KR102027167B1 - 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법 - Google Patents

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KR102027167B1 KR1020130071231A KR20130071231A KR102027167B1 KR 102027167 B1 KR102027167 B1 KR 102027167B1 KR 1020130071231 A KR1020130071231 A KR 1020130071231A KR 20130071231 A KR20130071231 A KR 20130071231A KR 102027167 B1 KR102027167 B1 KR 102027167B1
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Abstract

레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 관한 것으로, 측정 대상물에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저빔을 모으거나 발산시켜 광학적으로 상을 맺게 하는 렌즈 및 상기 렌즈의 주축 상에 미리 설정된 각도로 렌즈와 미리 설정된 거리만큼 이격되어 경사지게 설치되고 상기 렌즈에 의해 맺혀진 상을 촬영하여 이미지화하는 이미지센서를 포함하는 구성을 마련하여, 렌즈와 레이저 발생기의 거리 및 각도에 따라 이미지센서와 렌즈의 거리 및 각도를 설정하여 전체 작업영역에 대해 초점을 맞출 수 있다.

Description

레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법{OPTICAL SYSTEM FOR LASER VISION SYSTEM AND DESIGN METHOD THEREOF}
본 발명은 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전체 레이저면에 대해 초점을 맞춰 레이저 비전 시스템의 측정영역을 확장하고 광량을 증가시키는 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 관한 것이다.
최근 로봇을 이용하는 각종 장치에는 레이저 비전 시스템(Laser Vision System)이 적용되고 있다.
레이저 비전 시스템은 레이저빔을 발사하는 레이저 다이오드를 포함하는 레이저 발생기 및 발사된 레이저빔을 촬영하는 카메라를 포함한다.
본 출원인은 레이저 비전 시스템 및 레이저 비전 시스템을 이용해서 용접작업을 수행하는 기술을 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3 등 다수에 개시하여 출원한 바 있다.
이러한 레이저 비전 시스템(Laser Vision System, 이하 'LVS'라 함)은 레이저 삼각측량법(Laser Triangulation)을 이용하여 작업물의 형상을 측정하거나 용접선 검출하는 데에 사용될 수 있다.
레이저 비전 시스템은 다른 광학계를 가지는 시스템의 특징과 마찬가지로, 초점이 맞는 작업영역을 가지고 여기에서 멀어질수록 초점이 맞지 않는 정도가 커지는 특징이 있다.
예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 레이저 비전 시스템에 적용되는 광학계의 예시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광학계의 초점테스트 결과의 예시도이다.
종래기술에 따른 레이저 비전 시스템에 적용되는 광학계는 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지센서(1)와 렌즈(2) 및 레이저(3)로 구성된다.
레이저(3)는 렌즈주축과 일정 거리(dlaser)만큼 떨어진 상태에서 유효작업거리(WDeff)를 통과할 수 있도록 렌즈주축과 일정 각도(θlaser)를 이루도록 설치된다.
이미지센서(1)는 렌즈주축 상에 설치되고, 유효작업거리(WDeff)에 초점이 맞도록 렌즈(2)와 일정 거리(feff)만큼 이격되어 설치된다.
이와 같이 구성되는 LVS 광학계의 작업영역은 WDfar 내지 WDnear이고, 초점영역은 유효작업거리(WDeff)를 기준으로 조리개 값에 따라 가변된다.
즉, 유효작업거리(WDeff)를 기준으로 멀어질수록 초점이 맞지 않는 정도가 커지고, 조리개 값에 따라 그 정도가 변화하는데 초점이 맞지 않는 정도가 높아질수록 LVS의 측정 영역이 좁아지고 정밀도가 낮아진다.
이러한 종래기술에 따른 LVS 광학계에 대한 초점테스트 영상은 도 2에 도시되어 있다.
도 2에서 테스트 용지는 렌즈 주축에 대해 약 26.5°만큼 기울어진 상태이고, 조리개 수치는 F2.8이며, 셔터 스피드는 20ms이다.
이때, 전체 작업영역은 -70 내지 55mm인데 비해, 초점이 맞는 영역은 -15 내지 15mm 정도임을 알 수 있다.
참고로, 전체 작업영역에 따라 초점이 맞는 영역을 확장시키기 위해서는 가변조리개가 가능한 동일사양의 C-Mount 렌즈를 통해 실험한 결과, 조리개 수치를 F8, 셔터 스피드를 160ms 정도로 변경해야만 한다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2012-0035623호(2012년 4월 16일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2012-0033538호(2012년 4월 9일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2012-0036145호(2012년 4월 17일 공개)
종래기술에 따른 LVS에 적용되는 광학계에서 초점영역을 넓히기 위해서 조리개의 수치를 높이면, 부족해진 광량을 보상하기 위해 노출시간을 늘리거나 고출력의 레이저를 사용해야만 한다.
이와 같이 노출시간을 늘리거나 고출력 레이저를 사용하는 경우, 움직이는 영상에 대해 스미어(Smear) 현상을 가중시키거나, 위험한 사용환경을 제공하는 문제점이 있었다.
여기서, 스미어 현상은 화상의 윤곽이 뚜렷하지 않고, 화면 전체가 흐려서 불선명하게 되며, 해상도도 저하하는 현상을 말한다.
그리고 LVS의 크기와 무게를 줄이기 위해서는 소형 렌즈의 사용이 필수적이지만, 다수의 상용 소형 렌즈(S-Mount)는 높은 조리개를 지원하지 않으므로, 다수의 상용 소형 렌즈를 LVS에 적용하는데 한계가 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전체 작업영역에 초점을 맞출 수 있는 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 레이저 비전 시스템의 측정영역을 확장시키고 정밀도를 향상시킬 수 있는 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 수치의 조리개를 사용하지 않고도 움직이는 영상을 선명하게 제공할 수 있는 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계는 측정 대상물에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생기, 상기 레이저 발생기에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저빔을 모으거나 발산시켜 광학적으로 상을 맺게 하는 렌즈 및 상기 렌즈의 주축 상에 미리 설정된 각도로 렌즈와 미리 설정된 거리만큼 이격되어 경사지게 설치되고 상기 렌즈에 의해 맺혀진 상을 촬영하여 이미지화하는 이미지센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이미지센서는 레이저 평면상에서 렌즈의 주축과 교차하는 점 및 무한대의 거리에 있는 점이 상기 렌즈에 의해 투영될 때 초점이 맞는 위치를 연결한 직선상에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 이미지센서와 렌즈 주축이 이루는 각도는 렌즈 주축과 레이저빔의 각도에 의해 결정되고, 상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리는 렌즈의 제2 주점과 레이저 발생기 사이의 거리에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리(feff)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser )를 하기의 수학식 1에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
feff = f*dlaser/{dlaser-f*tan(θlaser)}...[수학식 1]
상기 이미지센서와 렌즈의 주축 사이의 각도(θccd)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser)를 하기의 수학식 2에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
tan(θccd) = {f*dlaser/(dlaser-f* tan(θlaser)-f}/{f*tan(θlaser)}...[수학식 2]
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법은 (a) 렌즈와 미리 설정된 간격만큼 이격되게 레이저 발생기를 설치하는 단계 그리고 (b) 상기 렌즈의 주축과 레이저빔의 각도 및 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리에 기초해서 렌즈 주축 상에 이미지센서를 경사지게 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계는 레이저 평면상에서 렌즈의 주축과 교차하는 점 및 무한대의 거리에 있는 점이 상기 렌즈에 의해 투영될 때 초점이 맞는 위치를 연결한 직선상에 상기 이미지센서를 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b)단계는 (b1) 상기 렌즈 주축과 레이저빔의 각도에 기초해서 상기 이미지센서와 렌즈 주축이 이루는 각도를 산출하는 단계 및 (b2) 상기 렌즈의 제2 주점과 레이저 발생기 사이의 거리에 기초해서 상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (b1)단계에서 상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리(feff)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser )를 수학식 1에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
feff = f*dlaser/{dlaser-f*tan(θlaser)}...[수학식 1]
상기 (b2)단계에서 상기 이미지센서와 렌즈의 주축 사이의 각도(θccd )는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser )를 하기의 수학식 2에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
tan(θccd) = {f*dlaser/(dlaser-f* tan(θlaser)-f}/{f*tan(θlaser)}...[수학식 2]
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 의하면, 렌즈와 레이저 발생기의 거리 및 각도에 따라 이미지센서와 렌즈의 거리 및 각도를 설정하여 전체 작업영역에 대해 초점을 맞출 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 의하면, 레이저 비전 시스템의 측정영역을 확장시키고 정밀도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 의하면, 광량을 확보하기 위해 높은 수치의 조리개를 사용하지 않고도 노출시간을 늘리거나 고출력의 레이저를 사용하지 않으면서 움직이는 영상에 대해 보다 선명한 영상을 얻을 수 있고, 안전한 사용환경을 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.
따라서 본 발명에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법에 의하면, 높은 수치의 조리개를 지원하지 않는 다수의 상용 소형 렌즈를 사용함으로써, 레이저 비전 시스템의 크기와 부피를 감소시키고, 제작시 유연성을 높일 수 있으며, 제작비용을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래기술에 따른 레이저 비전 시스템에 적용되는 광학계의 예시도,
도 2는 도 1에 도시된 광학계의 초점테스트 결과의 예시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계의 구성도,
도 4는 도 3에 도시된 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법을 설명하기 위한 예시도,
도 5는 렌즈의 제2 주점을 산출하는 방법을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 설계된 LVS용 광학계의 실험결과를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시된 광학계의 초점테스트 결과의 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계 및 그의 설계방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계의 구성을 설명하기에 앞서, 설명에 사용되는 용어를 정리한다.
렌즈의 제2 주점은 이상적인 렌즈 모델에서의 렌즈 중심을 말한다.
초점거리는 렌즈 제2 주점에 직선광원이 모이는 위치까지의 거리로서, 렌즈의 사양에 제공되는 값이다.
유효작업거리는 렌즈의 제2 주점에서 촬영대상물까지의 렌즈 주축방향으로의 거리를 말한다.
그리고 도면에 도시된 'Pn[WDn,Dn]'은 레이저 평면상의 한 점을 의미하고, 렌즈 제2 주점에서 렌즈 주축방향으로의 거리를 'WDn'이라 한다. 이에 따라, 렌즈의 제2 주점에서 수직방향으로의 거리를 'Dn'으로 나타낸다.
또 도면에 도시된 'qn[fn,dn]'은 Pn이 렌즈에 의해 투영될 때, 초점이 맞는 위치를 의미한다. 이와 함께, 렌즈의 제2 주점에서 렌즈 주축방향으로의 거리를 'fn'으로 표현하고, 렌즈의 제2 주점에서 수직방향으로의 거리를 'dn'으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법을 설명하기 위한 예시도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계는 도 3에 도시된 바와 같이, 측정 대상물에 레이저빔을 조사하는 레이저 발생기(20), 레이저 발생기(20)에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저빔을 모으거나 발산시켜 광학적으로 상을 맺게 하는 렌즈(10) 및 렌즈(10)의 주축 상에 미리 설정된 각도로 렌즈(10)와 미리 설정된 거리만큼 이격되어 설치되고 렌즈(10)에 의해 맺혀진 상을 촬영하여 이미지화하는 이미지센서(30)를 포함한다.
렌즈(10)는 높은 수치의 조리개를 지원하지 않는 다수의 상용 소형 렌즈로 마련될 수 있다.
여기서, 이미지센서(30)와 렌즈 주축(12)이 이루는 각도 및 렌즈(10)의 제2 주점(11)과의 거리는 렌즈 주축(12)과 레이저빔의 각도(θlaser) 및 렌즈(10)의 제2 주점(11)과 레이저 발생기(20) 사이의 거리(dlaser)에 의해 결정될 수 있다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법은 (a) 렌즈(10)와 미리 설정된 간격만큼 이격되게 레이저 발생기(20)를 설치하는 단계 그리고 (b) 렌즈 주축과 레이저빔의 각도 및 렌즈(10)와 레이저 발생기(20) 사이의 거리에 기초해서 렌즈 주축(11) 상에 이미지센서(30)를 경사지게 설치하는 단계를 포함한다.
여기서, 이미지센서(30)와 렌즈 주축(12)과 이루는 각도 및 렌즈(10)의 제2 주점(11)과의 거리는 렌즈 주축과 레이저빔의 각도(θlaser) 및 렌즈(10)의 제2 주점(11)과 레이저 발생기(20) 사이의 거리(dlaser)에 의해 결정된다.
상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 발생기(20)는 렌즈주축(12)과 θlaser각도를 가지며, dlaser의 거리만큼 이격되어 설치된다.
렌즈(10)는 초점거리 f의 특성을 가진다.
여기서, 점 Peff[WDeff, Deff], Pinf[WDinf, Dinf], P1[WD1, D1]는 각각 레이저 평면(21) 상에서 렌즈주축(12)과 교차하는 점, 무한대의 거리에 있는 점, 작업거리 WD1을 가지는 점을 의미한다.
또한 상기 점들이 렌즈(10)에 의해 투영될 때 초점이 맞는 위치를 각각 점 qeff[feff, deff], qinf[finf, finf], q1[f1, d1]로 나타내면, 상기 점들은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
WDeff = dlaser/tan(θlaser),
Deff = 0,
D1 = (WDeff-WD1)*dlaser/WDeff
여기서, 1/WDeff + 1/feff = 1/f 이므로, feff = (f*WDeff)/(WDeff-f)로 나타낼 수 있다.
그리고 무한대의 광원은 초점거리 f에 초점이 맞으므로, finf = f로 나타낼 수 있다.
또 1/WD1+1/f1 = 1/f 이므로, f1 = f*WD1/(WD1-f)로 나타낼 수 있다.
이를 정리하면, 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 얻을 수 있다.
[수학식 1]
d1 = f1*D1/WD1
= (WDeff-WD1)f1*dlaser/(WDeff*WD1)
[수학식 2]
dinf = f*tan(θlaser)
= f*dlaser/WDeff
여기서, d1/dinf과 (f1-feff)/(feff-f)을 정리하면, 하기의 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
d1/dinf = {(WDeff-WD1)f1*dlaser/(WDeff* WD1)}/{f*dlaser/WDeff}
={(WDeff-WD1)f*WD1/(WD1-f)*dlaser/(WDeff*WD1)}/{f*dlaser/WDeff}
= (WDeff-WD1)/(WD1-f)
[수학식 4]
(f1-feff)/(feff-f)={f*WD1/(WD1-f)-(f*WDeff)/(WDeff-f)}/{(f*WDeff)/(WDeff-f)-f}
= {WD1*(WDeff-f)/(WD1-f)-WDeff}/{WDeff-(WDeff-f)}
= {WD1*(WDeff-f)/(WD1-f)-WDeff}/f
= {WD1*(WDeff-f)-WDeff*(WD1-f)}/{f*(WD1-f)}
= {-WD1+WDeff}/(WD1-f)
이에 따라, d1/dinf = (f1-feff)/(feff-f)로 나타낼 수 있다.
따라서 q1, qeff, qinf는 동일한 직선상에 존재하게 된다.
즉, 레이저 평면(21) 상의 임의의 한 점 P1이 초점이 맞는 위치 q1은 점 Peff와 점 Pinf의 초점이 맞는 위치인 qeff와 qinf로 구성되는 직선상에 존재하고, 이미지센서(30)의 면을 qeff와 qinf로 구성되는 직선상에 위치시키면 레이저빔의 투영 이미지는 모두 초점이 맞게 된다.
여기서, 제2 주점(11)과 이미지센서(30) 사이의 렌즈 주축방향으로의 거리 feff와 각도 θlaser는 다음의 수학식 5 및 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
feff = (f*WDeff)/(WDeff-f)
= {f*dlaser/tan(θlaser)}/{dlaser/tan(θlaser)-f}
= f*dlaser/{dlaser-f*tan(θlaser)}
[수학식 6]
tan(θccd) = (feff-finf)/dinf = (feff-f)/dinf
= {f*dlaser/(dlaser-f* tan(θlaser)-f}/{f*tan(θlaser)}
한편, 렌즈(10)의 제2 주점(11)은 도 5를 참조하여 다음과 같은 방법으로 찾을 수 있다.
도 5는 렌즈의 제2 주점을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
렌즈(10)의 사양에는 초점거리 f와 distend _f가 제공된다. 여기서, distend _f는 도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈(10)의 물리적 끝단(13)과 qinf 사이의 렌즈 주축방향으로의 거리이다.
이러한 렌즈(10)의 물리적 끝단(13)과 제2 주점(11) 사이의 거리 distend _2는 하기의 수학식 7을 이용해서 계산할 수 있다.
[수학식 7]
distend _2 = f - distend _f
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 설계된 LVS용 광학계의 실험결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 광학계의 초점테스트 결과의 예시도이다.
도 7에 도시된 초점테스트 결과는 도 2에 도시된 종래기술에서 초점테스트를 수행한 시험환경과 동일하게 적용한 상태에서 시험한 결과이다.
즉, 테스트 용지는 렌즈 주축에 대한 약 26.5°만큼 기울어진 상태이고, 조리개 수치는 F2.8이며, 셔터 스피드는 20ms로 설정하였다.
도 6에서, dlaser=62.88mm 이고, θlaser=17° 이며, f=12mm 이고, distend_f=7.59mm 이다.
이에 따라, 전체 작업영역에 대해 초점을 맞추기 위해, 이미지센서(30)의 위치는 수학식 5 내지 수학식 7을 이용하여 다음과 같이 계산된다.
WDeff = dlaser/tan(θlaser)= 62.88/tan(17°)= 205.67mm
distend _2= f-distend _f = 12-7.59 = 4.41mm
feff = f*dlaser/{dlaser-f*tan(θlaser)}
= (12*62.88)/(62.88-12*tan(17°))= 12.74mm
θccd = atan[(feff - finf)/ dinf = (feff - f)/ dinf ]
= atan[{f*dlaser/(dlaser-f*tan(θlaser)-f }/{f*tan(θlaser)}]
= atan[{12*62.88/(62.88-12*tan(17°))-12}/{12*tan(17°)}]
= 11.46°
이와 같은 LVS 광학계의 초점테스트 결과는 도 7에 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이저 비전 시스템용 광학계는 전체 작업영역에 대해 초점을 맞춰 선명한 영상을 제공함을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 렌즈의 주축과 레이저빔의 각도 및 렌즈의 제2 주점과 레이저 발생기 사이의 거리에 따라 렌즈와 이미지센서 사이의 거리 및 렌즈의 주축과 이미지센서의 각도를 설정함으로써, 전체 작업영역에 초점을 맞출 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 렌즈와 이미지센서 사이의 거리를 설정하고, 렌즈의 주축과 일정 각도를 갖도록 이미지센서를 설치하여 전체 작업영역에 초점을 맞추는 레이저 비전 시스템용 광학계 기술에 적용된다.
10: 렌즈 11: 제2 주점
12: 렌즈주축 13: 렌즈의 물리적 끝단
20: 레이저 발생기 21: 레이저 평면
30: 이미지센서

Claims (10)

  1. 측정 대상물에 레이저빔을 조사하는 하나의 레이저 발생기,
    상기 레이저 발생기에서 조사되어 측정 대상물로부터 반사되는 레이저빔을 모으거나 발산시켜 광학적으로 상을 맺게 하는 렌즈 및
    상기 렌즈의 주축 상에 미리 설정된 각도로 렌즈와 미리 설정된 거리만큼 이격되어 경사지게 설치되고 상기 렌즈에 의해 맺혀진 상을 촬영하여 이미지화하는 이미지센서를 포함하여 전체 작업영역에 대해 초점을 맞추고,
    상기 이미지센서는 레이저 평면상에서 렌즈의 주축과 교차하는 점 및 무한대의 거리에 있는 점이 상기 렌즈에 의해 투영될 때 초점이 맞는 위치를 연결한 직선상에 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지센서와 렌즈 주축이 이루는 각도는 렌즈 주축과 레이저빔의 각도에 의해 결정되고,
    상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리는 렌즈의 제2 주점과 레이저 발생기 사이의 거리에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리(feff)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser)를 하기의 수학식 1에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계.
    feff = f*dlaser/{dlaser-f*tan(θlaser)}...[수학식 1]
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이미지센서와 렌즈의 주축 사이의 각도(θccd)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser)를 하기의 수학식 2에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계.
    tan(θccd) = {f*dlaser/(dlaser-f* tan(θlaser)-f}/{f*tan(θlaser)}...[수학식 2]
  6. (a) 렌즈와 미리 설정된 간격만큼 이격되게 하나의 레이저 발생기를 설치하는 단계 그리고
    (b) 상기 렌즈의 주축과 레이저빔의 각도 및 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리에 기초해서 렌즈 주축 상에 이미지센서를 경사지게 설치하는 단계를 포함하여 전체 작업영역에 대해 초점을 맞추고,
    상기 (b)단계는 레이저 평면상에서 렌즈의 주축과 교차하는 점 및 무한대의 거 리에 있는 점이 상기 렌즈에 의해 투영될 때 초점이 맞는 위치를 연결한 직선상에 상기 이미지센서를 설치하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b1) 상기 렌즈 주축과 레이저빔의 각도에 기초해서 상기 이미지센서와 렌즈 주축이 이루는 각도를 산출하는 단계 및
    (b2) 상기 렌즈의 제2 주점과 레이저 발생기 사이의 거리에 기초해서 상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (b1)단계에서 상기 이미지센서와 렌즈의 제2 주점 사이의 거리(feff)는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser )를 수학식 1에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법.
    feff = f*dlaser/(dlaser-f*tan(θlaser))...[수학식 1]
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b2)단계에서 상기 이미지센서와 렌즈의 주축 사이의 각도(θccd )는 렌즈의 초점거리(f), 렌즈와 레이저 발생기 사이의 거리(dlaser) 및 렌즈의 주축과 레이저 발생기의 각도(θlaser )를 하기의 수학식 2에 대입하여 산출되는 것을 특징으로 하는 레이저 비전 시스템용 광학계의 설계방법.
    tan(θccd) = {f*dlaser/(dlaser-f* tan(θlaser)-f}/{f*tan(θlaser)}...[수학식 2]

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