(57)【要約】【課題】  測定対象物の３次元位置情報を容易に取得でき、サイズがコンパクトなレーザトラッカーを提供する。【解決手段】  レーザ光を出射するレーザ光源２ａと、ターゲットＴｇからのレーザ戻り光Ｌ２を用いてターゲットＴｇまでの距離を測定する測長器２ｂと、レーザ戻り光Ｌ２の光軸に垂直な面上における位置を検出する光位置検出器３と、レーザ出射光Ｌ１をターゲットＴｇに向けて反射させると共に、レーザ戻り光Ｌ２を測長器２ｂおよび光位置検出器３に到達するように反射させる可動反射ミラー１１と、可動反射ミラ１１ーの角度を変更させる第１のモータ１２および第２のモータ１４とを備える。第１のモータ１２は貫通孔１２ａを有する中空形状であり、レーザ出射光Ｌ１およびレーザ戻り光Ｌ２が貫通孔１２ａを透過する。【選択図】        図１
2013120115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射してターゲットの位置を追尾しながら、距離と角度で表されるターゲットの空間座標を求めるレーザトラッカーにおいて、
レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射され前記ターゲットで反射して戻ってきたレーザ光であるレーザ戻り光を用いてターゲットまでの距離を測定する測長器と、前記レーザ戻り光の光軸に垂直な面上における位置を検出する光位置検出器と、前記レーザ光源から出射されて前記ターゲットに到達するまでのレーザ光であるレーザ出射光を前記ターゲットに向けて反射させると共に、前記レーザ戻り光を前記測長器および前記光位置検出器に到達するように反射させる可動反射ミラーと、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸と平行な第１の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第１のモータと、前記第１の回転軸心と直交する第２の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第２のモータとを備え、
前記第１のモータは、前記第１の回転軸心に沿う方向に貫通する貫通孔を有する中空形状であり、前記レーザ出射光および前記レーザ戻り光が前記貫通孔を透過するようにしたことを特徴とするレーザトラッカー。
【請求項２】
請求項１において、前記第２のモータに電気、制御信号等を送る電気ケーブル類を、前記貫通孔を通して設けたレーザトラッカー。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記第２のモータのモータ軸に中空部を設け、この中空部内に前記可動反射ミラーを配置し、前記モータ軸の前記中空部と外部とを隔てる隔壁に、前記可動反射ミラーに対するレーザ光の入射光および出射光が透過する開口部を設けたレーザトラッカー。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記レーザ戻り光を前記測長器へ向かう光と前記光位置検出器へ向かう光とに分離する光学素子を設け、この光学素子を前記レーザ出射光が通らない位置に配置したレーザトラッカー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記レーザ戻り光を前記測長器へ向かう光と前記光位置検出器へ向かう光とに分離する光学素子を設け、前記レーザ光源、測長器、光位置検出器、および光学素子を共通のケーシングに収容し、このケーシングと前記第１のモータを一体構造として、このケーシングと第１のモータの一体構造体を、床面に設置される土台に対して支柱を介して支持させたレーザトラッカー。
【請求項６】
請求項５において、前記土台と支柱との間に、床面からの振動を減衰させて前記支柱に伝える振動減衰装置を配置したレーザトラッカー。
【請求項７】
請求項６において、前記振動減衰装置は、ばね材を使用したものであるレーザトラッカー。
【請求項８】
請求項６において、前記振動減衰装置は、ゴム材を使用したものであるレーザトラッカー。
【請求項９】
請求項６において、前記振動減衰装置は、積層板の摩擦を利用したものであるレーザトラッカー。
【請求項１０】
請求項６において、前記振動減衰装置は、エア除振機構を利用したものであるレーザトラッカー。
【請求項１１】
請求項６において、前記振動減衰装置は、アクティブ除振機構を利用したものであるレーザトラッカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、産業、計測分野において、生産物や建築物、自然物等の物体の空間的座標を測定するレーザトラッカーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガイドとなるレーザ光の方向を、２軸のモータで制御し、移動するターゲットに追従させ、ターゲットの空間座標（３次元位置情報）を得るレーザトラッキング技術が古くから知られている。このレーザトラッキング技術では、それぞれモータに取付けられた２軸のエンコーダを用いて、移動するターゲットの空間的な方向（角度）を知ることができる。ターゲットは、レトロリフレクタあるいは単にリフレクタと呼ばれる、それぞれ直交する３枚の鏡を使用した反射鏡を用いるのが一般的である。このリフレクタは、どのような場合でも、入射した方向に光を返すことができる。
また、レーザで距離を測る技術は確立されており、例えばレーザ干渉計では、数メートルの距離を、ナノメートル単位の分解能で測定することができる。
【０００３】
上記２つの技術を組み合わせた装置がレーザトラッカーであり、このレーザトラッカーは、その装置からターゲットまでの距離と空間的な角度とを、レーザ干渉計とエンコーダとでそれぞれ測定し、その測定値から、装置を基準としたターゲットの空間位置を特定する（例えば特許文献１，２）。測定は、以下の手順で行う。
【０００４】
（１）測定対象物の近傍にレーザトラッカーを設置する。
（２）ターゲットを測定対象物の測定したい箇所に接触させる。
（３）レーザトラッカーからレーザ光をターゲットに向け出射し、ターゲットで反射した戻り光を再びレーザトラッカーで受け取る。このときのエンコーダから得られた角度値とレーザ干渉計から得られた距離値とから、ターゲットの空間座標（３次元位置情報）を得る。
【０００５】
図１１と共に、従来のレーザトラッカーの構成および動作原理について説明する。レーザトラッカー１は、測定対象物Ｗに設置されたターゲットＴｇの動きに追従し、測定対象物Ｗの空間座標を求める装置である。ターゲットＴｇは、測定対象物Ｗ上の一箇所に静止した状態で取付けられる。ターゲットＴｇとしては、例えば球状のレトロリフレクタが用いられる。レーザトラッカー１は、主に、レーザ光源２ａ、測長器２ｂ、光位置検出器３、制御手段５、および演算手段６を有する。
【０００６】
レーザ光源２ａは、ターゲットＴｇにレーザ出射光Ｌ１を照射させるものであり、測長器２ｂは、前記ターゲットＴｇで反射したレーザ戻り光Ｌ２とレーザ出射光Ｌ１とを用いて前記ターゲットＴｇまでの距離を測定するものである。測長器２ｂとしては、例えばレーザ干渉型のものが使用される。図の例では、レーザ光源２ａと測長器２ｂとが一体化されて、レーザ測長器２として構成されている。このレーザ測長器２は、ケーシング７の内部に固定して設置されている。
【０００７】
光位置検出器３は、レーザ戻り光Ｌ２の位置を検出するものであり、例えば、半導体位置検出素子（略称ＰＳＤ）または４分割フォトダイオード等により構成される。レーザ戻り光Ｌ２の位置とは、光位置検出器３上での直交する２軸方向におけるレーザスポットの位置を表す。この光位置検出器３も、ケーシング７の内部に収容されている。
【０００８】
制御手段５および演算手段６の作用については、後で説明する。これら制御手段５および演算手段６は、ケーシング７内に設けられていてもよく、ケーシング７外に設けられていてもよい。
【０００９】
また、レーザトラッカー１は、ビームスプレッタ８、固定反射ミラー９，１０、可動反射ミラー１１、θ軸モータ１２、θ軸エンコーダ１３、ψ軸モータ１４、およびψ軸エンコーダ１５を有する。
【００１０】
ビームスプレッタ８は、入射したレーザ光の出力を透過光と反射光に半々に分ける光学素子である。固定反射ミラー９はケーシング７上に、固定反射ミラー１０はθ軸モータ１２上にそれぞれ設置されており、これら固定反射ミラー９，１０により、ビームスプレッタ８を透過したレーザ出射光Ｌ１を反射させて可動反射ミラー１１へ導き、かつ可動反射ミラー１１からのレーザ戻り光Ｌ２を反射させてビームスプレッタ８へ導く。可動反射ミラー１１は、互いに直交するθ軸およびψ軸回りに角変位可能なミラーである。この例の場合、θ軸は鉛直方向の軸であり、ψ軸は水平方向の軸である。
【００１１】
θ軸モータ１２は、ケーシング７に固定のベース部材１６に設けられ、θ軸回りに回転する。θ軸エンコーダ１３は、θ軸モータ１２の回転変位量を検出する。ψ軸モータ１４は、前記θ軸モータ１２の回転部に設置された取付部材１８に取付けられ、このψ軸モータ１４のモータ軸１４ａに前記可動反射ミラー１１が取付けられている。ψ軸エンコーダ１５は、ψ軸モータ１４の回転変位量を検出する。
【００１２】
レーザ光源２ａから発せられたレーザ出射光Ｌ１は、ビームスプレッタ８を透過し、固定反射ミラー９，１０で反射し、さらに可動反射ミラー１１で反射した後、前記ターゲットＴｇに到達する。このターゲットＴｇで反射したレーザ戻り光Ｌ２は、同じ経路を通り照射元のレーザトラッカー１に戻り、ビームスプレッタ８で反射光と透過光に分けられる。反射光は光位置検出器３に到達し、この光位置検出器３がレーザ戻り光Ｌ２の位置を検出する。透過光は測長器２ｂに入り、この測長器２ｂがターゲットＴｇまでの距離を測定する。
【００１３】
制御手段５は、光位置検出器３からの信号に基づき、前記光位置検出器３に到達した反射光が常に同光位置検出器３の中心に戻るように、θ軸モータ１２およびψ軸モータ１４の各ドライバ（図示せず）に指令を出す。この指令に基づき、θ軸モータ１２およびψ軸モータ１４が、可動反射ミラー１１を互いに直交するθ軸、ψ軸回りに角変位させる。これにより、可動反射ミラー１１を常に適切な方向に向ける。
【００１４】
演算手段６は、前記測長器２ｂにより測定された距離の測定値と、θ軸エンコーダ１２およびψ軸エンコーダ１４の角度の測定値とより、ターゲットＴｇの空間座標（３次元位置情報）を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−１２８８９９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
レーザトラッカー１は上記構成であり、先に説明した簡単な操作でターゲットＴｇの３次元位置情報を容易に取得することができる非常に便利な測定器であるが、例えば図１１に示される従来の装置は、構成部品が多く複雑であるため、装置が大きくなりがちであった。
【００１７】
この発明の目的は、測定対象物の３次元位置情報を容易に取得でき、サイズがコンパクトなレーザトラッカーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明のレーザトラッカーは、レーザ光を照射してターゲットの位置を追尾しながら、距離と角度で表されるターゲットの空間座標を求める。このレーザトラッカーにおいて、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射され前記ターゲットで反射して戻ってきたレーザ光であるレーザ戻り光を用いてターゲットまでの距離を測定する測長器と、前記レーザ戻り光の光軸に垂直な面上における位置を検出する光位置検出器と、前記レーザ光源から出射されて前記ターゲットに到達するまでのレーザ光であるレーザ出射光を前記ターゲットに向けて反射させると共に、前記レーザ戻り光を前記測長器および前記光位置検出器に到達するように反射させる可動反射ミラーと、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸と平行な第１の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第１のモータと、前記第１の回転軸心と直交する第２の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第２のモータとを備え、前記第１のモータは、前記第１の回転軸心に沿う方向に貫通する貫通孔を有する中空形状であり、前記レーザ出射光および前記レーザ戻り光が前記貫通孔を透過するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
レーザ光源から発せられたレーザ出射光は、可動反射ミラーで反射して、ターゲットに到達する。ターゲットで反射したレーザ戻り光は、同じ経路を通り照射元のレーザトラッカーに戻り、二つに分離されてそれぞれが測長器および光位置検出器に入る。そして、測長器によりターゲットまでの距離を測定する。また、光位置検出器によりレーザ戻り光の位置を検出する。レーザ出射光がターゲットに到達し、かつレーザ戻り光が測長器および光位置検出器に到達するように、第１および第２のモータにより、互いに直交する第１および第２の回転軸心回りに可動反射ミラーの角度を変更する。
【００２０】
第１のモータを第１の回転軸心に沿う方向に貫通する貫通孔を有する中空形状とし、レーザ出射光およびレーザ戻り光が前記貫通孔を透過するようにしたことにより、レーザ光源、測長器、および光位置検出器と可動反射ミラーとの間の光経路上に設置される反射ミラーを無くすか、または最小限の数にすることができる。また、レーザ光源、測長器、および光位置検出器を、可動反射ミラー、第１のモータ、第２のモータ等の近くに配置することができる。これらのことから、装置の構造を単純化し、装置の小型化を実現できる。
【００２１】
この発明において、前記第２のモータに電気、制御信号等を送る電気ケーブル類を、前記貫通孔を通して設けるのが良い。
貫通孔を通して電気ケーブル類を設けると、第１のモータが回転しても、電気ケーブル類が大きく回されることがなく、電気ケーブル類の取り回しが容易となる。
【００２２】
この発明において、前記第２のモータのモータ軸に中空部を設け、この中空部内に前記可動反射ミラーを配置し、前記モータ軸の前記中空部と外部とを隔てる隔壁に、前記可動反射ミラーに対するレーザ光の入射光および出射光が透過する開口部を設けても良い。
この構成とすると、第２のモータを第１の回転軸心の近傍に設置することができ、装置のコンパクト化を図れる。また、第２のモータが第１の回転軸心の近傍に設置されていると、第２のモータの第１の回転軸心回りの慣性モーメントが小さくなり、第１のモータの負荷を軽減することができる。さらに、可動反射ミラーを第２のモータのモータ軸の中空部に設けることにより、レーザ出射光およびレーザ戻り光の光路を妨げることなく、可動反射ミラーを保護することができる。
【００２３】
この発明において、前記レーザ戻り光を前記測長器へ向かう光と前記光位置検出器へ向かう光とに分離する光学素子を設け、この光学素子を前記レーザ出射光が通らない位置に配置しても良い。
レーザ出射光が通る位置に光学素子が配置されていると、レーザ出射光が光学素子により一定の比率（例えば１：１）で二つに分離され、その片方だけがターゲットに到達し、もう片方はターゲットに到達せず無駄に捨てられる。また、ターゲットで反射したレーザ戻り光も光学素子により二つに分離され、その片方が測長器に届いて距離の測定に利用され、もう片方が光位置検出器に届いてレーザ戻り光の位置の検出に利用される。したがって、光学素子がレーザ光を二つに分離する比率が１：１である場合、レーザ光源から出射されるレーザ光の出力を１００とすると、距離の測定に利用される出力およびレーザ戻り光の位置の検出に利用される出力はいずれも２５である。
これに対して、レーザ出射光が通らない位置に光学素子を配置すると、レーザ出射光のすべてがターゲットに到達するため、距離の測定に利用される出力およびレーザ戻り光の位置の検出に利用される出力がいずれも５０になる。つまり、レーザ出射光が通る位置に光学素子が配置されている場合と比べて、レーザ光源の出力が同じであっても、測長や追尾に多くのレーザ出力を利用することができる。そのため、レーザ光源として、出力の小さいものを使用することが可能となり、コンパクト化と低コスト化を実現できる。
【００２４】
この発明において、前記レーザ戻り光を前記測長器へ向かう光と前記光位置検出器へ向かう光とに分離する光学素子を設け、前記レーザ光源、測長器、光位置検出器、および光学素子を共通のケーシングに収容し、このケーシングと前記第１のモータを一体構造として、このケーシングと第１のモータの一体構造体を、床面に設置される土台に対して支柱を介して支持させても良い。
この構造とすると、装置がコンパクトになり、装置の組立てが容易になる。
【００２５】
上記構造とする場合、前記土台と支柱との間に、床面からの振動を減衰させて前記支柱に伝える振動減衰装置を配置するのが良い。振動減衰装置としては、ばね材を使用したもの、ゴム材を使用したもの、積層板の摩擦を利用したもの、エア除振機構を利用したもの、アクティブ除振機構を利用したもの等を使用できる。
振動減衰装置を設けると、床面からの振動がケーシングと第１のモータの一体構造体に伝わり難くなり、精度の良い測定を行える。
【発明の効果】
【００２６】
この発明のレーザトラッカーは、レーザ光を照射してターゲットの位置を追尾しながら、距離と角度で表されるターゲットの空間座標を求めるものにおいて、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射され前記ターゲットで反射して戻ってきたレーザ光であるレーザ戻り光を用いてターゲットまでの距離を測定する測長器と、前記レーザ戻り光の光軸に垂直な面上における位置を検出する光位置検出器と、前記レーザ光源から出射されて前記ターゲットに到達するまでのレーザ光であるレーザ出射光を前記ターゲットに向けて反射させると共に、前記レーザ戻り光を前記測長器および前記光位置検出器に到達するように反射させる可動反射ミラーと、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸と平行な第１の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第１のモータと、前記第１の回転軸心と直交する第２の回転軸心回りに前記可動反射ミラーの角度を変更させる第２のモータとを備え、前記第１のモータは、前記第１の回転軸心に沿う方向に貫通する貫通孔を有する中空形状であり、前記レーザ出射光および前記レーザ戻り光が前記貫通孔を透過するようにしたため、測定対象物の３次元位置情報を容易に取得でき、サイズをコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施形態にかかるレーザトラッカーの斜視図である。
【図２】同レーザトラッカーの一部分の破断平面図である。
【図３】この発明の異なる実施形態にかかるレーザトラッカーの斜視図である。
【図４】同レーザトラッカーの可動反射ミラー取付部の断面図である。
【図５】この発明のさらに異なる実施形態にかかるレーザトラッカーの斜視図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）はレーザトラッカーの各場所におけるレーザ光の出力の大きさを示す説明図である。
【図７】この発明のさらに異なる実施形態にかかるレーザトラッカーの一部を省略した斜視図である。
【図８】この発明のさらに異なる実施形態にかかるレーザトラッカーの斜視図である。
【図９】比較例であるレーザトラッカーの一部の斜視図である。
【図１０】レーザトラッカーの各場所におけるレーザ光の出力の大きさを示す説明図である。
【図１１】従来のレーザトラッカーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１はこの発明の一実施形態の使用状態を示す斜視図、図２はその一部分の破断平面図である。このレーザトラッカー１Ａは、円筒状のケーシング２０内に、レーザ光源２ａと測長器２ｂとでなるレーザ測長器２、光位置検出器３、およびビームスプレッタ８が設けられ、ケーシング２０の外部に制御手段５および演算手段６が設けられている。制御手段５および演算手段６は、ケーシング２０の内部に設けられていても良い。これらの機器２ａ，２ｂ，３，８および手段５，６の機能は、背景技術の欄で説明したので、ここでは説明を省略する。
【００２９】
上記円筒状のケーシング２０の上部には、第１のモータであるθ軸モータ１２が設けられている。θ軸モータ１２は、レーザ光源２ａから出射されるレーザ光の光軸と平行な第１の回転軸心（θ軸）Ｏ１回りに回転するモータであり、前記回転軸心Ｏ１に沿う方向に貫通する貫通孔１２ａを有する中空形状である。θ軸モータ１２の回転変位量は、θ軸エンコーダ１３で検出される。
【００３０】
θ軸モータ１２の回転部に上向きに突出する取付部材１８が設置され、この取付部材１８に、第２のモータであるψ軸モータ１４が取付けられている。ψ軸モータ１４は、前記第１の回転軸心Ｏ１と直交する第２の回転軸心Ｏ２（ψ軸）回りに回転するモータである。そして、ψ軸モータ１４のモータ軸１４ａに、可動反射ミラー１１が取付けられている。可動反射ミラー１１は前記回転軸心Ｏ１上に位置し、レーザ光源２ａと可動反射ミラー１１とを結ぶ直線はθ軸モータ１２の前記貫通孔１２ａ内を通っている。ψ軸モータ１４の回転変位量は、ψ軸エンコーダ１５で検出される。
【００３１】
このレーザトラッカー１Ａでは、例えば図２のように、θ軸モータ１２の貫通孔１２ａ内に、第２のモータであるψ軸モータ１４に電流を送信するケーブル、ψ軸モータ１４に制御信号を送信するケーブル、ψ軸エンコーダ１５の検出信号を受信するケーブル等の電気テーブル類２１が通して設けられる。
【００３２】
レーザ光源２ａから発せられたレーザ出射光Ｌ１は、ビームスプレッタ８を透過し、θ軸モータ１２の貫通孔１２ａを通り抜けてケーシング２０外へ出て、可動反射ミラー１１で反射されて、前記ターゲットＴｇに到達する。このターゲットＴｇで反射したレーザ戻り光Ｌ２は、同じ経路を通り照射元のレーザトラッカー１Ａに戻り、前記貫通孔１２ａを通り抜けてケーシング２０内に入り、ビームスプレッタ８で反射光と透過光に分けられる。反射光は光位置検出器３に到達し、この光位置検出器３がレーザ戻り光Ｌ２の位置を検出する。透過光は測長器２ｂに入り、この測長器２ｂがターゲットＴｇまでの距離を測定する。そして、背景技術の欄で説明したように、制御手段５によりθ軸モータ１２およびψ軸モータ１４を制御し、ならびに演算手段６によりターゲットＴｇの空間座標（３次元位置情報）を求める。
【００３３】
このレーザトラッカー１Ａも、従来のレーザトラッカー１（図１１）と同様に、ターゲットＴｇの３次元位置情報を容易に取得することができる。また、ターゲットＴｇの３次元位置情報から、ターゲットＴｇが設置された測定対象物Ｗの３次元位置情報を求めることができる
【００３４】
このレーザトラッカー１Ａは、第１のモータであるθ軸モータ１２が、第１の回転軸心Ｏ１に沿う方向に貫通する貫通孔１２ａを有する中空形状であり、レーザ出射光Ｌ１およびレーザ戻り光Ｌ２が前記貫通孔１２ａを透過する。それにより、従来装置（図１１）において、ビームスプレッタ８と可動反射ミラー１１との間の光経路上に設置されていた反射ミラー９，１０を無くすことが可能となった。また、レーザ光源２ａ、測長器２ｂ、および光位置検出器３を、可動反射ミラー１１、θ軸モータ１２、ψ軸モータ１４等の近くに配置することができるようになった。これらのことから、装置の構造を単純化し、装置の小型化を実現できる。
【００３５】
また、図２のように、θ軸モータ１２の貫通孔１２ａを通して電気ケーブル類２１を設けると、θ軸モータ１２が回転しても、電気ケーブル類２１が大きく回されることがなく、電気ケーブル類２１の取り回しが容易となる。
【００３６】
図３および図４は異なる実施形態を示す。このレーザトラッカー１Ｂは、ψ軸モータ１４のモータ軸１４ａに中空部２２を設け、この中空部２２内に可動反射ミラー１１を配置してある。モータ軸１４ａの中空部２２と外部とを隔てる隔壁２３には、可動反射ミラー１１に対するレーザ光の入射光ＬＩＮおよび出射光ＬＯＵＴがそれぞれ透過する開口部２４，２５が設けられている。ここで言うレーザ光は、レーザ出射光Ｌ１およびレーザ戻り光Ｌ２の両方を含む。図４は、レーザ出射光Ｌ１が可動反射ミラー１１で反射する状態を示している。上記開口部２４，２５のうち、レーザ光源２ａを向く開口部２４は比較的狭く形成され、ターゲットＴｇを向く開口部２５は比較的広く形成されている。これは、レーザ光源２ａから可動反射ミラー１１へ向かうレーザ出射光Ｌ１の光軸は常に一定であるが、可動反射ミラー１１で反射されてターゲットＴｇへ向かうレーザ出射光Ｌ１の光軸はターゲットＴｇの追尾によって変化するためである。
【００３７】
この構成とすると、ψ軸モータ１４を第１の回転軸心Ｏ１の近傍に設置することができ、装置のコンパクト化を図れる。また、ψ軸モータ１４が第１の回転軸心Ｏ１の近傍に設置されていると、ψ軸モータ１４の第１の回転軸心Ｏ１回りの慣性モーメントが小さくなり、θ軸モータ１２の負荷を軽減することができる。さらに、可動反射ミラー１１をψ軸モータ１４のモータ軸１４ａの中空部２２に設けることにより、レーザ出射光Ｌ１およびレーザ戻り光Ｌ２の光路を妨げることなく、可動反射ミラー１１を保護することができる。
【００３８】
図５はさらに異なる実施形態を示す。このレーザトラッカー１Ｃは、レーザ戻り光Ｌ２を測長器２ｂへ向かう光と光位置検出器３へ向かう光とに分離する光学素子であるビームスプレッタ８を、レーザ戻り光Ｌ２の光軸に対して垂直方向にずらして配置し、レーザ出射光Ｌ１がビームスプレッタ８を通らないようにしたものである。
【００３９】
図６（Ａ）のように、レーザ出射光Ｌ１が通る位置にビームスプレッタ８が配置されていると、レーザ出射光Ｌ１がビームスプレッタ８により一定の比率（例えば１：１）で二つに分離され、その片方だけがターゲットＴｇに到達し、もう片方はターゲットＴｇに到達せず無駄に捨てられる。例えば、レーザ光源２ａから出射されるレーザ光の出力を１００とすると、ターゲットＴｇに到達する光の出力は５０で、無駄に捨てられる光の出力も５０である。また、ターゲットＴｇで反射したレーザ戻り光Ｌ２もビームスプレッタ８により二つに分離され、その片方が測長器２ｂに届いて距離の測定に利用され、もう片方が光位置検出器３に届いてレーザ戻り光Ｌ２の位置の検出に利用される。したがって、距離の測定に利用される出力、およびレーザ戻り光Ｌ２の位置の検出に利用される出力は、いずれも２５である。
【００４０】
図６（Ｂ）のように、レーザ出射光Ｌ１が通らない位置にビームスプレッタ８が配置されていると、レーザ出射光Ｌ１のすべてがターゲットＴｇに到達するため、距離の測定に利用される出力、およびレーザ戻り光Ｌ２の位置の検出に利用される出力が、いずれも５０になる。つまり、レーザ出射光Ｌ１が通る位置にビームスプレッタ８が配置されている場合と比べて、レーザ光源２ａの出力が同じであっても、測長や追尾に多くの、例えば倍のレーザ出力を利用することができる。そのため、レーザ光源２ａとして、出力の小さいものを使用することが可能となり、コンパクト化と低コスト化を実現できる。
【００４１】
なお、従来は、レーザ光の出力不足の問題を解決するために、例えば図９の構成が検討されていた。すなわち、レーザ光源２ａは測長専用として利用し、追尾制御用にレーザ光源２ａとは別のレーザ光源２６を設ける。また、前記ビームスプレッタ８が設けられていた場所に、測長用のレーザ光源２ａの波長の光は完全に透過し、追尾制御用のレーザ光源２６の波長の光は完全に反射するようにコーティングされたビームスプレッタ２７を設ける。さらに、このビームスプレッタ２７と光位置検出器３との間に、追尾制御用のレーザ光源２６の波長の光を半分は透過させ、半分は反射する別のビームスプレッタ２８を設ける。
【００４２】
この構成によると、各レーザ光源２ａ，２６のレーザ出射光Ｌ１，Ｌ１ａの出力をそれぞれ１００，１００ａとした場合の各場所でのレーザ出力は、図１０のようになる。すなわち、レーザ光源２ａに関しては、レーザ出射光Ｌ１の１００％がレーザ戻り光Ｌ２として測長器２ｂに戻ってきて測長に利用される。追尾制御用のレーザ光源２６に関しては、レーザ出射光Ｌ１ａの２５％だけがレーザ戻り光Ｌ２ａの位置の検出に利用されることになるが、追尾制御用のレーザ光源２６は、測長用のレーザ光源２ａほど高価なレーザを使用する必要がないため、出力が大きくて安価なレーザを用意することで、出力不足についての問題は解決できる。
【００４３】
しかし、追尾制御用のレーザ光源２６、およびビームスプレッタ２７，２８を新たに追加する必要があるため、装置が高価となり、かつコンパクト化が困難である。これに対して、図５の構成とすると、レーザ光源２６、ビームスプレッタ２７，２８等を新たに加えることなく、しかも比較的出力の小さいレーザ光源２ａを使用しても、測長用レーザ光の出力不足を解決することができる。
【００４４】
図７はさらに異なる実施形態を示す。このレーザトラッカー１Ｄは、前記各実施形態１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける円筒状のケーシング２０の代わりに、レーザ光源２ａ、測長器２ｂ、光位置検出器３、およびビームスプレッタ８をコンパクトなケーシング３０に収容した。このケーシング３０は、θ軸モータ１２の固定部である下面に一体化されている。このケーシング３０とθ軸モータ１２の一体構造体３１は、床面に設置される土台３２に対して複数本の支柱３３を介して支持されている。
【００４５】
この構造とすると、円筒状のケーシング２０に比べてケーシング３０がコンパクトであるため、装置全体もコンパクトにできる。また、レーザ光源２ａ、測長器２ｂ、光位置検出器３、およびビームスプレッタ８を収容したケーシング３０とθ軸モータ１２を一体構造体３１として扱えるので、装置の組立てが容易になる。
【００４６】
図８はさらに異なる実施形態を示す。このレーザトラッカー１Ｅは、ケーシング３０とθ軸モータ１２を一体構造体３１とした構成において、土台３２と支柱３３との間に、床面からの振動を減衰させて前記支柱に伝える振動減衰装置３４を配置したものである。振動減衰装置３４としては、ばね材を使用したもの、ゴム材を使用したもの、積層板の摩擦を利用したもの、エア除振機構を利用したもの、アクティブ除振機構を利用したもの等を使用できる。このように振動減衰装置３４を設けると、床面からの振動がケーシング３０とθ軸モータ１２の一体構造体３１に伝わり難くなり、精度の良い測定を行える。
【符号の説明】
【００４７】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…レーザトラッカー
２ａ…レーザ光源
２ｂ…測長器
３…光位置検出器
８…ビームスプレッタ（光学素子）
１１…可動反射ミラー
１２…θ軸モータ（第１のモータ）
１２ａ…貫通孔
１４…ψ軸モータ（第２のモータ）
１４ａ…モータ軸
２１…電気ケーブル類
２２…中空部
２３…隔壁
２４，２５…開口部
３０…ケーシング
３１…一体構造体
３２…土台
３３…支柱
３４…振動減衰装置
Ｌ１…レーザ出射光
Ｌ２…レーザ戻り光
Ｏ１…第１の回転軸心
Ｏ２…第２の回転軸心
Ｔｇ…ターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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