KR20100095775A - 3ｄ 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법 - Google Patents

3ｄ 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2 대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법에 있어서, (a) 상기 3D 측정 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 상기 편광 요소의 편광 방향을 정렬하는 단계와, (b) 광원부로부터 빔이 조사되어 상기 2 대의 카메라에 의해 홀로그램이 획득되는 단계와, (c) 상기 한 쌍의 홀로그램에 대해 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여, 상기 한 쌍의 카메라 간의 인 플레인 미스얼라인먼트(In plane misalignment)와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment) 중 적어도 하나를 정렬하는 단계를 포함하며; 상기 (c) 단계에서 상기 인 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는 (c1) 상기 상관관계(Correlation) 기법 상의 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 빔의 상기 카메라로의 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계와, (c2) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 상기 홀로그램 상의 위치에 기초하여 상기 입사 방향에 수직한 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하며; 상기 (c) 단계에서 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는 (c3) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 상기 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리에 대한 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 와, (c4) 상기 한 쌍의 홀로그램 내의 동일한 위치에 복수의 단위 섹터를 선택하고, 상호 대응하는 단위 섹터에 대해 상기 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 추출한 상기 각 단위 섹터에 대한 상관관계 피크값에 기초하여, 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3Ｄ 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법{CAMERA ALIGNMENT METHOD ALIGNING TWO CAMERAS APPLIED TO 3D MEASURING OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 3D 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2 대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에서 2대의 카메라를 정렬하기 위한 카메라 정렬방법에 관한 것이다.
광학 기반의 3차원(3D) 측정 기술 중 디지털 홀로그래피를 이용한 방법이 고속 측정의 용이성으로 인해 그 중요성이 부각되고 있다. 도 1은 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 기술의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 3차원 물체인 측정 대상물에서 반사되어 나오는 측정광이 CCD 카메라에 촬상되는 상태를 도식화한 것으로, CCD 카메라 앞에 이미징 렌즈(Imaging lens)를 사용하지 않고 측정 대상물을 촬상하기 때문에 기존의 3D 측정 방식과 큰 차이 를 갖는다.
즉, CCD 카메라에 의해 촬상되는 이미지는 도 2에 도시된 바와 같은 디지털 홀로그램으로 표현된 암호화된 신호이며, 이러한 디지털 홀로그램에 포함된 정보를 프레넬 변환(Fresnel transform)을 통하여 측정 대상물에 대한 이미지 정보를 수치적으로 계산하여 이미지를 얻게 된다.
이와 같이 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정방식은 이미징 렌즈를 사용하지 않기 때문에, 렌즈리스 이미징(Lensless imaging)이라고도 불리우며, 디지털 홀로그램에 측정 대상물의 3차원 정보가 전부 저장되어 있기 때문에 기존의 비전(Vision) 광학계가 갖는 2차원적인 정보 뿐 아니라, 다양한 3차원 정보를 추출할 수 있어서 근래에 3D 측정 기술로 각광을 받고 있다.
이와 관련하여, 본원 출원인에 의해 출원되어 등록된 한국등록특허 제0867302호 '디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치'에서는 2대의 CCD 카메라를 이용하여 한 번의 촬상으로 2장의 홀로그램을 동시에 획득하고, 기존의 On-axis 방식이 갖는 측정 속도 측면에서의 단점과, Off-axis 방식이 갖는 횡분해능 측면에서의 단점을 보완하여 측정 속도 및 횡분해능을 모두 만족시킬 수 있는 3D 측정 광학 시스템을 제안하고 있다.
그런데, 한번의 촬영으로 2 대의 카메라로부터 동시에 2장의 홀로그램을 얻을 때에는 2대의 카메라의 정렬이 필요하다. 즉, 2 대의 카메라가 각각 입사되는 빔에 대하여 6축 방향에 대해 정렬되어 있어야 정확한 측정을 가능하게 한다. 즉 6축에 대해 미스얼라인먼트(Misalignment)가 발생하지 않아야 한다.
도 3은 2대의 카메라 간에 발생하는 인 플레인 미스얼라인먼트(In plane misalignment)를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 2대의 카메라 간에 발생하는 아웃 오프 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여 설명하며, 인 플레인 미스얼라인먼트는 인 플레인 미스얼라인먼트는 카메라의 화면을 기준으로 카메라 화면을 좌표 평면으로 할 때, 해당 좌표 평면 상에서 발생하는 미스얼라인먼트(Misalignment)를 의미한다. 카메라 화면을 좌표 평면으로 두고, 좌표 평면을 이루는 두 축을 각각 x축과 y축이라 하고, 카메라로 입사되는 빔의 입사 방향을 z축이라 하면 x축, y축 및 z축을 갖는 3차원 좌표계가 결정된다.
여기서, 인 플레인 미스얼라인먼트 중 하나는, 도 3에 도시된 바와 같이, 두 카메라 간에 빔의 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향, 즉 z축을 중심으로하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δθ가 발생할 수 있다. 그리고, 인 플레인 미스얼라인먼트의 다른 두 개는 x축 방향과 y축 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δx 및 Δy이다.
아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트로는, 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 카메라의 화면을 좌표 평면으로 할 때, 두 축인 x축 및 y축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트는 Δφ와 Δγ가 발생할 수 있다. 또한, 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트의 다른 하나는 두 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리차에서 발생하는 미스얼라인먼트인 Δz이다.
이와 같은 6개의 미스얼라인먼트, 즉 Δx, Δy, Δz, Δθ, Δφ 및 Δγ가 오차 범위 내에서 정렬이 이루어져야 2대의 카메라 간의 6축이 정렬되어 보다 정확한 측정이 가능하게 된다.
이와 같은 2대의 카메라 간에 발생하는 미스얼라인먼트를 해결하기 위한 종래의 접근법은 2대의 카메라에 의해 촬영된 영상을 이용하는 방법으로, 2대의 카메라에 의해 얻어진 홀로그램을 상호 비교하여 정렬하는 방법을 사용하였다. 그러나, 이미지를 비교하는 방법은 단지 인 플레인 미스얼라인먼트의 조정 만이 가능하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 6 자유도를 갖는 카메라에서 발생하는 미스얼라인먼트를 정렬하는데 한계가 있다.
또한, 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트의 정렬을 위해 추가 광학계를 이용하는 방법이 제안되었으나, 이는 고가의 장비를 사용하여야 하는 단점과, 그 적용의 복작성 등 때문에 현실적으로 실제 시스템에 적용하기에는 힘들다.
이에 본 발명은, 별도의 추가적인 장비를 사용하지 않고, 6 자유도를 갖는 두 대의 카메라 간에 발생하는 인 플레인 미스얼라인먼트와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트를 제거하여 2대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용될 수 있는 2대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 2 대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법에 있어서, (a) 상기 3D 측정 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 상기 편광 요소의 편광 방향을 정렬하는 단계와, (b) 광원부로부터 빔이 조사되어 상기 2 대의 카메라에 의해 홀로그램이 획득되는 단계와, (c) 상기 한 쌍의 홀로그램에 대해 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여, 상기 한 쌍의 카메라 간의 인 플레인 미스얼라인먼트(In plane misalignment)와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment) 중 적어도 하나를 정렬하는 단계를 포함하며; 상기 (c) 단계에서 상기 인 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는 (c1) 상기 상관관계(Correlation) 기법 상의 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 빔의 상기 카메라로의 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계와, (c2) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 상기 홀로그램 상의 위치에 기초하여 상기 입사 방향에 수직한 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하며; 상기 (c) 단계에서 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는 (c3) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 상기 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리에 대한 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계와, (c4) 상기 한 쌍의 홀로그램 내의 동일한 위치에 복수의 단위 섹터를 선택하고, 상호 대응하는 단위 섹터에 대해 상기 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 추출한 상기 각 단위 섹터에 대한 상관관계 피크값에 기초하여, 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 (c1) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 1에 근접하도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 입사 방향을 축으로 하여 회전시켜 상기 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬할 수 있다.
그리고, 상기 (c2) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 상기 홀로그램 상에서 중앙에 위치되도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상 기 좌표 평면 상에서 이동시켜 상기 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 정렬할 수 있다.
그리고, 상기 (c3) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 1에 근접하도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 입사 방향으로 이동시켜 상기 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리에 대한 미스얼라인먼트를 정렬할 수 있다.
여기서, 상기 (c4) 단계는, 상기 각 홀로그램으로부터 상기 단위 섹터에 대한 단위 홀로그램을 추출하는 단계와; 상호 대응하는 상기 단위 홀로그램에 대해 상기 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 상기 각 단위 홀로그램에 대한 상관관계 피크값들을 산출하는 단계와; 상기 각 단위 섹터들에 대한 상기 상관관계 피크값들이 상호 근사적으로 일치되도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 회전시켜 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 광학 시스템의 카메라 정렬방법에 있어서, 상기 3D 측정 광학 시스템은 제1 카메라 및 제2 카메라와, 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 빔을 생성하는 광원부와, 상기 광원부로부터의 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와, 상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와, 상기 제2 광 경로 상에 배치되는 쿼터 웨이브 플레이트와, 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 기준 미러로부터 반사된 빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와, 상기 제4 광 경로 상에 배치되는 하프 웨이브 플레이트와, 상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 방향에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 빔과 상기 하프 웨이브 플레이트로부터의 빔을 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와, 상기 제1 카메라와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되는 수직방향 선편광판과, 상기 제2 카메라와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되는 수평방향 선편광판, 상기 제1 빔 스플리터를 거친 빔을 촬상하는 제3 카메라를 포함하며; 상기 제1 카메라, 상기 제2 카메라 및 상기 제3 카메라 중 2 대의 카메라에 대해 상기 카메라 정렬방법을 적용하는 단계를 포함하며; 상기 카메라 정렬방법의 상기 (a) 단계는 상기 수직방향 선편광판, 상기 수평방향 선형편광판, 상기 쿼터 웨이브 플레이트 및 상기 하프 웨이브 플레이트의 편광 방향을 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 상태로 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 3D 측정 광학 시스템은 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 카메라 사이의 광 경로 상에 배치되는 선형 편광판을 더 포함하며; 상기 카메라 정렬방 법의 상기 (a) 단계는 상기 선형 편광판의 편광 방향을 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 상태로 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 카메라, 상기 제2 카메라 및 상기 제3 카메라 중 상기 카메라 정렬방법에 의해 정렬된 2대의 카메라 중 어느 하나와, 나머지 하나에 대해 제5항에 따른 카메라 정렬방법을 적용하는 단계를 더 포함하며; 상기 정렬된 2대의 카메라 중 어느 하나를 기준으로 상기 나머지 하나의 카메라를 정렬할 수 있다.
본 발명에 따르면, 별도의 추가적인 장비를 사용하지 않고, 6 자유도를 갖는 2 대의 카메라 간에 발생하는 인 플레인 미스얼라인먼트와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트를 제거하여 2대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용될 수 있는 2대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법이 제공된다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 카메라 정렬 방법은 2대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용되며, 2대의 카메라에서 발생한 미스얼라인먼트를 정렬하는데 적용된다.
먼저, 3D 측정 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 편광 요소의 편광 방향을 정렬한다. 예를 들어, 3D 측정 광학 시스템의 편광 요소로 선형 편광판이 사용되고, 해당 선형 편광판이 실제 3D 측정시에는 수직 방향이나 수평 방향, 또는 수직 방향 및 수평 방향에 대해 45°로 기울어진 편광 상태로 정렬되어 사용되는 경우, 카메라 정렬 방법의 적용을 위해 3D 측정 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 편광 요소의 편광 상태가 동일해지도록 정렬된다. 이에 따라, 3D 측정 광학 시스템의 광원부로부터 방출된 빔이 2대의 카메라로 입사될 때 동일한 편광 상태로 입사될 수 있다.
상기와 같이 편광 요소들이 정렬된 상태에서 광원부로부터 빔이 조사되면, 2대의 카메라에 의해 홀로그램이 획득된다. 여기서, 상술한 바와 같이, 2대의 카메라로 각각 입사되는 빔의 광 경로 상에 배치된 모든 편광 요소의 편광 방향이 동일하게 정렬된 상태이므로, 2대의 카메라에 의해 획득된 홀로그램은 이상적으로는 동일한 정보를 갖게 된다.
여기서, 상기와 같은 과정을 통해 획득된 한 쌍의 홀로그램에 대해 상관관계 기법을 적용하여, 한 쌍의 카메라 간에 발생한 인 플레인 미스얼라인먼트(In plane misalignment)와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬한다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여 인 플레인 미스얼라인먼트 중 카메라로 입사되는 방향을 축, 즉 도 1 및 도 4의 z축을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δθ를 정렬하는 방법에 대해 설명한다.
두 장의 홀로그램에 대해 상관관계 기법을 적용하는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 두 장의 홀로그램으로부터 각 동일한 사이즈와 동일한 위치의 특정 영역(도 5에서는 중심점을 포함하는 사각형 영역)의 정보를 추출하고, 두 영역에 대해 상관관계 기법을 적용한다. 도 6은 상기와 같은 과정을 통해 얻은 상관관계 분포를 나타낸 그래프이다.
여기서, 두 홀로그램이 정확히 일치하게 되면 상관관계 피크값은 1이 되는데, 이를 'auto-correlation'이라 한다. 그러나, 두 홀로그램이 일치하지 않은 경우에는 상관관계 피크값이 1보다 작은 값이 나오게 된다. 따라서, 두 홀로그램에 대한 상관관계 피크값이 1에 근접하도록 2대의 카메라 중 어느 하나를 입사 방향을 축으로, 즉 z축을 축으로 하여 회전시켜 z축 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δθ를 정렬할 수 있게 된다.
한편, 카메라의 화면을 좌표 평면으로 할 때, 즉 빔의 입사 방향에 수직한 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트인 Δx, Δy의 정렬은 상관관계 피크값의 홀로그램 상의 위치에 의해 결정된다. 즉, 두 홀로그램이 일치하지 않은 경우에는 상관관계 피크값이 홀로그램의 중앙에 위치하지 않게 되는데, 상관관계 피크값이 홀로그램 상의 중앙에 위치되도록 카메라 중 어느 하나를 빔의 입사 방향에 수직인 좌표 평편, 즉 x-y 평면 상에서 이동시킨다.
예를 들어, 상관관계 피크값이 x축 방향으로 12픽셀, y축 방향으로 23픽셀만큼 중심으로부터 이동된 위치에 나타났다고 가정하고, 픽셀 하나의 크기가 6.4㎛로 가정하는 경우, Δx = 12×6.4㎛가 되고, Δy = 23×6.4㎛가 된다. 따라서, 카메 라 중 어느 하나를 산출된 Δx 및 Δy 만큼 이동시켜 빔의 입사 방향에 수직한 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 제거하게 된다.
여기서, z축을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트가 조절된 상태인 경우에는, z축을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트의 조절시 회전시켰던 카메라를 x-y 평면 상에서 이동시키게 된다. 즉, 어느 하나의 카메라를 기준으로 다른 카메라의 미스얼라인먼트를 모두 조절하게 된다.
상기와 같은 방법을 통해 두 카메라 간에 발생한 인 플레인 미스얼라인먼트를 두 홀로그램에 대해 상관관계 기법을 적용하여 제거할 수 있게 된다. 여기서, 인 플레인 미스얼라인먼트를 카메라의 회전 및 이동을 통해 정렬하는 것을 예로 하여 설명하였다. 이외에도, 소프트웨어적으로 두 카메라로부터 획득된 홀로그램 중 어느 하나를 z축 방향으로 회전시키고, x-y 평면 상에서 홀로그램을 산출된 픽셀만큼 이동시켜 적용하는 것으로 카메라의 정렬과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
한편, 두 카메라 간에 발생한 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment) 중 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리 상에서 발생하는 미스얼라인먼트인 Δz의 정렬은 상관관계 피크값의 크기에 기초하여 결정된다. 도 7은 Δz의 변화에 따른 상관관계 피크값의 변화를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상관관계 피크값은 Δz의 변화에 민감하게 나타남을 알 수 있다. 따라서, 상관관계 피크값이 1에 근접하도록 카메라 중 어느 하나를 입사 방향, 즉 z축 방향으로 이동시켜 Δz를 정렬할 수 있다.
여기서, 상술한 Δθ와 Δz 모두 상관관계 피크값에 기초하여 정렬을 수행하 게 되는데, 상관관계 피크값은 Δθ의 변화보다 Δz의 변화에 민감하게 변하므로, 상관관계 피크값이 1보다 많이 적은 경우에는 Δz의 정렬을 수행한 후, Δθ의 정렬을 통해 미세 정렬이 가능할 것이다.
한편, 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트 중 좌표 평면의 두 축, 즉 도 3 및 도 4의 x축과 y축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δφ와 Δγ를 정렬하는 과정은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 홀로그램 내에서 동일한 위치에 복수의 단위 섹터를 선택하는데, 각 단위 섹터들의 사이즈는 동일한 것이 바람직하다. 여기서, 도 8에서는 각 홀로그램에서 사각형 형태의 9개의 단위 섹터가 선택된 것을 예로 하고 있다.
그런 다음, 각 홀로그램에서 추출된 상호 대응하는 단위 섹터들에 대해 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 각 단위 섹터에 대한 상관관계 피크값을 산출한다. 즉, 하나의 홀로그램으로부터, 도 8에 도시된 바와 같이 9 개의 단위 섹터가 추출되고, 다른 홀로그램으로부터 동일한 위치와 사이즈의 9개의 단위 섹터가 추출되므로, 9개의 상관관계 피크값이 산출된다.
이 때, x축과 y축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δφ와 Δγ가 0, 즉 정렬이 이루어진 상태인 경우에는 9개의 상관관계 피크값이 동일한 값을 가지나, Δφ와 Δγ가 0이 아닌 경우, 즉 x축과 y축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트가 존재하게 된다.
도 9는 9개의 상관관계 피크값을 x-y 평면 상에 플롯(plot)한 그래프로, 9개 의 상관관계 피크값으로 x축과 y축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트인 Δφ와 Δγ가 확인 가능하게 된다.
따라서, 각 단위 섹터들에 대한 상관관계 피크값들이 상호 근사적으로 일치되도록 카메라 중 어느 하나를 x축 및/또는 y축을 중심으로 회전시킴으로써, x-y 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬할 수 있게 된다.
이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명에 따른 카메라 정렬 방법이 3D 측정 광학 시스템에 적용되는 예를 설명한다. 도 10에 도시된 3D 측정 광학 시스템은 본원 발명자에 의해 제안되는 새로운 형태의 3D 측정 광학 시스템으로 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 3D 측정 광학 시스템은 제1 카메라, 제2 카메라(52), 제3 카메라(53), 광원부(10), 제1 빔 스플리터(20), 제2 빔 스플리터(21), 제3 빔 스플리터(22), 제4 빔 스플리터(23), 쿼터 웨이브 플레이트(30)(Quater wave plate : QWP), 하프 웨이브 플레이트(31)(Half wave plate : HWP), 수평방향 선형편광판(41), 수직방향 선형편광판(42) 및 제어부(70)를 포함한다.
광원부(10)는 수직 편광 방향과 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하여 출력한다. 여기서, 본 발명에 따른 광원부(10)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(11) 및 편광판(14)을 포함할 수 있다. 또한, 광원부(10)는 공간 필터(12)(Spatial filter) 및 콜리메이팅 렌 즈(13)(Collimating lens)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(11)은 소정 파장(λ)의 레이저 빔을 출력한다. 본 발명에서는 레이저 광원(11)으로 선형 편광된 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드(Laser diode : LD) 모듈 형태로 마련되는 것을 일 예로 한다.
레이저 광원(11)으로부터 출력된 레이저 빔은 공간 필터(12)를 거쳐 콜리메이팅 렌즈(13)를 통과하며 평행광 형태로 변환되어 편광판(14)을 통과하게 된다. 여기서, 편광판(14)은 수직 편광 방향과 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 가지며, 이에 따라 편광판(14)을 통과한 레이저 빔은 45° 기울어진 편광 상태, 즉 광원부(10)로부터 출력되는 선형 편광 빔 상태를 갖게 된다.
광원부(10)로부터 출력된 선형 편광 빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사된다. 제1 빔 스플리터(20)는 광원부(10)로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 광 경로 방향은 측정빔의 광 경로이고, 제2 광 경로는 기준빔의 광 경로가 된다.
제1 광 경로로 진행하는 선형 편광 빔은 다시 제2 빔 스플리터(21)로 입사된다. 제2 빔 스플리터(21)는 제1 광 경로 상에 배치되고, 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력되어 입사되는 선형 편광 빔을 측정 대상물(90) 방향으로 출력한다. 그리고, 제2 빔 스플리터(21)는 선형 편광 빔이 측정 대상물(90)로부터 반사되어 형성된 측정빔을 다시 제1 빔 스플리터(20) 방향과 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 빔 스플리터(20) 방향, 즉 제1 광 경로의 역방향과 제3 광 경로는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상호 수직한 방향이 된다.
한편, 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력되어 제2 광 경로로 진행하는 선형 편광 빔은 제2 광 경로 상에 배치된 쿼터 웨이브 플레이트(30), 즉 λ/4 파장판을 통과한다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)는 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력된 선형 편광 빔을 90°의 위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시킨다. 그리고, 쿼터 웨이브 플레이트(30)로부터 출력된 원형 편광 빔은 제2 광 경로 상에 배치된 제3 빔 스플리터(22)로 입사된다.
도 11은 쿼터 웨이브 플레이트(30)의 편광 상태(fast axis 및 slow axis)와 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력된 선형 편광 빔의 편광 상태, 즉 본 발명에서의 광원부(10)의 편광판(14)의 편광 상태 간의 관계를 나타낸 도면이다.
제3 빔 스플리터(22)는 쿼터 웨이브 플레이트(30)로부터 출력된 원형 편광 빔을 기준 미러(60) 방향으로 출력한다. 그리고, 제3 빔 스플리터(22)는 원형 편광 빔이 기준 미러(60)에 의해 반사되어 형성된 기준빔을 다시 제1 빔 스플리터(20) 방향, 즉 제2 광 경로의 역 방향과, 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 빔 스플리터(20) 방향과 제4 광 경로 방향은, 도 10에 도시된 바와 같이, 상호 수직한 방향이 된다.
제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 사이의 제4 광 경로 상에 배치되는 하프 웨이브 플레이트(31)는 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력된 기준빔을 -90°의 위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시킨다.
상기와 같은 과정을 통해, 제2 빔 스플리터(21)로부터 제3 광 경로 방향으로 출력된 측정빔과, 제3 빔 스플리터(22)로부터 제4 광 경로 방향으로 출력되어 하프 웨이브 플레이트(31)를 통과한 기준빔은 제3 광 경로와 제4 광 경로가 방향에 교차하는 위치에 배치된 제4 빔 스플리터(23)로 입사된다. 그리고, 제4 빔 스플리터(23)는 입사된 측정빔과 기준빔을 제1 카메라(51) 및 제2 카메라(52) 방향으로 분할하여 출력한다.
제4 빔 스플리터(23)에 입사되어 제1 카메라(51) 및 제2 카메라(52) 방향으로 분할되어 출력되는 측정빔과 기준빔은 상호 간섭되어 간섭광을 형성하게 된다. 여기서, 간섭광에는 원형 편광 빔인 기준빔과 45°선형 편광 빔인 측정빔 간의 간섭이 발생하게 되어 수직 편광 성분과 수평 편광 성분을 갖는다. 또한, 기준빔이 하프 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 -90°의 위상차를 가지게 되어, 수직 편광 성분 및 수평 편광 성분은 -90°의 위상차를 갖게 된다.
여기서, 수직방향 선형편광판(41)은 제1 카메라(51)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 배치되어 제1 카메라(51) 방향으로 출력된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시킴으로서, 제1 카메라(51)가 간섭광 중 수직 편광 성분에 대한 홀로그램을 촬상하게 된다. 반면, 수평방향 선형편광판(42)은 제2 카메라(52)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 배치되어 제2 카메라(52) 방향으로 출력된 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시킴으로서, 제2 카메라(52)가 간섭광 중 수평 편광 성분에 대한 홀로그램을 촬상하게 된다.
도 12를 참조하여 설명하면, 도 12의 (a)는 본 발명에서 기준빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면으로, 광원부(10)로부터 출력된 45° 기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 좌 원형 편광 빔 형태로 편광된 기준빔을 형성한다. 이 때, 좌 원형 편광 빔은 90°의 위상차를 갖는다. 그리고, 좌 원형 편광 빔 형태의 기준빔은 하프 웨이브 플레이트(31)를 통과하면서 우 원형 편광되고, x축과 y축 방향의 편광 방향에 대해 상호 -90°의 위상차를 갖게 된다.
도 12의 (b)는 측정빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면으로, 광원부(10)로부터 출력된 45° 기울어진 선형 편광 빔이 편광 상태 그대로 측정빔을 형성한다. 여기서, 도 12의 (c)는 각각 수평방향 선형편광판(42)의 편광 방향과 수작방향 선형편광판(42)의 편광 방향을 각각 도시한 도면이다.
상기와 같은 구성을 통해 On-axis 방식을 적용하여 한 번의 촬상으로 제1 카메라(51) 및 제2 카메라(52)를 통해 2 장의 홀로그램을 동시에 취득하게 됨으로써, 기존의 Off-axis 방식이 갖는 단점, 즉 횡분해능 및 틸팅 각의 제한 문제를 해소함과 동시에 측정 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
다시 도 10을 참조하여 설명하면, 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력되어 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 향하는 기준빔은 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과한다. 여기서, 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력된 기준빔은 상술한 바와 같이 원형 편광 빔의 편광 상태를 가지므로, 원형 편광 빔의 편광 상태를 갖는 기준빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 선형 편광 빔으로 편광된다.
도 13의 (a)를 참조하여 설명하면, 광원부(10)로부터 출력된 45°기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과할 때, 상술한 바와 같이, 원형 편광 빔으로 편광되고, 원형 편광 빔 형태의 기준빔이 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 -45° 기울어진 선형 편광 빔으로 편광된다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 형성된 선형 편광 빔 형태의 기준빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사된다.
한편, 제2 빔 스플리터(21)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 측정빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는데, 측정빔의 편광 상태는 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 45°기울어진 선형 편광 빔 형태를 유지한 상태로 입사된다.
여기서, 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는 기준빔 및 측정빔은 제3 카메라(53) 방향으로 출력된다. 이 때, 제3 카메라(53) 방향으로 출력된 기준빔은 -45° 기울어진 선형 편광 빔 형태를 가지고 측정빔은 45° 기울어진 선형 편광 빔 형태를 가지므로, 제3 카메라(53) 방향으로 향하는 기준빔 및 측정빔 간에는 간섭이 발생하지 않은 상태로 제3 카메라(53)에 의해 촬상된다.
상기와 같은 구성을 통해 상호간에 간섭에 발생하지 않은 상태로 기준빔 및 측정빔이 각각 제3 카메라(53)에 의해 촬상되므로, 제3 카메라(53)에 의해 촬상된 영상으로부터 기준빔과 측정빔의 세기(intensity) 정보, Iref 항과 Iobj 항의 합을 얻을 수 있게 된다.
즉, 제어부(70)는 제3 카메라(53)에 의해 촬상된 기준빔 및 측정빔을 이용하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목을 추출하고, 추출된 DC 항목과, 제1 카메라(51) 및 제2 카메라(52)에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 측정 대상물(90)의 표면 형상을 측정하게 된다.
이에 따라, 기존의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정에서, 싱글 샷(Single shot) On-axis 방식의 오브젝트 DC 항목(Iobj)을 평균화 기술(Averaging technique)을 사용하여 제거함에 따라 발생되었던 위상 정보의 손상 문제가 제거되고, 측정 과정에서 외부적인 요인이나 광원부(10) 자체의 요인으로 인해 발생할 수 있는 레퍼런스 DC 항목(Iref)의 변화가 반영됨으로써, 보다 정밀한 3D 측정이 가능하게 된다.
여기서, 제1 빔 스플리터(20)와 제2 빔 스플리터(21) 간의 간격, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 빔 스플리터(22) 간의 간격, 제2 빔 스플리터(21)와 제4 빔 스플리터(23) 간의 간격 및 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 간의 간격이 동일하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제4 빔 스플리터(23)와 제1 카메라(51) 간의 간격, 제4 빔 스플리터(23)와 제2 카메라(52) 간의 간격 및 제1 빔 스플리터(20)와 제3 카메라(53) 간의 간격이 동일하게 배치되고, 제2 빔 스플리터(21)와 측정 대상물(90) 간의 간격 및 제3 빔 스플리터(22)와 기준 미러(60) 간의 간격이 동일하게 배치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 광원부(10)로부터 출력되는 레이저 빔의 특성에 따라 레이저 다이오드와 같이 가간섭 거리가 매우 짧은 레이저 광원(11)을 사용하더라도 기준빔과 측정빔 간의 간섭이 발생하게 되어 홀로그램을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 매크로(Macro) 사이즈의 측정 대상물에 대한 적용 예에 대해서 설명하고 있지만, 마이크로(Micro) 사이즈의 측정 대상물에 대해서도 적용 가능함은 물론이다. 이 경우 측정 대상물의 전방에 마이크로스코프 오브젝트 렌 즈(Microscope object lens)를 배치함으로서 마이크로 사이즈의 측정 대상물에도 본 발명이 적용 가능하게 된다.
이하에서는 상기와 같은 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 광학 시스템에서 제1 카메라, 제2 카메라 및 제3 카메라를 정렬하는 카메라 정렬 방법에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명에서는 제1 카메라와 제2 카메라 간의 정렬을 수행하고, 정렬이 완료된 제1 카메라와 제2 카메라 중 어느 하나를 기준으로 제3 카메라를 정렬하는 것을 예로 한다.
먼저, 제1 카메라와 제2 카메라 간의 정렬을 위해 3D 측정 광학 시스템을 구성하는 편광 요소의 편광 방향을 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 편광 요소의 편광 방향을 정렬한다. 여기서, 도 10에서는 광원부(10)의 편광판(14), 쿼터 웨이브 플레이트(30), 하프 웨이브 플레이트(31), 수직방향 선편광판(41), 수평방향 선형편광판(42)이 편광 요소를 구성하는 바, 이들의 편광 상태를 정렬하게 된다.
여기서, 광원부(10)로부터 방출되는 선형 편광 빔이 편광판(14)에 의해 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 상태를 가지는 바, 쿼터 웨이브 플레이트(30), 하프 웨이브 플레이트(31), 수직방향 선형편광판(41), 수평방향 선형편광판(42)의 편광 방향을 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45° 기울어진 편광 상태로 정렬한다. 도 14의 (a)는 쿼터 웨이브 플레이트(30)의 편광 상태를 도시한 도면이고, 도 14의 (b)는 하프 웨이브 플레이트(31)의 편광 상태를 도시한 도면이고, 도 14의 (c)는 수직방향 선형편광판(41) 및 수평방향 선형 편광판(42)의 편광 상태를 도시한 도면이다.
상기와 같이, 3D 측정 광학 시스템의 모든 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 정렬된 상태에서 광원부로부터 선형 편광 빔이 출력되면, 제1 카메라 및 제2 카메라에 의해 촬상되어 얻은 홀로그램은 동일한 정보를 갖게 된다.
이와 같이, 제1 카메라 및 제2 카메라로부터 얻은 한 쌍의 홀로그램에 대하여, 전술한 바와 같은 카메라 정렬 방법을 적용하여, 제1 카메라와 제2 카메라 간의 인 플레인 미스얼라인먼트와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트를 정렬하게 된다.
그리고, 제1 카메라와 제2 카메라 간의 정렬이 완료되면, 제1 카메라 또는 제2 카메라를 기준으로 제3 카메라에 얻어진 홀로그램과 제1 카메라 또는 제2 카메라에서 얻어지는 홀로그램을 전술한 카메라 정렬 방법을 적용하여 정렬함으로써, 제1 카메라, 제2 카메라 및 제3 카메라가 모두 정렬된다.
한편, 도 10에 도시된 3D 측정 광학 시스템은 제1 빔 스플리터(20)와 제3 카메라(53) 사이의 광 경로 상에 배치되는 선형 편광판(43)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 카메라(53) 사이에 배치된 선형 편광판(43)은 제1 빔 스플리터(20)로부터 제3 카메라(53)로 향하는 측정빔을 투과시키고, 제3 빔 스플리터(22)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 기준빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 선형 편광된 상태로 제1 빔 스플리터(20)를 거친 기준빔의 투과를 차단하는 편광 상태를 갖는다.
즉, 광원부(10)로부터 출력된 45°기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플 레이트(30)를 통과할 때 원형 편광 빔으로 편광되고, 원형 편광 빔 형태의 기준빔이 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 -45° 기울어진 선형 편광 빔으로 편광된다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 형성된 선형 편광 빔 형태의 기준빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사된다.
제2 빔 스플리터(21)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 측정빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는데, 측정빔의 편광 상태는 45°기울어진 선형 편광 빔 형태를 유지한 상태로 입사된다.
그리고, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 카메라(53) 사이에 배치된 선형 편광판(43)은 측정빔이 투과되고 기준빔의 투과가 차단되도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는다.
따라서, 제3 카메라(53)에 의해 촬상되는 영상은 측정빔의 세기(intensity) 정보인 Iobj 항을 반영하게 된다. 그리고, 제어부(70)는 제3 카메라(53)에 의해 촬상된 측정빔을 이용하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목 중 오브젝트 DC 항목을 추출하고, DC 항목 중 레퍼런스 DC 항목(Iobj)은 변화가 없다는 가정 하에 미리 측정한 값을 사용하게 되며, 제1 카메라(51) 및 제2 카메라(52)에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 측정 대상물(90)의 표면 형상을 측정하게 된다.
여기서, 선형 편광판(43)이 배치된 상태에서 카메라 정렬을 수행할 때, 선형 편광판 또한 다른 편광 요소와 동일한 편광 상태를 갖도록 정렬되는데, 전술한 실시예에서는 편광 요소들을 모두 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45° 기울어진 편광 상태로 정렬하는 것을 예로 하였으며, 이 경우 선형 편광판(43)은 측정 상태로 그대로 사용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 기술의 개념을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 디지털 홀로그램으로 표현된 암호화된 신호의 일 예를 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 2 대의 카메라에서 발생할 수 있는 6축 미스얼라인먼트를 설명하기 위한 도면이고,
도 5 및 4는 본 발명에 따른 카메라 정렬 방법 중 인 플레인 미스얼라인먼트를 정렬하는 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 카메라 정렬 방법 중 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트를 정렬하는 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 본 발명에 따른 카메라 정렬 방법이 적용된 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 광학 시스템이고,
도 11 내지 도 13은 도 10의 3D 측정 광학 시스템의 편광 요소의 편광 상태를 도시한 도면이고,
도 14는 도 10의 3D 측정 광학 시스템에 카메라 정렬 방법이 적용될 때의 편광 요소의 편광 상태를 도시한 도면이다.

Claims (8)

  1. 2 대 이상의 카메라로부터 각각 획득된 홀로그램을 이용하여 표면 형상을 측정하는 3D 측정 광학 시스템에 적용되는 2 대의 카메라를 정렬하는 카메라 정렬방법에 있어서,
    (a) 상기 3D 측정 광학 시스템의 광 경로 상에 배치된 편광 요소가 동일한 편광 상태를 갖도록 상기 편광 요소의 편광 방향을 정렬하는 단계와,
    (b) 광원부로부터 빔이 조사되어 상기 2 대의 카메라에 의해 홀로그램이 획득되는 단계와,
    (c) 상기 한 쌍의 홀로그램에 대해 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여, 상기 한 쌍의 카메라 간의 인 플레인 미스얼라인먼트(In plane misalignment)와 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment) 중 적어도 하나를 정렬하는 단계를 포함하며;
    상기 (c) 단계에서 상기 인 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는
    (c1) 상기 상관관계(Correlation) 기법 상의 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 빔의 상기 카메라로의 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계와,
    (c2) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 상기 홀로그램 상의 위치에 기초하여 상기 입사 방향에 수직한 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 정렬 하는 단계 중 적어도 하나를 포함하며;
    상기 (c) 단계에서 아웃 오브 플레인 미스얼라인먼트(Out of plane misalignment)를 정렬하는 단계는
    (c3) 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)의 크기에 기초하여 상기 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리에 대한 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계와,
    (c4) 상기 한 쌍의 홀로그램 내의 동일한 위치에 복수의 단위 섹터를 선택하고, 상호 대응하는 단위 섹터에 대해 상기 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 추출한 상기 각 단위 섹터에 대한 상관관계 피크값에 기초하여, 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (c1) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 1에 근접하도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 입사 방향을 축으로 하여 회전시켜 상기 입사 방향을 축으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c2) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 상 기 홀로그램 상에서 중앙에 위치되도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 좌표 평면 상에서 이동시켜 상기 좌표 평면 상의 미스얼라인먼트를 정렬하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (c3) 단계에서는 상기 상관관계 피크값(Correlation peak value)이 1에 근접하도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 입사 방향으로 이동시켜 상기 각 카메라로 입사되는 빔의 광 경로의 거리에 대한 미스얼라인먼트를 정렬하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (c4) 단계는,
    상기 각 홀로그램으로부터 상기 단위 섹터에 대한 단위 홀로그램을 추출하는 단계와;
    상호 대응하는 상기 단위 홀로그램에 대해 상기 상관관계(Correlation) 기법을 적용하여 상기 각 단위 홀로그램에 대한 상관관계 피크값들을 산출하는 단계와;
    상기 각 단위 섹터들에 대한 상기 상관관계 피크값들이 상호 근사적으로 일치되도록 상기 카메라 중 어느 하나를 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 회전시켜 상기 좌표 평면의 두 축을 중심으로 하는 회전 방향으로의 미스얼라인먼트를 정렬하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  6. On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 광학 시스템의 카메라 정렬방법에 있어서,
    상기 3D 측정 광학 시스템은
    제1 카메라 및 제2 카메라와,
    수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 빔을 생성하는 광원부와,
    상기 광원부로부터의 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와,
    상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 측정 대상물로부터 반사된 빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와,
    상기 제2 광 경로 상에 배치되는 쿼터 웨이브 플레이트와,
    상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 기준 미러로부터 반사된 빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와,
    상기 제4 광 경로 상에 배치되는 하프 웨이브 플레이트와,
    상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 방향에 배치되며, 상기 제 2 빔 스플리터로부터의 빔과 상기 하프 웨이브 플레이트로부터의 빔을 상기 제1 카메라 및 상기 제2 카메라 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와,
    상기 제1 카메라와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되는 수직방향 선편광판과,
    상기 제2 카메라와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되는 수평방향 선편광판,
    상기 제1 빔 스플리터를 거친 빔을 촬상하는 제3 카메라를 포함하며;
    상기 제1 카메라, 상기 제2 카메라 및 상기 제3 카메라 중 2 대의 카메라에 대해 제5항에 따른 카메라 정렬방법을 적용하는 단계를 포함하며;
    상기 카메라 정렬방법의 상기 (a) 단계는 상기 수직방향 선편광판, 상기 수평방향 선형편광판, 상기 쿼터 웨이브 플레이트 및 상기 하프 웨이브 플레이트의 편광 방향을 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 상태로 정렬하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3D 측정 광학 시스템은 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 카메라 사이의 광 경로 상에 배치되는 선형 편광판을 더 포함하며;
    상기 카메라 정렬방법의 상기 (a) 단계는 상기 선형 편광판의 편광 방향을 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 상태로 정렬하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 카메라, 상기 제2 카메라 및 상기 제3 카메라 중 상기 카메라 정렬방법에 의해 정렬된 2대의 카메라 중 어느 하나와, 나머지 하나에 대해 제5항에 따른 카메라 정렬방법을 적용하는 단계를 더 포함하며;
    상기 정렬된 2대의 카메라 중 어느 하나를 기준으로 상기 나머지 하나의 카메라를 정렬하는 것을 특징으로 하는 카메라 정렬방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100231106B1 (ko) * 1997-12-01 1999-11-15 장용균 복굴절률 측정장치
KR100612986B1 (ko) * 1998-06-05 2007-02-05 삼성전자주식회사 액정 표시 장치의 복굴절 위상차 및 셀 간격 측정 장치
KR100838586B1 (ko) 2007-10-17 2008-06-19 (주)펨트론 디지털 홀로그래피를 이용한 ３ｄ측정장치 및 ３ｄ측정방법
KR100867302B1 (ko) 2008-04-15 2008-11-06 (주)펨트론 디지털 홀로그래피를 이용한 3ｄ 측정장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012060564A1 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 Samsung Electronics Co., Ltd. 3d camera
US9253470B2 (en) 2010-11-05 2016-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. 3D camera

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