KR20160046746A - 국소 굴절률의 측정 방법 및 장치 - Google Patents

국소 굴절률의 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 물체(12)를 관통하여 제1 카메라(13)에 의해 관찰되는 패턴을 이용하여 상기 투명 물체(12)의 볼륨 소자의 국소 굴절률을 측정하는 방법에 관한 것이다. 국소 굴절률의 고정밀 측정을 더 쉽고 비용 효율적으로 실행하기 위하여, 상기 패턴을 마주하는 투명 물체의 특정 볼륨 소자의 표면(17)의 3차원 형상과 위치를 확정하여 국소 굴절률을 측정하는데 사용한다. 본 발명은 또한 이에 대응하는 장치에 관한 것이다.

Description

국소 굴절률의 측정 방법 및 장치{METHOD FOR DETERMINING A LOCAL REFRACTIVE INDEX AND DEVICE THEREFOR}
본 발명은 투명 물체를 관통하여 카메라에 의해 관찰되는 패턴을 이용하여 투명 물체의 볼륨 소자의 국소 굴절률을 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 장치에 관한 것이다.
투명 물체, 예컨대 지동차용 창유리의 품질검사를 위하여, 도 1에 도시된 장치를 사용하여 광학적 왜곡(optical distortion)이 측정되는 경우가 많으며, 광학적 왜곡은 국소 굴절률로 변환될 수 있다. ECE R43 규정에 언급된 공지의 방법에서는 프로젝터(1)가 사용되며, 프로젝터는 기정 패턴(predefined pattern)을 투명 물체(예컨대, 자동차 앞유리)를 관통하여 투사벽(3)에 투사한다. 앞유리(2)를 관통하는 프로젝터(1)의 빛은 전자 수단을 사용하여 또는 수동으로 관찰된다. 자동차 앞유리(2)는 설치된 위치에서 테스트되는 경우가 많다. 앞유리(2)는 무시할 수 없는 길이를 가지므로, 프로젝터(1)와 앞유리(2) 사이의 알려진 길이(전달 길이) R1과 앞유리(2)와 투사벽(3) 사이의 R2는 프로젝터(1)와 투사벽(3) 사이의 광학축에 놓이는 앞유리(2)의 영역에 대해서만 적용된다. 광학축에서 먼 앞유리의 볼륨 소자는 프로젝터(1)와 투사벽(3)으로부터 큰 거리를 가진다. 따라서, 상기한 규정에 따르면, 굴절률의 고정밀 측정이 광학축에서만 실행될 필요가 있다. 이는 자동차 앞유리의 더 넓은 영역을 조사하기 위하여 앞유리(2) 또는 프로젝터(1)가 투사벽(3)과 함께 이동하여야 함을 의미한다. 이는 측정 시간과 관련하여 매우 많은 시간을 소모한다.
따라서, 본 발명의 목적은 투명 물체의 국소 굴절률의 고정밀 측정을 실행하기 위한 더 단순하고 비용 효율적인 방법을 제공하는 것이다.
그에 대응하여, 본 발명은 또한 이를 위한 비용 효율적인 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 패턴을 마주하는 투명 물체의 특정 볼륨 소자의 표면의 3차원 형상과 위치를 확정하여 국소 굴절률을 측정하는데 사용하는 방법에 의해 해결된다. 국소 굴절률은, 예컨대 투명 물체의 자동 품질 검사의 범위 내에서 광학적 왜곡을 유발하는 광학적 흠결을 탐지하고 분류하기 위하여 측정된다. 이를 위하여, 측정된 국소 굴절률은 필요한 굴절률과 자동으로 비교된다. 만약 이들이 일치하지 않거나 투명 물체의 특정 볼륨 소자 또는 선택된 영역에 대하여 측정된 국소 굴절률과 필요한 굴절률 사이에 너무 큰 차이가 존재한다면, 예컨대 오류가 보고되거나(예컨대 오류가 광학적으로 및/또는 음향으로 표시됨) 및/또는 특정 물체가 제조 공정에서 제거된다. 여기서, 볼륨 소자는 투명 물체의 3차원 소자/부품이며, 투명 물체는 다수의 이들 볼륨 소자로 구성된다.
이러한 점에서, 국소 굴절률(굴절력)은 상기 물체의 특정 볼륨 소자의 굴절률로 이해되며, 이는 특정 볼륨 소자의 표면의 특정 곡률, 볼륨 소자의 특성, 및 굴절률(물체의 광학적 소재 특성)으로부터 유래하고, (국소) 초점 길이의 반대이다. 국소 굴절률은 어떠한 방향으로도(광학축), 예컨대 특정 품질 검사에서 필요한 방향, 예컨대 설치 위치에서 자동차 앞유리를 관통하는 방향으로도 측정된다.
바람직한 실시형태에서, 특정 볼륨 소자에 대한 표면의 3차원 형상 및 위치는 카메라를 이용한 굴절측정법에 의하여 측정된다. 대안으로, 표면의 3차원 형상 및 위치는 참조 마크를 사용하는 방법에 의하여, 순수 기계적, 촉각 측정에 의하여, 또는 삼각 측량을 통한 확산성 반사 표면의 측정에 의하여 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 투명 및 반사 물체의 3차원 기하학적 형상이 측정될 수 있을 때, 이러한 형상 데이터를 투사의 굴절값 측정을 교정하는데 사용하는 것이 유리하다는 발견에 기초한다. 물체의 형상을 알면, 대응하는 기하학적 교정이 실행될 수 있다. 광학축에서 모든 볼륨 소자에 대한 굴절률의 측정을 실행하는 것이 절대적으로 필요한 것은 아니다.
상기한 굴절률 측정에서 광학축에 놓이지 않는 볼륨 소자에 대해서는, 물체의 특정 볼륨 소자의 3차원 형상 및 위치를 알면, 광학축으로부터의 거리에 대응하는 또는 표면의 곡률에 대응하는 굴절률의 교정을 실행하는 것이 가능하다. 교정 전달 길이가 사용될 수 있기 때문에, 이는 측정 시간을 상당히 줄이고, 동시에 측정 정확도를 증가시킨다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 따라서 높은 공정 신뢰도를 가진다. 또한, 더 적은 공간이 필요하다.
투명 물체의 표면의 형상 및 개별 볼륨 소자의 위치가 알려지면, 이러한 볼륨 소자에 실제 좌표들이 할당될 수 있다.
본 발명에 따르면, 물체의 넓은-표면-영역 형상 및 물체의 표면 또는 볼륨에서 국소 변형 모두에 의하여 유발되는 광학 효과가 측정된다는 것이 또한 유리하다. 본 발명에 따르면, 물체의 3차원 전체 형상(개별 볼륨 소자의 지형 및 그 위치)을 알면, 물체의 전체 형상에 의해 유발되는 전체적인 효과를 제거할 수 있다. 다시 말해, 각 볼륨 소자의 굴절력은 물체의 전체 형상에 의해 유발되는 부분과 국소 변형(예컨대 표면 또는 볼륨의 결함)에 의하여 유발되는 광학 효과만이 상당한 부분으로 나누어질 수 있다. 따라서, 본 발명을 사용하여, 넓은-표면-영역 및 국소 광학 효과를 분리하는 것이 가능하다.
투명 물체의 표면의 3차원 형상의 측정은 투과의 굴절률 측정 전에 또는 이러한 측정과 동시에 실행될 수 있다.
또한, 투명 물체의 표면의 형상이 알려지기 때문에, 투과 광학 특성의 측정 결과, 즉 확인된 굴절력은, 교정된 시각으로 나타날 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 패턴을 생성하기 위하여 동적 격자가 사용된다. 이러한 격자는 굴절률 측정을 위한 다른 패턴들, 예컨대 품질 검사와 관련하여 고객으로부터의 다른 요건들을 위한 다른 패턴들을 생성할 수 있다. 동적 격자는 측정의 특정 목적에 적합한 패턴들을 전자적으로 생성한다. 국소 굴절률은 투과에서 고려되는 패턴의 국소 왜곡에 기초하여 각 볼륨 소자에 대하여 측정된다.
동적 격자가 사용될 때, 각 패턴에 대해서 별도의 측정이 실행되어야 하며, 이러한 측정은 시간 연속적으로 실행된다. 바람직한 실시형태에서, 다른 패턴들은 컬러 코딩되거나 및/또는 그 편광(polarization)에 대하여 코딩될 수 있으며, 이에 의하여 투사와 측정이 동시에 실행되도록 하며, 이는 시간을 더 많이 절약한다. 예컨대, 세 개의 다른 격자가 세 개의 포토다이오드(빨강, 노랑, 파랑)를 사용하여 생성될 수 있다. 이는 이러한 세 개의 격자들을 동시에 측정할 수 있도록 한다. 격자의 투과 이미지를 캡쳐하는 카메라는 컬러 및/또는 편광 필터에 의하여 다른 격자들 사이를 구별할 수 있다.
다른 바람직한 실시형태에서, 패턴을 마주하는 투명 물체의 표면의 3차원 전체 형상은 모든 볼륨 소자의 표면의 3차원 형상을 조합하여 결정된다. 따라서, 투명 물체의 표면의 전체 형상은 특정 볼륨 소자의 위치를 고려하여 볼륨 소자의 개별 형상들로 구성된다. 비교적 큰 투명 물체 및/또는 물체의 표면의 비교적 큰 곡률의 경우에, 투명 물체의 전체 형상을 확인하기 위하여 다수의 카메라가 필요할 수 있으며, 각 카메라는 투명 물체의 일부분을 관측한다.
또한, 투명 물체의 표면의 3차원 전체 형상이 알려지므로, 이러한 표면의 곡률 및, 따라서, 다양한 관측 각도에 대하여 투명 물체의 굴절력을 알 수 있는 것이 유리하다. 따라서, 형상에 의하여 결정되는 물체의 형상에 온전히 기초한 판유리의 광학 특성이 계산될 수 있다.
본 발명의 개선된 발명에서는, 패턴을 마주하는 투명 물체의 표면의 3차원 전체 형상이 투명 물체의 CAD 데이터와 비교되고, 그에 기초하여, 국소 굴절률의 측정을 위하여 선택되는 가시거리(visual range)가 확인된다. 그러한 가시거리(시계(field of view))는 때때로 투명 물체의 검사를 위하여 필요한데, 이는 품질 검사를 위해 중요한 전체 투명 물체가 아니고, 오히려 특정 요건에서 일반적으로 한정되는 물체의 하나의 특정 영역인 경우가 많기 때문이다.
상기한 목적은 또한 투명 물체의 볼륨 소자의 국소 굴절률을 측정하는 장치로서, 투명 물체를 관통하여 카메라에 의해 관찰되는 기정 패턴을 이용하여 국소 굴절률을 결정하도록 형성되고 (예컨대, 반사에서) 상기 패턴을 마주하는 투명 물체의 특정 볼륨 소자의 표면의 3차원 형상과 위치를 측정하여 국소 굴절률을 측정하는데 사용하는 장치에 의하여 달성될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 투명 물체의 자동 품질 검사의 범위에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 본 발명에 따른 방법과 관련하여 위에서 언급된 이점들을 가진다. 상기 장치는 상기한 방법의 단계들을 실행하도록 형성된다.
본 발명의 다른 이점들, 특징들 및 가능한 적용예들은 아래의 도면 및 실시예들을 참조하여 설명될 것이다. 모든 설명된 및/또는 도식적으로 표현된 특징들은 청구항의 문언 또는 이들의 참조와 별개로 그 자체로 또는 어떠한 조합에 의하든 본 발명의 대상의 일부에 해당한다.
도 1은 종래 기술에 따른 투명 물체의 볼륨 소자에서 국소 굴절률을 측정하는 장치의 측면도, 및
도 2는 본 발명에 따른 투명 물체의 볼륨 소자에서 국소 굴절률을 측정하는 장치의 측면도이다.
도 2에 도시된 장치에서, 동적 격자(11)에 의하여 생성되는 어떤 유형의 패턴은 자동차 앞유리(12) 형태의 투명 물체를 관통하여 제1 카메라(13)에 의하여 관측된다. 그에 기초하여, 앞유리(12)의 볼륨 소자(12a)에 대한 국소 굴절률을 그 자체로 알 수 있으며, 또한 특히 광학축의 외부에 위치된 볼륨 소자에 대하여 알 수 있다. 또한, 제2 카메라(15)가 앞유리(12)의 동적 격자(11)와 동일한 측에 제공되고 앞유리(12)에 의하여 반사되는 빛을 관측한다.
자동차 앞유리(12)의 표면(17)의 형상은 제2 카메라(15)를 이용한 굴절측정법에 의하여 동시에 측정된다. 그렇게 함으로써, 패턴/격자(11)를 마주하는 표면의 3차원 형상이 각 볼륨 소자(12a)에 대하여 측정되고 특정 볼륨 소자(12a)의 위치가 측정된다. 투명 물체(12)의 표면(17)의 형상은 또한 투사 측정에서 고려되는 특정 볼륨 소자(12a)의 국소 굴절률의 측정에 고려된다. 따라서, 국소 굴절률이 광학축 외부에서 측정된다면, 광학축(19)에 놓이지 않은 볼륨 소자에 대하여 측정된 국소 굴절률을 교정하는 것이 가능하며, 이러한 교정은 앞유리(12)의 표면(17)의 형상 및 앞유리의 볼륨 소자의 위치에 기인한다. 따라서, 굴절률을 측정하기 위하여 상기 측정중 앞유리(12) 또는 제1 카메라(13) 중 하나를 동적 격자(11)와 함께 이동시킬 필요가 없다. 그 결과, 측정 시간이 상당히 단축되고, 측정된 굴절률의 정확도가 커진다.
제1 카메라(13)는 격자(11)의 왜곡에 기초하여 광학 효과를 측정하기 위하여 사용되는데, 이 광학 효과는 앞유리(12)의 넓은-표면-영역 형상 및 앞유리(12)의 표면(17) 또는 볼륨에서 국소 변형에 의하여 유발되는 것이다. 본 발명에 따르면, 모든 볼륨 소자(12a)의 표면(17)의 국소 3차원 형상이 앞유리(12)의 표면(17)의 3차원 전체 형상을 형성하기 위하여 조합될 때, 물체의 넓은-표면-영역 형상에 의해 유발되는 전체적인 효과는 본 발명에 따른 장치에서 제거될 수 있다. 그 결과, 국소 굴절률의 측정에서 국소 변형에 의해 유발되는 광학 효과를 보여줄 수 있다. 따라서, 본 발명을 이용하여, 넓은-표면-영역 및 국소 광학 효과를 분리하는 것이 가능하다.
투명 물체의 품질 검사의 범위에서, 특정 볼륨 소자에 대해(예컨대, 가시거리의) 측정된 굴절률은 굴절률 범위의 필요한 굴절률과 비교된다. 측정된 굴절률이 필요한 굴절률 또는 굴절률 범위와 일치하지 않는다면, 특정 투명 물체는 품질 요건을 만족하지 못하며, 오류가 표시되고, 상기 물체는 생산 공정에서 제거된다.
1: 프로젝터
2: 투명 물체
3: 투사벽
R1: 거리: 프로젝터 - 투명 물체
R2: 거리: 투명 물체 - 투사벽
11: 동적 격자
12: 앞유리
12a: 앞유리의 볼륨 소자
13: 제1 카메라
15: 제2 카메라
17: 앞유리의 표면

Claims (10)

  1. 투명 물체(12)를 관통하여 제1 카메라(13)에 의해 관찰되는 패턴을 이용하여 상기 투명 물체(12)의 볼륨 소자의 국소 굴절률을 측정하는 방법에 있어서, 상기 패턴을 마주하는 투명 물체의 특정 볼륨 소자(12a)의 표면(17)의 3차원 형상과 위치를 확정하여 국소 굴절률을 측정하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면(17)의 3차원 형상과 위치는 제2 카메라(15)를 이용한 굴절측정법에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴을 생성하기 위하여 동적 격자(11)가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴을 마주하는 투명 물제(12)의 특정 볼륨 소자(12a)의 표면의 3차원 전체 형상은 전체 볼륨 소자(12a)의 3차원 형상을 조합하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 3차원 전체 형상은 투명 물체(12)의 CAD 데이터와 비교되고, 상기 비교에 기초하여, 국소 굴절률을 측정하기 위해 선택되는 가시거리가 확정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 투명 물체(12)의 볼륨 소자의 국소 굴절률을 측정하는 장치로서, 상기 장치는 상기 투명 물체(12)를 관통하여 제1 카메라(13)에 의해 관찰되는 기정 패턴을 이용하여 국소 굴절률을 측정하도록 형성되고 상기 패턴을 마주하는 투명 물체(12)의 특정 볼륨 소자(12a)의 표면(17)의 3차원 형상과 위치를 측정하여 국소 굴절률을 측정하는데 사용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 표면의 3차원 형상과 위치는 제2 카메라(15)를 이용한 굴절측정법에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 패턴을 생성하기 위하여 동적 격자(11)가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴을 마주하는 투명 물제(12)의 표면(17)의 3차원 전체 형상은 전체 볼륨 소자(12a)의 3차원 형상을 조합하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 3차원 전체 형상은 투명 물체(12)의 CAD 데이터와 비교되고, 상기 비교에 기초하여, 국소 굴절률을 측정하기 위해 선택되는 가시거리가 확정되는 것을 특징으로 하는 장치.
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