JPH11216273A

JPH11216273A - 模型の製造方法及びそのための材料

Info

Publication number: JPH11216273A
Application number: JP18591198A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Takashige; 嘉郎高重; Motohiro Nakanishi; 基浩中西; Hitoshi Hagimori; 仁萩森; Takashi Kondo; 尊司近藤; Tomonori Sato; 友則佐藤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】対象人物の立体模型を製造するに当たって、３
次元データを得るための撮影及び材料の加工に要する時
間を低減すること。【解決手段】３次元計測装置を用いて撮影することによ
り得られる対象の３次元データに基づいて対象の模型を
製造する方法であって、模型の第１部ＡＭｈと第２部Ａ
Ｍｂとを互いに異なる材質の材料によってそれぞれ準備
し、３次元計測装置による撮影で対象の一部分の３次元
データを得て、得られた３次元データに基づいて第１部
ＡＭｈの材料に対して加工を行い、加工された第１部Ａ
Ｍｈと第２部ＡＭｂとを互いに接合することによって一
体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元計測装置を
用いて撮影することにより得られる対象人物の３次元デ
ータに基づいて前記対象人物の模型を製造する方法及び
それに用いられる材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】可搬型の非接触式３次元計測装置（３次
元カメラ）が商品化され、ＣＧシステムやＣＡＤシステ
ムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識など
に利用されている。３次元計測装置の計測方法として、
スリット光投影法（光切断法ともいう）又はパターン投
影法が知られている。これらの方法は、特定の参照光
（検出光ともいう）を計測対象に照射し、三角測量の原
理で３次元画像（距離画像、３次元データ、又は３次元
形状データともいう）を得る能動的計測方法の一種であ
る。

【０００３】スリット光投影法では、スリット光を照射
し且つ偏向することによって計測対象を走査する。パタ
ーン投影法では、複数の２次元パターン光を順次照射す
る。得られた３次元画像は、計測対象上の複数の部位の
３次元位置を示す画素の集合である。

【０００４】このような３次元計測装置には、投光部、
受光部、及び演算部が備えられている。投光部によって
計測対象にスリット光を照射し、その反射光を受光部で
受光することによって計測対象を撮影し、受光部からの
出力などに基づいて演算部で３次元データを算出する。

【０００５】一方、利用客の顔写真シールをその場で作
成する一種の自動販売機が人気を集めている。利用客は
料金分のコインを投入し、モニタの表示面を見ながらカ
メラの前で好みのポーズをとる。そして、所定の操作を
行うと、一定数のシールが並んだシートが作成されて取
出口に排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の３次元計測装置
によれば、写真をとるのと同程度の手軽さで人物を含む
各種物体の形状をデータ化することができる。非接触式
であるので、人物を計測する場合であっても、対象人物
が煩わしさを感じることはない。そこで、３次元計測装
置を用いて対象人物を撮影し、得られた３次元データに
基づいて対象人物の立体模型を製造することが考えられ
る。

【０００７】その場合において、対象人物のどの部分を
どのように撮影し、且つ立体模型に仕上げるための材料
をどのように構成してどのように加工するのかが問題で
ある。

【０００８】すなわち、例えば対象人物の全体を撮影し
て立体模型を製作することが考えられる。この場合に
は、１つの立体模型のために１つの材料が用いられる
が、対象人物の全周を撮影するために、対象人物の周囲
を囲むように複数台の計測装置を配置するか、１台の計
測装置を対象人物の周囲を回転させながら撮影するか、
又は、対象人物をテーブルに載せて回転させながら撮影
する必要がある。そうすると、装置の全体が複雑化し且
つ大型化し、撮影に多くの時間を要することとなる。ま
た、材料を全体にわたって加工する必要があるため、加
工が容易ではなく、且つ加工のためにも多くの時間を費
やすこととなる。

【０００９】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、対象人物の立体模型を製造するに当たって、３次
元データを得るための撮影及び材料の加工に要する時間
を低減することのできる模型の製造方法及びそのための
材料を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る方
法は、上述の課題を解決するため、３次元計測装置を用
いて撮影することにより得られる対象の３次元データに
基づいて前記対象の模型を製造する方法であって、前記
模型の第１部と第２部とを互いに異なる材質の材料によ
ってそれぞれ準備し、前記３次元計測装置による撮影で
前記対象の一部分の３次元データを得て、得られた３次
元データに基づいて前記第１部の材料に対して加工を行
い、加工された第１部と前記第２部とを互いに接合する
ことによって一体化する。

【００１１】請求項２の発明に係る方法では、前記第１
部は人物の頭部であり、前記第２部は人物の胴体部であ
る。請求項３の発明に係る方法では、前記頭部の材料及
び前記胴体部の材料として、それぞれ互いに形状の異な
る複数の材料を準備しておき、それらのうちの使用する
材料を前記３次元計測装置により撮影される対象人物に
より選択可能とする。

【００１２】請求項４の発明に係る材料は、３次元計測
装置の撮影により得られる対象の３次元データに基づい
て前記対象の模型を製造するために用いられる材料であ
って、前記３次元データに基づく加工に適した材質から
なる前記模型の第１部の材料と、第１部の材料とは異な
る材質からなる前記模型の第２部の材料と、を有し、前
記第１部及び前記第２部には互いの接合のための接合部
が設けられてなる。

【００１３】請求項５の発明に係る材料では、前記接合
部は、突起と穴とからなる嵌め合い部である。請求項６
の発明に係る材料では、前記第２部の材料には、前記第
１部の材料が取り付けられたときに前記第１部の材料の
端部を覆う部分が設けられてなる。

【００１４】請求項７の発明に係る材料では、前記第１
部の材料は、加工装置に固定するためのチャック用部分
を有し、前記チャック用部分は、前記第２部の材料への
取り付けのために兼用される。

【００１５】請求項８の発明に係る材料では、前記第１
部の材料は、その少なくとも一部が端部まで加工される
ものであり、前記端部から前記端部に接する前記第２部
の材料の形状の盛り上がり部分までの幅寸法が、加工を
行うために必要な幅寸法より狭いものである。

【００１６】請求項９の発明に係る材料では、前記第１
部は人物の頭部であり、前記第２部は人物の胴体部であ
る。請求項１０の発明に係る材料では、前記第１部は人
物の顔部であり、前記第２部は人物の頭部及び胴体部で
ある。

【００１７】第１部、頭部、又は顔の材料として、加工
の容易な材質のもの、例えば切削加工を行う場合には、
ＡＢＳなどの合成樹脂、材木などが用いられる。また、
加工方法に応じて、他の材質、例えば、紙、粘土、金
属、合成ゴムなどを用いることも可能である。加工を行
わない部分、例えば、髪、耳、頬の一部、おでこの一部
などは予め適当なひな型形状としておけばよい。材料の
内部に針金などを埋め込んでおくことも可能である。加
工の際のチャッキングが容易なように金物を材料に貫通
させて取り付けておいてもよい。材料の加工のために、
例えば、フライス盤、その他の切削加工装置、積層造形
装置、レーザー加工装置、成型加工装置、又は放電加工
装置などが用いられる。

【００１８】第２部、胴体部、又は全体の材料として、
成形の容易な材質、例えば、合成ゴム又は軟質の合成樹
脂などが用いられる。胴体部の材料は、予め適当なひな
型形状に成形しておけばよい。例えば、種々の服装を着
用した人物を模したもの、人気スターを模したもの、種
々の漫画キャラクタ又は空想の人物を模したもの、種々
の動物を模したもの、種々の前景を配したものなどであ
る。

【００１９】頭部の材料及び胴体部の材料には、互いに
接合するための嵌め合い部が設けられる。嵌め合い部
を、例えば突起とその突起が嵌入する穴により構成する
ことができる。抜き差しが可能なように、適当な締まり
嵌めとなる程度が好ましい。接着剤を併用することも可
能である。各材料には予め着色しておいてもよい。

【００２０】第１部の材料として顔の部分のみの材料
（顔材料）を用いた場合には、第２部の材料として、顔
又はその周辺を除いた材料（全体材料）を用いることと
なる。顔材料と全体材料とは、種々の結合方法により結
合し接合することができる。

【００２１】図４６及び図４７に示すように、第１部の
材料が顔材料ＡＭｆｍである場合に、その端部を覆う部
分として、全体材料ＡＭＡには、例えば顔材料ＡＭｆｍ
の端部に設けられたつば部ＧＳ１を覆うひだ部ＧＤ１が
設けられる。

【００２２】顔材料ＡＭｆｍを加工装置に固定するため
のチャック用部分として、例えば図４８に示すような四
角穴ＪＨ１及び溝ＪＶ１などが設けられる。これらの四
角穴ＪＨ１及び溝ＪＶ１は、第２部の材料である全体材
料ＡＭＡへの取り付けに際しては、抜け止め面ＪＸ１と
の係合による取り付けのために兼用される。

【００２３】第１部の材料が顔材料ＡＭｆｍである場合
に、顔材料ＡＭｆｍは、例えば図３５に示されるように
その周囲の自由空間を切削工具の逃げ領域Ｍｒとして利
用して端部まで加工することができる。したがって、顔
ＡＭｆの端部から全体材料ＡＭＡの形状の盛り上がり部
分である結合面ＪＦ２までの幅寸法を狭くすることがで
きる。

【００２４】頭部の材料、胴体部の材料、顔材料、又は
全体材料として、それぞれ複数の種類を準備しておくこ
とができる。その場合には、複数の種類の中から、対象
人物によってそれぞれ１種類が選択される。

【００２５】本発明において、計測には測定を含む。３
次元データを得るために、スリット光投影法、パターン
投影法、その他の方式を用いることが可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る人物模型製造
システム１の外観を示す図、図２は人物模型製造装置３
の構成を示すブロック図、図３は操作部１３を示す正面
図、図４は背景幕４の位置を示す図である。

【００２７】人物模型製造システム１は、その利用客で
あり計測対象でもある操作者ＨＭがコインを投入して必
要な操作を行うことにより、操作者ＨＭの頭部ＨＭｈの
形状を３次元計測し、その計測結果に基づいてその場で
材料を自動的に加工し、操作者ＨＭの顔をかたどった立
体模型（人物模型）ＭＳを製造して販売する装置であ
る。

【００２８】図１及び図２において、人物模型製造シス
テム１は、人物模型製造装置３及び背景壁としての背景
幕４からなる。背景幕４は、青色であり、操作者ＨＭの
背後に背景として配置されている。

【００２９】人物模型製造装置３は、計測部１１、制御
部１２、操作部１３、モニタ部１４、スピーカ１５、コ
イン投入部１６、加工部１７、及び排出部１８からな
る。これらは、本体ケース１０に内蔵され、又はその一
部が本体ケース１０の表面に露出するように取り付けら
れる。

【００３０】計測部１１は、３次元計測部１１１、２次
元撮影部１１２、及び計測系コントローラ１１３からな
る。３次元計測部１１１は、操作者ＨＭの頭部ＨＭｈ、
特にそのうちの顔ＨＭｆを撮影して３次元データを得る
ためのものである。２次元撮影部１１２は、操作者ＨＭ
の頭部ＨＭｈの全体及び胴体部ＨＭｂの一部を撮影し、
その２次元データ（カラー画像データ）を得るためのも
のである。

【００３１】３次元計測部１１１は、参照光を照射する
ための投光窓２０ａ及びその反射光を受光するための受
光窓２０ｂを有する。受光窓２０ｂは２次元撮影部１１
２と共用される。投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂは、図
１に示すように、本体ケース１０の前面であって且つモ
ニタ部１４の表示面１４ａの上辺に沿って、左右に基線
長の分だけ互いに間隔をあけて配置される。

【００３２】３次元計測部１１１は、投光窓２０ａ及び
受光窓２０ｂから一定の距離の範囲内にある計測対象に
対して３次元計測が可能である。この計測可能な距離の
範囲を計測可能距離範囲という。つまり、計測可能距離
範囲の内側の対象物については正常な３次元データを得
ることが可能であり、計測可能距離範囲の外側の対象物
は計測不可能であって３次元データを得ることができな
い。計測可能距離範囲は図４において「ｄ’」で示され
る。計測可能距離範囲は、後述の撮像面Ｓ２における有
効受光領域Ａｅのシフト方向の画素数（ブロック数とも
いう）、及び参照光の届く範囲に依存する。

【００３３】人物模型製造システム１において、操作者
ＨＭが操作部１３を操作可能な通常の位置にいる限り
は、この計測可能距離範囲の内側に入るようになってお
り、計測を正常に行って３次元データを得ることができ
る。しかし、もし操作者ＨＭが計測可能距離範囲に入っ
ていない場合、例えば遠すぎる場合には、近づくように
警告が発せられる。なお、後述するように、背景幕４は
計測可能距離範囲の外側に配置されている。

【００３４】計測部１１の光学ユニットが射出するスリ
ット光（所定幅ｗの帯状のレーザビーム）Ｕは、投光窓
２０ａを通って操作者ＨＭに向かう。スリット光の長さ
方向の放射角度φは固定である。操作者ＨＭの表面で反
射したスリット光の一部が受光窓２０ｂを通って光学ユ
ニットに入射する。

【００３５】計測系コントローラ１１３は、３次元計測
部１１１及び２次元撮影部１１２を制御するとともに、
それらから得られたデータを処理して３次元データ及び
２次元データを算出する。詳細は後述する。

【００３６】制御部１２には、データ処理部１２１、加
工データ生成部１２２、特性データ記憶部１２３が設け
られる。制御部１２は、計測部１１によって得られた３
次元データ及び２次元データに基づいて、加工部１７を
制御し、加工部１７において供給される材料に加工を行
って操作者ＨＭの立体模型を製造する。また、撮像され
た操作者ＨＭの２次元画像（カラー画像）を確認のため
にモニタ部１４に表示し、また、操作者ＨＭの位置や顔
の向きが悪い場合にモニタ部１４への表示やスピーカ１
５による音声によってその旨を警告するように制御す
る。さらに、操作部１３からの指令に対応して動作モー
ドを切り換えるなど、人物模型製造装置３の全体を制御
する。詳細は後のフローチャートで説明する。なお、制
御部１２は、種々の電子デバイスを用いたハードウエア
回路、プログラムを実行するコンピュータ又はマイクロ
プロセッサの機能、又はそれらの組み合わせなどにより
実現することができる。

【００３７】操作部１３には、図３に示すように、スタ
ートボタン１３１、確認ボタン（ＯＫボタンともいう）
１３２、キャンセルボタン（ＮＧボタンともいう）１３
３、及びジョイスティック１３４が備えられる。確認ボ
タン１３２は、例えばモニタ部１４に表示される確認画
面や選択画面でＯＫを出すときに押され、キャンセルボ
タン１３３はモニタ部１４に表示される操作者ＨＭの画
像が想像と異なる場合に再度別のポーズをとるために押
される。ジョイスティック１３４は、表示面１４ａに表
示される複数のボタン又はＧＵＩなどのいずれかを選択
するために用いられる他、表示面１４ａに表示される画
像を３次元の様々な方向に回転させるために用いられ
る。なお、ジョイスティック１３４で選択した後は、例
えば確認ボタン１３２を押すことにより、その選択内容
に対する入力指示が行われる。

【００３８】モニタ部１４は、表示面１４ａが、操作者
ＨＭの正面に見えるように本体ケース１０の前面ほぼ中
央に臨むように設置された表示システムである。モニタ
部１４は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、又はＰＤＰなどの表示デバ
イスを備えた表示装置、又はこれに光学的機構を加えて
構成される。表示デバイスの表示部分が表示面１４ａに
一致する場合には、モニタ部１４の構造は最も簡単であ
る。表示デバイスを表示面１４ａよりも奥側に配置し、
表示面１４ａに透明のガラス板を嵌め込むように構成す
ると、それらの間にミラー又はハーフミラーを配置する
ことができる。特に、後述の変形例のように表示デバイ
スの表示面の前方にハーフミラーを配置する場合には、
表示デバイスを表示面１４ａの奥に配置する必要があ
る。この場合には、表示面１４ａは単なる表示窓と同意
である。しかし、本明細書においては、表示面１４ａが
単なる表示窓である場合であっても、操作者ＨＭから表
示面１４ａを通して画像が見えるので「表示面１４ａに
表示される」というように記載する。

【００３９】表示面１４ａには、操作者ＨＭが構図を決
めるための２次元画像、操作者ＨＭの３次元計測を行っ
た結果である３次元画像（３次元形状画像）、操作のた
めのボタン又はＧＵＩ、及び操作方法の説明や警告など
が表示される。

【００４０】スピーカ１５からは、人物模型製造装置３
の操作方法の説明、使用上の注意、操作者ＨＭの撮影位
置及び状態などに対する警告などが、音声で発せられ
る。適宜、効果音や音楽が流される。スピーカ１５は、
本体ケース１０の前面に配置されているが、本体ケース
１０の側面、上面、又は底面などに配置してもよい。

【００４１】コイン投入部１６は、人物模型製造システ
ム１を使用するために必要な料金を操作者ＨＭが投入す
るためのものである。コインの返却のために返却ボタン
が設けられている。正規のコインが投入されると、その
旨の信号が制御部１２に出力され、立体模型ＭＳの製造
に向けて動作が開始される。

【００４２】加工部１７には、加工系コントローラ１７
１、加工機構１７２、及び材料供給機構１７３などが備
えられる。材料供給機構１７３は、加工系コントローラ
１７１の指示によって複数種類の材料の中から必要な材
料を選択し、それを加工機構１７２に供給する。加工機
構１７２は、計測部１１で計測された３次元データに基
づき、加工系コントローラ１７１の制御によって、供給
された材料に操作者ＨＭの顔ＨＭｆの部分を加工する。
そして、必要に応じて複数の材料又は加工済の材料を接
合し、操作者ＨＭの立体模型ＭＳを製作する。製作され
た立体模型ＭＳは排出部１８から排出されるので、操作
者ＨＭは自身でそれを取り出して受け取る。なお、制御
部１２と加工系コントローラ１７１の制御範囲の受持ち
については、種々の形態を取ることができる。

【００４３】背景幕４は、先に述べたように青色であ
り、操作者ＨＭの背後に背景として配置されているが、
その位置は、図４に示すように人物模型製造装置３から
見て操作者ＨＭの後方であって３次元計測部１１１の計
測可能距離範囲の外側に配置される。また、背景幕４の
大きさに関しては、３次元計測部１１１及び２次元撮影
部１１２の両方についての撮影範囲、つまり後述する計
測用センサ５３及びカラーセンサ５４の視野範囲のほぼ
全域をカバーするように設けられる。なお、２次元撮影
部１１２は、操作者ＨＭのみならず、背景幕４も正常に
撮像してそれらのカラー画像データを得ることができ
る。

【００４４】したがって、計測部１１によって撮影が行
われると、操作者ＨＭの３次元データと、操作者ＨＭ及
び背景幕４の２次元データとが得られる。つまり、背景
幕４は計測可能距離範囲の外側に配置されているので、
３次元計測部１１１による計測を行った場合に、操作者
ＨＭについてのみ３次元データが得られ、背景幕４の部
分については３次元データを得ることができずエラー情
報となる。

【００４５】また、背景幕４が青色であるので、３次元
計測部１１１の照射する参照光の波長域に対して、背景
幕４による反射率は極めて低く、３次元計測に必要な受
光量が得られない。したがって、背景幕４が青色である
ことのみによっても、背景幕４の部分については３次元
データを得ることはほとんどできず、操作者ＨＭの３次
元データのみが得られる。したがって、背景幕４を仮に
計測可能距離範囲の内側に配置した場合であっても、３
次元計測部１１１によって操作者ＨＭのみの３次元デー
タが得られる。

【００４６】ここで、参照光の波長域に対する背景幕４
の反射率の低さの程度は、３次元計測部１１１によって
参照光の反射光が受光されていても、後述する３次元位
置演算のルーチン（図３０）で計測不可能であると判定
される程度であればよい。例えば、そのステップ＃１１
１でノーと判断される程度である。この場合には、背景
幕４の配置位置についての制約はなくなる。なお、２次
元データは撮影範囲の全部について得られるので、得ら
れた２次元データに基づいて種々の画像解析を行うこと
ができる。

【００４７】次に、計測部１１の構成及び動作について
説明する。図５は計測部１１の機能構成を示すブロック
図、図６はビームスプリッタ５２及びセンサ５３，５４
の構成を模式的に示す図である。図５中の実線矢印は電
気信号の流れを示し、破線矢印は光の流れを示してい
る。

【００４８】図５において、計測部１１は、光学ユニッ
トを構成する投光側及び受光側の２つの光学系４０，５
０を有している。光学系４０において、半導体レーザ
（ＬＤ）４１が射出する波長６７０ｎｍのレーザビーム
は、投光レンズ系４２を通過することによってスリット
光Ｕとなり、ガルバノミラー（走査手段）４３によって
偏向される。半導体レーザ４１のドライバ４４、投光レ
ンズ系４２の駆動系４５、及びガルバノミラー４３の駆
動系４６は、システムコントローラ６１によって制御さ
れる。

【００４９】光学系５０において、ズームユニット５１
によって集光された光はビームスプリッタ５２によって
分光される。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は、
計測用のセンサ５３に入射する。可視帯域の光は、モニ
タ用のカラーセンサ５４に入射する。センサ５３及びカ
ラーセンサ５４は、どちらもＣＣＤエリアセンサであ
る。ズームユニット５１は内焦型であり、入射光の一部
がオートフォーカシング（ＡＦ）に利用される。ＡＦ機
能は、ＡＦセンサ５７とレンズコントローラ５８とフォ
ーカシング駆動系５９によって実現される。ズーミング
駆動系６０は電動ズーミングのために設けられている。

【００５０】センサ５３による撮像情報は、ドライバ５
５からのクロックに同期してメモリ６３に格納される。
カラーセンサ５４による撮像情報は、ドライバ５６から
のクロックに同期してカラー処理回路６７へ転送され
る。カラー処理を受けた撮像情報は、ＮＴＳＣ変換回路
７０及びアナログ出力端子３２を経てオンライン出力さ
れ、又はディジタル画像生成部６８で量子化されてカラ
ー画像メモリ６９に格納される。その後、カラー画像デ
ータがカラー画像メモリ６９からＳＣＳＩコントローラ
６６へ転送され、ディジタル出力端子３３からオンライ
ン出力される。なお、カラー画像は、センサ５３による
距離画像と同一の画角の像である。カラー画像は、制御
部１２において、操作者ＨＭの状態を検出するのに用い
られる他、例えば、３次元形状モデルの不要の頂点を間
引くために用いられる。

【００５１】出力処理回路６２は、センサ５３の出力す
る各画素ｇの光電変換信号を増幅する増幅器、及び光電
変換信号を８ビットの受光データに変換するＡＤ変換部
を有している。メモリ６３は、２００×３２×３３Ｂｙ
ｔｅの記憶容量を持つ読み書き可能なメモリであり、出
力処理回路６２から出力される受光データを記憶する。
メモリ制御回路６３Ａは、メモリ６３への書込み及び読
出しのアドレス指定を行う。

【００５２】重心演算回路７３は、メモリ６３に記憶さ
れた受光データに基づいて、３次元データを算出するた
めの基となるデータを算出し出力用メモリ６４に出力す
る。重心演算回路７３の構成及び動作については後で詳
述する。

【００５３】図６において、ビームスプリッタ５２は、
色分解膜（ダイクロックミラー）５２１、色分解膜５２
１を挟む２つのプリズム５２２，５２３、プリズム５２
２の射出面５２２ｂに設けられた赤外線カットフィルタ
５２４、センサ５３の前面側に設けられた可視カットフ
ィルタ５２５、プリズム５２３の射出面５２３ｂに設け
られた赤外線カットフィルタ５２６、及びローパスフィ
ルタ５２７，５２８から構成されている。

【００５４】ズームユニット５１から入射したスリット
光ＵＣは、ローパスフィルタ５２７、プリズム５２２を
通って色分解膜５２１に入射する。半導体レーザ４１の
発振帯域の光Ｕ０は色分解膜５２１で反射し、プリズム
５２２の入射面５２２ａで反射した後、射出面５２２ｂ
からセンサ５３に向かって射出する。プリズム５２２か
ら射出した光Ｕ０の内、赤外線カットフィルタ５２４及
び可視カットフィルタ５２５を透過した光（スリット
光）がセンサ５３によって受光される。一方、色分解膜
５２１を透過した光Ｃ０は、プリズム５２３を通って射
出面５２３ｂからカラーセンサ５４に向かって射出す
る。プリズム５２３から射出した光Ｃ０の内、赤外線カ
ットフィルタ５２６及びローパスフィルタ５２８を透過
した光がカラーセンサ５４によって受光される。

【００５５】このように、本実施形態においては、通常
の可視光とスリット光Ｕとが同じ受光窓２０ｂに入射
し、それらがビームスプリッタ５２によって分岐される
ので、２次元画像の撮影と３次元データの計測とが同一
の視点で行われる。

【００５６】次に、計測部１１による３次元データの算
出方法について説明する。図７は計測部１１による３次
元計測の原理を説明するための図、図８は計測部１１に
おける３次元データの算出の原理を説明するための図で
ある。図８では理解を容易にするため、受光量のサンプ
リングについて５回分のみが示されている。

【００５７】図７において、投光の起点Ａと受光系のレ
ンズの主点Ｏとを結ぶ基線ＡＯが受光軸と垂直になるよ
うに、投光系と受光系とが配置されている。受光軸は撮
像面Ｓ２に対して垂直である。図７（ｃ）のように受光
系にズームレンズ群を設けた場合には、主点Ｏは後側主
点Ｈ’となる。

【００５８】スリット光投影法に基づく３次元計測にお
いて、計測対象である物体上の点Ｐの３次元位置は、３
次元計測部１１１からの参照光の照射方向つまり投光角
θａと３次元計測部１１１への入射方向つまり受光角θ
ｐとの関係に基づいて求められる。

【００５９】投光角θａは、スリット光Ｕの偏向角に基
づいて求められる。偏向角の変化量は、角速度と経過時
間とに基づいて求められる。したがって、スリット光Ｕ
の任意の時点における偏向角は、偏向を開始した時点に
おける偏向角（原点位置）、角速度、及び偏向を開始し
てからの経過時間（計測のタイミング）に基づいて求め
られる。これらの物理量は、走査手段の駆動信号若しく
は位置信号、制御のためのクロック信号、計測のための
サンプリング信号、又は内部時計などから得ることがで
きる。

【００６０】受光角θｐは、撮像面上の受光位置（ｙ
ｐ）に基づいて求められる。ＣＣＤセンサのように撮像
面が有限個の画素からなる撮像手段を用いた場合に、撮
像面上の受光位置は、原始的にはいずれかの画素の位置
となり、画素ピッチによって精度が決まってしまう。

【００６１】そこで、精度を上げるために補間を行う。
補間のために重心演算を行う。補間の方法として、つま
り重心演算の方法として、時間重心演算の方法又は空間
重心演算の方法が用いられる。

【００６２】図８において、センサ５３の撮像面Ｓ２上
で複数画素分となる比較的に幅の広いスリット光Ｕを物
体Ｑに照射する。具体的にはスリット光Ｕの幅を例えば
５画素分とする。スリット光Ｕは、サンプリング周期毎
に撮像面Ｓ２上で１画素ピッチｐｖだけ移動するよう
に、図８の上から下に向かって偏向され、それによって
物体Ｑが走査される。サンプリング周期毎にセンサ５３
から１フレーム分の受光データ（光電変換情報）が出力
される。なお、この偏向は実際には等角速度で行われ
る。

【００６３】撮像面Ｓ２の１つの画素ｇに注目すると、
本実施形態においては、走査中に行う３２回のサンプリ
ングによって３２回分の受光データが得られる。これら
３２回分の受光データに対する重心演算によって、注目
画素ｇがにらむ範囲の物体表面ａｇをスリット光Ｕの光
軸が通過するタイミング（時間重心Ｎｐｅａｋ又は重心
ｉｐ）を求める。

【００６４】物体Ｑの表面が平面であって光学系の特性
によるノイズがない場合には、注目画素ｇの受光量は、
図８（ｂ）に示すように、スリット光Ｕが通過するタイ
ミングにおいて多くなり、通常、正規分布に近くなる。
同図のようにｎ回目とその１つ前の（ｎ−１）回目の間
のタイミングで受光量が最大であった場合には、そのタ
イミングが時間重心Ｎｐｅａｋとほぼ一致する。

【００６５】求めた時間重心Ｎｐｅａｋにおけるスリッ
ト光の照射方向と、注目画素に対するスリット光の入射
方向との関係に基づいて、物体Ｑの位置（座標）を算出
する。これにより、撮像面の画素ピッチｐｖで規定され
る分解能より高い分解能の計測が可能となる。

【００６６】なお、注目画素ｇの受光量は物体Ｑの反射
率に依存する。しかし、サンプリングの各受光量の相対
比は受光の絶対量に係わらず一定である。つまり、物体
色の濃淡は計測精度に影響しない。

【００６７】図９はセンサ５３の読出し範囲を示す図で
ある。図９に示すように、センサ５３における１フレー
ムの読出しは、撮像面Ｓ２の全体ではなく、高速化を図
るために撮像面Ｓ２の一部である有効受光領域（帯状画
像）Ａｅのみを対象に行われる。有効受光領域Ａｅは、
スリット光Ｕのある照射タイミングにおける物体Ｑの計
測可能距離範囲に対応する撮像面Ｓ２上の領域であり、
スリット光Ｕの偏向にともなってフレーム毎に１画素分
ずつシフトする。本実施形態では、有効受光領域Ａｅの
シフト方向の画素数は３２に固定されている。ＣＣＤエ
リアセンサの撮影像の一部のみを読み出す手法は、特開
平７−１７４５３６号公報に開示されている。

【００６８】図１０はセンサ５３の撮像面Ｓ２における
ラインとフレームとの関係を示す図である。図１０に示
すように、撮像面Ｓ２の最初のフレームであるフレーム
１には、ライン１からライン３２までの３２（ライン）
×２００画素分の受光データが含まれる。フレーム２は
ライン２からライン３３まで、フレーム３はライン３か
らライン３４までというように、フレーム毎に１ライン
分だけシフトされる。フレーム３２はライン３２からラ
イン６３までである。なお、上述したように１ラインを
２００画素とする。

【００６９】これらフレーム１からフレーム３２までの
受光データが、出力処理回路６２を介してメモリ６３に
順次転送され、フレーム１、２、３…の順に受光データ
が記憶される。各フレームに含まれるライン３２のデー
タは、フレーム１については３２ライン目、フレーム２
については３１ライン目というように、フレーム毎に１
ラインづつ上方にシフトされている。フレーム１からフ
レーム３２までの受光データがメモリ６３に記憶される
と、ライン３２の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋ
の算出が行われる。

【００７０】ライン３２についての演算が行われている
間に、フレーム３３の受光データがメモリ６３に転送さ
れて記憶される。フレーム３３の受光データは、メモリ
６３のフレーム３２の次の領域に記憶される。フレーム
３３のデータがメモリ６３に記憶されると、これらフレ
ーム２からフレーム３３までに含まれるライン３３の各
画素について、時間重心Ｎｐｅａｋの算出が行われる。

【００７１】ライン３３についての演算が行われている
間に、フレーム３４の受光データがメモリ６３に転送さ
れ、フレーム１の記憶されていた領域に上書きされる。
フレーム３４のデータがメモリ６３に記憶されると、ラ
イン３４の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋの算出
が行われる。このようにして、最終のラインであるライ
ン２３１まで、合計２００ライン分についての時間重心
Ｎｐｅａｋの算出が行われる。

【００７２】次に、重心演算回路７３の構成及び重心演
算回路７３による時間重心Ｎｐｅａｋの算出処理につい
て説明する。図１１は重心演算回路７３の構成を示すブ
ロック図、図１２は時間重心Ｎｐｅａｋの概念を示す図
である。

【００７３】図１２に示すように、時間重心Ｎｐｅａｋ
は、３２回のサンプリングによって得られた３２個の受
光データについての重心である。各画素についての３２
個の受光データに、１〜３２のサンプリング番号を付
す。ｉ番目の受光データはｘｉで表される。ｉは１〜３
２の整数である。このとき、ｉは、１つの画素につい
て、その画素が有効受光領域Ａｅに入ってからのフレー
ム数を示している。

【００７４】１〜３２番の受光データｘ１〜ｘ３２につ
いての重心ｉｐは、３２個の受光データについて、ｉ・
ｘｉの総和Σｉ・ｘｉをｘｉの総和Σｘｉで除すことに
より求められる。

【００７５】重心演算回路７３は、メモリ６３から読み
出したデータに基づいて、各画素についての重心ｉｐ
（すなわち時間重心Ｎｐｅａｋ）を算出する。但し、メ
モリ６３から読み出したデータをそのまま用いるのでは
なく、各データから定常光データｋｓを減算した値（そ
の値が負になるときは０）を用いる。つまり、センサ５
３から出力される受光データに対して、定常光データｋ
ｓの分だけ差し引いてオフセットを与えるのである。

【００７６】定常光データｋｓは、スリット光Ｕが入射
していないときの画素の受光データに基づいて算出され
るデータである。定常光データｋｓは、予め定めた固定
値を用いてもよく、又はセンサ５３から出力されるデー
タを用いてリアルタイムで求めてもよい。固定値とする
場合には、センサ５３の出力が８ビット（２５６階調）
である場合に、例えば「５」「６」又は「１０」などと
する。リアルタイムで求める場合には、１つの注目画素
についての３２個の受光データの前後各２画素分の受光
データのそれぞれの平均値を求め、平均値の小さい方を
定常光データｋｓとすればよい。その理由は、有効受光
領域Ａｅの前後のいずれかにおいてはスリット光Ｕが入
射していないから、これによってスリット光Ｕが入射し
ていないときの受光データをリアルタイムで確実に求め
ることができるからである。また、前後各２画素分の受
光データの平均値の大きい方を定常光データｋｓとして
もよい。３２個の受光データの前の２画素分の受光デー
タの平均値、又は３２個の受光データの後の２画素分の
受光データの平均値を用いてもよい。１画素分の受光デ
ータを用いてもよい。さらに、物体Ｑの形状又は受光デ
ータに含まれるノイズの状態によっては、それらの値に
さらに所定値（例えば「５」）を加算した値を定常光デ
ータｋｓとして用い、これによりオフセットを大きく
し、不要なノイズ成分を一層確実にカットするようにし
てもよい。なお、それらの場合に、１フレームの大きさ
は、３６ライン又は３４ライン又は３３ラインとなる
が、重心ｉｐの算出には３２ライン分の３２個のデータ
を用いればよい。

【００７７】さて、図１１において、重心演算回路７３
は、定常光データ記憶部７３１、減算部７３２、第１加
算部７３３、第２加算部７３４、及び除算部７３５から
なる。これらはソフトウエアを用いることによって実現
されるが、これらの全部又は一部をハードウエア回路に
より構成することも可能である。

【００７８】定常光データ記憶部７３１は、定常光デー
タｋｓを記憶する。減算部７３２は、入力された受光デ
ータから定常光データｋｓを減算する。ここで、減算部
７３２から出力されるデータをあらためて受光データｘ
ｉとする。第１加算部７３３は、ｉ・ｘｉをｉ＝１〜３
２について加算し、その合計値を出力する。第２加算部
７３４は、ｘｉをｉ＝１〜３２について加算し、その合
計値を出力する。除算部７３５は、第１加算部７３３の
出力値を第２加算部７３４の出力値で除し、重心ｉｐを
出力する。第１加算部７３３の出力値及び第２加算部７
３４の出力値は、それぞれ出力用メモリ６４ａ，ｂに記
憶される。出力用メモリ６４ａ，ｂに記憶されたデータ
は、ＳＣＳＩコントローラ６６を介してディジタル出力
端子３３から制御部１２に出力される。制御部１２にお
いて、これらのデータに基づいて３次元位置演算処理が
行われる。

【００７９】つまり、時間重心演算の方法では、スリッ
ト光Ｕの偏向にともなって撮像面上の受光位置（ｙｐ）
が移動するが、撮像面の各画素の出力（ｘ）について、
所定期間内における重心（時間重心）Ｎｐｅａｋを演算
する。ある画素について得られた時間重心Ｎｐｅａｋ
は、その画素の出力（ｘ）が最大となるときのタイミン
グ（ｉ）であるから、時間重心Ｎｐｅａｋに基づいて投
光角θａが求められる。画素の位置は既知であり、それ
が正確な受光位置（ｘｐ，ｙｐ）である。受光位置（ｙ
ｐ）から受光角θｐが正確に求められる。これら受光角
θｐ及び投光角θａから物体上の点Ｐの座標Ｚが正確に
求められる。したがって、時間重心Ｎｐｅａｋ及び受光
位置（ｘｐ，ｙｐ）に基づいて、物体上の点Ｐの３次元
位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が正確に求められる。

【００８０】図１３は撮像面Ｓ２のフレームＦと計測可
能距離範囲との関係を説明する図である。図１３におい
て、投光角θａが角度θ１のタイミングでは、撮像面Ｓ
２のフレーム１Ｆが読み出される。同様に、投光角θａ
が角度θ２，θ３，θ４のタイミングでは、撮像面Ｓ２
のフレーム２Ｆ，３Ｆ，４Ｆが読み出される。

【００８１】撮像面Ｓ２上の点Ａの画素がにらむ方向に
ついては、角度θ２からθ４の期間で計測が可能であ
る。したがって、その期間に参照光が照射される点Ａを
通る光軸上の距離範囲が計測可能距離範囲である。それ
より遠い距離に計測対象がある場合には、参照光が検出
できないため計測不可能である。

【００８２】本実施形態では、上述したように、操作者
ＨＭは計測可能距離範囲の内側に位置し、背景幕４はそ
の外側に配置され、これによって、操作者ＨＭのみにつ
いて３次元データが得られる。

【００８３】次に、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂの配
置位置について説明する。本装置は、顔の前面を加工す
るため、できる限り正面から測定（計測）するのが望ま
しい。測定の視点は、受光窓２０ｂの位置である。した
がって、受光窓２０ｂを表示面１４ａの近傍に配置する
のが望ましい。通常、操作者ＨＭは、表示面１４ａを見
ながら操作を行うので、表示面１４ａに対して正面を向
いていることが多いからである。

【００８４】投光窓２０ａは、基線長を取るために受光
窓２０ｂからある程度離す必要がある。さらに、参照光
の影ができないように、できる限り正面に配置した方が
よい。例えば、上方から参照光を照射すると、鼻の下が
影になって参照光が届かず、測定できない。

【００８５】これらの点を考慮して、配置例を以下に説
明する。図１４は投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂを表示
面１４ａの周辺に配置した例を示す図、図１５は投光窓
２０ａ及び受光窓２０ｂの配置可能な位置を説明する
図、図１６は投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂを表示面１
４ａと同一の視線上に配置した例を示す図である。

【００８６】図１４（Ａ）には図１に示す本実施形態の
配置状態が示されている。つまり、本実施形態におい
て、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂは、表示面１４ａの
上辺に沿って配置されている。このように配置すること
によって、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂと表示面１４
ａとの間の操作者ＨＭから見たパララックスが小さくな
り、表示面１４ａの方を向いた操作者ＨＭの顔ＨＭｆ
を、３次元計測部１１１によって正面に近い角度から撮
影することができる。

【００８７】また、図１４（Ｂ）に示すように、投光窓
２０ａ及び受光窓２０ｂを、表示面１４ａの右辺に沿っ
て配置してもよい。図１４（Ｃ）に示すように、投光窓
２０ａ及び受光窓２０ｂを表示面１４ａを上下に挟むよ
うに配置してもよい。但しこの場合には、投光窓２０ａ
と受光窓２０ｂとの間の基線長を長くする必要がある。
これらの配置の場合も、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂ
と表示面１４ａとの間のパララックスが小さくなる。

【００８８】また、図１５に示すように、投光窓２０ａ
及び受光窓２０ｂの配置位置を、ａとｃ、ｄとｅ、ｆと
ｈ、ｉとｊ、ｂとｇの各位置のいずれの組み合わせとし
ても、同様の効果が得られる。投光窓２０ａと受光窓２
０ｂの互いの位置を交換してもよい。また、図１５の例
では、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂの位置が表示面１
４ａの中心線に対して対称となっているが、いずれかの
側へ偏らせることも可能である。

【００８９】因みに、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂを
ｋとｂの各位置に配置した場合には、パララックスが大
きくなって操作者ＨＭの顔ＨＭｆが伏目勝ちになり、写
りが悪くなる。また操作者ＨＭの鼻の影ができ、データ
の欠落が生じる。

【００９０】図１６に示す例では、モニタ部１４の表示
デバイスは本体ケース１０の奥の方に配置されており、
表示デバイスの表示面１４ｂと操作者ＨＭの前方の表示
面１４ａとの間にハーフミラーＭＲが配置されている。
表示面１４ａは透明のガラス板からなり、ハーフミラー
ＭＲは表示面１４ａ及び表示面１４ｂに対して４５度傾
斜している。投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂは、ハーフ
ミラーＭＲの反射を利用し、操作者ＨＭの視線を挟むよ
うに配置されている。操作者ＨＭは、表示面１４ａを通
して、表示デバイスの表示面１４ｂに表示された画像を
見ることができる。

【００９１】図１６に示す例では、操作者ＨＭが表示面
１４ａを見る視線と投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂとの
パラッラクスを最小にすることができる。したがって、
３次元計測部１１１に用いられる参照光がハーフミラー
ＭＲによって半減されるが、その光量に余裕がある場合
には非常に有効な配置である。

【００９２】なお、投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂの位
置と表示デバイスの位置とを入れ替えてもよい。その場
合には、表示面１４ｂに表示された画像がハーフミラー
ＭＲで反射されて操作者ＨＭに見えるので、モニタ部１
４の画像を左右反転させておく必要がある。また、投光
窓２０ａ及び受光窓２０ｂを、奥に配置された表示デバ
イスの表示面１４ｂの周辺に配置することも可能であ
る。その場合の配置位置は図１５に示す配置に準じれば
よい。

【００９３】次に、加工部１７の構成及び加工部１７に
よる加工方法の例について説明する。上述したように、
加工部１７には、加工系コントローラ１７１、加工機構
１７２、及び材料供給機構１７３が備えられる。加工系
コントローラ１７１は、制御部１２から送られるＮＣデ
ータにしたがって加工機構１７２を制御する。加工機構
１７２によって、操作者ＨＭの顔ＨＭｆの部分が切削加
工される。それに用いられる材料は、複数種類例えば５
種類の頭部材料の中から操作者ＨＭが予め選択したもの
が、材料供給機構１７３によって供給される。頭部材料
の加工が終わると、同じく操作者ＨＭが予め選択した胴
体部材料と接合され、これによって立体模型が完成す
る。

【００９４】図１７は頭部材料ＡＭｈ１〜５及び胴体部
材料ＡＭｂ１〜５を示す図、図１８は加工された頭部材
料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとを接合する状態を示す
図、図１９は頭部材料ＡＭｈの加工前及び加工後の形状
の相違を示す図である。

【００９５】図１７に示すように、人物模型製造システ
ム１において、５種類の頭部材料ＡＭｈ１〜５及び５種
類の胴体部材料ＡＭｂ１〜５が準備されている。なお、
本明細書において、頭部材料ＡＭｈ１〜５の全体又は一
部を指して「頭部材料ＡＭｈ」と記載することがある。
胴体部材料ＡＭｂ１〜５についても同様である。

【００９６】頭部材料ＡＭｈでは、主として髪形につい
て種々のバリエーションが準備される。胴体部材料ＡＭ
ｂでは、主として服装について種々のバリエーションが
準備されるが、それのみでなく、人気スターを模したも
の、種々の漫画キャラクタ又は空想の人物を模したも
の、種々の動物を模したもの、種々の前景を配したもの
などが用いられる。図１７（Ｂ）の胴体部材料ＡＭｂの
例では、それぞれ、制服姿、ミッキーマウス、体操服
姿、はっぴ姿、及び水着姿が用いられている。

【００９７】操作者ＨＭは、これら各５種類の中からそ
れぞれ１種類づつ、つまり合計２５の組み合わせの中か
ら好みの組み合わせを選択することができ、色々なバリ
エーションを楽しむことができる。

【００９８】図１９によく示されるように、頭部材料Ａ
Ｍｈでは、顔ＡＭｆの部分に加工しろとなる凸状部ｆｐ
が設けられている。凸状部ｆｐが、刃物により切削加工
され、髪の毛及び耳などの他の部分と連続した顔ＨＭｆ
に形成される。したがって、頭部材料ＡＭｈとして、切
削が容易であり且つ高精度の加工ができるような材質の
材料が用いられる。例えば、ＡＢＳなどの合成樹脂、又
は木材などが用いられる。また、加工方法に応じて、他
の材質、例えば、紙、粘土、金属、合成ゴムなどを用い
ることも可能である。

【００９９】これに対して、胴体部材料ＡＭｂとして
は、成形が容易で柔らかい材質の材料、例えば、合成ゴ
ム又は軟質の合成樹脂などが用いられる。また、胴体部
材料ＡＭｂの内部に針金などを埋め込み、手足の形を自
由に変えられるようにする機能を付加することもでき
る。このように、頭部材料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂと
にそれぞれ目的に合った異なる材質のものを使用するこ
とにより、操作者ＨＭにとって満足度の高い立体模型を
提供することができる。

【０１００】図１８に示すように、頭部材料ＡＭｈの首
ｈｎの部分には下方へ突出する突起ｈｐが設けられ、胴
体部材料ＡＭｂの上端には平面部ｂｎｅ、及び上述の突
起ｈｐの外径よりも小さい内径の穴ｂｈが設けられる。
頭部材料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとの接合に当たって
は、突起ｈｐを穴ｂｈに嵌め込み、首ｈｎの下端面ｈｎ
ｅと胴体部材料ＡＭｂの平面部ｂｎｅとが当接するよう
に圧入される。いずれの種類の頭部材料ＡＭｈ又は胴体
部材料ＡＭｂが選択されても、首ｈｎと胴体部材料ＡＭ
ｂとが旨く連続して不自然とならないように接合され
る。

【０１０１】このように、頭部材料ＡＭｈと胴体部材料
ＡＭｂとが嵌め込みによって一体化され、立体模型ＭＳ
が製造される。なお、頭部材料ＡＭｈのひな型部分ｈａ
及び胴体部材料ＡＭｂには、予め適当な色及び模様に着
色しておいてもよい。その場合に、凸状部ｆｐの色を、
顔ＨＭｆのと同じ色つまり肌色又は白色にしておくと、
加工後に着色しなくても他の着色した部分と調和する。

【０１０２】さらに、顔ＨＭｆの眉の部分は黒い毛であ
り且つ余り突出していないため、３次元計測において平
坦に撮影され、３次元データには眉としてのデータが含
まれないことが多い。そのため、立体模型ＭＳで眉のな
い状態となってしまうのを防ぐため、２次元データに基
づいて眉の部分を検出し、検出した部分を黒く着色する
こととすればよい。

【０１０３】また、嵌め込まれた頭部材料ＡＭｈと胴体
部材料ＡＭｂとは、人の力で引っ張ることにより抜いて
分解することができる。つまり、突起ｈｐと穴ｂｈと
は、操作者ＨＭが捩って引き抜くことができる程度の嵌
め合いとなっている。これによって、複数の立体模型Ｍ
Ｓの相互間で、頭部材料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとを
着せ替え人形のように交換することができる。

【０１０４】なお、嵌め込まれた頭部材料ＡＭｈと胴体
部材料ＡＭｂとを分解する必要のないとき、又は突起ｈ
ｐと穴ｂｈとの嵌め合いが緩くてそのままでは簡単に外
れてしまうような場合には、接着剤を併用することが可
能である。また、本実施形態においては、加工部１７に
おいて頭部材料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとを接合して
一体化された立体模型ＭＳを排出したが、それらを接合
することなく、頭部材料ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとが
分離した状態で商品として排出し、操作者ＨＭの側でそ
れらを嵌め込むようにしてもよい。

【０１０５】さて、図１９において、上述したように、
頭部材料ＡＭｈは、予め所定のひな型形状に形成された
ひな型部分ｈａと、顔面の部分に設けられた凸状部ｆｐ
とからなる。ひな型部分ｈａは、３次元計測部１１１の
撮影によって操作者ＨＭの３次元データの得られない領
域に対応する部分である。ひな型部分ｈａは、髪、耳、
頬の一部、おでこの一部などである。凸状部ｆｐは、３
次元計測部１１１により得られた３次元データに基づい
て加工を行うことにより、顔ＡＭｆとなる。

【０１０６】このように、頭部ＨＭｈのうち、顔ＡＭｆ
の部分のみを加工し、他の部分はひな型部分ｈａとする
ことによって、３次元計測部１１１による３次元データ
の取得が容易となり、人物模型製造装置３の大型化を避
けることができる。

【０１０７】すなわち、髪の毛は反射率が低いため正確
な３次元データを得ることができない。髪の毛は細いた
め、それを忠実に再現するには高精度の３次元計測部が
必要であり、３次元データのデータ量が増大して撮影及
びデータ処理に多くの時間を要することとなる。また、
頭部ＨＭｈの全部について３次元データを得ようとする
と、複数の３次元計測部が必要になったり、また操作者
ＨＭを回転させるための装置が必要になるなど、装置が
複雑化且つ大型化し、しかも撮影に時間がかかる。３次
元データの得難い部分をひな型部分ｈａとしておくこと
によって、例えば髪の毛のデータ不足による不具合を解
消することができ、また、正面からの一方向のみの撮影
で必要な３次元データを取得することが可能であるた
め、装置の複雑化及び大型化を回避することができる。

【０１０８】なお、３次元データが得られる部分であっ
ても、その３次元データによる加工を行わずに、ひな型
を使用することも可能である。ところで、凸状部ｆｐを
加工して顔ＡＭｆを形成する際には、加工後の顔ＡＭｆ
とひな型部分ｈａとが滑らかに連続するように加工され
る。そのために、顔ＡＭｆの３次元データに対するスム
ージングのための補正処理が行われる。スムージング補
正を行うことによって、顔ＡＭｆと頬又は髪などとの繋
ぎが目立たなくなり、違和感をなくすことができる。

【０１０９】また、加工精度を高めるために、頭部材料
ＡＭｈの加工の際のチャックング、つまり位置決めが高
精度で行われる。そこで、次にスムージング補正及びチ
ャッキングについて説明する。

【０１１０】図２０は頭部材料ＡＭｈにおける顔ＡＭｆ
の領域を示す図、図２１は補間処理によってスムージン
グ加工される状態を説明するための図、図２２は頭部材
料ＡＭｈのチャッキング時の位置を精密測定するための
位置測定装置３１０の構成の例を示す図、図２３は他の
形態の頭部材料ＡＭｈ１とそれをチャッキングするため
のチャック装置３２０の構成の例を示す図、図２４は図
２３に示す頭部材料ＡＭｈ１と胴体部材料ＡＭｂ１との
接合による立体模型ＭＳ１を示す図である。なお、図２
１（Ｂ）は違和感があって好ましくない例を示す。

【０１１１】図２０において、凸状部ｆｐは、加工機構
１７２によって加工されるが、凸状部ｆｐの周縁部に設
けられる緩衝領域ｆｐｒに対応して、凸状部ｆｐの周辺
部との間が滑らかになるようにスムージング補正が行わ
れる。

【０１１２】すなわち、操作者ＨＭの顔ＨＭｆの形状は
それぞれ異なる。例えば、おでこの形状はそれぞれ異な
るので、３次元計測部１１１で得られたままの３次元デ
ータに基づいて凸状部ｆｐを加工すると、図２１（Ｂ）
に示すように、ひな型部分ｈａとの境界分ＤＥＲに線が
入るなどして違和感の生じる可能性がある。

【０１１３】そのような違和感をなくすために、緩衝領
域ｆｐｒについては、図２１（Ａ）に示すごとく、その
両側の間が滑らかにつながるように、３次元データに対
して補正を加えた補正データが用いられる。

【０１１４】３次元データの補正処理においては、図２
１（Ａ）に示すように、まず、緩衝領域ｆｐｒの両側に
あるおでこの曲線ＬＢの端部と顔の曲線ＬＣの端部とを
線分ＬＡ１でつなぐ。次に、曲線ＬＢ、曲線ＬＣ、及び
線分ＬＡ１をつなぐ１つの曲線が滑らかに違和感なくつ
ながるように、線分ＬＡ１を変形して曲線ＬＡとする。
その際に、必要に応じて曲線ＬＣに対しても補正を行
う。

【０１１５】また、スムージング補正の他の方法とし
て、緩衝領域ｆｐｒを設けない方法がある。これは、図
２１（Ｂ）のように曲線ＬＢと曲線ＬＣとを直接につな
いだ後で、曲線ＬＣに対して滑らかにつながるように補
正を行う。

【０１１６】なお、各頭部材料ＡＭｈのひな型部分ｈａ
の３次元データは、制御部１２に予め記憶されており、
操作者ＨＭによって選択された頭部材料ＡＭｈのひな型
部分ｈａについての３次元データが用いられる。その３
次元データに基づいて、上述の曲線ＬＢのデータなどが
得られる。

【０１１７】このように、画像処理によって適切な曲線
を計算し、補正された３次元データによって実際の加工
を行う。補正データの作成つまり３次元データの補正
は、制御部１２において、３次元データ顔データを加工
部１７のためのＮＣデータに変換する際に行われる。

【０１１８】そして、そのような補正データによる加工
によって滑らかに仕上げるには、頭部材料ＡＭｈを高精
度でチャッキングしておく必要がある。次に加工精度を
上げる方法について説明する。

【０１１９】頭部材料ＡＭｈの加工において最も精度を
出す方法としては、頭部材料ＡＭｈをチャッキングした
後、被接触式又は接触式の位置センサによって、Ｘ，
Ｙ，Ｚの３方向の全て又はいずれかについて、頭部材料
ＡＭｈの位置を検出し、それを加工機構１７２の刃物の
初期位置及び加工基準面の傾きにフィードバックする方
法がある。この方法によって、加工機構１７２における
加工の基準面と頭部材料ＡＭｈの基準面（切削面）とに
おける、固体間のばらつき又は頭部材料ＡＭｈのチャッ
キングの誤差など、精度劣化につながる要因を排除する
ことができる。

【０１２０】図２２において、チャッキングされた頭部
材料ＡＭｈに対して、刃物台ＦＲに取り付けられた各方
向のセンサＳＸ，ＳＹ，ＳＺから構成される位置測定装
置３１０によって、凸状部ｆｐの各面の位置が測定され
る。凸状部ｆｐの位置が測定されると、それらの基準位
置からのずれが求められ、刃物ＢＴの初期位置にフィー
ドバックされる。なお、刃物ＢＴは刃物台ＦＲに固定さ
れ、センサＳＸ，ＳＹ，ＳＺと一体的に移動する。

【０１２１】これによって、頭部材料ＡＭｈの位置決め
に誤差が生じても、刃物ＢＴの初期位置を凸状部ｆｐの
切削面のある決められた位置にもっていくことができ
る。なお、切削時には、各センサＳＸ，ＳＹ，ＳＺが頭
部材料ＡＭｈ及び周辺部と干渉しないようにするため、
それらを切削領域から待避させるためのスペースを確保
しておく。

【０１２２】センサＳＸ，ＳＹ，ＳＺを使用すると、加
工精度を向上させることができるが、コストの上昇とス
ペースの確保の問題がある。センサＳＸ，ＳＹ，ＳＺを
使用しないで加工精度を向上させるには、頭部材料ＡＭ
ｈを高精度でチャッキングする必要がある。そのために
は、頭部材料ＡＭｈの形状を高精度のチャッキングが容
易なようにしておく必要がある。

【０１２３】図２３において、頭部材料ＡＭｈ１には、
頭の中心から首にかけた鉛直方向に、位置合わせのため
の金物ｈｈが貫通し、互いに一体的に結合している。金
物ｈｈは、頭部材料ＡＭｈ１の加工基準位置に対して高
精度で位置決めされている。金物ｈｈの上端部ｈｈａに
は、キーホルダーとして使用する際のリングを取り付け
るための穴が設けられている。

【０１２４】チャック装置３２０は、装置を保持するた
めのチャッキングユニット３２１、Ｘ方向に沿って開閉
する上側チャック部３２２及び下側チャック部３２３、
Ｙ方向ストッパー３２４、Ｚ方向ストッパー３２５，３
２６、及びスプリング３２７からなる。

【０１２５】チャック装置３２０では、頭部材料ＡＭｈ
１を高精度でチャッキングするため、Ｘ，Ｙ，Ｚの全て
の方向に対して位置決めを行う。すなわち、上側チャッ
ク部３２２及び下側チャック部３２３により金物ｈｈを
挟み込むことによって、Ｘ方向の位置決めを行う。Ｙ方
向ストッパー３２４に金物ｈｈの下端縁を押し当てるこ
とにより、Ｙ方向の位置決めを行う。スプリング３２７
によって金物ｈｈをＺ方向ストッパー３２５，３２６に
押し当てることにより、Ｚ方向の位置決めを行う。この
ように、頭部材料ＡＭｈ１を高精度でチャッキングした
チャック装置３２０の全体が、刃物を有した切削ユニッ
トに対して高精度で位置決めされ、切削加工が行われ
る。金物ｈｈがチャッキングされるので、頭部材料ＡＭ
ｈの他の部分には傷が付かないという利点がある。

【０１２６】図２４に示すように、切削加工の完了した
頭部材料ＡＭｈ１は、胴体部材料ＡＭｂ１と接合されて
一体化される。胴体部材料ＡＭｂ１の上端には平面部ｂ
ｎｅ１が設けられ、そのほぼ中央にスリット状の穴ｂｈ
１が設けられる。金物ｈｈの下端部を穴ｂｈ１に差し込
み、首ｈｎ１の下端面を平面部ｂｎｅ１に当接させる。
これによって立体模型ＭＳ１が組立てられる。

【０１２７】このように、３次元計測部１１１で得られ
た３次元データにスムージング補正を行い、且つ高精度
の加工を行うことにより、顔とその周辺部分とのつなぎ
目の目立たない加工品が得られ、操作者ＨＭの個々人の
顔ＨＭｆの表情を再現した立体模型ＭＳを得ることがで
きる。

【０１２８】図２５は他の形態の頭部材料ＡＭｈ２とそ
のチャッキング状態を示す図、図２６は図２５の頭部材
料ＡＭｈ２と胴体部材料ＡＭｂ２とを接合した立体模型
ＭＳ２を示す図である。

【０１２９】図２５において、頭部材料ＡＭｈ２は、首
ｈｎ２の部分には、下方へ突出する六角柱又は四角柱な
どの形状の突起ｈｐ２が設けられる。突起ｈｐ２は、コ
レットチャック３３１によりチャッキングを行う。首ｈ
ｎ２の下端面２をコレットチャック３３１の端面３３１
ａに当接することにより、Ｙ方向の位置決めを行って精
度を確保する。

【０１３０】図２６において、胴体部材料ＡＭｂ２の上
端には平面部ｂｎｅ２、及び上述の突起ｈｐ２が嵌入す
る六角形の穴ｂｈ２が設けられる。突起ｈｐ２を穴ｂｈ
２に差し込むことによって、それらが互いに接合され、
立体模型ＭＳ２が組み立てられる。首ｈｎ２の下端面ｈ
ｎｅ２が平面部ｂｎｅ２に当接することによって高さ方
向の位置決めが行われる。突起ｈｐ２及び穴ｂｈ２が六
角形であるので、差し込むことによって顔ＡＭｆ２の向
きについての位置決めが行われる。

【０１３１】上述の実施形態においては、頭部材料ＡＭ
ｈと胴体部材料ＡＭｂとを接合することによって立体模
型ＭＳを組み立てたが、図２５に示す頭部材料ＡＭｈ２
のみをそのまま立体模型ＭＳ３とすることもできる。

【０１３２】加工機構１７２として、切削加工を行う場
合には、例えばフライス盤が用いられる。加工機構１７
２には、上述したように、工作物である頭部材料ＡＭｈ
を固定するためのチャック装置やテーブルが備えられ
る。刃物として、エンドミル、スローアウエイフライス
などが用いられる。切削加工によらない場合には、積層
造形法（光造形法を含む）、レーザ加工（熱加工）、放
電加工、成型加工（加圧など）などの手法を用いること
が可能である。

【０１３３】材料供給機構１７３として、例えば合計１
０種類の材料を収納するストッカーを備え、選択された
材料を押し出しロッドにより移送路に送り出し、これを
チャック付き移送ロッドによりチャック装置又はテーブ
ルに送り込む装置が用いられる。各材料については、複
数個の材料を準備しておき、例えばエレベータによって
順次送りだせばよい。また、多関節のロボット又はマニ
ピュレータを用い、材料を把持してチャック装置に持っ
ていくようにしてもよい。刃物台を固定しておき、ロボ
ットで把持した材料を３次元データに基づいて移動させ
るようにロボットを制御し、ロボットが材料を把持した
状態で加工を行うようにしてもよい。

【０１３４】加工を終えた頭部材料ＡＭｈは、ロボット
又は他の自動化装置により胴体部材料ＡＭｂと接合され
る。接合により組み立てられた立体模型ＭＳは、排出部
１８から排出される。なお、上述したように、頭部材料
ＡＭｈと胴体部材料ＡＭｂとを別々に排出してもよい。

【０１３５】次に、計測部１１及び制御部１２の動作
を、フローチャートを参照して計測の手順と合わせて説
明する。図２７〜図２９は制御部１２の処理動作を示す
フローチャート、図３０は制御部１２における３次元位
置演算の処理手順を示すフローチャートである。

【０１３６】図２７において、電源が投入されると、ま
ず、制御部１２の初期化が行われ（＃１１）、計測部１
１及び加工部１７に電源が供給されて初期化が行われる
（＃１２）。モニタ部１４には、ユーザの興味を引きつ
けるための画像がデモ表示され、スピーカ１５から音楽
が流される（＃１３）。人物模型製造装置３の機能の説
明及び注意を行う画面も表示される。この状態で、コイ
ン投入部１６にコインの投入されるのを待つ（＃１
４）。

【０１３７】コインが投入されると、表示面１４ａに髪
形選択画面が表示される（＃１５）。髪形選択画面で
は、複数種類の髪形の画像が表示されるので、操作者Ｈ
Ｍは、操作部１３を操作してその中から自分の好みの髪
形を選択する（＃１６）。髪形を既成のものから選ぶの
は、髪の毛の３次元データを得るのが容易ではなく且つ
加工も困難であるからである。

【０１３８】髪形の選択の次に、胴部選択画面が表示さ
れる（＃１７）。胴部選択画面では、複数種類の胴体部
の画像が表示されるので、操作者ＨＭは、操作部１３を
操作してその中から自分の好みの胴体部を選択する（＃
１８）。３次元データを撮影して新たに模型を製作する
のは操作者ＨＭの顔ＨＭｆの部分のみであるから、胴体
部は既成のものから選択してもらう。髪形選択画面に表
示される髪形及び胴部選択画面に表示される胴体部は、
加工部１７において準備されている頭部材料ＡＭｈ及び
胴体部材料ＡＭｂに対応している。

【０１３９】次に、モード選択画面が表示される（＃１
９）。モードとして、「うるさいモード」と「うるさく
ないモード」がある。「うるさいモード」では、以降に
おける全ての判定及び警告のための処理が実行される。
「うるさくないモード」は、操作者ＨＭに対してお好き
なように撮って下さいというモードであり、以降におけ
る全ての判定及び警告は一切行われない。操作者ＨＭ
は、操作部１３を操作していずれかのモードを選択する
（＃２０）。「うるさいモード」が選択された場合には
（＃２１でイエス）、「うるさいフラグ」がセットされ
る（＃２２）。「うるさいフラグ」がない場合には、以
降の判定処理及び警告処理は全てジャンプする。

【０１４０】次に、選択内容確認画面が表示される（＃
２３）。選択内容確認画面は、これまでに操作者ＨＭが
選択した内容を一覧表示する画面である。操作者ＨＭ
は、それに対応して操作部１３を操作する。キャンセル
ボタン１３３が押されると（＃２４でイエス）、ステッ
プ＃１５に戻って選択をやり直す。確認ボタン１３２が
押されると（＃２５でイエス）、ステップ＃３１に進
む。また、コイン投入部１６の返却ボタンが押されると
（＃２６でイエス）、コイン返却処理が実行され（＃２
７）、ステップ＃１３に戻る。なお、キャンセルボタン
１３３を押して選択をやり直すことのできる回数は限定
されている。

【０１４１】図２８において、ステップ＃３１で、選択
された髪形の情報をメモリに記憶し、その髪形を表示面
１４ａに表示する。また、髪形の情報を加工部１７に送
ってそれに応じた頭部材料ＡＭｈを選択するようにセッ
トする。「うるさいフラグ」が立っている場合には（＃
３２でイエス）、プリ３次元計測を行う（＃３３）。プ
リ３次元計測では、３次元計測部１１１による撮影を行
って大まかな３次元データを得る。ここで、後述する３
次元位置演算処理が行われる。得られた３次元データ
は、以降の判定に用いられ、これによって各種の警告の
要否が決定される。

【０１４２】次に、２次元撮影部１１２によって、操作
者ＨＭを撮影する（＃３４）。２次元撮影部１１２によ
って、操作者ＨＭの頭部ＨＭｈの全体及び胴体部ＨＭｂ
の一部が撮影され、２次元データ（カラー画像データ）
が得られる。撮影した２次元データの中の顔ＨＭｆの部
分を、表示面１４ａに表示された髪形の中に張り付けて
表示する（＃３５）。

【０１４３】以下に説明するステップ＃３７からステッ
プ＃５０の処理は、「うるさいフラグ」が立っている場
合にのみ実行される。「うるさいフラグ」がない場合は
ステップ＃６１にジャンプする（＃３６）。

【０１４４】まず、遠近判定が行われる（＃３７）。こ
の判定では、撮影された操作者ＨＭの顔が予め設定され
た基準範囲の大きさであるか否かが判断される。撮影さ
れた顔が大きすぎたり小さすぎたりすると、頭部材料Ａ
Ｍｈを加工したときにひな型部分ｈａと旨くつながら
ず、違和感が生じてしまうからである。その判断の方法
として、３次元データを用いる方法と２次元データが用
いる方法とがある。２次元データを用いる方法では、例
えば、２次元データの中の操作者ＨＭの領域と背景幕４
の領域とを区画し、２次元データの全体の中で顔ＨＭｆ
の部分の占める割合を求めて判断を行う。２次元データ
を用いて遠近判定を行うようにすると、プリ３次元計測
を一層簡略化することが可能である。

【０１４５】操作者ＨＭの位置が遠すぎる場合には（＃
３８でイエス）、表示面１４ａに「近づいて下さい」と
警告を表示する（＃３９）。近すぎる場合には（＃４０
でイエス）、「離れて下さい」と警告を表示する（＃４
１）。警告を表示した後は、再度の撮影を行うためにス
テップ＃３２に戻る。しかし、遠近判定を２次元データ
に基づいて行う方法を採用した場合には、ステップ＃３
４にジャンプするようにしてもよい。

【０１４６】メガネ判定が行われる（＃４２）。この判
定では、原則として、撮影された操作者ＨＭの目の周辺
に異常データが検出された場合に、操作者ＨＭがメガネ
を着用していると判断する。メガネを着用している場合
には（＃４３）、表示面１４ａに「メガネをとって下さ
い」と警告を表示する（＃４４）。

【０１４７】髪の判定が行われる（＃４５）。この判定
は、３次元計測部１１１では髪の３次元データが得られ
ず、髪が顔ＨＭｆの部分に掛かっている場合にはその部
分の加工が不可能であるので、それを警告するために行
われる。また、３次元データを補間したとしても、違和
感が生じることが多いからである。ここでの判定の方法
として、次に述べる方法がある。なお、先の遠近判定に
よる処理を通過することによって顔の大きさが適切に調
整されているので、顔の３次元データとしてほぼ一定の
大きさのデータが取り込まれるはずである。

【０１４８】第１の方法は、その３次元データの量が極
端に少ない場合に、髪が顔に掛かっていると判断する。
第２の方法は、３次元データの中で欠落データが多いこ
とによって判定する。第３の方法は、２次元データから
肌の色を分析し、髪の部分のみを抽出する。第３の方法
によると、２次元データから３次元データの欠陥を予測
できることとなるので、プリ３次元計測を一層簡略化す
ることが可能である。髪が顔に掛かっている場合には警
告が必要であると判断し（＃４６でイエス）、表示面１
４ａに「髪をかきあげて下さい」と警告を表示する（＃
４７）。

【０１４９】顔横向き判定が行われる（＃４５）。ここ
では、操作者ＨＭの顔が正しく正面を向いているか否か
を判定する。通常、立体模型ＭＳとしては正面を向いて
いるものが望まれるので、別の方向を向いていると失敗
作となるからである。判定のために、３次元データによ
り、鼻の先端と口の先端から顔の中心軸が抽出される。
３次元データの顔における中心軸の位置から、顔が正面
を向いているのか横を向いているのかか判定される。横
を向いている場合には警告が必要であると判断し（＃４
９でイエス）、表示面１４ａに「正面を向いて下さい」
と警告を表示する（＃５０）。顔の中心軸が検出できな
かった場合は正面を向いていると判断し、警告不必要と
判定する。

【０１５０】図２９において、選択内容を確認するため
に「これでいいですか」と表示する（＃６１）。操作者
ＨＭは、それに対応して操作部１３を操作する。キャン
セルボタン１３３が押されると（＃６２でイエス）、ス
テップ＃３２に戻ってやり直す。確認ボタン１３２が押
されると（＃６３でイエス）、投光窓２０ａ及び受光窓
２０ｂの近傍に設けられたランプが点滅する（＃６
４）。「点滅を見て下さい」と表示面１４ａに表示し
（＃６５）、且つスピーカ１５から音声を流す（＃６
６）。これによって、操作者ＨＭの目線が正面を向くよ
うに誘導され、顔ＨＭｆを正面に近い位置から撮影する
ことができる。

【０１５１】３次元本計測を行う（＃６７）。３次元本
計測では、３次元計測部１１１による撮影を行って３次
元データを得る。ここでも後述する３次元位置演算処理
が行われる。得られた３次元データに基づいて頭部材料
ＡＭｈの加工が行われる。撮影は１回でもよいが、複数
回行ってもよい。複数回の撮影を行う場合には、撮影の
方法、及び得られた複数の３次元データの使用方法など
について、種々の実施形態が考えられる。

【０１５２】第１の例は、同じ位置から複数回の撮影を
行い、得られた３次元データの中で最もよい３次元デー
タ、例えば欠落データの最も少ない３次元データを用い
る。複数回の撮影を行うには、例えば、撮影回数のカウ
ンタに回数をセットし、３次元計測を行う度毎にカウン
タをデクリメントし、カウンタが０になれば撮影を終了
する。第２の例は、同じ位置から複数回の撮影を行い、
得られた３次元データのよいとこどりを行う。つまり、
データの欠落する部分を互いに補い合って欠落のない３
次元データを作成する。

【０１５３】第３の例は、３次元計測部１１１を複数個
設置しておき、それらによって操作者ＨＭの顔ＨＭｆを
異なる角度から撮影する。得られた複数の３次元データ
をデータ処理によって繋ぎ合わせて１つの完全な３次元
データとする。第４の例は、１つの３次元計測部１１１
を移動可能に設置しておき、異なる位置から操作者ＨＭ
の顔ＨＭｆを撮影する。第５の例は、操作者ＨＭの位置
の床面に回転テーブルを設置しておき、回転テーブルを
左右に回動させて操作者ＨＭの顔ＨＭｆを左右に向けさ
せ、色々な角度から操作者ＨＭの顔ＨＭｆを撮影する。

【０１５４】次に、得られた３次元データに、予め準備
された３次元データである髪データ及び胴体データをは
りつける（＃６８）。はりつけのために、必要な演算が
行われる。できあがった全体の３次元データを、特性デ
ータ記憶部１２３に記憶し、それを表示面１４ａに表示
する（＃６９）。同時に、操作者ＨＭの確認のために
「これでいいですか」と表示面１４ａに表示する（＃７
０）。操作者ＨＭは、それに対応して操作部１３を操作
する。キャンセルボタン１３３が押されると（＃７１で
イエス）、ステップ＃３２に戻ってやり直す。確認ボタ
ン１３２が押されると（＃７２２イエス）、顔の３次元
データを加工のためのＮＣデータに変換する（＃７
３）。変換処理においては、倍率変換及び解像度変換が
行われ、また顔ＨＭｆとその周辺部分との境界部分であ
る緩衝領域ｆｐｒについてスムージング補正が行われ
る。変換されたＮＣデータは加工部１７に送られる（＃
７４）。加工部１７において、加工が開始される（＃７
５）。

【０１５５】表示面１４ａには、顔の３次元データに髪
データ及び胴体データをはりつけたものを表示し（＃７
６）、加工が完了するまでそれを回転させて表示する
（＃７７）。加工が完了すると、加工された頭部材料Ａ
Ｍｈと選択されて供給された胴体部材料ＡＭｂとを接合
して組み立てた後（＃７９）、完成した立体模型ＭＳを
排出部１８に排出する（＃８０）。そして「うるさいフ
ラグ」をクリアする（＃８１）。

【０１５６】図３０に示すように、制御部１２において
は、３次元位置演算処理が実行され、これによって２０
０×２００個のサンプリング点（画素）の３次元位置
（座標Ｘ，Ｙ，Ｚ）が算定される。サンプリング点はカ
メラ視線（サンプリング点と前側主点Ｈとを結ぶ直線）
とスリット面（サンプリング点を照射するスリット光Ｕ
の光軸面）との交点である。

【０１５７】まず、計測部１１から送られてきたｘｉの
総和Σｘｉが所定値を上回っているかどうかを判定する
（＃１１１）。ｘｉが小さい場合、つまりスリット光成
分の総和Σｘｉが所定の基準に満たない場合には誤差を
多く含んでいるので、その画素については３次元位置の
算出を実行しない。そして、その画素については「エラ
ー」を示すデータを設定して記憶する（＃１１７）。Σ
ｘｉが所定値を上回っている場合には十分な精度が得ら
れるので、３次元位置の算出を実行する。

【０１５８】３次元位置の算出に先立って、スリット光
Ｕの通過タイミングｎｏｐを算出する（＃１１２）。通
過タイミングｎｏｐは、ｉ＝１〜３２について（Σｉ・
ｘｉ）／（Σｘｉ）を計算して重心ｉｐ（時間重心Ｎｐ
ｅａｋ）を求め、これにライン番号を加算することによ
って算出される。

【０１５９】すなわち、算出された重心ｉｐは、その画
素の出力が得られている３２フレーム内のタイミングで
あるので、ライン番号を加えることによって走査開始か
らの通過タイミングｎｏｐに変換する。具体的には、ラ
イン番号は、最初に算出されるライン３２の画素につい
ては「３２」、次のライン３３については「３３」とな
る。注目画素ｇのラインが１つ進む毎にライン番号は１
つ増大する。しかし、これらの値は他の適当な値とする
ことが可能である。その理由は、３次元位置を算出する
際に、係数であるＸ軸周りの回転角及びＸ軸周りの角速
度などをキャリブレーションにより適切に設定すること
ができるからである。

【０１６０】そして３次元位置算出を行う（＃１１
３）。算出された３次元位置は、その画素に対応するメ
モリ領域に記憶し（＃１１４）、次の画素について同様
の処理を行う（＃１１６）。総ての画素についての処理
が終わると終了する（＃１１５でイエス）。

【０１６１】上述の実施形態においては、計測部１１に
よって操作者ＨＭのみの３次元データを得るために、背
景幕４を計測可能距離範囲の外側に配置し、また背景幕
４の色を参照光の波長域に対して低反射率としたが、こ
の他、次に述べる変形例のように構成することもでき
る。

【０１６２】図３１は第１の変形例の背景幕４ｂを示す
図である。図３１に示すように、背景幕４ｂは、３次元
計測部１１１の投光窓２０ａから照射される参照光に対
して拡散反射率の低いものであり、且つ、参照光の背景
幕４ｂによる正反射光が受光窓２０ｂに受光されない位
置に配置されている。このようにすると、背景幕４ｂか
らの反射光はほとんど受光窓２０ｂに入射しないため、
背景幕４ｂの３次元データは得られない。しかし、操作
者ＨＭの顔ＨＭｆ又などは充分に拡散反射を行うので、
３次元計測部１１１による３次元データの計測が可能で
ある。したがって、操作者ＨＭが撮影範囲内に位置する
ことによって、操作者ＨＭのみの３次元データを得るこ
とができる。

【０１６３】また、３次元計測部１１１によって得られ
た３次元データから、背景幕４の配置された距離位置の
近傍の３次元データを削除する手段を設けておいてもよ
い。例えば、図３０のフローチャートに対応する図３２
のフローチャートに示すように、ステップ＃１１３ａで
３次元位置が背景幕４の距離の近傍であるか否かを判断
し、幕距離近傍であればステップ＃１１７にジャンプ
し、エラー情報と同等に扱うように処理を行えばよい。
なお、この例は、アクティブ方式に限定されるものでは
なく、パッシブ方式（例えばステレオ視方式）にも適用
可能である。

【０１６４】第２の変形例は、上述のように背景幕４を
青色とすることに加えて、背景幕４に対する反射光強度
を予め測定しておき、その強度以下の受光出力を使用し
ないように構成する。

【０１６５】そのための具体的な構成を説明すると、図
２７に示すフローチャートのステップ＃１２の次に、背
景幕４に対する反射光強度を測定するための「幕測定」
の処理ブロックを追加する。この場合には、電源が投入
されて各部の初期化が終わった後、幕測定処理が行われ
る。幕測定処理が終わった後にデモ表示を行う。

【０１６６】図３３は幕測定処理のフローチャートであ
る。幕測定処理では、通常の３次元計測を行うのと同様
に、背景幕４に対してスリット光を走査して照射し、そ
の反射光を受光する（＃１２１）。受光出力は一旦メモ
リに記憶する。これによって、メモリには、各画素につ
いて図１２に示すようなデータが揃う。その内の最大値
の受光データを検出し、検出した最大値のデータと図１
１の元の定常光データ７３１との和の値を定常光データ
７３１として設定する（＃１２２）。定常光データ７３
１は各画素毎に設定される。これによって、以降の３次
元計測において、背景幕４からの反射光成分はカットさ
れる。なお、計測対象である操作者ＨＭの反射率は背景
幕４よりも高いので、計測のためのスリット光成分は十
分に受光される。

【０１６７】なお、背景幕４，４ｂとして種々の材料か
らなる幕及び壁が含まれる。例えば、織布、不織布、
紙、合成樹脂、合成ゴム、又は金属などからなる幕、材
木、土、コンクリートなどからなる壁などを用いること
ができる。

【０１６８】次に、立体模型ＭＳのための材料につい
て、その形態及び加工方法に関する種々の他の例を説明
する。なお、上に述べた例と類似するものも含まれる。
上に述べた実施形態では、加工された頭部材料ＡＭｈ
と、予め準備された胴体部材料ＡＭｂとを接合して立体
模型ＭＳとしたが、次に示す例では、顔の部分とそれ以
外の全体部分とに分割しておき、顔の部分の材料である
顔材料ＡＭｆｍについて切削加工を行い、加工された顔
材料ＡＭｆｍを、全体部分の材料である全体材料ＡＭＡ
に接合することによって立体模型ＭＳを作製する。

【０１６９】まず、顔材料ＡＭｆｍの形態及び輪郭形状
の種々の例について説明する。〔第１の形態例〕図３４及び図３５に示すように、胴体
部ＡＭｂ及び頭部ＨＭｈを有する標準的な人物模型を、
全体材料ＡＭＡ１として予め準備する。全体材料ＡＭＡ
１の頭部ＨＭｈには、耳及び頭髪（後頭部を含む）が予
め形成されており、顔ＡＭｆに対応する部分には、結合
面ＪＦ１，ＪＦ２が形成されている。

【０１７０】顔材料ＡＭｆｍ１は、加工に適した材質か
らなり、３次元データに基づいて顔ＡＭｆの形状に切削
される。顔ＡＭｆの切削領域の周辺に、エンドミルなど
の切削工具の逃げのための空間である逃げ領域Ｍｒを容
易に設けることができる。

【０１７１】加工された顔材料ＡＭｆｍ１は、結合面Ｊ
Ｆ１，ＪＦ２において接触して位置決めされ、全体材料
ＡＭＡ１と結合される。顔材料ＡＭｆｍは本発明におけ
る第１部の材料に相当し、全体材料ＡＭＡは本発明にお
ける第２部の材料に相当する。

【０１７２】この例による利点は次のとおりである。（１）顔材料ＡＭｆｍ１を全体材料ＡＭＡ１から分離し
て切削加工することにより、切削に必要な工具の逃げ領
域Ｍｒを容易に確保できる。

【０１７３】因みに、顔ＡＭｆの部分を分離することな
く、頭部ＨＭｈの中で顔ＡＭｆの部分を切削する場合に
は、図５２（Ａ）に示すように、顔ＡＭｆの部分の周辺
に髪型及び頭部の既製の形状が存在するため、逃げ領域
を設定できず加工できない領域ＷＥができてしまう場合
がある。これを防止するためには、図５２（Ｂ）に示す
ように、頭部ＨＭｈにおける顔ＡＭｆの周辺に、加工を
行わない逃げ領域Ｍｒを設ける必要がある。逃げ領域Ｍ
ｒとしては、切削工具の直径寸法以上の幅が必要であ
る。そうすると、その逃げ領域Ｍｒの分だけ無用の領域
を設けることとなり、人物模型として好ましくない。

【０１７４】これに対して、第１の形態例の顔材料ＡＭ
ｆｍ１及び全体材料ＡＭＡ１を用いた場合には、顔材料
ＡＭｆｍ１を単独で加工することができるので、その周
辺の自由空間を逃げ領域Ｍｒとして利用して顔材料ＡＭ
ｆｍを顔ＡＭｆの形状そのものに加工することができ
る。その上、全体材料ＡＭＡ１に逃げ領域Ｍｒのような
無用の領域を設ける必要がない。つまり、顔材料ＡＭｆ
ｍは、図３５に示すようにその周囲を端部まで加工する
ことができ、また、全体材料ＡＭＡの頭部ＨＭｈは、顔
材料ＡＭｆｍを嵌め込んだときの端部が結合面ＪＦ２に
接するようにすればよく、それらの間に余計な領域を設
ける必要がない。（２）顔材料ＡＭｆｍ１と全体材料ＡＭＡ１との結合面
を２面に限定することにより、３次元的面合わせ（形状
合成）が簡略化できる。（３）頭部材料ＡＭｈにおいて顔ＡＭｆの形状を形成す
る場合と比較して、３次元的な面合わせが容易である。〔第２の形態例〕この例では、顔の部分とそれ以外の全体部分とに分割す
ることは第１の形態例と同様であるが、顔材料ＡＭｆｍ
２が前頭部をも含んでいる点が異なる。

【０１７５】つまり、図３６に示すように、全体材料Ａ
ＭＡ２として、胴体部、耳、及び後頭部を有する標準的
な人物模型を用いる。全体材料ＡＭＡ２の頭部ＨＭｈは
後頭部のみであり、前頭部は顔材料ＡＭｆｍ２に設けら
れる。したがって、顔材料ＡＭｆｍ２には、顔ＡＭｆ、
前頭部、前髪、額、及び顎が含まれる。顔ＡＭｆについ
ては、操作者ＨＭを３次元計測して得られた３次元デー
タを用い、前頭部、前髪、額、及び顎については、標準
形状として準備されているデータを用い、それらを合成
したデータによって顔材料ＡＭｆｍ２を加工する。

【０１７６】加工された顔材料ＡＭｆｍ２は、結合面Ｊ
Ｆ１において全体材料ＡＭＡ１と結合される。この例に
よる利点は次のとおりである。（１）全体材料ＡＭＡ２と顔材料ＡＭｆｍ２との結合面
を１面に限定することにより、面合わせ（形状合成）が
２次元的面合わせとなり、面合わせがより簡略化され
る。〔第３の形態例〕図３７に示すように、全体材料ＡＭＡ
３の形状を、人物以外のもの、例えば、動物、擬似動
物、又は縫いぐるみとする。顔材料ＡＭｆｍ３には、額
から顎までの部分を含み、顔ＡＭｆを加工した後に、結
合面ＪＦ１において全体材料ＡＭＡ３と結合する。

【０１７７】この例による利点は次のとおりである。（１）上に述べた第１の形態例の利点（１）と同じ利点
を有する。（２）上に述べた第２の形態例の利点（１）と類似する
利点が得られる。つまり、額から顎までの顔形状と全体
材料ＡＭＡ３との結合面ＪＦ１を平面とすることがで
き、全体材料ＡＭＡ３のデザイン化によってこれと顔材
料ＡＭｆｍ３との面合わせが２次元的面合わせとなり、
より簡略化される。（３）全体材料ＡＭＡ３を着色する場合に、着色しない
部分を顔ＡＭｆの部分のみに限定することができ、着色
が容易である。〔第４の形態例〕図３８に示すように、全体材料ＡＭＡ
４の形状を、人物以外のもの、例えば、動物、擬似動
物、又は縫いぐるみとする。全体材料ＡＭＡ４の顔ＡＭ
ｆに対応す部分には、顔ＡＭｆの周辺を若干覆うための
弾力性を有するひだ部ＧＤ１を設ける。顔材料ＡＭｆｍ
４には、額から顎までの部分を含み、顔ＡＭｆの部分を
加工する。顔材料ＡＭｆｍ４と全体材料ＡＭＡ４との結
合面ＪＦ１を平面とする。

【０１７８】顔材料ＡＭｆｍ４と全体材料ＡＭＡ４との
結合に当たっては、加工された顔材料ＡＭｆｍ４をひだ
部ＧＤ１内に嵌まり込むようにする。全体材料ＡＭＡ４
に対する顔材料ＡＭｆｍ４の上下方向の位置を調整する
ことによって、顔ＡＭｆの縦方向の長さをＬｆ１，Ｌｆ
２，Ｌｆ３のように調整することができる。したがっ
て、顔ＡＭｆの横方向の寸法は結合面ＪＦ１の寸法と一
致させておき、顔材料ＡＭｆｍ４の固定位置を調整する
ことによって、顔ＡＭｆの縦横比率を調整することがで
きる。

【０１７９】この例による利点は次のとおりである。（１）上に述べた第１の形態例の利点（１）と同じ利点
を有する。（２）上に述べた第３の形態例の利点（２）（３）と同
じ利点を有する。（３）顔ＡＭｆの周辺がひだ部ＧＤ１によって隠れるた
め、顔ＡＭｆの周辺部分の測定誤差が表面に現れない。

【０１８０】すなわち、顔ＡＭｆの周辺の形状のうち、
髪の毛の形状及び傾斜の急な側面は測定し難い。そのた
め、顎より上方の顔ＡＭｆの周辺形状は測定誤差又は測
定エラーを多く含む歪んだ形状となる。そのような部分
をひだ部ＧＤ１で覆うデザインとすることにより、測定
誤差部分又はエラー部分の形状補正を行う必要なくな
る。（４）操作者ＨＭによって顔ＡＭｆの縦横比率が異なる
が、上に説明したように顔材料ＡＭｆｍ４の位置を調整
することによって顔ＡＭｆの縦横比率を容易に調整でき
るので、顔材料ＡＭｆｍ４を現寸比率て製作できる。〔第５の形態例〕図４０に示すように、基本的には第４
の形態例と同じであるが、ひだ部ＧＤ１が顔ＡＭｆの全
周を覆うように、しかも顔ＡＭｆの縦横比率を吸収でき
る大きさとされる。顔材料ＡＭｆｍ５は全体材料ＡＭＡ
５のひだ部ＧＤ１の内側に嵌め込まれる。

【０１８１】この例による利点は次のとおりである。（１）上に述べた第１の形態例の利点（１）と同じ利点
を有する。（２）上に述べた第３の形態例の利点（２）（３）と同
じ利点を有する。（３）上に述べた第４の形態例の利点（３）（４）と同
じ利点を有する。（４）ひだ部ＧＤ１は、それ自体によって顔材料ＡＭｆ
ｍ５を保持する機能を果たすことかできる。

【０１８２】次に、顔材料ＡＭｆｍと全体材料ＡＭＡと
の結合方法について説明する。上に述べた顔材料ＡＭｆ
ｍは、以下に説明する結合方法を適宜採用することによ
り、全体材料ＡＭＡと結合することが可能である。〔第１の結合例〕図４１に示すように、顔材料ＡＭｆｍ
に、結合面ＪＦ１，ＪＦ２、及び結合爪ＪＮ１を設け
る。全体材料ＡＭＡの頭部ＨＭｈに、顔材料ＡＭｆｍの
結合面ＪＦ１，ＪＦ２に対応する結合面ＪＦ１，ＪＦ
２、及び抜け止め面ＪＸ１を設ける。結合爪ＪＮ１は弾
力性を有する材料からなり、操作者ＨＭが自分の指先で
全体材料ＡＭＡに挿入することが可能である。顔材料Ａ
Ｍｆｍと全体材料ＡＭＡとは、結合面ＪＦ１，ＪＦ２を
当たり面とし、結合爪ＪＮ１が抜け止め面ＪＸ１に係合
することによって保持される。

【０１８３】なお、顔材料ＡＭｆｍ及び全体材料ＡＭＡ
のいずれにも、それらの結合によって隠れる部分に、適
当な中空部が設けられている。顔材料ＡＭｆｍの中空部
は、加工の際のチャック用として用いられるチャック溝
ＪＣ１となっている。

【０１８４】結合面ＪＦ１，ＪＦ２、結合爪ＪＮ１、及
び抜け止め面ＪＸ１は、本発明における接合部に相当す
る。〔第２の結合例〕図４２に示すように、顔材料ＡＭｆｍ
に、結合面ＪＦ１，ＪＦ２、及び抜け止め面ＪＸ１を設
ける。全体材料ＡＭＡの頭部ＨＭｈに、顔材料ＡＭｆｍ
の結合面ＪＦ１，ＪＦ２に対応する結合面ＪＦ１，ＪＦ
２、及び結合爪ＪＮ１を設ける。第１の結合例と同様
に、結合爪ＪＮ１は弾力性を有する材料からなり、指先
で全体材料ＡＭＡに挿入することが可能である。顔材料
ＡＭｆｍと全体材料ＡＭＡとは、結合面ＪＦ１，ＪＦ２
を当たり面とし、結合爪ＪＮ１が抜け止め面ＪＸ１に係
合することによって保持される。〔第３の結合例〕図４３に示すように、全体材料ＡＭＡ
の頭部ＨＭｈに、結合面ＪＦ１，ＪＦ２、及び抜け止め
突起ＪＸ１を設ける。顔材料ＡＭｆｍに、結合面ＪＦ
１，ＪＦ２、及び嵌め込み部ＪＧ１を設ける。嵌め込み
部ＪＧ１に、顔材料ＡＭｆｍを切削加工する際のチャツ
ク用皿もみ形状を持つ四角穴ＪＨ１、及びＶ字形状の溝
ＪＶ１を設ける。

【０１８５】抜け止め突起ＪＸ１は弾力性を有し、指先
で顔材料ＡＭｆｍを全体材料ＡＭＡに挿入することが可
能である。顔材料ＡＭｆｍと全体材料ＡＭＡとは、結合
面ＪＦ１，ＪＦ２を当たり面とし、抜け止め突起ＪＸ１
が四角穴ＪＨ１に嵌入することにより保持される。

【０１８６】四角穴ＪＨ１及び溝ＪＶ１は、顔材料ＡＭ
ｆｍを加工する際のチャック用にも用いられる。このよ
うに、四角穴ＪＨ１及び溝ＪＶ１が、顔材料ＡＭｆｍを
全体材料ＡＭＡに取り付けるためと、顔材料ＡＭｆｍの
加工の際のチャックのためとに兼用して用いられる。こ
れによって、顔材料ＡＭｆｍの構造及び形状が簡素化さ
れ、コストの低減が図られる。〔第４の結合例〕この例は、上に述べた第３の形態例に
対応する。結合方法は、上に述べた第１の結合例と同様
である。

【０１８７】つまり、図４４に示すように、全体材料Ａ
ＭＡの頭部ＨＭｈに、結合面ＪＦ１，ＪＦ２、及び抜け
止め溝ＪＤ１を設ける。顔材料ＡＭｆｍに、結合面ＪＦ
１，ＪＦ２、及び結合爪ＪＮ１を設ける。

【０１８８】結合爪ＪＮ１は弾力性を有し、指先で抜け
止め溝ＪＤ１に挿入することが可能である。顔材料ＡＭ
ｆｍと全体材料ＡＭＡとは、結合面ＪＦ１，ＪＦ２を当
たり面とし、結合爪ＪＮ１が抜け止め溝ＪＤ１に嵌入す
ることにより保持される。〔第５の結合例〕この例は、上に述べた第３の形態例に
対応する。結合方法は、上に述べた第２の結合例と同様
である。

【０１８９】つまり、図４５に示すように、全体材料Ａ
ＭＡの頭部ＨＭｈに、結合面ＪＦ１，ＪＦ２、及び結合
爪ＪＮ１，ＪＮ２を設ける。顔材料ＡＭｆｍに、結合面
ＪＦ１，ＪＦ２、及び抜け止め溝ＪＤ１を設ける。

【０１９０】結合爪ＪＮ１は弾力性を有し、指先で抜け
止め溝ＪＤ１に挿入することが可能である。顔材料ＡＭ
ｆｍと全体材料ＡＭＡとは、結合面ＪＦ１，ＪＦ２を当
たり面とし、結合爪ＪＮ１が抜け止め溝ＪＤ１に嵌入す
ることにより保持される。〔第６の結合例〕この例は、上に述べた第４の形態例に
対応する。

【０１９１】つまり、図４６に示すように、顔材料ＡＭ
ｆｍには、その上側の半周部分にひだ部ＧＤ１に対応す
るＵ字形状のつば部ＧＳ１、及び抜け止めのための結合
爪ＪＮ１を設ける。全体材料ＡＭＡの頭部ＨＭｈには、
Ｕ字状のひだ部ＧＤ１、及び抜け止め用の結合爪当たり
面ＪＺ１を設ける。

【０１９２】つば部ＧＳ１及びひだ部ＧＤ１は弾力性を
有し、指先でそれらを互いに嵌め込むことが可能であ
る。顔材料ＡＭｆｍと全体材料ＡＭＡとは、つば部ＧＳ
１とひだ部ＧＤ１との係合、及び結合爪ＪＮ１が結合爪
当たり面ＪＺ１で規制されることにより保持される。〔第７の結合例〕この例は、上に述べた第５の形態例に
対応する。

【０１９３】全体材料ＡＭＡの頭部ＨＭｈに、顔ＡＭｆ
との結合面ＪＦ１の周辺に弾力性のあるひだ部ＧＤ１を
設ける。顔材料ＡＭｆｍには、その周辺に、弾力性のあ
るつば部ＧＳ１を設ける。つば部ＧＳ１をひだ部ＧＤ１
に嵌め込むことにより、顔材料ＡＭｆｍを保持する。〔第８の結合例〕この例は、上に述べた第３の形態例に
対応する。結合方法は、上に述べた第３の結合例と同様
である。

【０１９４】図４８に示すように、全体材料ＡＭＡの頭
部ＨＭｈに、弾力性を有する抜け止め突起ＪＸ１，ＪＸ
１を設ける。顔材料ＡＭｆｍに嵌め込み部ＪＧ１を設け
る。嵌め込み部ＪＧ１に、突起ＪＸ１，ＪＸ１がそれぞ
れ係合する四角穴ＪＨ１及び溝ＪＶ１を設ける。四角穴
ＪＨ１及び溝ＪＶ１は、顔材料ＡＭｆｍを加工する際の
チャック用としても用いられる。

【０１９５】これら第１〜第８の結合例によると、頭部
ＨＭｈを２つの部分から構成し、それらの結合によって
隠れる部分に中空部を設けることにより、材料の節約、
軽量化、及び成型品質の向上を図ることができる。

【０１９６】次に、顔材料ＡＭｆｍに切削加工を行う際
のチャック方法について説明する。上に述べた顔材料Ａ
Ｍｆｍは、以下に説明するチャック方法を適宜採用する
ことによって加工することが可能である。〔第１のチャ
ック例〕図４９に示すように、チャック装置３２０Ｂの
チャック爪ＣＨＮ１，２が、顔材料ＡＭｆｍのチャック
溝ＪＣ１内において互いに外方へ向かって開く方向に移
動することにより、顔材料ＡＭｆｍを保持する。つま
り、いわゆる張りチャックを用いた例である。顔材料Ａ
Ｍｆｍは、チャック爪ＣＨＮ１，２で保持された状態
で、図の上下方向（Ｙ方向）に移動可能である。刃物Ｂ
Ｔ１は、Ｘ方向及びＺ方向に移動可能であり、これによ
って顔材料ＡＭｆｍの前面が切削される。

【０１９７】切削は、例えば、真空吸引パイプ中で行わ
れる。これによって、切り粉を容易に回収することが可
能である。チャック装置３２０Ｂは、そのチャック爪Ｃ
ＨＮ１，２の存在によって切り粉の回収に妨げにならな
い構造であり、また、切り粉の残らない形状である。〔第２のチャック例〕この例は、いわゆるピンチャック
を用いた例である。図５０及び図５１に示すように、チ
ャック装置３２０Ｃには、先端部分が円錐形状である位
置決めのための角ピンＣＨＰ２、及び先端部分がテーパ
であるテーパ押さえピンＣＨＰ１が設けられる。テーパ
押さえピンＣＨＰ１は、ワークである顔材料ＡＭｆｍを
着脱するために、所定のストロークのスライド機構によ
り支持されている。

【０１９８】角ピンＣＨＰ２が四角穴ＪＨ１に嵌まり込
み、テーパ押さえピンＣＨＰ１が溝ＪＶ１に嵌まり込ん
で強く押しつけることによって、顔材料ＡＭｆｍを保持
する。このチャック装置３２０Ｃにおいても、切り粉の
回収に妨げにならず、また、切り粉が残らない。

【０１９９】チャック装置３２０Ｃを用いた切削動作
は、例えば次のとおりである。（１）ワーク装着位置において、操作者ＨＭが、角ピン
ＣＨＰ２が四角穴ＪＨ１に嵌まり込むように、顔材料Ａ
Ｍｆｍの方向を確認しながら挿入する。（２）テーパ押さえピンＣＨＰ１が下降し、溝ＪＶ１に
嵌まり込んで強く押しつける。（３）チャック装置３２０Ｃが移動して顔材料ＡＭｆｍ
を切り粉吸引パイプのある加工位置に移動させ、そこで
吸引しながら切削を行う。（４）切削が終わると、顔材料ＡＭｆｍをワーク装着位
置に移動する。（５）テーパ押さえピンＣＨＰ１が上昇する。（６）操作者ＨＭが角ピンＣＨＰ２から加工済の顔材料
ＡＭｆｍを取り外す。

【０２００】上述の実施形態において、操作者ＨＭの状
態の分析、つまり操作者ＨＭの遠近判定、メガネ判定、
及び髪が顔に掛かっていないかどうかなどの判定のため
に、２次元データを用いることによって、プリ３次元計
測を一層簡略化し、又はプリ３次元計測を省略すること
が可能である。プリ３次元計測を省略することができれ
ば、それだけ３次元計測部１１１の寿命が延びるととも
に、３次元計測及びデータ処理に要する時間が短縮さ
れ、全体の処理時間が短縮される。

【０２０１】また、２次元データに基づいて３次元計測
の条件を設定することもでき、その場合もプリ３次元計
測を一層簡略化し又は省略することが可能である。その
例を挙げると、２次元データに基づいて、計測対象であ
る操作者ＨＭの反射率を予測し、その結果に基づいて３
次元計測のためのレーザ光強度を設定し、この設定に基
づいて半導体レーザ４１を制御する。また、２次元デー
タに基づいて操作者ＨＭの位置を検出し、３次元計測の
必要な部分を抽出して設定する。この場合に、３次元計
測部１１１は、設定された部分のみについて３次元計測
を行う。本実施形態に当てはめれば、２次元データに基
づいて顔ＨＭｆの部分又は頭部ＨＭｈのみを抽出してそ
れを３次元計測領域として設定し、顔ＨＭｆの部分又は
頭部ＨＭｈのみの３次元計測を行うようにする。その場
合に、３次元計測の不要な部分については、３次元計測
部１１１におけるスリット光の走査、受光、及び演算処
理などを実行しないようにすればよい。

【０２０２】上述の実施形態においては、頭部材料ＡＭ
ｈと胴体部材料ＡＭｂとを接合することによって立体模
型ＭＳを組み立て、又は顔材料ＡＭｆｍと全体材料ＡＭ
Ａとを接合することによって立体模型ＭＳを組み立て、
これらを完成品として販売するが、これらを接合するこ
となく、別々に分離した状態で販売してもよい。また、
加工された頭部材料ＡＭｈ又は顔材料ＡＭｆｍのみを立
体模型ＭＳの完成品として販売してもよい。立体模型Ｍ
Ｓは、そのままで又は適当な金具などを取り付けること
により、キーホルダー、ペンダント、又はブローチなど
のアクセサリーとなる。

【０２０３】上述の実施形態では、自動販売機としての
使用を想定した人物模型製造システム１を例示したが、
製造した立体模型ＭＳを無償で配付するものであっても
よい。立体模型ＭＳのサイズは、縮小サイズに限らず、
実物大でも拡大サイズでもよい。計測対象は人物以外の
生物でも無生物でもよい。

【０２０４】

【発明の効果】本発明によると、対象人物の立体模型を
製造するに当たって、３次元データを得るための撮影及
び材料の加工に要する時間を低減することができる。ま
た、頭部の材料と胴体部の材料とは材質が異なるので、
加工の有無などに応じて適切な材質を選定することがで
き、加工を行う場合に加工精度を向上させることができ
る。

【０２０５】請求項３の発明によると、多数の組み合わ
せの中から好みの組み合わせを選択することができ、色
々なバリエーションを楽しむことができる。請求項４乃
至９の発明によると、複数の模型の相互間で、頭部と胴
体部とを着せ替え人形のように交換することができる。

【０２０６】請求項７の発明によると、第１部の材料の
構造及び形状が簡素化され、コストの低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る人物模型製造システムの外観を示
す図である。

【図２】人物模型製造装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図３】操作部を示す正面図である。

【図４】背景幕の位置を示す図である。

【図５】計測部の機能構成を示すブロック図である。

【図６】ビームスプリッタ及びセンサの構成を模式的に
示す図である。

【図７】計測部による３次元計測の原理を説明するため
の図である。

【図８】計測部における３次元データの算出の原理を説
明するための図である。

【図９】センサの読出し範囲を示す図である。

【図１０】センサの撮像面におけるラインとフレームと
の関係を示す図である。

【図１１】重心演算回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】時間重心Ｎｐｅａｋの概念を示す図である。

【図１３】撮像面のフレームと計測可能距離範囲との関
係を説明する図である。

【図１４】投光窓及び受光窓を表示面の周辺に配置した
例を示す図である。

【図１５】投光窓及び受光窓の配置可能な位置を説明す
る図である。

【図１６】投光窓及び受光窓を表示面と同一の視線上に
配置した例を示す図である。

【図１７】頭部材料及び胴体部材料の例を示す図であ
る。

【図１８】加工された頭部材料と胴体部材料とを接合す
る状態を示す図である。

【図１９】頭部材料の加工前及び加工後の形状の相違を
示す図である。

【図２０】頭部材料における顔の領域を示す図である。

【図２１】補間処理によってスムージング加工される状
態を説明するための図である。

【図２２】頭部材料の位置を測定するための位置測定装
置の構成の例を示す図である。

【図２３】他の形態の頭部材料とそのチャック装置の構
成の例を示す図である。

【図２４】図２３の頭部材料と胴体部材料とによる立体
模型を示す図である。

【図２５】他の形態の頭部材料とそのチャッキング状態
を示す図である。

【図２６】図２５の頭部材料と胴体部材料とによる立体
模型を示す図である。

【図２７】制御部の処理動作を示すフローチャート図で
ある。

【図２８】制御部の処理動作を示すフローチャート図で
ある。

【図２９】制御部の処理動作を示すフローチャート図で
ある。

【図３０】制御部における３次元位置演算の処理手順を
示すフローチャートである。

【図３１】第１の変形例の背景幕を示す図である。

【図３２】制御部における３次元位置演算の処理手順の
変形例を示すフローチャートである。

【図３３】幕測定処理のフローチャートである。

【図３４】顔材料の第１の形態例を示す図である。

【図３５】顔材料の加工のための逃げ領域を説明する図
である。

【図３６】顔材料の第２の形態例を示す図である。

【図３７】顔材料の第３の形態例を示す図である。

【図３８】顔材料の第４の形態例を示す図である。

【図３９】第４の形態例における顔材料の位置の調整状
態を示す図である。

【図４０】顔材料の第５の形態例を示す図である。

【図４１】顔材料と全体材料との第１の結合例を示す図
である。

【図４２】顔材料と全体材料との第２の結合例を示す図
である。

【図４３】顔材料と全体材料との第３の結合例を示す図
である。

【図４４】顔材料と全体材料との第４の結合例を示す図
である。

【図４５】顔材料と全体材料との第５の結合例を示す図
である。

【図４６】顔材料と全体材料との第６の結合例を示す図
である。

【図４７】顔材料と全体材料との第７の結合例を示す図
である。

【図４８】顔材料と全体材料との第８の結合例を示す図
である。

【図４９】顔材料を加工する際の第１のチャック例を示
す図である。

【図５０】顔材料を加工する際の第２のチャック例を示
す図である。

【図５１】図５０に示すチャック装置の斜視図である。

【図５２】頭部に顔を加工する場合の逃げ領域の必要性
を説明する図である。

【符号の説明】

３人物模型製造装置１１計測部１２制御部１１１３次元計測部（３次元計測装置）ＡＭｈ頭部材料（第１部の材料、頭部の材料）ＡＭｂ胴体部材料（第２部の材料、胴体部の材料）ｈｐ突起（嵌め合い部）ｂｈ穴（嵌め合い部）ＡＭｆｍ顔材料（第１部の材料）ＡＭＡ全体材料（第２部の材料）ＧＤ１ひだ部（覆う部分）ＧＳ１つば部（第１部の材料の端部）ＪＨ１四角穴（チャック用部分）ＪＶ１溝（チャック用部分）ＭＳ立体模型（模型）ＨＭ操作者（対象）

フロントページの続き (72)発明者萩森仁大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者近藤尊司大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者佐藤友則大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元計測装置を用いて撮影することによ
り得られる対象の３次元データに基づいて前記対象の模
型を製造する方法であって、前記模型の第１部と第２部とを互いに異なる材質の材料
によってそれぞれ準備し、前記３次元計測装置による撮影で前記対象の一部分の３
次元データを得て、得られた３次元データに基づいて前記第１部の材料に対
して加工を行い、加工された第１部と前記第２部とを互いに接合すること
によって一体化する、ことを特徴とする模型の製造方法。
【請求項２】前記第１部は人物の頭部であり、前記第２
部は人物の胴体部である、請求項１記載の模型の製造方法。
【請求項３】前記頭部の材料及び前記胴体部の材料とし
て、それぞれ互いに形状の異なる複数の材料を準備して
おき、それらのうちの使用する材料を前記３次元計測装
置により撮影される対象人物により選択可能とする、請求項２記載の模型の製造方法。
【請求項４】３次元計測装置の撮影により得られる対象
の３次元データに基づいて前記対象の模型を製造するた
めに用いられる材料であって、前記３次元データに基づく加工に適した材質からなる前
記模型の第１部の材料と、第１部の材料とは異なる材質からなる前記模型の第２部
の材料と、を有し、前記第１部及び前記第２部には互いの接合のための接合
部が設けられてなる、ことを特徴とする模型の製造に用
いられる材料。
【請求項５】前記接合部は、突起と穴とからなる嵌め合
い部である、請求項４記載の模型の製造に用いられる材料。
【請求項６】前記第２部の材料には、前記第１部の材料
が取り付けられたときに前記第１部の材料の端部を覆う
部分が設けられてなる、請求項４記載の模型の製造に用いられる材料。
【請求項７】前記第１部の材料は、加工装置に固定する
ためのチャック用部分を有し、前記チャック用部分は、
前記第２部の材料への取り付けのために兼用される、請求項４記載の模型の製造に用いられる材料。
【請求項８】前記第１部の材料は、その少なくとも一部
が端部まで加工されるものであり、前記端部から前記端
部に接する前記第２部の材料の形状の盛り上がり部分ま
での幅寸法が、加工を行うために必要な幅寸法より狭い
ものである、請求項４記載の模型の製造に用いられる材料。
【請求項９】前記第１部は人物の頭部であり、前記第２
部は人物の胴体部である、請求項４又は請求項５記載の模型の製造に用いられる材
料。
【請求項１０】前記第１部は人物の顔部であり、前記第
２部は人物の頭部及び胴体部である、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の模型の製造に
用いられる材料。