KR101881702B1 - 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법 및 장치 - Google Patents

애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법 및 장치 Download PDF

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KR101881702B1
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lens
distance
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projector
dmd
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KR1020170104863A
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이석한
살림 라시드
칸 푸옹 트란
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

구조광 3D 카메라의 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 방법이 제공된다. 방법은, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하는 단계, 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하는 단계, 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하는 단계 및 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하는 단계를 포함한다. 따라서, 3D 카메라를 교체하거나, 광학 시스템을 완전히 변경하지 않고서도 요구되는 정밀도 및 속도에 따라 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 쉽고 신속하게 변경할 수 있는 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계할 수 있다.

Description

애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법 및 장치{AN APPARATUS TO DESIGN ADD-ON LENS ASSEMBLY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 구조광 3D 카메라에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
구조광 3D 카메라는 스캔 영역 상에 인코딩된 패턴을 투영하고 이러한 알려진 인코딩된 패턴의 변형을 캡처하여 3D 정보를 추출하는 것에 의해 동작한다. 여기에는 카메라 측의 하나, 그리고 프로젝터 측의 다른 하나의 두 개의 광학 시스템들이 존재한다.
일반적인 구조광 3D 카메라들은 특정 거리의 특정 스캔 영역을 위해 설계되었다. 그러나 응용 분야에 따라서는 정밀도와 속도의 특정한 요구 조건을 충족시키기 위해 스캔 영역 및 거리의 다양한 조합들이 필수적이다. 일반적으로, 특정한 거리에서의 스캔 영역을 변경하기 위해 다른 상업적으로 이용 가능한 3D 카메라의 리스트를 검색하거나 프로젝터 및/또는 카메라의 광학 장치를 완전히 교체하는 것에 의한 프로젝터 및/또는 카메라의 맞춤 제작을 하는 것에 의존해야 했다.
특히, 프로젝터는 광학 시스템이 내장되어 있고 특정 조건을 충족하기 위해서는 주요한 수정을 요구하기 때문에 문제가 발생한다.
미국 공개특허공보 제2009-0059241호 ("System and method for three-dimensional measurement of the shape of material objects", Artec Group)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 상이한 거리 또는 스캔 영역을 적용하기 위해 3D 카메라를 교체하거나, 광학 시스템을 완전히 변경하지 않고서도 요구되는 정밀도 및 속도에 따라 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 쉽고 신속하게 변경할 수 있는 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상이한 거리 또는 스캔 영역을 적용하기 위해 3D 카메라를 교체하거나, 광학 시스템을 완전히 변경하지 않고서도 요구되는 정밀도 및 속도에 따라 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 쉽고 신속하게 변경할 수 있는 애드-온 렌즈 어셈블리 설계 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리의 설계 방법은, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하는 단계; 상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하는 단계; 상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하는 단계; 및 상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 가상 이미지의 스팟 (spot) 크기 및 배율 (magnification) 을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 상기 프로젝터의 유효 초점 거리, 작업 거리 및 DMD (Digital Mirror Device) 센서의 크기를 기반으로 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 스팟 크기는 상기 프로젝터의 DMD 센서의 픽셀 크기, 작업 거리 및 유효 주단면 (effective principle plane) 으로부터 DMD 센서까지의 거리를 기반으로 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 스팟 크기는 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00001
단, 여기서, Required Spot Size 는 요구되는 스팟 크기,
Figure 112017079913809-pat00002
는 DMD 센서의 픽셀 크기,
Figure 112017079913809-pat00003
는 프로젝터의 작업 거리,
Figure 112017079913809-pat00004
는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리를 나타낸다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지에 대한 배율은 DMD 센서의 픽셀 크기, 프로젝터의 작업 거리, 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리, 목표 패턴 거리 범위 및 요구되는 시야 (Field of View, FOV) 에 의해 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지에 대한 배율은 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00005
단, 여기서, Required Magnification 은 요구되는 배율,
Figure 112017079913809-pat00006
는 DMD 센서의 픽셀 크기,
Figure 112017079913809-pat00007
는 프로젝터의 작업 거리,
Figure 112017079913809-pat00008
는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리,
Figure 112017079913809-pat00009
는 목표 패턴 거리 범위,
Figure 112017079913809-pat00010
는 요구되는 시야를 나타낸다.
일 측면에 따르면, 상기 투영 요구조건을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 단계는, 복수의 렌즈 모델 중 하나 이상을 선택하는 단계 및 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 선택하는 단계 및 상기 판단하는 단계는, 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족한다고 판단할 때까지 반복 수행될 수 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치는, 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하고; 상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하고; 상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하고; 그리고 상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하도록 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 가상 이미지의 스팟 (spot) 크기 및 배율 (magnification) 을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 상기 프로젝터의 유효 초점 거리, 작업 거리 및 DMD (Digital Mirror Device) 센서의 크기를 기반으로 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 스팟 크기는 상기 프로젝터의 DMD 센서의 픽셀 크기, 작업 거리 및 유효 주단면 (effective principle plane) 으로부터 DMD 센서까지의 거리를 기반으로 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지의 스팟 크기는 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00011
단, 여기서, Required Spot Size 는 요구되는 스팟 크기,
Figure 112017079913809-pat00012
는 DMD 센서의 픽셀 크기,
Figure 112017079913809-pat00013
는 프로젝터의 작업 거리,
Figure 112017079913809-pat00014
는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리를 나타낸다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지에 대한 배율은 DMD 센서의 픽셀 크기, 프로젝터의 작업 거리, 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리, 목표 패턴 거리 범위 및 요구되는 시야 (Field of View, FOV) 에 의해 결정될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 가상 이미지에 대한 배율은 하기의 수학식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00015
단, 여기서, Required Magnification 은 요구되는 배율,
Figure 112017079913809-pat00016
는 DMD 센서의 픽셀 크기,
Figure 112017079913809-pat00017
는 프로젝터의 작업 거리,
Figure 112017079913809-pat00018
는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리,
Figure 112017079913809-pat00019
는 목표 패턴 거리 범위,
Figure 112017079913809-pat00020
는 요구되는 시야를 나타낸다.
일 측면에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 투영 요구조건을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하도록 더 구성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 것은, 복수의 렌즈 모델 중 하나 이상을 선택하는 것 및 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 선택하는 것 및 상기 판단하는 것은, 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족한다고 판단할 때까지 반복 수행될 수 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한, 프로세서 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 있어, 상기 명령어들은 상기 프로세서에 의해 실행되었을 때, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하고; 상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하고; 상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하고; 그리고 상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하도록 구성될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치 및 방법에 따르면, 상이한 거리 또는 스캔 영역을 적용하기 위해 3D 카메라를 교체하거나, 광학 시스템을 완전히 변경하지 않고서도 요구되는 정밀도 및 속도에 따라 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 쉽고 신속하게 변경할 수 있는 애드-온 렌즈 어셈블리를 제작할 수 있다.
따라서, 저렴한 비용으로도 상이한 복수의 대상 거리 및 대상 스캔 영역을 조절하여 응용분야에 따라 상이한 요구 정밀도 또는 속도 요건을 충족시키는 구조광 방식의 3D 카메라의 활용이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 설계의 전체 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 설계 방법의 흐름도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈의 정보이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈를 위한 렌즈 레이아웃의 예시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈의 필드 곡률 및 왜곡을 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈를 위한 레이 팬 플롯을 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈의 정보이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈를 위한 렌즈 레이아웃의 예시도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈의 필드 곡률 및 왜곡을 나타낸다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈를 위한 레이 팬 플롯을 나타낸다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
앞서 살핀 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 프로젝터 및/또는 카메라에 부착할 수 있는 애드-온 렌즈 어셈블리 (Add-on lens assembly) 를 이용하여 적용 범위를 확장하거나 정확도를 향상시키기 위해 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 수정 (예를 들어, 수렴 또는 확장) 시킬 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 기존의 구조광 3D 카메라에 부착할 수 있는 모듈들로서 애드-온 렌즈 어셈블리들을 사용할 수 있다. 이는 3D 카메라의 쉽고 빠른 배포를 가능하게 한다.
일반적인 구조광 3D 카메라들은 특정 거리의 특정 스캔 영역을 위해 설계되었다. 그러나 응용 분야에 따라서는 정밀도와 속도의 특정한 요구 조건을 충족시키기 위해 스캔 영역 및 거리의 다양한 조합들이 필수적이다. 일반적으로, 특정한 거리에서의 스캔 영역을 변경하기 위해 다른 상업적으로 이용 가능한 3D 카메라의 리스트를 검색하거나 프로젝터 및/또는 카메라의 광학 장치를 완전히 교체하는 것에 의한 프로젝터 및/또는 카메라의 맞춤 제작을 하는 것에 의존해야 했다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 부착 가능한 애드-온 광학 모듈들에 의해 기존의 프로젝터 및/또는 카메라의 광학적 특성을 쉽고 신속하게 변경하는 것을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 기존의 프로젝터 및/또는 카메라에 쉽고 신속하게 부착할 수 있는 애드-온 광학 모듈의 개념에 기초하여 특정한 거리에서 구조광 3D 카메라의 스캔 영역을 수정하기 위한 설계 방법을 제시하는 것이다.
특히, 예를 들어, 45cm × 45cm 이상의 스캔 영역을 1) 30cm 거리에서 7cm × 7cm의 패턴 투영 영역 (도 3 및 도 4 참조) 및 2) 1m 거리에서 25cm × 25cm의 패턴 투영 영역 (도 7 및 도 8 참조) 으로 축소하는 두 개의 애드-온 광학 모듈 디자인을 제시할 수 있다.
애드-온 기능을 사용하는 것은 프로젝터의 전체 광학 시스템을 재설계하는 것보다 적은 개수의 렌즈를 요구한다. 따라서, 렌즈를 제조하는 것뿐만 아니라 시공 측면에 있어서도 비용 절감의 효과가 있으므로 프로젝터를 재조립할 필요가 없다.
첫째로, 목표 투영 크기 사양 (specification) 의 요건을 충족하는 애드-온 렌즈의 근축 모델 (paraxial model) 을 개발할 수 있다. 이것은 요구되는 초점 길이를 가지는 렌즈의 기준을 제공한다.
둘째로, 두께를 가지는 렌즈 (thick lens) 를 설계하기 전에, 목표 사양 (specification) 에 기초하는 가상 이미지 스팟 (spot) 크기와 확대 요구 사항 (magnification requirement) 을 계산할 수 있다. 이를 통해 기존 광학 시스템의 정확한 세부 사항들을 파악하지 않고서도 애드-온 렌즈의 효과를 비교할 수 있다. 이러한 요구사항을 충족하는 광학적 목표를 계산하고, 근축 모델 및 이러한 요구조건들을 전부 충족시키는 두께를 가지는 렌즈를 개발할 수 있다.
구조광 3D 카메라는 스캔 영역 상에 인코딩된 패턴을 투영하고 이러한 알려진 인코딩된 패턴의 변형을 캡처하여 3D 정보를 추출하는 것에 의해 동작한다. 여기에는 카메라 측의 하나, 그리고 프로젝터 측의 다른 하나의 두 개의 광학 시스템들이 존재한다. 다행스럽게도 카메라 렌즈는 모듈 식으로 설계되어 상업적으로 널리 판매되고 있다. 그러나 프로젝터는 광학 시스템이 내장되어 있고 특정 조건을 충족하기 위해서는 주요한 수정을 요구하기 때문에 문제가 발생한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온을 이용하는 방법은 이러한 경우에 유용하다.
가상의 투영 요구조건을 결정하는 것에 의해, 스팟 크기와 배율의 측면에서 성능 기준을 결정할 수 있다. 이어서 애드-온 렌즈를 구현하기 위한 두께를 가지는 렌즈는 이러한 성능 기준을 만족시키는 솔루션으로 수렴하도록 하기 위한 반복적인 절차를 통해 구현될 수 있다. 이러한 애드-온 렌즈는 기존의 프로젝터 광학 시스템에 장착되어 추가적인 주요한 수정을 요구하지 않고서도 원하는 목표를 달성할 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 설계의 전체 흐름도이다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈의 설계에 있어서는 먼저 기존의 구조광 3D 카메라의 스캔 영역으로부터 수정하고자 하는 목표 사양 (패턴의 거리 및 패턴의 크기를 포함) 을 결정할 수 있다 (단계 110).
한편, 각각의 투영 시스템은 제조 업체들의 사양에 나열된 전반적인 광학 성능을 가지고 있다. 이러한 사양에 기초하여, 프로젝터 렌즈의 근축 모델 (paraxial model) 을 결정할 수 있으며 (단계 120), 이론적으로 요구 사항에 부합할 수 있는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 설계할 수 있다 (단계 150). 또한, 목표 사양을 기반으로 두께를 가지는 렌즈를 설계하기 위해 필요한 스팟 (Spot) 크기 및 배율에 대한 요구조건을 결정할 수 있다 (단계 140). 여기서, 프로젝터 렌즈의 근축 모델을 결정하고 스팟 크기 및 배율의 요구조건을 결정함에 있어서는, 프로젝터의 유효 초점 거리, 프로젝터의 작업 거리 및 프로젝터에 포함된 DMD 센서의 크기가 고려될 수 있다 (단계 130).
즉, 최종적으로 두께가 있는 애드-온 렌즈를 생성하기 위해 스폿 크기와 배율의 두 가지 기준을 결정할 수 있으며 (단계 140) 이러한 기준은 DMD 크기, 기존 광학 시스템의 초점 거리, 타겟 이미지 또는 프로젝션이 가져야 할 높이 또는 거리에 기반하여 계산될 수 있다 (단계 130).
첫 번째 단계로부터의 애드-온 렌즈의 근축 모델은 이어서 두께를 가지는 렌즈 설계로 변환 (단계 160) 되고, 기준을 충족시키는 솔루션을 찾을 수 있다. 여기서, 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈 설계로 변환함에 있어서는, 선택된 렌즈 모델들에 의한 두께를 가지는 렌즈 설계의 성능이 설계 요구조건을 충족하는 여부를 충족하는지 판단하고 (단계 170), 만약 이를 충족하지 않는다면 새로운 두께를 가지는 렌즈 설계를 다시 찾는 것을 반복 (단계 180) 하는 것에 의해 수행될 수 있다. 설계 요구조건을 충족하면, 최종적으로 애드-온 설계가 완료된다 (단계 190).
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 설계 방법의 흐름도이다. 이하, 도 2 를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 방법은, 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리의 설계 방법에 관한 것으로서, 먼저, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정할 수 있다 (단계 210). 이후, 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정할 수 있다 (단계 220). 또한, 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정할 수 있다 (단계230). 이후, 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정할 수 있다 (단계 240). 여기서, 가상 이미지의 투영 요구조건은 가상 이미지의 스팟 (spot) 크기 및 배율 (magnification) 을 포함할 수 있다. 여기서, 가상 이미지의 스팟 크기 및 배율의 결정에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.
투영 요구조건이 결정되면, 이러한 투영 요구조건을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환할 수 있다 (단계 250). 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 단계는, 복수의 렌즈 모델 중 하나 이상을 선택하는 단계 및 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 선택하는 단계 및 상기 판단하는 단계는, 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족한다고 판단할 때까지 반복 수행될 수 있다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치 (1100) 는 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치에 관한 것이고, 프로세서 (1110) 및 메모리 (1120) 를 포함할 수 있다.
프로세서 (1110) 는, 패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하고, 상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하고, 상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하고, 그리고, 상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 프로세서 (1110) 의 동작은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 방법에 따를 수 있다.
한편, 상기 메모리 (1120) 에는 구조광 3차원 카메라의 프로젝터 및/또는 카메라의 사양에 관한 정보가 저장될 수 있고, 상기 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계에 관련된 필요 정보 및/또는 설계 결과에 따른 정보가 저장될 수 있다.
가상 이미지의 스팟 크기 요구조건
유효 초점 거리 (effective focal length)
Figure 112017079913809-pat00021
, 센서 픽셀 크기 (sensor pixel size)
Figure 112017079913809-pat00022
, 최적으로 포커싱된 목표 위치 거리 (best focused target location distance)
Figure 112017079913809-pat00023
를 가지는 광학 시스템에 대해서, 광학 시스템의 유효 주단면 (principle plane) 으로부터 센서 까지의 거리
Figure 112017079913809-pat00024
는 하기의 수학식 1 과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00025
Figure 112017079913809-pat00026
이어서, 광학 시스템의 유효 주단면으로부터
Figure 112017079913809-pat00027
에 위치한 가상 이미지를 가정하면, 가상 이미지 위에 투영될 수 있는 센서 픽셀은 거의 아래의 수학식 2 와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00028
Figure 112017079913809-pat00029
즉, 요구되는 스팟 크기는 DMD (Digital Mirror device) 의 픽셀 크기에 (프로젝터의 작업 거리 / 유효 주단면으로부터의 거리) 를 곱해준 값보다 작거나 같다. 이러한 스팟 크기 요구조건에 기초하여, 아래 수학식 3과 같이, 설계가 반드시 충족해야만 하는 line-pairs/mm로 표현될 수 있는 공간적 프리퀀시 (spatial frequency) 를 계산할 수 있다.
Figure 112017079913809-pat00030
즉, 요구되는 공간적 프리퀀시는 (2 × 요구되는 스팟 크기) 의 역수로서 결정될 수 있다.
가상 이미지에 대한 배율 요구조건
이상적으로, 요구되는 시야 (field of view, FOV) 에 의해 커버 되는 타겟 목표는 센서 상에 완전히 이미징 되어야 한다. 이를 달성하기 위해, 먼저, 센서 사이즈를
Figure 112017079913809-pat00031
로 두고, 타겟이 위치하게 되는 거리를
Figure 112017079913809-pat00032
로 두었을 때, 거리
Figure 112017079913809-pat00033
에서 센서를 커버 하는 가상 이미지는 아래의 수학식 4 와 같은 크기를 가져야만 한다.
Figure 112017079913809-pat00034
Figure 112017079913809-pat00035
만약 요구되는 FOV 가
Figure 112017079913809-pat00036
이라면, 광학 시스템의 유효 주단면으로부터 측정되는, 최종적인 심도 (depth of field, DOF)
Figure 112017079913809-pat00037
에 의해 정의되는 거리에서의 타겟 크기
Figure 112017079913809-pat00038
는 아래의 수학식 5 를 충족해야 한다.
Figure 112017079913809-pat00039
Figure 112017079913809-pat00040
Figure 112017079913809-pat00041
Figure 112017079913809-pat00042
따라서, 가상 이미지에 대해 요구되는 배율 (magnification) 은 아래의 수학식 6 과 같다.
Figure 112017079913809-pat00043
Figure 112017079913809-pat00044
실험예
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈의 정보이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈를 위한 렌즈 레이아웃의 예시도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈의 필드 곡률 및 왜곡을 나타내고, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 7cm × 7cm 애드-온 렌즈를 위한 레이 팬 플롯을 나타낸다. 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어, 45cm × 45cm 이상의 스캔 영역을 30cm 거리에서 7cm × 7cm의 패턴 투영 영역으로 축소하는 애드-온 광학 모듈 디자인을 제공할 수 있다. 도 3 의 렌즈 정보는 렌즈 반경, 두께, 구성 및 직경의 렌즈 세부사항들을 포함한다. 도 4 의 렌즈 레이아웃은 렌즈를 통과하는 광선의 표현과 렌즈의 발산 및 수렴 효과를 나타낸다. 도 5 의 좌측부는 거리에 대해서 렌즈로 인한 커브 효과가 이미지 센서로 얼마나 전파되는지를 나타내는 필드 곡률을 도시한다. 도 5 의 우측부는 이미지 센서의 각도에 따른 왜곡을 중심에서의 거리와 관련해서 나타낸다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈의 정보이고, 도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈를 위한 렌즈 레이아웃의 예시도이며, 도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈의 필드 곡률 및 왜곡을 나타내고, 도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 25cm × 25cm 애드-온 렌즈를 위한 레이 팬 플롯을 나타낸다. 도 7 내지 도 10에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어, 45cm × 45cm 이상의 스캔 영역을 1m 거리에서 25cm × 25cm의 패턴 투영 영역으로 축소하는 애드-온 광학 모듈 디자인을 제공할 수 있다. 도 7 의 렌즈 정보는 렌즈 반경, 두께, 구성 및 직경의 렌즈 세부사항들을 포함한다. 도 8 의 렌즈 레이아웃은 렌즈를 통과하는 광선의 표현과 렌즈의 발산 및 수렴 효과를 나타낸다. 도 9 의 좌측부는 거리에 대해서 렌즈로 인한 커브 효과가 이미지 센서로 얼마나 전파되는지를 나타내는 필드 곡률을 도시한다. 도 9 의 우측부는 이미지 센서의 각도에 따른 왜곡을 중심에서의 거리와 관련해서 나타낸다.
상술한 본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
이상, 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
구체적으로, 설명된 특징들은 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 또는 그들의 조합들 내에서 실행될 수 있다. 특징들은 예컨대, 프로그래밍 가능한 프로세서에 의한 실행을 위해, 기계 판독 가능한 저장 디바이스 내의 저장장치 내에서 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품에서 실행될 수 있다. 그리고 특징들은 입력 데이터 상에서 동작하고 출력을 생성함으로써 설명된 실시예들의 함수들을 수행하기 위한 지시어들의 프로그램을 실행하는 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 설명된 특징들은, 데이터 저장 시스템으로부터 데이터 및 지시어들을 수신하기 위해, 및 데이터 저장 시스템으로 데이터 및 지시어들을 전송하기 위해 결합된 적어도 하나의 프로그래밍 가능한 프로세서, 적어도 하나의 입력 디바이스, 및 적어도 하나의 출력 디바이스를 포함하는 프로그래밍 가능한 시스템 상에서 실행될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 내에서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소정 결과에 대해 특정 동작을 수행하기 위해 컴퓨터 내에서 직접 또는 간접적으로 사용될 수 있는 지시어들의 집합을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는 프로그래밍 언어 중 어느 형태로 쓰여지고, 모듈, 소자, 서브루틴(subroutine), 또는 다른 컴퓨터 환경에서 사용을 위해 적합한 다른 유닛으로서, 또는 독립 조작 가능한 프로그램으로서 포함하는 어느 형태로도 사용될 수 있다.
지시어들의 프로그램의 실행을 위한 적합한 프로세서들은, 예를 들어, 범용 및 특수 용도 마이크로프로세서들 둘 모두, 및 단독 프로세서 또는 다른 종류의 컴퓨터의 다중 프로세서들 중 하나를 포함한다. 또한 설명된 특징들을 구현하는 컴퓨터 프로그램 지시어들 및 데이터를 구현하기 적합한 저장 디바이스들은 예컨대, EPROM, EEPROM, 및 플래쉬 메모리 디바이스들과 같은 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들 및 제거 가능한 디스크들과 같은 자기 디바이스들, 광자기 디스크들 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함하는 비휘발성 메모리의 모든 형태들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 ASIC들(application-specific integrated circuits) 내에서 통합되거나 또는 ASIC들에 의해 추가되어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 일련의 기능 블록들을 기초로 설명되고 있지만, 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 실시 예들의 조합은 전술한 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 구현 및/또는 필요에 따라 전술한 실시예들 뿐 아니라 다양한 형태의 조합이 제공될 수 있다.
전술한 실시 예들에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로서 순서도를 기초로 설명되고 있으나, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 순서도에 나타난 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나, 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시 예는 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (21)

  1. 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리의 설계 방법으로서,
    패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하는 단계;
    상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하는 단계;
    상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하는 단계; 및
    상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하는 단계를 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 가상 이미지의 스팟 (spot) 크기 및 배율 (magnification) 을 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 상기 프로젝터의 유효 초점 거리, 작업 거리 및 DMD (Digital Mirror Device) 센서의 크기를 기반으로 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 스팟 크기는 상기 프로젝터의 DMD 센서의 픽셀 크기, 작업 거리 및 유효 주단면 (effective principle plane) 으로부터 DMD 센서까지의 거리를 기반으로 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 스팟 크기는 하기의 수학식에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
    Figure 112017079913809-pat00045

    단, 여기서, Required Spot Size 는 요구되는 스팟 크기,
    Figure 112017079913809-pat00046
    는 DMD 센서의 픽셀 크기,
    Figure 112017079913809-pat00047
    는 프로젝터의 작업 거리,
    Figure 112017079913809-pat00048
    는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리를 나타냄.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 배율은 DMD 센서의 픽셀 크기, 프로젝터의 작업 거리, 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리, 목표 패턴 거리 범위 및 요구되는 시야 (Field of View, FOV) 에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 배율은 하기의 수학식에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
    Figure 112017079913809-pat00049

    단, 여기서, Required Magnification 은 요구되는 배율,
    Figure 112017079913809-pat00050
    는 DMD 센서의 픽셀 크기,
    Figure 112017079913809-pat00051
    는 프로젝터의 작업 거리,
    Figure 112017079913809-pat00052
    는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리,
    Figure 112017079913809-pat00053
    는 목표 패턴 거리 범위,
    Figure 112017079913809-pat00054
    는 요구되는 시야를 나타냄.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 요구조건을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 단계를 더 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 단계는, 복수의 렌즈 모델 중 하나 이상을 선택하는 단계 및 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 선택하는 단계 및 상기 판단하는 단계는, 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족한다고 판단할 때까지 반복 수행되는, 애드-온 렌즈 어셈블리의 설계 방법.
  11. 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치로서, 상기 장치는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는,
    패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하고;
    상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하고;
    상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하고; 그리고
    상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하도록 구성되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 가상 이미지의 스팟 (spot) 크기 및 배율 (magnification) 을 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 투영 요구조건은 상기 프로젝터의 유효 초점 거리, 작업 거리 및 DMD (Digital Mirror Device) 센서의 크기를 기반으로 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 스팟 크기는 상기 프로젝터의 DMD 센서의 픽셀 크기, 작업 거리 및 유효 주단면 (effective principle plane) 으로부터 DMD 센서까지의 거리를 기반으로 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가상 이미지의 스팟 크기는 하기의 수학식에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
    Figure 112017079913809-pat00055

    단, 여기서, Required Spot Size 는 요구되는 스팟 크기,
    Figure 112017079913809-pat00056
    는 DMD 센서의 픽셀 크기,
    Figure 112017079913809-pat00057
    는 프로젝터의 작업 거리,
    Figure 112017079913809-pat00058
    는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리를 나타냄.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 배율은 DMD 센서의 픽셀 크기, 프로젝터의 작업 거리, 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리, 목표 패턴 거리 범위 및 요구되는 시야 (Field of View, FOV) 에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 가상 이미지에 대한 배율은 하기의 수학식에 의해 결정되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
    Figure 112017079913809-pat00059

    단, 여기서, Required Magnification 은 요구되는 배율,
    Figure 112017079913809-pat00060
    는 DMD 센서의 픽셀 크기,
    Figure 112017079913809-pat00061
    는 프로젝터의 작업 거리,
    Figure 112017079913809-pat00062
    는 유효 주단면으로부터 DMD 센서까지의 거리,
    Figure 112017079913809-pat00063
    는 목표 패턴 거리 범위,
    Figure 112017079913809-pat00064
    는 요구되는 시야를 나타냄.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 프로세서는, 상기 투영 요구조건을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하도록 더 구성되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 두께를 가지는 렌즈로 변환하는 것은, 복수의 렌즈 모델 중 하나 이상을 선택하는 것 및 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 포함하는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 선택하는 것 및 상기 판단하는 것은, 상기 선택된 렌즈 모델들의 레이아웃이 상기 투영 요구조건을 만족한다고 판단할 때까지 반복 수행되는, 애드-온 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한 장치.
  21. 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터 및 카메라 중 적어도 하나에 부착하여 상기 구조광 3차원 카메라의 특정 거리에서의 스캔 영역을 수정할 수 있는 애드-온 (add-on) 렌즈 어셈블리를 설계하기 위한, 프로세서 실행 가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체로서, 상기 명령어들은 상기 프로세서에 의해 실행되었을 때,
    패턴 거리 및 패턴 크기를 포함하는 목표 스캔 영역 사양 (specification) 을 결정하고;
    상기 구조광 3차원 카메라에 포함된 프로젝터의 사양에 기초하여 시스템 근축 모델 (paraxial model) 을 결정하고;
    상기 시스템 근축 모델을 기반으로 상기 목표 스캔 영역 사양을 충족시키는 애드-온 렌즈의 근축 모델을 결정하고; 그리고
    상기 목표 스캔 영역 사양을 기반으로 상기 애드-온 렌즈의 근축 모델을 두께를 가지는 렌즈로 변환하기 위한 가상 이미지의 투영 요구조건을 결정하도록 구성되는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011506914A (ja) * 2007-09-12 2011-03-03 アーテック・グループ・インコーポレーテッド 物体形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法
KR20140116551A (ko) * 2012-01-31 2014-10-02 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 표면의 삼차원 구조를 측정하는 방법 및 장치
KR20170013904A (ko) * 2014-05-20 2017-02-07 사이코 옵틱스 인코포레이티드 고속 가변 초점 필드 렌즈 어셈블리 및 관련 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011506914A (ja) * 2007-09-12 2011-03-03 アーテック・グループ・インコーポレーテッド 物体形状のマルチフレーム表面測定のためのシステム及び方法
KR20140116551A (ko) * 2012-01-31 2014-10-02 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 표면의 삼차원 구조를 측정하는 방법 및 장치
KR20170013904A (ko) * 2014-05-20 2017-02-07 사이코 옵틱스 인코포레이티드 고속 가변 초점 필드 렌즈 어셈블리 및 관련 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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미국 공개특허공보 제2009-0059241호 ("System and method for three-dimensional measurement of the shape of material objects", Artec Group)

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