KR20090089946A - Moire device using digital micromirror device - Google Patents

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Abstract

A Moire device using a digital micromirror device is provided to reduce a measuring time by measuring two kinds of lattices with different colors in one frame at the same time using a color camera. An optical source(100) produces the collimated light. Two kinds of filters have different colors and make one frame. A DMD(Digital Micromirror Device)(300) generates a lattice pattern about the filter with different colors. A projection lens(400) projects the lattice pattern to one object. An imaging lens(600) receives respective lattice pattern which is projected to the object and transformed. A camera sensor(700) calculates an initial phase value by the sum of the received lattice pattern.

Description

ＤＭＤ를 이용한 모아레 장치{Moire Device Using Digital Micromirror Device}Moire device using DMD {Moire Device Using Digital Micromirror Device}

본 발명은 DMD(Digital Micromirror Device)를 이용한 모아레 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 모아레 무늬를 측정하는 DMD를 이용한 모아레 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a moiré apparatus using a digital micromirror device (DMD), and more particularly, to a moire apparatus using a DMD for measuring two types of lattice of different colors in a frame at the same time.

종래의 기술로서, 도 1은 종래의 모아레 장치 구성도로서, 상기 모아레 장치는 광원으로부터 제공된 빛이 투영격자를 통하여 격자무늬가 생성되고 상기 생성된 격자무늬를 대상물에 투영한 이후에 기준격자에서 CCD(Charge-Coupled Device)로 제공하고 있었다.In the prior art, Figure 1 is a conventional moiré device configuration, wherein the moiré device is a CCD in the reference grid after the light provided from the light source is a grid pattern is generated through the projection grid and projecting the generated grid pattern on the object (Charge-Coupled Device) was provided.

또한, 대부분의 모아레 장치는 투영식 모아레 장치이고 이와 같은 투영식 모아레 장치는 투영격자가 단일격자로서 반도체 리소그래피 공정을 통하여 제작되고 있었다.In addition, most moiré devices are projection moiré devices, and such projection moiré devices have been produced through a semiconductor lithography process with single lattice projection lattice.

아울러, 위상천이방식을 이용하기 때문에 격자를 물리적으로 이동시키고 있 었고 또한 초기에는 기준격자를 사용하고 있었으나 현재는 S/W를 통해 가상격자로 대체되고 있는 실정이다.In addition, because of the phase shift method, the grid was physically moved, and in the early stage, the reference grid was used, but now it is being replaced by the virtual grid through S / W.

따라서 격자피치가 고정되어 있기 때문에 측정 대상물의 높이에 제한을 받는 문제점이 있고 격자피치를 변경하기 위해서는 또 다른 피치의 격자를 제작하여야 함은 물론 여러 크기의 격자를 사용하여 측정범위를 증가시키기 위해서는 격자마다 시간차이를 두고 각각 측정하여야 하는 번거로운 문제점이 있었다.Therefore, since the grid pitch is fixed, there is a problem that the height of the object to be measured is limited. In order to change the grid pitch, a grid of another pitch must be manufactured, and a grid can be used to increase the measurement range by using a grid of different sizes. There was a troublesome problem to measure each time with a time difference.

상술한 본 발명의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 모아레 무늬를 측정하는 DMD를 이용한 모아레 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the present invention described above, an object of the present invention is to provide a moire apparatus using a DMD for measuring the moire fringe at the same time in a frame of two kinds of different grids.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면 DMD를 이용한 양방향 모아레 무늬 획득 장치는 평행광을 생성하는 광원과, 서로 다른 색을 갖고 한 프레임을 이루는 두 종류의 필터와, 상기 서로 다른 색을 갖는 필터 각각에 대한 격자무늬를 생성하는 DMD와, 상기 생성된 각각의 격자무늬를 대상물에 투영하는 투영렌즈와, 상기 대상물에 투영되어 변형된 각각의 격자무늬를 전달받는 결상렌즈, 및 상기 각각의 격자무늬를 전달받아 그 합에 의해서 초기 위상값을 연산하는 카메라 센서로 이루어진 것을 해결 수단으로 한다.In order to solve the above problems, according to an embodiment of the present invention, the bidirectional moire pattern acquisition apparatus using a DMD is a light source for generating parallel light, two types of filters having a different color and forming a frame, and the mutual A DMD for generating a lattice pattern for each filter having a different color, a projection lens for projecting each of the generated lattice patterns to an object, an imaging lens for receiving each lattice pattern projected onto the object and deformed, and The solution consists of a camera sensor which receives each grid pattern and calculates an initial phase value by the sum.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 상기 DMD의 피치 변화만으로 위상이동되는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the camera sensor may be phase shifted only by the pitch change of the DMD.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 상기 서로 다른 색을 갖는 한 프레임의 격자무늬가 동시에 측정되는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the camera sensor is a solution for measuring the grid pattern of one frame having different colors at the same time.

본 발명의 일실시예에 따르면 상기 카메라 센서는 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMD를 이용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값과 높이정보를 연산하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the camera sensor calculates initial phase values and height information by simultaneously obtaining two grid images from a camera sensor of a moire device using a DMD by projecting a pattern by changing colors for each grid. By means.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 2π의 모호성으로 인하여 격자피치에 따른 측정 대상물의 높이가 제한을 받지만 DMD미러는 격자 피치를 쉽게 변경할 수 있기 때문에 이를 이용하여 이파장위상측정법에 적용시키게 되면 2π의 모호성 문제를 해결 할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is limited to the height of the measurement object according to the lattice pitch due to the ambiguity of 2π, but since the DMD mirror can easily change the lattice pitch, the ambiguity of 2π when applied to two-wavelength phase measurement using this It has the effect of solving the problem.

또한, 이파장위상측정법을 이용하게 되면 격자의 피치를 달리하여 측정을 두번 해야 하기 때문에 측정시간이 두배로 늘어나지만, 본 발명에서 각각의 격자마다 프로젝션 시키는 광원의 색을 컬러필터를 이용하여 다르게 만들고, 컬러 카메라를 사용하여 색이 달라진 두 종류의 격자를 한 프레임 안에서 동시에 측정하여 측정시간을 단축하는 효과가 있으며 기준격자 없이 높이를 계산할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the wavelength wave measurement method is used, the measurement time is doubled because the measurement is performed twice by changing the pitch of the grid, but in the present invention, the color of the light source projected for each grid is different by using a color filter. Using the color camera, two different grids with different colors can be measured simultaneously in one frame, reducing the measurement time, and calculating the height without a reference grid.

더욱이, 위상이동시 기존방식에서는 물리적으로 격자를 움직여야 하기 때문에 오차를 발생하지만 DMD의 경우에는 패턴을 변화시켜 위상이동하기 때문에 정밀하게 위상천이 하는 효과가 있다.In addition, in the conventional method, an error occurs because the grating must be physically moved in the conventional method, but in the case of the DMD, the phase shift is performed by changing the pattern to precisely phase shift.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선적으로 본 발명을 이해하기 위한 모아레에 대하여 설명하면, 상기 모아레는 고대 중국의 비단 위에 나타나는 물결무늬를 의미하는 말로써, 기하학적으로 규칙적인 분포의 점 또는 선을 겹쳤을 경우에 발생되는 새로운 무늬이다.First, the moire for understanding the present invention, the moire refers to the wave pattern appearing on the silk of ancient China, is a new pattern generated when overlapping geometrically regular points or lines .

예컨대 모기장, 커튼, 줄무늬 옷, 격자 창 등과 같은 공간적으로 주기성을 갖는 두개 이상의 반사판 또는 투과판의 격자를 겹쳐 놓을 경우에 물결 무늬형태의 간섭무늬가 발생된다.For example, when a lattice of two or more spatially periodic reflecting or transmissive plates such as mosquito nets, curtains, striped clothes, lattice windows, etc. are superimposed, a fringe-shaped interference fringe is generated.

도 2는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치 구성도로서, 상기 모아레 장치는 광원(100)과 필터 휠(200)과 DMD(Digital Micromirror Device; 300)와 투영렌즈(400)와 대상물(500)과 결상렌즈(600) 및 카메라 센서(700)로 이루어진다.2 is a configuration diagram of a moire device using a DMD according to the present invention, wherein the moire device includes a light source 100, a filter wheel 200, a DMD (Digital Micromirror Device) 300, a projection lens 400, and an object 500. And an imaging lens 600 and a camera sensor 700.

보다 상세하게, 상기 광원(100)은 흰색의 평행광을 생성하고 생성된 평행광을 필터 휠(200)로 출사된다.In more detail, the light source 100 generates white parallel light and outputs the generated parallel light to the filter wheel 200.

상기 필터 휠(200)은 하나의 프레임이 되도록 빨간색 필터와 파란색 필터로 구성된다.The filter wheel 200 is composed of a red filter and a blue filter to be one frame.

이와 같이, 한 프레임으로 된 빨간색 필터와 파란색 필터를 갖는 필터 휠(200)은 상기 광원(100)으로부터 출사된 흰색의 평행광이 빨간색 필터와 파란색 필터를 통과하여 DMD(300)로 전달된다.As described above, in the filter wheel 200 having a red filter and a blue filter having a frame, white parallel light emitted from the light source 100 passes through the red filter and the blue filter to the DMD 300.

상기 DMD(300)는 상기 필터 휠(200)로부터 빨간색 필터를 통과한 평행광 또는 파란색 필터를 통과한 평행광을 전달받으며, 우선적으로 빨간색 필터를 통과한 평행광을 전달받는 경우의 빨간색 광은 DMD의 픽셀을 정렬하여 제 1 피치로부터 제 1 격자무늬가 생성된다.The DMD 300 receives the parallel light passing through the red filter or the parallel light passing through the blue filter from the filter wheel 200, and the red light in the case of receiving the parallel light passing through the red filter preferentially receives the DMD. A first lattice pattern is created from the first pitch by aligning the pixels of the.

또한, 상기 DMD(300)는 상기 필터 휠(200)로부터 파란색 필터를 통과한 평행광을 전달받는 경우의 파란색 광은 DMD의 제 2 피치로 바꾸어 제 2 격자무늬가 생성된다.In addition, when the DMD 300 receives the parallel light passing through the blue filter from the filter wheel 200, the blue light is changed to the second pitch of the DMD to generate a second lattice pattern.

상기 투영렌즈(400)는 빨간색 필터를 통과하여 상기 DMD(300)에 의하여 생성된 제 1 격자무늬를 대상물(500)에 투영한다.The projection lens 400 passes through a red filter to project the first lattice pattern generated by the DMD 300 onto the object 500.

또한, 파란색 필터를 통과하여 상기 DMD(300)에 생성된 제 2 격자무늬를 대상물(500)에 투영한다.In addition, the second grid pattern generated in the DMD 300 by passing through the blue filter is projected onto the object 500.

상기 대상물(500)은 상기 투영렌즈(400)를 통과한 제 1 피치에 의한 제 1 격자무늬와 제 2 피치에 의한 제 2 격자무늬가 변형된다.The first object 500 has a first lattice pattern by a first pitch and a second lattice pattern by a second pitch that have passed through the projection lens 400.

상기 결상렌즈(600)는 상기 대상물(500)로부터 변형된 제 1, 제 2 격자무늬를 카메라 센서(700)로 전달한다.The imaging lens 600 transmits the first and second grid patterns deformed from the object 500 to the camera sensor 700.

상기 카메라 센서(700)는 결상렌즈(600)로부터 전달되는 변형된 제 1, 제 2 격자무늬를 획득하여 이를 합한다.The camera sensor 700 acquires and deforms the modified first and second lattice patterns transmitted from the imaging lens 600.

한편, DMD를 사용하기 때문에 피치만을 변화시켜서 위상이동하므로 종래의 위상천이보다 정밀하게 위상천이되고, 한 프레임 안에서 동시에 측정이 가능하다.On the other hand, since the DMD is used to shift the phase by changing only the pitch, the phase shift is more precise than the conventional phase shift, and the measurement can be performed simultaneously in one frame.

상기 한 프레임 안에서 동시에 측정이 가능하기 위해서 즉, 한 프레임에 서로 다른 두 개의 격자 무늬(상기 제 1, 제 2 격자무늬)를 명확하게 얻기 위해서는 다음과 같은 공식이 성립되어야 한다.In order to be able to measure simultaneously in the one frame, that is, to clearly obtain two different grid patterns (the first and second grid patterns) in one frame, the following formula must be established.

(피치1의 격자무늬 투영시간 + 피치2의 격자무늬 투영시간) =< (CCD의 노출 시간)(Lattice projection time of pitch 1 + lattice projection time of pitch 2) = <(CCD exposure time)

따라서 위상을 변경하면서 n-Bucket(n은 3이상) 방식으로 위 과정을 n회 반복하여 측정된 이미지를 통하여 기준격자 없이 대상물의 높이에 따른 초기 위상값과 높이 정보를 연산할 수 있으나 작은 오차와 빠른 측정속도를 위해서는 4회 반복하는 것이 바람직하다.Therefore, the initial phase value and height information according to the height of the object can be calculated without reference grid through the measured image by repeating the above process n times with n-Bucket (n is 3 or more) method while changing the phase. It is desirable to repeat 4 times for fast measurement speed.

상기 초기 위상값 연산에 대하여 도 3과 함께 설명하면 다음과 같다.The initial phase value calculation will be described with reference to FIG. 3 as follows.

A pixel과, B pixel이 각각에 대해서 전체를 100%라고 하면 DMD의 변화가 1/4일 경우에는 A pixel의 50%는 ON이 되고, 나머지 50%도 ON이 되며, B pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%도 OFF가 된다.If A pixel and B pixel are 100% for each, 50% of A pixel is ON and 50% of B pixel is ON when DMD change is 1/4. It turns off and the remaining 50% also turns off.

따라서 A pixel은 최대값이 되어 위상이 최대가 되고 B pixel은 최소값이 되어 위상이 최소가 된다.Therefore, the A pixel is the maximum value and the phase is maximum, and the B pixel is the minimum value and the phase is minimum.

다음, DMD의 변화가 2/4일 경우에는 A pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 ON이 되며, B pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 ON이 된다.Next, when the DMD change is 2/4, 50% of the A pixel is turned off and the remaining 50% is turned on, 50% of the B pixel is turned off and the remaining 50% is turned on.

따라서, A pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 되고 B pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 된다.Therefore, the A pixel is in the middle value, the phase is in the middle, and the B pixel is the middle value, and the phase is in the middle.

다음, DMD의 변화가 3/4일 경우에는 A pixel의 50%는 OFF가 되고 나머지 50%는 OFF가 되며, B pixel의 50%는 ON이 되고 나머지 50%는 ON이 된다.Next, when the DMD change is 3/4, 50% of the A pixel is turned off and the remaining 50% is turned off, 50% of the B pixel is turned on and the remaining 50% is turned on.

따라서 A pixel은 최소값이 되어 위상이 최소가 되고 B pixel은 최대값이 되어 위상이 최대가 된다.Therefore, A pixel is the minimum value and the phase is minimum, and B pixel is the maximum value and the phase is maximum.

다음, DMD의 변화가 4/4일 경우에는 A pixel의 50%는 ON가 되고 나머지 50% 는 OFF가 되며, B pixel의 50%는 ON이 되고 나머지 50%는 OFF이 된다.Next, when the DMD change is 4/4, 50% of the A pixel is turned on and the remaining 50% is turned off, 50% of the B pixel is turned on and the remaining 50% is turned off.

따라서 A pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 되고 B pixel은 중간값이 되어 위상이 중간이 된다.Therefore, the A pixel is in the middle, and the phase is in the middle, and the B pixel is in the middle, and the phase is in the middle.

이에, 도 3에 도시된 위상값을 하기 [수학식 1]에 적용하여 초기 위상값을 연산한다.Thus, the initial phase value is calculated by applying the phase value shown in FIG. 3 to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

φ(x,y)=tan-1(I4-I2/I1-I3)φ (x, y) = tan -1 (I 4 -I 2 / I 1 -I 3 )

또한, [수학식 2]를 이용하여 대상물의 높이를 연산한다.In addition, the height of the object is calculated using Equation 2.

[수학식 2][Equation 2]

대상물높이 = λ(등가파장) × φ(x,y)/2π 가 된다.Object height = λ (equivalent wavelength) × φ (x, y) / 2π.

이외에도 도 4에 도시된 이파장위상측정법은 [수학식 3]에 적용하여 본 발명을 수행할 수 있다.In addition, the two-wavelength phase measurement method shown in FIG. 4 may be applied to Equation 3 to perform the present invention.

[수학식 3][Equation 3]

φe(x,y)=φ1(x,y)-φ2(x,y)=2π·h(x,y)·(λ2-λ1/λ2λ1)φ e (x, y) = φ 1 (x, y) -φ 2 (x, y) = 2π · h (x, y) · (λ 2 -λ 1 / λ 2 λ 1 )

φe(x,y)=2π·h(x,y)/λe φ e (x, y) = 2π · h (x, y) / λ e

λe=λ2λ1/λ2-λ1 λ e = λ 2 λ 1 / λ 2 -λ 1

도 5는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치에 의하여 RGB 컬러 카메라의 감도곡선 및 분광필터 특성 그래프로서, 상기 설명한 바 있는 DMD를 이용한 모아레 장치를 이용하여 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMD를 이용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값과 높이정보를 연산한다.FIG. 5 is a graph of sensitivity curves and spectral filter characteristics of an RGB color camera by a moiré apparatus using a DMD according to the present invention. The initial phase value and height information are calculated by acquiring two grating images at the same time from the camera sensor of the moiré device.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As described above, those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features.

그러므로 상기한 기술은 단지 한 실시예이고 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it is to be understood that the above description is only one embodiment, illustrative, and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

도 1은 종래의 모아레 장치 구성도,1 is a configuration diagram of a conventional moiré device,

도 2는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치 구성도,2 is a block diagram of a moiré device using a DMD according to the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 두 격자의 위상차를 나타낸 예시도,3 is an exemplary view showing a phase difference between two gratings according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 파장위상 측정법을 나타낸 예시도,4 is an exemplary view showing a wavelength phase measurement method according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 DMD를 이용한 모아레 장치에 의하여 RGB 컬러 카메라의 감도곡선 및 분광필터 특성 그래프이다.5 is a graph of sensitivity curves and spectral filter characteristics of an RGB color camera by a moire apparatus using a DMD according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

100 : 광원 200 : 필터 휠100: light source 200: filter wheel

300 : DMD 400 : 투영렌즈300: DMD 400: Projection Lens

500 : 대상물 600 : 결상렌즈500: object 600: imaging lens

700 : 카메라 센서700: camera sensor

Claims (4)

평행광을 생성하는 광원과;A light source for generating parallel light; 서로 다른 색을 갖고 한 프레임을 이루는 두 종류의 필터와;Two types of filters having different colors and forming one frame; 상기 서로 다른 색을 갖는 필터 각각에 대한 격자무늬를 생성하는 DMD와;A DMD generating a grid pattern for each of the filters having different colors; 상기 생성된 각각의 격자무늬를 대상물에 투영하는 투영렌즈와;A projection lens for projecting each of the generated grids onto an object; 상기 대상물에 투영되어 변형된 각각의 격자무늬를 전달받는 결상렌즈; 및An imaging lens that receives the grid pattern deformed by being projected onto the object; And 상기 각각의 격자무늬를 전달받아 그 합에 의해서 초기 위상값을 연산하는 카메라 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.The moire device using a DMD, characterized in that consisting of a camera sensor receiving the respective grid pattern and calculates the initial phase value by the sum. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 카메라 센서는 상기 DMD의 피치 변화만으로 위상이동되는 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.The camera sensor is a moire device using a DMD, characterized in that the phase shift only by the pitch change of the DMD. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카메라 센서는 상기 서로 다른 색을 갖는 한 프레임의 격자무늬가 동시에 측정되는 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.The camera sensor is a moire device using a DMD, characterized in that the grid pattern of one frame having different colors are measured at the same time. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 카메라 센서는 격자 마다 색을 달리하여 무늬를 투영함으로써 DMB를 이 용한 모아레 장치의 카메라 센서에서 동시에 두 개의 격자 이미지를 획득하여 초기 위상값과 높이정보를 연산하는 것을 특징으로 하는 DMD를 이용한 모아레 장치.The camera sensor acquires two grid images at the same time from the camera sensor of the moire device using DMB by projecting a pattern by different colors for each grid to calculate initial phase values and height information. .
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