(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に押し当てられる先端及びマーカが付された後端を有する複数のロッドと、
前記各ロッドを２次元に平行に配列して保持するロッド保持機構と、
前記各ロッドの前記マーカを撮影するカメラと、
前記カメラによって撮影された前記各マーカの位置から前記測定対象の立体形状を演算する制御ユニットと
を具備し、
前記各ロッドの長さは、前記カメラによって撮影された前記各マーカが重複しないように、異ならせた立体形状測定装置。
【請求項２】
前記ロッドの長さは、該ロッドと前記カメラとの距離が大きい程、大きくした請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項３】
前記ロッド保持機構は、
前記ロッドに対向する弾性部材と、
前記弾性部材の前記ロッドとの反対側に設けられた剛性部材と、
前記剛性部材の前記弾性部材との反対側に設けられた空気袋と
を具備し、
前記各ロッドの先端が前記測定対象に押し当てられるときに、前記空気袋の空気を抜いて前記各ロッドは前記ロッド保持機構内に摺動できるロッド摺動可能状態にし、前記各ロッドの後端の前記マーカの撮影のときに、前記空気袋に空気を入れて前記各ロッドは前記ロッド保持機構内に固定されるロッド固定状態にする請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項４】
前記各マーカは特定色の色マーカである請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項５】
前記各ロッドの先端は丸くされた請求項１に記載の立体形状測定装置。
【請求項６】
前記ロッドの先端には先端が丸くされた剛性部材が嵌め込められた請求項１に記載の立体形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば最適な枕の形状を測定するために人間の後頭部及び首の後部の立体形状を測定する立体形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、枕は快適な睡眠を行う上で不可欠な寝具であり、枕を利用して仰臥位で眠る姿勢は自然体の立体姿勢に近いと医学関係者が提唱している。そのため、人間の後頭部及び首の後部の立体形状を測定する立体形状測定装置（プレスシェイパとも言う）が必要である。
【０００３】
図９は従来の立体形状測定装置を示す写真である。図９の立体形状測定装置においては、多数たとえば縦×横＝３０×５本の同一長のロッド１０１を等間隔で２次元状に平行摺動可能にロッド保持機構１０２で保持する。ロッド１０１の先端を測定対象１０３たとえば人間の後頭部及び首の後部に押し当て各ロッド１０１の移動量により測定対象１０３の立体形状を測定する。この場合、各ロッド１０１の移動量はロッド１０１の位置を目視で書き写して把握し、あるいは各ロッド１０１に付された目盛を読取って把握し（参照：特許文献１）、あるいはロッド１０１の後端側に計測板を設けて各ロッド１０１の後端の計測板上の目盛を読取って把握する（参照：特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平６−８７８０２号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来の立体形状測定装置においては、立体形状を迅速かつ高精度に把握できないという課題がある。つまり、目視による書き写しの場合は、時間を要する上、不精確である。また、ロッドの目盛を読取る場合は、時間を要し、すべてのロッド１０１が同一長であるので、奥側ロッド１０１の目盛は手前側のロッド１０１によって遮蔽されて読取りにくくかつ不精確である。さらに、計測板の目盛を読取る場合も、時間を要し、すべてのロッド１０１が同一長であるので、奥側のロッド１０１の後端に対する計測板の目盛は手前側のロッド１０１によって遮蔽されて読取りにくくかつ不精確である。
【０００６】
また、複数のロッド１０１を平行摺動可能に保持する保持機構１０２はガイド部材もしくはゴム板に孔を穿設したもので、耐久性が悪いという課題がある。つまり、経時変化により孔が大きくなり、ロッド１０１の先端を測定対象１０３に押し当てた後にも、ロッド１０１が不安定で移動し易く、この結果、ロッド１０１の位置を精確に把握できなくなる。この場合、ガイド部材もしくはゴム板を交換する必要性も生ずる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明に係る立体形状測定装置は、測定対象に押し当てられる先端及びマーカが付された後端を有する複数のロッドと、各ロッドを２次元に平行に配列して保持するロッド保持機構と、各ロッドのマーカを撮影するカメラと、カメラによって撮影された各マーカの位置から測定対象の立体形状を演算する制御ユニットとを具備し、各ロッドの長さは、カメラによって撮影された各マーカが重複しないように、異ならせたものである。
【０００８】
また、ロッド保持機構は、ロッドに対向する弾性部材と、弾性部材のロッドとの反対側に設けられた剛性部材と、剛性部材の弾性部材との反対側に設けられた空気袋とを具備し、ロッドの先端が測定対象に押し当てられるときに、空気袋の空気を抜いてロッドはロッド保持機構内に摺動できるロッド摺動可能状態（ノーブレーキ状態）にし、各ロッドの後端のマーカの撮影のときに、空気袋に空気を入れて各ロッドはロッド保持機構内に固定されるロッド固定状態（ブレーキ状態）にするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、すべてロッドの位置をカメラの撮影によって把握するので、迅速かつ高精度に立体形状を把握できる。また、ロッドの保持を空気力によるロッド摺動可能状態／ロッド固定状態の切替によって行うので、ロッド保持機構の耐久性の劣化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る立体形状測定装置の実施の形態を示す写真である。
【図２】図１の立体形状測定装置の実機状態を示す写真である。
【図３】図１のロッド保持機構の詳細を示す断面図であって、（Ａ）はロッド摺動可能状態（ノーブレーキ状態）を示し、（Ｂ）はロッド固定状態（ブレーキ状態）を示す。
【図４】比較例としてのロッド保持機構の詳細を示す断面図であって、（Ａ）はロッド摺動可能状態（ノーブレーキ状態）を示し、（Ｂ）はロッド固定状態（ブレーキ状態）を示す。
【図５】図１のロッド先端を示す断面図である。
【図６】図１の制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６のステップ６０１において取得されたカメラ画像の例を示す写真である。
【図８】図６のステップ６０２において抽出された色マーカの２値データである。
【図９】従来の立体形状測定装置を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明に係る立体形状測定装置の実施の形態を示す写真である。但し、動作説明し易くするために、図１の立体形状測定装置は、本来の大きい測定対象に対する図２に示す実機立体形状測定装置より小さくしてある。尚、図２においては、縦×横＝４０×５本のロッドＲよりなるロッド群１が設けられ、ロッドＲの後端に色マーカＭが付されている。また、ロッド保持機構２の後述の空気袋には、電動ポンプ６が接続されている。さらに、色マーカＭを撮影するための２台のカメラ４が設けられている。この場合、上方のカメラ４は上半分の色マーカＭを撮影し、下方のカメラ４は下半分の色マーカＭを撮影する。
【００１２】
図１においては、ロッド群１はステンレス等の剛性材料よりなる５×５本のロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５よりなり、これらのロッドは２次元状に等間隔でロッド保持機構２によって保持されている。ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の図１の右方の先端は図示しない測定対象たとえば人間の後頭部及び首の後部に押し当てられ、他方、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の後端には特定色たとえば赤色の色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５が付されている。尚、特定色は２色以上、たとえば赤、青を交互にマーカに付してもよい。
【００１３】
ロッド保持機構２は枠機構３によって支持されている。枠機構３のロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５に対向する位置に色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５を撮影するためのカメラ４が設けられ、カメラ４はマイクロコンピュータにより構成される制御ユニット５が接続されている。
【００１４】
ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の長さは、カメラ４によって撮影された色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５が重複しないように、異ならせてある。たとえば、
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５
Ｌ２−Ｌ１＝Ｌ３−Ｌ２＝Ｌ４−Ｌ３＝Ｌ５−Ｌ４≧ΔＬ
但し、Ｌ１はロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５の長さ、
Ｌ２はロッドＲ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５の長さ、
Ｌ３はロッドＲ３１、Ｒ３２、…、Ｒ３５の長さ、
Ｌ４はロッドＲ４１、Ｒ４２、…、Ｒ４５の長さ、
Ｌ５はロッドＲ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の長さ、
ΔＬは測定対象によって決定される正の値
と設定される。これにより、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の長さは、カメラ４より遠い程、大きくされ、カメラ４によって撮影された色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５が重複しないようになる。
【００１５】
図３は図１のロッド保持機構３の詳細を示す断面図であって、（Ａ）はロッド摺動可能状態（ノーブレーキ状態）を示し、（Ｂ）はロッド固定状態（ブレーキ状態）を示す。
【００１６】
図３において、ロッド保持機構２は、枠機構３に固定されたプラスチックよりなる比較的厚い剛性部材２１、２２の間に、たとえばゴム等よりなりブレーキシューの作用をする２×５＝１０枚の弾性部材２３、たとえばプラスチックよりなりブレーキプレートの作用をする比較的厚い２×５＝１０枚の剛性部材２４、及び６枚の空気袋２５よりなる。この場合、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；ロッドＲ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；ロッドＲ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５毎に、両側が弾性部材２３に対向し、弾性部材２３のロッドの反対側に剛性部材２４が設けられ、剛性部材２４の弾性部材２３の反対側に空気袋２５が設けられている。
【００１７】
他方、図３の（Ａ）に示すロッド摺動可能状態にあっては、空気袋２５に空気が入っていないので、空気袋２５は非膨張状態である。従って、弾性部材２３及び剛性部材２４はノーブレーキ状態となり、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５と弾性部材２３とは接触しなくなる。この結果、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５は滑らかに摺動可能状態となる。
【００１８】
図３の（Ｂ）に示すロッド固定状態にあっては、空気袋２５に空気が入っているので、空気袋２５は膨張状態である。従って、弾性部材２３及び剛性部材２４はブレーキ状態となり、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５と弾性部材２３とは強い接触状態となり、弾性部材２３はロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５のすべてに対して均一に凹み状態となる。この結果、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５は確実にかつ均一の固定状態となる。
【００１９】
尚、ロッド保持機構２の空気袋２５への空気の吸入は図２の電動ポンプを用いて行うことも手動ポンプを用いても行うこともできる。
【００２０】
図４は比較例としてのロッド保持機構の詳細を示す断面図であって、（Ａ）はロッド摺動可能状態（ノーブレーキ状態）を示し、（Ｂ）はロッド固定状態（ブレーキ状態）を示す。
【００２１】
図４のロッド保持機構２’においては、図３の剛性部材２１、２２、２４の代りに、ブレーキとして作用する１枚の剛性プレート２４’を設け、図３の弾性部材２３の代りに、各ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；ロッドＲ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；ロッドＲ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５を囲むようにブレーキシューの作用をする２５個の弾性部材２３’を設け、図３の空気袋２５は設けていない。
【００２２】
図４の（Ａ）のロッド摺動可能状態にあっては、剛性プレート２４’は各ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；ロッドＲ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；ロッドＲ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５と各弾性部材２３とが離間するように、位置している。従って、弾性部材２３’及び剛性プレート２４’はノーブレーキ状態となり、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５と弾性部材２３’とは接触しなくなる。この結果、図３の（Ａ）の摺動可能状態と同様に、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５は滑らかに摺動可能状態となる。
【００２３】
他方、図４の（Ｂ）に示すロッド固定状態にあっては、剛性プレート２４’が図４において右側に移動する。従って、弾性部材２３’及び剛性プレート２４’はブレーキ状態となり、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の一部と弾性部材２３’とは接触状態となり、弾性部材２３’が凹み状態となるが、残りのロッドと弾性部材２３’とは接触状態とならない。この結果、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の固定状態は不確実かつ不均一となる。
【００２４】
このように、図３に示すロッド保持機構２’はより完全なブレーキ状態になるので、図４に示すロッド保持機構２’に比較して優れている。
【００２５】
図５は図１のロッドたとえばＲ１１の先端を示す断面図である。
【００２６】
図５の（Ａ）に示すごとく、ロッドＲ１１の先端は丸くなっており、これにより、たとえ髪があっても人間の後頭部に直接接触でき、従って、後頭部の立体形状を精確に測定できる。
【００２７】
また、図５の（Ｂ）に示すごとく、ロッドＲ１１の先端をねじ加工し、ロッドＲ１１の先端に先端が丸いたとえばプラスチック等よりなる剛性部材１ａを嵌め込む。これにより、やはり、髪があっても人間の後頭部に直接接触でき、従って、後頭部の立体形状を精確に測定できる。さらに、この場合、剛性部材１ａが劣化した場合には、新しい剛性部材１ａに容易に置換できる。
【００２８】
図６は図１の制御ユニット５の動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは制御ユニット５のリードオンリメモリ（ＲＯＭ）もしくはフラッシュメモリに格納される。また、制御ユニット５の動作前に、オペレータはロッド保持機構２の空気袋２５の空気を抜いたロッド摺動可能状態でロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の先端を人間の後頭部及び首の後部に押し当て、その後、ロッド保持機構２の空気袋２５に空気を入れてロッド固定状態（ブレーキ状態）にしてカメラ４でロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の後端の色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５の撮影を行って図６に示すカメラ画像を得ているものとする。
【００２９】
始めに、ステップ６０１にて、カメラ４より図７に示すカメラ画像を取得する。
【００３０】
次に、ステップ６０２にて、色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５の特定色から図８に示す２値データとしての色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５を抽出する。
【００３１】
次に、ステップ６０３にて、色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５の数が所定数たとえば２５か否かを判別する。ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５が正常な動作をしていれば、色マーカの数は２５である。従って、色マーカの数が２５である場合のみ、ステップ６０４に進み、他の場合には、ステップ６０９に進んでエラーとする。
【００３２】
ステップ６０４では、各色マーカＭ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５の重心座標を演算する。
【００３３】
次に、ステップ６０５では、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の先端座標をステップ６０４にて演算された重心座標及びロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の予め定められた長さＬ１１、Ｌ１２、…、Ｌ１５；Ｌ２１、Ｌ２２、…、Ｌ２５；…；Ｌ５１、Ｌ５２、…、Ｌ５５を用いて演算する。
【００３４】
次に、ステップ６０７にて、ロッドＲ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５の先端座標に基づいて測定対象の立体形状を補間演算する。
【００３５】
次に、ステップ６０７にて、測定対象の立体形状をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に格納する。
【００３６】
そして、ステップ６０８にて、図６のルーチンは終了する。
【００３７】
上述の本発明の実施の形態によれば、測定対象を人間の後頭部及び首の後部に適用した場合、立体形状が±０．３ｍｍ以内の誤差で精確に得られた。
【００３８】
尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は人間の後頭部及び首の後部以外に人間の全体の立体形状等の測定対象にも利用できる。また、軟らかい物体形状たとえば枕形状等の測定対象にも利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ロッド群
Ｒ、Ｒ１１、Ｒ１２、…、Ｒ１５；Ｒ２１、Ｒ２２、…、Ｒ２５；…；Ｒ５１、Ｒ５２、…、Ｒ５５：ロッド
１ａ：剛性部材
２：ロッド保持機構
２’：ロッド保持機構
２１、２２：剛性部材
２３：弾性部材
２３’：弾性部材
２４：剛性部材
２４’：剛性プレート
２５：空気袋
３：枠機構
４：カメラ
５：制御ユニット
６：電動ポンプ
１０１：ロッド 
１０２：ロッド保持機構
１０３：測定対象 
Ｍ１１、Ｍ１２、…、Ｍ１５；Ｍ２１、Ｍ２２、…、Ｍ２５；…；Ｍ５１、Ｍ５２、…、Ｍ５５：色マーカ
【図１】
0006395152.tif 000002
【図２】
0006395152.tif 000003
【図３】
0006395152.tif 000004
【図４】
0006395152.tif 000005
【図５】
0006395152.tif 000006
【図６】
0006395152.tif 000007
【図７】
0006395152.tif 000008
【図８】
0006395152.tif 000009
【図９】
0006395152.tif 000010