KR100793175B1 - 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상측정장치 및 그 방법 - Google Patents

다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상측정장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로,
Figure 112007074417756-pat00001
파장의 제 1 광원(111) 및
Figure 112007074417756-pat00002
파장의 제 2 광원(121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시켜 보정면 위상과 측정대상물(240)의 물체위상을 획득할 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)와; 상기 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)에서 생성된 격자 이미지가 각각 투과되도록 하여 측정대상물(240)의 높이산출을 위한 격자이미지를 구하도록 하는 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)와; 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300)와; 상기 영상획득부(300)에서 획득된 영상에 대해 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 중앙제어부(500);를 포함하여 구성함으로써, 제 1 및 제 2 투영격자의 이송을 동시간으로 구현하여 투영된 격자이미지를 수광하는 시간을 절반으로 단축하고, 투영기로 인한 물체측의 그림자를 완전히 제거할 수 있음과 아울러 공간상의 절대좌표 계산을 가능하게 함으로써 수광부로 정반사되는 빛을 검사할 수 있게 되는 것이다.
모아레, 위상천이, 영사식, 3차원형상, 투영격자, 버킷, 바이어스, 언바이어스, 언래핑, 나머지 값(Residue), 다이크로익 거울(Dichroic mirror)

Description

다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 그 방법{Apparatus and method for measuring three dimension shape of phase shifting grating projection using dichroic mirror}
본 발명은 위상천이 영사식 모아레 발생장치를 이용하여 임의의 3차원 형상을 측정하기 위한 것으로, 특히 투영격자만을 이용하여 위상을 획득하고 연산을 통해 모아레 무늬를 얻은 후 3차원형상을 측정함에 있어서, 이종의 파장을 사용하여 2 개의 격자를 동시에 투영한 후 다이크로익 거울(Dichroic mirror)을 이용하여 서로 다른 파장의 투영된 무늬를 분리하여 측정함으로써 투영기로 인한 물체측의 그림자를 완전히 제거함과 아울러 공간상의 절대좌표 계산을 가능하게 함으로써, 제 1 및 제 2 투영격자의 이송을 동시간으로 구현하여 투영된 격자이미지를 수광하는 시간을 절반으로 단축하고, 수광부로 정반사되는 빛을 검사하기에 적당하도록 한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모아레(Moire)란 단어는 프랑스인들이 고대 중국에서 수입된 비단 위에 나타나는 물결무늬를 일컬었던 말로, 모아레 현상이란 두 개 이상의 주기적인 물결무늬가 겹쳐져 생기는 간섭무늬(interference fringe)를 말하는 것이다. 즉 모아레 현상이란 맥놀이 현상이 시각적으로 발생하는 것으로, 일정한 간격을 갖는 물체 사이에 발생하는 간섭무늬를 말한다.
또한 모아레 무늬는 두 개 이상의 주기적인 패턴이 겹쳐질 때 발생하게 되는, 상대적으로 기준패턴에 비해서 저주파를 가지는 일종의 간섭무늬로써 정의되어 진다. 맥놀이현상으로 설명되는 이 고유한 저주파의 모아레 무늬는 공학전반에 걸쳐 2차원 변위뿐만 아니라 3차원 형상측정에 이르기까지 넒은 응용범위를 가진다. 모아레법은 모아레 무늬를 형성시키는 방법에 따라서 크게 그림자식 모아레법(shadow moire)과 영사식 모아레법(projection moire)으로 구분된다. 그리고 대상물체가 경면의 성질을 많이 가지고 있을 경우 반사식 모아레(reflection moire)를 이용하여 3차원 형상측정이 가능하다.
또한 영사식 모아레법을 이용하여 비접촉식의 3차원형상의 물체를 측정함에 있어 종래의 모아레 장치는 투영격자와 기준격자를 이용하는 방식(대한민국 공개특허번호 1998-0007797 참조)과 투영격자만을 이용하는 방식(대한민국 공개특허공보 2002-0039583 참조)이 있다.
투영격자만을 이용하는 영사식 모아레 장치는 반도체의 리소그래피 기술을 이용하여 수정유리 기판에 여러 줄의 투영격자를 만들며, 측정시에는 그 투영격자를 등간격으로 이동시키면서 3장 이상의 무늬가 영사된 영상을 촬영하고 이를 이용 하여 3차원형상 정보를 획득한다.
도 1은 종래 모아레 무늬 측정장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 의해 얻어진 변형된 줄무늬 형태를 보인 도면이다.
도 1과 같은 투영격자만을 사용한 영사식 모아레 장치의 동작원리는 다음과 같다.
먼저 광원(10)을 집광렌즈(12)로 집광한 후 투영격자(14)와 투영렌즈(17)를 통해 측정대상물에 영사시키면, 상기 투영격자(14)는 측정대상물의 3차원형상(18)에 대응하여 변형된 줄무늬 형태로 나타난다. 이후 상기 변형된 줄무늬는 결상렌즈(20)를 통과한 후 CCD(Charge Coupled Device, 전하 결합 소자) 카메라(22)의 촬상면에 맺히게 되어 도 2와 같이 나타난다.
상기와 같은 영상을 3장 이상 얻기 위하여 격자를 일정량의 등간격으로 움직인 후 촬영하고 메모리에 저장한다. 상기와 같이 얻어진 3장 이상의 영상 각각에 버킷 알고리즘을 이용하여 위상을 계산한 후, 기준위상과 물체위상의 차이를 구하여 언래핑 함으로써 모아레 무늬를 3차원으로 해석할 수 있도록 한다.
그러나 상기와 같은 3차원 측정법은 모아레 무늬의 주기에 종속되어 측정 대상체의 높이가 그 주기보다 높을 경우 측정에 어려움이 따르는 문제점이 있었다. 그래서 종래기술에서는 상대높이측정과 그림자 발생 그리고 측정 정밀도의 저하와 같은 문제점이 발생하였고, 측정오차를 감소시킬 경우에는 절대적인 공간상의 3차원 좌표를 구할 수 없는 한계도 있었다.
또한 상기의 주기 이상을 측정하기 위해서는 영사기의 위치나 카메라의 위치 를 변화시켜 여러 번 측정해야 하는 단점이 있었다. 그래서 종래기술에서는 영사기의 위치나 카메라의 위치를 변화시키기 위한 자동 초점 장치가 필요하기 때문에 처리 시간이 증가하고, 비용이 상승하며, 정밀도와 측정범위의 한계를 갖고, 위치 변화에 의한 신뢰성 저하라는 문제점을 가진다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 1개의 투영격자를 이용하여 모아레 무늬를 획득하고 이를 통해 물체의 공간상의 절대위치를 계산한 후, 또 다른 1개의 투영격자를 이용하여 모아레 무늬를 획득하고 3차원형상을 측정할 수 있는 방법을 제안함과 동시에, 2 개의 투영기를 사용함에 있어 각각의 투영격자를 이송하고 수광하는 시간증가의 문제에 해법을 제안하고, 종래의 투영격자만을 사용하는 방법의 문제점을 극복하여 3차원형상 측정장치를 개발할 수 있는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 하나 이상의 영사기를 사용함으로써 상기된 종래의 문제점을 쉽게 극복하도록 함으로써, 측정 대상물의 크기에 비교적 자유로우며, 높이방향으로 모아레 주기 이상의 단차, 영사각도에 의한 그림자 현상의 제거, 측정 대상체의 공간상의 절대위치 계산의 속도향상, 측정 정밀도를 높일 수 있는 투영격자 발생기를 제공하는데 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치의 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 측정대상물(240)이 설치될 수 있는 이송테이블(220) 과; 상기 이송테이블(220)의 상부 혹은 하부에 설치되며, 광을 발산시키는 제 1 광원(111) 및 제 2 광원(121)과; 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 집광시키는 제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)와; 상기 제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)에서 집광된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광에서 각각 단색광만 통과할 수 있도록 필터링하는
Figure 112007074417756-pat00003
파장의 제 1 주파수대역필터(113) 및
Figure 112007074417756-pat00004
파장의 제 2 주파수대역필터(123)와; 상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)에서 필터링된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시키는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)와; 상기 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)를 일정 간격으로 이동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)와; 상기 제 1 투영격자(114)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 상대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 1 투영부(116)와; 상기 제 2 투영격자(124)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 절대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 2 투영부(126)와; 상기 제 2 투영부(126)에서 투영된 격자 이미지의 광경로를 변환시키는 광경로 변환수단(130)과; 상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)는, 500나노미터 내지 600나노 미터 파장의 단색광이 영사되도록 필터링하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124), 광경로 변환수단(130)은, 초음파모터 또는 피에조모터(도면상에 미도시)에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 도 3에서 제 1 투영부와 제 2 투영부가 설치될 수 있는 위치를 보인 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투영부(116)는, 상기 측정대상물(240)의 상방향에 위치하고, 연직 상방향에 대해 17도 내지 30도 각도의 범위 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 도 3에서 제어모듈부와 중앙제어부가 결합된 예를 보인 구성도이다.
이에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시켜 보정면 위상과 측정대상물(240)의 물체위상을 획득할 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)와; 상기 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)에서 생성된 격자 이미지가 각각 투과되도록 하여 측정대상물(240)의 높이산출을 위한 격자이미지를 구하도록 하는 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)와; 상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300)와; 상기 다이크로익 거울(330)에서 획득된 영상에 대해 언 래핑된 물체의 높이를 산출하는 중앙제어부(500);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 중앙제어부(500)는, 상기 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)에 의해 획득된 보정면위상을 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구한 후, 물체위상을 언래핑하고, 상기 제 1 투영부(116)의 보정면위상을 이용하여 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124)는, 초음파모터(115, 125) 또는 피에조모터(도면상에 미도시)에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광에서 각각 단색광만 통과할 수 있도록 필터링하는
Figure 112007074417756-pat00005
파장의 제 1 주파수대역필터(113) 및
Figure 112007074417756-pat00006
파장의 제 2 주파수대역필터(123), 상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)에서 필터링된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시키는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124), 상기 제 1 투영격자(114)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 상대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 1 투영부(116), 상기 제 2 투영격자(124)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 절대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 2 투영부(126), 상기 제 2 투영부(126)에서 투영된 격자 이미지의 광경로를 변환시키는 광경로 변환수단(130)을 포함하여 구성된 투영격자 영사부(100)와; 측정대상물(240)을 올려놓은 이송테이블(220), 상기 이송테이블(220)을 구동시키는 이송테이블의 구동수단(230)을 포함하여 구성된 측정대상물 이송부와; 상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300)와; 상기 투영격자 영사부(100)와 상기 영상획득부(300)의 동작을 제어하는 제어모듈부(400)와; 상기 제어모듈부(400)를 제어하고, 상기 영상획득부(300)에서 획득된 영상에 대해 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 중앙제어부(500);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)는, 500나노미터 내지 600나노미터 파장의 단색광이 영사되도록 필터링하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투영부(116)는, 상기 측정대상물(240)의 상방향에 위치하고, 연직 상방향에 대해 17도 내지 30도 각도의 범위 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124), 광경로 변환수단(130)은, 초음파모터(115, 125) 또는 피에조모터(도면상에 미도시)에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어모듈부(400)는, 상기 측정대상물 이송부 내의 상기 이송테이블의 구동수단(230)을 구동시키는 모터드라이버(410)와; 상기 영상획득부(300) 내의 상 기 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)에 전원을 공급하는 카메라 전원장치(420)와; 상기 투영격자 영사부(100) 내의 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)에 전원을 공급하는 조명전원장치(430)와; 상기 투영격자 영사부(100)의 내의 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)의 동작을 제어하는 초음파모터 구동드라이버(440);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 중앙제어부(500)는, 상기 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)에 의해 획득된 보정면위상을 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구한 후, 물체위상을 언래핑하고, 상기 제 1 투영부(116)의 보정면위상을 이용하여 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 중앙제어부(500)는, 상기 제어모듈부(400) 내의 모터드라이버(410)의 동작을 제어하는 모터제어보드(510)와; 상기 영상획득부(300) 내의 상기 카메라(320)로부터 획득된 영상을 처리하는 영상보드(520)와; 상기 제어모듈부(400) 내의 카메라 전원장치(420), 조명전원장치(430), 초음파모터 구동드라이버(400)와 인터페이스를 수행하는 인터페이스보드(530);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법을 보인 흐름도이다.
이에 도시된 바와 같이, 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 보정면에 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하고, 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수를 분리하여 보정면위상1과 보정면위상2에 대한 기준위 상을 획득하는 제 1 단계(ST11 ~ ST15)와; 상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 측정대상물(240)에 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하고, 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수를 분리하여 물체위상1과 물체위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 2 단계(ST21 ~ ST25)와; 상기 획득된 보정면위상1, 물체위상1, 보정면위상2, 물체위상2를 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구하고 물체위상을 언래핑하며 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 제 3 단계(ST31 ~ ST34);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 단계(ST11 ~ ST15)는, 상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 보정면에 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하는 제 11 단계(ST11)와; 상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 이동하면서 영상을 획득하는 제 12 단계(ST12)와; 상기 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수가 분리되도록 하여 제 1 카메라(320)에
Figure 112007074417756-pat00007
로 입력된 상기 제 1 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하고, 제 2 카메라(340)에
Figure 112007074417756-pat00008
로 입력된 상기 제 2 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하는 제 13 단계(ST13, ST14)와; 상기 제 13 단계의 상기 버킷알고리즘 적용에 의해 보정면위상1에 대한 기준위상을 획득하고, 버킷알고리즘 적용에 의해 보정면위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 14 단계(ST15);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 13 단계는, 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 단계(ST21 ~ ST25)는, 상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 측정대상물(240)에 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하는 제 21 단계(ST21)와; 상기 제 1 투영격자(114)와 상기 제 2 투영격자(124)를 동시에 이동하면서 영상을 획득하는 제 22 단계(ST22)와; 상기 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수가 분리되도록 하여 제 1 카메라(320)에
Figure 112007074417756-pat00009
로 입력된 제 1 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하고, 제 2 카메라(340)에
Figure 112007074417756-pat00010
로 입력된 상기 제 2 투영격자(124)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하는 제 23 단계(ST23, ST24)와; 상기 제 23 단계의 상기 버킷알고리즘 적용에 의해 상기 물체위상1에 대한 기준위상을 획득하고, 버킷알고리즘 적용에 의해 상기 물체위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 24 단계(ST25);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 23 단계는, 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 3 단계(ST31 ~ ST34)는, 상기 제 1 단계의 보정면위상2와 상기 제 2 단계의 물체위상2를 이용하여 바이어스 크기를 구하는 제 31 단계(ST31)와; 상기 제 31 단계에서 구한 바이어스 크기를 이용하여 상기 제 2 단계의 물체위상1, 2를 언바이어스 하는 제 32 단계(ST32)와; 상기 제 32 단계에서 언바이어스된 물체위상1, 2를 언래핑 하는 제 33 단계(ST33)와; 상기 제 33 단계에서 언래핑된 물체위상1에 대해 상기 제 1 단계의 보정면위상1을 이용하여 상기 측정대상물(240)의 높이를 산출하는 제 34 단계(ST34);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 그 방법은 종래에 구현되었던 기준격자를 사용하지 않으며, 하나의 투영격자만을 이용하는 종래기술이 가지는 상대높이 측정과 그림자 발생 그리고 측정 정밀도의 저하와 같은 문제를 해결할 수 있고, 측정오차를 감소시키면서 절대적인 공간상의 3차원 좌표를 구할 수 있다. 따라서 자동 초점 장치를 제거하여 처리 시간을 단축하며 저비용으로 더 높은 정밀도와 광범위한 측정 범위 그리고 신뢰성의 향상의 효과를 가진다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.
먼저 본 발명은 투영격자만을 이용하여 위상을 획득하고 연산을 통해 모아레 무늬를 얻은 후 3차원형상을 측정할 때 모아레의 1 주기보다 크고 수직단차가 있는 물체를 계산할 수 있도록 하며 투영기로 인한 물체측의 그림자를 완전히 제거할 수 있음과 아울러 공간상의 절대좌표 계산을 가능하게 함으로써 자동초점장치를 사용하지 않도록 설계되어 수광부로 정반사되는 빛을 검사하고자 한 것이다.
투영격자만을 이용하여 모아레 무늬를 획득하는 구성에 있어서, 투영격자를 수정유리기판에 리소그래피를 이용하여 제작하고 이를 초음파모터(혹은 piezo motor)를 통해 미소변위를 이송시킬 수 있도록 구성된 투영격자 발생기를 적용한 위상천이 영사식 모아레 장치에 대해 도 5를 통해 자세히 설명한다.
먼저 본 발명은 투영격자 영사부(100), 측정대상물 이송부, 영상획득부(300), 제어모듈부(400), 중앙제어부(500) 중에서 하나 이상을 포함하여 구성할 수 있다.
그래서 투영격자 영사부(100)에서 제 1 및 제 2 광원(111, 121)은 이송테이블(220)의 상부 혹은 하부에 설치되며, 광을 발산시킨다.
제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)는 광원(111) 및 광원(121)의 광을 각각 집광시켜 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)를 통과하도록 한다.
제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)는 제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)에서 집광된 광원(111) 및 광원(121)의 광에서 각각 단색광만 통과할 수 있도록 필터링한다. 이때 필터링은 500나노미터 내지 600나노미터 범위 내에서 수행되도록 한다. 최적의 상태는 510나노미터로부터 590나노미터까지 광을 필터링하는 것이다.
제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)는 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123) 에서 필터링된
Figure 112007074417756-pat00011
의 광원(111) 및
Figure 112007074417756-pat00012
의 광원(121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시킨다.
제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)를 일정 간격으로 이동시킬 수 있도록 한다. 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)는 미세이송이 가능한 피에조모터로 대신하여 구성할 수 있다. 또한 초음파모터 또는 피에조모터는 광경로 변환수단(130)의 미세이송을 위해 사용할 수 있다.
제 1 투영부(116)는 제 1 투영격자(114)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 상대위치를 측정할 수 있도록 보조한다. 이러한 제 1 투영부(116)는 측정대상물(240)의 상방향에 위치하고, 연직 상방향에 대해 17도 내지 30도 각도의 범위 내에 위치하도록 한다.
제 2 투영부(126)는 제 2 투영격자(124)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 절대위치를 측정할 수 있도록 보조한다. 이러한 제 2 투영부(126)는 제 1 투영부(116)의 주위 어느 곳에도 위치할 수 있다.
광경로 변환수단(130)은 제 2 투영부(126)에서 투영된 격자 이미지의 광경로를 변환시키는 측정대상물(240)로 향하도록 한다.
또한 측정대상물 이송부에서 이송테이블(220)은 측정대상물(240)을 올려놓을 수 있도록 한다.
그리고 측정대상물 이송부에서 이송테이블의 구동수단(230)은 중앙제어부(500)의 모터제어보드(510)의 제어에 따라 제어모듈부(400)의 모터드라이버(410)에 의해 구동되어 이송테이블(220)을 구동시킨다.
또한 영상획득부(300)는 제 1 투영부(116)의 일측에 설치된다.
영상획득부(300)에서 광학계(310)와 다이크로익 거울(330)과 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)는 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 중앙제어부(500)의 영상보드(520)로 전달한다.
제어모듈부(400)는 투영격자 영사부(100)와 영상획득부(300)의 동작을 제어하는 것이다.
그래서 제어모듈부(400)에서 모터드라이버(410)는 중앙제어부(500)의 모터제어보드(510)의 제어를 받아 측정대상물 이송부 내의 이송테이블의 구동수단(230)을 구동시킨다.
또한 제어모듈부(400)에서 카메라 전원장치(420)는 중앙제어부(500)의 인터페이스보드(530)와 인터페이스를 수행하여 영상획득부(300) 내의 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)에 전원을 공급한다.
또한 제어모듈부(400)에서 조명전원장치(430)는 중앙제어부(500)의 인터페이스보드(530)와 인터페이스를 수행하여 투영격자 영사부(100) 내의 제 1 및 제 2 광원(111, 121)에 전원을 공급한다.
또한 제어모듈부(400)에서 초음파모터 구동드라이버(440)는 중앙제어부(500)의 인터페이스보드(530)와 인터페이스를 수행하여 투영격자 영사부(100)의 내의 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)의 동작을 제어한다.
그리고 제어모듈부(400)를 제어하고, 영상획득부(300)에서 획득된 영상에 대해 언래핑된 물체의 높이를 산출한다. 그래서 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)에 의 해 획득된 보정면위상을 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구한 후, 물체위상을 언래핑하고, 제 1 투영부(116)의 보정면위상을 이용하여 언래핑된 물체의 높이를 산출하게 된다.
이러한 중앙제어부(500)에서 모터제어보드(510)는 제어모듈부(400) 내의 모터드라이버(410)의 동작을 제어한다.
또한 중앙제어부(500)에서 영상보드(520)는 영상획득부(300) 내의 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)로부터 획득된 영상을 처리한다.
또한 중앙제어부(500)에서 인터페이스보드(530)는 제어모듈부(400) 내의 카메라 전원장치(420), 조명전원장치(430), 초음파모터 구동드라이버(400)와 인터페이스를 수행한다.
이러한 장치를 이용하여 모아레 무늬를 획득하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
1) 측정 대상물이 없는 상태에서 제 1 투영부(116)의 제 1 투영격자(114)를 통해
Figure 112007074417756-pat00013
파장의 격자무늬를 보정면에 영사함과 동시에 제 2 투영부(126)로부터 제 2 투영격자(124)를 통해
Figure 112007074417756-pat00014
파장의 격자무늬를 보정면에 영사하고(ST11), 격자를 이송시켜 영상을 획득한다(ST12). 그리고 조사된 격자를 다이크로익 거울(330)을 통하여 주파수 분리에 의해
Figure 112007074417756-pat00015
파장을 수광하는 제 1 카메라(320)와
Figure 112007074417756-pat00016
파장을 수광하는 제 2 카메라(340)가 장착된 수광부인 영상획득부(300)에서 획득하며(ST13), 이를 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여(ST14), 제 1 카메라로부터 보정면위상1에 대한 기준위상을 계산하고, 제 2 카메라로부터 보정면위상2에 대한 기준위상을 계산한 후 메모리에 저장한다(ST15).
2) 측정대상물(240)을 놓고 제 1 투영부(116)의 제 1 투영격자(114)를 통해
Figure 112007074417756-pat00017
파장의 격자무늬를 영사함과 동시에 제 2 투영부(126)로부터 제 2 투영격자(124)를 통해
Figure 112007074417756-pat00018
파장의 격자무늬를 영사하고(ST21), 격자를 이송시켜 영상을 획득한다(ST22). 그리고 측정대상물(240)의 형상에 따라 변형된 격자를 다이크로익 거울(330)을 통하여 주파수 분리에 의해
Figure 112007074417756-pat00019
파장을 수광하는 제 1 카메라(320)와
Figure 112007074417756-pat00020
파장을 수광하는 제 2 카메라(340)가 장착된 수광부인 영상획득부(300)를 통해 획득하며(ST23), 이를 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여(ST24), 제 1 카메라로부터 물체위상1에 대한 기준위상을 계산하고, 제 2 카메라로부터 물체위상2에 대한 기준위상을 계산한 후 메모리에 저장한다(ST25).
3) 상기 1)에서 얻은 보정면위상2와 상기 2)에서 얻은 물체위상2를 연산하여 바이어스의 크기를 구한다(ST31).
4) 상기 3)에서 계산된 바이어스를 물체위상1,2로부터 언바이어스 한다(ST32).
5) 상기 2)에서 얻은 물체의 언바이어스된 물체위상1,2를 언래핑 하고(ST33), 보정면위상1을 이용하여 측정대상물의 높이데이터를 구한다(ST34).
상기의 바이어스의 크기를 구하는 과정, 언바이어스 과정, 언래핑 과정, 측정대상물의 높이 데이터를 구하기 위해 사용되는 다항식의 해법은 당업자에게 공지 의 기술이므로 자세한 설명은 생략하고자 한다.
위상의 정보를 얻는 알고리즘은 일반적으로 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷, 9버킷, 11버킷이 있으며, 그 가운데 5버킷 알고리즘은 다음과 같이 표현된다.
위상천이의 양을
Figure 112007074417756-pat00021
라 하고,
CCD 카메라에서 관측된 영상의 광 강도를
Figure 112007074417756-pat00022
라 할 때,
위상천이를 통하여 얻어진 영상에 상응하는 위상
Figure 112007074417756-pat00023
는 다음의 수학식 1 내지 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00024
Figure 112007074417756-pat00025
Figure 112007074417756-pat00026
Figure 112007074417756-pat00027
상기의 수학식 1 내지 수학식 4로 한 점에서 5개의 광 강도는 그 점에서 위상으로 변환된다. 위의 수학식 1 내지 수학식 4는 보정면과 측정대상물에 동일하게 적용될 수 있으며, 그 위상차가 높이의 변위로 표현될 때 도 7을 통해 다음과 같은 수학식 5 내지 수학식 7로 표현될 수 있다.
여기서
Figure 112007074417756-pat00028
를 사인(sine) 정현파의 주기라 하고,
Figure 112007074417756-pat00029
를 위상차라 한다.
Figure 112007074417756-pat00030
Figure 112007074417756-pat00031
Figure 112007074417756-pat00032
Figure 112007074417756-pat00033
와
Figure 112007074417756-pat00034
의 평면에 대한 위상차만을 고려한다면,
Figure 112007074417756-pat00035
의 요소를 무시할 수 있게 된다. 위상에 대한 높이의 관계식은 높이
Figure 112007074417756-pat00036
에 대하여 위상차의 총합으로 표현되어 다음의 수학식 8로 표현할 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00037
상기
Figure 112007074417756-pat00038
과
Figure 112007074417756-pat00039
그리고
Figure 112007074417756-pat00040
를 수학식 8에 대입하면 다음의 수학식 9와 같이 정리된다.
Figure 112007074417756-pat00041
Figure 112007074417756-pat00042
여기서,
Figure 112007074417756-pat00043
,
Figure 112007074417756-pat00044
,
Figure 112007074417756-pat00045
이다.
상기의 수식들은 간섭된 파형을 이용하여 관측한 높이를 갖는 위상의 3차원변화를 설명한 것이다. 만일 3차원 공간을 2차원 공간에 투영시켜 위상의 변화량이 관측되지 않는다고 한다면 다음의 수학식 10과 같이 귀결될 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00046
그리고 수학식 9와 수학식 10에 대하여 다음의 수학식 11과 같이 정리됨을 알 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00047
수학식 9, 10, 11을 수학식 8에 대입하여 풀면 다음의 수학식 12를 얻을 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00048
결국, 위상천이의 총합된 양이 높이로 환산되는 계수를
Figure 112007074417756-pat00049
라 할 때 수학식 12는 다음의 수학식 13과 같이 계산되어질 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00050
그림자 이외 일절의 언래핑이 불가능한 요소가 없다고 하면, 투영기에 의해 발생되는 그림자의 정보를 얻는 방법은 나머지 이론(Residue theorem)이 사용되며, CCD로 수광되는 영상의 크기가 가로 m, 세로 n 이라 하고, 그 모든 화소의 위치를 x 방향에 대하여 i, 그리고 y 방향에 대하여 j 로 표현 할 때, 다음의 수학식 14와 같이 표현된다.
Figure 112007074417756-pat00051
여기서,
Figure 112007074417756-pat00052
는 y 방향으로의 편미분된 언래핑 값이고,
Figure 112007074417756-pat00053
는 x 방향으로의 편미분된 언래핑 값이다.
그림자에 의하여 발생된 나머지 값은 다음의 수학식 15와 같이 귀결될 수 있다.
Figure 112007074417756-pat00054
도 5 및 도 6을 통해 실제 측정과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명은 보정면을 이용하여 측정대상물의 3차원 정보를 획득하도록 하며, 도 5와 같이 보정면을 이용하여 기준위상을 획득하는 방법과 측정대상물의 위상을 획득하는 방법 그리고 측정대상물의 3차원 정보를 획득하는 방법으로 나뉘어 진다.
먼저 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)를 사용하는 단계를 설명한다.
보정면을 이송테이블(220)에 올려놓고 제 1 광원(111)의 빛을
Figure 112007074417756-pat00055
의 파장으로 필터링한 후 제 1 투영격자(114)와 제 1 투영부(116)를 통해 제 1 투영격자(114)를 보정면에 영사함과 동시에 제 2 광원(121)의 빛을
Figure 112007074417756-pat00056
의 파장으로 필터링한 후 제 2 투영격자(124)와 제 2 투영부(126)를 통해 제 2 투영격자(124)를 보정면에 영사한다. 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 적용할 수 있도록 제 1 투영격자(114)를 제 1 초음파모터(115)로 등간격으로 이동하고 제 2 투영격자(124)를 제 2 초음파모터(125)로 등간격으로 이동하면서 보정면에 영사한 후 다이크로익 거울(330)을 투과한
Figure 112007074417756-pat00057
파장의 빛을 제 1 카메라(320)와 영상보드(520)를 통해 획득하고, 다이크로익 거울(330)에 반사된
Figure 112007074417756-pat00058
파장의 빛을 제 2 카메라(340)와 영상보드(520)를 통해 획득한다. 상기 획득한 격자무늬 영상을 버킷 알고리즘을 적용하여 보정면에 대한 위상을 획득하여 언래핑 한다. 상기와 같은 행위를 보정면의 연직 상하방향으로 모아레 주기가 1주기 변할 때까지 반복하여 보정면위상을 메모리에 저장한다.
다음 측정대상물(240)에 해당하는 물체의 위상을 얻는 단계를 설명한다.
측정대상물(240)을 이송테이블(220)에 올려놓고 제 1 광원(111)의 빛을 제 1 투영격자(114)와 제 1 투영부(116)를 통해 제 1 투영격자(114)를 측정대상물(240)에 영사함과 동시에 제 2 광원(121)의 빛을 제 2 투영격자(124)와 제 2 투영부(126)를 통해 제 2 투영격자(124)를 측정대상물(240)에 영사한다. 3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 적용할 수 있도록 제 1 투영격자(114)를 제 1 초음파모터(115)로 등간격으로 이동하고 제 2 투영격자(124)를 제 2 초음파모터(125)로 등간격으로 이동하면서 측정대상물(240)에 영사한 후 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)와 영상보드(520)를 통해 획득한다. 상기 획득한 격자무늬 영상을 버킷 알고리즘을 적용하여 측정대상물(240)에 대한 위상을 획득하여 언래핑 한다.
그리고 제 2 투영부(126)에서 영사된 물체위상2와 보정면위상2를 비교하여 시스템의 측정원점으로부터 물체의 바이어스 크기를 구한다. 상기된 바이어스의 크기를 물체위상1에 대해 언바이어스하고, 제 1 투영부(116)에서 획득한 보정면위상1을 이용한 다항식으로 측정대상물의 실제 높이정보를 구한다. 제 1 투영부에 의한 그림자로 인하여 계산되지 못한 나머지(residue)는 제 2 투영부(126)에서 획득한 보정면위상2를 이용하여 물체위상2에 대해 언바이어스한 후 보정면위상2를 이용한 다항식으로 측정대상물의 실제 높이정보를 구하여 대체한다.
도 8은 실제 구현된 시스템을 프로그램으로서 도시한 결과이다. 3차원 측정된 형태를 입체로 구현함으로써 본 발명의 유용함을 증명하고자 했다.
이처럼 본 발명은 투영격자만을 이용하여 위상을 획득하고 연산을 통해 모아레 무늬를 얻은 후 3차원형상을 측정할 때 모아레의 1 주기보다 크고 수직단차가 있는 물체를 계산할 수 있도록 하며 투영기로 인한 물체측의 그림자를 완전히 제거 할 수 있음과 아울러 공간상의 절대좌표 계산을 가능하게 함으로써, 제 1 및 제 2 투영격자의 이송을 동시간으로 구현하여 투영된 격자이미지를 수광하는 시간을 절반으로 단축하고, 자동초점장치를 사용하지 않도록 설계되어 수광부로 정반사되는 빛을 검사하게 되는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.
도 1은 종래 모아레 무늬 측정장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 의해 얻어진 변형된 줄무늬 형태를 보인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치의 구성도이다.
도 4는 도 3에서 제 1 투영부와 제 2 투영부가 설치될 수 있는 위치를 보인 도면이다.
도 5는 도 3에서 제어모듈부와 중앙제어부가 결합된 예를 보인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법을 보인 흐름도이다.
도 7은 본 발명에서 위상천이의 총합된 양이 높이로 환산되는 계수를 구하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 의해 실제 구현된 프로그램에 의해 측정대상물을 3차원으로 측정한 형태의 결과를 보인 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 투영격자 영사부 111 : 제 1 광원
112 : 제 1 집광렌즈 113 : 제 1 주파수대역필터
114 : 제 1 투영격자 115 : 제 1 초음파 모터
116 : 제 1 투영부 121 : 제 2 광원
122 : 제 2 집광렌즈 123 : 제 2 주파수대역필터
124 : 제 2 투영격자 125 : 제 2 초음파 모터
126 : 제 2 투영부 130 : 광경로 변환수단
210 : 3차원형상 220 : 이송테이블
230 : 이송테이블의 구동수단 240 : 측정대상물
300 : 영상획득부 310 : 광학계
320 : 제 1 카메라 330 : 다이크로익 거울
340 : 제 2 카메라 400 : 제어모듈부
410 : 모터드라이버 420 : 카메라 전원장치
430 : 조명전원장치 440 : 초음파모터 구동드라이버
500 : 중앙제어부 510 : 모터제어보드
520 : 영상보드 530 : 인터페이스보드

Claims (20)

  1. 측정대상물(240)이 설치될 수 있는 이송테이블(220)과;
    상기 이송테이블(220)의 상부 혹은 하부에 설치되며, 광을 발산시키는 제 1 광원(111) 및 제 2 광원(121)과;
    상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 집광시키는 제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)와;
    상기 제 1 및 제 2 집광렌즈(112, 122)에서 집광된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광에서 각각 단색광만 통과할 수 있도록 필터링하는
    Figure 112007074417756-pat00059
    파장의 제 1 주파수대역필터(113) 및
    Figure 112007074417756-pat00060
    파장의 제 2 주파수대역필터(123)와;
    상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)에서 필터링된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시키는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)와;
    상기 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)를 일정 간격으로 이동시킬 수 있는 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)와;
    상기 제 1 투영격자(114)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 상대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 1 투영부(116)와;
    상기 제 2 투영격자(124)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 절대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 2 투영부(126)와;
    상기 제 2 투영부(126)에서 투영된 격자 이미지의 광경로를 변환시키는 광경로 변환수단(130)과;
    상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)는,
    500나노미터 내지 600나노미터 파장의 단색광이 영사되도록 필터링하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124), 광경로 변환수단(130)은,
    초음파모터 또는 피에조모터에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징 으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 1 투영부(116)는,
    상기 측정대상물(240)의 상방향에 위치하고, 연직 상방향에 대해 17도 내지 30도 각도의 범위 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  5. 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시켜 보정면 위상과 측정대상물(240)의 물체위상을 획득할 수 있도록 하는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)와;
    상기 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124)에서 생성된 격자 이미지가 각각 투과되도록 하여 측정대상물(240)의 높이산출을 위한 격자이미지를 구하도록 하는 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)와;
    상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300)와;
    상기 다이크로익 거울(330)에서 획득된 영상에 대해 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 중앙제어부(500);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중앙제어부(500)는,
    상기 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)에 의해 획득된 보정면위상을 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구한 후, 물체위상을 언래핑하고, 상기 제 1 투영부(116)의 보정면위상을 이용하여 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124)는,
    초음파모터(115, 125) 또는 피에조모터에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  8. 제 1 및 제 2 광원(111, 121)의 광에서 각각 단색광만 통과할 수 있도록 필터링하는
    Figure 112007074417756-pat00061
    파장의 제 1 주파수대역필터(113) 및
    Figure 112007074417756-pat00062
    파장의 제 2 주파수대역필터(123), 상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)에서 필터링된 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)을 각각 이용하여 격자 이미지를 생성시키는 제 1 및 제 2 투영격자(114, 124), 상기 제 1 투영격자(114)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 상대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 1 투영부(116), 상기 제 2 투영격자(124)에서 생성된 격자 이미지가 투과되는 투영광학계로 이루어져 물체의 절대위치를 측정할 수 있도록 보조하는 제 2 투영부(126), 상기 제 2 투영부(126)에서 투영된 격자 이미지의 광경로를 변환시키는 광경로 변환수단(130)을 포함하여 구성된 투영격자 영사부(100)와;
    측정대상물(240)을 올려놓은 이송테이블(220), 상기 이송테이블(220)을 구동시키는 이송테이블의 구동수단(230)을 포함하여 구성된 측정대상물 이송부와;
    상기 제 1 투영부(116)의 일측에 설치되며, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하도록 하는 광학계(310) 및 제 1 카메라(320)를 구비하고, 수광되는 광을 주파수 별로 분리시키는 다이크로익 거울(330) 및 제 2 카메라(340)를 구비하여, 상기 측정대상물(240)로부터 반사되는 격자이미지를 수광하여 영상을 획득하는 영상획득부(300)와;
    상기 투영격자 영사부(100)와 상기 영상획득부(300)의 동작을 제어하는 제어 모듈부(400)와;
    상기 제어모듈부(400)를 제어하고, 상기 영상획득부(300)에서 획득된 영상에 대해 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 중앙제어부(500);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수대역필터(113, 123)는,
    500나노미터 내지 600나노미터 파장의 단색광이 영사되도록 필터링하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 투영부(116)는,
    상기 측정대상물(240)의 상방향에 위치하고, 연직 상방향에 대해 17도 내지 30도 각도의 범위 내에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 투영격자(114), 제 2 투영격자(124), 광경로 변환수단(130)은,
    초음파모터(115, 125) 또는 피에조모터에 의해 미소변위가 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어모듈부(400)는,
    상기 측정대상물 이송부 내의 상기 이송테이블의 구동수단(230)을 구동시키는 모터드라이버(410)와;
    상기 영상획득부(300) 내의 상기 제 1 및 제 2 카메라(320, 340)에 전원을 공급하는 카메라 전원장치(420)와;
    상기 투영격자 영사부(100) 내의 상기 제 1 및 제 2 광원(111, 121)에 전원을 공급하는 조명전원장치(430)와;
    상기 투영격자 영사부(100)의 내의 제 1 및 제 2 초음파모터(115, 125)의 동작을 제어하는 초음파모터 구동드라이버(440);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  13. 청구항 8 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 중앙제어부(500)는,
    상기 제 1 및 제 2 투영부(116, 126)에 의해 획득된 보정면위상을 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구한 후, 물체위상을 언래핑하고, 상기 제 1 투영부(116)의 보정면위상을 이용하여 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 중앙제어부(500)는,
    상기 제어모듈부(400) 내의 모터드라이버(410)의 동작을 제어하는 모터제어보드(510)와;
    상기 영상획득부(300) 내의 상기 카메라(320)로부터 획득된 영상을 처리하는 영상보드(520)와;
    상기 제어모듈부(400) 내의 카메라 전원장치(420), 조명전원장치(430), 초음파모터 구동드라이버(400)와 인터페이스를 수행하는 인터페이스보드(530);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정장치.
  15. 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 보정면에 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하고, 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수를 분리하여 보정면위상1과 보정면위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 1 단계(ST11 ~ ST15)와;
    상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 측정대상물(240)에 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하고, 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수를 분리하여 물체위상1과 물체위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 2 단계(ST21 ~ ST25)와;
    상기 획득된 보정면위상1, 물체위상1, 보정면위상2, 물체위상2를 이용하여 물체의 바이어스 크기를 구하고 물체위상을 언래핑하며 언래핑된 물체의 높이를 산출하는 제 3 단계(ST31 ~ ST34);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 1 단계(ST11 ~ ST15)는,
    상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 보정면에 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하는 제 11 단계(ST11)와;
    상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 상기 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 이동하면서 영상을 획득하는 제 12 단계(ST12)와;
    상기 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수가 분리되도록 하여 제 1 카메라(320)에
    Figure 112007074417756-pat00063
    로 입력된 상기 제 1 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하고, 제 2 카메라(340)에
    Figure 112007074417756-pat00064
    로 입력된 상기 제 2 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하는 제 13 단계(ST13, ST14)와;
    상기 제 13 단계의 상기 버킷알고리즘 적용에 의해 보정면위상1에 대한 기준위상을 획득하고, 버킷알고리즘 적용에 의해 보정면위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 14 단계(ST15);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 13 단계는,
    3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여 적용하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 단계(ST21 ~ ST25)는,
    상기 제 1 투영부(116)와 제 2 투영부(126)를 이용하여 측정대상물(240)에 제 1 투영격자(114)와 제 2 투영격자(124)를 동시에 조사하는 제 21 단계(ST21)와;
    상기 제 1 투영격자(114)와 상기 제 2 투영격자(124)를 동시에 이동하면서 영상을 획득하는 제 22 단계(ST22)와;
    상기 다이크로익 거울(330)을 통해 주파수가 분리되도록 하여 제 1 카메라(320)에
    Figure 112007074417756-pat00065
    로 입력된 제 1 투영격자(114)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하고, 제 2 카메라(340)에
    Figure 112007074417756-pat00066
    로 입력된 상기 제 2 투영격자(124)의 이동영상을 버킷알고리즘에 적용하는 제 23 단계(ST23, ST24)와;
    상기 제 23 단계의 상기 버킷알고리즘 적용에 의해 상기 물체위상1에 대한 기준위상을 획득하고, 버킷알고리즘 적용에 의해 상기 물체위상2에 대한 기준위상을 획득하는 제 24 단계(ST25);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제 23 단계는,
    3버킷, 4버킷, 5버킷, 7버킷 알고리즘 가운데 하나를 사용하여 적용하는 것 을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
  20. 청구항 15 내지 청구항 19 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제 3 단계(ST31 ~ ST34)는,
    상기 제 1 단계의 보정면위상2와 상기 제 2 단계의 물체위상2를 이용하여 바이어스 크기를 구하는 제 31 단계(ST31)와;
    상기 제 31 단계에서 구한 바이어스 크기를 이용하여 상기 제 2 단계의 물체위상1, 2를 언바이어스 하는 제 32 단계(ST32)와;
    상기 제 32 단계에서 언바이어스된 물체위상1, 2를 언래핑 하는 제 33 단계(ST33)와;
    상기 제 33 단계에서 언래핑된 물체위상1에 대해 상기 제 1 단계의 보정면위상1을 이용하여 상기 측정대상물(240)의 높이를 산출하는 제 34 단계(ST34);
    를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 다이크로익 거울을 이용한 위상천이 영사식 3차원형상 측정방법.
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