KR102496479B1 - 3차원 카메라와 투과도 측정방법 - Google Patents

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Abstract

투과도를 직접 측정하기 위한 가변광원을 포함하는 3차원 카메라 및 투과도 측정방법을 개시한다. 본 3차원 카메라는 광원, 투과형 셔터, 이미지 센서와 더불어 상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않고, 파장 가변 광을 조사할 수 있는 가변광원을 포함한다. 가변 광원은 3차원 카메라의 구동 중에 투과형 셔터에 광을 조사하여 투과도의 변화를 직접적으로 측정할 수 있다.

Description

3차원 카메라와 투과도 측정방법{3D camera and method for measuring transmittance}
본 개시는 파장 가변 광원을 포함하는 3차원 카메라와 투과도 측정방법에 대한 것이다.
3차원 카메라는 일반적인 영상의 촬영 기능 이외에 피사체 표면 상의 다수의 점들로부터 3차원 카메라까지의 거리를 측정하는 기능을 포함한다. 피사체와 3차원 카메라 사이의 거리를 측정하기 위한 다양한 알고리즘들이 제안되고 있는데, 통상적으로 광시간비행법(Time-of-Flight; TOF)이 주로 사용된다. TOF 방식은 조명광을 피사체에 조사한 후, 피사체로부터 반사되는 조명광이 수광부에서 수광되기까지 비행시간을 측정하는 방법이다. 조명광의 비행시간은 주로 조명광의 위상지연을 측정하여 얻을 수 있는데, 정확한 위상지연의 측정을 위해 고속 광변조기가 사용된다.
거리 정밀도가 높은 3차원 영상을 얻기 위해서는 우수한 전기-광학적 응답 특성을 갖는 투과형 셔터를 사용하는데, 최근에는 PIN 다이오드 구조의 투과형 셔터가 주로 사용되고 있다. 이러한 투과형 셔터는 인가되는 전압뿐 아니라 온도에 의해서도 투과도 스펙트럼이 변화할 수 있어 온도에 의한 투과도에의 영향을 보정하는 것이 요구되고 있다. 최근에는 3차원 카메라 내부의 온도를 측정하여 온도로부터 투과도 스펙트럼을 추정하는 간접적인 방법이 투과도 보정방법으로 사용되고 있다. 다만 이러한 방법은 투과형 셔터의 내부 온도를 직접 측정할 수 없다는 점, 온도에서 투과도를 추정하는 과정에서 오차가 발생한다는 점에서 정확한 보정을 하기 어렵다.
본 개시는 파장 가변 광원을 포함하여 투과도를 직접적으로 측정할 수 있는 3차원 카메라 및 투과도 측정방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 3차원 카메라는, 대상체에 제 1 광을 조사하기 위한 제 1 광원; 상기 대상체로부터의 반사광을 변조시키는 투과형 셔터; 상기 투과형 셔터를 투과한 광을 센싱하는 이미지 센서; 및 상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되게 배치되며, 제 2 광을 조사하며, 상기 제 2 광의 파장을 가변하는 제 2 광원;을 포함할 수 있다.
상기 제 2 광원이 구동될 때 상기 제 1 광을 차단하도록 상기 제 1 광원의 전면에 위치하는 광차단기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 광원은 파장에 따른 광출력이 일정할 수 있다.
상기 제 2 광원은 광을 출력하는 광출력부, 일 끝단이 상기 광출력부와 연결되어 광을 전송하는 광섬유, 광의 세기를 조절하는 광제어부, 상기 광섬유를 통해 전송되는 광의 일부를 상기 광제어부로 되먹임하는 포토다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터를 제어하는 제 1 제어부; 및 상기 제 2 광원의 파장과 광출력을 제어하는 제 2 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 제어부는 제 1 제어부에서 송신되는 신호에 따라 상기 제 2 광의 파장과 광출력을 제어할 수 있다.
상기 제 2 광원의 파장에 따른 광출력을 측정하고, 상기 광출력에 대한 정보를 상기 제 1 제어부로 송신하는 분광기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 광을 상기 제 1 광과 동일한 위치에서 조사되도록 얼라인 하는 빔 스플리터를 더 포함할 수 있다.
제 2 광원의 광을 확대 조사하는 빔 확장기를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 광의 파장을 측정하는 분광기를 더 포함할 수 있다.
상기 투과형 셔터는 PIN 다이오드형, Pockel 효과를 이용한 전기광학형, Kerr 효과를 이용한 전기광학형 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제 1 광원은 측면 발광 레이저, 수직캐비티 표면 광방출 레이저, 및 분포궤환형 레이저 중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 따른 3차원 카메라 투과도 측정장치는, 3차원 카메라의 투과형 셔터에 광을 조사하며, 상기 광을 가변할 수 있으며, 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되는 가변광원; 상기 3차원 카메라의 광원을 차단할 수 있는 광차단기; 및 상기 가변광원의 광의 파장과 광출력을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 가변광원의 상기 광의 경로를 조절하기 위한 광학 장치부;를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 장치부는 상기 가변광의 상기 광을 전송하는 광섬유와 상기 광섬유의 일단에 위치하는 빔 확장기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 투과도 측정방법은, 대상체에 제 1 광을 조사하기 위한 제 1 광원; 상기 대상체로부터의 반사광을 변조시키는 투과형 셔터; 상기 투과형 셔터를 투과한 광을 센싱하는 이미지 센서; 및 상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되게 배치되며, 상기 대상체에 제 2 광을 조사하며, 상기 제 2 광의 파장을 가변할 수 있는 제 2 광원; 를 포함하는 3차원 카메라 시스템의 동작방법에 있어서, 상기 제 1 광원부와 상기 투과형 셔터를 동일 주파수로 구동하는 단계; 상기 제 1 광원부가 구동중인 상태에서 상기 제 1 광원부의 상기 제 1 광을 차단하는 단계; 상기 제 2 광을 상기 투과형 셔터에 조사하는 단계; 및 상기 투과형 셔터를 통과하여, 상기 이미지 센서에 도달하는 상기 제 2 광의 세기를 측정하는 단계;를 포함한다.
상기 제 2 광의 파장을 가변하는 단계; 및
상기 이미지 센서부에 도달하는 상기 제 2 광의 세기가 최대일 때의 상기 투과도 셔터의 중심파장을 획득하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 투과도 셔터의 중심파장과 상기 제 1 광의 파장 간의 이격을 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 이격을 보정하는 단계는,
상기 제 1 광원의 구동 전류를 조절하여, 상기 제 1 광의 파장을 상기 투과도 셔터의 중심파장과 일치시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 이격을 보정하는 단계는,
상기 투과도 셔터의 구동 전압을 조절하여, 상기 투과도 셔터의 중심파장을 상기 제 1 광의 파장과 일치시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 대상체의 다수의 영상지점으로부터, 상기 이미지 센서의 다수의 부분으로 도달하는 상기 제 2 광의 세기를 비교하여 상기 투과도 셔터의 위치에 따른 균일도를 측정하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 3차원 카메라는 파장 가변 광원인 제 2 광원을 포함할 수 있다. 제 2 광원은 제 1 광원 및 투과도 셔터와 열적 영향을 받지 않도록 이격된다. 구동상태의 제 1 광원 및 투과도 셔터의 온도 조건을 변화시키지 않으면서도 별도의 제 2 광원을 이용해 투과형 셔터의 투과도를 직접 측정할 수 있다. 투과형 셔터의 투과도가 최대가 되는 파장인 중심파장을 구해 제 1 광원의 파장과의 이격 정도를 보정하여 3차원 카메라의 거리정밀도를 높일 수 있다.
또한 본 개시에 따른 투과도 측정장치는 상기 투과도 셔터 및 상기 제 1 광원을 제어하는 제 1 제어부와, 상기 제 2 광원을 제어하는 제 2 제어부를 포함할 수 있다. 상술한 투과형 셔터의 투과도 측정 및 파장이격의 보정이 제 1 제어부 및 제 2 제어부에 의해 계속적으로 이루어 질 수 있다. 구동상태에 따라 계속적으로 변하는 파장 이격 수치를 계속적으로 보정할 수 있어 복조 효율을 평균적으로 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 1f는 일 실시예에 따른 3차원 카메라의 구조와 특성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 3차원 카메라를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 광출력이 일정한 제 2 광원을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a와 5b는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a와 7b는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 투과형 셔터와 제 1 광원의 파장이격을 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 9a내지 9c는 파장이격을 보정하기 위한 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 3차원 카메라 및 투과도 측정방법에 대해 상세하게 설명한다. 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "전면" 이나 "앞"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 앞에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 전면부에 있는 것도 포함할 수 있다.
도 1a 내지 1f는 일 실시예에 따른 3차원 카메라의 구조와 특성을 나타내는 도면이다. 도 1a는 일 실시예에 따른 3차원 카메라(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1a을 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 카메라(100)는 대상체(180)에 제 1 광(111)을 조사하기 위한 제 1 광원(110), 대상체(180)로부터의 반사광을 변조시키는 투과형 셔터(130), 투과형 셔터(130)를 투과한 광을 센싱하는 이미지 센서(140)와 더불어 상기 제 1 광원(110), 이미지 센서(140) 및 투과형 셔터(130)로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되게 배치되며, 대상체에 제 2 광(121)을 조사하며, 상기 제 2 광(121)의 파장을 가변할 수 있는 제 2 광원(120)을 포함할 수 있다.
3차원 카메라(100)는 대상체(180)까지의 거리를 측정하는 기능을 가진다. 3차원 카메라(100)는 TOF 방식일 수 있다. TOF 방식은 제 1 광(111)을 대상체(180)에 조사한 후, 대상체(180)로부터 반사되는 제 1 광(111)이 이미지 센서(140)에 수광되기까지 비행시간을 측정하는 방법이다. 이러한 비행시간의 측정은 위상지연을 통해서 이루어질 수 있으며, 이 경우 고속으로 변조될 수 있는 투과형 셔터(130)를 필요로 한다. 투과형 셔터(130)는 역바이어스 전압에 따라, 투과도가 변화되는 전기광학 장치의 일종이다. 투과형 셔터(130)가 최대로 투과시키는 광의 파장을 중심파장이라 하며, 이는 역바이어스 전압에 따라 변하며 또한 투과형 셔터(130)의 온도에 의해서도 변할 수 있다. TOF 방식으로 동작하기 위해 제 1 광원(110)과 투과형 셔터(130)는 동일 주파수로 변조(modulation)될 수 있다. 자세한 내용은 후술한다. 이미지 센서(140)로 측정된 광의 양을 바탕으로 거리 정보를 도출하는 과정을 복조(demodulation)라 하며, 제 1 광(111)의 파장과 투과형 셔터(130)의 중심 파장이 일치할 때 최대 복조 효율을 얻을 수 있다.
제 1 광원(110)은 대상체(180)에 제 1 광(111)을 조사하는 광원 장치일 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110)은 적외선 영역의 제 1 광(111)을 조사할 수 있다. 적외선 영역의 광을 사용하면 태양광을 비롯한 가시광선 영역의 자연광과 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 반드시 적외선 영역에 한정되는 것은 아니며 다양한 파장 영역의 빛을 조사 할 수 있다. 이러한 경우 혼합된 자연광의 정보를 제거하기 위한 보정이 요구될 수 있다. 제 1 광원(110)은 레이저 광원일 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110)은 측면 발광 레이저 (Edge emitting laser), 수직캐비티 표면 광방출 레이저 (Vertical-cavity surface emitting laser;VCSEL), 분포궤환형 레이저 (Distributed feedback laser) 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 제 1 광원(110)은 광학 장치를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체(180)에 고루 빛을 조사하기 위한 확산기(diffuser)(미도시)를 포함할 수 있다. 제 1 광원(110)에서 나온 제 1 광(111)은 대상체(180)에서 반사되어 투과형 셔터(130)를 거쳐 이미지 센서(140)에서 수광될 수 있다. 후술할 제 2 광원(120)을 이용한 투과형 셔터(130)의 투과도 측정시에는 제 1 광(111)은 투과형 셔터(130)에 도달하지 않아야 한다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 광(111)의 광경로가 투과형 셔터(130)에 도달하지 않거나, 또는 제 1 광(111)을 차단할 수 있는 추가 장치가 요구될 수 있다. 투과도 측정은 제 1 광원(110) 및 투과형 셔터(130)의 구동으로 인한 발열 조건 상에서 측정하기 위한 것이므로, 제 1 광원(110)은 구동상태에 있어야 한다.
제 2 광원(120)은 투과형 셔터(130)에 제 2 광(121)을 조사하는 광원 장치일 수 있다. 제 2 광원(120)은 제 1 광원(110), 투과형 셔터(130) 및 이미지 센서(140)로부터 열적 영향을 받지 않을 수 있다. 상술한 열적 영향을 받지 않는 것의 의미는 제 2 광원(120)의 구동으로 인해 제 1 광원(110), 이미지 센서(140) 및 투과형 셔터(130)의 온도가 변하지 않는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 제 2 광원(120)은 제 1 광원(110), 이미지 센서(140) 및 투과형 셔터(130)와 충분한 거리를 가지고 이격되거나, 또는 제 1 광원(110), 이미지 센서(140) 및 투과형 셔터(130)와 제 2 광원(120)을 열적으로 분리하는 차단막(Thermal Barrier;190)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110), 이미지 센서(140) 및 투과형 셔터(130)는 하나의 차단막(190)에 포함되며, 제 2 광원(120)은 상기 차단막(190) 외부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 차단막(190)은 3차원 카메라 케이스일 수 있다.
제 2 광원(120)은 제 2 광(121)의 파장을 가변 할 수 있다. 제 2 광원(120)은 투과형 셔터(130)의 투과도를 파장을 바꾸어가며 측정하기 위한 것으로, 제 2 광원(120)에서 나오는 제 2 광(121)은 투과형 셔터(130)에 조사될 수 있다. 제 2 광(121)은 대상체(180)에 조사되거나 또는 투과형 셔터(130)에 조사될 수도 있다. 이러한 제 2 광원(120)은 레이저 장치일 수 있다. 예를 들어 제 2 광원(120)은 레이저 다이오드 장치일 수 있다. 제 2 광원의 파장 가변은 측정하고자 하는 투과형 셔터(130)의 중심파장 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110) 및 투과형 셔터(130)를 적외선 영역(940nm)에서 사용하는 3차원 카메라(100)의 경우, 제 2 광원(120)의 파장 가변 영역은 상기 적외선 영역을 포함하는 890nm~990nm 일 수 있다.
제 2 광원(120)은 파장에 따른 광출력이 일정할 수 있다. 투과형 셔터(130)의 투과도란 (이미지 센서에 도달하는 광의 세기)/(제 2 광원(120)에서 나오는 광의 세기)로 정의 될 수 있다. 예를 들어, 제 2 광원(L2)의 출력이 파장 900nm에 대하여 100이라 하고, 투과형 셔터(130)를 투과해 이미지 센서(140)에 도달하는 제 2 광(121)의 세기가 40이라고 하면, 파장 900nm에 대한 투과형 셔터(130)의 투과도는 40/100 = 0.4 이다. 만일, 제 2 광(121)의 출력이 파장에 관계없이 일정하다면, 상술한 투과도 공식의 분모가 일정하므로 이미지 센서(140)에 수광되는 빛의 세기만으로도 파장에 따른 투과형 셔터(130)의 투과도의 상대적인 값을 파악할 수 있다. 따라서 투과형 셔터(130)의 중심파장을 측정하고자 할 때는 제 2 광(121)의 세기 측정이 생략될 수 있어 측정과정이 간편해 질 수 있다. 그러나 제 2 광원(120)이 파장에 따른 광출력이 일정하지 않더라도, 별도의 분광기로 제 2 광원(120)의 파장에 따른 광출력을 측정하여 투과도 선도를 작성할 수 있으므로, 반드시 제 2 광원(120)의 광출력이 일정할 것이 요구되는 것은 아니다.
제 2 광원(120)은 투과형 셔터(130)의 투과도를 직접 측정하기 위해 이용될 수 있다. 간접 측정 방법으로는 3차원 카메라(100)의 내부에 온도계를 설치할 수 있으나 측정된 온도 값이 제 1 광원(110) 및 투과형 셔터(130) 자체의 값과 다를 수 있으며, 투과도를 환산하는 과정에서 오차가 생길 수 있다. 제 2 광원(120)을 이용하는 경우 제 1 광원(110), 투과형 셔터(130) 및 이미지 센서(140)에 열적 영향을 미치지 않으면서 투과형 셔터(130)에 직접 제 2 광(121)을 조사할 수 있다.
투과형 셔터(130)는 투과형 셔터(130)를 투과하는 광들을 변조시키는 전기광학 장치일 수 있다. 투과형 셔터(130)와 제 1 광원(110)은 동일 주파수 ω로 변조될 수 있다. 예를 들어, 제 1 광원(110)에서 조사되는 제 1 광(111)이 주파수 ω로 변조될 때, 제 1 광(111)은 A sin(ωt)로 표현될 수 있다. 제 1 광(111)이 대상체(180) 부딪혀 반사되면 제 1 광(111)은 세기와 위상이 변하며 B + C sin(ωt+φ)로 표현될 수 있다. 이런 제 1 광(111)이 투과형 셔터(130)를 투과할 때, 광투과형 셔터(130)의 투과도 역시 sin(ωt)으로 변조하고 있으므로, 광투과형 셔터(130)를 투과한 제 1 광(111)의 세기는 B sin(ωt) + C sin(ωt) sin(ωt+φ)로 표현할 수 있다. 이 제 1 광(111)이 이미지 센서(140)에 수광되고, 이미지 센서에서 1 주기 동안 측정되는 광의 세기는 B sin(ωt) + C sin(ωt) sin(ωt+φ)의 시간에 따른 주기 적분 값으로 나타날 수 있다. B sin(ωt)은 주기적분을 통해 값이 사라지며, C sin(ωt) sin(ωt+φ)은 주기적분을 통해 φ에 대한 항만이 남는다. 이때 주기는 변조시 주파수 ω에 의해 결정될 수 있다. φ는 2π단위로 정보가 중첩된다는 점에서, 투과형 셔터(130)의 변조에 일정 위상지연을 부가하여 φ에서 정확한 거리를 도출할 수 있다. 예를 들어 투과형 셔터(130)를 π/2, π, 3π/2 만큼 위상 지연시켜 촬영한 다음 각각의 광 세기 정보를 대조하여 거리를 도출할 수 있다. 이러한 거리 측정을 위해서 투과형 셔터(130)는 인가하는 전압에 따라 투과도가 변하는 전기광학 특성을 가질 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 투과형 셔터(130)는 PIN 다이오드 구조의 전기광학 소자일 수 있다. 예를 들어, 투과형 셔터(130)는 GaAs 기판 상에 형성되는 MQW(Multiple Quantum Well) 방식의 전기광학 소자일 수 있다. 또한, 투과형 셔터(130)는 Pockel 효과, Kerr 효과를 이용한 전기광학 소자일 수 있다.
투과형 셔터(130)는 인가되는 역바이어스 전압에 따라 투과도가 변화할 수 있다. 도 1c를 참조하면, x축은 투과형 셔터(130)에 인가되는 역바이어스 전압(-V)을 나타내며, y축은 투과형 셔터(130)의 투과도(%)를 나타낸다. 이때 점선으로 도시된 영역이 투과형 셔터(130)에 인가되는 역바이어스 전압의 AC전압과 DC전압으로 인해 변하는 영역을 나타낸 것이다. DC전압을 투과형 셔터(130)를 구동시켜 대응되는 파장 성분을 투과시키는 구동 성분에 해당되며, AC 전압은 투과도를 sin 형태로 변화시키는 스윙(Swing) 성분에 해당한다. AC 전압 진폭의 크기는 자유롭게 선택될 수 있으나, 바람직하게는 DC 전압의 크기보다 작을 수 있다. 이유는 DC 전압의 크기보다 AC전압의 진폭의 크기가 커지면 스윙 과정에서 전압이 0V이하로 내려가는 부분이 생겨 투과형 셔터(130)가 작동되지 않을 수 있기 때문이다. DC 전압의 크기도 자유롭게 선택될 수 있으나, 바람직하게는 전압의 변화에 따라 투과도가 선형적으로 변하는 구간 내에 위치하도록 할 수 있다. 이러한 선형구간의 기울기가 클수록 전압의 변화에 따라 투과도 차이가 큰 것이므로, 노이즈로 인한 효과를 상대적으로 줄일 수 있어 3차원 카메라(100)의 거리 정밀도가 더 클 수 있다. 이러한 기울기를 복조대비(Demodulation Contrast)라 하며, 투과형 셔터(130)의 종류 및 재질에 따라 바뀔 수 있다. 도 1c에 도시된 그래프는 GaAs 형 MQW 투과형 셔터에 대한 예시적인 그래프이며 투과형 셔터(130)의 종류에 따라 다른 형태를 가질 수 있다. 그래프 상에서, 역바이어스 전압의 DC 전압은 -4.8V 부근에 위치하며, 이때 투과도는 40%이다. 이러한 DC 전압을 기준으로 AC 전압은 0.8V를 가지므로, 역바이어스 전압은 -4V 에서 -5.6V 까지 움직일 수 있다. 이에 따라 투과도는 20.2%에서 58.5%까지 변화할 수 있다. 이러한 DC 전압과 AC 전압의 설정은 투과도 변화가 선형적이 되도록 선택한 것일 수 있다. 그래프 상에서 역바이어스 전압이 -5.8V일 때가 투과도 변화의 선형적인 부분의 마지막점에 해당하므로, 역바이어스 전압이 -5.8V를 도과할 때는 투과형 셔터(130)의 구동의 효율이 떨어질 수 있다. 만약 투과형 셔터(130)를 -6V 이상의 영역에서 구동하고자 한다면, 그래프의 우측의 기울기가 양수가 되는 영역에서 구동하도록 DC 전압과 AC 전압의 크기를 결정할 수도 있다.
또한 도 1f를 참조하면, 투과형 셔터(130)는 입사광의 전 파장에 대하여 균일한 투과도를 가지는 것이 아니며 특정 파장의 입사광에 대하여 피크값을 가지는데, 이런 피크값이 투과형 셔터(130)의 중심파장에 해당한다. 투과형 셔터(130)의 중심파장은 전압과 온도의 함수로서, 투과형 셔터(130)에 인가하는 역바이어스 전압과 주변 온도에 따라 변할 수 있다. 여기서 투과형 셔터(130)를 AC 전압으로 구동하면 구동발열이 AC 전압의 제곱에 비례하여 발생하며, 이로 인한 온도 변화로 인해 셔터의 중심파장이 변한다. 다만, AC 전압을 지나치게 감소시키면 상술한 복조대비가 낮아져 투과형 셔터로 기능 저하가 올 수 있으며, AC 전압을 지나치게 증가시키면 전압 스윙이 지나치게 커져 전압이 0V 이하로 내려가 투과형 셔터의 작동이 중단될 수 있다. 따라서, 투과형 셔터(130)의 중심파장을 조절할 때에는 투과형 셔터의 구동범위 내에서 AC 전압을 조절함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 투과형 셔터(130)의 중심파장은 온도에 의해서도 변할 수 있다. 제 1 광원(L1) 및 이미지 센서(140)에 의한 발열과 투과형 셔터(130) 자체의 발열은 3차원 카메라(100) 내부의 온도를 상승시킬 수 있다. 이러한 온도 상승은 투과형 셔터(130)의 온도를 계속적으로 변하게 할 수 있으며, 이에 투과형 셔터(130)의 중심파장 또한 변하게 될 수 있다. 도 1f를 참조하면, 투과형 셔터(130)의 중심파장과 제 1 광원(110)의 파장이 이격될 수 있다. 도 1d를 참조하면, 투과형 셔터(130)의 중심파장 이동은 온도가 커질수록 중심파장이 길어지는 쪽으로 이동한다.
상술한 투과도 측정시에는 제 1 광(111)의 파장과 투과도 셔터(130)의 중심파장이 일치할 수 있다. 구동 시에는 제 1 광(111)의 파장과 투과도 셔터(130)의 중심파장이 일치한 상태였더라도, 구동시는 발열에 의해 제 1 광(111)의 파장과 투과도 셔터(130)의 중심파장이 연속적으로 변화할 수 있다. 온도변화로 인해, 투과도 셔터(130)의 중심파장이 이동하면, 이미지 센서(140)에 수광되는 광의 세기의 감소가 투과도의 감소뿐 아니라 중심파장에 의한 것일 수도 있어 복조효율이 감소하게 된다. 따라서, 투과형 셔터(130)의 온도에 따른 중심파장을 상술한 AC 전압의 크기를 조절하여, 제 1 광(111)의 파장의 크기와 일치시키면 복조효율을 상승시킬 수 있다. 도 1e를 참조하면, 온도의 상승에 따라 제 1광원(110)의 파장이 커질 수 있다. 제 1 광원(110)의 파장은 제 1 광원(110)에 인가되는 구동전류의 크기에 따라 가변될 수 있으므로, 제 1 광원(110)의 파장이 투과형 셔터(130)의 중심파장과 일치하도록 구동전류의 크기를 조절할 수 있다.
이미지 센서(140)는 통상의 2차원 카메라 이미징 시스템에서 주로 사용되는 CCD나 CMOS형 이미지 센서일 수 있다. 3차원 카메라(100)를 위한 별도의 이미지 센서를 요구하지 않으므로 비용을 절감할 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(200)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 광원(210)의 전면부에 제 1 광(211)을 차단하기 위한 광차단기(250)가 마련될 수 있다. 상술한 바와 같이 투과형 셔터(230)의 투과도의 측정을 위해서는 제 1 광원(210)은 구동상태여야 하기 때문에 광차단기(250)는 제 1 광(211)이 투과형 셔터(230)에 입사되는 것을 방지할 수 있다. 광차단기(250)는 빛이 통과할 수 없는 불투과성 막일 수 있다. 또는 광차단기(250)는 제 1 광 (211)이 투과형 셔터(230)에 입사되지 않도록 빛의 방향을 바꾸는 편향기(미도시)일 수도 있다. 제 1 광원(210)이 확산기(미도시)와 함께 구성되어, 대상체(280)에 광범위한 각도로 제 1 광(211)을 조사하는 경우에는 광차단기(250)는 제 1 광(211)을 차단할 수 있는 불투과성 막인 것이 바람직 할 수 있다. 광차단기(250)는 투과형 셔터(230)의 투과도를 측정하기 위한 제 2 광원(220) 구동 시에 요구되므로, 제 2 광원(220) 구동시에만 제 1 광원(210)을 차단하도록 후술할 제 1 제어부(도 7a의 701) 또는 제 2 제어부(도 7a의 702)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 파장에 따른 광출력이 일정한 제 2 광원(220)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 제 2 광원(220)은 광의 세기를 조절하는 광제어부(Light Controller; 222), 광이 출력되는 광출력부(Light Emitter; 223), 일끝단이 광출력부(223)와 연결되어 광을 손실 없이 전송할 수 있고, 유연한 성질을 가지는 광섬유(Optical Fiber; 224), 상기 광섬유를 통해 전송되는 광의 일부를 상기 광제어부로 되먹임하는 포토다이오드(Photodiode; 225), 포토다이오드(225)로부터 되먹임되는 신호를 광제어부(222)로 전달하는 케이블(cable; 226)을 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 제 2 광원(220)의 광출력이 일정할 때, 투과도 선도의 작성이 보다 간편해질 수 있으므로, 제 2 광원(220)은 되먹임 시스템을 구성하여 광출력을 일정하게 유지할 수 있다. 광출력부(223)는 예를들어, 레이저 다이오드(Laser Diode)일 수 있다. 광섬유(224)는 특별히 소재를 한정하지 않으며 전반사를 통해 제 2 광(도 2 의 221 참조)을 전송할 수 있는 것으로 족하다. 광섬유(224)가 유연성을 가지는 소재인 경우 제 2 광(221)의 입사각도를 자유롭게 정할 수 있어 용이하다. 광섬유(224)의 일부에 위치하는 포토다이오드(225)는 제 2 광(221)의 출력 중 일정 비율을 광제어부(222)로 되먹임할 수 있다. 광제어부(222)는 연속적으로 포토다이오드(225)에서 전송되는 되먹임되는 광출력의 세기를 바탕으로 제 2 광(221)의 광출력이 일정하도록 조절할 수 있다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(400)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 카메라(400)는 제 1 광(411)의 파장을 측정하는 분광기(460)를 추가로 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 제 1 광(411)의 파장은 제 1 광원(410)에 인가되는 구동전류의 크기와 제 1 광원(410)의 온도에 의해서 변할 수 있다. 따라서, 제 1 광원(410)의 파장과 투과형 셔터(430)의 중심파장의 이격을 측정하기 위해선 제 1 광(411)의 파장 또한 측정될 수 있다. 분광기(460)를 통해 제 1 광(411)의 파장이 측정될 수 있으며, 파장 이격의 보정에 활용될 수 있다.
도 5a와 도 5b는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(500)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 제 2 광원(520)에서 나오는 제 2 광(521)을 대상체(580)에 조사되도록 광 경로를 변화시킬 수 있는 광학장치가 마련될 수 있다. 광학장치로는 예를 들어, 빔 스플리터(beam splitter; 571)를 포함할 수 있다. 제 2 광원(520)으로 레이저 광원을 사용할 경우, 빔 확장기 등 별도의 광학 장치 없이는 제 2 광(521)은 매우 좁은 범위로 조사될 수 있다. 빔 스플리터(571)를 통해 대상체(580)에 일정각도로 조사된 제 2 광(521)은 반사되어 투과형 셔터(530)에 조사될 수 있다. 이때, 투과형 셔터(530)는 일정 면적을 가지는 2차원 구조를 가질 수 있으며, 제 2 광(521)은 투과형 셔터(530)의 2차원 면적의 일부에만 조사될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 제 2 광(521)이 투과형 셔터(530)에 조사되는 부분은 투과형 셔터의 중간(C), 위(U), 좌(L), 우(R), 아래(D)를 포함할 수 있다. 제 2 광(521)을 통해 투과형 셔터(530)의 각 부분의 투과도를 조사하여 비교함으로써, 투과형 셔터(530)의 균일도를 조사할 수 있다. 본 실시예에 따른 3차원 카메라(500)는 투과형 셔터(530)를 분해하지 않고서도 제 2 광원(520)을 이용하여 투과형 셔터(530)의 균일도를 측정할 수 있어 성능검사장치로도 활용될 수 있다. 또한, 빔 스플리터(571)는 제 1 광원(510)에서 조사되는 제 1 광(511)과 제 2 광원(520)에서 조사되는 제 2 광(521)이 동일한 위치에서 대상체(580)에 조사되도록 입사 위치를 일치시키는 역할을 가질 수 있다. 이러한 빔 스플리터(571)의 배치는, 투과형 셔터(530)의 투과도 및 균일도에 대한 측정 후 다시 3차원 카메라(500)로서 거리를 측정하고자 할 경우에 사용상 간이할 수 있다. 투과도 측정후 다시 3차원 카메라(500)로서 사용시에는, 빔 스플리터(571)와 제 1 광원(510) 사이에 위치하는 광차단기(미도시)를 제거하고 제 2 광원(520)의 구동을 정지시키기만 하면 되므로, 3차원 카메라(500)의 별도 위치조정이 필요 없어 간이하기 때문이다.
도 6는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(600)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 제 2 광원(620)의 전면 부에 빔 확장기(Beam expander; 672)를 마련하여, 제 2 광(621)이 대상체(680)에 넓게 조사될 수 있다. 대상체(680)에서 반사된 제 2 광(621)은 투과형 셔터(630)의 전체 면적에 입사될 수 있다. 본 실시예에 따른 3차원 카메라(600)는 투과형 셔터(630)를 투과하여 이미지 센서(640)에서 센싱되는 광의 평균 값을 측정하여 투과도 선도를 획득할 수 있다. 이미지 센서(640)는 상술한 바와 같이 주기 단위로 센싱되는 광의 세기를 측정할 수 있다. 또한 투과도 선도를 획득하기 위한 정보 처리는 후술할 제 1 제어부(도 7a의 701 참조)에서 이루어질 수 있다.
도 7a와 도 7b는 또 다른 실시예에 따른 3차원 카메라(700)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 7a를 참조하면, 본 실시예에 따른 3차원 카메라(700)는 제 1 광원(710), 이미지 센서(740) 및 투과형 셔터(730)를 제어하는 제 1 제어부(First Controller; 701)와 제 2 광원(720)의 파장과 광출력을 제어하는 제 2 제어부(Second Controller; 702)를 포함할 수 있다.
제 1 제어부(701)는 투과형 셔터(730)와 제 1 광원(710)을 동일 주파수(ω)로 복조 시킬 수 있다. 제 1 제어부(701)는 투과형 셔터(730)에 역바이어스 전압을 인가할 수 있으며, 제 1 광원(710)에 구동 전류를 인가할 수 있다. 제 1 제어부(701)는 이미지 센서(740)로부터 측정된 광의 세기에 대한 정보를 전달받을 수 있다. 또한 제 1 제어부(701)는 제 2 제어부(702)에서 제 2 광원(720)의 파장과 광출력에 대한 정보를 전달받을 수 있다. 제 1 제어부(701)는 제 2 제어부(702)에서 전달받은 제 2 광원(720)의 파장과 광출력에 대한 정보와 이미지 센서(740)로부터 전달받은 측정된 광의 세기에 대한 정보를 조합하여 투과형 셔터(730)의 투과도 선도를 그릴 수 있다. 이러한 투과도 선도는 3차원 카메라(700) 내부에서 처리되거나, 외부로 전송될 수 있다. 예를 들어, 3차원 카메라(700)는 퍼스널 컴퓨터를 비롯한 전자 처리 장치와 연결되어 신호를 주고 받을 수 있다. 구체적으로, 제 1 제어부(701)와 전자 처리 장치는 서로 연결될 수 있다. 제 2 제어부(702)는 직접 제 1 제어부(701)와 연결되지 않고 전자 처리 장치를 통해 간접적으로 연결 될 수 있다. 연결의 형태는 유선과 무선을 비롯하여 정보를 주고 받을 수 있는 각종 형태를 포함할 수 있다. 제 1 제어부(701)는 획득한 투과도 선도를 처리하기 위한 자체적인 메모리 장치를 포함할 수 있다. 이러한 메모리 장치는 비휘발성 메모리 장치로서, 예를 들어, EPROM 을 포함할 수 있다.
제 2 제어부(702)는 제 2 광원(720)에서 조사되는 제 2 광(721)의 파장과 광출력을 제어할 수 있으며, 제 1 제어부(701)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 1 제어부(701)의 전기적 신호에 따라 제 2 제어부(702)는 파장과 광출력을 조절할 수 있다. 이러한 제 2 제어부(702)와 제 1 제어부(701)의 연동으로 인해, 투과형 셔터(730)의 온도 상태에 따른 파장 이격 정보가 계속적으로 제 1 제어부(701)에서 측정될 수 있으며 그에 따른 보정을 통해 복조 효율을 높일 수 있다. 또한 제 2 광원(720)의 광출력이 일정하지 않은 경우에는 상술한 바와 같이 별도의 분광기(760)를 이용하여 제 2 광원(720)의 광출력을 측정할 수 있다. 도 7a를 참조하면, 제 2 광(721)의 일부가 분광기(760)로 입사하도록 하여, 파장과 광출력을 정확하게 측정할 수 있다. 제 1 제어부(701)는 분광기(760)로부터 측정된 파장과 광출력에 대한 정보를 전달받아, 투과도 선도를 보정할 수 있다. 도 7b를 참조하면, 제 2 광원(720)이 광출력 일정 모드로 작동할 때의 파장에 따른 출력값을 나타내는 그래프이다. 그래프를 참조하면, 제 2 광원(720)의 광출력이 파장에 무관하게 일정한 수치로 구동되는 작동모드임에도 불구하고, 파장에 따른 광출력이 변동되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 별도로 분광기(760)를 마련하여 제 2 광원(720)의 실제 파장별 광출력을 측정하는 것은 투과도 선도의 오차를 감소시킬 수 있다. 다만, 상술한 도 3에 따른 제 2 광원(도 3의 220 참조)의 경우에는 자체적으로 광출력 되먹임 시스템을 구비하여 광출력을 일정하기 만들 수 있다는 점에서 분광기(760)가 별도로 요구되지 않을 수 있다.
제 2 광원(720), 광차단기(750), 제 2 제어부(702)는 3차원 카메라의 투과도를 측정하기 위한 별도의 측정 장치를 구성할 수 있다. 이러한 측정 장치는 투과형 셔터를 포함하는 완성품 상태의 3차원 카메라의 성능 테스트를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 장치는 완성품 상태의 3차원 카메라의 투과도 선도를 획득하기 위해, 제 2 제어부(702)는 제 2 광원(720)과 광차단기(750)를 제어할 수 있다. 제 2 제어부(702)는 제 2 광원(720)이 파장을 가변하며 대상 3차원 카메라의 투과형 셔터에 조사되도록 구동시키고, 대상 3차원 카메라의 광원을 차단하도록 광차단기를 구동시킬 수 있다. 3차원 카메라의 투과형 셔터의 성능 테스트를 위해 3차원 카메라를 분해할 필요가 없다는 점에서 간이한 측정이 가능할 수 있다. 또한, 제 2 광원(720)을 대상 카메라의 투과형 셔터의 일부에만 조사하여 그 부분만의 투과도를 측정할 수도 있다. 따라서 투과형 셔터의 각 부분마다의 투과도가 일정한지 여부를 판단하여 투과형 셔터의 균일도를 측정할 수도 있다.
도 8은 투과형 셔터와 제 1 광원의 파장이격을 측정하는 방법을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 제 2 광원을 통한 투과형 셔터의 중심파장 측정과 제 1 광원의 파장을 각각 측정한 후 비교하여 파장이격을 측정할 수 있다.
우선 제 1 광원과 투과형 셔터가 동일 주파수로 변조되도록 구동 될 수 있다(S810). 즉, 제 1 광원에 인가되는 구동 전류의 주파수 성분과 투과형 셔터에 인가되는 역바이어스 전압의 AC 성분의 주파수 성분은 일치될 수 있다. 동일 주파수로 변조되었을 때 이미지 센서에서 측정한 광의 세기에서 위상정보를 추출할 수 있으므로, 제 1 광원과 투과형 셔터의 동일 주파수 변조는 3차원 카메라의 통상적인 구동상태에 해당하기 때문이다. 제 1 광원, 투과형 셔터가 구동상태이므로 열이 발생하고 제 1 광원과 투과형 셔터의 온도 상태가 변하여 제 1 광원의 파장과 투과형 셔터의 중심파장이 이동할 수 있다. 이때, 투과형 셔터의 위상 성분은 반드시 제 1 광원의 위상 성분과 일치될 필요는 없다.
제 1 광원에서 나온 제 1 광이 투과형 셔터에 조사되지 않도록 하기 위해 제 1 광원 전면에 광차단기를 이용하여 제 1 광을 차단하거나, 광 경로를 변형 시킬 수 있다(S811).
제 2 광원의 파장가변 범위를 설정할 수 있다(S812). 상술한 바와 같이 제 2 광원의 파장가변 범위는 투과형 셔터의 중심파장의 범위를 포함할 수 있도록 설정되어야 하며, 이를 위해 몇 차례의 시험구동이 필요할 수 있다. 또는 이미 알려진 투과형 셔터의 중심파장의 범위를 바탕으로 제 2 광원의 파장가변 범위를 설정할 수 있다. 파장가변 범위는 최소파장인 λmin과 최대파장인 λmax를 설정할 수 있다. 또한, 파장 가변에 따른 파장 변화 수치인 Δλ를 설정할 수도 있다. 또는 Δλ는 제 2 광원의 고유의 값일 수도 있다.
제 2 광원을 구동시켜, 제 2 광을 투과형 셔터에 조사할 수 있다(S813). 제 2 광은 대상체에 조사된 후 반사되어 투과형 셔터에 조사될 수도 있으며, 직접 투과형 셔터(SH)에 조사될 수도 있다.
제 2 광은 투과형 셔터를 투과하여 이미지 센서에서 세기가 측정될 수 있다(S814). 투과형 셔터의 투과도에 따라 이미지 센서에서 측정되는 광의 세기가 변화하므로, 이를 통해 투과도 선도를 작성하기 위함이다.
제 2 광의 파장 λ이 미리 설정된 제 2 광원의 최대파장 λmax과 비교한다(S815). 제 2 광의 파장 λ가 미리 설정된 제 2 광원의 최대파장 λmax보다 크다면 투과형 셔터의 투과도-선도를 작성하며(S817), 아닐 경우에는 파장을 Δλ 만큼 증가시켜(S816), 측정단계(S813, S814)를 반복할 수 있다.
제 2 광의 파장에 따른 광출력이 일정하지 않을 경우에 이를 투과형 셔터의 투과도-선도 작성시에 반영하여 보정할 수 있다(S830). 이러한 보정은 제 1 제어부에 의해 수행될 수 있다.
작성된 투과도-선도로부터 투과형 셔터의 중심 파장을 측정할 수 있다(S818).
상기 투과도-선도의 작성 과정과는 별도로 분광기를 통해 제 1 광원의 파장 값을 측정하고(S820), 이 제 1 광원의 파장값과 투과형 셔터의 중심 파장을 비교하여 파장 이격을 측정할 수 있다(S819).
도 9a내지 9c는 파장이격을 보정하기 위한 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 8의 과정을 통해 얻어진 파장 이격 수치에 따라 투과형 셔터의 중심파장 또는 제 1 광원의 파장을 조절하여 파장 이격을 보정할 수 있다. 파장 이격이 작을수록 복조효율이 높아짐은 상술한 바와 같으므로, 파장 이격이 최소화 되도록 보정할 수 있다.
도 9a를 참조하면, 제 1 광원의 구동전류를 조절하여 파장 이격을 보정할 수 있다. 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장과 일치하는지 여부를 확인한다(S910). 일치한다면 별도의 파장 이격 없이 최대의 복조효율을 얻을 수 있다. 일치하지 않는다면, 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 큰 지 여부를 확인한다(S911). 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 큰 경우에는, 제 1 광원의 구동 전류를 증가 시킬 수 있다(S912). 이를 통해 제 1 광원의 파장이 커질 수 있다(S913). 따라서, 투과형 셔터(SH)의 중심파장과의 파장 이격을 줄일 수 있다. 제 1 광원의 구동 전류가 증가되면 다시 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장과 일치하는지 여부를 확인하여(S910) 일치할 때까지 과정을 반복할 수 있다. 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 작은 경우에는, 반대로 제 1 광원의 구동 전류를 감소 시킬 수 있다(S914). 이를 통해 제 1 광원의 파장이 감소(S915)하여 파장 이격을 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 다시 처음단계(S910)으로 돌아가 파장이격이 최소가 될때까지 상기 과정을 반복할 수 있다. 이러한 제어는 제 1 제어부에 의해 수행될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 제 1 광원의 구동전류를 조절하여 파장 이격을 보정할 수 있다. 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장과 일치하는지 여부를 확인한다(S920). 일치한다면 별도의 파장 이격 없이 최대의 복조효율을 얻을 수 있다. 일치하지 않는다면, 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 큰 지 여부를 확인한다(S921). 투과형 셔터의 중심파장과 제 1 광원의 파장의 일치한다는 것의 의미는 수치적으로 완전히 동일하게 부합하는 것뿐만 아니라 일정 범위에서 부합하는 것을 포함할 수 있다. 이 단계(S921)에서 투과형 셔터의 중심파장과 제 1 광원의 파장의 일치하는 범위에 대한 허용치를 설정할 수 있다. 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 큰 경우에는, 투과형 셔터 구동 전압을 감소 시킬 수 있다(S922). 이를 통해 투과형 셔터의 중심 파장이 작아질 수 있다(S923). 따라서, 투과형 셔터(SH)의 중심파장과의 파장 이격을 줄일 수 있다. 투과형 셔터의 구동 전압이 감소되면 다시 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장과 일치하는지 여부를 확인하여(S920), 투과형 셔터의 중심파장이 제 1 광원의 파장과 일치할 때까지 과정을 반복할 수 있다. 중심파장이 제 1 광원의 파장보다 작은 경우에는, 반대로 투과형 셔터의 구동 전압을 증가 시킬 수 있다(S924). 이를 통해 투과형 셔터의 중심 파장이 증가(S925)하여 파장 이격을 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 다시 처음단계(S920)으로 돌아가 파장이격이 최소가 될때까지 상기 과정을 반복할 수 있다.
도 9a를 참조하여 설명한 방법과 도 9b를 참조하여 설명한 방법을 분리하여 서술하였으나, 실제로는 도 9a를 참조하여 설명한 방법과 도 9b를 참조하여 설명한 방법을 혼합하여 사용할 수 있으며 반드시 한 가지 방법에 한정되는 것은 아니다. 다만 9b를 참조하여 설명한 방법에 있어서는 투과형 셔터의 AC 구동전압이 투과형 셔터의 작동에 영향이 없을 정도의 범위를 유지하여야 함은 상술한 바와 같다.
도 9c를 참조하면, 투과형 셔터, 제 1 광원의 온도에 따른 파장의 변화를 확인할 수 있다. 투과형 셔터와 제 1 광원의 파장이 일치할 때에 최대 복조효율을 얻을 수 있으며, 그렇지 않을 때는 제 1 광원의 구동 전류와 투과형 셔터의 AC 구동전압 중 적어도 어느 하나를 조절하여 파장 이격을 조절할 수 있다. 온도 30℃ 일 때는 투과형 셔터와 제 1 광원의 파장이 942 nm 로 일치하는 것을 볼 수 있다. 따라서, 구동을 시작한 단계에서는 최대 복조효율을 얻을 수 있다. 그러나 구동에 의한 발열로 온도가 올라가면 투과형 셔터의 온도에 따른 중심파장의 변화는 0.135 nm / ℃, 제 1 광원의 온도에 따른 파장의 변화는 0.31 nm / ℃ 이므로, 파장에 이격이 발생하여 복조효율이 감소할 수 있다. 따라서, 제 1 광원, 투과형 셔터 중 적어도 어느 하나의 구동 전류(또는 전압)을 조절하여 파장 이격을 감소시킬 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 3차원 카메라 및 투과도 측정방법에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
110 : 제 1 광원
120 : 제 2 광원
111 : 제 1 광
112 : 제 2 광
130 : 투과형 셔터
140 : 이미지 센서
180 : 대상체
190 : 차단막
250 : 광차단기
701 : 제 1 제어부
702 : 제 2 제어부

Claims (21)

  1. 대상체에 제 1 광을 조사하기 위한 제 1 광원;
    상기 대상체로부터의 반사광을 변조시키는 투과형 셔터;
    상기 투과형 셔터를 투과한 광을 센싱하는 이미지 센서;
    상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되게 배치되며, 제 2 광을 조사하며, 상기 제 2 광의 파장을 가변하는 제 2 광원;
    상기 제 2 광원이 구동될 때 상기 제 1 광을 차단하도록 상기 제 1 광원의 전면에 위치하는 광차단기;
    상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터를 제어하는 제 1 제어부; 및
    상기 제 2 광원의 파장과 광출력을 제어하는 제 2 제어부;를 포함하되,
    상기 제 2 제어부는 상기 제 1 제어부에서 송신되는 신호에 따라 상기 제 2 광의 파장과 광출력을 제어하는 3차원 카메라.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광원은 파장에 따른 광출력이 일정한 3차원 카메라.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 광원은 광을 출력하는 광출력부, 일 끝단이 상기 광출력부와 연결되어 광을 전송하는 광섬유, 광의 세기를 조절하는 광제어부, 상기 광섬유를 통해 전송되는 광의 일부를 상기 광제어부로 되먹임하는 포토다이오드를 더 포함하는 3차원 카메라.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광원의 파장에 따른 광출력을 측정하고, 상기 광출력에 대한 정보를 상기 제 1 제어부로 송신하는 분광기를 더 포함하는 3차원 카메라.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광을 상기 제 1 광과 동일한 위치에서 조사되도록 얼라인 하는 빔 스플리터를 더 포함하는 3차원 카메라.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 2 광원의 광을 확대 조사하는 빔 확장기를 더 포함하는 3차원 카메라.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광의 파장을 측정하는 분광기를 더 포함하는 3차원 카메라.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 셔터는 PIN 다이오드형, Pockel 효과를 이용한 전기광학형, Kerr 효과를 이용한 전기광학형 중 어느 하나인 3차원 카메라.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 광원은 측면 발광 레이저, 수직캐비티 표면 광방출 레이저, 및 분포궤환형 레이저 중 어느 하나인 3차원 카메라.
  13. 3차원 카메라의 이미지 센서와 광원 사이에 위치되는 투과형 셔터에 광을 조사하며, 상기 광을 가변할 수 있으며, 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되는 가변광원;
    상기 가변광원이 구동될 때 상기 3차원 카메라의 상기 광원으로부터 상기 투과형 셔터로 조사되는 광을 차단할 수 있는 광차단기; 및
    상기 가변광원의 광의 파장과 광출력을 제어하는 제2제어부;
    상기 3차원 카메라의 상기 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터를 제어하는 제 1 제어부;를 포함하고
    상기 제 2 제어부는 상기 제 1 제어부에서 송신되는 신호에 따라 상기 가변광원의 광의 파장과 광출력을 제어하는 3차원 카메라 투과도 측정장치.
  14. 제 13항에 있어,
    상기 가변광원의 상기 광의 경로를 조절하기 위한 광학 장치부;를 더 포함하는 3차원 카메라 투과도 측정장치.
  15. 제 14항에 있어,
    상기 광학 장치부는 상기 가변 광원의 상기 광을 전송하는 광섬유와 상기 광섬유의 일단에 위치하는 빔 확장기를 더 포함하는 3차원 카메라 투과도 측정장치.
  16. 대상체에 제 1 광을 조사하기 위한 제 1 광원; 상기 대상체로부터의 반사광을 변조시키는 투과형 셔터; 상기 투과형 셔터를 투과한 광을 센싱하는 이미지 센서; 및 상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터로부터 열적 영향을 받지 않도록 이격되게 배치되며, 상기 대상체에 제 2 광을 조사하며, 상기 제 2 광의 파장을 가변할 수 있는 제 2 광원; 상기 제 2 광원이 구동될 때 상기 제 1 광을 차단하도록 상기 제 1 광원의 전면에 위치하는 광차단기; 상기 제 1 광원, 상기 이미지 센서 및 상기 투과형 셔터를 제어하는 제 1 제어부; 및 상기 제 2 광원의 파장과 광출력을 제어하는 제 2 제어부;를 포함하는 3차원 카메라 시스템의 동작방법에 있어서,
    상기 제 1 광원부와 상기 투과형 셔터를 동일 주파수로 구동하는 단계;
    상기 제 1 광원부가 구동중인 상태에서 상기 제 1 광원부의 상기 제 1 광을 차단하는 단계;
    상기 제 2 광을 상기 투과형 셔터에 조사하는 단계; 및
    상기 투과형 셔터를 통과하여, 상기 이미지 센서에 도달하는 상기 제 2 광의 세기를 측정하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 제어부는 상기 제 1 제어부에서 송신되는 신호에 따라 상기 제 2 광의 파장과 광출력을 제어하는 투과도 측정방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 광의 파장을 가변하는 단계; 및
    상기 이미지 센서에 도달하는 상기 제 2 광의 세기가 최대일 때의 상기 투과형 셔터의 중심파장을 획득하는 단계;를 포함하는 투과도 측정방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 투과형 셔터의 중심파장과 상기 제 1 광의 파장 간의 이격을 보정하는 단계;를 포함하는 투과도 측정방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 이격을 보정하는 단계는,
    상기 제 1 광원의 구동 전류를 조절하여, 상기 제 1 광의 파장을 상기 투과형 셔터의 중심파장과 일치시키는 단계;를 포함하는 투과도 측정방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 이격을 보정하는 단계는,
    상기 투과형 셔터의 구동 전압을 조절하여, 상기 투과형 셔터의 중심파장을 상기 제 1 광의 파장과 일치시키는 단계;를 포함하는 투과도 측정방법.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 대상체의 다수의 영상지점으로부터, 상기 이미지 센서의 다수의 부분으로 도달하는 상기 제 2 광의 세기를 비교하여 상기 투과형 셔터의 위치에 따른 균일도를 측정하는 단계;를 포함하는 투과도 측정방법.
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