(57)【要約】      （修正有）【課題】既存のプローブヘッドシステム、又は限られた数の有線接続を提供するプローブヘッドシステムとともに用いられる、より進歩した測定能力及び機能を可能にする非接触プローブ制御インタフェースを提供する。【解決手段】構造化光を用いる非接触座標測定機プローブのためのプローブ制御インタフェースが提供される。ビデオ制御信号の、プローブの空間光変調器の選択されたピクセル行のグレイレベルを制御する部分を、非接触プローブの測定能力又は多用途性を向上するために追加されている付加的なプローブ構成要素又は機能のための制御信号に復号化することができる。このように付加的なプローブ構成要素制御信号を提供することによって、このプローブが他の標準的なプローブと自動的に交換することが可能になるとともに、既存のシステムが非接触プローブをより容易に用いることができるようになる。【選択図】図２
2008032724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造化光を用いて測定物の寸法を測定する測定プローブであって、
アレイタイプの空間光変調器を含む構造化光投影部分と、
カメラを含む制御可能な複数のプローブ要素と、
前記プローブ要素に接続されたプローブインタフェース回路と
を備え、
前記プローブインタフェース回路は、前記空間光変調器に送信された信号に含まれる第１のアナログ制御信号を取得するとともに、
前記第１のアナログ制御信号を処理し、該第１のアナログ制御信号から少なくとも１つのプローブ要素制御信号を確定し、該プローブ要素制御信号を出力して前記構造化光の投影部分ではない少なくとも１つのプローブ要素を制御するように構成される復号器部分を備えたことを特徴とする測定プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の測定プローブにおいて、
前記第１のアナログ制御信号を前記プローブインタフェース回路に入力する単一の入力チャンネルを有することを特徴とする測定プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の測定プローブにおいて、
この測定プローブは座標測定機のプローブヘッドに装着されるとともに、
前記単一の入力チャネルは、前記プローブヘッド内の対応する導体に接続するように構成された導体を含むことを特徴とする測定プローブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記複数のプローブ要素は、レーザ光源及び回転ディフューザモータのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする測定プローブ。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記第１のアナログ制御信号は、前記空間光変調器のアナログ制御信号を含むことを特徴とする測定プローブ。
【請求項６】
請求項５に記載の測定プローブにおいて、
前記復号器部分は、前記空間光変調器のアナログ制御信号のピクセルグレイレベル制御部分の符号化された部分に含まれる情報に基づいて、前記少なくとも１つのプローブ要素制御信号を確定するように構成されることを特徴とする測定プローブ。
【請求項７】
請求項６に記載の測定プローブにおいて、
前記復号器部分は、前記空間光変調器のアナログ制御信号と同期される同期化パルスを入力し、該復号器部分は、該復号器部分が前記同期化パルスを入力する時刻から対応する複数のそれぞれの所定の間隔後に、前記空間光変調器のアナログ制御信号の前記ピクセルグレイレベル制御部分の前記符号化された部分の振幅に基づいて複数のそれぞれのプローブ要素制御信号を確定するように構成されることを特徴とする測定プローブ。
【請求項８】
請求項７に記載の測定プローブにおいて、
前記プローブインタフェース回路は、前記空間光変調器のアナログ制御信号を増幅したものである信号を提供するように構成され、前記復号器部分は、該復号器部分が前記同期化パルスを入力する時刻から前記対応する複数のそれぞれの所定の間隔において、前記空間光変調器のアナログ制御信号の前記ピクセルグレイレベル制御部分の前記増幅されたもののサンプリングに基づいて前記複数のそれぞれのプローブ要素制御信号を確定するように構成されることを特徴とする測定プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の測定プローブにおいて、
前記プローブ要素制御信号のうち少なくとも１つは、前記復号器部分が前記同期化パルスを入力する時刻から前記対応する複数のそれぞれの所定の間隔において、前記空間光変調器のアナログ制御信号の前記ピクセルグレイレベル制御部分の前記増幅されたものからサンプリングされたレベルとほぼ同じ信号レベルを有するアナログ制御信号であることを特徴とする測定プローブ。
【請求項１０】
請求項８に記載の測定プローブにおいて、
前記プローブ要素制御信号のうち少なくとも１つは、前記復号器部分が前記同期化パルスを入力する時刻から前記対応する複数のそれぞれの所定の間隔において、前記空間光変調器のアナログ制御信号の前記ピクセルグレイレベル制御部分の前記増幅されたものからサンプリングされたレベルとほぼ同じ信号レベルを有するデジタル制御信号である、測定物の寸法を測定するための構造化光を用いる測定プローブ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れかに記載の測定プローブにおいて、
この測定プローブは座標測定機のプローブヘッドに装着されるとともに、
前記測定プローブは、前記座標測定機に対するオートジョイント接続を備え、
前記オートジョイント接続は、前記座標測定器と前記測定プローブとの間の全ての絶縁導体電力接続、絶縁導体接地接続、及び絶縁導体信号接続を形成するコネクタピンを備えていることを特徴とする測定プローブ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の測定プローブにおいて、
前記オートジョイント接続は、最大で１４個のコネクタピンを含むことを特徴とする測定プローブ。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の測定プローブにおいて、
前記オートジョイント接続は、レニショー（商標）タイプの機械の標準的な構成であることを特徴とする測定プローブ。
【請求項１４】
請求項１１ないし請求項１３の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記座標測定機はプローブ制御電子回路を備え、
前記プローブ制御電子回路は、前記プローブ要素制御信号を前記空間光変調器制御信号と組み合わせ、該空間光変調器制御信号の符号化された部分として前記プローブに出力することを特徴とする測定プローブ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記測定プローブは、複数の空間光変調器パターンを循環して測定物に対してある位置で測定データを確定し、前記プローブ要素制御信号を前記パターンのそれぞれと組み合わせる要素を有することを特徴とする測定プローブ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記カメラにより前記測定物の表面の画像を撮影し、撮影した前記画像の少なくとも１つについて該画像の品質に関して分析を実行し、該分析の結果に基づいて前記プローブ要素制御信号を調整して画質の改善された画像を提供する要素を有することを特徴とする測定プローブ。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記空間光変調器は構造化光パターンを生成し、前記プローブ要素制御信号は、前記構造化光パターンの周囲に投影される照明を確定する空間光変調器ピクセルのグレイレベルを確定することを特徴とする測定プローブ。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７の何れかに記載の測定プローブにおいて、
前記プローブ要素制御信号は、その少なくとも１つがレーザ照明源をイネーブルするための制御信号、レーザ照明電力レベルを制御するための制御信号、及び回転ディフューザのモータを制御するための制御信号のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする測定プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には精密測定機器に関し、より詳細には座標測定機に用いられる非接触プローブ制御インタフェースに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に座標測定機（ＣＭＭ、三次元測定器）では、測定物の表面がプローブによって走査される。走査後、測定物の三次元形状が提供される。１つのタイプの走査プローブでは、測定物は、プローブの機械的接点を測定物表面に沿ったさまざまな点に接触させることによって直接測定される。場合によっては、機械的接点は球である。
【０００３】
他の座標測定機では、表面に物理的に接触することなく測定物を測定する光プローブが利用される。ある光プローブは、光点（三角測量プローブ等）、及び、測定物表面のより広い部分を検出するビデオカメラを備える、いわゆるビデオプローブを利用する。いくつかのシステムでは、測定物の幾何学的要素の座標は画像処理ソフトウェアによって求められる。
【０００４】
特許文献１には、光学的測定及び機械的測定の両方を用いる、いくつかの「組み合わせた」座標測定機が記載されている。この装置は、２つのスピンドルを有し、１つは機械的プローブを保持し、１つはＺ座標の測定を行うためにレーザプローブが同時に反射される、すなわちビデオカメラの光軸に沿った光線路を有するビデオカメラを保持する。
【０００５】
特許文献２には、装置の光学式接触プローブが、標準的なプローブの接触要素上にある、その遠位端上に第１の標的を有する、光学式座標測定機が記載している。この装置において、標準的なプローブは標的を撮像するビデオカメラに取り付けられる。この装置はコンピュータ画像処理システムを備え、撮像した標的のＸ座標及びＹ座標における位置や変位が表示される。プローブの近位端に第２の標的が取り付けられ、Ｚ座標における移動及び位置を示す。第２の標的は光検出器を覆ってもよいが、Ｘ平面、Ｙ平面に平行な光線によってカメラ上に合焦されることが好ましい。Ｘ平面、Ｙ平面に平行な直交ビームによって照射される２つの第２の標的が存在することが好ましい。その結果、スタープローブが用いられる場合にコンピュータによってＺ軸を中心とする回転を計算することができる。この文献には複数のプローブ、プローブホルダ、及びカメラに選択的に取り付けるためのレンズを保持する自動的に変位するラックも開示されている。
【０００６】
前述のような測定プローブは、多くの場合にさまざまな「プローブヘッド」によって座標測定機に交換可能に取り付けられる。
現在、業界の特定の用途において、レニショー（商標）プローブヘッドが最も一般的に用いられている。これらのプローブヘッドは、英国グロスターシャー州所在のレニショーメトロロジ社によって製造されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，９０８，９５１号公報
【特許文献２】米国特許第５，８２５，６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レニショータイプのプローブヘッドシステムは業界において最も一般的に用いられているが、ある種のマシンビジョンタイプの技術はレニショータイプのシステムに組み込むことが容易ではない。
さらに、既存のレニショータイプのシステムをより進歩した能力（たとえば、ある種のマシンビジョンタイプの技術）を有するものに改良しようとする試みは、かなりのコスト及び／又は不都合を伴う恐れがある。たとえば、レニショータイプのプローブヘッドシステムに適合するある種のマシンビジョンタイプの技術は、望ましい特徴、望ましいレベルの制御性、及び／又はレニショータイプのプローブヘッドシステムとインタフェースし得る他のタイプのプローブと自動的に交換できる能力を欠く恐れがある。
レニショータイプのプローブヘッドシステムを用いることに関連する１つの特有の問題は、機械とプローブとの間の既存の接続が、限られた数の有線接続しか含まないことであり、この問題は、望ましい数の制御信号及びデータ信号を搬送する物理ワイヤがないことに起因して、付加的な技術及び／又は特徴を互換性のあるプローブに追加することを困難にする「ボトルネック」を本質的に形成する。
【０００９】
本発明は、上記の不都合及び他の不都合を克服する装置を提供する。より具体的には、既存のプローブヘッドシステム（たとえば、レニショータイプのシステム）、又は限られた数の有線接続を提供するプローブヘッドシステムとともに用いられる、より進歩した測定能力及び機能を可能にする非接触プローブ制御インタフェースを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明により非接触プローブ用の制御インタフェースが提供される。
本発明の一態様によれば、プローブヘッドを通じて非接触プローブの空間光変調器に誘導される制御信号は、非接触プローブの他の要素のための制御信号に復号化することができる組込み信号を含んでもよい。さまざまな実施の形態において、空間光変調器のビデオ信号中の選択されたピクセル行のための信号が、接触プローブの他の要素のための制御信号に復号化することができるグレイレベル値を有するように形成される。それぞれの行の各グレイレベルから確定された制御信号を利用して、さまざまな構成要素（たとえば、レーザ、回転ディフューザディスクのモータ、カメラ等）を制御してもよい。一例として、第１行のグレイレベルをレーザのための制御信号として用いられる値に変換してもよく、第２行のグレイレベルをカメラのための制御信号として用いられる値に変換してもよい、等である。
【００１１】
「制御」ピクセル行のそれぞれのためのグレイレベルは空間光変調器に送り込まれて投影されるが、表面分析の一部として処理されず、したがってカメラからビデオ信号をストリッピングされる必要はない。選択された行の選択された部分（一実施の形態では行全体）についてグレイレベルを一定に保つことによって、グレイレベル信号は、正確な信号を得るための重要なタイミングに関して配慮することなくサンプル・アンド・ホールドできる程度に長い。これによってかなり簡単な実施及び復号化方式が可能になることが明らかであろう。要するに、プローブが付加的な構成要素（たとえば、レーザ、回転ディフューザディスクのモータ、カメラ等）のための制御信号を搬送する追加の物理ワイヤを有する必要があるのではなく、代わりに付加的な制御信号を、標準的なビデオ信号線内の（たとえば、標準的なレニショータイプのシステム等の）標準的なプローブ内ですでに搬送することができる空間光変調器のビデオ信号の選択された行（たとえば、最初の数行）に符号化することができる。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、プローブのオートジョイントにおける接続の数は、既存のシステムと同じにされる。たとえば、既存のレニショータイプのシステムは通常、標準的な数のピン（たとえば、１３個のピン）による標準的な接続を有する。標準化された接続を有するオートジョイントを提供することにより、既存のシステムをより容易に改良することができる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、空間光変調器パターンを変更することができる。これによって、非接触プローブの他の要素のための制御信号についての付加的な情報を提供しながら、既存の空間光変調器信号を既存のシステムにおいて利用することが可能になる。
【００１４】
本発明の別の態様によれば、粗いものから細かいものに及ぶさまざまな光変調器のパターンが、測定される測定物表面の各部分上に投影される。より細かいパターンは一般的により正確な測定を提供するように意図され、より粗いパターンは位相の不明瞭さを避けるのを助け、より容易に識別される基準点を提供する。一般的に、各パターンは、測定物のパッチを覆う一連の縞を含む。カメラは表面に対して、縞が等高線に見えるような角度で配置される。等高線のオフセット部分は（平坦な表面を示す直線とは反対に）隆起した表面特徴を示す。したがってこのオフセット部分は測定物上の表面特徴のＺ高さを示し、Ｚ高さは、パターンが現れる名目上の投影面に対するカメラの角度方向及び距離によって部分的に求められるように、三角測量式に従って計算することができる。
【００１５】
次いで、各等高線縞からの情報を正確に再結合して測定物の測定された表面の三次元表面マップを生成することができる。粗いものから細かいものに及ぶこのような一連のパターンを利用することによって、表面特徴の大まかな位置をより粗いパターンによって確定することができ、より正確な測定データをより細かいパターンによって確定することができる。より細かいパターンのみが利用されるとすると、実施の形態によっては、得られた画像データにおいてどのパターンの線が観察されていたのかに関して混乱が生じる恐れがある。より粗いパターンを用いることによって、システムはどのパターンの線が観察されているのかをより正確に判定することができ、したがって表面特徴の大まかな位置を確定することができ、その後、より細かいパターンを利用して表面特徴に関するより正確な測定データを得ることができる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、システムのレーザを制御することによってさまざまな測定物を照明するのに十分なエネルギーが提供される。レーザとともに回転ディフューザを利用して、利用しなければシステムの精度を低下させる恐れのあるスペックルパターンを避けることができる。
【００１７】
本発明の別の態様によれば、復号器部分が同期化パルスを入力し、選択されたピクセル行のグレイレベル値が、同期化パルスが生じた時刻から所定の間隔後にサンプリングされる。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、プローブインタフェース回路が制御ピクセル行からサンプリングされるグレイレベル値を増幅したものである信号を提供する。一実施の形態では、これらのサンプリングされたグレイレベル値を増幅したものを、制御信号としてさまざまな回路要素に直接利用してもよい。一例として、空間光変調器信号が０．７３ボルトの最大値を有し、制御信号が４．０ボルトの最大値を有する一実施の形態では、最小の０ボルトから最大で０．７３ボルトに及ぶピクセルのグレイレベルのアナログ値を約５．４８倍に増幅することによって、０ボルトから４．０ボルトに及び、場合によっては制御信号としてさまざまな回路要素に直接利用することができる信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の上記の態様及びそれに伴う多くの利点を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、座標測定システム１００を示す図である。
座標測定システム１００は、座標測定機コントローラ（ＣＭＭコントローラ）１２０と、コンピュータ・ユーザインタフェース１６０と、プローブコントローラ１７０と、座標測定機２００とを備える。ＣＭＭコントローラ１２０は、プローブヘッドコントローラ１３０と、位置ラッチ１４０と、動作コントローラ１５０とを備える。座標測定機２００は構造化光を用いる非接触プローブ１１０を備える。
【００２０】
座標測定機２００はデータ伝送線１１５（たとえば、バス）を通じて他の構成要素の全てと通信し、データ伝送線１１５は、コネクタ１７５（たとえば、「マイクロ−Ｄ」タイプのコネクタ）によって、構造化光を用いる非接触プローブ１１０と信号を送受信するプローブヘッドケーブル２１５に接続される。座標測定機２００は座標測定機コントローラ１２０によって制御され、構造化光を用いる非接触プローブ１１０はプローブコントローラ１７０によって制御される。ユーザはコンピュータ・ユーザインタフェース１６０を通じて構成要素の全てを制御することができる。
【００２１】
図２は、座標測定機２００、及び、図１の構造化光を用いる非接触プローブ１１０の１つの例示的な実施形態である構造化光を用いる非接触プローブ１１０’のいくつかの構成要素を概略的に示す図である。
プローブ１１０’は、プローブハウジング２０５と、レーザ２３０と、ミラー２３２と、モータ２３５と、回転ディフューザディスク２４０と、空間光変調器２５０と、投影光学素子２５５と、カメラ光学素子２６５と、カメラ２７０と、照明光学素子２７３と、プローブ制御インタフェース電子回路２９０とを備える。プローブヘッド２２０はプローブヘッドケーブル２１５を通じてプローブ信号を送受信する。プローブヘッド２２０は座標測定機クイル２１７に固定されている。プローブヘッド２２０はプローブオートジョイント接続２８０によってプローブ１１０’に接続され、プローブオートジョイント接続２８０は図６を参照して後述する。
【００２２】
プローブヘッド２２０は、いくつかの実施形態では、水平面で３６０度回転し、Ｕ−ジョイントのタイプを含む。プローブオートジョイント接続２８０は、１つのプローブから切り離されて別のプローブに取り付けることができるように、プローブヘッド２２０を強固に且つ機械的に構造化光を用いるプローブ１１０’に締結する電気機械的接続である。一実施形態では、プローブオートジョイント接続２８０はばね荷重電気接点を有し、プローブが取り付けられる際に、接点が自動的に係合し、電気接続を形成する。実施形態によっては、この接続方法は、システムを比較的多量の信号雑音を有するようにすることができ、これは、以下でより詳細に説明されるように、比較的雑音の多い環境において有効に機能することができる本発明による特定の構成及び方法の使用を有利にする。
【００２３】
構造化光を用いるプローブ１１０’はオートジョイント接続２８０を通じてその制御信号を受信する。オートジョイント接続２８０を通じて構造化光を用いるプローブ１１０’に渡された信号は、接続線２８５を通じてプローブ制御インタフェース電子回路２９０に渡される。プローブ制御インタフェース電子回路２９０は、図７のタイミング図を参照して以下に詳述される信号処理動作を提供するための既知の回路技術及び／又はソフトウェア技術を用いる復号器部分２２５を備える。プローブ制御インタフェース電子回路２９０は、以下でより詳細に説明される、レーザ電力及び制御線２３３と、モータ電力及び制御線２３７と、空間光変調器電力及び制御線２３９と、カメラトリガ及び制御線２７５ａと、カメラ電力線２７５ｂと、アナログビデオ出力線２７５ｃとを含む、さまざまな信号線を通じて信号を送受信する。
【００２４】
構造化光を用いるプローブ１１０’の動作のために、レーザ電力及び制御線２３３は、実施形態によっては、照明レーザビーム２３１を生成するレーザ２３０のための制御及び電力線を提供するマイクロバスであってもよい。レーザ２３０は、一実施形態では固体レーザである。１つの例示的な実施形態では、レーザ２３０は約１００ミリワットの光出力を提供してもよい。
【００２５】
動作時に、レーザ２３０によって生成される照明レーザビーム２３１は、回転ディフューザディスク２４０を通過し、偏向ミラー２３２に誘導される。モータ電力及び制御線２３７は、モータ２３５を制御してディフューザディスク２４０を回転させる。レーザビーム２３１を、カメラ２７０によって取り込まれる測定物画像からのスペックルをなくすのに用いられる回転ディフューザディスク２４０に入射する前におおよそコリメートしてもよい。１つの例示的な実施形態では、回転ディフューザディスク２４０は、選択された値の実効開口数（ＮＡ）（たとえば、ＮＡ＝０．５）を提供することができる。回転ディフューザディスク２４０は、レーザビーム２３１を、提供されたＮＡに従って拡散し、ミラー２３２から反射して照明光学素子２７３に入射する拡散光として出力する。照明光学素子２７３は、拡散光をおおよそコリメートして空間光変調器２５０を通じて伝送することができる。
【００２６】
空間光変調器２５０からの光は通常、投影光学素子２５５によって名目上の（nominalな）投影パターン面２６２に近接する測定物表面上に投影される（すなわち、結像される）構造化光パターンを含む。一実施形態では、照明光学素子２７３は、空間光変調器２５０を通過する際に完全にコリメートされない場合があるが、測定物の適切な構造化光の照射のために十分にコリメートされ得るケーラー照明を提供するように設計される。一実施形態では、投影光学素子２５５の第１のレンズは、構造化光の照射を空間光変調器２５０から開口２６０における焦点まで運んでもよく、開口２６０は、名目上の投影パターン面２６２における構造化光パターン画像の被写界深度を制御するために用いられてもよい。
【００２７】
一実施形態では、空間光変調器２５０は、ニューヨーク州ニューヨーク所在のソニーアメリカ社から入手可能なＳｏｎｙ  ＬＣＸ０１７ＡＬ等の市販の空間光変調器であってもよい。プローブ制御インタフェース電子回路２９０は、アナログビデオ制御信号を受信して、空間光変調器２５０を制御する対応する信号を出力するための市販の互換チップセットを含んでもよい。空間光変調器２５０は、電子回路２９０からの電力及び制御線２３９によって制御され、電力及び制御線２３９は、一実施形態ではマイクロバスであってもよく、並列入力の３２本の線を有してもよい。空間光変調器２５０は最小限の電力を必要とし得る（１つの例示的な実施形態では、互換チップセットが６ワットを必要とし得るのに対し、空間光変調器２５０は４分の１ワットしか必要とし得ない）。
【００２８】
インタフェース電子回路２９０は、（図７を参照して以下でより詳細に説明されるように）アナログビデオ制御信号及び他の信号を含む入力信号を受信し得る。この入力信号を受信した後、電子回路２９０はアナログビデオ制御信号を、空間光変調器２５０を構成して適切なピクセルパターンを表示するデジタル制御信号に変換する。次いで、投影光学素子２５５によって空間光変調器２５０からのパターンが投影される。開口２６０は、許容可能な画像空間分解能を提供し、像収差を最小限に抑え、光学素子２５５のための許容可能なエネルギースループットを提供するサイズにすることができる開口絞りである。開口２６０は、名目上の投影パターン面２６２に近接する構造化光パターンの投影画像の被写界深度をも左右することがあり、名目上の投影パターン面２６２は、カメラ光学素子２６５の名目上の焦点面でもある。一実施形態では、投影構造化光画像及びカメラ光学素子２６５の両方の被写界深度は、約±６ミリメートルである。
【００２９】
構造化光パターンの名目上の投影軸に対するカメラ光学素子２６５の角度は、測定物表面上の構造化光画像がカメラ２７０の結像面上にマッピングされる際にＺ高さ情報を提供する三角測量角を提供する。カメラ２７０からの画像は既知の三角測量法を用いて分析することができる。一実施形態では、カメラ２７０は電子回路２９０内にあるか又は（それ自体の制御回路及び／又はソフトウェアを有する統合カメラシステムであり得る）カメラ２７０自体の中にある場合がある制御電子回路を有する。カメラ２７０は一般的に蓄積時間、動作シーケンス等を制御する特定のタイミング機能等を含んでもよい。
【００３０】
カメラトリガ及び制御線２７５ａ（実施形態によっては複数のワイヤを含んでもよい）は、カメラ２７０をトリガして選択された機能を実行させ、また蓄積時間等を具体的に制御するより多くの制御信号を送信してもよい。電力線２７５ｂはカメラ２７０に電力を供給する。図示されるように、アナログビデオ出力線２７５ｃは、カメラ２７０からの画像データ出力が電子回路２９０の残りの部分をバイパスして外部処理装置（たとえば、非接触プローブコントローラ１７０）に直接ルーティングされてもよいことを示す破線部分を含み、カメラ２７０の出力は必ずしもプローブ制御インタフェース電子回路２９０によって動作されなくてもよい。カメラ２７０がそのビデオデータを中継する場合、アナログビデオ出力線２７５ｃは、実施形態によっては、ビデオ信号を搬送するように意図される同軸ケーブル線を含んでもよいか、又はこれに接続されてもよい。アナログビデオ出力線２７５ｃは、以下で詳述するように、図５及び図６における接続１に対応してもよい。
【００３１】
測定動作を概説すると、構造化光を用いるプローブ１１０’は、レーザ２３０及び空間光変調器２５０を利用して測定物表面のパッチを覆う構造化光パターン（たとえば、縞）を投影する。カメラ２７０の観点から、縞のパターンは等高線に見え、このデータを組み合わせて測定物の三次元表面マップを形成することができる。換言すれば、カメラ２７０の観点から、測定物の表面にわたって走査される各縞は測定物上の照明される特徴の表面のＺ高さを示すオフセット部分を有し、Ｚ高さはカメラ２７０の角度方向及び名目上の投影パターン面２６２からの距離に従って部分的に確定される三角測量式に従って計算することができる。次いで、各等高線縞からの情報を再結合して測定物の測定された表面の三次元表面マップを生成することができる。投影パターンを形成する１組の縞を生成する空間光変調器２５０の特定の信号は、図７及び図８を参照して以下に詳述する。
【００３２】
図３は、図１のコンピュータ・ユーザインタフェース１６０及びプローブコントローラ１７０の一実施形態のブロック図である。
図３に示されるように、プローブコントローラ１７０はビデオグラフィックアダプタ３１０と、位置ラッチ３１５と、画像プロセッサ３２０と、フレームグラッバ３２５とを備えてもよい。プローブコントローラ１７０の構成要素はデータ伝送線１１５によって互いに接続され、またコンピュータ・ユーザインタフェース１６０と接続される。
【００３３】
動作時に、カメラ２７０からのビデオ信号はフレームグラッバ３２５によって受信される。一実施形態では、フレームグラッバ３２５は業界で既知のタイプの標準的な市販のフレームグラッバであってもよい。フレームグラッバ３２５はカメラ２７０からのアナログビデオ画像信号を入力し、それをデジタル画像データに変換することができ、そのデータは画像プロセッサ３２０に出力される。
【００３４】
画像プロセッサ３２０は、実施形態によっては、別個のプロセッサであってもよいか、又は（たとえば、コンピュータ・ユーザインタフェース１６０内に位置してもよいか、又はコンピュータ上の別個の画像プロセッサ内にあってもよいもの等の）手順であってもよい。画像プロセッサ３２０はカメラ２７０によって返される縞を分析して表面の形状を確定し、また画像データを分析して、画像内に良好なコントラスト等がある場合には飽和ピクセルがあるか否かを判定することができる。画像プロセッサ３２０が、画質が悪くて正確な測定をサポートすることができない（たとえば、明るすぎるか又は暗すぎる等）と判定する場合、画像プロセッサ３２０はプローブ構成を変更するためにプローブ制御信号の調整を確定し、それによって許容可能な画像が生成されるようにすることができる。
【００３５】
位置ラッチ３１５は、一実施形態では、画像が取得される時点における座標測定機２００の座標が画像の座標系と適切に同期されることを確実にするために、座標測定機コントローラ１２０内の位置ラッチ１４０と通信する。換言すれば、位置ラッチ３１５と位置ラッチ１４０とを組み合わせて特定の各画像から導出される測定の精度を保証する。
【００３６】
ビデオグラフィックアダプタ３１０を用いて空間光変調器２５０のための制御情報を作成及び送信してもよい。ビデオグラフィックアダプタ３１０は、コンピュータ・ユーザインタフェース１６０によって作成されビデオグラフィックアダプタ３１０に入力されてもよいデジタルピクセル構成データを取り込み、これをアナログビデオ制御信号フォーマットに変換する。ビデオグラフィックアダプタ３１０はまた、コンピュータ・ユーザインタフェース１６０又は画像プロセッサ（又はその両方）から他のプローブ制御信号情報を受信し、そのプローブ制御信号情報を、本発明による空間光変調器２５０の制御のために提供されるアナログビデオ制御信号（たとえば、ピクセル制御に用いられるグレイレベル）に組み込んでもよい。ビデオグラフィックアダプタ３１０によって送信される特定の信号は、図７及び図８を参照して以下に詳述する。
【００３７】
図４は、本発明による構造化光を用いる非接触プローブを制御する動作を実行する手順４００の１つの例示的な実施形態を示す流れ図である。
ブロック４１０において、座標測定機及び非接触プローブを制御するユーザ又は自動測定物検査プログラムは、測定物に対する最初の／次の測定位置について、構造化光パターンのシーケンス並びに、プローブに誘導されて空間光変調器（ＳＬＭ）及び他のプローブ構成要素を制御する関連する制御信号を選択及び／又は制御する。ブロック４１５において、座標測定機及び／又はプローブが移動して、測定物表面に対するプローブの所望の最初の位置又は次の位置（たとえばＸ座標、Ｙ座標、及びＺ座標における位置、並びに／又は角度方向）を確立する。さまざまな実施形態において、さまざまなシステム構成要素及び／又は制御命令は、位置が確立されるまでアイドル状態のままであってもよい。
【００３８】
ブロック４２０において、たとえば、上記で概説したビデオグラフィックアダプタ３１０を用いることによって他のプローブ構成要素のための制御信号を空間光変調器のための制御信号に組み込むことによって、１組の最初の／次のプローブ構成要素制御信号を、最初の／次の空間光変調器制御信号に組み合わせる。ブロック４２５において、たとえば、ビデオグラフィックアダプタ３１０から組み合わされた信号をプローブヘッドケーブル２１５及びプローブヘッド２２０を通じて電子回路２９０に出力することによって、組み合わされた制御信号が、測定プローブに送信される。
【００３９】
ブロック４３０において、空間光変調器制御信号及びプローブ構成要素制御信号がプローブ内で復号化される。たとえば、組み込まれたプローブ構成要素制御信号を含む空間光変調器制御信号を復号器部分２２５に入力してもよく、プローブ構成要素制御信号は、図７及び図８を参照して以下で概説されるように、さまざまなプローブ構成要素を制御するために抽出される。また、同じ空間光変調器制御信号を、電子回路２９０の制御信号を空間光変調器を直接制御するのに適切な制御信号の形態に変換する部分に、（たとえば、並列に）入力してもよい（たとえば、市販のチップセットは、上記で概説したように、アナログ入力信号を、空間光変調器を制御するデジタル信号に変換することができる）。
【００４０】
さまざまな実施形態において、空間光変調器の特定のピクセルを、他のプローブ構成要素の制御のために提供される組込み制御信号によって制御してもよく、これらの特定のピクセルの制御は、以下でさらに概説されるように、構造化光パターンに関連する測定動作に関して重要でない場合がある。他のさまざまな実施形態において、既知の方法に従って、プローブ構成要素制御信号を空間光変調器制御信号の垂直ブランキング部分及び水平ブランキング部分に組み込み、復号器部分２２５によって信号から抽出及び／又は除去してもよい。
【００４１】
ビデオ信号ブランキング部分に組み込まれた信号を符号化及び復号化する、いくつかの例示的な方法及び回路が公知である（米国特許第６，０６４，４４０号、同第４，１９１，９６９号、同第６，５７３，９３１号、及び同第６，５９１，０６０号参照）。しかしながら、このような方法はより複雑で、コストがかかり、ロバストでなく、且つ／又はそうでなければ本明細書に記載される他のさまざまな方法に比べて望ましくない場合がある。特に、非接触プローブのサイズ及び重量を最小限に抑えることが特に望ましい。また、上記で示したように、既存のプローブヘッドにおける配線及び接続のタイプは、高速信号の信頼できる伝送に対応しておらず（たとえば、それらは信号雑音及び／又はクロストークの影響を受けやすい場合がある）、したがって本明細書において開示されるプローブ構成要素信号を符号化及び復号化するさまざまな簡単な方法がさまざまな実施形態において有利であり得る。
【００４２】
ブロック４３５において、適切な制御信号が空間光変調器、光源（たとえば、レーザ）、カメラ等のそれらのそれぞれの構成要素に出力される。ブロック４４０において、構造化光測定物画像がカメラによって取得される。一実施形態では、カメラによって取得されている画像の処理は、初期化信号又はトリガ信号をカメラに送信し、それによってカメラのピクセルの解放（discharge）を開始する処理を含み、その後、画像の露光を制御するある継続時間を有する画像蓄積時間が続く。
【００４３】
ブロック４４５において、カメラがたとえば、上記で概説されたように、構造化光測定物画像をフレームグラッバに出力する。ブロック４５０において、画像がフレームグラッバによって受信される。ブロック４５５において、画像がユーザによって、又は自動画像評価手順によって評価され得る。たとえば、上記で示されたように、画像データをフレームグラッバ３２５から、画像データを分析して、画像内に良好なコントラスト等がある場合には飽和ピクセルがあるか否かを判定することができる画像プロセッサ３２０に出力してもよく、それによって画質が正確な測定をサポートする。判断ブロック４６０において、画像評価として画像が良好か否かが判定される。
画像が良好でない場合、手順はブロック４６５へ続き、プローブ構成要素制御信号を調整して改善された画像の取得に備えることができる。
たとえば、画像プロセッサ３２０が上記で概説したようにプローブ構成要素制御信号の調整を確定してもよく、その後手順はブロック４２０に戻る。判断ブロック４６０において画像が良好な画像であると判定される場合、手順はブロック４７０へ続き、画像が記憶及び／又は分析されて測定データが確定される。たとえば、画像プロセッサ３２０が画像内の構造化光パターンを分析して測定物表面の形状を確定してもよい。
【００４４】
判断ブロック４７５において、シーケンス内の最後の空間光変調器パターンがまだ処理されていないと判定される場合、手順はブロック４８０へ続き、次の空間光変調器パターンのための制御信号が選択及び／又は作成され、その後手順はブロック４２０に戻る。判断ブロック４７５において、シーケンス内の最後の空間光変調器パターンが処理されたと判定される場合、手順は判断ブロック４８５へ続く。判断ブロック４８５において、最後の測定位置がまだ確立されていないと判定される場合、手順はブロック４１０に戻る。判断ブロック４８５において、最後の測定位置が処理されたと判定される場合、手順は終了する。
【００４５】
図４において、１つの特定の例示的な実施形態では、特定の周波数が手順のステップのために利用される。たとえば、ブロック４２５、４３０、及び４３５におけるステップは名目上の的に６０Ｈｚで実行されてもよい。ブロック４４０において、カメラによって画像を取得するステップは、公称的に１５Ｈｚで実行されてもよい。いくつかの実施形態では、処理は特定のタイプの表面部分から許容可能な画像信号を得るために十分な蓄積時間を提供するのが望ましいという点で光に依存するため、１５Ｈｚが利用される。したがってブロック４４０におけるステップはよりゆっくりと実行される場合があるため、所望の蓄積時間が完了するまで、システムが待機状態となる場合がある。
【００４６】
図４に関して上述したように、種々の空間光変調器パターンが利用される。一実施形態では、空間光変調器パターンは粗いものから細かいものに及ぶ場合があり、いくつかの利点を提供する。基本的に、より粗いパターンを利用することによって、測定物表面に沿って高さが急激に遷移する部分に隣接する表面高さは、一般にかなり容易に、且つ信頼性をもって確定することができ、より細かいパターンによってより正確な測定情報を得ることが可能になる。パターンが調整されると、制御信号のうちのいくつかは、対応して異なる照明エネルギー要件及び画像化要件に従って調整してもよい。１つの特定の例示的な実施形態では、２０個の異なるパターン（すなわち、２０個の画像）を、測定物表面の各部分又は各パッチに関連する最終測定値を求めるために利用してもよい。
【００４７】
図５は、図１のプローブヘッドケーブルプローブヘッドケーブル２１５の断面を示す図である。図５に示されるように、プローブヘッドケーブルプローブヘッドケーブル２１５は、シース５０５と、封止テープ層５１０と、静電シールド層５１５と、中心導体「１」及びシールド層５２５を備える同軸ケーブル５２０とを備える。付加的な導体２〜１４が、図６を参照して以下でより詳細に説明されるように、従来のレニショー（商標）構成に従って、同軸ケーブル５２０を取り囲んで示されている。
【００４８】
図６は、図５のケーブルに使用可能な１つの例示的な接続及び／又は信号方式を概説する表であり、プローブヘッドケーブルプローブヘッドケーブル２１５の導体に関して、図２のオートジョイント接続２８０のための、例示的な１組のピン接続割当てを示す。
端子番号は、上述したようなオートジョイント２８０のばね荷重ピン接点を指し、別途指示がなければ、ピンに接続されるケーブル２１５の導体番号も指示し得る。これらの端子番号の設定は、標準的なレニショー（商標）オートジョイント接続構成に基づいている。
【００４９】
図６に示されるように、端子番号２は、空間光変調器（ＳＬＭ）の接地信号として指定され、＋１５ボルト、最大０．２アンペア、単芯として設定される。端子番号３は、空間光変調器のためのＨＳＹＮＣ信号（水平同期信号）として指定される。このＨＳＹＮＣ信号はさまざまな市販の空間光変調器のための標準的な信号である。端子番号４は、空間光変調器のためのＶＳＹＮＣ信号（垂直同期信号）として指定される。このＶＳＹＮＣ信号はさまざまな市販の空間光変調器のための標準的な信号である。端子番号５は、二芯タッチプローブ信号のための（すなわち、本発明による非接触プローブと自動的に交換可能な標準的なプローブのための）接続端子として予約されている。端子番号６は、空間光変調器のビデオアナログ制御信号入力として指定される。端子番号７は、＋２４ボルト（０．３５アンペア）電源として指定され、この電源は空間光変調器、レーザ、モータ、プローブ電子回路等を駆動するために提供されてもよい。端子番号８は、電源の接地として指定される。
【００５０】
端子番号１は、カメラからのアナログビデオ信号出力として指定される（インピーダンス７５オームの同軸ケーブル用）。端子番号１５は、同軸シールド層５２５のためのものとして指定され、（実施形態によっては、端子番号１３に接続される抵抗を介して接続されてもよい）プローブインタフェース内の０ボルトに接続される。端子番号９は、基準の０ボルトに対して固有の抵抗が確定された電圧の測定を容易にするために、各プローブ内の固有の値の抵抗に接続することによって提供することができるプローブ識別のためのものとして予約されている。端子番号１０は、ケーブルスクリーン又はシールド層（たとえば、シールド層５１５等）からプローブ／プローブヘッド本体への接続のために予約される。接続１１は、カメラのための＋１２ボルト（０．３５アンペア）の電力信号のためのものとして指定される。端子番号１２は、標準的なタッチプローブの０ボルト及び２ワイヤの戻り（０ボルト及び２ワイヤの標準的なタッチプローブのための戻り接続）のためのものとして予約される。端子番号１３及び端子番号１４は、本実施形態では空きとなっている。端子番号１６は、ケーブルスクリーン又はシールド層（たとえば、シールド層５１５等）からプローブへの接続のためのスクリーンのためのものとして指定される。
上記によれば、業界標準のプローブヘッドケーブル及びプローブヘッドに利用可能な接続の数は限られており、その電気機械的構成は高速制御信号の分離及び伝送にはあまり適していないことが明らかである。したがって、本発明によるさまざまなインタフェース信号及び方法は、このようなケーブル・プローブヘッド接続に関連する動作のために適切な単純性及び信頼性を提供するようになっている。
【００５１】
図７は、図１の測定システム１００内で使用可能な例示的な１組の信号のタイミング間の関係を示す図である。時刻ｔ−０において、信号ＳＬＭ  ＶＳＹＮＣと、サンプル・アンド・ホールドトリガ信号Ｓ／Ｈ＃１〜Ｓ／Ｈ＃６とを含むさまざまな信号が高い（たとえば、５ボルト）ものとして示される。信号ＳＬＭ  ＶＳＹＮＣは、さまざまな市販の空間光変調器信号復号器チップセットの（及び選択されたカスタムＳＬＭ信号復号器アプリケーションの）特定の機能のためのマスタータイミング信号である。信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯは、０ボルトであり、図３のビデオグラフィックスアダプタ３１０によって出力され、上記のように、図６のオートジョイント接続２８０の接続６に提供される。
【００５２】
時刻ｔ−１において、信号ＳＬＭ  ＶＳＹＮＣは低くなり、結果としてサンプル・アンド・ホールド・トリガ信号Ｓ／Ｈ＃１〜Ｓ／Ｈ＃６（又は任意の数のサンプル・アンド・ホールド・トリガ）が、関連する回路がそれらのタイミング遅延を開始するようにさせる。一実施形態では、サンプル・アンド・ホールド・トリガ信号は、トリガ遅延タイミング信号とも呼ばれる。信号ＳＬＭ  ＶＳＹＮＣが低くなる結果として、空間光変調器信号復号器チップセットは、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯを探し始める。
【００５３】
時刻ｔ−ｈ１において、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯが０．７３ボルトに上昇し、これは２５５のピクセルグレイレベルに相当し得る（別の実施形態では、ビデオ出力信号の別の基準は２５５のグレイレベルに相当する１．４ボルトである）。換言すれば、時刻ｔ−ｈ１において開始すると、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯはピクセルグレイレベルに対応する情報を出力し始める。信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯについて、経時的な信号レベルが、この特定の実施形態において制御信号のために用いられる水平ピクセル行１Ｈ〜６Ｈ、及び、図８に関して以下でより詳細に説明される構造化光パターン信号のために用いられる行７Ｈ〜ｍａｘＨを含むさまざまな水平ピクセル行の信号に対応するように示される。
【００５４】
時刻ｔ−ｈ１における信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの上昇は、一実施形態では信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの単純な線形増幅である信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄの対応する上昇を引き起こす。一実施形態では、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ＡＭＰＬＩＦＩＥＤは、以下でより詳細に説明されるように、時に制御信号を直接提供するのに用いられ得るように生成される。
【００５５】
時刻ｔ−ｈ１後の所定の遅延において、サンプル・アンド・ホールド・トリガ信号Ｓ／Ｈ＃１が高くなる。サンプル・アンド・ホールド・トリガ信号Ｓ／Ｈ＃１の所定の遅延は、ＳＬＭ制御信号（すなわち、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ）の、空間光変調器のピクセルデータの第１の水平行１Ｈに対応する部分に対応するようにタイミングを合わせられる。サンプル・アンド・ホールド・トリガ信号Ｓ／Ｈ＃１が高くなった後、これはサンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１をトリガして、蓄積時間ＩＰにわたって信号を蓄積する。蓄積時間ＩＰの後、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１の信号はその最終値（又は保持されるのに望ましい値）に達し、その時点においてリセットされるまでその信号をそのレベルに自動的に保持し（図示せず）、システムは次のサンプル・アンド・ホールド動作に進む。
【００５６】
ＳＬＭ制御信号（すなわち、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ）の、空間光変調器のピクセルデータの水平行２Ｈ〜６Ｈに対応する部分について同様の動作を繰り返す。すなわち、トリガ信号Ｓ／Ｈ＃２〜Ｓ／Ｈ＃６は、結果として、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃２〜Ｓ／Ｈ＃６上で蓄積及び保持される、ＳＬＭ制御信号の水平行２Ｈ〜６Ｈに対応する部分となる。一実施形態では、空間光変調器ビデオ制御信号のさまざまな「水平行」に対応する、任意の数のサンプル・アンド・ホールド・トリガ遅延が、それらの「行」に組み込まれる所望の数のプローブ構成要素制御信号を復号化するのに必要なだけ存在してもよい。サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１〜Ｓ／Ｈ＃６からの信号は、さまざまなプローブ構成要素を制御するのに用いられる制御信号情報を搬送する。例として、図７の特定の実施形態では、制御信号ＬＡＳＥＲ  ＥＮＡＢＬＥが、ＳＬＭ制御信号の、第１の水平行１Ｈに対応する部分から導出され、制御信号ＬＡＳＥＲ  ＰＯＷＥＲ  ＬＥＶＥＬが、ＳＬＭ制御信号の、第２の水平行２Ｈに対応する部分から導出される、等である。
【００５７】
図７に示す実施形態では、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１〜Ｓ／Ｈ＃６の信号は、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄからサンプリングされる。増幅信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄからサンプリングすることによって、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１〜Ｓ／Ｈ＃６の信号は、場合によっては、さらなる処理を必要とすることなく、制御信号として直接用いてもよい。たとえば、デジタル制御信号の一例として、図７の特定の例では、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄが、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１からサンプリングされる場合に、レーザをイネーブルするＴＴＬ論理回路を直接駆動するのに十分な電圧である、約４．０ボルトの値を有するように示される。アナログ制御信号の一例として、図７の特定の例では、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄが、サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃２からサンプリングされる場合に、約２．８ボルトの値を有するように示され、この電圧は次いで、画像取得のために所望の照明レベルを提供するレーザの電力出力を制御するアナログ制御電圧として用いられる。
【００５８】
上記の復号化動作が実行される場合に、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯもまた、この信号を空間光変調器を直接制御するのに適切な制御信号の形態に変換する電子回路２９０の一部に（たとえば、並列に）入力されることは明らかであろう（たとえば、市販のチップセットはアナログ入力信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯを、空間光変調器を制御するデジタル信号に変換することができる）。したがって、さまざまな実施形態において、他のプローブ構成要素を制御するために提供される組込み制御信号によって空間光変調器の特定のピクセルを制御してもよく、これらの特定のピクセルの制御は、以下でさらに概説されるように、構造化光パターンに関連する測定動作に関して重要でない場合がある。たとえば、さまざまな実施形態において、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの、水平ピクセル行１Ｈ〜６Ｈを制御する部分は、時刻ｔ−ｈ１から最長で時刻ｔ−ｈ７まで、行１Ｈ〜６Ｈのピクセルの全てを対応するグレイレベルに制御する。しかしながら、投影された構造化光パターンの、空間光変調器の周辺ピクセル行１Ｈ〜６Ｈに対応する部分は、カメラによって画像化され且つ／又は構造化光画像の処理動作に含まれるのを容易に妨げられる。したがって、これらのピクセル行のグレイレベルを、プローブ測定動作に関して容易に重要でなくすることができる。
【００５９】
上記で概説したように、ＳＬＭ制御信号の、空間光変調器の水平行１Ｈ〜６Ｈに対応する部分内のプローブ構成要素制御信号を組み込むとともに復号化する方法は、実施するのが簡単で、高速信号又は高速信号処理を必要とせず、したがって正確且つ信頼できるものにすることができることは明らかであろう。さらに、本方法はごく少数の回路しか必要とせず、これによって、全てが重要な設計要素であるプローブのサイズ要件、重量要件、及び電力要件を最小限に抑えられる。他のさまざまな実施形態において、（たとえば、より多くのプローブ構成要素制御信号を提供するか、又は使用する空間光変調器ピクセルの行を減らすために）水平行１Ｈ〜６Ｈのうちのいずれか又は全ての異なる部分を異なる制御信号に利用することができるが、水平行のそれぞれを特定の制御信号に対応させることによって、タイミング回路及び遅延回路がより単純になり、システムをよりロバストにすることができることは明らかであろう。一実施形態では６つの水平行１Ｈ〜６Ｈのみが所望の対応する制御信号を生成するのに利用される必要があり得るが、付加的な制御信号が必要な場合には、付加的な水平行を利用することもできることは明らかであろう。
【００６０】
信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの水平行１Ｈ〜６Ｈについて示されるグレイレベルは、一実施形態では０〜２５５に相当する値に設定されてもよいことは明らかであろう。一例として、信号ＬＡＳＥＲ  ＰＯＷＥＲを、提供される信号によるその制御値の範囲内に適合させてもよい。信号ＬＡＳＥＲ  ＰＯＷＥＲを利用して、画像の露光を調整するために制御されてもよい照明輝度を設定してもよい。換言すれば、出力画像が特定の望ましくない特性を有する場合、上記で概説したように制御信号を調整し、それによって画像を「修正」してもよい。
【００６１】
図７に示される例では、信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの時刻ｔ−ｈ７からｔ−２にわたって提供される部分について、空間光変調器の水平ピクセル行７Ｈ〜ｍａｘＨのグレイレベルが確立され、これは対応する構造化光パターンを完全に確立する。公称的に、制御される要素が時刻ｔ−２までに所望の状態に移行することができるように、全てのプローブ構成要素制御信号を時刻ｔ−ｈ７の前に提供することができる。信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯは、（図７の他の部分に対して圧縮された時間の尺度で示される）水平行７Ｈ〜ｍａｘＨからの信号に応じて変化するように示されている。１つの特定の例示的な実施形態では、７６８の水平ピクセル行が存在してもよい（この場合ｍａｘＨ＝７６８）。図８に関して以下でより詳細に説明されるように、水平行７Ｈ〜ｍａｘＨのピクセルデータは、測定物表面上に縞のパターンを形成してもよい。これらの縞のパターンは、カメラ２７０によって画像化されると、上記で概説したように、測定物表面のさまざまな特徴を測定するのを可能にする等高線を形成する。
【００６２】
時刻ｔ−３において、空間光変調器の構成及び構造化光パターンが確立された後、（所定の遅延後に与えられてもよく、サンプル・アンド・ホールド・トリガ信号に類似の）信号ＣＡＭＥＲＡ  ＴＲＩＧＧＥＲが高くなり、カメラ画像取得及び出力シーケンスが開始される。時刻ｔ−４において、カメラの蓄積時間が終了し、アナログ画像信号がカメラからフレームグラッバへ出力される。時刻ｔ−５において、カメラからフレームグラッバへ出力される画像信号が全て整い、カメラ画像取得及び出力シーケンスが終了する。続いて、図４を参照して上記で概説したように、別の構造化光パターン及び／又は調整された１組のプローブ構成要素制御信号等に応じて、タイミングサイクル全体を繰り返し別の測定物測定画像を取得してもよい。
【００６３】
図８は、図７の信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ内に組み込まれるプローブ構成要素制御信号と一致する、空間光変調器ピクセルの１つの例示的な構成を示す図である。上述したように、プローブ構成要素制御信号を水平ピクセル行１Ｈ〜６Ｈのグレイレベル信号に組み込んでもよく、縞状構造化光パターンの信号は水平ピクセル行７Ｈ〜ｍａｘＨに含まれてもよい。１つの例示的な実施形態では、ピクセル列の数は１０２４であってもよい。
【００６４】
図７に示される蓄積期間ＩＰのそれぞれに対応する「サンプリングウィンドウ」８２０が示される。水平ピクセル行１Ｈ〜６Ｈのグレイレベル信号を一定にすることによって、上記で概説したように特定のサンプリング及び復号化方法を利用してもよい。
【００６５】
図８の通り、第１の水平ピクセル行１Ｈは、かなり大きなＳＬＭ制御信号値に対応してかなり明るい（ほぼ白色）グレイレベルを有して示される。図７に関して、これは、レーザをオンにするための信号ＬＡＳＥＲ  ＥＮＡＢＬＥに直接利用される、約０．７３ボルトの最大電圧レベルに等しい第１の水平行１Ｈの最大信号レベルを有する信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯに対応する。これは、レーザをオンに切り換えるための信号ＬＡＳＥＲ  ＥＮＡＢＬＥに直接利用される約４．０ボルトのレベルを有する信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄに対応する。サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃１の信号の蓄積時間ＩＰは、行１Ｈ内のサンプリングウィンドウ８２０に対応する。
【００６６】
第２の水平ピクセル行２Ｈについて、グレイレベルが第１の水平ピクセル行１Ｈのグレイレベルよりもわずかに暗いものとして示されており、したがって行２Ｈに対応する信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯの値は、（図７における）行１Ｈのものよりも低いものとして示される。サンプル・アンド・ホールド回路Ｓ／Ｈ＃２の信号について、蓄積時間ＩＰは行２Ｈ内のサンプリングウィンドウ８２０に対応する。上記で概説したように、これは、レーザの電力レベルを制御するアナログ制御信号として直接用いられる信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ  ａｍｐｌｉｆｉｅｄから信号ＬＡＳＥＲ  ＰＯＷＥＲがサンプリングされる時間に対応する。
【００６７】
水平ピクセル行７Ｈ〜ｍａｘＨについて、上記で概説したように測定物の表面上に縞状のパターンを生成するために、信号が空間光変調器に提供される。上述したように、縞のパターンが、カメラによって提供された三角測量角で画像化される場合、一般に、画像化された縞のパターンは照射された表面の等高線を反映し、このような画像を既知の技法に従って処理して、測定物表面の三次元マップを提供してもよい。
【００６８】
本発明の好ましい実施形態を例示及び説明してきたが、当業者には、本開示に基づく、例示及び説明された特徴の構成及び動作シーケンスにおける多数の変形が明らかであろう。したがって、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示にさまざまな変更を加えることができることが理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、座標測定機に用いられる非接触プローブ制御インタフェースとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施例における座標測定機、構造化光を用いるプローブ、コントローラ及びユーザインタフェースを有する座標測定システムのブロック図である。
【図２】図１の構造化光を用いるプローブの内部構成要素を示す図である。
【図３】図１のプローブコントローラの構成要素を示す図である。
【図４】前記実施形態における非接触プローブの制御動作を示すフローチャートである。
【図５】図１のプローブヘッドケーブルの断面を示す図である。
【図６】オートジョイント接続の接続ピン及び図５のケーブルに使用可能な１つの例示的な接続及び／又は信号方式を概説する表である。
【図７】図１の測定システム１００内で使用可能な例示的な１組の信号のタイミング間の関係を示す図である。
【図８】図７の信号ＳＬＭ  ＶＩＤＥＯ内に組み込まれるプローブ構成要素制御信号と一致する空間光変調器ピクセルの１つの例示的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００…座標測定システム
１１０…非接触プローブ
１１５…データ伝送線
１２０…座標測定機コントローラ
１３０…プローブヘッドコントローラ
１４０…位置ラッチ
１５０…動作コントローラ
１６０…コンピュータ・ユーザインタフェース
１７０…非接触プローブコントローラ
１７５…コネクタ
２００…座標測定機
２０５…プローブハウジング
２１５…プローブヘッドケーブル
２１７…座標測定機クイル
２２０…プローブヘッド
２２５…復号器部分
２３０…レーザ
２３１…照明レーザビーム
２３２…偏向ミラー
２３３…制御線
２３５…モータ
２３７…制御線
２３９…制御線
２４０…回転ディフューザディスク
２５０…空間光変調器
２５５…投影光学素子
２６０…開口
２６２…投影パターン面
２６５…カメラ光学素子
２７０…カメラ
２７３…照明光学素子
２７５ｃ…アナログビデオ出力線
２７５ｂ…カメラ電力線
２７５ａ…制御線
２７５ｂ…電力線
２８０…プローブオートジョイント接続
２８５…接続線
２９０…プローブ制御インタフェース電子回路
３１０…ビデオグラフィックスアダプタ
３１５…位置ラッチ
３２０…画像プロセッサ
３２５…フレームグラッバ
５０５…シース
５１０…封止テープ層
５１５…シールド層
５２０…同軸ケーブル
５２５…シールド層
【図１】
2008032724.tif 000003
【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８】
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