KR101078876B1

KR101078876B1 - 3차원 형상 측정 장치

Info

Publication number: KR101078876B1
Application number: KR1020090013496A
Authority: KR
Inventors: 박승한; 김경환; 김대근; 이규승
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2011-11-01
Anticipated expiration: 2029-02-18
Also published as: KR20100094184A

Abstract

3차원 형상 측정 장치가 개시되어 있다.

개시된 측정 장치는, 광원; 상기 광원으로부터 조사된 백색광을 제1경로로 진행하는 제1파장광, 제2경로로 진행하는 제2파장광, 및 제3경로로 진행하는 제3파장광으로 분리시키는 광 분리 유닛; 상기 제1파장광, 제2파장광, 제3파장광을 동일한 경로로 진행하도록 하는 다이크로익 프리즘; 상기 제1경로 상에 배치된 제1격자; 상기 제2경로 상에 배치된 제2격자; 상기 제3경로 상에 배치된 제3격자; 및 상기 다이크로익 프리즘을 통과한 광에 의해 피검체에 형성된 격자 무늬 영상을 촬영하는 영상 감지부를 포함하고, 상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자가 격자 주기가 같고, 상기 제2격자의 격자 배열이 상기 제1격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되고, 상기 제3격자의 격자 배열이 상기 제2격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되어 있다.

Description

3차원 형상 측정 장치{Apparatus for measuring three-dimensional shape}

본 발명은 피검체의 3차원 형상을 간단하고 신속하게 측정하는 장치에 관한 것이다.

모아레 간섭무늬를 이용한 3차원 형상측정 장치란 측정하고자 하는 물체(이하 피검체라고 함)의 표면에 일정한 형태를 가지는 빛을 조사하여 나타나는 격자무늬와 기준이 되는 격자무늬를 중첩시켜서 모아레 간섭무늬를 형성하고, 이 간섭무늬를 측정 및 해석하여 물체표면의 높이에 대한 정보를 얻는 장치를 말한다. 이와 같은 측정 방법은 피검체의 3차원 형상을 간단하고 빠르게 얻을 수 있으므로 의학, 산업 분야에서 널리 이용되고 있다. 여기서는 특히, 공간적 간섭무늬인 모아레 간섭무늬를 이용하는데, 모아레 무늬는 주기성을 가지는 공간적인 무늬들이 겹쳐졌을 때 나타나는 무늬로서 도 1은 모아레 간섭무늬의 발생 예를 보여준다.

이러한 모아레 간섭무늬를 이용하여 피검체의 3차원 형상을 측정하는 방식에는 크게 투영식과 그림자식이 있다. 그림자식은 렌즈를 사용하지 않고 피검체의 표면에 나타나는 격자무늬의 그림자로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피검체의 표면형상을 측정하는 방식이고, 투영식은 렌즈를 이용하여 피검체에 투영한 격자의 이미지로부터 생성된 모아레 무늬를 이용하여 피검체의 표면형상을 측정하는 방식이다.

도 2는 종래의 격자를 이용한 그림자식 위상천이 모아레 3차원 형상측정 장치를 나타낸 것이다. 이 측정 장치에서는, 광원(1)에서 나온 광이 격자(3)를 통과하여 피검체(p) 표면에 격자형태의 그림자가 생기거나 탈보(talbot)효과에 의해 격자형태의 이미지가 생기게 된다. 여기서 사용되는 격자(3)는 투과하는 빛의 세기를 변화시키는 기능을 한다. 상기 격자(3)의 그림자 이미지와 격자 자체의 무늬가 합성되어 모아레 무늬가 생기며, 이렇게 생성된 모아레 무늬를 그림자식 모아레라고 한다.(Vol.32, No. 7 Optical Engineering, 1668-1674, 1993) 이 모아레 무늬를 2차원 영상감지소자 배열을 이용하여 측정하는데, 이때 모아레 무늬의 위상을 계산하기 위해서는 위상 천이된 다수 개의 모아레 무늬가 필요하다.("Phase Shifting Intererometery, in Optical Shop Testing, D. Malacare, 2nd Ed. John Wiley & Sons Inc, New York, 1992)

위상 천이된 모아레 무늬를 얻기 위해 상기 격자(103)를 구동수단(D)에 의해 피검체(p)쪽을 향해 또는 피검체(p)로부터 멀어지는 방향으로 이동시킨다. 그러면, 상기 격자(3)의 이동에 따라 간섭무늬의 위상이 변하므로 3개 이상의 위상 천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있다. 이와 같이 상기 격자(3)를 이동시켜 생긴 위상 천이된 모아레 무늬는 결상 렌즈(5)에 의해 영상감지소자(10)에 맺힌다. 상기 영상감지소자(10)에 의해, 위상 천이된 모아레 무늬의 이미지 측정과 상기 격자(3)의 이동을 순차적으로 반복한다. 여기서 얻은 다수개의 위상 천이된 모아레 무늬를 이용하 여 이미 공지된 해석방법을 통해 물체의 3차원 형상정보를 얻을 수 있다.

그런데, 상기와 같은 3차원 형상 측정 장치는 모아레 무늬의 위상천이를 위해 격자를 기계적으로 이동시킬 수밖에 없다. 이러한 기계적 구동으로 인해 위상 천이 속도가 느리고, 속도 제어가 어려울 뿐만 아니라 격자 제작이 어렵고 제작비용이 많이 드는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 격자를 기계적으로 이동시킬 필요 없이 위상 천이가 가능한 3차원 형상 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는,

광원;

상기 광원으로부터 조사된 백색광을 제1경로로 진행하는 제1파장광, 제2경로로 진행하는 제2파장광, 및 제3경로로 진행하는 제3파장광으로 분리시키는 광 분리 유닛;

상기 제1파장광, 제2파장광, 제3파장광을 동일한 경로로 진행하도록 하는 다이크로익 프리즘;

상기 제1경로 상에 배치된 제1격자;

상기 제2경로 상에 배치된 제2격자;

상기 제3경로 상에 배치된 제3격자; 및

상기 다이크로익 프리즘을 통과한 광에 의해 피검체에 형성된 격자 무늬 영상을 촬영하는 영상 감지부를 포함하고,

상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자가 격자 주기가 같고, 상기 제2격자의 격자 배열이 상기 제1격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되고, 상기 제3격자의 격자 배 열이 상기 제2격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트된 3차원 형상 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 분리 유닛은,

상기 광원으로부터의 광 중 제1파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제1다이크로익 필터; 상기 제1다이크로익 필터를 투과한 광 중 제2파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제2다이크로익 필터; 및 상기 제2다이크로익 필터를 통과한 광 중 제3파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제3다이크로익 필터;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 다이크로익 프리즘과 피검체 사이에 적어도 하나의 렌즈가 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 영상 감지부는,

상기 제1파장광에 의한 영상을 촬영하는 제1 영상 감지 소자; 상기 제2파장광에 의한 영상을 촬영하는 제2 영상 감지 소자; 및 상기 제3파장광에 의한 영상을 촬영하는 제3 영상 감지 소자;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

제1파장광을 조사하는 제1광원;

제2파장광을 조사하는 제2광원;

제3파장광을 조사하는 제3광원;

상기 제1파장광과, 제2파장광과, 제3파장광을 동일한 광경로로 진행하도록 합성하는 광 합성 유닛;

상기 제1광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제1 격자;

상기 제2광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제2 격자;

상기 제3광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제3 격자; 및

상기 광 합성 유닛을 통과한 광에 의해 피검체에 형성된 격자 무늬 영상을 촬영하는 영상 감지부를 포함하고,

상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자가 격자 주기가 같고, 상기 제2격자의 격자 배열이 상기 제1격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되고, 상기 제3격자의 격자 배열이 상기 제2격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트된 3차원 형상 측정 장치를 제공한다.

상기 광 합성 유닛은, 상기 제1파장광을 투과시키고, 상기 제2파장광과 제3파장광을 반사시키는 제1다이크로익 필터; 상기 제2파장광을 반사시키고, 상기 제3파장광을 투과시키는 제2다이크로익 필터; 및 상기 제3파장광을 반사시키는 제3다이크로익 필터;를 포함한다.

상기 광 합성 유닛은, 제1 파장 광을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제1필터면과, 제3 파장 광을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제2필터면을 가지는 다이크로익 프리즘을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 위상 천이를 시키기 위해 격자를 기계적으로 이동시킬 필요가 없어 간편하게 3차원 형상을 측정할 수 있고, 기계적 조 작이 없으므로 정밀하게 3차원 형상을 측정할 수 있다. 또한, 위상 천이가 동시에 진행되기 때문에 신속하게 위상 천이 과정을 구현할 수 있어 촬영 속도가 현저히 빠를 뿐 아니라 제어가 용이한 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 격자 배열이 쉬프트된 복수 개의 격자를 이용하여 격자를 이동시킬 필요 없이 모아레 무늬의 위상천이를 구현한다. 격자를 통해 피검체(P)에 형성된 격자 무늬와 컴퓨터에 의해 생성된 가상 격자 무늬의 간섭에 의해 모아레 모늬가 생성된다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 중첩되지 않는 서로 다른 파장의 광을 이용하여 3차원 형상을 측정한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치는, 도 3을 참조하면 광원(50)과, 상기 광원(50)으로부터 조사된 광을 복수 개의 서로 다른 파장의 광으로 분리하는 광 분리 유닛(51), 상기 복수 개의 서로 다른 파장의 광이 동일한 광 경로로 진행하도록 합성해주는 광 합성 유닛(64)을 포함한다.

상기 광원(50)은 백색 광을 조사하는 광원으로, 상기 광 분리 유닛(51)에 의해 상기 백색 광이 복수 개의 파장 광으로 분리된다. 예를 들어, 상기 광 분리 유닛(51)은 상기 백색 광 중 제1 파장 광(L1)을 반사시키고, 나머지 파장 광을 투과시키는 제1 다이크로익 필터(52), 제2 파장 광(L2)을 반사시키고, 나머지 파장 광을 투과시키는 제2 다이크로익 필터(54), 및 제3 파장 광(L3)을 반사시키고, 나머 지 파장 광을 투과시키는 제3 다이크로익 필터(56)를 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 다이크로익 필터(52)(54)(56)는 상기 광원(50)으로부터 순서대로 배열될 수 있다. 한편, 상기 제3 다이크로익 필터(56)는 반사 미러로 대체 가능하다.

예를 들어, 상기 제1 다이크로익 필터(52)는 상기 광원(50)으로부터의 광 중 제1 파장 광(L1)을 반사시키고, 제2 파장 광(L2)과 제3 파장 광(L3)을 투과시킬 수 있다. 상기 제2 다이크로익 필터(54)는 상기 제1 다이크로익 필터(52)를 통과한 광 중 제2 파장 광(L2)을 반사시키고, 상기 제3 파장 광(L3)을 투과시킨다. 상기 제3 다이크로익 필터(56)는 제3 파장 광(L3)을 반사시킨다. 상기 제1 파장 광(L1)은 예를 들어 적색 광일 수 있으며, 제2 파장 광(L2)은 예를 들어 녹색 광일 수 있으며, 제3 파장 광(L3)은 예를 들어 청색 광일 수 있다. 도 4는 상기 광 분리 유닛(51)의 파장에 따른 투과율을 나타낸 것으로, 백색 광이 적색 광과, 녹색 광과, 청색 광으로 분리됨을 보여 준다.

상기 제1 내지 제3 다이크로익 필터(52)(54)(56)에 의해 서로 다른 광 경로로 진행하는 제1 내지 제3 파장 광(L1)(L2)(L3)은 상기 광 합성 유닛(64)에 의해 하나의 광 경로로 진행하도록 합성된다. 상기 광 합성 유닛(64)은 제1 파장 광(L1)을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제1필터면(64a)과, 제3 파장 광(L3)을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제2필터면(64b)을 가지는 다이크로익 프리즘으로 구성될 수 있다.

상기 제1 다이크로익 필터(52)와 상기 광 합성 유닛(64) 사이의 광 경로 상에는 제1 반사 미러(58)가, 상기 제3 다이크로익 필터(56)와 상기 광 합성 유 닛(64) 사이의 광 경로 상에는 제2 반사 미러(60)가 더 구비될 수 있다. 상기 제1 반사 미러(58)는 제1 파장 광의 광 경로를 변환시켜 제1 파장 광이 상기 광 합성 유닛(64)으로 향하도록 하며, 상기 제2 반사 미러(60)는 제3 파장 광의 광 경로를 변환시켜 제3 파장 광이 상기 광 합성 유닛(64)으로 향하도록 한다.

한편, 상기 제1 다이크로익 필터(52)와 상기 광 합성 유닛(64) 사이의 광 경로 상에 제1 격자(61)가, 제2 다이크로익 필터(54)와 상기 광 합성 유닛(64) 사이의 광 경로 상에 제2 격자(62)가, 상기 제3 다이크로익 필터(56)와 상기 광 합성 유닛(64) 사이의 광 경로 상에 제3 격자(63)가 구비된다. 상기 제1격자(61)를 통과한 제1 파장 광과, 상기 제2격자(62)를 통과한 제2 파장 광과, 상기 제3격자(63)를 통과한 제3 파장 광은 각각 피검체(P)에 격자 무늬를 생성한다.

도 5를 참조하면, 상기 제1격자(61), 제2격자(62) 및 제3격자(63)는 동일한 격자 주기(T)를 가지며, 상기 제2격자(62)는 그 격자 배열이 제1격자(61)에 대해 T/3만큼 쉬프트되어 있으며, 제3격자(63)는 그 격자 배열이 제2격자(62)에 대해 T/3만큼 쉬프트되어 있다. 상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자의 격자 배열의 쉬프트를 통해 위상 천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있다. 여기서는, 3 개의 위상 천이된 모아레 무늬를 얻는다. 상기 제1격자(61)를 통과한 제1 파장 광과 제2격자(62)를 통과한 제2 파장 광과, 제3격자(63)를 통과한 제 3파장 광은 광 합성 유닛(64)을 통해 합성되어 동일한 경로로 진행되며, 상기 피검체(P)에 동시에 제1, 제2 및 제3 격자 무늬를 생성한다.

상기 광 합성 유닛(64)과 피검체(P) 사이에 상기 광 합성 유닛(64)을 통과한 광을 피검체(P)에 집속시키기 위한 적어도 하나의 렌즈가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 합성 유닛(64)과 피검체(P) 사이에 제1렌즈(65)와 제2렌즈(67)가 더 구비될 수 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 격자 무늬는 영상 감지부(80)에 의해 촬영된다. 도 6은 영상 감지부(80)에 의해 촬영된 피검체의 영상을 보여준다.

상기 피검체(P)와 영상 감지부(80) 사이에는 적어도 하나의 렌즈가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 피검체(P)와 영상 감지부(80) 사이에 제3 및 제4 렌즈(70)(72)가 구비될 수 있다.

상기 제1격자(61), 제2격자(62) 및 제3격자(63)에 의해 피검체(P)에 형성된 제1, 제2 및 제3 격자 무늬는 서로 다른 파장에 의해 구분된다. 상기 영상 감지부(80)에 의해 촬영된 제1, 제2 및 제3 격자 무늬가 컴퓨터(90)에 입력되고, 컴퓨터(90)에서 생성된 가상 격자 무늬와 간섭을 일으킴으로써, 위상 천이된 제1, 제2, 및 제3 모아레 간섭 무늬를 얻을 수 있다.

상기 제1격자(61), 제2격자(62), 제3격자(63)에 의해 위상 천이된 모아레 무늬를 위상천이 알고리즘을 이용하여 처리함으로써 3차원 형상을 생성한다. 본 발명에서는 세 개의 위상 천이된 모아레 모늬에 3단계 위상천이 알고리즘(3-step phase shifting algorithm)을 적용하여 모아레 무늬에 해당하는 위상 맵을 구한다. 일반적으로 위상천이 알고리즘은 각 영상의 세기 분포로 표현되는 함수에 arc tangent를 취하여 위상을 구한다. arc tangent 함수의 특성상 생성되는 위상은 -π/2 ~ π/2의 영역이나 -π ~ π의 영역으로 한정되어 나타난다. 그러므로 위상천이 알고리 즘으로 구한 위상 맵은 불연속적인 부분을 가질 수밖에 없다. 이 단계에서 구한 위상 맵을 래핑된(wrapping) 위상 맵이라고 부르고, 이런 불연속적인 부분을 이어주는 과정을 언래핑(unwrapping) 과정이라고 한다.

그리고, 언래핑(unwrapping) 프로세스를 통하여 위상 맵에 모아레 무늬의 파장을 곱하면, 위상은 피검체(P)의 높이로 복원된다. 그럼으로써, 피검체의 3차원 형상이 측정된다. 이러한 3차원 형상 측정 방법은 "Phase Shifting Intererometery, in Optical Shop Testing, D. Malacara, 2nd Ed. John Wiley & Sons Inc, New York 1992"에 개시되어 있다.

다음, 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치는 서로 다른 파장 광을 조사하는 복수 개의 광원을 구비한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 파장 광(L1)을 조사하는 제1광원(101), 제2 파장 광(L2)을 조사하는 제2광원(102), 제3 파장 광(L3)을 조사하는 제3광원(103)이 구비될 수 있다. 상기 제1 파장 광(L1), 제2 파장 광(L2), 제3 파장 광(L3)은 서로 다른 광 경로로 진행하다가 광 합성 유닛(108)에 의해 동일한 광 경로로 합성된다. 상기 광 합성 유닛(108)은 예를 들어, 상기 제1 파장 광(L1)을 투과하고, 다른 파장 광을 반사하는 제1 다이크로익 필터(110), 상기 제2 파장 광(L2)을 반사하고, 다른 파장 광을 투과하는 제2 다이크로익 필터(111), 및 제3 파장 광(L3)을 반사하고, 다른 파장 광을 투과하는 제3 다이크로익 필터(112)를 포함할 수 있다. 상기 제3 다이크로익 필터(112)는 반 사 미러로 대체될 수 있다. 상기 제1 광원(101)과 제1 다이크로익 필터(110) 사이의 광 경로 상에는 제1 격자(105)가, 상기 제2 광원(102)과 제2 다이크로익 필터(111) 사이의 광 경로 상에는 제2 격자(106)가, 상기 제3 광원(103)과 제3 다이크로익 필터(112) 사이의 광 경로 상에는 제3 격자(107)가 구비될 수 있다.

상기 제1, 제2 및 제3 격자(105)(106)(107)는 동일한 격자 주기를 가지며, 각 격자의 격자 배열이 주기/3 만큼 씩 쉬프트되어 있다. 상기 광 합성 유닛(108)에 의해 합성된 제1, 제2 및 제3 파장 광(L1)(L2)(L3)은 피검체(P)에 제1, 제2 및 제3 격자 무늬를 생성한다. 상기 제1, 제2 및 제3 격자 무늬는 영상 감지부(130)에 의해 촬영된다. 상기 영상 감지부(130)에서 촬영된 제1, 제2 및 제3 격자 무늬가 컴퓨터(140)에 입력되고, 제1, 제2, 및 제3 격자 무늬는 상기 컴퓨터(140)에서 생성된 가상의 격자 무늬와 간섭을 일으켜 제1, 제2 및 제3 모아레 간섭 무늬가 생성된다. 제1, 제2 및 제3 모아레 간섭 무늬는 간섭 무늬의 파장(λ)에 대해 1/3 파장씩 위상 천이되어 있다.

한편, 상기 제1 다이크로익 필터(110)와 피검체(P) 사이의 광 경로 상에는 적어도 하나의 렌즈가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 다이크로익 필터(110)와 피검체(P) 사이의 광 경로 상에 제1렌즈(115)와 제2렌즈(117)가 더 구비될 수 있다. 또한, 상기 피검체(P)와 영상 감지부(130) 사이에 적어도 하나의 렌즈가 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 피검체(P)와 영상 감지부(130) 사이에 제3렌즈(119)와 제4렌즈(120)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 제1광원(101), 제2광원(102) 및 제3광원(103)을 도 8에서와 같이 일렬로 배치하는 구조 대신 도 8에서와 같이 상기 제1광원(101)과 제3광원(103)을 서로 마주보게 배치하고, 제2광원(102)은 제1광원(101)과 제3광원(103) 사이의 일측에 배치할 수 있다. 이러한 구조에서는 광 합성 유닛(108')으로서 다이크로익 프리즘을 구비할 수 있다. 다이크로익 프리즘은 도 3을 참조하여 설명한 바와 같으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 상기 제1광원(101)과 광 합성 유닛(108') 사이에 제1격자(105)가, 제2광원(102)과 광 합성 유닛(108') 사이에 제2격자(106)가, 제3광원(103)과 광 합성 유닛(108') 사이에 제3격자(107)가 배치되며, 상기 제1격자(105), 제2격자(106), 제3격자(107)에 의해 위상 천이된 모아레 무늬를 얻는다. 위상 천이된 모아레 무늬를 이용하여 언래핑 프로세스를 통해 피검체(P)의 3차원 형상을 얻는다.

다음, 도 3, 도 7 및 도 8에 도시된 영상 감지부(80)(130)는 피검체(P)에 형성된 격자 무늬를 촬영한다. 상기 영상 감지부(80)(130)는 하나 또는 복수 개의 영상 감지 소자를 포함할 수 있다. 상기 영상 감지 소자는 예를 들어 CCD로 구성될 수 있다. 상기 영상 감지부(80)(130)는 제1 파장 광, 제2 파장 광, 및 제3 파장 광에 대한 격자 무늬를 하나의 영상 감지 소자를 이용하여 촬영할 수 있다. 또는, 제1 파장 광, 제2 파장 광, 및 제3 파장 광에 대해 각각 별도의 영상 감지 소자를 이용하여 격자 무늬를 촬영하는 것이 가능하다.

도 9는 영상 감지부(80)(130)의 일 예를 도시한 것이다. 상기 영상 감지부(80)(130)는 예를 들어 상기 제1파장 광(L1)에 의한 영상을 촬영하는 제1 영상 감지 소자(141), 상기 제2파장 광(L2)에 의한 영상을 촬영하는 제2 영상 감지 소 자(142) 및 상기 제3파장 광(L3)에 의한 영상을 촬영하는 제3 영상 감지 소자(143)를 포함할 수 있다.

상기 영상 감지부(80)(130)는 피검체(P)에서 반사된 광을 서로 다른 광 경로로 분리하여 진행하도록 광 분리 수단을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 광 분리 수단은 제1 파장 광(L1)을 투과시키고, 제2 파장 광과 제3 파장 광을 반사시키는 제4 다이크로익 필터(131), 제2 파장 광(L2)을 반사시키고, 제1 파장 광(L2)과 제3 파장 광(L3)을 투과시키는 제5 다이크로익 필터(132), 및 제3 파장 광(L3)을 반사시키고, 제1 및 제3 파장 광(L1)(L2)을 투과시키는 제6 다이크로익 필터(133)를 포함할 수 있다. 상기 제6 다이크로익 필터(133)는 반사 미러로 대체될 수 있다.

한편, 상기 제4 다이크로익 필터(131)와 제1 영상 감지 소자(141) 사이에 제1 밴드패스필터(135), 상기 제5 다이크로익 필터(132)와 제2 영상 감지 소자(142) 사이에 제2 밴드패스필터(136) 및 제6 다이크로익 필터(133)와 제3 영상 감지 소자(143)가 더 배치될 수 있다. 상기 제1, 제2 및 제3 밴드패스필터(135)를 통해 원하지 않는 노이즈를 제거할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는, 모아레 무늬 발생 알고리즘과 위상천이 알고리즘을 적용하여 피검체의 3차원 형상을 정밀하고 선명하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 세 개의 파장 대역의 광에 대해 격자 배열이 쉬프트된 세 개의 격자를 이용하여 격자를 이동시킬 필요 없이 위상 천이된 모아레 무늬를 얻을 수 있다. 또한, 세 개의 격자를 이용하여 위상 천이된 모아레 무늬를 동시에 얻을 수 있어 간단하고 신속하게 3차 원 형상을 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 3차원 형상 측정 장치는 움직이는 피사체를 촬영하는 경우 유리하게 이용할 수 있다. 그리고, 예를 들어, 사람 얼굴을 간단하게 3차원적으로 촬영하는 것이 가능하고, 이 촬영된 영상을 이용하여 컴퓨터 게임이나 교육 프로그램 등에 접목시켜 그 응용 분야를 넓힐 수 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

도 1은 모아레 간섭 무늬를 나타낸 것이다.

도 2는 종래의 3차원 형상 측정 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 구비된 광 분리 유닛의 파장에 따른 투과율을 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 구비된 제1, 제2 및 제3 격자의 배열 관계를 도시한 것이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치에 구비된 영상 감지부에 의해 촬영된 격자 무늬를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 변형예를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 형상 측정 장치의 영상 감지부의 일 예를 도시한 것이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 설명>

50,101,102,103...광원, 51...광 분리 유닛

64...광 합성 유닛, 61,62,63,105,106,107...격자

80,130...영상 감지부, 90,140...컴퓨터

Claims

광원;

상기 광원으로부터 조사된 백색광을 제1경로로 진행하는 제1파장광, 제2경로로 진행하는 제2파장광, 및 제3경로로 진행하는 제3파장광으로 분리시키는 광 분리 유닛;

상기 제1파장광, 제2파장광, 제3파장광을 동일한 경로로 진행하도록 하는 다이크로익 프리즘;

상기 제1경로 상에 배치된 제1격자;

상기 제2경로 상에 배치된 제2격자;

상기 제3경로 상에 배치된 제3격자; 및

상기 다이크로익 프리즘을 통과한 광에 의해 피검체에 형성된 격자 무늬 영상을 촬영하는 영상 감지부를 포함하고,

상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자가 격자 주기가 같고, 상기 제2격자의 격자 배열이 상기 제1격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되고, 상기 제3격자의 격자 배열이 상기 제2격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트된 3차원 형상 측정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 광 분리 유닛은,

상기 광원으로부터의 광 중 제1파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제1다이크로익 필터;

상기 제1다이크로익 필터를 투과한 광 중 제2파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제2다이크로익 필터; 및

상기 제2다이크로익 필터를 통과한 광 중 제3파장광을 반사시키고, 나머지 파장광을 투과시키는 제3다이크로익 필터;를 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 다이크로익 프리즘과 피검체 사이에 적어도 하나의 렌즈가 배치되는 3차원 형상 측정 장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 감지부는,

상기 제1파장광에 의한 영상을 촬영하는 제1 영상 감지 소자;

상기 제2파장광에 의한 영상을 촬영하는 제2 영상 감지 소자; 및

상기 제3파장광에 의한 영상을 촬영하는 제3 영상 감지 소자;를 포함하는 형상 측정 장치.
제1파장광을 조사하는 제1광원;

제2파장광을 조사하는 제2광원;

제3파장광을 조사하는 제3광원;

상기 제1파장광과, 제2파장광과, 제3파장광을 동일한 광경로로 진행하도록 합성하는 광 합성 유닛;

상기 제1광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제1 격자;

상기 제2광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제2 격자;

상기 제3광원과 상기 광 합성 유닛 사이의 광 경로 상에 배치된 제3 격자; 및

상기 광 합성 유닛을 통과한 광에 의해 피검체에 형성된 격자 무늬 영상을 촬영하는 영상 감지부를 포함하고,

상기 제1격자, 제2격자 및 제3격자가 격자 주기가 같고, 상기 제2격자의 격자 배열이 상기 제1격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트되고, 상기 제3격자의 격자 배열이 상기 제2격자에 비해 1/3 주기만큼 쉬프트된 3차원 형상 측정 장치.
제 5항에 있어서, 상기 광 합성 유닛은,

상기 제1파장광을 투과시키고, 상기 제2파장광과 제3파장광을 반사시키는 제1다이크로익 필터;

상기 제2파장광을 반사시키고, 상기 제1파장광과 상기 제3파장광을 투과시키는 제2다이크로익 필터; 및

상기 제3파장광을 반사시키고, 상기 제1파장광과 제2파장광을 투과시키는 제3다이크로익 필터;를 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
제 5항에 있어서, 상기 광 합성 유닛은,

제1 파장 광을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제1필터면과, 제3 파장 광을 반사시키고 나머지 파장 광을 투과시키는 제2필터면을 가지는 다이크로익 프리즘을 포함하는 3차원 형상 측정 장치.
제 5항에 있어서,

상기 광 합성 유닛과 피검체 사이에 적어도 하나의 렌즈가 배치되는 3차원 형상 측정 장치.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상 감지부는,

상기 제1파장광에 의한 영상을 촬영하는 제1 영상 감지 소자;

상기 제2파장광에 의한 영상을 촬영하는 제2 영상 감지 소자; 및

상기 제3파장광에 의한 영상을 촬영하는 제3 영상 감지 소자;를 포함하는 형상 측정 장치.