KR20190046830A - 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명한 물체(14) 상의 광원(11)의 2차 이미지 각(20)을 결정하는 장치에 관한 것이다. 단순한 장치를 구성하고자 하는 목적을 달성하고, 큰 표면을 가지는 투명한 물체(14) 상에서도 움직임이 거의 없이 빠르고 신뢰성 있게 더높은 측정 지점 밀도로 2차 이미지 각(20)을 결정하기 위하여, 이 장치는 다수의, 적어도 부분적으로 동시에 조사된, 점형 광원들(11)을 갖는 조명 디바이스(10), 적어도 하나의 카메라(16)를 가진 2차원 타겟(16a)으로서, 적어도 하나의 카메라(16)는 다수의 동시에 조사된 광원들(11)의 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들을 2차원 타겟(16a) 상에서 동시에 캡처하도록 설정되고, 하나의 광원(11)의 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)는 상기 광원에 의해 조사된 투명한 물체(14)의 하나의 체적 요소(14a)에 의해 상기 2 차원 타겟(16a) 상에서 생성되는, 상기 2차원 타겟(16a), 및 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들에 기초하여 상기 투명한 물체(14)의 각 체적 요소(14a)의 2차 이미지 각(r) 및/또는 시야각(σ)을 결정하도록 설정된 평가 유닛(18)을 포함한다.

Description

2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 투명한 물체 상에서의 광원의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하는 방법에 관한 것이다.
2014 년 2 월 12 일에 안전 광택 재료들(safety glazing materials) 및 차량들 내로의 그들의 설치에 관한 일관된 제공들에 대한 United Nations Economic Commission for Europe(UNECE)의 규정 43 호에 따라, 앞 유리들(windscreens) 또는 다른 판 유리들(panes)과 같은 투명한 물체들은 2차 이미지들에 대한 검사를 받아야 한다. 규정에 따르면, 2차 이미지는 1차의 밝은 이미지(1차 이미지) 외에 발생하는, 물체의 이미지(2차 이미지)이다. 특히, 2차 이미지는 물체(예를 들어, 접근하는 차량의 헤드라이트들 또는 가로등의 빛)가 주변 환경과 비교하여 매우 밝은 경우 야간에 방해 현상으로 인식된다.
2차 이미지 각(ρ)(2차 이미지 분리(secondary image separation라고도 함)는 물체의 1차 이미지와 2차 이미지의 위치 간의 각도 거리를 의미한다. 2차 이미지 각(ρ)는 투명한 물체의 기하학적 속성들에 의해 결정되며 관찰자와 물체의 위치에 관계없이 결정된다. 따라서, 2차 이미지 각(ρ)은 투명한 물체의 특성을 나타낸다. 쐐기형의 투명한 물체들에 대한 계산식은 아래의 방정식(F1)으로 지정된다. 대조적으로, 시야각(σ)는 관찰자 또는 카메라가 물체의 2차 이미지를 인식하는 각도를 나타낸다. 따라서, 시야각(σ)는 관찰자 또는 카메라의 위치, 광원의 위치, 및 투명한 물체의 기하학적 특성들에 의존한다.
2차 이미지들은 빛의 다중 반사들 및 전송들에 의해 생성된다. 특히, 투명한 물체를 통해 물체가 보여질 때, 투과시에 발생하는 2차 이미지들이 본 발명의 문맥에서 고려된다.
상기 언급된 규정은 2차 이미지 각을 테스트하는 방법들을 나열한다. 공지된 방법에서, 앞 유리는 동심 링 및 환형 홀의 형태로 물체를 갖는 조사된 플레이트에 대해 소정의 경사각 및 거리에서 위치된다. 조사된 링-홀-플레이트는 앞 유리를 통해 관찰되며, 이로써 링-홀-플레이트의 중심 지점을 갖는 수평 플레이트 상에서 관찰이 이루어진다. 링-홀-플레이트는 테스트될 앞 유리의 각 섹션을 통해 연속적으로 및 개별적으로 관찰된다. 상기 홀의 2차 이미지가 상기 앞 유리 내의 위치에서 상기 링의 1차 이미지의 내측 에지 넘어 시프트될 때 2차 이미지 각에 대한 임계 값이 초과되며, 상기 앞 유리는 품질 요건들을 충족시키지 못하는 것으로 분류된다.
또 다른 공지된 방법에서, 앞 유리는 망원경과 시준기(collimator) 사이에 위치한다. 시준기는 중심에 밝은 지점이 있는 무한대의 극 좌표 시스템을 투영한다. 망원경의 초점 평면 내에는 광 축 상에 어두운 지점이 있다. 2차 이미지 각은 망원경을 통해 나타난 극 좌표 시스템 내에서 2개의 밝은 지점들 사이의 거리로 판독되며, 제 1 지점은 1차 이미지를 나타내고 제 2 밝은 지점은 2차 이미지를 나타낸다. 2차 이미지 각은 극 좌표 시스템의 동시 재생으로 인해 이전에 사용된 방법들보다 더 정확하게 결정될 수 있다.
2차 이미지들을 위한 테스트가 점차 중요해지고 있다. 2차 이미지는 판 유리들의 좋지 않은 표면 인상을 준다. 또한 차량들 내에 인체형 헤드-업-디스플레이들을 더 많이 사용하면, 판 유리들 내의 2차 이미지들과 관련하여 새롭거나 더욱 엄격한 요건들을 야기한다. 또한, 차량의 어시스트 시스템들에 의해 사용되는 카메라들은 2차 이미지로 인해 방해받을 수 있다.
높은 요건들을 충족시키기 위해, 특히 자동차 유리의 2차 이미지 각은 매우 높은 측정 지점 밀도로 전체 표면을 검사해야 하며, 이로써 각 판 유리마다 최대 2백만 개의 측정 지점들이 필요하다. 가시 영역 내에 있고, 품질 요건들에 대응하는 판 유리의 2차 이미지 각은 최대 허용 값을 초과하지 않아야 한다.
규정 43호에 따른 전술된 테스트 방법의 단점은 테스트될 판 유리의 각 지점에서 별도로 측정이 수행되어야 하며, 이는 시간이 많이 소요된다는 것이다. 단시간 내에 많은 판 유리들이 테스트되어야 한다면, 여러 개의 테스트 장치들이 동시에 사용되어야 한다. 이로 인해 추가 비용이 발생한다. 또한 판 유리나 조사된 플레이트는 2개의 연속 측정 지점들 사이에서 이동되어야 한다. 높은 이동 횟수로 인해 프로세스가 복잡해지고, 조정 오류들의 위험이 증가하며, 이동된 부품들 상에 마모를 야기한다.
본 발명의 목적은 투명한 물체 상의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치를 제공하는 것이며, 상기 장치는 설계가 간단하고, 큰 표면들을 갖는 투명한 물체들 상에서도 빠르고 안정적인 방식으로 높은 측정 지점 밀도들로 2차 이미지 및/또는 시야각을 결정할 수 있다. 또한, 본 발명은 투명한 물체 상의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하는 방법으로 이루어지며, 이에 따라 이러한 방법은 2차 이미지 각 및/또는 시야각에 대해 빠르고 간단한 방식으로 높은 밀도의 측정 지점들을 갖는 투명한 물체를 테스트하는 데 사용될 수 있다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 장치를 통해 달성된다.
2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치는 다음을 포함한다:
- 다수의, 적어도 부분적으로 동시에 조사된, 점형 광원들(punctiform light sources)을 갖는 조명 디바이스;
- 다수의 동시에 조사된 광원들의 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들을 2차원 타겟 상에서 동시에 캡처하도록 설정된 적어도 하나의 카메라로서, 하나의 광원의 상기 1차 이미지 및 상기 2차 이미지는 타겟 상의 광원에 의해 조사된 투명한 물체의 하나의 체적 요소에 의해 상기 2 차원 타겟 상에서 생성되는, 상기 카메라; 및
- 상기 1차 이미지 및 상기 2차 이미지의 위치들에 기초하여 상기 투명한 물체의 각 체적 요소의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하도록 설정된 평가 유닛.
본 발명에 사용된 체적 요소라는 용어는 투명한 물체의 3 차원 단면을 나타내며, 이는 투명한 물체의 전체 두께, 즉 그의 전방 측면으로부터 후방 측면으로 뻗어 있다. 조명 디바이스를 향하는 투명한 물체의 측면은 투명한 물체의 전방 측면으로 기술되고, 투명한 물체의 전방 측면의 반대측 측면은 후방 측면으로 기술된다. 따라서 투명한 물체는 많은 체적 요소들로 구성된다. 일반적으로 투명한 물체의 상이한 체적 요소들에서 발생하는 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 상이한 값을 가질 수 있다. 각각의 체적 요소는 조명 디바이스의 다수의 광원들로부터의 단일 광원에 의해 조사된다. 조명 디바이스는 타겟이 광 경로를 따라 투명한 물체 뒤에 배치되는 동안 물체 앞에 위치된다. 따라서, 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 결정은 전파 중에 발생한다.
투명한 물체는 우선적으로 판 유리, 특히 앞 유리여야 한다. 판 유리는 부분적으로 또는 완전히 프리스트레스된(prestressed) 또는 적층된(laminated) 유리로 이루어질 수 있다.　또한 판 유리는 유리, 플라스틱으로 된 안전 유리, 유리-플라스틱 글레이징, 플라스틱 글레이징, 적층된 안전 유리, 또는 강화 유리로 이루어질 수 있다.
투명한 물체들, 특히 앞 유리들은 전형적으로 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 측정하기 위해 특정 경사각으로 배열되고, 특정 경사각은 우선적으로 투명한 물체의 이후의 설치 위치에 대응한다. 광원들과 카메라는 2차 이미지 각을 결정하기 위해 수평 평면 상에 배열된다. 투명한 물체의 경사각은 투명한 물체의 상측 에지로부터 하측 에지까지의 연결 선과 수직 방향을 따르는 선으로 둘러싸인 각도이다. 투명한 물체의 높이는 그의 수직 방향의 확장이다. 투명한 물체는 조명 방향 및 타겟에 대해 적어도 수평 방향으로 상대적으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 2차 이미지 또는 시야각, 특히 그의 경사각을 테스트할 때 앞 유리의 설치 위치는, 앞 유리가 차량 내에 설치되기 때문에 지정된다. 이 경우, 수평 레벨은 차량의 베이스의 레벨과 평행하다.
타겟은 적어도 하나의 카메라의 기록 표면(필름, CCD 칩, 또는 CMOS 칩과 같은) 또는 이미지 센서에 의해 형성되어 카메라가 1차 및 2차 이미지를 직접 캡처할 수 있다. 실드(shield) 표면 또는 유사한 2차원 이미징 표면 또한 타겟으로서 사용될 수 있고, 이에 의해 광원들의 1차 및 2차 이미지들이 실드 표면 또는 유사한 2차원 이미징 표면 상에 투영된다. 이 경우, 적어도 하나의 카메라가 이미징 표면으로부터 1차 및 2차 이미지들을 캡처한다.
본 발명에 따른 장치는, 조명 디바이스 및 타겟에 대해 투명한 물체를 이동시킬 필요 없이, 많은 부피 요소들, 즉 광원들에 의해 조사되는 각 체적 요소에 대한 2차 이미지 각 및/또는 경사각을 동시에 결정하는데 사용될 수 있다. 광의 광학 경로와 연관되고, 각 광원들의 광이 통과하는 단일 체적 요소의 2차 이미지 및/또는 시야각이 기록되고, 이로써 상이한 체적 요소들의 2차 이미지 생성은 상이한 광원들에 의해 동시적으로 결정된다. 따라서, 투명한 물체의 품질 관리에 필요한 시간이 상당히 단축된다.
조명 광원들의 1차 및 2차 이미지들의 위치들은 2차원 모드에서 우선적으로 타겟 상에 기록된다. 따라서 각 위치는 수평 및 수직 구성요소를 갖는다. 타겟은 광원으로부터 타겟까지의 광 경로의 수평 평면에 수직인 방향으로 우선적으로 배향된다.
체적 요소의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위해, 2차 이미지의 위치와 타겟 상의 1차 이미지의 위치의 분리가 결정된다. 2차 이미지 각 및/또는 시야각은, 광원으로부터 타겟으로의 광 경로의 길이 및 광 경로에서의 투명한 물체의 위치가 알려져 있기 때문에, 공지된 삼각 함수들의 도움으로 계산될 수 있다. 바람직하게는, 1차 및 2차 이미지들의 위치들의 분리가 분리를 위한 지정된 최대 값보다 큰지를 결정하는 것으로 충분할 수 있다. 분리가 분리를 위한 최대 값보다 큰 경우, 투명한 물체는 결함이 있는 것으로 분류된다. 따라서, 2차 이미지 각 및 시야각을 결정하기 위해 요구되는 노력이 감소될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 다수의 수평으로 배열된 광원들의 하나의 행 또는 다수의 수평으로 병치된 행들을 갖는 조명 디바이스의 1차 이미지들 및 2차 이미지들의 위치들은 카메라에 의해 동시에 캡처된다. 투명한 물체의 전체 높이에 걸쳐 체적 요소들을 동시에 조사되는 광원들의 행이 특히 바람직하다. 이러한 방법은 단일 단계에서 투명한 물체의 전체 높이에 걸쳐 뻗는 체적 요소들에 대한 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하는 데 사용된다. 투명한 물체의 완전한 분석을 위해, 이는 조명 디바이스 및 타겟에 대해 수평 방향으로 이동된다. 대안적으로, 투명한 물체의 전체 두께에 걸쳐 체적 요소들을 동시에 조사되는, 수평으로 나란히 배열된 광원들의 하나의 행 또는 다수의 수직으로 병치된 행들을 갖는 조명 디바이스의 1차 이미지들 및 2차 이미지들의 위치들은 카메라에 의해 동시에 캡처될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 타겟은 동시에 조사된 광원들의 1차 이미지와 2차 이미지의 위치들을 동시에 기록하도록 설정되는 2대의 카메라들을 갖는다. 따라서, 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 투명한 물체의 더 많은 체적 요소들에 대해 동시에 결정될 수 있다. 다수의 카메라들을 사용함으로써, 각 광원에 대하여, 관찰 방향이 수평 평면에서 투명한 물체의 트랙에 본질적으로 수직임이 확신될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시형태에서, 조명 디바이스의 광원들은 개별적으로 온 및 오프로 스위칭될 수 있으며, 이로써 모든 광원들의 1차 및 2차 이미지들이 순차적으로 기록되며, 이로써 각 단계에서 다수의 광원들의 서브세트가 동시에 스위치 온되고, 또 다른 서브세트가 동시에 스위치 오프되며, 바람직하게는 2개의 인접한 광원들의 적어도 하나의 서브세트에 대해 하나의 광원이 스위치 온되고 다른 광원이 스위치 오프된다. 따라서, 스위치 온된 광원들의 밀도가 제어될 수 있고, 요건들에 맞게 조절될 수 있다. 특히 투명한 물체의 인접한 체적 요소들에 대한 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하는 정확성 및 신뢰성은 모든 광원들의 1차 및 2차 이미지들의 증가하는 기록에 의해 증가될 수 있다. 결과적으로, 더 높은 측정 지점 밀도가 획득될 수 있다.
이러한 실시형태의 이점은 2개의 직접 인접한 광원들에 의해 이하에서 기술된다. 일반적으로, 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 정확하게 결정하기 위해, 타겟 상에 발생하는 광 스폿들을 동시에 조사된 광원들의 단일 광원에 할당하고, 그것이 광원의 1차 이미지 또는 2차 이미지인지 결정하는 것이 필요하다. 이러한 할당 또는 결정이 항상 명백하게 가능하지는 않기 때문에, 1차 및 2차 이미지가 그들의 강도를 통해 차별화될 수 있음에도 불구하고 오류들이 발생한다. 인접한 광원들 중 하나만이 한 단계에서 스위치 온되고, 제 2 단계에서 다른 광원들이 스위치 온될 때, 광원으로의 할당 및 이미지 유형의 결정이 개선될 수 있고, 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 결정의 정확성이 향상될 수 있다.
상이한 실시형태들에서, 수평 및/또는 수직 방향으로 인접한 광원들의 행의 각 제 2, 제 3, 또는 제 4 광원은 2개, 3개, 또는 4개의 단계들로 차례로 교대로 스위치 온될 수 있다.
또한, 상기 조명 디바이스는 다수의 수직 방향으로 뻗어 있는 행들의 광원들로 구성되고, 상기 행들은 서로의 옆에 수평 방향으로 배열되며, 이로써 2개의 인접한 행들의 인접한 광원들이 수평 방향으로 서로 오프셋된다. 수직 방향에서, 인접한 행들의 직접 인접한 광원들은 떨어져 있으며(즉, 이들은 서로 오프셋되어 있다), 이로써 특히 바람직한 실시형태에서의 수직 방향으로의 거리가 수평 방향으로의 거리와 상이하며, 이는 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 수평 성분은 일반적으로 각각의 수직 성분보다 작기 때문이다. 따라서, 상이한 투명한 물체들을 측정하는 데 적합한 조명 디바이스에 대해 상이한 밀도들의 광원들이 구현될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 카메라는 각 광원의 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들의 수직 성분만을 기록하고, 평가 장치는 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위해 위치들의 기록된 수직 성분들만을 사용한다. 이는 특히 앞 유리들에 유리하다. 그들의 경사각은 그들의 차량 내의 설치 위치에 의해 결정된다. 그들의 만곡된 형태 및 경사각으로 인해, 앞 유리들은 일반적으로 수평 방향보다 수직 방향으로 더 큰 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 야기한다. 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 수직 성분만을 포함함으로써, 결정이 단순화되고 가속화될 수 있다.
바람직하게는, 조명 디바이스의 직접적으로 인접하고 스위치 온된 광원들은 상이한 광 강도를 갖도록 제어가능하며, 즉, 직접적으로 인접한 광원들은 상이한 광 강도들(휘도)로 투명한 물체를 조명한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 직접적으로 인접하고 스위치 온된 광원들은 상이한 색상들(밝은 색)로 투명한 물체를 조명할 수 있다. 이와 같은 강도 제어로 단일 단계동안 특히 높은 측정 지점 밀도가 가능하다. 강한 광원은 인접한, 약한 광원보다 높은 광 강도로 조명하므로, 약한 광원보다 밝은 1차 및 2차 이미지들을 생성한다. 1차 및 2차 이미지들은 상이한 광도들을 사용함으로써 각각의 광원에 더 잘 할당될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시형태에서, 3개 이상의 인접한 스위치 온된 광원들은 3개 이상의 서로 상이한 레벨들의 광 강도들을 갖도록 제어될 수 있다. 따라서, 측정 지점 밀도가 더욱 증가될 수 있다.
우선적으로, 광원들의 하나의 서브세트는 제 1 광 색상으로 조명하고, 광원들의 또 다른 서브세트는 제 1 광 색상과 상이한 제 2 광 색상으로 조명함으로써, 매우 바람직하게는 2개의 인접한 광원들이 상이한 색상들로 조사된다. 그들의 색상 값들을 사용하여 1차 및 2차 이미지들의 할당은 더 높은 측정 지점 밀도들을 가능하게 한다. 광원들의 연속적 또는 불연속적 스펙트럼, 즉 특히 그들의 최대 값이 서로 상이한 밝은 색상들에 대해 크게 상이하다고 가정된다.
본 발명의 또 다른 유리한 실시형태에서, 광학 필터는 적어도 하나의 카메라 앞에 있는 광 경로에 배치된다. 색상 필터가 특히 바람직하다. 편광 필터는 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다. 광학 필터는 주변 광으로부터 카메라를 보호하며, 이는 카메라가 1차 및 2차 이미지들의 예상 강도들에 정확하게 맞춰지기 때문이다.
광원들은 우선적으로 1/50mm 초과, 바람직하게는 1/20mm 초과, 특히 1/5mm 초과의 광원 밀도를 갖는다. 이는 측정 정확도를 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 조명 디바이스는 투명한 물체의 제 1측 상 및 투명한 물체의 제 1 측의 반대편의 제 2 측 상의 타겟(예를 들어, 카메라의 이미지 센서) 상에 배치된다. 투명한 물체는 조명 디바이스와 타겟을 갖는 카메라 사이에 배치되며, 2차 이미지 각의 결정은 전파 중에 수행된다. 즉, 1차 이미지는 반사들없이 투명한 물체를 통해 캡처된 광원의 직접 이미지이다. 이는 상대적으로 더 강도 높은 1차 이미지를 생성한다. 2차 이미지의 강도는 1차 이미지의 강도보다 분명히 낮다. 결과적으로, 많은, 동시에 조사된 광원들의 1차 이미지들은 상이한 강도들을 사용하여 쉽고, 빠르고, 확실하게 2차 이미지들과 구별될 수 있다.
특히 바람직한 실시형태에서, 적어도 하나의 미러가 투명한 물체 앞의 광 경로에 배치된다. 예를 들어, 조명 디바이스와 투명한 물체간의 광 경로의 길이는 ECE-R43에 명시된 바와 같이 7m이다. 조명 디바이스로부터 나오는 광은 적어도 하나의 미러에 의해 반사되고 우회되어 조명 디바이스와 투명한 물체 간의 광 경로가 폴딩된다. 계획된 광 경로에 필요한 공간은 적어도 하나의 미러를 사용하여 상당히 줄어든다.
광원들로서의 LED들은 본 발명의 또 다른 실시형태에서 계획된다. LED들은 비교적 작은 광원들이기 때문에 점형 광원들(punctiform light sources)로 직접 사용될 수 있다. 추가적인 구경(aperture)이 필요하지 않다. 또한, LED들은 별도로 쉽게 제어 및 스위치 온될 수 있다. 또 다른 장점은 LED들이 서로 매우 가깝게 배열될 수 있다는 것인데, 즉 더 큰 밀도를 갖는다. 이들은 비용 효율이 높고, 에너지 소비량이 적으며, 반복적인 스위칭 작업들을 하더라도 비교적 견고하다. 이렇게 하면 조명 디바이스를 작동하는 데 드는 비용과 고장 위험을 줄일 수 있다. 이들은 또한 훨씬 적은 폐열을 발생시킨다. 이는 고 밀도 광원들이 작동 중 조명 디바이스의 열적 문제들을 피하기 위해 특히 중요하다. LED들은 레이저 다이오드들로 설계될 수 있다.
구경들로 구현되는 확대된 조명 디바이스의 개구들(openings)은 또한 점형 광원들(punctiform light sources)일 수 있고, 점형 광은 이러한 개구들로부터 투명한 물체의 방향으로 빠져나간다. 점형 개구들은 스위칭가능한 편광 필터들에 의해 우선적으로 형성되고, 가장 우선적으로는 액정 소자들을 통해 형성되므로, 광에 대한 투과율이 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 기술된 ECE-R43의 링-홀-플레이트와 유사한 실시형태에서, 조명 디바이스의 각 점형 광원은 광원의 중심 지점과 동심인 조사된 링을 가질 수 있다. 그 결과, 2차 각이 링의 이미지 내에 있는 요건을 충족시키는지를 확인하기 위해 다수의 광원들에 대한 테스트가 쉽게 수행될 수 있다.
매트릭스 카메라(matrix camera)는 적어도 하나의 카메라로서 우선적으로 제공되며, 이는 행들과 열들로 구성된 2차원 카메라 이미지들을 기록한다. 1차 이미지와 2차 이미지의 위치들은 행들과 열들에 대한 그들의 위치들에 기초하여 공간적으로 2차원 형식으로 다시 캡처된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 카메라는 CCD 또는 CMOS 기술에 기초한 이미지 센서를 갖는다. 이러한 카메라들은 고 해상도 및 높은 기록 속도를 제공한다.
상기 목적은 청구항 7의 특징을 갖는 방법을 통해 달성된다.
투명한 물체 상에서의 광원의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하는 본 발명에 따른 방법에서, 투명한 물체는 다수의, 동시에 조사되는, 점형 광원들을 갖는 조명 디바이스에 의해 조명되고, 이로써 다수의 동시 조사된 광원들의 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들이 동시에 2차원 타겟 상의 적어도 하나의 카메라에 의해 기록되며, 하나의 광원의 1차 이미지 및 2차 이미지는 각각의 광원에 의해 조사된 투명한 물체의 하나의 체적 요소에 의해 타겟 상에 생성되고, 이로써 투명한 물체의 각 체적 요소의 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 평가 장치를 사용하여 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들에 기초하여 결정된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 조명 디바이스의 광원들은 모든 광원들의 1차 및 2차 이미지들의 순차적 기록이 있도록 별도로 스위치 온 및 오프될 수 있고, 이로써 상기 다수의 광원들의 서브세트가 동시에 스위치 온되고, 또 다른 서브세트는 동시에 스위치 오프되며, 이로써 유리하게는 적어도 하나의 서브세트에서 하나의 광원이 스위치 온되고, 다른 광원은 2개의 인접한 광원들에서 스위치 오프된다.
카메라는 각각의 광원의 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들의 수직 성분들만을 우선적으로 기록하고, 평가 장치는 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위해 위치들의 기록된 수직 성분들만을 사용한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에서, 조명 디바이스의 인접한 광원들은 그들이 서로 상이한 휘도들을 갖도록 제어된다. 또 다른 실시형태에서, 상이한 (예를 들어, 인접한) 광원들은 상이한 휘도들/강도들에 대한 대체물 또는 추가로서 상이한 색들 (파장들) 및/또는 편광들을 가질 수 있다.
언급된 방법들 및 그들의 이점들은 발명-관련 장치와 관련하여 위에서 설명되었다. 장치에 대해 설명된 다른 방법들, 변형들, 및 이점들은 또한 본 발명에 따른 방법에 적용가능하다.
2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정할 때, 투명한 물체는 조명 디바이스 및 타겟에 대해 우선적으로 이동된다. 따라서, 다수의 체적 요소들에 대한 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 다수의 연속적인 단계들에서 결정될 수 있어서 투명한 물체의 신속하고 완벽한 표면 분석을 가능하게 한다.
유리한 실시형태에서, 제 1 주변 파라미터와 상이한, 제 2 주변 파라미터에 대한 (즉, 제 2 구성에 대한) 두번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 제 1 주변 파라미터 하에서 (즉, 제 1 구성 하에서) 측정에 의해 결정된 상기 첫번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각에 기초하여 투명한 물체의 적어도 하나의 체적 요소에 대해 계산된다. 상이한 주변 파라미터들 또는 구성들, 예를 들어 타겟(예를 들어, 카메라의 이미지 센서)으로부터 투명한 물체까지의 거리(거리는 이하의 시거리로도 기술됨), 투명한 물체의 경사각 또는 입사각, 및/또는 투명한 물체로부터의 조명 디바이스의 거리(조명 거리), 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 동일한 체적 요소에 대해 상이할 수 있다. 이러한 방법을 사용함으로써, 제 1 주변 파라미터(즉, 제 1 구성) 하에서 첫번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 측정한 후에 두번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 추가 측정이 요구되지 않는다. 대신에, 2차 이미지 각 및/또는 시야각은 제 2 주변 파라미터(즉, 제 2 구성)에 대해 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치는 투명한 물체의 굴곡 또는 곡률, 및 투명한 물체의 잠재적 쐐기 모양으로 인해 야기된, 측정된 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 분율을 추출하여 분리할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어, 오류 분석 프로세스가 단순화될 수 있다.
본 방법의 또 다른 실시형태에서, 각각의 체적 요소 내에서 투명한 물체의 굴곡 반경 및 두께에 의해 생성된 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 분율이 결정된다. 투명한 물체의 곡률로 인한 이러한 분율의 결정은 각 체적 요소 내의 투명한 물체의 굴곡 반경과 두께가 알려짐을 기초로 수행된다. 이는 종종 투명한 물체의 설계에 의해 사전 정의된다. 예를 들어, 추가적인 쐐기가 없는 비교가능한 기준 판 유리의 대응하는 체적 요소 상에서 결정이 수행될 수도 있다. 이러한 방법은 두께 및 굴곡 반경으로 인한 2차 이미지 및/또는 시야각을 결정하는 데 사용된다.
본 방법의 또 다른 실시형태에서, 투명한 물체의 각 체적 요소 내에서 쐐기 각에 의해 생성된 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 분율이 결정된다. 쐐기 각 요소의 쐐기 각 또한 결정될 수 있다. 체적 요소의 전방 측면과 후방 측면이 평행하지 않은 경우 체적 요소는 쐐기 각을 갖는다. 따라서, 바람직하지 않은 쐐기 각들이 식별될 수 있고, 투명한 물체에 걸친 이들의 크기 및 분포가 시험된 투명한 물체에 대한 품질 기준으로서 포함될 수 있다.
또한, 계산된 쐐기 각은 또 다른 주변 파라미터 하에서 각 체적 요소의 연관된 두번째 시야각을 결정하는 데 사용될 수도 있다. 따라서, 본 실시형태에서의 두번째 시야각의 결정은 다음의 단계들을 포함한다:
Figure pct00001
결정된 첫번째 시야각에 기초하여 체적 요소의 쐐기 각을 계산하는 단계; 및
Figure pct00002
계산된 쐐기 각을 사용하여 두번째 시야각을 계산하는 단계.
측정을 통해 및 굴곡 반경 및 두께에 기초한, 또는 쐐기 각에 기초한 결정된 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 분율들(fractions)의 분리는 더 높은 정확성으로 제 2 주변 파라미터에 대한 두번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 분율들은 서로 독립적인 제 2 주변 파라미터에 대해 계산된다. 이는 두번째 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 계산을 단순화한다.
또 다른 바람직한 실시형태에서, 1차 및 2차 이미지들의 위치들의 측정을 통해 결정된 시야각을 기초로 2차 이미지 각은 투명한 본체의 적어도 하나의 체적 요소에 대해 결정되며, 그의 반대도 마찬가지이다. 바람직하게는, 2차 이미지 각은 쐐기 각 및 입사각에 기초하여 계산되며, 이에 따라 쐐기 각 및 입사각은 시야각으로부터 결정된다. 2차 이미지 각은 추가 측정없이 신속하게 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 개별적인 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 결정은 신속하게 이루어질 수 있고, 특히 조명 디바이스 및 타겟에 대한 투명한 물체의 상대적인 이동 속도와 비교할 때 더욱 그러하다. 예를 들어, 동시에 조사되는, 다수의 광원들의 1차 이미지 및 2차 이미지의 위치들의 기록에는 밀리 초 미만이 소요된다. 현재, 이송 레이트(feed rate)는 앞 유리들의 생산시 분당 40미터이다. 따라서 판 유리는 1밀리 초 당 약 0.7mm만큼 이동한다. 결과적으로, 개별적인 2차 이미지 각 및/또는 시야각의 결정은 동시적인 상대 이동에 의해 영향을 받지 않는다. 이로써 투명한 물체의 전체 영역 분석을 보다 쉽게 처리하고 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 장치의 평가 장치는 특히 상기 처리 단계들 및 전술한 계산들을 수행하도록 설정된다. 이를 위해, 프로세서가 장착된 평가 장치에는 메모리 및 버스 시스템을 포함한 상응하는 하드웨어 및 소프트웨어가 장착되어 있다.
본 발명은 실시예들 및 도면들을 참조하여 이하에서 설명된다. 이미지들로서 기술되며/되거나 설명된 모든 특징들은 본 발명의 목적을 형성하며, 이는 청구 범위의 요약 또는 후 참조들에 관계없이 적용가능하다.
이하에 개략적으로 설명되어 있다:
도 1은 앞 유리의 형태로 투명한 물체 상에 광원의 2차 이미지 각을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예의 길이방향 단면도를 도시한다,
도 2, 도 2a는 투명한 물체의 단일의 조사된 체적 요소를 통한 시야각의 형성 또는 투명한 물체를 통한 2차 이미지 각의 단면도를 각각 도시한다,
도 3은 타겟 상의 단일 광원의 1차 이미지와 2차 이미지의 정면도를 도시한다,
도 4는 인접한 광원들이 상이한 광의 강도들을 갖는 경우, 도 1의 6개의 수직 배열된 광원들의 1차 및 2차 이미지들의 강도들을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예의 길이 방향 단면도를 도시한다,
도 6은 조명 디바이스의 정면도를 도시한다,
도 7은 단일 쐐기형의, 투명한 물체의 조사된 체적 요소를 통한 시야각의 생성의 단면도를 도시한다,
도 8은 제 2 주변 파라미터 하에서 도 7과 유사한 시야각의 생성을 도시한다,
도 9 내지 도 11은 투명한 물체의 단일의 만곡된, 조사된 체적 요소를 통한 시야각의 생성의 단면도를 도시한다,
도 12는 앞 유리의 형태로 투명한 물체 상에서의 광원의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을 결정하기 위한 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시예의 단면도를 도시한다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치의 실시예는 예를 들어 LED들로서 설계된, 서로의 위에 수직으로 배열된, 예를 들어 9개의 동시에 조사된, 점형(punctiform)의 여러 광원들(11)을 갖는 조명 디바이스(10)를 포함한다. 조명 디바이스(10)는 앞 유리(windscreen)(이하, 판 유리(pane)라고 함)(14)의 형태의 투명한 물체의 제 1 측 상에 배치된다. 카메라(16)는 창(14)의 제 1 측의 반대편인 제 2 측 상에 배치된다. 판 유리(14)는 조명 디바이스(10)로부터 수평 방향(12)으로 7m의 거리(13)에서 배치되고, 수직 방향에 대해 경사 각(15)을 갖도록 배치되며, 이로써 경사 각은 판 유리(14)의 이후의 설치 위치에 대응한다. 각각의 광원(11)은 판 유리(14)의 방향으로 광을 방출하고, 매번 판 유리(14)의 하나의 체적 요소(volume element)(14a)를 조명한다. 타겟은 카메라(16)의 기록 표면(recording surface)(16a)에 의해 형성된다. 카메라(16)는 각각의 조사되는 광원들에 대한 1차 이미지(21a) 및 2차 이미지(21b)(도 3 참조)의 위치들을 동시에 캡처한다. 광학 필터(17)는 카메라(16)의 전방 광 경로에 배치될 수 있으며, 필터는 광원들(11)이 비추는 하나의 파장만을 전송한다. 상이한 파장들을 갖는 다른 광원들로부터의 광을 교란시키는 것은 이 경우 카메라(16)에 의해 캡처되지 않을 것이다. 카메라(16)와 연결된 평가 장치(evaluation device)(18)는 조명 디바이스(10)에 의해 조사된 모든 체적 요소들(14a)에 대해 판 유리(14)의 조사된 체적 요소(14a)의 2차 이미지 각 및/또는 시야각을, 후술되는 바와 같이, 연관된 1차 및 2차 이미지들(21a, 21b)의 위치들을 사용함으로써 동시에 결정한다.
대안적으로, 도 1의 조명 디바이스(10)는 수직으로 병치된(juxtaposed) (예를 들어, 4.5 mm의 거리로) 12개의 광원들(11)을 가질 수 있고, 광원들은 개별적으로 스위치 온 및 오프될 수 있다. 샘플 스위칭 패턴을 설명하기 위해, 각 광원의 상태는 스위치 온 상태에 대해 "1"로 표시되고 스위치 오프 상태에 대해서는 "0"으로 표시된다. 제 1 단계에서, 모든 제 4 광원(11)은 위로부터 아래로 볼 때 스위치 온된다(제 1 스위칭 패턴: 100010001000). 두 번째 단계에서는, 첫 번째 단계에서 스위치 온된 광원은 스위치 오프되고, 이하의 광원들이 스위치 온된다(제 2 스위칭 패턴: 010001000100). 이는 유사하게 제 3 스위칭 패턴(001000100010)에 대응하는 스위칭 상태와 제 4 스위칭 패턴(000100010001)에 대응하는 제 4 스위칭 상태를 갖는 제 3 단계에 의해 뒤따른다. 따라서, 높은 광원 밀도(도 2 참조)로 인해 인접한 광원들(11)에 대한 1차 및 2차 이미지들(21a, 21b)의 할당에 어려움 없이, 각 개별 체적 요소에 대한 2차 이미지 각/시야각은 조명 디바이스(10)의 모든 광원들(11)과 함께 총 4 단계로 결정될 수 있다.
또 다른 개수 및/또는 분포를 갖는 광원들(11)을 갖는 조명 디바이스들(10)이 또한 가능하다.
도 2는 도 1의 단일 광원(11)으로부터 조사되는, 도 1의 창 유리(14)의 단일 체적 요소(14a)를 도시한다. 광원(11)으로부터의 광 빔은 표면 법선에 대해 입사각(κ)로, 조사된 체적 요소(14a) 상에 떨어진다. 광원(11)으로부터의 광의 일부는 1차 광 경로(19a)를 따르고 반사되지 않고 체적 요소(14a)를 통과한다. 광원(11)으로부터의 광의 또 다른 부분은 2차 광 경로(19b)를 따르며, 판 유리(14)의 제 2 계면에서 반사되는 체적 요소(14a)를 통과한다. 도 1의 판 유리(14)의 제 2 측에 대응하는 체적 요소(14a)의 제 2 측 상에서, 1차 광 경로(19a) 및 2차 광 경로(19b)는 시야각(τ)을 형성한다. 판 유리(14)는 만곡되지 않고, 편평하며 쐐기가 있는 판 유리이다. 이는 조사된 체적 요소(14a)의 영역에서 판 유리(14)의 전방 및 후방 측면들이 서로 평행하게 진행하지 않고 쐐기 각(η)을 형성한다는 것을 의미한다.
도 2a는 판 유리(14)을 통과한 입사 빔(19)의 1차 광 경로(19a) 및 2차 광 경로(19b)에 의한 2차 이미지 각(ρ)의 형성을 도시한다.
2차 이미지 각(ρ)은 다음과 같다:
Figure pct00003
. (F1) 여기서, n은 판 유리(14)의 재료의 굴절률, κ는 입사 빔(19)의 입사 각, η는 판 유리(14)의 쐐기 각이다.
도 3은 도 1의 카메라(16)의 타겟(16a)의 단면을 도시한다. 예를 들면, 단일 광원(11)의 1차 이미지(21a) 및 2차 이미지(21b)의 위치들이 도시되어 있다. 타겟(16a) 상의 1차 이미지(21a) 및 2차 이미지(21b)의 위치들의 수직 거리(22) 및 수평 거리(23)에 기초하여, 도 1의 평가 장치(18)는 광원(11)에 의해 조사되는, 도 1의 판 유리(14)의 체적 요소(14a)에 대한 2차 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(τ)을 결정할 수 있다. 대안적으로, 1차 이미지(21a) 및 2차 이미지(21b)의 절대적인 수평 및 수직 위치들은 타겟(16a)의 2차원 좌표계에서 결정될 수 있다. 광원(11)으로부터 타겟(16a)까지의 광 경로의 길이는 알려져 있다. 수직 거리(22)는 카메라(16)에 의해 결정된 수직 픽셀 수(Pv)로부터 계산된다. 수직 방향으로 카메라(16)의 픽셀 거리 및 확대 스케일을 포함하는 비례 계수(Fv)를 사용함으로써, 2차 이미지 각(ρ)의 수직 성분(ρv =Arctan(Pv*Fv/E))는 타겟(16a)과 판 유리 간의 거리(E)를 고려하여 결정된다. 2차 이미지 각(ρh)의 수평 성분의 계산은 수평 픽셀 수(Ph)에 기초하여 유사하게 수행된다. 마찬가지로, 각각의 추가 광원(11)에 대해 1차 및 2차 이미지들이 캡처되고, 2차 이미지 각은 성분들(ρv 및 ρh) 모두로 결정된다. 시야각(τ)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 다이어그램은 서로 인접하여 배치된 도 1의 6개의 광원들(11)의 1차 및 2차 이미지들의 타겟 상의 강도들을 도시하며, 이로써 2개의 인접한 광원들(11) 각각은 상이한 광 강도들을 갖는다. 강도는 수직 축(40) 상에 표시된다. 더 높은 광 강도를 갖는 광원들(11)은 높은 1차 이미지 강도(41a)를 갖는 1차 이미지들을 생성하고, 더 낮은 광도를 갖는 광원들(11)은 낮은 1차 이미지 강도(42a)를 갖는 1차 이미지를 생성한다. 따라서, 더 높은 광 강도를 갖는 광원들(11)의 2차 이미지들은 또한 더 낮은 광 강도를 갖는 광원들(11)보다 더 높은 2차 이미지 강도(14b)를 나타낸다. 1차 및 2차 이미지들은 상이한 광 강도들을 사용하여 서로에게 할당될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 제 1 실시예와는 달리, 이러한 설계는 조명 디바이스(10)와 판 유리(14) 사이의 광 경로 내에 제 1 미러(50) 및 제 2 미러(51)를 갖는다. 조명 디바이스(10), 제 1 미러(50), 및 제 2 미러(51)는 외장(52) 내에 함께 배열된다. 조명 디바이스(10)와 투명한 물체(14) 사이의 광 경로는 제 1 미러(50) 및 제 2 미러(51)를 통해 2회 폴딩된다. 따라서, 장치를 위한 판 유리(14)의 전방 측면 상의 공간 요건(53)은 상당히 감소될 수 있다. 이중 폴딩을 사용함으로써, 조명 디바이스(10)와 판 유리(14) 사이의 길이가 7m 이상인 광 경로는 단지 2.5m의 공간 요건(53)으로 실현될 수 있다.
도 6은 조명 디바이스(10a)에 대한 또 다른 설계 옵션을 도시한다. 이는 다수 개의 수평으로 배열된 광 스트립들(light strips)(10b)을 가지며, 이로서 각 광 스트립(10b)은 각각의 광 스트립(10b)이 균일한 광원 거리(11v)를 갖는 다수의 수직으로 병치된 광원들(11)을 갖는다. 이러한 실시예에서의 수직 광원 거리(11v)는 2개의 인접한 광 스트립들(10b)의 거리에 대응하는 수평 광원 거리(11h)보다 더 크다. 서로의 옆에 또는 아래에 배열된 2개의 인접한 광원들(11)은 상이한 색들 및/또는 강도들 및/또는 편광들로 우선적으로 조명한다. 인접한 2개의 광 스트립들(10b)은 수직 방향으로 더 높은 광원 밀도를 달성하기 위해 수직 광원 거리(11v)보다 작은 거리만큼 수직으로 시프트된다. 광 스트립들(10b)의 수평 거리로 인해, 도 6의 조명 디바이스(10a)는 또한 2차 이미지 각의 수평 성분을 결정하는 데 적합하다.
도 7은 타겟(16a) 상의 광원(11)의 1차 이미지(71a) 및 2차 이미지(71b)로부터 쐐기형 체적 요소(14a)에서의 시야각의 형성을 설명한다. 광원(11)으로부터의 조명 거리(G)에서의 1차 광 경로 상의 광은 입사각(κ)으로 체적 요소(14a)의 전방 측면 상으로 떨어지고, 체적 요소(14a)의 굴절률(n)으로 인해 굴절되어 상기 광은 체적 요소(14a)의 전방 측면 상의 법선에 대해 각도(λ)로 체적 요소(14a)를 통과한다. 그 후, 상기 광은 후방 측면 상에서 법선에 대해 출사 각(exit angle)(ν)로 후방 측면을 떠나, 시거리(sight distance)(A)로 구경(aperture)(70)을 통과하여, 타겟(16a) 상에 1차 이미지(71a)를 생성한다. 2차 광 경로(점선으로 도시됨) 상에서, 동일한 광원(11)의 광은 또 다른 입사각(α)로 전방 측면 상으로 떨어지고, 각도(β)로 굴절되고, 체적 요소(14a) 내에서 2회 반사되고, 그 후 그의 후방 측면 상에서 출사 각(ν)으로 떠난다. 그 다음, 상기 광은 구경(70)을 통과하여 타겟(16a) 상에 2차 이미지(71b)를 생성한다. 체적 요소(14a)의 제 2측면 상, 즉 그의 후방 측면과 타겟(16a) 사이에서, 1차 및 2차 광 경로들은 시야각(ση)로 진행한다.
근사화로서, 쐐기 각(η)에도 불구하고 체적 요소(14a)의 두께는 일정하다고 가정된다. 또한, σ 및 η는 작은 각들이라고 가정된다. 따라서, 1차 및 2차 광 경로들은 구경(70)을 통과하며, 이하의 방정식들은 일반적으로 쐐기형 투명한 물체에 적용가능하다:
Figure pct00004
(F2)
Figure pct00005
(F3)
Figure pct00006
(F4)
Figure pct00007
. (F5) 동일 체적 요소(14a)의 시야각(ση)은 상이한 주변 파라미터들 또는 구성들(조명 거리(G), 시거리(A), 입사각(κ))로 상이할 수 있다.
그 대신에, 기준 파라미터들과 상이한 제 1 주변 조건들(즉, 제 1 구성을 위한) 하에서 각각 상이한 체적 요소들(14a)에 대한 시야각들(ση)이 결정되고, 기준 파라미터들(기준 시거리(A*), 기준 조명 거리(G*), 기준 입사각(k*)) 하에서 형성된 시야각(ση*)이 계산된다 (도 7 및 도 8 참조). 예를 들어, 시야각은, 예를 들어 4m의 시거리와 같은 다른 파라미터들(즉, 표준으로부터 벗어나는 구성)에 대해 결정될 수 있으며, 표준 및/또는 2차 이미지 각에 의해 지원되는 시야각은 기준 시거리가 7m인 경우에 계산될 수 있다. 이어서, 기준 또는 표준 구성에 대해 시야각 및/또는 2차 이미지가 계산된다.
시야각의 계산은 조명 거리(G), 입사각(κ), 두께(d), 쐐기 각(η), 시거리(A)가 알려져 있고, 시야각(ση)이 측정되는 것을 기초로 하여 이루어진다. 이제 입사각(α)는 식들(F2 내지 F5)로 방정식 시스템에서 변경되고, 방정식 시스템은 반복 프로세스(예: MS Solver)로 해결된다.
대안적으로, 조명 거리(G), 입사각(α), 입사각(κ), 두께(d) 및 시거리(A) 및 시야각(ση)이 알려지면, 쐐기 각(η)는 테스트된 체적 요소의 식(F2) 내지 (F5)를 갖는 방정식 시스템을 사용하여 결정될 수 있다. 쐐기 각(η)의 시작 값 또는 근사값은, 측정된 시야각(ση)이 2차 이미지 각(ρ) 대신에 사용되는 경우, 식(F1)을 조정하여 획득된다. 쐐기 각(η)는 측정된 시야각(ση)이 식(F5)에서 재현될 때까지 변경된다.
쐐기 각(η)과 함께, 및 상기 방정식 시스템을 품으로써, 시야각(ση*)이 제 2 주변 파라미터에 대해 결정된다. 또한, 쐐기 각(η)와 입사각(κ)은 식(F1)과 함께 사용되어 체적 요소에 대한 연관된 2차 이미지 각(ρ)를 (A 및 G와는 독립적으로) 계산할 수 있다.
방정식 시스템은 4개의 방정식들을 갖기 때문에, 공지된 수치 방법들이 많은 경우들에서 다수의 미지수 값들, 특히 쐐기 각(η) 및 입사각(α)에 대한 해답들을 찾는 데 사용될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 체적 요소(14a)의 시야각(σB)가 굴곡 반경(R)에 의해 야기된 쐐기없이(즉, η= 0), 만곡된 투명한 물체(판 유리)(14)을 도시한다. 보다 명확하게 하기 위해, 1차 및 2차 광 경로들은 체적 요소(14a)의 전방 측면까지 도 10에만 도시되고, 체적 요소(14a)의 후방 측면으로부터 타겟(16a)까지는 도 11에만 도시된다. 체적 요소(14a)의 영역 내에서, 판 유리(14)은 후방 측면 상에 굴곡 반경(R)을 가지며, 전방 측면 상에 굴곡 반경(R+d)을 가지며, 이로써 d는 체적 요소(14a)의 영역에서의 판 유리의 두께이다. 굴곡 반경(R)과 두께(d)는 가능한 쐐기 각들과 대조되게 대부분의 경우들에 알려져 있다. 1차 광 경로 상에서, 조명 거리(G) 및 입사각(κ)의 광원(11)으로부터의 광은 체적 요소(14a)의 전방 측면 상에 떨어지며, 조명 거리(GS) 및 입사각(α)의 광은 2차 광 경로 상에 떨어진다. 체적 요소(14a)의 곡률 중심(M)과 관련하여, 1차 및 2차 광 경로들의 광의 충돌 지점은 전방 측면 상에서 각도(Ω)만큼 분리되어 있다.
1차 광 경로의 광은 체적 요소(14a)를 한번만 통과하고, 체적 요소(14a)의 후방 측면에서 출사 각(φ)로 나간다. 대조적으로, 2차 광 경로의 광은 먼저 후방 측면에서 반사된 후, 체적 요소(14a)의 전방 측면에서 반사되고, 그 후 단지 출사 각(v)으로 그의 후방 측면에서 나간다. 도 11에서 명백한 바와 같이, 1차 및 2차 광 경로들의 출사 지점들은 후방 상에서 곡률 중심(M)을 기준으로 ξ의 각도만큼 분리되어 있다. 1차 광 경로의 광은 시거리(A)로 체적 요소(14)의 후방 측면으로부터 오는 타겟(16) 상에 떨어진다. 2차 광 경로의 광은 또한 후방 측면으로부터 오는 타겟(16a) 상에 떨어진다. 1차 광 경로 및 2차 광 경로는 시야각(σB)로 체적 요소(14a)를 떠난 후에 진행되며, 상기 시야각(σB)은 체적 요소의 곡률 또는 굴곡 반경(R) 및 체적 요소의 두께(d)에 의해 결정된다.
이하의 방정식 시스템은 도 9 내지 도 11에 도시된 상황에 적용가능하다:
Figure pct00008
(F6)
Figure pct00009
(F7)
Figure pct00010
(F8)
Figure pct00011
(F9)
Figure pct00012
(F10)
Figure pct00013
(F11)
Figure pct00014
(F12)
Figure pct00015
.(F13) 특히, 공지된 측정 장치들(measuring arrangements) 및 체적 요소(14a) 내에 쐐기 오류(wedge error)(η = 0)가 없는 경우, 굴곡 반경(R)은 측정된 시야각(σB)에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 위의 방정식 시스템은 α를 변화시킴으로써 알려진 수치 해법들을 통해 식들(F6 내지 F13)로 풀린다.
굴곡 반경(R)에 의해 생성된 시야각(σB)조차도 일반적으로 주변 파라미터들에 의존하지 않는다. 특히, 알려진 반경(R)과 함께, 상기 방정식 시스템은, 예를 들어 원하는 시거리(A)를 갖는 제 2 주변 파라미터 하에서 시야각(σB*)를 계산하는 데 사용될 수 있다.
전술된 방법은 조명 디바이스에 의해 조사된 다수의 체적 요소들의 각 체적 요소(14a)에 대해 개별적으로 그리고 동시에 사용된다. 넓은 면적의 판 유리(14)의 모든 체적 요소들(14a)에 대한 시야각 및/또는 2차 이미지 각은 동시에 계산될 수 있고, 필요한 경우 전체 판 유리(14)에 대해 계산될 수 있다.
도 12에 도시된 본 발명에 따른 장치의 제 3 실시예는 타겟(16a)이 카메라 라인(16b) 내에 배열된 다수의 카메라들(16)의 기록 표면들/이미지 센서들로부터 형성된다는 점에서 도 1에 도시된 장치와 상이하다. 조명 디바이스(10)는 광원들(11)이 서로의 위에 배열된 LED 스트립으로 설계된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 편평한 판 유리(14)는 경사각(15)으로 경사지고, 조명 디바이스(10)로부터 수평 방향(12)으로 거리(13)에 배치된다. 경사 각(15)으로 인해, 조명 디바이스(10)의 개별 광원들(11)은 상이한 수평 조명 거리들(G)을 갖는다. 가장 아래의 광원들(11)과 가장 아래의 체적 요소들(14a) 중 하나간의 조명 거리(G1)는 가장 위의 광원(11)과 가장 위의 체적 요소(14a) 간의 거리(Gn)보다 작고, 거리(13)보다 작다. 반대로, 시거리(A1)은 시거리(An)보다 크다. 구경들은 상세히 도시되지 않은 카메라(16)의 카메라 개구를 통해 이용가능하다. 각각의 체적 요소(14a)에 대해, 상기 방법은 측정된 첫번째 시야각에 의해, 즉 공통 기준 조명 거리(G*) 및 기준 시거리(A*)인, 기준 조건들을 위한 두번째 시야각(σ*)(도시되지 않음)을 계산하는 데 사용된다. 기준 조명 거리는 우선적으로 G* = 7m이 되어야 한다.
제 1 주변 파라미터(예를 들어, G=5m)에 대한 체적 요소(14a)의 측정된 시야각(σ)는 종종 도 7에 도시된 쐐기 각(η) 및 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같은 굴곡 반경(R)에 의해 생성된다. 만곡된 판 유리(14)의 체적 요소(14a)에 대한 특정한 제 2 주변 파라미터(예를 들어, G*=100m)를 갖는 두번째 시야각들(σ*)이 도 12의 장치를 사용하여 결정되어야 한다면, 그의 굴곡 반경(R) 및 두께(d)에 의해 야기된 시야각(σB)는, 상술된 방법을 사용하여, 그리고 측정된 첫번째 시야각(σ)(ση =σ-σB)로부터 감산된, 각각의 체적 요소(14a)에 대해 먼저 계산된다. 본 명세서에서, 판 유리(14)에 걸친 체적 요소들(14a)의 굴곡 반경들(R)은 변할 수 있다. ση의 0이 아닌 값이 이러한 체적 요소 내에 존재하는 쐐기 각(η)에 의해 발생한다고 가정되기 때문에 감산의 결과는 각 체적 요소(14a)에 대한 시야각(ση)에 대응한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 판 유리(14)가 임의의 굴곡(σB = 0)을 갖지 않으면, 측정된 첫번째 시야각(σ)는 도 7에 따른 쐐기의 시야각(ση)에 대응한다.
전술된 거리(G* = 100m)는 광원이 그 거리로부터 오는 경우 실제로 흥미 롭다. 이러한 상황에 대한 시야각(σ*)을 G=5m로 결정된 값(σ)로부터 결정하기 위해, 주변 파라미터(G* = 100m)에 대한 시야각(ση*)은 도 7 및 도 8과 연관하여 기술된 바와 같이 ση으로부터 각 체적 요소(14a)에 대해 계산된다(다른 주변 파라미터들은 변하지 않은 채로 유지된다). 이후, 적용가능한 경우, 상술된 바와 같은 이러한 주변 파라미터에 대한 체적 요소(14a)의 굴곡 반경(R) 및 두께(d)에 의해 야기되는 시야각(σB*)은 각각의 체적 요소(14a)에 대해 σB로부터 계산되고, ση*에 더하여져서, 두번째 시야각(σ*)은 각 체적 요소(14a)에 대한 제 2 주변 파라미터 하에서 다음과 같이 계산된다:
Figure pct00016
. (F12) 체적 요소(14a)가 굴곡 반경(R)을 나타내지 않으면, σ*=ση*가 두번째 시야각에 적용 가능하다.
대안적으로 표준으로 정의된 기준 주변 파라미터(G* = 7)에 대한 두번째 시야각(σ*)도 측정된 시야각(σ)으로부터 계산될 수 있다. 그러한 기준 중 하나는 처음에 언급된 United Nations Economic Commission for Europe(UNECE)의 규정 43호이다. 또한, 연관된 2차 이미지 각(ρ)은 식(F1)을 이용하여 입사각(κ) 및 쐐기 각(η)에 대한 알려진 또는 계산된 값들을 갖는 각 체적 요소(14a)에 대해 계산될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같은 장치를 갖는 기술된 방법은, 상이한 조명 거리들(G1 내지 Gn) 및 상이한 시거리들(A1 내지An)에 대해, 상기 판 유리의 경사각(15)에도 불구하고, 모든 체적 요소들(14a)의 첫번째 시야각이 이미 알려진 제 1 주변 파라미터들에 대해 동시에 측정되게 하며, 이후 각 체적 요소에 대한 두번째 시야각(σ*)을 제 2 주변 파라미터들에 대해 계산하게 한다. 이는 시야각 및/또는 2차 이미지 각을 결정할 때 주요한 시간 절약을 야기하며, 이는, 그렇지 않으면 체적 요소가 대응하는 이동을 통해 제 2 주변 파라미터의 상태로 되어야 하기 때문이다.
10, 10a 조명 디바이스
10b 광 스트립
11 광원
11h 수평 광원 거리
11v 수직 광원 거리
12 수평 방향
13 거리
14 창 유리
14a 체적 요소
15 경사각
16 카메라
16a 타겟
16b 카메라 라인
17 광학 필터
18 평가 장치
19 입사 빔
19a 1차 광 경로
19b 2차 광 경로
21a, 71a 1차 이미지
21b, 71b 2차 이미지
22 수직 거리
23 수평 거리
40 수평 축
41a, 42a: 1차 이미지 강도
41b, 42b: 2차 이미지 강도
50 제 1 미러
51 제 2 미러
52 외장
53 공간 요건
70 구경
α, κ, κ* 입사각
β, λ, ξ, π, Ω 각
ν, φ 출사 각
σ, ση, ση*, σB 시야각
η 쐐기 각
ρ 2차 이미지 각도
A, A1, An, A* 시거리
d 두께
G, GS, G1, Gn, G* 조명 거리
M 곡률 중심
R 굴곡 반경

Claims (14)

  1. 투명한 물체(14) 상의 광원(11)의 2차 이미지 각(r) 및/또는 시야각(σ)을 결정하는 장치로서,
    - 다수의, 적어도 부분적으로 동시에 조사된, 점형(punctiform) 광원들(11)을 갖는 조명 디바이스(illuminating device)(10);
    - 다수의 동시에 조사된 광원들(11)의 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들을 2차원 타겟(16a) 상에서 동시에 캡처하도록 설정된 적어도 하나의 카메라(16)로서, 하나의 광원(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)는 상기 광원에 의해 조사된 투명한 물체(14)의 하나의 체적 요소(14a)에 의해 상기 2 차원 타겟(16a) 상에서 생성되는, 상기 카메라(16); 및
    - 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들에 기초하여 상기 투명한 물체(14)의 각 체적 요소(14a)의 2차 이미지 각(r) 및/또는 시야각(σ)을 결정하도록 설정된 평가 유닛(18);을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스(10)의 광원들(11)은 개별적으로 스위치 온 및 오프될 수 있어, 모든 광원들(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)가 순차적으로 기록되며,
    각 단계에서 다수의 광원들(11)의 서브세트는 동시에 스위치 온되고, 또 다른 서브세트는 동시에 스위치 오프되며,
    바람직하게는 2 개의 인접한 광원들의 적어도 하나의 서브세트에 대해 하나의 광원(11)은 스위치 온되고 다른 광원(11)은 스위치 오프(11)되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 카메라(16)는 각 광원(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들의 수직 성분만을 캡처하며,
    상기 평가 유닛(18)은 상기 2차 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(σ)을 결정하기 위해 상기 캡처된 수직 성분들만을 사용하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스(10)의 인접한 광원들(11)은 상이한 광 강도 및/또는 색상을 갖도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 투명한 물체(14) 상의 광원(11)의 2차 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(σ)을 결정하는 방법으로서,
    상기 투명한 물체(14)는, 다수의, 동시에 조사된 점형 광원들(11)을 갖는 조명 디바이스(10)에 의해 조명되고,
    다수의 동시에 조사된 광원들(11)의 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들은 2차원 타겟(16a) 상에서 적어도 하나의 카메라(16)에 의해 동시에 캡처되며,
    하나의 광원(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)는 각각의 광원(11)에 의해 상기 투명한 물체(14)의 하나의 체적 요소(14a)를 통해 상기 2차원 타겟(16a) 상에서 생성되며,
    상기 투명한 물체(14)의 각 체적 요소(14a)의 상기 2차 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(σ)은 평가 유닛(18)에 의해 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들에 기초하여 결정되는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스(10)의 광원들(11)은 개별적으로 스위치 온 및 오프될 수 있어, 모든 광원들(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)가 순차적으로 기록되며,
    각 단계에서 다수의 광원들(11)의 서브세트는 동시에 스위치 온되고, 또 다른 서브세트는 동시에 스위치 오프되며,
    바람직하게는 2 개의 인접한 광원들의 적어도 하나의 서브세트에 대해 하나의 광원(11)이 스위치 온되고 다른 광원(11)이 스위치 오프(11)되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 카메라(16)는 각 광원(11)의 상기 1차 이미지(21a, 71a) 및 2차 이미지(21b, 71b)의 위치들의 수직 성분만을 캡처하며,
    상기 평가 장치(18)는 상기 2차 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(ση, ση*, σB)을 결정하기 위해 상기 캡처된 수직 성분들만을 사용하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 디바이스(10)의 인접한 광원들(11)은 상이한 광 강도 및/또는 색상을 갖도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 이미지 각(ρ) 및/또는 시야각(σ)을 결정할 때, 상기 투명한 물체(14)는 상기 조명 디바이스(10) 및 타겟(16a)에 대해 이동되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 주변 파라미터(G*, A*, κ*) 하에서 결정된 적어도 하나의 첫번째 2차 이미지 각 및/또는 첫번째 시야각(σ, ση, σB)에 기초하여, 제 1 주변 파라미터(ambient parameter)와는 상이한 제 2 주변 파라미터(G*, A*, κ*)에 대한 두번째 2차 이미지 각 및/또는 두번째 시야각(σ*, ση*, σB*)이, 상기 투명한 물체(14)의 적어도 하나의 체적 요소(14a)에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 주변 파라미터에 대한 두번째 시야각(ση*)의 결정은:
    Figure pct00017
    상기 결정된 첫번째 시야각(ση)에 기초하여 상기 각 체적 요소(14a)에 대한 쐐기 각(wedge angle)(η)을 계산하는 단계; 및
    Figure pct00018
    상기 계산된 쐐기 각(η)을 사용하여 두번째 시야각(ση*)을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명한 물체의 각 체적 요소(14a)에서의 굴곡 반경(bending radius)(R) 및 두께(d)에 의해 야기된 상기 2차 이미지 각 및/또는 시야각(σB)의 분율(fraction)이 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명한 물체의 각 체적 요소(14a)에서의 쐐기 각(η)에 의해 야기된 2차 이미지 각 및/또는 시야각(σn)의 분율이 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정된 시야 각(σ, ση, σB)을 사용하여 상기 투명한 물체(14)의 적어도 하나의 체적 요소(14a)에 대해 상기 각 체적 요소(14a)에 대한 2차 이미지 각(ρ)이 계산되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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