KR20170044332A - 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너 - Google Patents

마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 규칙적인 정형화된 클라우드 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킨 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명은 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부; 상기 광원부에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부; 및 상기 렌즈부에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈가 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부를 포함한다. 따라서 본 발명은 규칙적인 정형화된 매트릭스 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킬 수 있고, 디퓨져의 구성을 제외하여 광원의 손실과 해상도의 저하를 방지함으로써 명확한 패턴 인식이 가능한 장점이 있다.

Description

마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너{INFRARED RAY PROJECTOR MODULE WITH MICRO LENS ARRAY FOR OUTPUT PATTEN OF MATRIX AND 3 DIMENSIONAL SCANNER USING THE SAME}
본 발명은 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 규칙적인 정형화된 클라우드 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킨 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너에 관한 것이다.
일반적으로 객체에 대한 영상 정보를 얻기 위해서 다양한 카메라 시스템이 이용되고 있다.
그 예로 마이크로소프트(Microsoft)사에서는 새로운 객체 입력 장치로 키넥트(Kinect) 센서를 개발하여 출시하였는데, 상기 키넥트는 키네틱(Kinetic)과 커넥터(Connect)의 합성어로 사람의 동작을 인지하여 컴퓨터 시스템에 연결하는 장치를 의미한다.
이를 이용해 XBOX-360 게임 디바이스에 연결하여 키보드, 마우스, 조이스틱과 같은 입력장치를 떠나서 사람의 움직임을 실시간으로 감지할 수 있어서 지금껏 경험하지 못했던 획기적인 환경을 제공함은 물론, 이러한 새로운 인터페이스는 전세계적으로 관심을 받고 있는 추세이다.
또한 키넥트(Kinect) 센서를 다양한 분야에 적용하려는 시도로 마이크로소프트는 2012년 2월, 게임 용도가 아닌 임베디드 기기에서 사용될 수 있는 상업용 버전인 'Kinect For Windows'를 출시하였고, 동시에 윈도우(Windows) 기반 임베디드 기기에 키넥트 센서 디바이스를 쉽게 사용할 수 있도록 'Kinect For Windows SDK(Software Development Kit, 소프트웨어 개발 키트)'도 출시하였다.
이로써 Kinect For Windows는 디지털 사이니지, 키오스크, 스마트 TV 및 의료기기 등 최신 IT 기기의 차세대 인터페이스로 주목받고 있다.
이러한 키넥트(Kinect) 센서는 객체의 외형이나 움직임을 추적할 수 있는 적외선 프로젝터 모듈과, RGB Color 카메라, 3D Depth 센서 등으로 구성되고, 한국 공개특허공보 제10-2009-0079658호(발명에 명칭: 합성 영상 생성장치 및 그 방법)에는 적외선을 이용해 객체를 추출하는 3차원 스캐닝 장치가 개시되어 있다.
그러나 종래의 3차원 스캐닝 장치에 구비된 적외선 프로젝터 모듈은 회절 광학계와 디퓨져를 이용하여 클라우드 패턴이 조사되도록 구성되었다.
도 1은 종래기술에 따른 적외선 프로젝터 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도로서, 레이저 다이오드(10)와, FAC(Fast Axis Collimator)렌즈(20)와 SAC(Slow Axis Collimator)렌즈(30)와, 불규칙적인 클라우드 패턴(41)이 형성된 디퓨져(40)와, 기준점(51)이 형성된 마이크로 렌즈 어레이(50)를 포함하여 구성된다.
이러한 종래의 적외선 프로젝터 모듈이 장착된 3차원 스캐닝 장치는 적외선 프로젝터 모듈에서 발광되는 클라우드 패턴(41)을 이용하여 3차원 데이터를 획득하도록 구성되었지만, 디퓨져를 이용한 광학계는 광원의 손실이 크게 발생하여 클라우드 패턴(41)이 명확하지 못하고, 이로 인해 카메라의 명확한 패턴 인식이 어려워 획득 데이터의 해상도가 낮아지는 문제점이 있다.
또한, 손실된 광원을 보상하기 위해 높은 광 출력(파워)이 요구되는 문제점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 클라우드 패턴은 불규칙적인 패턴으로 인해 3차원 스캐닝을 위한 초기 캘리브레이션 과정이 오래 걸리고, 영상처리를 통해 실시간으로 3차원 스캐닝 및 3차원 데이터의 재건 처리속도가 늦어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 적외선 프로젝터 모듈은 각각의 필요 부품들이 개별적으로 나열되어 있는 구조로 많은 부품들과 이러한 부품들을 조립하는 공정이 복잡한 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0079658호(2009. 07.22)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 규칙적인 정형화된 클라우드 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킨 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부; 상기 광원부에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부; 및 상기 렌즈부에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈가 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 렌즈부는 x축 방향의 곡률(Rx)과 y축 방향의 곡률(Ry)이 서로 다른 비구면의 토릭 렌즈인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 렌즈부는 NCD(Natural Crystal Diamond) Bite를 이용한 Fly-Cutting 및 Dry-Cutting 중 적어도 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 마이크로 렌즈 어레이부는 반구 형상의 마이크로 렌즈를 매트릭스 패턴으로 배치하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 마이크로 렌즈는 지름이 20㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 피측정 객체로 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔을 출력하고, 상기 피측정 객체에 반사된 마이크로 빔을 수신하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 깊이 검출부; 깊이 검출부와 컬러 검출부의 동작을 제어하고, 상기 깊이 검출부에서 추출된 이미지 데이터를 통해 피측정 객체의 외곽선 데이터와 깊이 데이터를 산출하며, 상기 컬러 검출부에서 획득한 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터와 상기 외곽선 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 합성 이미지를 생성하는 제어부; 및 적색, 녹색 청색을 포함한 상기 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터를 추출하는 컬러 검출부를 포함하고, 바람직하게는 피측정 객체로 광원을 조사하여 상기 컬러 검출부의 컬러 이미지 데이터 추출 해상도가 증가되도록 보조 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 깊이 검출부는 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부와, 상기 광원부에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부와, 상기 렌즈부에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈가 규칙적인 매트릭스 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부를 구비한 프로젝터; 및 상기 프로젝터에서 출력된 마이크로 빔의 패턴이 피측정 객체에서 반사된 마이크로 빔의 패턴을 촬영하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 적외선 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 적외선 검출부는 적외선 센서 및 적외선 카메라 중 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는 프로젝터와 적외선 검출부와 피측정 객체에 반사되는 빛 위치를 이용한 삼각측정, 피측정 객체에 반사된 마이크로 빔의 스팟(점) 크기 비교 중 적어도 하나를 이용하여 깊이 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 규칙적인 정형화된 매트릭스 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 디퓨져의 구성을 제외하여 광원의 손실과 해상도의 저하를 방지할 수 있어서 명확한 패턴 인식이 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 구조가 간단하여 제조과정을 개선할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 적외선 프로젝터 모듈의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 나타낸 분해 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈의 렌즈부를 나타낸 평면도.
도 4 는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈의 마이크로 렌즈 어레이를 나타낸 평면도.
도 5 는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너를 나타낸 사시도.
도 6 은 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너의 구성을 나타낸 블록도.
도 7 은 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너의 깊이 검출부를 나타낸 블록도.
도 8 은 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너의 거리 측정 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 9 는 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너의 거리 측정 과정을 설명하기 위한 다른 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈 및 이를 이용한 3차원 스캐너의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(프로젝터)
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 나타낸 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈의 렌즈부를 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈의 마이크로 렌즈 어레이를 나타낸 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 3마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터(100)는 광원부(110)와, 렌즈부(120)와, 마이크로 렌즈 어레이부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 광원부(110)는 임의의 파장(예를 들면, 0.8㎛ ~ 1,000㎛ 파장)을 갖는 빛을 출력하는 구성으로서, 반도체 레이저, 유리 레이저, YAG 레이저, 이산화탄소 레이저, 시안 레이저 등을 이용하여 구성될 수 있으며, 바람직하게는 적외선을 증폭시켜 출력하는 반도체 레이저로 이루어진다.
본 실시예에서는 적외선을 증폭시켜 출력하는 것을 실시예로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가시광선, 녹색, 청색 등을 증폭시켜 출력하는 레이저로 변경 실시할 수도 있다.
상기 렌즈부(120)는 광원부(110)와 일정 거리 이격되어 배치되고, 상기 광원부(110)에서 출력되는 점 형태의 빛이 선 형태의 빛으로 발산되도록 변환하는 구성으로서, 광 손실을 최소화할 수 있도록 토릭 렌즈로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈부(120)는 입사면은 평면 또는 평면에 가까운 곡면으로 이루어지고, 출사면은 임의의 곡률을 갖는 비구면으로 이루어지며, 바람직하게는 상기 출사면이 x축 방향의 곡률(Rx)과 y축 방향의 곡률(Ry)이 서로 다른 비구면의 토릭 렌즈로 이루어진다.
또한, 상기 렌즈부(120)는 NCD(Natural Crystal Diamond) Bite를 이용한 Fly-Cutting 방법으로 가공하고, 플라스틱 소재로 가공할 경우 유분 흡수율과 NCD Bite에 치핑(Chipping)이 발생하는 것을 차단하기 위해 NCD Bite를 이용한 Fly-Cutting과 Dry-Cutting 방법을 이용하여 가공할 수 있다.
상기 마이크로 렌즈 어레이부(130)는 렌즈부(120)와 일정 거리 이격되어 설치되고, 상기 렌즈부(120)에서 발산되는 선 형태의 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈(131)가 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 광학계로서 일정 크기를 갖는 사각형상의 패널로 이루어진다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 어레이부(130)는 반구 형상의 마이크로 렌즈(131)가 매트릭스 패턴으로 배치되어 구성됨으로써, 렌즈부(120)를 통해 발산되는 빛이 상기 마이크로 렌즈(131)의 매트릭스 패턴을 통해 분할되어 규칙적인 클라우드 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 출력될 수 있도록 한다.
상기 마이크로 렌즈(131)는 지름이 20㎛ 내지 50㎛인 볼록 렌즈로 이루어지고, 상기 마이크로 렌즈(131)의 지름이 40㎛로 형성되는 경우 일정 크기(예를 들면, 10㎜×10㎜)의 마이크로 렌즈 어레이부(130)에는 약 40,000개의 마이크로 렌즈(131)가 설치될 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈의 동작을 설명한다.
광원부(110)에서 점 형태의 빛을 생성하여 출력하면, 렌즈부(120)의 입사면을 통해 입사되어 출사면에서 광 분포가 균일한 선 형태의 빛으로 변환되어 발산된다.
상기 렌즈부(120)에서 발산된 빛은 마이크로 렌즈 어레이부(130)에 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈(131)로 입사되고, 상기 마이크로 렌즈(131)를 통해 출력되는 빛은 마이크로 빔으로 변환되어 상기 마이크로 렌즈 어레이부(130)에 규칙적으로 배열된 마이크로 렌즈(131)의 배열에 따라 정형화된 매트릭스 패턴으로 출력함으로써, 광학 모듈의 경량화, 소형화, 광학 성능의 향상 및 규칙적인 클라우드 패턴을 제공할 수 있게 된다.
(스캐너)
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 스캐너의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 7은 도 5에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 스캐너의 깊이 검출부를 나타낸 블록도이다.
우선 프로젝터 모듈의 구성과 동일한 구성요소에 대하여 반복 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 스캐너(200)는 하우징(201)과, 깊이 검출부(210)와, 제어부(220)와, 컬러 검출부(230)와, 보조 광원부(240)를 포함하여 구성된다.
상기 하우징(201)은 내부에 수납공간을 형성한 사각형상의 부재로서, 깊이 검출부(210)와, 제어부(220)와, 컬러 검출부(230)와, 보조 광원부(240)가 설치되도록 하고, 사용자가 쉽게 파지할 수 있도록 일측에 손잡이(202)가 설치된다.
상기 깊이 검출부(210)는 하우징(201)의 일측에 설치되어 피측정 객체로 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔을 출력하고, 상기 피측정 객체에 반사된 마이크로 빔을 수신하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 구성으로서, 프로젝터(100)와, 적외선 검출부(211)를 포함하여 구성된다.
상기 프로젝터(100)는 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부(120)와, 상기 렌즈부(120)에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈(131)가 규칙적인 매트릭스 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부(130)를 구비한다.
상기 적외선 검출부(211)는 프로젝터(100)에서 출력된 마이크로 빔의 패턴이 피측정 객체에서 반사된 마이크로 빔의 패턴을 촬영하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 구성으로서, 상기 적외선 검출부(211)는 적외선 센서 및 적외선 카메라 중 하나로 이루어지고, 바람직하게는 적외선 카메라로 이루어지며, 더욱 바람직하게는 적외선 CMOS 카메라로 이루어진다.
상기 제어부(220)는 깊이 검출부(210)와 컬러 검출부(230)의 동작을 제어하고, 상기 깊이 검출부(210)에서 추출된 피측정 객체의 이미지 데이터를 분석하여 피측정 객체의 외곽선 데이터와 깊이 데이터를 산출하며, 상기 컬러 검출부(230)에서 획득한 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터와 상기 외곽선 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 합성 이미지를 생성한다.
또한, 상기 깊이 데이터는 프로젝터(100)에서 출력된 적외선이 피측정 객체에 반사된 다음 적외선 검출부(211)로 수신되는 과정을 통해 상기 피측정 객체의 깊이 데이터를 산출할 수 있고, 상기 산출된 깊이 데이터를 통해 3차원 데이터를 생성할 수 있으며, 상기 프로젝터(100)와 적외선 검출부(211)와 피측정 객체에 반사되는 빛 위치를 이용한 삼각 측정법이나, 상기 적외선 검출부(211)에 촬영된 기준면과 피측정 객체에서 반사된 마이크로 빔의 스팟(점) 크기 비교를 통해 깊이 데이터를 산출할 수 있다.
상기 삼각 측정법에 의한 깊이 데이터 산출은 마이크로 빔을 피측정 객체에 투영했을 때 깊이 정보가 달라지는 구간인 객체면에서 패턴의 변화가 발생하는데, 변화된 패턴은 참조영역에서의 패턴과 시차 비교를 통해 하기식 1 및 2를 통해 깊이 정보를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, D는 객체 영역에서의 포인터의 이동된 시차이고, B는 프로젝터와 적외선 검출부 사이의 거리이며, Zo는 적외선 검출부에서 기준면까지의 거리이고, Zk는 적외선 검출부에서 피측정 객체까지의 거리이다.
Figure pat00002
여기서, d는 적외선 검출부의 센서에 기록되는 시차이고, f는 포인터에서 적외선 검출부의 센서까지의 거리다.
즉 도 8에 나타낸 바와 같이, 광원(L)과 적외선 CMOS(C)가 일정 거리(B) 이격되고, 상기 적외선 CMOS(C)로부터 기준면까지 거리(Zo)와, 피측정 객체면까지의 거리(Zk)는 수학식 2에서 D값을 수학식 1에 넣으면, 수학식 3과 같이 표현되어 깊이 정보를 산출할 수 있으므로 규칙적인 정형화된 매트릭스 패턴을 통해 신속한 깊이 데이터의 산출이 가능하다.
Figure pat00003
또한, 기준면과 피측정 객체에서 반사된 마이크로 빔의 스팟(점) 크기 비교를 통한 깊이 데이터의 산출은 도 9에 나타낸 바와 같이, 마이크로 빔이 기준면과 피측정 객체면에서의 반사된 이미지의 특정 영역(P)에서 스팟의 크기(S1, S2, S3)를 비교하여 깊이 데이터를 산출할 수 있다.
즉 프로젝터(100)에서 일정한 스팟 크기를 갖는 마이크로 빔이 매트릭스 패턴으로 출력하면, 상기 출력된 매트릭스 패턴의 마이크로 빔이 기준면에서 반사된 기준스팟(S1)과 피측정 객체면에 반사된 제 1 스팟(S2) 및 제 2 스팟(S3)이 적외선 검출부(211)에서 추출되고, 상기 추출된 기준스팟(S1)과, 제 1 및 제 2 스팟(S2, S3)의 크기를 비교하여 깊이 데이터를 산출한다.
또한, 상기 제어부(220)는 산출된 깊이 데이터와 컬러 검출부(230)에서 획득한 RGB(적색, 녹색, 청색) 데이터를 정합하기 위하여 상기 산출된 깊이 데이터의 임의의 화소와 상기 컬러 검출부(230)에서 획득한 RGB 이미지에서의 상응하는 화소를 구해서 업 샘플링하고, 상기 화소를 구하기 위해 2차원으로 표현된 깊이 데이터의 각각의 화소들을 3차원 공간에 역 투영함으로써, 상기 깊이 검출부(210)의 임의의 한 화소는 3차원 공간에서의 좌표계로 표현되어 화소값을 결정하게 된다.
따라서 상기 제어부(220)는 매트릭스 패턴을 이용한 화소의 깊이 데이터 산출 속도를 개선하여 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킬 수 있다.
상기 컬러 검출부(230)는 하우징(201)의 일측에 설치되어 RGB(적색, 녹색 청색)를 포함한 상기 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터를 추출하는 구성으로서, 바람작하게는 컬러 CMOS 센서를 이용한 CMOS 카메라로 구성되어 스캐너의 텍스처 정보를 획득한다.
상기 보조 광원부(240)는 하우징(201)의 일측에 설치되어 스캔 공간의 조도 환경이 개선되도록 피측정 객체 및 상기 피측정 객체의 주변으로 광원을 조사하여 스캐닝 과정에 낮은 조도에서도 RGB 컬러 데이터의 캡처가 원활하게 이루어지고, 더욱 증가된 해상도를 갖는 컬러 이미지 데이터가 추출될 수 있도록 한다.
따라서 규칙적인 정형화된 매트릭스 패턴의 출력과 획득 데이터의 해상도를 증가시켜 3차원 데이터의 재건 프로세싱 처리속도를 향상시킬 수 있고, 디퓨져의 구성을 제외하여 광원의 손실과 해상도의 저하를 방지할 수 있어서 명확한 패턴 인식이 가능하게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 프로젝터
110 : 광원부
120 : 렌즈부
130 : 마이크로 렌즈 어레이부
131 : 마이크로 렌즈
200 : 스캐너
201 : 하우징
202 : 손잡이
210 : 깊이 검출부
211 : 적외선 검출부
220 : 제어부
230 : 컬러 검출부
240 : 보조 광원부

Claims (10)

  1. 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부(110);
    상기 광원부(110)에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부(120); 및
    상기 렌즈부(120)에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈(131)가 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부(130)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부(120)는 x축 방향의 곡률(Rx)과 y축 방향의 곡률(Ry)이 서로 다른 비구면의 토릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈부(120)는 NCD(Natural Crystal Diamond) Bite를 이용한 Fly-Cutting 및 Dry-Cutting 중 적어도 하나의 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈 어레이부(130)는 반구 형상의 마이크로 렌즈(131)를 매트릭스 패턴으로 배치하여 구성한 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈(131)는 지름이 20㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈.
  6. 피측정 객체로 임의의 규칙적 패턴을 갖는 마이크로 빔을 출력하고, 상기 피측정 객체에 반사된 마이크로 빔을 수신하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 깊이 검출부(210);
    깊이 검출부(210)와 컬러 검출부(230)의 동작을 제어하고, 상기 깊이 검출부(210)에서 추출된 이미지 데이터를 통해 피측정 객체의 외곽선 데이터와 깊이 데이터를 산출하며, 상기 컬러 검출부(230)에서 획득한 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터와 상기 외곽선 데이터 및 깊이 데이터를 이용하여 합성 이미지를 생성하는 제어부(220); 및
    적색, 녹색 청색을 포함한 상기 피측정 객체의 컬러 이미지 데이터를 추출하는 컬러 검출부(230)를 포함하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 스캐너는 피측정 객체로 광원을 조사하여 상기 컬러 검출부(230)의 컬러 이미지 데이터 추출 해상도가 증가되도록 하는 보조 광원부(240)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 깊이 검출부(210)는 임의의 파장범위를 갖는 빛을 출력하는 광원부(110)와, 상기 광원부(110)에서 출력된 빛이 발산되도록 변환하는 렌즈부(120)와, 상기 렌즈부(120)에서 발산되는 빛을 일정 간격으로 배열된 다수의 마이크로 렌즈(131)가 규칙적인 매트릭스 패턴을 갖는 마이크로 빔으로 변환하여 출력되도록 하는 마이크로 렌즈 어레이부(130)를 구비한 프로젝터(100); 및
    상기 프로젝터(100)에서 출력된 마이크로 빔의 패턴이 피측정 객체에서 반사된 마이크로 빔의 패턴을 촬영하여 피측정 객체의 이미지 데이터를 추출하는 적외선 검출부(211)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 적외선 검출부(211)는 적외선 센서 및 적외선 카메라 중 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부(220)는 프로젝터(100)와 적외선 검출부(211)와 피측정 객체에 반사되는 빛 위치를 이용한 삼각측정, 피측정 객체에 반사된 마이크로 빔의 스팟(점) 크기 비교 중 적어도 하나를 이용하여 깊이 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 매트릭스 광원 패턴 조사 적외선 프로젝터 모듈을 이용한 3차원 스캐너.
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