は第１のビームと考えることができ、その光の逆反射体９０または２６に反射する一部は第２のビームと考えることができる。反射ビームの一部は、ＥＯシステム１００の別の機能要素へ送出される。例えば、第１の部分は、図３のＡＤＭ１６０などの距離計へ送出され得る。第２の部分は、位置検出器アセンブリ１５０へ送出され得る。場合によっては、第３の部分が任意選択の干渉計１２０などの他の機能ユニットへ送出されることがある。しかし、図３の例では、第２のビームの第１の部分および第２の部分が、ビームスプリッタ１５５および１４５それぞれに反射した後に距離計および位置検出器へ送出されるが、距離計または位置検出器への光を反射するのではなく透過することも可能であったことを理解するのは重要である。
【００３１】
従来技術の位置検出器アセンブリ１５０Ａ〜１５０Ｄの４つの例が図６Ａ〜Ｄに示されている。図６Ａは最も簡単な実施態様を表し、位置センサ１５１を含む位置検出器アセンブリが、電子回路ボックス３５０から電力を得て信号を電子回路ボックスへ返す回路基板１５２に搭載され、電子ボックス３５０は、レーザトラッカ１０、補助ユニット５０、または外部コンピュータ６０の内部の任意の位置における電子処理機能を表し得る。図６Ｂは、不要な光波長が位置センサ１５１に達することを阻止する光フィルタ１５４を含む。不要な光波長はまた、例えば、ビームスプリッタ１４５、または位置センサ１５１の表面を適切な膜でコーティングすることによって阻止することもできる。図６Ｃは、光ビームのサイズを低減するレンズ１５３を含む。図６Ｄは、光フィルタ１５４とレンズ１５３の両方を含む。
【００３２】
図６Ｅは、光調整器１４９Ｅを含む新規の位置検出器アセンブリを示す。光調整器はレンズ１５３を含み、任意選択の光波長フィルタ１５４もまた含み得る。加えて、光調整器は、拡散器１５６および空間フィルタ１５７のうちの少なくとも１つを含む。前に説明したように、逆反射体の一般的なタイプはコーナキューブ逆反射体である。コーナキューブ逆反射体の１つのタイプは３つの鏡で作られており、それぞれが他の２つの鏡と直角に結合されている。これらの３つの鏡が結合するところの交線は有限の太さを有することがあり、その場合には光が完全に元のトラッカまで反射されない。有限の太さの複数の線は伝播するときに回折し、その結果、位置検出器に達すると、これらの線が位置検出器において厳密に同じに見えないことがある。しかし、回折した光パターンは、一般に完全な対称から外れる。その結果、位置検出器１５１に当たる光には、例えば、回折線の近くで屈折力の下落または上昇（ホットスポット）があり得る。逆反射体からの光の均一性は逆反射体ごとに変わり得るので、また位置検出器上の光の分布が逆反射体を回転または傾斜させたときに変わり得るので、位置検出器１５１に当たる光の平滑さを改善するための拡散器１５６を含むことが有利であり得る。こうすることは、理想的な位置検出器は質量中心に一致すべきであるので、また理想的な拡散器はスポットを対称形に拡散すべきであるので、位置検出器によって与えられた、結果として得られた位置に対し効果がないはずであると論じられ得る。しかし、おそらく位置検出器１５１およびレンズ１５３の非直線性（不完全性）の影響により、実際には拡散器は、位置検出器アセンブリの性能を向上することが確認される。ガラスで作られたコーナキューブ逆反射体もまた、位置検出器１５１において光の非均一スポットを生じさせることがある。位置検出器における光スポットのばらつきは、その内容を本願に引用して援用する、本願の譲受人に譲渡された２０１２年２月１０日出願の米国特許出願第１３／３７０，３３９号および２０１２年２月２９日出願の米国特許出願第１３／４０７，９８３号からより明確に理解され得るように、６ＤＯＦターゲットのコーナキューブから反射した光により、特に目立つことがある。一実施形態では、拡散器１５６は、ホログラフィック拡散器である。ホログラフィック拡散器は、特定の拡散角度にわたって制御された均一な光をもたらす。他の実施形態では、グランドグラス拡散器または「オパール」拡散器などの別のタイプの拡散器が使用される。
【００３３】
位置検出器アセンブリ１５０Ｅの空間フィルタ１５７の目的は、例えば光学面での不要な反射の結果であり得るゴーストビームが位置検出器１５１に当たるのを阻止することである。空間フィルタは、開口を有する板１５７を含む。レンズの焦点距離にほぼ等しいだけレンズから離れた距離のところに空間フィルタ１５７を配置することによって、戻り光２４３Ｅは、それが最も細くなったときに、すなわちビームのくびれのところで空間フィルタを通り抜ける。例えば光学要素の反射の結果として、ある異なる角度で進んでいるビームは、開口から離れた空間フィルタに当たり、位置検出器１５１に到達することが阻止される。図６Ｅに一例が示されており、この例では、不要なゴーストビーム２４４Ｅがビームスプリッタ１４５の一面に反射し、空間フィルタ１５７まで進み、そこで阻止される。空間フィルタがなければ、ゴーストビーム２４４Ｅは位置検出器１５１と交差したはずであり、それによって位置検出器１５１上のビーム２４３Ｅの位置が不正確に決定されることになる。弱いゴーストビームでも、そのゴーストビームが光の主スポットから比較的大きく隔たったところに位置する場合、位置検出器１５１上の質量中心の位置が大幅に変わり得る。
【００３４】
例えばコーナキューブまたはキャッツアイ逆反射体である、ここで論じられている種類の逆反射体は、逆反射体に入る光線をこの入射光線と平行な方向に反射するという特性を有する。加えて、入射光線と反射光線は、逆反射体の対称点を中心に対称に配置される。例えば、開放空気型コーナキューブ逆反射体では、逆反射体の対称点はキューブコーナの頂点になる。ガラスコーナキューブ逆反射体では、対称点はやはり頂点になるが、この場合にはガラスと空気の境界面での光の曲がりを考慮しなければならない。２．０の屈折率を有するキャッツアイ逆反射体では、対称点は球の中心になる。共通平面に対称に設置された２つのガラス半球で作られているキャッツアイ逆反射体では、対称点は、その平面上にある、かつ各半球の球中心にある点になる。要点は、レーザトラッカと共に通常使用されるタイプの逆反射体では、逆反射体からトラッカへ返される光は、入射レーザビームに対して頂点の反対側にシフトされるということである。
【００３５】
図３の逆反射体９０のこの挙動は、レーザトラッカによって逆反射体を追跡する基礎である。位置センサは、その表面に理想的な引き返し点を有する。理想的な引き返し点は、逆反射体の対称点（例えば、ＳＭＲの形のコーナキューブ逆反射体の頂点）に送出されたレーザビームが戻る点である。通常では、引き返し点は位置センサの中心に近い。レーザビームが逆反射体の一方の側に送出された場合、そのレーザビームは他方の側で反射されて元へ戻り、位置センサ上の引き返し点を外れるように見える。戻り光ビームのセンサ上の位置に注目することによって、レーザトラッカ１０の制御システムは、モータにより光ビームを逆反射体の対称点に向けて移動させることができる。
【００３６】
逆反射体がトラッカに対して横方向に一定の速度で移動される場合、逆反射体における光ビームは、逆反射体の対称点から固定オフセット距離のところで逆反射体に当たる（過渡現象が落ち着いた後に）。レーザトラッカは、逆反射体におけるこのオフセット距離に対応する補正を、制御された測定から得られた換算係数と、位置センサ上の光ビームから理想的な引き返し点までの距離とに基づいて加える。
【００３７】
上記で説明したように、位置検出器は、逆反射体の移動に対応する追跡を可能にする、および測定値を補正するという２つの重要な機能を果たす。位置検出器内の位置センサは、位置を測定できる任意のタイプのデバイスでよい。例えば、位置センサは、位置感応検出器または感光アレイでよい。位置感応検出器は、例えば側面効果検出器または象限検出器でよい。感光アレイは、例えばＣＭＯＳアレイまたはＣＣＤアレイでよい。
【００３８】
一実施形態では、ビームスプリッタ１４５に反射しない戻り光はビームエキスパンダ１４０を通過し、それによって小さくなる。別の実施形態では、位置検出器と距離計の位置は、ビームスプリッタ１４５で反射された光が距離計へ進み、ビームスプリッタで透過させた光が位置検出器へ進むように、逆になっている。
【００３９】
光は、任意選択のＩＦＭを引き続き通り抜け、アイソレータを通り抜け、可視光源１１０に入る。この段階で、光パワーは十分に小さくなっているはずであり、その結果、可視光源１１０を不安定にすることがない。
【００４０】
一実施形態では、可視光源１１０からの光は、図５のビーム発射器１７０によって発射される。このファイバ発射器は、光源１１０の出力部、またはアイソレータ１１５の光ファイバ出力部に取り付けることができる。
【００４１】
一実施形態では、図３のファイバネットワーク１６６が、図８Ｂの従来技術のファイバネットワーク４２０Ｂになる。ここで、図３の光ファイバ１８４、１８６、１６８、１６９は、図８Ｂの光ファイバ４４３、４４４、４２４、４２２に相当する。図８Ｂのファイバネットワークは、図８Ｂのファイバネットワークが２つのファイバカプラではなく単一のファイバカプラを有すること以外は、図８Ａのファイバネットワークと類似である。図８Ａと比べた図８Ｂの有利点は簡単なことであるが、図８Ｂでは、不要な光の後方反射が光ファイバ４２２および４２４に入る可能性がより大きい。
【００４２】
一実施形態では、図３のファイバネットワーク１６６が、図８Ｃのファイバネットワーク４２０Ｃになる。ここで、図３の光ファイバ１８４、１８６、１６８、１６９は、図８Ｃの光ファイバ４４７、４４５、４２３、４２４に相当する。ファイバネットワーク４２０Ｃは、第１のファイバカプラ４４５および第２のファイバカプラ４５１を含む。第１のファイバカプラ４４５は、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する２×２カプラである。このタイプのカプラは通常、２つのファイバコアを密接して置き、次に、加熱されている間にファイバを引っ張ることによって製作される。このようにして、ファイバ間のエバネッセント結合により、所望のほんの一部の光を隣接ファイバへ分裂させることができる。第２のファイバカプラ４５１は、サーキュレータと呼ばれるタイプのものである。これは３つのポートを有し、それぞれが、指定された方向のみであるが、光を送り出すまたは受け取る機能を有する。例えば、光ファイバ４４８上の光はポート４５３に入り、矢印で表されたように、ポート４５４に向けて搬送される。ポート４５４では、光を光ファイバ４５５へ送り出すことができる。同様に、ファイバ４５５を伝わる光はポート４５４に入ることができ、矢印の方向にポート４５６まで伝わり、ここで一部の光を光ファイバ４２４へ送り出すことができる。３つのポートだけが必要な場合には、サーキュレータ４５１は、２×２カプラよりも光パワーの損失が少なくなり得る。一方、サーキュレータ４５１は、２×２カプラよりも高価になることがあり、また偏光モード分散があることがあり、これは状況によって問題になり得る。
【００４３】
図９および図１０は、引用して援用するブリッジらの米国特許出願公開第２０１０／０１２８２５９号の図２および図３に記載されている、従来技術のトラッカ２１００の分解組立図および断面図をそれぞれ示す。アジマスアセンブリ２１１０は、支柱筐体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、およびアジマス回路基板２１３５を含む。
【００４４】
アジマスエンコーダアセンブリ２１２０の目的は、支柱筐体２１１２に対するヨーク２１４２の回転角を正確に測定することである。アジマスエンコーダアセンブリ２１２０は、エンコーダディスク２１２１、および読取ヘッドアセンブリ２１２２を含む。エンコーダディスク２１２１はヨーク筐体２１４２の軸に取り付けられ、読取ヘッドアセンブリ２１２２は支柱アセンブリ２１１０に取り付けられる。読取ヘッドアセンブリ２１２２は、１つ以上の読取ヘッドが上に固定される回路基板を備える。読取ヘッドから送出されたレーザ光は、エンコーダディスク２１２１上の微細格子線に反射する。エンコーダ読取ヘッド（１つ以上）上の検出器によって捕捉された反射光が処理されて、固定読取ヘッドに対する回転エンコーダディスクの角度が求められる。
【００４５】
アジマスモータアセンブリ２１２５は、アジマスモータ回転子２１２６およびアジマスモータ固定子２１２７を含む。アジマスモータ回転子は、ヨーク筐体２１４２の軸に直接取り付けられた永久磁石を備える。アジマスモータ固定子２１２７は、所定の磁界を発生する界磁巻線を備える。この磁界は、アジマスモータ回転子２１２６の磁石と相互作用して所望の回転運動を発生させる。アジマスモータ固定子２１２７は、支柱フレーム２１１２に取り付けられる。
【００４６】
アジマス回路基板２１３５は、エンコーダおよびモータなどのアジマス構成要素で必要とされる電気的機能を実現する１つ以上の回路基板である。アジマススリップリングアセンブリ２１３０は、外側部分２１３１および内側部分２１３２を含む。一実施形態では、電線束２１３８が補助ユニットプロセッサ５０から出てくる。電線束２１３８は、電力をトラッカへ搬送し、または信号をトラッカとの間で搬送し得る。電線束２１３８の電線の一部は、回路基板上のコネクタまで導かれ得る。図１０に示された例では、電線は、アジマス回路基板２１３５、エンコーダ読取ヘッドアセンブリ２１２２、およびアジマスモータアセンブリ２１２５まで配線される。他の電線は、スリップリングアセンブリ２１３０の内側部分２１３２まで配線される。内側部分２１３２は支柱アセンブリ２１１０に取り付けられ、その結果、安定したままになる。外側部分２１３１はヨークアセンブリ２１４０に取り付けられ、その結果、内側部分２１３２に対して回転する。スリップリングアセンブリ２１３０は、内側部分２１３２に対して外側部分２１３１が回転するときに低インピーダンスの電気的接触が可能になるように設計される。
【００４７】
天頂アセンブリ２１４０は、ヨーク筐体２１４２、天頂エンコーダアセンブリ２１５０、左天頂ベアリング２１４４Ａ、右天頂ベアリング２１４４Ｂ、天頂モータアセンブリ２１５５、天頂スリップリングアセンブリ２１６０、および天頂回路基板２１６５を備える。
【００４８】
天頂エンコーダアセンブリ２１５０の目的は、ヨーク筐体２１４２に対するペイロードフレーム２１７２の回転角を正確に測定することである。天頂エンコーダアセンブリ２１５０は、天頂エンコーダディスク２１５１および天頂読取ヘッドアセンブリ２１５２を備える。エンコーダディスク２１５１はペイロード筐体２１４２に取り付けられ、読取ヘッドアセンブリ２１５２はヨーク筐体２１４２に取り付けられる。天頂読取ヘッドアセンブリ２１５２は、１つ以上の読取ヘッドが上に固定された回路基板を備える。読取ヘッドから送出されたレーザ光は、エンコーダディスク２１５１上の微細格子線に反射する。エンコーダ読取ヘッド（１つ以上）上の検出器によって捕捉された反射光が処理されて、固定読取ヘッドに対する回転エンコーダディスクの角度が求められる。
【００４９】
天頂モータアセンブリ２１５５は、アジマスモータ回転子２１５６およびアジマスモータ固定子２１５７を備える。天頂モータ回転子２１５６は、ペイロードフレーム２１７２の軸に直接取り付けられた永久磁石を備える。天頂モータ固定子２１５７は、所定の磁界を発生する界磁巻線を備える。この磁界は、回転子磁石と相互作用して所望の回転運動を発生させる。天頂モータ固定子２１５７は、ヨークフレーム２１４２に取り付けられる。
【００５０】
天頂回路基板２１６５は、エンコーダおよびモータなどの天頂構成要素で必要とされる電気的機能を実現する１つ以上の回路基板である。天頂スリップリングアセンブリ２１６０は、外側部分２１６１および内側部分２１６２を含む。電線束２１６８がアジマス外側スリップリング２１３１から出てきており、電力または信号を搬送し得る。電線束２１６８の電線の一部は、回路基板上のコネクタまで導かれ得る。図１０に示された例では、電線は、天頂回路基板２１６５、天頂モータアセンブリ２１５０、およびエンコーダ読取ヘッドアセンブリ２１５２まで配線される。他の電線は、スリップリングアセンブリ２１６０の内側部分２１６２まで配線される。内側部分２１６２はヨークフレーム２１４２に取り付けられ、その結果、天頂角度ではなくアジマス角度の回転をする。外側部分２１６１はペイロードフレーム２１７２に取り付けられ、その結果、天頂角度とアジマス角度の両方の回転をする。スリップリングアセンブリ２１６０は、内側部分２１６２に対して外側部分２１６１が回転するときに低インピーダンスの電気的接触が可能になるように設計される。ペイロードアセンブリ２１７０は、主光学装置アセンブリ２１８０、および副光学装置アセンブリ２１９０を含む。
【００５１】
図１１は、寸法測定電子処理システム１５００を表すブロック図であり、このシステムは、レーザトラッカ電子処理システム１５１０、周辺要素の処理システム１５８２、１５８４、１５８６、コンピュータ１５９０、ならびに図でクラウドとして表された他のネットワーク化構成要素１６００を含む。例示的なレーザトラッカ電子処理システム１５１０は、マスタプロセッサ１５２０、ペイロード機能部電子回路１５３０、アジマスエンコーダ電子回路１５４０、天頂エンコーダ電子回路１５５０、ディスプレイおよびユーザインターフェース（ＵＩ）電子回路１５６０、取外し可能記憶ハードウェア１５６５、無線認証（ＲＦＩＤ）電子回路、およびアンテナ１５７２を含む。ペイロード機能部電子回路１５３０は、６ＤＯＦ電子回路１５３１、カメラ電子回路１５３２、ＡＤＭ電子回路１５３３、位置検出器（ＰＳＤ）電子回路１５３４およびレベル電子回路１５３５が含まれるいくつかのサブ機能部を含む。サブ機能部のほとんどは、例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または利用者書込可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）でよい少なくとも１つのプロセッサユニットを有する。電子ユニット１５３０、１５４０、および１５５０は、レーザトラッカの中におけるこれらの位置の故に、図示のように別々にされている。一実施形態では、ペイロード機能部１５３０は図９および図１０のペイロード２１７０の中に置かれ、アジマスエンコーダ電子回路１５４０はアジマスアセンブリ２１１０の中に置かれ、天頂エンコーダ電子回路１５５０は天頂アセンブリ２１４０の中に置かれる。
【００５２】
多くのタイプの周辺デバイスがあり得るが、図には３つのそのようなデバイス、すなわち温度センサ１５８２、６ＤＯＦプローブ１５８４、ならびに例えばスマートフォンであり得る携帯情報端末１５８６が示されている。レーザトラッカは、カメラなどの視覚システムを用いて、また６ＤＯＦプローブ１５８４などの協働ターゲットに対するレーザトラッカの距離読取値および角度読取値を用いて、アンテナ１５７２を介する無線通信を含む種々の手段としての周辺デバイスと通信することができる。周辺デバイスはプロセッサを包含し得る。６ＤＯＦアクセサリには、６ＤＯＦ探索システム、６ＤＯＦスキャナ、６ＤＯＦプロジェクタ、６ＤＯＦセンサ、および６ＤＯＦ表示器が含まれ得る。これらの６ＤＯＦデバイス内のプロセッサは、レーザトラッカ内の処理デバイス、ならびに外部コンピュータおよびクラウド処理資源と一緒に使用することができる。一般に、レーザトラッカプロセッサまたは測定デバイスプロセッサという用語が使用される場合、これらは、考えられる外部コンピュータおよびクラウドサポートを含むものである。
【００５３】
一実施形態では、別個の通信バスがマスタプロセッサ１５２０から電子ユニット１５３０、１５４０、１５５０、１５６０、１５６５、および１５７０のそれぞれへ行く。各通信ラインは、例えば、データライン、クロックラインおよびフレームラインを含む３つのシリアルラインを有し得る。フレームラインは、電子ユニットがクロックラインに注意を払うべきかどうかを表示する。注意が払われるべきとフレームラインが表示した場合、電子ユニットは、データラインの現在の値を各クロック信号において読み取る。クロック信号は、例えばクロックパルスの立上がりと一致し得る。一実施形態では、情報は、パケットの形でデータラインを通じて伝送される。一実施形態では、各パケットはアドレス、数値、データメッセージ、およびチェックサムを含む。アドレスは、電子ユニット内でデータメッセージがどこへ向けられるべきかを表示する。その場所は、例えば、電子ユニット内のプロセッササブルーチンに該当する。数値は、データメッセージの長さを表示する。データメッセージはデータ、または電子ユニットが実行する命令を含む。チェックサムは、通信ラインを介して誤りが伝送される確率を最小限にするために使用される数値である。
【００５４】
一実施形態では、マスタプロセッサ１５２０は情報パケットを、バス１６１０を介してペイロード機能部電子回路１５３０まで、バス１６１１を介してアジマスエンコーダ電子回路１５４０まで、バス１６１２を介して天頂エンコーダ電子回路１５５０まで、バス１６１３を介してディスプレイおよびＵＩ電子回路１５６０まで、バス１６１４を介して取外し可能記憶ハードウェア１５６５まで、またバス１６１６を介してＲＦＩＤおよび無線電子回路１５７０まで送出する。
【００５５】
一実施形態では、マスタプロセッサ１５２０はまたシンク（同期）パルスを電子ユニットのそれぞれにシンクバス１６３０を介して同時に送出する。シンクパルスは、レーザトラッカの複数の測定機能部で集められる値を同期させる手段となる。例えば、アジマスエンコーダ電子回路１５４０および天頂電子回路１５５０は、シンクパルスが受け取られるとすぐにこれらのエンコーダの値をラッチする。同様に、ペイロード機能部電子回路１５３０は、ペイロード内に含まれる電子回路で集められたデータをラッチする。６ＤＯＦ、ＡＤＭおよび位置検出器はすべて、シンクパルスが与えられたときにデータをラッチする。ほとんどの場合、カメラおよび傾斜計は、シンクパルス速度よりも遅い速度でデータを集めるが、シンクパルス時間の倍数でデータをラッチすることができる。
【００５６】
アジマスエンコーダ電子回路１５４０と天頂エンコーダ電子回路１５５０は互いに別にされ、また図９、図１０に示されたスリップリング２１３０、２１６０によってペイロード電子回路１５３０から別にされる。これが、図１１でバスライン１６１０、１６１１、および１６１２が別々のバスラインとして描写されている理由である。
【００５７】
レーザトラッカ電子処理システム１５１０は、外部コンピュータ１５９０と通信することができ、あるいはレーザトラッカ内で計算、表示およびＵＩ機能を可能にすることができる。レーザトラッカは、例えばイーサネット（登録商標）ラインまたは無線接続であり得る通信リンク１６０６を介して、コンピュータ１５９０と通信する。レーザトラッカはまた、クラウドで表された他の要素１６００と通信リンク１６０２を介して通信することもでき、通信リンク１６０２は、イーサネット（登録商標）ケーブルなどの１つ以上の電気ケーブル、および１つ以上の無線接続を含み得る。要素１６００の一例は、例えば関節アームＣＭＭである別の３次元試験計器であり、レーザトラッカによって再配置することができる。コンピュータ１５９０と要素１６００の間の通信リンク１６０４は、有線（例えばイーサネット（登録商標））でも無線でもよい。遠隔のコンピュータ１５９０のところにいる作業者は、クラウド１６００で表されたインターネットにイーサネット（登録商標）または無線ラインを介して接続することができ、次に、コンピュータ１５９０は、マスタプロセッサ１５２０にイーサネット（登録商標）または無線ラインを介して接続する。このようにして使用者は、遠隔のレーザトラッカの動作を制御することができる。
【００５８】
レーザトラッカでは現在、ＡＤＭ用に１つの可視波長（通常は赤色）および１つの赤外線波長を使用する。赤色波長は、干渉計で使用するのに適した、また赤色ポインタビームを形成する際に使用するのにも適した周波数安定化ヘリウムネオン（ＨｅＮｅ）レーザによって得ることができる。別法として、赤色波長は、ポインタビームとしてのみ機能するダイオードレーザによって得ることもできる。２つの光源を使用する際の１つの不都合は、追加の光源、ビームスプリッタ、アイソレータおよび他の構成要素のために必要な余分な空間および追加費用である。２つの光源を使用する際のもう１つの不都合は、ビームが進む経路全体に沿って２つの光ビームを完全に一直線に合わせることが困難なことである。このため、異なる波長で動作する異なるサブシステムの良好な動作を同時に得ることができないことを含む種々の問題が生じ得る。単一の光源を使用し、それによってこれらの不都合をなくするシステムが、図１２Ａの光電子システム５００として示されている。
【００５９】
図１２Ａは、可視光源１１０、アイソレータ１１５、ファイバネットワーク４２０、ＡＤＭ電子回路５３０、ファイバ発射器１７０、ビームスプリッタ１４５、および位置検出器１５０を含む。可視光源１１０は、例えば、赤色もしくは緑色ダイオードレーザまたは垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）でよい。アイソレータは、ファラデーアイソレータ、減衰器、または光源の中に返される光の量を十分に低減できる他の任意のデバイスでよい。アイソレータ１１５からの光はファイバネットワーク４２０の中に進むが、一実施形態では、ファイバネットワーク４２０は図８Ａのファイバネットワーク４２０Ａである。
【００６０】
図１２Ｂは光電子ステム４００の一実施形態を示し、単一の光の波長が使用されるが、変調は光源の直接変調によってではなく、光の電気光学変調を用いて実現される。光電子システム４００は、可視光源１１０、アイソレータ１１５、電気光学変調器４１０、ＡＤＭ電子回路４７５、ファイバネットワーク４２０、ファイバ発射器１７０、ビームスプリッタ１４５、および位置検出器１５０を含む。可視光源１１０は、例えば赤色または緑色レーザダイオードでよい。レーザ光は、例えばファラデーアイソレータまたは減衰器でよいアイソレータ１１５を経由して送出される。アイソレータ１１５は、その入出力ポートでファイバ結合することができる。アイソレータ１１５は光を電気光学変調器４１０に送出し、電気光学変調器４１０は、光を１０ＧＨｚまでの、または必要に応じてそれより高いことがある選択された周波数に変調する。ＡＤＭ電子回路４７５からの電気信号４７６が、電気光学変調器４１０において変調を励振する。電気光学変調器４１０からの変調された光はファイバネットワーク４２０まで進むが、このファイバネットワークは、上記で論じたファイバネットワーク４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ、または４２０Ｄでよい。光の一部は、光ファイバ４２２を介してＡＤＭ電子回路４７５の基準チャネルまで進む。光の別の一部はトラッカの外に進み、逆反射体９０に反射し、トラッカまで戻り、ビームスプリッタ１４５に達する。少量の光がビームスプリッタに反射し、図６Ａ〜Ｆに関して上記で論じた位置検出器１５０まで進む。光の一部はビームスプリッタ１４５を通過してファイバ発射器１７０に入り、ネットワーク４２０を経由して光ファイバ４２４に入り、ＡＤＭ電子回路４７５の測定チャネルに入る。一般に、図１２Ａのシステム５００は、図１２Ｂのシステム４００よりも少ない金額で製造できるが、電気光学変調器４１０ではより高い変調周波数を得ることができ、これは状況によって有利なことがある。
【００６１】
図１３は、位置決め装置カメラシステム９５０および光電子システム９００の一実施形態を示し、光電子システム９００では方位カメラ９１０が、６自由度を測定するための３Ｄレーザトラッカの光電子機能と組み合わされている。光電子システム９００は、可視光源９０５、アイソレータ９１０、任意選択の電気光学変調器４１０、ＡＤＭ電子回路７１５、ファイバネットワーク４２０、ファイバ発射器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、および方位カメラ９１０を含む。可視光源からの光は光ファイバ９８０の中に放射され、光ファイバを入出力ポートに結合できるアイソレータ９１０を通って進む。光は、ＡＤＭ電子回路７１５からの電気信号７１６で変調される電気光学変調器４１０を通って進み得る。別法として、ＡＤＭ電子回路７１５は、ケーブル７１７により電気信号を送出して可視光源９０５を変調することもできる。ファイバネットワークに入る光の一部は、ファイバ長等化器４２３および光ファイバ４２２を通って進み、ＡＤＭ電子回路７１５の基準チャネルに入る。電気信号４６９は、任意選択でファイバネットワーク４２０に加えて、ファイバネットワーク４２０内の光ファイバスイッチに切替信号を供給することができる。光の一部は、ファイバネットワークからファイバ発射器１７０へと進み、ファイバ発射器１７０は、光ファイバの光を光ビーム９８２として自由空間の中に送出する。少量の光がビームスプリッタ１４５に反射して失われる。光の一部がビームスプリッタ１４５を通過し、ビームスプリッタ９２２を通り、トラッカの外に６自由度（ＤＯＦ）デバイス４０００まで進む。６ＤＯＦデバイス４０００は、プローブ、スキャナ、プロジェクタ、センサ、または他のデバイスであり得る。
【００６２】
６ＤＯＦデバイス４０００からの光は、その帰路で光電子ステム９００に入り、ビームスプリッタ９２２に達する。この光の一部はビームスプリッタ９２２に反射され、方位カメラ９１０に入る。方位カメラ９１０は、逆反射体ターゲット上に置かれたいくつかのマークの位置を記録する。これらのマークから、６ＤＯＦプローブの方位角（すなわち３自由度）が求められる。方位カメラの原理は本願で以下に説明され、また特許‘７５８に記載されている。ビームスプリッタ１４５において光の一部はビームスプリッタを通り抜けて進み、ファイバ発射器１７０によって光ファイバに載せられる。光はファイバネットワーク４２０へ進む。この光の一部は光ファイバ４２４へ進み、ここからＡＤＭ電子回路７１５の測定チャネルに入る。
【００６３】
位置決め装置カメラシステム９５０は、カメラ９６０、および１つ以上の光源９７０を含む。位置決め装置カメラシステムはまた図１にも示されているが、この図ではカメラは要素５２であり、光源は要素５４である。カメラはレンズ系９６２、感光アレイ９６４、および本体９６６を含む。位置決め装置カメラシステム９５０の１つの用途は、作業ボリューム内の逆反射体ターゲットの位置を特定することである。これを位置決め装置カメラシステム９５０は、光源９７０を閃光させることによって行い、カメラは、この閃光を感光アレイ９６４上の輝点として捕捉する。位置決め装置カメラシステム９５０の第２の用途は、反射板スポットが観測された位置、または６ＤＯＦデバイス４０００上のＬＥＤが観測された位置に基づいて、６ＤＯＦデバイス４０００の粗方位を確立することである。２つ以上の位置決め装置カメラシステムがレーザトラッカ上で利用可能である場合、作業ボリューム内の各逆反射体ターゲットへの方向は、三角測量の原理を用いて計算することができる。単一の位置決め装置カメラが、レーザトラッカの光軸に沿って反射された光を捕捉するように設置されている場合、各逆反射体ターゲットへの方向を見出すことができる。単一のカメラがレーザトラッカの光軸から外れて設置されている場合、逆反射体ターゲットへのおおよその方向を感光アレイ上の画像からすぐに得ることができる。この場合、ターゲットへのより正確な方向は、レーザの機械軸を複数の方向に回転させると共に感光アレイ上のスポット位置の変化を観測することによって見出すことができる。
【００６４】
図１４は、光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０と一緒に使用される６ＤＯＦプローブ２０００の一実施形態を示す。光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０は、図１３に関して論じられた。別の実施形態では、光電子システム９００は、２つ以上の光の波長を有する光電子システムに置き換えられる。６ＤＯＦプローブ２０００は、本体２０１４、逆反射体２０１０、プローブ伸長アセンブリ２０５０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２を含む。逆反射体は、中空コアまたはガラスコアを有するコーナキューブ逆反射体でよい。逆反射体は、６ＤＯＦプローブ２０００の３方位自由度の光電子システム９００内で、方位カメラによって決定ができるようにしてマークを付けることができる。このようなマーキングの一例は、特許‘７５８で論じられているように、逆反射体２０１０の３つの平面反射板の面間の交線を黒ずませることである。プローブ伸長アセンブリ２０５０は、プローブ伸長部２０５２およびプローブ先端２０５４を含む。プローブ先端は、試験されている対象物と接触している。プローブ先端２０５４は逆反射体２０１０から離されているが、６ＤＯＦレーザトラッカが、レーザトラッカからの光ビーム７８４の見通し線から隠れている点にあるプローブ先端２０５４の３次元座標を決定することが可能である。これが、６ＤＯＦプローブが隠れ点プローブと呼ばれることのある理由である。
【００６５】
電力は、任意選択の電気ケーブル２０４６を通じて、または任意選択の電池２０４４から供給することができる。この電力は、電気回路基板２０４２への電力になる。電子回路基板２０４２は、レーザトラッカまたは外部コンピュータと通信できるアンテナ２０４８と、レーザトラッカまたは外部コンピュータと通信する便利な方法をユーザに提供するアクチュエータボタン２０１６とに電力を供給する。電子回路基板２０４２はまた、ＬＥＤ、材料温度センサ（図示せず）、気温センサ（図示せず）、内部センサ（図示せず）、または傾斜計（図示せず）に電力を供給することもできる。インターフェース構成要素２０１２は、例えば、光源（ＬＥＤなど）、小型逆反射体、反射性材料の領域、または基準マークであり得る。インターフェース構成要素２０１２は、６ＤＯＦ角度の計算で必要な逆反射体２０１０の粗方位を確立するために使用される。識別名要素２０４９は、レーザトラッカに６ＤＯＦプローブの諸パラメータまたは通し番号を与えるために使用される。識別名要素は、例えば、バーコードまたはＲＦ識別タグでよい。
【００６６】
レーザトラッカは、別法として光ビーム７８４を逆反射体２０１１に供給することもある。光ビーム７８４を複数の逆反射体のいずれかに供給することによって、６ＤＯＦプローブ２０００は、プローブ伸長アセンブリ２０５０を用いて探りながら様々な方向に向けることができる。
【００６７】
レーザトラッカによって測定される６自由度は、３平行移動自由度および３方位自由度を含むと考えてよい。３平行移動自由度には、半径方向距離測定、第１の角度測定および第２の角度測定が含まれ得る。半径方向距離測定は、ＩＦＭまたはＡＤＭを用いて行うことができる。第１の角度測定は、アジマス角度エンコーダなどのアジマス角度測定デバイスを用いて行うことができ、第２の角度測定は天頂角度測定デバイスを用いて行うことができる。別法として、第１の角度測定デバイスが天頂角度測定デバイスであり、第２の角度測定デバイスがアジマス角度測定デバイスであることもある。半径方向距離、第１の角度測定値、および第２の角度測定値は、球座標系の３つの座標を構成し、これらは、デカルト座標系または他の座標系の３つの座標に変換することができる。
【００６８】
３方位自由度は、前述および特許‘７５８に記載のように、パターニングされたコーナキューブを使用して決定することができる。別法として、３方位自由度を決定する他の方法を使用することもできる。３平行移動自由度および３方位自由度は、空間における６ＤＯＦプローブ２０００の位置および方位を完全に規定する。これはここで考えられているシステムに関する場合である、ということに注意することが重要である。その理由は、６自由度が独立していなく、その結果、６自由度が空間における位置および方位を完全に規定するのに十分ではないシステムがあり得るからである。「平行移動セット」という用語は、トラッカ基準フレーム（またはデバイス基準フレーム）内の６ＤＯＦアクセサリ（６ＤＯＦプローブなど）の３平行移動自由度の略語である。「方位セット」という用語は、トラッカ基準フレーム内の６ＤＯＦアクセサリの３方位自由度の略語である。「面セット」という用語は、デバイス基準フレーム内の対象物面の点の３次元座標の略語である。
【００６９】
図１５は、光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０と一緒に使用される６ＤＯＦスキャナ２５００の一実施形態を示す。６ＤＯＦスキャナ２５００はまた、「ターゲットスキャナ」と呼ばれることもある。光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０は、図１３に関して論じられた。別の実施形態では、光電子システム９００は、２つ以上の光の波長を使用する光電子システムに置き換えられる。６ＤＯＦスキャナ２５００は、本体２５１４、１つ以上の逆反射体２５１０、２５１１、スキャナカメラ２５３０、スキャナ光プロジェクタ２５２０、任意選択の電気ケーブル２５４６、任意選択の電池２５４４、インターフェース構成要素２５１２、識別名要素２５４９、アクチュエータボタン２５１６、アンテナ２５４８、および電子回路基板２５４２を含む。図１５の逆反射体２５１０、任意選択の電気ケーブル２５４６、任意選択の電池２５４４、インターフェース構成要素２５１２、識別名要素２５４９、アクチュエータボタン２５１６、アンテナ２５４８、および電子回路基板２５４２は、それぞれ図１４の逆反射体２０１０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２に相当する。これら相当する要素についての説明は、図１４に関して論じたものと同じである。スキャナプロジェクタ２５２０とスキャナカメラ２５３０は共に、加工物２５２８の３次元座標を測定するのに使用される。カメラ２５３０は、カメラレンズ系２５３２および感光アレイ２５３４を含む。感光アレイ２５３４は、例えばＣＣＤアレイまたはＣＭＯＳアレイでよい。スキャナプロジェクタ２５２０は、プロジェクタレンズ系２５２３および光源パターン２５２４を含む。光源パターンは、光の点、光の線、または光の構造化（２次元）パターンを放射することができる。光源パターンが光の点を放射する場合、この点を例えば可動鏡で走査して、線または線アレイを生成することができる。光源パターンが光の線を放射する場合、この線を例えば可動鏡で走査して、線アレイを生成することができる。一実施形態では、光源パターンは、ＬＥＤ、レーザ、またはテキサスインツルメンツのデジタル光プロジェクタ（ＤＬＰ）、液晶デバイス（ＬＣＤ）もしくは液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）デバイスなどのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）に反射する他の光源でよく、あるいは、反射モードではなく透過モードで使用される類似のデバイスでよい。光源パターンはまた、例えばクロムオンガラススライドである、単一のパターンまたは複数のパターンを有し得るスライドパターンでもよく、スライドは、必要に応じ所定の位置に出し入れされる。逆反射体２５１１などの追加の逆反射体が、レーザトラッカで６ＤＯＦスキャナを様々な方向から追跡することが可能になるように第１の逆反射体２５１０に追加されることがあり、それによって、６ＤＯＦプロジェクタ２５００から投射できる光の方向の融通性が大きくなる。
【００７０】
６ＤＯＦスキャナ２５００は手で保持することができ、あるいは、例えば三脚、計器台、電動式台車、またはロボットエンドエフェクタの上に取り付けることができる。加工物２５２８の３次元座標は、三角測量の原理を用いてスキャナカメラ２５３０によって測定される。スキャナ光源２５２０から放射される光のパターン、および感光アレイ２５３４のタイプに応じて、三角測量の測定を実施できるいくつかの方法がある。例えば、スキャナ光源２５２０から放射される光のパターンが光の線、または線の形に走査される光の点である場合、また感光アレイ２５３４が２次元アレイである場合、２次元アレイ２５３４の一方の次元は、加工物２５２８の表面の点２５２６への方向に対応する。２次元アレイ２５３４のもう一方の次元は、スキャナ光源２５２０から点２５２６までの距離に対応する。したがって、スキャナ光源２５２０から放射された光の線に沿った各点２５２６の３次元座標は、６ＤＯＦスキャナ２５００の基準局所フレームに対して分かることになる。６ＤＯＦスキャナの６自由度は、特許‘７５８に記載されている方法を用いて６ＤＯＦレーザトラッカによって分かることになる。６自由度から、走査された光の線の３次元座標をトラッカ基準フレーム内で求めることができ、次に、この３次元座標を加工物２５２８の基準フレームに変換することが、例えば、この加工物上の３点のレーザトラッカによる測定によって可能である。
【００７１】
６ＤＯＦスキャナ２５００が手で保持される場合、スキャナ光源２５２０から放射されるレーザ光の線を、加工物２５２８の表面を「塗装する」ようにして移動させることができ、それによって表面全体の３次元座標を得ることができる。構造化光パターンを放射するスキャナ光源２５２０を使用して加工物の表面を「塗装する」ことも可能である。別法として、構造化光パターンを放射するスキャナ２５００を使用する場合、６ＤＯＦスキャナを三脚または計器台の上に取り付けることによって、より正確な測定を行うことが可能である。スキャナ光源２５２０から放射される構造化光パターンには、例えば、加工物２５２８の表面全体にわたって正弦曲線的に変化する放射照度をそれぞれの縞が有する縞パターンが含まれ得る。一実施形態では、正弦曲線が３つ以上の位相値だけシフトされる。これら３つ以上の各位相値についてカメラ２５３０のそれぞれの画素で記録された振幅レベルを使用して、正弦曲線上の各画素の位置を得る。この情報は、点２５２６それぞれの３次元座標を決定するのを助けるために使用される。別の実施形態では、構造化光パターンはコード化パターンの形とすることができ、このコード化パターンを評価して、カメラ２５３０で集められた単一の（複数ではない）画像フレームに基づく３次元座標を決定することができる。コード化パターンを使用すると、６ＤＯＦスキャナ２５００が手で妥当な速度で移動される間、比較的正確な測定が可能になり得る。
【００７２】
構造化光パターンを投射することには、光の線とは対照的に、いくつかの利点がある。手持ち６ＤＯＦスキャナ２５００から投射される光の線では、点の密度が線に沿っては高いが、線間では非常に低くなり得る。構造化光パターンを用いると、点の間隔は通常、直交する２つの方向のそれぞれでほぼ同じである。加えて、いくつかの動作モードでは、構造化光パターンを用いて計算された３次元点は、他の方法よりも正確であり得る。例えば、６ＤＯＦスキャナ２５００を、例えば固定の台または取付台に取り付けて所定の位置に固定することによって、単一のパターンが捕捉された他の方法（すなわち、単一ショット法）を用いて可能な計算よりも正確な計算ができるようにする一連の構造化パターンを放射することができる。一連の構造化光パターンの一例は、第１の空間周波数を有するパターンが対象物の上に投射されるものである。一実施形態では、投射パターンは、光パワーが正弦曲線的に変化する縞のパターンである。一実施形態では、正弦曲線的に変化するパターンの位相がシフトされ、それによって縞が横にシフトすることになる。例えば、パターンは、前のパターンに対して１２０度だけそれぞれシフトされる３つの位相角を伴って投射されるように作ることができる。この一連の投射により、背景光に関係なく、パターンの各点の位相を比較的正確に決定することを可能にする十分な情報が得られる。これは、対象物面の隣接する点を考慮せずに点ごとに行うことができる。
【００７３】
上記の手順では、隣接する２本の線の間で０〜３６０度にわたる位相を有する各点について位相が決定されるが、どれがどの線であるかについての問題がまだあり得る。線を特定する一方法は、上述のように、一連の位相を繰り返すことであるが、異なる空間周波数（すなわち、異なる縞ピッチ）を有する正弦波パターンを使用する。場合によっては、同じ手法を３つまたは４つの異なる縞ピッチについて繰り返す必要がある。この方法を用いて曖昧さを取り除く方法は、当技術分野でよく知られており、ここではこれ以上論じない。
【００７４】
上述の正弦波位相シフト法などの順次投射法を使用して可能な最良の精度を得るには、６ＤＯＦスキャナの移動を最小にすることが有利であり得る。６ＤＯＦスキャナの位置および方位は、レーザトラッカによって行われる６ＤＯＦ測定から分かり、また手持ち６ＤＯＦスキャナの移動に対して補正を行うことができるが、結果として生じるノイズは、固定取付台、台または固定具にスキャナを据え付けることによってスキャナが固定されている場合よりもいくらか大きくなる。
【００７５】
図１５に提示されている走査方法は、三角測量の原理に基づく。三角測量の原理のより完全な説明を図１５Ａのシステム２５６０および図１５Ｂのシステム４７６０に関して示す。まず図１５Ａを参照すると、システム２５６０は、プロジェクタ２５６２およびカメラ２５６４を含む。プロジェクタ２５６２は、光源面にある光源パターン２５７０、およびプロジェクタレンズ２５７２を含む。プロジェクタレンズは、いくつかのレンズ要素を含み得る。プロジェクタレンズは、レンズ透視中心２５７５およびプロジェクタ光軸２５７６を有する。光線２５７３は、光源パターン上の点２５７１からレンズ透視中心を通って対象物２５９０の上へと進み、点２５７４で対象物２５９０と交差する。
【００７６】
カメラ２５６４は、カメラレンズ２５８２および感光アレイ２５８０を含む。カメラレンズ２５８２は、レンズ透視中心２５８５および光軸２５８６を有する。光線２５８３が、対象点２５７４からカメラ透視中心２５８５を通って進み、点２５８１で感光アレイ２５８０と交差する。
【００７７】
各透視中心を結ぶ線分は、図１５Ａの基線２５８８および図１５Ｂの基線４７８８である。基線の長さは基線長（２５９２、４７９２）と呼ばれる。プロジェクタ光軸と基線の間の角度は、基線プロジェクタ角（２５９４、４７９４）である。カメラ光軸（２５８３、４７８６）と基線の間の角度は、基線カメラ角（２５９６、４７９６）である。光源パターン上の点（２５７０、４７７１）が感光アレイ上の点（２５８１、４７８１）に対応することが分かれば、基線長、基線プロジェクタ角、および基線カメラ角を用いて点２５８５、２５７４、および２５７５を結ぶ三角形の各辺を決定することが可能になり、したがって、測定システム２５６０の基準フレームに対する対象物２５９０の表面の点の表面座標を決定することが可能になる。これを行うために、プロジェクタレンズ２５７２と光源パターン２５７０の間の小さな三角形の各辺からなる角度が、レンズ２５７２と面２５７０の間の既知の距離、および点２５７１から光軸２５７６と面２５７０との交点までの距離を用いて求められる。これらの小さな角度が、大きい方の角度２５９６および２５９４と適宜に加算または減算されて、三角形の所望の角度が得られる。当業者には、三角形２５７４−２５８５−２５７５の各辺の長さを求めるのに同等の数学的諸方法を使用できること、あるいは対象物２５９０の面の所望の座標を得るのに他の関連する三角形を使用できることが明らかであろう。
【００７８】
まず図１５Ｂを参照すると、システム４７６０は、システム４７６０がレンズを含まないことを除き、図１５Ａのシステム２５６０と類似している。このシステムは、プロジェクタ４７６２およびカメラ４７６４を含み得る。図１５Ｂに表された実施形態では、プロジェクタは光源４７７８および光変調器４７７０を含む。光源４７７８はレーザ光源であり得る。その理由は、このような光源は、図１５Ｂの幾何学的配置を用いて長い距離にわたって焦点が合ったままであり得るからである。光源４７７８からの光線４７７３は、光変調器４７７０に点４７７１で当たる。光源４７７８からの他の光線は、光変調器表面の他の点で光変調器に当たる。一実施形態では、光変調器４７７０は放射される光パワーを、ほとんどの場合光パワーをある程度低減することによって変化させる。このようにして、光変調器は、光変調器４７７０の表面にある、ここでは光源パターンと呼ばれる光パターンを光に与える。光モジュレータ４７７０は、例えばＤＬＰデバイスまたはＬＣＯＳデバイスでよい。いくつかの実施形態では、変調器４７７０は、反射性ではなく透過性である。光変調器４７７０から出てくる光は、実質上の光透視中心４７７５から出てくるように見える。光線は、実質上の光透視中心４７７５から出て、点４７７１を通過し、対象物４７９０の表面の点４７７４まで進むように見える。
【００７９】
基線は、カメラレンズ透視中心４７８５から実質上の光透視中心４７７５まで延びる線分である。一般に、三角測量の方法は、例えば頂点４７７４、４７８５、および４７７５を有する三角形である、三角形の各辺の長さを求めることを伴う。これを行う一方法は、基線の長さ、基線とカメラ光軸の間の角度、および基線とプロジェクタ基準軸４７７６の間の角度を求めることである。所望の角度を求めるために、追加の小さい角度が求められる。例えば、カメラ光軸４７８６と光線４７８３の間の小さい角度は、カメラレンズ４７８２と感光アレイ４７８０の間の小さい三角形の角度を、レンズから感光アレイまでの距離、およびカメラ光軸から画素までの距離に基づいて解明することによって求めることができる。この小さい三角形の角度は次に、基線とカメラ光軸の間の角度に足し合わされて所望の角度が求められる。プロジェクタでも同様に、プロジェクタ基準軸４７７６と光線４７７３の間の角度は、これら２つの線の間の小さい三角形の角度を、光源４７７７と光変調器の表面の間の既知の距離、ならびに基準軸４７７６と光変調器４７７０の表面との交点から４７７１にあるプロジェクタ画素までの距離に基づいて解明することによって求めることができる。この角度を基線とプロジェクタ基準軸の間の角度から差し引いて所望の角度が得られる。
【００８０】
カメラ４７６４は、カメラレンズ４７８２および感光アレイ４７８０を含む。カメラレンズ４７８２は、カメラレンズ透視中心４７８５およびカメラ光軸４７８６を有する。カメラ光軸は、カメラ基準軸の一例である。数学的な視点からは、カメラレンズ透視中心を通過するどの軸も三角測量計算において等しく容易に使用可能であるが、レンズの対称軸であるカメラ基準軸が慣例により選択される。光線４７８３が、対象点４７７４からカメラ透視中心４７８５を通って進み、点４７８１で感光アレイ４７８０と交差する。当業者には明らかなように、三角形４７７４−４７８５−４７７５の各辺の長さを解明するのに他の同様な数学的方法を使用することができる。
【００８１】
ここで説明した三角測量法はよく知られているが、完全にするためにいくらか追加の技法的情報を以下に示す。各レンズ系は、入射瞳および射出瞳を有する。入射瞳は、一次光学部品の視点から考えたときに、光がそこから出てくるように見える点である。射出瞳は、光がレンズ系から感光アレイまで進む際にそこから出てくるように見える点である。多要素レンズ系では、入射瞳と射出瞳は必ずしも一致せず、また入射瞳および射出瞳に対する各光線の角度は必ずしも同じではない。しかし、そのモデルを簡単にすることが、透視中心がレンズの入射瞳であると考えることによって、また次に、光線が直線に沿って進み続けて光源または像平面と交差することになるようにレンズから光源または像平面までの距離を調整することによって可能である。このようにして、図１５Ａに示された簡単で広範に使用されるモデルが得られる。この説明では、光の挙動の良好な一次近似が得られるが、図１５Ａのモデルを使用して計算された位置に対して光線をわずかにずらし得るレンズ収差に対応するために、追加の微補正ができることを理解されたい。基線長、基線プロジェクタ角、および基線カメラ角が一般に使用されるが、これらの量が必要であると述べることは、類似ではあるがわずかに異なる他の公式化を適用することが、本明細書に示された説明の一般性を失うことなくできる可能性を排除するものでないことを理解されたい。
【００８２】
６ＤＯＦスキャナを使用する場合、いくつかのタイプのスキャナパターンを使用することができ、また最少の時間で最良の動作を得るために異なるタイプを組み合わせることが有利なことがある。例えば、一実施形態では、高速測定法で、３次元座標データをシングルショットで得ることができる２次元コード化パターンを使用する。コード化パターンを使用する方法では、例えば異なる文字、異なる形状、異なる厚さおよびサイズ、または異なる色が、コード化要素またはコード化特徴として知られる特徴的な要素を得るために使用されることがある。このような特徴は、点２５７１を点２５８１に合致させることを可能にするために使用することができる。光源パターン２５７０上のコード化された特徴は、感光アレイ２５８０で識別することができる。
【００８３】
コード化された特徴の合致を簡単にするのに使用できる技法は、エピポーララインを使用することである。エピポーララインとは、エピポーラ平面と光源面２５７０または像平面２５８０との交差によって形成された数学的なラインである。エピポーラ平面は、プロジェクタ透視中心およびカメラ透視中心を通過する任意の平面である。光源面または像平面上のエピポーララインは、一部の特別な場合には平行になり得るが、一般には平行ではない。エピポーララインの態様は、プロジェクタ面の所与のエピポーララインが、対応するエピポーララインを像平面に有するというものである。したがって、プロジェクタ面内の１本のエピポーララインによる既知の、任意の特定のパターンを像平面内ですぐに観測および評価することができる。例えば、あるコード化パターンがプロジェクタ面内のエピポーララインに沿って配置される場合、像平面内のコード化要素間の間隔は、感光アレイ２５８０の画素で読み取られた値を使用して決定することができ、この情報は、対象点２５７４の３次元座標を決定するのに使用することができる。コード化パターンをエピポーララインに対して既知の角度に傾けること、および対象物面座標を効率的に抽出することもまた可能である。
【００８４】
コード化パターンを使用することの利点は、対象物面の点の３次元座標を速く取得できることである。しかし、ほとんどの場合で、上記で論じた正弦波位相シフト手法などの順次構造化光手法では、より正確な結果が得られる。したがって、使用者は、所望の精度に応じた異なる投影法を用いて、特定の対象物、または特定の対象領域もしくは対象特徴を測定することを有利に選択することができる。プログラム可能光源パターンを使用することによって、このような選択を簡単に行うことができる。
【００８５】
特定のタイプの対象物では、スキャナの精度に重要な制限が存在することがある。例えば、孔または凹部などのいくつかの特徴は、有効に走査することが困難である。対象物または孔の縁部は、望ましいほどに円滑に得ることが困難である。一部のタイプの材料では、望ましいほどに多くの光を返さないことがあり、また光の透過深度が大きいことがある。他の場合では、光は、スキャナに返ってくる前に複数の面に反射することがあり（マルチパス干渉）、その結果、観測される光が「損なわれる」ことになり、それによって測定誤差が生じる。これらの場合のいずれかで、図１５Ｃに示された、プローブ伸長アセンブリ２５５０の一部であるプローブ先端２５５４などの触覚感知プローブを含む６ＤＯＦスキャナ２５０５を使用して、困難な領域を測定することが有利であり得る。触覚感知プローブを用いて測定することが有利なことが判明した後に、プロジェクタ２５２０は、測定されるべき領域を照らすレーザビームを送出することができる。図１５Ｃで、投射された光線ビーム２５２２が対象物２５２８上の点２５２７を照らして、この点がプローブ伸長アセンブリ２５５０によって測定されるべきことを表示する。場合によっては、触覚感知プローブは、スキャナの測定領域が減少しないようにプロジェクタ２５５０の投射範囲の外側に移動されることがある。この場合、プロジェクタからのビーム２５２２は、作業者が見ることができる領域を照らすことができる。その結果、作業者は、所定の領域を測定するための位置まで触覚感知プローブ２５５０を移動することができる。他の場合では、測定されるべき領域がスキャナの投射範囲の外側にあることがある。この場合、スキャナはビーム２５２２をその範囲ほどまでに、測定されるべき方向に向けることができ、あるいはビーム２５２２を、ビームが向けられるべき方向を表示するパターンで動かすことができる。別の可能性は、ＣＡＤモデルまたは集められたデータをディスプレイモニタ上に提示し、次に、再測定されるべきＣＡＤモデルまたは集められたデータの範囲をディスプレイ上で強調表示することである。他のツール、例えば球状取付け逆反射体、またはレーザトラッカが制御する６ＤＯＦプローブを使用して、強調表示された範囲を測定することも可能である。
【００８６】
プロジェクタ２５２０は、構造化光と呼ばれることもある２次元光パターンを投射することができる。このような光は、プロジェクタレンズ透視中心から出て、拡大するパターン内で外側に、対象物２５８２と交差するまで進む。このタイプのパターンの例は、コード化パターンおよび周期パターンであり、両方とも上記で論じた。プロジェクタ２５２０は、別法として光の１次元パターンを投射することもできる。このようなプロジェクタは、レーザラインプローブまたはレーザラインスキャナと呼ばれることもある。このタイプのスキャナを用いて投射されたラインは、ある幅および形を有するが（例えば、断面でガウスビーム特性を有し得る）、対象物の形状を決定する目的でラインが含む情報は一次元である。したがって、レーザラインスキャナから放射されたラインは、線形投影として対象物と交差する。対象物上に描かれ照らされる形は２次元である。対照的に、光の２次元パターンを投射するプロジェクタは、３次元の照らされる形を対象物上に作り出す。レーザラインスキャナと構造化光スキャナを区別する１つの方法は、構造化光スキャナを、少なくとも３つの非共線パターン要素を含むタイプのスキャナと定義することである。コード化光パターンを投射する２次元パターンの場合では、同一直線上にない３つのパターン要素がその符号の故に認識可能であり、パターン要素が２次元で投射されるので、少なくとも３つのパターン要素が同一直線上にあってはならない。正弦波繰り返しパターンなどの周期パターンの場合では、各正弦波周期が複数のパターン要素を表す。２次元での周期パターンの多様性があるので、パターン要素は同一直線上にあってはならない。対照的に、光ラインを放射するレーザラインスキャナの場合では、パターン要素のすべてが直線ライン上にある。ラインには幅があり、またライン断面の末端は信号のピークよりも光パワーが小さいことがあるが、ラインのこれらの態様は、対象物の表面座標を求める際に別個に評価されず、したがって別個のパターン要素を表さない。ラインは複数のパターン要素を含み得るが、これらのパターン要素は同一直線上にある。
【００８７】
次に、対象物面の３次元座標を計算する方法を図１５Ｄを参照して示す。ラインスキャナシステム４５００は、プロジェクタ４５２０およびカメラ４５４０を含む。プロジェクタ４５２０は、光源パターン４５２１およびプロジェクタレンズ４５２２を含む。光源パターンは、ラインの形の照らされるパターンを含む。プロジェクタレンズは、プロジェクタ透視中心と、このプロジェクタ透視中心を通るプロジェクタ光軸とを含む。図１５Ｄの例では、中心光線ビーム４５２４が透視光軸と一直線に合っている。カメラ４５４０は、カメラレンズ４５４２および感光アレイ４５４１を含む。レンズは、カメラレンズ透視中心４５４４を通るカメラ光軸４５４３を有する。例示的なシステム４５００では、光ビーム４５２４と一直線に合っているプロジェクタ光軸、およびカメラレンズ光軸４５４４は、光源パターン４５２１から投射される光ビーム４５２６と直角に交わる。言い換えると、ライン４５２６は、図１５で紙と垂直の方向にある。ラインは対象物面に当たるが、この対象物面は、プロジェクタからの第１の距離では対象物面４５１０Ａであり、プロジェクタからの第２の距離では対象物面４５１０Ｂである。図１５Ｄの紙の上方または下方の別々の高さにおいて、対象物面はプロジェクタから、対象物面４５１０Ａまたは４５１０Ｂまでの距離とは異なる距離にあり得ることを理解されたい。図１５Ｄの紙の中にやはりある、光ライン上の点４５２６について、光ラインは、点４５２６において面４５１０Ａと交差し、また点４５２７において面４５１０Ｂと交差する。交差点４５２６の場合では、光線は点４５２６からカメラレンズ透視中心４５４４を通って進んで、像点４５４６において感光アレイ４５４１と交差する。交差点４５２７の場合では、光線は点４５２７からカメラレンズ透視中心を通って進んで、像点４５４７において感光アレイ４５４１と交差する。カメラレンズ光軸４５４４の位置に対する交差点の位置に注目することによって、プロジェクタ（およびカメラ）から対象物面までの距離を決定することができる。プロジェクタから光ライン４５２６上の他の点までの、つまり図１５Ｄの紙面にない光ライン上の点までの距離を同様に求めることができる。通常の場合、感光アレイ上のパターンは光ラインになり（一般に、まっすぐなラインではない）、ここでライン中の各点は、紙面に垂直の別の位置に対応し、紙面に垂直の位置は、プロジェクタからカメラまでの距離についての情報を含む。したがって、感光アレイの像内のラインのパターンを評価することによって、投射ラインに沿った対象物面の３次元座標を求めることができる。ラインスキャナの場合に感光アレイ上の像に含まれる情報は、（一般にまっすぐな）ラインに含まれることに留意されたい。対照的に、構造化光の２次元投射パターンに含まれる情報は、感光アレイ内の像の両次元にわたる情報を含む。
【００８８】
上記に示した説明では、ラインスキャナと領域（構造化光）スキャナを、３つ以上のパターン要素が同一直線上にあるかどうかに基づいて区別するが、この基準の意図は、領域として投射されるパターンとラインとして投射されるパターンを区別することであることに留意されたい。その結果、直線的に投射された、単一経路に沿ってのみ情報を有するパターンは、その１次元パターンが湾曲していることがあっても、なおラインパターンになる。
【００８９】
ラインスキャナが場合により構造化光スキャナに対して有し得る重要な利点は、マルチパス干渉を検出するその大きな能力にある。通常の（所望の）場合では、プロジェクタから出て対象物面に当たる各光線は、一般に対象物から離れる方向に反射すると考えることができる。通常の場合では、対象物の表面は高反射性（すなわち、鏡のような表面）ではなく、その結果ほとんどすべての光が、鏡のように反射されるのではなく、放散的に反射（散乱）されることになる。放散的に反射された光は、鏡のような面の場合に反射光が進むようには単一の方向にすべてが進むのではなく、あるパターンで散乱する。しかし、散乱光の全般的な方向は、鏡のような面からの光の反射と同様に求めることができる。この方向は、プロジェクタからの光が対象物と交差する点に、対象物の表面に対する法線を引くことによって求めることができる。この場合、散乱光の全般的な方向は、表面法線まわりの入射光の反射として求められる。言い換えると、反射角がこの場合には全般的な散乱方向にすぎなくても、反射角は入射角と等しい。
【００９０】
マルチパス干渉の状態は、対象物面に当たる光の一部が、カメラまで戻る前に対象物の別の面にまず散乱される場合に起こる。この散乱光を受ける対象物上の点に関し、その後に感光アレイへ送出される光は、プロジェクタから直接投射された光に該当するだけでなく、プロジェクタ上の別の点へ送出され対象物から散乱した光にも該当する。マルチパス干渉の結果は、特に２次元（構造化）光を投射するスキャナの場合で、プロジェクタから上記の点における対象物面までの計算される距離が不正確になることであり得る。
【００９１】
ラインスキャナの場合には、マルチパス干渉が存在するかどうかを判定する方法がある。一実施形態では、感光アレイの横列は図１５Ｅの紙面に平行であり、縦列は紙面に垂直である。各横列は、紙面に垂直の方向にある投射ライン上の１つの点４５２６を表す。一実施形態では、このライン上の点についてのプロジェクタから対象物までの距離が、各横列の質量中心をまず計算することによって求められる。しかし、各横列上の光は、隣接する画素の領域の上に集められなければならない。相当量の光を受光する２つ以上の領域がある場合、マルチパス干渉の存在が示される。このようなマルチパス干渉状態の一例、およびその結果として生じた感光アレイ上の余分な照明領域が図１５Ｅに示されている。ここで面４５１０Ａは、交差点４５２６の付近に大きい湾曲部を有する。交差点の垂直の面は線４５２８であり、入射角は４５３１である。反射した光ライン４５２９の方向は、入射角と等しい反射角４５３２から求められる。上記のように、光ライン４５２９は実際には、ある範囲の角度にわたって散乱する光の全般的な方向を表す。散乱光の中心は、点４５２７で対象物４５１０Ａに当たり、レンズ４５４４によって感光アレイ上の点４５４８に投影される。点４５４８の付近で受光される光が予想外に大量であることは、マルチパス干渉がおそらく存在することを示す。ラインスキャナでは、マルチパス干渉に関する主な懸念は、２つの点４５４６と４５４１がかなりの距離で隔てられ別個に解析できる図１５Ｅに示された場合ではなく、むしろ２つのスポットが重なり合う、または共に不鮮明である場合である。この場合、図１５Ｅでは点４５４６に該当する、所望の点に該当する質量中心を決定することが不可能である。この問題は、図１５Ｅを再び参照すれば理解できるように、２次元で光を投射するスキャナの場合にさらに悪くなる。感光アレイ４５４１上に投影される光のすべてで２次元座標を求める必要があるならば、点４５２７における光は、プロジェクタから直接投射された所望の光パターンに該当するだけでなく、対象物面からの反射により点４５２７に向けて反射された不要な光にも該当することは明らかである。結果として、この場合、２次元の投射光では、点４５２７について間違った３次元座標が計算される可能性がある。
【００９２】
投射される光ラインでは、多くの場合、ラインの方向を変えることによってマルチパス干渉をなくすることが可能である。１つの可能性は、固有の２次元機能を有するプロジェクタを使用してラインスキャナを作り、それによって、ラインを掃引できるように、または様々な方向に自動的に回転できるようにすることである。例えば、構造化光を用いて得られた特定の走査に関しマルチパス干渉が疑われる場合、測定システムは、掃引される光ラインを使用する測定方法へ自動的に切り替えるように構成することができる。
【００９３】
マルチパス干渉をなくすための別のより完全な方法は、光ラインまたは光領域ではなく、光点をマルチパス干渉の存在が示された領域にわたって掃引することである。単一の光点を照らすことによって、他の照らされた点が散乱光を測定の目的の点に反射する可能性がなくなる。例えば、ライン４５２６が個別の光点の集まりとして走査されるならば、マルチパス干渉の可能性がなくなる。
【００９４】
スキャナ測定を行うときに遭遇し得る別の反射の問題は、鏡面反射光の問題である。場合によっては、比較的平滑な面が、ある曲率を有することがあり、そのため大量の光が感光アレイ上に鏡面反射されることになり、それによって、周囲の画素よりも多くの光を得る「ホットスポット」が生成される。このような光のホットスポットは、「輝点（glint）」と呼ばれることがある。これらのホットスポットにより、スキャナで対象物を適正に測定することが困難になる。マルチパス干渉の場合のように、輝点の問題は、調整可能な方向またはスポットを有するレーザラインを使用することによって克服することができる。
【００９５】
輝点が存在するかどうかを判定することは、感光アレイ上の小さい飽和領域が容易に検出可能であるので簡単である。しかし、マルチパス問題を特定し克服するには、系統だった手法が必要である。マルチパス干渉だけでなく、分解能、材料タイプの効果、表面特性、および形状を含む全体としての特性を評価するのに、一般的方法を使用することができる。図１５Ｆも参照すると、一実施形態では、方法４６００をコンピュータ制御のもとで自動的に実行することができる。ステップ４６０２で、試験される対象物の３次元座標の情報が利用可能であるかどうかを判定する。第１のタイプの３次元情報はＣＡＤデータである。ＣＡＤデータは通常、試験される対象物の名目寸法を示す。第２のタイプの３次元情報は、測定された３次元データであり、例えば、スキャナまたは他のデバイスを用いて以前に測定されたデータである。場合によっては、ステップ４６０２は、座標測定デバイス（例えばレーザトラッカまたは６ＤＯＦスキャナアクセサリ）の基準フレームを対象物の基準フレームと整合させる別のステップを含むことがある。一実施形態では、この整合は、対象物の表面の少なくとも３つの点をレーザトラッカで測定することによって行われる。
【００９６】
ステップ４６０２で提示された質問に対する答えが、３次元情報が利用可能であるということであれば、ステップ４６０４で、コンピュータまたはプロセッサを使用してマルチパス干渉に対する対象測定の感受性を計算する。一実施形態では、この計算は、スキャナプロジェクタから放射される各光線を投射し、それぞれの場合の角度または反射を計算することによって行われる。ラインスキャナの場合で示された一例を図１５Ｅに関して説明した。構造化光スキャナについての計算は、同じように実行される。コンピュータまたはソフトウェアで、マルチパス干渉の結果としてエラーの影響を受けやすい対象物面の各領域を特定する。ステップ４６０４でまた、試験される対象物に対する６ＤＯＦプローブの様々な位置について、マルチパスエラーに対する感受性の解析を実行することもできる。場合によっては、マルチパス干渉は、試験される対象物に対する６ＤＯＦプローブの適切な位置および方位を選択することによって、回避または最小化することができる。ステップ４６０６で提示された質問に対する答えが、３次元情報が利用可能ではないということであれば、ステップ４６０６で、所望の、または好ましい任意の測定方法を使用して対象物面の３次元座標を測定する。マルチパス干渉の計算に続いて、ステップ４６０８を実行して予想スキャン特性の他の諸態様を評価する。このような特性要因の１つは、スキャン分解能が、試験される対象物の特徴部に対し十分であるかどうかである。例えば、デバイスの分解能が３ｍｍで、有効なスキャンデータが所望される１ミリメートル未満の特徴部がある場合、対象物のこれらの問題領域は、後の補正動作のために示されなければならない。分解能に部分的に関連するもう１つの特性要因は、対象物の縁部および孔の縁部を測定する能力である。スキャナ動作についての知識により、スキャナ分解能が所与の縁部に対して十分に好適であるかどうかの判定が可能になる。もう１つの特性要因は、所与の特徴部から返されることが予期される光の量である。光が、例えば小さい孔の内側から、またはある視斜角からスキャナへ返されることは予期されることがほとんどない。また、特定の種類または色の材料からも光が予期されることがほとんどない。特定のタイプの材料は、スキャナからの光に対し透過深さが大きいことがあり、この場合、良好な測定結果が予期されない。場合によっては、自動プログラムがユーザ補足情報を要求することがある。例えば、コンピュータプログラムがＣＡＤデータに基づいてステップ４６０４および４６０８を実行している場合、コンピュータプログラムは、試験されている対象物の使用されている材料タイプまたは表面特性を知らされていないことがある。こうした場合には、ステップ４６０８は、試験されている対象物の材料特性を取得する別のステップを含むことがある。
【００９７】
ステップ４６０４および４６０８の解析に続いて、ステップ４６１０で、さらなる診断手続きが実行されるべきかどうかを決定する。実現可能な診断手続きの第１の例は、ある好ましい角度で縞を投射してマルチパス干渉が観測されるかどうかを示すステップ４６１２である。投射されたライン縞に対するマルチパス干渉の一般的な徴候については、図１５Ｅに関して上記で論じた。診断ステップの別の例はステップ４６１４であり、このステップで、光源パターン（例えば、図１５Ａの光源パターン２５７０または図１５Ｂの光源パターン４７７０）の上のエピポーララインの方向と一直線に合わせたラインの集まりを投射する。光源パターン内の光ラインがエピポーララインと一直線に合っている場合には、これらのラインはまた、例えば図１５Ａの平面２５８０または図１５Ｂの平面４７８０にある感光アレイ上の像面内で、まっすぐなラインに見えることになる。感光アレイ上のこれらのパターンがまっすぐなラインではない場合、またはこれらのラインがぼやけている、もしくはノイズがある場合には、おそらくマルチパス干渉の結果として、問題の存在が示される。
【００９８】
ステップ４６１６で、実施された解析および診断手続きに基づいて、好ましい動作の組合せを選択する。測定の速度が特に重要である場合には、２Ｄ（構造化）コード化光パターンを使用するステップ４６１８の測定が好ましいことがある。高い精度がより重要である場合には、連続パターン（例えば、位相およびピッチが変化する一連の正弦波パターン）を用いた２Ｄ（構造化）コード化光パターンを使用する、ステップ４６２０の測定が好ましいことがある。方法４６１８または４６２０が選択される場合には、ステップ４６２８もまた選択することが望ましいことがある。このステップではスキャナを再配置し、言い換えると、ステップ４６０４の解析によって提示された、マルチパス干渉および鏡面反射（輝点）を最少にする位置にスキャナの位置および方位を調整する。このような表示は、スキャナプロジェクタからの光で問題領域を照らすことによって、またはこのような領域をモニタディスプレイ上に表示することによって、使用者に提示することができる。別法として、測定手順の次ステップは、コンピュータまたはプロセッサによって自動的に選択することができる。好ましいスキャナ位置でマルチパス干渉および輝点がなくならない場合には、いくつかの選択肢が利用可能である。場合によっては、再配置されたスキャナにより測定を繰り返し、有効な測定結果を一緒にすることができる。他の場合では、代替測定ステップが、手順に加えられる、または構造化光を使用する代わりに実施されることがある。前に論じたように、光の縞を走査するステップ４６２２で、マルチパス干渉による問題を有する可能性が低減した領域に関して情報を得る便利な方法を実現する。対象の領域にわたって光の小さいスポットを掃引するステップ４６２４で、マルチパス干渉による問題の可能性をさらに低減する。触覚感知プローブ、またはＳＭＲなどの別の機械的センサによって対象物面の領域を測定するステップで、マルチパス干渉の可能性をなくする。触覚感知プローブでは、プローブ先端のサイズに基づく既知の分解能が得られ、試験される一部の対象物に見出されることがある低い光反射率、または大きい光透過深さの問題がなくなる。
【００９９】
ほとんどの場合で、ステップ４６１８〜４６２８の組合せで集められたデータの質は、以前に実行された解析の結果と一緒にした、測定により取得されたデータに基づいてステップ４６３０で評価することができる。ステップ４６３２で、その質が許容できることが判明した場合、測定はステップ４６３４で完了する。そうでなければ、ステップ４６０４で解析を再開する。場合によっては、３Ｄ情報が望ましいほどに正確ではなかったということがある。この場合には、以前のステップのいくつかを繰り返すことが役立ち得る。
【０１００】
別の実施形態では、カメラ２５３０およびプロジェクタ２５２０は、人間の眼には小さすぎて見えない特徴部を測定するように構成することができる。一般に、この用途では、このサイズのパターンを測定するように構成されたカメラによって、構造化光パターンはサイズが低減される。このタイプのプロジェクタ２５００を使用する用途の例には、小さい溶接スポットの測定、表面の粗度および波打ちの測定、紙などの材料の特性測定、切削縁部の測定、摩耗、摩滅および腐食の測定、平面性およびステップ高の測定が含まれる。６ＤＯＦスキャナおよびレーザトラッカを含む、図１５のスキャナシステムでは、広い面積にわたって小さい特徴部の測定が可能になる。
【０１０１】
図１６は、光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０と一緒に使用される６ＤＯＦ表示器２８００の一実施形態を示す。光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０については図１３と一緒に論じており、ここではこの議論を繰り返さない。一実施形態では、光電子システム９００は光電子システム１９００に置き換えられる。６ＤＯＦ表示器２８００は、本体２８１４、１つ以上の逆反射体２８１０、２８１１、取付台２８９０、任意選択の電気ケーブル２８３６、任意選択の電池２８３４、インターフェース構成要素２８１２、識別名要素２８３９、アクチュエータボタン２８１６、アンテナ２８３８、および電子回路基板２８３２を含む。図１６の逆反射体２８１０、任意選択の電気ケーブル２８３６、任意選択の電池２８３４、インターフェース構成要素２８１２、識別名要素２８３９、アクチュエータボタン２８１６、アンテナ２８３８、および電子回路基板２８３２は、それぞれ図１４の逆反射体２０１０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２に相当する。これら相当する要素についての説明は、上記で論じたものと同じであり、繰り返さない。取付台２８９０は可動要素に取り付けられ、それによって、レーザトラッカで可動要素の６自由度を測定することが可能になる。可動要素は、ロボットエンドエフェクタ、工作機械、またはアセンブリ上の用具（例えば、組立てラインキャリッジ）であり得る。逆反射体２８１０は小さくすることができ、また図１６の他のほとんどの要素は任意選択であり、省略できるので、６ＤＯＦ表示器は小型にすることができる。この小型であることが場合によって利点になる。レーザトラッカで６ＤＯＦスキャナを様々な方向から追跡できるようにするために、逆反射体２６１１などの追加逆反射体が第１の逆反射体２６１０に追加されることがある。
【０１０２】
図１６Ａは、６ＤＯＦ表示器４７３０が、磁気収納台４７３２上に取り付けられた６ＤＯＦ球状取付け逆反射体（ＳＭＲ）４７３４である一実施形態を示す。この６ＤＯＦ  ＳＭＲは、反射要素の各交差点に沿ってマーキングを有する開放空気型逆反射体またはガラス逆反射体でよいパターン付き逆反射体を含み得る。一実施形態では、６ＤＯＦ表示器の初期の方位は、作業者が６ＤＯＦ  ＳＭＲを、例えばマークまたはラベルが上に向けられた好ましい方位に配置することによって決定される。この方法により、６ＤＯＦ表示器は、他の何らかのデバイスからいかなる電力も、またいかなる電気信号も必要としない完全な受動型にすることができる。このような６ＤＯＦ表示器は、磁気収納台が任意の所望の場所、例えばロボットまたは工作機械上に、組み込まれるべきいかなる電気ケーブルも複雑な固定具も必要とせずに簡単に取り付けることができるので、かなり有利になる。一実施形態では、磁気収納台４７３２は、ロボットまたは工作機械であり得るデバイスに、ネジ穴４７３４に付けられるネジを用いて取り付けられる。他の実施形態では、磁気収納台は、高温接着剤またはエポキシを用いてデバイスに取り付けられる。
【０１０３】
図１６Ｂは、６ＤＯＦ表示器４７３４が、拘束部４７６２を有する収納台４７３２上に取り付けられた６ＤＯＦ  ＳＭＲである一実施形態４７６０を示す。拘束部は、６ＤＯＦ  ＳＭＲ  ４７３４と接触する要素、例えば、機械加工された金属片、プラスチックカバー、または帯を含む。拘束部は、固定機構４７６４によって６ＤＯＦ  ＳＭＲ  ４７３４と物理的に密接触させてある。固定機構の例には、フック留め具およびネジ留め具が含まれる。拘束部４７６２は、衝突および高い加速度に対する保護の働きをする。
【０１０４】
図１７は、光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０と一緒に使用される６ＤＯＦプロジェクタ２６００の一実施形態を示す。光電子システム９００および位置決め装置カメラシステム９５０については図１３と一緒に論じており、ここではその議論を繰り返さない。一実施形態では、光電子システム９００は、２つ以上の光波長を有する光電子システムに置き換えられる。６ＤＯＦプロジェクタ２６００は、本体２６１４、１つ以上の逆反射体２６１０、２６１１、プロジェクタ２６２０、任意選択の電気ケーブル２６３６、任意選択の電池２６３４、インターフェース構成要素２６１２、識別名要素２６３９、アクチュエータボタン２６１６、アンテナ２６３８、および電子回路基板２６３２を含む。図１７の逆反射体２６１０、任意選択の電気ケーブル２６３６、任意選択の電池２６３４、インターフェース構成要素２６１２、識別名要素２６３９、アクチュエータボタン２６１６、アンテナ２６３８、および電子回路基板２６３２は、それぞれ図１４の逆反射体２０１０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２に相当する。これら相当する要素についての説明は、上記で論じたものと同じであり、繰り返さない。６ＤＯＦプロジェクタ２６００は、光源、光源およびステアリングミラー、ＭＥＭＳマイクロミラー、液晶プロジェクタ、または他の、光パターンを加工物２６００の上に投射できる任意のデバイスを含み得る。６自由度のプロジェクタ２６００は、特許‘７５８に記載されている方法を用いたレーザトラッカで知られている。６自由度から、投射された光パターンの３次元座標をトラッカ基準フレーム内で求めることができ、次に、この３次元座標を加工物の基準フレームに変換することが、例えば、この加工物上の３点のレーザトラッカによる測定によって可能である。逆反射体２６１１などの追加の逆反射体が、レーザトラッカで６ＤＯＦスキャナを様々な方向から追跡することが可能になるように第１の逆反射体２６１０に追加されることがあり、それによって、６ＤＯＦプロジェクタ２６００から投射できる光の方向の融通性が大きくなる。
【０１０５】
加工物の基準フレーム内の知られている加工物２６６０の表面の投射光パターン２６４０を用いて、種々の有用な機能を得ることができる。第１の例として、この投射パターンは、構成要素を加工物２６６０の上に付けることができるようにするために作業者がドリルで孔を開けるべき、または他の作業を行うべきところを示すことができる。例えば、ゲージを航空機のコックピットに取り付けることができる。このような現場組立ての方法は、多くの場合で費用対効果が大きくなり得る。第２の例として、投射パターンは、輪郭パターン、カラーコード化された許容範囲パターン、または他のグラフィック手段を使用することにより、材料を用具に付加する、または用具から除去する必要があるところを示すことができる。作業者は、用具を使用して不要な材料を削り落とすこと、またはフィラー材料を使用して１つの領域を充填することができる。レーザトラッカ、またはレーザトラッカに取り付けられた外部コンピュータがＣＡＤモデルの詳細を知ることができるので、６ＤＯＦプロジェクタは、ＣＡＤ許容範囲に適合するように用具を修正するための比較的速く簡単な方法を実現することができる。他のアセンブリ作業には、スクライビング、接着剤の塗布、コーティングの付加、ラベルの添付、および洗浄が含まれ得る。第３の例として、投射パターンは、隠れた構成要素を示すことができる。例えば、管類および電気ケーブルは、表面の背後に配設され、見えなくなっていることがある。これらの構成要素の位置は加工物上に投射することができ、それによって作業者は、組立てまたは修理の作業を行う際にその構成要素を避けることができるようになる。
【０１０６】
プロジェクタスキャナから加工物の基準フレームの中に光を投射するには、加工物の基準フレームをレーザトラッカの基準フレームの中に定めることが一般に必要である。これを行う１つの方法は、加工物の表面の３つの点をレーザトラッカで測定することである。そうすると、ＣＡＤモデル、または以前に測定されたデータを使用して、加工物とレーザトラッカの間の関係を確立することができる。
【０１０７】
作業者が６ＤＯＦプロジェクタの支援を得て組立て作業を行う場合、有用な技法は、６ＤＯＦプロジェクタを固定の台または取付台の上に取り付けることであり、それによって、作業者は、両手が自由な状態で組立て作業を行うことができるようになる。レーザトラッカおよび６ＤＯＦプロジェクタの有用なモードは、レーザトラッカが６ＤＯＦスキャナ上の逆反射体を追跡しなくなった後でも６ＤＯＦプロジェクタに光パターンを引き続き投射させることである。このようにして、行われるべき組立て作業を示す光パターンがプロジェクタにより引き続き表示されている間、作業者は、例えばＳＭＲ、６ＤＯＦプローブ、または６ＤＯＦスキャナと共に、レーザトラッカを使用して測定を行うことができる。同様にして、トラッカを使用して、各スキャナプロジェクタ上の逆反射体を追跡することをトラッカが停止した後に引き続きパターンを投射する、２つ以上のスキャナプロジェクタを構成することができる。したがって、高レベルの細部を比較的広い領域に投射することができ、それによって、数人の作業者を同時に支援することが可能になる。また、あるモードで６ＤＯＦスキャナがいくつかの代替パターンのいずれかを投射できるようにすることも可能であり、それによって、作業者が組立て作業を所定の順序で行うことができるようになる。
【０１０８】
組立て作業を支援すること以外にプロジェクタスキャナは、検査手順を実行することの支援をすることができる。場合によっては、検査手順は、作業者が一連の測定を特定の順序で行うことを必要とする。６ＤＯＦスキャナは、作業者が各ステップにおける測定を行うべき位置に向けることができる。６ＤＯＦスキャナは、測定が行われるべき領域を画定することができる。例えば、ボックスを描くことによって６ＤＯＦスキャナは、作業者がそのボックスの内側の領域にわたる走査測定を多分その領域の平面度を決定するために、またはおそらくは長い一連の測定の一部として行うことを表示することができる。プロジェクタはこの一連のステップを、レーザトラッカによって追跡される６ＤＯＦ逆反射体を用いて継続できるので、作業者はトラッカを使用して、または他の用具を使用して一連の検査を継続することができる。トラッカが測定を行っている場合、トラッカは、測定がうまく完了したときを知り、次のステップに進むことができる。プロジェクタスキャナはまた、書かれたメッセージまたは音声メッセージの形で情報を作業者に提示することもできる。作業者は、トラッカカメラまたは他の手段で捕捉できる身ぶりを用いて、レーザトラッカに命令を知らせることができる。
【０１０９】
６ＤＯＦプロジェクタは、情報を伝えるために、おそらく動的に適用される光パターンを使用することがある。例えば、６ＤＯＦプロジェクタは、ＳＭＲが移動されるべき方向を示す前後の動きを用いることがある。６ＤＯＦプロジェクタは、メッセージを伝えるために他のパターンを描くこともあり、このメッセージは、書面形式または表示形式で使用者が入手可能であり得る１組の規則に従って、作業者によって解釈され得る。
【０１１０】
６ＤＯＦプロジェクタはまた、調査されている対象物の性質についての情報を使用者に伝えるために使用されることもある。例えば、寸法測定が行われた場合、６ＤＯＦプロジェクタは、試験されている対象物の表面座標に関連付けられたエラー領域を表示するカラーコード化パターンを投射し得る。別法として、６ＤＯＦプロジェクタは、許容範囲を外れる領域または値だけを表示することもできる。例えば、６ＤＯＦプロジェクタは、表面特性が許容範囲の外側にある領域を強調表示することができる。別法として、６ＤＯＦプロジェクタは、２つの点の間で測定された長さを示すラインを描き、次にその部分に、その距離と関連付けられたエラー量を示すメッセージを書き込むこともできる。
【０１１１】
６ＤＯＦプロジェクタはまた、寸法特性に加えて測定された特性についての情報を表示することもでき、これらの特性は、対象物上の座標位置と結び付けられる。試験される対象物のこのような特性には、温度値、超音波値、マイクロ波値、ミリメートル波値、Ｘ線値、放射線値、化学検出値、および他の多くの種類の値が含まれ得る。このような対象物特性は、上記で論じたように６ＤＯＦスキャナを使用して測定することができ、また対象物上の３次元座標と合致し得る。別法として、対象物の特性は、別個の測定デバイスを使用して対象物上で測定することもでき、そのデータは何らかの方法で、対象物基準フレームを用いて対象物面の寸法座標と相互に関連付けられる。次に、対象物の基準フレームをレーザトラッカまたは６ＤＯＦプロジェクタの基準フレームと合致させることによって、対象物特性についての情報を、例えばグラフィック形式で対象物上に表示することができる。例えば、対象物面の温度値は感熱アレイを使用して測定することができる。それぞれの温度は、対象物面上に投射されるカラーコードによって表すことができる。
【０１１２】
６ＤＯＦスキャナはまた、モデル化データを対象物面上に投射することもできる。これは例えば、熱有限要素解析（ＦＥＡ）の結果を対象物面上に投射し、次に作業者が、２つのディスプレイ（ＦＥＡまたは測定された熱データ）のどちらが任意のある時間に表示されるかを選択できるようにすることができる。両方のデータセットが、特性が見出される実際の位置（例えば、特定の温度が測定された、または存在すると予測された位置）で対象物上に投射されるので、使用者は、対象物に影響を及ぼす物理的効果について明確かつ即時に理解することになる。６ＤＯＦプロジェクタはまた、ロボットまたは工作機械などの可動支持体に取り付けることもできる。
【０１１３】
人間の眼には小さすぎて見えない分解された特徴部を有する小さい領域の測定が行われた場合、６ＤＯＦプロジェクタは、対象物面の一部分について以前に測定されたこれらの特性の拡大された視像を対象物面上に投射することができ、それによって、使用者は、拡大しなければ小さすぎて見えない特徴部を見ることができるようになる。一実施形態では、高分解能測定が、図１５のスキャナ２５００などの６ＤＯＦスキャナを用いて行われ、その結果が、６ＤＯＦスキャナ内、または６ＤＯＦプロジェクタ内のプロジェクタであってよいプロジェクタによって投射される。
【０１１４】
図１８は、光電子システム２７９０と一緒に使用される６ＤＯＦプロジェクタ２７００の一実施形態を示す。光電子システム２７９０は、６ＤＯＦプロジェクタ２７００の６自由度を測定できる任意のデバイスでよい。一実施形態では、光電子システム２７９０は、逆反射体の照らされた光源を６ＤＯＦプロジェクタ２７００上に見る１つ以上のカメラを含む。１つ以上のカメラ上の各光源像の相対位置に注目することによって、３方位自由度が求められる。追加の３自由度が、例えば距離計および２つの角度エンコーダを使用して逆反射体２７１０の３次元座標を求めることによって求められる。別の実施形態では、３座標自由度が、光ビームをコーナキューブ逆反射体２７１０の頂点を経由して、感光アレイでよい位置検出器まで送出して２自由度を決定することによって、また、同じ光ビームでよい偏光光ビームを少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ経由で送出して第３の自由度を決定することによって求められる。第３の実施形態では、光電子アセンブリ２７９０は、光パターンを６ＤＯＦプロジェクタ２７００上に送出する。この実施形態では、インターフェース構成要素２７１２は、パターンを検出するための、またこの検出により６ＤＯＦプロジェクタ２７００の３方位自由度を決定するための、線形感光アレイでよい複数の線形位置検出器を含む。当業者には理解されるように、他の多くの光電子システム２７９０が、６ＤＯＦプロジェクタ２７００の６自由度を決定するために実現可能である。６ＤＯＦプロジェクタ２７００は、本体２７１４、１つ以上の逆反射体２７１０、２７１１、プロジェクタ２７２０、任意選択の電気ケーブル２７３６、任意選択の電池２７３４、インターフェース構成要素２７１２、識別名要素２７３９、アクチュエータボタン２７１６、アンテナ２７３８、および電子回路基板２７３２を含む。図１８の任意選択の電気ケーブル２７３６、任意選択の電池２７３４、インターフェース構成要素２７１２、識別名要素２７３９、アクチュエータボタン２７１６、アンテナ２７３８、および電子回路基板２７３２は、それぞれ図１４の逆反射体２０１０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２に相当する。これら相当する要素についての説明は、上記で論じたものと同じであり、繰り返さない。逆反射体２７１１などの追加の逆反射体が、レーザトラッカで６ＤＯＦスキャナを様々な方向から追跡することが可能になるように第１の逆反射体２７１０に追加されることがあり、それによって、６ＤＯＦプロジェクタ２７００から投射できる光の方向の融通性が大きくなる。
【０１１５】
図１５に戻って参照すると、スキャナ光源２５２０が、スキャナカメラ２５３０と一緒に使用するための光源になることに加えて、パターンを表示するプロジェクタとして機能する場合では（加工物の３次元座標を決定するため）、ターゲット２５００の６自由度を求めるための他の方法を使用できることに気付く。このような方法には、図１５には明示されていないが、図１８に関して論じた方法が含まれ得る。
【０１１６】
図１７と図１８は、図１８の６ＤＯＦプロジェクタが図１７の６ＤＯＦプロジェクタよりも広範囲の６ＤＯＦ測定方法を使用できることを除いて、類似している。６ＤＯＦプロジェクタ２６００の適用例について加えた注釈のすべてはまた、６ＤＯＦプロジェクタ２７００にも当てはまる。
【０１１７】
図１９は、光電子システム２７９０と一緒に使用される６ＤＯＦセンサ４９００の一実施形態を示す。光電子システム２７９０は、６ＤＯＦセンサ４９００の６自由度を測定できる任意のデバイスでよい。一実施形態では、光電子システム２７９０は、逆反射体の照らされた光源を６ＤＯＦセンサ４９００上に見る１つ以上のカメラを含む。１つ以上のカメラ上の各光源像の相対位置に注目することによって、３方位自由度が求められる。追加の３自由度が、例えば距離計および２つの角度エンコーダを使用して逆反射体４９１０の３次元座標を求めることによって求められる。別の実施形態では、３座標自由度が、光ビームをコーナキューブ逆反射体４９１０の頂点を経由して、感光アレイでよい位置検出器まで送出して２自由度を決定することによって、また、同じ光ビームでよい偏光光ビームを少なくとも１つの偏光ビームスプリッタ経由で送出して第３の自由度を決定することによって求められる。第３の実施形態では、光電子アセンブリ２７９０は、光パターンを６ＤＯＦセンサ４９００上に送出する。この実施形態では、インターフェース構成要素４９１２は、パターンを検出するための、またこの検出により６ＤＯＦプロジェクタ２７００の３方位自由度を決定するための、線形感光アレイでよい複数の線形位置検出器を含む。当業者には理解されるように、他の多くの光電子システム２７９０が、６ＤＯＦプロジェクタ２７００の６自由度を決定するために実現可能である。６ＤＯＦセンサ４９００は、本体４９１４、１つ以上の逆反射体４９１０、４９１１、センサ４９２０、任意選択の発生源４９５０、任意選択の電気ケーブル４９３６、任意選択の電池４９３４、インターフェース構成要素４９１２、識別名要素４９３９、アクチュエータボタン４９１６、アンテナ４９３８、および電子回路基板４９３２を含む。図１８の任意選択の電気ケーブル４９３６、任意選択の電池４９３４、インターフェース構成要素４９１２、識別名要素４９３９、アクチュエータボタン４９１６、アンテナ４９３８、および電子回路基板４９３２は、それぞれ図１４の逆反射体２０１０、任意選択の電気ケーブル２０４６、任意選択の電池２０４４、インターフェース構成要素２０１２、識別名要素２０４９、アクチュエータボタン２０１６、アンテナ２０４８、および電子回路基板２０４２に相当する。これら相当する要素についての説明は、上記で論じたものと同じであり、繰り返さない。逆反射体４９１１などの追加の逆反射体が、レーザトラッカで６ＤＯＦスキャナを様々な方向から追跡することが可能になるように第１の逆反射体４９１０に追加されることがあり、それによって、６ＤＯＦセンサ４９００で検知できる対象物の方向の融通性が大きくなる。
【０１１８】
センサ４９２０は様々なタイプであり得る。例えば、センサは、光が０．７〜２０マイクロメートルの波長を有する赤外線領域のスペクトルの光エネルギーに反応することができ、それによって、点４９２４における対象物面の温度を決定することができる。センサ４９２０は、対象物４９６０から放射される赤外線エネルギーを、一般に軸４９２２に中心が置かれる視野４９４０全体にわたって集めるように構成される。測定された表面温度に対応する対象物面上の点の３次元座標は、軸４９２２を対象物４９６０上に投射し、交差点４９２４の場所を見つけることによって求めることができる。交差点の場所を決定するには、対象物基準フレームとデバイス（トラッカ）基準フレームの間の関係を知る必要がある。別法として、トラッカ基準フレームとセンサ基準フレームの間の関係がすでに分かっているので、対象物基準フレームと６ＤＯＦセンサ基準フレームの間の関係を知ることもできる。別法として、６ＤＯＦセンサ上のトラッカによって行われた測定からトラッカ基準フレームと６ＤＯＦセンサの間の関係がすでに分かっているので、対象物基準フレームと６ＤＯＦセンサ基準フレームの間の関係を知ることもできる。対象物基準フレームとトラッカ基準フレームの間の関係を決定する１つの方法は、対象物面の３つの点の３次元座標を測定することである。測定された３つの点と関連した対象物についての情報を得ることによって、対象物面のすべての点を知ることになる。測定された３つの点と関連した対象物についての情報は、例えばＣＡＤ図面から、または任意のタイプの座標測定デバイスによって行われた以前の測定から得ることができる。
【０１１９】
放射された赤外線エネルギーを測定することに加えて、電磁スペクトルを広範囲の波長すなわち周波数にわたって測定（検知）することもできる。例えば、電磁エネルギーは光領域にあることもあり、また可視、赤外線、紫外線およびテラヘルツの領域を含み得る。対象物の温度に応じて対象物から放射される熱エネルギーなど、いくつかの特性は対象物の性質に固有であり、また外部照明を必要としない。対象物の色などの他の特性は背景照明によって決まり、検知される結果は、照明の特性によって例えば照明の波長それぞれで利用可能な光パワーの量が変わり得る。測定される光特性は、光検出器で受け取られた光パワーを含み得ると共に、様々な波長のエネルギーを一元化して、それぞれの波長における光検出器の応答性に応じた電気的応答を生じさせることがある。
【０１２０】
場合によっては、照明は、発生源４９５０から対象物に意図的に当てられることがある。当てられる照明が背景照明と区別されることが望ましい試験が実施される場合、当てられる照明は、例えば正弦波または方形波で変調することができる。その場合、ロックイン増幅器または同様な方法をセンサ４９２０内の光検出器と合わせて使用して、当てられた光だけを抽出することができる。
【０１２１】
センサ４９４０によって電磁放射を検知する他の例には、紫外光に存在する波長よりも短い波長のＸ線を検知することが含まれ、ミリメートル波、マイクロ波、ＲＦ波などを検知することは、テラヘルツ波および他の光波に存在する波長よりも長い波長の例である。Ｘ線は、材料を貫通して対象物の内部特性（例えば、欠陥が存在すること、または複数の種類の材料が存在すること）についての情報を得るために使用されることがある。発生源４９５０は、Ｘ線を放射して対象物４９６０に照射するために使用することができる。６ＤＯＦセンサ４９００を移動させ、欠陥の存在または材料界面を複数の視像により観察することによって、材料中の欠陥または材料界面の３次元座標を決定することが可能である。さらに、センサ４９４０が図１７および図１８のプロジェクタ２７００などのプロジェクタと組み合わされる場合、欠陥を修理するために修理作業がどこで実行される必要があるかを表示するパターンを対象物面上に投射することができる。
【０１２２】
一実施形態では、発生源４９５０が、電気領域のスペクトル（ミリメートル波、マイクロ波またはＲＦ波）の電磁エネルギーを供給する。発生源からの電波を対象物４９６０に照射し、反射波または散乱波をセンサ４９２０で捕捉する。一実施形態では、電波は、壁の後ろの、または他の対象物を貫通するために使用される。例えば、このようなデバイスは、ＲＦＩＤタグが存在することを検出するために使用されることがある。このようにして、６ＤＯＦセンサ４９００は、工場中にあるＲＦＩＤタグの位置を決定するために使用することができる。ＲＦＩＤタグ以外の他の対象物の位置もまた特定することができる。例えば、コンピュータまたは他の電気デバイスに妨害を与える高レベルの広帯域電磁エネルギーを放射する、溶接装置などのＲＦ波またはマイクロ波の発生源は、６ＤＯＦスキャナを使用して位置を特定することができる。
【０１２３】
一実施形態では、発生源４９５０は超音波を供給し、センサ４９２０は超音波センサである。超音波センサは、透明な物体、液面、または高反射性面もしくは金属面を検知する場合に、光センサに対して有利である。医療関連では、超音波センサは、見られる特徴部の位置を患者の体に対して局在化させるために使用されることがある。センサ４９２０は、極微量の化学成分を検出し、検出された化学成分の化学的特徴を提示するように構成された化学センサとすることもできる。センサ４９２０は、放射性崩壊が存在することを検知するように構成することもでき、それによって、対象物が人体曝露の危険をもたらすかどうかが表示される。センサ４９２０は、表面粗さ、波打ち、および撚り目などの表面触感を測定するように構成することもできる。センサは、プロフィルメータ、干渉計、共焦点顕微鏡、容量計、または類似のデバイスでもよい。６ＤＯＦスキャナもまた、表面触感を測定するのに使用することができる。対象物の他の特性は、上記で言及していない他のタイプのセンサを使用して測定することができる。
【０１２４】
図１９Ａは６ＤＯＦセンサ４９９０の一実施形態を示し、これは、６ＤＯＦセンサ４９９０のセンサ４９２２がレンズ４９２３および感光アレイ４９２４を含むことを除いて、図１９の６ＤＯＦセンサ４９００と同様である。６ＤＯＦセンサの視野４９４０内からの放射または反射されたエネルギー線４９２５が対象物面４９６０上の点４９２６に現れ、センサレンズ４９２３の透視中心４９２７を通って感光アレイ４９２４上の点４９２８に到達する。発生源４９５０は、対象物面４９６０の領域を照射し、それによって感光アレイ上に反応が生じる。各点は、対象物面上の検知された特徴部の３次元座標、３方位自由度によって決定された各３次元点、３平行移動自由度、センサアセンブリ内のカメラおよびプロジェクタの形状、および対象物面上の点に対応する感光アレイ上の位置と関連付けられる。センサ４９２２の一例は、ある温度を様々な画素に与えることによって反応する熱アレイセンサであり、それぞれの固有センサ値が３次元面座標と関連付けられる。
【０１２５】
図２０は、座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面上の３つ以上の面セットを測定する方法のステップ５０００を示す流れ図であり、３つ以上の面セットのそれぞれは、デバイス基準フレーム内の対象物面上の１つの点の３次元座標であり、各面セットは３つの値を含み、デバイス基準フレームは座標測定デバイスと関連付けられる。
【０１２６】
ステップ５００５で、本体、第１の逆反射体、プロジェクタ、カメラ、およびスキャナプロセッサを有するターゲットスキャナを用意し、第１の逆反射体、プロジェクタ、およびカメラが本体に堅固に取り付けられ、ターゲットスキャナが座標測定デバイスから機械的に取り外される。このステップで、プロジェクタは光源パターンを含み、この光源パターンは光源面に置かれて、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素を含み、プロジェクタは、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを対象物上に形成するように構成され、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素のそれぞれは、少なくとも１つの面セットに対応する。このステップでまた、カメラは、カメラレンズおよび感光アレイを含み、カメラレンズは、対象物光パターンを感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、感光アレイはカメラ画素を含み、像光パターンからカメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成される。
【０１２７】
ステップ５０１０で座標測定デバイスを用意し、座標測定デバイスは、平行移動セットおよび方位セットを測定するように構成され、平行移動セットは、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３平行移動自由度の値であり、方位セットは、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３方位自由度の値であり、平行移動セットおよび方位セットは、空間内のターゲットスキャナの位置および方位を定義するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出するように、かつ第１の光ビームの一部分である第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、座標測定デバイスはデバイスプロセッサを含み、デバイスプロセッサは、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、決定するように構成される。またこのステップで、スキャナプロセッサとデバイスプロセッサは、３つ以上の面セットをそれぞれ少なくとも一部は平行移動セット、方位セットおよび画素デジタル値に基づいて決定するように、一緒に構成される。
【０１２８】
ステップ５０１５で光源パターンを選択する。
【０１２９】
ステップ５０２０で、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを生成する。
【０１３０】
ステップ５０２５で、対象物光パターンを感光アレイ上に投影して像光パターンを得る。
【０１３１】
ステップ５０３０で、像光パターンの画素デジタル値を得る。
【０１３２】
ステップ５０３５で、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出する。
【０１３３】
ステップ５０４０で、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取る。
【０１３４】
ステップ５０４５で、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、測定する。
【０１３５】
ステップ５０５０で、同一直線上にない少なくとも３つのパターン要素のそれぞれに対応する面セットを決定する。
【０１３６】
ステップ５０５５で、面セットを保管する。方法５０００はマーカＡで終了する。
【０１３７】
図２１は、図２０のマーカＡに続く方法のステップ５１００を表す流れ図である。
【０１３８】
ステップ５１０５で、触覚感知プローブを対象物面に接触させる。
【０１３９】
ステップ５１１０で、平行移動セットおよび方位セットを測定する。
【０１４０】
ステップ５１１５で、第２の面セットを少なくとも一部は平行移動セットおよび方位セットに基づいて決定する。
【０１４１】
図２２は、図２０のマーカＡに続く方法のステップ５２００を表す流れ図である。ステップ５２０５で、面セットを評価する。ステップ５２１０で、対象物面の一領域が、評価された面セットに少なくとも一部は基づき触覚感知プローブを用いて測定されるべきことを使用者に知らせる。
【０１４２】
図２３は、図２０のマーカＡに続く方法のステップ５３００を表す流れ図である。ステップ５３０５で、パターンを第１の逆反射体に組み込む。ステップ５３１０で、第１の逆反射体の少なくとも一部分の第２の像を第２の感光アレイ上に形成するように構成された第２のレンズと、第２の感光アレイとを含む第２の光学系を用意する。ステップ５３１５で、第２の像を第２のデジタルデータセットに変換する。ステップ５３２０で、方位セットを少なくとも一部は第２のデジタルデータセットに基づいて計算する。
【０１４３】
図２４は、座標測定デバイスと、センス特性およびセンス特性と関連付けられた面セットを測定するためのターゲットセンサとを用いる測定方法のステップ５４００を示す流れ図であり、面セットは、デバイス基準フレーム内の対象物面上の１つの点の３次元座標であり、各面セットは３つの値を含み、デバイス基準フレームは座標測定デバイスと関連付けられる。
【０１４４】
ステップ５４０５で、本体、第１の逆反射体、センサ、およびセンサプロセッサを有するターゲットセンサを用意し、第１の逆反射体およびセンサは本体に堅固に取り付けられ、ターゲットセンサは座標測定デバイスから機械的に取り外され、ターゲットセンサはセンス特性を測定するように構成され、センス特性は、センサで測定された量と関連付けられた値である。
【０１４５】
ステップ５４１０で座標測定デバイスを用意し、座標測定デバイスは、デバイス基準フレーム内のターゲットセンサの３平行移動自由度の値である平行移動セットと、デバイス基準フレーム内のターゲットセンサの３方位自由度の値である方位セットとを測定するように構成され、平行移動セットおよび方位セットは、空間内のターゲットセンサの位置および方位を定義するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出するように、かつ第１の光ビームの一部分である第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、座標測定デバイスはデバイスプロセッサを含み、デバイスプロセッサは、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、決定するように構成され、センサプロセッサとデバイスプロセッサは、センス特性および面セットを、面セットは平行移動セットおよび方位セットに少なくとも一部は基づいて決定するように、一緒に構成される。
【０１４６】
ステップ５４１５で、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出する。
【０１４７】
ステップ５４２０で、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取る。
【０１４８】
ステップ５４２５で、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、測定する。
【０１４９】
ステップ５４３０で、面セットを決定する。
【０１５０】
ステップ５４３５で、センス特性を検知する。
【０１５１】
ステップ５４４０で、面セットおよびセンス特性を保管する。方法５４００はマーカＢで終了する。
【０１５２】
図２５は、図２４のマーカＢから開始する方法のステップ５５００を表す流れ図である。ステップ５５０５で、パターンを第１の逆反射体に組み込む。
【０１５３】
ステップ５５１０で、第２のレンズおよび第２の感光アレイを含む光学系を用意し、第２のレンズは、パターニングされた逆反射体の少なくとも一部分の第２の像を第２の感光アレイ上に形成するように構成される。
【０１５４】
ステップ５５１５で、第２の像を第２のデジタルデータセットに変換する。
【０１５５】
ステップ５５２０で、方位セットを少なくとも一部は第２のデジタルデータセットに基づいて計算する。
【０１５６】
図２６は、第１のターゲットプロジェクタを用いて第１のパターンを投射することによって、第１の情報を座標測定デバイスの使用者に伝える方法のステップ５６００を表す流れ図である。
【０１５７】
ステップ５６０５で、ターゲットプロジェクタ基準フレームを有すると共に本体、第１の逆反射体およびプロジェクタを含む、第１のターゲットプロジェクタを用意し、第１の逆反射体およびプロジェクタは本体に堅固に取り付けられ、第１のターゲットプロジェクタは座標測定デバイスから機械的に取り外され、プロジェクタは２次元の光パターンを投射するように構成され、光パターンは、３次元対象物に遮られたときに３次元光パターンを形成する。
【０１５８】
ステップ５６１０でデバイス基準フレームを有する座標測定デバイスを用意し、座標測定デバイスは、デバイス基準フレーム内の第１のターゲットプロジェクタの３平行移動自由度の値である平行移動セットと、デバイス基準フレーム内の第１のターゲットプロジェクタの３方位自由度の値である方位セットとを測定するように構成され、平行移動セットおよび方位セットは、空間内の第１のターゲットプロジェクタの位置および方位を定義するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出するように、かつ第１の光ビームの一部分である第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、座標測定デバイスは、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、決定するように構成されたデバイスプロセッサを含む。
【０１５９】
ステップ５６１５で、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出する。
【０１６０】
ステップ５６２０で、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取る。
【０１６１】
ステップ５６２５で、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、測定する。
【０１６２】
ステップ５６３０で、伝えられるべき第１の情報を選択し、この第１の情報は、対象物上の１つの位置、対象物上の複数の位置、可動パターンによって示された方向、１つ以上の記号もしくは英数字を含むメッセージ、隠れた特徴部、測定された対象物特性、モデル化特性、表面特性の拡大図、規則に従った意味を有するパターン、およびこれらの組合せで構成される群から選択される。
【０１６３】
ステップ５６３５で、第１の情報に対応する第１の光パターンを決定する。
【０１６４】
ステップ５６４０で、第１のパターンを保管する。
【０１６５】
ステップ５６４５で、第１の光パターンをプロジェクタから対象物上に、少なくとも一部は平行移動セットおよび方位セットに基づいて投射する。方法５６００は、マーカＣで終了する。
【０１６６】
図２７は、図２６のマーカＣから開始する方法のステップ５７００を表す流れ図である。ステップ５７０５で、第１のターゲットプロジェクタが第１の光パターンを対象物上に継続して投射している間、座標測定デバイスを用いて測定する。
【０１６７】
図２８は、図２６のマーカＣから開始する方法のステップ５８００を表す流れ図である。ステップ５８０５で、第３の逆反射体を有する第２のターゲットプロジェクタを用意する。ステップ５８１０で、第１の光ビームを第３の逆反射体へ送出する。ステップ５８１５で、第２の光ビームを第３の逆反射体から座標測定デバイスへ返す。
【０１６８】
図２９は、図２６のマーカＣから開始する方法のステップ５９００を表す流れ図である。ステップ５９０５で、パターンを第１の逆反射体に組み込む。ステップ５９１０で、第２の光学系を用意する。ステップ５９１５で、第２の像を第２のデジタルデータセットに変換する。ステップ５９２０で、方位セットを少なくとも一部は第２のデジタルデータセットに基づいて計算する。
【０１６９】
図３０は、図２６のマーカＣから開始する方法のステップ６０００を表す流れ図である。ステップ６００５で、スピーカを有する第１のターゲットプロジェクタを用意する。ステップ６０１０で、伝えられるべき第２の情報を選択する。ステップ６０１５で、第２の情報に対応する第１の音声メッセージを決定する。ステップ６０２０で、第１の音声メッセージをスピーカから送出する。
【０１７０】
図３１は、座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面で複数の面セットを測定するためのステップ６１００を表す流れ図であり、面セットのそれぞれは、デバイス基準フレーム内の対象物面上の１つの点の３次元座標であり、各面セットは３つの値を含み、デバイス基準フレームは座標測定デバイスと関連付けられる。
【０１７１】
ステップ６１０５で、本体、パターンを組み込む第１の逆反射体、プロジェクタ、カメラおよびスキャナプロセッサを有するターゲットスキャナを用意し、第１の逆反射体、プロジェクタ、およびカメラが本体に堅固に取り付けられ、ターゲットスキャナが座標測定デバイスから機械的に取り外され、プロジェクタは光源パターンを含み、光源パターンは光源面に置かれて、同一直線上にある複数のパターン要素を含み、プロジェクタは、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを対象物上に形成するように構成され、パターン要素のそれぞれは少なくとも１つの面セットに対応し、カメラは、第１のレンズおよび第１の感光アレイを含み、第１のレンズは、対象物光パターンを第１の感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、第１の感光アレイはカメラ画素を含み、像光パターンからカメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成される。
【０１７２】
ステップ６１１０で座標測定デバイスを用意し、座標測定デバイスは、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３平行移動自由度の値である平行移動セットと、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３方位自由度の値である方位セットとを測定するように構成され、平行移動セットおよび方位セットは、空間内のターゲットスキャナの位置および方位を定義するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出するように、かつ第１の光ビームの一部分である第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、座標測定デバイスはデバイスプロセッサを含み、デバイスプロセッサは、方位セットおよび平行移動セットを決定するように構成され、方位セットおよび平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいており、座標測定デバイスは第２の光学系を含み、第２の光学系は第２のレンズおよび第２の感光アレイを含み、第２のレンズは、第１の逆反射体の少なくとも一部分の第２の像を第２の感光アレイ上に形成するように構成され、座標測定デバイスは、第２の像を第２のデジタルデータセットに変換すると共に方位セットを少なくとも一部は第２のデジタルデータセットに基づいて計算するように構成され、スキャナプロセッサとデバイスプロセッサは、複数の面セットをそれぞれ少なくとも一部は平行移動セット、方位セットおよび画素デジタル値に基づいて決定するように、一緒に構成される。
【０１７３】
ステップ６１１５で光源パターンを選択する。
【０１７４】
ステップ６１２０で、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを生成する。
【０１７５】
ステップ６１２５で、対象物光パターンを感光アレイ上に投影して像光パターンを得る。
【０１７６】
ステップ６１３０で、像光パターンの画素デジタル値を得る。
【０１７７】
ステップ６１３５で、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出する。
【０１７８】
ステップ６１４０で、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取る。
【０１７９】
ステップ６１４５で、方位セットおよび平行移動セットを少なくとも一部は第２の光ビームに基づいて測定する。
【０１８０】
ステップ６１５０で、同一直線上にある複数のパターン要素に対応する面セットを決定する。
【０１８１】
ステップ６１５５で、面セットを保管する。
【０１８２】
図３２は、座標測定デバイスおよびターゲットスキャナを用いて対象物面上の複数の面セットを測定するためのステップ６２００を表す流れ図であり、面セットのそれぞれはデバイス基準フレーム内の対象物面上の１つの点の３次元座標であり、各面セットは３つの値を含み、デバイス基準フレームは座標測定デバイスと関連付けられる。
【０１８３】
ステップ６２０５で、本体、第１の逆反射体、プロジェクタ、カメラおよびスキャナプロセッサを有するターゲットスキャナを用意し、第１の逆反射体、プロジェクタ、およびカメラが本体に堅固に取り付けられ、ターゲットスキャナが座標測定デバイスから機械的に取り外され、プロジェクタは光源パターンを含み、光源パターンが光源面に置かれて、同一直線上にある複数のパターン要素を含み、プロジェクタは、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを対象物上に形成するように構成され、パターン要素のそれぞれは少なくとも１つの面セットに対応し、カメラは、第１のレンズおよび第１の感光アレイを含み、第１のレンズは、対象物光パターンを第１の感光アレイ上に像光パターンとして投影するように構成され、第１の感光アレイはカメラ画素を含み、像光パターンからカメラ画素で受光した光の量に応じた対応画素デジタル値をカメラ画素ごとに生成するように構成される。
【０１８４】
ステップ６２１０で座標測定デバイスを用意し、座標測定デバイスは、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３平行移動自由度の値である平行移動セットと、デバイス基準フレーム内のターゲットスキャナの３方位自由度の値である方位セットとを測定するように構成され、平行移動セットおよび方位セットは、空間内のターゲットスキャナの位置および方位を定義するのに十分であり、座標測定デバイスは、第１の光ビームを第１の逆反射体へ送出するように、かつ第１の光ビームの一部分である第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取るように構成され、座標測定デバイスはデバイスプロセッサを含み、デバイスプロセッサは、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、決定するように構成され、スキャナプロセッサとデバイスプロセッサは、複数の面セットをそれぞれ少なくとも一部は平行移動セット、方位セットおよび画素デジタル値に基づいて決定するように、一緒に構成される。
【０１８５】
ステップ６２１５で光源パターンを選択する。
【０１８６】
ステップ６２２０で、光源パターンを対象物上に投射して対象物光パターンを生成する。
【０１８７】
ステップ６２２５で、対象物光パターンを感光アレイ上に投影して像光パターンを得る。
【０１８８】
ステップ６２３０で、像光パターンの画素デジタル値を得る。
【０１８９】
ステップ６２３５で、第１の光ビームを座標測定デバイスから第１の逆反射体へ送出する。
【０１９０】
ステップ６２４０で、第２の光ビームを第１の逆反射体から受け取る。
【０１９１】
ステップ６２４５で、方位セットおよび平行移動セットを、平行移動セットは第２の光ビームに少なくとも一部は基づいて、測定する。
【０１９２】
ステップ６２５０で、同一直線上にある複数のパターン要素に対応する面セットを決定する。
【０１９３】
ステップ６２５５で、面セットを保管する。
【０１９４】
本発明を例示的な諸実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができ、また諸実施形態の要素を等価物で置き換えてよいことが当業者には理解されよう。加えて、特定の状態または材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図されるベストモードとして開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に入るすべての実施形態を含むものである。さらに、第１、第２などの語の使用は何ら順序または重要性を示さず、むしろ、第１、第２などの語は１つの要素を別のものから区別するために使用される。さらに、１つの（a、an）などの語の使用は量の制限を示さず、むしろ言及された品目の少なくとも１つが存在することを示す。
【図１】
2014514563.tif 000003
【図２】
2014514563.tif 000004
【図３】
2014514563.tif 000005
【図４Ａ】
2014514563.tif 000006
【図４Ｂ】
2014514563.tif 000007
【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１４】
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【図１５】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１６】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図１９Ａ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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