特開 2023-2108 マーカ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023002108

(43)【公開日】2023-01-10

(54)【発明の名称】マーカ

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20221227BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021103137

(22)【出願日】2021-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(71)【出願人】

【識別番号】301021533

【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(74)【代理人】

【識別番号】100162640

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 康樹

(72)【発明者】

【氏名】薮下 翔

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 悠介

(72)【発明者】

【氏名】西井 敦彦

(72)【発明者】

【氏名】名和田 一理

(72)【発明者】

【氏名】栗原 一真

(72)【発明者】

【氏名】穂苅 遼平

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA04

2F065BB05

2F065BB27

2F065FF01

2F065FF04

2F065FF41

2F065JJ03

2F065JJ08

2F065JJ26

2F065MM07

2F065MM08

2F065PP04

2F065PP05

2F065QQ13

2F065QQ25

(57)【要約】

【課題】高い精度でマーカの位置を認識できるマーカを提供する。
【解決手段】マーカ１の位置認識部３は、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。このような光の強度の変化は、観察角度θとの対応関係を予め把握しておくことで、微小な観察角度θの変化を示すパラメータとして用いることができる。また、光の強度の変化を把握して観察角度θを演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法（例えば後述の図８の方法）などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部を有するマーカであって、
前記位置認識部は、前記観察位置からの前記位置認識部に対する観察角度に応じて、前記観察位置にて観察可能な前記視覚情報の光の強度を変化させる、マーカ。

【請求項2】

前記位置認識部は、
配列された複数のレンズ部と、
前記レンズ部の裏面側に形成され、前記視覚情報を形成する認識部と、を有する、請求項１に記載のマーカ。

【請求項3】

前記認識部は、一つあたりの前記レンズ部に対して、互いに離間して複数形成される、請求項２に記載のマーカ。

【請求項4】

前記認識部は、前記観察角度に応じて、前記観察位置にて観察可能な光の強度を変化させる形状を有する、請求項２又は３に記載のマーカ。

【請求項5】

前記位置認識部は、前記レンズ部及び前記認識部の裏面側に設けられた再帰反射部材を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載のマーカ。

【請求項6】

前記位置認識部は、前記視覚情報として、互いに離間した複数の視覚領域を表示可能であり、
前記観察位置からの前記位置認識部に対する観察角度に応じて、前記視覚領域の個数を変化させると共に、何れかの前記視覚領域の光の強度を変化させる、請求項１～５の何れか一項に記載のマーカ。

【請求項7】

観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部を有するマーカであって、
前記位置認識部は、
前記視覚情報として、所定の表示態様で示される視覚領域を表示可能であり、
前記観察位置からの前記位置認識部に対する観察角度に応じて、前記観察位置にて観察可能な前記視覚領域の形状、及び個数の少なくとも一方を変化させる、マーカ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マーカに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載されるようなマーカが知られている。このマーカは、物体の位置及び姿勢等を認識するために当該物体に取り付けられる。カメラでマーカを撮影することで、画像におけるマーカの見え方などに基づいて、カメラとマーカとの相対的な位置関係を認識することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－８５７７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、上述のようなマーカは、カメラとマーカとの相対的な位置関係を示すために、観察位置から所定の視覚情報が得られるように構成される。そして、画像中での視覚情報のパターンなどの位置関係に基づいて、カメラとマーカとの位置関係を演算するが、位置関係の把握を行う場合に精度ずれが発生する可能性がある。この場合、マーカの位置の認識の精度が低下する可能性がある。

【0005】

本発明の目的は、高い精度でマーカの位置を認識できるマーカを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るマーカは、観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部を有するマーカであって、位置認識部は、観察位置からの位置認識部に対する観察角度に応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。

【0007】

マーカの位置認識部は、観察位置からの位置認識部に対する観察角度に応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。このような光の強度の変化は、観察角度との対応関係を予め把握しておくことで、微小な観察角度の変化を示すパラメータとして用いることができる。また、光の強度の変化を把握して観察角度を演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。以上より、高い精度でマーカの位置を認識することが可能となる。

【0008】

位置認識部は、配列された複数のレンズ部と、レンズ部の裏面側に形成され、視覚情報を形成する認識部と、を有してよい。この場合、位置認識部として好適な構成とすることができる。

【0009】

認識部は、一つあたりのレンズ部に対して、互いに離間して複数形成されてよい。このような位置認識部は、一つあたりのレンズ部に対して一つの認識部が形成されるような位置認識部に比して、視覚情報から得られる情報量を増やすことができる。

【0010】

認識部は、観察角度に応じて、観察位置にて観察可能な光の強度を変化させる形状を有してよい。この場合、認識部の形状を調整するだけで、容易に光の強度を変化させることが可能となる。

【0011】

位置認識部は、レンズ部及び認識部の裏面側に設けられた再帰反射部材を有してよい。この場合、視覚情報の中で、認識部に対応する箇所を再帰反射によって強く光らせることができる。従って、太陽光や暗所などの外乱因子の影響を低減した状態で、光の強度の変化を把握することが可能となる。

【0012】

位置認識部は、視覚情報として、互いに離間した複数の視覚領域を表示可能であり、観察位置からの位置認識部に対する観察角度に応じて、視覚領域の個数を変化させると共に、何れかの視覚領域の光の強度を変化させてよい。視覚領域の個数を把握することは、視覚領域の光の強度の変化を把握することに比べ、容易に行うことができる。従って、視覚領域の個数に基づいておおよその観察角度を把握し、視覚領域の光の強度の変化に基づいて微小な観察角度を把握することが可能となる。

【0013】

本発明の一態様に係るマーカは、観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部を有するマーカであって、位置認識部は、視覚情報として、所定の表示態様で示される視覚領域を表示可能であり、観察位置からの位置認識部に対する観察角度に応じて、観察位置にて観察可能な視覚領域の形状、及び個数の少なくとも一方を変化させてよい。

【0014】

マーカの位置認識部は、観察位置からの位置認識部に対する観察角度に応じて、観察位置にて観察可能な視覚領域の形状、及び個数の少なくとも一方を変化させる。このような視覚領域の形状及び個数の変化は、観察角度との対応関係を予め把握しておくことで、観察角度の変化を示す指標として用いることができる。また、視覚領域の形状及び個数の変化を把握して観察角度を演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。以上より、高い精度でマーカの位置を認識することが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高い精度でマーカの位置を認識できるマーカを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係るマーカの使用態様を示す図である。

【図2】本実施形態に係るマーカを示す斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、位置認識部の平面図であり、図３（ｂ）は、位置認識部の断面構造を示す図である。

【図4】認識部の一例を示す図である。

【図5】観察角度と視覚情報との関係を示す図である。

【図6】観察角度と視覚情報との関係を示す図である。

【図7】比較例に係る位置認識部を示す図である。

【図8】比較例に係るマーカを示す斜視図である。

【図9】変形例に係るマーカの位置認識部を示す図である。

【図10】変形例に係るマーカの位置認識部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１は、本実施形態に係るマーカ１の使用態様を示す図である。図１は、フォークリフト１００が荷役対象物１０１を荷役するために当該荷役対象物１０１に近づくときの様子を示している。荷役対象物１０１には、マーカ１が取り付けられている。フォークリフト１００は、カメラ１０２と演算装置１０３とを備えている。カメラ１０２は、荷役対象物１０１を撮影する。なお、カメラ１０２は、観察範囲に対して光を照射することができるライトを有する。演算装置１０３は、カメラ１０２で撮影した画像のうち、マーカ１の画像に基づいて、フォークリフト１００とマーカ１との位置関係を演算する。これにより、演算装置１０３は、フォークリフト１００と荷役対象物１０１との位置関係を演算する。

【0019】

なお、マーカ１は、フォークリフト１００の位置合わせ以外の用途に用いられてもよい。例えば、図１において、フォークリフト１００の代わりに、協働ロボットアームが採用さいれてもよい。この場合、図１は、協動ロボットアームが位置合せ基準マーカ（「１０１」に対応）を基準に位置合わせするために、当該基準マーカに近づくときの様子を示すものとなる。基準マーカには、マーカ１が取り付けられる。協動ロボットアームは、フォークリフト１００と同趣旨のカメラ１０２及び演算装置１０３を備えている。この場合、演算装置１０３は、カメラ１０２で撮影した画像のうち、マーカ１の画像に基づいて、協動ロボットアームとマーカ１との位置関係を演算する。これにより、演算装置１０３は、協動ロボットアームと基準マーカとの位置関係を演算する。これにより、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＡＧＶ）型自動搬送車に設置されたロボットアームの停止位置によって動作基準座標点が変化するが、基準マーカとロボットアームの位置情報変位をオフセットすることで、位置関係が分かり、複雑な制御システム動作が実現できる。

【0020】

図２（ａ）は、本実施形態に係るマーカ１を示す斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態に係るマーカ１を示す展開斜視図である。図２に示すように、マーカ１は、略矩形の形状を有する板状部材である。マーカ１は、表面にマーク部２と、位置認識部３と、を備える。なお、マーク部２及び位置認識部３の配置や形状等は一例に過ぎず、適宜変更可能である。また、マーカ１は、本体部１０と、再帰反射部材１１と、を積層させることによって構成される。なお、以降の説明においては、マーカ１が荷役対象物１０１に取り付けられたときの状態を基準として、「左右方向Ｄ１」、「上下方向Ｄ２」、「厚さ方向Ｄ３」という語を用いて説明を行う。ただし、マーカ１が荷役対象物１０１に対してどのように取り付けられるかは特に限定されない。

【0021】

本体部１０は、射出成形などによって形成される板状の成形部品である。本体部１０の樹脂材料は熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。本体部１０は、位置認識部３と、矩形板状のベース部１２と、を有する。位置認識部３及びベース部１２は、一度の成形プロセスによって一体的に形成される。そのため、位置認識部３及びベース部１２は、一つの成形部品として構成される。ベース部１２は、位置認識部３が配置される上側領域１２Ａと、マーク部２が配置される下側領域１２Ｂと、を有する。再帰反射部材１１は、本体部１０のベース部１２の裏面に積層される板状の部品であり、表面が再帰反射面として構成されている。再帰反射部材１１は、再帰反射面に光が入射した場合に、当該光が入射してきた位置へ向けて光を反射する原理を用いた反射部材である。

【0022】

マーク部２は、本体部１０のベース部１２の下側領域１２Ｂに形成される。マーク部２は、所定の図柄などを表示する部分である。これらの図柄は、荷役対象物１０１のＩＤ番号などと紐付けられることによって、識別情報として機能する。例えば、カメラ１０２がマーク部２の所定の図柄を検出すると、演算装置１０３は当該図柄に紐付けられたＩＤ番号を検索することで、荷役対象物１０１を特定することができる（図１参照）。マーク部２は、例えば、本体部１０に図柄が印刷されたシートを貼り付けることによって形成される。マーク部２の図柄は、所定の色で示されてもよく、再帰反射部材で示されてもよい。

【0023】

位置認識部３は、観測する方向に応じて観測される視覚情報が変化する部分である。すなわち、マーカ１とカメラ１０２との位置関係に応じて、カメラ１０２で撮影した画像内で位置認識部３から取得できる視覚情報が変化する。位置認識部３で得られる認識情報の詳細については後述する。位置認識部３は、本体部１０のベース部１２の上側領域１２Ａに形成される。ここで、本実施形態に係るマーカ１は、位置認識部３Ａ，３Ｂを有する。位置認識部３Ａは上側領域１２Ａの下側の領域に配置され、位置認識部３Ｂは上側領域１２Ａの上側の領域に配置される。下側の位置認識部３Ａは、マーカ１とカメラ１０２との左右方向Ｄ１の相対的な角度を取得できる視覚情報を示すことができる。また、他方の位置認識部３Ｂは、マーカ１とカメラ１０２との上下方向Ｄ２の相対的な角度を取得できる視覚情報を示すことができる。これにより、カメラ１０２が各位置認識部３Ａ，３Ｂの画像を検出すると、演算装置１０３は、各位置認識部３から取得できる視覚情報に基づいて、カメラ１０２とマーカ１との間の左右方向Ｄ１及び上下方向Ｄ２における相対的な角度を演算し、マーカ１とフォークリフト１００との位置関係を認識する。なお、ベース部１２の上側領域１２Ａには、位置認識部３Ａ，３Ｂの周囲に、観察位置とマーカ１との距離を認識するための漆黒線１５が転写されている。

【0024】

図３（ａ）は、マーカ１とカメラ１０２との左右方向Ｄ１の相対的な角度を取得するための位置認識部３Ａの平面図である。図３（ｂ）は、マーカ１とカメラ１０２との左右方向Ｄ１の相対的な角度を取得するための位置認識部３Ａの断面構造を示す。なお、マーカ１とカメラ１０２の上下方向Ｄ２の相対的な角度を取得するための位置認識部３Ｂは、方向が異なること以外、位置認識部３Ａと同様な構成を有する。

【0025】

図３（ｂ）に示すように、位置認識部３Ａは、レンズ層２０と、パターン転写層２１と、を備える。レンズ層２０及びパターン転写層２１は、本体部１０の成形部品として一体的に形成される。パターン転写層２１の裏面に再帰反射部材１１が設けられる。レンズ層２０は、複数のレンズ部２２が配列された層である。パターン転写層２１は、視覚情報を形成するための認識部３０のパターンが転写された層である。このような構成により、位置認識部３Ａは、配列された複数のレンズ部２２と、レンズ部２２の裏面側に形成され、視覚情報を形成する認識部３０を有する。なお、以降の説明においては、カメラ１０２の光軸とマーカ１の厚さ方向Ｄ３とがなす左右方向Ｄ１における角度を、観察位置からの位置認識部３Ａに対する観察角度θとする。また、マーカ１の表面に対してカメラ１０２の光軸が垂直な状態を「観察角度θ＝０°」であるものとする。

【0026】

ここで、認識部３０以外の領域のパターン(一般部３１)は、対象とする光源の波長以上の間隔で配置され、アスペクト比１以上の深さを持つ凹凸構造が形成されている。具体的には、波長４００ｎｍ～７００ｎｍの可視域の場合には、７００ｎｍ以上の間隔が設けられた凹凸構造体が形成されており、深さは、７００ｎｍ以上のアスペクト比１以上の構造体が形成されている。さらに最良の形態は、構造体の間隔は１０μｍ以上から１００μｍ程度の間隔を持ち、深さ１０μｍ以上から１００μｍ程度のアスペクト比１以上の構造体が望ましい。このように、波長より１０倍以上の構造体を用いた場合には、光による散乱効果を有効的に利用できるため、認識部３０のパターンコントラストの向上が可能である。

【0027】

また、パターン転写層２１に形成される凹凸構造は、周期的な凹凸構造やランダムな凹凸構造でも機能させる事が可能であり、矩形形状の構造体によって機能させる事ができる。さらに、パターン転写層２１の表面から見て、先端が細くなった砲弾形状を持つ凹凸構造にすることによって、表面反射を低減させることが可能であり、さらに良好な光散乱効果を得て、よりコントラストの高い認識部３０のパターンを得る事ができる。

【0028】

一つあたりのレンズ部２２は、上下方向Ｄ２から見て表面側に湾曲面を有し、同一断面形状にて上下方向Ｄ２に延びるように構成される。このような複数のレンズ部２２が左右方向Ｄ１に配列されることで、レンズ層２０が構成される。なお、位置認識部３Ｂでは、左右方向Ｄ１に延びる複数のレンズ部２２が、上下方向Ｄ２に配列されている。レンズ部２２は、いわゆるレンチキュラーレンズと称されるレンズによって構成される。ある観察位置から視線ＡＸを向けて位置認識部３Ａを見た場合、レンズ部２２の湾曲面の影響により、パターン転写層２１の集光位置ＣＰにて集光される。従って、観察位置では、パターン転写層２１の集光位置ＣＰの像が、一つあたりのレンズ部２２の左右方向Ｄ１の全体にわたって視認される。集光位置ＣＰは、観察角度θが変動することによって、左右方向Ｄ１に移動する。

【0029】

なお、レンズ部２２の形状は特に限定されない。例えば、レンズの湾曲面の曲率は適宜変更してよい。レンズ部２２の数（１個以上あればよい）やスパンも特に限定されない。また、レンズ部２２は、樹脂成形によって形成されてもよいが、加工によって形成されてもよい。レンズ部２２は、本体部１０とは別体で構成されてもよい。

【0030】

なお、レンズ部２２の形状は特に限定されないが、レンズ部２２の焦点位置は、認識部３０のパターンを高解像度で分解するため、パターン転写層２１の表面に位置している。

【0031】

図３（ａ）に示すように、パターン転写層２１には、視覚情報を形成する複数の認識部３０が形成されている。図３及び他の図においては、グレースケールが付された部分が認識部３０に該当する。なお、図３（ａ）では、パターン転写層２１の様子が、実際に視覚情報として観察位置から見える見え方とは異なる状態で示されている。図３（ａ）では、光がレンズ部２２にて集光されることなく、そのまま透過したと仮定した場合（全てのレンズ部２２のレンズの湾曲面を平面にしたと仮定した場合）の見え方にて、パターン転写層２１の様子が示されている。

【0032】

本実施形態において、パターン転写層２１のうち、認識部３０の部分は再帰反射部材１１による反射が可能な状態となっており、認識部３０以外の部分（以降、一般部３１と称する）は再帰反射部材１１による反射が防止された状態となっている。例えば、本体部１０を成形するときに、認識部３０を滑らかな平面として成形し、一般部３１を粗面として成形する。認識部３０に対応する部分の金型の成形面を滑らかな面とし、一般部３１に対応する部分の金型の成形面を粗面とすればよい。そのため、視覚情報としては、認識部３０に対応する部分は再帰反射部材１１の反射によって光って見える。視覚情報としては、一般部３１に対応する部分は再帰反射部材１１による反射が行われないため、暗く見える。

【0033】

複数の認識部３０の形状及び配置について説明する。パターン転写層２１には、上下方向Ｄ２において、認識部３０が直線状に並べられた認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…と、認識部３０が設けられていない空白領域が交互に形成されている。なお、図３（ａ）では、最も下側に認識領域ＥＲ１が形成され、下から順に認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…が形成される。認識領域ＥＲ１では、一定の太さで左右方向Ｄ１に直線状に延びる一つの認識部３０が形成されている。

【0034】

認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…では、複数の認識部３０が、位置認識部３Ａの中心位置ＣＬ１を基準として、左右対称な形状を有し、且つ左右対称に配置される。具体的に、中心位置ＣＬ１の右側の領域では、認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の認識部３０は、各レンズ部２２の中心位置ＣＬ２から左側へ向かって延びる。一つあたりの認識部３０の左右方向Ｄ１の長さは、認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の順で徐々に短くなる。最長の長さを有する認識領域ＥＲ２の認識部３０の左端部は、左側で隣り合う他のレンズ部２２の中心位置ＣＬ２に達する位置まで延びる。認識領域ＥＲ３の認識部３０の左端部は、左側で隣り合う他のレンズ部２２の中心位置ＣＬ２から僅かに右側へ離間した位置まで延びる。これにより、一つの認識部３０の左端部と、左側で隣り合う他の認識部３０の右端部（レンズ部２２の中心位置ＣＬ２）との間には隙間が形成される。このような隙間の大きさは、認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の順で徐々に大きくなる。中心位置ＣＬ１の左側の領域では、認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の認識部３０は、右側の領域における認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の認識部３０と左右対称な構成を有する。

【0035】

ここで、一つあたりのレンズ部に対する認識部の個数について説明する。例えば、図７に示す比較例に係るマーカの位置認識部１５０では、一つのレンズ部１２２に対して、上下方向Ｄ２に直線状に延びる一本の認識部１３０が形成されている（図７（ａ）参照）。この場合、観察角度によって認識部１３０に集光位置が一致したレンズ部１２２については、視覚情報においてレンズ部１２２全体に認識部１３０の像が表示される（図７（ｂ）参照）。このような比較例は、一つあたりのレンズ部１２２に対して、一つの認識部１３０が形成された構成となる。これに対し、本実施形態に係るマーカ１では、各レンズ部２２に対して、上下方向Ｄ２に互いに間隔をあけた状態で認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の位置に認識部３０が形成されている。従って、一つあたりのレンズ部２２に対して、互いに離間した複数の認識部３０が形成される。

【0036】

次に、図４（ａ）を参照して、一つあたりの認識部３０の形状について説明する。なお、図４では中心位置ＣＬ１より右側（図３参照）の認識部３０が示されているが、左側の認識部３０も左右対称となる点以外は、同様の形状を有する。図４（ａ）に示すように、認識部３０は、本体部３２と、調整部３３と、を有する。本体部３２は、一定の幅にて左右方向Ｄ１に延びる部分である。調整部３３は、本体部３２の左側（中心位置ＣＬ１側）の端部に設けられ、左側に延びるに従って幅が狭くなる部分である。本実施形態では、調整部３３は左側へ向かうに従って先細りとなるように三角形状に形成されている。集光位置ＣＰが、認識部３０よりも左側の一般部３１である場合（集光位置ＣＰ１）、図６（ａ）の認識領域ＥＲ３，ＥＲ４の右側の領域に示すように、線が見えないような視覚情報が示される。集光位置ＣＰが、認識部３０の本体部３２である場合（集光位置ＣＰ３）、図６（ｄ）の認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３の右側の領域に示すように、本体部３２に対応する幅（基準幅と称する）の線が見えるような視覚情報が示される。集光位置ＣＰが、認識部３０の調整部３３である場合（集光位置ＣＰ２）、図６（ａ）の認識領域ＥＲ２の右側の領域、及び図６（ｄ）の認識領域ＥＲ３の右側の領域に示すように、基準幅に比して細い線が見えるような視覚情報が示される。図６（ａ）（ｄ）では、便宜上、認識部３０の像によって形成される線が黒い線で示されているが、実際は再帰反射した光によって線となる。従って、視覚情報のうち、基準幅の太い線で示された箇所は強い光で示され、細い線で示された箇所は弱い光で示される。調整部３３に対して集光位置ＣＰが左側で重なるほど視覚情報での線は細くなり、光の強度が低下する。調整部３３に対して集光位置ＣＰが右側で重なるほど視覚情報での線は太くなり、光の強度が増加する。なお、視覚情報において、集光位置ＣＰと認識部３０との重なりによって所定の形状（ここでは線）として視認される領域を視覚領域４０と称する場合がある。

【0037】

このように、観察角度θによって集光位置ＣＰが調整部３３となった場合、視覚情報では該当箇所が弱い光で示される。認識部３０は、観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な光の強度を変化させる形状として、調整部３３を有する。

【0038】

調整部３３を用いて、観察位置にて観察可能な光の強度を変化させるためには、調整部３３は、光はレンズ部２２を通過し、パターン転写層２１で焦点を結び、その焦点の大きさより、調整部３３の大きさが小さくなるパターン構造体を用いることで、光の強度を変化させる事ができる。また、光が焦点された時の焦点光の強度分布は、レンズ形状によってガウシャン分布や正規分布を持つため、調整部３３の形状は、集光される強度分布に応じて、湾曲形状などパターン形状を変化させる事によって、測定位置に応じて線形に強度変化を持たせることができる。

【0039】

なお、調整部３３の形状は、図４（ａ）に示すものに限定されない。例えば、図４（ｂ）に示すように湾曲形状を有する調整部３３が採用されてもよい。また、図４（ｃ）に示すように、台形状を有する調整部３３が採用されてもよい。

【0040】

次に、図５及び図６を参照して、観察角度θと視覚情報の関係について説明する。なお、図５及び図６は、図３（ａ）のうちの「Ａ１」で示す箇所の拡大図である。図５（ｂ）は、視線ＡＸが位置認識部３Ａと垂直となる状態（観察角度θ＝０°）を示す。このとき、図５（ｃ）に示すように、各位置における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１でのみ認識部３０と重なり、他の認識領域ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…では重ならない。この場合、図５（ａ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１に対応する箇所でのみ、基準幅の線が表示される。

【0041】

図５（ｅ）は、視線ＡＸが位置認識部３Ａに対して右側へ傾斜する状態（観察角度θが右側へ正）を示す。このとき、図５（ｆ）に示すように、右側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の全ての認識部３０の本体部３２と重なる。この場合、図５（ｄ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の全てに対応する箇所にて、基準幅の線が表示される。図５（ｆ）に示すように、左側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１の認識部３０の本体部３２と重なり、認識領域ＥＲ２の認識部３０の調整部３３と重なり、他の認識領域ＥＲ３，ＥＲ４…では重ならない。この場合、図５（ｄ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１に対応する箇所にて基準幅の線が表示され、認識領域ＥＲ２に対応する箇所にて細い線が表示され、他の認識領域ＥＲ３，ＥＲ４…では線が表示されない。更に、図５（ｈ）は、視線ＡＸが位置認識部３Ａに対して更に右側へ傾斜する状態（観察角度θが右側へ正）を示す。このとき、図５（ｉ）に示すように、左側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２の認識部３０の本体部３２と重なり、認識領域ＥＲ３の認識部３０の調整部３３と重なり、他の認識領域ＥＲ４…では重ならない。この場合、図５（ｇ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２に対応する箇所にて基準幅の線が表示され、認識領域ＥＲ３に対応する箇所にて細い線が表示され、他の認識領域ＥＲ４…では線が表示されない。

【0042】

図６（ｂ）は、視線ＡＸが位置認識部３Ａに対して左側へ傾斜する状態（観察角度θが左側へ正）を示す。このとき、図６（ｃ）に示すように、左側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の全ての認識部３０の本体部３２と重なる。この場合、図６（ａ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３，ＥＲ４…の全てに対応する箇所にて、基準幅の線が表示される。図６（ｃ）に示すように、右側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１の認識部３０の本体部３２と重なり、認識領域ＥＲ２の認識部３０の調整部３３と重なり、他の認識領域ＥＲ３，ＥＲ４…では重ならない。この場合、図６（ａ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１に対応する箇所にて基準幅の線が表示され、認識領域ＥＲ２に対応する箇所にて細い線が表示され、他の認識領域ＥＲ３，ＥＲ４…では線が表示されない。更に、図６（ｅ）は、視線ＡＸが位置認識部３Ａに対して更に左側へ傾斜する状態（観察角度θが左側へ正）を示す。このとき、図６（ｆ）に示すように、右側の領域における集光位置ＣＰは、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３の認識部３０の本体部３２と重なり、認識領域ＥＲ４の認識部３０の調整部３３と重なり、それより上側の他の認識領域では重ならない。この場合、図６（ｄ）に示すように、視覚情報では、認識領域ＥＲ１，ＥＲ２，ＥＲ３に対応する箇所にて基準幅の線が表示され、認識領域ＥＲ４に対応する箇所にて細い線が表示され、それより上側の他の認識領域では線が表示されない。

【0043】

以上のように、位置認識部３Ａは、左側の領域と右側の領域のどちらに全ての線が表示されているかによって、視線ＡＸがどちら側に傾いているかを示すことができる。また、位置認識部３Ａは、観察位置からの位置認識部３Ａに対する観察角度θに応じて、視覚領域４０としての線の本数を変化させることができる。従って、視覚情報において、基準幅の線の本数をカウントすることによって、観察角度θのおおよその値を把握することが可能となる。また、位置認識部３Ａは、観察位置からの位置認識部３Ａに対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。すなわち、基準幅よりも細い線の光の強度に基づいて、観察角度θの詳細な値を把握することが可能となる。なお、線の本数と観察角度θとの関係、及び細い線の光の強度と観察角度θとの関係については、予め計測すると共に、データベース化して演算装置１０３に記憶させておけばよい。

【0044】

次に、本発明の実施形態に係るマーカ１の作用・効果について説明する。

【0045】

マーカ１は、観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部を有するマーカ１であって、位置認識部３は、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。

【0046】

マーカ１の位置認識部３は、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚情報の光の強度を変化させる。このような光の強度の変化は、観察角度θとの対応関係を予め把握しておくことで、微小な観察角度θの変化を示すパラメータとして用いることができる。また、光の強度の変化を把握して観察角度θを演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法（例えば後述の図８の方法）などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。以上より、高い精度でマーカ１の位置を認識することが可能となる。

【0047】

まず、本実施形態のマーカ１との比較のため、図８に示すような比較例に係るマーカ１１１について説明する。比較例に係るマーカ１１１は、本体部１１０の四隅の参照点１０４と、参照点１０４間の位置認識部１１３（図７も参照）と、本体部１１０の中央のマーク部１１２と、を有する。このようなマーカ１１１を用いて観察角度θを演算する方法について説明する。まず、演算装置は、画像中から参照点の位置を把握する。この工程では、参照点の位置を把握するために、精度ずれ（例えば、０．２５ｍｍ）が生じる。次に、演算装置は、画像中から、位置認識部１１３の視覚領域１４０の位置を把握する。この工程では、視覚領域１４０の位置を把握するために、精度ずれ（例えば、０．２５ｍｍ）が生じる。次に、演算装置は、参照点１０４と視覚領域１４０との距離を計測する。この工程では、両者の距離Ｌ１の計測のために、精度ずれ（例えば、０．２５ｍｍ）が生じる。次に、演算装置は、計測した距離情報を観察角度θに置き換えることで、観察角度θを算出する。このように、比較例に係るマーカ１１１を用いる場合、三つの工程において精度ずれが生じてしまう。

【0048】

これに対し、本実施形態のマーカ１を用いて観察角度θを検出する方法について説明する。まず、演算装置１０３は、カメラ１０２から位置認識部３Ａの視覚情報の画像を取得する。ここでは、図５（ｇ）に示す視覚情報が得られたものとする。まず、演算装置１０３は、右側の線が全部見えているため、観察角度θは右側に正になっていると判断する。また、演算装置１０３は、左側の基準幅の線が二本であることから、データベースと照らし合わせて少なくとも観察角度θが２°以上であると判断する。この工程では、演算装置１０３が線の数をカウントする演算を行うだけであるため、精度ずれが発生しない。次に、演算装置１０３は、見えている線の最上部（認識領域ＥＲ３の線）の光強度と、一つ下の線（又は、基準幅の線）の光強度との差を演算する。この工程では、光の強度を把握する仮定で僅かな精度ずれ（例えば、１０^－９ｍｍ）が生じる余地がある。演算装置１０３は、得られた光強度差をデータベースと照らし合わせることで、観察角度θの情報に変換する。この工程では、演算装置１０３が光強度差を角度情報に変換する演算が行われるだけであるので、精度ずれが発生しない。光強度差から得られた角度が１．７５°であった場合、演算装置１０３は、本数から得られた観察角度θと足し合わせることで、「２°＋１．７５°＝３．７５°」と演算することで、観察角度θを算出する。このように、マーカ１を用いた場合、図８の比較例に比して、工程の中で精度ずれが生じる回数が少なく、且つ、生じる精度ずれも小さい。従って、本実施形態のマーカ１を用いることで、高い精度でマーカ１の位置を認識することができる。

【0049】

位置認識部３は、配列された複数のレンズ部２２と、レンズ部２２の裏面側に形成され、視覚情報を形成する認識部３０と、を有してよい。この場合、位置認識部３として好適な構成とすることができる。

【0050】

認識部３０は、一つあたりのレンズ部２２に対して、互いに離間した複数の認識部３０が形成されてよい。このような位置認識部３は、一つあたりのレンズ部２２に対して一つの認識部３０が形成されるような位置認識部３に比して、視覚情報から得られる情報量を増やすことができる。

【0051】

認識部３０は、観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な光の強度を変化させる形状を有してよい。この場合、認識部３０の形状を調整するだけで、容易に光の強度を変化させることが可能となる。

【0052】

位置認識部３は、レンズ部２２及び認識部３０の裏面側に設けられた再帰反射部材１１と、を有してよい。この場合、視覚情報の中で、認識部３０に対応する箇所を再帰反射によって強く光らせることができる。従って、太陽光や暗所などの外乱因子の影響を低減した状態で、光の強度の変化を把握することが可能となる。

【0053】

位置認識部３は、視覚情報として、互いに離間した複数の視覚領域を表示可能であり、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度に応じて、視覚領域４０の個数を変化させると共に、何れかの視覚領域４０の光の強度を変化させてよい。視覚領域４０の個数を把握することは、視覚領域４０の光の強度の変化を把握することに比べ、容易に行うことができる。従って、視覚領域４０の個数に基づいておおよその観察角度θを把握し、視覚領域４０の光の強度の変化に基づいて微小な観察角度θを把握することが可能となる。

【0054】

マーカ１は、観測する方向に応じて観察位置にて観測される視覚情報が変化する位置認識部３を有するマーカ１であって、位置認識部３は、視覚情報として、所定の表示態様で示される視覚領域４０を表示可能であり、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚領域４０の形状、及び個数の少なくとも一方を変化させてよい。

【0055】

マーカ１の位置認識部３は、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚領域４０の個数（線の本数）を変化させる。このような視覚領域４０の個数の変化は、観察角度θとの対応関係を予め把握しておくことで、観察角度θの変化を示す指標として用いることができる。また、視覚領域４０の個数の変化を把握して観察角度θを演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法（例えば、図８の方法）などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。以上より、高い精度でマーカの位置を認識することが可能となる。

【0056】

また、本実施形態に係るマーカ１では、本体部１０が、位置認識部３を含んで一体成形されている。また、認識部３０も成形によって一体的に形成することができる。従って、成形部品にそのまま位置認識機能を付与することができるため、位置合わせなどを不要とすることができ、部品点数を低減できると共に、精密な位置合わせなどを不要とすることができる。

【0057】

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

【0058】

例えば、マーカ１の位置認識部３は、観察位置からの位置認識部３に対する観察角度θに応じて、観察位置にて観察可能な視覚領域４０の形状を変化させてよい。例えば、図９に示すような位置認識部３Ａを採用してもよい。図９（ａ）は認識部３０のパターンを示し、図９（ｂ）は「観察角度θ＝０°」における視覚領域４０の形状パターンを示している。このように、認識部３０の配置を複雑にすることにより、観察角度θによって、視覚領域４０の形状パターンが変化する。

【0059】

また、図１０に示すように、観察角度θに応じて、視覚領域４０の形状によって数字を示すように構成してもよい。このように、視覚領域４０によって数字のように所定の意味を示すような形状を作る場合、人間の目でも観察角度θを容易に把握することが可能となる。なお、図１０（ａ）（ｄ）（ｇ）の「Ａ、Ｂ、Ｃ」と、図１０（ｃ）（ｆ）（ｉ）の「Ａ、Ｂ」は、認識部３０と視覚領域４０との位置関係を示している。図１０（ｃ）（ｆ）（ｉ）は、図１０（ａ）（ｄ）（ｇ）のうちの「Ａ１」で示す箇所の形状パターンを示している。

【0060】

以上のように、視覚領域４０の形状の変化は、観察角度θとの対応関係を予め把握しておくことで、観察角度θの変化を示す指標として用いることができる。また、視覚領域４０の形状の変化を把握して観察角度θを演算する方法は、視覚情報中のパターンの位置関係を把握して観察角度を演算する方法（例えば、図８の方法）などに比して、精度ずれが発生する工程を低減することができる。以上より、高い精度でマーカの位置を認識することが可能となる。

【0061】

上述の実施形態では、再帰反射部材１１のシートが採用されているが、再帰反射構造が本体部１０の裏面に形成されてもよい。

【0062】

また、再帰反射部材１１は、反射する部材であれば同様の効果が期待できる。

【0063】

また、位置認識部３Ａの裏側の再帰反射部材１１が省略されてもよい。この場合、成形時には認識部３０に粗面が形成され、一般部３１に平面が形成されてよい。あるいは、認識部３０がペイントなどによって形成されてもよい。この場合、視覚情報中では、認識部３０の色に対応する線が視覚領域４０として表示される。集光位置ＣＰが認識部３０の調整部３３と重なった場合、当該位置における太さの線が表示される。例えば、認識部３０が黒く、一般部３１が白い場合、細い線は、基準幅の線に比べて、画像中における光の強度が高い箇所と見なすことができる。このように、位置認識部３Ａは、観察角度に応じて、光の強度を変化させることができる。

【符号の説明】

【0064】

１・・・マーカ、３，３Ａ，３Ｂ・・・位置認識部、１１…再帰反射部材、２２…レンズ部、３０…認識部、４０…視覚領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】