(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像センサを座標測定マシンの基準フレーム内でアライメントする方法であって、
前記撮像センサと定義された関係を有する基準マーカーを、照明する工程と、
前記座標測定マシンのテスト対象物搭載ステージと定義された関係を有する凸面形状の反射基準面に対して、前記撮像センサを相対的に移動させ、前記凸面形状の反射基準面によって反射された前記基準マーカーの画像が前記撮像センサの撮像視野内に配置されるようにする工程と、
前記基準マーカーの画像を前記撮像センサの前記撮像視野の一部にわたって平行移動させるために、前記凸面形状の反射基準面に対して前記撮像センサをさらに相対的に移動させる工程と、
前記撮像センサの前記撮像視野にわたる前記基準マーカーの変位を、（a）前記凸面形状の反射基準面と前記撮像センサによる基準マーカーの倍率と、（b）前記座標測定マシンの基準フレーム内での前記撮像センサの向き、のうちの少なくとも1つと関連付ける工程と、
を備えた方法。
【請求項２】
前記基準マーカーが前記撮像センサの撮像光学系の中に配置され、前記照明する工程が、前記基準マーカーを照明するために、前記撮像光学系を通る経路に沿って光を送ることを含む、請求項１に記載の方法。 
【請求項３】
前記基準マーカーが前記撮像センサの開口絞りである、請求項２に記載の方法。 
【請求項４】
前記基準マーカーを照明する工程が、撮像光学系を通る光路外の外部光源により前記基準マーカーを照明することを含む、請求項１に記載の方法。 
【請求項５】
前記基準マーカーが、前記撮像センサと剛体運動するように構成されている請求項４に記載の方法。 
【請求項６】
前記基準マーカーが前記撮像センサにより保持されるレンズフードである、請求項５に記載の方法。 
【請求項７】
前記基準マーカーを照明する工程が、基準マーカーのエッジからの光を散乱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記撮像センサは、前記基準マーカーの画像を伝送する撮像光学系を含み、前記撮像光学系は前記撮像センサの光軸を規定し、前記基準マーカーは前記撮像センサの光軸を中心とする、請求項１に記載の方法。 
【請求項９】
前記撮像センサを相対的に移動する工程が、対象平面で前記基準マーカーを相対的に位置決めすることを含み、前記基準マーカーを照らす光が前記凸面形状の反射基準面によって前記対象平面から反射され、次いで前記撮像センサの撮像光学系によって前記撮像センサの結像面に送られる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記凸面形状の反射基準面が、前記撮像センサに対面する凸面形状を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記凸面形状の反射基準面が球面形状を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記凸面形状の反射基準面に対して前記撮像センサをさらに相対的に移動させる工程が、前記撮像センサが相対的に移動する１つ以上の距離を測定する工程と、前記基準マーカーの画像が前記撮像センサの撮像視野の一部を横切って移動する１つ以上の距離を測定する工程とを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記撮像センサの前記撮像視野にわたる前記基準マーカーの変位を関連付ける工程が、前記凸面形状の反射基準面と前記撮像センサの倍率を測定するために、前記基準マーカーの画像が撮像視野の一部を横切って移動する１つ以上の距離を、前記撮像センサが相対的に移動する１つまたは複数の距離と関連付けることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基準マーカーの画像が前記撮像視野の一部を横切って移動する１つ以上の距離の測定は、二次元の座標測定を含み、前記撮像センサの撮像視野を横切る前記基準マーカーの変位を関連付ける工程は、二次元の座標測定値を、座標測定マシンの基準フレーム内での前記撮像センサの向きと関連付けることを含む，請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標測定マシンに関し、特に、複数のセンサ（テスト対象物を撮像することによりデータを収集するセンサを含む）を用いて、テスト対象物から測定データを収集する座標測定マシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
テスト対象物を測定するための複数のセンサを備えた座標測定マシンは、共通の座標系または基準フレーム内の異なるセンサによって収集されたデータを参照し、テスト対象物についての関連付けられるデータを収集する。そのために、センサの相対的な位置と方向が決定される。撮像センサの場合、倍率、焦点平面、座標位置、カメラピクセルの回転方向、およびセンサの光軸が決定される。 
【０００３】
1つのアプローチは、さまざまなセンサを使用して、座標測定軸に沿った又は座標測定軸を中心とするセンサの相対運動を監視しながら、基準球などの基準アーティファクト（加工物）の複数の方向からの測定値を収集することである。例えば、基準球の中心は、座標基準フレーム内の中心または他の特定の位置として定義することができる。異なる測定センサの各々は、基準球の中心を決定するのに十分な情報を収集するので、各センサからの測定された中心位置は、互いに同一とみなすことができる。 
【０００４】
撮像センサは、多くの場合、アーティファクトから収集された画像内の画像コントラストの境界を特定することにより、テスト対象物等のアーティファクトのフィーチャを測定する。異なる種類の照明は、異なる種類の画像コントラストを生成する。例えば、参照球体の赤道は、暗い背景とは対照的に球を照らすか、又は球の暗い視野とは対照的に背景を照らすことにより、検出することができる。バックライトにより又は背景からの光の反射を優先することにより、球体を犠牲にして背景を照らすことができる。例えば、同軸照明器は、基準球の下または背後の表面からの光を再帰性反射することにより、画像のコントラストを生成できる。斜め照明は、縁に影を作ることにより、又は検出すべき赤道の真上や真下の表面からの軸外光線が撮像システムに入射することにより、精度の低い結果をもたらす傾向がある。
【０００５】
アーティファクト境界の検出は、使用する照明の種類に敏感であるため、撮像センサの異なる位置と向きを相互に較正（calibrate)するのが難しく、必要な較正に不確実性が追加されてしまう。
【発明の概要】
【０００６】
基準球を撮像してその境界を決定する代わりに、本明細書に開示する実施形態では、反射基準球または他の凸の反射面形状を配置し、撮像センサの構成要素として働かせる。それにより撮像センサは撮像センサ自体の一部としてのフィーチャの画像、または撮像センサと別の方法で定義された関係を持つフィーチャ（例えば、撮像センサと一緒に剛体運動するフィーチャ）の画像を収集する。凸面形状の反射基準面は、その視線内のフィーチャの撮像を可能にする。このフィーチャは、撮像センサの光軸の周囲のフィーチャを含む。例えば、撮像センサの撮像光学系（撮像光学部品；imaging optics）を通って伝達される照明が、開口絞りなどの撮像光学系の内部フィーチャを照らすことができ、この内部フィーチャの画像を基準面で反射することができる。これにより、撮像センサの結像平面に内部フィーチャの画像を生成することができる。あるいは、撮像センサの撮像光学系の外側で伝えられる照明が、レンズフードなどの撮像センサの外部フィーチャを照らすことができ、外部フィーチャの画像を基準面で反射することができる。これにより、撮像センサの結像平面に外部フィーチャの画像を生成することができる。
【０００７】
座標測定マシンのアライメントシステムが構想されている。このシステムでは、球面反射体などの凸面形状の反射基準面が、作業台などのテスト対象物設置ステージに設置されている。撮像センサを含む１つ以上のセンサが、関節アームなどの相対運動可能なセンサステージに設置されている。テスト対象物ステージとセンサステージのいずれか又は両方を動かして、テスト対象物とセンサとの間に必要な平行移動および回転を実行し、これにより、さまざまなテスト対象物から所望の測定データを取得できる。
【０００８】
座標測定マシンの基準フレーム内で撮像センサをアライメントするため、さもなければ較正するために、撮像センサと特定の関係を有する撮像センサのフィーチャが基準マーカーとして選択される。好ましくは、このフィーチャは、撮像センサの光軸と同心をなして囲み、撮像センサの撮像光学系の内部または外部に配置することができる。球面反射体などの凸面形状の反射基準面は、テスト対象物設置ステージに設置される。凸面形状の反射基準面は、好ましくは２つの理由で、撮像センサと対面する凸面形状を有する。第１の理由は、基準マーカーの画像を、撮像センサと凸面形状の反射基準面との間のより広い範囲の相対位置にわたって撮像センサによって捕捉できるからであり、また、凸面形状の反射基準面が、撮像センサの有効焦点距離を変更するために用いられる光学パワーの測定に寄与できるからである。凸面形状の反射基準面を介して画像を収集するように配置されている場合、凸面形状反射基準面ではなく基準マーカーが、撮像センサと凸面形状の反射基準面によって定義される複合光学系の対物平面（object plane）に配置される。
【０００９】
撮像光学系を通過する光の通過に影響を与える構成要素としての基準マーカーは、撮像センサの開口を満たす内部光源から直接照らされる。撮像光学系を通る光の通過に影響を与えない構成要素としての基準マーカーは、撮像センサを囲むリングライトなどの外部光源から直接照らされるか、自身を照らし出すことができる。基準マーカーが照らされる方法に関係なく、基準マーカーが凸面形状の反射基準面によって反射された時に撮像センサの視線内で見えるように、撮像センサと凸面形状の反射基準面は十分にアライメントされる。
【００１０】
基準マーカーの形状および配置は、その照明の形態に適合させることができる。例えば、開口としての基準マーカーは、回折による二次照明源を生成する明確な障害物として鋭いエッジを含むことが好ましい。撮像センサの外部フィーチャとしての基準マーカーは、アライメントツールと見なすこともできる。アライメントツールを十分に照明でき、円などのフィーチャを提供することが可能である限り、アライメントツールは種々の形態をとることができる。このフィーチャは、十分に照明されて十分なコントラストがあるので、撮像センサの画像処理を用いて測定できる。
【００１１】
特に、座標測定マシンがテスト対象物の同じフィーチャ又は異なるフィーチャを測定するために複数のセンサを使用する場合には、これらセンサは好ましくは、座標測定マシンの共通の基準フレームと関連付けられる。この基準フレームは一般に、テスト対象物設置ステージと、マシンの選択された運動軸に対して定義される。座標測定マシンのセンサとして、テスト対象物設置ステージに固定された凸面形状の反射基準面を介して撮像センサの基準マーカーを撮像する機能により、撮像センサを座標測定マシンの基準フレームと関連付けることができる。例えば、基準フレーム内での撮像センサの光軸の位置と向きは、位置と向きが既知の座標測定マシンの別のセンサに対して、直接または間接的に決定できる。さらに、倍率、焦点平面、カメラのピクセルの回転方向とスケールに関する情報を決定することができる。 
【００１２】
例えば、凸面形状反射基準面が球面反射体であり、基準マーカーが撮像センサの光軸を囲む環状の形状であると仮定すると、撮像センサによって捕捉される基準マーカーの画像の中心は、球面反射体の中心に対する撮像センサの光軸の位置の情報をもたらす。撮像センサと基準マーカーは単一の剛体として移動するが、球面反射体に対して撮像センサが相対的に平行移動すると、撮像センサの撮像視野（imaged field of view）内において基準マーカーの画像が移動する。撮像視野内の基準マーカーの相対的な変位は、運動軸に対する撮像センサのピクセルの間隔と方向に関する情報をもたらす。撮像センサの基準マーカーが撮像センサの撮像視野で平行移動する場合、球面反射体に対する撮像センサの異なる角度位置において、同様のタイプの測定を行うことができる。予め特定された運動軸に沿った撮像視野内の基準マーカーの相対変位（relative offset)は、画像の倍率と回転アライメントに関する情報をもたらす。
【００１３】
同じ関節アームにおいて撮像センサとともに固定位置に設けられた触覚センサなどの他のセンサとの比較測定は、球面反射体を介して画像化された基準マーカーの測定を、触覚プローブと球面反射体間の直接接触を含む測定と比較することにより、確立することができる。例えば、球面反射体の中心が通常の手段によって触覚中心に対して決定されると、この位置からのオフセットは、撮像視野内に基準マーカーの中心を同様に位置させるために必要な相対移動量によって測定できる。撮像センサの撮像視野を横切って基準マーカーを移動させるためのさらなる動きは、撮像センサによって生成された画像を相対的に方向付けしスケーリング（拡大・縮小）するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより、より良く理解することができる。図面には、同様の構成要素に同じ番号が付されている。
【００１５】
【図１】座標測定マシンを正面から斜視図である。座標測定マシンは、作業台上にテスト対象物と共に設けられた凸面形状の反射基準面としての球面反射体と、関節アームに設けられた汎用センサを備えている。
【００１６】
【図２】マルチセンサヘッドの拡大斜視図である。マルチセンサヘッドは、座標測定マシンの関節アームに一緒に取り付けられた複数のセンサの１つとして撮像センサを含んでいる。
【００１７】
【図３】撮像センサのレンズフードの形態をなす基準マーカーの概略的な画像である。この画像は、球面反射体で反射されるリングライトの照明のコントラストにより得られる。
【００１８】
【図４Ａ】球面反射体に対する撮像センサの相対的な変位（座標測定マシンの運動軸に沿う変位）での基準マーカーの概略的な画像を示す。
【図４Ｂ】撮像センサの異なる相対的変位での基準マーカーの概略的な画像を示す。
【図４Ｃ】撮像センサのさらに異なる相対的変位での基準マーカーの概略的な画像を示す。
【００１９】
【図５】基準マーカーの照明システムと、凸面形状の反射面からの反射により基準マーカーを撮像するように構成された撮像センサと、を示す図である。
【００２０】
【図６】スルーザレンズ照明システムと、凸面形状の反射面からの反射により撮像センサの内部開口を撮像するように構成された撮像センサと、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
座標測定マシン１０は、作業台１４に設置されたテスト対象物１２を測定するための多くの可能な構成の１つとして示されている。関節アーム１６は撮像センサとして構成される汎用センサ２０を支持する。この汎用センサ２０は、それぞれ垂直および水平面内を延びる２つの直交軸の周りに複合回転される。例えば、関節アーム１６は、センサ２０の水平軸Ｈ周りの回転のみならず垂直軸Ｚ周りの回転を支持する。これにより、センサ２０の垂直軸Ｚ周りのセンサ２０の角度位置に応じて、水平面内のいかなる方向付けも可能である。図示された位置では、水平軸Ｈは水平Ｙ軸と整列して紙面から延び、センサ２０は水平軸Ｈの周りに約３０度の角度αだけ傾いている。センサ２０の水平軸Ｈの周りの角度αのセンサ２０の回転は、Ｚ軸に関して測定される。また、センサ２０のＺ軸の周りの角度β（図示せず）の回転は、水平Ｘ軸に関して測定される。図１では、角度βは９０度に等しい。 
【００２２】
関節アーム１６はラム２２に担持されており、ラム２２は支持サドル２４に挿通されてＺ軸に沿って移動可能である。ブリッジ２６は、ラム２２がサドル２４と一緒に水平Ｘ軸に沿って移動するのを支持する。少なくとも１つの柱２８は、作業台１４の上方のブリッジ２６をキャリッジ３０に支持する。このキャリッジ３０は、水平Ｙ軸に沿って移動可能である。したがって、センサ２０はテスト対象物１２に対して、３つのリニアな軸Ｘ、Ｙ、Ｚに沿って平行移動可能であり、テスト対象物１２に対して２つの回転軸Ｚ、Ｈの周りで回転可能であり、Ｈ軸自体はＺ軸の周りに回転可能である。これによりセンサ２０を、支持された移動範囲内の任意の所望の方向に向けることができる。テスト対象物１２をセンサ２０で測定するために、より多くの、またはより少ない、または異なる運動軸を設けることができる。運動軸は、任意の適宜方法により、テスト対象物１２、センサ２０のいずれかまたは両方に所望の運動を与えることができる。
【００２３】
好ましくは、光学エンコーダまたは他の測定機器は、テスト対象物１２または作業台１４に対するセンサ２０の相対変位（一般的には、３つの直線軸Ｘ、Ｙ、Ｚおよび２つの回転軸Ｚ、Ｈに沿う相対変位）を監視する。運動軸の各々は、エンコーダからのフィードバックを得るコンピュータの制御下でモーター駆動されることが好ましい。 監視された変位は、獲得された測定値に組み込むことができ、これにより、共通の基準フレーム内で異なる測定値を相互に関連付けることができる。
【００２４】
撮像センサとして構成されたセンサ２０は、テスト対象物１２の２次元画像を捕捉することができ、そこからテスト対象物１２のフィーチャを視野内で正確に測定することができる。ただし、このような撮像センサによって取得された測定値を、相互に関連付け、また座標測定マシン１０の他のセンサによって取得された測定値と関連付けるために、撮像センサによって取得された画像は、センサの相互関係のみならず、座標測定マシン１０の運動軸を含むより広い基準フレームと関連付けなければならない。例えば、撮像センサとしてのセンサ２０は通常、光軸３４（画像はこの光軸に沿って捕捉される）を含む。この光軸３４の共通の基準フレーム内の位置および向きは、撮像センサの測定値を、他の測定データが捕捉されるより広い基準フレームと関連付けるために、用いることができる。また、光軸３４を中心とした画像の向き、画像の倍率ないしはスケール、および画像が抽出される焦点面の光軸３４に沿う位置が、上記のより広い基準フレームと関連する。
【００２５】
作業台１４上の所定の位置で既知のアーティファクト（加工物）の画像を捕捉することにより、撮像センサの特性と関連付けることができる共通の基準を提供できるが、撮像センサの異なる位置や向きで同様の照明を維持するのが難しいため、一貫性のない結果や望ましくない問題を引き起こす可能性がある。これらの欠点を回避するために、座標測定マシン１０は、撮像センサとしてのセンサ２０を、球面反射体３６の形で示されるアーティファクトと関連付けるように構成されている。
【００２６】
一般的なセンサ２０の代わりとしてのマルチセンサヘッド３８の拡大図が図２に示されている。３つの異なるセンサモジュールを含むマルチセンサヘッド３８は、作業台１４の上方の同じ関節アーム１６で支持されるようになっている。第１のセンサモジュールは、光軸４２を有する撮像センサ（imaging sensor）４０であり、第２のセンサモジュールは、延伸スタイラス４６を有するタッチプローブ４４であり、第３のセンサモジュールは、深度感知レーザー（depth-sensing laser）４８である。 
【００２７】
撮像センサ４０はリングライト５０（ring light;リング状照明器）を含む。このリングライト５０は、通常はテスト対象物１２などのテスト対象物を照明するために使用されるが、同様に光軸４２を中心とする不透明なレンズフード５２の形態をなす基準マーカーを照明するためにも使用される。図示の位置では、撮像センサ４０は、作業台１４上に支持されている球面反射体３６とアライメントされている。従来の凸面鏡と同様に、球面反射体３６は、撮像センサ４０のさまざまな視線にしたがって仮想画像を生成できる鏡面を有する。撮像センサ４０の光軸４２と一致する視線にしたがって、球面反射体３６は、照明されたレンズフード５２の仮想画像を生成する。撮像センサ４０は、球面反射体３６の背後の虚像の位置に焦点を合わせ、これにより、球面反射体３６の結像面（image plane）から現れた虚像を撮像センサ４０の結像面(image plane)へと中継する。撮像センサ４０の結像面では、レンズフード５２の実際の画像が捕捉される。すなわち、撮像センサ４０の対物平面(object plane;対象平面)は、球面反射体３６の結像面と一致するように位置決めされ、その結果、レンズフード５２は、撮像センサ４０と球面反射体３６の両方を含む複合光学システムの対物面に配置される。
【００２８】
撮像センサ４０によって捕捉されたレンズフード５２の画像が図３に概略的に示されている。レンズフード５２の外周縁５６のみが、周囲のリングライト５０からの光を遮る境界として図３に表われている。画像化されたレンズフード５２の縁５６での光のコントラストは、縁に沿う画像内の点の同定を可能にする。これらの点から、撮像されたレンズフード５２の中心５８を決定でき、この中心５８を撮像視野（imaged field of view）の中心６０と比較して、撮像センサ４０の光軸４２の球面反射体３６の中心からのオフセットの指標とすることができる。
【００２９】
座標測定マシンの運動軸によって与えられる記録された運動による基準マーカーの変位（例えばレンズフード５２の画像の相対的な変位）は、マシン軸に対する撮像センサ４０の撮像視野の角度方向を決定することを可能にし、撮像視野内の変位のスケーリングないしは倍率を決定することを可能にする。例えば、図４Ａ〜図４Ｃは、レンズフード５２の外周縁５６によって同定されるレンズフード５２の画像を概略的に示す。これら画像は、座標測定マシン１０のＸ軸に沿った撮像センサ４０の３つの相対的に変位した位置での画像である。ここで、撮像センサ４０の光軸４２は、座標測定マシンのＺ軸とアライメントされている（すなわち、角度αおよびβはゼロに設定されている）。 
【００３０】
図４Ａでは、レンズフード５２の周縁５６は撮像視野内の中心にあり、撮像センサ４０の光軸４２を球面反射体３６の中心にアライメントした位置（すなわちＸ座標値、Ｙ座標値がゼロに等しい位置）にある。図４Ｂは、座標測定マシンのブリッジ２６に沿ったサドル２４の移動などによって、マシン１０のＸ軸に沿って負の方向に量ａＸだけ変位している撮像センサ４０を表している。上記移動は、撮像センサ４０の撮像視野内において、画像化されたレンズフード５２の演算された中心５８の変位（直交する検出器平面（detector plane）の測定値ｂＸおよびｂＹだけ変位）として現れる。同様に、図４Ｃは、マシン１０のＸ軸に沿って量ｃＸだけ正方向に変位した撮像センサ４０を表している。この変位の結果、画像化されたレンズフード５２の演算された中心５８は、直交する検出器平面の測定値ｄＸおよびｄＹだけ変位する。これらの測定値から、座標測定マシンのＸ軸に対する撮像センサ４０の撮像視野の相対回転（ラジアン単位）が、計算できる。すなわち式（dＹ−bＹ）/（aＸ−cＸ）から計算できる。同様に、例えば倍率の変化として、撮像視野内の予想されるピクセル間隔(pixel spacing)の誤差パーセント（percentage error）は、式（（dＸ−bＸ）/（aＸ−cＸ））/ 100から計算できる。すなわち、撮像視野内の変位を撮像センサの実際の変位に一致させるために、予想されるピクセル間隔を計算されたパーセント分だけ減じることができる。
【００３１】
図５において、照明器として機能する撮像センサ４０のリングライト５０は、ある範囲に広がる光線６２を放出し、これらの光線６２の一部は、レンズフード５２の外周縁５６を照らす。凸面鏡として機能的に描かれている球面反射体３６は、撮像センサ４０に対面する向きで撮像センサ４０の光軸４２に沿って配置されている。したがって、球面反射体３６は、レンズフード５２の外周縁５６から散乱される光を受け取る位置にある。光線６４は、外周縁５６上の物体点（object point）６６から球面反射体３６に向かう方向に散乱する２つの光線を表す。散乱光線６４は球面反射体３６の凸曲面の反射面で反射され、撮像センサ４０の検出器７６に向かって発散される光線６８となる。球面反射体３６の反射光学パワーが与えられると、反射光線６８は球面反射体３６の凸曲面の反射面の後ろに位置する仮想点７０から発散するように見える。レンズフード５２の外周縁５６の全周に沿った物体点に対して、同様の仮想点が仮想平面７２に形成される。仮想平面７２は，レンズフード５２の外周縁５６から球面反射体３６までの距離と、凸面鏡として見られる球面反射体３６の曲率半径によって決定される位置に、配置されている。レンズフード５２の外周縁５６の画像のサイズは、仮想平面７２から球面反射体３６の前面までの光軸に沿う画像距離（image distance）の、球面反射体３６の前面からレンズフード５２の外周縁５６までの対物距離(object distance)に対する比率にしたがって、減じられる。
【００３２】
拡大撮像システムの一部としての球面反射体３６を撮像センサ４０に組み込むために、撮像センサ４０は球面反射体３６に対して相対的に位置決めされ、撮像センサ４０の視野内で、球面反射体３６の仮想平面７２を撮像センサ４０の対物平面（object plane）７４に実質的に対応させる。結果として生じる平面７２、７４のアライメントにより、レンズフード５２の外周縁５６を撮像センサ４０の検出器７６上で画像化することが可能になる。例えば、外周縁５６上の物点６６は、球面反射体３６によって仮想点７０に最初に結像され，反射光線６８に引き継がれて撮像センサ４０のレンズ７８を通る。このレンズ７８で反射光線６８は収束光線８０に変換され、検出器７６上において画像点８２で集束される。したがって、球面反射体３６と撮像センサ４０を組み合わせてなる折り畳まれた撮像システムの対象平面は、検出器７６上に撮像されるレンズフード５２の外周縁５６に位置する。図３および図４Ａ〜４Ｃは、そのような撮像の例を示している。
【００３３】
図６も、撮像センサ４０Ａを球面反射体３６と組み合わせた撮像システムを示しているが、基準マーカーを照明するための異なる照明システムが、撮像センサ４０Ａの撮像光学系の間に配置されていることを特徴とする。スルーザレンズ照明器（through-the-lens illuminator;レンズを通して照明する方式の照明器）８６は、光源８８と、ビーム形成光学部品９０と、開口絞りなどの内部開口９４を発散光ビーム９６で満たすためのビームスプリッタ９２と、を含む。この発散光の一部は、内部開口９４の周縁で散乱される。例えば、光線１０２は、内部開口９４の周縁上の物体点１００で散乱される。散乱された光線１０２は、球面反射体３６に向かう途中でレンズ７８により屈折される。そのため、球面反射体３６に近づく光線１０２は、レンズ７８を通して見た時、開口９４の光学像である瞳孔１０８上の対応する点１１０から発散するように見える。
【００３４】
光線１０２は、球面反射体３６の凸面形状の反射面で反射されて、発散光線１０４となる。この発散光線１０４は球面反射体３６の凸面形状の反射面の背後の仮想点１０６から発散するように見える。内部開口９４の全周縁に沿った物体点に対して、同様の仮想点が仮想平面１１２に形成される。仮想平面１１２は、内部開口９４（瞳孔１０８として現れる）から球面反射体３６までの距離と、球面反射体の曲率半径によって決定される位置で、球面反射体３６の凸面形状の反射面の背後に配置される 
【００３５】
図５の撮像システムと同様に、撮像センサ４０Ａは球面反射体３６に対して相対的に位置決めされ、撮像センサ４０の視野内で、球面反射体３６の仮想平面１１２を撮像センサ４０Ａの対物平面（object plane）１１４に実質的に対応させる。結果として生じる平面１１２、１１４のアライメントにより、内部開口９４の周縁を撮像センサ４０Ａの検出器７６上で画像化することが可能になる。例えば、球面反射体３６は、内部開口９４の周縁上の物体点１００の瞳孔を仮想点１０６に結像する。仮想点１０６から発散するように見える反射光線１０４は戻るように向けられ、撮像センサ４０Ａのレンズ７８を通る。このレンズ７８で光線１０４は収束光線１１６に変換され、検出器７６上において画像点１２０で集束される。
【００３６】
撮像センサ４０Ａおよび球面反射体３６のさまざまな動作パラメータは、反射光線１０４およびそれらの後継光線１１６の少なくとも一部が、検出器７６に向かう途中で内部開口９４を通過できるように設定される。瞳孔１０８は、カメラの撮像システムの簡略態様で表す開口部９４およびレンズ７８の背後に示されているが、瞳孔のサイズおよび位置は、撮像システムのレイアウトおよび設計に応じて異なり得る。 
【００３７】
好ましくは、撮像された基準マーカーの中心の位置を特定するために、開口または他の基準マーカーの全体が検出器７６上に結像される。しかし、円形の基準マーカーの画像化された境界上の少なくとも３つの異なる点を同定することにより、その中心を見出すことができる。したがって、基準マーカーの部分画像でさえ、撮像された基準マーカーの中心を決定するために使用できる。基準マーカー自体は、基準マーカーの意図された中心の位置を特定するための３つの異なる点で撮像できる最小限の構造を含むことができる。 
【００３８】
開示された実施例および実施例の特徴は、本開示の全体的な教示に従って当業者に明らかとなる様々な組み合わせ、変形、修正、および置換の実例であり、予期しない開発を含む。
【要約】
座標測定マシンの撮像センサのためのアライメントシステムは、測定マシンのステージに関連付けられた基準面を組み込んでいる。位置マーカーとして基準面を撮像する代わりに、基準面は撮像センサと一緒に複合撮像システムに組み込まれ、撮像センサと関連付けられたフィーチャを撮像する。画像化されるフィーチャは、内部開口などの撮像センサの内側部分、またはレンズフードなどの撮像センサと固定関係にある外側フィーチャであってもよい。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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