KR20090055989A - High speed optical monitoring system using a rotatable mirror - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 고속 광학관측 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동일한 초점 공간 평면에 배열된 적어도 하나 이상의 피사체를 고속으로 선명하게 관측할 수 있는 고속 광학관측 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high speed optical observation system, and more particularly, to a high speed optical observation system capable of observing at least one or more subjects arranged in the same focal space plane at high speed clearly.
종래 다수의 피사체를 관측하기 위한 피사체 관측 장치(101)는 대한민국 특허출원 10-2005-0092641 및 PCT/US2006/015607 등에 개시되고 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 피사체 관측용 카메라(120)가 적어도 하나의 이동스테이지(130)에 장착되어 X방향 및/또는 Y방향으로 이동하면서 순차적으로 동일 초점 평면(F)에 존재하는 피사체(110)들을 관측하도록 구성되어 있었다. Conventionally, the
또는, 관측 대상인 피사체(110)들이 동일 피사체소스(111)로부터 발생할 경우에는 카메라(120)는 고정된 상태에서 피사체소스(111)가 피사체소스지지부(112)와 함께, 적어도 하나의 이동스테이지(131)에 의해 X방향 및/또는 Y방향으로 이동 하여 카메라(120)가 관측하고자 하는 개별적인 피사체(110)들을 순차적으로 관측할 수 있도록 구성되어 있었다. Alternatively, when the
한편으로는 카메라(120)와 피사체(110)들이 각각 카메라에 대한 이동스테이지(130)와 피사체소스(111) 및 피사체소스지지부(112)에 대한 이동스테이지(131) 모두가 상호 이동하면서 피사체(110)들이 카메라(120)에 의해 순차적으로 관측되도록 구성될 수 있었다.On the other hand, the
그런데, 이러한 종래의 피사체 관측 장치에 있어서는 이동스테이지를 이용하여 카메라 및/또는 피사체들을 이동시켜가면서 피사체를 관측하기 때문에, 이동스테이지의 이동거리에 따른 소요시간만큼 관측 시간이 저하되어 고속 관측이 어려운 문제점이 있었다. However, in the conventional subject observing apparatus, since the subject is observed while the camera and / or subjects are moved by using the moving stage, the observation time is reduced by the required time according to the moving distance of the moving stage, so that high-speed observation is difficult. There was this.
특히, 다수의 피사체들을 주기적으로 관측하기 위해서는 이동스테이지를 X방향 및/또는 Y방향으로 반복하여 왕복 운동 시켜야 하기 때문에, 이동스테이지와 이동 시켜야 할 대상물인 카메라 혹은 피사체의 관성력으로 인해 고속으로 무진동 왕복 운동시키는 것이 현실적으로 용이하지 않은 문제점이 있다. 이에 의해, 카메라에서 관측되는 피사체들의 이미지가 흔들리는 문제점과, 고속으로 관측하지 못하는 문제점이 발생하였다. In particular, since the moving stage must be repeatedly reciprocated in the X direction and / or the Y direction in order to periodically observe a plurality of subjects, the vibrationless reciprocating motion is performed at high speed due to the inertial force of the moving stage and the camera or the object to be moved. There is a problem that it is not easy to make it realistically. As a result, a problem of shaking an image of a subject observed by a camera and a problem of failing to observe at high speed has occurred.
따라서, 본 발명의 목적은, 적어도 하나 이상의 피사체를 고속으로 관측함과 동시에, 선명한 관측 이미지를 얻을 수 있는 고속 광학관측 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high speed optical observation system capable of observing at least one or more subjects at high speed and at the same time obtaining a clear observation image.
상기 목적은 본 발명에 따라서, 적어도 하나 이상의 피사체를 관측하는 고속 광학관측 시스템에 있어서, 상기 피사체를 생성하는 적어도 하나의 피사체소스와, 상기 피사체가 동일 초점 공간 평면상에서 위치하도록 상기 피사체소스를 일렬로 정렬하여 지지하는 피사체소스지지부와, 정렬된 위치에서 상기 피사체들을 관측 촬영하는 촬상소자를 갖는 이미지획득수단과, 상기 피사체와 이미지획득수단 사이에 회전각변화 가능하게 설치되는 미러와, 상기 피사체와 상기 미러 사이에 배치되는 초점보정렌즈와, 상기 이미지획득수단에서 촬영된 이미지를 디지털 데이터로 프로세싱하는 이미지프로세싱유닛과, 상기 피사체를 조명하는 조명수단과, 상기 피사체소스 및 상기 이미지획득수단과 상기 미러의 구동 및 조명수단을 제어하는 시스템제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 광학관측 시스템에 의해 달성된다.The object of the present invention is a high-speed optical observation system for observing at least one or more subjects, the at least one subject source generating the subject and the subject sources in a line such that the subjects are positioned on the same focal space plane. An image acquisition means having an object source support for aligning and supporting an image pickup device for observing and photographing the subjects in an aligned position, a mirror provided to be able to change a rotation angle between the object and the image acquisition means, the subject and the A focus correction lens disposed between the mirrors, an image processing unit for processing the image photographed by the image acquisition means into digital data, lighting means for illuminating the subject, the subject source, the image acquisition means, and the mirror Contains a system control unit for controlling driving and lighting means It is achieved by a high-speed optical observation system characterized in that.
여기서, 상기 피사체는 다수이며, 정지 또는 이동 중이거나, 주기적 또는 상사주기적(quasi-periodic)으로 생성되어 정적 또는 동적으로 운동 중인 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the subject is a large number, and is stationary or moving, or is generated periodically or quasi-periodic and is moving statically or dynamically.
그리고, 상기 피사체소스지지부와 결합되어 상기 피사체소스를 X,Y,Z 및 각 축에 대한 회전방향으로 틸팅을 수행하는 피사체소스정렬장치를 포함하는 것이 효 과적이다. In addition, it is effective to include a subject source alignment device coupled to the subject source support to tilt the subject source in the rotational direction about X, Y, Z and each axis.
또한, 상기 이미지획득수단은 CCD 또는 CMOS 촬상소자를 갖는 카메라인 것이 보다 바람직하다. Further, the image acquisition means is more preferably a camera having a CCD or a CMOS image pickup device.
이때, 상기 미러는 적어도 단일 미러면을 갖는 평면미러로 이루어진 미러본체와, 상기 미러본체를 소정의 회전각으로 회전시키는 미러구동부를 갖는 것이 보다 효과적이다. At this time, it is more effective that the mirror has a mirror body made of a planar mirror having at least a single mirror surface, and a mirror driving portion for rotating the mirror body at a predetermined rotation angle.
그리고, 상기 미러는 적어도 복수의 미러면을 갖는 폴리곤미러로 이루어진 미러본체와, 상기 미러본체를 소정의 회전각으로 회전시키는 미러구동부를 갖는 것이 바람직하다. Preferably, the mirror has a mirror body made of a polygon mirror having at least a plurality of mirror surfaces, and a mirror driving portion for rotating the mirror body at a predetermined rotation angle.
또한, 상기 초점보정렌즈는 단일의 에프-쎄타 비구면렌즈 또는 상기 초점보정렌즈는 복수의 비구면 렌즈 또는 구면/비구면 렌즈의 조합으로 마련되는 것이 효과적이다. In addition, it is effective that the focus correcting lens is provided with a single f-theta aspherical lens or the focus correcting lens with a plurality of aspherical lenses or a combination of spherical / spherical lenses.
또한, 상기 피사체는 운동 또는 이동되며, 상기 조명수단은 운동 또는 이동되는 피사체의 움직임과 연동된 임펄스 방식의 LED 또는 레이저 다이오드를 이용하는 것이 보다 바랍직하다. In addition, the subject is moved or moved, and the lighting means is more preferably using an impulse-type LED or a laser diode in conjunction with the movement of the subject being moved or moved.
또한, 상기 피사체와 상기 이미지획득수단 사이의 광학경로 상에 마련되어 상기 조명수단의 광량편차를 보정하는 광량편차보정기를 포함하는 것이 보다 효과적이다. In addition, it is more effective to include a light amount deviation corrector provided on the optical path between the subject and the image acquisition means to correct the light amount deviation of the illumination means.
한편, 상기 조명수단은 상기 피사체의 후방 또는 상기 이미지획득수단에 마련되어 상기 피사체를 조명하되,상기 조명수단이 상기 이미지획득수단에 마련될 경 우 상기 피사체의 후방에는 반사판이 마련되는 것이 바람직하다. On the other hand, the lighting means is provided on the rear of the subject or the image acquisition means to illuminate the subject, when the lighting means is provided in the image acquisition means, it is preferable that a reflecting plate is provided behind the subject.
여기서, 상기 조명수단은 조명원으로부터 발생하는 열을 차단하는 공냉식 혹은 수냉식 냉각장치를 포함하는 것이 보다 효과적이다. Here, the lighting means is more effective to include an air-cooled or water-cooled cooling device for blocking the heat generated from the illumination source.
이때, 상기 냉각장치는 IR필터 또는 이색성(dichroic)광학필터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다. In this case, the cooling device preferably comprises at least one of an IR filter or a dichroic optical filter.
또는, 상기 냉각장치는 펠티어소자인 것이 효과적이다. Alternatively, the cooling device is effectively a Peltier element.
또한, 상기 피사체와 상기 이미지획득수단의 사이의 광학경로 상에는 적외선 차단필터, 편광필터, 컬러필터, 밴드 패스 필터 중 적어도 어느 하나의 광학필터가 마련되는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that at least one optical filter of an infrared cut filter, a polarization filter, a color filter, and a band pass filter is provided on the optical path between the subject and the image acquisition means.
한편, 상기 동일 초점 공간 평면상에서 상기 피사체와 상기 이미지획득수단 및 상기 미러본체와 상기 초점보정렌즈의 광학적 정렬 관계를 검교정하는 표준시편을 더 포함하는 것이 효과적이다. On the other hand, it is effective to further include a standard specimen for calibrating the optical alignment relationship between the subject, the image acquisition means, and the mirror body and the focus correction lens on the same focal space plane.
여기서, 상기 동일 초점 공간 평면상에서 상기 표준시편을 지지하는 표준시편지지대를 포함하되, 상기 표준시편지지대는 상기 동일 초점 공간 평면상에 착탈 가능하게 결합되거나, 상기 동일 초점 공간 평면상에 배치되는 위치와 상기 동일 초점 공간 평면상에서 벗어난 위치간을 이동 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. Here, the standard specimen support for supporting the standard specimen on the same focal space plane, wherein the standard specimen support is detachably coupled to the same focal space plane, the position and the position disposed on the same focal space plane It is preferable to be provided so that a movement is possible between the positions which deviate on the same focal space plane.
그리고, 상기 표준시편지지대는 상기 동일 초점 공간 평면상에 수동 또는 자동으로 위치하는 것이 효과적이다. In addition, the standard specimen support is effectively positioned on the same focal space plane manually or automatically.
또한, 상기 표준시편은 투명 또는 반투명 또는 불투명한 재질의 기판에 상기 피사체에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the standard specimen is preferably formed with a pattern corresponding to the subject on a substrate of a transparent, translucent or opaque material.
이때, 상기 표준시편의 패턴은 상기 이미지획득수단에 이미지로 획득되어 상기 이미지와 상기 패턴의 크기간의 상관관계를 이용하여 상기 피사체와 상기 이미지획득수단 및 상기 미러본체와 상기 초점보정렌즈의 광학적 정렬 관계를 검교정하며, 이미지 프로세싱 성능을 검교정할 수 있는 것이 효과적이다. At this time, the pattern of the standard specimen is obtained as an image to the image acquisition means, and the optical alignment relationship between the subject, the image acquisition means, the mirror body, and the focus correction lens by using a correlation between the image and the size of the pattern. It is effective to be able to calibrate and to calibrate image processing performance.
한편, 상기 미러구동부는 상기 미러본체의 회전각에 대한 전기적 검출신호를 상기 시스템제어부로 전달하며, 상기 시스템제어부는 상기 미러본체의 회전각에 대한 전기적 검출신호를 전달받아 상기 미러구동부의 구동을 제어하여 상기 미러본체의 회전각을 제어하는 것이 바람직하다. On the other hand, the mirror driver transmits an electrical detection signal for the rotation angle of the mirror body to the system controller, the system controller receives the electrical detection signal for the rotation angle of the mirror body to control the driving of the mirror driver. It is preferable to control the rotation angle of the mirror body.
그리고, 상기 미러본체에 광을 조사하는 광조사기와 미러본체로부터 반사되는 광을 센싱하는 미러반사광감지센서를 포함하며, 상기 시스템제어부는 상기 미러반사광감지센서로부터 전달되는 감지값에 기초하여 상기 미러구동부의 구동을 제어하여 상기 미러본체의 회전각을 제어하는 것이 효과적이다. And a mirror reflecting light detecting sensor for sensing light reflected from the mirror main body and a light irradiator for irradiating light onto the mirror main body, wherein the system controller is configured to perform the mirror driving unit based on a detection value transmitted from the mirror reflecting light detecting sensor. It is effective to control the rotation angle of the mirror body by controlling the driving of.
또한, 상기 시스템제어부는 상기 조명수단의 주파수, 펄스시간, 구동전압 또는 전류값에 따른 광량 및 광량편차, 혹은 조명수단 광원들간의 광량 및 광량편차를 상기 이미지획득수단으로 획득한 후, 소프트웨어적으로 광량 및 광량편차를 측정하여 상기 조명수단, 혹은 조명수단 광원들간의 광량 및 광량편차를 조절하거나, 혹은 광량 및 광량편차때문에 왜곡되어 이미지 획득수단에 의해 획득된 이미지를 보정하는 것이 바람직하다. Further, the system controller acquires the light quantity and light quantity deviation according to the frequency, pulse time, driving voltage or current value of the lighting means, or the light quantity and light quantity deviation between the lighting means light sources as the image acquisition means, and then softwarely. It is preferable to adjust the amount of light and the amount of light deviation to adjust the amount of light and the amount of light deviation between the luminaire or the luminaire means, or to correct an image acquired by the image acquiring means that is distorted due to the amount of light and the amount of light deviation.
또한, 상기 시스템제어부는 상기 조명수단으로부터 조사되는 광의 일부를 빔스플릿하여 상기 조명수단의 주파수, 펄스시간, 구동전압 또는 전류값에 따른 광량 및 광량편차, 혹은 조명수단 광원들간의 광량 및 광량편차를 광학센서를 이용하여 측정한 후, 상기 조명수단, 혹은 조명수단 광원들간의 광량 및 광량편차를 조절하거나, 혹은 광량 및 광량편차때문에 왜곡되어 이미지 획득수단에 의해 획득된 이미지를 보정하는 것이 효과적이다. In addition, the system control unit beam splitting a part of the light irradiated from the lighting means to the light quantity and light quantity deviation according to the frequency, pulse time, driving voltage or current value of the lighting means, or the light quantity and light quantity deviation between the lighting means light source After measuring using an optical sensor, it is effective to adjust the amount of light and the amount of light deviation between the lighting means or the means of the light sources, or to correct the image acquired by the image acquiring means distorted due to the amount of light and the amount of light deviation.
또한, 상기 이미지프로세싱유닛은 상기 디지털 데이터를 이용하여 상기 피사체들의 크기, 궤적, 속도, 위치의 시공간적 정보들을 프로세싱하는 것이 바람직하다. In addition, the image processing unit preferably processes the spatiotemporal information of the size, trajectory, speed, and position of the subjects using the digital data.
이때, 상기 이미지프로세싱유닛은 보드상에 실시간 OS를 기반으로 임베드되어 온보드화한 것이 효과적이다. In this case, it is effective that the image processing unit is embedded on the board based on a real-time OS.
또한, 상기 시스템제어부는 상기 디지털 데이터를 기초로하여 상기 피사체소스의 피사체 생성 작용과 상기 미러의 회전각 조절 및 상기 이미지획득수단의 촬영 구동, 조명수단의 광량, 임펄스 시간, 임펄스 타이밍을 피드백 제어하는 것이 바람직하다.The system controller may perform feedback control on the subject generation operation of the subject source, the rotation angle of the mirror, the driving of photographing the image acquisition means, the amount of light of the lighting means, the impulse time, and the impulse timing based on the digital data. It is preferable.
이에 의해, 본 발명에 따르면, 다수의 피사체를 고속으로 관측함과 동시에, 선명한 관측 이미지를 얻을 수 있는 고속 광학관측 시스템이 제공된다.Thus, according to the present invention, there is provided a high speed optical observation system capable of observing a plurality of subjects at high speed and obtaining a clear observation image.
도 2는 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템의 간략한 구성도이다. 이들 도 면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템(1)은 적어도 하나의 피사체(5)를 생성하는 적어도 하나의 피사체소스(11)를 지지하는 피사체소스지지부(10)와, 고정된 위치에서 피사체(5)를 관측 촬영하는 이미지획득수단(20)과, 피사체(5)와 이미지획득수단(20) 사이에 배치되어 피사체(5)와 이미지획득수단(20)의 고정상태에서 광학경로의 변화를 통해 피사체(5)의 상이 이미지획득수단(20)으로 전달되도록 하는 미러(30) 및 초점보정렌즈(40)와, 피사체(5)에 광량을 부여하는 조명수단(70)과, 이미지획득수단(20)에서 촬영된 디지털이미지를 데이터로 처리하는 이미지프로세싱유닛(50)과, 피사체소스(11) 및 이미지획득수단(20)과 미러(30) 및 조명수단(70)의 구동을 제어하는 시스템제어부(60)를 포함한다. 2 is a schematic diagram of a high speed optical observation system according to the present invention. As shown in these figures, the high-speed
피사체소스지지부(10)는 피사체(5)들이 동일 초점 공간 평면(F)에 위치할 수 있도록 피사체소스(11)를 소정의 길이구간에서 일렬로 지지하며, 필요에 따라서 피사체소스(11)를 X/Y/Z 축 및 각 축에 대한 회전운동을 수행하도록 함으로써 피사체(5)를 동일 초점 공간 평면(F)에 위치하도록 미세정렬을 수행할 수 있는 피사체소스정렬장치(80)를 포함할 수 있다. The subject
여기서, 각 피사체소스(11)로부터 생성되는 피사체(5)들은 동일 초점 공간 평면에서 정지 또는 이동하거나 주기적 시간특성을 가지고 이동될 수 있으며, 관찰하고자 하는 피사체(5)들이 잉크액적 등의 액체일 경우에는 투명, 반투명, 또는 불투명할 수 있다. 또한, 피사체(5)들은 빛에 대해 굴절, 회절, 반사, 산란 작용될 수 있으며, 암시야(Dark field) 또는 명시야(bright field) 상황에서 관측이 가능한 것이 바람직하다. Here, the
예컨대, 피사체소스(11)가 잉크젯 헤드이고 피사체(5)가 잉크젯 헤드에서 토출되는 잉크 입자일 경우 피사체(5)는 약 5μm ~ 100μm 의 사이즈를 가질 수 있으며, 토출 운동속도는 약 1m/s에서 20m/s를 가질 수 있다. 그리고, 한번에 관측해야 할 피사체(5)는 1개~ 200개까지 가변적일 수 있으며, 대략 100Hz에서 100kHz의 범위에서 주기적인 운동특성을 가질 수 있다. For example, when the
물론, 상기 피사체(5)의 형태는 본 발명에 따른 일 실시예일 뿐이며, 피사체(5)의 크기, 운동속도, 개수, 주기적 시간특성, 피사체의 생성소스 등은 가변적일 수 있다. Of course, the shape of the
그리고, 피사체소스정렬장치(80)는 후술할 이미지획득수단(20)이 인식하는 동일 초점 공간 평면(F)에 피사체(5)를 위치시키기 위해, 피사체소스(11)를 공간적으로 이동 혹은 기울이기 위한 장치로서, 결과적으로 피사체소스(11)로부터 생성되는 적어도 하나의 피사체들(5)을 동일 초점 공간 평면에 정렬하는 기능을 수행한다. 좀더 자세히는, 피사체소스정렬장치(80)는 피사체소스지지부(10)와 결합된 스테이지가 X,Y,Z 및 각 축에 대한 회전방향으로 움직임으로서 피사체소스(11)를 X,Y,Z 및 회전방향으로 움직이도록 할 수 있다. Then, the subject
여기서, 피사체소스정렬장치(80)는 일반적인 6축 수동스테이지 방식을 이용할 수도 있으며, 일예로 일정피치의 나사선이 각인된 실린더 타입의 봉을 회전하여 스테이지를 6축으로 구동시키는 6축 수동스테이지 방식 등을 이용할 수 있다. 물론, 피사체소스정렬장치(80)는 웜기어 혹은 베벨기어 등의 기어류와 스텝모터 등을 이용하여 피사체소스(11)와 결합된 스테이지를 6축 방향으로 구동시키는 방식의 자동정렬장치를 이용할 수 있다. Here, the subject
또한, 피사체소스정렬장치(80)의 구동은 버튼 등의 조작에 의한 자동 조작에 의한 구동이나, 미리 프로그래밍된 소프트웨어를 이용하거나, 혹은 비젼인식 시스템과 결부시켜, 시스템제어부(60)에서 자동 제어에 의한 정렬을 위한 구동이 가능하다. 이때, 피사체소스정렬장치(80)는 각각의 피사체소스(11)를 독립적으로 6축 방향으로 움직이도록 마련될 수도 있다.In addition, the driving of the object
이러한, 피사체소스정렬장치(80)는 시스템의 초기 세팅시 피사체소스(11)로부터 생성되는 피사체(5)들이 동일 초점 공간 평면(F)에 위치할 수 있도록 세팅함으로써, 피사체지지부(10)와 이미지획득수단(20)이 정렬된 상태에서 피사체(5)가 이미지획득수단(20)에 정밀하게 촬영될 수 있도록 한다. The subject
이미지획득수단(20)은 피사체(5)들을 관측 촬영하여 이미지를 획득하기 위한 것으로서, CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 촬상소자를 갖는 카메라가 이용될 수 있다. The image acquisition means 20 is for observing and capturing images of the
여기서, 카메라는 30 frame/sec 이상의 높은 프레임 레이트와 높은 해상도의 고선명 이미지를 획득할 수 있는 촬상소자를 갖는 카메라를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 피사체(5)의 크기에 따라서 카메라에 배율조정이 가능한 3배 이상의 고배율 수동 또는 자동 줌렌즈가 포함하는 것이 바람직하며, 배율향상을 위한 더블러 렌즈를 더 포함할 수 있다. 또한, 카메라는 심도와 광량 조절을 위한 조리개를 더 포함할 수도 있다. Here, it is preferable to use a camera having an image pickup device capable of acquiring a high definition image of a high frame rate and high resolution of 30 frames / sec or more. In addition, according to the size of the subject 5, it is preferable to include a high magnification manual or automatic zoom lens having a magnification of 3 times or more, and may further include a doubler lens for magnification improvement. In addition, the camera may further include an aperture for adjusting the depth and the amount of light.
바람직하게는 피사체(5)와 이미지획득수단(20)인 카메라에 미러(30)나 초점 보정렌즈(40)를 포함하여 후술할 광학필터 및 광학부품을 배치할 수 있도록 장초첨 고배율 렌즈를 사용할 수 있다. 이때, 상기의 렌즈 및 광학부품들의 종류 및 조합은 가변적일 수 있으며, 본 발명의 취지를 훼손하지 않는 이상 자유롭게 변형이 가능하다.Preferably, a long focus high magnification lens may be used to arrange an optical filter and an optical component to be described later, including a
또한, 카메라와 렌즈는 피사체(5)에 대한 정확한 포커싱을 위해서 줌(Zoom) 및 오토 포커싱 또는 메뉴얼 포커싱 장치를 포함할 수 있다. 이때, 최상의 이미지 품질을 위해서 피사체(5)에 대한 이미지획득수단(20)의 광학적 초점심도는 관측하고자 하는 피사체(5) 최대 길이의 최소 2배 이상이 바람직하다. In addition, the camera and the lens may include a zoom and auto focusing or manual focusing device for accurate focusing on the
이러한 이미지획득수단(20)은 피사체(5)를 관측 촬영하여 이미지로 획득할 수 있는 범위 내에서 CCD카메라나 CMOS카메라 외에 다양한 이미지획득수단(20)을 이용할 수 있음은 물론이다. The image acquisition means 20 may use a variety of image acquisition means 20 in addition to the CCD camera or CMOS camera within the range that can be obtained by observing and photographing the subject (5).
미러(30)는 피사체(5)와 이미지획득수단(20) 간의 광학경로를 변화시키는 미러본체(31)와, 미러본체(31)를 회전 구동시키는 미러구동부(33)로 구성된다. The
미러본체(31)는 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 복수의 미러면을 갖는 폴리곤미러로 마련될 수 있으나, 경우에 따라서는 도 3에 도시된 바와 같이, 단일 미러면을 갖는 평면미러로 마련될 수도 있다. 여기서, 미러구동부(33)는 미러본체(31)의 회전각도를 미세하게 조절할 수 있는 스텝모터 등의 정역회전모터를 이용하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 2, the mirror
이러한 미러(30)는 미러구동부(33)의 구동에 의해 미러본체(31)의 회전각도가 변화되면서 피사체(5)로부터 이미지획득수단(20)을 향하는 광학경로를 굴절시키 는 역할을 수행함으로써, 이미지획득수단(20)과 피사체소스(11)를 정렬한 상태에서 관측하고자 하는 피사체(5) 대상을 이미지화할 수 있다.The
이때, 미러구동부(33)는 미러본체(31)의 회전각에 대한 전기적 검출신호를 시스템제어부(60)로 전달함으로써, 시스템제어부(60)가 미러본체(31)의 회전각이 최적화되도록 미러구동부(33)의 구동을 제어할 수 있다. At this time, the
초점보정렌즈(40)는 미러(30)에 의해 변화된 이미지획득수단(20)과 피사체(5)간의 광학경로상의 거리를 보정하여 피사체(5)들에 대한 초점을 동기화 시킨다. 이에 의해, 이미지획득수단(20)인 카메라와 동일 초점 공간 평면(F)에 존재하는 적어도 하나 이상의 피사체(5)들간의 초점이 보정되어 피사체(5)들의 이미지가 이미지획득수단(20)인 카메라에 정확하게 포커싱 된다. The
여기서, 초점보정렌즈(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 에프-쎄타 비구면렌즈를 이용하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 도 4에 도시된 바와 같이, 초첨보정렌즈(40)의 구성을 복수의 비구면렌즈 또는 구면/비구면렌즈간의 조합으로 마련하여 색수차와 굴절수차와 같은 광학적 결함을 보정할 수 있다. 이때, 이미지획득수단(20)과 피사체(5)들간의 광학경로의 차이를 보정할 수 있는 범위에서 초점보정렌즈(40)의 구성이나 구조는 다양하게 변형될 수 있다. Here, as shown in FIG. 2, the
조명수단(70)은 피사체(5)들에게 충분한 광량을 부여함으로써 카메라와 같은 이미지획득장치의 촬영에 필요한 밝기를 확보한다. The
이 조명수단(70)은 피사체(5)의 운동과 연동된 임펄스 방식의 LED 또는 레이져다이오드와 같은 조명장치를 이용하는 것이 바람직한데, 피사체(5)의 운동속도가 빠를수록 선명한 이미지를 얻기 위하여 충분한 광량과 짧은 임펄스가 요구된다. 여기서 충분한 광량과 짧은 임펄스의 조건은 실험을 통해서 피사체(5)들이 이미지획득수단(20)에 가장 선명하게 맺히는 광량과 임펄스 시간을 의미한다.The
또한, 카메라의 제한 프레임 레이트 안에서 충분한 광량을 조달하기 위해서는 피사체(5)에 광감응성 영향을 주지 않는 범위 내에서 카메라의 촬상소자에 감응성이 높은 파장대 및 높은 순간조도의 조명수단을 선택하는 것이 바람직하다. 이때, 조명수단(70)의 주파장대는 피사체(50)에 대한 광반응 수반을 회피하기 위한 파장대로 선택되는 것이 바람직하다. In addition, in order to supply sufficient light amount within the limited frame rate of the camera, it is preferable to select a light source having a high wavelength band and high instant illuminance for the imaging device of the camera within a range that does not affect the photosensitive sensitivity of the subject 5. . In this case, it is preferable that the dominant wavelength band of the
이 조명수단(70)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 피사체소스지지부(10)에 일체로 마련되어 피사체소스(11)들로부터 생성된 피사체(5)들에 전체적으로 광을 조명하거나, 도시하지는 않았지만 각각의 피사체소스(11)로부터 생성되는 피사체(5)들의 후방에 각각 조명수단을 마련하여 각 피사체소스(11)에서 생성된 피사체(5)들 각각에 대해 독립적으로 광을 조명할 수 있다. 또는, 조명수단(70)은 도시하지는 않았지만 이미지획득수단(20)의 이미지 인식영역에 대응하는 피사체(5)에 광을 조명할 수 있는 위치로 이동 가능하게 마련될 수도 있다. As shown in FIGS. 2 to 4, the
한편, 조명수단(70)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 이미지획득수단(20)에 마련되어 피사체(5)를 조명할 수도 있다. 이 경우의 조명수단(70)은 이미지획득수단(20)에 착탈 가능하게 장착될 수 있는 다양한 플레쉬로 마련될 수도 있으며, 도시하지는 않았지만 이미지획득수단(20)에 일체로 내장된 플레쉬로 마련될 수 있다. Meanwhile, as shown in FIG. 5A, the
이때, 조명수단(70)은 바람직하게는 도 5b에 도시된 바와 같이, 이미지획득 수단(20)인 카메라의 경통상에 접속되어 있는 구조로 마련되어 피사체(5)를 조명하도록 하는 것이 바람직하다. 여기서, 더욱 바람직하게는 피사체(5)의 후면에 반사판(75)을 배치하여 경통상에 접속된 조명수단(70)으로부터 조명된 빛이 반사판(75)에서 반사되어 피사체(5)를 조명하도록 하여 이미지획득수단(70)에서 보다 효과적으로 이미지를 획득 할 수 있도록 한다.In this case, as shown in FIG. 5B, the lighting means 70 is preferably configured to be connected to the barrel of the camera, which is the image acquisition means 20, to illuminate the
이때, 피사체(5)와 이미지획득수단(20)의 사이의 광학경로 상에 조명수단(70)의 광량편차를 보정하도록 시준기(collimator), 균등화기(homogenizer), 확산기(diffuser) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광량편차보정기(90)를 배치할 수 있다. 또는, 도 2a와 도3 및 도 4와 같이, 조명수단(70)이 피사체의 후면에 배치될 경우에는, 광량편차보정기(미도시)는 조명수단과 피사체 사이에 배치되거나 조명수단의 전면에 결합될 수 있다. At this time, at least one of a collimator, a homogenizer, and a diffuser to correct a light amount deviation of the
또한, 조명수단(70)은 도시하지는 않았지만, 피사체(5)로부터 소정 거리 이격된 위치에 별도로 마련되어 피사체를 간접 조명할 수 있도록 마련될 수 있다. 이때, 조명수단(70)의 위치에 따라서 조명수단(70)으로부터 발산되는 광을 피사체(5)로 안내하기 위해 프리즘과 반사판 등을 가지는 굴절된 경통구조의 조명가이드부재 등을 이용할 수 있다. In addition, although not shown, the
또한, 조명수단(70)은 조명원으로부터 발생하는 열을 차단하기 위한 냉각장치를 포함할 수 있는데, 이 냉각장치는 도시하지는 않았지만 조명수단(70)과 피사체(5) 사이의 광경로상에 IR필터 또는 이색성(dichroic)광학필터 중 적어도 어느 하나로 마련되거나, 조명수단(70)에 냉각장치로서 냉각팬 또는 냉각핀 등의 공랭식 냉각장치나 수냉식 냉각장치, 혹은 펠티어소자를 별도로 설치하여 조명수단(70)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 피사체소스(11)와 피사체(5)가 조명수단(70)에서 발생되는 열에 의해 변형되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. In addition, the
한편, 이미지프로세싱유닛(50)은 이미지획득수단(20)인 카메라에서 획득된 피사체(5)들의 이미지를 디지털화시키고, 디지털화된 이미지 데이터를 이용하여 피사체(5)들의 크기, 궤적, 속도, 위치와 같은 시공간적 정보들을 프로세싱한다. Meanwhile, the
이 이미지프로세싱유닛(50)은 프레임 그래버나 컴퓨터 등의 하드웨어와 소프트웨어로 구성될 수도 있으며, 고속 이미지 프로세싱을 위하여 전용화된 보드를 통해 통상적으로 표현되는 실시간OS를 통해 초고속으로 처리되는 방식을 이용할 수도 있다. The
또한, 획득한 하나 이상의 피사체(5)에 대한 이미지를 프로세싱하여 피사체(5)의 크기, 속도, 궤적, 상태 등에 대한 정보들이 실시간 OS가 탑재된 전용보드를 통해 이미지획득수단(20)에 온-보드화되는 등 다양한 형태로 이미지프로세싱유닛(50)이 마련될 수 있다. In addition, by processing the acquired image of the at least one subject (5), information on the size, speed, trajectory, state, etc. of the subject (5) on-image acquisition means 20 through a dedicated board equipped with a real-time OS The
한편, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템(1)은 도 6에 도시된 바와 같이, 피사체(5)와 이미지획득수단(20)의 사이에 형성되는 광학경로 상에 광학필터(91)를 배치함으로써, 피사체(5)에 대한 광학적 특성을 개선하여 이미지획득수단(20)에서 보다 선명하고 정확하며 원하는 형태의 고품질 이미지를 획득할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. On the other hand, the high speed
이때, 광학필터(91)는 적외선 차단필터, 편광필터, 컬러필터, 밴드 패스 필 터 등 중 어느 하나 일 수 있으며, 이들의 조합일 수 있다. 또한, 광학필터(91)의 배치 위치는 초점보정렌즈(40)와 미러(30) 사이의 광학경로영역에 광학필터(91)가 배치되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 광학필터(91)는 피사체(5)와 초점보정렌즈(40) 사이의 광학경로영역, 초점보정렌즈(40)와 미러(30) 사이의 광학경로영역, 미러(30)와 이미지획득수단(20) 사이의 광학경로영역 중 어느 한 영역에 배치되거나, 이들 영역에 복합적으로 배치될 수도 있다. In this case, the
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템(1)은 피사체(5)와 이미지획득수단(20)의 사이에 형성되는 광학경로 상에 추가의 광학부품을 배치함으로써, 고품질 이미지를 획득할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. On the other hand, although not shown, the high speed
이때, 광학부품은 expander, collimator, homogenizer, diffuser 등으로 마련되거나 이들의 조합일 수 있다. In this case, the optical component may be provided as an expander, a collimator, a homogenizer, a diffuser, or a combination thereof.
또한, 광학부품의 배치 위치는 초점보정렌즈(40)와 미러(30) 사이의 광학경로영역에 배치되는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서는 피사체(5)와 초점보정렌즈(40) 사이의 광학경로영역, 초점보정렌즈(40)와 미러(30) 사이의 광학경로영역, 미러(30)와 이미지획득수단(20) 사이의 광학경로영역 중 어느 한 영역에 배치되거나, 이들 영역에 복합적으로 배치될 수도 있다. In addition, the arrangement position of the optical component is preferably disposed in the optical path region between the
한편, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템(1)은 도 7에 도시된 바와 같이, 피사체(5)의 동일 초점 공간 평면(F)에 배치되어 피사체(5)와 이미지획득수단(20) 및 미러(30)와 초점보정렌즈(40)의 광학적 정렬 관계를 검교정하는 표준시편(95)을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the high-speed
이때, 표준시편(95)은 표준시편지지대(95a)에 지지되고, 이 표준시편지지대(95a)는 피사체(5)의 동일 초점 공간 평면(F)에 착탈 가능하게 설치되는 구조로 마련될 수 있다. 또한, 표준시편(95)이 지지된 표준시편지지대(95a)는 피사체(5)의 동일 초점 공간 평면(F)에 수동 또는 자동으로 위치하도록 마련될 수도 있다. In this case, the
여기서, 표준시편(95)은 투명 또는 반투명 또는 불투명한 재질의 기판(95c)에 피사체(5)에 대응하는 패턴(95b)이 형성되어 있는 것으로 마련되는 것이 바람직하다. 이 표준시편(95)의 패턴(95b)은 이미지획득수단(20)에 이미지로 획득되고, 이 이미지와 표준시편(95)의 패턴(95b)의 실제 알려진 크기간의 상관관계를 이용하여 피사체(5)와 이미지획득수단(20) 및 미러(30)와 초점보정렌즈(40)의 광학적 정렬 관계를 검교정할 수 있다. Here, the
또한, 표준시편(95)의 패턴(95b)을 이용하여 이미지프로세싱유닛(50)의 성능을 검교정할 수 있다.In addition, the performance of the
한편, 시스템제어부(60)는 이미지획득수단(20)과 미러(30) 및 조명수단(70)의 구동을 제어하여 포커싱 위치 및 조명상태 등의 촬영요건을 최적화하여 피사체(5)들이 이미지획득수단(20)에 촬영될 수 있도록 한다. On the other hand, the
이를 위해서 이미지획득수단(20)과 미러(30) 및 조명수단(70)에는 각 요소의 구동상태를 시스템제어부(60)로 전달하는 센서 등의 구동제어모듈(98)을 포함할 수 있으며, 시스템제어부(60)는 각 구동제어모듈(98)에서 전달되는 신호를 전달받아 프로세싱하고 이를 근거로 이미지획득수단(20)의 구동제어와 미러(30)의 구동 각도제어 및 조명수단(70)의 광량 제어 등을 최적의 상태로 피드백 제어할 수 있다. To this end, the image acquisition means 20, the
여기서, 구동제어모듈(98) 중에는 미러(30)의 구동상태를 시스템제어부(60)로 전달하는 미러제어모듈이 마련될 수 있는데, 이 미러제어모듈은 전술한 바와 같이, 미러구동부(33)에 자체적으로 마련되어 미러본체(31)의 회전각에 대한 전기적 검출신호를 시스템제어부(60)로 전달하는 모듈일 수 있다. Here, the driving
또는, 미러제어모듈은 도시하지는 않았지만 미러본체(31)로 광을 주사하는 빔조사부와, 미러본체(31)에서 반사된 광을 센싱하여 시스템제어부(60)로 전달하는 미러반사광감지센서로 마련될 수 있다. 시스템제어부(60)에서는 미러반사광감지센서에서감지된 센싱값에 기초하여 미러구동부(33)를 구동시켜 미러본체(31)의 회전각을 제어할 수 있다. Alternatively, although not shown, the mirror control module may be provided as a beam irradiator for scanning light to the mirror
이러한 미러제어모듈로부터 전달되는 신호에 의해 시스템제어부(60)가 미러본체(31)의 회전각을 최적의 상태로 제어할 수 있다. By the signal transmitted from the mirror control module, the
또한, 구동제어모듈(98)은 조명수단(70)의 구동상태를 시스템제어부(60)로 전달하는 조명제어모듈이 마련될 수 있는데, 이 조명제어모듈은 조명수단(70)으로부터 발산되는 광량을 측정하고, 이 측정된 광량에 대한 신호를 시스템제어부(60)로 전달하는 광센서와 같은 모듈일 수 있다. In addition, the driving
여기서, 조명수단(70)의 광량은 조명수단(70)의 주파수, 펄스시간, 구동전압 또는 전류값에 따라 발생할 수 있는 것으로서, 이 광량은 전술한 바와 같이, 광센서와 같은 조명제어모듈에 의해 감지되어 시스템제어부(60)로 전달될 수도 있을 뿐만 아니라, 이미지획득수단(20)에서 얻어진 이미지의 밝기정보를 이용하여 소프트웨어적으로 광량을 측정하고, 시스템제어부(60)에서 조명수단(70)의 광량을 조절할 수도 있다. Here, the light amount of the
이때, 시스템제어부(60)는 이미지획득수단에서 획득한 이미지의 광량과 광량편차에 의해 왜곡된 이미지를 보정할 수도 있다. 물론, 시스템제어부(60)는 전술한 바와 같이, 조명수단(70)의 광량 및 광량편차를 광센서로 감지하여 측정한 후, 조명수단(70)의 광량을 조절할 수도 있으며, 광량편차에 따라 왜곡된 이미지를 보정할 수도 있다. At this time, the
그리고, 시스템제어부(60)는 이미지프로세싱유닛(50)에서 프로세싱된 피사체(5)들의 크기, 궤적, 속도, 위치와 같은 시공간적 정보를 근거로 하여 피사체소스(11)의 피사체(5) 생성 작용을 피드백 제어하여 피사체(5)들의 크기, 궤적, 속도, 위치와 같은 시공간적 물리량, 그리고 조명수단(70)의 광량, 임펄스 시간, 임펄스 타이밍 등을 피드백 제어할 수 있다. 이를 위해서, 피사체소스(11)에는 피사체생성제어기(15)가 포함될 수 있다. In addition, the
이러한 구성에 의해서, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템(1)에 의한 다수의 피사체(5)들을 관측하는 방법을 살펴본다. With this configuration, a method of observing a plurality of
피사체소스(11)들로부터 생성된 피사체(5)들은 동일 초점 공간 평면(F)에서 주기적으로 소정의 이동거리로 이동된다. 여기서, 피사체(5)들의 이동은 피사체소스(11)로부터 토출되어 소정의 평면상으로 낙하 또는 토출되는 것을 의미할 수 있다. The
이때, 이미지획득수단(20)은 그 위치가 정렬된 상태에서 시스템제어부(60)의 제어에 의한 미러(30)의 회전각 조절 작용과 초점보정렌즈(40)를 통해 형성된 광학경로(A)를 통해 일렬로 배열된 피사체(5)들의 동일 초점 공간 평면 일 영역을 정확하게 포커싱하여 해당 영역에서 이동하는 피사체(5)들을 정확하게 촬영한다. At this time, the image acquisition means 20 is the optical path (A) formed through the focusing
그리고, 이미지획득수단(20)은 그 위치가 정렬된 상태에서 시스템제어부(60)의 제어에 의한 미러(30)의 회전각 조절 작용과 초점보정렌즈(40)를 통해 변환된 광학경로(A,B,C)를 통해 일렬로 배열된 피사체(5)들의 동일 초점 공간 평면 중 다른 영역을 빠르고 정확하게 포커싱하여 해당 영역에서 이동하는 피사체(5)들을 정확하게 촬영한다. Then, the image acquisition means 20 is the optical path (A, converted through the focusing
이러한 미러(30)의 회전각도를 조절하면서 이미지획득수단(20)과 피사체소스(11)가 정렬된 위치에서 피사체(5)들이 이미지획득수단(20)으로 빠르고 정확하게 촬영될 수 있다. The
한편, 이미지획득수단(20)에서 촬영된 피사체(5)들의 이미지는 이미지프로세싱유닛(50)에서 디지털화된 이미지 데이터로 프로세싱되어 피사체(5)들의 크기, 궤적, 속도, 위치와 같은 시공간적 정보들을 확인할 수 있다. Meanwhile, the images of the
그리고, 디지털화된 피사체(5)들의 시공간적 정보에 기초하여 시스템제어부(60)에서 피사체생성제어기(15)를 이용하여 피사체소스(11)를 피드백 제어하면, 피사체(5)들의 크기, 궤적, 속도, 위치와 같은 시공간적 물리량을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 시스템제어부(60)를 통해 조명원(70)의 광량, 임펄스 시간, 임펄스 타이밍 등을 제어할 수 있다.In addition, if the
이와 같이, 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템은 피사체들과 카메라와 같 은 이미지획득수단을 고정한 상태에서 미러와 초점보정렌즈의 광학경로 변환 작용을 이용하여 피사체들을 관측함으로써, 정확하면서도 고속으로 피사체들을 관측 촬영할 수 있으며, 이를 바탕으로 피사체소스를 제어하여 피사체들의 생성을 능동적으로 조절할 수 있다.As described above, the high-speed optical observation system according to the present invention observes the subjects using the optical path changing action of the mirror and the focus correction lens while the subjects and the image acquisition means such as the camera are fixed, thereby accurately and rapidly subjecting the subjects. Observation can be taken and based on this, the subject source can be controlled to actively control the generation of the subjects.
본 발명에서 제시한 고속 광학관측 시스템의 바람직한 실시예에 따르면, 피사체소스(11)은 잉크젯 프린트 헤드이며, 피사체(5)는 잉크젯 프린트 헤드의 노즐들로부터 토출된 잉크액적들이며, 노즐들로부터 토출되는 잉크액적들을 회전가능한 미러(30)와 초점보정렌즈(40)을 이용하여 고속으로 관측하는 잉크젯 고속 모니터링 시스템일 수 있다.According to a preferred embodiment of the high speed optical observation system presented in the present invention, the
도 1은 종래 광학관측 장치의 간략한 사시도, 1 is a simplified perspective view of a conventional optical observation device,
도 2a는 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템의 간략한 구성도, 2a is a simplified schematic diagram of a high speed optical observation system in accordance with the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 고속 광학관측 시스템의 제어블록도.2b is a control block diagram of a high speed optical observation system in accordance with the present invention;
도 3 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 광학관측 시스템의 간략한 구성도,3 to 7 is a simplified block diagram of a high speed optical observation system according to another embodiment of the present invention,
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
5 : 피사체 10 : 피사체소스지지부 5: Subject 10: Subject source support
11 : 피사체소스 20 : 이미지획득수단11: subject source 20: image acquisition means
30 : 미러 40 : 초점보정렌즈30
50 : 이미지프로세싱유닛 60 : 시스템제어부50: image processing unit 60: system control unit
70 : 조명수단 80 : 피사체소스정렬장치 70: lighting means 80: subject source alignment device
Claims (26)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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PCT/KR2007/006138 WO2008150050A1 (en) | 2007-06-07 | 2007-11-30 | High speed optical monitoring system using a rotatable mirror |
TW96145830A TW200849147A (en) | 2007-06-07 | 2007-12-03 | High speed optical monitoring system using a rotatable mirror |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=40987445
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070122909A KR20090055989A (en) | 2007-06-07 | 2007-11-29 | High speed optical monitoring system using a rotatable mirror |
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2007
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |