三次元スキャナー

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【発明の名称】	三次元スキャナー
【発明者】	【氏名】鈴木広信
【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。

【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。

【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５２ａ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５２」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７２ａ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６４、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６０ｂにおいて、上記したように、金属板５２の下方縁部５２ａ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６０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９２ｂ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９２ｃ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５２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９０ｃ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２２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２００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５０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６０ａ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１１８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２００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１００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２００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１１４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１１６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６０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２００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２００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、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２００ａ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１６０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５６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。

【出願人】	【識別番号】０００１１６０５７【氏名又は名称】ローランドディー．ジー．株式会社
【出願日】	平成１１年６月２９日（１９９９．６．２９）
【代理人】	【識別番号】１０００８７０００【弁理士】【氏名又は名称】上島淳一
【公開番号】	特開２００１－１２９４２（Ｐ２００１－１２９４２Ａ）
【公開日】	平成１３年１月１９日（２００１．１．１９）
【出願番号】	特願平１１－１８２７６５