KR101824328B1 - 3-D scanner and the scanning method using the chromatic aberration - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a 3D scanner and a scanning method using a chromatic aberration. More specifically, the 3D scanner includes a chromatic aberration lens that generates chromatic aberration according to the refractive index of each wavelength of light, an image sensor that acquires image signal data, and a calculation processing part (500) which compares sharpness according to the wavelength of light in the image signal data, determines the depth of an object (1) based on the wavelength with the highest sharpness and a focal distance according to the wavelength of light, and generates 3D shape data. It is possible to acquire the 3D shape data quickly and accurately.

Description

색수차를 이용한 3차원 스캐너 및 스캐닝 방법 { 3-D scanner and the scanning method using the chromatic aberration }A three-dimensional scanner using a chromatic aberration and a scanning method using the three-dimensional scanner and a scanning method using the chromatic aberration,

본 발명은 색수차를 이용한 3차원 스캐너 및 스캐닝 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광의 초점거리에 기초하여 대상체 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성함으로써, 이미지 촬영 횟수를 최소화하면서도 효율적인 데이터 처리를 수행하는 3차원 스캐너 및 스캐닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional scanner and a scanning method using chromatic aberration. More particularly, the present invention relates to a three-dimensional scanner and a scanning method using chromatic aberration, Dimensional scanner and a scanning method for performing processing.

3D 모델링 기술은 3차원의 물체에 대한 입체적 형상 정보를 획득하는 기술로서, 종래 치과에서 환자의 치아 모양을 본뜨는 용도뿐만 아니라 최근 관심이 높아지고 있는 3D 프린터의 핵심 기술로서 정밀한 물체의 형상을 완벽하게 재현 및 복제하기 위한 모델링 기술에 대한 연구는 활발히 진행되고 있다.3D modeling technology is a technology to acquire three-dimensional shape information of a three-dimensional object. It is a technology that not only looks at the shape of a patient's teeth in a conventional dentistry but also is a core technology of a 3D printer, There are many studies on modeling technology for reproducing and duplicating.

종래에는 석고 등을 이용한 본뜨기와 같은 간단한 기술이 활용되었으나, 최근에는 광학기술 및 센싱기술의 발달로 광원(110)을 이용한 다양한 스캐닝 기술이 개발되고 있다. Conventionally, a simple technique such as a gutting using a gypsum or the like has been utilized. Recently, various scanning techniques using a light source 110 have been developed due to development of optical technology and sensing technology.

광원을 이용한 3D 모델링 기술 중 많이 활용되고 있는 것 중 하나가 색수차 공초점(Chromatic Confocal)을 활용한 기술로서, 한국 등록특허 제1628730호는 이와 관련된 기술을 개시하고 있다.One of the most used 3D modeling techniques using light sources is a technique utilizing a chromatic confocal, and Korean Patent No. 1628730 discloses a technique related thereto.

도 1은 색수차 공초점(Chromatic Confocal)을 활용하여 3D 스캐닝 하는 종래 기술을 개략적으로 도시한 도면이다. 상기 도 1을 참조하여 종래 기술을 설명하면, DMD의 일부 픽셀을 통해 측정 대상에 조사된 빛은 색수차 렌즈에 의해 파장(색상)에 따라 다른 초점에 상이 맺히고, 이 빛은 다시 반사되어 이미지 센서에 맺히게 된다. 이때 측정 대상물의 높이가 특정 파장(색상)초점 거리에 있으면 그와 대응되는 이미지 센서의 픽셀 부분에는 해당 파장(색상)의 빛이 가장 강하게 수광되므로 이를 이용하여 거리 정보를 획득하는 방식이다.FIG. 1 is a view schematically showing a conventional technique of performing 3D scanning using a chromatic confocal. Referring to FIG. 1, a light beam irradiated to a measurement object through some pixels of a DMD is focused on a different focus according to a wavelength (color) by a chromatic aberration lens. The light is reflected again, . At this time, if the height of the measurement object is at a specific wavelength (color) focal distance, the light of the corresponding wavelength (color) is received most strongly in the pixel portion of the image sensor corresponding thereto.

도 2는 상기 종래 기술에 적용되는 DMD의 픽셀 점등 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2를 참조하여 종래 기술을 설명하면, 점등된 픽셀끼리의 크로스토크(crosstalk) 현상을 줄이기 위해서는 병렬로 동시에 측정하는 측정점 수를 줄이고, 픽셀 스캐닝 하는 하나의 영역 블록(점선 사각형 부분) 영역을 크게 하여야 한다. FIG. 2 is a view schematically showing a pixel lighting method of the DMD applied to the conventional technique. 2, in order to reduce the crosstalk phenomenon between the lighted pixels, the number of measurement points to be simultaneously measured in parallel is reduced, and one area block (dotted rectangle portion) region for pixel scanning is enlarged shall.

그러나, 위와 같은 방식으로 스캐닝 데이터를 얻으려면, 한 블록 내에서 순차적으로 픽셀을 점등하면서 여러 번 이동하여 측정을 하여야 하므로 많은 시간이 소요된다. 따라서, 스캐닝 하는 동안 환자가 움직이는 경우나 스캐닝 장비를 손으로 들고 스캐닝 하는 경우에는 정확한 스캐닝이 곤란한 문제점이 발생한다.However, in order to obtain the scanning data in the above-described manner, it takes a lot of time since the pixels must be sequentially moved within one block and moved several times. Therefore, when the patient moves during scanning or when the scanning apparatus is manually carried, it is difficult to perform accurate scanning.

따라서, 상기와 같은 많은 촬영 횟수를 요하는 방식에서 벗어나, 고속으로 정확한 스캐닝 정보를 획득하기 위하여 이미지 촬영 횟수를 최소화하면서도 효율적인 데이터 처리를 수행하는 정밀한 3D 스캐닝 기술이 어느 때보다 필요한 시점이다.Accordingly, a precise 3D scanning technique that minimizes the number of image capturing operations and performs efficient data processing is required more than ever in order to obtain accurate scanning information at a high speed, out of a method requiring a large number of photographing times as described above.

한국 등록특허 제1628730호Korean Patent No. 1628730

본 발명의 목적은 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성함으로써, 이미지 촬영 횟수를 최소화하면서도 효율적인 데이터 처리를 수행하여 빠르고 정확한 3차원 입체적 형상 데이터를 획득하는 색수차를 이용한 3차원 스캐너 및 스캐닝 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to compare the sharpness of the light of the image signal data to determine the depth of the object 1 based on the wavelength with the highest sharpness and the focal length of the light, Dimensional scanner and a scanning method using chromatic aberration that obtains fast and accurate three-dimensional cubic shape data by performing efficient data processing while minimizing the number of image capturing operations.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 광을 발산하는 광원(110)을 포함하는 광 조사부(100); 상기 광 조사부(100)로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시키는 색수차 렌즈(200); 상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 센싱하여 영상 신호 데이터를 획득하는 이미지 센서(400); 및 상기 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 연산처리부(500)를 포함할 수 있다.A three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a light irradiation unit 100 including a light source 110 that emits light; A chromatic aberration lens 200 for generating chromatic aberration according to the refractive index of each light emitted from the light irradiating unit 100; An image sensor 400 that senses light 20 reflected from a target object through the chromatic aberration lens 200 to acquire image signal data; And determining a depth of the object 1 based on the wavelength of the light with the highest sharpness and the focal length of the light by comparing the sharpness of the light of the image signal data by the wavelength of the light to generate three- And an operation processing unit 500.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 이미지 센서(400)로 반사시키는 색선별 거울(300)(dichroic mirror)을 더 포함할 수 있다.The three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a color discriminating mirror 300 (a dichroic mirror) for reflecting the light 20 reflected from the object through the chromatic aberration lens 200 to the image sensor 400 mirror).

상기 광 조사부(100)는, 상기 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기(120)(Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함하고, 이미지 센서(400)는, 상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다.The light irradiating unit 100 further includes a spatial light modulator (SLM) 120 that allows the light to change a pattern irradiated on the object 1, It is possible to obtain the video signal data when the video signal data when the first pattern is irradiated on the object 1 before the pattern is changed and the second pattern after the pattern is changed are irradiated on the object 1.

상기 공간 광 변조기(120)는, 패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The spatial light modulator 120 may be one of a pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or a liquid crystal on silicon (LCOS) Or more.

연산처리부(500)는, 상기 패턴에 대응하여 대상체(1)로부터 반사되는 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역별에 대응되는 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.The arithmetic processing unit 500 can determine the depth of the object 1 corresponding to each pattern area by calculating the sharpness of each pattern area of the video signal data reflected from the object 1 in correspondence with the pattern.

광원(110)은, 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함하고, 상기 광 조사부(100)는, 상기 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체(1)에 조사하기 위한 반사경(130)을 더 포함할 수 있다.The light source (110) includes two or more individual light sources (111) that emit light having wavelengths different from each other, and the light irradiating unit (100) irradiates the light having the different wavelengths to the object (1) And a reflector 130 for irradiating the reflector 130 with light.

상기 광 조사부(100)는, 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 오차 보정 광원(140)을 더 포함하고, 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)에 상기 오차 보정 광원(140)을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈(200)의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 오차보정부(600)를 더 포함할 수 있다.The light irradiating unit 100 further includes an error correcting light source 140 for diverging light having a single wavelength and irradiates the error correcting light source 140 to the object 1 that has already obtained accurate dimensional data And an error corrector 600 for correcting optical errors including spherical aberration and / or distortion components of the chromatic aberration lens 200 by comparing the scanned electrical image signal data with the accurate dimensional data.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 광원(110)과 상기 색수차 렌즈(200)의 거리를 조절하거나, 광원(110)과 대상체(1)의 거리를 조절하는 구동부를 더 포함할 수 있다.The three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a driving unit for adjusting the distance between the light source 110 and the chromatic aberration lens 200 or adjusting the distance between the light source 110 and the object 1 .

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법은, 광 조사부(100)의 광원(110)이 광을 발산하는 단계; 색수차 렌즈(200)가 상기 광 조사부(100)로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시키는 단계; 이미지 센서(400)가 상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 센싱하여 전기적 영상 신호 데이터를 획득하는 단계; 및 연산처리부(500)가 상기 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes: a step in which a light source 110 of a light irradiation unit 100 emits light; Generating a chromatic aberration by the chromatic aberration lens 200 according to the refractive index of the light emitted from the light irradiating unit 100; Sensing the light (20) reflected from the object through the chromatic aberration lens (200) by the image sensor (400) to obtain electrical image signal data; And the arithmetic processing unit 500 compares the sharpness of the light with respect to the wavelength of the light of the image signal data to determine the depth of the object 1 based on the wavelength with the highest sharpness and the focal length of the light And acquiring stereoscopic shape data.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법은, 색선별 거울(300)(dichroic mirror)이 상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 이미지 센서(400)로 반사시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention is a method in which a dichroic mirror 300 passes light 20 reflected from a target object through the chromatic aberration lens 200 to an image sensor 400 ), As shown in FIG.

상기 광 조사부(100)는, 상기 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기(120)(Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함하고, 이미지 센서(400)는, 상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다.The light irradiating unit 100 further includes a spatial light modulator (SLM) 120 that allows the light to change a pattern irradiated on the object 1, It is possible to obtain the video signal data when the video signal data when the first pattern is irradiated on the object 1 before the pattern is changed and the second pattern after the pattern is changed are irradiated on the object 1.

상기 공간 광 변조기(120)는, 패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The spatial light modulator 120 may be one of a pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or a liquid crystal on silicon (LCOS) Or more.

연산처리부(500)가 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 패턴에 대응하여 대상체(1)로부터 반사되는 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역별에 대응되는 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.The step of the arithmetic processing unit 500 for determining the depth of the object 1 and generating the stereoscopic shape data includes calculating the sharpness of each of the pattern areas of the video signal data reflected from the object 1 corresponding to the pattern The depth of the object 1 corresponding to the pattern area can be determined.

광원(110)은, 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함하고, 상기 광 조사부(100)의 반사경(130)이 상기 2 이상의 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체(1)에 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.The light source 110 includes two or more individual light sources 111 that emit light having wavelengths different from each other, and the reflecting mirror 130 of the light irradiating unit 100 is configured to overlap the light having the two or more different wavelengths And irradiating the object 1 with an optical path.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법은, 상기 광 조사부(100)의 오차 보정 광원(140)이 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 단계를 더 포함하고, 오차 보정부가 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)에 상기 오차 보정 광원(140)을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈(200)의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention may further include a step in which the error correcting light source 140 of the light irradiating unit 100 emits light having a single wavelength, The correcting dimensional light source 140 is irradiated on the object 1 having the accurate dimensional data and the electrical image signal data scanned is compared with the accurate dimensional data to obtain spherical aberration and / or distortion elements of the chromatic aberration lens 200 And correcting the optical error to be included.

상기 영상 신호 데이터는, 광이 미소 크기의 렌즈(710)들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 (Micro Lens Array; MLA)(700)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 단위 격자 영상 신호 데이터를 포함하고, 연산처리부(500)가 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 마이크로 렌즈 어레이(700)를 통과한 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.The image signal data includes a plurality of unit unit grid image signal data generated through a micro lens array (MLA) 700 in which light microscopic lenses 710 are arranged in a lattice form , The operation processing unit 500 determines the depth of the object 1 and generates stereoscopic shape data based on the focal distance of the unit grid image signal data that has passed through the microlens array 700 1) can be determined.

광 조사부(100)의 오차 보정 광원(140)이 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 단계를 더 포함하고, 오차 보정부가 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)에 오차 보정 광원(140)을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 색수차 렌즈(200)의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The error correcting light source 140 of the light irradiating unit 100 further includes a step of diverging light having a single wavelength and the error correcting unit may further include an error correcting light source 140 in the object 1, And correcting an optical error including the spherical aberration and / or distortion component of the chromatic aberration lens 200 by comparing the scanned electrical image signal data with the accurate dimensional data.

상기 영상 신호 데이터는, 상기 광이 미소 크기의 렌즈(710)들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 (Micro Lens Array; MLA)(700)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 단위 격자 영상 신호 데이터를 포함하고, 연산처리부(500)가 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 마이크로 렌즈 어레이(700)를 통과한 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.The image signal data includes a plurality of unit unit grid image signal data generated by passing the light through the micro lens array (MLA) 700 in which the microscopic lenses 710 are arranged in a lattice form And the calculation processing unit 500 determines the depth of the object 1 and generates the stereoscopic shape data based on the focal distance of the unit grid image signal data that has passed through the microlens array 700, It is possible to determine the depth of the object 1.

연산처리부(500)가 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 영상 신호 데이터에 대응되는 광의 파장 값을 변수로 하는 초점 거리 함수를 이용하여 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.The step of the calculation processing unit 500 for determining the depth of the object 1 and generating the stereoscopic shape data includes the steps of calculating the depth of the object 1 by using the focal length function having the wavelength value of the light corresponding to the video signal data as a variable, Can be determined.

본 발명의 일측면에 따르면, 패턴(체크무늬 등)을 측정 대상물에 조사하고 그것을 이미지 센서(400)로 센싱한 후 연산 작업을 통해 입체적 형상 데이터를 생성하는 방식이어서, 광학적으로 일반 카메라와 동일한 촬영을 함으로써 종래 기술에서의 크로스토크(crosstalk)와 같은 신호처리적 관점에서의 간섭 신호를 고려할 필요가 없고, 이미지 촬영 횟수를 최소화하면서도 효율적인 데이터 처리를 수행하여 빠르고 정확한 3차원 입체적 형상 데이터를 획득할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a method of generating a three-dimensional shape data by irradiating a pattern (such as a check pattern) to an object to be measured and sensing it with the image sensor 400 and then performing an arithmetic operation, It is not necessary to consider the interference signal from the viewpoint of signal processing such as crosstalk in the prior art and efficient data processing is performed while minimizing the number of times of image photographing to acquire fast and accurate three dimensional cubic shape data have.

도 1은 색수차 공초점(Chromatic Confocal)을 활용하여 3D 스캐닝 하는 종래 기술을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 상기 종래 기술에 적용되는 DMD의 픽셀 점등 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 공간 광 변조기(SLM) 가 형성하는 패턴(a), 대상체가 초점거리에 있지 않은 경우 이미지 센서에서 획득하는 영상 신호 데이터(b) 및 대상체가 초점거리에 있는 경우 이미지 센서에서 획득하는 영상 신호 데이터(c)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 이미지 센서에서 획득한 영상 신호 데이터의 초점거리가 맞는 경우(a)와 맞지 않은 경우(b)의 선명도 곡선을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 광 조사부가 반사경을 포함하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 광 조사부가 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원을 2 이상 포함하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 광 조사부가 하나의 광원을 이용하여 서로 상이한 파장을 갖는 광을 대상체에 조사하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너를 캘리브레이션 하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 마이크로 렌즈 어레이(MLA)를 포함한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 편광부를 포함한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 대상체에 패터닝 된 광을 조사한 후 영상 신호 데이터를 획득하여 포인트클라우드를 생성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a view schematically showing a conventional technique of performing 3D scanning using a chromatic confocal.
FIG. 2 is a view schematically showing a pixel lighting method of the DMD applied to the conventional technique.
FIG. 3 is a view schematically showing a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a pattern (a) formed by a spatial light modulator (SLM) of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention, image signal data b ) And the image signal data (c) acquired by the image sensor when the object is at the focal distance.
FIG. 5 schematically shows a sharpness curve of (b) when the focal distance of the image signal data acquired by the image sensor of the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention is not matched with (a) FIG.
FIG. 6 is a schematic view illustrating a case where a light irradiating unit of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration includes a reflecting mirror according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a schematic view illustrating a case where the light irradiating unit of the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes two or more individual light sources that emit light having wavelengths different from each other.
FIG. 7 (b) is a view schematically illustrating a case where light irradiating units of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention irradiate light having wavelengths different from each other to a target using one light source.
FIG. 8 is a schematic view illustrating a method of calibrating a three-dimensional scanner using chromatic aberration according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
9 is a view schematically showing an example of an image sensor of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a view schematically showing a three-dimensional scanner using a chromatic aberration, including a microlens array (MLA) according to an embodiment of the present invention.
11 is a view schematically showing a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention including a polarization unit.
FIG. 12 is a view schematically illustrating a process of generating a point cloud by acquiring image signal data after irradiating patterned light onto a target object by a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.
13 is a view schematically showing a three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Further, the term "part" in the description means a unit for processing one or more functions or operations, which may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너(1000)를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 3 is a schematic view of a three-dimensional scanner 1000 using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너(1000)는 광 조사부(100), 색수차 렌즈(200), 이미지 센서(400) 및 연산처리부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.3, a three-dimensional scanner 1000 using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a light irradiation unit 100, a chromatic aberration lens 200, an image sensor 400, and an operation processing unit 500 Lt; / RTI >

도 3에 도시된 색수차를 이용한 3차원 스캐너는 일 실시예에 따른 것이고 도 3에 도시된 구성요소들이 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 주요 구성을 제외한 공지된 구성 요소에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The three-dimensional scanner using the chromatic aberration shown in FIG. 3 is according to one embodiment, and the components shown in FIG. 3 are not limited to the embodiment shown in FIG. 3, and may be added, changed or deleted as necessary . In the following description, a detailed description of known components other than the main components will be omitted.

광 조사부(100)는 광을 발산하는 광원(110)을 포함할 수 있다. 광원(110)은 하나일 수 있으나, 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함할 수도 있다.The light irradiation unit 100 may include a light source 110 that emits light. The light source 110 may be one, but may include two or more individual light sources 111 that emit light having wavelengths different from each other.

광 조사부(100)는, 상기 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기(120)(Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(120)는 일정한 형태로 패터닝 된 패턴 필름 마스크(pattern film mask) 일 수도 있고, 패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 열거된 형태는 예시일 뿐이며, 광을 일정한 패턴으로 대상체(1)에 조사할 수 있도록 하는 것이라면 각종 필름, 마스크, 광학 기기 등 명칭을 불문하고 이에 해당될 수 있다.The light irradiating unit 100 may further include a spatial light modulator (SLM) 120 that allows the light to change a pattern irradiated on the object 1. The spatial light modulator 120 may be a pattern film mask patterned in a predetermined pattern, a pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD) Or a liquid crystal on silicon (LCOS). The above-mentioned form is only an example, and may be applied to any film, mask, optical apparatus, and the like, as long as the light can be irradiated to the object 1 in a predetermined pattern.

공간 광 변조기(120)가 대상체에 조사되는 광의 패턴을 변경하는 것은 단순히 명암을 반전시키는 것뿐만 아니라, 패턴 모양을 변경하거나 광의 파장 분포를 변조하거나 색상을 변경시키는 것도 포함된다.Changing the pattern of the light irradiated to the object by the spatial light modulator 120 includes not only reversing the contrast but also changing the pattern shape, modulating the wavelength distribution of light, or changing the color.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 광 조사부(100)가 반사경(130)을 포함하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 6 is a schematic view illustrating a case where a light irradiation unit 100 of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration includes a reflector 130 according to an embodiment of the present invention.

도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 광 조사부(100)는, 상기 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체(1)에 조사하기 위한 반사경(130)을 더 포함할 수 있다. 반사경(130)은 거울, 렌즈, 프리즘 등 명칭을 불문하고 광을 반사하여 특정 광로를 형성하도록 하는 것이라면 이에 해당할 수 있다.6A and 6B, the light irradiating unit 100 further includes a reflector 130 for irradiating light having the different wavelengths to the object 1 in an overlapping or adjacent optical path . The reflector 130 may correspond to a mirror, a lens, a prism, or the like, which reflects light to form a specific optical path.

색수차 렌즈(200)는 상기 광 조사부(100)로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시킬 수 있다. 일반적으로 광이 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈를 통과하는 경우 광을 구성하는 파장에 따라 굴절률이 다르며, 파장이 짧을수록 굴절률이 높다. 따라서, 광의 파장별 굴절률에 따라 각각의 파장이 굴절되는 정도가 달라 색수차가 발생한다. The chromatic aberration lens 200 can generate a chromatic aberration according to the refractive index of the light emitted from the light irradiating unit 100 for each wavelength. Generally, when light passes through a convex lens or a concave lens, the refractive index differs depending on the wavelength of the light, and the shorter the wavelength, the higher the refractive index. Therefore, depending on the refractive index of each wavelength of light, the degree of refraction of each wavelength differs depending on the chromatic aberration.

일반적으로 안경의 경우에는 색수차가 높은 경우 사람이 사물을 정확히 인식하는데 부정적인 역할을 하므로 색수차를 억제하거나 방지하는 기술이 중요하다. 반면에, 본 발명이 속하는 기술 분야와 같이 색수차를 이용하여 거리를 측정하는 기술의 경우 색수차를 적절히 늘이는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 색수차 렌즈(200)는 색수차를 발생시키거나 증가시키는 역할을 수행한다.Generally, in the case of glasses, a technology for suppressing or preventing chromatic aberration is important because a person plays a negative role in accurately recognizing objects when the chromatic aberration is high. On the other hand, in the case of the technique of measuring the distance using the chromatic aberration as in the technical field to which the present invention belongs, it is important to appropriately increase the chromatic aberration. Accordingly, the chromatic aberration lens 200 of the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention plays a role of generating or increasing chromatic aberration.

색수차 렌즈(200)는 초점거리를 제어하여 색수차 정도를 변경할 수 있는 가변 초점 렌즈일 수 있다.The chromatic aberration lens 200 may be a variable focus lens that can change the degree of chromatic aberration by controlling the focal distance.

이미지 센서(400)는 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 센싱하여 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다. 이미지 센서(400)는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device; CCD) 또는 CMOS 이미지 센서(400)(CMOS Image Sensor; CIS) 중 하나일 수 있다. 또한, 이미지 센서(400)는 복수의 투과형 이미지 센서 레이어(Transparent Image Sensor Layer)가 층상 구조로 배열된 형태일 수도 있다. The image sensor 400 may acquire image signal data by sensing the light 20 reflected from the object through the chromatic aberration lens 200. The image sensor 400 may be one of a charge coupled device (CCD) or a CMOS image sensor (CIS). Also, the image sensor 400 may have a structure in which a plurality of transparent image sensor layers (Transparent Image Sensor Layers) are arranged in a layered structure.

이미지 센서(400)는 모든 가시광선을 인식할 수 있는 컬러 이미지 센서(410)일 수도 있고, 한가지 색상만 인식할 수 있는 단색 이미지 센서(420)일 수도 있다.The image sensor 400 may be a color image sensor 410 capable of recognizing all visible light or a monochromatic image sensor 420 capable of recognizing only one color.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 이미지 센서의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 8 is a view schematically showing an example of an image sensor of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 도 8(a)는 컬러 이미지 센서(410)를 이용하여 모든 가시광선을 인식하는 경우를 도시한 것이고, 도 8(b)는 한가지 색상만 인식할 수 있는 단색 이미지 센서(420)를 이용하여 한가지 색상씩 인식하는 경우를 도시한 것이다. 후술하는 특정 파장을 갖는 광을 조사하여 획득한 영상 신호 데이터와 초점 거리 함수를 이용하여 다양한 파장에서의 광의 초점 거리에 대상체(1)가 존재하는지를 판단하기 위하여 도 8(b)와 같이 단색 이미지 센서(420)를 이용할 수 있고, 이 경우 특정 색상의 광만 선택적으로 투과시키는 센싱용 컬러 휠(430)과 센싱용 구동 모터(440)를 포함할 수 있다. 8 (a) shows a case where all visible rays are recognized by using the color image sensor 410, and FIG. 8 (b) shows a case where a single color image sensor 420 are used to recognize one color. 8 (b), in order to determine whether the object 1 exists at the focal distance of light at various wavelengths using the image signal data obtained by irradiating light having a specific wavelength to be described later and the focal distance function, In this case, the sensing color wheel 430 and the sensing driving motor 440 may selectively include only a specific color of light.

광 조사부(100)는, 상술한 바와 같이, 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기(120)(Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함할 수 있으므로, 이 경우 이미지 센서(400)는, 패턴이 변경되기 전과 후의 각각의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다. 즉, 이미지 센서(400)는 상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다.As described above, the light irradiation unit 100 may further include a spatial light modulator (SLM) 120 that allows the light to change the pattern irradiated on the object 1, The sensor 400 can acquire respective video signal data before and after the pattern is changed. That is, the image sensor 400 detects the image signal data when the object 1 is irradiated with the first pattern before the pattern is changed, and when the object 1 is irradiated with the second pattern, So that the video signal data can be obtained.

연산처리부(500)는 영상 신호 데이터 중 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성할 수 있다. The arithmetic processing unit 500 determines the depth of the object 1 based on the wavelength of the light with the highest sharpness and the focal length of the light by comparing the sharpness of each of the image signal data by the wavelength of the light, Lt; / RTI >

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 이미지 센서(400)에서 획득한 영상 신호 데이터의 초점거리가 맞는 경우(도 5(a))와 맞지 않은 경우(도 5(b))의 선명도 곡선을 개략적으로 도시한 도면이다.5 shows a case where the focal length of the image signal data acquired by the image sensor 400 of the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to the embodiment of the present invention is not matched (Fig. 5 (a) b) of FIG.

도 5를 참조하면, 예를 들어, 백색광을 대상체(1)에 조사하여 반사된 광이 이미지 센서(400)에 수광되고 영상 신호 데이터로 변환하는 경우, 대상체(1)가 백색광의 초점거리에 있는 경우에는 도 5(a)와 같이 선명도가 높게 나타나나, 대상체(1)가 백색광의 초점거리에 있지 않은 경우에는 도 5(b)와 같이 선명도가 낮게 나타난다.5, when the white light is irradiated to the object 1 and the reflected light is received by the image sensor 400 and converted into the image signal data, when the object 1 is located at the focal distance of the white light The sharpness is high as shown in FIG. 5 (a), but when the object 1 is not at the focal distance of white light, the sharpness is low as shown in FIG. 5 (b).

바람직하게는, 백색광을 이용하는 경우보다 정밀한 측정을 위하여, 광 조사부(100)의 광원(110)은 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 이용할 수 있다.Preferably, the light source 110 of the light irradiation unit 100 may use an individual light source 111 that emits light having a wavelength different from that of the individual light sources 111, for more accurate measurement than when white light is used.

도 7(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 광 조사부(100)가 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함하는 경우를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 7A schematically shows a case where the light irradiation unit 100 of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes two or more individual light sources 111 that emit light having wavelengths different from each other. Fig.

상기 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)이란 파장 분포가 서로 다른 광을 발산하는 광원을 말한다. 레이저와 같은 극히 예외적인 경우를 제외하고는 단 하나의 파장만을 갖는 광원은 현실적으로 구현하기 어려우며, 색수차가 발생하지 않아 광 조사부의 광원으로 이용하기 곤란하다. 따라서, 본 발명의 광 조사부(100)의 광원(110)에서 발산하는 광은 여러 파장의 합성된 형태일 수 있으며, 상기 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)이란 여러 파장이 합성된 현태, 즉 파장 분포가 서로 다른 광을 발산하는 광원(110)을 말한다.The individual light sources 111 that emit light having the different wavelengths are light sources that emit light having different wavelength distributions. Except in extremely rare cases such as lasers, it is difficult to realistically realize a light source having only one wavelength, and chromatic aberration does not occur, making it difficult to use the light source as a light source for a light irradiation part. Therefore, the light emitted from the light source 110 of the light irradiating unit 100 of the present invention may be a composite of various wavelengths, and the individual light source 111 that emits the light having the different wavelength may be a That is, a light source 110 that emits light having a different wavelength distribution.

도 7(a)를 참조하면, 광원(110)은 각각 λ1, λ2, λ3의 파장을 갖는 3개의 LED 개별 광원(111)을 포함하여 구성되고, 광 조사부(100)는 상기 파장이 각각 λ1, λ2, λ3인 광을 서로 중첩되거나 인접한 광로로 대상체(1)에 조사하기 위한 반사경(130)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 파장이 λ1인 광은 청색광, λ2인 광은 녹색광, λ3인 광은 적색광일 수 있다. 주의할 것은, 상기 예에서는 서로 상이한 파장의 개수가 3개이나, 상이한 파장의 개수가 2개 또는 4개 일 수도 있으며, 파장의 개수와 광원(110)의 종류는 구체적인 실시태양에 따라 달라질 수 있다.7A, the light source 110 includes three LED individual light sources 111 having wavelengths of λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively, and the light irradiation unit 100 has the wavelengths And a reflector 130 for irradiating the object 1 with light having wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively, which are overlapped or adjacent to each other. For example, light having a wavelength of λ 1 may be blue light, light having a wavelength of λ 2 may be green light, and light having a wavelength of λ 3 may be red light. Note that in this example, the number of different wavelengths is three, but the number of different wavelengths may be two or four, and the number of wavelengths and the type of light source 110 may vary according to specific embodiments .

연산처리부(500)는 영상 신호 데이터 중 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단할 수 있다.The arithmetic processing unit 500 may compare the sharpness of each of the light signals with respect to the wavelength of the light of the image signal to determine the depth of the object 1 based on the wavelength with the highest sharpness and the focal distance of the light.

예를 들어, 광 조사부(100)가 파장이 각각 λ1, λ2, λ3인 광을 순차적으로 하나씩 대상체(1)에 조사하여 이미지 센서(400)가 각각의 영상 신호 데이터를 획득하는 경우, 연산처리부(500)는 상기 3개의 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역에 대응되는 대상체(1)의 깊이가 파장이 각각 λ1, λ2, λ3인 광의 초점거리에 해당하는지를 판단할 수 있다.For example, when the light irradiator 100 sequentially irradiates the object 1 with light having wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 , respectively, and the image sensor 400 acquires the respective image signal data, the calculation processing unit 500 has the three of the light focused by calculating the each pattern region by sharpness of the picture signal data is the depth of the object (1) corresponding to the pattern region having a wavelength of each of λ 1, λ 2, λ 3 distance It can be judged whether or not it is applicable.

광원(110)은, 상술한 바와 같이, 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함할 수 있으므로, 이 경우 연산처리부(500)는, 상기 영상 신호 데이터에 대응되는 광의 파장 값을 변수로 하는 초점 거리 함수를 이용하여 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.As described above, the light source 110 may include two or more individual light sources 111 that emit light having wavelengths different from each other. In this case, the calculation processing unit 500 may calculate the amount of light corresponding to the video signal data The depth of the object 1 can be determined using the focal length function having the wavelength value as a variable.

초점 거리 함수 Pn 은 다음과 같이 표현될 수 있다.The focal length function P n can be expressed as:

Pn= fn1, λ2, λ3)P n = f n (? 1 ,? 2 ,? 3 )

즉, 초점 거리 함수 Pn 은 파장 λ1, λ2, λ3을 변수로 하여 다양한 파장의 초점거리를 생성할 수 있다. 초점 거리 함수 Pn 은 λ1, λ2, λ3을 변수로 하는 함수일뿐, 함수가 정확히 어떠한 수학식으로 구성되는지는 캘리브레이션(calibration) 과정을 거쳐야만 알 수 있다. That is, the focal length function P n can generate focal lengths of various wavelengths using the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 as parameters. The focal length function P n is a function having the parameters λ 1 , λ 2 , and λ 3 as variables, and it can be known only by a calibration process how exactly the function is composed.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너를 캘리브레이션 하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 8 is a schematic view illustrating a method of calibrating a three-dimensional scanner using chromatic aberration according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 8을 참조하여 캘리브레이션(calibration) 과정에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다. 캘리브레이션은 1축 정밀 이송 스테이지를 활용하며, 한쪽에 본 발명에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너(1000)를 위치시키고, 반대쪽에는 받침대(50) 위에 기준면 시편(calibration target)(30)을 올려 놓는다. 받침대(50)는 이송부(40)와 연결되어 미세하게 작은 일정 거리만큼씩 이동시키면서 기준면 시편에 패턴 무늬 광을 조사하여 각각의 영상 신호 데이터를 획득한다. 본 발명에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너와 기준면 시편(30)과의 거리를 z라 하면, z1부터 zn까지 일정 거리씩 이동시키면서 획득한 각각의 영상 신호 데이터의 패턴 경계면 부근의 픽셀들을 대상으로 선명도를 비교하여 연산 처리 및 데이터화함으로써, 파장 λ1, λ2, λ3 를 변수로 하는 정확한 초점 거리 함수 Pn= fn1, λ2, λ3)을 구할 수 있다. 따라서, 작은 거리를 미세한 거리만큼씩 이동시키면서 캘리브레이션을 수행할수록, 즉 n 값이 높을수록 정밀도 높은 캘리브레이션을 수행할 수 있다.The calibration process will be described in detail with reference to FIG. In the calibration, a three-dimensional scanner 1000 using a chromatic aberration according to the present invention is positioned on one side and a calibration target 30 is placed on a pedestal 50 on the other side. The pedestal 50 is connected to the transfer unit 40 and moves the pattern 50 a little by a small distance. The pedestal 50 irradiates pattern pattern light onto the reference surface specimen to acquire respective image signal data. If the distance between the 3D scanner using the chromatic aberration according to the present invention and the reference plane specimen 30 is z, the pixels near the pattern boundary of each image signal data acquired while moving a predetermined distance from z 1 to z n , The correct focal length function P n = f n1 , λ 2 , λ 3 ) can be obtained by using the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 as variables by comparing the sharpness with the computation processing and data conversion. Accordingly, as the calibration is performed while moving the small distance by a small distance, that is, the higher the value of n, the more accurate the calibration can be performed.

상기 캘리브레이션 과정을 마친 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, n개의 상이한 파장을 갖는 개별 광원(111)을 대상체(1)에 일일이 조사하지 않더라도 2개 또는 3개의 개별 광원(111)만 이용하고도 n개의 초점거리에 해당하는 대상물의 깊이를 정확하게 측정할 수 있다.When the calibration process is completed, a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention can detect two or three individual light sources 111 without irradiating the object 1 with individual light sources 111 having n different wavelengths The depth of an object corresponding to n focal lengths can be accurately measured even if only the light source 111 is used.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 복수의 개별 광원(111)을 이용하지 않고도 공간 광 변조기(120)를 활용하여 대상체(1)에 조사되는 광의 명암을 반전시킴으로써, n개의 초점거리에 해당하는 대상물의 깊이를 정확하게 측정할 수 있다.The three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to the embodiment of the present invention reverses the lightness and darkness of light irradiated to the object 1 by utilizing the spatial light modulator 120 without using a plurality of individual light sources 111, It is possible to accurately measure the depth of the object corresponding to the focal length of each lens.

공간 광 변조기(120)는 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있으므로, 패턴의 명암이 반전되도록 각 1회씩 토글시켜 대상체(1)에 광을 조사할 수 있다. 이 경우 이미지 센서(400)는, 상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때, 즉 패턴의 명암을 변경하기 전의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때, 즉 패턴의 명암을 변경한 후의 영상 신호 데이터를 획득할 수도 있다. 이러한 경우, 패턴의 밝은 영역에 대한 거리를 측정하고, 어두웠던 영역을 밝은 영역으로 반전시켜 나머지 측정하지 못한 영역에 대하여 거리를 측정할 수 있다. The spatial light modulator 120 can change the pattern of light irradiated on the object 1, so that the object 1 can be irradiated with light by toggling each time so that the contrast of the pattern is reversed. In this case, the image sensor 400 can acquire the video signal data before irradiating the object 1 with the first pattern before the pattern is changed, that is, before changing the contrast of the pattern. Further, it is also possible to acquire the video signal data after irradiating the object 1 with the second pattern after the pattern is changed, that is, after changing the contrast of the pattern. In this case, the distance to the bright region of the pattern can be measured, and the dark region can be inverted to the bright region to measure the distance to the remaining unmeasured region.

또한, 공간 광 변조기(120)는 패턴의 모양을 변경하거나 광의 파장 분포를 변조하거나 색상을 변경할 수도 있으므로, 다양한 실시 형태로 응용하여 효율적인 데이터 처리 및 스캐닝이 가능하다.Further, the spatial light modulator 120 can change the shape of the pattern, modulate the wavelength distribution of the light, or change the color, so that the spatial light modulator 120 can be applied to various embodiments to perform efficient data processing and scanning.

예를 들어, 동일한 거리에 있는 대상체(1)에 대하여 공간 광 변조기(120)가 광의 파장 분포를 변조하는 경우, 이미지 센서(400)는 광의 파장 분포를 변경하기 전의 영상 신호 데이터 및 광의 파장 분포를 변경한 후의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있으므로, 2가지 서로 상이한 파장의 광을 조사하였을 때와 같은 이미지 연산 처리가 가능하다. For example, when the spatial light modulator 120 modulates the wavelength distribution of the light with respect to the object 1 at the same distance, the image sensor 400 obtains the image signal data before changing the wavelength distribution of light and the wavelength distribution of the light Since the image signal data after the change can be obtained, the image calculation processing as in the case of irradiating light of two different wavelengths is possible.

상술한 바와 같이, 색수차 공초점(Chromatic Confocal)을 활용하여 3D 스캐닝 하는 종래 기술의 경우, 대상체(1)에 광을 조사하는 픽셀을 점등하면서 여러 번 이동하여 측정을 하여야 하므로 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.As described above, in the conventional technique in which 3D scanning is performed using chromatic confocal, a pixel for irradiating light to the object 1 must be moved several times while being turned on, .

이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너의 경우, 공간 광 변조기(120)에서 패턴의 명암이 반전되도록 각 1회씩 토글시켜 대상체(1)에 광을 조사하여 영상 신호 데이터를 획득하여 대상체(1)의 깊이를 연산 처리하여 산출함으로써, 측정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다. 즉, 공간 광 변조기(120)를 2회 조작하여 각 1회씩 촬영한 2프레임의 영상 신호 데이터만으로 전체 대상체(1)의 깊이를 모두 판단할 수 있다. On the other hand, in the case of a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention, light is irradiated to the object 1 by toggling each time so that the contrast of the pattern is inverted in the spatial light modulator 120, And the depth of the object 1 is computed and calculated, the measurement time can be remarkably shortened. That is, the spatial light modulator 120 can be operated twice to determine all the depths of the entire object 1 using only the video signal data of two frames photographed once.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 이미지 센서(400)로 반사시키는 색선별 거울(300)(dichroic mirror)을 더 포함할 수 있다. 색선별 거울(300)은 광을 반사하여 광로를 특정한 방향으로 변경하는 역할 수행하며, 색선별 거울(300)을 활용하여 광원(110)과 색수차 렌즈(200)의 위치를 적절히 배치할 수 있으므로 스캐너를 보다 소형화 및 경량화할 수 있다.The three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a color discriminating mirror 300 (a dichroic mirror) for reflecting the light 20 reflected from the object through the chromatic aberration lens 200 to the image sensor 400 mirror). The color separating mirror 300 reflects the light and changes the optical path in a specific direction. Since the position of the light source 110 and the chromatic aberration lens 200 can be appropriately arranged using the color separating mirror 300, Can be further reduced in size and weight.

색수차 렌즈(200)의 렌즈 가공 과정에서 구면 수차와 같은 미세한 각종 광학적 오차가 발생할 수 있다. 이러한 광학적 오차는 대상체(1)에 대한 정확한 스캐닝을 방해하는 요소이므로 사전에 이러한 광학적 오차까지도 고려하여 스캐닝하는 것이 매우 중요하다.Various kinds of optical errors such as spherical aberration can be generated in the process of lens processing of the chromatic aberration lens 200. Since such an optical error is an element that interferes with accurate scanning of the object 1, it is very important to scan the object 1 in consideration of such optical errors.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 광학적 오차 보정을 위하여 오차 보정 광원(140) 및 오차보정부(600)를 더 포함할 수 있다.Therefore, the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention may further include an error correction light source 140 and an error correction unit 600 for optical error correction.

오차 보정 광원(140)은 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 광원(110)으로서, 일 예로 오차 보정 광원(140)은 레이저(Laser)일 수 있다. The error correcting light source 140 is a light source 110 that emits light having a single wavelength, for example, the error correcting light source 140 may be a laser.

오차보정부(600)가 광학적 오차 보정을 하기 위해서는 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)가 필요하다. 즉, 오차 보정 광원(140)을 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)에 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈(200)의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정할 수 있다. In order for the error corrector 600 to perform optical error correction, a target object 1 that has already acquired accurate dimensional data is needed. That is to say, the error correcting light source 140 is irradiated to the object 1 which has already acquired accurate dimensional data, and the electrical image signal data scanned is compared with the accurate dimensional data, and the spherical aberration and / or distortion of the chromatic aberration lens 200 It is possible to correct the optical error including the element.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 광원(110)과 상기 색수차 렌즈(200)의 거리를 조절하거나, 광원(110)과 대상체(1)의 거리를 조절하는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 구동부는 대상체(1)를 좌우로 이동시키거나 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너 방향 또는 반대 방향으로 이동시키면서 대상체(1)를 스캐닝 할 수 있다.A three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes a driving unit for adjusting the distance between the light source 110 and the chromatic aberration lens 200 or adjusting the distance between the light source 110 and the object 1 Time). The driving unit can scan the object 1 while moving the object 1 to the left or right or moving it in the direction of the three-dimensional scanner using the chromatic aberration according to an embodiment of the present invention or in the opposite direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 미소 크기의 렌즈(710)들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이(700)(Micro Lens Array; MLA)를 더 포함할 수 있다. The three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention may further include a micro lens array (MLA) 700 in which microscopic lenses 710 are arranged in a lattice form.

마이크로 렌즈 어레이(700)(Micro Lens Array; MLA)는, 사진 촬영에 주로 활용되는 기술로서, 하나의 상(이미지)을 격자 형태로 배열된 미소 크기의 렌즈(710)들에 각각 맺히게 한 후 하나의 상 내에 있는 다양한 거리에 있는 사물들을 상이 가장 선명한 부분(픽셀)만을 선택하여 합성하면 전체적으로 선명한 피사체 사진을 얻을 수 있는 광학 기술이다.The microlens array 700 (MLA) is a technique mainly used for photographing, in which a single image (image) is formed on a micro-sized lens 710 arranged in a lattice form, Is an optical technique that can obtain a clear picture of the entire object by selecting only the most clear portions (pixels) of the objects at various distances within the image of the image.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 마이크로 렌즈 어레이(MLA)(700)를 포함한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view schematically showing a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention including a microlens array (MLA) 700. FIG.

도 10을 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이(700)는 색선별 거울(300)과 색수차 렌즈(200) 사이에 위치(도 10(a))하거나 상기 색선별 거울(300)과 이미지 센서(400) 사이에 위치(도 10(b))할 수 있다. 10, the microlens array 700 is positioned between the color discriminating mirror 300 and the chromatic aberration lens 200 (FIG. 10 (a)) or between the color discriminating mirror 300 and the image sensor 400 (Fig. 10 (b)).

도 10(c)를 참조하면, 각각의 미소 크기의 렌즈(710)들에 의해 맺히는 상이 이미지 센서(400)에 의해 영상 신호 데이터로 변환되며, 각각의 미소 크기의 렌즈(710)들의 숫자에 비례하여 생성되는 초점거리 차이를 이용하여 보다 정밀한 깊이 측정이 가능하다. 10 (c), an image formed by each microscale lens 710 is converted into image signal data by the image sensor 400, and is proportional to the number of lenses 710 of each microscale size The focal length difference can be used for more precise depth measurement.

이 경우, 연산처리부(500)는 상기 마이크로 렌즈 어레이(700)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이를 판단할 수 있다.In this case, the arithmetic processing unit 500 can determine the depth of the object 1 based on the focal lengths of the plurality of unit grid image signal data generated through the microlens array 700.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너는, 대상체에 조사되는 광이나 대상체로부터 반사된 광의 노이즈나 회절 요소를 제거하기 위한 편광부를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 편광부는 편광판일 수 있다.The three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention may further include a polarization unit for removing noise or diffraction elements of light irradiated to the object or light reflected from the object. In one example, the polarizing portion may be a polarizing plate.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 편광부(900)를 포함한 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.11 is a view schematically showing a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention including a polarization unit 900. FIG.

도 11에서는 편광부(900)가 색선별 거울(300)과 색수차 렌즈(200) 사이에 위치하는 것으로 도시되었으나, 편광부(900)의 위치와 개수는 구체적인 실시태양과 회절 성분 제거 필요성에 따라 얼마든지 변경될 수 있다. 11, the position and the number of the polarizer 900 may vary depending on the specific embodiment and the necessity of removing the diffractive element 900. In the embodiment shown in FIG. 11, the polarizer 900 is shown as being positioned between the color separating mirror 300 and the chromatic aberration lens 200, Can be changed.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐너가 대상체(1)에 패터닝 된 광을 조사한 후 영상 신호 데이터를 획득하여 포인트(5) 클라우드를 생성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.12 is a view schematically showing a process of generating a cloud at a point 5 by acquiring image signal data after irradiating patterned light onto a target object 1 with a three-dimensional scanner using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention to be.

도 12를 참조하면, 대상체(1)에 패터닝 된 광을 조사하면, 도 12(a)와 같이, 패터닝 된 광이 반사되어 이미지 센서(400)는 영상 신호 데이터를 획득한다. 연산처리부(500)는 영상 신호 데이터에서 각 색상별 세기 변화율이 가장 큰 색상만을 남기는 방식으로 경계면에 대하여 색상 처리하면, 도 12(b)와 같이, 대상체(1)의 깊이와 대응되는 초점거리를 갖는 파장의 색상만이 가장 선명한 색상으로 남게 된다. 색상별(파장별) 초점거리 데이터를 기반으로 패턴 무늬별로 밝은 부분의 깊이를 측정하면, 도 12(c)와 같이, 각각의 밝은 면에 대한 포인트 클라우드를 획득할 수 있다. 도 12(d)와 같이, 각각의 포인트(5)를 매쉬(mesh) 처리하여 연결하면, 대상체(1)의 위치별(포인트별) 깊이를 데이터화 한 3차원 입체 형상 데이터를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 12, when patterned light is irradiated on the object 1, the patterned light is reflected as shown in FIG. 12 (a), and the image sensor 400 acquires image signal data. The arithmetic processing unit 500 performs color processing on the boundary surface in such a manner that only the hue having the greatest change rate of intensity for each color in the image signal data is subjected to hue processing so that the focal distance corresponding to the depth of the object 1 Only the color of the wavelength having the sharpest color remains. If the depth of the bright portion is measured for each pattern pattern based on the focal distance data for each color (wavelength), a point cloud for each bright surface can be obtained as shown in Fig. 12 (c). As shown in Fig. 12 (d), when each point 5 is connected by mesh processing, three-dimensional three-dimensional shape data in which the depth of each point 1 (by point) is data can be acquired.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.13 is a view schematically showing a three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법은, 광 조사부의 광원이 광을 발산하는 단계; 색수차 렌즈가 상기 광 조사부로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시키는 단계; 이미지 센서가 상기 색수차 렌즈를 통과하여 대상체로부터 반사된 광을 센싱하여 전기적 영상 신호 데이터를 획득하는 단계; 및 연산처리부가 상기 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장별로 선명도(sharpness)를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 획득하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 13, a three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention includes: a step in which a light source of a light irradiation unit emits light; Generating a chromatic aberration by a chromatic aberration lens in accordance with a refractive index for each wavelength of light emitted from the light irradiating unit; Sensing the light reflected from the object through the chromatic aberration lens to obtain electrical image signal data; And an arithmetic processing unit compares the sharpness of each of the light signals with the wavelength of the light of the image signal data to determine the depth of the object based on the wavelength with the highest sharpness and the focal length of the light, Step < / RTI >

광 조사부에서 광원을 선택하여 광을 방출하면(S100), 광은 공간 광 변조기를 통과하여 대상체에 일정한 패턴으로 조사된다(S200). 이미지 센서는 대상체로부터 반사된 광은 센싱하여 영상 신호 데이터를 획득하고(S300), 연산처리부는 영상 신호 데이터에서 밝은 영역(2)을 구획한 후(S400), 구획된 밝은 영역별 경계선의 파장별(색상별) 선명도 변화율을 측정할 수 있다(S500). 선명도 변화율이 가장 큰 파장(색상)을 찾아 그 파장(색상)의 초점거리에 대응되는 깊이 값을 산출할 수 있다(S600). 영역별 포인트 클라우드를 생성한 후(S700), 각각의 포인트를 매쉬(mesh) 처리하여 연결하면, 대상체의 위치별(포인트별) 깊이를 데이터화 한 3차원 입체 형상 데이터를 획득할 수 있다.When a light source is selected by the light irradiation unit and light is emitted (S100), the light passes through the spatial light modulator and is irradiated to the object in a predetermined pattern (S200). The image sensor senses the light reflected from the object and obtains the image signal data in step S300. The operation processor divides the bright area 2 from the image signal data in step S400. (By color) the sharpness change rate can be measured (S500). A depth value corresponding to the focal length of the wavelength (color) can be calculated by finding a wavelength (color) having the greatest change rate of sharpness (S600). After generating point clouds for each area (S700), connecting the points to each other by mesh processing can acquire three-dimensional solid shape data obtained by digitizing the depth of each object (by point).

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법(2000)은, 색선별 거울(dichroic mirror)이 상기 색수차 렌즈를 통과하여 대상체로부터 반사된 광을 이미지 센서로 반사시키는 단계를 더 포함하고, 이미지 센서는, 상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득할 수 있다.The method (2000) for three-dimensional scanning using chromatic aberration according to an embodiment of the present invention further includes a step of reflecting a light reflected from a target object through a chromatic aberration lens to a image sensor by a dichroic mirror , The image sensor can acquire video signal data when the object is irradiated with the video signal data when the first pattern is irradiated onto the object before the pattern is changed and the second pattern after the pattern is changed.

상기 공간 광 변조기(120)는, 패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The spatial light modulator 120 may be one of a pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or a liquid crystal on silicon (LCOS) Or more.

연산처리부(500)가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 패턴에 대응하여 대상체로부터 반사되는 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역별에 대응되는 대상체의 깊이를 판단할 수 있다.In the step of determining the depth of the object and generating the three-dimensional shape data, the calculation processing unit 500 calculates the sharpness of each pattern area of the video signal data reflected from the object corresponding to the pattern, The depth of the corresponding object can be determined.

광원은, 서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원을 2 이상 포함하고, 상기 광 조사부의 반사경이 상기 2 이상의 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체에 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.The light source may further include two or more individual light sources that emit light having wavelengths different from each other, and the reflector of the light irradiating unit may irradiate the object with the light having the at least two different wavelengths in an overlapping or adjacent optical path have.

본 발명의 일 실시예에 따른 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법은, 상기 광 조사부의 오차 보정 광원이 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 단계를 더 포함하고, 오차 보정부가 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체에 상기 오차 보정 광원을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The three-dimensional scanning method using a chromatic aberration according to an embodiment of the present invention may further include a step in which the error correcting light source of the light irradiating unit emits light having a single wavelength, And correcting an optical error including the spherical aberration and / or distortion element of the chromatic aberration lens by comparing the scanned electrical image signal data with the accurate dimensional data by irradiating the object with the error correcting light source.

상기 영상 신호 데이터는, 상기 광이 미소 크기의 렌즈들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이 (Micro Lens Array; MLA)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 단위 격자 영상 신호 데이터를 포함하고, 연산처리부가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체의 깊이를 판단할 수 있다.The image signal data includes a plurality of unit unit grid image signal data generated by passing the light through a micro lens array (MLA) having micro-sized lenses arranged in a lattice form, And generating the three-dimensional shape data may determine the depth of the object based on the focal length of the unit-grid image signal data that has passed through the microlens array.

연산처리부가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는, 상기 영상 신호 데이터에 대응되는 광의 파장 값을 변수로 하는 초점 거리 함수를 이용하여 대상체의 깊이를 판단할 수 있다.The step of determining the depth of the object to be processed and generating the stereoscopic shape data may determine the depth of the object using a focal length function having a wavelength value of light corresponding to the video signal data as a variable.

이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as limitations. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 대상체
2 : 밝은 영역
3 : 어두운 영역
4 : 밝은 영역별 경계선
5 : 포인트
10 : 대상체로 조사되는 광
20 : 대상체로부터 반사된 광
30 : 기준면 시편
40 : 이송부
50 : 받침대
100 : 광 조사부
110 : 광원
111 : 개별 광원
120 : 공간 광 변조기(SLM)
121 : 디지털 초소형 거울장치(DMD)
122 : 실리콘 액정표시장치(LCOS)
130 : 반사경
140 : 오차 보정 광원
150 : 광 조사용 컬러 휠
160 : 광 조사용 구동 모터
200 : 색수차 렌즈
300 : 색선별 거울
400 : 이미지 센서
410 : 컬러 이미지 센서
420 : 단색 이미지 센서
430 : 센싱용 컬러 휠
440 : 센싱용 구동 모터
500 : 연산처리부
600 : 오차보정부
700 : 마이크로 렌즈 어레이(MLA)
710 : 미소 크기의 렌즈
800 : 볼록 렌즈
900 : 편광부
1000 : 색수차를 이용한 3차원 스캐너
2000 : 색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법
1: object
2: Bright area
3: Shaded area
4: Boundary by bright area
5: Point
10: Light irradiated to the object
20: light reflected from the object
30: Reference surface specimen
40:
50: Stand
100:
110: Light source
111: Individual light source
120: spatial light modulator (SLM)
121: Digital micro-mirror device (DMD)
122: Silicon liquid crystal display (LCOS)
130: reflector
140: error correction light source
150: Illuminated color wheel
160: Light source driving motor
200: chromatic aberration lens
300: Color selection mirror
400: Image sensor
410: Color image sensor
420: Monochromatic image sensor
430: Color wheel for sensing
440: Driving motor for sensing
500:
600: error correction unit
700: microlens array (MLA)
710: Micro-sized lens
800: convex lens
900: Polarizing unit
1000: 3D scanner using chromatic aberration
2000: 3D scanning method using chromatic aberration

Claims (19)

패턴 영역별 하나 이상의 파장의 광을 발산하는 광원(110)을 포함하는 광 조사부(100);
상기 광 조사부(100)로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시키는 색수차 렌즈(200);
상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 하나 이상의 파장의 광(20)을 센싱하여 각각의 파장 별 영상 신호 데이터를 획득하는 이미지 센서(400); 및
상기 파장 별 영상 신호 데이터의 상기 각 패턴 영역별 선명도(sharpness)를 산출하고, 상기 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장 별로 선명도를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장 별 초점거리에 기초하여 상기 패턴 영역에 대응되는 대상체(1)의 깊이(depth)를 판단하며, 입체적 형상 데이터를 생성하는 연산처리부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
A light irradiation part (100) including a light source (110) that emits light of at least one wavelength per pattern area;
A chromatic aberration lens 200 for generating chromatic aberration according to the refractive index of each light emitted from the light irradiating unit 100;
An image sensor 400 that senses light 20 of at least one wavelength reflected from a target object through the chromatic aberration lens 200 and acquires image signal data for each wavelength; And
The sharpness of each of the pattern areas of the image signal data of each wavelength is calculated and the sharpness of each of the image signal data is compared according to the wavelength of the light, , And an arithmetic processing unit (500) for determining the depth of the object (1) corresponding to the area and generating stereoscopic shape data.
3D scanner using chromatic aberration.
제1항에 있어서,
상기 색수차 렌즈(200)를 통과하여 대상체로부터 반사된 광(20)을 이미지 센서(400)로 반사시키는 색선별 거울(300)(dichroic mirror)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 1,
Further comprising a dichroic mirror (300) for reflecting the light (20) reflected from the object through the chromatic aberration lens (200) to the image sensor (400)
3D scanner using chromatic aberration.
제1항에 있어서,
상기 광 조사부(100)는,
상기 광이 대상체(1)에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기(120)(Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함하고,
이미지 센서(400)는,
상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체(1)에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 1,
The light irradiating unit (100)
Further comprising a spatial light modulator (SLM) 120 for allowing the light to change a pattern irradiated on the object 1,
The image sensor 400,
The image signal data when the object 1 is irradiated with the first pattern before the pattern is changed and the second pattern after the pattern is changed are acquired As a result,
3D scanner using chromatic aberration.
제3항에 있어서,
상기 공간 광 변조기(120)는,
패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method of claim 3,
The spatial light modulator (120)
A pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or a liquid crystal on silicon (LCOS)
3D scanner using chromatic aberration.
제3항에 있어서,
연산처리부(500)는,
상기 패턴에 대응하여 대상체(1)로부터 반사되는 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역에 대응되는 대상체(1)의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method of claim 3,
The arithmetic processing unit (500)
And the depth of the object (1) corresponding to the pattern area is determined by calculating the sharpness of each pattern area of the video signal data reflected from the object (1) corresponding to the pattern.
3D scanner using chromatic aberration.
제1항에 있어서,
광원(110)은,
서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원(111)을 2 이상 포함하고,
상기 광 조사부(100)는,
상기 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체(1)에 조사하기 위한 반사경(130)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 1,
The light source 110,
And two or more individual light sources 111 for emitting light having wavelengths different from each other,
The light irradiating unit (100)
Characterized by further comprising a reflector (130) for irradiating the object (1) with the light having the different wavelengths in an overlapping or adjacent optical path,
3D scanner using chromatic aberration.
제1항에 있어서,
상기 광 조사부(100)는,
단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 오차 보정 광원(140)을 더 포함하고,
이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체(1)에 상기 오차 보정 광원(140)을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈(200)의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 오차보정부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 1,
The light irradiating unit (100)
Further comprising an error correcting light source (140) for emitting light having a single wavelength,
The correcting dimensional light source 140 is irradiated on the object 1 having already obtained the accurate dimensional data and the electrical image signal data scanned is compared with the correct dimensional data to obtain the spherical aberration and / And an error correction unit (600) for correcting an optical error,
3D scanner using chromatic aberration.
제1항에 있어서,
광원(110)과 상기 색수차 렌즈(200)의 거리를 조절하거나, 광원(110)과 대상체(1)의 거리를 조절하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 1,
Further comprising a driving unit for adjusting a distance between the light source 110 and the chromatic aberration lens 200 or adjusting a distance between the light source 110 and the object 1,
3D scanner using chromatic aberration.
제2항에 있어서,
상기 색선별 거울(300)과 색수차 렌즈(200) 사이에 위치하거나 상기 색선별 거울(300)과 이미지 센서(400) 사이에 위치하고, 미소 크기의 렌즈(710)들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이(700)(Micro Lens Array; MLA)를 더 포함하고,
연산처리부(500)는,
상기 마이크로 렌즈 어레이(700)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체(1)의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
3. The method of claim 2,
A microlens array 710 is disposed between the color separating mirror 300 and the chromatic aberration lens 200 or between the color separating mirror 300 and the image sensor 400 and the microscopic lenses 710 are arranged in a lattice form. (Micro Lens Array (MLA)) 700,
The arithmetic processing unit (500)
Wherein the depth of the object (1) is determined based on a focal length of a plurality of unit grid image signal data generated through the microlens array (700)
3D scanner using chromatic aberration.
제6항에 있어서,
연산처리부(500)는,
상기 영상 신호 데이터에 대응되는 광의 파장 값을 변수로 하는 초점 거리 함수를 이용하여 대상체(1)의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐너.
The method according to claim 6,
The arithmetic processing unit (500)
Wherein the depth of the object (1) is determined by using a focal length function having a wavelength value of light corresponding to the video signal data as a variable.
3D scanner using chromatic aberration.
광 조사부의 광원이 패턴 영역별 하나 이상의 파장의 광을 발산하는 단계;
색수차 렌즈가 상기 광 조사부로부터 발산된 광의 파장별 굴절률에 따라 색수차를 발생시키는 단계;
이미지 센서가 상기 색수차 렌즈를 통과하여 대상체로부터 반사된 하나 이상의 파장의 광을 센싱하여 각각의 파장 별 전기적 영상 신호 데이터를 획득하는 단계; 및
연산처리부가 상기 파장 별 영상 신호 데이터의 상기 각 패턴 영역별 선명도(sharpness)를 산출하고, 상기 영상 신호 데이터 중 상기 광의 파장별로 선명도를 비교하여 선명도가 가장 높은 파장 및 상기 광의 파장별 초점거리에 기초하여 상기 패턴 영역에 대응되는 대상체의 깊이(depth)를 판단하며, 입체적 형상 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
The light source of the light irradiating portion emits light of one or more wavelengths per pattern region;
Generating a chromatic aberration by a chromatic aberration lens in accordance with a refractive index for each wavelength of light emitted from the light irradiating unit;
Sensing an image of at least one wavelength reflected from a target object through the chromatic aberration lens to obtain electrical image signal data for each wavelength; And
The arithmetic processing unit calculates the sharpness of each of the pattern areas of the video signal data per wavelength and compares the sharpness of each of the video signal data with respect to the wavelength of the light to determine the sharpness of the light based on the wavelength with the highest sharpness, Determining the depth of the object corresponding to the pattern area, and obtaining the three-dimensional shape data.
3D scanning method using chromatic aberration.
제11항에 있어서,
색선별 거울(300)(dichroic mirror)이 상기 색수차 렌즈를 통과하여 대상체로부터 반사된 광을 이미지 센서로 반사시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
12. The method of claim 11,
Further comprising the step of allowing the dichroic mirror (300) to pass through the chromatic aberration lens and reflect the light reflected from the object to the image sensor.
3D scanning method using chromatic aberration.
제11항에 있어서,
상기 광 조사부는,
상기 광이 대상체에 조사되는 패턴을 변경할 수 있도록 하는 공간 광 변조기 (Spatial Light Molulator; SLM)를 더 포함하고,
이미지 센서는,
상기 패턴이 변경 되기 전인 제1 패턴을 대상체에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터 및 상기 패턴이 변경 된 후인 제2 패턴을 대상체에 조사하였을 때의 영상 신호 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
12. The method of claim 11,
The light-
Further comprising a spatial light modulator (SLM) that allows the light to change a pattern irradiated on the object,
In the image sensor,
Acquires the video signal data when the object is irradiated with the video signal data when the object is irradiated with the first pattern before the pattern is changed and the second pattern after the pattern is changed.
3D scanning method using chromatic aberration.
제13항에 있어서,
상기 공간 광 변조기는,
패턴 마스크 필름, 디지털 초소형 거울장치(Digital Micromirror Device; DMD), 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD) 또는 실리콘 액정표시장치(Liquid Crystal On Silicon; LCOS) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
14. The method of claim 13,
The spatial light modulator includes:
A pattern mask film, a digital micromirror device (DMD), a liquid crystal display (LCD), or a liquid crystal on silicon (LCOS)
3D scanning method using chromatic aberration.
제13항에 있어서,
연산처리부가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는,
상기 패턴에 대응하여 대상체로부터 반사되는 영상 신호 데이터의 각 패턴 영역별 선명도를 산출하여 상기 패턴 영역별에 대응되는 대상체의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
14. The method of claim 13,
The step of determining the depth of the object to be processed by the arithmetic processing unit and generating the three-
Calculating a sharpness of each of the pattern areas of the video signal data reflected from the target object in correspondence with the pattern, and determining a depth of the target object corresponding to each of the pattern areas;
3D scanning method using chromatic aberration.
제11항에 있어서,
광원은,
서로 상이한 파장을 갖는 광을 발산하는 개별 광원을 2 이상 포함하고,
상기 광 조사부의 반사경이 상기 2 이상의 상이한 파장을 갖는 광을 중첩되거나 인접한 광로로 대상체에 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
12. The method of claim 11,
The light source,
An optical device comprising two or more individual light sources for emitting light having wavelengths different from each other,
Characterized in that the reflector of the light irradiating unit further comprises a step of irradiating the object with the light having the at least two different wavelengths in the overlapping or adjacent optical path,
3D scanning method using chromatic aberration.
제11항에 있어서,
상기 광 조사부의 오차 보정 광원이 단일한 파장을 갖는 광을 발산하는 단계를 더 포함하고,
오차 보정부가 이미 정확한 치수 데이터를 획득한 대상체에 상기 오차 보정 광원(140)을 조사하여 스캐닝 한 전기적 영상 신호 데이터와 상기 정확한 치수 데이터를 비교하여 상기 색수차 렌즈의 구면 수차 및/또는 왜곡 요소를 포함하는 광학적 오차를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
12. The method of claim 11,
Further comprising the step of causing the error correcting light source of the light irradiating unit to emit light having a single wavelength,
The error correcting unit irradiates the object with the correct dimensional data to the error correcting light source 140 and compares the scanned electrical image signal data with the accurate dimensional data to calculate the spherical aberration and / Further comprising the step of correcting the optical error.
3D scanning method using chromatic aberration.
제11항에 있어서,
상기 영상 신호 데이터는,
상기 광이 미소 크기의 렌즈들이 격자 형태로 배열된 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA)를 통과하여 생성된 복수개의 단위 단위 격자 영상 신호 데이터를 포함하고,
연산처리부가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는,
상기 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 단위 격자 영상 신호 데이터의 초점 거리에 기초하여 대상체의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the video signal data includes:
Wherein the light includes a plurality of unit unit grid image signal data generated by passing microscopic lenses through a micro lens array (MLA) arranged in a lattice form,
The step of determining the depth of the object to be processed by the arithmetic processing unit and generating the three-
And a depth of the object is determined based on a focal distance of the unit-grid image signal data that has passed through the microlens array.
3D scanning method using chromatic aberration.
제16항에 있어서,
연산처리부가 대상체의 깊이(depth)를 판단하고 입체적 형상 데이터를 생성하는 단계는,
상기 영상 신호 데이터에 대응되는 광의 파장 값을 변수로 하는 초점 거리 함수를 이용하여 대상체의 깊이를 판단하는 것을 특징으로 하는,
색수차를 이용한 3차원 스캐닝 방법.
17. The method of claim 16,
The step of determining the depth of the object to be processed by the arithmetic processing unit and generating the three-
Wherein a depth of a target object is determined using a focal length function having a wavelength value of light corresponding to the video signal data as a variable.
3D scanning method using chromatic aberration.
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