(57)【要約】【課題】移動物体に対しても適用可能であり、精度の高い立体形状を簡易かつ迅速に測定することができること。【解決手段】三角形の各辺上に配置され、機械的変位量を電気的変位量に変換する摺動抵抗器１１８〜１２０と、各摺動抵抗器１１８〜１２０が検出した電気的変位量を取得し、記録する制御装置とを備え、摺動抵抗器を有した三角形をメッシュ状に隣接配置した布状の変位部とすることによって、自由立体形状を測定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角形の各辺上に配置され、機械的変位量を電気的変位量に変換する検出素子と、
各検出素子が検出した電気的変位量を取得し、記録する制御手段と、
を備えたことを特徴とする立体形状記録装置。
【請求項２】
三角形の各辺上に配置され、機械的変位量を電気的変位量に変換する検出素子と、各検出素子が検出した電気的変位量を取得し、記録する制御手段とが面的に連続配置された面検出手段と、
各制御手段に対して検出指示を行い、各検出素子の該検出結果を取得する制御を行う全体制御手段と、
を備えたことを特徴とする立体形状記録装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記三角形の同一辺方向に延びる制御信号線によって接続されることを特徴とする請求項２に記載の立体形状記録装置。
【請求項４】
前記三角形の同一辺方向毎に層を形成して積層するとともに、各三角形の頂点位置において各層間の電位差を検出する電位差検出素子を設け、前記制御手段は、前記制御信号線からの信号と前記電位差検出素子の値とをもとに自制御手段が制御する検出素子に対する検出指示であるか否かを判断することを特徴とする請求項３に記載の立体形状記録装置。
【請求項５】
前記全体制御手段は、各制御手段に対してアドレスを用いて前記電気的変位量を取得することを特徴とする請求項２または３に記載の立体形状記録装置。
【請求項６】
前記検出素子が検出した検出結果を格納するメモリを各制御手段に対応して設け、前記全体制御手段は各メモリに格納された検出結果を取得することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【請求項７】
前記検出素子および前記制御手段は、可撓性部材によって覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【請求項８】
前記三角形を形成する骨部分である各辺および各頂点近傍の領域の剛性に比して、該三角形によって囲まれた内部領域の剛性が小さいことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【請求項９】
前記内部領域は、空間によって形成されることを特徴とする請求項８に記載の立体形状記録装置。
【請求項１０】
前記面検出手段は複数であり、
各面検出手段は、各面検出手段を機械的に連動させる連結部材によって結合されていることを特徴とする請求項２〜９のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【請求項１１】
前記面検出手段と前記全体制御手段とは無線接続されることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【請求項１２】
前記検出素子は、差動変圧器であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の立体形状記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、簡易かつ精度高く立体の自由曲面形状を測定し、記録することができる立体形状記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体の自由曲面形状を計測する方式があり、たとえば、３次元測定機、３次元デジタイザなどが用いられる。近年、動体の形状変化を検出するものとして、圧力検出を用いて形状を認識する装置やこれを用いたモーションキャプチャなどが提案されている（特許文献１参照）。一方、データグローブおよびこれを用いた形状認識方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３２１０１３号公報
【特許文献２】特開２０００−３２９５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の３次元測定機や３次元デジタイザでは、被測定物の近傍に大きな装置を設置しなければならず、移動物体の計測が困難であった。
【０００５】
また、特許文献１に記載されたものは、圧力分布と元の形状との関係をもとに間接的に立体形状を測定するものであり、測定形状の誤差が生じやすいという問題点があった。
【０００６】
さらに、特許文献２に記載されたものは、データグローブの関節の屈曲状態を抵抗値変化として測定するものであって、１つの抵抗値変化の測定範囲が広く、しかも特許文献１に記載されたものと同様に抵抗値変化という間接的な変化をもとに立体形状を求めるため、測定形状の誤差が生じやすいという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、移動物体に対しても適用可能であり、精度の高い立体形状を簡易かつ迅速に測定することができる立体形状記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる立体形状記録装置は、三角形の各辺上に配置され、機械的変位量を電気的変位量に変換する検出素子と、各検出素子が検出した電気的変位量を取得し、記録する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、三角形の各辺上に配置され、機械的変位量を電気的変位量に変換する検出素子と、各検出素子が検出した電気的変位量を取得し、記録する制御手段とが面的に連続配置された面検出手段と、各制御手段に対して検出指示を行い、各検出素子の該検出結果を取得する制御を行う全体制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記三角形の同一辺方向に延びる制御信号線によって接続されることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記三角形の同一辺方向毎に層を形成して積層するとともに、各三角形の頂点位置において各層間の電位差を検出する電位差検出素子を設け、前記制御手段は、前記制御信号線からの信号と前記電位差検出素子の値とをもとに自制御手段が制御する検出素子に対する検出指示であるか否かを判断することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記全体制御手段は、各制御手段に対してアドレスを用いて前記電気的変位量を取得することを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記検出素子が検出した検出結果を格納するメモリを各制御手段に対応して設け、前記全体制御手段は各メモリに格納された検出結果を取得することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、  前記検出素子および前記制御手段は、可撓性部材によって覆われていることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記三角形を形成する骨部分である各辺および各頂点近傍の領域の剛性に比して、該三角形によって囲まれた内部領域の剛性が小さいことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記内部領域は、空間によって形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記面検出手段は複数であり、各面検出手段は、各面検出手段を機械的に連動させる連結部材によって結合されていることを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記面検出手段と前記全体制御手段とは無線接続されることを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる立体形状記録装置は、上記の発明において、前記検出素子は、差動変圧器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、移動物体に対しても適用可能であり、精度の高い立体形状を簡易かつ迅速に測定することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照し、この発明にかかる立体形状記録装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である立体形状記録装置１０１の概要構成を斜めからみた模式図である。図１において、この立体形状記録装置１０１は、リンク１０２〜１１０の各両端が、球状継手１１１〜１１６によって回動自在に連結されている。球状継手１１４〜１１６は、台座１１７上にそれぞれ固定配置される。摺動抵抗器１１８〜１２０は、三角形の辺を形成する各リンク１０２〜１０４の中央近傍に、各リンク１０２〜１０４を分離して埋め込まれており、伸縮することによって抵抗値変化を検知する。各摺動抵抗器１１８〜１２０は、制御装置１２２に接続され、各摺動抵抗器１１８〜１２０が検出した抵抗値変化は制御装置１２２に送られる。なお、制御装置１２２には、制御装置１２２に対する入出力を行う入出力装置１２３が接続されている。
【００２３】
制御装置１２２は、入力される抵抗値変化を記憶部１２２ａに記憶し、この記憶した抵抗値変化によって形状の変化を記録する。図２は、形状変化の一例を示す図である。図２に示すような形状変化が生じると、摺動抵抗器１１８〜１２０の抵抗値が変化し、たとえば、摺動抵抗器１１８は伸長することによって抵抗値が小さくなる変化を示す。
【００２４】
このような形状変化は、たとえば摺動抵抗器１１８〜１２０および球状継手１１１〜１１３が形成する三角形の平面に垂直な軸の傾き変化として捉えることができる。この傾き変化は、たとえば三角形の平面に垂直な軸をジョイスティック機構の動きとして捉えれば、この立体形状記録装置は、入力装置として機能することになる。
【００２５】
この実施の形態１では、単純な三角形構造を持たせ、この各辺に検出素子としての摺動抵抗器１１８〜１２０を設け、三角形の各辺の伸縮変化を三角形の面の変化として検出するようにしている。
【００２６】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、１つの三角形の形状変化を求め、これによって三角形の面の変化を検出するために、この三角形を支えるリンク１０５〜１１０および球状継手１１４〜１１６を設けていたが、この実施の形態２では、複数の三角形を、各辺を共有しつつメッシュ状に隣接配置し、リンク１０５〜１１０および球状継手１１４〜１１６を設けず、自由立体形状を成す面の最小要素を三角形として捉えるようにしている。
【００２７】
図３は、この発明の実施の形態２である立体形状記録装置の概要構成を示す模式図である。図３において、この立体形状記録装置２０１は、変形部２０２、制御装置２２２、および入出力装置２２３を有している。変形部２０２は、実施の形態１に示した検出素子としての摺動抵抗器１１８〜１２０および球状継手１１１〜１１３が形成する三角形が各辺を共有しつつ隣接してメッシュ状に連続配置されている。換言すれば、６つの正三角形によって形成された正六角形がハニカム状に密に形成されているとも言える。この変形部２０２は、可撓性を有したエストラマーなどの絶縁材２０４で覆われている。
【００２８】
ここで、図４および図５を参照して、具体的な変形部２０２の構成について説明する。図４は、立体形状記録装置２０１の変形部の一部を示す平面図であり、図５は、図４に示した変形部のＡ−Ａ線断面図である。図４および図５において、変形部２０２は、裏面絶縁層２３４，絶縁層２３３ｂ、第３導体パターン層２３３ａ、絶縁層２３２ｂ、第２導体パターン層２３２ａ、絶縁層２３１ｂ、第１導体パターン層２３１ａ、表面絶縁層２３０が順次積層された構造を有する。
【００２９】
第１〜第３導体パターン層２３１ａ，２３２ａ，２３３ａのそれぞれには互いに平行で同じ線間幅をもつ導体パターンが形成される。第１導体パターン層２３１ａの導体パターンと第２導体パターン層２３２ａの導体パターンとは互いに６０度の角度をもち、第１導体パターン層２３１ａの導体パターンと第３導体パターン層２３３ａの導体パターンとは互いに−６０度の角度をもって配置される。したがって、第２導体パターン層２３２ａの導体パターンと第３導体パターン層２３３ａの導体パターンとは、互いに６０度の角度をもつことになる。各層の導体パターンは、各層に形成されるため、交わることがない。ただし、図４に示すように、三角形の頂点に対応する交点ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，…（ＣＬ）に形成されたスルーホールで一つに交わる。
【００３０】
第１〜第３導体パターン層２３１ａ〜２３３ａの交点間の導電パターンであるセグメントには、検出素子としての直流差動変圧器Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３１，Ｄ３２，…（Ｄ）が設けられる。直流差動変圧器Ｄは、セグメントの伸縮に応じた電圧を生成する。
【００３１】
絶縁層２３１ｂ，２３２ｂの交点ＣＬには、スルーホールを介して各絶縁層２３１ｂ，２３２ｂの上下層間の電圧を検出する層間電圧検出素子ＶＤ１１，ＶＤ１２，ＶＤ２１，ＶＤ２２，…（ＶＤ）が設けられる。さらに、絶縁層２３１ｂ〜２３３ｂには、上層の第１〜第３導体パターン層２３１ａ〜２３３ａに設けられた直流差動変圧器Ｄに接続されるセグメント制御部Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２，…（Ｃ）が設けられる。各セグメント制御部Ｃには、メモリＭ１１，Ｍ１２，Ｍ１３，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ３１，Ｍ３２，…（Ｍ）が接続されるとともに、上層の導体パターンに平行に制御信号線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２，…（Ｌ）が設けられる。さらに、制御部Ｃは、上層のセグメントの両端の位置に設けられた層間電圧検出素子ＶＤに接続され、層間電圧検出素子ＶＤが検出した電圧値を取得する。
【００３２】
制御装置２２２は、各層の各導電パターンに接続されるパターン線群Ｐ１〜Ｐ３を接続するとともに、各層の制御信号線群Ｌ１〜Ｌ３を接続する。また、制御装置２２２は、内部に取得した検出値を格納する記憶部２２２ａを有する。さらに、制御装置２２２は、各種指示の入力や検出結果などの出力を行う入出力装置２２３が接続される。
【００３３】
ここで、図６に示すシーケンス図を参照して、立体形状記録装置２０１の動作処理手順について説明する。図６において、まず制御装置２２２は、立体形状を取得するための検出指示があったか否かを判断する（ステップＳ１０１）。検出指示がない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）にはこの判断処理を繰り返し、検出指示があった場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）には、この検出命令を、制御信号線Ｌ１〜Ｌ３を介して各セグメント制御部Ｃに送出する（ステップＳ１０２）。
【００３４】
一方、各セグメント制御部Ｃは、この検出命令を受信したか否かを判断する（ステップＳ１１１）。検出命令を受信しない場合（ステップＳ１１１，Ｎｏ）には、この判断処理を繰り返し、検出命令を受信した場合（ステップＳ１１１，Ｙｅｓ）には、各セグメント制御部Ｃが制御する検出素子である直流差動検出器Ｄを差動させ（ステップＳ１１２）、各直流差動検出器Ｄから、現在の機械的変化（伸縮）量に対応する電気的変化量である検出値を取得し、この検出値を各メモリＭに格納する（ステップＳ１１３）。この際、アナログ量である各検出値をデジタル値に変換して格納してもよい。
【００３５】
制御装置２２２側では、その後、所定のセグメントの検出値を読み出す読出命令をセグメント制御部Ｃに送出する（ステップＳ１０３）。そして、制御装置２２２は、セグメント制御部Ｃから検出値が送られてくると、この検出値を記憶部２２２ａに格納する（ステップＳ１０４）。その後、読み出すべきセグメントの検出値がない、すなわち読出が終了したか否かを判断し（ステップＳ１０５）、読出が終了していない場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）には、ステップＳ１０３に移行し、さらに読出命令を送出して、つぎのセグメントの検出値を取得する処理を行い、読出が終了している場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）には、終了命令を各セグメント制御部Ｃに送出し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に移行し、上述した処理を繰り返す。
【００３６】
一方、各セグメント制御部Ｃでは、読出命令が自セグメントに対する読出命令であるか否かを判断する（ステップＳ１１４）。たとえば、直流差動電圧検出器Ｄ１２をもつセグメントに対する読出命令である場合、制御装置２２２は、図７に示すように、パターン線群Ｐ１のうちの制御信号線Ｌ１１の上部に位置するパターン線に電圧を印加するとともに、各パターン線群Ｐ２，Ｐ３のうちの各制御信号線Ｌ２１，Ｌ２２の上部に位置する各パターン線に電圧を印加する。これらのパターン線に対する電圧の印加によって、層間電圧検出素子ＶＤ１１，ＶＤ２１の電圧が高くなり、両端の層間電圧素子ＶＤ１１，ＶＤ２１の電圧が所定値以上になったことを検出したセグメント制御部Ｃ１２のみが、自セグメントに対する読出命令であると判断する。
【００３７】
自セグメントに対する読出命令でない場合（ステップＳ１１４，Ｎｏ）には、ステップＳ１１６に移行し、自セグメントに対する読出命令である場合（ステップＳ１１４，Ｙｅｓ）には、自セグメント制御部Ｃに接続されるメモリＭから検出値を取り出し、制御信号線Ｌ１〜Ｌ２を介して制御装置２２２側に送出する（ステップＳ１１５）。
【００３８】
その後、各セグメント制御部Ｃは、制御装置２２２側から終了命令を受信したか否かを判断し（ステップＳ１１６）、終了命令でない場合（ステップＳ１１６，Ｎｏ）には、ステップＳ１１４に移行し、自セグメントに対する読出命令であるか否かの判断を行って上述した処理を繰り返し、終了命令である場合（ステップＳ１１６，Ｙｅｓ）には、対応する検出素子である直流差動電圧検出器Ｄに対する作動停止の処理を行い（ステップＳ１１７）、その後、ステップＳ１１１に移行して上述した処理を繰り返す。
【００３９】
このような処理手順によって、全てのセグメントの検出値あるいは所望のセグメントの検出値を取得することができる。
【００４０】
ここで、布状の変形部２０２の絶縁層などは、上述したように可撓性かつ絶縁性を有するエストラマーなどの高分子材料で形成するようにしているので、自由立体形状をもつ物体に載せることによって、迅速かつ精度高く、立体形状測定を行うことができる。
【００４１】
さらに、各三角形の中央部領域にはセグメント制御部ＣやメモリＭ、さらには各種配線がないため、この領域２１０に三角形の辺や頂点領域に用いられる材料に比して剛性が低い材料を用いることによって、一層、布状の変形部２０２が物体にフィットし易くなり、さらに簡易かつ精度高く、立体形状測定を行うことができる。また、この領域２１０を空洞、すなわち空間を形成することによって、さらに簡易かつ精度高く、立体形状測定を行うことができる。
【００４２】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、各導電パターンのアクセスと層間電位差とをもとにセグメントを特定するようにしていたが、この実施の形態３では、アドレスを用いて各セグメントの特定、あるいは全セグメントの特定などを行うようにしている。
【００４３】
図８は、この発明の実施の形態３である立体形状記録装置の変形部の一部を示す平面図である。また、図９は、図８に示したＢ−Ｂ線断面図である。図８および図９に示した立体形状記録装置３０１は、変形部３０２における絶縁層３３１ｂ，３３２ｂ，３３３ｂに設けられていたスルーホールがなく、層間電圧検出素子ＶＤが削除された構成となっている。また、制御装置３２２およびセグメント制御部Ｃの動作処理が、実施の形態２で示した制御装置２２２およびセグメント制御部Ｃと異なる。
【００４４】
すなわち、ステップＳ１０２に示した制御装置２２２による検出命令は、制御装置３２２から全セグメント制御部Ｃに対する共通のアドレスを送出することによって行われ、この共通のアドレスを受けた全セグメント制御部Ｃは、全てのセグメントの直流差動電圧検出器Ｄを動作させ、この動作による検出結果が、対応するメモリＭに格納される。
【００４５】
また、ステップＳ１１４におけるセグメント制御部Ｃによる判断は、各セグメント制御部Ｃに対して固有のアドレスを与え、この固有のアドレスを各メモリに保持し、制御装置３２２側は、この固有のアドレスを制御信号線群Ｌ４〜Ｌ６を介して全てのセグメント制御部Ｃに送出し、自アドレスと一致したセグメント制御部Ｃのみが自アドレスに対する読出命令を受けたものと判断するようにしている。その他の構成は、実施の形態２とほぼ同じである。
【００４６】
この実施の形態３では、アドレスを用いて所望のセグメントをアクセスするようにしているので、変形部の構成がさらに簡易になる。
【００４７】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４では、上述した変形部２０２，３０２を複数重ね、変形部の変形方向を判断できるようにしている。
【００４８】
図１０は、この発明の実施の形態４である立体形状記録装置の概要構成を示す模式図である。図１０において、この立体形状記録装置４０１の変形部４０２は、上述したように、変形部２０２あるいは変形部３０２に対応した変形部２０２ａ，２０２ｂを２段重ねにした構成としている。この変形部２０２ａ，２０２ｂの間には、それぞれ対応するセグメントの両端である交点間をそれぞれ機械的に連結する連結部材１３０を設けている。この連結部材１３０は、変形部２０２ａ，２０２ｂのセグメント位置あるいは交点位置の対応関係がずれないようにしている。
【００４９】
図１１に示すように、変形部４０２が、変形部２０２ａ側に凸となる褶曲が生じた場合、外側の変形部２０２ａにおけるセグメントの長さＬａは、内側の変形部２０２ｂにおけるセグメントの長さＬｂに比して長くなる。したがって、制御装置２２２は、このセグメントに対する２つの直流差動変圧器Ｄ１２ａ，Ｄ１２ｂとの変形量の違いをもとに、変形部４０２がどちら側の面に変形したかを判断することができる。たとえば、直流差動変圧器Ｄ１２ａの変形量が、直流差動変圧器Ｄ１２ｂの変形量に比して大きい場合、このセグメント部分は、変形部２０２ａ側に凸となる変形が生じたものと判断することができる。
【００５０】
この実施の形態４では、布状という２次元形状であるがゆえに生ずる、表裏の曖昧な方向性を、簡易に峻別することができる。
【００５１】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４は、各セグメントの変形を検出するものであったが、この実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４に類似する構成を用いて、立体形状を再生しようとするものである。ここでは、実施の形態３に対応した構成について説明する。
【００５２】
図１２は、この発明の実施の形態５である立体形状再生装置の概要構成を示す平面図であり、図１３は、図１２に示したＣ−Ｃ線断面図である。図１２および図１３において、この立体形状再生装置５０１は、実施の形態３の変形部３０２に配置された直流差動変圧器Ｄと同じに位置に、駆動素子としての電磁プランジャーＡ４１，Ａ４２，Ａ４３，Ａ５１，Ａ５２，Ａ６１，Ａ６２，…（Ａ）が代わって設けられている。各層５３０〜５３４は、実施の形態３に示した各層３３０〜３３４に対応する。セグメント制御部Ｃは、制御装置５２２から指示された処理を行う。メモリＭは、自セグメントに対応する固有のアドレスや共通のアドレスを保持するとともに、駆動情報などの変形量を保持する。
【００５３】
ここで、図１４に示すシーケンス図を参照して、制御装置５２２およびセグメント制御部Ｃの制御処理手順について説明する。まず、制御装置５２２は、入出力装置５２３から転送指示があったか否かを判断する（ステップＳ２０１）。転送指示がない場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ）には、この判断処理を繰り返し行い、転送指示があった場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）には、指示されたセグメントに対するアドレスを指定し、駆動変形量を示す駆動情報を、制御信号線群Ｌ４〜Ｌ６を介してセグメント制御部Ｃに送出する（ステップＳ２０２）。
【００５４】
その後、制御装置５２２は、全ての駆動情報の送出が終了したか否かを判断する（ステップＳ２０３）。全ての駆動情報の送出が終了していない場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）には、ステップＳ２０２に移行し、残りの駆動情報の送出処理を行い、全ての駆動情報の送出が終了している場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）には、駆動命令の送出を行う（ステップＳ２０４）。
【００５５】
さらに、制御装置５２２は、変形部５０２の駆動変形が終了したか否かを判断し（ステップＳ２０５）、駆動終了でない場合（ステップＳ２０５，Ｎｏ）には、ステップＳ２０２に移行し、さらに駆動処理を繰り返し行い、駆動終了である場合（ステップＳ２０５，Ｙｅｓ）には、セグメント制御部Ｃ側に駆動処理の終了命令を送出し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０１に移行し、上述した処理を繰り返す。
【００５６】
一方、セグメント制御部Ｃは、制御装置５２２から受信した情報が駆動情報であるか否かを判断し（ステップＳ２１１）、駆動情報でない場合（ステップＳ２１１，Ｎｏ）には、この判断処理を繰り返し、駆動情報である場合（ステップＳ２１１，Ｙｅｓ）には、さらにこの駆動情報が自セグメントに対するものであるか否かを判断する（ステップＳ２１２）。この判断処理は、駆動情報に付されたアドレスが、自セグメントに対するアドレスであるか否かをもとに判断する。
【００５７】
セグメント制御部Ｃは、自セグメントに対する駆動情報でない場合（ステップＳ２１２，Ｎｏ）には、ステップＳ２１１に移行して上述した判断処理を繰り返し、自セグメントに対する駆動情報である場合（ステップＳ２１２，Ｙｅｓ）には、この受信した駆動情報を自セグメントのメモリＭに格納する（ステップＳ２１３）。
【００５８】
その後、セグメント制御部Ｃは、制御装置５２２側から駆動命令を受けたか否かを判断する（ステップＳ２１４）。駆動命令であるか否かは、共通のアドレスあるいは自セグメントに固有のアドレスであって、駆動命令を示すものであるか否かによって判断する。駆動命令でない場合（ステップＳ２１４，Ｎｏ）には、この判断処理を繰り返し、駆動命令である場合（ステップＳ２１４，Ｙｅｓ）には、メモリＭに格納されている駆動情報が示す変位量で駆動素子である電磁プランジャーＡを駆動させる（ステップＳ２１５）。
【００５９】
その後、セグメント制御部Ｃは、制御装置５２２側から終了命令を受信したか否かを判断する（ステップＳ２１６）。終了命令でない場合（ステップＳ２１６，Ｎｏ）には、ステップＳ２１１に移行して上述した処理を繰り返し、終了命令である場合（ステップＳ２１６，Ｙｅｓ）には、電磁プランジャーＡの駆動を停止させる処理を行った（ステップＳ２１７）後、ステップＳ２１１に移行し、上述した処理を繰り返す。
【００６０】
この実施の形態５では、駆動情報に応じて立体自由形状の再生を容易、迅速、しかも精度高く行うことができる。
【００６１】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態１〜４では、立体形状の測定のみを行うものであり、実施の形態５では、立体形状の再生のみを行うものであったが、この実施の形態６では、１つの装置で、立体形状の測定も、再生も行うことができるようにしている。
【００６２】
図１５は、この発明の実施の形態６である立体形状記録再生装置の概要構成を示す模式図である。図１５に示すように、この立体形状記録再生装置６０１の変形部６０２は、実施の形態２〜４で示した立体形状記録装置の変形部と、実施の形態５に示した立体形状再生装置の変形部とを、それぞれセグメント位置の対応関係を維持しつつ重ね合わせたものである。制御装置６２２は、立体形状記録装置の制御処理と、立体形状再生装置の制御処理との双方の制御処理を行うことができる。これらの制御処理の指示は、入出力装置６２３から行うことができる。
【００６３】
すなわち、この立体形状記録再生装置６０１を、立体形状記録装置として機能させる場合には、変形部３０２に対する制御処理を行い、立体形状再生装置として機能させる場合には、変形部５０２に対する制御処理を行えばよい。ここで、特に、様々な立体形状の測定をした後、この測定結果の中から、記憶部６２２ａに記憶された所望の立体形状のみを再生することができる。
【００６４】
なお、図１５では、２つの変形部３０２，５０２を重ね合わせるものであったが、これに限らず、図１６に示すように、検出素子と駆動素子との双方の機能を達することができる機能素子ＡＤ４１，ＡＤ４２，ＡＤ４３，…（ＡＤ）を用いるようにしてもよい。たとえば、検出素子としての直流差動変圧器と、駆動素子としての電磁プランジャーとは、１つの素子で実現することが可能である。ただし、セグメント制御部Ｃによる制御が異なる。
【００６５】
また、検出素子が組み込まれる層と、駆動素子が組み込まれる層とを一つの変形部の中に設けるようにしてもよい。双方の制御処理を１つのセグメント制御部Ｃによって実現でき、構成が簡易になる。
【００６６】
さらに、図１５に示した変形部３０２，５０２は、それぞれ別個に形成した後、重ね合わせるようにしてもよいし、一連の工程で、変形部５０２の上部に変形部３０２を形成して作成するようにしてもよい。
【００６７】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態１〜６では、変形部と制御装置との間が有線接続されていたが、この実施の形態７では、変形部と制御装置との間を無線接続するようにしている。
【００６８】
図１７は、この発明の実施の形態７である立体形状記録再生装置の概要構成を示す模式図である。図１７において、この立体形状記録再生装置８０１は、図１５に示した立体形状記録再生装置６０１と同じ処理を行うことができるが、変形部６０２と制御装置６２２との間が無線接続されている。変形部６０２の入出力端には無線通信部８１１が設けられ、制御装置６２２の変形部６０２側の入出力端に無線通信部８１２が設けられている。これによって、変形部６０２と制御装置６２２との間は、無線通信部８１１，８１２を介して無線接続される。
【００６９】
この実施の形態７では、変形部６０２と制御装置６２２との間が無線接続されるので、変形部６０２を動体に付けることが可能であり、変化の激しい動体の変形を取得することができるとともに、その再生も容易にできる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態１〜７において、検出素子によって機械的変位量を電気的変位量に変換し、あるいは駆動素子によって電気的変換量を機械的変位量に変換するようにしていたが、これに限らず、圧力や、温度などの物理量の変位量であってもよい。機械的変位量が伸縮量である場合、検出素子あるいは駆動素子として、たとえばインテリファイバを用いることができる。圧力を検出する場合にはロードセルなどによって検出素子が実現され、駆動素子としては圧電素子あるいは人工筋肉を用いることができる。さらに、温度を検出する検出する検出素子としてはサーミスタなどがあげられ、駆動素子としてはニクロム線などのような発熱素子を用いればよい。また、上述した伸縮量、圧力、あるいは温度の検出素子や駆動素子を適宜組み合わせてもよい。
【００７１】
ここで、人工筋肉は、たとえば、イーメックス社のポリピロール膜プランジャーや、トキコーポレーション製のバイオメタルなどを用いることができる。このトキコーポレーション製のものでは、バイオメタルのように電流が流れると収縮する性質ももつ材料を用いて実現している。なお、この人工筋肉を用いる場合、予め初期状態としてバイアス電流を印加しておき、駆動電流がバイアス電流よりも大きい場合、人工筋肉は収縮し、駆動電流がバイアス電流よりも小さい場合、人工筋肉は、延伸する。
【００７２】
また、実施の形態１では、１つの三角形の面の変化を記録するものであったが、実施の形態５と同様に検出素子に代えて、駆動素子を設けるようにしてもよい。この場合、三角形の面の傾斜を変化させて、この三角形の面に垂直な法線軸を円錐状に回転する動作を記録し、この記録された動きを再生することによって、任意な回転方向および回転速度の変化をもったモータを形成することができる。
【００７３】
さらに、軟性部材と硬性部材とが混在する部材に対しては、変形部によってこの部材を覆い、この変形部の表面側から一定の圧力をかけると、変形部が変形するが、この変形量を測定することによって、この部材の剛性分布を知ることができる。
【００７４】
また、上述した実施の形態では、連続した立体形状の測定あるいは立体形状の再生については言及しなかったが、対象となる物体に動きがある場合、制御装置によって、連続的な立体形状の測定あるいは立体形状の再生を行うようにすればよい。
【００７５】
（応用例１）
ここで、上述した立体形状記録装置、立体形状再生装置、あるいは立体形状記録再生装置を用いた応用例について説明する。まず、応用例１について説明する。図１８は、応用例１の概要を示す模式図である。図１８において、立体形状記録装置の変形部５０２がパーソナルコンピュータなどの制御装置に接続されている。制御装置を用いて入出力装置としての表示部に示されるような３次元ＣＡＤデータをそのまま、変形部５０２に送出して各セグメントの駆動素子を駆動させることによって、リアルタイムで表示された３次元モデルを立体形状として再生することができる。
【００７６】
これまでの３次元ＣＡＤデータをもとにしたラピッドプロトタイピングは、光造形、でんぷんラピッドプロトタイピング、ナイロン粉末焼結など、様々なものが開発されているが、少なくとも手配してから１日以上経たなければ、その立体形状を見ることができない。ところが、この応用例１によれば、ほぼリアルタイムで設計途中の３次元モデルの立体形状を手にとってみることができるので、開発期間が一層、短縮化することができる。
【００７７】
（応用例２）
つぎに、応用例２について説明する。この応用例２では、立体形状記録再生装置を適用している。図１９に示すように、変形部６０２をベストの形状にし、このベストの上からプロの指圧師に指圧をしてもらう。このときの変形部６０２の変形を、連続的に検出素子で取得し、モーションキャプチャデータとして記憶部に保存しておく。その後、このモーションキャプチャデータを用いてこのベスト形状の変形部６０２を駆動させて変形させることができるため、常にプロの指圧師の指圧テクニックが再生されることになる。
【００７８】
（応用例３）
つぎに、応用例３について説明する。この応用例３では、図２０に示すように、立体形状再生装置を人工心臓に適用している。すなわち、変形部５０２を用いて、最適な蠕動運動を駆動させ、最も効率の良い血流提供装置を実現することができる。
【００７９】
（応用例４）
つぎに、応用例４について説明する。この応用例４では、図２１に示すように、立体形状記録装置を型取り装置として実現している。図２１に示すように、型を取る対象である石膏像８０１の表面に変形部２０２を被せ、変形部２０２全体を均等に押圧できるように、フォーム部材８０２を用いて変形部２０２を圧する。この状態のときに、制御装置によって、変形部２０２の立体形状を瞬時に得ることができる。
【００８０】
（応用例５）
つぎに、応用例５について説明する。この応用例５でも、立体形状記録装置を、モーションキャプチャ装置として実現している。この応用例５では、図２２に示すように、変形部２０２と図示しない制御装置との間が、図１７に示すように無線接続されている。この結果、フィギュアスケートなどの演技データをリアルタイムで、しかも動体自身が意識することなく、モーションキャプチャデータを迅速かつ精度良く得ることができる。
【００８１】
（応用例６）
つぎに、応用例６について説明する。この応用例６では、図２３に示すように、立体形状記録装置が検出した特定部分の変形を入力状態として検出するようにした不定形キー入力装置を実現することができる。この変形部２０２をもつユーザは、予め、この不定形キー入力装置を用いるコンピュータなどに、握り方とそれに対応したコマンドとの対応関係を保持させておくことが必要である。なお、図２３に示した形状に限らず、たとえば熊のぬいぐるみを形成して、耳を曲げる、鼻を叩く、などのような変形を固有のキー入力として扱うことができる。
【００８２】
（応用例７）
つぎに、応用例７について説明する。この応用例７では、立体形状記録再生装置を用いている。図２４に示すように、まず変形部６をマスク形状として身につけ、言葉を話すときの口の動きを検出して記録する。この記録されたデータと口の動きとを対応づけておくことによって、そのマスクの変形をもとに、そのときの記録されたデータ（音声）が検索され、入出力装置としてのスピーカーからその音声が出力される。このようなマスクは、発声に障害をもっていても、はっきりと声を出力することができることになる。
【００８３】
（応用例８）
つぎに、応用例８について説明する。この応用例８では、図２５に示すように、まず内視鏡医（外科医）は、映像表示装置を用いる。この映像表示装置は、サングラスのようにかけるだけで、内視鏡が撮像した映像を臨場感あふれる３次元映像として表示する装置である。そして、このシステムでは、立体形状記録装置を用いて、外科医の手の動きを検出し、この検出したデータをもとに、立体形状再生装置を用いて内視鏡処置具のマニピュレータを実現している。ここで、変形部３０２は、外科医の手の動きを検出し、変形部５０２は、それに対応してリアルタイムで立体形状を再生している。
【００８４】
（応用例９）
つぎに、応用例９について説明する。この応用例９では、折り紙自体を立体形状記録再生装置として実現している。図２６に示すように、折り紙を折るときは、立体形状記録装置として折り方を検出し、その後再び折り紙を折る場合には、その模範用として折り紙自体が立体形状再生装置になって折り紙を折っていく。このような教育や趣味などにも多用できる。
【００８５】
（応用例１０）
つぎに、応用例１０について説明する。この応用例１０では、自由形状の不定形自律ロボットとして立体形状記録再生装置を適用している。制御装置には自律ロボットとしての機能するための人工知能をもっており、この人工知能を用いて、たとえば図２７に示すように、これから登る階段の形状を検出する。この先端の形状の検出は、変形部６０２の進行方向側に検出機能を持たせることによって実現され。変形部６０２の後方部分は、再生機能として働き、階段を上るように駆動される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】この発明の実施の形態１である立体形状記録装置の概要構成を斜めからみた模式図である。
【図２】形状変化の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２である立体形状記録装置の概要構成を示す模式図である。
【図４】立体形状記録装置の変形部の一部を示す平面図である。
【図５】図４に示した変形部のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】立体形状記録装置の動作処理手順を示すシーケンス図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるセグメント特定の一例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３である立体形状記録装置の変形部の一部を示す平面図である。
【図９】図８に示した変形部のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４である立体形状記録装置の概要構成を示す模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による変形部の表裏が判定できることを示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態５である立体形状再生装置の概要構成を示す模式図である。
【図１３】図１２に示した変形部のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態５である立体形状再生装置の動作処理手順を示すシーケンス図である。
【図１５】この発明の実施の形態６である立体形状記録再生装置の概要構成を示す模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態６の変形例を示す立体形状記録再生装置の断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態７である立体形状記録再生装置の概要構成を示す模式図である。
【図１８】この発明の実施の形態の応用例１の概要構成を示す模式図である。
【図１９】この発明の実施の形態の応用例２の概要構成を示す模式図である。
【図２０】この発明の実施の形態の応用例３の概要構成を示す模式図である。
【図２１】この発明の実施の形態の応用例４の概要構成を示す模式図である。
【図２２】この発明の実施の形態の応用例５の概要構成を示す模式図である。
【図２３】この発明の実施の形態の応用例６の概要構成を示す模式図である。
【図２４】この発明の実施の形態の応用例７の概要構成を示す模式図である。
【図２５】この発明の実施の形態の応用例８の概要構成を示す模式図である。
【図２６】この発明の実施の形態の応用例９の概要構成を示す模式図である。
【図２７】この発明の実施の形態の応用例１０の概要構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０１，２０１，３０１，４０１  立体形状記録装置
１０２〜１１０  リンク
１１１〜１１６  球状継手
１１７  台座
１１８〜１２０  摺動抵抗器
１２２，２２２  制御装置
１２２ａ，２２２ａ  記憶部
１２３，２２３  入出力装置
１３０  連結部材
２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２  変形部
２０４  絶縁材
２３０  表面絶縁層
２３１ａ  第１導体パターン層
２３１ｂ，２３２ｂ，２３３ｂ  絶縁層
２３２ａ  第２導体パターン装置
２３３ａ  第３導体パターン層
２３４  裏面絶縁層
５０１  立体形状再生装置
６０１，７０１  立体形状記録再生装置
８１１，８１２  無線通信部
Ｄ１１〜Ｄ１３，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ４１〜Ｄ４３，Ｄ５１，Ｄ５２，Ｄ６１，Ｄ６２  直流差動変圧器
Ｃ１１〜Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ４１〜Ｃ４３，Ｃ５１，Ｃ５２，Ｃ６１，Ｃ６２  セグメント制御部
Ｍ１１〜Ｍ１３，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ３１，Ｍ３２、Ｍ４１〜Ｍ４３，Ｍ５１，Ｍ５２，Ｍ６１，Ｍ６２  メモリ
ＣＬ１，ＣＬ２  交点
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１．Ｌ２２．Ｌ３１，Ｌ３２  制御信号線
ＶＤ１１，ＶＤ１２  電圧差検出素子
【図１】
2006153668.tif 000003
【図２】
2006153668.tif 000004
【図３】
2006153668.tif 000005
【図４】
2006153668.tif 000006
【図５】
2006153668.tif 000007
【図６】
2006153668.tif 000008
【図７】
2006153668.tif 000009
【図８】
2006153668.tif 000010
【図９】
2006153668.tif 000011
【図１０】
2006153668.tif 000012
【図１１】
2006153668.tif 000013
【図１２】
2006153668.tif 000014
【図１３】
2006153668.tif 000015
【図１４】
2006153668.tif 000016
【図１５】
2006153668.tif 000017
【図１６】
2006153668.tif 000018
【図１７】
2006153668.tif 000019
【図１８】
2006153668.tif 000020
【図１９】
2006153668.tif 000021
【図２０】
2006153668.tif 000022
【図２１】
2006153668.tif 000023
【図２２】
2006153668.tif 000024
【図２３】
2006153668.tif 000025
【図２４】
2006153668.tif 000026
【図２５】
2006153668.tif 000027
【図２６】
2006153668.tif 000028
【図２７】
2006153668.tif 000029