WO2020111119A1 - マーカ - Google Patents

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WO2020111119A1
WO2020111119A1 PCT/JP2019/046362 JP2019046362W WO2020111119A1 WO 2020111119 A1 WO2020111119 A1 WO 2020111119A1 JP 2019046362 W JP2019046362 W JP 2019046362W WO 2020111119 A1 WO2020111119 A1 WO 2020111119A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lens
functional
marker
unit
reflectance
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/046362
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
共啓 斉藤
Original Assignee
株式会社エンプラス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エンプラス filed Critical 株式会社エンプラス
Publication of WO2020111119A1 publication Critical patent/WO2020111119A1/ja

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Definitions

  • the present invention relates to a marker.
  • AR Augmented Reality
  • visual markers are used to recognize the position and orientation of an object.
  • the marker has, for example, a plurality of convex lens portions on one surface, and a black line is arranged on the other surface as a functional portion corresponding to the lens portion (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 When the camera captures the marker from the lens unit side, the virtual image of the functional unit projected on the lens unit moves depending on the camera position with respect to the marker. Therefore, the position and orientation of the object can be measured by setting the marker on the object and determining the position and pattern of the virtual image on the marker.
  • the projected virtual image of the functional unit is not clear in the lens portion of the marker, the position and pattern of the virtual image cannot be determined, and as a result, accurate measurement of the position and orientation becomes difficult.
  • the camera function of a smartphone is used for capturing the marker for convenience, but the smartphone usually has an illumination unit installed near the camera.
  • the illumination unit is installed near the camera, since the light is strong, when the marker is photographed, the virtual image of the functional unit and the non-functional unit around the functional unit are entirely white due to uniform reflection. A jump occurs, and it is difficult to distinguish the functional unit from the non-functional unit, and a clear virtual image cannot be detected.
  • the smartphone but such a problem tends to occur when a camera in which the lighting unit is installed in the vicinity is used.
  • the marker of the present invention comprises: Including the lens body,
  • the lens body is The upper surface in the thickness direction has a plurality of lens portions continuous in the plane direction, Has a focal area,
  • the focal area is A region in the plane direction including the vicinity of the focus of each lens portion, A functional unit corresponding to each of the lens units, and a non-functional unit,
  • the reflectance A on the surface of the functional portion and the reflectance B on the surface of the non-functional portion satisfy A>B.
  • the marker of the present invention by making the reflectance of the functional unit and the reflectance of the non-functional unit in the focal region have the relationship, for example, the illumination unit is present near the detector. Even in such a case, the occurrence of whiteout can be suppressed and the virtual image of the light reflected by the functional unit can be determined. Therefore, according to the marker of the present invention, for example, the position and posture of the target object on which the marker is set can be measured with excellent accuracy, unlikely to be affected by usage conditions such as the position and strength of the illumination unit. ..
  • FIG. 1A is a top view showing an example of the marker of the first embodiment
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the marker seen from the II direction of FIG. 1A
  • FIG. 2 is a sectional view of the lens unit in the marker of the first embodiment
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another lens unit in the marker of the first embodiment
  • FIG. 4 is a top view showing another example of the marker of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a functional unit in the marker of the first embodiment.
  • FIG. 6(A) is a top view showing an example of a conventional marker
  • FIG. 6(B) is a sectional view of the marker seen from the direction II-II in FIG. 6(A).
  • FIG. 6(A) is a top view showing an example of a conventional marker
  • FIG. 6(B) is a sectional view of the marker seen from the direction II-II in FIG. 6(A).
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing light reflection in a conventional marker
  • FIG. 7(A) is a schematic diagram when observed from the front of the marker
  • FIG. 7(B) is an oblique view of the marker. It is a schematic diagram at the time of doing.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing light reflection in the marker of the first embodiment
  • FIG. 8(A) is a schematic diagram when observed from the front of the marker
  • FIG. 8(B) shows the marker. It is a schematic diagram at the time of observing from a slant.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example of a lens unit in the marker of the second embodiment.
  • the reflectance A and the reflectance B satisfy A>2 ⁇ B.
  • the non-functional part includes an antireflection film.
  • the non-functional portion includes an antireflection structure.
  • the reflectance A is 10% or less and the reflectance B is 2% or less.
  • the difference between the reflectance A and the reflectance B is 3% or more.
  • the lens body has a void in the focal region, the upper surface of the void is the functional portion, and in the plane direction of the focal region, a gap between the void and the void is , The non-functional part.
  • the lens body has a plurality of recesses on the lower surface in the thickness direction, and the recesses are the voids.
  • the pitch of the lens section and the pitch of the functional section are different.
  • the length of the functional unit is 1 ⁇ 5 or less of the length of the non-functional unit, and the virtual image of the functional unit in the lens unit is a detection target. is there.
  • the length of the functional unit is 1/10 or less of the length of the non-functional unit, and the virtual image of the functional unit in the lens unit is a detection target. is there.
  • the length of the non-functional portion is 1 ⁇ 5 or less of the length of the functional portion, and the virtual image of the non-functional portion in the lens portion is a detection target. Is.
  • the angle formed by the light flux that converges in the focal region is 10° or more.
  • FIG. 1 shows an example of the marker 1 of this embodiment.
  • 1A is a plan view seen from above the marker 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the marker 1 seen from the II direction of FIG. 1A.
  • a hatch representing a cross section is omitted in consideration of visibility. The same applies to other sectional views below.
  • FIG. 1A is a plan view seen from above the marker 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the marker 1 seen from the II direction of FIG. 1A.
  • a hatch representing a cross section is omitted in consideration of visibility. The same applies to other sectional views below.
  • the arrow X is referred to as the width direction
  • the arrow Y is referred to as the length direction
  • the arrow Z is referred to as the height direction (or the thickness direction)
  • the left side in the width direction X is referred to as the upstream
  • the right side is referred to as the downstream.
  • the dotted line in the Z-axis direction indicates the central axis C of each lens unit 101.
  • the central axis is an axis in the thickness direction that passes through the center in the plane direction in each lens unit 101.
  • the up-down direction is the direction when the lens unit 101 is up, and the direction when actually used is not limited at all.
  • the marker 1 includes a lens body 10.
  • the lens body 10 is an example of a single body formed of one member.
  • the lens body 10 has a plurality of lens portions 101 that are continuous in the plane direction (X-axis direction and Y-axis direction) on one surface, that is, the upper surface in FIG. 1B.
  • a unit of the lens body 10 divided in the thickness direction for each lens unit 101 is referred to as a lens unit.
  • FIG. 2 shows the lens unit 100 in the lens body 10 of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the lens unit 100C including the lens portion 101C and the lens unit 100 adjacent to the lens unit 100 in the lens body 10 shown in the cross-sectional view of FIG. 1B.
  • the dashed-dotted line does not indicate that there is an interface between the lens units, but indicates the region for each lens unit 100, and is therefore shown for convenience.
  • the plurality of lens units 100 shown in FIG. 2 are regularly arranged.
  • the position of the functional unit 103 described later is not limited to the position shown in FIG.
  • the lens portion 101 is, for example, a convex surface such as a spherical surface or an aspherical surface on the one surface of the lens body 10.
  • the lens unit 101 transmits or refracts light that has arrived from the outside, and condenses the light at a focal point, for example.
  • the curvature of the lens portion 101 is not particularly limited.
  • a dotted line F orthogonal to the Z-axis direction of the lens body 10 indicates the focal position (height position in the lens body 10) of the plurality of lens units 101.
  • a region near the focus including the focus in the plane direction is referred to as a focus region.
  • the focal region is, for example, a region that spreads in the plane direction and includes the focal position F in the thickness direction.
  • the distance in the thickness direction of the focal region is not particularly limited and is, for example, ⁇ 1/20 of the thickness from the apex of the lens unit 101 to the functional unit 103 (the upper surface of the void 102) with the focal position F as a reference. It is a range.
  • the focus position F of the lens unit 101 can be determined based on, for example, the shape and curvature of the lens unit 101.
  • the lens body 10 has a plurality of functional units 103 in the focal region, and regions between the functional units 103 and regions outside the functional units 103 at both ends are non-functional units 104. In FIG. 1B, the functional units 103 and the non-functional units 104 are alternately arranged.
  • the plurality of functional units 103 are arranged so as to correspond to the plurality of lens units 101, respectively.
  • the pitch of the lens unit 101 and the pitch of the functional unit 103 are preferably different as shown in FIG. 1B, and the pitch of the functional unit 102 is narrower than the pitch of the lens unit 101. preferable.
  • the lower surface of the lens body 10 has a plurality of voids (specifically, concave portions having openings) 102, and the upper surface of the voids 102 is the functional portion 103.
  • the upper surface of the void 102 is represented as the functional portion 103, but the present invention is not limited to this example.
  • the functional part 103 and the non-functional part 104 only need to satisfy the above-described condition of the refractive index, for example, the lower surface of the lens body 10 does not have the void 102, and the lower surface itself functions. It may be part 103.
  • the reflectance A of the functional unit 103 and the reflectance B of the non-functional unit 104 may satisfy A>B.
  • the relationship between the reflectance A of the functional portion 103 and the reflectance B of the non-functional portion 104 is preferably A>2 ⁇ B, for example.
  • the reflectance of the functional unit 103 is, for example, 10% or less and 5% or less.
  • the reflectance B of the non-functional portion 104 may have an upper limit of 2% or less and a lower limit of 0%, for example.
  • the difference between the reflectance A and the reflectance B is, for example, 3% or more and 2% or more.
  • ⁇ Reflection is a phenomenon of light that generally occurs at the interface.
  • the functional portion 103 is the interface between the lens body 10 and the void 102, the refractive index of the material of the lens body 10 and the refraction of the material in the void 102 are different.
  • the reflectance A can be calculated from the index.
  • the inside of the void 102 may be, for example, air or may be filled with a material other than air.
  • the reflectance A of the functional unit 103 can be calculated from the refractive index of the material of the lens body 10 and the refractive index of air, and in the latter case, the reflectance A of the functional unit 103 is the material of the lens body 10. And the refractive index of the other material.
  • the refractive index (%) of the interface can be generally obtained by the following formula from the refractive index N1 of the member of one layer and the refractive index N2 of the member of the other layer constituting the interface.
  • Refractive index (%) 100 ⁇ [(N1-N2)/(N1+N2)] 2
  • the functional unit 103 is an interface.
  • Has a reflectance A of 100 ⁇ [(1.59-1)/(1.59+1)] 2 5%.
  • the reflectance B of the non-functional portion 104 may be set to be smaller than this.
  • the functional unit 103 since the functional unit 103 only needs to have the reflectance A higher than the reflectance B of the non-functional unit 104, it is preferable to fill the material with the reflectance A higher than the reflectance B.
  • the filling of the material into the void 102 may be, for example, the entire void 102 or only the range in contact with the upper surface of the void 102.
  • the non-functional unit 104 may have a lower reflectance than the functional unit 103.
  • the reflectance B of the non-functional portion 104 can be adjusted by, for example, an antireflection film or an antireflection structure.
  • antireflection means preventing the light incident on the lens body from being reflected at an observation point on the surface of the lens body on the lens portion side, for example, even by completely preventing reflection.
  • the reflection may be suppressed, and the antireflection mechanism is not particularly limited, and may be, for example, absorption of light.
  • FIG. 3 shows an example of a lens unit having an antireflection film.
  • FIG. 3 is a sectional view similar to FIG. 2, in which the antireflection film 105 is arranged below the region corresponding to the non-functional portion 104 in the lens unit 100.
  • the antireflection film 105 having a reflectance lower than the reflectance A of the functional unit 103 may be arranged.
  • the antireflection film 105 may be arranged by a film forming method such as vapor deposition or sputtering.
  • a commercially available antireflection film, light absorbing film, or the like can also be used.
  • the antireflection film 105 only needs to realize the reflectance B lower than the reflectance A of the functional unit 103.
  • the antireflection film 105 can be appropriately selected, for example, according to the value of the reflectance A of the functional unit 103 in the marker 1.
  • the antireflection film 105 may be, for example, a non-reflection film that completely prevents reflection, or a reflection suppression film, as described above.
  • the lower surface corresponding to the non-functional portion 104 of the lens unit 100 in FIG. 2 may be the anti-reflection structure.
  • the antireflection structure is, for example, a structure such as a fine groove structure, and can be formed by, for example, surface treatment of the lower surface, or can be formed by a mold when the lens body 10 is molded.
  • the member of the lens body 10 is preferably, for example, a translucent member, such as resin and glass.
  • the resin include acrylic resin such as polymethylmethacrylate (PMMA), cycloolefin polymer (COP), and cycloolefin copolymer (COC) in addition to the PC.
  • the transmissivity of the translucent member is not particularly limited and is, for example, 50% or more at the wavelength of light used in the detection environment of the marker 1.
  • the member in the void 102 may be air as described above, or may be resin, glass, or the like.
  • the void 102 is filled with the resin, the glass, or the like, for example, a colored resin or colored glass colored in black or the like may be used.
  • the number of lens portions 101 in the lens body 10 is 9 ⁇ 13, but this is an example, and the present invention is not limited to this.
  • the lens body 10 may be, for example, as shown in FIG. 1A, a lens array in which symmetrical lens portions 101 are regularly arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction, or a lenticular lens.
  • the lenticular lens is, for example, a lens body in which a plurality of cylindrical lenses obtained by dividing a cylinder in the axial direction are continuously arranged in the surface direction so that the axial directions are parallel to each other.
  • the linear void 102 may be formed in a striped pattern along the Y-axis direction.
  • the linear voids 102 are the voids 102 common to each of the lens unit 101 groups that are continuous along the Y-axis direction. That is, as shown in FIG. 1A, a linear void 102 common to the lens unit 101 group continuous in the Y-axis direction is provided parallel to the Y-axis direction, and the upper surface of the void 102 is It may be the linear functional unit 103.
  • the form of the void 102 is not limited to this, and for example, may be independently arranged for each of the plurality of lens units 101.
  • An example of this is shown in the plan view of FIG. FIG. 4 is a plan view of the marker 1 seen from above.
  • the shape of the void 102 is not particularly limited, and is, for example, a columnar shape, a prismatic shape, or the like.
  • the pitch of the lens units 101 means the pitch between adjacent lens units of the lens units 101 continuous in the X-axis direction.
  • the “pitch between adjacent lens parts” is the interval between the midpoints of the widths of the lens parts 101 in the adjacent lens parts 101, and is the same as the width of the lens parts 101 in the X-axis direction, for example. ..
  • the pitch of the upstream (left side) lens part 101 group along the X-axis direction and the X-axis direction for example, centering on an arbitrary lens part (for example, the lens part 101C in FIG. 1)
  • the pitch of the lens unit 101 group on the downstream side (right side) may be the same or different, and is preferably the same pitch (equal pitch).
  • pitches of the lens units 101 continuous in the X-axis direction By setting the pitches of the lens units 101 continuous in the X-axis direction to be equal pitches, for example, the movement of the virtual image of the functional unit 103 can be made more constant.
  • the pitch of the lens units 101 is the same in the Y-axis direction, for example.
  • the pitch of the functional units 103 means the pitch between the adjacent functional units with respect to the functional units 103 located at intervals in the X-axis direction or the Y-axis direction.
  • the “pitch between adjacent functional units” is the interval between the midpoints of the widths of the functional units 103 in the adjacent functional units 103 with a space.
  • the pitch of the functional unit 103 group and the pitch of the downstream (right side) functional unit 103 group may be the same or different, and are preferably the same pitch (equal pitch).
  • the pitch of the lens unit 101 and the pitch of the functional unit 103 are preferably different.
  • the pitch of the lens units 101 and the pitch of the functional units 103 are, for example, X. It is preferably different in the axial direction.
  • the pitch of the lens 101 and the pitch of the functional unit 103 may be different only in the X-axis direction, for example. , Y-axis direction, or both X-axis direction and Y-axis direction.
  • the pitch of the lens unit 101 may be larger or smaller than the pitch of the functional unit 103, for example.
  • the pitch of the lens unit 101 and the pitch of the functional unit 103 By setting the pitch of the lens unit 101 and the pitch of the functional unit 103 to be different, for example, a virtual image of the corresponding functional unit 103 is projected on a different lens unit 101 according to the optical axis of light with respect to the lens body 10. be able to.
  • the lens unit 100C at the center in the X-axis direction has the functional portion 103C on the central axis C, so that the marker 1 has an optical axis (0°) parallel to the central axis C.
  • the light When the light is received, the light converges on the focal region on the central axis C, so that the virtual image of the functional unit 103C existing at that position appears on the lens unit 101.
  • the functional portion 103 is arranged at a position deviated from the central axis C according to the inclination angle of the optical axis with respect to the central axis C. Therefore, when the light of the tilt angle is received, the virtual image of the functional unit 103 of the corresponding lens unit 100 is projected on the lens unit 101.
  • the pitch of the lens unit 101, the pitch of the functional unit 103, and the width of the functional unit 103 in the X-axis direction are preferably such that the pitch of the functional unit 103 is smaller than the pitch of the lens unit 101. It is more preferable to satisfy. (Pitch of lens unit 101-Pitch of functional unit 103) ⁇ Width of functional unit 103 (W2)/2
  • the size of the lens body 10 is not particularly limited and can be appropriately determined depending on, for example, the purpose of the marker 1, the size and number of the lens units 101, and the like.
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the same lens unit 100 as in FIG. 3, and shows the reference symbols for the lengths of the respective parts. The size of each part is illustrated below, but this is an example and the present invention is not limited to these examples.
  • the lens body 10 has, for example, a length (width) in the X-axis direction of 20 mm and a length in the length direction Y of 5 mm.
  • the size of the lens unit 101 can be appropriately determined according to, for example, the number of lens units, the use of the marker 1, and the like.
  • the size of the lens unit 101 is, for example, 0.
  • the length in the X-axis direction (W1) and the length in the Y-axis direction may be the same or different.
  • the pitch of the lens units 101 is 0.45 mm.
  • the thickness (H1) from the apex of the lens unit 101 to the opposite surface is 0.7 mm, for example.
  • the thickness from the apex of the lens portion 101 to the functional portion 103 (the upper surface of the void 102), that is, the thickness (H2) from the apex to the focal point F is, for example, 0.68 mm.
  • the thickness (H4) of the void 102 is 0.02 mm, for example.
  • the functional unit 103 may be, for example, an interface in the focal region, so that the upper surface of the void 102 may be included in the focal region in the thickness direction.
  • the thickness (H4) of the void 102 is not particularly limited and is as described above, for example.
  • the lengths and thicknesses of the respective portions exemplified above are not particularly limited, and can be changed as appropriate within the range in which the effects of the present embodiment are exhibited, for example. In that case, for example, it is preferable to maintain the ratio of the length or the thickness of each portion.
  • the width of the functional unit 103 in the X-axis direction and the width of the non-functional unit 104 in the X-axis direction can be set, for example, depending on which image of the functional unit 103 and the non-functional unit 104 is detected by the lens unit 101. ..
  • the width of the functional portion 103 is not It is preferably shorter than the functional unit 104.
  • the length (width, W2) of the functional unit 103 in the X-axis direction is the length of the void 102 in the same direction
  • the lower limit is, for example, 0.005 mm or more
  • the upper limit is, for example, 0. It is 0.2 mm or less.
  • the lower limit is, for example, 0.25 mm or more, and the upper limit is, for example, 0.445 mm or less.
  • the length (W2) in the X-axis direction of one functional unit 103 with respect to the length (W3) in the X-axis direction of one non-functional unit 104 is, for example, 1/10 or less and 1/5 or less.
  • the lens body 10 can be manufactured by injection molding, for example.
  • the lens body 10 may be formed, for example, by connecting a plurality of separately prepared lens units 100, or may be an integrally molded product using one member, and the latter is preferable. In the former case, it is preferable that the lens units 100 are connected to each other without a gap, and it is more preferable that they do not have an optical interface.
  • FIG. 6 shows an example of a conventional marker.
  • FIG. 6A is a plan view of the conventional marker 4 seen from above, and
  • FIG. 6B is a cross-sectional view of the marker 4 seen from the direction II-II of FIG. 6A.
  • the marker 4 includes a lens body 40.
  • the lens body 40 has a plurality of continuous lens portions 401 on one surface, that is, on the upper surface in FIG. 6B, similarly to the marker 1 of the first embodiment.
  • a unit obtained by dividing each lens unit 401 in the thickness direction is called a lens unit.
  • a plurality of linear recesses 402 that are parallel to the Y-axis direction are arranged.
  • the bottom surface (upper surface in the Z-axis direction) of the concave portion 402 is the functional portion 403, and the position of the functional portion 403 on the other surface is the focus position F of each lens portion 401.
  • FIG. 7 shows a lens unit in the lens body 40 of FIG.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a lens unit having a central lens portion 401C and a lens unit adjacent thereto in the lens body 40 shown in the cross-sectional view of FIG. 6B.
  • the shape of the concave portion 402 is omitted in FIG. 7.
  • the light for the lens body 40 is the light of the optical axis parallel to the central axis C of the lens unit 401 (the optical axis having an inclination of 0° with respect to the central axis C). As shown in FIG.
  • the light having an inclination of 0° which has entered the central lens portion 401C is converged on the functional portion 403C arranged at the focal point on the central axis C.
  • the functional units 403 corresponding to the other lens units 401 are located off the central axis C, the light entering from the lens units 401 converges at positions different from those of the functional units 403. Therefore, originally, in order to identify the functional portion 403 from the surface of the lens body 40, the functional portion 403 and the other non-functional portions are formed in different lower regions in different colors.
  • the color portion of the functional unit 403 should be able to be detected separately from the color portion of the non-functional unit.
  • the functional unit 403 and the non-functional unit are entirely overexposed. Occurs, the functional unit 403 and the non-functional unit cannot be distinguished, and a clear virtual image cannot be detected. This is also the case when the light with respect to the lens body is inclined. In FIG.
  • the light with respect to the lens body 40 has an optical axis that is inclined with respect to the central axis C of the lens 401 (optical axis with an inclination of more than 0° with respect to the central axis C).
  • optical axis with an inclination of more than 0° with respect to the central axis C Since the light is internally reflected at the lower end of the lens unit 401 where the light converges, the functional unit 403 and the non-functional unit are entirely blown out, and the functional unit 403. Therefore, the non-functional portion cannot be identified, and a clear virtual image cannot be detected.
  • the other surface is the interface and the focus position, reflection occurs in all regions regardless of the inclination of the light, and it is difficult to detect the target functional unit.
  • FIG. 8 shows the lens unit 100 in the lens body 10 of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the lens unit 100C having the central lens portion 101C and the lens unit 100 adjacent to the lens unit 100 in the lens body 10 shown in the cross-sectional view of FIG. 1B.
  • the shape of the recess (void) 102 is omitted.
  • the light to the lens body 10 is an optical axis parallel to the central axis C of the lens 101 (optical axis having an inclination of 0° with respect to the central axis C).
  • the light having an inclination of 0° which has entered the central lens portion 101C converges on the functional portion 103C arranged at the focal point on the central axis C.
  • the functional units 103 corresponding to the other lens units 101 are located off the central axis C, the light entering from the lens unit 101 is converged at a position different from each functional unit 103.
  • the marker 1 of the present embodiment is different from the conventional marker 4 in that the lens portions other than the central lens portion 101C have the functional portion 103 that is the upper surface of the void 102 at the position where the light converges in the focal region.
  • the non-functional unit 104 exists. Since the non-functional portion 104 has the reflectance A lower than the reflectance B of the functional portion 103, the light converged on the non-functional portion 104 is prevented from being reflected by the non-functional portion 104, and the non-functional portion 104 remains as it is. It passes through 104. Therefore, as shown in FIG.
  • the central lens portion 101C is in a bright state (B) due to reflection, and in the other lens portions 101, light is in a dark state (D), and the central portion is in the center. Only the lens unit 101C of can be detected with clear contrast. This is also the case when the light with respect to the lens body is inclined.
  • the light for the lens body 10 has an optical axis inclined with respect to the central axis C of the lens 101 (optical axis with an inclination of more than 0° with respect to the central axis C). The same applies to the case of FIG. 8B.
  • any lens unit 100 the light converges at the position of the focal region, but the functional unit 103 exists at the converged position because the lens unit 100 at the right end is present. Only. Therefore, only the rightmost lens section 101 is in a bright state (B) due to reflection, and the other lens sections 101 are in a dark state (D) because light is transmitted, and only the rightmost lens section 101 is clear. It can be detected with contrast. As described above, the functional unit 103 and the non-functional unit 104 satisfy the condition of the above-described reflectance, so that the target functional unit can be clearly detected according to the inclination of the light.
  • the angle formed by the light flux that converges in the focal region is preferably 10° or more (half angle 5° or more). In this case, more of the light reflected at the interface of the functional unit 103 returns to the observation point side, so that the contrast of the functional unit 103 becomes stronger.
  • the angle formed by the light flux that converges in the focal region is more preferably, for example, 20° or more, further preferably 30° or more, and in the case of FIG. 8, for example, about 35°. is there.
  • the present invention is not limited to this, and as described above, the width of the functional unit 103 and A marker in which the width and the position of the functional unit 104 are reversed may be used to detect a dark image that is not reflected in a bright background due to reflection.
  • the length (W3) of one non-functional portion 104 in the X-axis direction with respect to the length (W2) of one functional portion 103 in the X-axis direction is, for example, 1/10 or less, or 1/5. It is below.
  • Embodiment 2 is another example of the lens body in the marker of the present invention.
  • the description of the first embodiment can be applied unless otherwise indicated.
  • FIG. 9 shows an example of a form in which the functional unit is a flat lower surface of the lens body.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing two lens units 200 including the lens portion 201 extracted from the lens body, similarly to FIG. 3.
  • the dashed-dotted line does not indicate that there is an interface between the lens units, but indicates the region of each lens unit 200, and is therefore shown for convenience.
  • the lens body including the lens unit 200 of FIG. 9 is the same as the lens body of the first embodiment unless otherwise specified.
  • the lens unit 200 has a flat surface on the side opposite to the lens portion 201 (lower surface in FIG. 9). Then, the antireflection film 105 is arranged in a region corresponding to the non-functional portion 204 on the lower surface of the lens unit 200.
  • the interface between the lens body (lens unit 200 in the figure) and the antireflection film 105 is the non-functional portion 204, and the region on the lower surface where the antireflection film 105 is not disposed is the functional portion 203. ..
  • the reflectance A of the functional unit 203 can be calculated, for example, from the refractive index of the material of the lens body and the refractive index of an external material (for example, air) with which the lens body is in contact.
  • the reflectance B of the non-functional portion 204 can satisfy the reflectance condition by selecting the antireflection film 105 having a lower reflectance than the reflectance A of the functional portion 203.
  • the size of the marker of this embodiment is not particularly limited, and the same size as the marker of the first embodiment shown in FIG. 3 (for example, H2, H3, W1 to W3) can be exemplified.
  • the third embodiment is an example of the marker set of the present invention having the marker of the present invention and a two-dimensional pattern code.
  • the marker set further includes, for example, a substrate, and the two-dimensional pattern code and the marker of the present invention are arranged on the substrate.
  • the two-dimensional pattern code is an AR marker.
  • the two-dimensional pattern code is not particularly limited, and examples thereof include AR markers and QR markers.
  • examples of the AR marker include ARToolKit, Arteaga, Cybercide, ARToolKitPlus and the like.
  • the marker set by detecting the two-dimensional pattern code and the marker of the present invention, it is possible to determine the inclination direction and the angle of the light ray (visual direction).
  • the marker of the present invention as described above, by setting the refractive index difference of the functional portion and the refractive index difference of the non-functional portion in the focal region to the above relationship, for example, the detector Even if there is an illumination unit near the, the virtual image of the light reflected by the functional unit can be identified. Therefore, according to the marker of the present invention, for example, the position and posture of the target object on which the marker is set can be measured with excellent accuracy, unlikely to be affected by usage conditions such as the position and strength of the illumination unit. ..

Landscapes

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Abstract

カメラ等の検出器の近くに照明部が存在する場合でも、機能部の虚像の判別を可能とするマーカを提供する。　本発明のマーカ（１）は、レンズ本体（１０）を含み、レンズ本体（１０）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（１０１）を有し、焦点領域を有し、焦点領域は、各レンズ部（１０１）の焦点近傍を含む平面方向の領域であり、各レンズ部（１０１）に対応する機能部と、非機能部とを有し、機能部の表面における反射率Ａと、非機能部の表面における反射率Ｂとが、Ａ＞Ｂを満たすことを特徴とする。

Description

マーカ
　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、
　　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、
　　　前記機能部の表面における反射率Ａと、前記非機能部の表面における反射率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反射率と前記非機能部の反射率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のマーカにおけるその他のレンズユニットの断面図である。 図４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５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６（Ａ）は、従来のマーカの一例を示す上面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のII－II方向から見たマーカの断面図である。 図７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のマーカにおける光の反射を示す概略図であり、図８（Ａ）は、マーカの正面から観察した場合の概略図であり、図８（Ｂ）は、マーカを斜めから観察した場合の概略図である。 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。
　本発明のマーカは、例えば、前記反射率Ａと、前記反射率Ｂとが、Ａ＞２×Ｂを満たす。
　本発明のマーカは、例えば、前記非機能部が、反射防止膜を含む。
　本発明のマーカは、例えば、前記非機能部が、反射防止構造を含む。
　本発明のマーカは、例えば、前記反射率Ａが、１０％以下であり、前記反射率Ｂが、２％以下である。
　本発明のマーカは、例えば、前記反射率Ａと前記反射率Ｂとの差が、３％以上である。
　本発明のマーカは、例えば、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、前記レンズ本体が、厚み方向における下側の表面に、複数の凹部を有し、前記凹部が、前記空隙である。
　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軸方向の点線は、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、前記焦点領域に、複数の機能部１０３を有し、機能部１０３間の領域、また、両端の機能部１０３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。
　複数の機能部１０３は、それぞれ、複数のレンズ部１０１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く、レンズ部１０１のピッチより機能部１０２のピッチが狭いことがより好ましい。
　図１（Ｂ）において、レンズ本体１０の下面は、複数の空隙（具体的には、開口を有する凹部）１０２を有し、空隙１０２の上面が、機能部１０３である。本実施形態においては、一例として、空隙１０２の上面を機能部１０３として表したが、本発明は、この例示には何ら制限されない。本発明においては、機能部１０３と非機能部１０４とが、前述の屈折率の条件を満たしていればよく、例えば、レンズ本体１０の下面が空隙１０２を有さず、前記下面自体が、機能部１０３となってもよい。
　本発明において、機能部１０３および非機能部１０４は、機能部１０３の反射率Ａと非機能部１０４の反射率Ｂとが、Ａ＞Ｂを満たせばよい。機能部１０３の反射率Ａと非機能部１０４の反射率Ｂとの関係は、例えば、Ａ＞２×Ｂが好ましい。機能部１０３の反射率は、例えば、１０％以下、５％以下である。非機能部１０４の反射率Ｂは、例えば、上限が、２％以下であり、下限は、制限されず、０％でもよい。前記反射率Ａと前記反射率Ｂとの差は、例えば、３％以上、２％以上である。
　反射とは、一般に、界面において発生する光の現象である。図１（Ｂ）および図２に示すマーカ１の場合、機能部１０３は、レンズ本体１０と空隙１０２との界面であるため、レンズ本体１０の材質の屈折率と、空隙１０２内の材質の屈折率とから、その反射率Ａを算出することができる。空隙１０２の内部は、例えば、空気でもよいし、空気以外の他の材質が充填されてもよい。前者の場合、機能部１０３の反射率Ａは、レンズ本体１０の材質の屈折率と、空気の屈折率とから算出でき、後者の場合、機能部１０３の反射率Ａは、レンズ本体１０の材質の屈折率と、前記他の材質の屈折率とから算出できる。
　界面の屈折率（％）は、例えば、一般的に、界面を構成する一方の層の部材の屈折率Ｎ１と他方の層の部材の屈折率Ｎ２とから、下記式によって求めることができる。
屈折率（％）＝１００×［（Ｎ１－Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２）］２
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、大気（空気、屈折率１）である場合、界面である機能部１０３の反射率Ａは、１００×［（１．５９－１）／（１．５９＋１）］２＝５％である。非機能部１０４の反射率Ｂは、これよりも小さくなるように設定すればよい。
　機能部１０３は、非機能部１０４の反射率Ｂよりも高い反射率Ａであればよいことから、反射率Ａが反射率Ｂよりも高くなるような材質を充填することが好ましい。空隙１０２への前記材質の充填は、例えば、空隙１０２全体でもよいし、空隙１０２の上面に接触する範囲のみでもよい。
　一方、非機能部１０４は、機能部１０３よりも低い反射率を示せばよい。非機能部１０４の反射率Ｂは、例えば、反射防止膜または反射防止構造により調整できる。本発明において、反射防止とは、前記レンズ本体に入射した光が、前記レンズ本体のレンズ部側の表面における観測点に反射することを防止することを意味し、例えば、反射の完全な防止でもよいし、反射の抑制でもよく、また、反射防止のメカニズムは、特に制限されず、例えば、光の吸収でもよい。
　図３に、反射防止膜を有するレンズユニットの一例を示す。図３は、図２と同様の断面図であり、レンズユニット１００における非機能部１０４に該当する領域の下方に、反射防止膜１０５が配置されている。この形態においては、例えば、機能部１０３の反射率Ａよりも低い反射率を示す反射防止膜１０５が配置されていればよい。反射防止膜１０５は、例えば、蒸着、スパッタリング等の成膜方法により配置してもよい。また、市販の反射防止膜、光線吸収膜等も使用できる。反射防止膜１０５は、機能部１０３の反射率Ａよりも低い反射率Ｂを実現できればよい。反射防止膜１０５は、例えば、マーカ１における機能部１０３の反射率Ａの値に応じて、適宜選択できる。反射防止膜１０５は、例えば、前述のように、完全に反射を防止する無反射膜でもよいし、反射抑制膜でもよい。
　非機能部１０４の反射率Ｂを前記反射防止構造により調整する場合、例えば、図２におけるレンズユニット１００の非機能部１０４に相当する下面を、前記反射防止構造とすればよい。前記反射防止構造とは、例えば、微細溝構造のような構造であり、例えば、前記下面の表面処理によって形成したり、レンズ本体１０の成形時に金型によって形成することもできる。
　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。
　空隙１０２内の部材は、前述のように大気でもよいし、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４の平面図に示す。図４は、マーカ１の上から見た平面図である。図４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。
　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４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軸方向の幅（図５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１０３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５に、図３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、０．７ｍｍ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、０．６８ｍｍである。空隙１０２の厚み（Ｈ４）は、例えば、０．０２ｍｍ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。
　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。
　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。
　例えば、後述する図８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、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６に、従来のマーカの一例を示す。図６（Ａ）は、従来のマーカ４の上から見た平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（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６（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６（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、凹部４０２の底面（Ｚ軸方向において上面）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７に、図６のレンズ本体４０におけるレンズユニットを示す。図７は、図６（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。なお、図７において、凹部４０２の形状は省略する。図７（Ａ）は、レンズ本体４０に対する光が、レンズ部４０１の中心軸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４０３Ｃ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７（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７（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８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８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。なお、図８において、凹部（空隙）１０２の形状は省略する。
　図８（Ａ）は、レンズ本体１０に対する光が、レンズ１０１の中心軸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８（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の反射率Ｂよりも低い反射率Ａであることから、非機能部１０４に収束した光は、非機能部１０４において反射が防止され、そのまま非機能部１０４を透過していく。そのため、図８（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１０１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８（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８（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１００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（Ｂ）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とが前述の反射率の条件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、機能部１０３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、機能部１０３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８の場合、例えば、約３５°である。
　なお、図８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。この場合、例えば、１つの機能部１０３のＸ軸方向の長さ（Ｗ２）に対する、１つの非機能部１０４のＸ軸方向の長さ（Ｗ３）は、例えば、１／１０以下、１／５以下である。
［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。
　図９に、前記機能部が、前記レンズ本体のフラットな下面である形態の例を示す。図９は、図３と同様に、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、特に示さない限り、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）がフラットな形状である。そして、レンズユニット２００の下面の非機能部２０４に相当する領域に、反射防止膜１０５が配置されている。前記レンズ本体（図においてはレンズユニット２００）と、反射防止膜１０５との界面が、非機能部２０４であり、前記下面において、反射防止膜１０５が配置されてない領域が、機能部２０３となる。機能部２０３の反射率Ａは、例えば、前記レンズ本体の材質の屈折率と、前記レンズ本体が接する外部の材質（例えば、空気等）の屈折率とから、算出できる。非機能部２０４の反射率Ｂは、機能部２０３の反射率Ａに応じて、それよりも低い反射率となる反射防止膜１０５を選択することにより、前記反射率の条件を満たすことができる。
　本実施形態のマーカの大きさは、特に制限されず、図３に示す前記実施形態１のマーカと同様の大きさ（例えば、Ｈ２、Ｈ３、Ｗ１～Ｗ３）が例示できる。
［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。
　この出願は、２０１８年１１月２９日に出願された日本出願特願２０１８－２２３６９５を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
　以上のように、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上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　　レンズユニット
１０１、２０１　　レンズ部
１０２　　空隙
１０３、２０３　　機能部
１０４、２０４　　非機能部

 

Claims (13)

  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、
    　　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、
    　　　前記機能部の表面における反射率Ａと、前記非機能部の表面における反射率Ｂとが、Ａ＞Ｂを満たすことを特徴とするマーカ。
  2. 前記反射率Ａと、前記反射率Ｂとが、Ａ＞２×Ｂを満たす、請求項１に記載のマーカ。
  3. 前記非機能部が、反射防止膜を含む、請求項１または２に記載のマーカ。
  4. 前記非機能部が、反射防止構造を含む、請求項１から３のいずれか一項のマーカ。
  5. 前記反射率Ａが、１０％以下であり、前記反射率Ｂが、２％以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のマーカ。
  6. 前記反射率Ａと前記反射率Ｂとの差が、３％以上である、請求項１から５のいずれか一項に記載のマーカ。
  7. 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１から６のいずれか一項に記載のマーカ。
  8. 前記レンズ本体が、厚み方向における下側の表面に、複数の凹部を有し、
    前記凹部が、前記空隙である、請求項７に記載のマーカ。
  9. 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８のいずれか一項に記載のマーカ。
  10. 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９のいずれか一項に記載のマーカ。
  11. 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１０に記載のマーカ。
  12. 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９のいずれか一項に記載のマーカ。
  13. 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１２のいずれか一項に記載のマーカ。

     
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