JP2001012942A

JP2001012942A - 三次元スキャナー

Info

Publication number: JP2001012942A
Application number: JP11182765A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Suzuki; 広信鈴木
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】簡潔な構成によって、繁雑な作業を必要とする
ことなく、高精度で被測定物の表面の形状ならびに色に
ついての情報を得る。【解決手段】導光部材を有して構成される接触子を備
え、接触子の接触状態を示す信号を出力する接触センサ
ーと、接触センサーの接触子を被測定物の表面に接触さ
せる移動手段と、接触センサーから出力される信号に基
づいて接触子が被測定物の表面に接触したことを検知
し、該検知したときにおける接触子が接触している被測
定物の表面の部位の三次元位置を検出する位置検出手段
と、位置検出手段が三次元位置を検出した被測定物の表
面の部位から所定の間隙を有して接触センサーの接触子
が離隔した状態で、導光部材に入射された位置検出手段
が三次元位置を検出した被測定物の表面の部位からの反
射光に基づいて、位置検出手段が三次元位置を検出した
被測定物の表面の部位の色を検出する色検出手段とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元スキャナー
に関し、さらに詳細には、立体たる被測定物の表面を走
査して、当該表面の形状を検出する三次元スキャナーに
関する。

【０００２】なお、本明細書において「被測定物」と
は、三次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体
は所定の形状を有し、また、当該物体の表面には所定の
単数または複数の色（色彩）が施されているものとす
る。

【０００３】

【従来の技術】従来より、マイクロ・コンピューター
と、立体たる被測定物の表面の形状を検出する検出手段
と、この検出手段を被測定物に対してＸ軸方向、Ｙ軸方
向およびＺ軸方向の三次元方向に任意に移動する駆動手
段とを有し、所定のプログラムに従った当該マイクロ・
コンピューターの制御によって当該駆動手段が当該検出
手段を被測定物に対して三次元方向に移動して走査させ
ることにより、当該検出手段により被測定物の表面の形
状を検出して、被測定物の表面の形状についての情報を
得ることができるようにした三次元スキャナーが知られ
ている。

【０００４】即ち、従来の三次元スキャナーにおいて
は、検出手段は単に被測定物の表面の形状のみを検出す
るものであり、被測定物の表面に関する情報のうちの被
測定物の表面の形状についての情報（なお、本明細書に
おいては当該「被測定物の表面の形状についての情報」
を、「形状データ」と適宜称することとする。）のみし
か得ることができず、被測定物の表面に関する情報のう
ちの被測定物の表面の色についての情報（なお、本明細
書においては当該「被測定物の表面の色についての情
報」を、「色データ」と適宜称することとする。）を得
ることはできなかった。

【０００５】このため、従来の三次元スキャナーにおい
て色データを得るためには、形状データを得るための検
出手段に加えて、当該検出手段とは独立した構成とされ
た色データを得るための検出手段、例えば、ＣＣＤ（電
荷結合素子）カメラなどを設ける必要があった。

【０００６】つまり、従来の三次元スキャナーにおいて
形状データに加えて色データを得ようとする場合には、
形状データを得るための検出手段の他に、色データを得
るための検出手段が必要となるため、三次元スキャナー
全体の構成が複雑化するとともに、製造コストなどが増
大し、高価なものになるという問題点があった。

【０００７】また、形状データを得るための検出手段に
よって得られた形状データと色データを得るための検出
手段によって得られた色データとの間には何らの関連付
けもなされていないので、当該形状データと当該色デー
タとを対応させて被測定物の表面に関する情報とする作
業、例えば、パーソナル・コンピューターを用いて形状
データの示す形状に色データの示す色を対応させるマッ
ピング作業などを行う必要があり、被測定物の表面に関
する情報を得る作業が繁雑なものとなっていたという問
題点があった。

【０００８】また、色データを得るための検出手段とし
てＣＣＤカメラなどを用いた場合においては、当該色デ
ータを得るための検出手段における被測定物の表面の分
解能と、形状データを得るための検出手段における被測
定物の表面の分解能との間に差があると、形状データの
示す被測定物の表面の所定範囲において被測定物が実際
に有する色と、当該所定範囲の色として色データの示す
色とが一致しない恐れがあり、誤差を生じることがある
という問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、簡潔な構成によって、
しかも安価に、被測定物の表面の形状ならびに色につい
ての情報を得ることができるようにした三次元スキャナ
ーを提供しようとするものである。

【００１０】また、本発明の目的とするところは、繁雑
な作業を必要とすることなしに、高精度で被測定物の表
面の形状ならびに色についての情報を得ることができる
ようにした三次元スキャナーを提供しようとするもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、少なくとも
導光部材を有して構成される接触子を備え、上記接触子
の接触状態を示す信号を出力する接触センサーと、上記
接触センサーを被測定物に対して相対的に三次元方向で
移動して、上記接触子を上記被測定物の表面に接触させ
る移動手段と、上記接触センサーから出力される上記信
号に基づいて、上記移動手段による上記接触センサーの
移動によって上記接触子が上記被測定物の表面に接触し
たことを検知し、該検知したときにおける上記接触子が
接触している上記被測定物の表面の部位の三次元位置を
検出する位置検出手段と、上記位置検出手段が三次元位
置を検出した上記被測定物の表面の部位から所定の間隙
を有して上記導光部材が離隔した状態で、上記導光部材
に入射された上記位置検出手段が三次元位置を検出した
上記被測定物の表面の部位からの反射光に基づいて、上
記位置検出手段が三次元位置を検出した上記被測定物の
表面の部位の色を検出する色検出手段とを有するように
したものである。

【００１２】従って、本発明のうち請求項１に記載の発
明によれば、接触子を被測定物の表面に接触させること
により当該接触した部位の三次元位置を検出することが
できるとともに、接触子の導光部材に入射された当該接
触した部位からの反射光に基づいて、当該接触した部位
の色を検出することができる。

【００１３】また、本発明のうち請求項２に記載の発明
は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記
接触子が、内部が中空の管状体である外周部材と、上記
外周部材の内部に挿通された導光部材とを有して構成さ
れるようにしたものである。

【００１４】従って、本発明のうち請求項２に記載の発
明によれば、外周部材により導光部材が保護されて、そ
の損傷が防止されるとともに、外周部材により外乱を遮
蔽した状態において、導光部材に接触子が被測定物の表
面と接触した部位における反射光を入射することができ
るようになる。

【００１５】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
は、本発明のうち請求項１または請求項２のいずれか１
項に記載の発明において、上記接触子は、導光部材とし
て第１の導光部材と第２の導光部材と第３の導光部材と
を有し、上記色検出手段は、上記第１の導光部材に入射
された反射光から赤色成分の信号を選択する第１の選択
手段と、上記第２の導光部材に入射された反射光から緑
色成分の信号を選択する第２の選択手段と、上記第３の
導光部材に入射された反射光から青色成分の信号を選択
する第３の選択手段とを有するようにしたものである。

【００１６】従って、本発明のうち請求項３に記載の発
明によれば、簡潔な構成により、接触子が被測定物の表
面と接触した部位における反射光を色成分を得て、被測
定物の表面の部位の色を検出することができる。

【００１７】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３の
いずれか１項に記載の発明において、上記接触センサー
は、圧電素子を有し、上記圧電素子に電圧を印加したと
きに生じる歪みにより上記接触子を振動させるととも
に、該振動に応じた信号を上記接触子の接触状態を示す
信号として出力し、上記位置検出手段は、上記移動手段
による上記接触センサーの移動によって、上記接触子が
上記被測定物の表面に接触して上記接触子の振動が抑制
されることによる上記接触センサーから出力される上記
信号の変化に基づいて、上記接触子が上記被測定物の表
面に接触したことを検知するようにしたものである。

【００１８】従って、本発明のうち請求項４に記載の発
明によれば、簡潔な構成により、接触子が被測定物の表
面に接触したことを検知することができる。

【００１９】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
は、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３または
請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記導
光部材は、屈曲可能な光ファイバーにより構成されるよ
うにしたものである。

【００２０】従って、本発明のうち請求項５に記載の発
明によれば、導光部材が屈曲可能な光ファイバーである
ため、導光部材を配置する際の作業を容易に行うことが
できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による三次元スキャナーの実施の形態の一例を詳細
に説明するものとする。

【００２２】図１には、本発明による三次元スキャナー
の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。

【００２３】この三次元スキャナー１０は、固定系のベ
ース部材１２と、ベース部材１２上においてＹ軸方向
（図１の紙面に対して直行する方向）に延長するととも
に互いに平行な位置関係で配設された２本のレール１４
−１、１４−２と、２本のレール１４−１、１４−２上
にＹ軸方向に移動自在に配設されたテーブル１６と、ベ
ース部材１２上に垂直に立設された側方部材１８と、側
方部材１８に対してＹ軸方向と直交するＸ軸方向（図１
の矢印Ａ方向）に延長するとともに互いに平行して配設
された２本のレール２０−１、２０−２と、２本のレー
ル２０−１、２０−２上にＸ軸方向に移動自在に配設さ
れたキャリッジ２２と、キャリッジ２２に対してＸ軸方
向およびＹ軸方向と直交するＺ軸方向（図１の矢印Ｂ方
向）に延長するとともに互いに平行して配設された２本
のレール２４−１、２４−２と、２本のレール２４−
１、２４−２上にＺ軸方向に移動自在に配設された支持
部材２６と、テーブル１６と対向するようにして支持部
材２６に固定的に配設された検出装置２８と、検出装置
２８を構成する取付部材３２（後述する）に一体的に配
設された照明装置３０とを有して構成されている。

【００２４】そして、テーブル１６上には、立体たる被
測定物２００が固定的に載置されることになる。

【００２５】なお、この三次元スキャナー１０において
は、後述するマイクロ・コンピューター１００によって
所定の分解能に応じてモーター（図示せず）の駆動が制
御され、当該モーターの駆動によって、検出装置２８を
固定的に配設した支持部材２６が２本のレール２４−
１、２４−２に沿ってＺ軸方向に移動され、また、キャ
リッジ２２が２本のレール２０−１、２０−２に沿って
Ｘ軸方向に移動され、また、被測定物２００が配設され
たテーブル１６が２本のレール１４−１、１４−２に沿
ってＹ軸方向に移動される。

【００２６】即ち、上記した三次元スキャナー１０は、
上記したモーターの駆動制御を含む全体の動作をマイク
ロ・コンピューター１００（図７参照）により制御され
ているものであるが、その詳細な説明は後述することと
する。

【００２７】次に、図２には、検出装置２８の概略構成
説明図が示されており、本発明の理解を容易にするため
に、この図２に示す状態を検出装置２８の正面図として
説明する。以下、図３に示す検出装置２８の左側面図を
合わせて参照しながら説明する。

【００２８】この検出装置２８は、矩形の板状体である
取付部材３２と、取付部材３２に固定的に配設された接
触センサー５０とから構成されるものである。

【００２９】取付部材３２には、正三角形の各頂点に位
置する３つの孔（図においては、後述するネジ９４ａ、
ネジ９４ｂ、ネジ９４ｃがそれぞれ挿入されているため
見えない。）と、ネジ１５０、ネジ１５２をそれぞれ挿
通して取付部材３２を支持部材２６に固定的に配設する
ための２つの孔４０、４２とが穿設されている。

【００３０】一方、図４には検出装置２８の正面図に対
応する接触センサー５０の正面図が示されており、図５
には接触センサー５０の背面図が示されており、図６
（ａ）には接触センサー５０の接触子６０（後述する）
を中心として示した一部拡大概略斜視図が示されてお
り、図６（ｂ）には接触子６０の先端部６０ａを中心と
して示した一部拡大概略斜視図されている。

【００３１】この接触センサー５０は、円板状体の導体
板である金属板５２と、金属板５２の背面側に貼着され
た円板状体の圧電素子５４と、金属板５２の下方縁部５
２ａの正面側において取付具５６によって固定された接
触子６０とを有して構成されている。

【００３２】ここで、金属板５２は、例えば、黄銅によ
り形成されるものであり、アース電極として機能するも
のである。従って、以下の記載においては、説明の内容
に応じて適宜に「金属板５２」あるいは「アース電極５
２」の記載を選択して用いることとする。

【００３３】圧電素子５４は、金属板５２の背面側に貼
着された円板状体の圧電セラミック７０と、金属板５２
の下方縁部５２ａ側においてＵ字状の切り欠き７２ａを
有する円板状体であって、圧電セラミック７０に配設さ
れた電極７２とからなるものである。

【００３４】金属板５２、圧電セラミック７０ならびに
電極７２は、上記したようにそれぞれ円板状体のもので
あるが、金属板５２、圧電セラミック７０、電極７２の
順で直径が小さくなるように寸法設定されているもので
ある。

【００３５】そして、金属板５２、圧電セラミック７０
ならびに電極７２は、それぞれの円板状体の円の中心が
一致するようにして配設されている。

【００３６】また、上記電極７２のＵ字状の切り欠き７
２ａを境にして、切り欠き７２ａの外側に位置する部位
は主電極７２ｂを構成し、切り欠き７２ａの内側に位置
する部位は帰還電極７２ｃを構成しているものである。

【００３７】さらに、上記したアース電極５２にはリー
ド線８０が接続され、主電極７２ｂにはリード線８２が
接続され、帰還電極７２ｃにはリード線８４が接続さ
れ、このうちでリード線８０はアースされているが、リ
ード線８２は後述するアンプ１１０に接続され、リード
線８４は後述するアンプ１２０に接続されるものであ
る。

【００３８】一方、接触子６０は、内部が中空の管状体
の外周部材６２と、外周部材６２の内部に挿通された光
を伝送する３本の導光部材６４、６６、６８とにより構
成されるものである。

【００３９】なお、外周部材６２は、所定の強度を備え
た材料で形成することが好ましく、例えば、ステンレス
などにより形成することができる。

【００４０】また、３本の導光部材６４、６６、６８
は、その内部を光が伝送するように構成されており、例
えば、可撓性のあるグラス・ファイバーなどにより形成
される屈曲可能な光ファイバーを用いることができる。

【００４１】なお、導光部材６４、６６、６８として屈
曲可能な光ファイバーを用いた場合には、導光部材６
４、６６、６８を外周部材６２内に配置する際の作業を
容易に行うことができるようになる。

【００４２】３本の導光部材６４、６６、６８の両端部
のうちの一方の端部は、接触子６０の先端部６０ａの端
面にまで至っており、一方、他方の端部については、導
光部材６４に関してはカラー・フィルター１１２（後述
する）に至り、導光部材６６に関してはカラー・フィル
ター１１４（後述する）に至り、導光部材６８に関して
はカラー・フィルター１１６（後述する）に至ってい
る。

【００４３】なお、接触子６０は接触子６０の基部６０
ｂにおいて、上記したように、金属板５２の下方縁部５
２ａの正面側に取付具５６によって固定されている。

【００４４】そして、上記した接触センサー５０の金属
板５２と主電極７２ｂとの間にリード線８０とリード線
８２とを介して電圧が印加されると、圧電効果によって
電圧に比例して圧電素子５４が歪み、圧電素子５４の歪
みによって金属板５２が振動するようになる。

【００４５】上記のようにして、金属板５２の振動が開
始されることにより、金属板５２に配設された接触子６
０も振動を開始するようになるものである。

【００４６】ここで、上記した接触センサー５０は、両
端部開口部付近の内周側にネジ孔が形成された管状体よ
りなるスペーサー９０ａ、９０ｂ、９０ｃを介して、取
付部材３２に固定的に配設されるものである（図３参
照）。

【００４７】即ち、取付部材３２の孔に挿通されたネジ
９２ａを、スペーサー９０ａの取付部材３２側のネジ孔
にネジ結合させ、取付部材３２の孔に挿通されたネジ９
２ｂを、スペーサー９０ｂの取付部材３２側のネジ孔に
ネジ結合させ、取付部材３２の孔に挿通されたネジ９２
ｃを、スペーサー９０ｃの取付部材３２側のネジ孔にネ
ジ結合させる。

【００４８】それから、上記した取付部材３２に対して
接触センサー５０の接触子６０の基部６０ｂがスペーサ
ー９０ｂとスペーサー９０ｃとの間の略中央に位置する
ように、スペーサー９０ａの取付部材３２側の反対側の
ネジ孔にネジ９４ａをネジ込み、スペーサー９０ａとネ
ジ９４ａのネジ頭との間で接触センサー５０の金属板５
２の縁部５２ｂに挟持するようにしてネジ結合させる。

【００４９】同様にして、スペーサー９０ｂの取付部材
３２側の反対側のネジ孔にネジ９４ｂをネジ込み、スペ
ーサー９０ｂとネジ９４ｂのネジ頭との間で接触センサ
ー５０の金属板５２の縁部５２ｂを挟持するようにして
ネジ結合させ、スペーサー９０ｃの取付部材３２側の反
対側のネジ孔にネジ９４ｃをネジ込み、スペーサー９０
ｃとネジ９４ｃのネジ頭との間で接触センサー５０の金
属板５２の縁部５２ｂを挟持するようにしてネジ結合さ
せる。

【００５０】このようにして、ネジ９４ｂとネジ９４ｃ
との間の略中央に接触子６０の基部６０ｂが位置するよ
うにして、取付部材３２に対して接触センサー５０が固
定的に配設された検出装置２８は、接触子６０の先端部
６０ａの延長方向がテーブル１６に対して直交するよう
な位置関係で、取付部材３２の孔４０と孔４２とにそれ
ぞれネジ１５０、１５２を挿入するようにして支持部材
２６にネジ結合され、支持部材２６に対して固定的に配
設されるものである。

【００５１】ここで、検出装置２８が固定的に配設され
た支持部材２６は、２本のレール２４−１、２４−２に
沿ってＺ軸方向に移動可能であり、また、キャリッジ２
２は２本のレール２０−１、２０−２に沿ってＸ軸方向
に移動可能であり、また、被測定物２００が配設された
テーブル１６は２本のレール１４−１、１４−２に沿っ
てＹ軸方向に移動可能である。

【００５２】従って、接触センサー５０と被測定物２０
０との相対的な位置関係は、接触センサー５０がＸ軸方
向とＺ軸方向とに移動可能であって、被測定物２００が
Ｙ軸方向に移動可能であるので、結局、接触センサー５
０は被測定物２００に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向および
Ｚ軸方向の三次元の方向で移動可能となされているもの
である。

【００５３】また、この接触子６０は、振動した状態で
先端部６０ａが被測定物２００に接触すると、先端部６
０ａと被測定物２００との当接により振動が抑制され
て、振動が制止されることになる。

【００５４】そして、上記したように接触センサー５０
は被測定物２００に対して相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方向
およびＺ軸方向の三次元の方向で移動可能なものである
ので、当然のことながら、接触子６０も被測定物２００
に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の三次元の
方向で移動可能である。

【００５５】なお、照明装置３０は、例えば、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）などにより形成されるものであり、接
触子６０の先端部６０ａの延長線上に位置する被測定物
２００の表面２００ａに光を照射して、表面２００ａの
輝度を向上するものである。

【００５６】次に、図７には、本発明による三次元スキ
ャナーの全体の動作を制御する制御システムのブロック
構成図が示されており、この制御システムはマイクロ・
コンピューター１００により全体の動作の制御が行われ
る。

【００５７】マイクロ・コンピューター１００は、後述
するリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）１０４に格納さ
れたプログラムに従って処理を実行する中央処理装置
（ＣＰＵ）１０２と、ＣＰＵ１０２が実行するプログラ
ムなどを格納したＲＯＭ１０４と、ＣＰＵ１０２の制御
によって本発明による三次元スキャナー１０が動作する
ことによって得られる形状データおよび色データをそれ
ぞれ記憶する形状データ記憶部１０６−１および色デー
タ記憶部１０６−２やＣＰＵ１０２の制御によって本発
明による三次元スキャナー１０の動作が行われる際のワ
ーキング・エリアとしての領域などが設定されたランダ
ム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１０６とを有して構成
されている。

【００５８】そして、マイクロ・コンピューター１００
には、リード線８２が接続されるアンプ１１０と、カラ
ー・フィルター１１２、１１４、１１６からの信号を入
力してマイクロ・コンピューター１００に出力するアン
プ１１８と、リード線８４が接続されるアンプ１２０と
が接続されている。

【００５９】ここで、カラー・フィルター１１２は導光
部材６４内に入射された光線のうちの赤（Ｒ）の成分の
信号を選択してアンプ１１８に出力するものであり、カ
ラー・フィルター１１４は導光部材６６内に入射された
光線のうちの緑（Ｇ）の成分の信号を選択してアンプ１
１８に出力するものであり、カラー・フィルター１１６
は導光部材６８内に入射された光線のうちの青（Ｂ）の
成分の信号を選択してアンプ１１８に出力するものであ
る。

【００６０】以上の構成において、図８に示す説明図を
参照しながら、上記した三次元スキャナー１０の動作の
説明を行うものとする。

【００６１】なお、上記したように、この三次元スキャ
ナー１０においては、マイクロ・コンピューター１００
によって所定の分解能に応じてモーター（図示せず）の
駆動が制御され、当該モーターの駆動によって、検出装
置２８を固定的に配設した支持部材２６が２本のレール
２４−１、２４−２に沿ってＺ軸方向に移動され、ま
た、キャリッジ２２が２本のレール２０−１、２０−２
に沿ってＸ軸方向に移動され、また、被測定物２００が
配設されたテーブル１６が２本のレール１４−１、１４
−２に沿ってＹ軸方向に移動されるものであるが、こう
した制御技術は公知の技術であるので、その詳細な説明
は省略するものとする。

【００６２】まず、この３次元スキャナーを使用するに
あたっては、テーブル１６上に、立体たる被測定物２０
０を固定的に配設する。

【００６３】それから、マイクロ・コンピューター１０
０による発振制御信号に基づいて、アンプ１１０によっ
て増幅された電圧が、リード線８０に接続された金属板
５２とリード線８２に接続された主電極７２ｂとを介し
て、圧電素子５４に印加される。

【００６４】圧電素子５４に電圧が印加されると、圧電
素子５４は歪んで金属板５２が振動し、金属板５２の振
動に伴って接触子６０が振動を開始するようになる。

【００６５】なお、この際、圧電素子５４が振動するこ
とによって生じた電圧は、帰還電極７２ｃによって検知
され、リード線８４に接続されたアンプ１２０を介して
マイクロ・コンピューター１００へとフィードバックさ
れており、マイクロ・コンピューター１００において
は、この電圧の変化によって、接触子６０が被測定物２
００に接触したか否かを検出できるようになされてい
る。

【００６６】ここで、接触子６０が振動している状態に
おいて、２本のレール２４−１、２４−２に沿って支持
部材２６をＺ軸方向に下降して移動させ、２本のレール
２０−１、２０−２に沿ってキャリッジ２２をＸ軸方向
に移動させ、２本のレール１４−１、１４−２に沿って
テーブル１６をＹ軸方向に移動させ、接触センサー５０
を被測定物２００に対して相対的にＸ軸方向、Ｙ軸方
向、Ｚ軸方向の三次元の方向に移動させることにより、
接触子６０の先端部６０ａをテーブル１６上の被測定物
２００の表面２００ａの所定の部位にＺ軸方向から当接
させる（図８（ａ）参照）。

【００６７】こうして接触子６０の先端部６０ａが被測
定物２００の表面２００ａと当接すると、接触子６０の
振動が制止される（なお、本明細書においては、「被測
定物２００の表面２００ａにおける接触子６０の先端部
６０ａがＺ軸方向で当接した部位」を、「接触点」と適
宜に称することとする。）。

【００６８】接触子６０の振動が制止されると、それと
同時に圧電素子５４の振動も制止され、このため帰還電
極７２ｃにより検知される電圧に変化が生じ、上記した
ようにマイクロ・コンピューター１００は、接触子６０
が被測定物２００に接触したことを検出する。この検出
に応じて、支持部材２６のＺ軸方向への下降移動が停止
される。

【００６９】その後、支持部材２６がＺ軸方向に上昇し
て移動され（図８（ａ）の矢印Ｃ方向）、これにより、
被測定物２００の表面２００ａに当接して振動が制止さ
れた接触子６０が、被測定物２００の表面２００ａにお
ける接触点から所定の間隙（例えば、１ｍｍ）を有して
離隔される。即ち、導光部材６４、６６、６８の先端部
が、所定の間隙（例えば、１ｍｍ）を有して接触点から
離隔されることになる。

【００７０】この際、接触子６０と被測定物２００の表
面２００ａにおける接触点との当接が解除された時点
で、接触子６０は振動を開始し、帰還電極７２ｃにより
検知される電圧に変化が生じる。

【００７１】そして、この接触子６０と接触点との当接
が解除された際の帰還電極７８によって検知される電圧
の変化に基づき、ＣＰＵ１０２はＸＹＺ座標上の点を示
す形状データとして、接触点のＸＹＺ座標位置の情報を
形状データ記憶部１０６−１に記憶する。

【００７２】さらに、接触子６０と接触点との当接が解
除され、接触子６０が被測定物２００の表面２００ａに
おける接触点から所定距離（例えば、１ｍｍ）離隔した
状態において、接触点における反射光が導光部材６４、
６６、６８へ入射されることになる（図８（ｂ）参
照）。

【００７３】なお、被測定物２００の表面２００ａにお
ける接触点は、照明装置３０によって光を照射されてお
り、導光部材６４、６６、６８へは接触点からの反射光
が十分に入射されるようになされている。

【００７４】また、導光部材６４、６６、６８はステン
レスなどにより形成された外周部材６２の内部に位置し
ているので、外周部材６２により導光部材６４、６６、
６８が保護されて、導光部材６４、６６、６８の損傷が
防止されるとともに、外周部材６２の外部の外乱を遮蔽
した状態で、導光部材６４、６６、６８内に接触点にお
ける反射光を入射することができる。

【００７５】導光部材６４内に入射された光線は、導光
部材６４内を伝送してカラー・フィルター１１２に至
り、カラー・フィルター１１２によって導光部材６４内
に入射された光線のうちの赤の成分の信号のみが選択さ
れて、アンプ１１８に出力される。

【００７６】一方、導光部材６６内に入射された光線
は、導光部材６６内を伝送してカラー・フィルター１１
４に至り、カラー・フィルター１１４によって導光部材
６６内に入射された光線のうちの緑の成分の信号のみが
選択されて、アンプ１１８に出力される。

【００７７】また、導光部材６８内に入射された光線
は、導光部材６８内を伝送してカラー・フィルター１１
６に至り、カラー・フィルター１１６によって導光部材
６８内に入射された光線のうちの青の成分の信号のみが
選択されて、アンプ１１８に出力される。

【００７８】そして、アンプ１１８においてカラー・フ
ィルター１１２から出力された赤の成分の信号と、カラ
ー・フィルター１１４から出力された緑の成分の信号
と、カラー・フィルター１１６から出力された青の成分
の信号とがそれぞれ増幅されてマイクロ・コンピュータ
ー１００に出力される。

【００７９】そして、ＣＰＵ１０２は、アンプ１１８か
ら出力された信号に基づき、接触点における形状データ
に対応した色データとして、当該接触点の色の情報を色
データ記憶部１０６−２に記憶する。

【００８０】上記のようにして、接触点における形状デ
ータと色データとを取得すると、接触子６０と被測定物
２００との相対的な位置を所定の分解能に応じた量だけ
変化させて、上記と同様の動作を繰り返すことにより、
次の接触点における形状データと色データとを取得する
ものである。

【００８１】こうした動作を順次行うことにより、この
三次元スキャナー１０においては、被測定物２００の表
面２００ａの全面にわたって、形状データと当該形状デ
ータに対応する色データとを得ることができる。

【００８２】つまり、上記した三次元スキャナー１０に
おいては、導光部材６４、６６、６８を備えた接触子６
０を被測定物２００の表面２００ａを当接させたり、当
該当接を解除したりすることにより、上記した分解能の
精度に応じて、自動的に被測定物２００の表面２００ａ
の全面にわたる形状データと色データとを得ることがで
きる。

【００８３】以上において説明したように、上記した三
次元スキャナー１０は、接触子６０を共有化して形状デ
ータと色データとを得るようにしたため、全体の構成が
複雑化することなく、製造コストの増加も抑制され、安
価に製造することができる。

【００８４】また、上記した三次元スキャナー１０にお
いては、接触子６０と被測定物２００の表面２００ａと
の接触点における形状データに対応した色データとし
て、当該接触点の色の情報を得るようにしているので、
形状データと色データとを対応させるマッピング作業な
どを行う必要がない。

【００８５】さらに、接触子６０を共有化して形状デー
タと色データとを得ているため、形状データを得るため
の検出領域の分解能と、色データを得るための検出領域
の分解能とが一致し、形状データの示す被測定物２００
の表面２００ａの所定範囲において被測定物２００の表
面２００ａが実際に有する色と、当該所定範囲の色とし
て色データの示す色とが一致するようになる。

【００８６】なお、上記した実施の形態は、以下の
（１）乃至（８）に説明するように変形してもよい。

【００８７】（１）上記した実施の形態においては、電
圧が印加されて振動した状態の接触子６０が被測定物２
００の表面２００ａに当接し、その後、接触子６０と接
触点との当接が解除された際の帰還電極７８によって検
知される電圧の変化に基づいて、ＣＰＵ１０２による形
状データを得るための処理が行われるような構成の接触
センサー５０を用いるようにしたが、これに限られるも
のではないことは勿論であり、接触子６０が被測定物２
００の表面２００ａに当接した際に検出手段（例えば、
圧電素子など）によって検知される電圧に基づいて、Ｃ
ＰＵ１０２による形状データを得るための処理が行われ
るような構成の接触センサーを用いるようにしてもよ
い。

【００８８】（２）上記した実施の形態においては、接
触子６０の先端部６０ａが被測定物２００の表面２００
ａと離隔した状態において導光部材６４、６６、６８内
に反射光が入射されるようにしたが、これに限られるも
のではないことは勿論であり、例えば、図９に示すよう
に先端部１６０ａが斜めに切断されている接触子１６０
を用いて、接触子１６０の先端部１６０ａが接触点に当
接した状態において、導光部材１６４、１６６、１６８
と接触点との間に所定の間隙が設けられるようにし、こ
れにより導光部材１６４、１６６、１６８内に反射光が
入射されるようにしてもよい。

【００８９】即ち、導光部材に入射された接触点からの
反射光によって接触点の色を検出するに際しては、接触
子が接触点と接触しているか否かに関わらず、導光部材
に接触点からの反射光が入射されるように、導光部材と
接触点との間に所定の間隙を設けるようにすればよいも
のである。

【００９０】なお、この（２）に示すような接触子１６
０は、上記（１）に示す変形例に用いるとより有効であ
る。

【００９１】（３）上記した実施の形態においては、接
触子６０は取付具５６によって金属板５２に固定される
ようにしたが、これに限られるものではないことは勿論
であり、取付具５６を用いずに、例えば、半田付けなど
によって接触子６０を金属板５２に直接的に固定するよ
うにしてもよい。

【００９２】（４）上記した実施の形態においては、外
周部材６２はステンレスにより形成されるようにし、導
光部材６４、６６、６８はグラスファイバなどにより形
成されるようにしたが、これに限られるものではないこ
とは勿論である。例えば、外周部材６２は硬質な物質で
あることが好ましいので、各種金属やセラミックスなど
を用いることができ、また、導光部材６４、６６、６８
としては光透過性の高い石英ガラスなどを用いることが
できる。

【００９３】（５）上記した実施の形態においては、接
触子６０は外周部材６２の内部に３本の導光部材６４、
６６、６８が挿通されたものとしたが、これに限られる
ものではないことは勿論であり、接触子６０は導光部材
６４、６６、６８のみにより構成してもよく、その際に
は、金属板５２に導光部材６４、６６、６８を取付具５
６などにより一体的に配設するようにすればよい。

【００９４】（６）上記した実施の形態においては、接
触子６０は外周部材６２の内部に３本の導光部材６４、
６６、６８が挿通されるものとしたが、これに限られる
ものではないことは勿論であり、外周部材６２の内部に
２本以下あるいは４本以上の導光部材を挿通するように
構成してもよい。例えば、接触子６０が外周部材６２の
内部に１本の導光部材を挿通するように構成される場合
には、当該１本の導光部材内に入射された光線を分光す
るプリズムなどの分光手段を用いるなど、導光部材の本
数に応じて他の構成の変更を適宜行えばよい。

【００９５】（７）上記した実施の形態においては、照
明装置３０はＬＥＤなどにより形成されるようにした
が、これに限られるものではないことは勿論であり、ラ
ンプなどの他の照明手段により形成してもよい。

【００９６】（８）上記した実施の形態ならびに上記
（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせる
ようにしてもよい。例えば、上記した（５）に示す変形
例と（６）に示す変形例とを組み合わせて、接触子６０
を１本の導光部材のみにより構成し、この１本の導光部
材を金属板５２に配設するようにしてもよい。

【００９７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、簡潔な構成によって、しかも安価に、被測
定物の表面の形状ならびに色についての情報を得ること
ができるようにした三次元スキャナーを提供することが
できるという優れた効果を奏する。

【００９８】また、本発明は、以上説明したように構成
されているので、繁雑な作業を必要とすることなしに、
高精度で被測定物の表面の形状ならびに色についての情
報を得ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による三次元スキャナーの実施の形態の
一例を示す概略構成説明図である。

【図２】図１に示す三次元スキャナーの検出装置を示す
概略構成説明図（正面図）である。

【図３】図１に示す三次元スキャナーの検出装置を示す
概略構成説明図（左側面図）である。

【図４】図２に示す検出装置の接触センサーを示す概略
構成説明図（正面図）である。

【図５】図２に示す検出装置の接触センサーを示す概略
構成説明図（背面図）である。

【図６】（ａ）は接触子を中心として示した一部拡大概
略斜視図であり、（ｂ）は接触子の先端部を中心として
示した一部拡大概略斜視図である。

【図７】本発明による三次元スキャナーの実施の形態の
一例を示す制御システムのブロック構成図である。

【図８】（ａ）は接触子が被測定物の表面を走査する状
態を示す概略構成説明図であり、（ｂ）は接触子を中心
として示した概念説明図である。

【図９】本発明による三次元スキャナーの接触子の他の
実施の形態の一例を示す概略構成説明図である。

【符号の説明】

１０三次元スキャナー１２ベース部材１４−１、１４−２、２０−１、２０−２、２４−１、
２４−２レール１６テーブル１８側方部材２２キャリッジ２６固定部材２８検出装置３０照明３２取付部材４０、４２孔５０接触センサー５２金属板５４圧電素子５６取付具６０、１６０接触子６０ａ、１６０ａ先端部６２外周部材６４、６６、６８、１６４、１６６、１６８導光部材７０圧電セラミック７２電極７４アース電極７６主電極７８帰還電極８０、８２、８４リード線９０スペーサー９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、１
５０、１５２ネジ１００マイクロ・コンピューター１０２中央制御装置（ＣＰＵ）１０４リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）１０６ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）１０６−１形状データ記憶部１０６−２色データ記憶部１１０アンプ１１２カラー・フィルター１１４カラー・フィルター１１６カラー・フィルター１１８アンプ２００被測定物２００ａ表面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｇ０６Ｆ 15/64 ＺＦターム(参考） 2F069 AA04 AA66 DD27 DD30 GG01 GG06 GG07 GG19 GG52 GG59 GG62 HH01 HH30 JJ07 JJ13 JJ19 JJ25 LL04 MM04 MM13 MM32 PP02 RR03 2G020 AA08 DA13 DA24 DA51 5B047 AA07 AB04 BC08 BC16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも導光部材を有して構成される
接触子を備え、前記接触子の接触状態を示す信号を出力
する接触センサーと、前記接触センサーを被測定物に対して相対的に三次元方
向で移動して、前記接触子を前記被測定物の表面に接触
させる移動手段と、前記接触センサーから出力される前記信号に基づいて、
前記移動手段による前記接触センサーの移動によって前
記接触子が前記被測定物の表面に接触したことを検知
し、該検知したときにおける前記接触子が接触している
前記被測定物の表面の部位の三次元位置を検出する位置
検出手段と、前記位置検出手段が三次元位置を検出した前記被測定物
の表面の部位から所定の間隙を有して前記導光部材が離
隔した状態で、前記導光部材に入射された前記位置検出
手段が三次元位置を検出した前記被測定物の表面の部位
からの反射光に基づいて、前記位置検出手段が三次元位
置を検出した前記被測定物の表面の部位の色を検出する
色検出手段とを有する三次元スキャナー。
【請求項２】請求項１に記載の三次元スキャナーにお
いて、前記接触子は、内部が中空の管状体である外周部材と、
前記外周部材の内部に挿通された導光部材とを有して構
成されるものである三次元スキャナー。
【請求項３】請求項１または請求項２のいずれか１項
に記載の三次元スキャナーにおいて、前記接触子は、導光部材として第１の導光部材と第２の
導光部材と第３の導光部材とを有し、前記色検出手段は、前記第１の導光部材に入射された反
射光から赤色成分の信号を選択する第１の選択手段と、
前記第２の導光部材に入射された反射光から緑色成分の
信号を選択する第２の選択手段と、前記第３の導光部材
に入射された反射光から青色成分の信号を選択する第３
の選択手段とを有するものである三次元スキャナー。
【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３のい
ずれか１項に記載の三次元スキャナーにおいて、前記接触センサーは、圧電素子を有し、前記圧電素子に
電圧を印加したときに生じる歪みにより前記接触子を振
動させるとともに、該振動に応じた信号を前記接触子の
接触状態を示す信号として出力し、前記位置検出手段は、前記移動手段による前記接触セン
サーの移動によって、前記接触子が前記被測定物の表面
に接触して前記接触子の振動が抑制されることによる前
記接触センサーから出力される前記信号の変化に基づい
て、前記接触子が前記被測定物の表面に接触したことを
検知するものである三次元スキャナー。
【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３または請
求項４のいずれか１項に記載の三次元スキャナーにおい
て、前記導光部材は、屈曲可能な光ファイバーにより構成さ
れるものである三次元スキャナー。