JP6637827B2 - Combined scanner / tracker with focus adjustment mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、次元座標を測定する光学測定機器に関し、特に、物体を測定するための複数の光学装置を備える非接触光学測定機器に関する。   The present invention relates to an optical measurement device for measuring dimensional coordinates, and more particularly to a non-contact optical measurement device including a plurality of optical devices for measuring an object.

関連出願との相互参照
本願は、２０１３年２月１２日に出願された「マルチモード光学測定機器および動作方法（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」と題する米国特許出願第１３／７６５，０１４号の一部継続出願であり、同出願の内容の全体を参照によって本願に援用する。 CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a U.S. patent application Ser. No. 13/765, filed Feb. 12, 2013, entitled "Multi-Mode Optical Measurement Device and Method of Operation." No. 014, which is incorporated herein by reference in its entirety.

非接触光学測定機器は、物体上の点の座標を測定するために使用されてもよい。１つの種類の光学測定機器は、ある点の三次元（３Ｄ）座標を、レーザビームをその点に送ることによって測定する。レーザビームは、その点に直接衝突しても、またはその点と接触するレトロリフレクタターゲットに衝突してもよい。何れの場合も、機器はその点の座標を、ターゲットまでの距離と２つの角度を測定することによって特定する。距離は、絶対距離計または干渉計等の距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダ等の角度測定器で測定される。機器の中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関心対象点へと方向付ける。   Non-contact optical measurement equipment may be used to measure the coordinates of points on an object. One type of optical measurement instrument measures the three-dimensional (3D) coordinates of a point by sending a laser beam to that point. The laser beam may strike the point directly or may strike a retro-reflector target in contact with the point. In each case, the device determines the coordinates of the point by measuring the distance to the target and two angles. The distance is measured by a distance measuring device such as an absolute distance meter or an interferometer. The angle is measured by an angle measuring device such as an angle encoder. A gimbaled beam steering mechanism in the instrument directs the laser beam to a point of interest.

レーザトラッカは特定の種類の座標測定器であり、それが発する１つまたは複数のレーザビームによりレトロリフレクタターゲットを追跡する。レーザトラッカと密接に関係する光学測定機器は、レーザスキャナとトータルステーションである。レーザスキャナは１つまたは複数のレーザビームで表面上の点をステップ走査する。これは表面から散乱した光をピックアップし、この光から各点までの距離と２つの角度を特定する。トータルステーションは、測量分野で使用されることが最も多く、拡散的に散乱する（非協力的）ターゲットまたはレトロリフレクタ型（協力的）ターゲットの座標を測定するために使用されてもよい。   A laser tracker is a specific type of coordinate measuring machine that tracks a retro-reflector target with one or more laser beams emitted by it. Optical measuring instruments closely related to the laser tracker are the laser scanner and the total station. Laser scanners step scan points on a surface with one or more laser beams. It picks up light scattered from the surface and specifies the distance from this light to each point and two angles. Total stations are most often used in the field of surveying and may be used to measure the coordinates of diffusely scattered (non-cooperative) or retroreflector-type (cooperative) targets.

レーザトラッカはレーザビームをレトロリフレクタターゲットに送ることによって動作し、これが特定の点の座標の測定に使用される。一般的な種類のレトロリフレクタターゲットは、測定球（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（ＳＭＲ）であり、これは金属球内に埋め込まれたキューブコーナレトロリフレクタを含む。キューブコーナレトロリフレクタは、相互に垂直な３つのミラーを含む。３つのミラーの共通の交差点である頂点が球の中心に位置付けられる。球内のキューブコーナの配置の測定点に対する機械的関係はわかっている（即ち、頂点からＳＭＲが載置されているどの表面までの垂直距離も、ＳＭＲが回転しても一定に保たれる）ため、測定点の位置を特定できる。その結果、レーザトラッカはある表面の３Ｄ座標を、ＳＭＲが表面上で移動する間にその位置を追うことによって測定できる。言い換えれば、レーザトラッカは、３自由度だけ（半径方向の距離１つと２つの角度）を測定すれば、表面の３Ｄ座標を十分に特徴付けることができる。   Laser trackers operate by sending a laser beam to a retro-reflector target, which is used to measure the coordinates of a particular point. A common type of retro-reflector target is a spherically mounted retroreflector (SMR), which includes a cube-corner retroreflector embedded within a metal sphere. The cube corner retroreflector includes three mutually perpendicular mirrors. The vertex, which is the common intersection of the three mirrors, is located at the center of the sphere. The mechanical relationship of the cube corner placement within the sphere to the measurement point is known (ie, the vertical distance from the apex to any surface on which the SMR rests remains constant as the SMR rotates). Therefore, the position of the measurement point can be specified. As a result, the laser tracker can measure the 3D coordinates of a surface by following its position as the SMR moves over the surface. In other words, a laser tracker can fully characterize the 3D coordinates of a surface if it measures only three degrees of freedom (one and two radial distances).

１つの種類のレーザトラッカは、干渉計（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）（ＩＦＭ）のみを含み、絶対距離計（ａｂｓｏｌｕｔｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｔｅｒ）（ＡＤＭ）を持たない。物体によってこれらのトラッカのうちの１つからのレーザビームの経路が遮断されると、ＩＦＭはその距離基準を失う。するとオペレータは、レトロリフレクタを既知の位置まで追跡して、基準距離をリセットしてからでなければ測定を継続できない。この制限の回避策は、ＡＤＭをトラッカ内に含めることである。ＡＤＭは、狙い撃ち方式で距離を測定できる。   One type of laser tracker includes only an interferometer (IFM) and does not have an absolute distance meter (ADM). If the object blocks the path of the laser beam from one of these trackers, the IFM loses its distance reference. The operator can then follow the retro-reflector to a known position and reset the reference distance before continuing the measurement. A workaround for this limitation is to include the ADM in the tracker. The ADM can measure the distance in a shooting manner.

トラッカはある地点に留まるため、レーザ出力に制約を設けて、所望の分類をＩＥＣ ６０８２５−１の標準内に保つことが望ましい。それゆえ、トラッカが低いレーザ出力で動作することが望まれる。測定点を明確に定義することに加えて、ＳＭＲはレーザ出力の大部分を戻す。これに対して、レーザスキャナは連続的に移動するように構成されてもよく、これによって、動作領域内にいる人物の一部分に堆積する全エネルギーが小さいため、所望のＩＥＣ ６０８２５−１分類を実現できる。それゆえ、レーザスキャナは、より高いレーザ出力レベルで動作し、また非協力的ターゲットでも動作できるが、一般的にはレーザトラッカより精度が低く、距離が短い。   Since the tracker stays at a certain point, it is desirable to place constraints on the laser power and keep the desired classification within the IEC 60825-1 standard. Therefore, it is desired that the tracker operate at low laser power. In addition to clearly defining the measurement points, SMR returns most of the laser power. In contrast, laser scanners may be configured to move continuously, thereby achieving the desired IEC 60825-1 classification because the total energy deposited on a portion of the person in the operating area is small. it can. Thus, laser scanners operate at higher laser power levels and can operate with non-cooperative targets, but are generally less accurate and have a shorter distance than laser trackers.

レーザスキャナはまた、レーザビームを物体に向けて送る。レーザトラッカはオペレータと（レトロリフレクタターゲットを介して）相互作用するため、レーザが目に見えることが望ましい。しかしながら、レーザスキャナはその他の波長、例えば赤外または可視波長で動作してもよく、これは、オペレータにとって光ビームが目に見えなくてもよいからである。レーザスキャナは、物体から反射された光を受け取り、一部に、光が物体に当たってスキャナに戻るまでの飛行時間に基づいて物体上の点までの距離を判断する。一部のレーザスキャナは、ゼニス軸の周囲で連続的に回転し、同時にレーザビームをアジマス軸の周囲で回転させ、レーザスキャナ周辺の領域内の点の座標を特定できる。また別のレーザスキャナは、光ビームを単独の点に、または所定のパターン、例えばラスタパターンで方向付ける。   Laser scanners also direct a laser beam toward an object. Since the laser tracker interacts with the operator (via a retro-reflector target), it is desirable that the laser be visible. However, laser scanners may operate at other wavelengths, such as infrared or visible wavelengths, because the light beam may not be visible to the operator. Laser scanners receive light reflected from an object and determine, in part, the distance to a point on the object based on the time of flight before the light hits the object and returns to the scanner. Some laser scanners rotate continuously around the zenith axis while simultaneously rotating the laser beam around the azimuth axis to identify the coordinates of points in the area around the laser scanner. Still other laser scanners direct the light beam to a single point or in a predetermined pattern, for example, a raster pattern.

理解すべき点として、レーザスキャナは複数の点の座標をレーザトラッカよりはるかに高速で取得できる。しかしながら、レーザトラッカは、より高い精度で距離を測定する。さらに、レーザトラッカは特定の点に留まるため、測定は一般に１秒の何分の１かに統合されて、電子部品および大気乱流のノイズが低減される。レーザスキャナは一般に、１秒に数百万というオーダの点を測定するため、測定値は一般にマイクロ秒または１マイクロ秒の何分の１かのオーダで行われる。それゆえ、スキャナでは電子部品と大気乱流からのノイズははるかに大きい可能性がある。   It should be understood that a laser scanner can acquire coordinates of multiple points much faster than a laser tracker. However, laser trackers measure distance with greater accuracy. In addition, since the laser tracker stays at a particular point, the measurements are typically integrated in a fraction of a second to reduce the noise of electronic components and atmospheric turbulence. Because laser scanners typically measure points on the order of millions of seconds, measurements are typically made on the order of microseconds or fractions of a microsecond. Therefore, noise from electronic components and atmospheric turbulence can be much higher in a scanner.

米国特許第７，３２７，４４６号明細書US Patent No. 7,327,446 米国特許第７，７０１，５５９号明細書US Patent No. 7,701,559 米国特許出願公開第２０１１／００３２５０９号US Patent Application Publication No. 2011/0032509

したがって、既存の非接触光学測定機器はその所期の目的には適しているが、依然として改善の必要があり、特にオペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供する必要がある。   Therefore, while existing non-contact optical measuring instruments are suitable for their intended purpose, they still need to be improved, especially optical measuring instruments that allow the operator to select one of several operating modes. Must be provided.

本発明の１つの態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to one aspect of the present invention, the coordinate measuring device is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first light detector, and a first electric circuit, The first light source is configured to send the first light to the retro-reflector target through the light transmission system, and the first light detector further includes a second light source responsive to the first light being reflected by the retro-reflector target. Generating a first electrical signal and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, wherein the first electrical circuit includes a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target; A first absolute distance meter configured to determine based at least in part on the first electrical signal; a second light source; an adjustable focus adjustment mechanism; a second photodetector; A second absolute distance meter including an electrical circuit, The second light source is configured to send the second light to the object surface through the adjustable focusing mechanism light transmission system, and the second light detector is reflected by the object surface and passes through the light transmission system. The second light detector is further configured to receive the second light, the second light detector further generating a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and generating the second electrical signal. Configured to transmit to a second electrical circuit, wherein the second electrical circuit determines a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, at least in part, based on the second electrical signal. A second absolute distance meter as configured, a structure operatively connected to the optical transmission system and the first and second absolute distance meters, and rotating the structure about the first axis. A first motor configured to cause the first motor to be operatively coupled to the structure; A first angle transducer, wherein the first angle transducer is configured to measure a first rotational angle about the first axis, and the structure is rotated about the second axis. A second motor, the second axis of which is substantially perpendicular to the first axis, and a second angle operatively connected to the structure. A second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis, and a position detector, emitted by the coordinate measuring device, the retroreflector. A position detector configured to receive a portion of the radiation reflected by the target, and configured to generate a third electrical signal based at least in part on a location where the portion of the radiation strikes the position detector; , The processor, operating in the first mode and the second mode A first mode of tracking the retro-reflector target based at least in part on the third electrical signal, the first mode of the retro-reflector target. The three-dimensional coordinates are determined, at least in part, by a first rotation angle to the retro-reflector target at the first position, a second angle of the retro-reflector target at the first position, and a first angle of the retro-reflector target at the first position. Determining based on the distance of the second mode, directing a second light to the surface of the object, the second three-dimensional coordinates of a point on the surface of the object, at least in part, the surface of the object The first rotation angle to that point on the object, the second rotation angle of the point on the object surface, and the second distance of the point on the object surface Comprising the step of determining by Zui, second mode, further comprising the step of adjusting the adjustable focus adjustment mechanism.

本発明の座標測定機器において、光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成されることとしても好適である。   In the coordinate measuring device of the present invention, the optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, the outer optical path is coaxial with the inner optical path, and is outside the inner optical path, and the first photodetector is provided by a retroreflector target. The second light detector is configured to receive the first light reflected and passed through the inner light path of the light transmission system, and the second light detector is configured to receive the first light reflected by the object surface and passed through the outer light path of the light transmission system. Is also suitable.

また、本発明の座標測定機器において、構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することとしても好適であるし、光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むこととしても好適である。   Further, in the coordinate measuring device of the present invention, it is preferable that the structure is rotated in one direction so that the second light is emitted along a spiral path, and the optical transmission system is reflected by the object surface. It is also suitable to further include an annular aperture positioned to receive a part of the second light.

また、本発明の座標測定機器において、プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることとしても好適である。   Further, in the coordinate measuring device of the present invention, it is preferable that the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.

また、本発明の座標測定機器において、第一の光の波長は約７００ナノメートルであることとしても好適であるし、第二の光の波長は約１５５０ナノメートルであることとしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, the wavelength of the first light is preferably about 700 nm, and the wavelength of the second light is also preferably about 1550 nm. .

本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、構造に動作的に連結された光伝送システムと、構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面によって反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to another aspect of the invention, a coordinate measuring device includes a structure, a first motor configured to rotate the structure about a first axis, and a first motor operatively coupled to the structure. An angle transducer, wherein the first angle transducer is configured to measure a first rotation angle about a first axis, and the structure is configured to rotate the structure about a second axis. A second motor, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis and the projection of the second axis intersects the projection of the first axis at a gimbal point. A second angle transducer operatively coupled to the second motor and the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis. An optical transmission system operatively connected to the structure, and a first absolute distance meter operatively connected to the structure, wherein the first light source and the first A first light source includes a detector and a first electrical circuit, the first light source transmitting the first light through a first light transmission system along a portion of a first line extending from a gimbal point to a retroreflector target. Wherein the first line is perpendicular to the first axis and the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system; The light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retroreflector target, and to transmit the first electrical signal to the first electrical circuit. Wherein the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target based at least in part on the first electrical signal. And the structure An operably coupled second absolute distance meter, the second absolute light meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second light detector, and a second electrical circuit, wherein the second light source is adjustable. Configured to send a second light through the focusing mechanism and the light transmission system along a portion of a second line extending from the gimbal point to the object surface, the second line being perpendicular to the first axis; The second line is different from the first line and the second light detector is configured to receive the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system, the second light detection The device is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and to transmit the second electrical signal to the second electrical circuit. The electrical circuit of at least partly measures the second distance from the coordinate measuring device to the surface of the object. A second absolute distance meter, such as configured to make a decision based on the signal, and a position detector for receiving a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target. A position detector configured to generate the third electrical signal based at least in part on a position at which a portion of the light radiation impinges on the position detector; and And a processor having a computer readable medium configured to operate in a second mode, wherein the first mode comprises a step of providing a retroreflector target based at least in part on a third electrical signal. Tracking and the first three-dimensional coordinates of the retro-reflector target at least in part at a first position of the retro-reflector target at the first location. Determining based on the rotation angle and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position, wherein the second mode comprises: Rotating about one axis, and converting the second three-dimensional coordinates of the point on the object surface, at least in part, to a first rotation angle to that point on the object surface and to that point on the object surface And the second mode further comprises adjusting the adjustable focus adjustment mechanism based on the second angle of rotation and the second distance of the point on the object surface.

また、本発明の座標測定機器において、第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が５度〜１８０度であることとしても好適であるし、角度が９０度であること、としても好適である。   Also, in the coordinate measuring device of the present invention, the first line extends in the first radial direction, and the second line extends in the second radial direction, forming an angle between them, and an angle of 5 degrees or more. It is also preferable that the angle is 180 degrees, and that the angle is 90 degrees.

本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to another aspect of the present invention, the coordinate measuring device is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first light detector, and a first electric circuit, One light source is configured to send the first light through the light transmission system to the retro-reflector target, and the first light detector reflects the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the light transmission system. The first light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retro-reflector target, and to generate the first electrical signal in the first light detector. The first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target based at least in part on the first electrical signal. ing Such a first absolute distance meter, a second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector and a second electric circuit, wherein the second light source, The second light detector is configured to send the second light to the object surface through the adjustable focus adjustment mechanism and the light transmission system, and the second light detector reflects the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system. The second light detector is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and to generate the second electrical signal in the second electrical detector. A second electrical circuit configured to transmit to the circuit, wherein the second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, based at least in part on the second electrical signal. Such as the second absolute distance meter, the optical transmission system and the first absolute distance meter A structure operatively connected to the absolute distance meter of claim 1, including a mirror mounted for rotation, wherein the mirror is positioned in an optical path of the first light and the second light. A first motor configured to rotate the structure about the first axis, and a first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer being operatively connected to the structure. A first angle transducer configured to measure a rotation angle of the first motor and a second motor configured to rotate the mirror about a second axis, wherein the second axis is the first axis. A second motor substantially perpendicular to the axis of the second angle transducer operatively connected to the mirror for measuring a second angle of rotation about the second axis. And a position detector, wherein the retroreflector is emitted by a coordinate measuring device. A position detector configured to receive a portion of the radiation reflected by the target and configured to generate a third electrical signal based at least in part on a location where the portion of the radiation strikes a position detector. And a processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode, the first mode including at least a portion of the retro-reflector target. Tracking the first three-dimensional coordinates of the retro-reflector target based on the third electrical signal; and at least in part, a first rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first position. Based on a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector at the first position. Rotating the structure about a first axis and converting the second three-dimensional coordinates of a point on the object surface, at least in part, to its position on the object surface. Determining based on a first angle of rotation up to and a second angle of rotation to the position on the object surface and a second distance of the point on the object surface, wherein the second mode is adjustable The method further includes adjusting the focus adjustment mechanism.

また、本発明の座標測定機器において、第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いこととしても好適であるし、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むこととしても好適である。   In the coordinate measuring device of the present invention, in the second mode, the first motor rotates the structure at the first speed, the second motor rotates the mirror at the second speed, and the second speed is It is also preferred that the speed is higher than the first speed, and that the second mode includes rotating the structure in one direction about the first axis.

上記およびその他の利点と特徴は、以下の説明を図面と共に読むことによってより明らかとなるであろう。   These and other advantages and features will become more apparent when the following description is read in conjunction with the drawings.

本発明とみなされる主旨は明細書の末尾の特許請求の範囲において具体的に指摘され、明確に請求されている。本発明の上記およびその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことから明らかとなる。   The subject matter which is regarded as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the concluding portion of the specification. The above and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

本発明は、オペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供することができる。   The present invention can provide an optical measuring device that allows an operator to select an operation mode from a plurality of operation modes.

本発明のある実施形態による光学測定機器の斜視図である。1 is a perspective view of an optical measurement device according to an embodiment of the present invention. 機器内にセンサを含む、トラッカ部分およびスキャナ部分の位置を示す、図１の光学測定機器の部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view of the optical measurement device of FIG. 1 showing the location of a tracker portion and a scanner portion including a sensor in the device. 図１の機器のための電気およびコンピューティングシステムのブロック図である。2 is a block diagram of an electrical and computing system for the device of FIG. 本発明のある実施形態による光学測定機器のブロック図を含む、図１のペイロード部分の装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus of the payload portion of FIG. 1 including a block diagram of an optical measurement instrument according to an embodiment of the present invention. 図１の光学測定機器のレーザトラック部分のための絶対距離計（ＡＤＭ）。2 is an absolute distance meter (ADM) for the laser track portion of the optical measuring instrument of FIG. 図４に示すファイバネットワークのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of the fiber network shown in FIG. 4. 図４に示すファイバネットワークのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of the fiber network shown in FIG. 4. 図７に示すレトロリフレクタのブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of the retroreflector shown in FIG. 7. 図７に示すレトロリフレクタの他のブロック図である。FIG. 8 is another block diagram of the retroreflector shown in FIG. 7. 図４に示すファイバネットワークの他のブロック図である。FIG. 5 is another block diagram of the fiber network shown in FIG. 4. トラッカとスキャナからの光が投射される際の光軸を示す、図１の機器の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus of FIG. 1 showing an optical axis when light from a tracker and a scanner is projected. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図１の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図１の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図１の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. 本発明のある実施形態による第一の動作モードの光学測定機器の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical measurement device in a first operation mode according to an embodiment of the present invention. 第二の動作モードの第一の光学測定機器の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of a first optical measurement device in a second operation mode. 光学測定機器を動作させるステップを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the step which operates an optical measuring instrument. 光学測定機器を動作させるステップを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the step which operates an optical measuring instrument. ある実施形態によるスキャナ−トラッカから２つの異なる方向にトラッカ光とスキャナ光を発する装置を示す図である。FIG. 4 illustrates an apparatus for emitting tracker light and scanner light in two different directions from a scanner-tracker according to an embodiment. 本発明のある実施形態による、回転ミラーを使ってトラッカからレトロリフレクタへと光ビームを方向付けるスキャナ−トラッカ装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a scanner-tracker device for directing a light beam from a tracker to a retro-reflector using a rotating mirror according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による光学測定機器のブロック図を含む、図１の装置ペイロード部分の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the device payload portion of FIG. 1 including a block diagram of an optical measurement instrument according to an embodiment of the present invention. トラッカ部分およびスキャナ部分からの光が投射される際の光軸を示す、図１の機器の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus of FIG. 1 showing the optical axis when light from the tracker portion and the scanner portion is projected. 本発明のある実施形態による第一の動作モードの光学測定機器の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical measurement device in a first operation mode according to an embodiment of the present invention. 第二の動作モードの図１の光学測定機器の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the optical measurement device of FIG. 1 in a second operation mode. ある実施形態によるスキャナ−トラッカから２つの異なる方向にトラッカ光とスキャナ光を発する装置を示す図である。FIG. 4 illustrates an apparatus for emitting tracker light and scanner light in two different directions from a scanner-tracker according to an embodiment. ある実施形態による調節可能焦点調整機構の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an adjustable focus adjustment mechanism according to an embodiment.

詳細な説明では、本発明の実施形態を例として、図を参照しながら利点と特徴と共に説明する。   The detailed description explains embodiments of the invention, together with advantages and features, by way of example with reference to the drawings.

本発明の実施形態は、レーザトラッカとしても、レーザスキャナとしても動作できる光学測定機器を提供する。これは、通常はオペレータが手に持つ協力的ターゲットを用いるより高精度の測定と、通常はオペレータが積極的に支援しない高速で（通常は）より低精度の測定の何れも可能であるという利点を提供する。これら２つの動作モードは、単独の一体型機器で提供される。   Embodiments of the present invention provide an optical measurement device that can operate as both a laser tracker and a laser scanner. This has the advantage that both higher accuracy measurements are usually possible, using a cooperative target that the operator has in hand, and faster (usually) lower accuracy measurements, which are usually not actively supported by the operator. I will provide a. These two modes of operation are provided by a single integrated device.

ここで、図１−２を参照すると、複数の動作モードを提供する座標測定機器３０が示されている。機器３０は筐体３２を有し、その中にレーザトラッキング機能をサポートするトラッカ部分３４とスキャナ機能をサポートするスキャナ部分３６が含まれる。例示的なジンバル式ビームステアリング機構３８はゼニスキャリッジ４２を含み、これはアジマスベース４０の上に取り付けられ、アジマス軸４４の周囲で回転する。ペイロード構造４６は、ゼニス軸４８の周囲で回転するゼニスキャリッジ４２の上に取り付けられる。ゼニス軸４８とアジマス軸４４は、機器３０の内部で、ジンバル点５０において垂直に交差する。ジンバル点５０は一般に、距離および角度測定の原点である。１つまたは複数の光ビーム５２は事実上、ジンバル点５０を通過する。発せられた光ビームはゼニス軸４８に垂直な方向に向けられる。換言すれば、光ビーム５２は、ゼニス軸４８に略垂直でアジマス軸４４を含む平面内にある。光ビーム５２は、ペイロード構造４６をゼニス軸４８の周囲で回転させ、およびゼニスキャリッジ４２をアジマス軸４４の周囲で回転させることによって、所望の方向に向けられる。   Referring now to FIGS. 1-2, there is shown a coordinate measuring device 30 that provides multiple modes of operation. The device 30 has a housing 32, which includes a tracker portion 34 that supports a laser tracking function and a scanner portion 36 that supports a scanner function. The exemplary gimbaled beam steering mechanism 38 includes a Zenith carriage 42, which is mounted on an azimuth base 40 and rotates about an azimuth axis 44. The payload structure 46 is mounted on a zenith carriage 42 that rotates about a zenith axis 48. Zenith axis 48 and azimuth axis 44 intersect vertically at gimbal point 50 inside instrument 30. Gimbal point 50 is generally the origin of distance and angle measurements. One or more light beams 52 effectively pass through gimbal point 50. The emitted light beam is directed in a direction perpendicular to the zenith axis 48. In other words, the light beam 52 is in a plane substantially perpendicular to the zenith axis 48 and including the azimuth axis 44. The light beam 52 is directed in a desired direction by rotating the payload structure 46 about a zenith axis 48 and rotating the zenith carriage 42 about an azimuth axis 44.

ゼニスモータ５１とゼニス角度エンコーダ５４が筐体３２の内部に配置され、ゼニス軸４８と一直線にされたゼニス機械軸に取り付けられる。アジマスモータ５５とアジマス角度エンコーダ５６もまた機器３０の内部に配置され、アジマス軸４４と一直線にされたアジマス機械軸に取り付けられる。ゼニスモータ５１およびアジマスモータ５５は、ペイロード構造４６を軸４４、４８の周囲で同時に回転させるように動作する。より詳しくは後述するように、スキャナモードでは、ゼニスモータ５１およびアジマスモータ５５は各々、単独の方向に動作させられ、その結果、スキャナ光は方向を逆転させない連続的経路をたどる。ゼニスおよびアジマス角度エンコーダ５４，５６は、ゼニスおよびアジマス回転角度を比較的高い精度で測定する。   A zenith motor 51 and a zenith angle encoder 54 are located inside the housing 32 and are mounted on a zenith mechanical axis that is aligned with the zenith axis 48. An azimuth motor 55 and an azimuth angle encoder 56 are also located inside the instrument 30 and are mounted on an azimuth machine shaft that is aligned with the azimuth shaft 44. Zenith motor 51 and azimuth motor 55 operate to rotate payload structure 46 about axes 44 and 48 simultaneously. As will be described in more detail below, in the scanner mode, the zenith motor 51 and the azimuth motor 55 are each operated in a single direction, so that the scanner light follows a continuous path that does not reverse direction. Zenith and azimuth angle encoders 54 and 56 measure the zenith and azimuth rotation angles with relatively high accuracy.

光ビーム５２はターゲット５８まで進み、これが光ビーム５２を反射して機器３０へと戻す。ターゲット５８は非協力的ターゲットであってもよく、これは例えば物体表面５８´である。あるいは、ターゲット５８はレトロリフレクタであってもよく、これは例えば測定球（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（ＳＭＲ）である。ジンバル点５０とターゲット５８との間の半径方向の距離とゼニス軸４８の周囲の回転角度とアジマス軸４４の周囲の回転角度を測定することによって、ターゲット５８の位置が機器３０の球座標系内で見つけられてもよい。本明細書中でより詳しく述べるように、機器３０は１つまたは複数のミラー、レンズ、または開口を含み、これらが光を方向付け、受け取る光伝送システムを画定する。   Light beam 52 travels to target 58, which reflects light beam 52 back to instrument 30. Target 58 may be a non-cooperative target, for example, object surface 58 '. Alternatively, the target 58 may be a retro-reflector, for example, a spherically mounted retroreflector (SMR). By measuring the radial distance between the gimbal point 50 and the target 58, the angle of rotation about the zenith axis 48, and the angle of rotation about the azimuth axis 44, the position of the target 58 is determined in the spherical coordinate system of the device 30. May be found at As described in more detail herein, device 30 includes one or more mirrors, lenses, or apertures that define an optical transmission system that directs and receives light.

光ビーム５２は、１つまたは複数の光波長を含んでいてもよく、これは例えば可視および赤外波長である。理解すべき点として、本明細書中の実施形態は、ジンバル式ビームステアリング機構３８に関して説明されているが、他の種類のステアリング機構も使用できる。他の実施形態においては、例えばミラーがアジマスおよびゼニス軸４４，４８の周囲で回転させられてもよい。他の実施形態において、ガルボミラーを使って光を誘導してもよい。例示的実施形態と同様に、これらの他の実施形態（例えばガルボミラー）は、以下により詳しく述べるように方向を逆転させないある経路に沿った単独の方向に光を誘導するために使用されてよい。   Light beam 52 may include one or more light wavelengths, such as visible and infrared wavelengths. It should be understood that although the embodiments herein are described with respect to a gimbaled beam steering mechanism 38, other types of steering mechanisms may be used. In other embodiments, for example, the mirror may be rotated about the azimuth and zenith axes 44,48. In another embodiment, the light may be guided using a galvo mirror. As with the exemplary embodiment, these other embodiments (eg, galvo mirrors) may be used to direct light in a single direction along a path that does not reverse direction, as described in more detail below. .

１つの実施形態において、磁気ネスト６０がアジマスベース４０の上に配置されてもよい。磁気ネスト６０は、トラッカを大きさの異なるＳＭＲ、例えば１．５、７／８、および０．５インチ（３８．１ｍｍ，２２．２２５ｍｍ，１２．７ｍｍ）ＳＭＲ等の「ホームポジション」にリセットするためにトラッカ部分３４と共に使用される。そして、機器上のレトロリフレクタが、トラッカ部分３４を基準距離へとリセットするために使用されてもよい。さらに、ミラー（図示せず）をレトロリフレクタと共に使用して、自己補正の実行を可能にしてもよく、これは特許文献１に記載されており、特許文献１の全体を参照によって援用する。   In one embodiment, a magnetic nest 60 may be located on the azimuth base 40. The magnetic nest 60 resets the tracker to a "home position" such as a different sized SMR, such as a 1.5, 7/8, and 0.5 inch (38.1 mm, 22.225 mm, 12.7 mm) SMR. For use with the tracker portion 34. A retro-reflector on the device may then be used to reset tracker portion 34 to a reference distance. Further, a mirror (not shown) may be used with the retroreflector to allow for performing self-correction, which is described in US Pat.

ここで、図３を参照すると、機器３０の動作を制御するための例示的コントローラ６４が示されている。コントローラ６４は分散型処理システム６６、温度センサ６８、携帯情報端末７２のための処理システム、外部コンピュータ７４、およびここでは雲として示されているその他のネットワークコンポーネント７６を含む。分散型処理システム６６の例示的実施形態は、マスタプロセッサ７８と、ペイロード機能電子部品ユニット８０と、アジマスエンコーダ電子部品８２と、ゼニスエンコーダ電子部品８６と、ディスプレイおよびユーザインタフェース（ＵＩ）８８と、リムーバブルストレージハードウェア９０と、無線識別（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＲＦＩＤ）無線電子部品９２と、アンテナ９４と、を含む。ペイロード機能電子部品ユニット８０は、例えばスキャナ電子部品９６、カメラ電子部品９８（図１１のカラーカメラ１６８用）、ＡＤＭ電子部品１００、位置検出器（ＰＳＤ）電子部品１０２、およびレベル電子部品１０４等の多数の機能を含む。ペイロード機能電子部品ユニット８０の中の従属機能の一部または全部は少なくとも１つの処理ユニットを有し、これは例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）であってもよい。   Referring now to FIG. 3, an exemplary controller 64 for controlling operation of the device 30 is shown. Controller 64 includes a distributed processing system 66, a temperature sensor 68, a processing system for a personal digital assistant 72, an external computer 74, and other network components 76, shown here as clouds. Exemplary embodiments of the distributed processing system 66 include a master processor 78, a payload function electronics unit 80, an azimuth encoder electronics 82, a Zenith encoder electronics 86, a display and user interface (UI) 88, a removable It includes storage hardware 90, radio frequency identification (RFID) radio electronics 92, and antenna 94. The payload function electronic component unit 80 includes, for example, a scanner electronic component 96, a camera electronic component 98 (for the color camera 168 in FIG. 11), an ADM electronic component 100, a position detector (PSD) electronic component 102, and a level electronic component 104. Includes many features. Some or all of the subordinate functions in the payload function electronics unit 80 have at least one processing unit, which may be, for example, a digital signal processor (DSP) or a field programmable gate array (FPGA).

多くの種類の周辺機器を使用でき、例えば温度センサ６８と携帯情報端末７２がある。携帯情報端末７２は、セルラー電気通信機器、例えばスマートフォンであってもよい。機器３０は、周辺機器と様々な方法で通信してよく、例えばアンテナ９４を通じた無線通信、カメラ等の映像システムによるもの、およびレーザトラッカから協力的ターゲットまでの距離と角度の読取りによる。周辺機器はプロセッサを含んでいてもよい。一般に、スキャナ電子部品、レーザトラッカ電子部品、または測定機器プロセッサという用語が使用される場合、これは使用可能な外部コンピュータとクラウドサポートを含むものとする。   Many types of peripherals can be used, such as a temperature sensor 68 and a personal digital assistant 72. The portable information terminal 72 may be a cellular telecommunication device, for example, a smartphone. The device 30 may communicate with the peripheral device in various ways, such as by wireless communication through an antenna 94, by a video system such as a camera, and by reading the distance and angle from the laser tracker to the cooperative target. The peripheral device may include a processor. In general, where the term scanner electronics, laser tracker electronics, or measurement instrument processor is used, this shall include available external computers and cloud support.

ある実施形態において、別の通信媒体またはバスがマスタプロセッサ７８からペイロード機能電子部品ユニット８０、８２、８６、８８、９０、９２の各々へと延びる。各通信媒体は、例えば、データライン、クロックライン、フレームラインを含む３本のシリアルラインを有していてもよい。フレームラインは、電子部品ユニットはクロックラインに注意を払うべきであるか否かを示す。それが注意を払うべきであると示していれば、電子部品ユニットは、各クロック信号でデータラインの電流値を読み出す。クロック信号は、例えば、クロックパルスの立ち上がりエッジに対応してもよい。１つの実施形態において、情報はデータライン上でパケットの形態で伝送される。他の実施形態において、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、電子部品ユニット内のどこにデータメッセージが向けられるべきかを示す。場所は、例えば電子部品ユニット内のプロセッササブルーチンに対応してもよい。数値は、データメッセージの長さを示す。データメッセージは、電子部品ユニットが実行するデータまたは命令を含む。チェックサムは、通信ライン上で伝送されるデータ内のエラーの発生確率を最小化するために使用される数値である。   In some embodiments, another communication medium or bus extends from the master processor 78 to each of the payload functional electronics units 80, 82, 86, 88, 90, 92. Each communication medium may have, for example, three serial lines including a data line, a clock line, and a frame line. The frame line indicates whether the electronic component unit should pay attention to the clock line. If it indicates that attention should be paid, the electronics unit reads the current value of the data line at each clock signal. The clock signal may correspond to, for example, a rising edge of a clock pulse. In one embodiment, the information is transmitted on data lines in the form of packets. In another embodiment, each packet includes an address, a numerical value, a data message, and a checksum. The address indicates where in the electronic component unit the data message should be directed. The location may correspond to, for example, a processor subroutine in the electronic component unit. The numerical value indicates the length of the data message. The data message contains data or instructions to be executed by the electronic component unit. The checksum is a numerical value used to minimize the probability of occurrence of an error in data transmitted on a communication line.

ある実施形態において、マスタプロセッサ７８は情報パケットをバスライン１０６上でペイロード機能電子部品ユニット８０に、バスライン１０８でアジマスエンコーダ電子部品８２に、バスライン１１０上でゼニスエンコーダ電子部品８６に、バス１１２上でディスプレイおよびＵＩ電子部品８８に、バス１１４上でリムーバブルストレージハードウェア９０に、およびバス１１６上でＲＦＩＤおよび無線電子部品９２へと伝送する。   In one embodiment, the master processor 78 transmits the information packet to the payload function electronics unit 80 on the bus line 106, to the azimuth encoder electronics 82 on the bus line 108, to the Zenith encoder electronics 86 on the bus line 110, to the bus 112 To the display and UI electronics 88, to the removable storage hardware 90 on the bus 114, and to the RFID and wireless electronics 92 on the bus 116.

ある実施形態において、マスタプロセッサ７８はまた、ｓｙｎｃｈバス１１８上で同期パルスを電子部品ユニットの各々に同時に送信する。ｓｙｎｃｈパルスは機器３０の測定機能により収集された数値を同期させる方法を提供する。例えば、ゼニスエンコーダ電子部品８６内のアジマスエンコーダ電子部品８２は、ｓｙｎｃｈパルスが受信され次第、そのエンコーダ値をラッチする。同様に、ペイロード機能電子部品ユニット８０は、ペイロード構造内に収容された電子部品により収集されたデータをラッチする。ＡＤＭおよび位置検出器はすべて、ｓｙｎｃｈパルスが付与された時にデータをラッチする。ほとんどの実施形態において、カメラと傾斜計はｓｙｎｃｈパルスレートより低速でデータを収集するが、ｓｙｎｃｈ期間の倍数ごとにデータをラッチしてもよい。   In one embodiment, master processor 78 also sends a synchronization pulse on synch bus 118 to each of the electronics units simultaneously. The synch pulse provides a way to synchronize the numerical values collected by the measurement function of the device 30. For example, azimuth encoder electronics 82 within Zenith encoder electronics 86 latches the encoder value upon receipt of a synch pulse. Similarly, the payload function electronics unit 80 latches data collected by electronics housed within the payload structure. The ADM and position detector all latch data when a synch pulse is applied. In most embodiments, the camera and inclinometer acquire data at a slower synch pulse rate, but may latch data at multiples of the synch period.

１つの実施形態において、アジマスエンコーダ電子部品８２とゼニスエンコーダ電子部品８６は、相互から、およびペイロード機能電子部品ユニット８０からスリップリング（図示せず）によって分離される。スリップリングが使用される場合、バスライン１０６、１０８、１１０は別々のバスであってもよい。分散型処理システム６６は、外部コンピュータ７４と通信してもよく、あるいは機器３０内の通信、ディスプレイ、ＵＩ機能を提供してもよい。機器３０は、通信リンク１２０、例えばイーサネットラインまたは無線接続上で外部コンピュータ７４と通信する。機器３０はまた、雲７６により表されるその他の要素とも通信リンク１２２上で通信してもよく、これは１本または複数の電気ケーブル、例えばイーサネットケーブル、または１つまたは複数の無線接続を含んでいてもよい。要素７６は、例えば関節アームＣＭＭ等、他の三次元試験機器であってもよく、これは、機器３０によって移動されてもよい。外部コンピュータ７４と要素７６との間の通信リンク１２４は、有線でも無線でもよい。外部コンピュータ７４の前に座っているオペレータは、雲７６で表されているインターネットにイーサネット（登録商標）または無線リンクで接続し、それがこれらをマスタプロセッサ７８にイーサネット（登録商標）または無線リンク上で接続する。このようにして、利用者はリモート機器、例えばレーザトラッカの動作を制御できる。   In one embodiment, azimuth encoder electronics 82 and Zenith encoder electronics 86 are separated from each other and from payload function electronics unit 80 by slip rings (not shown). If a slip ring is used, the bus lines 106, 108, 110 may be separate buses. Distributed processing system 66 may communicate with external computer 74 or may provide communication, display, and UI functions within device 30. The device 30 communicates with the external computer 74 over a communication link 120, for example, an Ethernet line or a wireless connection. Device 30 may also communicate over communication link 122 with other elements represented by cloud 76, including one or more electrical cables, such as an Ethernet cable, or one or more wireless connections. You may go out. Element 76 may be another three-dimensional test device, such as an articulated arm CMM, which may be moved by device 30. Communication link 124 between external computer 74 and element 76 may be wired or wireless. An operator sitting in front of the external computer 74 connects to the Internet, represented by the cloud 76, via an Ethernet or wireless link, which connects them to the master processor 78 over the Ethernet or wireless link. Connect with. In this way, a user can control the operation of a remote device, for example, a laser tracker.

ここで図４を参照すると、トラッカ部分３４とスキャナ部分３６を有する機器３０内のペイロード構造４６のある実施形態が示されている。トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６は統合されて、トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６からの光を実質的に共通の内側光路上で発し、これは図１および１〜１３の中で、光ビーム５２により示されている。しかしながらトラッカ部分３４およびスキャナ部分３６により発せられた光は実質的に共通の光路上で移動するが、ある実施形態において、トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６からの光ビームは異なるタイミングで発せられる。他の実施形態において、ビームは同時に発せられる。   Referring now to FIG. 4, one embodiment of a payload structure 46 in a device 30 having a tracker portion 34 and a scanner portion 36 is shown. The tracker portion 34 and the scanner portion 36 are integrated to emit light from the tracker portion 34 and the scanner portion 36 on a substantially common inner optical path, which is illustrated in FIGS. It is shown. However, although the light emitted by the tracker portion 34 and the scanner portion 36 travels on substantially a common optical path, in some embodiments, the light beams from the tracker portion 34 and the scanner portion 36 are emitted at different times. In other embodiments, the beams are emitted simultaneously.

トラッカ部分３４は、光源１２６と、アイソレータ１２８と、ファイバネットワーク１３６と、ＡＤＭ電子部品１４０と、ファイバ入射システム１３０と、ビームスプリッタ１３２と、位置検出器１３４と、を含む。ある実施形態において、光源１２６は可視光を発する。光源は例えば、赤色または緑色ダイオードレーザか、垂直キャビティ面発光レーザであってもよい。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１２６に戻される光の量を十分に減らすことのできるその他のあらゆる適当な機器であってもよい。アイソレータ１２８からの光はファイバネットワーク１３６へと進む。１つの実施形態において、ファイバネットワーク１３６は、図６に示されるファイバネットワークであり、これについては以下により詳しく説明する。位置検出器１３４は、光源１２６によって発せられ、ターゲット５８によって反射された放射の一部を受け取るように配置される。位置検出器１３４は、信号をコントローラ６４に供給するように構成される。信号は、コントローラ６４によって、モータ５１、５５を作動させて、ターゲット５８を追跡するように光ビーム５２を誘導するために使用される。   The tracker section 34 includes a light source 126, an isolator 128, a fiber network 136, ADM electronics 140, a fiber launch system 130, a beam splitter 132, and a position detector 134. In some embodiments, light source 126 emits visible light. The light source may be, for example, a red or green diode laser or a vertical cavity surface emitting laser. The isolator may be a Faraday isolator, attenuator, or any other suitable device that can substantially reduce the amount of light returned to light source 126. Light from isolator 128 travels to fiber network 136. In one embodiment, fiber network 136 is the fiber network shown in FIG. 6, which is described in more detail below. Position detector 134 is arranged to receive a portion of the radiation emitted by light source 126 and reflected by target 58. Position detector 134 is configured to provide a signal to controller 64. The signal is used by the controller 64 to operate the motors 51, 55 to direct the light beam 52 to track the target 58.

ファイバネットワーク１３６に入射する光のうちの一部は、光ファイバ１３８上でＡＤＭ電子部品１４０の基準チャネルへと伝送される。ファイバネットワーク１３６に入射する光のうちの他の部分は、ファイバネットワーク１３６とビームスプリッタ１３２を通過する。光はダイクロイックビームスプリッタ１４２に到達し、これはＡＤＭ光源の波長の光を伝送するように構成される。トラッカ部分３４からの光はペイロード構造４６から開口１４６を通じて光路１４４に沿って射出する。トラッカ部分３４からの光は、光路１４４に沿って進み、ターゲット５８により反射され、光路１４４に沿って戻り、ペイロード構造４６に開口１４６を通って再び入る。この戻り光は、ダイクロイックビームスプリッタ１４２を通過して、トラッカ部分３４に戻る。戻り光の第一の部分はビームスプリッタ１３２を通過して、ファイバ入射システム１３０に入り、ファイバネットワーク１３６に入る。光の一部は光ファイバ１４８へと通過し、ＡＤＭ電子部品１４０の測定チャネルの中に入る。戻り光の第二の部分は、ビームスプリッタ１３２により反射されて位置検出器１３４に入る。   Some of the light incident on fiber network 136 is transmitted over optical fiber 138 to the reference channel of ADM electronics 140. Another portion of the light incident on fiber network 136 passes through fiber network 136 and beam splitter 132. The light reaches a dichroic beam splitter 142, which is configured to transmit light at the wavelength of the ADM light source. Light from tracker portion 34 exits from payload structure 46 through aperture 146 along optical path 144. Light from the tracker portion 34 travels along the optical path 144, is reflected by the target 58, returns along the optical path 144, and reenters the payload structure 46 through the aperture 146. This return light passes through the dichroic beam splitter 142 and returns to the tracker section 34. The first portion of the return light passes through beam splitter 132, enters fiber launch system 130, and enters fiber network 136. Some of the light passes into optical fiber 148 and enters the measurement channel of ADM electronics 140. A second portion of the return light is reflected by beam splitter 132 and enters position detector 134.

１つの実施形態において、ＡＤＭ電子部品１４０は図５に示されているものである。ＡＤＭ電子部品１４０は、周波数基準３３０２と、シンセサイザ３３０４と、測定検出器３３０６と、基準検出器３３０８と、測定ミキサ３３１０と、基準ミキサ３３１２と、コンディショニング電子部品３３１４、３３１６、３３１８、３３２０と、Ｎ分周プリスケーラ３３２４と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３３２２と、を含む。周波数基準は、例えば恒温槽付水晶発振器であってもよく、例えば１０ＭＨｚの基準周波数ｆREFをシンセサイザに送り、これが２つの電気信号、すなわち周波数ｆRFの１つの信号と周波数ｆLOの２つの信号を生成する。周波数ｆRFの信号は光源１２６に入る。周波数ｆLOの２つの信号は測定ミキサ３３１０と基準ミキサ３３１２に入る。光ファイバ１３８、１４８からの光はそれぞれ基準および測定チャネルに入射する。基準検出器３３０８と測定検出器３３０６は、光信号を電気信号に変換する。これらの信号をそれぞれコンディショニング電子部品３３１６、３３１４によってコンディショニングされ、それぞれミキサ３３１２、３３１０に送信される。ミキサは、絶対値ｆLO−ｆRFに等しい周波数ｆIFの信号を生成する。周波数ｆRFの信号は比較的高い周波数、例えば２ＧＨｚであり、その一方で周波数ｆIFの信号は比較的低い周波数、例えば１０ｋＨｚを有していてもよい。 In one embodiment, ADM electronics 140 is that shown in FIG. The ADM electronics 140 includes a frequency reference 3302, a synthesizer 3304, a measurement detector 3306, a reference detector 3308, a measurement mixer 3310, a reference mixer 3312, conditioning electronics 3314, 3316, 3318, 3320, N It includes a frequency dividing prescaler 3324 and an analog-to-digital converter (ADC) 3322. The frequency reference may be, for example, a thermostated crystal oscillator, for example, sending a 10 MHz reference frequency f REF to the synthesizer, which generates two electrical signals, one signal at frequency f RF and two signals at frequency f LO. Generate The signal at frequency f RF enters light source 126. Two signals of frequency f LO enter measurement mixer 3310 and reference mixer 3312. Light from optical fibers 138, 148 enters the reference and measurement channels, respectively. The reference detector 3308 and the measurement detector 3306 convert an optical signal into an electric signal. These signals are conditioned by conditioning electronics 3316, 3314, respectively, and transmitted to mixers 3312, 3310, respectively. The mixer generates a frequency f IF of the signal equal to the absolute value f LO -f RF. The signal at frequency f RF may have a relatively high frequency, eg, 2 GHz, while the signal at frequency f IF may have a relatively low frequency, eg, 10 kHz.

基準周波数ｆREFはプリスケーラ３３２４に送信され、これが周波数を整数で割る。例えば、１０ＭＨｚの周波数を４０で割り、２５０ｋＨｚの出力周波数を得てもよい。この例において、ＡＤＣ ３３２２に入る１０ｋＨｚの信号は、２０ｋＨｚのレートでサンプリングされ、これによって１サイクルあたり２５の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、例えば１つまたは複数のデジタル信号プロセッサに送信される。 The reference frequency f REF is sent to a prescaler 3324, which divides the frequency by an integer. For example, a frequency of 10 MHz may be divided by 40 to obtain an output frequency of 250 kHz. In this example, the 10 kHz signal entering ADC 3322 is sampled at a rate of 20 kHz, which produces 25 samples per cycle. Signals from ADC 3322 are sent to a data processor 3400, eg, one or more digital signal processors.

距離を抽出するための方法は、基準および測定チャネル用のＡＤＣ信号の位相の計算に基づく。この方法は、Ｂｒｉｄｇｅｓらの特許文献２に詳しく説明されており、特許文献２の内容を参照によって本願に援用する。計算は、特許文献２の等式（１）〜（８）の使用を含む。これに加えて、ＡＤＭが最初にターゲットの測定を開始するとき、シンセサイザにより生成された周波数が何回か（例えば３回）変更され、毎回ありうるＡＤＭ距離が計算される。選択された周波数の各々についてありうるＡＤＭ距離を比較することによって、ＡＤＭ測定の曖昧さが排除される。特許文献２の等式（１）〜（８）を特許文献２に記載されている同期方法およびカルマンフィルタ方法と組み合わせることにより、ＡＤＭは移動するターゲットを測定できる。他の実施形態では、絶対距離測定値を得るのに他の方法を使用してもよく、これは例えばパルス式飛行時間法である。   The method for extracting the distance is based on calculating the phase of the ADC signal for the reference and measurement channels. This method is described in detail in Bridges et al., US Pat. The calculation involves the use of equations (1)-(8) of US Pat. In addition, when the ADM first starts measuring the target, the frequency generated by the synthesizer is changed several times (eg, three times) and the possible ADM distance is calculated each time. By comparing the possible ADM distances for each of the selected frequencies, the ambiguity of the ADM measurement is eliminated. By combining the equations (1) to (8) of Patent Document 2 with the synchronization method and the Kalman filter method described in Patent Document 2, the ADM can measure a moving target. In other embodiments, other methods may be used to obtain absolute distance measurements, such as pulsed time-of-flight.

図４のファイバネットワーク１３６のある実施形態が、図６の中にファイバネットワーク４２０Ａとして示されている。この実施形態は、第一の光ファイバカプラ４３０と、第二の光ファイバカプラ４３６と、低透過率リフレクタ４３５、４４０と、を含む。第一と第二の光ファイバカプラは、２×２カプラであり、各々が２つの入力ポートと２つの出力ポートを有する。この種のカプラは通常、２つのファイバコアを近接させて設置し、その後、ファイバを線引きす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セント結合が、隣接するファイバへの光の所望の部分を分離することができる。光は第一の光ファイバカプラ４３０を通って進み、２つの経路、すなわち光ファイバ４３３を通って第二の光ファイバカプラ４３６に至る第一の経路と光ファイバ４２２とファイバ長等化手段４２３を通る第二の経路に分かれる。ファイバ長等化手段４２３は図４の光ファイバ１３８につながり、これはＡＤＭ電子部品１４０の基準チャネルへと至る。ファイバ長等化手段４２３の目的は、基準チャネル内で光が通る光ファイバの長さを測定チャネル内で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。このようにしてファイバ長を一致させると、周辺温度の変化に起因するＡＤＭエラーが減少する。このようなエラーは、光ファイバの有効光路長が光ファイバの平均屈折率にファイバの長さを乗じたものと等しいために生じるかもしれない。光ファイバの屈折率はファイバの温度に依存するため、光ファイバの温度の変化によって、測定および基準チャネルの有効光路長を変化させる。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関して変化すると、ターゲット５８が静止したままにされたとしても、ターゲット５８の位置が変化したように見える。この問題を回避するために、２つのステップが取られる。第一に、基準チャネル内のファイバ長を測定チャネル内のファイバ長にできるだけ一致させる。第二に、測定および基準ファイバをできるだけ横並びの状態で設置して、２つのチャネル内の光ファイバがほぼ同じ温度変化に曝されるようにする。   One embodiment of the fiber network 136 of FIG. 4 is shown in FIG. 6 as fiber network 420A. This embodiment includes a first fiber optic coupler 430, a second fiber optic coupler 436, and low transmittance reflectors 435, 440. The first and second fiber optic couplers are 2 × 2 couplers, each having two input ports and two output ports. This type of coupler is typically made by placing two fiber cores in close proximity and then drawing the fiber. In this way, evanescent coupling between the fibers can separate the desired portion of light to adjacent fibers. The light travels through the first optical fiber coupler 430 and passes through two paths, namely, the first path through the optical fiber 433 to the second optical fiber coupler 436, the optical fiber 422, and the fiber length equalizing means 423. Divide into a second path through. The fiber length equalization means 423 leads to the optical fiber 138 of FIG. 4, which leads to the reference channel of the ADM electronics 140. The purpose of the fiber length equalization means 423 is to match the length of the optical fiber through which the light passes in the reference channel with the length of the optical fiber through which the light traverses in the measurement channel. Matching the fiber lengths in this way reduces ADM errors due to changes in ambient temperature. Such an error may occur because the effective optical path length of the optical fiber is equal to the average refractive index of the optical fiber times the length of the fiber. Since the refractive index of an optical fiber depends on the temperature of the fiber, changing the temperature of the optical fiber changes the effective optical path length of the measurement and reference channels. If the effective optical path length of the optical fiber in the measurement channel changes with respect to the effective optical path length of the optical fiber in the reference channel, the position of the target 58 will appear to have changed, even if the target 58 is left stationary. To avoid this problem, two steps are taken. First, the fiber length in the reference channel is matched as closely as possible to the fiber length in the measurement channel. Second, the measurement and reference fibers are placed as side-by-side as possible so that the optical fibers in the two channels are exposed to approximately the same temperature changes.

光は光ファイバ４３３を通って第二の光ファイバカプラ４３６に進み、２つの経路、すなわち低反射ファイバターミネータ４４０までの第一の経路と、それがファイバネットワークから出る光ファイバ４３８までの第二の経路に分かれる。   The light travels through optical fiber 433 to a second fiber optic coupler 436, two paths: a first path to low reflection fiber terminator 440, and a second path to optical fiber 438 where it exits the fiber network. Divide into routes.

ファイバネットワーク１３６の他の実施形態が図７に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク１３６は第一の光ファイバカプラ４５７と、第二の光ファイバカプラ４６３と、２つの低反射ターミネータ４６２、４６７と、光スイッチ４６８と、レトロリフレクタ４７２と、光スイッチ４６８の電気入力４６９と、を含む。光スイッチ４６８にはいくつかの種類がある。市販され、比較的安価な種類はＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）型である。この種類は、例えば半導体構造の一部として構成される小型ミラーを使用してもよい。あるいは、スイッチはモジュレータとすることもでき、これは特定の波長での非常に高速な切り換えに利用でき、ＭＥＭＳ型スイッチより若干コストが高い。スイッチはまた、光減衰器から構成されてもよく、これは電気信号に応答してもよく、減衰器に送信される電気信号によりオン、オフされてもよい。光ファイバスイッチの選択において考慮してもよい仕様の説明は、Ｂｒｉｄｇｅｓの特許文献３に記載されており、その内容を参照によって援用する。一般に、所望の性能と単純さを実現するために、スイッチは光ファイバスイッチであってもよい。理解するべき点として、上述の光スイッチの概念は、２色に基づくファイバネットワークにおいても同等に良好な性能を示すべきである。 Another embodiment of the fiber network 136 is shown in FIG. In this embodiment, the fiber network 136 includes a first optical fiber coupler 457, a second optical fiber coupler 463, two low reflection terminators 462, 467, an optical switch 468, a retro reflector 472, and an optical switch 468. And an electrical input 469. There are several types of optical switches 468. A commercially available and relatively inexpensive type is the MEMS (micro-electro-mechanical system) type. This type may use, for example, a small mirror configured as part of a semiconductor structure. Alternatively, the switch can be a modulator, which can be used for very fast switching at a particular wavelength, and is slightly more expensive than a MEMS type switch. The switch may also consist of an optical attenuator, which may be responsive to an electrical signal and may be turned on and off by an electrical signal sent to the attenuator. A description of specifications that may be considered in selecting an optical fiber switch is described in Bridges, US Pat. Generally, the switch may be a fiber optic switch to achieve the desired performance and simplicity. It should be understood that the optical switch concept described above should perform equally well in a two-color based fiber network.

ファイバネットワーク１３６は、光スイッチ４６８とレトロリフレクタ４７２を含む。通常、光はファイバ４６５から光スイッチ４６８の上側ポートを通り、光ファイバ４７０へと出る。しかしながら、時々、レーザトラッカがターゲットを測定していない時には、光スイッチ４６８は光信号を光ファイバ４６５から光ファイバ４７１へ、さらにレトロリフレクタ４７２へと分岐させる。光をレトロリフレクタ４７２に切り換える目的は、ＡＤＭシステムのコンポーネント内で熱ドリフトが発生しているかもしれない場合、これを取り除くことである。このようなコンポーネントは、例えば、光検出器等の光電子コンポーネント、ＡＤＭシステムの光ファイバ、ミキサ、アンプ、シンセサイザ、アナログ−デジタル変換器等のコンディショニング電子部品、およびレンズとレンズマウント等の光学コンポーネントを含んでいてもよい。例えば、初めに、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ４７２に分岐させる光スイッチ４６８を有する基準チャネルより２０ｍｍ長いことがわかったと仮定する。その後、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ４７２へと分岐させる光スイッチ４６８を有する基準チャネル経路長より２０．００３ｍｍ長いことがわかったとする。ＡＤＭデータプロセッサは、その後のＡＤＭ読取値から０．００３ｍｍ差し引く。理解するべき点として、この手順は、トラッカがＡＤＭ値をレーザトラッカのホームポジションに設定するたびに更新されるであろう。   The fiber network 136 includes an optical switch 468 and a retro-reflector 472. Typically, light exits fiber 465 through the upper port of optical switch 468 to optical fiber 470. However, from time to time, when the laser tracker is not measuring the target, the optical switch 468 diverts the optical signal from the optical fiber 465 to the optical fiber 471 and further to the retroreflector 472. The purpose of switching the light to the retroreflector 472 is to eliminate any thermal drift that may have occurred in the components of the ADM system. Such components include, for example, optoelectronic components such as photodetectors, optical fibers of ADM systems, conditioning electronics such as mixers, amplifiers, synthesizers, analog-to-digital converters, and optical components such as lenses and lens mounts. You may go out. For example, suppose initially that the path length of the measurement channel was found to be 20 mm longer than the reference channel having an optical switch 468 that splits light into the retro-reflector 472. Thereafter, it is assumed that the path length of the measurement channel is found to be 20.003 mm longer than the reference channel path length having the optical switch 468 for branching the light to the retro-reflector 472. The ADM data processor subtracts 0.003 mm from subsequent ADM readings. It should be understood that this procedure will be updated each time the tracker sets the ADM value to the home position of the laser tracker.

ある実施形態において、レトロリフレクタ４７２は図８の光ファイバレトロリフレクタ４７２Ａである。この種のレトロリフレクタ４７２は一般にフェルールであり、光ファイバがフェルールの端において研磨され、コーティング４７３で被覆され、これは例えば金または複数の層の誘電性薄膜であってもよい。他の実施形態において、レトロリフレクタ４７２は図９のフリースペース型レトロリフレクタ４７２Ｂであり、これはコリメータ４７４とレトロリフレクタ４７６を含み、これらは例えばキューブコーナレトロリフレクタスラグであってもよい。   In one embodiment, retroreflector 472 is fiber optic retroreflector 472A of FIG. This type of retro-reflector 472 is typically a ferrule, where the optical fiber is polished at the end of the ferrule and coated with a coating 473, which may be, for example, gold or a multi-layer dielectric thin film. In another embodiment, the retroreflector 472 is the free-space retroreflector 472B of FIG. 9, which includes a collimator 474 and a retroreflector 476, which may be, for example, a cube corner retroreflector slag.

ファイバネットワーク１３６のまた別の実施形態が図１０に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク１３６は第一の光ファイバカプラ１７３０と、第二の光ファイバカプラ１７４０と、第三のファイバカプラ１７５０と、３つの低反射ターミネータ１７３８、１７４８、１７５８と、を含む。光ファイバ１７８１からの光は、入力ポートでファイバネットワーク１３６に入射する。光は第一の光ファイバカプラ１７３０を通って進む。光の一部は光ファイバ１３８とファイバ長補正手段４２３を通ってからＡＤＭ電子部品１４０の基準チャネルに入る。光の一部は第二の光ファイバカプラ１７４０と第三のファイバカプラ１７５０を通ってから、光ファイバ１７５３上に乗ってファイバネットワークから出る。光ファイバ１７４３からの光は第三のファイバカプラ１７５０に入射し、ここで第二の光源（図示せず）から光ファイバ１７９０を介した光と結合されて、複合光ビームを形成し、それが光ファイバ１７５３上で進む。光カプラ１７５０はダイクロイックカプラであり、それは、これが２つの波長を使用するように設計されているからである。光ファイバ１７５３内で運ばれた複合光ビームがレーザトラッカから出て、ターゲット５８で反射された後、これはファイバネットワーク１３６に戻る。第一の光源からの光は第三のファイバカプラ１７５０、第二の光ファイバカプラ１７４０を通過して光ファイバ１４８に入り、これはＡＤＭ電子部品１４０の測定チャネルへと至る。第二の光源（図示せず）からの光は光ファイバ１７９０に戻り、第二の光源（図示せず）へと戻る。   Another embodiment of the fiber network 136 is shown in FIG. In this embodiment, the fiber network 136 includes a first fiber optic coupler 1730, a second fiber optic coupler 1740, a third fiber coupler 1750, and three low reflection terminators 1738, 1748, 1758. Light from the optical fiber 1781 enters the fiber network 136 at the input port. Light travels through a first fiber optic coupler 1730. Some of the light passes through the optical fiber 138 and the fiber length compensator 423 before entering the reference channel of the ADM electronics 140. Some of the light passes through a second fiber optic coupler 1740 and a third fiber coupler 1750 before exiting the fiber network on optical fiber 1753. Light from optical fiber 1743 enters third fiber coupler 1750, where it is combined with light from a second light source (not shown) via optical fiber 1790 to form a composite light beam, which is Proceed over optical fiber 1753. Optical coupler 1750 is a dichroic coupler because it is designed to use two wavelengths. After the composite light beam carried in optical fiber 1753 exits the laser tracker and is reflected at target 58, it returns to fiber network 136. Light from the first light source passes through the third fiber coupler 1750, the second fiber optic coupler 1740, and enters the optical fiber 148, which reaches the measurement channel of the ADM electronics 140. Light from a second light source (not shown) returns to optical fiber 1790 and returns to a second light source (not shown).

カプラ１７３０、１７４０、および１７５０は溶融型であってもよい。この種の光カプラにより、２つのファイバコア／クラッド領域が相互に近付けられ、溶融される。その結果、コア間の光は、エバネセント結合により交換される。２つの異なる波長の場合、第一の波長を当初のファイバに沿って完全に伝送し、第二の波長を同じファイバ上で完全に結合することのできるエバネセント結合装置を設計することが可能である。通常、光がカプラ１７５０に完全に（１００％）結合されることはない。しかしながら、２つまたはそれ以上の異なる波長のための良好な結合を提供する光ファイバカプラは、９８０ｎｍ、１３００ｎｍ、および１５５０ｎｍ等の一般的な波長で市販されている。これに加えて、光ファイバカプラは、他の波長、例えば可視波長についても市販品を購入でき、それ以外の波長用に設計、製造されてもよい。例えば、図１０おいて、光ファイバカプラ１７５０を、第一の波長の第一の光が光ファイバ１７４３から光ファイバ１７５３へと進み、光損失が低くなるように構成することが可能である。それと同時に、この装置を、光ファイバ１７９０上の第二の光を光ファイバ１７５３上で略完全に結合するように構成してもよい。したがって、第一の光と第二の光を、光ファイバカプラを通じて同じファイバ１７５３へと、わずかな損失で伝送することが可能である。波長が大きく異なる波長を結合する光カプラも市販されている。例えば、１３１０ｎｍの波長の光を５５０ｎｍの波長の光に結合するカプラが市販されている。単一横モードで両方の波長を伝播し、その一方で光ファイバ内での伝播中の光パワーの損失が比較的少なくなる長距離伝播のために、２つの波長が比較的相互に近いことが一般に望ましい。例えば、２つの選択された波長は６３３ｎｍと７８０ｎｍであり、これらは波長の数値において比較的相互に近く、長距離にわたり、高い損失を伴わずに、シングルモード光ファイバを通じて伝送できる。ファイバネットワーク１３６内のダイクロイックファイバカプラ１７５０の利点は、それがフリースペース型ビームスプリッタよりコンパクトである点である。これに加えて、ダイクロイックファイバカプラによれば、第一の光と第二の光が非常に良好に整列して、生産中に特別な光学的整合手順が不要となる。   Couplers 1730, 1740, and 1750 may be of a fused type. With this type of optical coupler, the two fiber core / cladding regions are brought closer together and fused. As a result, light between the cores is exchanged by evanescent coupling. For two different wavelengths, it is possible to design an evanescent coupling device that can completely transmit the first wavelength along the original fiber and completely couple the second wavelength on the same fiber. . Typically, light is not completely (100%) coupled to coupler 1750. However, fiber optic couplers that provide good coupling for two or more different wavelengths are commercially available at common wavelengths such as 980 nm, 1300 nm, and 1550 nm. In addition, optical fiber couplers can be purchased commercially for other wavelengths, such as visible wavelengths, and may be designed and manufactured for other wavelengths. For example, in FIG. 10, the optical fiber coupler 1750 can be configured such that the first light of the first wavelength travels from the optical fiber 1743 to the optical fiber 1753 to reduce the optical loss. At the same time, the device may be configured to couple the second light on optical fiber 1790 almost completely on optical fiber 1753. Therefore, it is possible to transmit the first light and the second light through the optical fiber coupler to the same fiber 1753 with a small loss. Optical couplers for coupling wavelengths having greatly different wavelengths are also commercially available. For example, couplers are commercially available that couple light at a wavelength of 1310 nm to light at a wavelength of 550 nm. Due to long distance propagation, which propagates both wavelengths in a single transverse mode while reducing the loss of optical power during propagation in an optical fiber, the two wavelengths must be relatively close to each other. Generally desirable. For example, the two selected wavelengths are 633 nm and 780 nm, which are relatively close to each other in wavelength values, can be transmitted over long distances, and without high loss, through a single mode optical fiber. An advantage of the dichroic fiber coupler 1750 in the fiber network 136 is that it is more compact than a free space beam splitter. In addition, the dichroic fiber coupler allows the first and second lights to be very well aligned, eliminating the need for special optical alignment procedures during production.

図４に戻ると、スキャナ部分３６は、例えば後述の図１１に示されるようなスキャナの中に埋め込まれてもよい。スキャナ部分３６からの、例えば約１５５０ｎｍの赤外光等の光は、光路１５０に沿ってダイクロイックビームスプリッタ１４２へと進む。ダイクロイックビームスプリッタ１４２は、スキャナからの光を反射し、その一方で、レーザトラッカからの光は通過させように構成される。スキャナ部分３６からの光はターゲット５８へと進み、光路１５２に沿って環状開口１５４へと戻る。戻り光は環状開口１５４を通過して、外側光路に沿ってダイクロイックビームスプリッタ１４２で反射され、光路１５６に沿ってスキャナ部分３６に戻る。１つの実施形態において、外側光路（環状開口１５４により画定される）は、内側光路（開口１４６により画定される）と同軸である。スキャナ光を、環状開口１５４を通して戻すことにより、ターゲット５８から反射された光を損傷する可能性のある開口１４６からの不要な光が回避されるという利点を取得しうる。   Returning to FIG. 4, the scanner portion 36 may be embedded in a scanner, for example, as shown in FIG. 11 below. Light from the scanner portion 36, such as, for example, approximately 1550 nm infrared light, travels along the optical path 150 to the dichroic beam splitter 142. Dichroic beam splitter 142 is configured to reflect light from the scanner, while passing light from the laser tracker. Light from the scanner portion 36 travels to the target 58 and returns along the optical path 152 to the annular aperture 154. The return light passes through the annular aperture 154, is reflected by the dichroic beam splitter 142 along the outer optical path, and returns to the scanner section 36 along the optical path 156. In one embodiment, the outer light path (defined by the annular aperture 154) is coaxial with the inner light path (defined by the aperture 146). Returning the scanner light back through the annular opening 154 may have the advantage that unnecessary light from the opening 146 that may damage light reflected from the target 58 is avoided.

この例示的実施形態において、開口１４６と環状開口１５４は、同心円状に配置されている。この実施形態において、開口１４６の口径は約１５ｍｍであり、環状開口１５４の内径は１５ｍｍ、外径は３ｍｍである。   In this exemplary embodiment, the opening 146 and the annular opening 154 are arranged concentrically. In this embodiment, the opening 146 has a diameter of about 15 mm, and the annular opening 154 has an inner diameter of 15 mm and an outer diameter of 3 mm.

理解するべき点として、この例示的実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ１４２はジンバル点５０に位置付けられる。このようにして、スキャナ部分３６とトラッカ部分３４のどちらからの光も、機器３０内の同じ点から発せられているように見えるかもしれない。この例示的実施形態において、トラッカ部分３４は可視レーザ光を発し、スキャナ部分３６は近赤外スペクトル内の光を発する。トラッカ部分３４からの光の波長は約７０ｎｍであってもよく、スキャナ部分３６からの光の波長は約１５５０ｎｍであってもよい。   It should be understood that in this exemplary embodiment, dichroic beam splitter 142 is located at gimbal point 50. In this manner, light from both the scanner portion 36 and the tracker portion 34 may appear to be emanating from the same point within the device 30. In this exemplary embodiment, tracker portion emits visible laser light and scanner portion emits light in the near infrared spectrum. The wavelength of light from tracker portion 34 may be about 70 nm, and the wavelength of light from scanner portion 36 may be about 1550 nm.

スキャナ部分３６の１つの実施形態が図１１に示されている。この実施形態において、スキャナ部分３６は、光ビーム１６２を、コリメータ１６５を通じて発する光エミッタ１６０を含む。光エミッタ１６０は、約１５５０ｎｍの範囲の波長の光を発するレーザダイオードであってもよい。理解するべき点として、例えば、それより小さい、または大きい波長を有するその他の電磁波を使用してもよい。光ビーム１６２は、例えば正弦または方形波形変調信号により強度変調または振幅変調されてもよい。光ビーム１６２は、ダイクロイックビームスプリッタ１７２に送られ、これは光ビーム１６２を反射して、開口１４６を通ってターゲット５８に向かわせる。この例示的実施形態において、光ビーム１６２は、ミラー１７０とダイクロイックビームスプリッタ１７２で反射され、光ビーム１６２は光ビーム５２、１５０の所望の光路に沿って進むことができる。以下により詳しく説明するように、ダイクロイックビームスプリッタ１７２を使用することは、動作中に画像を取得するカラーカメラ１６８の組込みを可能にするという利点を提供する。他の実施形態において、光エミッタ１６０は、光をダイクロイックビームスプリッタ１４２に直接伝送するように配置され、まずミラー１７０とダイクロイックビームスプリッタ１７２で反射させなくてよい。   One embodiment of the scanner portion 36 is shown in FIG. In this embodiment, the scanner portion 36 includes a light emitter 160 that emits a light beam 162 through a collimator 165. Light emitter 160 may be a laser diode that emits light at a wavelength in the range of about 1550 nm. It should be understood, for example, that other electromagnetic waves having smaller or larger wavelengths may be used. The light beam 162 may be intensity or amplitude modulated, for example, by a sine or square waveform modulation signal. The light beam 162 is sent to a dichroic beam splitter 172, which reflects the light beam 162 toward the target 58 through the aperture 146. In this exemplary embodiment, light beam 162 is reflected by mirror 170 and dichroic beam splitter 172, and light beam 162 can travel along a desired optical path of light beams 52, 150. As will be described in more detail below, using a dichroic beam splitter 172 offers the advantage of allowing the incorporation of a color camera 168 that acquires images during operation. In another embodiment, the light emitter 160 is arranged to transmit light directly to the dichroic beam splitter 142 and need not first be reflected by the mirror 170 and the dichroic beam splitter 172.

図４および１１に示されるように、トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６からの射出光はどちらも同じ開口１４６を通過する。これらのトラッカ部分３４およびスキャナ部分３６からの光は実質的に直線的であり、図１の光ビーム５２の光路に沿って進む。戻り経路上で、トラッカ部分３４からの光はレトロリフレクタターゲットにより反射されるため、それが機器３０に戻る時に略直線となる。トラッカ光の戻りビームは、開口１４６を通過して戻り、これはそれが機器３０から出る時と同じ開口である。これに対して、スキャナ部分３６から光は通常、拡散的に散乱させる物体表面５８´に当たり、そが戻る際には広い角度に広がる。反射光のわずかな部分が、内径が開口１４６の外径と同じ（またはそれと同心）となるように位置付けられた環状開口１５４を通過する。戻り光１６３は、ダイクロイックビームスプリッタ１７２で反射され、レンズ１６０を光ビーム１６３として通過し、反射面１８０、１７８、１７６で反射され、受光器１８２内のレンズ群を通過してから、光検出器に到達する。戻りスキャナ光は環状開口１５４を通るように方向付けられ、内側開口１４６を通って戻る光を一切含まない。これは、射出光の光パワーが物体表面５８´により戻される光のそれよりはるかに大きく、光素子での反射が内側開口１４６の経路に沿って戻されるのを回避することが望ましいため、有利である。   As shown in FIGS. 4 and 11, both the emitted light from the tracker portion 34 and the scanner portion 36 pass through the same aperture 146. Light from these tracker portion 34 and scanner portion 36 is substantially linear and travels along the optical path of light beam 52 of FIG. On the return path, light from the tracker portion 34 is reflected by the retro-reflector target, so that when it returns to the device 30, it is substantially straight. The return beam of tracker light returns through aperture 146, which is the same aperture as it exits instrument 30. In contrast, light from the scanner portion 36 typically hits the diffusely scattered object surface 58 'and spreads back over a wider angle. A small portion of the reflected light passes through an annular opening 154 positioned such that the inside diameter is the same (or concentric with) the outside diameter of the opening 146. The return light 163 is reflected by the dichroic beam splitter 172, passes through the lens 160 as a light beam 163, is reflected by the reflection surfaces 180, 178, and 176, passes through the lens group in the light receiver 182, and then passes through the photodetector. To reach. Return scanner light is directed through annular aperture 154 and does not include any light returning through inner aperture 146. This is advantageous because it is desirable that the optical power of the emitted light be much greater than that of the light returned by the object surface 58 ', and that reflections at the optical elements be returned along the path of the inner aperture 146. It is.

ある実施形態において、任意選択によるカラーカメラ１６８は、物体表面５８´により反射された光の一部がダイクロイックビームスプリッタ１７２を通過してカラーカメラ１６８に入る。ダイクロイックビームスプリッタ１７２上のコーティングは、カラーカメラによってピックアップされる可視波長を通過させ、その一方で、光エミッタ１６０により発せられる波長の光を反射させるように選択される。カラーカメラ１６８は受光レンズ１６０に、例えば接着剤で、または窪みの中に入れて連結されてもよい。カラーカメラ１６８によってカラー画像を取得することができ、これは通常、スキャナ内の距離計によってデータポイントを取得した後のある時点でいくつかの個別のステップを踏むことによって行われる。   In some embodiments, the optional color camera 168 receives a portion of the light reflected by the object surface 58 'through the dichroic beam splitter 172 and enters the color camera 168. The coating on the dichroic beam splitter 172 is selected to pass visible wavelengths picked up by the color camera, while reflecting light of the wavelength emitted by the light emitter 160. The color camera 168 may be coupled to the light receiving lens 160, for example, with an adhesive or in a recess. A color image can be acquired by the color camera 168, which is typically done by taking several discrete steps at some point after acquiring the data points with the rangefinder in the scanner.

ある実施形態において、マスク１７４は受光レンズ１６０の背後の光軸上に同軸的に配置される。マスク１７４は、戻り光ビーム１６３が妨害されずに通過できる大きな面積を有する。マスク１７４は、光軸から半径方向に外側に位置付けられる遮蔽領域を有し、それによって戻り光ビーム１６３の強度を、戻り光の強度が機器３０から物体表面５８´の距離が異なってもより等しくなるように低減させる。   In some embodiments, the mask 174 is coaxially disposed on the optical axis behind the receiving lens 160. The mask 174 has a large area through which the return light beam 163 can pass without interruption. The mask 174 has a shielding area positioned radially outward from the optical axis, thereby making the intensity of the return light beam 163 more equal even if the intensity of the return light is different from the device 30 to the object surface 58 ′. To be reduced.

ある実施形態において後方ミラー１７６がマスク１７４の背後の光軸上に配置される。後方ミラー１７６は、戻り光ビーム１６３を反射し、これが受光レンズ１６６により屈折させられ、中央ミラー１７８へと向かう。中央ミラー１７８は、マスク１７４の中央の光軸上に配置される。カラーカメラ１６８を有する実施形態において、この領域は、カラーカメラ１６８で陰になるかもしれない。中央ミラー１７８は、非球面ミラーであってもよく、これは負レンズ（すなわち、焦点距離を延ばす）としても、近接場補正レンズ（すなわち、ターゲットにより反射された戻り光ビーム１６３の焦点をシフトさせる）としても機能する。これに加えて、反射は、戻り光ビーム１６３が中央ミラー１７８の上に配置されたマスク１７４を通過する範囲でのみ提供される。中央ミラー１７８は、戻り光ビームを反射して、後方ミラー１７６の中央開口１８０を通過させる。   In some embodiments, a rear mirror 176 is positioned on the optical axis behind the mask 174. The rear mirror 176 reflects the return light beam 163, which is refracted by the light receiving lens 166 and travels to the center mirror 178. The center mirror 178 is arranged on the optical axis at the center of the mask 174. In embodiments having a color camera 168, this area may be shadowed by the color camera 168. Central mirror 178 may be an aspheric mirror, which may be a negative lens (ie, extend the focal length) or a near-field correction lens (ie, shift the focus of return light beam 163 reflected by the target). ) Also works. In addition, reflection is provided only to the extent that the return light beam 163 passes through a mask 174 located above the central mirror 178. Central mirror 178 reflects the return light beam and passes through central aperture 180 of rear mirror 176.

入射絞りと、フィルタ付コリメータと、集光レンズと、光検出器と、を有する受光器１８２が、後方ミラー１７６の付近の、マスク１７４と反対に配置される。１つの実施形態において、ミラー１８４は戻り光ビーム１６３を９０°偏向させる。   A light receiver 182 having an entrance stop, a collimator with filter, a condenser lens, and a photodetector is located near the rear mirror 176 and opposite the mask 174. In one embodiment, mirror 184 deflects return light beam 163 by 90 °.

１つの実施形態において、スキャナ部分３６は１つまたは複数のプロセッサ１８６を有していてもよく、これは図３のスキャナ電子部品９６と同じでも、これを補完するものであってもよい。プロセッサ１８６は、スキャナ部分３６のための制御および評価機能を実行する。プロセッサ１８６は、光エミッタ１６０および受光器１８２に連結され、これらと通信する。プロセッサ１８６は、各測定点について、機器３０とターゲット５８との間の距離を、発せられたビーム１６２と戻り光ビーム１６３の飛行時間に基づいて判断する。他の実施形態において、プロセッサ１８６とその機能は、コントローラ６４に組み込まれてもよく、これは図３のスキャナ電子部品９６、マスタプロセッサ７８、外部コンピュータ７４、またはネットワーク要素７６に対応してもよい。   In one embodiment, the scanner portion 36 may include one or more processors 186, which may be the same as or complementary to the scanner electronics 96 of FIG. Processor 186 performs control and evaluation functions for scanner portion 36. Processor 186 is coupled to and in communication with light emitter 160 and light receiver 182. Processor 186 determines the distance between instrument 30 and target 58 for each measurement point based on the time of flight of emitted beam 162 and return light beam 163. In other embodiments, processor 186 and its functions may be incorporated into controller 64, which may correspond to scanner electronics 96, master processor 78, external computer 74, or network element 76 of FIG. .

トラッカ部分３４とスキャナ部分３６の光学距離計は、飛行時間の原理を利用して距離を判断してもよい。理解するべき点として、飛行時間という用語はここでは、変調光を評価してターゲットまでの距離を判断するあらゆる方法を示すために使用される。例えば、トラッカ部分３４またはスキャナ部分３６からの光は、正弦波を使って光学パワーが変調されてもよい（強度変調）。検出された光が評価されて、基準ビームと測定ビームとの間の位相シフトが判断され、ターゲットまでの距離が特定される。他の実施形態において、光の光学パワーは、略方形のパルス光によって変調されてもよい。この場合、パルスの前端は、機器３０から出る途中および機器３０に戻る時に測定されてもよい。この場合は、経過時間を使ってターゲットまでの距離が特定される。他の方法では、外部モジュレータの変調によって時間に関して光の偏向状態を変化させ、その後、戻り光が偏光板を通過した後に消える変調周波数を記録することが含まれる。距離測定のためのその他の多くの方法が、一般的な飛行時間型の分類に含まれる。   The optical rangefinder of the tracker portion 34 and the scanner portion 36 may determine the distance using the time-of-flight principle. It should be understood that the term time of flight is used herein to indicate any method of evaluating modulated light to determine the distance to a target. For example, light from the tracker portion 34 or the scanner portion 36 may have its optical power modulated using a sine wave (intensity modulation). The detected light is evaluated to determine the phase shift between the reference beam and the measurement beam and determine the distance to the target. In other embodiments, the optical power of the light may be modulated by a substantially rectangular pulsed light. In this case, the leading edge of the pulse may be measured on the way out of the device 30 and when returning to the device 30. In this case, the distance to the target is specified using the elapsed time. Another method involves changing the state of deflection of the light with respect to time by modulating an external modulator, and then recording the modulation frequency at which the return light disappears after passing through the polarizer. Many other methods for distance measurement are included in the general time-of-flight classification.

距離を測定するための他の一般的な方法は、コヒーレントまたは干渉計方式と呼ばれる。光ビームの光パワーが評価される上述の方法と異なり、コヒーレントまたは干渉計方式では、相互にコヒーレントな２つの光ビームを結合して、電界の光学的干渉が発生するようにする。光パワーではなく電場を加えることは、電力ではなく電圧を加えることと同じである。１つの種類のコヒーレント距離計では、光の波長を時間に関して変化させる。例えば、波長は鋸歯パターンで変化されてもよい（周期的に反復しながら直線的に変化させる）。このような方法で作られた機器は、周波数変調コヒーレントレーザ（ＦＭＣＬ）レーダと呼ばれることがある。コヒーレント型か飛行時間型か、何れの方法でもトラッカ部分３４とスキャナ部分３６の距離計に使用できる。   Another common method for measuring distance is called coherent or interferometric. Unlike the above-described method in which the optical power of the light beam is evaluated, the coherent or interferometric method combines two mutually coherent light beams so that optical interference of the electric field occurs. Applying an electric field instead of optical power is the same as applying a voltage instead of electric power. One type of coherent distance meter varies the wavelength of light over time. For example, the wavelength may be changed in a sawtooth pattern (change linearly with periodic repetition). Equipment made in this manner is sometimes referred to as a frequency modulated coherent laser (FMCL) radar. Either the coherent type or the time-of-flight type can be used for the distance meter of the tracker portion 34 and the scanner portion 36.

ここで、図１２〜１４を参照すると、機器のある実施形態が示され、前カバーが取り除かれ、明瞭にするためにいくつかの光学およびコンディショニング電子部品が省略されている。この実施形態において、機器３０はジンバルアセンブリ３６１０を含み、これはゼニスシャフト３６３０と、結合チューブ３６２２を有する光学部品ベンチアセンブリ３６２０と、を含む。ゼニスシャフトは、シャフト３６３４と結合スリーブ３６３２を含む。ゼニスシャフト３６３０は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定性が向上する。図１４は、光学部品ベンチアセンブリ３７２０とゼニスシャフト３６３０のある実施形態を示している。光学部品ベンチアセンブリ３７２０は、主要光学部品アセンブリ３６５０と二次的光学部品アセンブリ３７４０を含む。主要光学部品アセンブリ３６５０の筐体は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定来が向上し、また結合チューブ３６２２を含む。ある実施形態において、結合チューブ３６２２の中心軸は、結合スリーブ３６３２の中心軸と一致する。１つの実施形態において、４つのファスナ３６６４が二次的光学部品アセンブリ３７４０を主要光学部品アセンブリ３６５０に取り付ける。結合チューブ３６２２は、結合スリーブ３６３２の中に挿入されて、３本のねじ３６６２によりその位置に保持される。ある実施形態において、結合チューブ３６２２はこの結合スリーブ３６３２と、結合チューブ３６２２の一方の端において２本のピンによって整合され、ピンは穴３６６６に嵌め込まれる。   Referring now to FIGS. 12-14, one embodiment of the instrument is shown, the front cover has been removed, and some optics and conditioning electronics have been omitted for clarity. In this embodiment, instrument 30 includes a gimbal assembly 3610, which includes a zenith shaft 3630 and an optics bench assembly 3620 having a coupling tube 3622. The zenith shaft includes a shaft 3634 and a coupling sleeve 3632. Zenith shaft 3630 may be manufactured from a single piece of metal, which increases stiffness and temperature stability. FIG. 14 illustrates one embodiment of an optics bench assembly 3720 and a zenith shaft 3630. The optics bench assembly 3720 includes a main optics assembly 3650 and a secondary optics assembly 3740. The housing of the main optics assembly 3650 may be manufactured from a single piece of metal, which increases stiffness and temperature stability and includes a coupling tube 3622. In some embodiments, the central axis of the coupling tube 3622 coincides with the central axis of the coupling sleeve 3632. In one embodiment, four fasteners 3664 attach secondary optics assembly 3740 to primary optics assembly 3650. The coupling tube 3622 is inserted into the coupling sleeve 3632 and is held in place by three screws 3662. In one embodiment, the coupling tube 3622 is aligned with the coupling sleeve 3632 by two pins at one end of the coupling tube 3622 and the pins are fitted into holes 3666.

ジンバルアセンブリ３６１０は光学部品ベンチアセンブリ３６２０を保持するように設計されているが、他の種類の機器、例えばカメラ、レーザエングレーバ、ビデオトラッカ、レーザポインタ、および角度測定器等の機器や、Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ（ＬＩＤＡＲ）システムをゼニスシャフト３６３０に設置することもできる。結合スリーブ３６３２によって提供される位置合わせレジストレーションにより、このような機器は容易に、正確にジンバルアセンブリ３６１０に取り付けることができる。この例示的実施形態において、トラッカ部分３４は、主要光学部品アセンブリ３６５０の中に配置され、スキャナ部分３６は二次的光学部品アセンブリ３７４０の中に設置される。ダイクロイックビームスプリッタ１４２は、図１４に示されるように、主要光学部品アセンブリ３６５０の中に配置される。   The gimbal assembly 3610 is designed to hold the optics bench assembly 3620, but other types of equipment, such as cameras, laser engravers, video trackers, laser pointers, and angle measurers, as well as Light A Detection and Ranging (LIDAR) system can also be installed on the Zenith shaft 3630. The registration provided by the coupling sleeve 3632 allows such equipment to be easily and accurately attached to the gimbal assembly 3610. In this exemplary embodiment, tracker portion 34 is located within primary optics assembly 3650 and scanner portion 36 is located within secondary optics assembly 3740. The dichroic beam splitter 142 is located in the main optics assembly 3650, as shown in FIG.

動作中、機器３０は希望する精度レベルに応じて、図１５と図１６に示されるような２つの動作モードを有する。第一のモード（図１５）は、トラッカ部分３４を、例えば測定球（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）（ＳＭＲ）であってもよいレトロリフレクタターゲット等の協力的ターゲット５８と共に使用する。この第一のモードでは、機器３０は光ビーム５２を発し、これは事実上、ジンバル点５０、ダイクロイックビームスプリッタ１４２、および開口１４６を通過して、ターゲット５８に向かう。光５２はターゲット５８に当たり、光の一部は同じ光軸に沿って開口１４６とダイクロイックビームスプリッタ１４２を通ってトラッカ部分３４へと戻る。機器３０は次に、機器３０からターゲット５８までの距離を図４〜１０に関して前述したように判断する。ある実施形態において、この第一の動作モード中、スキャナ部分３６は動作しない。   In operation, device 30 has two modes of operation, as shown in FIGS. 15 and 16, depending on the level of accuracy desired. The first mode (FIG. 15) uses the tracker portion 34 with a cooperative target 58 such as a retroreflector target, which may be, for example, a spherically mounted retroreflector (SMR). In this first mode, instrument 30 emits a light beam 52, which in effect passes through gimbal point 50, dichroic beam splitter 142, and aperture 146 toward target 58. Light 52 strikes target 58 and a portion of the light returns along aperture 146 and dichroic beam splitter 142 along the same optical axis to tracker portion 34. The device 30 then determines the distance from the device 30 to the target 58 as described above with respect to FIGS. In some embodiments, during this first mode of operation, the scanner portion 36 does not operate.

図１６に示される第二の動作モードにおいて、スキャナ部分３６は光ビーム１６２を発し、これはダイクロイックビームスプリッタ１４２で反射され、開口１４６を通ってターゲット５８に向けて発せられる。理解するべき点として、スキャナ部分３６は、非協力的ターゲットまでの距離を測定してもよく、測定値を得るのにレトロリフレクタ等のターゲットを必要としない。光はターゲット５８で反射され（散乱し）、光の一部１６３は環状開口１５４を通過して戻る。前述のように、戻り光１６３は環状開口１５４を通過することが望ましく、それは、これによって戻り光信号を破損する可能性のある光学部品からの後方反射を縮小するという利点を提供するからである。戻り光１６３は、ダイクロイックビームスプリッタ１４２で反射されてスキャナ部分３６に戻り、そこで機器３０からターゲット５８までの距離が、図１１に関して前述したように特定される。スキャナ部分３６はペイロード構造４６がアジマス軸４４とゼニス軸４８の周囲で同時に回転されながら連続的に動作する。この例示的実施形態において、光ビーム１６２がたどる経路は、ペイロード構造４６が軸４４、４８の周囲で回転する間に単独の方向に進む（例えば、逆転しない）。この経路は、ゼニスおよびアジマスモータの各々を単独の方向に連続的に回転させることによって実現されてもよい。これを言い換えれば、第二のモードにおいて、ビームは物体表面５８´へと方向付けられ、その一方で、ゼニスおよびアジマス角度は連続的に単調に変化する。ビームは、１つの軸（ゼニスまたはアジマス軸）の周囲で高速で誘導され、それと同時にもう一方の軸の周囲では比較的低速で誘導されてもよい点に注意されたい。１つの実施形態において、ペイロード構造４６の運動によって、光ビームは螺旋状の経路をたどる。   In the second mode of operation, shown in FIG. 16, the scanner portion 36 emits a light beam 162, which is reflected by a dichroic beam splitter 142 and emitted through an aperture 146 toward a target 58. It should be understood that the scanner portion 36 may measure a distance to a non-cooperative target and does not require a target such as a retro-reflector to obtain the measurement. The light is reflected (scattered) by the target 58 and a portion 163 of the light returns through the annular aperture 154. As discussed above, it is desirable for the return light 163 to pass through the annular aperture 154 because it provides the advantage of reducing back reflections from the optics that can corrupt the return light signal. . Return light 163 is reflected by dichroic beam splitter 142 and returns to scanner portion 36, where the distance from device 30 to target 58 is determined as described above with respect to FIG. The scanner portion 36 operates continuously with the payload structure 46 being rotated about the azimuth axis 44 and the zenith axis 48 simultaneously. In this exemplary embodiment, the path followed by light beam 162 travels in a single direction (eg, does not reverse) while payload structure 46 rotates about axes 44,48. This path may be realized by continuously rotating each of the Zenith and azimuth motors in a single direction. In other words, in the second mode, the beam is directed to the object surface 58 ', while the zenith and azimuth angles change continuously and monotonically. Note that the beam may be guided at a high speed around one axis (zenith or azimuth axis), while at the same time being guided at a relatively low speed around the other axis. In one embodiment, movement of the payload structure 46 causes the light beam to follow a spiral path.

理解するべき点として、スキャナ部分３６を、光ビーム１６２の経路を逆転させなくてもよいように動作させることによって、ラスタ型パターンまたはランダムパターンをたどるスキャナに対するいくつかの利点が得られる。第一に、方向の逆転が不要であるため、大量のデータを効率的に収集できる。その結果、スキャナ部分３６は、大きい領域を有効に走査し、その間に１秒あたり１００万を超える三次元地点等、高いサンプリングレートでデータを取得することができる。第二に、単方向に連続的に進むことによって、光ビームが人物と交差した場合に、その人物のある領域に当たる全エネルギーが小さくてすむ。これによって、より望ましいＩＥＣ ６０８２５−１準拠のレーザ分類を実現できる。   It should be understood that operating scanner portion 36 such that the path of light beam 162 does not have to be reversed offers several advantages over a scanner that follows a raster or random pattern. First, since no direction reversal is required, a large amount of data can be efficiently collected. As a result, the scanner portion 36 can effectively scan a large area while acquiring data at a high sampling rate, such as over one million three-dimensional points per second. Second, by traveling continuously in one direction, when the light beam intersects a person, the total energy that falls on a certain area of the person can be small. Thereby, a more desirable laser classification based on IEC 60825-1 can be realized.

１つの実施形態において、トラッカ部分３４は、可視光スペクトル内の光ビーム５２を発する。この実施形態において、トラッカ部分３４は、スキャナ部分３６が光１６２を発している間に光ビーム５２を発してもよい。これは、トラッカ部分３４からの可視光５２がオペレータにとって目に見える基準となるため、有利である。   In one embodiment, tracker portion 34 emits a light beam 52 in the visible light spectrum. In this embodiment, tracker portion 34 may emit light beam 52 while scanner portion 36 emits light 162. This is advantageous because the visible light 52 from the tracker portion 34 is a visible reference for the operator.

ここで、図１７〜１８を参照すると、機器３０の動作方法が示されている。方法１９０は、ブロック１９２でトラッカ部分３４の動作モードを選択することから始まる。方法は次にブロック１９４に進み、ここでトラッカ部分３４をアクティベートする。ブロック１９６で、次にジンバル機構をゼニスおよびアジマス軸の周囲で移動させ、光ビームをターゲット５８に向けて誘導する。ブロック１９８で、光は協力的ターゲット５８で反射され、開口１４６を通って機器３０に戻る。ブロック２００で、次に機器３０は、機器３０からターゲット５８までの距離を計算する。ブロック２０２で、アジマスおよびゼニス角度を特定し、測定点の三次元座標（距離と２つの角度）を特定する。このプロセスを、すべての所望の測定点が特定されるまで繰り返すことができる。   Here, referring to FIGS. 17 and 18, a method of operating the device 30 is shown. Method 190 begins at block 192 with selecting an operating mode of tracker portion 34. The method then proceeds to block 194 where the tracker portion 34 is activated. At block 196, the gimbal mechanism is then moved about the zenith and azimuth axes to direct the light beam toward the target 58. At block 198, light is reflected from the cooperative target 58 and returns to the device 30 through the aperture 146. At block 200, device 30 then calculates the distance from device 30 to target 58. At block 202, the azimuth and zenith angles are determined, and the three-dimensional coordinates (distance and two angles) of the measurement point are determined. This process can be repeated until all desired measurement points have been identified.

次に図１８を参照すると、方法２０３が示されており、その中ではブロック２０４でスキャナ部分３６を選択する。次に方法２０３はブロック２０６に進み、ここでスキャナ部分３６をアクティベートする。可視基準光を提供することが望ましい場合、ブロック２０８でトラッカ部分３４からの光をアクティベートする。光はスキャナ部分３６から開口１４６を通ってターゲット５８へと伝送される。この例示的実施形態において、ブロック２０９に示されるように、スキャナ部分３６からの光は経路に沿って１つの方向に（例えば、螺旋状に）発せられ、方向は逆転されない。光はターゲット５８で反射され、機器３０に戻る。ブロック２１０で、戻り光が環状開口１５４を通じて受け取られる。ブロック２１２で、機器３０からターゲット５８までの距離を特定する。ブロック２１４でアジマスおよびゼニス角度を特定し、ターゲット５８上の測定点までの座標（距離と２つの角度）を特定する。   Referring now to FIG. 18, a method 203 is illustrated in which a scanner portion 36 is selected at block 204. The method 203 then proceeds to block 206 where the scanner portion 36 is activated. If it is desired to provide a visible reference light, block 208 activates light from the tracker portion 34. Light is transmitted from scanner portion 36 through aperture 146 to target 58. In this exemplary embodiment, as shown in block 209, light from the scanner portion 36 is emitted along a path in one direction (eg, spirally) and the direction is not reversed. The light is reflected from the target 58 and returns to the device 30. At block 210, return light is received through the annular aperture 154. At block 212, the distance from the device 30 to the target 58 is determined. In block 214, the azimuth and zenith angles are specified, and the coordinates (distance and two angles) to the measurement point on the target 58 are specified.

スキャナ部分３６からの光ビームを物体表面５８´に方向付ける方法は、上記以外で実行されてもよい。第一の実施形態において、スキャナ部分３６からの光は同じ方向に面するジンバルアセンブリ３６１０で方向付けられる。この動作モードでは、ビームは何れの所望の点にも方向付けられる。第二の実施形態において、スキャナ部分３６からの光は、アジマス軸またはゼニス軸の何れでもよい軸の周囲で比較的速い一定の速度で旋回するジンバルアセンブリ３６１０で方向付けられる。もう一方の軸もまた移動されるが、速度は比較的低速である。このようにして、ビームは低速の螺旋状に方向付けられる。第二の実施形態では、大きい体積の完全な走査を素早く実行できる。第二の実施形態の他の利点は、常に移動するビームがその連続移動中に人物の目の瞳と交差する時間がより短い点である。そのため、より強力なレーザパワーを使用しながら、所望のＩＥＣ ６０８２５−１の分類を提供できる。   The method of directing the light beam from the scanner portion 36 to the object surface 58 'may be performed other than as described above. In a first embodiment, light from scanner portion 36 is directed at gimbal assembly 3610 facing in the same direction. In this mode of operation, the beam is directed to any desired point. In a second embodiment, light from the scanner portion 36 is directed at a gimbal assembly 3610 that pivots at a relatively fast constant speed about an axis, which may be either the azimuth axis or the zenith axis. The other axis is also moved, but at a relatively slow speed. In this way, the beam is directed in a slow spiral. In the second embodiment, a complete scan of a large volume can be performed quickly. Another advantage of the second embodiment is that the time during which the constantly moving beam intersects the pupil of the human eye during its continuous movement is shorter. Thus, the desired IEC 60825-1 classification can be provided while using stronger laser power.

ここで、図１９を参照すると、機器３０の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分３４の中の第一の絶対距離計とスキャナ部分３６の中の第二の絶対距離計を有し、トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６はペイロード構造４６に連結される。この実施形態において、トラッカ部分３４とスキャナ部分３６は、共通の光路上で光を発しない。トラッカ部分３４は光ビーム５２を第一の半径方向に方向付けるように配置され、その一方で、スキャナ部分３６は光ビーム１６２を物体表面５８´に向かう第二の半径方向に方向付けるように配置される。第一の半径方向と第二の半径方向は、それらの間に角度θをなす。この例示的実施形態において、角度θは９０°である。他の実施形態おいて、角度θは５度〜１８０度である。しかしながら、トラッカ部分３４とスキャナ部分３６をペイロード構造４６の中に位置付けることができれば、何れの適当な角度でも使用できる。理解するべき点として、ペイロード構造４６がアジマス軸４４の周囲で回転されると、トラッカ部分３４とスキャナ部分３６は同じアジマス角度に向き付けられる。   Referring now to FIG. 19, another embodiment of the device 30 is shown, which includes a first absolute distance meter in the tracker portion 34 and a second absolute distance meter in the scanner portion 36. And a tracker portion 34 and a scanner portion 36 are coupled to a payload structure 46. In this embodiment, tracker portion 34 and scanner portion 36 do not emit light on a common optical path. Tracker portion 34 is arranged to direct light beam 52 in a first radial direction, while scanner portion 36 is arranged to direct light beam 162 in a second radial direction toward object surface 58 '. Is done. The first radial direction and the second radial direction form an angle θ therebetween. In the exemplary embodiment, angle θ is 90 °. In another embodiment, the angle θ is between 5 degrees and 180 degrees. However, any suitable angle can be used, provided that the tracker portion 34 and the scanner portion 36 can be positioned within the payload structure 46. It should be understood that as the payload structure 46 is rotated about the azimuth axis 44, the tracker portion 34 and the scanner portion 36 are oriented at the same azimuth angle.

ここで、図２０を参照すると、機器３０の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分３４とスキャナ部分３６を有する。この実施形態において、トラッカ部分３４はスキャナ部分３６と平行に向き付けられ、ミラー２１６を使って光５２をダイクロイックビームスプリッタ１４２に向けて反射する。この実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ１４２は、光５２を反射しながら、スキャナ部分３６からの光１６２を透過させるように構成される。   Referring now to FIG. 20, another embodiment of the device 30 is shown, which has a tracker portion 34 and a scanner portion 36. In this embodiment, tracker portion 34 is oriented parallel to scanner portion 36 and reflects light 52 toward dichroic beam splitter 142 using mirror 216. In this embodiment, dichroic beam splitter 142 is configured to reflect light 52 while transmitting light 162 from scanner portion 36.

光ビーム５２、１６２は、開口１４６を通過し、光軸Ａに沿って、水平軸４８の周囲で回転するように配置された斜めの回転ミラー２１８に向かって方向付けられる。外向きの光５２、１６２は、ミラーの中心Ｃ10によって反射され、ここでは、それが反射されてターゲット５８（トラッカ部分３４の場合）または物体表面５８´（スキャナ部分３６の場合）に向かうように偏向される。中心Ｃ10は、基準系の原点を画定する。ターゲット５８または物体表面５８´により反射された光は、回転ミラー２１８から反射されて、開口１４６に向かって戻される。光５２は、回転ミラー２１８の中心Ｃ10で反射されて、開口１４６を通って戻される。光５２はダイクロイックビームスプリッタ１４２とミラー２１６により反射されてから、トラッカ部分３４へと戻る。戻り光１６３は、回転ミラー２１８で反射され、環状開口１５４を通過してから、スキャナ部分３６に戻る。 The light beams 52, 162 pass through the aperture 146 and are directed along the optical axis A toward an oblique rotating mirror 218 arranged to rotate about a horizontal axis 48. Light 52,162 outward is reflected by the center C 10 of the mirror, where it so toward the target 58 is reflected (in the case of tracker portion 34) or the object surface 58 '(when the scanner portion 36) Is deflected to Center C 10 defines the origin of the reference system. Light reflected by target 58 or object surface 58 ′ is reflected from rotating mirror 218 and returned toward aperture 146. Light 52 is reflected at center C 10 of rotating mirror 218 and returned through aperture 146. Light 52 is reflected by dichroic beam splitter 142 and mirror 216 before returning to tracker portion 34. Return light 163 is reflected by rotating mirror 218 and passes through annular aperture 154 before returning to scanner portion 36.

発せられた光５２、１６２と反射光の方向は、水平軸４８と垂直軸４４の周囲の回転ミラー２１８の角度位置から決まる。角度位置は、それぞれエンコーダ５４、５６によって測定される。理解するべき点として、１つの動作モードで、トラッカ部分３４とスキャナ部分３６による測定は、回転ミラー２１８の高速回転とペイロード構造４６の低速回転によって実行される。それゆえ、機器が円状に前進する間に、空間全体がステップごとに測定される。   The directions of the emitted light 52, 162 and the reflected light are determined by the angular position of the rotating mirror 218 about the horizontal axis 48 and the vertical axis 44. The angular position is measured by encoders 54 and 56, respectively. It should be understood that in one mode of operation, measurements by the tracker portion 34 and the scanner portion 36 are performed by a fast rotation of the rotating mirror 218 and a slow rotation of the payload structure 46. Therefore, the entire space is measured step by step as the instrument advances in a circle.

ある実施形態において、スキャナからの光ビームは、コリメートされずに調節可能に合焦される。幾何光学では、合焦された光ビームはある点となるが、現実には、光ビームは計算された焦位置付近のビームウェストとなる。ビームウェスト位置において、ビームの幅はビームが伝播する際に最小となる。   In some embodiments, the light beam from the scanner is adjustably focused without collimation. In geometric optics, a focused light beam is a point, but in reality, the light beam is a beam waist near the calculated focal position. At the beam waist position, the width of the beam is minimized as the beam propagates.

スキャナから合焦された光ビームを送ることの１つの利点は、より小さいビームにより、縁辺でより正確に３Ｄ座標を判断できる点である。例えば、より小さい合焦ビームによって、穴の直径または特徴の大きさをより正確に特定できる。スキャナから合焦された光ビームを送ることの他の利点は、合焦されたビームにより、単純に、輝く／高反射金属球であるツーリングボールレトロリフレクタからの光の最大反射位置を見つけるように誘導できる点である。光ビームをスキャナからツーリングボールに方向付けるこのような方法によって、ツーリングボールまでの距離と角度を正確に測定できる。このため、ツーリングボールをターゲットとして使用できる。スキャナとトラッカの機能を統合した機器により、本明細書で説明するように、２種類のターゲット、すなわちＳＭＲとツーリングボールを利用できることになる。２種類のターゲットの使用により、トラッカ部分３４およびスキャナ部分３６を同じ基準フレームの中に容易に入れることができ、それは、ＳＭＲとツーリングボールの両方を環境中に分散された同じ磁気ネスト内に保持できるからである。   One advantage of sending a focused light beam from a scanner is that smaller beams allow more accurate 3D coordinate determination at the edges. For example, a smaller focused beam can more accurately identify the hole diameter or feature size. Another advantage of sending the focused light beam from the scanner is that the focused beam simply finds the position of maximum reflection of light from the touring ball retro-reflector, which is a shiny / highly reflective metal sphere. It is a point that can be guided. Such a method of directing the light beam from the scanner to the tooling ball allows the distance and angle to the tooling ball to be accurately measured. Therefore, a touring ball can be used as a target. An instrument that integrates the functions of a scanner and a tracker allows the use of two types of targets, SMR and tooling ball, as described herein. With the use of two types of targets, the tracker portion 34 and the scanner portion 36 can be easily placed in the same reference frame, which keeps both the SMR and the tooling ball in the same magnetic nest distributed in the environment. Because you can.

ある実施形態において、調節可能焦点調整機構３９がスキャナ部分３６の他の要素に追加される。このような追加の調節可能焦点調整機構が図２１〜２６に示されている。図２１は図４と同様であるが、スキャナ部分３６が２つの内部要素、すなわちスキャナ要素３７と調節可能焦点調整機構３９を有するように示されている点が異なる。図２２は図１１と同様であるが、調節可能焦点調整機構３９がスキャナ部分３６の中に含まれる点が異なる。図２３、２４は図１５、１６と同様であるが、スキャナ部分３６がスキャナ要素３７と調節可能焦点調整機構３９を有するように示されている点が異なる。図２５は図１９と同様であるが、スキャナ部分３６がスキャナ要素３７と調節可能焦点調整機構３９を含むように示されている点が異なる。   In some embodiments, an adjustable focus adjustment mechanism 39 is added to other elements of the scanner section 36. Such an additional adjustable focus adjustment mechanism is shown in FIGS. FIG. 21 is similar to FIG. 4 except that the scanner portion 36 is shown having two internal components, a scanner component 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39. FIG. 22 is similar to FIG. 11, except that an adjustable focus adjustment mechanism 39 is included in the scanner portion 36. FIGS. 23 and 24 are similar to FIGS. 15 and 16 except that the scanner portion 36 is shown having a scanner element 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39. FIG. 25 is similar to FIG. 19, except that the scanner portion 36 is shown to include a scanner element 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39.

ある実施形態において、調節可能焦点調整機構３９は、図２６に示すように、いくつかの基本的レンズ要素を含み、これには任意選択の要素２６０４、２６０６が含まれていてもよい。これに加えて、調節可能焦点調整機構３９はレンズ要素２６０２を含み、これはレンズ２６０２を前後に移動させて、所望のように調節できるように構成されたモータ式調節可能ステージ２６１０に取り付けられる。ある実施形態において、図３のスキャナ電子部品９６は、モータ式調節可能ステージ２６１０を電気的に制御する。   In certain embodiments, the adjustable focus adjustment mechanism 39 includes a number of basic lens elements, which may include optional elements 2604, 2606, as shown in FIG. In addition, the adjustable focus adjustment mechanism 39 includes a lens element 2602 that is mounted on a motorized adjustable stage 2610 configured to move the lens 2602 back and forth and adjust as desired. In one embodiment, the scanner electronics 96 of FIG. 3 electrically controls the motorized adjustable stage 2610.

レンズアセンブリの中に調節可能な焦点を提供するために、様々なレンズアセンブリと調節方法が当業界で知られている。当業者であれば、こその中の何れの方法を使用して本発明の中の調節可能焦点を提供してもよいことが分かる。   Various lens assemblies and methods of adjustment are known in the art to provide an adjustable focus within the lens assembly. One skilled in the art will appreciate that any of the methods described herein may be used to provide an adjustable focus within the present invention.

本発明を、限定的な数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明は開示されたこのような実施形態に限定されないことが容易に理解できるはすである。むしろ、本発明は、上述されていないが、本発明の主旨と範囲と等しい変化形、代替案、置換、または等価配置をいくつでも組み込むように改造できる。これに加えて、本発明の各種の実施形態を説明したが、本発明の態様は説明された実施形態の中のいくつかだけしか含んでいなくてもよいと理解する。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、第一の、第二の、等々の用語の使用はいかなる順番または重要性も意味せず、第一の、第二の、等々の用語は、１つの要素を他の要素から区別するために使用されている。さらに、冠詞（ａ、ａｎ）等の用語の使用は、数量の限定を意味するのではなく、言及されている品目が少なくとも１つ存在することを意味する。   Although the invention has been described in detail with reference to only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the present invention can be modified to incorporate any number of variations, alternatives, permutations, or equivalent arrangements not described above but equivalent to the spirit and scope of the present invention. Additionally, while various embodiments of the invention have been described, it is to be understood that aspects of the invention may include only some of the described embodiments. Accordingly, the invention is not to be considered as limited by the foregoing description, but is only limited by the appended claims. Further, use of the terms first, second, etc., does not imply any order or importance, and the terms first, second, etc., are used to distinguish one element from another. Used in Further, use of terms such as articles (a, an) does not imply a limitation on the quantity, but implies that there is at least one item referred to.

３０ 座標測定機器、３２ 筐体、３４ トラッカ部分、３６ スキャナ部分、３７ スキャナ要素、３８ ジンバル式ビームステアリング機構、３９ 調節可能焦点調整機構、４０ アジマスベース、４２ ゼニスキャリッジ、４４ アジマス軸、４６ ペイロード構造、４８ ゼニス軸、５０ ジンバル点、５１ ゼニスモータ、５２，１６２，１６３ 光ビーム、５４ ゼニス角度エンコーダ、５５ アジマスモータ、５６ アジマス角度エンコーダ、５８ ターゲット（レトロリフレクタターゲット）、５８´ 物体表面、６０ 磁気ネスト、６４ コントローラ、６６ 分散型処理システム、６８ 温度センサ、７２ 携帯情報端末、７４ 外部コンピュータ、７６ ネットワークコンポーネント、７８ マスタプロセッサ、８０ ペイロード機能電子部品ユニット、８２ アジマスエンコーダ電子部品、８６ ゼニスエンコーダ電子部品、８８ ディスプレイおよびＵＩ電子部品、９０ リムーバブルストレージハードウェア、９２ 無線電子部品、９４ アンテナ、９６ スキャナ電子部品、９８ カメラ電子部品、１００，１０２，１０４ 電子部品、１０６，１０８，１１０ バスライン、１１２，１１４，１１６，１１８ バス、１２０，１２２，１２４ 通信リンク、１２６ 光源、１２８ アイソレータ、１３０ ファイバ入射システム、１３２ ビームスプリッタ、１３４ 位置検出器、１３６ ファイバネットワーク、１３８，１４８，４２２，４３３，４３８，４６５，４７０，４７１，１７４３，１７５３，１７８１，１７９０ 光ファイバ、１４０ 電子部品、１４２，１７２ ダイクロイックビームスプリッタ、１４４，１５０，１５２，１５６ 光路、１４６ 内側開口、１５４ 環状開口、１６０ 光エミッタ、１６５ コリメータ、１６６ 受光レンズ、１６８ カラーカメラ、１７０，１８４，２１６ ミラー、１７４ マスク、１７６ 後方ミラー、１７８ 中央ミラー、１８０ 反射面、１８０ 中央開口、１８２ 受光器、１８６ プロセッサ、２１８ 回転ミラー、４２０Ａ ファイバネットワーク、４２３ ファイバ長等化手段（ファイバ長補正手段）、４３０，１７４０，１７５０ 光ファイバカプラ、４３５ 低透過率リフレクタ、４３６，４５７，４６３，１７３０ 光ファイバカプラ、４４０ 低反射ファイバターミネータ、４６２，１７３８ 低反射ターミネータ、４６８ 光スイッチ、４６９ 電気入力、４７２，４７６ レトロリフレクタ、４７２Ａ 光ファイバレトロリフレクタ、４７２Ｂ フリースペース型レトロリフレクタ、４７３ コーティング、４７４ コリメータ、２６０２，２６０４，２６０６ レンズ要素、２６１０ モータ式調節可能ステージ、３３０２ 周波数基準、３３０４ シンセサイザ、３３０６ 測定検出器、３３０８ 基準検出器、３３１０ 測定ミキサ、３３１２ 基準ミキサ、３３１４，３３１６ コンディショニング電子部品、３３２４ 分周プリスケーラ、３４００ データプロセッサ、３６１０ ジンバルアセンブリ、３６２０，３７２０ 光学部品ベンチアセンブリ、３６２２ 結合チューブ、３６３０ ゼニスシャフト、３６３２ 結合スリーブ、３６３４ シャフト、３６５０ 主要光学部品アセンブリ、３６６４ ファスナ、３６６６ 穴、３７４０ 二次的光学部品アセンブリ。   30 coordinate measuring equipment, 32 housing, 34 tracker part, 36 scanner part, 37 scanner element, 38 gimbal type beam steering mechanism, 39 adjustable focus adjustment mechanism, 40 azimuth base, 42 zenith carriage, 44 azimuth axis, 46 payload structure 48 Zenith axis, 50 gimbal points, 51 Zenith motor, 52, 162, 163 light beam, 54 Zenith angle encoder, 55 azimuth motor, 56 Azimuth angle encoder, 58 target (retro reflector target), 58 'object surface, 60 magnetic nest , 64 controllers, 66 distributed processing systems, 68 temperature sensors, 72 personal digital assistants, 74 external computers, 76 network components, 78 master processors, 80 payload function electronics Product unit, 82 azimuth encoder electronics, 86 Zenith encoder electronics, 88 display and UI electronics, 90 removable storage hardware, 92 wireless electronics, 94 antenna, 96 scanner electronics, 98 camera electronics, 100, 102, 104 electronic components, 106, 108, 110 bus lines, 112, 114, 116, 118 buses, 120, 122, 124 communication links, 126 light sources, 128 isolators, 130 fiber launch systems, 132 beam splitters, 134 position detectors, 136 Fiber network, 138, 148, 422, 433, 438, 465, 470, 471, 1743, 1753, 1781, 1790 Optical fiber, 140 electronic components, 142, 172 Croik beam splitter, 144, 150, 152, 156 Optical path, 146 Inner aperture, 154 Ring aperture, 160 light emitter, 165 Collimator, 166 Light receiving lens, 168 Color camera, 170, 184, 216 Mirror, 174 Mask, 176 Rear mirror 178 central mirror, 180 reflecting surface, 180 central aperture, 182 receiver, 186 processor, 218 rotating mirror, 420A fiber network, 423 fiber length equalization means (fiber length correction means), 430, 1740, 1750 optical fiber coupler, 435 low transmittance reflector, 436, 457, 463, 1730 optical fiber coupler, 440 low reflection fiber terminator, 462, 1738 low reflection terminator, 468 optical switch, 469 electrical input, 72,476 Retroreflector, 472A Fiber Optic Retroreflector, 472B Free Space Retroreflector, 473 Coating, 474 Collimator, 2602, 2604, 2606 Lens Element, 2610 Motorized Adjustable Stage, 3302 Frequency Reference, 3304 Synthesizer, 3306 Measurement and Detection , 3308 reference detector, 3310 measurement mixer, 3312 reference mixer, 3314, 3316 conditioning electronics, 3324 divide prescaler, 3400 data processor, 3610 gimbal assembly, 3620, 3720 optics bench assembly, 3622 coupling tube, 3630 Zenith shaft 3632 coupling sleeve, 3634 shaft, 3650 primary optics assembly, 36 4 fastener, 3666 hole, 3740 secondary optics assembly.

Claims (22)

座標測定機器において、
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system,
A first absolute distance meter including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source transmits the first light to the retro-reflector target through an optical transmission system. The first light detector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retro-reflector target, and to generate the first electrical signal in a first electrical circuit. Wherein the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring device to the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal. The first absolute distance meter,
A second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source is through the adjustable focus adjustment mechanism and the optical transmission system. A second light detector configured to send the second light to the object surface, the second light detector configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the optical transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and transfers the second electrical signal to a second electrical circuit. A second electrical circuit configured to transmit, the second electrical circuit being configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface based at least in part on the second electrical signal. Two absolute distance meters,
A structure operatively connected to the optical transmission system, the first absolute distance meter, and the second absolute distance meter;
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, the second motor being substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operatively coupled to the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis;
A position detector, configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target, at least in part based on a position at which a portion of the radiation strikes the position detector. A position detector configured to generate three electrical signals;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
A first mode comprises: tracking a retroreflector target based at least in part on a third electrical signal; and providing a first three-dimensional coordinate of the retroreflector target at least partially to a retroreflector at a first location. Determining based on a first rotation angle to the target and a second angle of the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
The second mode is a step of directing a second light toward the object surface, and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface into a first rotation angle at least partially to the point on the object surface. Determining based on a second rotation angle of the point on the object surface and a second distance of the point on the object surface, wherein the second mode comprises adjusting the adjustable focus adjustment mechanism. A coordinate measuring device further comprising: 請求項１に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、
第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、
第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成される
ことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
The optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, wherein the outer optical path is coaxial with the inner optical path and outside the inner optical path;
A first light detector configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the inner light path of the light transmission system;
A coordinate measuring device, wherein the second photodetector is configured to receive second light reflected by the object surface and passing through an outer optical path of the optical transmission system. 請求項１に記載の座標測定機器において、
構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
A coordinate measuring device that emits second light along a spiral path by rotating the structure in one direction. 請求項１に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface. 請求項４に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 4,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light. 請求項１に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約７００ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 1,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers. 請求項６に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約１５５０ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 6,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers. 座標測定機器において、
構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
構造に動作的に連結された光伝送システムと、
構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面によって反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
Structure and
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis, and wherein the projection of the second axis is A second motor that intersects the projection of the first axis at the gimbal point,
A second angle transducer operatively coupled to the structure, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis;
An optical transmission system operatively connected to the structure;
A first absolute distance meter operatively connected to the structure, the first absolute distance meter including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source passes through a first light transmission system. Configured to send a first light along a portion of a first line extending from the gimbal point to the retroreflector target, wherein the first line is perpendicular to the first axis and the first light detector Is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system, the first photodetector further responsive to the first light reflected by the retro-reflector target. Generating a first electrical signal and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, the first electrical circuit comprising a first distance from the coordinate measuring device to the retro-reflector target, First electricity at least partially A first absolute distance meter as configured to determine, based on the item,
A second absolute distance meter operatively connected to the structure, the second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focusing mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source comprises: Configured to send a second light through the adjustable focusing mechanism and the light transmission system along a portion of a second line extending from the gimbal point to the object surface, the second line being perpendicular to the first axis. Wherein the second line is different from the first line and the second light detector is configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to a second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to transmit a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, An absolute distance meter second as being configured to determine on the basis of the second electrical signal to a portion of even without,
A position detector, configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retroreflector target, the third electrical signal comprising at least a portion of the light radiation; A position detector configured to generate based on a position hitting the detector;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes: tracking a retro-reflector target based at least in part on a third electrical signal; and relocating a first three-dimensional coordinate of the retro-reflector target at least partially to a retro-position at a first location. Determining based on a first rotation angle of the reflector target and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
A second mode includes rotating the structure about a first axis and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface to at least in part a first rotation to that point on the object surface. Determining based on the angle and a second rotation angle to the point on the object surface and a second distance to the point on the object surface, the second mode adjusting the adjustable focus adjustment mechanism A coordinate measuring device, further comprising a step. 請求項８に記載の座標測定機器において、
第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が５度〜１８０度であることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A first line extending in a first radial direction and a second line extending in a second radial direction, forming an angle therebetween, wherein the angle is between 5 degrees and 180 degrees. measuring equipment. 請求項９に記載の座標測定機器において、
角度が９０度であることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 9,
A coordinate measuring device having an angle of 90 degrees. 請求項８に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約７００ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers. 請求項９に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約１５５０ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 9,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers. 請求項８に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface. 請求項８に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 8,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light. 座標測定機器において、
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、
ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。 In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system,
A first absolute distance meter including a first light source, a first light detector, and a first electrical circuit, wherein the first light source sends the first light to a retro-reflector target through an optical transmission system. Wherein the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retro-reflector target and passing through the optical transmission system, the first photodetector further comprising: Generating a first electrical signal in response to being reflected by the retro-reflector target and transmitting the first electrical signal to a first electrical circuit, the first electrical circuit comprising a coordinate measuring device; A first absolute distance meter configured to determine a first distance from the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal;
A second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source includes an adjustable focus adjustment mechanism and an optical transmission system. A second light detector configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passing through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to a second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface, at least in part, based on the second electrical signal. A second absolute distance meter,
A structure operatively coupled to the optical transmission system, the first absolute distance meter, and the second absolute distance meter, the mirror including a mirror mounted for rotation, the mirror comprising a first light and a second light; A structure arranged in the optical path of light,
A first motor configured to rotate the structure about the first axis;
A first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about the first axis; and
A second motor configured to rotate the mirror about a second axis, the second axis being substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operatively connected to the mirror, wherein the second angle transducer is configured to measure a second rotation angle about the second axis;
A position detector configured to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retro-reflector target, wherein the third electrical signal is at least partially localized. A position detector configured to generate based on the position of the device;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes: tracking a retro-reflector target based at least in part on a third electrical signal; and relocating a first three-dimensional coordinate of the retro-reflector target at least partially to a retro-position at a first location. Determining based on a first rotation angle to the reflector target and a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position, and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
A second mode includes rotating the structure about a first axis and converting a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface to a first position at least partially to that position on the object surface. Determining based on the rotation angle and a second rotation angle to the position on the object surface and a second distance of the point on the object surface, the second mode adjusting the adjustable focus adjustment mechanism A coordinate measuring device, further comprising the step of: 請求項１５に記載の座標測定機器において、
第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
In a second mode, the first motor rotates the structure at a first speed, the second motor rotates the mirror at a second speed, and the second speed is faster than the first speed. Coordinate measuring equipment. 請求項１６に記載の座標測定機器において、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 16,
The second mode comprises rotating the structure in one direction about a first axis. 請求項１７に記載の座標測定機器において、
第一の軸の一方向の回転は、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 17,
A coordinate measuring device, wherein rotation of the first axis in one direction emits second light along a spiral path. 請求項１５に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約７００ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
A coordinate measuring instrument wherein the wavelength of the first light is about 700 nanometers. 請求項１９に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約１５５０ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 19,
A coordinate measuring device wherein the wavelength of the second light is about 1550 nanometers. 請求項１５に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
The coordinate measuring device, wherein the optical transmission system further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface. 請求項１５に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。 The coordinate measuring device according to claim 15,
A coordinate measuring device, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter is emitting the second light.
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