KR100933926B1 - 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템 - Google Patents

3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템에 관한 것으로서, 대표적으로 상기 프로젝터용 렌즈 장치의 경우 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 집광한 후 이를 소정 범위 내에서 균일하게 직선적으로 투사하는 집광렌즈부와, 상기 집광렌즈부로부터 투사된 빛을 통과시켜 소정의 라인패턴을 형성하는 마이크로 패턴, 및 상기 마이크로 패턴으로부터 상기 라인패턴을 수광 및 초점을 조절하여 소정 거리의 투사범위를 향해 상기 라인패턴을 투사하는 투사렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 종래의 패턴 투사용 프로젝터에 비해 차지하는 공간을 크게 축소시키고 무게를 감소시켜 소형화된 모듈 형태의 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템을 제공할 수 있다.
3차원 스캐닝, 패턴 투사용 프로젝터, 카메라, 적외선, 라인패턴

Description

3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템{PROJECTOR LENS APPARATUS AND IMAGE CAPTURING LENS APPARATUS FOR GENERATING 3-DIMENSIONAL DATA, AND 3-DIMENSIONAL SCANNING SYSTEM HAVING THE PROJECTOR LENS APPARATUS AND THE IMAGE CAPTURING LENS APPARATUS}
본 발명은 피사체에 관한 3차원 데이터를 얻기 위해 상기 피사체에 소정의 라인패턴을 조사할 수 있도록 하는 프로젝터용 렌즈 장치, 상기 라인패턴이 조사된 피사체의 이미지를 수신하기 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 함께 구비하는 3차원 스캐닝 시스템에 관한 것이다.
종래, 3차원 영상의 획득을 위해서는 1차적으로 피사체에 소정의 패턴을 투사하기 위한 프로젝터가 필요한 바, 이러한 종래의 패턴 투사용 프로젝터는 제논램프, 할로겐 램프 또는 일반 가시광선 LED를 광원으로 한 것이 일반적이었으며 여기에는 포커스 조절용 렌즈, 줌 조절용 렌즈, 아이리스 조절용 렌즈가 함께 구비되었다.
그러나, 이러한 종래의 패턴 투사용 프로젝터에 의하면 상기 렌즈들이 많은 부피를 차지함으로 인해 공간상의 제약이 따른다는 문제가 있을 뿐 아니라 제논램프나 할로겐 램프 등의 광원은 전력소모가 매우 높고 고열이 발생하며 수명이 짧다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 다른 패턴 투사용 프로젝터로서 레이저빔을 이용한 기술이 있었으나 빛의 직진도가 높고 선명하다는 장점이 있는 반면, 여러 개의 광원을 사용하여 수 개에서 수십 개의 라인패턴을 동시에 균일하게 투사하는 데 기술적인 어려움이 있었으며, 종래의 일반 렌즈들은 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 투사되는 다수의 라인패턴이 왜곡되는 현상으로 인해 피사체로부터 수집되는 데이터의 정확도가 떨어진다는 문제가 있었다.
한편, 종래의 다른 패턴 투사용 프로젝터로서 광원의 전방에 격자무늬의 망을 위치시켜, 격자무늬의 그림자가 패턴으로서 투영되는 방법이 있었다.
이와 같이 격자무늬를 투영시키는 방법은 구조가 간단하다는 장점은 있으나 광원으로서의 램프의 크기가 크고 투영되는 그림자의 선명도가 떨어져서 정밀도가 높은 이미지를 얻기가 어렵다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 패턴 투사용 프로젝터에 비해 차지하는 공간을 크게 축소시키고 제작비용을 감소시키며 또한 무게를 감소시켜 소형화된 모듈 형태의 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 라인패턴의 투사 시 노이즈의 발생을 최소화하고 상기 라인패턴의 왜곡현상을 최소화함으로써 궁극적으로는 정밀도가 높은 3차원 데이터를 획득할 수 있도록 하는 프로젝터용 렌즈 장치, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치에 있어서, 광원과; 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 집광한 후 이를 소정 범위 내에서 균일하게 직선적으로 투사하는 집광렌즈부와; 상기 집광렌즈부로부터 투사된 빛을 통과시켜 소정의 라인패턴을 형성하는 마이크로 패턴; 및 상기 마이크로 패턴으로부터 상기 라인패턴을 수광 및 초점을 조절하여 소정 거리의 투사범위를 향해 상기 라인패턴을 투사하는 투사렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치를 제공한다.
여기서, 상기 투사렌즈부는 아래의 표 1의 요건을 만족하는 제1렌즈 내지 제6렌즈를 구비할 수 있다.
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈 R1= 40 D1= 0.5
R2= 5.3 D2= 0
제2렌즈 R3= 5.3 D3= 3.2
R4= -13.9 D4= 0
제3렌즈 R5= 8.3 D5= 1.5
R6= 21.7 D6= 8.566126
제4렌즈 R7= 15.498 D7= 1.35
R8= 115 D8= 1.768410
제5렌즈 R9= -4.86 D9= 0.5
R10= ∞ D10= 6.148415
제6렌즈 R11= 166 D11= 3.0
R12= -40 -
이때, 상기 투사렌즈부는 상기 제3렌즈와 제4렌즈를 각각 양단부로 지지하는 경통을 포함하되, 상기 경통은 광반사 차단을 위해 내주면에 V형 다중홈이 형성되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 집광렌즈부는 아래의 표 2의 요건을 만족하는 제1렌즈 내지 제3렌즈를 구비하도록 할 수도 있다.
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈 R1= 54.887 D1= 2.5
R2= ∞ D2= 0.977
제2렌즈 R3= 12.283 D3= 2.36
R4= 6.921 D4= 0
제3렌즈 R5= ∞ D5= 2.53
R6= 15.492 -
한편, 상기 광원은 적외선 광원으로서 파장이 720 내지 950 [㎛]인 근적외선일 수 있다.
또는, 상기 3차원 데이터 생성을 위한 상기 프로젝터용 렌즈 장치는 상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 프로젝터용 렌즈 장치는 내측에 상기 집광렌즈부를 수용 및 지지하는 집광렌즈경통과; 내측에 상기 마이크로 패턴을 수용 및 지지하고 상기 집광렌즈경통의 전방에 탈착 가능하도록 결합하는 패턴홀더; 및 내측에 상기 투사렌즈부를 수용 및 지지하고, 일측 단부를 통해 상기 패턴홀더가 개재된 상태에서 상기 집광렌즈경통과 탈착 가능하도록 결합하는 투사렌즈경통를 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치에 있어서, 피사체로부터 반사되는 빛을 수광하여 초점을 조절하는 수광렌즈부와, 상기 수광렌즈부에 의해 초점이 조절된 빛을 수신하는 CCD 어레이를 포함하되, 상기 수광렌즈부는 아래의 표 3의 요건을 만족하는 제1렌즈 내지 제6렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 제공한다.
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈 R1= 40 D1= 3.0
R2= -166 D2= 6.148415
제2렌즈 R3= ∞ D3= 0.5
R4= 4.86 D4= 1.768410
제3렌즈 R5= -115 D5= 1.35
R6= -15.498 D6= 8.566126
제4렌즈 R7= -21.7 D7= 1.5
R8= -8.3 D8= 0
제5렌즈 R9= 13.9 D9= 3.2
R10= -5.3 D10= 0
제6렌즈 R11= -5.3 D11= 0.5
R12= -40 -
여기서, 상기 수광렌즈부는 상기 제3렌즈와 제4렌즈를 각각 양단부로 지지하는 경통을 포함하되, 상기 경통은 광반사 차단을 위해 내주면에 V형 다중홈이 형성되도록 할 수도 있다.
그리고, 상기 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치는 상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 3차원 데이터 생성을 위한 3차원 스캐닝 시스템에 있어서, 광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 집광한 후 이를 소정 범위 내에서 균일하게 직선적으로 투사하는 집광렌즈부와, 상기 집광렌즈부로부터 투사된 빛을 통과시켜 소정의 라인패턴을 형성하는 마이크로 패턴 및 상기 마이크로 패턴으로부터 상기 라인패턴을 수광 및 초점을 조절하여 소정 거리의 투사범위를 향해 상기 라인패턴을 투사하는 투사렌즈부를 구비하는 프로젝터용 렌즈 장치와; 피사체로부터 반사되는 빛을 수광하여 초점을 조절하는 수광렌즈부와, 상기 수광렌즈부에 의해 초점이 조절된 빛을 수신하는 CCD 어레이를 구비하는 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 투사렌즈부와 상기 수광렌즈부는 서로 동일한 구성을 갖도록 할 수도 있다.
이때, 상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 간의 초점거리는 상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 간의 초점거리와 동일하게 형성할 수도 있다.
또한, 상기 3차원 스캐닝 시스템은 상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 3차원 스캐닝 시스템은 상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함할 수도 있다.
또는, 상기 광원이 적외선 광원일 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터용 렌즈 장치에 의하면 집광렌즈부, 마이크로 패턴 및 투사렌즈부로 연결되는 단일화된 구조를 취함으로써 라인패턴의 투사를 위해 최적화된 구성을 제공할 수 있으며, 이에 따라 제작비용을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라 종래의 패턴 투사용 프로젝터에 비해 차지하는 공간을 크게 축소시키고 무게를 감소시켜 소형화된 모듈 형태의 프로젝터용 렌즈 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로젝터용 렌즈 장치에 의하면 표 1 내지 표 3의 요건을 만족하는 렌즈부 구성을 가짐으로써 상기 라인패턴의 왜곡현상을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 정밀도가 높은 3차원 데이터를 획득할 수 있다.
여기서, 상기 마이크로 패턴을 지지하는 패턴홀더가 상기 집광렌즈부를 지지하는 집광렌즈경통에 탈착 가능하도록 하여 상기 마이크로 패턴을 교체할 수 있도록 구비함으로써 동일한 렌즈와 경통 구조를 이용하여 다양한 패턴을 투사하여 3차원 데이터를 획득할 수 있으므로 종래기술의 경우와 달리 마이크로 패턴마다 렌즈 장치를 구비할 필요가 없다.
또한, 광원의 파장 대역에 따라 적외선 필터를 사용하지 않거나 적외선 필터를 사용하는 경우에도 파장 대역을 달리하여 이를 구비할 수 있으므로 상기 광원의 파장 대역이 변경되더라도 프로젝터용 렌즈 장치 또는 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 그대로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 상기 적외선 필터를 구비함으로써 불필요한 파 장대역의 이미지를 차단함으로써 이미지의 노이즈 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 이상과 같은 프로젝터용 렌즈 장치와 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 구비한 3차원 스캐닝 시스템에 의하면, 상기 프로젝터용 렌즈 장치와 상기 이미지 캡쳐용 렌즈 장치 간에 초점이 서로 동일하게 조절된 렌즈 구조를 가질 수 있으므로 선명도가 높은 라인패턴을 투사 및 캡쳐할 수 있으므로 정밀한 3차원 이미지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3차원 스캐닝 시스템에 의하면, 프로젝터용 렌즈 장치와 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 서로 동일한 것으로 사용함으로써 피사체에 투사 및 촬영되는 라인패턴의 면적을 조절하기가 매우 편리하며 종래기술에서와 달리 줌 조절을 위해 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 렌즈 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(110), 집광렌즈부(120), 마이크로 패턴(130), 적외선 필터(140), 투사렌즈부(150)를 포함한다.
광원(110)은 점광원으로서 빛을 발생시켜 방사상으로 조사한다. 이때, 후술하는 적외선 필터(140)가 없는 경우에는 상기 광원(110)으로서 적외선을 발생시키는 것을 사용할 수 있다.
집광렌즈부(120)는 광원(110)으로부터 방사상으로 조사되는 빛을 집광한 후 이를 적외선 필터(140)를 향해 균일하게 직선적으로 투사하도록 기능한다.
본 실시예에서 집광렌즈부(120)는 도시된 바와 같이 제1렌즈(121) 내지 제3 렌즈(123)의 3개로 이루어져 있다.
광원(110)을 기준으로 한 상기 제1렌즈(121) 내지 제3렌즈(123)의 규격은 아래의 표 1과 같다.
[표 1] 집광렌즈부의 렌즈 규격
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈(121) R11= 54.887 D11= 2.5
R12= ∞ D12= 0.977
제2렌즈(122) R13= 12.283 D13= 2.36
R14= 6.921 D14= 0
제3렌즈(123) R15= ∞ D15= 2.53
R16= 15.492 -
여기서, R11, R13, R15는 각 렌즈의 입사면의 곡률반경이고, R12, R14, R16는 각 렌즈의 출사면의 곡률반경이다. 또한, D11, D13, D15는 각 렌즈의 광축상의 두께이며, D12는 제1렌즈(121)와 제2렌즈(122) 사이의 간격이고 D14는 제2렌즈(122)와 제3렌즈(123) 사이의 간격이다.
이들 제1 내지 제3렌즈(121, 122, 123)는 집광렌즈경통(124)의 내측에 차례대로 수용 및 지지된다.
마이크로 패턴(130)은 집광렌즈부(120)의 우측 전방에 배치된다.
마이크로 패턴(130)은 패턴홀더(131)의 내측에 수용 및 지지되며, 이 패턴홀더(131)는 테두리 부분이 집광렌즈경통(124)에 나사 결합된다.
마이크로 패턴(130)에 형성되는 패턴은 라인패턴으로서 다수의 슬릿이 일정 간격으로 이격 배치된 형태를 갖는다. 도 5는 마이크로 패턴(130)을 통과하여 투사 된 라인패턴(1)의 형태를 예시하고 있다.
상기한 바와 같이 집광렌즈부(120)에 의해 직선적으로 투사되는 빛은 마이크로 패턴(130)을 통과하면서 상기 라인패턴(1)을 형성한다.
한편, 마이크로 패턴(130)은 상에서와 같이 패턴홀더(131)에 의해 집광렌즈부(120)와 결합 및 분리가 용이하게 이루어질 수 있는 구조를 갖는다.
따라서, 사용자는 피사체의 형상 등 요구되는 조건에 따라 라인패턴(1)을 적절히 선택하여 그에 해당하는 마이크로 패턴(130)으로 교체하여 상기 집광렌즈부(120)와 결합시킬 수 있다.
적외선 필터(140)는 상기한 마이크로 패턴(130)과 투사렌즈부(150) 사이에 개재된다.
광원(110)으로부터 투사되어 온 빛은 이 적외선 필터(140)에 의해 필터링되어 특정 파장의 적외선만이 통과되도록 한다.
적외선의 파장은 인체에 투사되는 경우까지 고려하여 유해성이 없는 720 내지 950[㎛]의 근적외선으로 선택할 수 있다.
이와 같이 프로젝터용 렌즈 장치(100)로부터 적외선이 투사되도록 할 경우에는, 종래 가시광선이나 레이저를 사용하는 경우와 달리 투사된 빛의 캡쳐를 위해 암실에서 작업할 필요가 없다는 점에서 유리하며, 인체에 투사될 때 직사광선이 눈에 조사되는 경우에도 감지되지 않으므로 거부감을 느끼지 못한다는 이점이 있다.
또한, 후술하는 바와 같이 적외선 필터를 채용하는 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)와 함께 사용함으로써 불필요한 파장대역의 이미지가 수집되는 것을 차단함 으로써 노이즈의 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이, 상기 적외선 필터(140)가 구비되지 않는 경우, 광원(110)으로 하여금 특정 파장의 적외선만을 투사하도록 하여 상기 특정 파장의 적외선을 제외한 다른 파장의 빛이 피사체에 투사되지 못하도록 할 수 있다.
투사렌즈부(150)는 마이크로 패턴(130)을 통과하여 형성된 라인패턴이 적외선 필터(140)를 통과한 것을 수광하여, 이의 초점을 조절한 후 소정 거리 이격된 투사범위 영역으로 투사하는 기능을 한다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 투사렌즈부(150)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1렌즈(151) 내지 제6렌즈(156)의 6개로 이루어져 있다.
제1렌즈(151)의 입사면의 광축은 좌측 전방의 적외선 필터(140)에 접촉되어 있으며, 이를 기준으로 한 각 렌즈의 규격은 아래의 표 2와 같다.
[표 2] 투사렌즈부의 렌즈 규격
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈(151) R21= 40 D21= 0.5
R22= 5.3 D22= 0
제2렌즈(152) R23= 5.3 D23= 3.2
R24= -13.9 D24= 0
제3렌즈(153) R25= 8.3 D25= 1.5
R26= 21.7 D26= 8.566126
제4렌즈(154) R27= 15.498 D27= 1.35
R28= 115 D28= 1.768410
제5렌즈(155) R29= -4.86 D29= 0.5
R210= ∞ D210= 6.148415
제6렌즈(156) R211= 166 D211= 3.0
R212= -40 -
여기서, R21, R23, R25, R27, R29, R211은 각 렌즈의 입사면의 곡률반경이 고, R22, R24, R26, R28, R210, R212는 각 렌즈의 출사면의 곡률반경이다.
그리고, D21, D23, D25, D27, D29, D211은 각 렌즈의 광축상의 두께이다.
또한, D22는 제1렌즈(151)와 제2렌즈(152) 사이의 간격이고, D24는 제2렌즈(152)와 제3렌즈(153) 사이의 간격이고, D26은 제3렌즈(153)와 제4렌즈(154) 사이의 간격이며, D28은 제4렌즈(154)와 제5렌즈(155) 사이의 간격이며, D210은 제5렌즈(155)와 제6렌즈(156) 사이의 간격이다.
이들 제1 내지 제6렌즈(151 내지 156)는 투사렌즈경통(157)의 내측에 차례대로 수용 및 지지된다.
그리고, 이 투사렌즈경통(157)은 연장경통(158)을 매개로 하여 상기한 집광렌즈경통(124)과 결합한다.
한편, 투사렌즈경통(157)은 내부경통(159)을 더 구비한다.
내부경통(159)은 투사렌즈부(150)의 제3렌즈(153)와 제4렌즈(154) 사이의 경로를 수용하며, 그 내주면으로는 축방향으로 연장 형성되는 V형 다중홈이 형성되어 광반사를 차단하는 기능을 한다.
투사렌즈부(150)를 통과한 라인패턴은 도 5에 도시된 바와 같은 형태로 피사체에 투사된다.
라인패턴이 피사체에 투사된 모습은 도 6 및 도 7에 예시된 바와 같다. 도 6 및 도 7은 인체인 피사체(2)에 라인패턴이 투사된 모습을 도시한 사진들이다.
도 6은 가시광선 형태의 라인패턴을 투사한 경우이고, 도 7은 적외선 형태의 라인패턴을 투사한 경우를 나타낸다(엄밀하게는, 도 6 및 도 7은 투사된 라인패턴 이 피사체로부터 반사되어 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)를 통해 수광된 이미지를 나타낸다.)
이와 같이 피사체에 투사된 라인패턴(1)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)에 수광된다.
본 발명의 실시예에 따른 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 수광렌즈부(210), 적외선 필터(220), CCD 어레이(230)를 포함한다.
수광렌즈부(210)는 상기한 바와 같이 피사체로부터 반사된 빛을 수광하여 초점을 조절하는 기능을 한다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 수광렌즈부(210)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1렌즈(211) 내지 제6렌즈(216)의 6개로 이루어져 있다.
제1렌즈(211)를 기준으로 한 각 렌즈의 규격은 아래의 표 3과 같다.
[표 3] 수광렌즈부의 렌즈 규격
렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm]
제1렌즈(211) R31= 40 D31= 3.0
R32= -166 D32= 6.148415
제2렌즈(212) R33= ∞ D33= 0.5
R34= 4.86 D34= 1.768410
제3렌즈(213) R35= -115 D35= 1.35
R36= -15.498 D36= 8.566126
제4렌즈(214) R37= -21.7 D37= 1.5
R38= -8.3 D38= 0
제5렌즈(215) R39= 13.9 D39= 3.2
R310= -5.3 D310= 0
제6렌즈(216) R311= -5.3 D311= 0.5
R312= -40 -
이상과 같은 수광렌즈부(210)의 렌즈 규격은 상기한 프로젝터용 렌즈 장치(100)의 투사렌즈부(150)의 렌즈 규격과 역순으로서 실질적으로는 서로 동일한 구조를 갖는다.
수광렌즈부(210)를 구성하는 제1 내지 제6렌즈(211 내지 216)는 수광렌즈경통(217)의 내측에 차례대로 수용 및 지지된다.
그리고, 이 수광렌즈경통(217)은 연장경통(218)을 매개로 하여 CCD 어레이(230)가 구비된 측과 결합한다.
또한, 여기에서도 상기한 투사렌즈부(150)의 경우와 마찬가지로 상기 수광렌즈경통(217)은 내부경통(219)을 더 구비한다.
내부경통(219)은 수광렌즈부(210)의 제3렌즈(213)와 제4렌즈(214) 사이의 경로를 수용하며, 그 내주면으로는 축방향으로 연장 형성되는 V형 다중홈이 형성되어 광반사를 차단하는 기능을 한다.
수광렌즈부(210)를 통과한 빛, 즉 라인패턴은 상기 수광렌즈부(210)에 의해 초점이 조절되어 적외선 필터(220)를 통과한다.
라인패턴은 이 적외선 필터(220)에 의해 필터링되어 특정 파장의 적외선 형태로 통과된다. 상기 프로젝터 렌즈 장치(100)의 경우와 마찬가지로, 이때의 적외선의 파장은 인체에 투사되는 경우까지 고려하여 유해성이 없는 720 내지 950[㎛]의 근적외선으로 선택할 수 있다.
이때에도, 프로젝터 렌즈 장치(100)의 광원(110)이 적외선 광원인 경우에는 상기 적외선 필터(220)를 구비하지 않을 수 있다.
적외선 필터(220)를 통과한 라인패턴은 CCD 어레이(230)로 수신된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐닝 시스템은 상기에서 설명한 프로젝터 렌즈 장치(100)와 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)를 포함하여 구비된다.
즉, 상기에서 설명한 바와 같이, 프로젝터 렌즈 장치(100)의 투사렌즈부(150)와 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200)의 수광렌즈부(210)는 서로 동일한 구성을 갖는다.
또한, 프로젝터 렌즈 장치(도 1의 100)에 있어서 마이크로 패턴(130)과 투사렌즈부(150) 간의 초점거리는 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(도 3의 200)에 있어서의 수광렌즈부(210)와 CCD 어레이(230) 간의 초점거리와 동일하게 구비된다.
이상에서 설명된 프로젝터 렌즈 장치(100), 이미지 캡쳐용 렌즈 장치(200) 및 이들을 구비한 3차원 스캐닝 시스템 등은 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 불과할 뿐 본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위가 이들에 한정되는 것으로 이해되어서는 안 된다.
본 발명의 권리범위 내지 기술적 범위는 후술하는 특허청구범위 및 그 균등범위에 의해 정하여진다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터용 렌즈 장치의 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 캡쳐용 렌즈 장치의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 스캐닝 시스템의 사용 상태를 도시한 개략도,
도 6 및 도 7은 각각 도 5의 3차원 스캐닝 시스템을 사용하여 라인패턴을 피사체에 투사 및 수광하여 얻은 이미지를 보여주는 사진,
도 8은 종래기술에 따른 3차원 스캐닝 시스템을 통해 라인패턴을 평면에 투사 및 수광하여 얻은 이미지를 보여주는 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 프로젝터용 렌즈 장치 110: 광원
120: 집광렌즈부 124: 집광렌즈경통
130: 마이크로 패턴 131: 패턴홀더
140: 적외선 필터 150: 투사렌즈부
157: 투사렌즈경통 158: 연장경통
159: 내부경통 200: 이미지 캡쳐용 렌즈 장치
210: 수광렌즈부 217: 수광렌즈경통
218: 연장경통 219: 내부경통
220: 적외선 필터 230: CCD 어레이

Claims (17)

  1. 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치에 있어서,
    광원과;
    상기 광원으로부터 조사되는 광경로를 따라 순차적으로 배치되되 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 집광하는 집광부 제1렌즈와, 상기 집광된 빛을 소정 범위 내에서 투사면적를 확대하는 집광부 제2렌즈와, 상기 확대된 빛을 균일하게 직선적으로 투사하는 집광부 제3렌즈를 구비한 집광렌즈부와;
    상기 집광렌즈로부터 투사된 빛을 통과시켜 상기 빛에 의한 소정의 라인패턴광을 형성하도록 하는 마이크로 패턴; 및
    상기 라인패턴광의 초점을 조절하여 소정 거리의 투사범위를 향해 투사하는 투사렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투사렌즈부는,
    상기 라인패턴광을 수광하는 투사부 제1렌즈와, 수광된 라인패턴광을 집중시키는 투사부 제2렌즈와, 집중된 라인패턴광의 밝기를 조절하는 투사부 제3렌즈와, 밝기가 조절된 라인패턴광의 포커스를 조절하는 투사부 제4 및 제5렌즈와, 포커스가 조절된 라인패턴광을 투사하는 투사부 제6렌즈를 포함하며,
    상기 투사부 제1 내지 제6렌즈는 아래의 표 1의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
    [표 1]
    렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm] 투사부 제1렌즈 R1= 40 D1= 0.5 R2= 5.3 D2= 0 투사부 제2렌즈 R3= 5.3 D3= 3.2 R4= -13.9 D4= 0 투사부 제3렌즈 R5= 8.3 D5= 1.5 R6= 21.7 D6= 8.566126 투사부 제4렌즈 R7= 15.498 D7= 1.35 R8= 115 D8= 1.768410 투사부 제5렌즈 R9= -4.86 D9= 0.5 R10= ∞ D10= 6.148415 투사부 제6렌즈 R11= 166 D11= 3.0 R12= -40 -
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투사렌즈부는 경통을 포함하되, 상기 투사부 제3렌즈와 상기 투사부 제4렌즈는 상기 경통의 양단부에 각각 서로 대면하도록 지지되며, 상기 경통은 광반사 차단을 위해 상기 투사부 제3렌즈와 상기 투사부 제4렌즈 사이의 내주면에 V형 다중홈이 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부의 집광부 제1렌즈 내지 집광부 제3렌즈는 아래의 표 2의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
    [표 2]
    렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm] 집광부 제1렌즈 R1= 54.887 D1= 2.5 R2= ∞ D2= 0.977 집광부 제2렌즈 R3= 12.283 D3= 2.36 R4= 6.921 D4= 0 집광부 제3렌즈 R5= ∞ D5= 2.53 R6= 15.492 -
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광원은 파장이 720 내지 950 [㎛]인 근적외선인 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원은 적외선 광원인 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 프로젝터용 렌즈 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    내측에 상기 집광렌즈부를 수용 및 지지하는 집광렌즈경통과;
    내측에 상기 마이크로 패턴을 수용 및 지지하고 상기 집광렌즈경통의 전방에 탈착 가능하도록 결합하는 패턴홀더; 및
    내측에 상기 투사렌즈부를 수용 및 지지하고, 일측 단부를 통해 상기 패턴홀더가 개재된 상태에서 상기 집광렌즈경통과 탈착 가능하도록 결합하는 투사렌즈경통를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터용 렌즈 장치.
  9. 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치에 있어서,
    피사체로부터 반사되는 빛을 수광하여 초점을 조절하는 수광렌즈부와, 상기 수광렌즈부에 의해 초점이 조절된 빛을 수신하는 CCD 어레이를 포함하되,
    상기 수광렌즈부는,
    상기 피사체로부터 빛을 수광하는 수광부 제1렌즈와, 수광된 빛의 포커스를 조절하는 수광부 제2 및 제3렌즈와, 포커스가 조절된 빛의 밝기를 조절하는 수광부 제4렌즈와, 밝기가 조절된 빛을 집중시키는 수광부 제5렌즈와, 집중된 빛을 투사하는 수광부 제6렌즈가 상기 빛의 광경로를 따라 순차적으로 배치되며,
    상기 수광부 제1렌즈 내지 제6렌즈는 아래의 표 3의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치.
    [표 3]
    렌즈 곡률반경[mm] 렌즈면 사이 간격[mm] 수광부 제1렌즈 R1= 40 D1= 3.0 R2= -166 D2= 6.148415 수광부 제2렌즈 R3= ∞ D3= 0.5 R4= 4.86 D4= 1.768410 수광부 제3렌즈 R5= -115 D5= 1.35 R6= -15.498 D6= 8.566126 수광부 제4렌즈 R7= -21.7 D7= 1.5 R8= -8.3 D8= 0 수광부 제5렌즈 R9= 13.9 D9= 3.2 R10= -5.3 D10= 0 수광부 제6렌즈 R11= -5.3 D11= 0.5 R12= -40 -
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수광렌즈부는 경통을 포함하되, 상기 수광부 제3렌즈와 상기 수광부 제4렌즈는 상기 경통의 양단부에 각각 서로 대면하도록 지지되며, 상기 경통은 광반사 차단을 위해 상기 수광부 제3렌즈와 상기 수광부 제4렌즈 사이의 내주면에 V형 다중홈이 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 데이터 생성을 위한 이미지 캡쳐용 렌즈 장치.
  12. 3차원 데이터 생성을 위한 3차원 스캐닝 시스템에 있어서,
    광원과, 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 집광하는 집광부 제1렌즈와 상기 집광된 빛을 소정 범위 내에서 투사면적를 확대하는 집광부 제2렌즈와 상기 확대된 빛을 균일하게 직선적으로 투사하는 집광부 제3렌즈를 구비한 집광렌즈부와, 상기 집광렌즈부로부터 투사된 빛을 통과시켜 상기 빛에 의한 소정의 라인패턴광을 형성하도록 하는 마이크로 패턴, 및 상기 라인패턴광의 초점을 조절하여 소정 거리의 투사범위를 향해 투사하는 투사렌즈부를 구비하는 프로젝터용 렌즈 장치와;
    피사체로부터 반사되는 빛을 수광하여 초점을 조절하는 수광렌즈부와, 상기 수광렌즈부에 의해 초점이 조절된 빛을 수신하는 CCD 어레이를 구비하는 이미지 캡쳐용 렌즈 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투사렌즈부와 상기 수광렌즈부는 서로 동일한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 간의 초점거리는 상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 간의 초점거리와 동일한 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스 템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로 패턴과 상기 투사렌즈부 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템.
  16. 제12항 또는 제15항에 있어서,
    상기 수광렌즈부와 상기 CCD 어레이 사이에 개재되는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 광원은 적외선 광원인 것을 특징으로 하는 3차원 스캐닝 시스템.
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