KR20080006833A - 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

유체렌즈를 이용하여 구조물의 변위 상태를 측정하는 변위측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하고, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤하는 렌즈부를 구비한 촬영 장치 및 상기 촬영장치에 의해 자동으로 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 감지 및 처리부를 포함하고, 상기 렌즈부는 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 구비하는 구성을 마련한다.

상기와 같은 는 변위측정 시스템 및 그 방법을 이용하는 것에 의해, 유체렌즈 특유의 빠른 대응 속도로 변위를 측정할 수 있다.

유체렌즈, 변위, 전압제어, 측정, 조절

Description

유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법{Displacement measuring system for using microfluidic lens and method thereof}

도 1은 광학계를 이용한 종래의 변위측정장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래의 레이저를 이용한 변위 측정 시스템의 블록도,

도 3은 액체 렌즈의 전극에 낮은 전압이 공급된 경우의 셀 내의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면,

도 4는 액체 렌즈의 전극에 중간 전압이 공급된 경우의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면,

도 5는 액체 렌즈의 전극에 높은 전압이 공급된 경우의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 유체렌즈를 구비한 변위 측정 시스템의 블록도,

도 7은 도 6에 도시된 변위 측정 시스템의 동작을 설명하는 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

310 : 촬영 장치 모듈부 311 : 렌즈부

312 : 감지부 320 ; 전압 제어부

330 : 모니터 340 : 모니터 조작부

본 발명은 광학계를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 유체렌즈를 이용하여 구조물의 변위 상태를 측정하는 변위측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 변위 측정장치는 가공 및 측정기기의 직선 또는 각도 변위를 측정하는 장치로서, 특히 가공 및 측정 기기의 변위 측정은 생산 제품의 신뢰성 등에 큰 영향을 미치므로 측정 분해능 및 정밀도가 높아야 한다.

또한 다리, 터널, 건물 등의 구조물의 안전진단을 위해서는 통상 구조물과 일체로 변위가 일어나는 변위감지 센서를 구조물에 설치하고, 변위감지센서로부터 출력되는 신호를 분석하는 변위분석시스템으로 이루어지는 계측기를 사용한다.

그러나, 이러한 변위 분석시스템에 사용되는 스트레인 게이지, 로드셀, 변위변환기같은 변위감지센서를 구조물에 직접설치하여야 하기 때문에 통상 콘크리트 구조물에 감지센서 삽입공을 형성하고, 감지센서를 매설하여야 하기 때문에 설치작업이 매우 어렵다. 더욱이, 측정장소가 다수일 때에는 여러 장소에 감지센서를 매설하여야 하기 때문에 작업이 복잡하게 된다.

또한, 이러한 종래의 변위 분석시스템은 변위감지센서와 분석시스템까지 통상 유선으로 연결되어 있어 분석시스템의 설치장소에 제한을 받게 되고, 분석시스템과 감지센서의 거리가 많이 떨어진 경우에는 노이즈 등에 의하여 정확한 분석이 이루어지지 않는 경우가 발생하게 된다.

이러한 변위 측정을 위해서는 통상 광학적인 특성이나 레이저의 특성을 이용하여 변위를 측정하였다.

도 1은 광학계를 이용한 종래의 변위측정장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 구조에서, 입사하는 광은 하프 미러(11)를 이용하여 광a와 광 b로 분리되고, 광a 및 광b는 각각 두 개의 거울(13, 15)을 이용하여 회절 격자(17)에 입사되고 회절되어 회절광 a' 및 b'을 발생시킨다. 이때, 광b는 λ/4 파장플레이트(16)를 통과하여 광 b의 위상을 90도 지연시킨다. 이렇게 회절된 회절광 a' 및 b'은 합쳐져 간섭광이 만들어지며, 회절광 a'와 b'간은 위상차 90도를 갖게 되며 회절격자(17)의 변위에 따라 명암변화가 발생한다.

따라서, 이러한 합쳐진 회절광 a' 및 b'의 명암변화를 측정하여 회절격자의 변위를 측정한다. 간섭광의 명암 변화의 측정은 먼저 간섭광을 거울(19)을 통하여 편광 빔 스플리터(21)에 입사시켜 간섭광을 두 개의 편광 성분으로 분해한 후, 이를 각각 광검출기(23, 25)에 의하여 검출함으로써 수행한다.

또한 대한민국 공개특허공보 2005-0030067호 (2005년 03월 29일 공개)에는 레이저를 이용한 변위 측정 시스템의 블록도인 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라(120)가 제어부(140)의 제어에 따라서 일정 주기로 반사판에 대하여 촬상을 하게되고, 촬상된 상의 이미지는 CCD소자에 의하여 전기적 신호로 변환되어 카메라 데이터 처리부(121)에 입력되어 반사판의 위치에 대한 좌표 인식이 이루어지는 구성 에 대해 개시되어 있다. 즉, 카메라 데이터 처리부(121)에서는 평면 좌표 상에서 반사판으로 반사된 이미지가 가장 큰 값의 전기적 신호로 나타나기 때문에 전기적 신호의 최대값의 위치를 결정함으로써 반사판의 좌표를 추출하고, 한 주기 경과 후에 반사판의 좌표를 재추출하고 이들 좌표간의 차이를 추출함으로써 종 방향의 변위를 얻는 것이다. 또한, 제어부(140)의 제어에 따라서 일정주기로 레이저 장치(110)로부터 레이저가 반사판(2)에 조사되고, 반사판(2)으로부터 반사된 레이저는 레이저 장치(110)의 수광부에 수광되어 CCD소자에 의하여 전기적 신호로 변환되어 레이저 상 데이터 처리부(111)에 입력되어 반사판과 감지기의 거리를 산출하며, 레이저상 데이터 처리부(111)에서는 레이저 장치(110)로부터 레이저가 조사되는 시점을 인식하고, 반사판으로 반사되어 수광부에 수광되는 시점을 인식하여 수광부에 수광되는 시점과 조사되는 시점의 차를 계산하고, 이들의 시점의 차에 광속도를 곱하여 반사판과 감지기간의 왕복거리를 산출하고, 다음 주기에 동일방식으로 왕복거리를 산출하고, 이들 간의 오차가 발생한 경우에 이를 횡방향의 변위로 산출한다.

또, 제어부(140)에는 조명장치(130)가 연결되어져 조도가 일정기준 이하인 경우에는 광을 조사한다. 이때, 카메라(120)가 적외선 카메라인 경우에는 조명장치(130) 또한 적외선을 조사하게 된다. 또한, 제어부(140)에는 그래프 생성부(150)가 연결되고, 그래프 생성부(150)에서는 카메라 데이터 처리부(121)에서 산출된 좌표를 시간경과에 따라서 표시하는 그래프와 레이저상 데이터 처리부(111)에서 산출된 반사판(2)의 거리를 시간경과에 따라서 표시하는 그래프 생성부(150)가 연결되며, 모니터(160)에는 그래프 생성부(150)에서 생성된 그래프가 표시된다.

또한, 제어부(140)에는 저장부(170)가 연결되며, 저장부(170)에는 카메라 데이터 처리부(121)에서 생성된 데이터와 레이져상 데이터 처리부(111)에서 생성된 데이터들이 저장된다. 또한, 제어부(140)에는 인터페이스부(180)을 통하여 LAN, 인터넷등의 통신망에 접속되어 원격지에 데이터를 전송할 수 있는 구성에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상술한 문헌 등에 개시된 기술에 있어서, 광학계를 사용한 변위측정장치는 광을 50대 50으로 나누기가 어렵고 더욱이 광축 정렬이 어렵고 광학계 구성이 복잡한 단점이 있으며. 편광 빔 스플리터와 같은 고가의 부품이 사용되는 단점이 있었다.

또한 레이저의 반사를 이용한 종래의 변위 측정 센서는 레이저의 발광부와 입사부가 나뉘어 있으므로 대상의 형태에 따라 측정물의 에지(Edge) 등에서 측정이 어렵게 되며, 레이저, 초음파 등의 기존 비접촉 변위 측정 방법은 측정 대상의 특성이나 거리 등에 따라 사용에 제약을 받는다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 전압의 변화로 A/F(Auto Focusing)이 가능한 유체렌즈를 역이용하여 변위를 측정할 수 있는 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 필요에 따라 전압을 수동으로 조절하여 모니터의 화면을 보면서 변위를 측정할 수 있는 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템은 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하고, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤하는 렌즈부를 구비한 촬영 장치 및 상기 촬영장치에 의해 자동으로 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 감지 및 처리부를 포함하고, 상기 렌즈부는 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부를 더 포함하고, 상기 전압 제어부에서 조절된 전압에 따라 상기 계면부의 곡률 반경이 조절되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤 상태를 확인하는 모니터를 더 포함하고, 상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 소정의 전압에 따라 자동으로 초점이 맞추어지는 거리 데이터를 저장하는 저장수단을 더 포함하고, 상기 감지 및 처리부는 상기 저장수단에 저장된 데이터를 기준으로 하여 상기 구조물에 관한 거리를 산출하여 상기 모니터에 표시하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 시스템에 있어서, 상기 구조물에 관한 거리는 상기 촬영 장치와 상기 구조물과의 이격된 거리 또는 상기 구조물 내부 사이의 이격된 거리인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템은 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하고, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 초점 맞춤하는 렌즈부를 구비한 촬영 장치, 상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부, 상기 소정의 전압에 따라 초점 맞춤 상태를 확인하는 모니터 및 상기 촬영 장치에 의해 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 감지 및 처리부를 포함하고, 상기 렌즈부는 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 구비하고, 상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것에 의해 상기 계면부의 곡률 반경이 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 방법은 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 갖는 촬영 장치로 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하는 촬영단계, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 초점 맞춤하는 초점 맞춤 단계, 모니터를 통해 초점 맞춤 상태를 확인하는 확인 단계 및 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 산출단계를 포함하고, 상기 초점 맞춤 단계는 상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 방법에 있어서, 상기 확인 단계는 상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것에 의해 상기 계면부의 곡률 반경이 조절하는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 방법에 있어서, 상기 산출단계는 저장수단에 저장된 데이터를 기준으로 하여 상기 구조물에 관한 거리를 산출하여 상기 모니터에 표시하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 변위 측정 방법에 있어서, 상기 구조물에 관한 거리는 상기 촬영 장치와 상기 구조물과의 이격된 거리 또는 상기 구조물 내부 사이의 이격된 거리인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

먼저 본 발명에 사용되는 유체 렌즈의 개념에 대해 도 3 내지 도 5에 따라 설명한다.

도 3은 액체 렌즈의 전극에 낮은 전압이 공급된 경우의 셀 내의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면이고, 도 4는 액체 렌즈의 전극에 중간 전압이 공급된 경우의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면이며, 도 5는 액체 렌즈의 전극에 높은 전압이 공급된 경우의 메니스커스의 곡률을 도시한 도면이다.

메니스커스(meniscus)란 유리와 물처럼 액체가 관벽에 강하게 부착되는 경우에는 액면이 오목해지고, 수은처럼 관벽을 적시지 않을 때에는 액면이 볼록해져 만 곡되는 형상으로서, 광학계에서는 오목볼록렌즈 또는 볼록오목렌즈의 형태를 가진 단(單) 렌즈를 메니스커스렌즈(메니스커스볼록렌즈, 메니스커스오목렌즈)라고 한다.

계면부가 메니스커스(meniscus)의 형상을 갖는 유체렌즈 장치는 상이한 굴절 지수를 갖고, 이 장치의 전극으로 인가된 전압은 메니스커스에 의해 형성된 굴절 표면의 곡률을 변경시켜서 렌즈 전력을 변경시킨다. 이러한 유체렌즈 장치의 원리는 2개의 독립적으로 작동되는 메니스커스 중 하나와 결합된 전극에 공급된 전압을 조절함으로써 줌 렌즈의 초점 거리를 변경시킨다.

또 유체 렌즈 시스템은 렌즈 요소의 이동을 허용하기 위한 공간을 남겨둘 필요가 없어 축 방향 치수가 감소되며, 모터 구동식 렌즈 요소를 더 이상 필요로 하지 않기 때문에, 매우 신속한 주밍 및 포커싱이 실현될 수 있고, 주밍 및 포커싱을 위한 전력이 감소되므로, 배터리 전력 공급식에 적합하다.

도 3 및 도 5는 이러한 유체렌즈의 단면도이다. 이 렌즈는 2개의 유체를 수용하는 유체 챔버(5)를 형성하도록 투명 전면 판(4) 및 투명 후면 판(6)에 의해 밀봉되고, 모세관을 형성하는 원통형의 제1 전극(2)을 포함한다. 제1 전극(2)은 튜브(7)의 내벽 상에 도포된 전도 코팅(6)이 사용된다.

본 발명 사용되는 2가지 유체는 실리콘 오일(silicon oil) 또는 알칸(alkane) 등의 전기적 절연성 제1 액체(A)와 수성 식염수 등의 전기적 전도성 제 2 액체(B)의 형태로서 비혼합성 액체로 이루어진다. 즉, 2가지 액체가 동일한 밀 도를 갖도록 배치되어 렌즈는 배향에 관계없이, 2가지 액체 사이에서 중력 영향에 관계없이 작용한다. 이것은 제1 액체 성분의 적절한 선택, 예를 들어 알칸 또는 실리콘 오일이 분자 성분의 추가에 의해 변형시켜 식염수의 밀도와 일치하도록 밀도를 증대시킬 수 있다.

또 오일의 선택에 따라서, 오일의 굴절 지수는 1.25 내지 1.60 사이에서 변경되거나. 추가되는 염의 양에 따라 식염수는 1.22 내지 1.48 사이의 굴절 지수로 변경될 수 있다. 본 발명에서의 액체는 제1 액체(A)가 제2 액체(B)보다 높은 굴절 지수를 갖도록 선택된다.

또한 제1 전극(2)은 전형적으로 1㎜ 내지 2㎜ 사이의 내경을 갖는 실린더를 사용하고, 제1 전극(2)은 금속 재료로 형성되고 파릴렌(parylene) 등의 절연층(8)으로 도포된다. 통상 절연층은 50㎚ 내지 100㎛ 사이의 두께로 형성된다.

이 절연층(8)은 유체 챔버의 원통형 벽을 갖는 메니스커스의 접촉 각도에 있어서 이력 현상(hysteresis)을 감소시키는 유체 접촉층(10)으로 피복되고, 유체 접촉층(10)은 5㎚ 내지 50㎛ 사이의 두께로 형성된다. 제2 유체(B)에 의한 유체 접촉층(10)의 가용성은 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않는 경우 접촉층(10)을 갖는 메니스커스(14)의 교점의 양쪽 측부상에 거의 동일하다.

환형의 제2 전극(12)은 후방 요소(6)에 인접한 경우에 있어서 유체 챔버의 일 단부에 배치되며, 제2 전극의 일부분은 제2 유체(B)에 작용하도록 유체 챔버 내에 배치된다.

2가지 유체(A, B)는 비혼합적이어서 그 사이에 메니스커스(14)를 갖는 2가지 유체 부분으로 나뉘어지며, 제1 및 제2 전극(2, 12) 사이에 전압이 안가되지 않는 경우, 유체 접촉층은 제2 유체(B)보다 제1 유체(A)에 대해 높은 가용성을 갖는다. 제2 유체(B)에 의한 가용성이 제1 전극(2)과 제2 전극(12) 사이의 전압 인가에 대해 변경되어서, 3상 라인(three-phase line)에서 메니스커스의 접촉 각도를 변화시키며, 이 3상 라인은 유체 접촉층(10)과 2가지 액체(A, B) 사이의 접촉 라인이다. 따라서 유체렌즈 장치의 메니스커스가 중공인 경우 오목 렌즈로 된다.

도 3을 참조하면, 낮은 전압, 예를 들어 0V 내지 20V가 전극 사이에 인가되는 경우, 메니스커스는 제1 오목 메니스커스 형상으로서, 메니스커스와 유체 접촉층(10) 사이의 초기 접촉 각도(θ1)는 대략 140°이다. 제1 유체(A)가 제2 유체(B)보다 높은 굴절 지수를 갖기 때문에, 유체 렌즈를 통과하는 시준된 빔(collimated beam)(b)은 강하게 분기된다.

메니스커스 형상의 오목한 상태를 감소시키기 위해, 제1 및 제2 전극 사이에 보다 높은 전압이 인가되면, 즉 도 4에 도시된 바와 같이, 절연층(8)의 두께에 따라서 중간 전압(V2), 예를 들어 20V 내지 150V가 전극 사이에 인가되는 경우, 이 메니스커스는 도 3에서의 메니스커스에 비해 증대된 곡률반경을 갖는 제2 오목 메니스커스 형상으로 된다. 도 4에 있어서는 제1 유체(A)와 유체 접촉층(10) 사이의 중간 접촉 각도(θ2)는 대략 100°이다. 제1 유체(A)가 제2 유체(B)보다 높은 굴절 지수를 갖기 때문에, 유체렌즈를 통과하는 시준된 빔(b)은 약하게 분기된다.

또한 오목 메니스커스 형상을 제조하기 위해서, 더욱 높은 전압을 제1 및 제2 전극 사이에 인가하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 즉 상대적으로 높은 전 압(V3)으로서 150 내지 200V가 전극 사이에 인가되는 경우, 메니스커스는 볼록 형상이고, 제1 유체(A)와 접촉층(10) 사이의 최대 접촉 각도(θ3)는 대략 60°이다. 제1 유체(A)가 제2 유체(B)보다 높은 굴절 지수를 갖기 때문에, 시준된 빔(b)은 수렴된 빔으로 된다.

따라서, 도 3 내지 도 5의 구성에서 알 수 있는 바와 같이, 유체 렌즈를 포함하는 장치는 전압의 변동에 따라 메니스커스의 형상이 조절되므로, 측정 대상물과의 거리변화에 대응하여 자동 초점맞춤(A/F) 되는 전압을 검출하는 것에 의해 측정 대상물의 변위를 측정할 수 있다

이하, 본 발명의 실시예를 도 6에 따라서 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 유체렌즈를 구비한 변위 측정 시스템의 블록도이다.

도 6에 있어서, (200)은 가공 및 측정 기기 또는 다리, 터널, 건물 등의 측정 대상 물체인 구조물이고, (310)은 측정 대상 물체인 구조물(200)을 촬영하고, 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤하는 렌즈부 등을 구비한 변위측정 모듈부이다.

즉 변위 측정 모듈부(310)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유체와 제2 유체 및 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈, 유체렌즈에 전압을 공급하는 전원부를 구비한 촬영장치(311) 및 촬영장치(311)에 의해 촬영된 화상을 감지하여 처리하는 감지 및 처리부(312)를 구비한다.

또한 감지 및 처리부(312)는 촬영장치(311)에 의해 자동으로 초점이 맞추어 진 화상을 감지하는 센서 수단, 이 센서 수단에서 감지된 화상에 따라 변위 측정 모듈부(310)와 구조물(200)과의 이격된 거리 또는 구조물(200) 내부 사이의 이격된 거리를 산출하는 변위 산출 수단, 변위 측정 모듈부(310)와 구조물(200)과의 사이에서 초점이 맞추어지는 거리 데이터 및 전원부에서 공급된 소정의 전압에 따라 자동으로 초점이 맞추어지는 거리 데이터 등을 저장하는 메모리를 구비한다.

또 도 6에 있어서, (320)은 유체렌즈에 상기 소정의 전압을 인가하여 계면부의 곡률 반경을 조절하는 전압 제어부이고, (330)은 전압 제어부(320)에서 인가된 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤 상태를 확인하는 모니터이다.

따라서 사용자가 측정 대상 물체인 구조물(200)의 변위 상태를 측정하고자 하는 경우, 모니터(340)를 통해 전압 제어부(320)로 소정의 전압을 조절하고, 변위 산출 수단은 메모리에 저장된 데이터를 기준으로 하여 변위 측정 모듈부(310)와 구조물(200)과의 이격된 거리 또는 구조물(200) 내부 사이의 이격된 거리를 산출하여 모니터(330)에 표시하게 한다. 즉, 본 발명에 따른 변위 측정 시스템은 통상의 도로 측량에서 본 발명에 따른 변위 측정 모듈부(310)와 측량 대사인 구조물과의 이격된 거리를 정밀하게 측정하여 산출하고, 가공 및 측정기기의 직선 또는 각도 변위의 측정에서 측정기기인 구조물 내부 사이에서 원하는 이격된 거리를 산출하여 모니터(330)에 표시하게 한다.

또 도 6에서 (340)은 모니터(330)에 필요한 데이터의 표시 조건 등을 설정하기 위한 모니터 조작부이다. 이 모니터 조작부(340)는 통상의 키보드 또는 마우스 등으로 이루어지고, 필요에 따라 전압제어부(320)의 전압제어를 위해 사용될 수도 있다.

다음에 도 6에 도시된 변위 측정 시스템에 따라 측정 대상 물체인 구조물의 변위를 측정하는 방법에 대해 도 7에 따라 설명한다.

도 7은 도 6에 도시된 변위 측정 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.

먼저, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유체와 제2 유체 및 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 갖는 촬영 장치(311)와 감지 및 처리부(312)를 구비한 변위 측정 모듈부(310)를 마련하고, 이 변위 측정 모듈부(310)로 측정 대상 물체인 구조물(200)을 촬영한다(S10).

변위 측정 모듈부(310)로 촬영된 화상은 촬영장치(311)에 의해 자동으로 초점 맞춤된다(S20). 촬영 장치(311)에 의해 초점이 맞추어지는 경우 메모리에 저장된 데이터를 기준으로 하여 구조물에 관한 거리가 산출된다.

예를 들어 변위 측정 모듈부(310)와 구조물(200)과의 이격된 거리는 1V일 경우 5M, 5V일 경우 10M, 10V일 경우 50M 등과 같이 소정의 전압에 비례하여 유체렌즈의 계면부의 곡률 반경이 비례하는 관계에 의해 설정된 값으로 측정되어 모니터(330) 등에 표시된다(S50).

이 때 초점 맞춤의 상태는 모니터(330) 등을 통해 초점 맞춤 상태를 확인할 수 도 있다(S30).

즉, 메모리에 저장된 소정의 전압에 비례하여 유체렌즈의 계면부의 곡률 반경이 비례하는 관계가 아닌 경우로서 미세한 전압 변화로 거리를 측정하는 경우, 전압 제어부(320)을 통해 유체렌즈에 인가하는 전압을 조절한다(S40).

전압 제어부(320)을 통해 유체렌즈에 인가하는 전압에 따라 촬영된 화상의 초점이 맞추어지는 경우, 메모리에 미리 저장된 데이터를 기준으로 하여 구조물(200)에 관한 거리가 산출되어 모니터(330)에 표시된다(S50).

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기 실시예에 있어서는 메모리에 저장된 데이터를 기준으로 하여 구조물에 관한 거리를 산출하여 모니터에 표시하는 방법에 대해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 측정된 변위 데이터를 기준으로 하여 메모리에 저장된 값을 갱신하여 변위를 측정할 수 있음은 물론이다.

또한 상기 실시예에 있어서는 측정 대상 물체인 구조물이 고정된 기기에 관해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이동하는 물체의 변위를 측정할 수 있음은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법에 의하면, 유체렌즈의 곡률반경을 조절하여 자동 초점 맞춤(A/F : Auto Focusing) 기능을 수행하는 것을 이용하고 측정 대상과의 거리변화에 대응하는 전압에 따라 변위 측정하므로, 유체렌즈 특유의 빠른 대응 속도(약 0.02sec)로 변위를 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법에 의하면, 간단한 구조로 효율적인 변위측정센서 구현 가능하고, 필요에 따라 시각적인 화면을 통해 측정 대상을 보면서 전압을 수동으로 조절하여 변위를 측정할 수 있으므로, 측정 대상의 종류에 한정되지 않는다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 유체렌즈를 이용한 변위측정 시스템 및 그 방법에 의하면, 변위측정 시스템을 소형으로 제조할 수 있고 실질적으로 적은 전력으로 동작 가능하므로, 변위측정의 대상 또는 측정 위치에 한정되지 않는다는 효과도 얻어진다

Claims (11)

1. 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하고, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤하는 렌즈부를 구비한 촬영 장치 및

   상기 촬영장치에 의해 자동으로 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 감지 및 처리부를 포함하고,

   상기 렌즈부는 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부를 더 포함하고,

   상기 전압 제어부에서 조절된 전압에 따라 상기 계면부의 곡률 반경이 조절되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 소정의 전압에 따라 자동 초점 맞춤 상태를 확인하는 모니터를 더 포함하고,

   상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 소정의 전압에 따라 자동으로 초점이 맞추어지는 거리 데이터를 저장하는 저장수단을 더 포함하고,

   상기 감지 및 처리부는 상기 저장수단에 저장된 데이터를 기준으로 하여 상기 구조물에 관한 거리를 산출하여 상기 모니터에 표시하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구조물에 관한 거리는 상기 촬영 장치와 상기 구조물과의 이격된 거리 또는 상기 구조물 내부 사이의 이격된 거리인 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
6. 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하고, 상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 초점 맞춤하는 렌즈부를 구비한 촬영 장치,

   상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부,

   상기 소정의 전압에 따라 초점 맞춤 상태를 확인하는 모니터 및

   상기 촬영 장치에 의해 초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 감지 및 처리부를 포함하고,

   상기 렌즈부는 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 구비하고,

   상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것에 의해 상기 계면부의 곡률 반경이 조절되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 소정의 전압에 따라 자동으로 초점이 맞추어지는 거리 데이터를 저장하는 저장수단을 더 포함하고,

   상기 감지 및 처리부는 상기 저장수단에 저장된 데이터를 기준으로 하여 상기 구조물에 관한 거리를 산출하여 상기 모니터에 표시하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 시스템.
8. 제1 유체와 제2 유체 및 상기 제1 유체와 제 2 유체의 계면부를 갖는 유체렌즈를 갖는 촬영 장치로 측정 대상 물체인 구조물을 촬영하는 촬영단계,

   상기 촬영된 화상을 소정의 전압에 따라 초점 맞춤하는 초점 맞춤 단계,

   모니터를 통해 초점 맞춤 상태를 확인하는 확인 단계 및

   초점이 맞추어진 화상에 따라 상기 구조물에 관한 거리를 산출하는 산출단계를 포함하고,

   상기 초점 맞춤 단계는 상기 소정의 전압을 인가하는 전압 제어부에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 확인 단계는 상기 모니터를 통해 상기 전압 제어부로 상기 소정의 전압을 조절하는 것에 의해 상기 계면부의 곡률 반경이 조절하는 것에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 변위 측정 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 산출단계는 저장수단에 저장된 데이터를 기준으로 하여 상기 구조물에 관한 거리를 산출하여 상기 모니터에 표시하는 것을 특징으로 하는 변위 측정 방법.
11. 제 8항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 구조물에 관한 거리는 상기 촬영 장치와 상기 구조물과의 이격된 거리 또는 상기 구조물 내부 사이의 이격된 거리인 것을 특징으로 하는 변위 측정 방법.

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