KR101490463B1 - 조명 장치 - Google Patents

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    • G01N2021/177—Detector of the video camera type

Abstract

본 발명의 조명 장치는 빛을 방사하는 광원 및 상기 빛을 반사시켜 타겟 영역으로 집광시키는 반사부를 포함하고, 상기 광원, 반사부 및 상기 타겟 영역을 거치는 상기 빛의 전파 거리는 상기 광원의 위치와 상관없이 일정할 수 있다.

Description

조명 장치{ILLUMINATION DEVICE}
본 발명은 타겟 영역을 조명하는 조명 장치에 관한 것이다.
제조물 등 검사물의 검사를 위해 카메라를 포함한 촬영 장치가 이용될 수 있다.
카메라의 정상적인 구동을 위해 카메라에서 요구하는 광속을 검사물에 제공하는 조명기가 마련될 수 있다.
조명기는 카메라의 구동을 제한하지 않으면서 검사물에 신뢰성 있는 광속을 제공해야 한다.
한국등록특허공보 제0521938호에는 로드 렌즈의 광입사면에 조리개를 넣지 않고, 또한 로드 렌즈의 광입사면에서 분포를 희미하게 하지 않는 조명장치가 개시되고 있다.
그러나, 광원의 위치와 관계없이 검사물에 신뢰성 있는 광속을 제공하는 기술은 개시되지 않고 있다.
한국등록특허공보 제0521938호
본 발명은 광원의 위치 조절이 가능하며 타겟 영역을 균일하게 조명하는 조명 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 조명 장치는 빛을 방사하는 광원 및 상기 빛을 반사시켜 타겟 영역으로 집광시키는 반사부를 포함하고, 상기 광원, 반사부 및 상기 타겟 영역을 거치는 상기 빛의 전파 거리는 상기 광원의 위치와 상관없이 일정할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는 타겟 영역을 촬영하는 카메라의 광축 방향을 축으로 하여 배치되는 파라볼릭 미러, 상기 파라볼릭 미러의 내부 공간에서 상기 카메라의 광축 방향을 따라 배치되는 광원을 포함할 수 있다.
본 발명의 조명 장치는 광원의 위치와 상관없이 빛의 전파 거리를 일정하게 유지시키는 반사부를 포함함으로써, 광원을 다양한 위치에 배치할 수 있다.
빛의 전파 거리가 일정함으로써 배치 위치에 따라 광원의 광속을 조절하지 않아도 무방하다. 따라서, 용이한 설치 및 사용이 가능하다.
또한, 다양한 각도로 타겟 영역을 조명할 수 있으므로, 카메라를 통해 소망하는 영상을 획득할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 조명 장치에 따르면 타겟 영역에 배치된 검사물을 다양한 각도에서 동일한 광속으로 조명할 수 있다.
도 1은 광원의 배치 위치에 따라 변화하는 빛의 전파 거리를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 조명 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 조명 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 조명 장치에 적용된 광원을 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 광원(110)의 배치 위치에 따라 변화하는 빛의 전파 거리를 나타낸 개략도이다.
도 1에는 타겟 영역에 배치된 검사물(230)을 카메라(210)로 촬영하는 상태가 개시된다. 카메라(210)로 검사물(230)의 영상을 획득하기 위해서는 카메라(210)에서 요구하는 빛이 검사물(230)에 조명되어야 한다. 이때의 조명을 광원(110)이 담당한다.
검사물(230)은 입체적으로 형성될 수 있으며, 그 결과 조명의 방향에 따라 음영이 발생한다. 이때의 음영은 카메라(210) 촬영시 인식이 어려운 부분이 될 수 있다. 도면에서 광원(110)이 검사물(230)에 가깝게 위치한 경우 광원(110)의 빛은 검사물(230)에서 광원(110)에 대면하는 우측의 제1 면(231)과 상면에 조사된다. 그러나, 제1 면(231)의 반대면인 검사물(230) 좌측의 제2 면(232)에는 광원(110)의 빛이 조사되지 않으므로 음영이 생긴다. 이에 대한 대책으로 광원(110)을 검사물(230)에 좌측에 배치할 수 있으나, 이 경우에는 제1 면(231)에 음영이 생긴다.
제1 면(231)과 제2 면(232)으로 인해 발생하는 음영을 최소화하는 방법으로 광원(110)의 위치를 도면과 같이 카메라(210)의 광축 방향을 따라 멀리 이동시키는 방안이 가능하다. 이때의 카메라(210)의 광축 방향으로 광원(110)을 이동시키는 것은 도 1과 같이 광원(110)이 z축을 따라 형성될 때 광원(110)의 xy 좌표가 고정된 상태에서 z 좌표가 변화되는 것일 수 있다.
이에 따르면 광원(110)과 타겟 영역에 배치된 검사물(230) 간의 빛 조사 각도가 변화되고 제1 면(231)뿐만 아니라 제2 면(232)에도 충분한 광속이 조사될 수 있다. 경우에 따라 제1 면(231)을 정밀하게 검사할 필요가 있다면 광원(110)을 도 1의 점선과 같이 검사물(230)에 가깝게 이동시킬 수 있다.
정리하면, 타겟 영역에 대해 광원(110)의 위치는 변경 가능한 것이 유리하다. 이때의 광원(110)의 위치 변경은 동일한 광원(110)을 다양한 위치로 이동시키는 것일 수 있다. 이와 달리 광원(110)의 위치 변경은 복수의 광원(110)을 다양한 위치에 배치해 놓고 특정 위치의 광원(110)을 선택하여 온(on) 시키고 다른 광원(110)을 오프(off)시키는 것일 수 있다.
그런데, 도 1과 같이 광원(110)의 위치를 변경시키게 되면 빛의 전파 거리가 달라지게 된다. 도 1에서 검사물(230)과 광원(110)이 가까이 있을 때의 빛의 전파 거리를 a1이라 하고, 검사물(230)과 광원(110)이 멀리 있을 때의 빛의 전파 거리를 a2라 할 때, a2가 a1보다 클 것은 자명하다.
빛의 양인 광속은 거리의 제곱에 반비례하므로 빛의 전파 거리가 달라진다는 것은 광속이 변화된다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 검사물(230)의 영상을 균일하게 획득할 필요가 있는 카메라(210)의 입장에서는 결코 바람직하지 못하다. 따라서, 광원(110)의 위치와 상관없이 타겟 영역에는 균일한 광속이 조사되도록 할 필요가 있다. 이를 위해 반사부(130)가 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 조명 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 조명 장치는 빛을 방사하는 광원(110) 및 광원(110)으로부터 방사된 빛을 반사시켜 타겟 영역으로 집광시키는 반사부(130)를 포함할 수 있다.
반사부(130)가 마련된 조명 장치에서 광원(110)은 생성된 빛을 타겟 영역으로 직접 조사하는 대신 반사부(130)로 조사할 수 있다.
이때, 반사부(130)는 광원(110)으로부터 조사된 빛이 반사되어 타겟 영역으로 조사되도록 구성될 수 있다. 이를 위해 반사부(130)는 빛을 반사시키는 소위 미러(mirror)를 포함할 수 있다.
광원(110)의 위치가 변경되는 환경에서 광원(110)의 위치와 상관없이 광원(110)의 빛을 타겟 영역으로 집광시키는 동시에 광원(110), 반사부(130) 및 타겟 영역을 거치는 빛의 전파 거리가 광원(110)의 위치와 상관없이 일정하도록 반사부(130)를 구성할 수 있다.
일예로 반사부(130)는 오목 거울을 포함할 수 있다.
광원(110), 반사부(130) 및 타겟 영역을 거치는 빛의 전파 거리가 광원(110)의 위치와 상관없이 일정하도록, 광원(110)이 타겟 영역으로부터 멀어질수록 광원(110)은 반사부(130)와 가까워질 수 있다.
도면에서는 z축 방향을 따라 아래에서 위로 이동한 광원(110)이 개시된다.
도면에서 광원(110)이 타겟 영역에 가까이 위치한 상태에서 광원(110)과 반사부(130) 간의 거리는 b1이고, 광원(110)이 타겟 영역에 멀리 위치한 상태에서 광원(110)과 반사부(130) 간의 거리는 b3이다. 이때, b3는 b1보다 작을 수 있다.
아래에 위치한 광원(110)의 빛이 반사부(130)를 거쳐 타겟 영역으로 조사된 경우 빛의 전파 거리는 광원(110)과 반사부(130) 간의 거리 b1, 반사부(130)와 타겟 영역 간의 거리 b2의 합 b1+b2이다.
위로 이동한 상태의 광원(110)의 빛이 반사부(130)를 거쳐 타겟 영역으로 조사된 경우 빛의 전파 거리는 광원(110)과 반사부(130) 간의 거리 b3, 반사부(130)와 타겟 영역 간의 거리 b4의 합 b3+b4이다.
이때, 반사부(130)는 b1+b2 = b3+b4가 되도록 광원(110)과의 이격 거리가 결정될 수 있다. 또한, 반사부(130)의 굴곡은 반사된 빛이 타겟 영역으로 조사되는 범위 내에서 결정되어야 할 것이다.
이와 대응하여 광원(110)은 반사부(130)의 적정 위치를 향해 빛을 조사할 필요가 있다. 도면에서는 수평 방향으로 빛을 조사하고 있다.
구체적으로, 광원(110)이 3차원 공간에서 제1 축(도면에서는 카메라의 광축과 다른 z축) 상의 서로 다른 위치에 배치될 때, 제1 축에 수직한 제1 방향(도면에서는 xy 평면 방향)으로 제1 축과 반사부(130) 간의 거리는 점점 작아지거나 커질 수 있다. 또한, 광원(110)은 제1 방향으로 빛을 방사할 수 있다. 물론, 광원(110)에서 빛을 방사하는 방향은 반사부(130)의 곡률을 고려하여 제1 방향과 다른 방향이어도 무방하다.
도 3은 본 발명의 다른 조명 장치를 나타낸 개략도이다.
도 3의 조명 장치는 반사부(130)로 파라볼릭 미러(parabolic mirror)를 포함할 수 있다. 이때, 파라볼리 미러는 타겟 영역을 촬영하는 카메라(210)의 광축 방향을 축으로 하여 배치될 수 있다.
또한, 광원(110)은 파라볼릭 미러의 내부 공간에서 카메라(210)의 광축 방향(카메라의 광축과 xy 좌표는 다를 수 있음)을 따라 배치될 수 있다.
이때, 광원(110)은 카메라(210)의 광축 방향에 수직한 제1 방향으로 빛을 방사할 수 있다. 제1 방향으로 방사된 빛이 파라볼릭 미러의 내면에서 반사되어 카메라(210)의 광축 상에 위치하는 타겟 포인트를 통과하도록, 파라볼릭 미러가 갖는 파라볼릭의 초점 및 준선이 설정될 수 있다.
다시 말해 파라볼릭 미러가 갖는 파라볼릭의 초점 및 준선은 광원(110)에서 방사된 빛이 타겟 영역을 향하도록 하고, 광원(110)의 위치와 상관없이 광원(110)으로부터 제1 방향으로 방사된 빛의 전파 거리가 동일하도록 설정될 수 있다.
도 3에는 동일한 xy 좌표를 갖고, 서로 다른 3개의 z축 좌표를 갖는 3개의 위치에 광원(110)이 배치된 상태가 개시된다.
파라볼릭 미러와 광원(110)의 이격 거리, 파라볼릭 미러의 준선, 초점이 적절하게 설정되면 각 위치의 광원(110)으로부터 제1 방향으로 방사된 빛은 타겟 영역에 배치된 검사물(230)로 조사될 수 있다. 이때, 제1 위치의 광원(110)(도면의 맨 아래 광원(110))으로부터 방사된 빛의 전파 거리 c1+c2, 제2 위치의 광원(110)(도면의 중앙 광원(110))으로부터 방사된 빛의 전파 거리 c3+c4, 제3 위치의 광원(110)(도면의 맨 위 광원(110))으로부터 방사된 빛의 전파 거리 c5+c6은 모두 동일할 수 있다.
한편, 도 3에서 광원(110)이 좌우측에 1쌍이 배치된 것으로 나타내었으나, 이때의 1쌍의 광원(110)은 일체로 형성될 수 있다. 일예로 좌우측 1쌍의 광원(110)은 고리형 램프를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 조명 장치에 적용된 광원(110)을 나타낸 개략도이다.
도 4에는 광원(110)으로 고리형 램프가 개시되고 있다. 고리형 램프는 생성된 빛을 사방으로 방사할 수 있다. 따라서, 제1 방향으로 빛이 유도되도록 고리형 램프 또는 고리형 램프와 반사부(130)의 사이에는 빛의 경로를 조절하는 가이드부(미도시)가 마련될 수 있다.
이상에서 살펴본 조명 장치에 따르면 광원(110)의 위치와 상관없이 타겟 영역에는 균일한 광속이 제공된다. 따라서, 카메라(210) 등과 같이 타겟 영역에 조사된 빛을 이용하는 다양한 기기의 작동 신뢰성을 유지할 수 있다.
또한, 타겟 영역의 광속이 균일하도록 광원(110)의 위치에 따라 광원(110)에서 생성되는 빛의 양을 조절하는 부가 수단이 불필요하다.
또한, 카메라(210)의 출력 신호를 후처리 함으로써, 타겟 영역의 불균일한 광속을 입수하여 동일한 광속 조건에서 촬영된 것처럼 조작하는 후처리 수단도 불필요하다.
또한, 다양한 조사 각도로 타겟 영역에 빛을 조사할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110...광원 130...반사부
210...카메라 230...검사물
231...제1 면 232...제2 면

Claims (5)

  1. 타겟 영역을 촬영하는 카메라의 광축 방향을 축으로 하여 배치되는 파라볼릭 미러;
    상기 파라볼릭 미러의 내부 공간에서 상기 카메라의 광축 방향을 따라 위치가 변경되는 광원;을 포함하고,
    상기 광원은 상기 카메라의 광축 방향에 수직한 방향으로 빛을 방사하며,
    상기 파라볼릭 미러가 갖는 파라볼릭의 초점 및 준선은 상기 광원에서 방사된 빛이 상기 타겟 영역을 향하도록 하고, 상기 광원의 위치와 상관없이 상기 광원에 방사된 빛의 전파 거리가 동일하도록 설정되는 조명 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원이 상기 타겟 영역으로부터 멀어질수록 상기 광원은 상기 파라볼릭 미러와 가까워지는 조명 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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