KR100966311B1

KR100966311B1 - Ｄｍｄ를 이용한 모아레 장치

Info

Publication number: KR100966311B1
Application number: KR1020080015126A
Authority: KR
Inventors: 김성현
Original assignee: 넥스타테크놀로지 주식회사
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2010-06-28
Also published as: KR20090089946A

Abstract

본 발명은 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용한 모아레 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 모아레 무늬를 측정하는 DMD를 이용한 모아레 장치에 관한 것이다.

본 발명은 2π의 모호성으로 인하여 격자피치에 따른 측정 대상물의 높이가 제한을 받지만 DMD미러는 격자 피치를 쉽게 변경할 수 있기 때문에 이를 이용하여 이파장위상측정법에 적용시키게 되면 2π의 모호성 문제를 해결 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이파장위상측정법을 이용하게 되면 격자의 피치를 달리하여 측정을 두 번 해야 하기 때문에 측정시간이 배로 늘어나지만, 본 발명에서 각각의 격자마다 프로젝션 시키는 광원의 색을 컬러필터를 이용하여 다르게 만들고, 컬러 카메라를 사용하여 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 측정하여 측정시간을 단축하는 효과가 있으며 기준격자 없이 높이를 계산할 수 있는 효과가 있다. 더욱이, 위상이동시 기존방식에서는 물리적으로 격자를 움직여야 하기 때문에 오차를 발생하지만 DMD의 경우에는 패턴을 변화시켜 위상이동하기 때문에 정밀하게 위상천이 하는 효과가 있다.

DMD, 모아레 무늬, 색

Description

ＤＭＤ를 이용한 모아레 장치{Moire Device Using Digital Micromirror Device}

종래의 기술로서, 도 1은 종래의 모아레 장치 구성도로서, 상기 모아레 장치는 광원으로부터 제공된 빛이 투영격자를 통하여 격자무늬가 생성되고 상기 생성된 격자무늬를 대상물에 투영한 이후에 기준격자에서 CCD(Charge-Coupled Device)로 제공하고 있었다.

또한, 대부분의 모아레 장치는 투영식 모아레 장치이고 이와 같은 투영식 모아레 장치는 투영격자가 단일격자로서 반도체 리소그래피 공정을 통하여 제작되고 있었다.

아울러, 위상천이방식을 이용하기 때문에 격자를 물리적으로 이동시키고 있 었고 또한 초기에는 기준격자를 사용하고 있었으나 현재는 S/W를 통해 가상격자로 대체되고 있는 실정이다.

따라서 격자피치가 고정되어 있기 때문에 측정 대상물의 높이에 제한을 받는 문제점이 있고 격자피치를 변경하기 위해서는 또 다른 피치의 격자를 제작하여야 함은 물론 여러 크기의 격자를 사용하여 측정범위를 증가시키기 위해서는 격자마다 시간차이를 두고 각각 측정하여야 하는 번거로운 문제점이 있었다.

상술한 본 발명의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 모아레 무늬를 측정하는 DMD를 이용한 모아레 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면 DMD를 이용한 양방향 모아레 무늬 획득 장치는 평행광을 생성하는 광원과, 서로 다른 색을 갖고 한 프레임을 이루는 두 종류의 필터와, 상기 서로 다른 색을 갖는 필터 각각에 대한 격자무늬를 생성하는 DMD와, 상기 생성된 각각의 격자무늬를 대상물에 투영하는 투영렌즈와, 상기 대상물에 투영되어 변형된 각각의 격자무늬를 전달받는 결상렌즈, 및 상기 각각의 격자무늬를 전달받아 그 합에 의해서 초기 위상값을 연산하는 카메라 센서로 이루어진 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 상기 DMD의 피치 변화만으로 위상이동되는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 상기 서로 다른 색을 갖는 한 프레임의 격자무늬가 동시에 측정되는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMD를 이용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값과 높이정보를 연산하는 것을 해결 수단으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 2π의 모호성으로 인하여 격자피치에 따른 측정 대상물의 높이가 제한을 받지만 DMD미러는 격자 피치를 쉽게 변경할 수 있기 때문에 이를 이용하여 이파장위상측정법에 적용시키게 되면 2π의 모호성 문제를 해결 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 이파장위상측정법을 이용하게 되면 격자의 피치를 달리하여 측정을 두번 해야 하기 때문에 측정시간이 두배로 늘어나지만, 본 발명에서 각각의 격자마다 프로젝션 시키는 광원의 색을 컬러필터를 이용하여 다르게 만들고, 컬러 카메라를 사용하여 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 측정하여 측정시간을 단축하는 효과가 있으며 기준격자 없이 높이를 계산할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 위상이동시 기존방식에서는 물리적으로 격자를 움직여야 하기 때문에 오차를 발생하지만 DMD의 경우에는 패턴을 변화시켜 위상이동하기 때문에 정밀하게 위상천이 하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.

우선적으로 본 발명을 이해하기 위한 모아레에 대하여 설명하면, 상기 모아레는 고대 중국의 비단 위에 나타나는 물결무늬를 의미하는 말로써, 기하학적으로 규칙적인 분포의 점 또는 선을 겹쳤을 경우에 발생되는 새로운 무늬이다.

예컨대 모기장, 커튼, 줄무늬 옷, 격자 창 등과 같은 공간적으로 주기성을 갖는 두개 이상의 반사판 또는 투과판의 격자를 겹쳐 놓을 경우에 물결 무늬형태의 간섭무늬가 발생된다.

도 2는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치 구성도로서, 상기 모아레 장치는 광원(100)과 필터 휠(200)과 DMD(Digital Micromirror Device; 300)와 투영렌즈(400)와 대상물(500)과 결상렌즈(600) 및 카메라 센서(700)로 이루어진다.

보다 상세하게, 상기 광원(100)은 흰색의 평행광을 생성하고 생성된 평행광을 필터 휠(200)로 출사된다.

상기 필터 휠(200)은 하나의 프레임이 되도록 빨간색 필터와 파란색 필터로 구성된다.

이와 같이, 한 프레임으로 된 빨간색 필터와 파란색 필터를 갖는 필터 휠(200)은 상기 광원(100)으로부터 출사된 흰색의 평행광이 빨간색 필터와 파란색 필터를 통과하여 DMD(300)로 전달된다.

상기 DMD(300)는 상기 필터 휠(200)로부터 빨간색 필터를 통과한 평행광 또는 파란색 필터를 통과한 평행광을 전달받으며, 우선적으로 빨간색 필터를 통과한 평행광을 전달받는 경우의 빨간색 광은 DMD의 픽셀을 정렬하여 제 1 피치로부터 제 1 격자무늬가 생성된다.

또한, 상기 DMD(300)는 상기 필터 휠(200)로부터 파란색 필터를 통과한 평행광을 전달받는 경우의 파란색 광은 DMD의 제 2 피치로 바꾸어 제 2 격자무늬가 생성된다.

상기 투영렌즈(400)는 빨간색 필터를 통과하여 상기 DMD(300)에 의하여 생성된 제 1 격자무늬를 대상물(500)에 투영한다.

또한, 파란색 필터를 통과하여 상기 DMD(300)에 생성된 제 2 격자무늬를 대상물(500)에 투영한다.

상기 대상물(500)은 상기 투영렌즈(400)를 통과한 제 1 피치에 의한 제 1 격자무늬와 제 2 피치에 의한 제 2 격자무늬가 변형된다.

상기 결상렌즈(600)는 상기 대상물(500)로부터 변형된 제 1, 제 2 격자무늬를 카메라 센서(700)로 전달한다.

상기 카메라 센서(700)는 결상렌즈(600)로부터 전달되는 변형된 제 1, 제 2 격자무늬를 획득하여 이를 합한다.

한편, DMD를 사용하기 때문에 피치만을 변화시켜서 위상이동하므로 종래의 위상천이보다 정밀하게 위상천이되고, 한 프레임 안에서 동시에 측정이 가능하다.

상기 한 프레임 안에서 동시에 측정이 가능하기 위해서 즉, 한 프레임에 서로 다른 두 개의 격자 무늬(상기 제 1, 제 2 격자무늬)를 명확하게 얻기 위해서는 다음과 같은 공식이 성립되어야 한다.

(피치1의 격자무늬 투영시간 + 피치2의 격자무늬 투영시간) =< (CCD의 노출 시간)

따라서 위상을 변경하면서 n-Bucket(n은 3이상) 방식으로 위 과정을 n회 반복하여 측정된 이미지를 통하여 기준격자 없이 대상물의 높이에 따른 초기 위상값과 높이 정보를 연산할 수 있으나 작은 오차와 빠른 측정속도를 위해서는 4회 반복하는 것이 바람직하다.

상기 초기 위상값 연산에 대하여 도 3과 함께 설명하면 다음과 같다.

A pixel과, B pixel이 각각에 대해서 전체를 100%라고 하면 DMD의 변화가 1/4일 경우에는 A pixel의 50%는 ON이 되고, 나머지 50%도 ON이 되며, B pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%도 OFF가 된다.

따라서 A pixel은 최대값이 되어 위상이 최대가 되고 B pixel은 최소값이 되어 위상이 최소가 된다.

다음, DMD의 변화가 2/4일 경우에는 A pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 ON이 되며, B pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 ON이 된다.

따라서, A pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 되고 B pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 된다.

다음, DMD의 변화가 3/4일 경우에는 A pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 OFF가 되며, B pixel의 50%는 ON이 되고 나머지 50%는 ON이 된다.

따라서 A pixel은 최소값이 되어 위상이 최소가 되고 B pixel은 최대값이 되어 위상이 최대가 된다.

다음, DMD의 변화가 4/4일 경우에는 A pixel의 50%는 ON가 되고 나머지 50% 는 OFF가 되며, B pixel의 50%는 ON이 되고 나머지 50%는 OFF이 된다.

따라서 A pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 되고 B pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 된다.

이에, 도 3에 도시된 위상값을 하기 [수학식 1]에 적용하여 초기 위상값을 연산한다.

[수학식 1]

φ(x,y)=tan^-1(I₄-I₂/I₁-I₃)

또한, [수학식 2]를 이용하여 대상물의 높이를 연산한다.

[수학식 2]

대상물높이 = λ(등가파장) × φ(x,y)/2π 가 된다.

이외에도 도 4에 도시된 이파장위상측정법은 [수학식 3]에 적용하여 본 발명을 수행할 수 있다.

[수학식 3]

φ_e(x,y)=φ₁(x,y)-φ₂(x,y)=2π·h(x,y)·(λ₂-λ₁/λ₂λ₁)

φ_e(x,y)=2π·h(x,y)/λ_e

λ_e=λ₂λ₁/λ₂-λ₁

도 5는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치에 의하여 RGB 컬러 카메라의 감도곡선 및 분광필터 특성 그래프로서, 상기 설명한 바 있는 DMD를 이용한 모아레 장치를 이용하여 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMD를 이용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값과 높이정보를 연산한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 상기한 기술은 단지 한 실시예이고 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래의 모아레 장치 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 두 격자의 위상차를 나타낸 예시도,

도 4는 본 발명에 따른 파장위상 측정법을 나타낸 예시도,

도 5는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치에 의하여 RGB 컬러 카메라의 감도곡선 및 분광필터 특성 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 광원 200 : 필터 휠

300 : DMD 400 : 투영렌즈

500 : 대상물 600 : 결상렌즈

700 : 카메라 센서

Claims

평행광을 생성하는 광원과;

하나의 영상 프레임이 되도록 서로 다른 색을 갖는 필터가 구성된 필터 휠과;

상기 평행광이 상기 서로 다른 색을 갖는 필터 중 임의의 한 필터를 통과한 평행광이 DMD의 픽셀 정렬을 통하여 제 1 피치로부터 제 1 격자무늬를 생성하고 다른 한 필터를 통과한 평행광이 DMD의 픽셀 정렬로 제 2 피치로부터 제 2 격자무늬를 생성하는 DMD와;

상기 생성된 제 1 격자무늬와 제 2 격자무늬를 대상물에 투영하는 투영렌즈와;

상기 대상물에 투영되어 변형된 제 1, 2 격자무늬를 전달받는 결상렌즈; 및상기 제 1, 2 격자무늬를 전달받아 합하고 초기 위상값(φ(x,y))=tan^-1(I₄-I₂/I₁-I₃)(단,I_1,I_2,I_3,I₄는 제 1, 2 격자무늬의 픽셀값)의 수식을 이용하여 연산하는 카메라 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 카메라 센서는 상기 서로 다른 색을 갖는 한 프레임의 격자무늬가 동시에 측정되는 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.
제 1항에 있어서,

상기 카메라 센서는 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMB를 이용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값(φ(x,y))=tan^-1(I₄-I₂/I₁-I₃)(단,I_1,I_2,I_3,I₄는 제 1, 2 격자무늬의 픽셀값)로 연산하고 높이정보(h(x,y))=λ×φ(x,y)/2π(단, λ는 등가파장)로 연산하는 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.