JPH05272922A - 視覚センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マーカ個数を削減してマーカの取付面積を縮
小し、また、対象物の急移動時にもマーカを見失わず、
さらにマーカの間隔を大きくして、対象物の位置、姿勢
を高精度測定する。 【構成】 ２台以上の視覚入力装置４Ａ，４Ｂを用いて
計測距離が大のときマーカ２Ａ，２Ｂ，２Ｄを共用計測
し、また、２個目以後のマーカ像の発見では、最初より
小さな捜索領域を設定し、さらに、３個のマーカ２Ａ，
２Ｂを視覚入力装置４から見て「く」の字形に立体配置
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動的に対象物を操
作したり対象物体に近接する際に、この対象物の３次元
の位置、姿勢を検出するのに用いる視覚センサ装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１９は例えば第２回ＳＡＩＲＡＳ実行
委員会発行，第２回宇宙用人工知能／ロボット／オート
メーション シンポジウム（昭和６３年１１月１７，１
８日）講演集，Ｐ５１〜Ｐ５４に示された従来の視覚セ
ンサ装置を示す構成図であり、図において、１は対象
物、２Ａは対象物１上あるいはその近辺に置かれるマー
カ、３は対象物１から離れて置かれるマーカ２Ｂを支持
する支持器、４はマーカ２Ａ，２Ｂを撮像するＣＣＤカ
メラ等の視覚入力装置、５は視覚入力装置４が出力する
画像に基づいて対象物１の位置や姿勢を算出する計算機
（算出装置）、６は視覚入力装置４の視野を示してい
る。

【０００３】次に動作について説明する。まず、視覚入
力装置４はマーカ２Ａ，２Ｂを撮像する。３次元的に配
されたマーカ２Ａ，２Ｂは、視覚入力装置４によって画
像に投影変換され、視覚入力装置４により得られた画像
は計算機５に入力される。計算機５では各マーカ２Ａ，
２Ｂの相対的位置関係（距離、角度など）を用いて、撮
像面上のマーカの位置から対象物１の位置や姿勢を求め
る。

【０００４】図２０は例えば日本機械学会，ロボティク
ス・メカトロニクス講演会’９０（１９９０年６月８
日，９日），講演論文集，Ｐ２８７〜Ｐ２９０に示され
た従来の対象物の検出処理方法を示す説明図であり、図
において、１０はＣＣＤカメラなどの視覚入力装置によ
り得た入力画像、８は対象物像、７は対象物像８を捜索
するために設定した捜索領域を示す。

【０００５】次に動作について説明する。まず、画像中
に対象物１を捜索する捜索領域７を設定する。これは画
面全体を捜索領域とすると処理時間がかかるため、捜索
領域を限定することでデータ数を減らして高速化を図る
ための措置である。計測開始時には、捜索領域７の位置
はオペレータが指示する。

【０００６】２回目以降の計測からは、以前の計測結果
から対象物像８の出現位置を予測し、その周辺に捜索領
域を設定する。画面の中の対象物像８の位置がわかれ
ば、対象物１はある既知の平面上にあるという条件を用
いて、対象物１の位置を算出する。

【０００７】図２１は例えば第２回ＳＡＩＲＡＳ実行委
員会発行，第２回宇宙用人工知能／ロボット／オートメ
ーション シンポジウム（昭和６３年１１月１７日，１
８日）講演集，Ｐ５１〜Ｐ５４に示された従来の視覚セ
ンサ装置を示す構成図であり、図において、１は対象
物、２Ａ，２Ｂは対象物１上あるいは対象物１の近辺に
置かれるマーカである。

【０００８】３は対象物１から離れて置かれるマーカ２
Ｂを支持する支持器、４はマーカ２Ａ，２Ｂを撮像する
ＣＣＤカメラ等の視覚入力装置、５は視覚入力装置４が
出力する画像に基づいて、対象物１の位置や姿勢を算出
する計算機（算出装置）、６は視覚入力装置４の視野を
示している。

【０００９】次に動作について説明する。視覚入力装置
４はマーカ２Ａ，２Ｂを撮像する。３次元的に配された
各マーカ２Ａ，２Ｂは、視覚入力装置４により画像に投
影変換される。視覚入力装置４はそのデータ画像を計算
機５に出力する。計算機５は各マーカ２Ａ，２Ｂの相対
的位置関係（距離，角度など）を用いて、画像中のマー
カ像の位置から姿勢を求める。

【００１０】また、従来、視覚入力装置から光を照射
し、マーカとして用いたコーナーキューブリフレクタで
反射した光を視覚入力装置で検出し、得られた画像から
対象物の位置と姿勢を検出する装置が考えられてきた。

【００１１】図２２は、例えば第３１回宇宙科学技術連
合講演会講演集Ｐ５３０〜５３１に示された視覚センサ
装置の構成図であり、図において、１は対象物、３０は
対象物１に取り付けられたマーカとしてのコーナーキュ
ーブリフレクタ、２５はコーナーキューブリフレクタ３
０を照らすイルミネータ、４は視覚入力装置、２０はイ
ルミネータ２５から出た光を透過しコーナーキューブリ
フレクタ３０で反射して返ってきた光の方向を変えて視
覚入力装置４に向かわせるハーフミラー、５は視覚入力
装置４が出力した画像から対象物１の位置と姿勢を算出
する計算機である。

【００１２】次に動作について説明する。まず、イルミ
ネータ２５から出た光はハーフミラー２０を透過して、
対象物１上に取り付けられたコーナーキューブリフレク
タ３０で反射する。コーナーキューブリフレクタ３０の
特性から、反射光は入射光と平行な方向に反射し、ハー
フミラー２０に至る。この光はハーフミラー２０上で反
射し視覚入力装置４に到達する。コーナーキューブリフ
レクタ３０は入射光に垂直な平面鏡を置くことと等価で
あるから、視覚入力装置４は４個のコーナーキューブリ
フレクタ３０の位置にイルミネータ２５の像を作る。計
算機５はこの画像を処理して対象物１の位置と姿勢を算
出する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の視覚センサ装置
は以上のように構成されているので、図１９に示すもの
では、信頼性を高めるために２台以上の装置を冗長構成
するすることが考慮されていなかった。したがって、冗
長構成とするためには同じ装置を２台搭載しなければな
らず、マーカや視覚入力装置の占める面積や重量が大き
くなるために、他の機器の搭載の妨げになるという問題
点があった。また、従来の構成のままでマーカだけを２
台以上の装置で共用して冗長構成にしょうとすると、マ
ーカに対して視覚入力装置を傾けて取り付けることにな
り、十分な視野が確保できないという問題点があった。

【００１４】図２０の従来例では、捜索領域の設定方法
について特に考慮されておらず、同時に複数のマーカを
捜索する場合に適用すると、対象物の急激な運動の変化
にも対応するためには大きな捜索領域を設定しなければ
ならないが、１つの捜索領域の中に複数のマーカの像が
入ってその識別の処理が付加されたり、ほとんど動きが
ない場合にも、大きな領域を処理しなければならない等
の問題点があった。

【００１５】図２１の従来例では、対象物１のおおよそ
の位置と姿勢が制限されている場合には、３個のマーカ
が検出されれば、対象物１の位置と姿勢が検出できると
ころを、５個のマーカ２Ａ，２Ｂを用いて冗長となって
おり、このため、マーカ配置面積が大きくなり、他の機
器を配置する面積が制限されるなどの問題点があった。

【００１６】また、とびだしたマーカ２Ｂは後方の４個
のマーカの中央にあり、対象物１の位置や姿勢が変化し
た場合、とびだしたマーカ２Ｂによって、後方のマーカ
２Ａが隠される可能性が高いなどの問題点があった。

【００１７】また、図２２の従来例では、特に相対距離
が大きく変化する場合への対応が考慮されておらず、相
対距離が小さい領域で用いるように設計した装置を相対
距離が大きい領域まで適用しようとすると、イルミネー
タ２５から照射された光が作る像が小さくなるとともに
光量が減少するため、ノイズとの識別が困難になって計
測できないという問題点があった。逆に、相対距離が大
きい領域で用いるように設計した装置を相対距離が小さ
い領域まで適用しようとすると、イルミネータから照射
された光が作る像が大きくなって、１つの像として検出
することが困難であったり、処理時間が長くなるという
問題点があった。

【００１８】また、特に外乱光に対する処置も施されて
おらず、ある方向からコーナーキューブリフレクタ３０
に入射した外乱光は、通常はコーナーキューブリフレク
タ３０の内部で３回反射して入射光と平行に反射すると
ころを、コーナーキューブリフレクタ３０の内部で４回
以上反射して、入射方向からそれた方向に反射する光が
生じる。この光が視覚入力装置に入力されると、イルミ
ネータ２５から照射した光の作る像の形状が崩れるため
に誤差が生じたり、この光が太陽光のように強い光であ
る場合には、スミアやブルーミングと呼ばれる現象が生
じてまったく計測ができなくなるという問題点があっ
た。この問題を避けるためには、コーナーキューブリフ
レクタの周囲にフードをつけて太陽光等がコーナーキュ
ーブリフレクタに当たらないようにする方法が考えられ
るが、イルミネータから照射される本来の信号光は遮ら
ないで外乱光のみ遮るフードは実現困難である上、フー
ドを付けると、対象物１上に複数個配置した隣のマーカ
がその陰に隠れる等の弊害がある。

【００１９】また、安定的に計測するためには、イルミ
ネータから照射されてコーナーキューブリフレクタで反
射された光の作る像の輝度が、その周辺よりも大きいこ
とが必要であり、このためにコーナーキューブリフレク
タの周辺部を黒く塗装するなどの方法がとられるが、一
般にイルミネータから照射される光は太陽光に比べて非
常に弱く、太陽光が外乱として照射している状況下で
は、コーナーキューブリフレクタ部分とその周辺との間
に十分なコントラストを得ることができず、画像処理動
作が不安定になったり、使用条件を、強い外乱光がない
場合だけに限定するなどの処置をとらなければならない
という問題点があった。

【００２０】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、複数の視覚入力装置を搭
載する場合でも、できるだけ狭い面積に搭載することが
できる視覚センサ装置を得ることを目的とする。

【００２１】請求項２の発明は対象物の運動が急激に変
化した場合でも、処理の複雑さを増すことなく、安定し
て対象物の位置や姿勢を計測できる視覚センサ装置を得
ることを目的とする。

【００２２】請求項３の発明はマーカ個数が最小となる
構成で、できるだけ高い測定精度を得るとともに、とび
だしたマーカによって後方のマーカが隠されるのを防止
できる視覚センサ装置を得ることを目的とする。

【００２３】請求項４の発明は、相対距離が小さい領域
から大きな領域まで幅広い領域で対象物の位置と姿勢が
計測可能な視覚センサ装置を得ることを目的とする。

【００２４】請求項５と請求項６と請求項７の発明は、
一般に太陽光等の強力な外乱光がコーナーキューブリフ
レクタに照射している場合、視覚入力装置の方へ反射す
る外乱光が発生することがあるが、その時でも反射する
外乱光を減衰させてその強度を小さくすることで、安定
してイルミネータから照射した光が作る像を抽出できる
視覚センサ装置を得ることを目的とする。

【００２５】請求項８と請求項９の発明は、対象物に太
陽光などの強力な外乱光が照射している場合でも、対象
物に取り付けるコーナーキューブリフレクタ等のマーカ
とその周辺とのコントラストを十分大きくし、安定して
マーカ像を抽出できる視覚センサ装置を得ることを目的
とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る視
覚センサ装置は、対象物上に近接して配置された複数組
のマーカと、該マーカに対向する位置に配置されて、各
組のマーカを撮像する複数の視覚入力装置とを備えて、
計算機に、上記対象物までの距離が小さい領域では、各
視覚入力装置に対向するマーカのマーカ像のみから上記
位置や姿勢を算出させ、上記対象物までの距離が大きい
領域では、各視覚入力装置に対向するマーカおよびこれ
に隣接する他のマーカの各マーカ像に基づき、上記対象
物の位置や姿勢を算出させるようにしたものである。

【００２７】請求項２の発明に係る視覚センサ装置は、
対象物上に近接して配置された複数のマーカと、該マー
カに対向する位置に配置されて、これらのマーカを撮像
する視覚入力装置とを備えて、計算機に、最初のマーカ
の捜索過程では出現位置が予測されたマーカ像の周辺に
大きな捜索領域を設定して捜索を行わせ、一方、２個目
のマーカ像からは、上記予測されたマーカ像の出現位置
と最初の捜索で得られたマーカ像の出現位置との情報か
ら、小さい捜索領域の設定で捜索を行わせて、対象物の
位置や姿勢を算出させるようにしたものである。

【００２８】請求項３の発明に係る視覚センサ装置は、
対象物上に配置された２個のマーカと、これらの各マー
カを結ぶ直線から外れた位置において、上記各マーカの
配置面とは異なる面に配置された１個のマーカと、上記
各マーカに対向する位置に配置されて、これらの各マー
カを撮像する視覚入力装置とを備えて、該視覚入力装置
が出力するマーカ像に基づいて、計算機に上記対象物の
位置や姿勢の算出を行わせるようにしたものである。

【００２９】請求項４の発明に係る視覚センサ装置は、
対象物上に鏡面反射するマーカを配置すると共に、視覚
入力装置の周辺に複数個の光源からなるイルミネータを
配置し、例えば対象物と視覚入力装置の相対距離が小さ
い領域では、視覚入力装置の光軸に近い光源だけを点灯
し、相対距離が大きくなるにつれてしだいに視覚入力装
置の光軸から離れた光源も点灯するようにして、マーカ
に反射したイルミネータの像の大きさを変化させるよう
にしたものである。

【００３０】請求項５の発明に係る視覚センサ装置は、
対象物上にマーカとしてコーナーキューブリフレクタを
配置し、コーナーキューブリフレクタの入射面の半径ま
たは入射面を多角形に加工してある場合にはその外接円
の半径をｒ、使用条件下にてコーナーキューブリフレク
タの入射面の法線とイルミネータから照射されてコーナ
ーキューブリフレクタに入射する光とのなす角度の最大
値をθ、コーナーキューブリフレクタの屈折率をｎ、コ
ーナーキューブリフレクタの入射面に垂直な方向の長さ
をｈとした場合、

【数１】を満たすようにしたものである。

【００３１】請求項６の発明に係る視覚センサ装置は、
コーナーキューブリフレクタの反射面の外周に近い部分
での光の反射を抑えたものである。

【００３２】請求項７の発明に係る視覚センサ装置は、
コーナーキューブリフレクタの反射面の有効反射領域の
半径をＲ、コーナーキューブリフレクタの入射面に垂直
な方向の長さをｈ、この装置の使用条件の中でコーナー
キューブリフレクタの入射面の法線とイルミネータから
照射してコーナーキューブリフレクタに入射する光との
なす角度の最大値をθ、コーナーキューブリフレクタの
屈折率をｎとした場合、コーナーキューブリフレクタの
反射面の外周に近い部分での光の反射を抑えて有効反射
領域を狭めることで、

【数２】を満たすようにしたものである。

【００３３】請求項８の発明に係る視覚センサ装置は、
マーカ周辺の対象物の表面の法線とイルミネータから照
射してマーカに入射する光とのなす角度を大きくしたも
のである。

【００３４】請求項９の発明に係る視覚センサ装置は、
マーカの周辺の対象物の表面を三角波状に加工したもの
である。

【００３５】

【作用】請求項１の発明における計算機は、対象物まで
の距離が小さい時には、各視覚入力装置の前方に配置し
たマーカを用いて計測し、対象物までの距離が大きい時
には、各々の視覚入力装置前方のマーカと、これに互い
に近接した視覚入力装置前方の他のマーカとを合わせて
用いて計測することにより、対象物までの距離が変化し
た時にも、マーカの配置面積を大きくすることなく、高
い計測精度を維持しながら、冗長な視覚センサ装置を構
成可能にする。

【００３６】請求項２の発明における計算機は、２個目
からのマーカ捜索では、予測されたマーカの出現位置
と、最初の捜索で得たマーカの出現位置との情報から、
小さい捜索領域を設定して、対象物の位置や姿勢を高速
に算出可能にする。

【００３７】請求項３の発明における対象物上の３個の
マーカは、視覚入力装置の長方形の視野を有効に利用
し、視覚入力装置から見て｀く´の字に配置させること
により、とびだしたマーカと後方の他のマーカで作られ
る空間を広くし、高い測定精度が得られるようにし、ま
た、とびだしたマーカと後方の他のマーカの平面的な間
隔を広くすることで、後方のマーカがとびだしたマーカ
の影になる可能性を低減させると共に、計算機による位
置や姿勢の算出結果を信頼性の高いものとする。

【００３８】請求項４の発明におけるイルミネータは、
相対距離が小さい領域では視覚入力装置の光軸に近い光
源だけを点灯し、イルミネータから照射した光が作る像
の面積を小さく保つことで、この像を抽出する処理を簡
単化して、処理速度を短くする。また、相対距離が大き
くなるとそのままではしだいに像が小さくなるとともに
光量が減少するが、視覚入力装置の光軸から離れた光源
も点灯することによって、イルミネータから照射した光
が作る像の面積を大きく維持するとともに光量を増し、
ノイズとの識別を容易にする。

【００３９】請求項５の発明におけるコーナーキューブ
リフレクタは、通常のものよりも入射面に垂直な方向に
長くしたことにより、通常のコーナーキューブリフレク
タでは斜めから入射した外乱光がほとんど減衰すること
なく視覚入力装置の方へ反射することがあったが、この
ような外乱光を反射率を小さくした側面に当てて減衰さ
せるようにしたものである。これによって、コーナーキ
ューブリフレクタに照射した外乱光のうち視覚入力装置
の方へ反射する光は減衰して計測に問題とならない強度
となる。

【００４０】請求項６と請求項７の発明におけるコーナ
ーキューブリフレクタは、反射面の周辺部での光の反射
を抑えてあるので、通常のコーナーキューブリフレクタ
では斜めから入射した外乱光がほとんど減衰することな
く視覚入力装置の方へ反射することがあったが、このよ
うな外乱光を反射を抑えた面にあてて減衰させるように
したものである。これによって、コーナーキューブリフ
レクタに照射した外乱光のうち視覚入力装置の方へ反射
する光は減衰して計測に問題とならない強度となる。

【００４１】請求項８の発明における対象物は、マーカ
周辺の対象物の表面の法線とイルミネータから照射して
マーカに入射する光とのなす角度を大きくしたので、強
力な太陽光などが照射してもマーカ周辺にあった光は視
覚入力装置以外の方向へ反射するため、視覚入力装置か
ら見るとマーカ周辺部は暗く観測されるようにしたもの
で、マーカ像とその周辺部との間に大きなコントラスト
が得られ安定してマーカ像の抽出が行える。

【００４２】請求項９の発明における対象物は、マーカ
の周辺の表面を三角波状に加工しているので、強力な太
陽光などが照射しても三角波状に加工した面で反射した
光は視覚入力装置以外の方向へ反射したり減衰したりす
るために、視覚入力装置から見るとマーカ周辺部は暗く
観測される。このため、マーカ像とその周辺部との間に
大きなコントラストが得られ、安定してマーカ像の抽出
が行える。

【００４３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は請求項１の発明の一実施例による視覚セン
サ装置を示す図であり、図１において、１は対象物、２
Ａ，２Ｄは対象物１上あるいはその近辺に置かれるマー
カ、３Ａ，３Ｂは対象物１から離れて置かれるマーカ２
Ｂ，２Ｅを支持する支持器、４Ａ，４Ｂはマーカ２Ａ，
２Ｂ，２Ｄ，２Ｅを撮像するＣＣＤカメラ等の視覚入力
装置、５Ａ，５Ｂは視覚入力装置が出力する画像に基づ
いて対象物１の位置や姿勢を算出する計算機（算出装
置）、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは視覚入力装置４Ａ，４
Ｂの視野を示している。

【００４４】また、視覚入力装置４Ａ，４Ｂの前方には
対象物１までの距離が小さい時に用いるマーカセットの
みを配置し、対象物１までの距離が大きい時にはお互い
のマーカを共有することで、従来距離が大きくなった時
の精度の劣化を防ぐために追加していたマーカをなく
し、マーカの個数を削減し、配置面積を小さくしたもの
である。

【００４５】次に動作について説明する。まず、対象物
１までの距離が小さい時には、視覚入力装置４Ａは、対
象物１上のマーカ２Ａ，２Ｂを撮像し、計算機５Ａは撮
像された画像上のマーカ２Ａ，２Ｂのデータから対象物
１の位置や姿勢を算出する。同様に、視覚入力装置４Ｂ
は、対象物１上のマーカ２Ｄ，２Ｅを撮像し、計算機５
Ｂは撮像された画像上のマーカ２Ｄ，２Ｅのデータから
対象物１の位置や姿勢を算出する。

【００４６】これに対して、対象物１までの距離が大き
い時には、視覚入力装置４Ａは対象物１上のマーカ２
Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅを撮像し、計算機５Ａは撮像され
た画像上のマーカ２Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅのデータから
対象物１の位置や姿勢を算出する。同様に、視覚入力装
置４Ｂは対象物１上のマーカ２Ａ，２Ｂ，２Ｄ，２Ｅを
撮像し計算機５Ｂは撮像された画像上のマーカ２Ａ，２
Ｂ，２Ｄ，２Ｅのデータから対象物１の位置や姿勢を算
出する。すなわち、この実施例では対象物１までの距離
が大きいときに、精度の劣化を抑えるためにマーカを追
加することはしないが、近接した各視覚入力装置４Ａ，
４Ｂ用に配置されたマーカを共有することで、精度を落
とすことなく上記位置などの計測が行える。

【００４７】なお、上記実施例では冗長構成のために２
台の視覚センサを搭載する場合を示したが、３台以上搭
載してもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。

【００４８】また、上記実施例では対象物１までの距離
が小さい時には近接した視覚入力装置４Ａ，４Ｂ同士で
のマーカの共有はしないが、対象物１までの距離が小さ
い時にも隣り合った視覚センサでマーカを共有すること
により、さらにマーカ個数の削減、配置面積の縮小を図
ることができる。

【００４９】実施例２．図２は請求項２の発明の一実施
例を示し、図において、１は対象物１、２はこの対象物
１上に置かれた複数のマーカ、４はマーカ２を撮像する
ＣＣＤカメラなどの視覚入力装置、５は計算機である。
また、図３において、１０は視覚入力装置４により得ら
れる入力画像、１１は最初に発見しょうと試みるマーカ
像、１４はその他のマーカ像、１５はマーカ像１１を発
見するために設定した捜索領域、１６はマーカ像１４を
発見するために設定した捜索領域である。

【００５０】次に動作について説明する。まず、視覚入
力装置４は対象物１上のマーカ２を撮像し、計算機５は
入力した画像を処理して、対象物１の位置や姿勢を算出
する。画像の処理は以下のように行う。

【００５１】まず、以前の計測結果からマーカ像１１の
出現位置を予測し、その周辺に大きな捜索領域１５を設
定する。最初の計測の時には、事前の情報が無く、出現
位置を予測することができないため、オペレータが出現
位置を指示したり、特殊な方法によるマーカ像１１の捜
索を行うことになる。

【００５２】また、捜索領域の大きさは、対象物１の最
大速度の運動に追従できるように設定する。従って、隣
のマーカ像１４がその設定領域に含まれる可能性があ
る。設定領域を捜索し、マーカ像を発見した時、２個以
上のマーカ像１１、１４が検出された場合には、予測さ
れるマーカ像の出現順序と比較して、対象とするマーカ
像１１を決定する。

【００５３】マーカ像１１が発見されれば、予測したマ
ーカ像１１の位置と実際の位置との差を求め、マーカ像
１１以外のマーカ像１４の出現予測位置にこの差を足し
合わせることで出現予測位置を修正する。これによっ
て、出現位置の予測精度が高まるため、修正した予測位
置周辺に小さな捜索領域１６を設定するだけで、マーカ
像１４を発見できる。

【００５４】こうして、すべてのマーカ像１１、１４が
検出されれば、それらの画像中の出現位置から対象物の
位置や姿勢を算出する。

【００５５】実施例３．図４は請求項３の発明の一実施
例を示す。図において、２Ａは視覚入力装置４の視野に
相似な長方形１７の互いに向かい合う２つの頂点上に配
された２個のマーカ、２Ｂは長方形の中心からずれた位
置で、上方にとびだしたマーカ、１７は仮想的に想定さ
れた上記長方形、３はマーカ２Ｂの支持器、４は視覚入
力装置、５は計算機、６は視覚入力装置の視野である。

【００５６】次に動作について説明する。まず、視覚入
力装置４は従来の場合と同様に、対象物１のマーカ２
Ａ，２Ｂを撮像し、計算機５は撮像された画像中のマー
カ２Ａ，２Ｂのマーカ像位置から対象物１の位置や姿勢
を算出する。

【００５７】ここで、対象物１上の適当な位置に、視覚
入力装置４の視野に相似で、対象物１が測定条件中の任
意の位置、姿勢をとっても視野からはみださない長方形
１７を想定する。そして、その長方形１７の向かい合う
頂点上に２個のマーカ２Ａを配置する。次に、長方形の
中心から上記２個のマーカ２Ａを結ぶ直線としての対角
線１８に垂直で長方形の中心を通る直線１９上で、しか
も長方形１７の中心からずれた位置から上方にとびだし
た位置に、１個のマーカ２Ｂを配置し、このマーカ２Ｂ
を支持器３で支持する。

【００５８】こうすることにより、視覚入力装置４の方
向から見た場合、マーカ２Ｂは２個のマーカ２Ａを結ぶ
直線からずれた位置にあるため、マーカ２Ｂが各マーカ
２Ａを結ぶ直線上にある場合に比べて、マーカ２Ａとマ
ーカ２Ｂによって作られる空間が広くなる。また、マー
カ２Ａとマーカ２Ｂの平面的な距離も大きくなる。さら
に、マーカ２Ｂによってマーカ２Ａが隠されるのを防止
できる。

【００５９】なお、上記実施例ではマーカ２Ａ，２Ｂが
合わせて３個だけの場合を示したが対象物１までの距離
が大きい場合の計測にも合わせて用いられるように、マ
ーカ２Ａ，マーカ２Ｂの周囲の他にマーカを配置し、対
象物１までの距離が小さい時にはマーカ２Ａとマーカ２
Ｂだけを用いて計測するが、距離が大きい時には追加し
たマーカも合わせて計測に用いることで測定精度を高め
ることができる。

【００６０】また、上記実施例ではマーカ２Ｂは直線１
９上としたが、視覚入力装置４の視野の形状に合わせて
位置をずらせることもできる。

【００６１】実施例４．図５は請求項４の発明の一実施
例の全体構成図、図６は同実施例におけるイルミネータ
の正面図である。図において、１は対象物、２は対象物
１に取り付けた鏡面反射するマーカ、３は視覚入力装
置、２５は視覚入力装置４に取り付けたイルミネータ、
２５ａ，２５ｂ，２５ｃはイルミネータ２５を構成する
光源で、２５ａは３重に配置した中で最も内側の光源、
２５ｂは３重に配置した中で中央の光源、２５ｃは３重
に配置した中で最も外側の光源、２４はイルミネータ２
５の中央にあけた穴で視覚入力装置４に光を通すもの、
５は視覚入力装置４が出力する画像を処理して対象物１
の位置や姿勢を算出する計算機を示す。

【００６２】図７は視覚入力装置４の光軸の周囲に多重
に配置した光源２５ａ，２５ｂ，２５ｃのうち、２５ａ
と２５ｂだけを点灯した場合と２５ａ，２５ｂ，２５ｃ
をすべて点灯した場合について、相対距離を変化させて
視覚入力装置４の１個の受光素子に集光する光エネルギ
ーを測定した結果を示す。

【００６３】次に動作について説明する。まず、イルミ
ネータ２５の光源２５ａ，２５ｂ，２５ｃを点灯する
と、この光は対象物１に取り付けたマーカ２で反射し、
イルミネータ２５の中央にあけた穴２４を通って、視覚
入力装置４に到達する。マーカ２では、鏡面反射するた
め、イルミネータ２５の光源の形状がそのまま視覚入力
装置４に捉えられる。すなわち、マーカ２のある位置
に、穴８に対応する中央部分が暗くなったドーナツ状の
像が作られる。対象物１上に複数のマーカ２を配置して
おけば、ドーナツ状の像がマーカ２の個数だけ得られ、
これらの像の位置から対象物１の位置と姿勢が算出でき
る。

【００６４】動作を開始するときには、３重に配置した
光源２５ａ，２５ｂ，２５ｃをすべて点灯して画像を入
力し、得られた画像から対象物１の位置と姿勢を算出す
る。次回からは、前回の計測で得られた位置に対応し
て、相対距離が小さければ一番内側の光源２５ａのみ点
灯して画像を入力することで、像の大きさを小さく抑
え、画像の中からこの像を抽出する処理の負荷を低減
し、高速な処理を実現する。相対距離が中くらいと判断
された場合には、最も内側と真ん中の光源２５ａ，２５
ｂを点灯して画像を入力し計測処理を行う。このように
することで適切な像の大きさと光量を得る。また、相対
距離が大きいと判断された場合には、３重の光源２５
ａ，２５ｂ，２５ｃをすべて点灯して画像を入力するこ
とで、像をできるだけ大きくするとともに光量を増すこ
とで、ノイズとの識別を確実なものにする。

【００６５】図７には、内側から２重の光源２５ａ，２
５ｂを点灯した場合と、３重の光源２５ａ，２５ｂ，２
５ｃをすべて点灯した場合の、各相対距離で視覚入力装
置４の１個の受光素子に集光する光量（エネルギー）を
測定した結果を示す。図中、□で示したものが光源２５
ａ，２５ｂ，２５ｃをすべて点灯した場合で、○で示し
たものが光源２５ａと２５ｂだけ点灯した場合である。
傾向として、ある一定の距離までは急激に減少するが、
その距離を越えるとほぼ一定となり、やがてまた減少し
はじめる。これは、距離が近い領域では１個の受光素子
には１個の光源から出た光だけが集光するためほぼ距離
の２乗に反比例して減少し、ある距離を越えると多数配
置した隣の光源の光が１個の受光素子に集光するように
なるため、１個の光源から来る光は距離の２乗に反比例
して減少するが、距離の２乗に比例した個数の光源から
出た光が１個の受光素子に集光するため、トータルした
光量は低下しなくなる。光源の個数は有限であるから、
やがてまた光量は減少しはじめる。すなわち、点灯する
光源の個数を距離の２乗に比例して増やしていけば、遠
方まである一定の光量を維持できる。

【００６６】図７の例でも、ほぼこの傾向が認められ
る、距離が約４ｍまでは光量が急激に減少するが、その
後はほとんど変化せず、光源２５ａと２５ｂを点灯した
場合では約１０ｍから再び減少しはじめ、光源２５ａと
２５ｂと２５ｃを点灯した場合では、約１２ｍから再び
減少しはじめる。個々の光源の出力を大きくすることに
は限界があるが、出力は同じままで個数を増やすことで
遠方での光量の低下を抑えることが可能である。ただ
し、距離が近い位置で多数の光源を点灯すると、マーカ
の像の大きさが大きくなって処理時間が増加するので、
この発明のように距離に応じて点灯する光源の個数を増
減する必要がある。

【００６７】実施例５．図８は請求項５の発明の一実施
例を示す図、図９（ａ）はコーナーキューブリフレクタ
における通常の反射特性を示す斜視図、図９（ｂ）はコ
ーナーキューブリフレクタの反射特性を等価的に２次元
で表現した説明図、図１０（ａ）はコーナーキューブリ
フレクタにおいて入射光と平行でない反射光が発生する
例を示す図、図１０（ｂ）は本実施例による効果（入射
光と平行でない反射光を減衰させる原理）の説明図、図
１１は入射光と平行でない反射光を減衰させるための条
件式の導出に用いる説明図、図１２は本実施例に用いた
コーナーキューブリフレクタの入射面に垂直な方向の長
さを示す表図である。

【００６８】図において、３０はコーナーキューブリフ
レクタ、３１，３２，３３はコーナーキューブリフレク
タの各面を示し、３１は入射面、３２は反射面、３３は
反射を抑える加工を施した側面を示す。その他、図１と
同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を
省略する。

【００６９】視覚センサ装置全体の構成は実施例１とほ
ぼ同様であるが、マーカをコーナーキューブリフレクタ
に限定した点が実施例１と異なる。コーナーキューブリ
フレクタ３０に入射した光は、通常は図９（ａ）に示す
ように異なる３つの反射面３２で反射して再び入射面３
１から外部に出る。この時、入射光と反射光は平行にな
る。図９（ａ）に示した反射特性は、等価的に図９
（ｂ）のように２次元的に扱うことができる。

【００７０】図９は通常のコーナーキューブリフレクタ
の反射特性を示したが、図１０（ａ）に示すように、斜
め方向から入射した光は入射光と平行でない方向に反射
することがある。斜め方向からコーナーキューブリフレ
クタ３０に入射した光は反射面３２で反射した後、他の
反射面に至らずに入射面３１に到達する。この光は入射
面の法線方向との間の角度が大きいので、その一部また
は全部が、入射面３１から外に出ることなく、コーナー
キューブリフレクタ３０の内部に向かって反射する。そ
の後、図１０（ａ）に示すように反射を繰り返し、やが
て入射面３１から外に出る。結果的に、入射方向と反射
方向が平行でない光を生じる。すなわち、コーナーキュ
ーブリフレクタ３０に太陽光等が照射していると、その
光がコーナーキューブリフレクタ部分で反射して視覚入
力装置４に入力されてしまう場合が生じる。そこで、図
１０（ｂ）に示す本実施例のようにコーナーキューブリ
フレクタ３０の側面３３を長くしておくと、入射面３１
でコーナーキューブリフレクタ３０の内部に向かって反
射する光があっても、この光は側面３３に当たって減衰
する。したがって、この光が外部に出ても計測に支障の
ない強度となる。

【００７１】図１１は、入射光に平行でない反射光が生
じるクリティカルな状態を示しており、この図の状態よ
りもコーナーキューブリフレクタ３０の入射面３１に垂
直な方向の長さｈが少しでも小さい場合は、入射光に平
行でない強力な反射光が生じる。この図の場合につい
て、幾何学的な方程式を解くことによって、入射光に平
行でない強力な反射光を生じさせない条件として、

【数１】が導かれる。ここで、θはこの装置の使用条件
の中でコーナーキューブリフレクタ３０の入射面の法線
とイルミネータから出てコーナーキューブリフレクタ３
０に入射する光とのなす角度の最大値、ｒは入射面３１
が円の場合にはその半径、入射面３１を多角形に加工し
てある場合にはその外接円の半径、ｎはコーナーキュー
ブリフレクタ３０の屈折率である。また、図１２にはこ
の請求項５の発明を用いた場合のｈとｒの比を示す。併
せて、コーナーキューブリフレクタを構成するための最
小のｈとｒの比も示す。装置の使用条件からθが決まる
と、ｈとｒの比に関する条件が求められる。θが大きな
場合まで装置を用いようとする程ｈを大きくしなければ
ならない。

【００７２】実施例６．次に、請求項６と請求項７の発
明の一実施例を図について説明する。図１３は本実施例
の効果として、入射光と平行でない反射光が減衰する原
理を示した説明図、図１４は請求項６の発明における入
射光と平行でない反射光を減衰させるための条件式の導
出を説明する説明図、図１５は本発明を適用することに
よってコーナーキューブリフレクタ３０の反射特性を低
下させないことを説明する説明図である。図において、
３４はコーナーキューブリフレクタ３０の反射面３２の
中で反射を抑える領域、３６ａ，３６ｂ，３６ｃはコー
ナーキューブリフレクタ３０に入射し反射する光束の太
さ、３９は反射面３２の頂点を示し、その他、上記実施
例と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説
明を省略する。

【００７３】実施例５では、側面を長くすることで外乱
光を減衰させたのに対し、この例ではコーナーキューブ
リフレクタ３０の反射面３２の一部の領域３４の反射を
抑えることで、同様な効果を得るようにしている。装置
の全体の構成は図８に示した実施例５の装置と同様であ
る。コーナーキューブリフレクタ３０に対してある方向
から入射した光で、反射面３２で反射した後、入射面３
１でコーナーキューブリフレクタ３０の内部に向かって
反射する光が存在しても、その光は反射面３２の中で反
射を抑えた領域３４に当たって減衰し、外部に出ても計
測に支障のない強度となる。

【００７４】図１４は、入射光に平行でない反射光が生
じるクリティカルな状態を示しており、反射面３２の反
射を抑える領域３４がこの図の状態よりも少しでも小さ
いと入射光に平行でない強力な反射光が生じてしまう。
この図の場合について、幾何学的な方程式を解くことに
よって、入射光に平行でない強力な反射光を生じさせな
い条件として、

【数２】が導かれる。ここで、θはこの装置の使用条件
の中でコーナーキューブリフレクタ３０の入射面の法線
とイルミネータから照射してコーナーキューブリフレク
タに入射する光とのなす角度の最大値、Ｒは反射面３２
の有効反射部分（領域３４を除いた領域）の半径、ｈは
入射面３１に垂直な方向の厚さ、ｎはコーナーキューブ
リフレクタ３０の屈折率である。

【００７５】図１５において、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ
はコーナーキューブリフレクタ３０に入射し反射してい
く光束の太さを示し、反射面３２の頂点３９を通る光束
に対して両側で同じ太さを持つ。装置の使用条件全体に
わたって安定して計測をするためには、常に一定太さ以
上の光束が確保されていなければならない。図１５
（ａ）に示すように入射面３１に垂直な方向から入射す
る場合には、この発明を用いた場合の光束３６ａと用い
ない場合の光束３６ｂとを比べると、光束３６ａの方が
細くなっているが、もともと余裕のある光束の太さが確
保されており、特に問題はない。これに対し、図１５
（ｂ）に示すように入射面３１に対して斜めから入射す
る場合には、垂直な方向から入射する場合に比べて、光
束の太さが減少するため、これ以上光束の太さが減少す
ることは避ける必要があるが、この場合には、図からわ
かるように本発明を用いても、用いなくても光束の太さ
は変わらず、問題はない。

【００７６】実施例７．図１６は請求項８の発明の一実
施例を示す。図において、３７は面の法線方向とイルミ
ネータ２５が照射する光の方向とのなす角度が大きくな
るように傾きをもたせたマーカ２周辺の領域を示し、そ
の他、図５と同一の構成要素には同一符号を付して重複
する説明を省略する。

【００７７】次に動作について説明する。まず、光源２
５ａ．２５ｂ，２５ｃを点灯し、その光が対象物１上の
マーカ２で反射して返ってきた光を視覚入力装置４で撮
像し、この画像を計算機５で処理して対象物１の位置や
姿勢を計測する。対象物１に太陽光等の強力な外乱光が
照射している場合、面３７に傾きをもたせているため面
３７に当たった光が直接視覚入力装置４の方向へ反射す
ることはない。また、数回の反射の後に視覚入力装置４
の方向へ反射する光が存在する場合が考えられるが、こ
の光は反射する毎に減衰し、計測に支障のない強さとな
る。結果として、視覚入力装置４から見ると、イルミネ
ータ２５から照射された光によってマーカ２は明るく観
測されるが、その周辺部分は暗く観測される。従って、
マーカ２と、その周辺部との像のコントラストが大きく
なり、安定してマーカ像を抽出できる。面３７のように
傾きをもたせていない対象物１の表面部分は、外乱光の
照射する方向によっては非常に明るく観測されるが、マ
ーカ像から大きく離れているため画像処理によって容易
に除去できるので問題ない。

【００７８】なお、上記実施例ではマーカ周辺を円錐面
状にすることで傾きをもたせたが、傾きの大きい平面と
しても同様な効果を得ることができる。

【００７９】実施例８．図１７は請求項９の発明の一実
施例を示し、図１８はその作用を説明するための説明図
である。図において、３８はマーカの周辺で表面の反射
率を制限する塗装を施した上にその形状を三角波状とし
た領域を示し、その他、図５と同一の構成要素には同一
符号を付して重複する説明を省略する。

【００８０】次に動作について説明する。まず、光源２
５ａ，２５ｂ，２５ｃを点灯し、その光が対象物１上の
マーカ２で反射して返ってきた光を視覚入力装置４で撮
像し、この画像を計算機５で処理して対象物１の位置や
姿勢を計測する。対象物１に太陽光等の強力な外乱光が
照射している場合、図１８（ａ）に示すように三角波状
の面３８に横方向から照射しているときには、その光は
視覚入力装置４から大きくそれた方向に反射し、図１８
（ｂ）に示すように三角波状の面３８に垂直に近い方向
から照射している時には、その光は三角波状の面３８で
繰り返し反射することで減衰される。この２つの効果に
より、マーカ２の周辺では視覚入力装置４の方向へ反射
する光を非常に弱く抑え、計測に支障をきたさないよう
にする。

【００８１】なお、上記実施例では横に長い山形を並べ
た形としたが、角錐状のものを一面に敷き詰めた構成と
しても同様の効果を得ることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば
対象物上に近接して配置された複数組のマーカと、該マ
ーカに対向する位置に配置されて、各組のマーカを撮像
する複数の視覚入力装置とを備えて、計算機に、上記対
象物までの距離が小さい領域では、各視覚入力装置に対
向するマーカのマーカ像のみから上記位置や姿勢を算出
させ、上記対象物までの距離が大きい領域では、各視覚
入力装置に対向するマーカおよびこれに隣接する他のマ
ーカの各マーカ像に基づき、上記位置や姿勢を算出させ
るように構成したので、対象物までの距離が変化したと
きにも、マーカの配置面積を大きくすることなく、高精
度に、冗長な視覚センサ装置を構成できるものが得られ
る効果がある。

【００８３】請求項２の発明によれば対象物上に近接し
て配置された複数のマーカと、該マーカに対向する位置
に配置されて、これらのマーカを撮像する視覚入力装置
とを備えて、計算機に、最初のマーカの捜索過程では出
現位置が予測されたマーカ像の周辺に大きな捜索領域を
設定して捜索を行わせ、一方、２個目のマーカ像から
は、上記予測されたマーカ像の出現位置と最初の捜索で
得られたマーカ像の出現位置との情報から、小さい捜索
領域の設定で捜索を行わせて、対象物の位置や姿勢を算
出させるように構成したので、対象物の運動が急変した
場合でも、処理の複雑さを増すことなく、その対象物の
位置や姿勢を高速に計測できるものが得られる効果があ
る。

【００８４】請求項３の発明によれば対象物上に配置さ
れた２個のマーカと、これらの各マーカを結ぶ直線から
外れた位置において、上記各マーカの配置面とは異なる
面に配置された１個のマーカと、上記各マーカに対向す
る位置に配置されて、これらの各マーカを撮像する視覚
入力装置とを備えて、該視覚入力装置が出力するマーカ
像に基づいて、計算機に上記対象物の位置や姿勢の算出
を行わせるように構成したので、マーカ個数を最小にし
て、できるだけ高い測定精度を得るとともに、前方にと
びだしたマーカによって後方のマーカが隠されるのを防
止しながら、位置や姿勢の測定結果として信頼性の高い
ものが得られる効果がある。

【００８５】請求項４の発明によれば対象物上に鏡面反
射するマーカを配置すると共に、視覚入力装置の周辺に
複数個の光源からなるイルミネータを配置し、対象物ま
での距離に応じて、イルミネータの光源の点灯個数を変
えることによって、マーカからのイルミネータの反射像
の大きさを変化させるようにしているので、簡単な構成
で、計測処理時間を短く維持したまま、近傍から遠方ま
で計測できるという効果がある。

【００８６】請求項５の発明によればコーナーキューブ
リフレクタを所定の条件を満足するよう構成すること
で、コーナーキューブリフレクタで反射して視覚入力装
置に向かう外乱光を減衰させることができるので、太陽
光等の強力な外乱光が照射する状況下でも安定して計測
できるという効果がある。

【００８７】請求項６の発明によればコーナーキューブ
リフレクタの反射面の外周付近の反射を抑える手段を設
けことで、コーナーキューブリフレクタで反射して視覚
入力装置に向かう外乱光を減衰させることができるの
で、太陽光等の強力な外乱光が照射する状況下でも安定
して計測できるという効果がある。

【００８８】請求項７の発明によればコーナーキューブ
リフレクタを所定の条件を満足するよう構成すること
で、コーナーキューブリフレクタで反射して視覚入力装
置に向かう外乱光を減衰させることができるので、太陽
光等の強力な外乱光が照射する状況下でも安定して計測
できるという効果がある。

【００８９】請求項８の発明によればマーカ周辺の対象
物表面に傾斜を持たせるという簡単な構成でマーカの周
辺部分から視覚入力装置の方へ反射する光を減少させら
れるので、太陽光などの強力な外乱光が照射する状況下
でも安定して計測できるという効果がある。

【００９０】請求項９の発明によればマーカ周辺の対象
物表面を三角波状にするという簡単な構成でマーカの周
辺部分から視覚入力装置の方へ反射する光を減少させら
れるので、太陽光などの強力な外乱光が照射する状況下
でも安定して計測できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例による視覚センサ装
置を示す構成図である。

【図２】請求項２の発明の一実施例による視覚センサ装
置を示す構成図である。

【図３】図２の計算機に入力された入力画像の処理方法
を説明する説明図である。

【図４】請求項３の発明の一実施例による視覚センサ装
置を示す構成図である。

【図５】請求項４の発明の一実施例による視覚センサ装
置を示す構成図である。

【図６】図５のイルミネータの動作を説明するために示
す正面図である。

【図７】請求項４の発明の効果を確認する実験の結果を
示す説明図である。

【図８】請求項５の発明の一実施例による視覚センサ装
置を示す構成図である。

【図９】通常のコーナーキューブリフレクタの反射特性
を示す説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は２次元
に等価変換した場合の説明図である。

【図１０】請求項５の発明の作用を示す説明図であり、
（ａ）は通常のコーナーキューブリフレクタの反射特性
を示す図、（ｂ）はこの発明の実施例におけるコーナー
キューブリフレクタの反射特性を示す図である。

【図１１】請求項５の発明におけるコーナーキューブリ
フレクタの入射面に垂直な方向の長さに関する条件式の
導出を説明する説明図である。

【図１２】請求項５の発明を用いた場合のコーナーキュ
ーブリフレクタの入射面に垂直な方向の長さを示す説明
図である。

【図１３】請求項６と請求項７の発明の作用を示す説明
図である。

【図１４】請求項６の発明におけるコーナーキューブリ
フレクタの反射面の有効反射領域の半径に関する条件式
の導出を説明する説明図である。

【図１５】請求項６と請求項７の発明の動作を説明する
説明図である。

【図１６】請求項８の発明の一実施例による視覚センサ
装置を示す構成図である。

【図１７】請求項９の発明の一実施例による視覚センサ
装置を示す構成図である。

【図１８】請求項９の発明の効果を説明する説明図であ
る。

【図１９】図１に対応する従来の視覚センサ装置を示す
構成図である。

【図２０】図２に対応する従来の入力画像と対象物像と
の関係を示す説明図である。

【図２１】図４に対応する従来の視覚センサ装置を示す
構成図である。

【図２２】図５に対応する従来の視覚センサ装置を示す
構成図である。

【符号の説明】

１ 対象物 ２，２Ａ，２Ｂ，２Ｄ マーカ ４，４Ａ，４Ｂ 視覚入力装置 ５，５Ａ，５Ｂ 計算機 １１，１４ マーカ像 １５，１６ 捜索領域 １８ 対角線（直線） ２５ イルミネータ ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 光源 ３０ コーナーキューブリフレクタ ３１ コーナーキューブリフレクタの入射面 ３２ コーナーキューブリフレクタの反射面 ３４ 反射を抑える加工を施した領域（反射を抑える手
段） ３７ 大きな傾きをもたせた領域（マーカの周辺の対称
物の表面の法線とイルミネータの光源から出てマーカを
照らす光の入射方向とのなす角度を大きくした領域） ３８ 三角波状に加工した領域

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物上に近接して配置された複数組の
   マーカと、該マーカに対向する位置に配置されて、各組
   のマーカを撮像する複数の視覚入力装置とを備え、該視
   覚入力装置が出力するマーカ像に基づいて、上記対象物
   の位置や姿勢の算出を行えるようにした視覚センサ装置
   において、上記対象物までの距離が小さい領域では、各
   視覚入力装置に対向するマーカのマーカ像のみから上記
   位置や姿勢の算出を行い、上記対象物までの距離が大き
   い領域では、各視覚入力装置に対向するマーカおよびこ
   れに隣接する他のマーカの各マーカ像に基づき、上記位
   置や姿勢の算出を行う計算機を設けたことを特徴とする
   視覚センサ装置。
2. 【請求項２】 対象物上に近接して配置された複数のマ
   ーカと、該マーカに対向する位置に配置されて、これら
   のマーカを撮像する視覚入力装置とを備え、該視覚入力
   装置が出力するマーカ像に基づいて、上記対象物の位置
   や姿勢の算出を行えるようにする視覚センサ装置におい
   て、最初のマーカの捜索過程では出現位置が予測された
   マーカ像の周辺に大きな捜索領域を設定して捜索を行
   い、２個目のマーカ像からは、上記予測されたマーカ像
   の出現位置と最初の捜索で得られたマーカ像の出現位置
   との情報から、小さい捜索領域の設定で捜索を行って、
   対象物の位置や姿勢の算出を行う計算機を設けたことを
   特徴とする視覚センサ装置。
3. 【請求項３】 対象物上に配置された２個のマーカと、
   これらの各マーカを結ぶ直線から外れた位置において、
   上記各マーカの配置面とは異なる面に配置された１個の
   マーカと、上記各マーカに対向する位置に配置されて、
   これらの各マーカを撮像する視覚入力装置と、該視覚入
   力装置が出力するマーカ像に基づいて上記対象物の位置
   や姿勢の算出を行う計算機とを備えた視覚センサ装置。
4. 【請求項４】 対象物上に配置されて照射された光を鏡
   面反射するマーカと、該マーカに対向する位置に配置さ
   れた視覚入力装置と、該視覚入力装置の周辺に配置され
   た複数個の光源からなるイルミネータとを備え、上記視
   覚入力装置が出力する画像から上記対象物の位置や姿勢
   の算出を行えるようにする視覚センサ装置において、上
   記対象物までの距離に応じて、上記イルミネータの光源
   の点灯個数を変えることによって、マーカからのイルミ
   ネータの反射像の大きさを変化させる計算機を設けたこ
   とを特徴とする視覚センサ装置。
5. 【請求項５】 対象物上に配置されて照射された光を反
   射するコーナーキューブリフレクタを用いたマーカと、
   該マーカに対向する位置に配置された視覚入力装置と、
   該視覚入力装置の周辺に配置された光源からなるイルミ
   ネータと、上記視覚入力装置が出力する画像から上記対
   象物の位置や姿勢の算出を行う計算機とを備えた視覚セ
   ンサ装置において、上記コーナーキューブリフレクタの
   入射面が円の場合にはその半径、入射面が多角形に加工
   されている場合にはその外接円の半径をｒ、使用条件下
   にて上記コーナーキューブリフレクタの入射面の法線と
   上記イルミネータから照射されて該コーナーキューブリ
   フレクタに入射する光とのなす角度の最大値をθ、上記
   コーナーキューブリフレクタの屈折率をｎ、上記コーナ
   ーキューブリフレクタの入射面に垂直な方向の長さをｈ
   とした場合、 【数１】 を満たしたことを特徴とする視覚センサ装置。
6. 【請求項６】 対象物上に配置されて、照射された光を
   反射するコーナーキューブリフレクタを用いたマーカ
   と、該マーカに対向する位置に配置された視覚入力装置
   と、該視覚入力装置の周辺に配置されたマーカを照らす
   光源からなるイルミネータと、上記視覚入力装置が出力
   する画像から上記対象物の位置や姿勢を算出する計算機
   とを備えた視覚センサ装置において、上記コーナーキュ
   ーブリフレクタの反射面の外周付近の反射を抑える手段
   を設けたことを特徴とする視覚センサ装置。
7. 【請求項７】 対象物上に配置されて照射された光を反
   射するコーナーキューブリフレクタを用いたマーカと、
   該マーカに対向する位置に配置された視覚入力装置と、
   該視覚入力装置の周辺に配置されてマーカを照らす光源
   からなるイルミネータと、上記視覚入力装置が出力する
   画像から上記対象物の位置や姿勢を算出する計算機とを
   備えた視覚センサ装置において、上記コーナーキューブ
   リフレクタの反射面の有効反射領域の半径をＲ、上記コ
   ーナーキューブリフレクタの入射面に垂直な方向の長さ
   をｈ、使用条件下にて上記コーナーキューブリフレクタ
   の入射面の法線と上記イルミネータから照射されて該コ
   ーナーキューブリフレクタに入射する光とのなす角度の
   最大値をθ、上記コーナーキューブリフレクタの屈折率
   をｎとした場合、上記コーナーキューブリフレクタの反
   射面の外周付近の反射を抑えて有効反射領域を狭めるこ
   とで、 【数２】 を満たしたことを特徴とする視覚センサ装置。
8. 【請求項８】 対象物上に配置されたマーカと、該マー
   カに対向する位置に配置された視覚入力装置と、該視覚
   入力装置の周辺に配置されてマーカを照らす光源からな
   るイルミネータと、上記視覚入力装置が出力する画像か
   ら上記対象物の位置や姿勢を算出する計算機とを備えた
   視覚センサ装置において、上記マーカの周辺の対象物の
   表面の法線と上記イルミネータの光源から出てマーカを
   照らす光の入射方向とのなす角度を大きくしたことを特
   徴とする視覚センサ装置。
9. 【請求項９】 対象物上に配置されたマーカと、該マー
   カに対向する位置に配置された視覚入力装置と、該視覚
   入力装置の周辺に配置されてマーカを照らす光源からな
   るイルミネータと、上記視覚入力装置が出力する画像か
   ら上記対象物の位置や姿勢を算出する計算機とを備えた
   視覚センサ装置において、上記マーカの周辺の対象物の
   表面を三角波状としたことを特徴とする視覚センサ装
   置。