KR20200016059A - 조명 시스템 - Google Patents

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Abstract

조명 시스템은, 측정 스테이지, 조사부, 수광부 및 처리부를 포함한다. 조사부는 측정 스테이지에 위치한 측정대상물에 대하여 각각 입사광들을 조사하며 돔 형태로 배치된 다수의 광원들을 포함한다. 수광부는 반사광들을 획득한다. 처리부는 광원들을 돔형 사인파 패턴에 따라 점등되도록 제어한다. 처리부는, 측정대상물의 특정 측정위치에 대하여, 광원들을 돔형 사인파 패턴에 따라 N번 시프트하면서 순차적으로 점등되도록 제어하고, N개의 반사광들의 강도로부터, 측정대상물의 특정 측정위치에서의 위상, N개의 반사광들의 강도의 평균 및 N개의 반사광들의 비저빌리티를 산출한다. 이에 따라, 측정대상물의 재질을 용이하게 판정할 수 있다.

Description

조명 시스템{ILLUMINATION SYSTEM}
본 발명은 조명 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물체의 재질 판정이 가능하도록 하는 조명 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 임의의 물체에 대한 재질을 인식하는 다양한 방법들이 연구되고 있다.
이러한 방법들은 물체에 입사파를 조사하여 되돌아오는 반사파를 측정하여 물체의 재질을 파악하는 방법 등과 같이, 대체로 물체의 내부 구조를 통하여 물체의 재질을 인식하는 방법을 채용하는 것이 일반적이다.
그러나, 이러한 방식은 물체의 내부 구조를 파악해야 하므로, 이러한 방식은 재질 판정을 위한 시스템을 복잡하게 하고 그 제조 비용을 크게 증가시키며, 재질 판정 방식이 어려울 뿐만 아니라, 다양한 물체들에 대한 재질 판정에 한계가 있으며, 신뢰성이 확보되기 어려운 문제가 있다.
따라서, 저비용으로 용이하고 정확하게 물체의 재질을 인식할 수 있는 재질인식 조명 시스템 및 재질인식 방법의 개발이 요청된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저비용으로 용이하고 정확하게 물체의 재질을 인식하기에 적합한 조명 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따른 조명 시스템은, 측정 스테이지, 조사부, 수광부 및 처리부를 포함한다. 상기 측정 스테이지에는 측정대상물이 위치한다. 상기 조사부는 상기 측정대상물에 대하여 각각 입사광들을 조사하는 다수의 광원들을 포함하되, 상기 다수의 광원들은 상기 측정대상물의 상부를 돔 형태로 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광들이 상기 측정대상물을 향하여 선택적인 조사가 가능하다. 상기 수광부는 상기 조사부에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 획득한다. 상기 처리부는 상기 광원들을 돔형 사인파 패턴(dome-shaped sine wave pattern)에 따라 점등되도록 제어한다. 상기 처리부는, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에 대하여, 상기 광원들을 상기 돔형 사인파 패턴에 따라 N번 시프트하면서 순차적으로 점등되도록 제어하고(N은 2 이상의 자연수), 상기 조사부는, 상기 순차적으로 점등되는 N개의 패턴광들을 생성하여 상기 측정대상물에 조사하며, 상기 수광부는, 상기 측정대상물에 조사되는 N개의 패턴광들의 N개의 반사광들을 수광한다. 상기 처리부는, 상기 N개의 반사광들의 강도(intensity)로부터, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에서의 위상, 상기 N개의 반사광들의 강도의 평균 및 상기 N개의 반사광들의 비저빌리티(visibility)를 산출한다.
일 실시예로, 상기 처리부는, 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티를 기초로 상기 측정영역에 대한 이미지 데이터를 생성할 수 있다.
일 실시예로, 상기 처리부는, 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티로부터 상기 측정대상물의 재질을 판정할 수 있다.
일 실시예로, 상기 조사부의 광원들은, 각각 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 조사부는, 상기 측정대상물의 상부에 배치되어 상기 측정대상물의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된 조명커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 조명커버는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 가질 수 있고, 상기 발광다이오드들은, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들로 형성될 수 있다.
일 실시예로, 상기 조명커버는, 상기 측정대상물의 상부에 대응하여 형성된 개구부를 가질 수 있고, 상기 수광부는, 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물로부터 반사된 반사광을 수광하도록 배치될 수 있다.
일 실시예로, 상기 조사부는, 상기 조명커버에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제1 조사부 및 상기 조명커버에 형성된 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제2 조사부를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 다수의 광원들이 상기 측정대상물의 측정위치를 중심으로 구면좌표계 상의 (r, θ, φ) 좌표에 배치될 수 있다.
예를 들면, 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 360도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~360도의 범위 내의 특정 θ-좌표에서 φ-좌표가 0도에서 90도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, -90~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 180도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 광원들을 이용하여 측정대상물에 대해 다수의 방향들로부터 입사광을 조사하고, 상기 광원들을 돔 상에서 형성되는 돔형 사인파 패턴에 따라 점등되도록 제어하여, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에서의 위상, 반사광들의 강도의 평균 및 반사광들의 비저빌리티(visibility)를 산출함으로써, 상기 측정대상물의 재질을 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 종래의 평면형 사인파 패턴과는 다르게, 상기 돔형 사인파 패턴은 돔형의 반구면 상에 형성될 수 있으므로, 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 어느 한 측정위치에서의 측정값이 매우 정확할 뿐만 아니라, 각 측정위치에서의 절대적인 측정값이 매우 정확하므로, 측정위치들 각각의 사이에서의 관계도 매우 정확한 값을 가질 수 있다.
따라서, 상기와 같이 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 재질 판정을 위한 이미지로 나타내지거나 가공되는 경우, 사용자가 용이하게 재질 판정에 활용할 수 있다.
또한, 재질 판정을 위해 반사광의 강도 분포를 직접 획득하지 않아도, 상기 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티의 정보만을 기초로 재질 판정이 가능할 수 있다.
또한, 상기 조명 시스템은, 상기와 같은 재질 판정 이외에도 표면의 상태 판정도 가능할 수 있고, 불량 판정 등에도 활용될 수 있다.
또한, 상기와 같이 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 다양한 재질 판정의 기준, 표면의 상태 판정의 기준, 불량 판정의 기준 등을 사전에 기준 데이터로 설정하는 경우, 직접 처리부에서 재질 판정, 상태 판정, 불량 판정 등을 수행할 수 있으므로, 사용자의 편의성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1의 조명 시스템의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 도 1의 조명 시스템의 조명커버를 하부에서 관측한 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정대상물의 재질을 판정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서, 층과 영역의 크기와 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수도 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1의 조명 시스템의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 조명 시스템(100)은 측정 스테이지(110), 조사부(120), 수광부(130) 및 처리부(140)를 포함한다.
상기 측정 스테이지(110)는 측정대상물(MT)이 위치한다. 상기 측정 스테이지(110)는 상방으로 오픈될 수 있다. 도 1에서, 상기 측정 스테이지(110)는 고정되어 있지만, 후술되는 처리부(140) 혹은 외부에서 제공되는 제어부 등에 의해 상기 측정대상물(MT)의 위치, 자세 등을 제어할 수도 있다.
상기 조사부(120)는 상기 측정대상물(MT)에 대하여 각각 입사광(IL)들을 조사하는 다수의 광원(LS)들을 포함한다. 상기 조사부(120)의 상기 다수의 광원(LS)들은 상기 측정대상물(MT)의 상부를 돔(dome) 형태로 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물(MT)에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광(IL)들이 상기 측정대상물(MT)을 향하여 선택적인 조사가 가능하도록 한다. 한편, 상기 광원(LS)들은 서로 직렬(serial)로 연결될 수 있으며, 개별적으로 점등 제어가 가능할 수 있다.
상기 입사광(IL)들의 입사 방향은 상기 측정대상물(MT)에 대한 법선 방향에 대하여 경사진 입사각(θ)으로 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 입사광(IL)들은 상방의 모든 방향에서 입사될 수 있고, 상기 입사광(IL)들은 경사각 0° 내지 90° 사이의 입사각(θ)으로 입사 방향을 나타낼 수 있다.
예를 들면, 상기 조사부(120)의 광원(LS)들은, 각각 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 이와는 다르게, 상기 조사부(120)의 광원(LS)들은 다른 형태의 발광유닛을 포함할 수도 있다.
일 실시예로, 상기 조사부(120)는 조명커버(CV)를 더 포함할 수 있다. 상기 조명커버(CV)는, 상기 측정대상물(MT)의 상부에 배치되어 상기 측정대상물(MT)의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된다.
예를 들면, 상기 발광다이오드들은 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 백색 발광다이오드일 수도 있다. 또한, 상기 발광다이오드들은 다른 컬러의 발광다이오드들이 상기 조명커버(CV)에 교호적으로 설치될 수도 있으며, 자체의 컬러가 변경되는 발광다이오드들이 설치될 수도 있다. 또한, 상기 발광다이오드들은, 고정된 밝기를 가질 수도 있고, 변화 가능한 밝기를 가질 수도 있다.
도 3은 도 1의 조명 시스템의 조명커버를 하부에서 관측한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예로, 상기 발광다이오드들은 서로 물리적 및 전기적으로 연결된 스트립 타입(strip type)으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 스트립으로 연결될 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 발광다이오드들의 개수는 일 예로 설정된 것이며, 이보다 더 많거나 더 적을 수 있다. 또한, 후술되는 도 4 내지 도 12의 경우도 마찬가지이다.
예를 들면, 상기 조명커버(CV)는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 가질 수 있고, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 도 3에서와 같이, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들(R1, R2, …, Rn-1, Rn)로 형성될 수 있다. 즉, 상기 스트립 타입의 발광다이오드들은, 복수의 링들이 서로 다른 직경을 갖고 차례로 열을 형성하며 배치될 수 있다.
상기와 같이 배열된 다수의 발광다이오드들은, 모두 직렬로 연결될 수도 있다. 그러나, 이 경우 상기 발광다이오드들의 점등을 제어할 때, 다소 시간지연이 발생하여 원하는 대로 제어가 되지 않을 수도 있으므로, 상기 발광다이오드들은 소정 개수의 그룹(group)들로 그룹화할 수 있다.
예를 들면, 상기 조명커버(CV)에 설치된 다수의 발광다이오드들은, 발광다이오드들의 개수 및/또는 배치에 따라 연결 상태를 조정할 수 있다. 즉, 상기 다수의 발광다이오드들은 소정 개수를 기준으로 복수의 채널(channel)들로 그룹화할 수 있고, 배치된 열을 기준으로 복수의 채널들로 그룹화할 수도 있으며, 개수와 배치된 열을 모두 고려하여 복수의 채널들로 그룹화할 수도 있다.
예를 들면, 각 링을 형성하는 발광다이오드들은 동일한 열 내에서 서로 연결되면서, 후술되는 개구부(OP)에 가까운 열(예를 들면, R1)의 경우에는 발광다이오드들의 개수가 적게 형성되므로 상기 개구부(OP)에 가까운 열들에 대해서는 서로 다른 열들(예를 들면, R1과 R2)의 발광다이오드들끼리도 연결함으로써, 채널 별로 동일 혹은 유사한 개수로 그룹화하도록 할 수 있다. 이 경우, 필요하다면 동일한 열 내에서도 서로 연결이 되지 않도록 할 수도 있다. 후술되는 처리부(140)에서는, 이와 같이 복수의 채널(channel)들로 구분된 상기 발광다이오드들을 채널 별로 구분하여 독립적으로 점등을 제어할 수 있다.
한편, 상기 발광다이오드들에서 발생하는 열을 방열하기 위해, 상기 조명커버(CV)는 금속성, 예를 들면 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 발광다이오드들 사이의 연결선과 상기 조명커버(CV) 사이에는 전열본드 혹은 써멀본드(thermal bond)를 이용하여 접착함으로써, 상기 발광다이오드들이 견고하게 상기 조명커버(CV)에 설치하면서도 동시에 방열이 가능하도록 할 수 있다.
일 실시예로, 상기 조명커버(CV)는, 상기 측정대상물(MT)의 상부에 대응하여 형성된 개구부(OP)를 가질 수 있다. 상기 개구부(OP)는 후술되는 수광부(130)에서 반사광(RL)을 수광하도록 개방된 통로로 활용될 수 있다. 또한, 상기 개구부(OP)는 후술되는 추가 조명(제2 조사부)에서 상기 측정대상물(MT)을 향하여 입사광을 조사하는 통로로 활용될 수 있다.
일 실시예로, 상기 조사부(120)는 제1 조사부(122) 및 제2 조사부(124)를 포함할 수 있다.
상기 제1 조사부(122)는 상기 조명커버(CV)에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물(MT)에 입사광(IL1)을 제공한다.
상기 제2 조사부(124)는 상기 조명커버(CV)에 형성된 상기 개구부(OP)를 통하여 상기 측정대상물(MT)에 입사광(IL2)을 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 조사부(122) 및 상기 제2 조사부(124) 모두 앞서 설명한 광원(LS)들로부터 생성된 광을 상기 측정대상물(MT)로 제공하며, 상기 제1 조사부(122)는 상기 조명커버(CV)에 장착되고, 상기 제2 조사부(124)는 일 예로 별도의 플레이트(PL)에 장착될 수 있다.
일 실시예로, 상기 조명 시스템(100)은 빔분리부(150)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 조사부(124)는 상기 개구부(OP)의 상부에 배치될 수 있고, 상기 수광부(130)는 상기 개구부(OP)의 일측에 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 빔분리부(150)는 상기 제2 조사부(124)에서 발생된 입사광(IL2)을 상기 측정대상물(MT)에 제공하도록 투과하고, 상기 측정대상물(MT)에 의한 반사광(RL)들을 상기 수광부(130)로 반사한다.
이에 따라, 상기 제2 조사부(124)의 광축과 동일한 광축 방향으로 반사되는 반사광을 상기 수광부(130)에서 효과적으로 수신할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 배치와는 다르게, 상기 제2 조사부(124)는 상기 개구부(OP)의 일측에 배치될 수 있고, 상기 수광부(130)는 상기 개구부(OP)의 상부에 배치될 수도 있다.
상기 제2 조사부(124)로부터 제공되는 입사광(IL2)은 상기한 빔분리부(150)에 의해 투과하는 과정을 거치므로, 상기 제1 조사부(122)로부터 제공되는 입사광(IL1)에 비해 광량의 손실이 발생할 수 있다. 또한, 상기 제2 조사부(124)의 광원들은 상기 제1 조사부(122)의 광원들보다 상기 측정대상물(MT)로부터 더 멀리 위치하므로, 상기 측정대상물(MT)에 도달하는 광량은, 상기 제2 조사부(124)가 상기 제1 조사부(122)보다 적을 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 제2 조사부(124)의 광원들의 배치 밀도는 상기 제1 조사부의 광원들의 배치 밀도보다 크게 형성할 수 있으며, 이에 따라 손실되는 광량을 보상할 수 있다.
일 실시예로, 상기 조사부(120)는 디퓨저(diffuser)(DF)를 포함할 수 있다.
상기 디퓨저(DF)는 상기 광원(LS)들의 전방에 배치되며, 상기 광원(LS)들에서 발생된 광을 확산시킨다. 또한, 상기 디퓨저(diffuser)(DF)는 상기 조명커버(CV)에 대응되는 형상을 가진다. 따라서, 상기 디퓨저(DF)는 상기 조명커버(CV)의 개구부(OP)와 동일하게 개구부(OPD)가 형성될 수 있다.
상기 디퓨저(DF)는 상기 제1 조사부(122)의 광원(LS)들의 전방 및 상기 제2 조사부(124)의 광원(LS)들의 전방에 각각 배치될 수 있다.
상기 수광부(130)는 상기 조사부(120)에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물(MT)에 의한 반사광(RL)들을 획득한다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 수광부(130)는, 상기 개구부(OP)를 통하여 상기 측정대상물(MT)로부터 반사된 반사광(RL)을 수광하도록 배치될 수 있으며, 상기 빔분리부(150)를 통해 상기 반사광(RL)을 수광할 수 있다.
상기 수광부(130)는 다양한 신호패턴을 원하는 방식에 따라 해석하기 위해 수광 각도가 조절 가능하도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 수광부(130)는 상기 빔분리부(150)의 설치 오차, 상기 디퓨저(DF)에 형성된 개구부(OPD)의 가공 오차, 상기 수광부(130) 자체의 크기 혹은 해상도의 다양성을 고려하여, 설치공차를 가질 수 있다.
일 실시예로, 상기 수광부(130)는 상기 입사광들이 상기 측정대상물(MT)에 의해 반사된 반사광(RL)들의 강도(intensity)를 측정할 수 있는 광센서를 포함할 수 있고, CCD 또는 CMOS 카메라와 같은 카메라를 포함할 수도 있다. 또한, 상기 수광부(130)는, 상기 광센서 혹은 상기 카메라의 전방에 배치된 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 처리부(140)는 상기 광원(LS)들을 돔형 사인파 패턴(dome-shaped sine wave pattern)에 따라 점등되도록 제어하며, 상기 수광부(130)에서 획득된 반사광(RL)들로부터 이미지 데이터를 생성한다.
본 명세서에서, 상기 돔형 사인파 패턴은 돔이 형성하는 곡면 상에서 형성되는 사인파 패턴으로 정의된다. 상기 돔형 사인파 패턴은 광학적 측정 및 검사 분야에서 주로 활용되는 사인파 패턴이 평면형으로 형성되는 것과는 다르게, 곡면형으로 형성된다. 종래의 사인파 패턴은 평면 직교좌표계 상에서 관측할 때, x-축으로 사인파를 형성하면서 y-축으로는 이러한 사인파가 그대로 확장 및 연장되는 격자패턴을 갖는다. 반면, 상기 돔형 사인파 패턴은 돔형의 곡면(예를 들면, 반구면)을 따라 상기와 같은 격자패턴이 적용된 개념이라 할 수 있다. 상기 돔형 사인파 패턴의 구체적인 예들은 후술한다.
상기 처리부(140)는 상기 광원(LS)들을 직렬 통신 방식으로 제어할 수 있다. 상기 처리부(140)는 외부에서 제공되는, 컴퓨터와 같은 제어장치를 통해 사용자의 입력 및 제어를 수행할 수 있다.
상기 광원(LS)들은, 앞서 설명한 바와 같이, 각각 서로 직렬로 연결된 복수의 채널들로 이루어질 수 있고, 상기 처리부(140)는, 서로 직렬로 연결된 채널 별로 상기 광원(LS)들의 점등을 제어할 수 있다. 즉, 상기 광원(LS)들은 데이터의 전송을 위한 연결 구조가 직렬로 형성되어서, 직렬 통신 방식에 의해 상기 광원(LS)들의 개별적 제어가 가능할 수 있다.
상기 광원(LS)들, 예를 들면 다수의 발광다이오드들은, 병렬 통신 방식에 의할 때 부분적 혹은 영역별 제어를 위해 다수의 섹션들로 나누어 제어할 수 있지만, 보다 다양한 형태의 자유로운 조명을 구현하기 위해서는 상기 섹션들의 크기를 작게 설정한 후 상기 섹션들의 개수만큼 제어장치에 연결되어야 하므로 이에 따른 다수의 배선들이 필요하고, 각 섹션의 밝기를 조절하기 위해서는 비교적 높은 전류로 신속한 제어가 요구되므로, 이에 따라 조명장치 및 그 제어장치의 구조가 복잡해지고 제조비용이 증가될 수 있으며, 섹션별 제어의 관점에서 제어의 자유도가 낮으므로 다양한 조명의 형태를 구현하는 것이 어려울 수 있다.
그러나, 상기 조사부(120)와 같이 직렬 통신 방식을 따르는 경우, 데이터 전송을 위한 직렬로 형성된 연결 구조를 가져서 상기 광원(LS)들을 개별적으로 제어할 수 있으므로 자유롭게 조명의 형태를 구현할 수 있다. 이러한 직렬 통신 방식을 구현하기 위해서, 래치(latch)와 같은 직렬 통신을 가능하게 하는 회로를 포함할 수 있고, 상기 광원(LS)들의 밝기를 조절할 수 있는 펄스폭변조(pulse width modulation; PWM), DA 컨버터 등과 같은 제어 회로를 포함할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 광원(LS)들을 모두 직렬로 연결하는 경우, 각 광원(LS)의 점등, 밝기 등을 일괄로 제어해야 될 수 있고, 이에 따라 다소 시간지연이 발생할 수 있으므로, 상기 광원(LS)들을 소정 개수의 그룹들 혹은 채널들로 그룹화하고 각각의 채널은 병렬적으로 제어하여 시간지연을 방지할 수 있다.
상기 조사부(120)는, 상기 측정대상물(MT)을 기준으로 거의 모든 방향에서 광을 조사할 수 있는 구조를 가지므로, 상기 처리부(140)는 다양한 형태의 돔형 사인파 패턴에 따라 상기 광원(LS)들이 점등되도록 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 돔형 사인파 패턴은 돔이 형성하는 곡면 상에서 다양한 파장 및 진폭을 가질 수 있고, 적어도 둘 이상의 돔형 사인파 패턴들이 합성된 패턴을 포함할 수도 있다. 또한, 상기 돔형 사인파 패턴은 상기 돔 형태로 배치된 다수의 광원들의 배치 위치에 따라 다양한 방식으로 강도(intensity) 및 점등이 제어될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제1 실시예를 도시한 개념도이고, 도 5는 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제2 실시예를 도시한 개념도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 다수의 광원(LS)들이 상기 측정대상물의 측정위치를 중심으로 구면좌표계(spherical coordinate system) 상에 배치되어 있다고 가정할 때(도 4 및 도 5에서는 편의상 하나의 광원만을 도시함), 상기 광원(LS)들은 (r, θ, φ)로 좌표를 표현할 수 있다. 이때, 상기 돔 형태가 반구 형태인 경우 상기 광원(LS)들의 r-좌표는 모두 동일하다. 또한 상기 구면좌표계에서, 상기 측정 스테이지(110)가 존재하는 평면은 φ=0인 면에 해당하고, 상기 광원(LS)들이 존재하는 돔 형태의 영역은 대체로 θ=0~360도, φ=0~90도 (또는 θ=0~180도, φ=0~180도)이다.
제1 실시예로 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 360도(혹은 -180도에서 180도)로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파를 형성할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 위치에서 사인파의 골이 위치하도록 상기 돔형 사인파 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우 상기 돔형 사인파 패턴은 위에서 관측한 수박 줄무늬 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 이와는 다르게, 제2 실시예로 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~360도의 범위 내의 특정 θ-좌표에서 φ-좌표가 0도에서 90도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파를 형성할 수도 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 위치에서 사인파의 골이 위치하도록 상기 돔형 사인파 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우 상기 돔형 사인파 패턴은 상부에서 관측 시 서로 다른 반경의 고리 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 한편 도 5의 강도 그래프에서는, 편의상 φ-좌표를 반대로 표현하고 있다.
도 6은 도 1에 도시된 조명 시스템의 돔형 사인파 패턴의 제3 실시예를 도시한 개념도이다.
도 6을 참조하면, 도 4 및 도 5의 구면좌표계와는 다르게, 상기 측정 스테이지(110)가 존재하는 평면은 θ=0인 면에 해당하고, 상기 광원(LS)들이 존재하는 돔 형태의 영역은 대체로 θ=0~180도, φ=-90~90도이다.
제3 실시예로 상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, -90~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 180도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파를 형성할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 점선으로 도시된 위치에서 사인파의 골이 위치하도록 상기 돔형 사인파 패턴을 형성할 수 있다(반구면 위의 점선은 교대로 위치하는 마루와 골에 해당함). 이 경우 상기 돔형 사인파 패턴은 옆에서 관측한 수박 줄무늬 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 한편 도 6의 강도 그래프에서는, 편의상 θ-좌표를 반대로 표현하고 있다.
상기 처리부(140)는 상기와 같은 다양한 방식에 의해 생성된 돔형 사인파 패턴의 입사광(IL)에 의한 반사광(RL)들로부터 재질 판정에 필요한 데이터를 생성할 수 있다. 이때, 상기 처리부(140)는 상기 돔형 사인파 패턴에 따른 입사광을 다음과 같은 방식에 의해 상기 재질 판정에 필요한 데이터를 획득할 수 있다.
먼저, 상기 처리부(140)는 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치에 대하여, 상기 광원들을 사인파 패턴에 따라 N번 시프트하면서 순차적으로 점등되도록 제어하고(N은 2 이상의 자연수), 상기 조사부(120)는 상기 순차적으로 점등되는 N개의 패턴광들을 생성하여 상기 측정대상물(MT)에 조사하고, 상기 수광부(130)는 상기 측정대상물(MT)에 조사되는 N개의 패턴광들의 N개의 반사광들을 수광한다.
이어서, 상기 처리부(140)는 상기 N개의 반사광(RL)들의 강도(intensity)로부터, 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치에서의 위상, 상기 N개의 반사광(RL)들의 강도의 평균 및 상기 N개의 반사광(RL)들의 비저빌리티(visibility)를 산출할 수 있다.
예를 들면, 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는 다음과 같은 방식을 적용하여 산출할 수 있다.
위상
상기 사인파 패턴을 N번 시프트(shift)를 적용하고, 이에 따른 입사광(IL)에 의한 반사광(RL)들의 인텐시티(intensity)를 정보로부터 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치에서의 위상을 획득할 수 있다.
예를 들면, N=4번의 시프트를 적용하는 4-버켓 알고리즘(bucket algorithm)을 적용하는 경우에 다음과 같이 위상을 구할 수 있다.
먼저, 사인파를 상기 측정대상물(MT)에 조사하여 상기 수광부(130)에서 수신된 상기 반사광(RL)의 강도(intensity)(I)는 아래의 수학식 1과 같은 모아레 간섭무늬의 지배방정식으로 표현된다.
Figure pat00001
이 식에서, IP는 상기 반사광(RL)의 강도, I0(x,y)는 평균강도, γ는 비저빌리티(visibility), φ(x,y)는 측정하고자 하는 초기위상, Δ는 위상이동량을 의미한다. 또한, (x,y)는 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치를 표현한 것으로, 상기 특정 측정위치를 나타내는 좌표계에 따라 다르게 표현될 수도 있다.
수학식 1에서 상기 반사광(RL)의 강도는 초기위상(φ)의 함수이므로, 상기 반사광(RL)의 강도를 측정하여 상기 초기위상(φ)을 구할 수 있다.
구체적으로, 상기 수학식 1의 위상이동량(Δ)에 0, π/2, π, 3π/2 라디안을 각각 대입하여 I1, I2, I3, I4를 구하면, 아래의 수학식 2 내지 5로 표현된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
수학식 2 내지 5로부터, 아래의 수학식 6을 얻을 수 있다.
Figure pat00006
상기 수학식 6을 다시 쓰면 아래의 수학식 7을 얻을 수 있다.
Figure pat00007
상기 획득된 초기위상(φ)을 위상으로 칭하기로 하며, 상기 위상은 상기 측정대상물(MT)의 표면의 특정위치 (x,y)에서의 기울기를 나타낼 수 있다. 이때 위상을 구하는 방식은 종래의 디플렉토메트리(deflectometry, 편향법) 방식과 유사하지만, 종래의 평면형으로 형성되는 사인파 패턴은 평면에서 조사되므로 위상이 기울기를 대변하지 못하는 반면, 본 발명의 돔형 사인파 패턴은 곡면에서 조사되므로 위상이 기울기를 대변할 수 있다.
상기 수광부(130)가 도 1에 도시된 바와 같이 수직 상방에 위치하는 경우, 상기 측정대상물(MT)의 특정위치에서 기울어진 표면은 적어도 대략 -45° 내지 45° 범위 내에 있어야 상기 수광부(130)에서 측정이 가능하므로, 측정 가능한 기울기 범위는 대략 -45° 내지 45°이다. 이때, 상기 측정 스테이지(110)의 위치, 상기 측정 스테이지(110)로부터 이격된 상기 측정대상물(MT)의 표면의 위치, 상기 조명(LS)들 중 가장 아래에 배치된 조명들 등과의 사이의 기하학적 배치 관계에 따라, 상기 기울기 범위는 다소 달라질 수 있지만, 이는 무시 가능하거나 간단히 보정 가능하다.
평균
예를 들면, N=4번의 시프트를 적용하는 4 버켓 알고리즘을 적용하는 경우에 다음과 같이 평균을 구할 수 있다.
상기 수학식 2 내지 5에서 얻어진 I1 내지 I4를 단순히 산술평균하면 수학식 8을 얻을 수 있다.
Figure pat00008
이 식에서, A(x,y)는 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치 (x,y)에서 측정된 4개의 강도 데이터의 평균을 의미한다.
비저빌리티
상기 비저빌리티는 진폭 B(x,y)의 평균 A(x,y)에 대한 비를 의미한다.
예를 들면, N=4번의 시프트를 적용하는 4-버켓 알고리즘을 적용하는 경우에 다음과 같이 비저빌리티를 구할 수 있다.
Figure pat00009
이 식에서, V(x,y)는 상기 측정대상물(MT)의 특정 측정위치 (x,y)에서 측정된 4개의 강도 데이터의 비저빌리티이며, B(x,y) 및 A(x,y)는 각각 상기 4개의 강도 데이터의 진폭 및 평균을 의미한다.
상기와 같이 위상, 평균 및 비저빌리티를 구하는 방식은 종래의 디플렉토메트리 방식과 유사하지만, 종래의 디플렉토메트리 방식의 경우 측정대상물의 표면의 상태, 즉 측정대상물의 표면의 기울기, 표면의 형상, 표면 스크래치 등의 파악을 위해 사용되어 왔을 뿐, 본 발명과 같이 재질 판정을 위해 사용되지 못해 왔다. 종래의 조명장치의 경우 상부를 완전히 혹은 적절히 커버하지 못하고 매우 제한된 범위를 평면적으로 커버하는 엘시디(LCD) 모니터와 같은 디스플레이 장치 혹은 격자이송장치를 활용하여 평면형으로 형성되는 사인파 패턴광을 구현해 왔기 때문이다. 이와 같이, 제한된 범위에서 평면형 사인파 패턴광을 조사하는 종래의 디플렉토메트리 방식에 의하면, 패턴광원이 배치된 특정 위치에서 측정대상물에 대해 특정 각도로 조사하는 광에 대해서만 카메라가 배치된 특정 위치에서 측정대상물에 대해 특정 각도로 반사되는 반사광을 수광하게 된다. 따라서, 어느 한 측정위치에서 측정된 이미지로 그 지점의 위상을 측정함으로써 해당 지점의 높이를 측정하는 것은 가능하지만, 다수의 측정위치들에서 측정된 이미지들 사이의 밝기의 차이가 발생할 수 있으므로, 측정위치들 사이의 상대적 관계는 정확하지 않다..
그러나, 본 실시예의 상기 조사부(120)에서는, 상기 다수의 광원(LS)들이 상기 측정대상물(MT)의 상부를 돔(dome) 형태로 둘러싸도록 배치되며, 서로 직렬(serial)로 연결되어 개별적으로 점등 제어가 가능할 수 있으므로, 상기 측정대상물(MT)에 대한 훨씬 넓은 범위의 방향들(거의 상방 전방향)로부터의 입사광(IL)들이 상기 측정대상물(MT)을 향하여 사인파 패턴을 동일한 거리(반구의 반경)로 조사하고 동일한 거리에 위치한 상기 수광부(130)에서 수광하므로, 특정 측정위치에서의 절대적인 반사광의 강도가 매우 정확하게 획득될 수 있으며, 다수의 측정위치들 사이의 상대적 관계가 매우 정확하므로, 측정위치 별 상대적 관계가 필요한 측정위치 별 반사율 등은 매우 정확하게 측정될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 측정대상물의 재질을 판정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7의 그래프는, 임의의 재질을 갖는 물체가 갖는 반사광의 강도 분포를 나타내며, 수직 상방에서 광을 조사한 경우에 대한 예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 임의의 재질을 갖는 물체에 대해 상기 반사광들의 방향별 강도분포를 측정하면, 상기 반사광들의 방향별 강도분포는 경면(specular) 반사광의 제1 강도분포(ID1) 및 확산(diffuse) 반사광의 제2 강도분포(ID2)로 나타날 수 있다.
이때, 상기 제1 강도분포(ID1)의 반사각(RA)은 상기 제1 강도분포(ID1)의 대칭축이 수직 상방에 대해 기울어진 각도를 나타내는 파라미터로, 이는 상기 측정으로 획득된 위상에 대응된다.
또한, 상기 제1 강도분포(ID1) 및 상기 제2 강도분포(ID2)의 전체 면적(AR=AR1+AR2)은 상기 제1 강도분포(ID1)와 상기 제2 강도분포(ID2)가 차지하는 총 면적을 나타내는 파라미터로, 이는 총반사율로서 상기 측정으로 획득된 상기 반사광(RL)들의 강도의 평균에 대응된다.
또한, 상기 제1 강도분포(ID1)의 퍼짐각(FA)은 상기 가늘고 긴 꼭지 형태 형태의 폭(도 2 참조)을 나타내는 파라미터로, 이는 거칠기 혹은 반짝임 정도로서 상기 측정으로 획득된 측정대상물(MT)의 비저빌리티에 대응된다.
상기 파라미터들은 물체의 재질에 따라 상이한 경향을 나타내므로, 상기 파라미터들 중 적어도 하나의 파라미터를 기초로 상기 측정대상물(MT)의 재질을 판정할 수 있다.
일 예로, 상기 제1 강도분포(ID1) 및 상기 제2 강도분포(ID2)의 전체 면적으로부터 획득된 상기 측정대상물(MT)의 총 반사율이 대략 40% 이상이고, 상기 제2 강도분포(ID2)의 면적(AR2)이 매우 작아서 상기 측정대상물(MT)의 확산 반사율이 기준값 이하로 되는 경우, 상기 측정대상물(MT)은 금속 재질로 판정할 수 있다.
다른 예로, 상기 제2 강도분포(ID2)의 면적(AR2)으로부터 획득된 상기 측정대상물(MT)의 확산 반사율이 대략 40% 이상이고, 상기 측정대상물(MT)의 반짝임 정도를 나타내는 상기 제1 강도분포(ID1)의 퍼짐각(FA)이 대략 40° 이상이며, 상기 제1 강도분포(ID1) 및 상기 제2 강도분포(ID2)의 전체 면적으로부터 획득된 상기 측정대상물(MT)의 총 반사율이 대략 50% 이상인 경우, 상기 측정대상물(MT)은 종이 재질로 판정할 수 있다.
상기와 같은 재질 판정을 위하여, 다양한 재질에 대한 실험을 통하여 기준 데이터를 사전에 확보한 후에, 실제 재질 판정을 원하는 측정대상물을 측정하여 상기 기준 데이터와 비교함으로써 재질을 판정할 수 있다.
본 발명에서, 앞서 획득한 상기 측정대상물(MT)의 위상, 평균 및 비저빌리티는, 앞서 설명한 바와 같이 각 파라미터들에 대응되므로, 상기 위상, 평균 및 비저빌리티를 획득하는 경우, 상기 제1 강도분포(ID1) 및 상기 제2 강도분포(ID2)를 직접 획득하지 않아도, 재질 판정이 가능할 수 있다.
일 실시예로, 상기 처리부(140)는 상기 측정대상물(MT)의 소정의 측정영역 내의 측정위치 별로 획득되는 위상, 평균 및 비저빌리티를 활용하여 상기 측정영역에 대해 광학적 의미를 갖는 데이터로서의 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 생성된 상기 이미지 데이터는 사용자가 이를 관찰하여 직접 재질 판정을 하기 위한 도구로 활용될 수 있다.
우선, 상기 위상은 상기 측정대상물(MT)의 표면의 기울기를 나타내는 정보로서, 상기 측정대상물(MT)의 픽셀별 기울기를 그레이 스케일(grayscale)로 나타낸 기울기 이미지가 제공될 수 있다. 즉, 각 픽셀에서 측정 가능한 위상을 최소 0, 최대 255로 나타내어 측정영역에 대해 0~255의 범위를 갖는 기울기 이미지를 생성할 수 있다. 예를 들면, 최소 기울기 및 최대 기울기가 각각 -45°와 45°인 경우에 -45°는 0으로 45°는 255로 각각 나타낼 수 있으며 기울기가 0인 수평으로 형성된 표면에서의 그레이 스케일은 127이다. 한편, 상기 측정대상물(MT)의 표면의 임의의 위치에 대한 좌표를 직교좌표계 혹은 극좌표계로 나타낼 수 있고, 좌표계에 따라 각 좌표성분(직교좌표계의 x, y 혹은 극좌표계의 r, θ)별 기울기 구할 수 있고, 좌표성분 별로 각각 이미지로 나타내거나 좌표성분들을 조합하여 이미지로 나타낼 수도 있다.
다음으로, 상기 평균은 상기 측정대상물(MT)의 반사율 특성을 나타내는 정보로서, 상기 측정대상물(MT)의 픽셀별 반사율을 그레이 스케일(grayscale)로 나타낸 반사율 이미지가 제공될 수 있다. 이러한 이미지는 패턴의 이동에 따른 다양한 반사광의 평균화된 이미지이므로, 상부의 모든 방향으로부터 균일하게 빛을 조사하는 조명 하에서 촬영된 영상에 해당하여, 다양한 표면 상태들에 대해 평균적인 밝기를 나타내는 반사율을 나타낼 수 있다. 즉, 각 픽셀에서 측정된 평균을 최소 0, 최대 255로 나타내어 측정영역에 대해 0~255의 범위를 갖는 반사율 이미지를 생성할 수 있다.
그 밖에, 비저빌리티는 상기 측정대상물(MT)의 반짝임 혹은 거칠기 특성을 나타내는 정보로서, 상기 비저빌리티를 이용하여 상기 측정대상물(MT)의 픽셀별 반짝임 혹은 거칠기를 그레이 스케일(grayscale)로 나타낸 반짝임 이미지 또는 거칠기 이미지가 제공될 수 있다. 비저빌리티는 조사된 사인파 패턴에 대해 반사되는 밝기의 변화 정도를 나타내므로, 반짝이는 표면일수록 형성된 패턴이 그대로 반사되어 비저빌리티가 커지는 것과 같이, 상기 측정대상물(MT)의 표면의 반짝임은 대체로 비저빌리티에 비례하는 값을 갖고, 상기 측정대상물(MT)의 표면의 거칠기는 대체로 비저빌리티에 역비례하는 값을 갖는다. 따라서, 상기 반짝임 이미지 혹은 상기 거칠기 이미지는 각 픽셀에서 측정된 비저빌리티 또는 그 역수를 최소 0, 최대 255로 나타내어 측정영역에 대해 0~255의 범위를 갖도록 생성할 수 있다.
따라서, 상기 처리부(140)는 상기 측정대상물(MT)의 소정의 측정영역 내의 측정위치 별로 획득되는 위상, 평균 및 비저빌리티를 기초로 각각 상기 측정대상물(MT)의 측정영역에 대한 기울기 이미지, 평균 이미지, 반짝임(또는 거칠기) 이미지 및 이들을 가공하거나 조합한 이미지(이하 “기울기 이미지 등”이라 함)를 생성할 수 있다.
사용자는 상기와 같이 생성된 기울기 이미지 등을 이용하여 직접 재질 판정을 할 수 있다. 재질 판정은 상기 측정대상물(MT)의 표면이 금속인지, 유전체인지, 등과 같이 재질의 종류를 상기 기울기 이미지 등을 이용하여 이루어질 수 있는데, 예를 들면, 상기 측정대상물(MT)이 구리, SUS, 알루미늄, 은 중에서 어느 한 종류인 경우, 상기 반사율 이미지에 나타난 밝기가 매우 밝아서 250의 그레이스케일로 표시되는 경우 이를 은으로 판정할 수 있고, 128의 그레이스케일로 표시되는 경우 이를 구리로 판정할 수 있다.
또한, 재질 판정에서 더 나아가 상기 측정대상물(MT)의 표면의 상태도 판정할 수 있는데, 상기 측정대상물(MT)의 표면에 형성된 것이 스크래치, 찍힘, 가공패턴 중 어느 것인지를 상기 기울기 이미지 등을 통하여 파악할 수 있다.
한편, 상기 기울기 이미지 등은 조명의 컬러에 따라 상기 측정대상물(MT)의 재질 혹은 표면 상태가 다른 양상으로 나타날 수 있으므로, 상기 기울기 이미지 등을 획득하기 위해 조사되는 패턴 조명의 컬러는, 백색 이외에 다양한 컬러를 활용할 수도 있다.
예를 들어, 녹색 패턴 조명에 대해 반사율이 약 50% 정도(그레이스케일 약 127)를 갖고 반짝임이 약 90% 이상(그레이스케일 약 230 이상)을 가지며, 기울기가 영상 전체에 걸쳐 구면의 기울기 분포를 가질 경우, 오목한 형태의 폴리싱(polishing)된 구리와 같이 표면의 상태 및 재질 모두를 인식할 수 있다.
한편, 표면의 상태 및 재질 판정 이외에도, 불량 판정을 위해 상기 위상, 평균, 비저빌리티나 이에 관한 이미지를 과장시킴에 의해, 필요한 가공 이미지를 생성할 수도 있다.
한편 다른 실시예로, 상기 처리부(140)는 사용자가 직접 재질 판정을 하기 위한 도구로서 활용되기 위한 이미지를 생성하는 대신에, 상기 측정대상물(MT)의 소정의 측정영역 내의 측정위치 별로 획득되는 위상, 평균 및 비저빌리티를 기초로 상기 측정대상물의 재질을 직접 판정할 수도 있다. 이 경우, 앞서 설명한 다양한 재질 판정의 기준, 혹은 표면의 상태 판정의 기준 등을 사전에 기준 데이터로서 설정한 후, 상기 처리부(140)에서 상기 기준 데이터를 기초로 직접 판정하도록 할 수 있다.
상기와 같은 조명 시스템에 따르면, 다수의 광원들을 이용하여 측정대상물에 대해 다수의 방향들로부터 입사광을 조사하고, 상기 광원들을 돔 상에서 형성되는 돔형 사인파 패턴에 따라 점등되도록 제어하여, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에서의 위상, 반사광들의 강도의 평균 및 반사광들의 비저빌리티(visibility)를 산출함으로써, 상기 측정대상물의 재질을 용이하게 판정할 수 있다.
또한, 종래의 평면형 사인파 패턴과는 다르게, 상기 돔형 사인파 패턴은 돔형의 반구면 상에 형성될 수 있으므로, 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 어느 한 측정위치에서의 측정값이 매우 정확할 뿐만 아니라, 각 측정위치에서의 절대적인 측정값이 매우 정확하므로, 측정위치들 각각의 사이에서의 관계도 매우 정확한 값을 가질 수 있다.
따라서, 상기와 같이 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 재질 판정을 위한 이미지로 나타내지거나 가공되는 경우, 사용자가 용이하게 재질 판정에 활용할 수 있다.
또한, 재질 판정을 위해 반사광의 강도 분포를 직접 획득하지 않아도, 상기 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티의 정보만을 기초로 재질 판정이 가능할 수 있다.
또한, 상기 조명 시스템은, 상기와 같은 재질 판정 이외에도 표면의 상태 판정도 가능할 수 있고, 불량 판정 등에도 활용될 수 있다.
또한, 상기와 같이 산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티는, 다양한 재질 판정의 기준, 표면의 상태 판정의 기준, 불량 판정의 기준 등을 사전에 기준 데이터로 설정하는 경우, 직접 처리부에서 재질 판정, 상태 판정, 불량 판정 등을 수행할 수 있으므로, 사용자의 편의성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이다.　 따라서, 전술한 설명 및 아래의 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 조명 시스템 110 : 측정 스테이지
120 : 조사부 130 : 수광부
140 : 처리부 MT : 측정대상물

Claims (12)

  1. 측정대상물이 위치하는 측정 스테이지;
    상기 측정대상물에 대하여 각각 입사광들을 조사하는 다수의 광원들을 포함하되, 상기 다수의 광원들은 상기 측정대상물의 상부를 돔 형태로 둘러싸도록 배치되어서 상기 측정대상물에 대한 다수의 방향들로부터의 입사광들이 상기 측정대상물을 향하여 선택적인 조사가 가능한 조사부;
    상기 조사부에 의해 조사된 상기 입사광들에 따른 상기 측정대상물에 의한 반사광들을 획득하는 수광부; 및
    상기 광원들을 돔형 사인파 패턴(dome-shaped sine wave pattern)에 따라 점등되도록 제어하는 처리부;를 포함하고,
    상기 처리부는, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에 대하여, 상기 광원들을 상기 돔형 사인파 패턴에 따라 N번 시프트하면서 순차적으로 점등되도록 제어하고(N은 2 이상의 자연수),
    상기 조사부는, 상기 순차적으로 점등되는 N개의 패턴광들을 생성하여 상기 측정대상물에 조사하며,
    상기 수광부는, 상기 측정대상물에 조사되는 N개의 패턴광들의 N개의 반사광들을 수광하고,
    상기 처리부는, 상기 N개의 반사광들의 강도(intensity)로부터, 상기 측정대상물의 특정 측정위치에서의 위상, 상기 N개의 반사광들의 강도의 평균 및 상기 N개의 반사광들의 비저빌리티(visibility)를 산출하는,
    조명 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티를 기초로 상기 측정영역에 대한 이미지 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 데이터는, 산출된 상기 위상을 기초로 상기 측정대상물의 픽셀별 기울기를 그레이 스케일(grayscale)로 나타낸 기울기 이미지, 산출된 상기 평균을 기초로 상기 측정대상물의 픽셀별 반사율을 그레이스케일로 나타낸 반사율 이미지 및 산출된 상기 비저빌리티를 기초로 상기 측정대상물의 픽셀별 거칠기를 그레이스케일로 나타낸 거칠기 이미지를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는,
    산출된 상기 위상, 상기 평균 및 상기 비저빌리티로부터 상기 측정대상물의 재질을 판정하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조사부의 광원들은,
    각각 발광다이오드(LED)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조사부는,
    상기 측정대상물의 상부에 배치되어 상기 측정대상물의 주위를 커버하며, 상기 발광다이오드들이 설치된 조명커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 조명커버는 돔(dome)의 적어도 일부를 포함하는 형상을 갖고,
    상기 발광다이오드들은, 하부에서 관측할 때 서로 다른 직경을 갖는 링 형상으로 제공되어서 상기 돔의 적어도 일부를 포함하는 형상의 내부에 다수의 열(row)들로 형성된 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 조명커버는,
    상기 측정대상물의 상부에 대응하여 형성된 개구부를 가지며,
    상기 수광부는, 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물로부터 반사된 반사광을 수광하도록 배치된 것을 특징으로 하는
    조명 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 조사부는,
    상기 조명커버에 장착된 상기 발광다이오드들로부터 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제1 조사부; 및
    상기 조명커버에 형성된 상기 개구부를 통하여 상기 측정대상물에 입사광을 제공하는 제2 조사부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 광원들이 상기 측정대상물의 측정위치를 중심으로 구면좌표계 상의 (r, θ, φ) 좌표에 배치될 때,
    상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 360도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  11. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 광원들이 상기 측정대상물의 측정위치를 중심으로 구면좌표계 상의 (r, θ, φ) 좌표에 배치될 때,
    상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, 0~360도의 범위 내의 특정 θ-좌표에서 φ-좌표가 0도에서 90도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 광원들이 상기 측정대상물의 측정위치를 중심으로 구면좌표계 상의 (r, θ, φ) 좌표에 배치될 때,
    상기 돔형 사인파 패턴은, r-좌표는 일정하고, -90~90도의 범위 내의 특정 φ-좌표에서 θ-좌표가 0도에서 180도로 변화함에 따라 반구면 상에 사인파가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    조명 시스템.

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