KR101350786B1

KR101350786B1 - 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치

Info

Publication number: KR101350786B1
Application number: KR1020130121649A
Authority: KR
Inventors: 박종식; 전종성; 김광규; 유기복
Original assignee: 리스광시스템(주)
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2033-10-14

Abstract

본 발명은 카메라를 이용하여 2차원의 위치 데이터를 입력받아 제품의 불량 유무를 판별 및 검사하는 장치인 머신 비전 시스템(Machine vision system)을 구성하기 위해 가장 중요한 구성요소 중 하나인 조명에 있어서, 카메라와 조명이 동일한 축상에 위치하는 동축 조명에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 기존의 머신 비전 시스템에 사용되고 있는 외부 동축조명은 그 조도분포가 불균일함으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 측정 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)를 저하시키는 원인이 되는 문제가 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결하여, 균일한 조도분포를 가짐으로써 머신 비전 시스템에서 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공된다.

Description

균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치{External coaxial illumination apparatus with uniform illuminance distribution}

본 발명은 카메라를 이용하여 2차원의 위치 데이터를 입력받아 제품의 불량 유무를 판별 및 검사하는 장치인 머신 비전 시스템(Machine vision system)을 구성하기 위해 가장 중요한 구성요소 중 하나인 조명에 있어서, 카메라와 조명이 동일한 축상에 위치하는 동축 조명에 관한 것이다.

더 상세하게는, 본 발명은, 기존의 머신 비전 시스템에 사용되고 있는 외부 동축조명은 그 조도분포가 불균일함으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 측정 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)를 저하시키는 원인이 되는 문제가 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결하기 위하여, 균일한 조도분포를 가짐으로써 머신 비전 시스템에서 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 줄이고 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치에 관한 것이다.

일반적으로, 머신 비전 시스템(Machine Vision System)이란, 카메라를 이용하여 2차원의 위치 데이터를 입력받아 제품의 불량 유무를 판별 및 검사하는 방법으로서, 비접촉 방식이며, 인간의 육안검사와 가장 근접한 품질을 기대할 수 있는 장점으로 인해 많이 사용되고 있다.

또한, 상기한 바와 같은 머신 비전 시스템에 대한 종래기술의 예로서, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1248184호(2013.03.21.)에 제시된 바와 같은 "비전 검사용 조명 장치"가 있다.

더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-1248184호에 제시된 비전 검사용 조명 장치는, 조명 광원의 광량을 모두 활용할 수 있도록 조명광의 반사 미러를 전반사 미러로 적용하고, 피검사체로부터 카메라로 입사되는 입사광이 통과할 수 있도록 반사 미러에 슬릿홀을 형성함으로써, 조명광의 광량 감소 현상 및 입사광의 굴절 현상을 방지하고, 이에 따라 피검사체의 검사 영상에 대한 명암 및 선명도를 향상시켜 더욱 정확한 비전 검사를 수행할 수 있도록 하는 동시에, 반사 미러를 직선 이동 가능하게 장착함으로써, 동축 조명 효과, 입체 조명 효과 및 측면 조명 효과 등 다양한 조명 효과를 발휘할 수 있는 비전 검사용 조명 장치에 관한 것이다.

아울러, 상기한 바와 같은 머신 비전 시스템에 대한 종래기술의 다른 예로서는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0636505호(2006.10.12.)에 제시된 바와 같은 "Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치"가 있다.

더 상세하게는, 상기한 등록특허 제10-0636505호에 제시된 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치는, LCD, PDP, PCB 기판 및 각종 미세패턴의 결함을 검사하는 광학계용 조명장치에 있어서, 종래의 동축 조명장치에서 발생하는 큰 광량의 손실과, 경사 조명장치에서 발생하는 그림자 상이 생기는 문제점 등을 해결하기 위해, 동축 또는 비축 조명장치의 조명 광학계를 구면렌즈와 실린더렌즈 등으로 형성하여 광의 효율을 증대시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 Line CCD를 이용하여 패턴을 검사하는 광학계용 조명장치에 관한 것이다.

상기한 바와 같이, 종래, 머신 비전 시스템에 대한 여러 가지 연구결과가 제시된 바 있으나, 종래의 머신 비전 시스템들에는 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.

더 상세하게는, 머신 비전 시스템을 구축하기 위해 가장 중요한 구성 요소 중 하나는 조명이며, 즉, 조명은, 그림자를 최소화하는 등의 여러 가지 방법으로 원하는 이미지를 얻기 위하여 사용된다.

또한, 머신 비전 시스템에 많이 사용되고 있는 조명 방식으로는, 예를 들면, 백라이트 방식과, 측광조명 방식 및 동축조명 방식 등이 있으며, 이 중, 동축조명은, 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 카메라와 조명이 동일한 축 상에 위치하도록 하는 조명방식으로, 카메라가 피사체와 수직으로 위치하게 되어 원근감에 의한 이미지의 왜곡이 없으며, 매끄러운 표면은 밝게 보이고 거친 표면은 어둡게 보이게 하는 명시야(明視野) 효과(bright field effect)를 만들 수 있으나, 사용되는 빔 스플리터의 두께로 인해 이중 이미지가 생길 수 있다.

아울러, 동축조명은, 주로 평평하고 매끈한 표면에 존재하는 흠집이나 결함을 검출하거나 미세하고 깊은 구멍 밑을 조명하는데 주로 사용되며, 이때, 미러(mirror)는, 일반적으로, 부품 표면 가까이에 45도 각도로 위치시키는 것이 바람직하다.

또한, 카메라는, 조명 변화에 대한 대응력이 사람의 눈에 비해 떨어지기 때문에 머신 비전 시스템에 의한 측정시 조명의 균일도가 떨어지게 되면 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되게 된다.

따라서 카메라에서 최적의 영상을 얻기 위해서는 가능한 한 균일한 조도분포를 가지는 조명을 사용하여야 하나, 일반적으로, 종래의 머신 비전 시스템에서 사용되고 있는 기존의 외부 동축조명은 균일한 조도분포를 가지고 있지 못하다는 문제가 있다.

따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 머신 비전 시스템에 사용되는 외부 동축조명의 문제점을 해결하기 위하여는, 시뮬레이션을 통하여 현재 사용되고 있는 기존의 외부 동축조명의 불균일한 조도분포를 확인하고, 이를 균일한 조도분포를 나타낼 수 있도록 개선하기 위한 방법을 연구하여 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.

[선행기술문헌]

1. 한국 등록특허공보 제10-1248184호(2013.03.21.)

2. 한국 등록특허공보 제10-0636505호(2006.10.12.)

3. 한국 공개특허공보 제10-2013-0099539호(2013.09.06.)

4. 한국 공개특허공보 제10-2012-0124996호(2012.11.14.)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 동축조명은 조명의 균일도가 떨어짐으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결하여, 균일한 조도분포를 가짐으로써 머신 비전 시스템에서 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 이용하여 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 줄이고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)의 손실 없이 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 머신 비전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 조명의 균일도가 떨어짐으로 인해 좌/우 및 상/하를 포함하는 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있었던 종래의 머신 비전 시스템(Machine vision system)에 사용되는 외부 동축조명의 문제점을 해결하여, 균일한 조도분포를 가짐으로써 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치에 있어서, 다수의 LED가 미리 정해진 일정 간격으로 배열된 LED 기판; 상기 LED로부터의 빛을 반사시키기 위해 미리 정해진 일정 각도로 경사지게 설치되는 반사판; 각각의 상기 LED로부터 방사상으로 퍼져나오는 빛을 차단하기 위해 상기 LED 기판의 각각의 LED 열 사이에 각각 설치되는 복수의 차광판; 및 상기 LED 기판, 상기 반사판 및 상기 차단판을 수용하는 하우징을 포함하여 구성되고, 상기 차광판에 의해 각각의 상기 LED로부터 상기 동축조명장치의 하부로 직접 전파되는 빛이 차단됨으로써, 상기 반사판에 의해 반사되는 빛이 중심축 부근에 집중되어 균일한 조도분포를 얻을 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공된다.

또한, 상기한 외부 동축조명장치는, 상기 LED 기판 전방의 미리 정해진 일정 거리에 위치되어 상기 LED 기판으로부터 발생되는 빛을 투과시키기 위한 확산판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 확산판은, 아크릴 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 반사판은, 한쪽 면은 빛을 투과시키고 반대 면은 반사시키는 하프미러(half mirror)를 이용하여 이루어지는 빔 스플리터(Beam splitter)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사판은, 45도 각도로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 차광판은, 각각의 상기 LED로부터 방사상으로 퍼지는 빛을 흡수 또는 반사시키도록 알루미늄 애노다이징에 의해 각각의 LED열 사이에 삽입되는 판 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차광판은, 빛을 100% 흡수 또는 반사할 수 있는 재질로 형성되거나, 일부는 흡수 또는 반사하고 일부는 투과시키는 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 이용하여, 좌/우 및 상/하를 포함하는 상반된 위치에서 측정 편차를 감소하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)의 손실 없이 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 머신 비전 시스템이 제공된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공됨으로써, 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 동축조명은 조명의 균일도가 떨어짐으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공됨으로써, 이를 이용하여 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 줄이고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)의 손실 없이 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 머신 비전 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 일반적인 외부 동축조명의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 외부 동축조명의 조명특성을 분석하기 위한 센서 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 외부 동축조명의 LED 기판에 설치된 LED의 파장별 가중치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 외부 동축조명의 LED 기판에 설치된 LED의 광강도(intensity)를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타낸 외부 동축조명에 설치되는 LED 기판의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 나타낸 기존의 외부 동축조명의 조명특성 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 도 1에 나타낸 외부 동축조명의 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 조도분포가 개선된 외부 동축조명의 전체적인 구성 및 그 조도분포의 측정결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 도 8에 나타낸 외부 동축조명의 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 조도분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 도 10에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 1에 나타낸 기존의 동축조명과 도 8 및 도 10에 각각 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 동축조명장치의 조도분포를 서로 비교하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.

또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 동축조명은 조명의 균일도가 떨어짐으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결하여, 균일한 조도분포를 가짐으로써 머신 비전 시스템에서 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 이용하여 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 줄이고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)의 손실 없이 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 머신 비전 시스템에 관한 것이다.

계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, 외부 동축조명의 시뮬레이션은 광학분석 프로그램인 "LightTools"를 이용하여 이루어졌으며, 이때 사용된 외부 동축조명은 도 1에 나타낸 바와 같은 구성으로 구현하여 분석이 이루어졌다.

즉, 도 1을 참조하면, 도 1은 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 일반적인 외부 동축조명의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

더 상하게는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 외부 동축조명(10)은, 크게 나누어, 다수의 LED가 배열된 LED 기판(11)과, 상기 LED 기판(11)의 전방에 위치되어 LED 기판(11)으로부터 발생되는 빛을 적절한 밝기 및 강도로 투과시키기 위한 확산판(12)과, 상기 LED 기판(11)으로부터의 빛을 반사시키기 위해 비스듬하게 설치되는 반사판(13) 및 상기한 LED 기판(11), 확산판(12) 및 반사판(13)을 수용하는 하우징(14)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기한 확산판(12)은, 예를 들면, 아크릴 재질로 형성될 수 있으며, 또한, 상기한 반사판(13)은, 예를 들면, 빛을 선택적으로 투과 또는 반사시킬 수 있는 하프 미러(half mirror)를 이용하여 형성될 수 있고, 바람직하게는, 45도 각도로 경사지게 설치된다.

아울러, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 바와 같은 외부 동축조명(10)의 조명특성을 분석하기 위한 센서 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 조명의 밑면에서부터 20mm 간격으로 복수의 센서를 각각 설치하여 위치별 조도분포를 확인하였다.

여기서, 도 2에 나타낸 실시예에 있어서, 각각의 센서의 위치는, 조명 밑면에서부터 각각 0mm, 20mm, 40mm, 60mm, 80mm, 100mm에 해당하는 위치이다.

또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3은 도 1에 나타낸 외부 동축조명(10)의 LED 기판(11)에 설치된 LED의 파장별 가중치를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1에 나타낸 외부 동축조명(10)의 LED 기판(11)에 설치된 LED의 광강도(intensity)를 나타내는 도면이다.

즉, 본 실시예에 있어서, 상기한 LED 기판(11)에 사용된 LED는 LUMILEDS사의 LMXL-PWC1을 사용하였으며, 여기서, LED의 파장별 가중치는 도 3에 나타낸 바와 같이 설정하였고, 광강도(intensity)는 도 4에 나타낸 바와 같이 설정하여 실제의 LED와 같은 값을 가질 수 있도록 하였다.

아울러, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 1에 나타낸 외부 동축조명(10)에 설치되는 LED 기판(11)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

즉, 본 실시예에 있어서, 상기한 LED 기판(11)은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 총 45개의 LED가 일정한 간격으로 배치된 LED 기판을 사용하였다.

계속해서, 상기한 바와 같이 구성된 외부 동축조명(10)을 이용하여 조명특성을 분석한 결과에 대하여 설명한다.

더 상세하게는, 본 발명자들은, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 외부 동축조명의 조명특성을 분석하기 위하여 상기한 바와 같이 각 위치별로 센서를 설치하여 조도분포를 분석하였으며, 이때, 조명의 조도분포를 분석하기 위하여 센서 사이즈를 150mm×200mm의 크기로 분석하였다.

즉, 도 6을 참조하면, 도 6은 도 1에 나타낸 기존의 외부 동축조명의 조명특성 분석결과를 나타내는 도면이다.

더 상세하게는, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 외부 동축조명(10)의 전체 조도분포는, 붉은색으로 나타낸 조명의 중심이 조명의 밑단에서부터 멀어질수록 중심축을 벗어나 우측으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.

아울러, 도 7을 참조하면, 도 7a 내지 도 7f는 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.

즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 거리가 20mm인 경우에는 적색으로 표시된 조명의 중심이 중심부에 위치하지만, 그 외의 경우는 조명의 중심이 모두 중심축을 벗어나는 것을 확인할 수 있다.

이러한 결과는, LED로부터 발생하는 빛은, 일반적으로, 도 4에 나타낸 바와 같이 직선이 아닌 구형 형태로 퍼져나가므로, 반사판(13)에 반사되지 않고 직접 전달되는 광이 존재하기 때문이다.

따라서 이러한 분석결과로부터, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 외부 동축조명(10)은 균일한 조도를 가지지 못하고 조명이 균일하지 않다는 것을 확인할 수 있으며, 이와 같이 불균일한 조명은 상기한 바와 같이 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 야기하고 영상의 해상도와 콘트라스트를 저하시키는 요인이 된다.

이에, 본 발명자들은, 현재 일반적으로 사용되고 있는 기존의 외부 동축조명의 상기한 바와 같은 문제점을 보완하기 위해, 후술하는 바와 같이, LED를 기울이는 방법과 LED 사이에 차광판을 설치하여 조도분포를 개선하는 두 가지 방안을 제시하였다.

먼저, 도 8을 참조하면, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 조도분포가 개선된 외부 동축조명의 전체적인 구성 및 그 조도분포의 측정결과를 개략적으로 나타내는 도면이고, 또한, 도 9를 참조하면, 도 9a 내지 도 9f는 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.

더 상세하게는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 첫 번째 방법으로, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 외부 동축조명(10)의 구성에서, LED 기판(11)의 각도를 10도 기울이고, 기판의 아래 부분에는 약 14mm 두께의 차광판을 설치하여 조도분포를 균일하게 할 수 있도록 하였다.

즉, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 조명의 밑단에서부터 100mm까지의 거리에서 LED 기판의 각도를 기울인 외부 동축조명의 조도분포가 도 6에 나타낸 기존의 외부 동축조명에 비하여 좀 더 균일하고 중심축에 가깝게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

그러나 이러한 정도의 균일도 개선으로는 머신 비전 시스템의 동축조명으로서 다소 부족한 것으로 판단되며, 따라서 보다 더 균일도가 개선될 수 있는 새로운 구조의 동축조명장치를 제공하는 것이 바람직하다.

이에, 본 발명자들은, 두 번째 방법으로서, 확산판과 LED를 일정거리로 하고 LED 사이에 길이 5mm, 높이 1mm의 차광판을 설치하여 조도분포가 균일할 수 있도록 구성되는 새로운 구조의 외부 동축조명장치를 제안하였다.

즉, 도 10을 참조하면, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

더 상세하게는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치(100)는, 크게 나누어, 다수의 LED가 배열된 LED 기판(101)과, 상기 LED 기판(101)의 전방에 위치되어 LED 기판(101)으로부터 발생되는 빛을 적절한 밝기 및 강도로 투과시키기 위한 확산판(102)과, 상기 LED 기판(101)으로부터의 빛을 반사시키기 위해 비스듬하게 설치되는 반사판(103) 및 상기한 LED 기판(101), 확산판(102) 및 반사판(103)을 수용하는 하우징(104)을 포함하여 이루어지는 점은 상기한 도 1에 나타낸 기존의 동축조명(10)과 같다.

그러나 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치(100)는, 도 10에 나타낸 바와 같이, LED 기판(101)에 설치되는 각각의 LED 열을 따라 설치되는 복수의 차광판(105)을 더 포함하여 구성되는 점이 상기한 도 1에 나타낸 기존의 동축조명(10)과 다르다.

여기서, 상기한 LED 기판(101)은, 예를 들면, 상기한 도 5에 나타낸 바와 같이, 복수의 LED가 일정 간격을 배치되어 구성될 수 있으며, 이때, 각각의 LED는, 기판으로부터 약 5mm 정도 돌출되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 확산판(102)은, 상기한 도 1에 나타낸 기존의 동축조명(10)과 같이, 아크릴 재질로 형성될 수 있으며, 아울러, 반사판(103)은, 한쪽 면은 빛을 투과시키고 반대 면은 반사시키는 하프미러로 이루어지는 빔 스플리터(Beam splitter)로서 구성될 수 있다.

더욱이, 상기한 차광판(105)은, 각각의 LED로부터 방사상으로 퍼지는 빛을 흡수 또는 반사시켜 조도분포를 개선하는 역할을 위한 것으로, 도 10에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 알루미늄을 아노다이징하여 각각의 LED열 사이에 삽입되는 판 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 상기한 차광판(105)의 재질은, 빛을 100% 흡수 또는 반사할 수 있는 재질로 설정하거나, 일부는 흡수 또는 반사하고, 일부는 투과시키는 재질로 설정할 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있는 것이며, 그 크기나 형태 및 설치위치 등도 얻고자 하는 조명특성에 따라 다양하게 변경 가능한 것임에 유념해야 한다.

따라서 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치(100)는, 차광판(105)에 의해 각각의 LED로부터 동축조명장치(100)의 하부로 직접 전파되는 빛을 차단하거나, 흡수, 또는, 반사시킴으로써, 반사판(103)에 의해 반사되는 빛이 중심축 부근에 집중되어 기존에 비해 더욱 균일한 조도분포를 얻을 수 있다.

즉, 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 외부 동축조명(10)은, 도 6 및 도 7을 참조하여 상기한 바와 같이 각각의 LED로부터 반사판(13)을 거치지 않고 동축조명(10)의 하부로 직접 발산되는 빛이 존재함으로 인해 조도분포가 중심에 집중되지 못하고, 또한, 그로 인해 머신 비전 시스템에서 정밀한 영상을 얻기 어려운 문제가 있는 것이었으나, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 차광판(105)에 의해 반사판(103)을 거치지 않고 동축조명장치(100)의 하부로 직접 발산되는 빛이 차단됨으로써, LED로부터 발생되는 조명이 반사판(103)에 의해 반사되어 중심축에 집중되도록 할 수 있고, 그것에 의해, 머신 비전 시스템에서 보다 선명한 영상을 얻음으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다.

더 상세하게는, 도 11 및 도 12를 참조하면, 도 11은 도 10에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 조도분포를 나타내는 도면이고, 도 12a 내지 도 12f는 센서 사이즈가 150mm×200mm일 때 0mm에서 100mm까지 각각의 위치별 조도분포를 나타내는 도면이다.

즉, 도 11에 나타낸 바와 같이, 도 10에 나타낸 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치(100)는, 조명의 중심이 중심축을 따라 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있으며, 아울러, 도 12를 참조하면, 조명 밑단에서 40mm 이상의 위치에서부터 균일한 조도분포를 이루기 시작하는 것을 확인할 수 있다.

아울러, 도 13을 참조하면, 도 13은 도 1에 나타낸 바와 같은 기존의 동축조명과 도 8 및 도 10에 각각 나타낸 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 동축조명장치의 조도분포를 서로 비교하여 나타낸 도면이다.

여기서, 도 13에 있어서, 위치에 따른 각 조명의 조도분포를 확인하기 위해 각각의 위치별로 기존, 틸트, 차광의 세 가지 경우의 조도분포를 함께 나타내었으며, 동일한 그래프로 확인하기 위해 그래프 축의 최대값을 동일하게 하였다.

도 13에 나타낸 결과로부터, 기존의 동축조명보다 차광판이 설치된 경우의 조명이 균일도가 가장 크게 향상되었음을 알 수 있다.

이상, 상기한 바와 같이, 본 발명에서는, 기존의 외부 동축조명에서 조명의 중심이 중심축을 벗어나고 조명의 균일도가 고르지 못한 문제점을 해결하기 위하여, LED 기판의 각도를 10도 기울인 구성과 차광막을 설치하는 구성을 제시하고 시뮬레이션을 통해 검증을 행하였으며, 그 결과, 상기한 측정결과들로부터 알 수 있는 바와 같이, 차광막을 설치한 외부 동축조명이 중심의 이동을 완화하는 동시에 균일도를 가장 크게 향상시키는 것으로 판단되어 머신 비전 시스템의 외부 동축조명장치에 적합한 것으로 판단되었다.

여기서, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 나타낸 실험결과는 모두 확산판이 없는 경우의 측정결과이고, 이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치는, 필요에 따라 적절하게 확산판을 선택적으로 배치할 수 있는 것이며, 아울러, 그것에 의해 상기한 실험결과보다도 더욱 균일한 조도분포를 얻을 수 있을 것임은 당업자라면 누구나 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 구현할 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치를 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공됨으로써, 종래의 머신 비전 시스템에 사용되는 동축조명은 조명의 균일도가 떨어짐으로 인해 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차가 발생하고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있었던 종래기술의 외부 동축조명의 문제점을 해결할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치가 제공됨으로써, 이를 이용하여 좌/우, 상/하 등의 상반된 위치에서 측정 편차를 줄이고 영상의 해상도와 콘트라스트(contrast)의 손실 없이 최적의 영상을 얻을 수 있도록 구성되는 머신 비전 시스템을 제공할 수 있다.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

10. 외부 동축조명 11. LED 기판
12. 확산판 13. 반사판
14. 하우징 100. 외부 동축조명장치
101. LED 기판 102. 확산판
103. 반사판 104. 하우징
105. 차광판

Claims

균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치에 있어서,
다수의 LED가 미리 정해진 일정 간격으로 배열된 LED 기판;
상기 LED로부터의 빛을 반사시키기 위해 미리 정해진 일정 각도로 경사지게 설치되는 반사판;
각각의 상기 LED로부터 방사상으로 퍼져나오는 빛을 차단하기 위해 상기 LED 기판의 각각의 LED 열 사이에 각각 설치되는 복수의 차광판; 및
상기 LED 기판, 상기 반사판 및 상기 차광판을 수용하는 하우징을 포함하여 구성되고,
상기 차광판에 의해 각각의 상기 LED로부터 상기 동축조명장치의 하부로 직접 전파되는 빛이 차단됨으로써, 상기 반사판에 의해 반사되는 빛이 중심축 부근에 집중되어 균일한 조도분포를 얻을 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 1항에 있어서,
상기 LED 기판 전방의 미리 정해진 일정 거리에 위치되어 상기 LED 기판으로부터 발생되는 빛을 투과시키기 위한 확산판을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 2항에 있어서,
상기 확산판은,
아크릴 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 1항에 있어서,
상기 반사판은,
한쪽 면은 빛을 투과시키고 반대 면은 반사시키는 하프미러(half mirror)를 이용하여 이루어지는 빔 스플리터(Beam splitter)로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 1항에 있어서,
상기 반사판은,
45도 각도로 기울어져 설치되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 1항에 있어서,
상기 차광판은,
각각의 상기 LED로부터 방사상으로 퍼지는 빛을 흡수 또는 반사시키도록 알루미늄 애노다이징에 의해 각각의 LED열 사이에 삽입되는 판 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
제 1항에 있어서,
상기 차광판은,
빛을 100% 흡수 또는 반사할 수 있는 재질로 형성되거나,
일부는 흡수 또는 반사하고 일부는 투과시키는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 균일한 조도분포를 가지는 외부 동축조명장치.
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