(57)【要約】絶対距離測定装置が提供される。装置は、基準レーザ信号パスと測定レーザ信号パスとを含み、レーザ信号を提供するレーザ光源と、回転自在面を有するチョッパアセンブリとを備え、回転自在面は、その一部を通過して設けられる開口を少なくとも１つ定める。レーザ信号はチョッパアセンブリの回転自在面の異なる点に向けられ、回転自在面が回転すると、開口が前記少なくとも２つのレーザ信号パスのそれぞれの透過を選択的に許可及び禁止する。
2004527751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準レーザ信号パスと測定レーザ信号パスとを含む、絶対距離測定装置であって、
レーザ信号を提供するレーザ光源と、
回転自在面を有し、前記回転自在面がその一部を通過して設けられた開口を少なくとも１つ定めるチョッパアセンブリと、
を備え、
前記レーザ信号は前記チョッパアセンブリの回転自在面の異なる点に向けられ、前記回転自在面が回転すると、前記開口が前記少なくとも２つのレーザ信号パスのそれぞれの透過を選択的に許可及び禁止する、
絶対距離測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記レーザ信号は、光ファイバ、ミラー、レンズ、ビームスプリッタ及びプリズムの１つ以上によって前記回転自在面の異なる点に向けられる、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の絶対距離測定装置であって、
前記レーザ光源からのレーザ信号を伝送すべく構成された少なくとも１つの光ファイバをさらに含む、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の絶対距離測定装置において、
少なくとも１つの光ファイバは、前記レーザ光源と前記回転自在面との間に位置する、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の絶対距離測定装置において、
前記少なくとも１つの光ファイバは光ファイバ結合器の第１の端部に結合され、前記光ファイバ結合器はその第２端部に２つの光ファイバが結合され、前記２つの光ファイバは前記回転自在面の異なる点にレーザ信号を向ける、装置。
【請求項６】
請求項５に記載の絶対距離測定装置において、
前記光ファイバ結合器の第２端部に結合された前記２つの光ファイバは、その全体の長さが実質的に同じである、装置。
【請求項７】
請求項４に記載の絶対距離測定装置において、
前記少なくとも１つの光ファイバはレーザ信号を出力し、前記レーザ信号は、ビームスプリッタ及びミラーによって前記回転自在面の異なる点に向けられる、装置。
【請求項８】
請求項２に記載の絶対距離測定装置において、
前記回転自在面は反射性である、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の絶対距離測定装置において、
前記回転自在面は少なくとも１つのビームブロックにレーザ光を反射する、装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の絶対距離測定装置において、
前記レーザ信号は、前記回転自在面の異なる点に向けられる前に、コリメータレンズを通過する、装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の絶対距離測定装置において、
少なくとも１つの光ファイバが、前記回転自在面と、基準逆反射体と測定パス上に設けられた目標との少なくとも一方、との間に位置する、装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の絶対距離測定装置において、
前記少なくとも１つの光ファイバは、基準逆反射体を終端とする基準パスに少なくとも部分的に沿って設けられ、前記基準逆反射体は、ファイバ逆反射体またはコーナキューブ逆反射体の一方である、装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の絶対距離測定装置において、
前記少なくとも１つの光ファイバは、逆反射体を終端とする基準パスに少なくとも部分的に沿って設けられ、
前記少なくとも１つの光ファイバは、目標の方向に向けられた測定パスに少なくとも部分的に沿って設けられ、
前記基準パスに沿って設けられた前記少なくとも１つの光ファイバと、前記測定パスに沿って設けられた前記少なくとも１つの光ファイバは、全体の長さが実質的に同じである、装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記チョッパアセンブリは、前記回転自在面に機能的に関連づけられたチョッパモータをさらに含む、装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の絶対距離測定装置において、
前記チョッパアセンブリは、前記チョッパモータに機能的に関連づけられた角度センサをさらに含む、装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記開口は、前記少なくとも２つのレーザ信号パスの少なくとも１つの、基準逆反射体までの透過を選択的に許可する、装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記開口は、前記少なくとも２つのレーザ信号パスの少なくとも１つの、測定パスに沿って設けられた目標までの透過を選択的に許可する、装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の絶対距離測定装置において、
前記開口と前記目標との間に二色性ビームスプリッタが設けられている、装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の絶対距離測定装置であって、
光電子レーザ信号を前記二色性ビームスプリッタに提供する光電子アセンブリであって、前記二色性ビームスプリッタが、出射する光電子レーザ信号と、前記回転自在面の開口を通過し、前記測定パスに沿って進む出射レーザ信号とを合成する光電子アセンブリを、
さらに備える、装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の絶対距離測定装置において、
前記光電子レーザ信号は可視範囲の波長を有する、装置。
【請求項２１】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記レーザ光源は近赤外線範囲の波長を有するレーザ信号を提供する、装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の絶対距離測定装置において、
前記光電子アセンブリは干渉計距離測定装置をさらに含む、装置。
【請求項２３】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
前記レーザ光源が、前記チョッパアセンブリに対して遠隔の補助アセンブリ内部に設けられている、装置。
【請求項２４】
請求項１に記載の絶対距離測定装置において、
反射したレーザ信号は、結合器によって光学検出器に向けられる、装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の絶対距離測定装置において、
前記反射したレーザ信号は、前記結合器と前記レーザ光源との間に位置するアイソレータによって、前記レーザ光源を不安定化しないようにされている、装置。
【請求項２６】
請求項２４に記載の絶対距離測定装置において、
前記光学検出器は電気出力信号を提供し、前記電気出力信号は混合器の無線周波数ポートに印加される、装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の絶対距離測定装置において、
電気信号生成器が、前記混合器の局所発振器ポートに信号を印加する、装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の絶対距離測定装置において、
前記混合器は中間周波数信号を生成し、前記中間周波数信号が位相計に供給される、装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の絶対距離測定装置において、
基準発振器が、前記電気信号生成器及び前記位相計に基準信号を提供する、装置。
【請求項３０】
請求項２８に記載の絶対距離測定装置において、
前記位相計は連続する位相値をマイクロプロセッサに供給し、前記マイクロプロセッサは基準パス上に位置する基準逆反射体から測定パス上に位置する目標までの距離を決定する、装置。
【請求項３１】
基準レーザ信号パスと測定レーザ信号パスとを含む絶対距離測定装置であって、
レーザ信号を提供するレーザ光源と、
回転自在面を有し、前記回転自在面がその一部を通過して設けられた開口を少なくとも１つ定めるチョッパアセンブリと、
を備え、
前記レーザ信号は前記チョッパアセンブリの回転自在面の異なる点に向けられ、前記回転自在面が回転すると、前記開口が前記少なくとも２つのレーザ信号パスのそれぞれの透過を選択的に許可及び禁止し、
連続する位相値をマイクロプロセッサに供給し、前記マイクロプロセッサが基準パス上に位置する基準逆反射体から測定パス上に位置する目標までの距離を決定する、位相計と、
を備える、絶対距離測定装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の絶対距離測定装置において、
前記レーザ信号は、光ファイバ、ミラー、レンズ、ビームスプリッタ及びプリズムの１つ以上によって前記回転自在面の異なる点に向けられる、装置。
【請求項３３】
絶対距離測定装置の測定安定性を高める方法であって、
レーザ光信号を、チョッパアセンブリの回転自在面上の少なくとも２つの異なる点に供給し、前記回転自在面は回転自在面の一部を通過して設けられた少なくとも１つの開口を定め、
前記回転自在面を回転し、前記開口が、前記点の少なくとも１つにおけるレーザ光信号が前記開口を通過して基準パスに沿って透過するのを選択的に許可し、
前記回転自在面を回転し、前記開口が、前記点のうちの他方おける前記レーザ光信号が前記開口を通過して測定パスに沿って透過するのを選択的に許可し、
基準目標及び測定目標から反射した基準信号及び測定信号を光学検出器に供給する、
方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、
さらに、前記光学検出器からの情報を位相計に供給し、前記基準目標からの信号と前記測定目標からの信号との位相差を決定する、方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法であって、
さらに、位相差情報をマイクロプロセッサに供給することによって、前記基準目標と前記測定目標と間の距離を決定する、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
一般に、絶対距離計（absolute distance meter：ＡＤＭ）は、遠隔目標までの距離を決定する装置である。距離は、レーザ光を目標に送り、目標から反射するまたは散乱する光を収集することにより決定する。ＡＤＭを使用して１次元の距離の測定もできるし、ＡＤＭをさらなる次元（自由度）に対応する量の測定能力を持つ、より複雑な装置に取り付けることもできる。
【０００２】
このような装置の一例が、３次元空間的座標を測定するレーザトラッカである。レーザトラッカは、対象面に抗して保持されたあるいは固定ネスト（nest）内に配置された逆反射体目標にレーザビームを送る。最も一般的なタイプの逆反射体目標は球面マウント逆反射体（spherically mounted retroreflector:ＳＭＲ）である。ＳＭＲは、立方体の角部の頂点が球体の中心に位置するように球体内部に取り付けられたキューブコーナ逆反射体を含んでもよい。
【０００３】
レーザトラッカ内部のジンバル（gimbal）機構を使用してトラッカからのレーザビームをＳＭＲに向けてもよい。ＳＭＲによって逆反射した光の一部がレーザトラッカに入り、位置検出器に達する。レーザトラッカ内部の制御システムは、位置検出器における光の位置によりレーザトラッカの機械的な方位軸及び天頂軸の回転角度を調節し、レーザビームをＳＭＲの中心に維持する。このようにして、トラッカは、対象物の表面上を移動するＳＭＲを追跡することができる。
【０００４】
レーザトラッカに逆反射した光の一部は、距離測定装置（距離メータ）、例えば干渉計またはＡＤＭなどにも達する。トラッカの機械的方位軸及び天頂軸に取り付けられた角度エンコーダにより、（基準トラッカフレームに対する）レーザビームの方位角及び天頂角を測定することもできる。レーザトラッカによる１距離測定と、２角度測定を行えば、ＳＭＲの３次元位置を完全に特定することができる。
【０００５】
次に、干渉計による距離測定と絶対距離測定を一般的に比較する。レーザトラッカでは、干渉計（もし存在すれば）は、始点から終点までの距離を、この２点間を逆反射体目標が移動する際に通過する既知の長さ（通常はレーザ光の半波長）のインクリメントの数を数えることによって決定できる。測定中にビームが破壊した場合、カウント数を正確に知ることができないので距離情報は失われる。一方、レーザトラッカにおけるＡＤＭはビームの破壊に関わらず、逆反射体の目標までの絶対距離を決定する。このため、ＡＤＭは「全自動（ポイントアンドシュート）」測定が可能であると言われている。
【０００６】
干渉計測定における誤差の原因は複数あるが、大抵の場合、主たる誤差は空気中のそのパスにわたるレーザ光の平均波長の値にある。空間のある点における波長は、レーザ光の真空波長を、その点における空気の屈折率で割ったものに等しい。レーザの真空波長は通常、高精度（１０，０００，０００分の１より優れている）であることが知られ、一方、空気の平均屈折率はこれより精度が低いことが知られている。空気の屈折率は、センサを使用して空気の温度、圧力、及び湿度をまず測定し、次にこれらの測定値を適当な等式、例えばＣｉｄｄｏｒ等式またはＥｄｌｉｎ等式に挿入して求められる。
【０００７】
しかしながら、温度、圧力及び湿度は空間全体で均一ではなく、センサも完全に正確ではない。例えば、平均温度における１℃の誤差は、屈折率における約１ｐｐｍの誤差を生む。上述のように、空気中の光の波長は空気の屈折率に反比例する。
【０００８】
同様に、ＡＤＭにおいても、いわゆるＡＤＭ波長（同様に不明瞭な範囲で知られる）は空気の屈折率に反比例する。両者がこのように同様であるので、温度、圧力及び湿度の測定における誤差は、ＡＤＭシステムと干渉計システムとでほぼ等しい計算距離の誤差を生じる。
【０００９】
ところが、ＡＤＭは干渉計には見られない誤差を受けやすい。すなわち、距離を測定するために、干渉計は電気カウンタを使用して２つの光線が位相を出入りする回数を追跡する。このカウンタは、小さなアナログの差には反応しないディジタル装置である。これに対し、ＡＤＭは通常、位相ずれ（phase shift）や時間遅延などのアナログ値を高い精度で測定することを求められる。
【００１０】
ＡＤＭの直面する問題を理解するために、３つの一般的なＡＤＭのアーキテクチャ、すなわち電気基準アーキテクチャ、光学基準アーキテクチャ、及び光学混合アーキテクチャを考察する。大抵の高性能ＡＤＭでは、レーザ光の変調を、電気信号をレーザ光源に印加するか、レーザ光を音響光学変調器または電子光学変調器などの外部変調器を通過するように送信することにより実現する。このレーザ光がＡＤＭから遠隔目標に送られる。ここで遠隔目標は、逆反射体でも拡散面でもよい。遠隔目標で反射または拡散した光は、少なくとも一部がＡＤＭに戻る。
【００１１】
光学混合アーキテクチャに基づくシステムは通常コヒーレントシステムと呼ばれる。これらのシステムでは、戻ってくるレーザ光は別の場所からのレーザ光と混合されてから光学検出器に送られ、電気信号に変換される。この電気信号を復号化して、ＡＤＭから遠隔目標までの距離が決定する。
【００１２】
コヒーレントでないシステムは、他の２つのアーキテクチャの１つに基づく。電気基準アーキテクチャでは、光学検出器からの電気信号は、レーザまたは外部変調器に印加された電気変調信号に直接比較される。光学基準アーキテクチャでは、光学検出器からの電気信号は、いわゆる基準チャネルにある第２光学検出器から出力された電気信号に比較される。このアーキテクチャでは、変調されたレーザ光は、２つの平行チャネル、すなわち、光が遠隔目標に達する測定チャネルと、光がＡＤＭ付近に留まる基準チャネルとに供給される。基準チャネル及び測定チャネルは実質的に同様の素子、すなわち同様の光学系、同様の検出器、及び同様の電子部品を含む。
【００１３】
電気基準アーキテクチャには、電気変調から光学変調への変換が不完全であるという問題がある場合がある。さらに、３つのアーキテクチャはすべて、光学及び電気素子によって生じるドリフト及び再現性誤差がある。例えば、ＡＤＭシステムで使用される光ファイバは、温度とともに光学パスの長さを変える。この問題は、基準チャネルと測定チャネルにおいて光ファイバの長さと位置を一致させることによって最小化することができる。ＡＤＭシステムで使用される電気的アセンブリ、例えば増幅器及びフィルタにより、変調された信号は温度に依存する位相ずれを受ける。光学基準アーキテクチャにおいては、この問題は、電気部品の温度依存位相ずれを、基準チャネルと測定チャネルで一致させることにより最小限にできる。しかしながら、一般に、短期間の再現性誤差と長期間のドリフト（とくに周囲温度の変化に関する）は、どのアーキテクチャを有するＡＤＭでも問題である。短期間の再現性誤差と長期間のドリフト誤差のいずれもが、安定性誤差と呼ばれるより一般的なカテゴリの例である。
【００１４】
レーザトラッカは、距離計がＡＤＭであるか干渉計であるかに関わらず、距離の測定において別の種類の誤差を生じる。このタイプの誤差は通常Ｒ０（Ｒゼロ）誤差と呼ばれる。レーザトラッカでは、光は、ジンバルポイントとも呼ばれるピボット（pivot）ポイントを通過するとされている。ＡＤＭまたは干渉計によって測定された距離がすべてこのジンバルポイントを基準にすることが望ましい。このため、運動学的にＳＭＲを支持するように設計された磁気ネストをレーザトラッカの本体に強力に取り付ける。通常、このネストは、ホームポジションに位置すると言われ、レーザトラッカの出口開口の下部に取り付けられるため、測定中にレーザ光線を遮断しない。Ｒ０補償と呼ばれる処理を行い、ジンバルポイントからホームポジションまでのＲ０距離が決定する。測定中、ＳＭＲは時折ホームポジションに戻され、距離がＲ０にリセットされる。干渉計の場合、これによって、破壊されたレーザビームからの単純な回復手段が提供される。ＡＤＭでは、電気または熱ドリフトが除去される。
【００１５】
トラッカハウジングの金属は温度によって膨張または収縮し、これに対応してＲ０値も増減する。このような膨張を部分的に補償するためにＲ０値をリアルタイムで補正することができる。これは、トラッカの金属本体内に１つ以上の温度センサを埋め込み、測定された温度を使用して金属の温度膨張を補正することにより行われる。しかしながら、金属の平均温度も金属の熱膨張係数も正確にはわからないので、この処理は完璧ではない。Ｒ０の増減は、長さＲ０と熱膨張係数と温度変化との積に比例するので、補正されたＲ０測定における誤差の大きさは、Ｒ０距離に直接比例して増加する。ところが、ホームポジションに位置するネストがトラッカの本体に取り付けられているため、このＲ０は必然的にゼロ以外である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
従来技術の上記およびその他の問題及び欠点は、ここに記載される絶対距離測定装置によって解決または軽減される。すなわち、絶対距離測定装置は、基準レーザ信号パスと測定レーザ信号パスとを含み、レーザ信号を提供するレーザ光源と、チョッパアセンブリとを備える。チョッパアセンブリは、回転自在面を含み、この回転自在面はその一部を通過して形成された開口を少なくとも１つ定める。レーザ信号はチョッパアセンブリの回転自在面の異なる点に向けられ、回転自在面が回転すると、開口が少なくも２つのレーザ信号パスのそれぞれの選択的な透過を許可及び禁止する。
【００１７】
チョッパ安定化絶対距離測定装置の上述及び他の特徴及び効果については、以下の詳細な説明及び図面から、当業者には理解できるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。その一例が添付の図面に示されている。本発明は、チョッパを使用して測定の安定性を向上させ、レーザトラッカに組み込まれた場合にはＲ０誤差を低減するＡＤＭを提供する。
【００１９】
（例示的なレーザトラッカ特性）
図１を参照すると、レーザビームをＳＭＲに送信する例示的なレーザトラッカ１０の斜視図が示されている。例示的なレーザトラッカは、一般に、方位軸アセンブリ１２、天頂軸アセンブリ１４、ペイロード（payload）アセンブリ１６、及び補助アセンブリ１８を含む。例示的な方位軸アセンブリ１２は、ベース台２０、方位軸外側構造体２２、方位軸内側シャフト（図示せず）、方位軸ベアリング（図示せず）、方位軸モータ（図示せず）、及び方位軸角度エンコーダ（図示せず）を含む。方位軸アセンブリ１２の種々の例示的特性について以下に説明する。ベース台２０は、機器スタンドまたは同様の構造にレーザトラッカ１０を固定すべく設計が可能である。方位軸外側構造体２２は、ベース台２０に取り付けることができ、ベース台２０に対して静止的であってもよい。方位軸ベアリング、方位軸モータ、及び方位軸角度エンコーダは、方位軸内側シャフトと方位軸外側構造体２２との間に納めることができる。方位軸ベアリングは、方位軸内側シャフトの低摩擦で滑らかな回転を可能にする。方位軸モータは、内側方位軸シャフトを任意の所望方位角で回転させることができる。方位軸角度エンコーダは、方位軸内側シャフトの方位角を測定することができる。
【００２０】
例示的な天頂軸アセンブリ１４は、ヨーク（yoke）２４、天頂軸内側シャフト（図示せず）、天頂軸ベアリング（図示せず）、天頂軸モータ（図示せず）、天頂軸角度エンコーダ（図示せず）を含む。天頂軸アセンブリ１４の種々の例示的な特性について説明する。ヨーク２４は、天頂軸アセンブリ１４全体が方位軸内側シャフトとともに回転するように、方位軸内側シャフトに強固に取り付けることができる。ヨーク２４はＵ字型に曲げてもよく、天頂軸内側シャフトはヨーク２４に開けられた穴に挿入してもよい。天頂軸ベアリング、天頂軸モータ、及び天頂軸角度エンコーダは、天頂軸内側シャフトとヨークの穴の表面との間に納めることができる。天頂軸ベアリングは、天頂軸内側シャフトの低摩擦で滑らかな回転を可能にする。天頂軸モータは、内側天頂軸シャフトを任意の所望天頂角で回転させることができる。天頂軸角度エンコーダは、天頂軸内側シャフトの方位角を測定することができる。
【００２１】
図１及び図２には、例示的なペイロードアセンブリ１６が示されている。ペイロードアセンブリは、一般に、取り付けプレート２６、光電子アセンブリ２８、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０、位置検出アセンブリ３２、ビーム拡大アセンブリ３４、及びビームスプリッタ３６，３８を含んでもよい。例示的な取り付けプレート２６は、平坦なプレートまたは同様の強固な構造を含み、この上に２つの取り付けフランジ４０が取り付けられている。天頂軸内側シャフトを取り付けフランジ４０に取り付けることができ、これにより、天頂軸及び方位軸の回転をペイロードアセンブリ１６に伝達することができる。
【００２２】
図１及び図２をさらに参照すると、例示的な光電子アセンブリは、符号４２によって総括的に示される可視レーザ光を発光する。例示的な実施形態では、レーザ光４２は、補助アセンブリ１８内に配置されたレーザ光源（図示せず）において生成され、図１及び図２に示されるように、方位軸アセンブリ及び天頂軸アセンブリを通過する経路を有する光ファイバ４４によって伝送される。別の例示的な実施形態では、レーザ（図示せず）を、取り付けプレート２６に配置された光電子アセンブリ２８内に取り付けてもよい。任意に、光電子アセンブリ２８は、増加的距離測定が可能な干渉計（図示せず）をさらに含んでもよい。
【００２３】
図１及び図２にさらに参照すると、例示的なＡＤＭチョッパアセンブリ３０は、光電子アセンブリ２８から発光されるのとは異なる波長でレーザ光（総括的に符号４６で示される）を発光する。例示的な１実施形態では、ＡＤＭチョッパレーザ光４６は、近赤外線スペクトルの目に安全な領域の波長、例えば約１５５０ｎｍの波長を有する。例示的な実施形態では、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０により発光されたレーザ光４６は、補助アセンブリ１８に配置されるレーザによって生成され、方位軸アセンブリ１２及び天頂軸アセンブリ１４を通過する経路を有する光ファイバ４４によって伝送される。
【００２４】
図２の例示的な構成を参照すると、光電子アセンブリ２８からのレーザ光はまず、部分透過ビームスプリッタ３８を通過する。ここでは、ごく一部の光のみが反射し、ほとんどの光は透過される。つづいて、光は二色性ビームスプリッタ３６を通過する。二色性ビームスプリッタ３６は、光電子アセンブリ２８からの可視光４２を透過するが、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０からの光は反射する。二色性ビームスプリッタ３６に続いて、光電子アセンブリ２８とＡＤＭチョッパアセンブリ３０からのレーザ光が１つの合成レーザビームに合成される。この合成レーザビームは、ビーム拡大アセンブリ（３４、図１）の凹レンズまたは凸レンズである、第１のレンズ４８を通過し、その後、ビーム拡大器の凸レンズである第２レンズ５０を通過する。例示的な実施形態では、２つのレンズ４８と５０の主面間の間隔は、２つのレンズ４８，５０の焦点距離の合計に等しく設定され、この結果、平行入射ビームを平行出力ビームに変換する無限焦点ビーム拡大器が生成される。
【００２５】
図１及び図２を再び参照し、例示的なレーザトラッカ１０の例示的な動作について説明する。合成レーザビーム５４はレーザトラッカ１０を離れ、目標、例えば球体マウント逆反射体５２（ＳＭＲ）まで移動する。レーザビーム５４の中心が、ＳＲＭ５２の中心に位置するコーナキューブ逆反射体（cube-corner retroreflector）（図示せず）の頂点を照射した場合、反射光は入射光のパスを引き返す。合成レーザビーム５４はトラッカ１０に再び入り、ビーム拡大器３４の２つのレンズ５０，４８を通過する際にそのサイズが減少する。二色性ビームスプリッタ３６は、例示的な実施形態では赤外線領域に波長を有するＡＤＭレーザ光をＡＤＭチョッパアセンブリ３０に反射し、例示的な実施形態では可視光領域に波長を有する残りの光を透過する。一部透過ビームスプリッタ３８は少量の光を位置検出アセンブリ３２に反射し、残りの光を光電子アセンブリ２８に伝送する。位置検出器アセンブリ３２は、ＳＭＲの中心を照射したレーザビーム５４が位置検出器アセンブリ３２の中心を照射するように調整されている。レーザビームが位置検出器アセンブリ３２の中心を照射しない場合、電気誤差信号が生成され、これにより、方位軸アセンブリ及び天頂軸アセンブリ１４（図示せず）がレーザビーム５４をＳＭＲ５２の中心の方向に進める。光電子アセンブリ２８に干渉計が存在する例示的な実施形態では、光電子アセンブリ２８に入った光を光学及び電気部品で分析し、ＳＭＲ５２までの距離を増加的に測定してもよい。
【００２６】
図１及び図２をさらに参照し、例示的なペイロードアセンブリ１６及び例示的な補助アセンブリ１８の例示的な構成を説明する。ペイロードアセンブリ１６の部品から補助アセンブリ１８の部品に、光学信号が光ファイバ４４を通過して経路づけられ、電気信号が電気的配線４４を通過して経路づけられる。補助アセンブリ１８は、レーザトラッカ及びその装置に必要なレーザ、光学部品、及び電気部品を含んでもよい。ここの示される例示的部品の一部については、以下により詳細に説明する。
【００２７】
図２を参照し、例示的な実施形態では、干渉計が光電子アセンブリ２８に含まれている場合、光電子アセンブリ２８の主な目的はＳＭＲ５２に可視光を送ることであり、この可視光が位置検出器アセンブリ３２に戻る。可視光は、レーザビームの所在についての有効な視覚的手がかりをトラッカのオペレータに提供することができる。さらに、可視領域で利用できる位置検出器はコストが低く、１５５０ｎｍの波長に対して利用できる位置検出器より性能がよい。
【００２８】
別の例示的な実施形態では、ＡＤＭが可視領域のレーザ光を使用し、干渉計と光電子アセンブリのいずれも使用されない。
【００２９】
（ＡＤＭチョッパアセンブリ）
図３から図６には、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０の例示的な部品が、二色性ビームスプリッタ３６（図１及び図２にも示されている）とともに示されている。図３及び図４は、レーザビームがチョッパアセンブリ６６を通過して二色性ビームスプリッタ３６に達する例示的な場合を示している。
【００３０】
例示的な実施形態では、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０は、フェルールファイバ（ferrule-fiber）アセンブリ５６、コリメータレンズ（collimating lens）５８、ＡＤＭビームスプリッタ６０、基準ミラー６２、ビームブロック６４、チョッパアセンブリ６６、及び内部基準逆反射体６８を含む。図３及び図４に示されるように、図示される例示的なフェルールアセンブリ５６は、補助アセンブリ（１８、図１に示されている）のＡＤＭレーザに取付けられている光ファイバ７２が、例えば樹脂によってその内部に固定されているフェルール７０を含む。図示される例示的なチョッパアセンブリ６６は、チョッパモータ７４、角度センサ７６及びチョッパプレート７８を含む。
【００３１】
図３及び図４をさらに参照すると、光８０はフェルールファイバアセンブリ５６の光ファイバ７２から出射し、コリメータレンズ５８によって視準される。ＡＤＭビームスプリッタ６０は、この光の一部を反射し、これをチョッパプレート７８の開口８２を通過して二色性ビームスプリッタ３６に送る。ＡＤＭビームスプリッタ６０は、さらに残りの光を基準ミラー６２に伝送し、基準ミラー６２はこの光をチョッパプレート７８に反射する。例示的な部品の構成については以下に説明する。
【００３２】
例示的な実施形態においては、チョッパプレート７８は反射フィニッシュ、例えば研磨金属面を含み、これにより、光は光ファイバ７２に後方散乱せず、ビームブロック６４の一方に反射する。このような望ましくない光学的光の後方散乱は、ある種のＡＤＭの精度を損なわせる可能性がある。
【００３３】
ひきつづき図３及び図４を参照すると、例示的なビームブロックは、薄い反射防止誘電フィルムで被膜した中性吸収ガラス（neutral-density absorbing glass）の小型プレートを含む。例示的な実施形態においては、チョッパモータ７４の裏面８４は上方に傾斜し、反射したレーザ光がビームブロック６４に向かって下方に向けられるようになっている。ＳＭＲ５２（図１に示される）によって反射した光は、その経路を引き返してレーザトラッカ１０の二色性ビームスプリッタ３６に到達する。レーザ光は二色性ビームスプリッタ３６からＡＤＭビームスプリッタ６０に反射し、コリメータレンズ５８によって光ファイバ７２のコアに集束される。
【００３４】
図５及び図６には、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０の第２の例示的な構成が示されている。図５及び図６においては、チョッパプレート７８は、レーザ光が内部基準逆反射体に反射可能な位置に回転している。チョッパプレートが回転すると、二色性ビームスプリッタと内部基準逆反射体に交互に光が送られる。例示的な１実施形態では、内部基準逆反射体６８は、キューブコーナ逆反射体である。レーザビームの中心がキューブコーナの頂点を照射する。そして、レーザビームは光ファイバ７２のコアまでその経路を引き返す。チョッパプレート７８が回転すると、例示的な１実施形態ではホール効果センサである角度センサ７６がチョッパプレート７８の角度を示す。この角度により、ＡＤＭレーザ光がＳＭＲ５２に達するか内部基準逆反射体６８に達するかがその都度決定する。
【００３５】
図５及び図６をさらに参照すると、例示的な１実施形態では、チョッパプレート７８は、以下に説明するように、測定可能な時間を最大にするために開口８２を１つだけ含む（ただし、１つ以上の開口８２も予想される）。例示的な実施形態では、レーザビームの一部が二色性ビームスプリッタ３６に送られ、一部が内部基準逆反射体６８に送られる時には、測定は一般に行われない。例えば、レーザビームが、光ファイバから出射後にガウスプロファイルを有し、０．６ミリメータ（ｍｍ）の直径を有するとする。レーザビームの有効直径は０．６ｍｍ以上であるが、これは、ガウスプロファイルが０．６ｍｍビーム直径の外部に延びる端部（tail）を有すること、さらにはレーザビームがＳＭＲ５２から戻る経路上でより大きくなる可能性があるためである。これらの理由により、レーザビームは通常、約２ｍｍの有効直径を有するとして扱ってもよい。レーザビームがチョッパモータ７４のシャフトの左右５ｍｍを通過すると、レーザビームは、５ｍｍのπ（パイ）倍、または約１６ｍｍの円弧の長さにわたって開口８２と交差する。距離測定機能は、ビームの直径の２倍、または４ｍｍの距離に渡り禁止される。すなわち、測定はチョッパの回転の１２／１６＝７５％の間可能である。このような場合、チョッパプレート７８の開口の数が増えると、距離測定機能に利用できる時間が減少する。例示的な１実施形態では、チョッパプレート７８の重心が回転軸上に置かれてチョッパプレート７８のスムーズな回転が保証される。
【００３６】
図７及び図８には、チョッパ安定化ＡＤＭアセンブリの別の例示的な実施形態が符号３０’で総括的に示されている。レーザ光源（例えば、図９の８８）は、光ファイバ７２’によってレーザ信号を提供する。例示された実施形態では、レーザ信号が、光ファイバ結合器（fiber optic coupler）１１４及び２つの光ファイバ１１０，１１２によってチョッパプレート７８’の異なる点に向けられる。フェルール１１６及びレンズ１１８が、光ファイバ１１０，１１２とチョッパプレート７８’の異なる点との間に示されている。
【００３７】
このように、例示される実施形態では、レーザ光は光ファイバ７２’を進み、光ファイバ結合器１１４によって、測定パス１２２と基準パス１２４との２つのパスに分割される。ファイバの光は、４つのフェルール１１６と４つのレンズ１１８とを含むファイバベンチ１２０に入る。レンズ１１８の１つが測定パス１２２を進む光を視準し、別のレンズ１１８が基準パス１２４を進む光を視準する。
【００３８】
図７を参照すると、チョッパプレート７８’の開口８２’は、測定パス１２２のレーザ光を通過させるが、基準パス１２４の光を遮断する位置に示されている。光は、フェルール１２８及びレンズ１３０を含むランチアセンブリ１２６に進む。レンズ１３０は光を視準し、これを二色性ビームスプリッタ３６’から、離れた逆反射体（図示せず）に反射する。逆反射体からの光は、光ファイバ結合器１１４を通過するまでそのパスを引き返す。この光が、図９に示されるような光学検出器と電子部に進み、ここで、トラッカから逆反射体目標までの距離が決定する。
【００３９】
次に、図８を参照すると、チョッパプレート７８’の開口８２’は、基準パス１２４のレーザ光を通過させるが、測定パス１２２の光を遮断する位置に示されている。図示される例示的な実施形態では、光はファイバ逆反射体１３２に進み、その後、光ファイバ結合器１１４を通って上述の電子部に進むまでそのパスを引き返す。
【００４０】
再び図７及び図８を参照すると、例示的な１実施形態では、基準パス１２４と測定パス１２２は、それぞれの長さが同じになるように整合されている。
【００４１】
一般に、ＡＤＭチョッパアセンブリ３０は、どんなタイプのＡＤＭとも使用することができる。図９を参照すると、例示的なＡＤＭは、強度変調レーザ光の位相ずれを測定することで距離を決定する。図３から図６に示されたＡＤＭチョッパアセンブリ３０の例示的な要素が図９の右側に概略的に示されている。これらの例示された要素には、二色性ビームスプリッタ３６、内部基準逆反射体６８、チョッパアセンブリ６６、基準ミラー６２、ＡＤＭビームスプリッタ６０、コリメータレンズ５８及びフェルールファイバアセンブリ５６を含む。図９の左側には、補助アセンブリ１８の内部に配置することのできる、例示的なＡＤＭ光電子アセンブリ８６が示されている。図示される例示的なＡＤＭ光電子アセンブリ８６は、レーザ８８、アイソレータ（絶縁装置）９０、結合器９２、低反射終端器（ＬＲＴ）９４、光学検出器９６、基準発振器９８、電気信号生成器１００、混合器１０２、位相計１０４、及びマイクロプロセッサ１０６を含む。
【００４２】
例示的な実施形態では、基準発振器９８は、例えば１年に約１０，０００，０００分の１の精度に安定した、既知の周波数（例えば２０メガヘルツ（ＭＨｚ））を有する正弦波を発する恒温槽制御型水晶発振器（ＯＣＸＯ）である。電気信号生成器１００は、基準発振器９８からの信号を使用して、より高い周波数（例えば、３ギガヘルツ（ＧＨｚ））で安定した電気正弦波信号を生成する。この信号を半導体レーザ８８の変調ポートに印加することができる。半導体レーザ８８は、１実施形態では分散型フィードバックレーザであり、特に、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）の例示的な出力波長を有することができる。例示的な３ＧＨｚ電気正弦波が、レーザ光の出力パワーを変調する（強度変調）。
【００４３】
図９に示される例示的な実施形態をさらに参照すると、変調されたレーザ光はレーザ８８から出て光ファイバ１０８、例えばピッグテール（pigtailed）光ファイバを通過し、アイソレータ９０、例えばファラデーアイソレータ（Faraday isolator）９０を進む。ファラデーアイソレータ９０は１方向の光の通過だけを可能にし、これにより、レーザ８８が逆方向に入射した光によって不安定化するのを防ぐ。レーザ光は光学結合器９２に進む。光学結合器９２は、例えば、５０：５０光学結合器であり、レーザ光の半分をＬＲＴ９４に送り、他の半分をＡＤＭ光電子アセンブリ８６外に出す。この出射した光はフェルールファイバアセンブリ５６まで進み、自由空間に送られ、ＳＭＲ５２と内部基準反射器６８とに交互に進む。
【００４４】
光がＳＭＲ５２に進もうと、内部基準反射器６８に進もうと、逆反射した光は、そのパスを引き返し、フェルールファイバアセンブリ５６の光ファイバに再び入り、光学結合器９２に戻る。結合器９２は、光の半分をファラデーアイソレータ９０に送り、ここで光が吸収される。他の半分の光は、光学検出器に進む。
【００４５】
図９をさらに参照すると、例示的な実施形態では、光学検出器９６からの電気出力信号を、例えば、混合器１０２の無線周波数（ＲＦ）ポートに印加してもよい。電気信号生成器１００によって生成された局所発振器（ＬＯ）信号（例えば、３．０００００２ＧＨｚ）が、混合器１０２のＬＯポートに印加される。混合器１０２は、ＲＦ信号とＬＯ信号との２ｋＨｚ差に等しい中間周波数（ＩＦ）を生成することができる。混合器１０２からのＩＦ信号は、基準発振器９８からの信号とともに、位相計１０４に送られる。位相計１０４は、２０ＭＨｚの基準信号を２ｋＨｚに分割し、この２ｋＨｚ信号の位相を２ｋＨｚＩＦの位相と比較する。マイクロプロセッサ１０６は位相値の連続を用いて内部基準逆反射体６８からＳＭＲ５２までの距離を決定する。
【００４６】
チョッパプレート７８が回転すると、光学検出器９６に戻った光学信号は、ＳＭＲ５２まで進んだ信号と内部基準逆反射体６８まで進んだ信号とで交互になる。これらの交互の測定間の位相差を用いて内部基準逆反射体６８からＳＭＲ５２までの距離が決定する。位相の差は、Ｌ＝ｃ／２ｆｍｎｇにしたがって曖昧性範囲（ambiguity range）Ｌと呼ばれる範囲にわたって
【００４７】
０度から３６０度まで変化する。ここで、ｃは真空における光の速度であり、ｆｍは変調周波数であり、ｎｇは空気中のレーザ光の群屈折率（group index of refraction）である。例えば、変調周波数が３ＧＨｚの場合、曖昧性範囲は、Ｌ≒  ３・１０８／（２）（３・１０９）（１）ｍ＝５０ｍｍにほぼ等しい。ＳＭＲ５２はレーザトラッカ１０から何メートル離れても配置できるので、内部基準逆反射体６８とＳＭＲ５２との間には完全な曖昧性範囲Ｌが多数存在する可能性がある。Ｍ個の完全な曖昧性範囲があり、位相計１０４がφラジアンを測定する場合、内部基準逆反射体６８からＳＭＲ５２までの距離ｄはｄ＝Ｌ（Ｍ＋φ／２π）である。
【００４８】
完全な曖昧性範囲Ｌの数Ｍは、まず、変調周波数ｆｍを下げ、内部基準逆反射体６８からＳＭＲ５２までの距離を再計算することによって決定する。例えば、変調周波数ｆｍがｆｍ２＝３ＭＨｚに下げられたとする。このより低い周波数に対する曖昧性範囲Ｌ２は、Ｌ２＝ｃ／２ｆｍ２ｎｇであり、これはＬ２≒  ３・１０８／（２）（３・１０６）（１）＝５０ｍにほぼ等しい。図９の位相計１０４が位相を１０−４ラジアンの正確性に決定できるのであれば、距離Ｌ２は１ｍｍより優れた正確性に知られ、これは５０ｍｍの曖昧性範囲に対する数Ｍを決定するのに十分である。
【００４９】
数Ｍの決定後、ＡＤＭビームが破壊されていないかぎり、Ｍを再測定する必要はない。ビームの破壊は、ＩＦ信号の各周期における正弦波の平均出力（average power）をモニタリングすることによって検出できる。例えば、チョッパプレート７８が４００Ｈｚで回転するとする。ＩＦが２ｋＨｚの場合、図１０に示されるように、チョッパプレート７８が一度回転するたびにＩＦ信号の５周期が検出される。これらの５周期のうち、１つがスローアウェイ（使い捨て）周期、２つが測定周期（ＳＭＲ５２の距離に相当）、及び２つが基準周期（内部逆反射体距離に相当）である。この例では、ビームの破壊を検出する最大の時間は、２つの基準周期、１つのスローアウェイ周期及び  １つの測定周期を完成する時間、すなわち２ｍｓである。数Ｍは、ＳＭＲ５２がこの時間の間に曖昧性範囲の０．４倍未満（０．４ｘ５０ｍｍ＝２０ｍｍ）だけ半径方向に移動している場合にはいずれも正確に決定されている。この結果、ＡＤＭは２０ｍｍ／２ｍｓ＝１０ｍ／ｓの速さで進むＳＭＲ５２に対してビームの破壊を検出できる。人間の手ではＳＭＲ５２をおよそ６ｍ／ｓより速く移動することはできないので、ビームが破壊されていなければＭを決定する必要はない。
【００５０】
一般に、製造公差の蓄積のため、方位機械軸と天頂機械軸は正確に同一平面に位置しない。方位軸から天頂軸に延び、両軸に垂直なラインセグメントの長さは、軸オフセット距離（ＡＸＯＦ）と呼ばれる。このラインセグメントが方位軸と交差する点をトラッカ原点と呼ぶ。天頂軸から内部基準逆反射体までの距離は、ＲＩＲ（R Internal Retroreflector：Ｒ内部逆反射体）距離と呼ばれる。
【００５１】
例示的なレーザトラッカ１０は２つの動作モード、すなわちフロントサイトモードとバックサイトモードとを有する。フロントサイトモードからバックサイトモードに切り替えるには、レーザトラッカ１０は方位軸を１８０度回転させ、天頂軸の向きを変えて天頂角の符号を反転させることにより、レーザビームを再び元の方向に送る。レーザビームが、水平線上に位置する目標に向けられている場合（水平レーザビーム）、フロントサイトモードからバックサイトモードへの切り替えの効果は、天頂軸の位置を方位軸に対して反転させることである。すなわち、フロントサイトモードにおいて天頂軸が方位軸の前方に位置する場合、バックサイトモードでは天頂軸は方位軸の後方に位置し、また逆も同じである。測定中、天頂軸からＳＭＲ５２までの距離は、フロントサイトモードとバックサイトモードのいずれにおいても、ｄＺ＝Ｌ（Ｍ＋φ／２π）＋ＲＩＲである。ｚ軸が方位軸の方向に向き、角度θがｚ軸から、トラッカ原点をＳＭＲに結ぶ線に延びている場合、トラッカ原点からＳＭＲ５２までの距離は、フロントサイトモードでは、
【数１】
2004527751.tif 000003
に等しく、バックサイトモードでは、
【数２】
2004527751.tif 000004
に等しい。ここで、θの値はフロントサイトモードで測定した値である。ＡＸＯＦは一般に１０マイクロメートルより小さいので、測定された距離ｄｚよりはるかに小さい。この結果、かなりの近さで、等式は以下のように減じられる。すなわち、フロントサイトモードに対して、ｄＯ＝ｄＺＦＳ＋ＡＸＯＦｓｉｎθであり、バックサイトモードに対してｄＯ＝ｄＺＢＳ−ＡＸＯＦｓｉｎθである。この等式において、符号ｄＺがｄＺＦＳまたはｄＺＢＳに置き換えられ、測定がフロントサイトモードまたはバックサイトモードでなされたことを示している。なお、フロントサイト測定及びバックサイト測定のいずれの場合にも、トラッカ原点に対する距離を表すために同じ符号ｄＯが用いられているが、これはいずれの場合にも同じ値が得られるからである。
【００５２】
上記の式が示唆するように、レーザトラッカ距離測定は通常トラッカ原点を基準に行われる。これを行うには（上記の計算を行うことにより）、測定の開始前にＡＸＯＦ及びＲＩＲの値を決定するのが望ましい。これらのパラメータの決定に使用される例示的な補償手順について説明する。第１の例示的なステップでは、２つのネスト（図示せず）を設定し、ＳＭＲ５２がどちらに置かれても同じ高さになるようにする。第２の例示ステップでは、レーザトラッカを２つのＳＭＲ５２の目標位置の外に移動し、レーザトラッカの位置、高さ及び方向を調節してトラッカからのレーザビームが２つのＳＭＲ５２の目標位置に交わるようにする。そして、レーザトラッカのＡＤＭが各目標までの距離を測定する。一方の距離を他の距離から引き、目標間の距離Ｄを決定する。ＡＸＯＦ及びＲＩＲの非ゼロ値は、トラッカ１０から各目標までの測定距離に誤差を生じさせるが、一方の距離を他方の距離から引いて距離Ｄを決定すればこれらの誤差は相殺される。第３の例示ステップにおいて、レーザトラッカ１０を２つのＳＭＲ５２目標の間に移動し、レーザトラッカ１０の位置及び方向を調節して、トラッカの原点を２つのＳＭＲ５２の目標位置の中心に置く。トラッカ１０がフロントサイトモードにあれば、ＡＤＭは第１の目標までの距離Ｄ１ＦＳ及び第２の目標までの距離Ｄ２ＦＳを測定する。第４の例示ステップでは、レーザトラッカをバックサイトモードにする。ＡＤＭは第１の目標までの距離Ｄ１ＢＳ及び第２の目標までの距離Ｄ２ＢＳを測定する。
【００５３】
ＡＸＯＦの値は、上記の値を以下の等式に代入することで求められる。
ＡＸＯＦ＝（Ｄ１Ｆ＋Ｄ２Ｆ−Ｄ１Ｂ−Ｄ２Ｂ）／４
ＲＩＲの値は、以下の式から求められる。
ＲＩＲ＝（２Ｄ−Ｄ１Ｆ−Ｄ２Ｆ−Ｄ１Ｂ−Ｄ２Ｂ）／４
【００５４】
（チョッパアセンブリの例示的な効果）
チョッパ、例えばさまざまな図面に示されたＡＤＭチョッパアセンブリ３０のチョッパをＡＤＭアセンブリ内に設けることにより、大きな効果が得られる。これらの効果の例として、（１）光学、電気または光電子部品における誤差を除去することができ、（２）Ｒ０誤差を最小化する安定した内部基準位置を提供することができる。以下、これらの誤差とチョッパがそれを除去する方法について説明する。
【００５５】
一般に、光学部品は、それらが測定された距離の不正確性を生み出すあるいは安定性を損なうような方法でレーザ光の状態を変化させる場合には、誤差を生じ得る。光ファイバ及び光ファイバ部品、例えば結合器及びアイソレータは、上述の３つのＡＤＭアーキテクチャのいずれにおいても使用できる。自由空間光学部品に比べ、光ファイバ部品はコストが低く、複数の点、すなわちレーザ光の空間品質、逆反射、及び照準の安定性（pointing stability）において性能が良い。
【００５６】
レーザ光の空間品質は、ＡＤＭの範囲及び光学検出器の応答の一貫性に影響する。半導体レーザから発光されたレーザ光の空間品質は劣っていることが多い。多くの場合、ビームは円形ではなく楕円であり、レーザビームのプロファイルは理想的なガウス形状とはかけ離れている。そこで、光ファイバが空間フィルタとして作用し、レーザビームの品質を高める。十分な長さのファイバ（おそらくはフィルタリング動作を助けるために渦状に巻かれている）を伝播後、レーザ光はほぼガウスビームプロファイルでファイバから出射する。
【００５７】
高い正確性が望まれる場合、あるタイプのＡＤＭでは逆反射が問題になり得る。光ファイバ及び光ファイバ部品は、自由空間光学部品に比べはるかに小さい光学的逆反射を提供する。例えば、光学パワーの１００万分の一未満を反射する光ファイバ部品及び光学接続部を得ることがしばしば可能である。これに対し、１０００分の一ほどでも反射できる自由空間光学部品を得るのは難しい。
【００５８】
照準安定性は、検出器応答の安定性及び光電子アセンブリからの可視ビームに対するＡＤＭビームの整合に影響する。光学検出器の時間的応答は、検出器の端部付近では、中心付近と異なることが多い。ファイバピッグテール光学検出器では、レーザ光がＳＭＲのどこを照射するかにかかわらず、レーザ光は検出器の表面のほぼ同じ場所を照射し、これによって応答の一貫性が向上する。
【００５９】
しかしながら、これらの利点にもかかわらず、光ファイバの使用は測定システムに不正確性を生じさせる。光ファイバの屈折率は温度とともに変化し、屈折率の相対変化に光ファイバの長さを乗算してファイバの光学パスの長さにおける変化が決定する。通常、光学パスの長さにおけるこの変化は、測定された距離における誤差として現れる。この誤差を最小限にする秩序だった１方法は、時おりＳＭＲをホームポジションに戻し、基準距離をＲ０値にリセットする方法である。もちろん、ＳＭＲを頻繁にホームポジションに戻せない場合には、これはよい選択肢ではない。誤差を最小化する別の方法は、ファイバの長さ及び位置を、測定チャネルと基準チャネル（もしあれば）とで一致させる方法である。しかしながら、光ファイバは、その構成またはコア断面が同一であることはなく、この方法は完璧な解決とはならない。
【００６０】
ＡＤＭアセンブリ内部に使用される電気部品も、時間位相を時間とともに変化させることにより誤差を生む。どの電気部品も、この種の位相変動性を特に温度の関数として生じる潜在性を持っている。その例には、ケーブル、フィルタ、増幅器及び混合器が含まれる。これらの問題の多くは、電気部品の慎重な選択及び整合により、解消することはできないが、減少は可能である。電気部品はまた、平行チャネルにおける部品同士の放射または伝導相互作用によって生じるクロストークを受けやすい。光電子部品はドリフトまたはジッタを引き起こす可能性がある。例えば、整合された光学検出器であっても、光の特性（パワー、空間分布、及び極性）及び温度に対してわずかに異なって反応する。
【００６１】
上記のように、ＡＤＭアセンブリ内部に本発明のチョッパを設けることによって、光学、電気及び光電子部品におけるこのような誤差を効果的に除去する。上記の光学、電気及び光電子問題を解決するには、チョッパを使用し、単一チャネルを基準信号（内部基準逆反射体に進んだ光からの信号）と測定信号（ＳＭＲに進んだ光からの信号）との間で多重化する。光学、電気、及び光電子部品はこの２つの信号によって共有されているので、数ミリ秒またはそれ以上の時間的変動のすべてが共通モードである。この結果、基準信号の位相を測定信号の位相から差し引けば、これらは解消される。さらに、平行な物理的チャネル間のクロストークの可能性は、このスキームによって解消する。
【００６２】
さらに、ＡＤＭアセンブリ内部に本発明のチョッパを設けることによって、Ｒ０誤差を最小限にする安定した内部基準位置を提供できるという利点がある。通常、ホームポジションはトラッカの外部に位置するので、Ｒ０位置はゼロでない数字であり、約０．１メートルが一般的な値である。この値は熱膨張によって変化する。例えば、トラッカ構造がアルミニウムで生成されている場合、１０℃以上の温度変化で、０．１メートルのＲ０の値は、約２０マイクロメートル変化する（２０ｐｐｍ／ｄｅｇＣ  ｘ  １０ｄｅｇＣ  ｘ  ０．１メートル＝２０マイクロメートル）。温度センサをトラッカ構造体に埋設し、このような熱膨張を補償することができる。しかしながら、この補正は完全ではなく、温度変化が大きい場合には、おそらく少なくとも数マイクロメータの誤差が残る。
【００６３】
内部基準逆反射体をレーザトラッカの内部に、トラッカ出口開口からある距離隔てて埋設することにより、ＡＤＭアセンブリ内部に本発明のチョッパを設けることで上記誤差が減少するという利点がある。トラッカ出口開口から隔てる距離は、トラッカ出口開口からトラッカ原点までの距離にほぼ等しくすることができる。Ｒ０の値は任意に小さくできるので、トラッカフレームの熱膨張によって生じるＲ０の誤差も任意に小さくすることができる。
【００６４】
本発明によるチョッパ安定化絶対距離計は、距離の情報が重要であるどんな種類の装置に対しても、取り付け及び内部への埋設が可能である。制限なく、このような装置はレーザトラッカと同様に回転してもよく、ガントリ（gantry）と同様に直線移動してもよく、ロボットエンドエフェクタ（robot end effector）と同様に複合パタンで移動してもよく、あるいは１次元距離計と同様に実質的に静止したままでもよい。上記の説明から、チョッパ安定化ＡＤＭをこれらの装置にどのように適用するかは当業者に明らかである。
【００６５】
例示的な実施形態を示して説明したが、本発明の範囲を逸脱せずにチョッパ安定化ＡＤＭに種々の修正及び変化が行えることが当業者に明らかである。例えば、制限なく、任意の数の光学部品、例えば、特に光ファイバ、ミラー、レンズビームスプリッタ及びプリズムを利用してレーザ信号を例示的なチョッパの回転自在面の異なる点に向けることができる。したがって、さまざまな実施形態は例として説明されたもので、本発明を限定するものではないことが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】レーザビームをＳＭＲに送る例示的なレーザトラッカの斜視図であり、レーザトラッカの選択された部品がブロックで表されている。
【図２】図１の例示的なレーザトラッカの上面図である。
【図３】ＡＤＭチョッパアセンブリの例示的な部品の斜視図であり、レーザ光はビームスプリッタに向けられている。
【図４】図３の例示的なＡＤＭチョッパアセンブリの上面図である。
【図５】ＡＤＭチョッパアセンブリの例示的な部品を示す斜視図であり、レーザ光は内部逆反射体に向けられている。
【図６】図５の例示的なＡＤＭチョッパアセンブリの上面図である。
【図７】ＡＤＭチョッパアセンブリの例示的な部品を示す斜視図であり、レーザ光は内部逆反射体に向けられている。
【図８】ＡＤＭチョッパアセンブリの例示的な部品を示す斜視図である。
【図９】ＡＤＭの例示的な要素及びＡＤＭチョッパアセンブリを概略的に示す図である。
【図１０】例示的なＡＤＭにおける中間周波数（ＩＦ）電気信号のパタンを示す図である。
【図１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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