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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-13
(45)【発行日】2024-12-23
(54)【発明の名称】クロマティックレンジセンサシステム
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20241216BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 B
【請求項の数】
24
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021075695
(22)【出願日】2021-04-28
(65)【公開番号】P2021181984
(43)【公開日】2021-11-25
【審査請求日】2024-03-13
(31)【優先権主張番号】16/861,024
(32)【優先日】2020-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/001,328
(32)【優先日】2020-08-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】100092901
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 祐司
(74)【代理人】
【識別番号】100188260
【弁理士】
【氏名又は名称】加藤 愼二
(72)【発明者】
【氏名】ジョセフ ダニエル トバイアソン
【審査官】國田 正久
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２４６１７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５０９９３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に関する半径方向に沿って半径距離検出ビームを照射するとともに、前記半径距離検出ビームを前記回転軸周りに回転させるように構成された回転クロマティックレンジセンサのミスアライメント誤差を補正するための校正データ提供方法であって、ａ）前記回転軸に略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有する少なくとも第１の円筒校正面を有した校正部材であって、前記第１の円筒校正面が、前記Ｚ方向に沿って延在する前記中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に配置され、かつ前記第１の円筒校正面の表面又は内部に第１の角度基準特徴部セットが形成されており、前記角度基準特徴部セットは、前記半径距離検出ビームによって検出可能に形成され、かつ前記第１の円筒校正面の表面上又は内部において前記中心軸周りに既知の角度又は互いに角度間隔で配置されている校正部材を提供し、
ｂ）前記回転軸の方向と前記中心軸の方向が、互いに一定の角度関係にあり且つ互いに５度以内で平行であるような、前記回転クロマティックレンジセンサに対する関係で前記校正部材を配置し、
ｃ）前記回転クロマティックレンジセンサを動作させて、前記校正部材に対して前記Ｚ方向に沿った第１Ｚ座標位置で前記半径距離検出ビームを前記回転軸周りに回転させている間に取得した、前記回転軸周りの前記検出ビームの検知回転角度を参照する第１の半径距離データセットを提供し、
ｄ）前記検知回転角度を参照する前記第１の半径距離データセットを演算処理して、前記検知回転角度の関数として、半径距離測定誤差の特徴付け又は補償に使用可能な前記校正データを決定する、ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項2】
請求項１記載の方法において、前記ステップａ）～ｃ）を実行して、前記校正部材に関するＺ方向に沿った前記第１Ｚ座標位置での前記第１の半径距離データセットを提供し、
前記回転クロマティックレンジセンサと前記校正部材間のＺ位置関係を調整し、前記校正部材に対して前記Ｚ方向に沿った第２Ｚ座標位置に合わせ、
ここで、前記第１Ｚ座標位置と前記第２Ｚ座標位置の差異は既知であり、前記ステップｂ）で確立された前記一定の角度関係を変更せずに調整し、
前記ステップｃ）を再度実行して、前記第２Ｚ座標位置での第２の半径距離データセットを提供し、
前記ステップｄ）で、前記検知回転角度を参照する前記第１および前記第２の半径距離データセットを演算処理して、前記検知回転角度の関数として、前記半径距離測定誤差の特徴付け又は補償に使用可能な前記校正データを決定する、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項3】
請求項２記載の方法において、前記校正部材は、特定のリングゲージであり、
前記ステップｃ）を再度実行して、前記回転クロマティックレンジセンサと前記リングゲージ間の第２Ｚ位置関係での第２の半径距離データセットを提供し、ここで、前記第１および前記第２Ｚ位置関係の違いは既知であり、
更に、前記ステップｂ）において、前記回転クロマティックレンジセンサおよび前記リングゲージの少なくとも一方を、Ｚ方向へ移動するように制約された精密Ｚ移動ステージに載置し、前記精密Ｚ移動ステージを動作させて、前記第１および前記第２Ｚ位置関係の違いが既知になるようにする、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項4】
請求項２記載の方法において、前記第１の円筒校正面の周壁には、少なくとも１の完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部が形成されていて、前記スパイラル溝部又は前記スパイラル凸部のそれぞれのＺ座標位置は、前記周壁の周方向の角度の関数として既知であり、
前記ステップｄ）において、前記第１および前記第２の半径距離データセットを演算処理して、前記検知回転角度の関数として、前記半径距離測定誤差の特徴付け又は補償に使用可能な前記校正データを決定する、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項5】
請求項４記載の方法において、前記校正部材は、特定のリングゲージであり、前記回転クロマティックレンジセンサは、該回転クロマティックレンジセンサに組み込まれた第１リングゲージ取付手段を備え、
前記リングゲージは、前記第１リングゲージ取付手段と対になる第２リングゲージ取付手段を備え、前記ステップｂ）において前記第１および前記第２リングゲージ取付手段が互いに組み合うことで、前記第２リングゲージ取付手段が前記リングゲージを制約された関係でアライメントするように構成されている、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項6】
請求項５記載の方法において、前記回転クロマティックレンジセンサは、該回転クロマティックレンジセンサのレンズ機構および回転軸受機構を収容している筐体を備えた光学ペンアセンブリを含み、前記光学ペンアセンブリは、前記回転クロマティックレンジセンサの前記筐体に組み込まれている前記第１リングゲージ取付手段を備える、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項7】
請求項６記載の方法において、前記筐体および前記リングゲージは、退避期間中は、退避位置において前記リンクゲージを前記筐体に保持して、前記退避期間中の通常の測定における前記半径距離検出ビームを妨害したり干渉したりしないように構成され、
校正期間中は、前記ステップｂ）に従って、前記リングゲージを移動して、校正位置において前記リングゲージを前記筐体に保持する、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項8】
請求項１記載の方法において、前記校正部材は、前記第１の円筒校正面と同心である第２の円筒校正面を含み、前記第１および前記第２の円筒校正面の一方は内周面であり、他方は外周面であり、少なくとも前記外周面の複数の部分が、前記内周面を通して観察可能に構成されている、
ことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項9】
請求項８記載の方法において、前記校正部材は、前記第１の円筒校正面が外壁面、前記第２の円筒校正面が内壁面であるガラス管と、
複数の同心のガラス管であって、前記第１の円筒校正面が前記複数のガラス管のうちの１つの壁面、前記第２の円筒校正面が前記複数のガラス管のうちの他の１つの壁面である複数の同心のガラス管と、
前記第１および前記第２の円筒校正面と同心の第３の円筒校正面と、
複数の窓部または切片部を含み、前記窓部または前記切片部を通して前記外周面の複数の部分を観察可能とする内周面のパターンと、
の中から少なくとも１つを含むことを特徴とする校正データ提供方法。
【請求項10】
座標測定機（ＣＭＭ）と、クロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）光学プローブと、校正部材とを備え、前記ＣＭＭは、
光発生手段と、
波長検出手段と、
ＣＭＭ制御手段と、を有し、
前記ＣＲＳ光学プローブは、
前記ＣＭＭに接続可能に構成され、
少なくとも共焦点アパーチャー及び色分散光学部材を含んだ共焦点光学系を有する光学ペンを有し、該光学ペンは、回転軸に関する半径方向に沿って半径距離検出ビームを照射し、前記半径距離検出ビームを前記回転軸周りに回転させ、測定軸に沿ったワークの被測定面付近の異なる距離において異なる波長光が焦点を結ぶように構成され、
前記校正部材は、
前記ＣＲＳ光学プローブのミスアライメント誤差を補正するための校正データを提供するためのものであり、
前記回転軸に略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有し、前記Ｚ方向に沿って延在する前記中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に配置された少なくとも第１の円筒校正面と、
前記第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１の角度基準特徴部セットであって、前記角度基準特徴部セットは、前記半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、前記第１の円筒校正面の表面又は内部に、前記中心軸周りに既知の角度又は互いに角度間隔で配置されている第１の角度基準特徴部セットと、を有する
ことを特徴とするシステム。
【請求項11】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記ＣＲＳ光学プローブは、回転クロマティックレンジセンサのレンズ機構および回転軸受機構を収容している筐体を備えた光学ペンアセンブリを含み、
前記光学ペンアセンブリは、前記ＣＲＳ光学プローブの前記筐体に組み込まれている第１校正部材取付手段を含む、ことを特徴とするシステム。
【請求項12】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記筐体および前記第１校正部材取付手段は、退避期間は、退避位置において前記第１校正部材取付手段を前記筐体に保持して、該退避期間中の通常の測定において前記半径距離検出ビームを妨害したり干渉したりしないように構成され、
校正期間は、前記第１校正部材取付手段を移動して校正位置で保持するように構成されている、ことを特徴とするシステム。
【請求項13】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記校正部材は、前記回転軸と略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有し、前記Ｚ方向に沿った前記中心軸から、前記第１半径Ｒ１とは異なる既知の第２半径Ｒ２の距離に配置された第２の円筒校正面を含む、
ことを特徴とするシステム。
【請求項14】
請求項１３記載のシステムにおいて、前記校正部材が前記第１校正部材取付手段に接続された際、
前記第１の円筒校正面は、前記ＣＲＳ光学プローブに対して第１Ｚ位置関係を有するように構成され、
前記第２の円筒校正面は、前記回転クロマティックレンジセンサに対して第２Ｚ位置関係を有するように構成され、
前記第１及び前記第２Ｚ位置関係の違いは既知である、ことを特徴とするシステム。
【請求項15】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記校正部材は、
前記回転軸と略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有し、前記Ｚ方向に沿った当該中心軸から、前記第１半径Ｒ１とは異なる既知の第２半径Ｒ２の距離に配置された第２の円筒校正面を含み、
前記第１及び前記第２の円筒校正面の一方は内周面であり、他方は外周面であり、少なくとも前記外周面の複数の部分が、前記内周面を通して観察可能に構成されている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項16】
請求項１５記載のシステムにおいて、前記内周面に、複数の窓部または切片部を含んだパターンが設けられ、前記複数の窓部または切片部を通して外周面の複数の部分が観察可能になっている、ことを特徴とするシステム。
【請求項17】
回転軸に関する半径方向に沿って半径距離検出ビームを照射するとともに、前記半径距離検出ビームを前記回転軸周りに回転させるように構成された回転クロマティックレンジセンサのミスアライメント誤差を補正するための校正データを提供可能な校正部材であって、前記回転軸に略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有し、前記Ｚ方向に沿って延在する前記中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に配置された少なくとも第１の円筒校正面と、
前記第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１の角度基準特徴部セットであって、前記角度基準特徴部セットは、前記半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、前記第１の円筒校正面の表面又は内部に、前記中心軸周りに既知の角度又は互いに角度間隔で配置されている第１の角度基準特徴部セットと、を有することを特徴とする校正部材。
【請求項18】
請求項１７記載の校正部材は、前記回転軸と略平行になるようにアライメントされる、Ｚ方向に沿って延在する中心軸を有し、前記Ｚ方向に沿った当該中心軸から、前記第１半径Ｒ１とは異なる既知の第２半径Ｒ２の距離に配置された第２の円筒校正面を含む、ことを特徴とする校正部材。
【請求項19】
請求項１８記載の校正部材において、該校正部材を前記回転クロマティックレンジセンサの校正ゲージ拡張子に接続するように構成された１以上の取付手段を含み、
前記取付手段は、前記回転軸の方向と前記中心軸の方向が、互いに一定の角度関係にあり且つ互いに５度以内で平行であるような、前記回転クロマティックレンジセンサに対する制約関係で前記校正部材を配置する、ことを特徴とする校正部材。
【請求項20】
請求項１９記載の校正部材において、該校正部材が前記校正ゲージ拡張子に接続された際、
前記第１の円筒校正面は、前記回転クロマティックレンジセンサに対して第１Ｚ位置関係を有するように構成され、
前記第２の円筒校正面は、前記回転クロマティックレンジセンサに対して第２Ｚ位置関係を有するように構成され、
前記第１及び前記第２Ｚ位置関係の違いが既知である、ことを特徴とする校正部材。
【請求項21】
請求項１９記載の校正部材において、平坦面と窪みを含む１以上の表面特徴部を備えることを特徴とする校正部材。
【請求項22】
請求項１８記載の校正部材において、前記第１及び前記第２の円筒校正面の一方は内周面であり、他方は外周面であり、
前記外周面における少なくとも複数の部分が前記内周面を通して観察可能である、ことを特徴とする校正部材。
【請求項23】
請求項２２記載の校正部材において、前記第１の円筒校正面が外壁面、前記第２の円筒校正面が内壁面であるガラス管と、
複数の同心のガラス管であって、前記第１の円筒校正面が前記複数のガラス管のうちの１つの壁面、前記第２の円筒校正面が前記複数のガラス管のうちの他の１つの壁面である複数の同心のガラス管と、
前記第１および前記第２の円筒校正面と同心の第３の円筒校正面と、
複数の窓部または切片部を含み、前記窓部または前記切片部を通して前記外周面の複数の部分を観察可能とする内周面のパターンと、
の中から少なくとも１つを含むことを特徴とする校正部材。
【請求項24】
請求項１８記載の校正部材において、前記第１の円筒校正面は、該第１の円筒校正面の周壁に形成されている、少なくとも１つの完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部を含み、
前記完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部のそれぞれのＺ座標位置は、前記第１の円筒校正面の周壁の周方向の角度の関数として既知である、
ことを特徴とする校正部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、広く精密測定装置に関し、特に、ワークの測定値を決定するのに用いる座標測定機（ＣＭＭｓ）用のクロマティックレンジセンサ光学プローブに関する。
【背景技術】
【0002】
ある種類の三次元座標測定機は、ワーク表面をプローブでスキャンし、スキャン後に、ワークの三次元プロファイルを算出する。ある種類の走査プローブは、ワーク表面に沿った様々なポイントに対して、プローブを機械的に接触させることによって、ワークを直接測定する。多くの場合、機械的接触はボールによる。
【0003】
他の三次元座標測定機は、ワーク表面と非接触でワークを測定する光学プローブを利用する。ある光学プローブ（例えば、三角測距プローブ）は、ワーク表面のポイント測定に光を利用する。そして、光学プローブは、ワーク表面の二次元（２Ｄ）断面の画像処理用（イメージング用）のビデオカメラ（例えば、ステレオビジョンシステム、または、構造化された光システム）を併せ持っている。あるシステムは、ワークの幾何学的部分の座標を画像処理ソフトウェアで決定している。
【0004】
また、光学測定検出器と機械的測定検出器の両方を使用する「複合型の」三次元座標測定機も知られている。そのような測定機の１つが、米国特許第４，９０８，９５１号公報（特許文献１）に記載されており、その測定機は２個のスピンドルを持っている。一方のスピンドルは、機械式接触プローブを運ぶためのものであり、他方のスピンドルは、ビデオカメラを保持するためのものである。このビデオカメラの光路は、レーザプローブがＺ軸すなわちビデオカメラの光軸に沿ってビデオカメラと同時に測定できるように、設定されている。
【0005】
米国特許第５，８２５，６６６号公報（特許文献２）には、光学三次元座標測定機が記載されており、その測定機の光学的接触プローブは、標準的プローブの接触子の遠方端を第１ターゲットに設定している。標準的なプローブがビデオカメラに取り付けられ、ビデオカメラがそのカメラ上のターゲットをイメージングする。Ｘ－Ｙ座標系でのターゲットの移動および位置は、その測定機のコンピュータ画像処理装置に表示される。第２ターゲットは、プローブの近接端に取り付けられており、Ｚ座標の移動および位置を表示する。第２ターゲットは、光検出器を覆い隠すかもしれないが、Ｘ－Ｙ平面に平行な光ビームによって、そのカメラ上に焦点を結ぶことができる。ここで、２つの第２ターゲットは、Ｘ－Ｙ平面に平行、かつ互いに直交するビームに照らされることができる。そして、スタープローブ（star probes）を使用するとき、Ｚ軸周りの回転は、コンピュータによって計算される。また、複数のプローブ、プローブホルダー、および、カメラへの選択的な取付用の複数レンズをそれぞれ保持するための自動交換ラックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】米国特許第４，９０８，９５１号公報
【文献】米国特許第５，８２５，６６６号公報
【文献】米国特許第７，８７６，４５６号公報
【文献】米国特許第７，９９０，５２２号公報
【文献】米国特許公開２０１２００５０７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
光学プローブ及び／又は座標測定機は、光学プローブの光学ペンを軸周りに回転させるために、例えば、回転機構を含む場合がある。加えて、光学ペンが、光源の光路に配置された反射素子を含む場合もある。この反射素子は、測定光を光源光とは異なる方向に向ける。
【0008】
これに関する問題には、回転光学ペンを用いた座標測定機で取得された測定値の誤差が含まれ、例えば、半径の誤差、方位角の誤差、ｚ距離の誤差のように非線形成分を有し得る誤差が含まれる。従来、そのような誤差を処理するために干渉計を使った校正が行なわれている。しかし、干渉計を使った校正は、特に回転プローブの校正は、精度よく実行することが難しい。加えて、そのような校正は、製造工場のような測定現場での実行が難しい。
【0009】
これらの問題を解決できる構成および方法、つまり、座標測定機に接続されたクロマティックレンジセンサの光学プローブを校正するための構成および方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明にかかる方法は、回転クロマティックレンジセンサのミスアライメント誤差を補正するための校正データの提供方法である。回転クロマティックレンジセンサは、回転軸に関する半径方向に沿って半径距離検出ビームを向けるように構成され、また、回転軸周りに前記半径距離検出ビームを回転させるように構成されている。
本発明にかかる校正部材は、少なくとも１つの筒状の第１の円筒校正面を有し、その第１の円筒校正面の中心軸は、Ｚ方向に沿って延びて、回転軸に略平行になるようにアライメントされている。第１の円筒校正面は、Ｚ方向に延びる中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に設けられ、かつ、その第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１の角度基準特徴部セットを含む。
角度基準特徴部セットは、半径距離検出ビームによって検出されるように構成され、また、中心軸周りに既知の角度又は互いの角度間隔で第１の円筒校正面の表面又は内部に配置されている。校正部材は、回転クロマティックレンジセンサに対してある関係で配置されている。回転軸の方向と中心軸の方向は、互いに一定の角度関係にあり、両者の平行度は５度以内である。
本発明にかかる校正部材は、少なくとも１つの筒状の第１の円筒校正面を有し、その第１の円筒校正面の中心軸は、Ｚ方向に沿って延びて、回転軸に略平行になるようにアライメントされている。第１の円筒校正面は、Ｚ方向に延びる中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に設けられ、かつ、その第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１の角度基準特徴部セットを含む。
角度基準特徴部セットは、半径距離検出ビームによって検出されるように構成され、また、中心軸周りに既知の角度又は互いの角度間隔で第１の円筒校正面の表面又は内部に配置されている。校正部材は、回転クロマティックレンジセンサに対してある関係で配置されている。回転軸の方向と中心軸の方向は、互いに一定の角度関係にあり、両者の平行度は５度以内である。
【0011】
回転クロマティックレンジセンサは、校正部材に関するＺ方向の第１Ｚ座標位置で、回転軸周りに半径距離検出ビームを回転させて、その動作中に第１の半径距離データセットを取得し、これを提供する。ここで、半径距離データセットは、半径距離検出ビームの回転軸周りの検知回転角度を参照する。検知回転角度を参照する第１の半径距離データセットを演算処理し、校正データを決定する。校正データは、回転軸周りの半径距離検出ビームの検知回転角度の関数として、半径距離測定誤差の特徴付け又はその補償に使用できるように構成されている。
【0012】
幾つかの実施態様では、座標測定機（ＣＭＭ）とクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）光学プローブと校正部材とを備えたシステムが提供される。ＣＭＭは、光発生回路と波長検出回路とＣＭＭ制御回路とを備える。ＣＲＳ光学プローブは、ＣＭＭに接続可能に構成されており、少なくとも共焦点アパーチャー及び色分散光学部材を含んだ共焦点光学系を有する光学ペンを備えている。光学ペンは、回転軸に関する半径方向に沿って、半径距離検出ビームを向けるように構成され、その半径距離検出ビームを回転軸周りに回転させるように構成され、測定軸に沿ったワークの被測定面付近の異なる距離において異なる波長光が焦点を結ぶように構成されている。校正部材は、ＣＲＳ光学プローブのミスアライメント誤差を補正するための校正データを提供するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】光学ペンを有する代表的なクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）システムのブロック図である。
【図2】座標測定機と、光学ペンを含むＣＲＳ光学プローブと、コントローラと、ユーザインタフェースとを備えた座標測定システムのブロック図である。
【図6】交換可能光学機構の回転部と、位置情報の測定およびレポート用のエンコーダとを含む光学ペンの一実施形態を示す構成図である。
【図8】図８Ａ～図８Ｃは、回転光学ペンを使用して測定した際に、測定誤差が生じるミスアライメントの例を示す概念図、及び、そのような誤差の補償のために考慮に入れられる可能性があるパラメータの例を示す概念図である。
【図10】一実施形態に係る段付きリングゲージの形状をした校正部材を示す図。
【図14】光学ペンに関連する半径の測定データセットの一例のグラフである。
【図16】ゲージ距離（複数の位置）、及び、校正部材の中心軸に対する光学ペンの回転軸のオフセット（複数の位置）で取得された一実施形態に係る半径距離データのグラフ図。
【図17】ＣＭＭの回転クロマティックレンジセンサ構造の校正手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図１は、座標測定機用として望ましい動作原理を備えた代表的なクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）システム１００の基本構成を示すブロック図である。ＣＲＳシステム１００には、米国特許第７，８７６，４５６号公報（特許文献３）および米国特許第７，９９０，５２２号公報（特許文献４）に記載の装置との類似点が幾つかある。図１に示すＣＲＳシステム１００は、光学機構１２０および電装部１６０を含み、場合によっては１回で１点を測定するクロマティックポイントセンサのシステムである。以降、図１の光学機構１２０を光学ペンとも呼ぶ。しかしながら、様々な実施形態では、クロマティックラインセンサなどの代替型クロマティックレンジシステムを利用してもよい。
【0015】
光学ペン１２０は、光ファイバーコネクタ１０９と、筐体１３１（例えばアセンブリ中空管）と、色分散光学部材１５０とを含む。光ファイバーコネクタ１０９は、筐体１３１の端部に取り付けられている。様々な実施形態においては、光ファイバーコネクタ１０９は筐体１３１に対してある角度で斜めに向けられるとよい。光ファイバーコネクタ１０９は、内蔵された入出力光ファイバーケーブル１１２を通じて、入出力用光ファイバー（詳細には示していない）を保持している。入出力用光ファイバーは、ファイバーアパーチャー１９５を通して光源からの測定光を出力し、そのファイバーアパーチャー１９５を通して反射された測定信号光を受け取る。
【0016】
測定動作中、ファイバー端部からファイバーアパーチャー（開口部）１９５を通って放射された広帯域光源光（例えば白色光）は、軸方向の色分散を促す単レンズまたは複合レンズを含む色分散光学部材１５０により集光され、共焦型のクロマティックセンサ装置で周知のように、光軸ＯＡに沿った焦点が光の波長に応じて異なった距離になる。光源光は、光学ペン１２０から位置Ｚにあるワーク表面１９０上で焦点が合う波長光を含む測定光１９６を形成する。ワーク表面１９０からの反射光は、再び、色分散光学部材１５０によってファイバーアパーチャー１９５上で焦点が合う。測定可能な測定光および反射光は、限定光線ＬＲ１，ＬＲ２によって、その境界が制限されている。軸方向の色分散により、１つの波長のみが、光学ペン１２０からワーク表面１９０までの測定距離に一致する前方の焦点距離ＦＦを示す。ワーク表面１９０で最も良く焦点が合う波長が、ファイバーアパーチャー１９５で最も良く焦点が合う波長となるように、光学ペン１２０は構成される。ファイバーアパーチャー１９５が反射光を空間的にフィルタリングするので、最も良い焦点を合わせた光が、アパーチャー１９５を通って光ファイバーケーブル１１２のコアへ入るようになる。以下の詳述するように、光ファイバーケーブル１１２は反射信号光を波長検出器１６２に伝搬する。この波長検出器１６２は、ワーク表面１９０までの測定距離に対応する主強度の波長を決定するために用いられる。
【0017】
また図１は、破線で示された任意の反射素子１５５を概略的に示す。米国特許公開２０１２００５０７２３号公報（特許文献５）に詳細に記載の反射素子を、本発明の光源光ＳＢの経路に配置してもよい。そのような実施例では、光軸ＯＡと同軸である測定軸ＭＡよりもむしろ、測定アプリケーションで必要とされる測定軸ＭＡ’に沿った異なる方向（例えば、光軸に直交する方向）へ、反射素子が測定光１９６’を反射させるとよい。そのような直交方向については、以下に詳述するように他の図に示す実施形態で用いている。
【0018】
電装部１６０は、ファイバー・カップラ（結合器）１６１、波長検出器１６２、光源１６４、信号演算器１６６および記憶部１６８を含む。様々な実施形態では、波長検出器１６２は、分光計または分光器アレンジメントを含んでいる。その波長検出器１６２の中の例えば回折格子のような分散光学部材は、光ファイバーケーブル１１２を通る反射光を受光し、さらに、結果として生じるスペクトル強度プロファイルを検出器アレイ１６３へ伝達する。波長検出器１６２は、関連する信号演算処理機能（例えば、いくつかの実施形態では信号演算器１６６により提供される機能）も備えているとよい。その機能とは、プロファイルデータから特定検出器の誤差成分を取り除いたり、またはプロファイルデータを補償したりする機能である。従って、波長検出器１６２および信号演算器１６６という特定の態様を統合してもよく、または区別をなくしてもよい。
【0019】
白色光源１６４は、信号演算器１６６によって制御されており、光学カップラ１６１（例えば、２×１光学カップラ）を介してファイバーケーブル１１２に接続されている。上述したように、軸方向の色収差を生成する光学ペン１２０を通って光は進み、光の波長に応じてその焦点長さは変化する。ファイバーを逆方向に通過する際に、最も効率よく伝達される光の波長は、位置Ｚにあるワーク表面１９０上に焦点の合った波長である。その後、波長依存の反射光の強度は、再びファイバー・カップラ１６１を通過して、約５０％の光が波長検出器１６２に向けられるようになっている。この波長検出器１６２は、検出器アレイ１６３の測定軸に沿ったピクセルアレイ上に分布するスペクトル強度プロファイルを受け取り、対応するプロファイルデータを提供するように動作する。手短に言えば、例えばピーク位置座標のような、プロファイルデータのサブピクセル分解能距離指示座標（sub pixel-resolution distance indicating coordinate）が、信号演算器１６６により計算される。そして、波長ピークに対応する距離指示座標（ＤＩＣ）により、距離の校正用ルックアップテーブルを介して表面までの測定距離が決まる。校正用ルックアップテーブルは記憶部１６８に記憶されている。距離指示座標（ＤＩＣ）は、例えば、プロファイルデータのピーク領域に含まれるプロファイルデータの重心を決定する方法などの様々な方法で決定されるようになっている。また、ここで述べている回転システムにおいては、（例えば、記憶部１６８又は他の記憶部に保存されている）校正データを利用して、光学ペン１２０の回転角方向を少なくとも部分的にベースとして用いた測定距離の表示又は調整を実行することもできる。
【0020】
一般的に、光学ペン１２０には、Ｚ軸方向における最小の測距距離ＺＭＩＮと最大の測距距離ＺＭＡＸによって規定された測定範囲Ｒがある。いくつかの周知光学ペンの例における測定範囲Ｒは、公称スタンドオフ（nominal standoff）またはペン端からの動作可能距離のおよそ１／１０であること（例えば、数十ミクロンから数ミリメートルまでの範囲）が好ましい。図１は、反射素子１５５を使用する場合に、その反射素子１５５の配置（例えば、ｘ軸）によって規定される測定軸ＭＡ’に沿って測定範囲Ｒ’が定まることを示す。この場合、測定範囲Ｒ’は、Ｘ軸方向における最小の測距距離ＸＭＩＮと最大の測距距離ＸＭＡＸによって規定される。
【0021】
幾つかの実施形態において、電装部１６０は、光学ペン１２０から分離して設けられている。カスタム設計されたブラケットを使用して、ＣＭＭに、図１の光学ペン１２０に類似の光学ペンを取り付けること、また、光ファイバーケーブル１１２に類似の光ファイバーを、ＣＭＭ装置の外部の仮設経路に沿って、電装部１６０に類似の遠隔の電装部に向けて配線することが知られている。
【0022】
図２，３Ａ，３Ｂに基づいて説明すると、光源・波長検出器の構成部分１６０Ａ（例えば、波長検出器１６２と光源１６４が含まれる）のグループを幾つかの実施形態のＣＲＳ光学プローブアセンブリの中に含めるとよい。測定信号処理制御回路１６０Ｂ中のある構成成分のグループ（例えば、信号演算器１６６と記憶部１６８が含まれる）を、必要であれば（例えば、軽量プローブとコンパクトサイズを維持するため）、ＣＲＳ光学プローブアセンブリの外部に離設してもよい。
【0023】
図２は、三次元座標測定システム２００と、自動的に接続・交換可能なＣＲＳ光学プローブ装置２１５のブロック図である。すなわち、ＣＲＳ光学プローブ装置２１５を他のタイプのＣＭＭプローブへ自動交換することができる。ここでは、ＣＲＳ光学プローブ装置を単にＣＲＳ光学プローブと呼ぶ。別途明細書中に言及のない場合、複数の図面において同様の接尾文字を持っている符号（例えば、符号１ＸＸと同じ接尾文字ＸＸを持っている符号２ＸＸ）は、基本的に類似の構成とする。そして、類似する構成１ＸＸの記載に基づいて構成２ＸＸへ変更することは、一般に、周知技術から容易に類推される。しかし、そのような類推にもかかわらず、異なる実施形態においては様々な構成の異なった態様が当然存在するのは明らかであるから、本発明の構成が周知技術の１つに限定して解釈されるべきではない。
【0024】
三次元座標測定システム２００は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）のコントローラ２０２、コンピュータおよびユーザインタフェース２０６、プローブ信号処理制御回路２０７、および、三次元座標測定機（ＣＭＭ）２１０を備えている。ＣＭＭコントローラ２０２は、プローブヘッド制御装置２０３、位置ラッチ２０４、および、モーション制御装置２０５を含んでいる。ＣＲＳ光学プローブ２１５は、自動交換ジョイント要素２３６を含み、自動交換ジョイント接続機構２３０（自動ジョイント接続とも呼ぶ。）の係合ジョイント要素を介して、ＣＭＭ２１０に接続される。
【0025】
ＣＭＭ２１０は、データ転送回線２０１（例えばバス）を通して、他の構成部分のすべてと信号授受を行う。データ転送回線２０１は、コネクタ２０８（例えば、「マイクロＤ」型コネクタ）によって、ＣＲＳ光学プローブ２１５への入力信号および出力信号を流すプローブヘッドケーブル２１１につながっている。ＣＲＳ光学プローブ２１５は、例えば、図１で測定信号処理制御回路１６０Ｂについて説明したように、測定信号処理制御回路２６０Ｂを含んだプローブ信号処理制御回路２０７に制御され、この制御回路２０７との間でデータ交換を行っているが、ＣＭＭ２１０の制御はＣＭＭコントローラ２０２が行っている。ユーザは、コンピュータ及びユーザインタフェース２０６を通して、全ての構成部分を制御できる。
【0026】
上述の図２に基づいて説明すると、ＣＲＳ光学プローブ２１５はプローブ電装部２７５を含み、このプローブ電装部２７５は、光源・波長検出器の構成部分２６０Ａ（例えば、図１で構成部分１６０Ａについて説明したように、光源および波長検出器）、および、被測定面２９０に測定光２９６を照射する光学ペン２２０を含んでいる。特定の一態様としては、被測定面２９０をネジ穴の内面とした。そのような表面を周知のＣＭＭプローブ（例えば、接触プローブ）を使って完全に、かつ信頼性よく測定することは、困難であるか、または不可能である。本発明のＣＲＳ光学プローブによれば、測定の完全性、正確性および汎用性が向上されたことにより、そのような表面をも走査して測定できる。
【0027】
図５に基づいて説明すると、一実施形態として、光学ペン２２０、及び／又は、交換可能光学機構２８０に関するデータ（例えば、識別データ、校正データ、補償データなど）は、ＣＲＳ光学プローブ２１５の外部（例えば、プローブ信号処理制御回路２０７）に格納することが好ましい。代替の態様として、そのようなデータの一部をＣＲＳ光学プローブ２１５中に格納、または、他のコードデータとして格納してもよい。
【0028】
図３Ａ、３Ｂは、ＣＭＭ２１０とＣＲＳ光学プローブ２１５’の構成図であり、図２のＣＲＳ光学プローブ２１５と同様である。図３Ａは正面図であり、図３ＢはＣＭＭ２１０とＣＲＳ光学プローブ２１５を異なった角度から見た図である。図３Ａと３Ｂで示されるように、ＣＭＭ２１０はプローブヘッド２１３を含む。このプローブヘッド２１３は、プローブヘッドケーブル２１１を通してプローブ信号を送受信する。プローブヘッド２１３はＣＭＭの主軸２１７に固定されている。プローブ自動ジョイント接続機構２３０を利用して、プローブ２１５’がプローブヘッド２１３に接続される。
【0029】
プローブヘッド２１３は、一実施形態においては、水平面内で３６０度回転するとともに、Ｕ字型ジョイントを含んでいる。プローブ自動ジョイント接続機構２３０は、プローブヘッド２１３にＣＲＳ光学プローブ２１５’を機械的に強固に締め付けて固定する電気機械型の接続機構になっており、プローブを外して他のプローブを取り付けることができるように構成されている。一実施形態では、プローブ自動ジョイント接続機構２３０は、第１及び第２自動交換ジョイント要素２３４，２３６を有して構成され、この第１自動交換ジョイント要素２３４がプローブヘッド２１３に取り付けられ、第２自動交換ジョイント要素２３６がＣＲＳ光学プローブ２１５’に取り付けられている。一実施形態では、プローブ自動ジョイント接続機構２３０には、対になる電気的接点または電気的接続部２３５が形成されており、プローブを取り付ければ、自動的に電気的接点が繋がり電気的接続がなされるように構成されている。
【0030】
ＣＲＳ光学プローブ２１５’は、自動ジョイント接続機構２３０を通じて電源と制御信号を受ける。自動ジョイント接続機構２３０を通じてＣＲＳ光学プローブ２１５’に送られた信号は、電気的接続部２３５を通過する。図３Ａ、３Ｂに示すように、ＣＲＳ光学プローブ２１５’は、プローブアセンブリ２１６と、このプローブアセンブリ２１６に取り付けられた自動交換ジョイント要素２３６とを含む。自動交換ジョイント要素２３６は、プローブ自動ジョイント接続機構２３０を利用してプローブをＣＭＭに自動接続するためのものである。また、プローブ２１５’に防護カバーまたはプローブ筐体２６９（図には模式的に示した。）も含めた方がよい。プローブアセンブリ２１６は、光学ペン２２０と、光源２６４及び波長検出器２６２を有するプローブ電装部２７５とを含む。これらは、プローブアセンブリ２１６のもつ様々な構造部材によって全て支持されている。
【0031】
図３Ａと３Ｂに示す実施形態では、自動交換ジョイント要素２３６に固定されたベース部材２１８から構造部材が延設されている。光学ペン２２０（または、光学ペン１２０に類似する光学機構）は、光ファイバーコネクタ２０９と、アパーチャー２９５及び色分散光学部材２５０を有する共焦点光学系とを含んで構成され、測定光２９６を出力する。複数の実施形態では、光学ペン２２０は、色分散光学部材２５０の交換を可能にするための、繰返し高速交換可能な交換マウント２８５を有すると良い。電動の光源２６４（例えば、広帯域スペクトルＬＥＤ光源）へは、自動交換ジョイント要素を通じた電力を供給し、プローブ電装部２７５のプローブ電源・信号制御回路部２７６に含まれている周知回路（例えば、市販のクロマティック測距システムに使用の回路など）に連動させるとよい。複数の実施形態では、プローブ電装部２７５はシリアル変換器２７７Ｓを含み、このシリアル変換器２７７Ｓは、様々なデータ信号をシリアル化（直列化）して、自動ジョイント接続機構２３０における比較的少ない本数のワイヤを通じて、パラレル変換器（例えば、プローブ信号処理制御回路２０７に含める。）に伝達する。
【0032】
図３Ａで示された実施形態では、シリアル変換器２７７Ｓは、プローブ電源・信号制御回路部２７６に含まれている。しかし、他の形態で、送信すべきシリアル化データの多くがＣＲＳ波長検出器２６２にて生成される測定スペクトルプロファイルデータである場合は、シリアル変換器２７７ＳをＣＲＳ波長検出器２６２に含めた方がよい。一般的には、シリアル変換器２７７Ｓは、プローブ電装部２７５の望ましい位置、すなわち、十分に低いノイズレベルとクロストーク特性を提供可能な位置に配置された方がよい。
【0033】
光源２６４は、ＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６で必要な光を発生させる。その光は、光ファイバーケーブル２１２を通して光学ペン２２０に送られる波長域の入力スペクトルプロファイルを持っている。ＣＲＳ波長検出器２６２には、分光器アレンジメント２６２’および検出器アレイ２６３に連動する周知回路（例えば、市販のクロマティック測距システムに使用される回路など）を含めてもよい。なお、検出器アレイ２６３は、ＣＲＳ波長検出器２６２の検出軸に沿って分布された複数画素から構成され、これら複数画素へは、被測定面を反射して共焦点光学系に戻った反射光のそれぞれの波長光が照射されて、ＣＲＳ波長検出器２６２が出力スペクトルプロファイルデータを提供できるようになっている。
【0034】
以上のように、測定光を発生し、かつ、ワークからの反射光を処理する機能をＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６自体が発揮できるようにした本発明の構成によって、ＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６の自己収容動作および自動交換動作が可能になった。そのようなＣＲＳ光学プローブ装置は、ＣＲＳ光学プローブアセンブリから自動ジョイントコネクタを通って外部素子までの光ファイバー接続も、自動ジョイントコネクタに平行して設けられるようなどんな他の仮設経路に沿った光ファイバー接続をも必要とせず、又は、含んでいない。言い換えると、そのようなＣＲＳ光学プローブアセンブリは、このＣＲＳ光学プローブアセンブリから外部に延びる光ファイバーに接続されていないし、又は、そのような光ファイバーを含んでいない。
【0035】
様々な実施形態では、プローブヘッド２１３から見てＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６の遠方端部に光学ペン２２０を取り付けることによって、ＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６が構成される。図３Ａと３Ｂの実施形態では、ＣＲＳ光学プローブ２１５’は、ベース部材２１８と、このベース部材２１８に連結された波長検出器取付部材２１９Ａと、前記ベース部材２１８に結合された光学ペン取付部材２１９Ｂとを含む。光学ペン取付部材２１９Ｂは、波長検出器２６２を保持しないで、光学ペン２２０を保持している。これにより、光学ペン２２０から撓みや振動に関連する熱と質量を隔離することができる。複数の実施形態では、取付部材２１９Ａ，２１９Ｂの一方又は両方が、ベース部材２１８からＣＲＳ光学プローブアセンブリ２１６の遠方端部に向けて延びる中空管（例えば、炭素繊維管）を含んでいるとよい。
【0036】
一実施形態では、光学ペン２２０の質量中心は、ＣＲＳ光学プローブ２１５’の残りの質量中心ＣＭＰＡとプローブ自動ジョイント接続機構２３０の中心軸ＣＡＪとによって定義された１本の軸上又はその付近に配置されている。その構成を利用してＣＲＳ光学プローブ２１５’を移動させれば、プローブヘッド２１３の円滑動作（例えば、不要な追加トルク、振動、たわみなどの回避）が可能になる。また、本発明の一態様として、光学ペン２２０の中心軸ＣＡＯＰ（例えば、測定用の基準軸）が自動交換ジョイント接続機構２３０の中心軸ＣＡＪと同軸になるように、光学ペン２２０がプローブ自動ジョイント接続機構２３０に相対して取り付けられている。また、そのような構成において、ＣＭＭがその軸周りにプローブ自動ジョイント接続機構２３０を回転させると、Ｘ－Ｙ平面内の測定基準軸が横移動することなく、光学ペン２２０をその軸周りに回転させることができる。そのような構成であれば、例えば、機械的安定性の向上、ＣＭＭによる位置決めに対する光学ペン２２０の測定位置計算の簡素化などといった利点をもたらす。
【0037】
図４Ａ，４Ｂは、上述の図３Ａ，３Ｂの光学ペン２２０の構成を具体的に示した図であり、これを用いて代表的な交換マウント２８５を含んだ実施形態を説明する。図４Ａと４Ｂで示された実施形態では、光学ペン２２０はベース部材２８２と交換可能光学機構２８０を含む。交換可能光学機構２８０は、前板２８６、中空管２３１および色分散光学部材２５０を含む。光学ペンのベース部材２８２は、交換マウント２８５の第１係合片側部材２８５Ａになる面を含んだベース筐体２８２Ａを備えている。また、この表面に対応して、前板２８６は、交換マウント２８５の第２係合片側部材２８５Ｂになる面を含んでいる。
一実施形態として、第１及び第２係合片側部材２８５Ａ，２８５Ｂの一方又は両方に取り付けた永久磁石２８５Ｃによって形成された保持力アレンジメントで、第２係合片側部材２８５Ｂが、第１係合片側部材２８５Ａに対して強制的に取り付けられる。より一般的には、保持力アレンジメントは、バネで付勢された機械的ツメ部などの公知機構を用いればよい。そのような構成によれば、第２係合片側部材２８５Ｂを、プログラム制御（例えば、コンピュータ及びユーザインタフェース２０６による制御）によって、第１係合片側部材２８５Ａと自動的に接続したり、第１係合片側部材２８５Ａから自動的に切り離すことができる。
一実施形態として、第１及び第２係合片側部材２８５Ａ，２８５Ｂの一方又は両方に取り付けた永久磁石２８５Ｃによって形成された保持力アレンジメントで、第２係合片側部材２８５Ｂが、第１係合片側部材２８５Ａに対して強制的に取り付けられる。より一般的には、保持力アレンジメントは、バネで付勢された機械的ツメ部などの公知機構を用いればよい。そのような構成によれば、第２係合片側部材２８５Ｂを、プログラム制御（例えば、コンピュータ及びユーザインタフェース２０６による制御）によって、第１係合片側部材２８５Ａと自動的に接続したり、第１係合片側部材２８５Ａから自動的に切り離すことができる。
【0038】
例えば、一実施形態では、光学ペン２２０にプログラム制御で誘導されるカラー２３２などを設けるとよい。これにより、ＣＭＭの移動可能範囲内のプローブ・ラック上に設けられた係合フォークの腕に光学ペン２２０を挿入できる。次に、ＣＭＭはＣＲＳ光学プローブ２１５’を移動して、係合フォークの腕がカラー２３２を引っ掛けて、プローブ・ラックに交換可能光学機構２８０を引っ掛けた状態にして、交換マウント２８５の２つの係合片側部材２８５Ａ，２８５Ｂを分離できる。また、逆の動作を行なえば、交換可能光学機構２８０を再びベース部材２８２に取り付けることもできる。さらに、そのような構成によれば、ワークとの側部衝突の場合には、交換可能光学機構２８０がベース部材２８２から分離するから、交換可能光学機構２８０の破損を防ぐことができる。
【0039】
一実施形態では、交換マウント２８５は、第１係合片側部材２８５Ａに対して第１三角形パターン（例えば、正三角形）で固定された３つの球体又はボール２８５Ｄを含んでいるとよい。また、第２係合片側部材２８５Ｂに対して同じ係合パターンで形成された３方向の放射状Ｖ溝２８５Ｅを含んでいるとよい。交換マウント２８５をこのように構成すれば、交換可能光学機構２８０からの横向きの測定光２９６について、その測定光の向きが軸回りに１２０度間隔の３つの方向の中から選択された向きになるように、交換可能光学機構２８０を取り付けることができる。上記の実施形態は代表的な構成ではあるが、本発明がこれに制限されるわけではない。他にも様々な周知の交換マウントの構成を採用してもよく、適切な取付・取外の反復特性を具備する交換マウントを提供できるだろう。
【0040】
交換可能光学機構２８０は、色分散光学部材２５０（例えば、図１の色分散光学部材１５０に類似するもの）を含んでいる。一実施形態では、ベース部材２８２は、ファイバーコネクタ２６１を通して、ＬＥＤ光源２６４および分光器アレンジメント２６２’に接続される光ファイバー２１２の端部を含んでいる。通常は、共焦点アパーチャー２９５を囲んだ状態で配置された交換マウント２８５の第１係合片側部材２８５Ａに相対する位置に固定された共焦点アパーチャー２９５付近に、光ファイバーの端部が配置されている。複数の実施形態では、光ファイバーの端部によって共焦点アパーチャー２９５が形成される。複数の実施形態では、共焦点アパーチャー２９５として、（例えば、光ファイバーを支えるホルダーかコネクタ上で）光ファイバー端部に近接した位置に接着された薄いアパーチャー、または、光ファイバー端部に隣接した薄いアパーチャーを採用できる。図４Ａで示された実施形態では、ベース部材２８２は、光ファイバー保持部材２８３Ａ（例えば、この実施形態のコネクタ２０９につながった光ファイバーコネクタなど）および光ファイバー端部位置決めアレンジメント２８３Ｂを有する光ファイバー端部位置決め機構２８３を含む。そして、これらは、交換マウント２８５の第１係合片側部材２８５Ａに近接した位置にあるベース部材２８２に固定（例えば、接着）されている。
【0041】
本実施形態では、光ファイバー端部位置決め機構２８３は、光ファイバー（例えば、コネクタ２０９を通る光ファイバー）を保持する光ファイバー保持部材を有する。この光ファイバー保持部材は、交換マウント２８５の第１係合片側部材２８５Ａに相対する位置で光ファイバー端部と共焦点アパーチャー２９５とを固定する。しかしながら、他の実施形態では、共焦点アパーチャー２９５がベース部材２８２に固定され、これとは別々に、必要に応じた適当な光ファイバー端部位置決め機構２８３によって、光ファイバーの端部が共焦点アパーチャー２９５に近接した位置に固定されるようにしてもよい。
【0042】
交換可能光学機構２８０は、共焦点アパーチャー２９５から測定光を受け、共焦点アパーチャー２９５へワークを反射した測定光を返す。そして、測定軸に沿ったそれぞれの測定距離での測定光の軸方向色分散光を供給する。また、一実施形態では、色分散光学部材２５０が、光学ペン２２０の軸に直交する方向（例えば、中空管２３１の中心軸を横切る方向など）に測定光を照射するための反射素子２９４を含む。
【0043】
図５は、図２に示したコンピュータ及びユーザインタフェース２０６とプローブ信号処理制御回路２０７のブロック図である。図５に示すように、プローブ信号処理制御回路２０７は、パラレル変換器２７７Ｄ、位置ラッチ５１５、ＣＲＳ光学プローブＩＤ５２０および光学ペンＩＤ５２５を含む。プローブ信号処理制御回路２０７の各構成は、データ転送線２０１で互いに接続し、またコンピュータ及びユーザインタフェース２０６とも接続している。
【0044】
パラレル変換器２７７Ｄは、図３Ａのシリアル変換器２７７Ｓに連動して様々なデータ信号をシリアル化して、比較的わずかな数のワイヤからなる自動ジョイント接続機構２３０を通じてそれを伝達する。シリアル変換器２７７Ｓとパラレル変換器２７７Ｄは、複数の実施形態において使用する低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）の利用に関連する。簡潔に言うと、シリアル変換器とパラレル変換器との同期を確実に実行するために、同期信号がシリアル変換器とパラレル変換器の間に提供されている。関連のデータ信号が信号線に供給された後、同期信号をオンした位置において、パラレル変換器の動作が完了するまで、対応する信号線にクロック信号（例えば、前のクロック信号と正反対のクロック信号など）が送られる。
【0045】
位置ラッチ５１５は、ＸＹＺラッチ信号に関連する。簡潔に言うと、ＸＹＺラッチ信号は、ＣＲＳ光学プローブの測定位置決め動作をＣＭＭコントローラ２０２の測定位置決め動作に同期させるために供給される。一実施形態では、位置ラッチ５１５は、ＣＭＭ２１０の座標位置が適切に同期するのを確実にするためにＣＭＭコントローラ２０２の位置ラッチ２０４と交信する。言い換えれば、派生的な測定の全てについてその測定精度を確実に得るために、位置ラッチ５１５と位置ラッチ２０４を結合する。これにより、ＣＭＭ機械座標（特定の測定中に、ＣＲＳ光学プローブの位置を反映する）が、ＣＲＳ光学プローブ測定（ＣＲＳ光学プローブ位置に関連する測定）に適切に結合されるようになる。
【0046】
ＣＲＳ光学プローブＩＤ５２０は、ＣＲＳ光学プローブ２１５’を識別するために利用される（例えば、ＣＲＳ光学プローブ２１５’に含まれていた識別素子から得られた識別信号を読み取って処理することによって識別する）。また、光学ペンＩＤ５２５は、交換可能光学機構２８０を識別するために利用される（例えば、交換可能光学機構２８０に含まれていた識別素子から得られた識別信号を読み取って処理することによって識別する）。ＣＲＳ光学プローブ２１５’と交換可能光学機構２８０の適切な識別によって、ＣＲＳ光学プローブ２１５’と交換可能光学機構２８０からの正確な動作およびその結果である正確な測定値を確認するために、適切な機器構成と校正データを利用することが可能になった。
【0047】
図６は、一実施形態に係る光学ペン２２０Ａの構造図である。光学ペン２２０Ａは、非回転又は固定部６０５と、交換可能光学機構２８０Ａおよび測定光２９６の向きを回転させるための回転機構６１０と、位置情報の測定およびレポート用のエンコーダ６３０とを含む。位置情報とは、例えば、光学ペンについての回転方位角やＺ軸位置情報など、また、校正部材の位置情報等であり、図７Ａから図１３Ｅを用いて詳述する。図６に示すように、ベース部材２８２Ａは、非回転部６０５、回転機構６１０およびエンコーダ６３０の構成機器を含む。
【0048】
図６には、いくつかの代表的な「限定された（bounding）」コンフォーカル光線（または、光線セグメント）が示されている。特に、光線Ｒ１，Ｒ２は、転送レンズ２５１とアパーチャー２９５の間に示され、光線Ｒ３，Ｒ４は、転送レンズ２５１と色分散光学部材２５０の間に示されている。複数の実施形態では、転送レンズ２５１として、コリメートレンズ又はコリメートレンズに類似するレンズが採用される。そして、光線Ｒ３，Ｒ４が、ほぼ平行光か、または、ほぼ平行化された光となることで、ある実施形態では以下に詳述するような利益が生じる。光線Ｒ５，Ｒ６は、色分散光学部材２５０の中に示されており、測定光２９６として光線Ｒ７，Ｒ８が生じる。ここで、共焦点アパーチャーの動作位置２９７を、光学ペン２２０のレンズ群の最良の焦点位置に近接した位置またはその焦点位置に合わせるのがよい。特に、この実施形態では、転送レンズ２５１の焦点位置に近接した位置またはその焦点位置に合わせるのがよい。転送レンズ２５１は、ベース部材２８２Ａの拡張部２８２ＡＸの範囲内に配置されるとよい。
【0049】
図６に示すように回転機構６１０は回転部６１２を含む。この実施形態では特に、回転部６１２が、交換マウント２８５の第１の片側部材になる面を含んでいる。第１の片側部材は、図４Ａ，４Ｂで説明したのと同様の構成で、前板２８６に配置された交換マウント２８５の第２の片側部材へ連結できるようになっている。また、回転機構６１０は、回転駆動用のモーター６１６及び歯車６１８と同様に、ベアリング６１４を含んでいて、回転部６１２を回転させることができる。代替の構成として、モーター及び回転アクチュエータ（例えば、モータースリーブ機構など）を利用してもよい。転送レンズ２５１がベース部材２８２Ａに配置されているとき、回転による誤差／影響は小さくなる。これは、回転ジョイントを通る平行光Ｒ３，Ｒ４で示す大径平行光の伝達が、アライメントの変化に対してそれほど敏感でないからである。
【0050】
エンコーダ６３０は、光学ペン２２０Ａの機器構成の位置情報（例えば、回転位置情報、Ｚ軸位置情報）を検出し、その位置情報を例えば１以上のケーブル（例えば図２のプローブヘッドケーブル２１１）経由でレポートする。
【0051】
一実施形態では、交換可能光学機構２８０Ａが、ＩＤ要素２３３（例えば、前板２８６に搭載される）を含むとよい。対応する読取器２３３Ｒは、光学ペンのベース部材２８２Ａの中に配置される。ＩＤ要素２３３は、その交換可能光学機構２８０を表す特定の識別情報で符号化されるとよい。一実施形態のＩＤ要素２３３は、無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）を含むとよく、受動型ＲＦＩＤがよい。読取器２３３Ｒ（例えばＲＦＩＤ読取器）は、ＩＤ要素２３３からのデータを読み取れるように十分に接近した位置に設けられる。もし、読取器２３３ＲがＩＤ要素２３３に隣接して配置されていなければ、ベース部材２８２Ａに孔を設けるとよい。これによって、ベース部材の材料が、ＩＤ要素２３３と読取器２３３Ｒ間の信号交換（例えば、無線信号、光学信号、光学画像など）を遮らないようにできる。ＩＤ要素２３３は、識別マーク（例えば単純なバーコード）又は色を備えるとよく、読取器２３３Ｒは、その識別マーク又は色に対応した信号を提供する光検出器を備えるとよい。また、ＩＤ要素２３３は、特定周波数の受動型共振回路を備えるとよく、読取器２３３Ｒは、その特定周波数に応答する信号を提供する励磁器／検出器を備えるとよい。読取器２３３Ｒは、その応答信号に基づく識別情報を、例えば、１以上のケーブルを通して（図２のプローブヘッドケーブル２１１参照）レポートする。
【0052】
図示を容易にするため、回転機構６１０およびエンコーダ６３０を機能ブロックの形式で示す。回転機構６１０およびコード化要素６３０の配置は、代表例に過ぎず、限定されない。この開示内容から自明である軽微な適応の範囲で、様々な構成を、交換可能光学機構の回転・伸縮用である類似の機器構成や、位置情報のレポート用である類似の機器構成に変更してもよい。
【0053】
校正および精度のため、校正データ又は校正情報によって光学ペンを特徴付けるとよい。校正データ又は校正情報は、半径距離データを含んでいるか、又は、半径距離データに基づく情報である。また、半径距離データとは、例えば以下の値に対応付けられている。
・交換可能光学機構の複数の回転位置、
・光学ペン２２０Ａ、交換可能光学機構２８０、色分散光学部材２５０及び交換マウント２８５等に関する様々な焦点距離および測定距離。そのような校正データ又は校正情報は、様々なミスアライメントを補償する。ここでのミスアライメントを、回転位置、Ｚ軸位置およびＣＲＳ測定距離の関数、並びに、その他の誤差（回転エンコーダ誤差、Ｚステージ誤差など）とすることができる。
・交換可能光学機構の複数の回転位置、
・光学ペン２２０Ａ、交換可能光学機構２８０、色分散光学部材２５０及び交換マウント２８５等に関する様々な焦点距離および測定距離。そのような校正データ又は校正情報は、様々なミスアライメントを補償する。ここでのミスアライメントを、回転位置、Ｚ軸位置およびＣＲＳ測定距離の関数、並びに、その他の誤差（回転エンコーダ誤差、Ｚステージ誤差など）とすることができる。
【0054】
図７Ａ～図７Ｃは、図６の光学ペン２２０Ａの代表的な校正コンポーネント７４０を示す図であり、その校正コンポーネント７４０を使用すれば、光学ペン２２０Ａの校正に用いる半径距離およびその他のデータを取得することができる。図７Ａは、校正コンポーネントを含む光学ペン構成の概要を示す概念図であり、図７Ｂ，図７Ｃは、実施形態の詳細な説明図である。図７Ａの光学ペン２２０Ａは、非回転又は固定部６０５及び回転部６１０を有する。校正コンポーネント７４０は、移動して非回転部６０５に取り付けられた校正ゲージ拡張子７４４と、校正ゲージ又は校正部材７４６とを含む。図示のように校正ゲージ７４６は、校正ゲージ拡張子７４４によって、光学ペン２２０Ａの回転部６１０に対して所定の位置に保持される。回転機構６１０が光学ペン２２０Ａの中心軸（測定値を取得する際の基準軸）の周りに回転すると、（例えば、図７Ｃに示される測定光２９６を用いた）校正部材の測定が実行され、光学ペン２２０Ａの校正用の半径距離測定値が得られる。
【0055】
校正ゲージ拡張子７４４による保持力が様々に配置されることで、光学ペン２２０Ａの回転クロマティックレンジセンサ構造に対して校正部材７４６を所定の位置に保持することができる。例えば、交換マウント２８５についても上記と同様のメカニズムを使用できる。このような構成により、プログラム制御下（例えば、コンピュータ及びユーザインタフェース２０６での制御下）、校正拡張子７４４に対する校正部材７４６の接続・位置決め・校正拡張子７４４からの分離が自動的に行なわれる。
【0056】
図７Ｂ、図７Ｃに示すように、校正コンポーネント７４０は拡張アクチュエータ７４２を含む。拡張アクチュエータ７４２は、軸受、モーター、歯車を含んでいるとよい（説明の簡略化のために図示していないが、図６の回転機構６１０の軸受６１４、モーター６１６及び歯車６１８と類似の機器構成である）。拡張アクチュエータ７４２によって、校正ゲージ拡張子７４４を、収容位置（図７Ｂ）と拡張された校正位置（図７Ａ、７Ｃ）間で位置決めすることが容易になる。図７Ｂに、校正ゲージ拡張子７４４が収容位置にあって校正部材７４６’と接続していない状態の構造例を示す。校正ゲージ又は校正部材７４６’を使用する校正動作の際、校正ゲージ拡張子７４４が校正位置まで移動して伸びる。或いは、校正ゲージ拡張子７４４は、収容位置に収容されて、光学ペン２２０Ａを使用する他の測定（例えば、図２に示すネジ穴の内面の測定）と干渉しないようにする。上述した通り、ある実施形態では、校正ゲージ拡張子７４４が校正位置まで移動して伸びた際、校正ゲージ拡張子７４４は図７Ｃのように校正部材７４６’と接続する。
【0057】
複数の実施形態では、校正部材７４６’が光学ペンに保持されるように、光学ペン２２０Ａと校正部材７４６’が構成されている。例えば、校正部材７４６’は、退避期間中も、その退避位置で校正ゲージ拡張子に保持されてもよい。これによって、退避期間中の通常の測定動作においては、校正ゲージ拡張子７４４と校正部材７４６’が半径距離検出ビーム（すなわち、測定光２９６）を遮ったり、干渉したりしない。校正期間中は、校正部材７４６’は移動して、その校正位置において校正ゲージ拡張子に保持される。
【0058】
校正ゲージ拡張子７４４は、拡張アクチュエータ７４２によって、その伸縮方向における複数の校正位置のうちの１箇所に位置決めされてもよい。それによって、異なるＣＲＳ測定距離又は焦点長さの位置での校正半径距離データの収集が容易になる。そのような状況で、エンコーダは、校正部材の位置に対する光学ペン２２０ＡのＺ軸位置情報をレポートする。上述した交換可能光学機構２８０Ａと同様の方法で、校正部材７４６’にＩＤ要素を含めて、校正ゲージ拡張子７４４に、ＩＤ要素に対応した読取器を含めてもよい。
【0059】
拡張アクチュエータ７４２の代替の構成として、別の構成（例えば、モータースリーブ機構など）を利用してもよい。また、校正ゲージ拡張子７４４は、光学ペン２２０Ａの回転ＣＲＳ構造に対して、校正ゲージ又は校正部材７４６’を制約された関係で配置する。
【0060】
図７Ｃに示すように、校正ゲージ又は校正部材７４６’は、内周面７４８及び外周面７５０を有するリングゲージを備える。その他の校正部材を使用してもよく、校正部材には様々な材料（例えば金属、ガラスなど）を使用することができる。１以上の内周面７４８及び外周面７５０は、プリントされた模様又はパターン面（例えば、図９Ａ～図９Ｄ参考）又はこれらの様々な組合せを含んでいてもよい。これによって、測定光２９６によるスキャンの際、光学ペン２２０Ａの校正情報を生成するのに使用できる校正データが提供される。
【0061】
図８Ａ～図８Ｃに示す概念図は、光学ペンを使用した測定時の、測定誤差をもたらすミスアライメントの例、及び、そのような誤差の補償のために考慮に入れられる可能性があるパラメータの例を誇張して示す。図８Ａのように、理想のケースでは、光学ペン（図６の光学ペン２２０Ａ参照）が基準中心軸８２０を持つ。理想的円筒８３０の表面を測定する場合、基準中心軸８２０は、円筒８３０の中心軸と整合（アライメント）する。理想的円筒８３０表面の法線に対する測定光（図７Ｃの測定光２９６参照）の入射角は、理想的には一定である。理想的な測定値は、理想的中心Ｃから円筒８３０の理想的トレース８７０に沿った理想点までの距離を表す。理想的トレース８７０に沿った理想点の一例を図８Ａ，図８Ｂに示す。これには、回転角ω＝０での理想点Ｐideal８５０が含まれる。
【0062】
しかし、光学ペン又は他のコンポーネントのミスアライメントは、測定誤差を引き起こす（例えば、交換マウント２８５のミスアライメント等、様々な要因が原因になる）。例えば、光学ペンの光軸が、基準中心軸８２０からｘｙオフセット８１０していて、光学ペン長さＬに沿った光学ペンの回転軸８６０が、光学ペン２２０Ａの基準中心軸８２０に対してミスアライメントしている場合がある。加えて、反射素子２９４（図２、図７Ｂ参照）が、光学ペンの光軸からミスアライメントしている場合もある。その結果、図８Ｂに詳しく示すように、測定点について測定した測定値が、非理想的中心Ｓ’の周りを旋回する位置Ｓから測定した値になってしまう。図８Ｂに示すように、これらのことが、他に可能性のあるミスアライメントと共に、測定点が非理想的トレース又は誤差を含んだトレース８９０上になってしまうことをもたらす。ミスアライメント誤差に関係する測定点の一例を図８Ａ，８Ｂに示す。これには、回転角ω＝０での測定点８４０が含まれる。なお、図示の例には、幾何学的に誇張された部分が含まれている（例えば、潜在的なミスアライメントや誤差を上手く説明するために、Ｚ軸の縮尺が小さくなっている等）。
【0063】
図８Ｂに、高調波誤差を引き起こすミスアライメントの例を示す。ここで、基準中心軸ｍ（すなわちマウント軸）は図８Ａの基準中心軸８２０に対応している。回転軸ｒは図８Ａの回転軸８６０に対応している。光学軸ｏは、ペンの光学長さＬに沿ったペンの光軸と同一直線上にある。軸を指定するｍ，ｒ，ｏは、様々なミスアライメントパラメータの下付き文字に使用され、そのうちのいくつかを図８Ｂに示す。マウント軸ミスアライメント角θｍは、回転軸ｒに対するマウント軸ｍのミスアライメント角を表し、回転軸を含む平面であって、マウント軸ミスアライメント方位配向角φｍ（図示しない）だけ配向している平面内に生じる。回転軸ミスアライメント角θｒは、回転軸ｒに対する光学軸ｏのミスアライメント角を表し、回転軸を含む平面であって、方位角ミスアライメント配向角φｒ（図示しない）だけ配向している平面内に生じる。ペンを発した測定光は、ポインティング誤差も有する。ポインティング誤差は、（鉛直方向の）出力法線仰角誤差δθｏによって示され、また、（水平方向の）出力法線方位軸誤差δφｏの出力によって示される。
【0064】
図８Ｃは、図８Ｂと同様に誇張された幾何形状を用いており、光学ペンの様々なミスアライメントが引き起こす一次高調波誤差の例を示す。表に示すように、この例では、光学ペンのＸ軸オフセットδｘが５０μｍであり、Ｙ軸オフセットδｙが－４０μｍであり、これらは図８Ａのｘｙオフセット８１０のｘ成分およびｙ成分を構成する。表に示す他のパラメータは、上記の図８Ｂの説明で定義されたもので、一例として（誇張された）値を持っている。例えば、
マウント軸ミスアライメント角θｍが６度であり、
マウント軸ミスアライメント方位配向角φｍが２４０μｍであり、
マウント軸クロック誤差δφｍ（図示しない）が５度であり、
理想的光学ペン長さＬが２０００μｍ（図８Ｂでは誤差を誇張するために短縮されている）であり、
回転軸ミスアライメント角θｒが８度であり、
回転軸ミスアライメント配向角φｒが４０度であり、
出力法線方位軸誤差δφｏが１０度であり、
出力法線仰角誤差δθｏが５度であり、
理想の校正測定距離が１０００μｍである。ある程度、方位角関連誤差（記号φ）は、方位角オフセット誤差と高調波誤差の位相に結合される。軸ミスアライメントと仰角誤差（記号θ）は、半径オフセット、Ｚオフセット及び高調波振幅誤差に結合される。図示のように、半径誤差は主に、約－１８０の半径オフセット誤差を振幅中心として振動する一次高調波である。Ｚ誤差は主に、約１８０μｍのオフセット定数である一定のＺ誤差オフセットを振幅中心として振動する一次高調波誤差である。方位角誤差は主に、約－５０μｍの方位角オフセット定数を振幅中心として振動する一次高調波である。全３つのカーブは、僅かであるがより高い次数の高調波成分を持つ。この例では、潜在的なミスアライメントおよびそれがもたらす誤差を上手く説明するために、様々な点を誇張して示している。ある実施形態での実際のミスアライメントは、０．１～１度のオーダーであり、実際の誤差（ｘｙオフセット以外）は、１桁のマイクロメートル以下のオーダーである。
マウント軸ミスアライメント角θｍが６度であり、
マウント軸ミスアライメント方位配向角φｍが２４０μｍであり、
マウント軸クロック誤差δφｍ（図示しない）が５度であり、
理想的光学ペン長さＬが２０００μｍ（図８Ｂでは誤差を誇張するために短縮されている）であり、
回転軸ミスアライメント角θｒが８度であり、
回転軸ミスアライメント配向角φｒが４０度であり、
出力法線方位軸誤差δφｏが１０度であり、
出力法線仰角誤差δθｏが５度であり、
理想の校正測定距離が１０００μｍである。ある程度、方位角関連誤差（記号φ）は、方位角オフセット誤差と高調波誤差の位相に結合される。軸ミスアライメントと仰角誤差（記号θ）は、半径オフセット、Ｚオフセット及び高調波振幅誤差に結合される。図示のように、半径誤差は主に、約－１８０の半径オフセット誤差を振幅中心として振動する一次高調波である。Ｚ誤差は主に、約１８０μｍのオフセット定数である一定のＺ誤差オフセットを振幅中心として振動する一次高調波誤差である。方位角誤差は主に、約－５０μｍの方位角オフセット定数を振幅中心として振動する一次高調波である。全３つのカーブは、僅かであるがより高い次数の高調波成分を持つ。この例では、潜在的なミスアライメントおよびそれがもたらす誤差を上手く説明するために、様々な点を誇張して示している。ある実施形態での実際のミスアライメントは、０．１～１度のオーダーであり、実際の誤差（ｘｙオフセット以外）は、１桁のマイクロメートル以下のオーダーである。
【0065】
他の箇所でも説明されているように、所定の回転角ωと任意のＺ位置で校正部材を測定して得た半径距離測定値は、校正データの作成に使用される。校正データは、座標測定機の光学ペンを使ってワークを測定して得られた測定データ（例えば、半径距離データ）を調整することにも同様に使用できる。校正部材を使って生成された半径距離データに追加される校正データは、校正情報の一部として使用でき、又は、校正情報の生成に使用できる。例えば、光学ペンに関するＣＲＳ距離を決定するために干渉計を使って得た測定値（例えば、様々な光波周波数での測定距離）、又は、校正部材の測定値を用いることができる。他の例では、校正部材の位置に対する光学ペンのＺ軸情報を用いることができる。
【0066】
図９Ａ～図９Ｄは、第一実施形態に係るリングゲージの形状をした校正部材９４６を示す。図９Ａは円筒状のリングゲージ９４６の透視図であり、図９Ｂはその断面図である。円筒状のリングゲージ９４６の内周面９０４は、プリント又は加工されたパターン９０６のような、互いに既知の位置関係にある複数の既知の特徴部を有する。内周面９０４は、円筒校正面であり、内周面９０４のＺ方向に沿った中心軸９０５は、校正測定の際に、ＣＲＳ光学ペンの回転軸に略平行になるようにアライメントされている（例えば、図８Ａの基準中心軸８２０及び回転軸８６０参照）。図示の第１の円筒校正面９０４は、Ｚ軸に沿った中心軸９０５から既知の第１半径Ｒｃの距離に配置される。
【0067】
図９Ｃ、図９Ｄは、パターン例を概念的に示し、内周面９０４に塗布（プリント）又は形成されたパターンを平面に展開したプリント図又は加工図で示す。プリント又は加工されたパターン９０６は、第１セットの角度基準特徴部（例えば基準線など）を含んでいてもよい。角度基準特徴部は、第１の円筒校正面の表面又は内部に形成される。すなわち、角度基準特徴部は、第１の円筒校正面の表面又は内部に、半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、その中心軸周りに互いに既知の角度又は角度間隔で配置される。パターンの特徴部は、図７Ａ～図７Ｃの光学ペン２２０Ａのように、光学ペンが検出可能に構成される。例えば、プリントパターンであれば、白黒、グレースケール、又は、多色を用いて、加工パターンであれば、深さ又は形状を変える。これらを様々に組み合わせてもよい。
【0068】
図９Ｃに示すように、パターン９０６は、規則的又は不規則的な既知の間隔を設けて配置した方位角表示部又は縦基準線９０８を有する。また、パターン９０６は、規則的又は不規則的な既知の間隔を設けて配置されたＺ軸表示部又は傾斜基準線９１０を有する。縦線９０８は、方位角位置の校正情報を提供する。傾斜線９１０は、方位角表示部又は縦基準線９０８との関係で、Ｚ軸位置の校正情報を提供する。これらの線９０８，９１０は、一定の厚さで形成してもよいし、様々な厚さで形成してもよい。例えば、図示のように、縦線９０８の１本を他の縦線とは異なる厚さを持つ基準線にすれば、校正ゲージ９４６における特定の方位角位置を表示できるようになる。校正ゲージ上での複数の特定位置（例えば中間点）を表示するために、複数の基準線を使用してもよい。加工パターンの場合、図９Ｃのパターン９０６は、校正部材の内周面９０４に形成される窪み又は突起の位置を示す加工図を表わしている。他の実施形態での内周面９０４は平坦である。
【0069】
説明の簡略化のため、図９Ｃのパターン９０６の縦線９０８を白色バーで示し、傾斜線９１０を黒色バーで示す。プリントパターンの場合、実際には、２種類のバーを同じ色（例えば黒色）にしたり、様々な色にしたり（例えば、バーに関する角度位置を表示）することができる。これらを様々に組み合わせてもよい。上記のように、加工パターンの場合は、異なる幅および深さの窪みを使うことで、校正情報の測定を容易にすることができる。
【0070】
図９Ｃには、校正測定のトレース（記録線）９２０の一例も示されている。光学ペン２２０Ａが取得したトレース９２０の位置情報（例えば、図６のエンコーダ６３０がトレース９２０に関する測定値として提供した位置情報）は、トレース９２０に関する測定結果と一緒に、校正データ又は校正情報として使用されてもよい（例えば、半径距離測定データおよびＺ位置測定データ）。若しくは、例えば、測定位置ごとの測定結果と理想結果との違いに基づいて、校正データ又は校正情報を作成するために使用されてもよい。
【0071】
図９Ｄのパターン９０６’は、傾斜線９１０を含まない点を除いて、図９Ｃのパターン９０６と同様である。そして、トレース９２０’が、縦線９０８のみを使って、校正部材に関する校正情報を測定する。Ｚ軸校正情報が必要であれば、例えば、校正部材を所定の位置に移動させる際に、校正部材９４６の天面又は底面の端部を検出する等、他の方法での取得が可能である。他のパターンも一緒に使って校正してもよいし、他のパターンに置き換えて校正してもよい（例えば、傾斜した格子、横線と傾斜線、など）。
【0072】
図１０は、第二実施形態に係る中心軸１００５を有する校正部材１０４６の断面図である。校正部材１０４６は、段階的な直径を有するリングゲージであり、第１直径の第１内周面１０４８と、第１直径よりも小さい第２直径の第２内周面１０４８’とを有する。第１、第２内周面１０４８，１０４８’の一方又は両方に、校正測定用のパターン面（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ，図９Ｄ参照）を設けてもよい。段階的な直径を有するリングゲージ１０４６の使用は、Ｚ軸に関する校正測定と同時に、複数の測定距離での校正測定を容易にする。校正ゲージ拡張子７４４（図７Ａ～図７Ｃ参照）は、測定光２９６に対する校正ゲージ１０４６の位置を第１延伸位置にすることができ、これにより、第１内周面１０４８の校正読取が容易になる。また、校正ゲージ拡張子７４４は、測定光２９６に対する校正ゲージ１０４６の位置を第２延伸位置にすることができ、これにより、第２内周面１０４８’の校正読取が容易になる。また、他の実施形態では、第１内周面１０４８から第２内周面１０４８’への変化の検出を、Ｚ軸校正情報の取得に利用することができる。
【0073】
図１１Ａは、他の実施形態に係るリングゲージ形状の校正部材１１４６の透視図である。図１１Ｂと図１１Ｃは、図１１Ａと同様のリングゲージ形状の校正部材１１４６’の一態様を示す概念図である。図１１Ａの校正部材１１４６は、複数の円筒内周面１１４８ｉ～１１４８ｎを有し、その直径は１１４９ｉから１１４９ｎまで段階的に変化する。同様に、図１１Ｂと図１１Ｃの校正部材１１４６’は、段階的に変化する直径１１４９ｉ’～１１４９ｎ’を有する複数の円筒内周面１１４８ｉ’～１１４８ｎ’を持つ。１以上の円筒内周面１１４８ｉ～１１４８ｎ又は１１４８ｉ’～１１４８ｎ’に、校正測定用のパターン面を設けてもよい（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ、図９Ｄ、図１３Ｄ及び図１３Ｅ参照）。図１１Ａでは７段階の内周面が設けられ、図１１Ｂと図１１Ｃでは１０段階の内周面が設けられる。図１１Ｂに、リングゲージ１１４６’の１０段階の内周面を展開した加工図を示す。図１１Ｃは、代表的な測定データの３Ｄプロット図であり、これらのデータは、回転光学ペンによるＺ方向へのスパイラススキャン中に収集された、リングゲージ１１４６’の円筒内周面１１４８ｉ’～１１４８ｎ ’における段階的な内径１１４９ｉ’～１１４９ｎ ’のデータである。これにより、第１内周面１０４８の校正読取が容易になる。校正部材１１４６，１１４６’における複数段の表面を利用すれば、Ｚ軸校正データの取得と同時に、距離についての全ての測定範囲に渡る測定値（例えば、半径距離測定値）を容易に取得することができる。取得された測定値は、光学ペンのＣＲＳ距離の測定範囲のための校正情報の作成に利用することができる。
【0074】
図１１Ａに示すようにリングゲージ１１４６の外周面１１５０には、窪み１１５４付きの平坦面１１５２がある。平坦面１１５２と窪み１１５４があることで、校正ゲージ拡張子が、光学ペンの回転ＣＲＳ構造に対して制約のある関係で、リングゲージ１１４６を配置する、ことが容易になる（図７Ａ～７Ｃの光学ペン２２０Ａの校正ゲージ拡張子７４４参照）。具体的には、（方位回転角ω＝０に設定された）測定プラットフォームに光学ペンが取り付けられた場合、平坦面１１５２が、光学ペンの方位回転角ωのための基準面になる。また、窪み１１５４における直交する面が、Ｚ軸方向のアライメントの基準になる。例えば、平坦面１１５２及び窪み１１５４は、これに対応した校正ゲージ拡張子におけるタブ又は突起（図示しない）を受け取れるような大きさ及び形状になっている。これにより、校正ゲージ拡張子は、回転ＣＲＳ構造に対して制約のある関係でリングゲージ１１４６を保持することができる。他の位置決め方式（例えば、リングゲージの反対側の平坦面、異なる形状の窪み、校正部材のタブとこれに対応する校正ゲージ拡張子の窪み等、及び、これらの様々な組合せ）を使用してもよい。
【0075】
図１２Ａは他の実施形態に係る精密ガラス管の形状の校正部材１２４６を示す透過図であり、図１２Ｂはその断面図である。図１２Ｂによれば、精密ガラス管１２４６は、円筒内周面１２０４と円筒外周面１２５０とを有する。これら内周面１２０４及び外周面１２５０の一方又は両方に、校正測定用のパターン面を設けてもよい（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ、図９Ｄ、図１３Ｄ及び図１３Ｅ参照）。円筒面のパターンは、非パターン部分を含んでいてもよく（例えば、基準線間のギャップ又は窓部）、これにより他の円筒面のパターンの測定が容易になる。例えば、円筒内周面１２０４のパターンは、ギャップ又は窓部（図１３Ｄの窓部１３７４参照）を有し、これを通して、円筒面１２５０のパターンの特徴部の観察、測定又は他の方法による検出が可能になる。
【0076】
内周面１２０４及び外周面１２０５は、Ｚ方向に沿った中心軸１２０５を持つ円筒状の校正面である。校正測定の際、中心軸１２０５は、ＣＲＳ光学ペンの回転軸にできる限り平行になるようにアライメントされている（例えば、図８Ａの基準中心軸８２０と回転軸８６０参照）。第１の円筒校正面１２０４は、図示の通り、Ｚ方向の中心軸１２０５から既知の第１半径Ｒｉの距離に設けられている。第２の円筒校正面１２５０は、図示の通り、Ｚ方向の中心軸１２０５から既知の第２半径Ｒｏの距離に設けられている。
【0077】
幾つかの実施形態の内周面１２０４は、１種類の校正情報の測定用のパターン（例えば、角度位置情報を測定し易くするパターン）を有する。また、外周面１２５０は、他の種類の校正情報を測定し易くするパターン（例えば、Ｚ軸に関する位置情報を測定し易くするパターン）を有する。また、幾つかの実施形態では、外周面１２５０にパターン面を設けて、内周面１２０４にはパターン面を設けず、透光性又は半透光性の表面にしてもよい。距離測定値（半径方向の距離）を、内周面１２０４及び外周面１２５０の検出によって得る（例えば必要に応じて、材料についての既知の又は測定した屈折率を用いて、光学的厚さから物理的厚さへ変換すればよい）。また、角度位置およびＺ軸位置の測定値を、外周面１２５０のパターンの特徴部を検出することによって得る。
【0078】
図１２Ｃは、一実施形態に係る入れ子状の２つの精密ガラス管、すなわち、内管１２５８と外管１２６０を備える校正部材１２４６’を示す。内管１２５８は、円筒内周面からなる校正面１２６２と、円筒外周面からなる校正面１２６４とを有する。外管１２６０は、円筒内周面からなる校正面１２６６と、円筒外周面からなる校正面１２６８とを有する。これらの校正面１２６２，１２６４，１２６６，１２６８は、Ｚ方向に沿った中心軸１２０５を持つ。校正測定の際、中心軸１２０５は、ＣＲＳ光学ペンの回転軸にできる限り平行になるようにアライメントされている（例えば、図８Ａの基準中心軸８２０と回転軸８６０参照）。校正面１２６２は、図示の通り、Ｚ方向の中心軸１２０５から既知の半径Ｒ１ｉの距離に配置されている。校正面１２６４，１２６６は、図示の通り、それぞれＺ方向の中心軸１２０５から概ね既知の半径Ｒ２ｉの距離に配置されている（説明の簡略化のため、２つの校正面１２６４，１２６６の半径の差は無視できるものとする）。校正面１２６８は、図示の通り、Ｚ方向の中心軸１２０５から既知の半径Ｒ２ｏの位置に配置されている。
【0079】
内管１２５８の円筒内周面１２６２、内管１２５８の円筒外周面１２６４、外管１２６０の円筒内周面１２６６、および、外管１２６０の円筒外周面１２６８のうちの１以上の表面に、校正測定用のパターン面を設けてもよい（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ、図９Ｄ、図１３Ｄ及び図１３Ｅ参照）。
【0080】
円筒面のパターンは、非パターン部分を含んでいてもよく（例えば、基準線間のギャップ又は窓部）、これによって、他の円筒面のパターンを測定し易くなる。例えば、内管１２５８の円筒内周面１２６２のパターンは、ギャップ又は窓部を有し、これを通して、外管１２６０の円筒内周面１２６６のパターンの特徴部の観察、測定又は他の方法による検出が、図１２Ｂでの説明と同様に、可能になる。
【0081】
幾つかの実施形態では、外管１２６０の外周面１２６８にパターン面を設けて、その他の内管１２５８及び外管１２６０の表面は、パターン面を設けず、透光性又は半透光性の表面にする。距離測定値（半径方向の距離）は、内管１２５８の内周面１２６２、内管１２５８の外周面１２６４、外管１２６０の内周面１２６６および外管１２６０の外周面１２６８のうちの１以上の表面を検出することで取得される。また、方位角位置およびＺ軸位置の測定値は、外管１２６０の外周面１２６８のパターンの特徴部を検出することで取得される。パターン面と非パターン面の様々な組合せ、及び／又は、パターンの種類の様々な組合せを用いてもよい。また、入れ子状の管を追加してもよい。底部キャップ又は他の保持構造を使って、入れ子状の管１２５８，１２６０を互いに所定の位置に保持されていてもよい。入れ子状のガラス管の態様によれば、Ｚ軸校正データの取得と同時に、光学ペンのＣＲＳ測定距離の全測定範囲に及ぶ校正情報の取得が容易になり、校正部材を再度位置決めしなくても複数のゲージ距離測定が可能になる。図１２Ｂでの説明と同様に、必要に応じて、光学的距離又は光学的厚さを変換して物理的距離を得てもよい。
【0082】
図１３Ａ～図１３Ｅは、複数の精密金属管１３５８，１３６０，１３７０による入れ子形状の校正部材１３４６の実施形態を示す。図１３Ａ～図１３Ｅにおいては、説明の簡略化のため、入れ子状の金属管１３５８，１３６０，１３７０は誇張した大きさであり、また、金属管の間隔は無視できるものとし、又は、誇張されている。３を超える数の入れ子状の金属管を用いることもできる（例えば、７以上の管など）。
【0083】
図１３Ａは、校正部材１３４６の縦断面図である。精密金属管１３５８は内周面１３６２を有し、精密金属管１３６０は内周面１３６６を有し、精密金属管１３７０は内周面１３７２を有する。これらの内周面１３６２，１３６６，１３７２は、Ｚ方向に伸びる中心軸１３０５を有し、この中心軸１３０５は、校正測定の際、ＣＲＳ光学ペンの回転軸と略平行になるようにアライメントされている（例えば、図８Ａの基準中心軸８２０及び回転軸８６０参照）。円筒状の校正面１３６２，１３６６，１３７２は、Ｚ方向の中心軸１２０５から（図示の各Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のように）既知の半径の距離に配置されている。
【0084】
図１３Ｂは、Ｚ軸１３０５に沿って異なる長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３を有する入れ子状金属管１３５８，１３６０，１３７０の実施形態の横断面図である。金属管１３５８の内周面１３６２、金属管１３６０の内周面１３６６、金属管１３７０の内周面１３７２のうちの１以上の表面の一部に、校正測定用のパターン面を設けてもよい（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ及び図９Ｄ参照）。図１０の段階的な直径を有するリングゲージ１０４６、及び、図１１Ａ～図１１Ｃの段階的な直径を有するリングゲージ１１４６，１１４６’における説明と同様の方法で校正測定が実行される。
【0085】
校正ゲージ拡張子７４４（図７Ａ～７Ｃ参照）は、測定光２９６に関する第１延伸位置に校正ゲージ１３４６を位置決めできて、内周面１３６２の校正読取値の取得が容易になる。また、校正ゲージ拡張子７４４は、測定光２９６に関する第２延伸位置に校正ゲージ１３４６を位置決めできて、内周面１３６６の校正読取値の取得が容易になる。さらに、校正ゲージ拡張子７４４は、測定光２９６に関する第３延伸位置に校正ゲージ１３４６を位置決めできて、内周面１３７２の校正読取値の取得が容易になる。内周面１３６２，１３６６，１３７２のうちの１以上の表面のパターンに基づくＺ軸校正情報に追加又は代替して、これらの内周面１３６２，１３６６，１３７２の変化の検出を、Ｚ軸校正情報の取得に利用してもよい。他の構成も一緒に使って校正してもよいし、他の構成に置き換えて校正してもよい（例えば、図１３Ｄ，図１３Ｄに詳述するように、外管の内周面にパターンを含めて、そのパターンを内管の開口部又は窓部を通して観察するように構成する等）。
【0086】
図１３Ｃ～図１３Ｅは、全体として、Ｚ軸１３０５に沿って同じ長さＬ１を有する入れ子状金属管１３５８，１３６０，１３７０を備えている校正ゲージ１３４６の実施形態を示す。これらを長さ方向に僅かにテーパー状にすることで（図示しない）、良好な同心度およびアライメントを備えた校正ゲージを提供し易くなる。後述の図１３Ｄ～図１３Ｅにパターン例を概念的に示すように、（図示の金属管１３５８，１３６０のように）内管の側周面には、その管の側壁を貫通する窓部又は切片部形状のパターンが設けられている。測定光２９６は、これらの窓部又は切片部を通り抜けて、より大きい直径の管壁に達することができる。管１３５８の内周面１３６２、管１３６０の内周面１３６６および管１３７０の内周面１３７２の残りの部分のうちの少なくとも１部分に、上記と同様の方法による校正測定用のパターン面（例えば、プリント又は加工パターン面。図９Ｃ及び図９Ｄ参照）を設けてもよい。
【0087】
図示の校正部材１３４６は、管１３５８，１３６０，１３７０を互いに所定位置で保持するキャップ１３８０を有する。校正ゲージ拡張子７４４（図７Ａ～７Ｃ参照）は、キャップ１３８０を係止して、回転ＣＲＳ構造に対して制約のある関係で校正ゲージ１３４６を配置することができる。図１３Ｄと図１３Ｅに示す入れ子状金属管の実施態様によれば、校正部材を各々のゲージ距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に再度位置決めすることなく、Ｚ軸校正情報の取得と同時に、光学ペンのＣＲＳ距離の測定範囲に亘る校正情報を容易に取得することができる。
【0088】
図１３Ｄは、校正部材１３４６を概念的に示す。校正部材１３４６の入れ子状の内管１３５８は、この内管を貫通する窓部１３７４の形状のパターンを有する。入れ子状の中央管１３６０は、この中央管を貫通する窓部１３７６の形状のパターンを有する。図１３Ｄは、管１３５８，１３６０，１３７０の内周面１３６２，１３６６，１３７２に塗布（プリント）又は形成された１以上のパターンを平面に展開した窓部のプリント図／加工図で示されたパターン例を示す。
【0089】
測定動作において、回転ＣＲＳ構造（図７Ａ～７Ｃ参照）が、管１３５８の窓部１３７４の開口を通して、管１３６０の窓部１３７６を検出でき、また、外管１３７０の内周面１３７２の一部を検出できるように、内管１３５８の窓部１３７４と中央管１３６０の窓部１３７６の大きさが決められ、内管および中央管１３５８，１３６０が配置されている。回転ＣＲＳ構造（図７Ａ～７Ｃ参照）による窓部１３７４，１３７６と内周面１３６２，１３６６，１３７２の検出は、校正測定データを提供し、又は、校正データ又は校正情報の作成に利用される。
【0090】
加えて、内周面１３６２，１３６６，１３７２のうちの１以上の表面に、校正測定用にも使えるパターン面を設けてもよい（例えば、プリント又は加工パターン面、図９Ｃ及び図９Ｄ参照）。図示の管１３５８の内周面１３６２は、縦模様の線１３０８を含み、管１３６０の内周面１３６６は、傾斜線１３１０を含み、管１３７０の内周面１３７２は、傾斜線１３１０を含む。図示の窓部１３７４，１３７６は長方形であるが、窓部の一部又は全部に傾斜する辺があってもよい。傾斜する辺によって（例えば、傾斜線１３１０の代替として、又は、これに追加して利用することで）、Ｚ軸校正測定データを提供することができる。
【0091】
図１３Ｅの実施形態は、入れ子状の内管１３５８が、窓部の代わりに、当該管１３５８を貫通する切片部１３８２の形状のパターンを有すること、及び、入れ子状の中央管１３６０が、窓部の代わりに、当該管１３６０を貫通する切片部１３８４の形状のパターンを有することを除いて、図１３Ｄの実施形態と同様である。図１３Ｅに、管１３５８，１３６０，１３７０の内周面１３６２，１３６６，１３７２に塗布（プリント）又は形成された１以上のパターンを平面に展開した切片部のプリント図／加工図で示されたパターン例を示す。
【0092】
測定動作において、回転ＣＲＳ構造（図７Ａ～７Ｃ参照）が、管１３５８の切片部１３８２の開口を通して、管１３６０の切片部１３８４を検出でき、また、少なくとも一部がアライメントした状態の切片部１３８２，１３８４の開口部を通して、外管１３７０の内周面１３７２の一部を検出できるように、内管１３５８の切片部１３８２と中央管１３６０の切片部１３８４の大きさが決められ、また、内管および中央管１３５８，１３６０の互いの位置が決められる。回転ＣＲＳ構造（図７Ａ～７Ｃ参照）による切片部１３８２，１３８４及び内周面１３６２，１３６６，１３７２の検出は、校正測定（距離）データを提供することができ、これらのデータを校正データ又は校正情報として利用する又は、校正データ又は校正情報の生成に利用することができる。加えて、上述のように内周面１３６２，１３６６，１３７２のうちの１以上の表面に、校正測定用にも使えるパターン面（例えば、傾斜線１３１０のようなプリント又は加工パターン面）を設けてもよい。
【0093】
図１４に、７つの校正用の段を測定するための校正部材を使って収集し、（紙面をＺ軸とする）円筒座標系にプロットした校正試験データのグラフを示す。例えば、段付き校正面として（例えば、図１１Ａ～１１Ｃ、図１３Ｂ参照）、及び／又は、全体として回転ＣＲＳ装置のＺ軸に直交する方向にアライメントされた複数の校正面（例えば、図１２Ｃ、図１３Ｃ～図１３Ｅ参照）、等の、７以上の同心の校正面を備えた校正リングゲージを利用してもよい。縦軸が半径距離の測定値を示し、横軸が回転サイクルを単位としてプロットされた光学ペンの回転角を示す。異なる半径距離条件での測定は、
Ｚ軸方向に校正部材を再度位置決めするステップ（例えば、図１１Ａ～１１Ｃ、図１３Ｂの実施形態のように、階段状の面を有する校正部材を、図７Ａ～図７Ｃの校正ゲージ拡張子７４４を使って位置調整すること）、
プローブ信号処理制御回路（図２及び図５のプローブ信号処理制御回路２０７参照）の制御パラメータを可能な限り調整するステップ、
及び／又は、
伸縮部又は台部に組み込まれているＺ軸ステージを走査して、スパイラルスキャンを実行するステップ、等を含む。
Ｚ軸方向に校正部材を再度位置決めするステップ（例えば、図１１Ａ～１１Ｃ、図１３Ｂの実施形態のように、階段状の面を有する校正部材を、図７Ａ～図７Ｃの校正ゲージ拡張子７４４を使って位置調整すること）、
プローブ信号処理制御回路（図２及び図５のプローブ信号処理制御回路２０７参照）の制御パラメータを可能な限り調整するステップ、
及び／又は、
伸縮部又は台部に組み込まれているＺ軸ステージを走査して、スパイラルスキャンを実行するステップ、等を含む。
【0094】
表１に、回転ＣＲＳ構造における誤差の要因を例示する。上述の図８Ｃも参照。
【0095】
【表1】
【0096】
ミスアライメント起因の誤差は、１組の数式によっても表現され得る。誤差の補正（例えば、試験測定結果の調整）用の校正データ又は校正情報を生成するため、その誤差を校正部材から収集された測定データと比較する場合がある。例えば、測定データへのカーブフィッティングを使用して、誤差を示す数式の係数を決定できる。
【0097】
一例として測定値の誤差は、次の関係式（１）で表される。
【0098】
【数1】
【0099】
ここで、ＤＣ，ωＣ（，ＺＣ）は、測定入力値のデータ変数（ＺＣは上式にないが、収集可能な第３の測定入力値）である。
ΔＲ，Δφ，ΔＺは、測定誤差である。
２次高調波までのフィッティング係数は残りの記号であり、すべてを以下に定義する。
ＤＣは、光学ペンからの補正された距離測定データを表し、非回転で線形になるように校正される。しかし、回転測定の際の測定装置の様々な機構的ミスアライメントの結果、オフセット誤差およびスケーリング誤差を有する場合がある。
ωＣは、光学ペンの回転エンコーダの補正された回転角出力値を表す。
ＺＣは、光学ペンの回転エンコーダ・プラットフォームの補正されたＺ軸ステージの位置出力値を表す。
ΔＲ，Δφ，ΔＺは、測定誤差である。
２次高調波までのフィッティング係数は残りの記号であり、すべてを以下に定義する。
ＤＣは、光学ペンからの補正された距離測定データを表し、非回転で線形になるように校正される。しかし、回転測定の際の測定装置の様々な機構的ミスアライメントの結果、オフセット誤差およびスケーリング誤差を有する場合がある。
ωＣは、光学ペンの回転エンコーダの補正された回転角出力値を表す。
ＺＣは、光学ペンの回転エンコーダ・プラットフォームの補正されたＺ軸ステージの位置出力値を表す。
【0100】
ΔＲは、半径距離測定誤差を表し、次の係数を有する項を含む。
Ｒｏは、半径オフセットの定数項を表す。
ＲＬは、半径線形（スケーリング）項の係数を表す。
ＣＲ１は、半径１次高調波項の振幅係数を表す。
θＲ１は、半径１次高調波項の位相係数を表す。
ＣＲ２は、半径２次高調波項の振幅係数を表す。
θＲ２は、半径２次高調波項の位相係数を表す。
Ｒｏは、半径オフセットの定数項を表す。
ＲＬは、半径線形（スケーリング）項の係数を表す。
ＣＲ１は、半径１次高調波項の振幅係数を表す。
θＲ１は、半径１次高調波項の位相係数を表す。
ＣＲ２は、半径２次高調波項の振幅係数を表す。
θＲ２は、半径２次高調波項の位相係数を表す。
【0101】
Δφは、方位角測定誤差を表し、次の係数を有する項を含む。
φｏは、方位角オフセットの定数項を表す。
φＬは、方位角線形（スケーリング）項の係数を表す。
Ｃφ１は、方位角１次高調波項の振幅係数を表す。
θφ１は、方位角１次高調波項の位相係数を表す。
Ｃφ２は、方位角２次高調波項の振幅係数を表す。
θφ２は、方位角２次高調波項の位相係数を表す。
φｏは、方位角オフセットの定数項を表す。
φＬは、方位角線形（スケーリング）項の係数を表す。
Ｃφ１は、方位角１次高調波項の振幅係数を表す。
θφ１は、方位角１次高調波項の位相係数を表す。
Ｃφ２は、方位角２次高調波項の振幅係数を表す。
θφ２は、方位角２次高調波項の位相係数を表す。
【0102】
ΔＺは、Ｚ軸測定誤差を表し、次の係数を有する項を含む。
Ｚｏは、Ｚ軸オフセットの定数項を表す。
ＺＬは、Ｚ軸線形（スケーリング）項の係数を表す。
ＣＺ１は、Ｚ軸１次高調波項の振幅係数を表す。
θＺ１は、Ｚ軸１次高調波項の位相係数を表す。
ＣＺ２は、Ｚ軸２次高調波項の振幅係数を表す。
θＺ２は、Ｚ軸２次高調波項の位相係数を表す。
幾つかの実施形態では、ここでの二次高調波項は無視できるものとして扱われる。その他の実施形態では、二次および更に高次の高調波項を含んでいてもよい。
Ｚｏは、Ｚ軸オフセットの定数項を表す。
ＺＬは、Ｚ軸線形（スケーリング）項の係数を表す。
ＣＺ１は、Ｚ軸１次高調波項の振幅係数を表す。
θＺ１は、Ｚ軸１次高調波項の位相係数を表す。
ＣＺ２は、Ｚ軸２次高調波項の振幅係数を表す。
θＺ２は、Ｚ軸２次高調波項の位相係数を表す。
幾つかの実施形態では、ここでの二次高調波項は無視できるものとして扱われる。その他の実施形態では、二次および更に高次の高調波項を含んでいてもよい。
【0103】
回転ＣＲＳ測定装置の十分に補正された測定値は、式（２）の関係の円筒座標系で表される。
【数2】
【0104】
右の項は上記での定義の通り。
ＲＲＣＰＳ，ｃは、十分に補正された半径距離の測定値を表す。
φＲＣＰＳ，ｃは、十分に補正された方位角の測定値を表す。
ＺＲＣＰＳ，ｃは、Ｚ軸距離の測定値を表す。
図１４は、図１１Ｂの校正部材の補正されたデータをＺ軸に投影した一例であり、円筒座標系にプロットされている。データは、少なくとも半径オフセットが補正されている。
ＲＲＣＰＳ，ｃは、十分に補正された半径距離の測定値を表す。
φＲＣＰＳ，ｃは、十分に補正された方位角の測定値を表す。
ＺＲＣＰＳ，ｃは、Ｚ軸距離の測定値を表す。
図１４は、図１１Ｂの校正部材の補正されたデータをＺ軸に投影した一例であり、円筒座標系にプロットされている。データは、少なくとも半径オフセットが補正されている。
【0105】
データは、式（３）を用いて円筒座標系から直交座標系に変換される。
【数3】
【0106】
変換はデータの可視化に役立つ。図１１Ｃは、図１４から変換され、直交座標系にプロットされたデータの一例である。変換を使用すれば、データを規格化することもできる。例えばデータは、直交座標系に変換してもよいし、データをＺ軸に揃えるために回転変換と並進変換を実行してもよい。また、その後、円筒座標系に戻す変換を実行してもよい。
【0107】
幾つかのケースでは、小半径の測定に関心が持たれる。そして、１つの校正部材の半径測定値への校正で十分である。これらのケースにおいて、線形係数ＲＬ，φＬ，ＺＬはゼロに設定され、フィッティングは、一定のオフセット項Ｒｏ，φｏ，Ｚｏを含めるだけでよく、必要であれば高調波項を一緒に用いる（例えば、半径についての１次、２次高調波項のみが必要になる）。他のケースでは、測定が光学ペンの全ての半径範囲に及んで実行される。そして、分離された複数のリングゲージ、又は、望ましくは、１つの複数段のリングゲージを使って、半径測定の全測定範囲が校正される。必要ならば、異なる半径における潜在的な方位角誤差およびＺ軸誤差を、方位角とＺ軸の校正に必要なマーク又は形状を有している校正部材を使って、校正することができる。そのようなケースでは、線形フィッティングが、線形係数ＲＬ，φＬ，ＺＬと、一定のオフセット項Ｒｏ，φｏ，Ｚｏの両方を含んでいる。フィッティングは、高調波係数と同様に、これらのパラメータにも同時に適合する。幾つかのケースでは、規則正しい整数回の回転サイクル（これにより、高調波成分が平均化される）に亘って、半径データを平均化することが望ましい（図１４の「平均半径距離」のラベル参照）。また、その後、線形項とオフセット項を、複数のゲージ半径Ｒｉの平均半径データにだけフィッティングして、線形補正係数ＲＬ，φＬ，ＺＬと一定のオフセット補正項Ｒｏ，φｏ，Ｚｏを決定する。
【0108】
一例として、図１５は、図１４の校正試験データと、トレース可能な容認値の表示とを示すグラフを示す。図１５の縦軸は、平均半径距離を表し、横軸は、校正部材のゲージ番号（段付きゲージの場合の段番号）を表す。所定の半径距離又は段において、試験データとトレース可能な容認値の差分は、その距離又は段における半径誤差ΔＲに対応している。試験データへの直線フィッティングは、良好な線形性を示すが、複数段の校正部材のトレース可能な容認値からの幾つかのオフセット誤差と勾配誤差が生じている。平均半径距離の測定値の線形フィッティング（点線）と、各段の半径のトレース容認値との関係（すなわち、式（１）からのΔＲ＝Ｒｏ＋ＲＬＤＣ）から、補正された勾配ＲＬとオフセットＲｏの校正係数を用いてトレース容認値に測定値を校正する方法が導き出される。補正された勾配とオフセットを回転ＣＲＳ構造の校正に使用することで、全ての測定範囲において半径測定を高精度で実行することができる。望ましくは、異なる半径位置における校正部材のＺ軸または方位角の基準パターンを使って、同様の補正をＺ軸および方位角にも適用されるとよい。
【0109】
図１６は、異なる距離の範囲（図示する４つのゲージ距離の位置）、および、異なるオフセットの範囲（図示するＮのオフセット位置）で、より連続した校正距離の測定値を取得することをグラフィカルに示している。異なるゲージ距離とオフセットの位置における測定値を比較することで、例えば、同時にカーブフィッティングを同時に実行することで、機械的回転に起因する誤差（回転角に関して共通モードを持つ誤差）を、ＣＲＳペンの校正に起因する誤差（ＣＲＳ距離の測定値に関して共通モードを持つ誤差）から分離することができる。
【0110】
ゲージの軸からのＸＹオフセットの使用（例えば、複数の距離ゲージ）、及び、複数のゲージ距離の段の使用によって、ＣＲＳ測定範囲内のＣＲＳ距離毎の測定距離データが得られる。これによって、単にそれぞれのリングゲージ距離又は段の半径に基づく、区分的な線形校正とは対照的に、ＣＲＳ距離の連続的な校正が容易になる。例えば、校正部材に中心を合わせた光学ペンの理想軸を用いて実行する第１校正は、高調波誤差を取り除くことができる。図１６に示すように、１番目のオフセットでは、光学ペンの理想軸が校正部材の中心軸にアライメントされている。このデータは、偏差の少ない特定の半径測定の補正に利用できる。続いて、校正部材の中心軸から光学ペンの理想軸までのオフセットを複数通りにして（例えば、２番目からＮ番目までのオフセット）、各オフセットでの校正距離測定が実行される。生成データに、連続した半径距離での測定値を含めてもよい。ＸＹオフセットは、リングゲージ又はこれに類似のワーク表面に対するセンサーのアライメントにおける僅かな振動偏差をもたらす。校正部材の表面の種類に応じて、そのような偏差から半径測定誤差が生じる場合もある。そのような実施形態では、表面の種類が既知で、角度偏差が確定的ならば、ルックアップテーブル又はこれに類似の計算を使用して、そのような誤差を補正することができる。
【0111】
光学ペンの軸をリングゲージの軸にアライメントでき、そのアライメントの状態（例えば、同じアライメント）で続けてワーク測定が実行される場合、ここに記載のリングゲージ（すなわち校正部材）が、その光学ペンの校正に特に有利である。それらの構成は、様々なプラットフォーム（それぞれ固定型の自動ジョイントを有するスカラ型組立ロボット、画像処理システム、ＣＭＭなど）で実現できる。例えば、それらの構成では、プローブが一定の向き（例えば、垂直）で保持され（すなわち、そのプローブをワーク測定の実行と同様に校正プロセスに使用できる）、校正プロセスのために、リングゲージを対応した一定の向き（例えば、垂直）でそのプラットフォームにマウントすることができる。
【0112】
図１７は、ＣＭＭの回転ＣＲＳ構造の一実施形態に係る校正手順１７００を示すフロー図である。この手順１７００は、例えば、ここに記載の校正部材を備えるＣＭＭについての１以上の実施形態を使って、実行することができる。この手順によって、回転ＣＲＳ構造のミスアライメント誤差を補正するための校正データ又は校正情報が提供される。回転ＣＲＳ構造は、回転軸についての半径方向に沿って半径距離検出ビームを照射するように構成され、また、回転軸周りに半径距離検出ビームを回転させるように構成されている。
【0113】
手順１７００は、ステップ１７０２で、プローブ信号処理制御回路（例えば、図２、図５のプローブ信号処理制御回路２０７）がこの手順を呼び出すことによって開始される。この手順１７００は、ステップ１７０２からステップ１７１０まである。ステップ１７１０で、校正部材（例えば、図７Ａ～図７Ｃの校正部材７４６、図９Ａ～図９Ｄの校正部材９４６、図１０の校正部材１０４６、図１１Ａ～図１１Ｃの校正部材１１４６，１１４６’、図１２Ａ，図１２Ｂの校正部材１２４６、図１２Ｃの校正部材１２４６’、図１３Ａ～図１３Ｅの校正部材１３４６参照）が、ＣＭＭの回転ＣＲＳ構造に対して位置決めされる（図６、図７Ａ～図７Ｃ参照）。校正部材は、少なくとも第１の円筒校正面（例えば、図１１Ａ～図１１Ｃの表面１１４８ｉ～１１４８ｎおよび１１４８ｉ’～１１４８ｎ’参照）を有し、この第１の円筒校正面は、ＣＭＭの回転軸に略平行にアライメントされた中心軸を有し、その中心軸はＺ方向に沿っている。
【0114】
円筒状の第１の円筒校正面は、該第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された１以上の基準特徴部を含んでいるとよい。基準特徴部としては、第１セットの縦基準特徴部（例えば、図９Ｃの縦線９０８参照）や第１セットの傾斜基準特徴部（例えば、図９Ｃの傾斜線９１０参照）等である。基準特徴部は、半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、また、互いに所定の位置に設けられてもよい（例えば、傾斜基準特徴部は、第１の円筒校正面の表面又は内部に、中心軸周りに互いに既知の角度又は角度間隔で配置してもよい）。
【0115】
校正部材は、回転ＣＲＳ構造に対して制約された関係で配置されていてもよい。ここで、回転軸の方向と中心軸の方向とは、互いに一定の角度関係にあり、両者の平行度はある閾値以内であり、例えば５度以内である。校正部材は、例えば、回転ＣＲＳ構造の校正ゲージ拡張子によって制約された状態で保持されていてもよい（例えば、図７Ａ～７Ｃの校正ゲージ拡張子７４４参照）。手順１７００は、ステップ１７１０からステップ１７２０へ進む。
【0116】
ステップ１７２０では、回転ＣＲＳ構造を動作させて第１セットの半径距離測定データを提供する。該測定データは、校正部材に関するＺ方向の第１のＺ座標位置で、半径距離検出ビームを回転軸周りに回転させながら取得されたものであり、また、半径距離検出ビームの回転軸周りの検知回転角度を参照している。例えば、エンコーダ（図６のエンコーダ６３０参照）が、回転角度情報の検出値を提供できる。手順１７００は、ステップ１７２０からステップ１７３０へ進む。
【0117】
ステップ１７３０で、この手順１７００が追加セットの半径距離測定データを取得するかどうかを決定する。ステップ１７３０で、測定データの追加セットの取得が決定された場合、手順１７００は、ステップ１７３０からステップ１７４０へ進む。
【0118】
ステップ１７４０では、追加セットの半径距離データの取得を容易化するために、光学調整が実行される。光学調整としては、校正ゲージ拡張子（例えば、図７Ａ～図７Ｃの校正ゲージ拡張子７４４）を利用して、段付き校正部材（例えば、図１１Ａ～図１１Ｃの校正部材１１４６）を再度位置決めすることである。又は、その他、校正部材および／又はＣＲＳプローブの相互位置の調整、信号処理ルーチンの調整などである。ステップ１７４０から、手順１７００は、ステップ１７２０に戻って、ＣＲＳプローブを動作させて、追加セットの半径距離測定データを取得する。
【0119】
ステップ１７３０で、半径距離測定データの追加セットを取得しない場合、手順はステップ１７３０からステップ１７５０へ進む。ステップ１７５０で、手順１７００は、検知回転角度を参照する半径距離測定データの取得セットを処理して、校正データを決定する。この校正データは、回転軸周りの半径距離検出ビームの検知回転角度の関数として、半径距離測定誤差の特徴付け又はその補償に使用できるように構成されている。手順１７００は、ステップ１７５０からステップ１７６０に進んで終了する、又は追加処理（校正データの保存および／又は追加校正データの決定など）を実行する。
【0120】
手順１７００では、図示した動作よりも多くの又は少ない動作が実行されてもよいし、様々な順番で動作が実行されてもよい。例えば、一実施形態として、手順１７００は、複数の測定距離についての半径距離データのセットを同時に取得してもよい（例えば、回転ＣＲＳ装置のＺ軸に直交する方向に全体的にアライメントされた複数の校正面を有する校正部材を測定する場合（図１２Ｃ、図１３Ｃ～図１３Ｅ参照））。手順１７００では、半径距離測定データのセットの取得が終わる前に、１以上のセットの半径距離測定データが処理されるようにしてもよい。他の例では、校正情報が、干渉計を使って取得されたデータを含むようにしてもよい。そのようなデータとしては、光学ペンに関する理想的なＣＲＳ距離データや、１以上の円筒形の校正面の半径などのデータである。手順１７００を変更して、干渉計による取得データの回収動作、および／又は、干渉計による測定実行の動作が含まれるようにしてもよい。
【0121】
上述の方法は、回転クロマティックレンジセンサのミスアライメント誤差を補正するための校正データを提供するための方法である。このレンジセンサは、回転軸に関する半径方向に沿って半径距離検出ビームを向けるように構成され、また、回転軸周りに半径距離検出ビームを回転させるように構成されている。
校正部材が提供される。この校正部材は、少なくとも第１の円筒校正面を有する。この第１の円筒校正面の中心軸は、Ｚ方向に沿っていて、回転軸に略平行になるようにアライメントされている。第１の円筒校正面は、Ｚ方向に沿った中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に配置され、第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１セットの角度基準特徴部を含む。角度基準特徴部は、半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、第１の円筒校正面の表面又は内部に、中心軸周りに互いに既知の角度又は角度間隔で配置される。校正部材は、レンジセンサに対してある関係で配置される。回転軸の方向と中心軸の方向は、互いに一定の角度関係にあり、両者の平行度は５度以内である。
校正部材が提供される。この校正部材は、少なくとも第１の円筒校正面を有する。この第１の円筒校正面の中心軸は、Ｚ方向に沿っていて、回転軸に略平行になるようにアライメントされている。第１の円筒校正面は、Ｚ方向に沿った中心軸から既知の第１半径Ｒ１の距離に配置され、第１の円筒校正面の表面又は内部に形成された第１セットの角度基準特徴部を含む。角度基準特徴部は、半径距離検出ビームによって検出可能に構成され、第１の円筒校正面の表面又は内部に、中心軸周りに互いに既知の角度又は角度間隔で配置される。校正部材は、レンジセンサに対してある関係で配置される。回転軸の方向と中心軸の方向は、互いに一定の角度関係にあり、両者の平行度は５度以内である。
【0122】
回転クロマティックレンジセンサが動作すると、第１セットの半径距離データが提供される。このデータセットは、校正部材に関するＺ方向の第１Ｚ座標位置で検出ビームを回転軸周りに回転させる間に取得される。ここで、半径距離データは、回転軸周りの検出ビームの検知回転角度を参照している。検知回転角度を参照する第１セットの半径距離データは演算処理されて、校正データが決定される。この校正データは、検出ビームを回転軸周りの検出ビームの検知回転角度の関数として、半径距離測定誤差の特徴付け又は補償に使用可能に構成される。
【0123】
幾つかの実施形態において、この提供方法は、第１セットの半径距離データを取得することと、レンジセンサと校正部材間のＺ位置関係を、校正部材に関するＺ方向の第２Ｚ座標位置に調整することと、を含む。ここで、第１と第２のＺ座標位置の差異は既知である。その調整の際、確立された一定の角度関係は変更されない。回転クロマティックレンジセンサが再度動作して、第２Ｚ座標位置での第２セットの半径距離データが提供される。検知回転角度を参照している第１セットおよび第２セットの半径距離データは演算処理されて、校正データが決定される。この校正データは、回転軸周りの半径距離検出ビームの検知回転角度の関数として、半径距離測定誤差の特徴付け又は補償に使用可能に構成されている。
【0124】
幾つかの実施形態において、校正部材は、特定のリングゲージであり、上記の提供方法は、回転クロマティックレンジセンサおよびリングゲージのうちの少なくとも１つを、Ｚ方向へ移動するように制約された精密Ｚ移動ステージに載置することを含む。この精密Ｚ移動ステージを動作させて、第１および第２Ｚ位置関係の違いが既知になるようにする。
【0125】
幾つかの実施形態において、第１の円筒校正面は、少なくとも１つの完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部を含み、これらは校正面の周壁に形成されている。スパイラル溝部又はスパイラル凸部のそれぞれのＺ座標位置は、校正面の周壁の周方向の角度の関数として既知である。
【0126】
幾つかの実施形態において、校正部材は、特定のリングゲージであり、回転クロマティックレンジセンサは、該レンジセンサに組み込まれた第１リングゲージ取付手段を備える。また、リングゲージは、第１リングゲージ取付手段と対になる第２リングゲージ取付手段を備え、両者が互いに組み合うことで、第２リングゲージ取付手段は、リングゲージを制約された関係でアライメントするように構成されている。
【0127】
幾つかの実施形態において、回転クロマティックレンジセンサは、該レンジセンサのレンズ機構および回転軸受機構を収容している筐体を備えた光学ペンアセンブリを含む。第１リングゲージ取付手段は、該レンジセンサの筐体に組み込まれている。
【0128】
幾つかの実施形態において、筐体およびリングゲージは、退避期間中の退避位置においてリングゲージが筐体に保持されるように構成され、また、退避期間中の通常の測定における半径距離検出ビームを妨害したり干渉したりしないように構成されている。校正期間には、リングゲージを移動して、校正位置においてリングゲージを筐体に保持する。その校正位置において、校正部材は、回転クロマティックレンジセンサに対してある位置関係になるように配置される。
【0129】
幾つかの実施形態において、校正部材は、第１の円筒校正面と同心である第２の円筒校正面を含む。第１及び第２の円筒校正面の一方は内周面であり、他方は外周面であり、少なくとも外周面の複数の部分が、内周面を通して観察可能に構成されている。
【0130】
幾つかの実施形態において、校正部材はガラス管である。第１の円筒校正面は、ガラス管の外壁面であり、第２の円筒校正面は、該ガラス管の内壁面である。
【0131】
幾つかの実施形態において、校正部材は、複数の同心のガラス管を含む。第１の円筒校正面は、複数のガラス管のうちの１つの壁面であり、第２の円筒校正面は、その複数のガラス管のうちの他の１つの壁面である。
【0132】
幾つかの実施形態において、内周面には、複数の窓部または切片部を含んだパターンが設けられている。外周面の複数の部分は、そのパターンの窓部または切片部を通して観察可能に構成されている。
【0133】
幾つかの実施形態において、校正部材は第３の円筒校正面を含む。この第３の円筒校正面は、第１および第２の円筒校正面と同心である。
【0134】
幾つかの実施形態において、校正部材は、第２の円筒校正面を含み、この第２の円筒校正面は、Ｚ方向に沿った中心軸を有し、回転軸と略平行になるようにアライメントされている。第２の円筒校正面は、Ｚ方向に沿った中心軸から既知の第２半径Ｒ２の距離に設けられている。この第２半径Ｒ２は第１半径Ｒ１とは異なる長さである。
【0135】
幾つかの実施形態において、校正部材は、該校正部材を回転クロマティックレンジセンサの校正ゲージ拡張子に接続するように構成された１以上の取付手段を含み、該校正部材を回転クロマティックレンジセンサに対して制約された関係に配置することができる。制約された関係では、回転軸の方向と中心軸の方向が互いに一定の角度関係になり、両者の平行度は５度以内である。
【0136】
幾つかの実施形態において、校正部材が校正ゲージ拡張子に接続された際、第１の円筒校正面は、回転クロマティックレンジセンサに対して第１Ｚ位置関係を有するように構成され、第２の円筒校正面は、回転クロマティックレンジセンサに対して第２Ｚ位置関係を有するように構成される。第１及び第２Ｚ位置関係の違いは既知である。
【0137】
幾つかの実施形態において、校正部材の１以上の表面特徴部は平坦面と窪みを備える。
【0138】
幾つかの実施形態において、第１及び第２の円筒校正面の一方は内周面であり、他方は外周面であり、外周面における少なくとも複数の部分が、内周面を通して観察可能である。
【0139】
幾つかの実施形態において、校正部材はガラス管である。第１の円筒校正面はガラス管の外壁面であり、第２の円筒校正面はガラス管の内壁面である。
【0140】
幾つかの実施形態において、校正部材は、複数の同心のガラス管を含む。第１の円筒校正面は、複数のガラス管のうちの１つの壁面であり、第２の円筒校正面は、複数のガラス管のうちの他の１つの壁面である。
【0141】
幾つかの実施形態において、校正部材の内周面に複数の窓部または切片部を含んだパターンが設けられ、これら複数の窓部または切片部を通して、外周面の複数の部分が観察可能になっている。
【0142】
幾つかの実施形態において、校正部材は、第１及び第２の円筒校正面に対して同心である第３の円筒校正面を含む。
【0143】
幾つかの実施形態において、第１の円筒校正面は、少なくとも１つの完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部を含み、これらは校正面の周壁に形成されている。完全又は部分的なスパイラル溝部又はスパイラル凸部のそれぞれのＺ座標位置は、校正面の周壁の周方向の角度の関数として既知である。
【0144】
幾つかの実施形態において、座標測定機（ＣＭＭ）とクロマティックレンジセンサ（ＣＲＳ）光学プローブと校正部材とを備えた装置が提供される。ＣＭＭは、光発生回路と波長検出回路とＣＭＭ制御回路とを備える。ＣＲＳ光学プローブは、ＣＭＭに接続可能に構成されており、少なくとも共焦点アパーチャー及び色分散光学部材を含んだ共焦点光学系を有する光学ペンを備えている。光学ペンは、回転軸に関する半径方向に沿って、半径距離検出ビームを照射するように構成され、その半径距離検出ビームを回転軸周りに回転させるように構成され、測定軸に沿ったワークの被測定面付近の異なる距離において異なる波長光が焦点を結ぶように構成されている。校正部材は、ＣＲＳ光学プローブのミスアライメント誤差を補正するための校正データを提供するためのものである。
【0145】
幾つかの実施形態において、ＣＲＳ光学ペンは、回転クロマティックレンジセンサのレンズ機構および回転軸受機構を収容している筐体を備えた光学ペンアセンブリを含む。この光学ペンアセンブリは、ＣＲＳ光学ペンの筐体に組み込まれている第１校正部材取付手段を含んでいる。
【0146】
幾つかの実施形態において、筐体および第１校正部材取付手段は、退避期間中の退避位置において該第１校正部材取付手段が筐体に保持されるように構成され、また、退避期間中の通常の測定における半径距離検出ビームを妨害したり干渉したりしないように構成されている。校正期間中は、第１校正部材取付手段を移動して、校正位置において第１校正部材取付手段を保持する。
【0147】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、ここに示した構成および動作手順についての多くの変形例が、この開示内容に基づいて当業者には明らかである。例えば、ここに開示されたＣＭＭは、どのようなタイプの従来型ＣＭＭであってもよく、及び／又は、座標値の決定に光学プローブを利用するどのような他のタイプの機器であってもよい（例えば、光学プローブを利用するロボットプラットフォーム等）。他の例として、ここに開示されたＣＲＳ光学プローブに加えて、他のタイプの光学プローブをここに開示されたシステム装置及び構成に利用することもできる（例えば、他の非接触式の白色光光学プローブを利用する場合も、同様に、ここに開示された自由空間型光ファイバカップリングを介して光をその光学プローブに伝送することができること等）。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図13E】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】