JP2020085772A - マーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 カメラ等の検出器の近くに照明部が存在する場合でも、前記機能部の虚像の判別を可能とするマーカを提供する。【解決手段】 本発明のマーカは、レンズ本体を含み、前記レンズ本体は、厚み方向における上側の表面に、平面方向に連続する複数のレンズ部を有し、内部に、焦点領域を有し、前記焦点領域は、前記各レンズ部の焦点近傍を含む平面方向の領域であり、前記各レンズ部に対応する機能部と、非機能部とを有し、前記機能部より上領域と前記機能部より下領域との屈折率差Ａと、前記非機能部より上領域と前記非機能部より下領域との屈折率差Ｂとが、｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たすことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、マーカに関する。

拡張現実感（Augmented Reality、以下、「ＡＲ」ともいう）およびロボティクス等の分野において、物体の位置および姿勢等を認識するために、いわゆる視認マーカが使用されている。前記マーカは、例えば、一方の表面に複数の凸状のレンズ部を有し、他方の表面に、前記レンズ部に対応する機能部として黒線が配置されている（特許文献１）。前記マーカを、前記レンズ部側からカメラで撮影すると、前記マーカに対するカメラ位置によって、前記レンズ部に投影される前記機能部の虚像が移動する。このため、物体に前記マーカをセットし、前記マーカにおける前記虚像の位置やパターンを判別することにより、前記物体の位置および姿勢等が計測できる。しかしながら、前記マーカのレンズ部において、投影される前記機能部の虚像がクリアでなければ、前記虚像の位置やパターンを判別できず、結果的に、正確な位置および姿勢の計測は困難となる。

前記マーカを暗所で使用する場合、通常、照明下で撮影が行われる。前記マーカの撮影には、例えば、利便性からスマートフォンのカメラ機能が利用されるが、前記スマートフォンは、通常、カメラの近傍に、照明部が設置されている。このように、カメラの近傍に照明部が設置されている場合、光が強いため、前記マーカを撮影した際、前記機能部の虚像やその周辺の非機能部が、一律反射により全体的に白飛びが発生し、前記機能部と前記非機能部とが区別しにくく、クリアな虚像が検出できない。前記スマートフォンに限らず、このような問題は、照明部が近傍に設置されているカメラを使用すると生じる傾向にある。

特開２０１２−１４５５５９号公報

そこで、本発明は、例えば、カメラ等の検出器の近くに照明部が存在する場合でも、前記機能部の虚像の判別を可能とするマーカの提供を目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のマーカは、
レンズ本体を含み、
前記レンズ本体は、
厚み方向における上側の表面に、平面方向に連続する複数のレンズ部を有し、
内部に、焦点領域を有し、
前記焦点領域は、
前記各レンズ部の焦点近傍を含む平面方向の領域であり、
前記各レンズ部に対応する機能部と、非機能部とを有し、
前記機能部より上領域と前記機能部より下領域との屈折率差Ａと、前記非機能部より上領域と前記非機能部より下領域との屈折率差Ｂとが、｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たすことを特徴とする。

本発明のマーカは、前述のように、前記焦点領域における前記機能部の屈折率差と前記非機能部の屈折率差とを前記関係とすることによって、例えば、前記検出器の近くに照明部が存在する場合でも、白飛びの発生を抑制し、前記機能部で反射された光の虚像を判別できる。このため、本発明のマーカによれば、例えば、照明部の位置や強さ等の使用状況の影響をうけにくく、優れた精度で、マーカがセットされた対象物の位置および姿勢等を計測できる。

図１（Ａ）は、実施形態１のマーカの一例を示す上面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩ−Ｉ方向から見たマーカの断面図である。 図２は、前記実施形態１のマーカにおけるレンズユニットの断面図である。 図３は、前記実施形態１のマーカのその他の例を示す上面図である。 図４は、前記実施形態１のマーカにおけるレンズユニットの断面図である。 図５（Ａ）は、従来のマーカの一例を示す上面図であり、図５（Ｂ）は、図１（Ａ）のII−II方向から見たマーカの断面図である。 図６は、従来のマーカにおける光の反射を示す概略図であり、図６（Ａ）は、マーカの正面から観察した場合の概略図であり、図６（Ｂ）は、マーカを斜めから観察した場合の概略図である。 図７は、前記実施形態１のマーカにおける光の反射を示す概略図であり、図７（Ａ）は、マーカの正面から観察した場合の概略図であり、図７（Ｂ）は、マーカを斜めから観察した場合の概略図である。 図８は、前記実施形態１のマーカにおける機能部の一例を示す断面図である。 図９は、実施形態２のマーカにおけるレンズユニットの一例を示す断面図である。 図１０は、前記実施形態２のマーカにおけるレンズユニットのその他の例を示す断面図である。

本発明のマーカは、例えば、前記屈折率差Ａと、前記屈折率差Ｂとが、｜Ａ｜＞２×｜Ｂ｜を満たす。

本発明のマーカは、例えば、前記機能部は、界面であり、前記非機能部は、非界面であり、前記屈折率差Ｂは、ゼロである。

本発明のマーカは、例えば、前記レンズ本体が、一体成形物であり、
前記レンズ本体が、前記焦点領域に空隙を有し、
前記空隙の上面が、前記機能部であり、
前記空隙の上面を境に、前記上領域の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
前記焦点領域の平面方向において、前記空隙と空隙との間が、前記非機能部である。

本発明のマーカは、例えば、前記レンズ本体は、厚み方向における下側の表面に、複数の凹部を有し、
前記凹部の上面は、前記焦点領域に位置する前記機能部であり、
前記凹部の上面を境に、前記上領域の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
前記焦点領域の平面方向において、前記凹部と凹部との間が、前記非機能部である。

本発明のマーカは、例えば、前記機能部は、界面であり、前記非機能部は、界面である。

本発明のマーカは、例えば、前記レンズ本体が、第１層と第２層とを含み、前記第２層上に前記第１層が積層された積層体であり、
前記焦点領域に、前記第１層と前記第２層との界面を有し、
前記積層体において、前記第１層と前記第２層との間に、空隙を有し、前記空隙の上面が前記機能部であり、
前記空隙の上面を境に、前記上領域である前記第１層の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
前記第１層と前記第２層との間の界面が、前記非機能部であり、
前記第１層の屈折率と前記第２層の屈折率との差が、前記屈折率差Ｂである。

本発明のマーカは、例えば、前記レンズ本体の他方の表面の屈折率差Ｃは、｜Ｃ｜＞｜Ｂ｜を満たす。

本発明のマーカは、例えば、前記機能部の上領域の屈折率ａと、前記機能部の下領域の屈折率ｂと、前記非機能部の下領域の屈折率ｃとが、｜ａ−ｂ｜＞２×｜ａ−ｃ｜を満たす。

本発明のマーカは、例えば、前記レンズ部のピッチと、前記機能部のピッチとが、異なる。

本発明のマーカは、例えば、前記空隙の上面が、前記機能部であり、厚み方向において、前記レンズ部の頂点から前記機能部までの、垂直方向の厚みｆに対して、前記空隙の下面から前記レンズ本体の下側の表面までの、垂直方向の厚みｅが、１／４倍以上である。

本発明のマーカは、例えば、厚み方向において、前記レンズ部の頂点から前記機能部の上面までの、垂直方向の厚みｆに対して、前記機能部の下面から前記レンズ本体の下側の表面までの、垂直方向の厚みｅが、１／３倍以上である。

本発明のマーカは、例えば、前記平面方向において、前記機能部の長さは、前記非機能部の長さの１／５以下であり、前記レンズ部における前記機能部の虚像が、検出対象である。

本発明のマーカは、例えば、前記平面方向において、前記機能部の長さは、前記非機能部の長さの１／１０以下であり、前記レンズ部における前記機能部の虚像が、検出対象である。

本発明のマーカは、例えば、前記平面方向において、前記非機能部の長さは、前記機能部の長さの１／５以下であり、前記レンズ部における前記非機能部の虚像が、検出対象である。

本発明のマーカは、例えば、前記機能部が、プリズム形状である。

本発明のマーカは、例えば、前記焦点領域で収束する光束の成す角度が１０°以上である。

つぎに、本発明の実施形態について、図を用いて説明する。本発明は、下記の実施形態によって何ら限定および制限されない。各図において、同一箇所には同一符号を付している。なお、図においては、説明の便宜上、各部の構造は、適宜、簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、図の条件には制限されない。

［実施形態１］
実施形態１は、本発明のマーカの例である。図１に、本実施形態のマーカ１の一例を示す。図１（Ａ）は、マーカ１の上から見た平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＩ−Ｉ方向から見たマーカ１の断面図である。図１（Ｂ）においては、見やすさを考慮して、断面を表すハッチを省略している。以下、他の断面図においても同様である。図１において、便宜上、矢印Ｘを幅方向、矢印Ｙを長さ方向、矢印Ｚを高さ方向（または厚み方向）といい、幅方向Ｘにおいて、左側を上流といい、右側を下流という。図１（Ｂ）において、Ｚ方向の点線は、各レンズ部１０１の中心軸Ｃを示す。中心軸とは、各レンズ部１０１において、平面方向における中心を通る厚み方向の軸である。本発明において、上下方向は、レンズ部１０１を上とした場合の方向であり、実際に使用する際の方向は、何ら制限されない。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示すとおり、マーカ１は、レンズ本体１０を含む。本実施形態において、レンズ本体１０は、一部材で形成された単体の一例を示す。

レンズ本体１０は、一方の表面、すなわち、図１（Ｂ）における上側の表面において、平面方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に連続する複数のレンズ部１０１を有する。レンズ本体１０について、レンズ部１０１ごとに厚み方向に分割した単位を、レンズユニットという。ここで、図２に、図１のレンズ本体１０におけるレンズユニット１００を示す。図２は、図１（Ｂ）の断面図に示すレンズ本体１０における、レンズ部１０１Ｃを含むレンズユニット１００Ｃと、それに隣接するレンズユニット１００を抜き出して示した断面図である。図２において、一点破線は、レンズユニット間に界面が存在することを示すものではなく、レンズユニット１００ごとの領域を示すため、便宜上示したものである。図１のレンズ本体１０は、図２に示す複数のレンズユニット１００が規則的に配置されている。なお、各レンズユニット１００において、後述する機能部１０３の位置は、図２に示す位置には制限されない。

レンズ部１０１は、例えば、レンズ本体１０の前記一方の表面における、球面または非球面等の凸状の表面である。レンズ部１０１は、例えば、外部から到達した光を、透過または屈折させ、且つ焦点に集光させる。レンズ部１０１の曲率は、特に制限されない。

図１（Ｂ）および図２において、レンズ本体１０のＺ軸方向に対して直交する点線Ｆは、複数のレンズ部１０１の焦点位置（レンズ本体１０における高さ位置）を示す。レンズ本体１０において、平面方向における前記焦点を含む焦点近傍の領域（焦点位置Ｆを含む領域）を、焦点領域という。図２において、前記焦点領域は、例えば、前記平面方向に広がり、且つ、厚み方向において焦点位置Ｆを含む領域である。前記焦点領域の厚み方向における距離は、特に制限されず、例えば、焦点位置Ｆを基準として、レンズ部１０１の頂点から機能部１０３（空隙１０２の上面）までの厚みに対して±１／２０の範囲である。レンズ部１０１の焦点位置Ｆは、例えば、レンズ部１０１の形状および曲率等に基づいて決定できる。そして、レンズ本体１０は、その内部であって、前記焦点領域に、複数の機能部１０３を有する。具体的に、図１および図２において、レンズ本体１０は、複数の空隙１０２を有し、空隙１０２の上面が、機能部１０３となる。複数の機能部１０３は、それぞれ、複数のレンズ部に対応するように配置されている。レンズ本体１０において、レンズ部１０１のピッチと、機能部１０３のピッチは、図１（Ｂ）に示すように、異なるピッチが好ましい。それぞれのピッチついては、後述する。前記焦点領域において、機能部１０３間の領域、また、両端の機能部１０３については、それより外側の領域が、非機能部１０４である。図１（Ｂ）において、機能部１０３と非機能部１０４とは、交互に配置されている。

本発明において、機能部１０３および非機能部１０４は、機能部１０３の屈折率差Ａと非機能部１０４の屈折率差Ｂとが、それぞれの絶対値として｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たせばよい。機能部１０３の屈折率差Ａと非機能部１０４の屈折率差Ｂとの関係は、例えば、｜Ａ｜＞２×｜Ｂ｜が好ましい。

機能部１０３の屈折率差Ａは、機能部１０３よりも上領域の屈折率と、機能部１０３よりも下領域の屈折率との差である。本実施形態において、機能部１０３は、前述のように、空隙１０２の上面であり、言い換えれば、レンズ本体１０と空隙１０２との界面である。このため、本実施形態において、機能部１０３よりも上領域の屈折率とは、レンズ本体１０の材質に基づく屈折率であり、機能部１０３よりも下領域の屈折率とは、空隙１０２内の材質に基づく屈折率である。空隙１０２は、その上面が界面として機能部１０３となることから、前記空隙内の材質は、レンズ本体１０の材質とは異なる屈折率の材質であればよい。具体例として、空隙１０２の内部は、例えば、空気でもよく、この場合、空気の屈折率が、前記下領域の屈折率となる。本発明において、機能部１０３の構成に関与する空隙１０２は、レンズ本体１０にとっての空隙であればよく、レンズ本体１０における空隙の領域に、他の材質が充填される形態であってもよい。このように、空隙１０２の内部に、他の材質が充填されている場合は、前記他の材質の屈折率が、前記下領域の屈折率となる。なお、空隙１０２に充填される材質は、例えば、レンズ本体１０より屈折率が高い材質を選択してもよい。

一方、非機能部１０４とは、前記焦点領域における、機能部１０３間の領域である。本実施形態において、レンズ本体１０は、前述のように、一部材で形成された単体であるため、前記焦点領域における機能部１０３間の領域に、界面を有さない。つまり、前記焦点領域において非機能部１０４に相当する位置には、それより上領域とそれより下領域との間に界面を有さない。したがって、本実施形態のマーカ１において、非機能部１０４の屈折率差は、ゼロである。

このように、機能部１０３は、レンズ本体１０の部材と空隙１０２の部材との間の界面であるため、機能部１０３の屈折率差≠０であり、非機能部１０４は非界面であるため、屈折率差＝０である。したがって、実施形態１のマーカは、前述の条件である｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たすことになる。

マーカ１は、機能部１０３の屈折率差Ａと非機能部１０４の屈折率差Ｂとが前述のような条件を満たせばよく、レンズ本体１０の部材および空隙１０２内の部材は、特に制限されない。部材は、それぞれが特有の屈折率を有することから、例えば、部材の屈折率に基づいて、前述のような屈折率差となるように、レンズ本体１０の部材と、空隙１０２内の部材とを選択することができる。一例として、例えば、レンズ本体１０の材質が、ポリカーボネート（ＰＣ、屈折率１．５９）であり、空隙１０２内の材質が、シリコーン（屈折率１．４）、水（屈折率１．３３）、または大気（空気、屈折率１）である場合、前記屈折率差の条件｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たす。なお、これはあくまでも例示であり、本発明は、何ら制限されない。すなわち、前記屈折率差Ａに関する前述の例示は、レンズ本体１０の材質の屈折率が、空隙１０２内の材質の屈折率よりも高い形態であるが、前記屈折率差の条件は、屈折率差の絶対値に基づくため、前記例示とは逆に、例えば、空隙１０２内の材質の屈折率が、レンズ本体１０の屈折率より高い形態でもよい。

マーカ１において、機能部１０３の上領域の屈折率ａと、機能部１０３の下領域の屈折率ｂと、非機能部１０４の下領域ｃとの関係は、例えば、｜ａ−ｂ｜＞｜ａ−ｃ｜を満たすことが好ましく、ａ−ｂ＞｜ａ−ｃ｜を満たすことがより好ましい。また、例えば、｜ａ−ｂ｜＞２×｜ａ−ｃ｜を満たすことが好ましく、ａ−ｂ＞２×｜ａ−ｃ｜を満たすことがより好ましい。

また、マーカ１において、レンズ本体１００の他方の表面の屈折率差Ｃは、非機能部１０４の屈折率差Ｂとの間で、｜Ｃ｜＞｜Ｂ｜を満たすことが好ましい。レンズ本体１００の他方の表面の屈折率差Ｃとは、例えば、レンズ本体１００の屈折率と、レンズ本体１００の他方の表面が接する外部の部材の屈折率との差である。前記外部とは、例えば、マーカ１の設置面等であり、具体的には、被対象物における設置面である。

レンズ本体１０の部材は、例えば、透光性部材が好ましく、樹脂およびガラス等があげられる。前記樹脂は、例えば、前記ＰＣの他、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等があげられる。前記透光性部材の透過率は、特に制限されず、例えば、マーカ１の検出環境で使用される光の波長において５０％以上である。また、非機能部１０４の上領域の透過率と非機能部１０４の下領域の透過率の差は、小さいことが好ましく、前記透過率の差は、１０％以下であることがより好ましい。また、非機能部１０４の上領域の透過率より非機能部１０４の下領域の透過率が、大きいことが好ましい。

空隙１０２内の部材は、前述のように、レンズ本体１０と異なる屈折率の部材であればよく、空隙１０２内は、大気でもよいし、樹脂、ガラス等でもよい。空隙１０２に前記樹脂または前記ガラス等が充填されている場合、例えば、黒色等に着色された、着色樹脂、着色ガラスでもよい。

図１において、レンズ本体１０におけるレンズ部１０１の数は、９×１３個であるが、これは例示であって、本発明は、これには限定されない。

レンズ本体１０は、例えば、図１（Ａ）に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに、対称型のレンズ部１０１が規則的に連続したおよびレンズアレイでもよいし、レンチキュラレンズでもよい。前記レンチキュラレンズは、例えば、円柱を軸方向に分割した複数のシリンドリカルレンズが、軸方向が平行となるように面方向に連続して配置されたレンズ本体である。

その上面が機能部１０３である空隙１０２は、例えば、図１（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向に沿って線状の空隙１０２が、縞模様となって形成されてもよい。線状の空隙１０２は、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って連続するレンズ部１０１群ごとに共通する空隙１０２となる。つまり、図１（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向に連続したレンズ部１０１群に対して共通する線状の空隙１０２が、Ｙ軸方向に平行に設けられ、その空隙１０２の上面が、線状の機能部１０３となってもよい。

また、空隙１０２の形態は、これには制限されず、例えば、複数のレンズ部１０１のそれぞれに対して、独立して配置されてもよい。この例を、図３の平面図に示す。図３は、マーカ１の上から見た平面図である。図３において、空隙１０２の形状は、特に制限されず、例えば、円柱状、角柱状等である。

空隙１０２の上面、すなわち機能部１０３は、例えば、図２に示すように、フラットな面でもよいし、図８に示すように、プリズム面でもよい。具体的に、図８は、図２における空隙１０２のみを示す断面図であり、空隙１０２の上面が機能部１０３であり、三角プリズム表面が連続する形状である。空隙１０２の上面を前記プリズム面にすると、プリズム状の機能部１０３となるため、例えば、機能部１０３における反射効率をさらに向上でき、非機能部１０４とのコントラストがより顕著になる。

レンズ部１０１のピッチとは、Ｘ軸方向に連続するレンズ部１０１について、隣り合うレンズ部間のピッチを意味する。具体的に、「隣り合うレンズ部間のピッチ」とは、隣り合うレンズ部１０１におけるレンズ部１０１の幅の中点の間隔であり、例えば、Ｘ軸方向におけるレンズ部１０１の幅と同じである。レンズ本体１０において、例えば、任意のレンズ部（例えば、図１におけるレンズ部１０１Ｃ）を中心として、Ｘ軸方向に沿った上流側（左側）のレンズ部１０１群のピッチと、Ｘ軸方向に沿った下流側（右側）のレンズ部１０１群のピッチとは、例えば、同じでもよいし異なってもよく、好ましくは同じピッチ（等ピッチ）である。Ｘ軸方向に連続するレンズ部１０１のピッチを等ピッチとすることによって、例えば、機能部１０３の虚像の動きを、より一定にできる。レンズ部１０１のピッチは、例えば、Ｙ軸方向においても同様である。

機能部１０３のピッチとは、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に間隔をあけて位置する機能部１０３について、隣り合う機能部間のピッチを意味する。具体的に、「隣り合う機能部間のピッチ」とは、間隔をあけて隣り合う機能部１０３における機能部１０３の幅の中点の間隔である。レンズ本体１０において、例えば、任意のレンズ部（例えば、図１および図２におけるレンズ部１０１Ｃ）に対応する機能部１０３（例えば、図２における機能部１０３Ｃ）を中心として、上流側（左側）の機能部１０３群のピッチと、下流側（右側）機能部１０３群のピッチとは、例えば、同じでもよいし異なってもよく、好ましくは同じピッチ（等ピッチ）である。

レンズ部１０１のピッチと、機能部１０３のピッチとは、前述のように、異なることが好ましい。図１（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向に沿って、複数の線状の空隙１０２が平行に配置されている場合、レンズ部１０１のピッチと機能部１０３のピッチとは、例えば、Ｘ軸方向において異なっていることが好ましい。また、図３に示すように、レンズ部１０１ごとに対応する空隙１０２が配置されている場合、レンズ１０１のピッチと機能部１０３のピッチとは、例えば、Ｘ軸方向においてのみ異なってもよいし、Ｙ軸方向においてのみ異なってもよいし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方において異なってもよい。レンズ部１０１のピッチは、例えば、機能部１０３のピッチより、大きくてもよいし、小さくてもよい。

レンズ部１０１のピッチと機能部１０３のピッチとを異なるピッチにすることで、例えば、レンズ本体１０に対する光の光軸に応じて、異なるレンズ部１０１に、対応する機能部１０３の虚像を投影することができる。マーカ１において、例えば、Ｘ軸方向における中央のレンズユニット１００Ｃは、中心軸Ｃ上に機能部１０３Ｃを有しているため、マーカ１が、中心軸Ｃと平行な光軸（０°）の光を受けると、光は、中心軸Ｃ上の焦点領域に収束するため、その位置に存在する機能部１０３Ｃの虚像が、レンズ部１０１に現れる。他のレンズユニット１００は、それぞれ、中心軸Ｃに対する光軸の傾斜角度に応じて、機能部１０３が、中心軸Ｃからずれた位置に配置されている。このため、前記傾斜角度の光を受けた際には、対応するレンズユニット１００の機能部１０３の虚像が、レンズ部１０１に投影される。

レンズ部１０１のピッチと機能部１０３のピッチと機能部１０３のＸ方向の幅（図４におけるＷ２）は、例えば、レンズ部１０１のピッチより機能部１０３のピッチが小さいことが好ましく、下記式を満たすことがより好ましい。
（レンズ部１０１のピッチ−機能部１０３のピッチ）＜機能部の幅（Ｗ２）／２

レンズ本体１０の大きさは、特に制限されず、例えば、マーカ１の用途、レンズ部１０１の大きさおよび数等によって適宜決定できる。大きさを説明するにあたって、図４に、図２と同じレンズユニット１００の断面図を示し、各部位の長さの符号を示す。以下に、各部位の大きさを例示するが、一例であって、本発明は、これらの例には何ら制限されない。

レンズ本体１０は、例えば、Ｘ軸方向の長さ（幅）が、２０ｍｍであり、長さ方向Ｙの長さが、５ｍｍである。

レンズ部１０１の大きさは、例えば、レンズ部の数、マーカ１の用途等に応じて、適宜決定できる。レンズ本体１０が、図１（Ａ）のレンズアレイの場合、レンズ部１０１の大きさは、例えば、Ｘ軸方向の長さ（幅、Ｗ１）およびＹ軸方向の長さが、それぞれ、０．４５ｍｍであり、Ｘ軸方向の長さ（Ｗ１）とＹ軸方向の長さは、同じでもよいし、異なってもよい。Ｘ軸方向において、例えば、レンズ部１０１のピッチは、０．４５ｍｍである。

レンズユニット１００の中心軸Ｃにおいて、レンズ部１０１の頂点から、反対側の表面までの厚み（Ｈ１）は、例えば、０．９ｍｍである。レンズ部１０１の頂点から機能部１０３（空隙１０２の上面）までの厚み、すなわち、前記頂点から焦点位置Ｆまでの厚み（Ｈ２）は、例えば、０．６５ｍｍである。機能部１０３から前記反対側の表面までの厚みは、空隙１０２の厚み（Ｈ４）と、空隙１０２の下面から前記反対側の表面までの厚み（Ｈ３）の合計である。空隙１０２の厚み（Ｈ４）は、例えば、０．０２ｍｍであり、厚み（Ｈ３）は、例えば、０．２３ｍｍである。レンズ部１０１の頂点から機能部１０３までの厚みｆ（Ｈ２）に対して、空隙１０２の下面からレンズ本体１００の下側の表面までの厚みｅ（Ｈ３）は、例えば、１／４以上であり、好ましくは１／３以上である。

機能部１０３は、前述のように、例えば、前記焦点領域における界面であればよいことから、空隙１０２の上面が、厚み方向において前記焦点領域に含まれていればよい。空隙１０２の厚み（Ｈ４）は、特に制限されず、例えば、前述の通りである。

機能部１０３のＸ軸方向の幅と、非機能部１０４のＸ軸方向の幅は、例えば、レンズ部１０１において、機能部１０３と非機能部１０４のいずれの像を検出するかによって、設定できる。

以上のように例示した前記各部分の長さおよび厚みは、特に制限されず、例えば、本実施形態の効果を奏する範囲において、適宜変更できる。その場合、例えば、前記各部分の長さ又は厚みの比率を維持することが好ましい。

例えば、後述する図７に示すように、レンズ本体１００のレンズ部１０１を有する面において、反射していない暗いバックグラウンドにおいて、反射による明るい像を検出する場合は、機能部１０３の幅が、非機能部１０４よりも短いことが好ましい。具体的に、機能部１０３のＸ軸方向の長さ（幅、Ｗ２）は、空隙１０２の同方向における長さであり、下限は、例えば、０．００５ｍｍ以上であり、上限は、例えば、０．２ｍｍ以下である。非機能部１０４のＸ軸方向の長さ（幅、Ｗ３）は、例えば、下限が、例えば、０．２５ｍｍ以上であり、上限が、例えば、０．４４５ｍｍ以下である。１つの非機能部１０４のＸ軸方向の長さ（Ｗ３）に対する、１つの機能部１０３のＸ軸方向の長さ（Ｗ２）は、例えば、１／１０以下、１／５以下である。

レンズ本体１０は、例えば、射出成形により製造できる。レンズ本体１０は、例えば、別個に調製された複数のレンズユニット１００を連結することで形成してもよいし、一部材を用いた一体成形品でもよく、後者が好ましい。前者の場合、レンズユニット１００同士は、例えば、隙間なく連結していることが好ましく、光学的な界面を有さないことがより好ましい。

つぎに、本実施形態のマーカ１を使用した場合に、前述のように白抜きを抑制できるメカニズムについて、従来のマーカとの比較により説明する。なお、このメカニズムは推定であって、本発明を制限するものではない。

図５に、従来のマーカの一例を示す。図５（Ａ）は、従来のマーカ４の上から見た平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のII−II方向から見たマーカ４の断面図である。

マーカ４は、レンズ本体４０を含む。レンズ本体４０は、一方の表面、すなわち、図５（Ｂ）における上側の表面において、本実施形態１のマーカ１と同様に、連続する複数のレンズ部４０１を有する。レンズ部４０１ごとに厚み方向に分割した単位を、レンズユニットという。そして、レンズ本体４０は、他方の表面、すなわち、図５（Ｂ）における下側の表面において、Ｙ軸方向に平行な、複数の線状の凹部４０２が配置されている。マーカ４は、前記凹部の底面（Ｚ方向において上面）が機能部４０３であり、前記他方の表面の機能部４０３の位置が、各レンズ部４０１の焦点位置Ｆである。

ここで、図６に、図５のレンズ本体４０におけるレンズユニットを示す。図６は、図５（Ｂ）の断面図に示すレンズ本体４０における、中央のレンズ部４０１Ｃを有するレンズユニットと、それに隣接するレンズユニットを抜き出して示した概略の断面図である。図６（Ａ）は、レンズ本体４０に対する光が、レンズ４０１の中央軸Ｃに平行な光軸（中心軸Ｃに対する傾斜が０°の光軸）の光である。図６（Ａ）に示すように、中央のレンズ４０１Ｃに入った傾斜０°の光は、中心軸Ｃ上の焦点に配置された機能部４０２Ｃに収束する。一方、他のレンズ部４０１に対応する機能部４０３は、中心軸Ｃからはずれた位置であるため、レンズ部４０１から入った光は、それぞれの機能部４０３とは異なる位置で収束する。したがって、本来であれば、レンズ本体４０の表面から機能部４０３を識別するために、機能部４０３とそれ以外の非機能部には、それぞれの下領域に、それぞれを区別可能な異なる色で構成された部分（例えば、機能部４０３は黒、非機能部は白）が設けられており、機能部４０３の色部分を前記非機能部の色部分と区別して検出できるはずである。しかしながら、前述のように、前記検出器の近くに照明部がある場合、光が収束するレンズ部４０１の下面において、光が内部反射するため、機能部４０３および前記非機能部の全体に白飛びが発生し、機能部４０３と前記非機能部が識別できず、クリアな虚像が検出できない。これは、レンズ本体に対する光が傾斜している場合も同様である。図６（Ｂ）は、レンズ本体４０に対する光が、レンズ４０１の中心軸Ｃに対して傾斜する光軸（中心軸Ｃに対する傾斜が０°を超える光軸）の光である。図６（Ｂ）の場合も同様であり、光が収束するレンズ部４０１の下端で、光が内部反射するため、機能部４０３および前記非機能部の全体に白飛びが発生し、機能部４０３と前記非機能部が識別できず、クリアな虚像が検出できない。このように、前記他方の表面が界面であり、且つ、焦点位置であることにより、光の傾斜に関係なく、あらゆる領域で反射が生じ、目的の機能部の検出が困難である。

一方、本実施形態のマーカ１によると、このような問題が解消できる。図７に、図１のレンズ本体１０におけるレンズユニット１０１を示す。図７は、図１（Ｂ）の断面図に示すレンズ本体１０における、中央のレンズ部１０１Ｃを有するレンズユニット１００Ｃと、それに隣接するレンズユニット１００を抜き出して示した概略の断面図である。図７（Ａ）は、レンズ本体１０に対する光が、レンズ１０１の中央軸Ｃに平行な光軸（中心軸Ｃに対する傾斜が０°の光軸）の光である。

図７（Ａ）に示すように、中央のレンズ部１０１Ｃに入った傾斜０°の光は、中心軸Ｃ上の焦点に配置された機能部１０３Ｃに収束する。一方、他のレンズ部１０１に対応する機能部１０３は、中心軸Ｃからはずれた位置であるため、レンズ部１０１から入った光は、それぞれの機能部１０３とは異なる位置で収束する。本実施形態のマーカ１は、従来のマーカ４とは異なり、中央のレンズ部１０１Ｃ以外のレンズ部は、前記焦点領域における光が収束した位置には、空隙１０２の上面である機能部１０３は存在せず、非機能部１０４が存在する。そして、非機能部１０４は、機能部１０３とは異なり界面がないことから、機能部１０３と非機能部１０４は、前述の屈折率差の条件を満たし、非機能部１０４に収束した光は、非機能部１０４において反射せず、そのまま非機能部１０４を透過していく。そのため、図７（Ａ）に示すように、中央のレンズ部１０１Ｃのみで反射により明るい状態（Ｂ）となり、それ以外のレンズ部４０１では、光が透過することにより暗い状態（Ｄ）となり、中央のレンズ部１０１Ｃのみが、クリアなコントラストをもって検出できる。これは、レンズ本体に対する光が傾斜している場合も同様である。図７（Ｂ）は、レンズ本体１０に対する光が、レンズ１０１の中心軸Ｃに対して傾斜する光軸（中心軸Ｃに対する傾斜が０°を超える光軸）の光である。図７（Ｂ）の場合も同様であり、いずれのレンズユニット１００も、焦点領域の位置で光が収束しているが、収束した位置に機能部１０３が存在するのは、右端のレンズユニットのみである。このため、右端のレンズ部１０１のみで反射による明るい状態（Ｄ）となり、それ以外のレンズ部１０１では、光が透過することにより暗い状態（Ｄ）となり、右端のレンズ部１０１のみが、クリアなコントラストをもって検出できる。このように、機能部１０３と非機能部１０４とが前述の屈折率差を満たすことにより、光の傾斜に応じて、目的の機能部をクリアに検出できる。

本実施形態のマーカ１は、例えば、前記焦点領域において収束する光束の成す角度が１０°以上（半角５°以上）であることが好ましい。この場合、前記機能部の界面で反射した光のうち、より多くの光が観測点側に戻るため、前記機能部のコントラストがより強くなる。同様の理由から、前記焦点領域において収束する光束の成す角度は、例えば、２０°以上であることがより好ましく、３０°以上であることがさらに好ましく、図７の場合、例えば、約３５°である。

なお、図７においては、反射していない暗いバックグラウンドにおいて、反射による明るい像を検出する例をあげて説明したが、これには制限されず、前述のように、機能部１０３の幅と非機能部１０４の幅と位置とが逆転したマーカとし、反射による明るいバックグラウンドにおいて、反射していない暗い像を検出してもよい。

［実施形態２］
実施形態２は、本発明のマーカにおけるレンズ本体のその他の例である。なお、特に示さない限り、前記実施形態１の記載を援用できる。

（２−１）
図９に、図２と同様に、前記レンズ本体におけるレンズユニット２００を示す。前記レンズ本体は、例えば、前記実施形態１と同様に、一部材で形成された単体である。図９は、前記レンズ本体において、レンズ部２０１を含む２つのレンズユニット２００を抜き出して示した断面図である。図９において、一点破線は、レンズユニット間に界面が存在することを示すものではなく、レンズユニット２００ごとの領域を示すため、便宜上示したものである。図９のレンズユニット２００を含む前記レンズ本体は、後述するように、機能部の形状が異なる以外は、前記実施形態１のレンズ本体と同様である。

図９に示すように、レンズユニット２００は、レンズ部２０１とは反対側表面（図９において下側の面）において、外部と連通する複数の凹部（凹状の空隙）２０２を有し、凹部２０２の底面（図において上面）が、機能部２０３である。つまり、本実施形態は、前記レンズ本体において、焦点位置Ｆを含む焦点領域における、レンズ本体１０の部材と凹部２０２の空隙との界面が、機能部２０３となる。したがって、本実施形態のマーカにおいて、機能部２０３の屈折率差は、前記レンズ本体の部材の屈折率と、凹部２０２内の材質の屈折率との差として、表すことができる。凹部２０２内の材質は、前記実施形態１と同様に、例えば、空気でもよいし、それ以外の材質でもよい。一方、非機能部２０４とは、前記焦点領域における、機能部２０３間の領域である。本実施形態において、前記レンズ本体は、前述のように、一部材で形成された単体であるため、前記焦点領域における機能部２０３間の領域に、界面を有さない。つまり、前記焦点領域において非機能部２０４に相当する位置には、それより上領域とそれより下領域との間に界面を有さない。したがって、本実施形態のマーカにおいて、非機能部２０４の屈折率差は、ゼロである。このように、機能部２０３は、前記レンズ本体の部材と凹部２０２内の部材との間の界面であるため、機能部２０３の屈折率差≠０であり、非機能部２０４は非界面であるため、屈折率差＝０である。したがって、本実施形態のマーカは、前述の条件である｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たすことになる。

本実施形態のマーカの大きさは、特に制限されず、前記実施形態１のマーカと同様の大きさ（例えば、Ｈ１〜Ｈ２、Ｗ１〜Ｗ３）が例示できる。凹部２０２の厚み（高さ、Ｈ５）は、前記実施形態１における機能部１０３の上面からレンズ本体１００の他方の表面までの厚み（Ｈ２＋Ｈ３）と同様であり、０．２５ｍｍである。

（２−２）
つぎに、二層構造のレンズ本体の例を示す。図１０に、二層構造のレンズ本体におけるレンズユニット３００を示す。前記レンズ本体は、レンズ部３０１を含む上層と、レンズ部３０１とは反対側の面を含む下層とが積層されており、具体的に、各レンズユニット３００は、レンズ部３０１を含む上層３００Ａと、レンズ部３０１とは反対側の面を含む下層３００Ｂとを含む。レンズユニット３００において、上層３００Ａは、下層３００Ｂとの対向面に、複数の凹部３０２を有し、上層３００Ａと下層３００Ｂとが積層されることで、凹部３０２は密閉された空隙３０２となり、空隙３０２の上面が機能部３０３となる。

本実施形態のマーカにおいて、機能部３０３の屈折率差は、上層３００Ａの部材の屈折率と、空隙３０２内の材質の屈折率との差として、表すことができる。空隙３０２内の材質は、前記実施形態１と同様に、例えば、空気でもよいし、それ以外の材質でもよい。

一方、非機能部３０４とは、前記焦点領域における、機能部３０３間の領域である。本実施形態において、前記レンズ本体は、前述のように、上層３００Ａと下層３００Ｂとが積層されているが、上層３００Ａと下層３００Ｂとは、例えば、光学的な意味で界面として機能しないように、密着して積層されていることが好ましい。また、上層３００Ａと下層３００Ｂと間の屈折率差を低減することから、両者の材質は、例えば、同じものを使用することが好ましく、また、異なる場合でも、屈折率が同等であるものを使用することが好ましい。

本実施形態のマーカにおいて、機能部３０３の屈折率差Ａは、上層３００Ａの部材と凹部３０２内の部材との間の屈折率差であり、非機能部３０４の屈折率差Ｂは、上層３００Ａの材質の屈折率と下層３００Ｂの材質の屈折率との差である。この両者の屈折率差が、前述の条件である｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たせばよい。この屈折率差の条件は、例えば、上層３００Ａの部材、下層３００Ｂの部材、凹部３０２内の部材の組合せによって、適宜調整できる。

本実施形態のマーカの大きさは、特に制限されず、前記実施形態１のマーカと同様の大きさ（例えば、Ｈ１〜Ｈ４、Ｗ１〜Ｗ３）が例示できる。前記マーカにおいて、上層３００Ａの長さ（Ｈ６）は、例えば、Ｈ２とＨ４の合計の長さであり、具体的には、例えば、０．６７ｍｍであり、下層３００Ｂの厚み（高さ、Ｈ３）は、前記実施形態１における機能部１０３の下面からレンズ本体１００の他方の表面までの厚みと同様であり、０．２３ｍｍである。

凹部３０３は、例えば、図１０に示すように、上層３００Ａの下面に設けてもよいし、下層３００Ｂの上面に設けてもよい。また、非機能部３０４における界面の発生を回避するために、例えば、上層３００Ａと下層との接着面を、前記焦点領域よりも下方となるように設定してもよい。

［実施形態３］
実施形態３は、本発明のマーカと二次元パターンコードとを有する本発明のマーカセットの例である。

前記マーカセットは、例えば、さらに、基板を含み、前記基板に、前記二次元パターンコードと、前記本発明のマーカとが配置されている。前記マーカセットにおいて、例えば、前記二次元パターンコードは、ＡＲマーカである。

二次元パターンコードは、特に制限されず、例えば、ＡＲマーカ、ＱＲマーカ等があげられる。前記ＡＲマーカは、例えば、ARToolKit、Arteaga、Cybercide、ARToolKitPlus等があげられる。

前記マーカセットによれば、前記二次元パターンコードの検出とともに、前記本発明のマーカを検出することによって、光線（視覚方向）の傾斜方向や角度を判断することができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

以上のように、本発明のマーカは、前記焦点領域における前記機能部の屈折率差と前記非機能部の屈折率差とを前記関係とすることによって、例えば、前記検出器の近くに照明部が存在する場合でも、前記機能部で反射された光の虚像を判別できる。このため、本発明のマーカによれば、例えば、照明部の位置や強さ等の使用状況の影響をうけにくく、優れた精度で、マーカがセットされた対象物の位置および姿勢等を計測できる。

１ マーカ
１０ レンズ本体
１００、２００、３００ レンズユニット
１０１、２０１、３０１ レンズ部
１０２、２０２、３０２ 空隙
１０３、２０３、３０３ 機能部
１０４、２０４、３０４ 非機能部

Claims (17)

1. レンズ本体を含み、
   前記レンズ本体は、
   厚み方向における上側の表面に、平面方向に連続する複数のレンズ部を有し、
   内部に、焦点領域を有し、
   前記焦点領域は、
   前記各レンズ部の焦点近傍を含む平面方向の領域であり、
   前記各レンズ部に対応する機能部と、非機能部とを有し、
   前記機能部より上領域と前記機能部より下領域との屈折率差Ａと、前記非機能部より上領域と前記非機能部より下領域との屈折率差Ｂとが、｜Ａ｜＞｜Ｂ｜を満たすことを特徴とするマーカ。
2. 前記屈折率差Ａと、前記屈折率差Ｂとが、｜Ａ｜＞２×｜Ｂ｜を満たす、請求項１記載のマーカ。
3. 前記機能部は、界面であり、
   前記非機能部は、非界面であり、前記屈折率差Ｂは、ゼロである、請求項１または２記載のマーカ。
4. 前記レンズ本体が、一体成形物であり、
   前記レンズ本体が、前記焦点領域に空隙を有し、
   前記空隙の上面が、前記機能部であり、
   前記空隙の上面を境に、前記上領域の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
   前記焦点領域の平面方向において、前記空隙と空隙との間が、前記非機能部である、請求項３記載のマーカ。
5. 前記レンズ本体は、厚み方向における下側の表面に、複数の凹部を有し、
   前記凹部の上面は、前記焦点領域に位置する前記機能部であり、
   前記凹部の上面を境に、前記上領域の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
   前記焦点領域の平面方向において、前記凹部と凹部との間が、前記非機能部である、請求項１から４のいずれか一項に記載のマーカ。
6. 前記機能部は、界面であり、
   前記非機能部は、界面である、請求項１または２記載のマーカ。
7. 前記レンズ本体が、第１層と第２層とを含み、前記第２層上に前記第１層が積層された積層体であり、
   前記焦点領域に、前記第１層と前記第２層との界面を有し、
   前記積層体において、前記第１層と前記第２層との間に、空隙を有し、前記空隙の上面が前記機能部であり、
   前記空隙の上面を境に、前記上領域である前記第１層の屈折率と、前記下領域の屈折率との差が、前記屈折率差Ａであり、
   前記第１層と前記第２層との間の界面が、前記非機能部であり、
   前記第１層の屈折率と前記第２層の屈折率との差が、前記屈折率差Ｂである、請求項６に記載のマーカ。
8. 前記レンズ本体の他方の表面の屈折率差Ｃは、｜Ｃ｜＞｜Ｂ｜を満たす、請求項１から７のいずれか一項に記載のマーカ。
9. 前記機能部の上領域の屈折率ａと、前記機能部の下領域の屈折率ｂと、前記非機能部の下領域の屈折率ｃとが、｜ａ−ｂ｜＞２×｜ａ−ｃ｜を満たす、請求項１から８のいずれか一項に記載のマーカ。
10. 前記レンズ部のピッチと、前記機能部のピッチとが、異なる、請求項１から９のいずれか一項に記載のマーカ。
11. 前記空隙の上面が、前記機能部であり、
    厚み方向において、
    前記レンズ部の頂点から前記機能部までの、垂直方向の厚みｆに対して、
    前記空隙の下面から前記レンズ本体の下側の表面までの、垂直方向の厚みｅが、１／４倍以上である、請求項４から１０のいずれか一項に記載のマーカ。
12. 厚み方向において、
    前記レンズ部の頂点から前記機能部の上面までの、垂直方向の厚みｆに対して、
    前記機能部の下面から前記レンズ本体の下側の表面までの、垂直方向の厚みｅが、１／３倍以上である、請求項１１に記載のマーカ。
13. 前記平面方向において、前記機能部の長さは、前記非機能部の長さの１／５以下であり、
    前記レンズ部における前記機能部の虚像が、検出対象である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のマーカ。
14. 前記平面方向において、前記機能部の長さは、前記非機能部の長さの１／１０以下であり、
    前記レンズ部における前記機能部の虚像が、検出対象である、請求項１３に記載のマーカ。
15. 前記平面方向において、前記非機能部の長さは、前記機能部の長さの１／５以下であり、
    前記レンズ部における前記非機能部の虚像が、検出対象である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のマーカ。
16. 前記機能部が、プリズム形状である、請求項１から１５のいずれか一項に記載のマーカ。
17. 前記焦点領域で収束する光束の成す角度が１０°以上である、請求項１から１６のいずれか一項に記載のマーカ。
    
    

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