(57)【要約】【課題】測定対象に損傷を与えず、操作が容易で測定対象等の制約が少ない断面形状測定装置を提供する。【解決手段】形状測定装置は帯状基体２と処理装置３を備える。帯状基体２は内面基体５、外面基体６、及びそれらの間に配置された誘電体膜７を備える。内面基体５は複数の電極８とそれらに接続された接地信号線１１を有する。外面基体６は複数の電極１８、これらに接続されたスイッチ１０、スイッチ１０の制御回路１３、制御回路１３に接続された制御信号線１２、及びスイッチ１０に接続されたセンス信号線１１を有する。処理装置３は、制御信号線１２によりスイッチ１０を選択的に活性化して外面基板６上のいずれかの電極１８を選択し、選択された電極１８と内面基体１５の電極８の間の静電容量を測定する。測定された静電容量から選択された電極１８近傍での内面基体５と外面基体６の長さ方向のずれ量が計測される。【選択図】図３
2008058261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面に長さ方向に一定間隔で配置された複数の第１の電極を有し、テープ状であって変形可能な第１の基体と、
一方の表面に長さ方向に一定間隔で配置された複数の第２の電極を有し、これらの第２の電極が配置された前記表面が、前記第１の基体の前記第１の電極が配置された前記表面と対向するように配置されている、テープ状であって変形可能な第２の基体と、
前記第１の基体と前記第２の基体との間に配置され、前記第１及び第２の基体のうちの少なくとも一方に対して長さ方向に可動となるように配置された、テープ状であって変形可能な誘電体と
を有し、測定物体の表面に配置される帯状基体と、
前記第２の基体上の各々の前記第２の電極と前記第１の基体上の任意の前記第１の電極間の容量値を測定し、この容量値に基づいて前記各々の前記第２の電極近傍での前記第１及び第２の基体間の長さ方向のずれ量を計測し、この計測値より前記第１もしくは第２の基体の形状を推定することによって、前記帯状基体が配置された前記測定物体の断面形状を推定する処理装置と
を備える、断面形状測定装置。
【請求項２】
前記第１の基体は前記複数の第１の電極の各々に接続された接地信号線を有し、
前記第２の基体は、各々の前記第２の電極に接続されるスイッチと、これらのスイッチの制御回路と、これらの制御回路に接続される制御信号線と、これらのスイッチに接続されるセンス信号線とを有し、
前記処理装置は、前記制御信号線により前記スイッチを選択的に活性化して前記第２の基板上の前記複数の第２の電極のうちのいずれかを選択し、前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定することを特徴とした請求項１記載の断面形状測定装置。
【請求項３】
前記処理装置は、前記選択された第２の電極に電荷を注入し、この電荷量を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定することを特徴とした請求項２記載の断面形状測定装置。
【請求項４】
前記処理装置は、前記第２の電極のうちのいずれかを選択した状態で前記接地信号線と前記センス信号線間に高周波信号を印加し、この信号の位相情報を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定することを特徴とした請求項２記載の断面形状測定装置。
【請求項５】
前記処理装置は、前記第２の電極のうちのいずれかを選択した状態で前記接地信号線と前記センス信号線間を発信ループに含む発信回路を構成し、この発信信号の周波数を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定すること特徴とした請求項２記載の断面形状測定装置。
【請求項６】
請求項１記載の断面形状測定装置を用いた生体断面形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の断面形状をＸ線や超音波、または電流等を被測定物体内部に照射・注入することなしに、また、被測定物体近傍に広い空間を用意することなしに測定する測定装置に関し、特に、人体の胸部や腹部の断面形状の測定に適した断面形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物体の断面の形状を計測する方法は、大別して３つの方法がある。
【０００３】
第１の方法は、Ｘ線や超音波のような直進性と透過性のある電磁波もしくは媒体(この場合は物体そのもの)の振動を利用して、信号の減衰率や到達時間を２次元的に測定して断面を直接測定、もしくは推定する方法である。物体の表面、もしくは物体から離れた位置に点状の信号源を配置するこの方法は、物体の断面の形状を直接、正確に計測でき、また、断面内部の情報も取得できる利点がある反面、電磁波もしくは振動による弊害を伴うという欠点がある。Ｘ線を用いた形状計測はよく知られた方法であるが、人体やＸ線に対して不安定な物質に対しては障害や変性を与えるため、照射量や照射回数を制御する必要がある。また、超音波のような振動を用いる場合も、物体の性質に応じた振動の強度と周波数を選ぶ必要がある。また、信号の発生・送信と受信、処理を行う必要があることから、一般的に装置自体が比較的大きく高価なものとなる。例えば、特許文献１のような例を挙げることができる。
【０００４】
第２の方法は、三角測量のような幾何学的な手法を用いる方法である。物体の表面上の特定位置の空間上の座標を外部から基線と視角により計算し、表面上の位置を移動させながらこの操作を繰り返すことによって物体の形状を特定する。この方法は非破壊非接触で形状の計測ができる反面、物体の周囲に比較的大きな空間が必要となるので、装置の小型化が難しいという課題がある。例えば、特許文献２のような例を挙げることができる。
【０００５】
第３の方法は、物体の表面を探針等の接触によって直接追跡して、その形状を記録する方法である。この方法では一般的に、物理的な追尾を行うために物体を装置の一部に固定し、これを回転もしくは移動させる。この方法は、測定する物体が比較的小さい場合には、簡単な構成の装置で十分な精度を得ることができるが、物体が柔らかい場合や装置への確実な固定が困難であるような物体の場合には適していない。例えば、特許文献３のような例を挙げることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１４８４７号公報
【特許文献２】特開２００３−４２７３０号公報
【特許文献３】特開２００５−２７８７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の第１の計測方法においては、装置が大型・高価になる上に、測定物体に放射線や電波等を照射するため、特に人体に適用する場合には安全性上の問題がある。
【０００８】
また、第２及び第３の方法の場合、物体の周囲に比較的広い空間が必要になるため、装置が大型化すると共に、測定物体の配置や形状に制約を設ける必要が生じる。また、これらの方法は、ある点を基準にして物体の形状を逐次的に計測していくことになるので、計測に一定の時間がかかる。このため、基準点を固定し難い場合や物体の形状が安定しない場合、例えば人体のウエスト等の形状を測定するような場合には適していないと考えられる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、人体に対して安全で、物体の周囲に広い空間を確保する必要がなく、物体の大きさや形状への依存性が少なく、特に人体の形状測定に適し、かつ操作や取扱いが簡易な形状測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の断面形状測定装置は、一方の表面に長さ方向に一定間隔で配置された複数の第１の電極を有し、テープ状であって変形可能な第１の基体と、一方の表面に長さ方向に一定間隔で配置された複数の第２の電極を有し、これらの第２の電極が配置された前記表面が、前記第１の基体の前記第１の電極が配置された前記表面と対向するように配置されている、テープ状であって変形可能な第２の基体と、前記第１の基体と前記第２の基体との間に配置され、前記第１及び第２の基体のうちの少なくとも一方に対して長さ方向に可動となるように配置された、テープ状であって変形可能な誘電体とを有し、測定物体の表面に配置される帯状基体と、前記第２の基体上の各々の前記第２の電極と前記第１の基体上の任意の前記第１の電極間の容量値を測定し、この容量値に基づいて前記各々の前記第２の電極近傍での前記第１及び第２の基体間の長さ方向のずれ量を計測し、この計測値より前記第１もしくは第２の基体の形状を推定することによって、前記帯状基体が配置された前記測定物体の断面形状を推定する処理装置とを備える構成である（以下、第１の構成とする。）。
【００１１】
この構成により、帯状基体が物体の表面に接触して置かれた場合に、微視的に見ると、物体表面の第１の基体と第２の基体との間に曲率に応じた長さ方向のずれが生じ、各々の基体の表面に配置された電極間の容量を測定することによってこのずれ量を測定し、更に物体表面の当該部分の曲率を計測することができる。更に、この微視的な曲率を長さ方向に積分してゆくことによって表面の巨視的な形状を推定することができる。
【００１２】
また、本発明の断面形状測定装置は、第１の構成において、前記第１の基体は前記複数の第１の電極の各々に接続された接地信号線を有し、前記第２の基体は、各々の前記第２の電極に接続されるスイッチと、これらのスイッチの制御回路と、これらの制御回路に接続される制御信号線と、これらのスイッチに接続されるセンス信号線とを有する構成（以下、第２の構成とする）で、処理装置は、前記制御信号線により前記スイッチを選択的に活性化して前記第２の基板上の前記複数の第２の電極のうちのいずれかを選択し、前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定する。
【００１３】
この構成により、各々の基体の表面に配置された電極間の容量を測定する際に、第１の基体上の電極は全て接地電位になり、第１の制御回路と第２基体上のスイッチとこのスイッチの制御回路とによって第２の基体上の第２の電極から容量測定の対象となる電極を選択することができ、選択された第２の電極と第１の基体上の第１の電極との間の容量を測定することができる。
【００１４】
更に、本発明の断面形状測定装置は、第２の構成において、前記選択された第２の電極に電荷を注入し、この電荷量を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定する。
【００１５】
この構成により、予め第１の基体と第２の基体のずれの大きさと測定された電荷量との関係を測定もしくは推定しておくことによって、得られた電荷量からずれの量を推定することができる。
【００１６】
更に、本発明の断面形状測定装置は、第２の構成において、前記処理装置が、前記第２の電極のうちのいずれかを選択した状態で前記接地信号線と前記センス信号線間に高周波信号を印加し、この信号の位相情報を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定する。
【００１７】
この構成により、予め第１の基体と第２の基体のずれの大きさと測定された位相の変化の大きさとの関係を測定もしくは推定しておくことによって、得られえた位相の変化の大きさからずれの量を推定することができる。
【００１８】
更に、本発明の断面形状測定装置は、第２の構成において、前記処理装置が、前記第２の電極のうちのいずれかを選択した状態で前記接地信号線と前記センス信号線間を発信ループに含む発信回路を構成し、この発信信号の周波数を計測することによって前記選択された第２の電極と前記第１の電極の間の容量値を測定する。
【００１９】
この構成により、予め第１の基体と第２の基体のずれの大きさと測定された発信周波数の変化の大きさとの関係を測定もしくは推定しておくことによって、得られえた位相の変化の大きさからずれの量を推定することができる。
【００２０】
更に、本発明の生体断面形状測定装置は、第１の構成において、生体の断面形状を測定する。
【００２１】
この構成により、帯状基体を生体の測定部位（例えば人体のウエスト）に巻くだけで、その部分の断面形状を測定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、帯状基体を測定物体に巻くことによって帯状基体が測定物体の表面と相似して変形し、この変形が帯状基体を構成する第１及び第２の基体間の微視的な長さ方向の距離のずれに変換され、これを電気的な方法によって測定して繋ぎ合わせることによって帯状基体と相似な測定物体の表面を数値データとして再構成する。従って、測定物体に物理的・化学的に大きな損傷を与える可能性なく物体の断面形状を測定することができ、例えば測定対象が人体である場合でも安全な測定が可能である。また、測定物体の大きさ、配置、形状等について制約を受けることなく物体の断面形状を測定できる。特に、人体のウエスト等のように物体の形状が安定しない場合でも、断面形状の測定が可能である。さらに、帯状基体を測定物体に巻くことで測定物体の断面形状を測定できるので、測定物体の周囲の空間の有無によらず測定することができ、操作や取扱いも簡易である。さらにまた、帯状基体と処理装置とからなる比較的簡易な構成であるので、本発明の断面形状測定装置は比較的安価に実現できる。本発明により、物体の断面の計測が容易になり、断面形状に関する情報を用いた新たな検査・診断が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態の断面形状測定装置について、図面を用いて説明する。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態の断面形状測定装置を図１に示す。
【００２５】
同図は、断面形状測定装置が測定対象となる物体１の断面を測定している様態を示すものであり、断面形状測定装置は、テープ状の帯状基体２、制御装置３、及び表示装置４より構成される。測定は、帯状基体２を物体１に巻きつけることによってなされ、この帯状基体２の形状が制御装置２によって解析され、その結果が表示装置４に例えば画像、グラフ、数値等として表示される。
【００２６】
図２は、帯状基体２の断面構造を示し、図３は帯状基体２内部の配線構造の概略と処理装置３の内部構成を示す。帯状基体２は、内面基体（第１の基体）５、外面基体（第２の基体）６及び、その間に挟まれる誘電体膜７より構成される。内面基体５、外面基体６、及び誘電体膜７はいずれも細長く長尺な帯状ないしはテープ状であり、自由に湾曲ないしは屈曲させることができるような柔軟性を有している。また、これらの基体５，６及び誘電体膜７は帯状基体２の一方の側で相互に固定されている以外は互いに接着されておらず、それぞれの面を接しながら帯状基体２の長手方向に自由に動くように形成されている。また、処理装置３は、前記した内面基体５及び外面基体６に配置された電極間の静電容量を測定する測定装置１４、内面基体５及び外面基体６内部と測定装置１４に容量測定のための制御信号を供給するタイミング装置１５、タイミング装置１５を制御して測定装置１４から測定データを得て断面形状を推定する制御装置１６等より構成される。
【００２７】
内面基体５と外面基体６はそれぞれ複数の矩形状の電極８，１８を有する。本実施の形態では、これらの電極８，１８は形状と寸法が同一であり、特に幅（帯状基体２の長手方向の寸法）ｄ０が等しい。内面基体５の誘電体膜７側には電極８が電極８の幅のほぼ２倍の一定間隔Ｓinで長手方向に規則的に配置されている。また、外面基体６の誘電体膜７側には、内面基体５における電極間隔Ｓinに対して正確に２倍の一定間隔Ｓoutで規則的に電極１８が配置されている。
【００２８】
内面基体５上の全ての電極８は接地信号線９に接続され、互いに同電位に保たれている。また、外面基体６上の各々の電極１８は、スイッチ１０を介してセンス信号線１１に接続されており、更に、各々のスイッチ１０は１本または複数の制御信号線１２によって制御されている。制御信号線１２上には、外面基体６上の電極１８に対応して制御回路１３が配置されており、制御信号は隣接する電極１８に対応した制御回路１３に伝達される。接地信号線９及びセンス信号線１１は処理装置３が備える測定装置１４に接続されており、また、制御信号線１２は処理装置３が備えるタイミング装置１５によって制御されている。内面基体５上の電極８に対する外面基体６上の各々の電極１８との間の容量値は、一定条件下で各々の電極１８に蓄積された電荷の量を測定することによって計算される。この電荷測定は、処理装置３が備える制御装置１６がタイミング装置１５及び測定装置１４を同期的に操作することによって行われる。この具体的な操作を、図４を参照して説明する。この図４は図３の配線構造をより具体的に図示したものである。
【００２９】
図２における制御信号線１２は、クロック信号線２０と選択信号線２１より構成される。選択信号線２１上には各々の電極１８に対応してＤ型フリップフロップ(以下、ＦＦ)２２が設けられている。このＦＦ２２は図２における制御回路１３に相当する。各々のＦＦ２２は、その出力（Ｑ端子）が選択信号線２１により下流側のＦＦ２２の入力（Ｄ端子）に接続されている。また、各々のＦＦ２２の出力は、センス信号線１１と電極８との間にはＭＯＳＦＥＴ２３（図２におけるスイッチ１０）が介在し、このＭＯＳＦＥＴ２３のゲートは対応するＦＦ２２の出力に接続されている。クロック信号線２０は各々のＦＦ２２のクロック端子（ＣＬＫ端子）に接続されている。これらの回路は、基体５，６上に薄膜トランジスタを形成し実現してもよいし、半導体の表面実装技術を用いて基体５，６のいずれかの面にフリップチップのような方法で直接実装することもできる。
【００３０】
タイミング装置１５からクロック信号線２０を介して各々のＦＦ２２にクロック信号が供給される。タイミング装置１５から選択信号線２１の一端２１ａにクロック信号線２０に１クロック分だけ‘Ｈ’を印加し、その後、クロック信号を印加する毎に‘Ｈ’がＦＦ２２を１個ずつ伝播してゆき、その結果、対応する電極８が１個ずつセンス信号線１１に接続される。センス信号線１１はスイッチ２４（図３における測定装置１４に対応する）に接続されており、このスイッチ２４によってセンス信号線１１は、規定電圧源Ｖｒｅｆ、接地電位または電荷測定回路のいずれかに接続される。電荷測定回路は、ＯＰアンプ２５及びコンデンサ２６より構成される周知の回路であり、コンデンサ２６の容量をＣｒｅｆ、センス信号線１１より流入するスイッチ２４に流入する電荷をＱとすると、出力Ｖｏｕｔに（Ｑ／Ｃｒｅｆ）が出力される。
【００３１】
処理装置３は、外面基体６上の任意の電極１８と内面基体５上の電極８間の容量を、上記した電荷測定回路を用いて以下の手順で測定する。
（１）スイッチ２４を規定電圧源Ｖｒｅｆに接続し、この状態でクロック信号線２０を介して供給するクロック信号により各ＦＦ２２を制御して各ＭＯＳＦＥＴ２３を開き（オン状態とし）、各電極１８の電位をＶｒｅｆにする。
（２）この状態で、全てのＭＯＳＦＥＴ２３を閉じ（オフ状態とし）、続いてスイッチ２４を接地電位にして、センス信号線１１の浮遊電荷を除去する。
（３）この状態で、ＭＯＳＦＥＴ２３を１個づつ開き（オン状態とし）、各電極１８に蓄積された電荷を測定する。
【００３２】
外面基体６上の任意の電極１８と内面基体５上の電極８との間の静電容量をＣとすると、この電極１８に蓄積される電荷は（Ｃ・Ｖref）となり、出力Ｖoutには、（Ｃ／Ｃref）・Ｖrefが出力される。これから、静電容量Ｃは（Ｖout／Ｖref）・Ｃrefと計算される(Ｃ＝（Ｖout／Ｖref）・Ｃref)。
【００３３】
図５は、帯状基体２が直線に保たれた場合（帯状基体２が変形していない状態）の内面基体５及び外面基体６上の電極８，１８の位置関係を模式的に示した図であり、無地の矩形が内面基体５上の電極８を表し、ハッチをかけた矩形が外面基体６上の電極１８を表している。ぞれぞれの外面基体６上の電極１８は、内面基体５上の電極８と同じ位置関係で対向しており、外面基体６上の各電極１８の接地電位に対する容量は全て同じ値Ｃ０になっている。
【００３４】
これに対して、図６は、帯状基体２を外面基体６側が凸となるように屈曲させた状態での内面基体５及び外面基体６上の電極８，１８の位置関係を模式的に示した図である。内面基体５及び外面基体６の屈曲による伸縮がないとすると、誘電体膜７の厚みによって、内面基体５と外面基体６にそれらの長さ方向にずれが生じ、対向する電極８の位置関係が変化する。同図において、対向する内面基体５の電極８に対して長手方向の位置が完全に一致しているような位置関係にある外面基体６の電極１８では、屈曲による誘電体膜７の厚みの変化や電極８，１８の変形による静電容量の変化が無視できるとすると、その静電容量はＣ０になる。この電極１８に隣接する電極１８の静電容量がＣ１であったとすると、対向する電極８，１９の長さ方向の位置のずれ量ｄは、理想的には、ｄ０・（Ｃ０−Ｃ１）／Ｃ０となる。ここでｄ０は前述のように電極幅である。しかしながら、実際には電界の端効果等の影響によってこの通りにはならず、実際には、図７に示すようなずれの距離と静電容量の関係の実測値を予め記憶しておき、これを参照してずれ量ｄを推測する。
【００３５】
図６を参照して完全に対向している電極８，１８を基準にずれ量ｄを求める方法を説明したが、電極８の配置間隔が帯状基体２の屈曲によるずれ量に比べて十分に広いならば、隣接する電極８の両方がずれて対向している場合でも、同様にずれの増減を計算することが可能である。
【００３６】
測定されたずれ量ｄを使用して、この電極８近傍の帯状基体２の曲率が計算される。図８において、誘電体膜７の厚みをｗ、内面基体５及び外面基体６上の電極８，１８がそれぞれ半径ｒと半径（ｒ＋ｗ）の円周上に配置されており、外面基体６上の電極間隔（この実施の形態では、この値は内面基体５上の電極間隔Ｓinの２倍に等しい）を前述のようにＳout、この電極間隔Ｓoutに対応する半径（ｒ＋ｗ）の円周状の弧の長さｘ（＝Ｓout＋ｄ）、ｘもしくはＳoutに対応する円周角をθとすると、以下の関係が成立する。
【００３７】
【数１】
2008058261.tif 000003
【００３８】
これらから、着目している電極１８の近傍での外面基体６の曲率半径ｒと円周角θを以下のように計算することができる。
【００３９】
【数２】
2008058261.tif 000004
【００４０】
これらから、隣接する外面基体６上の一方の電極８の位置を基準にした場合の他方の電極位置を求めることができる。この計算を図９を参照して説明する。
【００４１】
基準となる一方の電極１８の２次元平面上での位置Ｐを直交座標表示で（ｘ０、ｙ０）、極座標表示で（Ｒ、θ０）とし、この基準となる電極１８に隣接する電極１８の位置Ｐ１の相対的な位置が、（ｒ、θ）であるとすると、隣接する電極８に対する基準点Ｑは原点Ｏと位置Ｐを結ぶ線上にあり、基準点Ｑの直交座標は、以下のように表される。
【００４２】
【数３】
2008058261.tif 000005
【００４３】
この隣接する電極１８の絶対座標での位置Ｐ’（ｘ、ｙ）は、以下のように表される。
【００４４】
【数４】
2008058261.tif 000006
【００４５】
この演算操作を、隣接する電極１８に対して逐次的に適用することによって、帯状基体２あるいは帯状基体２が沿っている測定物体１の表面の形状を推定することができる。この様子を図１０に示す。同図において、左端の基準点（基準となる電極）Ｐ０からの電極１８間のずれがそれぞれ（ｒ１、θ１），（ｒ２、θ２）…（ｒ４、θ４），（ｒ５、θ５）となった場合、これらを上記した方法で次々につないでゆくと外面基体６は曲線（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５）のような形状であることが推測できる。
【００４６】
以上説明したように、この装置によれば、外面基体６上の電極の静電容量を測定することによって、電極１８間のずれの距離を推測し、更に隣接する電極１８との位置関係を推測することができ、この処理を１次元的に配列された外面基体の一端から逐次的に行うことによって、帯状基体２の全体の形状を推測することができる。帯状基体２を測定物体の表面に沿って置くことによって、物体そのものの形状を測定ないしは推測することが可能になる。例えば、物体の表面に帯状基体２を巻き付ければ、その物体の断面の輪郭を測定できる。なお、本実施の形態において外面基体６ではなく内面基体５の変形を算出してもよい。また、外面基体の電極を接地信号線９に接続し、内面基体の電極をセンス信号線１１と制御信号線１２に接続する構成としてもよい。
【００４７】
本実施の形態においては、測定に際して、基体内部の信号線に電気信号を流すだけであり、エネルギーの高い電磁波やＸ線、超音波などを用いないため、測定物体に物理的・化学的に大きな損傷を与える可能性なく物体の断面形状を測定することができ、非常に安全である。このため、特に生体や人体に対して安全に使用することができる。また、装置の測定部分(帯状基体部分)は非常に薄く、その結果やわらかく製造することができるので、テープを巻くような方法で測定物体に装着することが可能であるので、持ち運びと使用が容易であり、測定物体の周囲の空間の有無によらず測定することができ測定環境を問わない。特に人体の各所の形状や寸法を測る場合には、あたかもメジャーで寸法を測るのと同じような操作で測定可能なことから、人体の計測、例えば、胸部や腰部の断面形状計測に特に適している。また、帯状基体２とその処理装置３とからなる比較的簡易な構成であるので、比較的安価に実現できる。
【００４８】
第１の実施の形態によれば、対向する電極８のずれの推定を、電極８に蓄積される電荷量を測定し、この値を静電容量に換算して行っているが、この方法以外の既知の容量測定の方法を用いても良い。例えば、高周波信号を加えて印加電圧波形と電流波形の位相差から推定することもできる。この方法を、以下に第２実施の形態として説明する。
【００４９】
この場合、図３の測定装置１４から左側（基体部側）を見た等価回路は、浮遊容量や配線の抵抗を考慮しなければ、電極間の静電容量をＣ、信号源の出力抵抗Ｒとすると、それらを直列に接続したものとなり、この回路に正弦波を印加した場合の電圧と電流の位相差θはarctant（１／ＲＣ）となる。浮遊容量や配線抵抗の影響は事前の測定や推測によって校正することが可能である。具体的には、処理装置３は、外面基体６の電極１８のうちいずれかを選択した状態で接地信号線９とセンス信号線１１間に高周波信号を印加し、この信号の位相情報を計測することによって選択された電極１８と内面基体５上の電極８の間の容量値を測定する。
【００５０】
この第２の実施の形態における図３での測定装置１４の構成を、図１１に示す。同図において、２９は高周波発振回路、２５及び２７はそれぞれ電流−電圧変換回路を構成するＯＰアンプと抵抗、２８はＰＬＬ回路である。高周波発振回路２９が角周波数ωの信号ｖｉを出力し、帯状基体２内の等価回路がＲＣ回路で近似できるとすると、変換回路に流入する電流ｉｏ及び変換回路ｖｏについて以下の関係がある。
【００５１】
【数５】
2008058261.tif 000007
【００５２】
ＰＬＬ回路２８の出力はarctant（１／ＲＣ）に比例した電圧が出力される。Ｒをこの測定とは別の測定、例えば直流電圧を印加して電流値を測定する方法等で事前に求めておけば、この出力から電極間の静電容量Ｃを推測することができ、以下、第１の実施の形態と同じ手順で断面形状の推定が可能である。
【００５３】
また、静電容量Ｃを含む発信回路を構成して、その発信周波数を計測することでＣを推測することもできる。この方法を、以下に第３の実施の形態として説明する。具体的には、前記処理装置は、外面基体６の電極１８のうちいずれかを選択した状態で接地信号線９とセンス信号線１１間を発信ループに含む発信回路を構成し、この発信信号の周波数を計測することによって選択された電極１８と内面基体５上の電極８間の容量値を測定する。
【００５４】
この第３の実施の形態における図３での測定装置１４の構成を、図１２に示す。同図において、２５、２６及び２７はそれぞれウイーンブリッジ型ＣＲ発信回路を構成するＯＰアンプ、抵抗、及びコンデンサであり、３０は周波数カウンタである。帯状基体２内の等価回路が抵抗値Ｒ１及び容量Ｃ１のＲＣ回路で近似でき、Ｒ２とＣ２の調整によって発振条件が満たされると、この回路は以下の発振周波数ｆoutで発振する。
【００５５】
【数６】
2008058261.tif 000008
【００５６】
Ｒ２，Ｃ２は既知であり、Ｒ１をこの測定とは別の測定で求めることができれば、この出力から電極間の静電容量Ｃ１を推測することができ、以下、第１の実施の形態と同じ手順で断面形状の推定が可能となる。
【００５７】
以上の実施の形態によれば、誘電体膜は外部基体及び内部基体とは独立・分離した構成物としたが、ある程度柔軟性を有する物質であって、屈曲によって膜厚が変化しないような物質であれば、いずれかの一方の基体に接着していても構わない。また、誘電体膜を多層の構造にして、その内の何層かをいずれか、もしくは両方の基体に接着することもできる。
【００５８】
以上の実施の形態において、物体表面の形状を電極のずれに変換して測定していることから、この変換率を構造的に高めることができる。例えば、基体を多層の膜構造で構成し、外側に伸縮しない膜とし、内側を伸縮可能な膜として電極を内側の膜の表面に形成することによって、少ない屈曲でより大きな電極のずれを得ることができる。
【００５９】
また、以上の実施の形態においては、帯状基体の１端から累積的に形状を推定してゆくことから測定誤差や推定誤差が蓄積される。このため、何らかの補正が必要となる。例えば、物体の周囲を計測するような場合、帯状基体の１端が再び帯状基体と重なる位置を制御装置３に入力するような手段を設け、この情報によって形状の推定結果を補正すれば、推定精度が大幅に向上する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる断面形状測定装置は、帯状基体を測定物体に巻くことによって帯状基体が測定物体の表面と相似して変形し、この変形が帯状基体を構成する第１及び第２の基体間の微視的な距離のずれに変換され、これを電気的な方法によって測定して繋ぎ合わせることによって帯状基体と相似な測定物体の表面形状を数値データとして再構成できるため、測定物体に物理的・化学的に大きな損傷を与えることなく物体の形状を測定することができ、また、物体の大きさや周囲の空間の有無によらずに測定することができ、操作が簡易で安価な断面形状測定装置を実現することができ、特に人体の形状や寸法測定に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態における断面形状測定装置の模式的な構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における帯状基体の断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における帯状基体の構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態における断面形状測定装置の主要部の回路図。
【図５】本発明の第１の実施の形態における動作説明図（内面基体と外面基体との間にずれがない状態）。
【図６】本発明の第１の実施の形態における動作説明図（内面基体と外面基体との間にずれが生じた状態）。
【図７】本発明の第１の実施の形態における静電容量の校正グラフ。
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるずれ量の曲率半径と円周角に対する関係を説明するための模式図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における一つの電極とそれに隣接する電極の座標の関係を説明するための模式図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における形状推定方法のを説明するための模式図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における断面形状測定装置が備える測定装置の回路図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における断面形状測定装置が備える測定装置の回路図。
【符号の説明】
【００６２】
１  測定物体
２  帯状基体
３  処理装置
４  表示装置
５  内面基体
６  外面基体
７  誘電体膜
８，１８  電極
９  接地信号線
１０  スイッチ
１１  センス信号線
１２  制御信号線
１３  制御回路
１４  測定装置
１５  タイミング装置
１６  制御装置
２１  クロック信号線
２２  フリップフロップ
２３  ＭＯＳＦＥＴ
２４  スイッチ
２５  ＯＰアンプ
２６  コンデンサ
２７  抵抗
２８  ＰＬＬ回路
２９  発振回路
３０  周波数カウンタ
【図１】
2008058261.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2008058261.tif 000020