KR20220072689A - 회절 격자 및 에셀론을 이용한 오브젝트 스캔 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

오브젝트를 스캔하기 위해, 레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광을 빔 스플리터를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리하고, 광 섬유를 통해 제1 광을 오브젝트에 조사하고, 제1 광이 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라를 통해 수신하고, 회절 격자를 통해 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하고, 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론을 통과한 복수의 제2 부분 광들을 카메라를 통해 수신하는 하고, 제1 광 및 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고, 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 오브젝트를 스캔한다.

Description

회절 격자 및 에셀론을 이용한 오브젝트 스캔 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SCANNING OBJECT USING DIFFRACTION GRATING AND ECHELON}

아래의 실시예들은 오브젝트를 스캔하는 기술에 관한 것이고, 구체적으로 회절 격자 및 에셀론을 통해 나타나는 홀로그래픽 간섭 패턴을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 기술에 관한 것이다.

한국특허공개번호 제2020-0120056호(2029.10.21 공개)에는 일반 스캐너에 사용하는 광원과 광원을 움직이는 장치 대신에, 반사된 빛을 투과할 수 있을 정도로 투명한 투명 디스플레이와 같은 넓이의 센서를 이용하여 스캐너에 사용하므로써, 투명 디스플레이와 센서가 광원과 광원을 움직이는 장치의 기능을 함께 함으로, 광원을 움직이는 장치가 필요가 없으며 스캔 속도와 스캔의 안정성을 높이고 및 스캐너의 크기를 줄일 수 있는 스캐너가 개시되어 있다.

일 실시예는 홀로그래픽 간섭 패턴에 기초하역 오브젝트를 스캔하는 방법을 제공할 수 있다.

일 실시예는 회절 격자 및 에셀론을 통해 나타나는 홀로그래픽 간섭 패턴을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 전자 시스템을 제공할 수 있다.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 측면에 따른, 전자 시스템에 의해 수행되는, 오브젝트 스캔 방법은, 레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광을 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리하는 단계, 광 섬유를 통해 상기 제1 광을 오브젝트에 조사하는 단계, 상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라를 통해 수신하는 단계, 회절 격자(diffraction grating)를 통해 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 단계, 상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon)을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들을 상기 카메라를 통해 수신하는 단계, 상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하는 단계, 및 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계를 포함한다.

상기 레이저 광은 미리 설정된 파장을 갖는 단색 광일 수 있다.

상기 제1 광이 상기 레이저 광원으로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제1 반사 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합은, 상기 제2 광이 상기 레이저 광원으로부터 상기 회절 격자까지 진행한 거리 및 상기 복수의 제2 부분 광들 중 어느 하나가 상기 회절 격자로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일할 수 있다.

상기 회절 격자를 통해 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 단계는, TS(translation stage)를 통해 상기 빔 스플리터로부터 상기 회절 격자까지의 상기 제2 광이 진행하는 거리를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제2 부분 광들의 개수가 제1 개수인 경우, 상기 에셀론은 상기 제1 개수의 영역들을 갖고, 상기 에셀론의 상기 영역들 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.

상기 에셀론의 상기 영역들 각각이 서로 다른 두께를 가짐으로써 상기 에셀론을 통과한 상기 제2 부분 광들의 세기(intensity)들이 서로 달라질 수 잇다.

상기 에셀론의 상기 영역들 각각이 서로 다른 두께를 가짐으로써 상기 에셀론을 통과한 상기 제2 부분 광들 각각이 상기 카메라에 도달하는 시각들이 서로 달라질 수 있다.

상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계는, 상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 의해 나타나는 상기 간섭 패턴 내의 신호들의 세기를 보정함으로써 보정 간섭 패턴을 생성하는 단계, 및 상기 보정 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 일 측면에 따른, 전자 시스템 내의 전자 장치는, 오브젝트를 스캔하는 프로그램이 기록된 메모리, 및 상기 프로그램을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로그램은, 레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광이 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 광 섬유를 통해 상기 제1 광을 오브젝트에 조사하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 회절 격자(diffraction grating)를 통해 상기 제2 광이 복수의 제2 부분 광들로 분할되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon)을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들이 상기 카메라를 통해 수신되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴이 촬영되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계, 및 상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계를 수행한다.

상기 제2 부분 광들의 개수가 제1 개수인 경우, 상기 에셀론은 상기 제1 개수의 영역들을 갖고, 상기 에셀론의 상기 영역들 각각은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.

또 다른 일 측면에 따른, 전자 시스템은, 레이저 광을 생성하는 레이저 광원, 상기 레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광을 제1 광 및 제2 광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter), 상기 제1 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제1 광학계, 상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라로 전달하는 제2 광학계, 상기 제2 광학계를 통해 전달된 상기 제1 반사 광을 수신하는 카메라, 상기 제2 광을 회절 격자로 전달하는 제3 광학계, 상기 제3 광학계를 통해 전달된 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 회절 격자(diffraction grating), 상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon), 상기 에셀론을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들을 상기 카메라로 전달하는 제4 광학계, 및 상기 전자 시스템의 동작을 제어하는 전자 장치를 포함하고, 상기 카메라는, 상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고, 상기 전자 장치는, 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔한다.

홀로그래픽 간섭 패턴에 기초하역 오브젝트를 스캔하는 방법이 제공될 수 있다.

회절 격자 및 에셀론을 통해 나타나는 홀로그래픽 간섭 패턴을 이용하여 오브젝트를 스캔하는 전자 시스템이 제공될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 시스템의 전자 장치의 구성도이다.
도 3는 일 실시예에 따른 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일 예에 따른 회절 격자를 통해 분할된 제2 부분 광들이 에셀론을 통과하는 방법을 도시한다.
도 5는 일 예에 따른 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 도시한다.
도 6은 일 예에 따른 보정 간섭 패턴에 기초하여 획득된 오브젝트의 복수의 깊이 정보들에 기초하여 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 예에 따른 보정된 간섭 패턴 내의 신호들을 도시한다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 전자 시스템의 구성도이다.

디지털 홀로그래픽 기술은 광의 간섭 현상을 이용하여 스캔하고자 하는 오브젝트로부터 반사되어 나오는 광의 세기(intensity) 정보 뿐만 아니라 위상 정보까지 획득할 수 있는 이미징 기법이다. 종래의 광 섬유를 이용한 이미징 방법은 오브젝트와 카메라의 렌즈 표면에서 발생하는 난반사로 인하여 오브젝트의 밝기 정보 추출에 어려움이 있어서, 오브젝트에 비스듬한 조명을 비추고, 이에 기초하여 이미징 하였다.

일 측면에 따르면, 다중모드의 광 섬유를 조명단으로 사용하고, 광 섬유 다발을 오브젝트의 획득단으로 사용하고, 광은 고속스캔 미러에 각도를 다변화시켜서 비 간섭성 조명으로 오브젝트에 입사될 수 있다. 획득된 오브젝트 정보는 광의 간섭 현상이 발생하는 경로의 길이를 변화시킬 수 있는 시간 게이팅(time gating) 방법을 통해 오브젝트의 원하는 깊이까지의 3차원 정보를 얻을 수 있다. 이 때 스캐닝 미러(scanning mirror)를 깊이 방향으로 이동된 각 위치마다 여러 장의 로우(raw) 데이터를 획득하고, 이를 처리하면 3차원 깊이 정보가 획득될 수 있다. 그러나, 측정하고자 하는 오브젝트의 깊이의 두께가 깊어질수록 생성되는 데이터량은 증가하고, 이로 인해 연산 시간이 오래 걸리는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 광학 측정의 특성상 주변 노이즈에 의한 민감도가 상승하게 되어 생성되는 이미지의 퀄리티가 저하되는 원인이 되기도 한다.

아래에서는, 회절 격자(diffraction grating) 및 에셀론(echelon)을 이용하여 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 일시에 획득함으로써 오브젝트를 스캔하는 방법이 상세히 설명된다.

일 측면에 따른, 전자 시스템(100)은 이미징 장치(101) 및 이미징 장치(101)를 제어하는 전자 장치(160)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미징 장치(101)는 레이저 광을 생성하는 레이저 광원(103), 레이저 광원(103)에 의해 방출되는 레이저 광을 제1 광 및 제2 광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter)(105), 제1 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제1 광학계(110), 제1 광이 오브젝트(118)에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라(128)로 전달하는 제2 광학계(120), 제2 광학계(120)를 통해 전달된 제1 반사 광을 수신하는 카메라(128), 제2 광을 회절 격자(140)로 전달하는 제3 광학계(130), 제3 광학계(130)를 통해 전달된 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 회절 격자(140), 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(144), 에셀론(144)을 통과한 복수의 제2 부분 광들을 카메라(128)로 전달하는 제4 광학계(150)를 포함할 수 있다.

일 측면에 따르면, 전자 시스템(100)은 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템일 수 있다.

전자 시스템(100)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.

도 2는 일 실시예에 따른 전자 시스템의 전자 장치의 구성도이다.

전자 장치(160)는 통신부(210), 프로세서(220), 메모리(230)를 포함할 수 있다.

통신부(210)는 프로세서(220) 및 메모리(230)와 연결되어 데이터를 송수신한다. 통신부(310)는 외부의 다른 장치와 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 이하에서 "A"를 송수신한다라는 표현은 "A를 나타내는 정보(information) 또는 데이터"를 송수신하는 것을 나타낼 수 있다.

통신부(210)는 전자 장치(160) 내의 회로망(circuitry)으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신부(210)는 내부 버스(internal bus) 및 외부 버스(external bus)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 통신부(210)는 전자 장치(160)와 외부의 장치를 연결하는 요소일 수 있다. 통신부(210)는 인터페이스(interface)일 수 있다. 통신부(210)는 외부의 장치로부터 데이터를 수신하여, 프로세서(220) 및 메모리(230)에 데이터를 전송할 수 있다.

프로세서(220)는 통신부(210)가 수신한 데이터 및 메모리(230)에 저장된 데이터를 처리한다.

"프로세서"는 목적하는 동작들(desired operations)을 실행시키기 위한 물리적인 구조를 갖는 회로를 가지는 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치일 수 있다. 예를 들어, 목적하는 동작들은 프로그램에 포함된 코드(code) 또는 인스트럭션들(instructions)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하드웨어로 구현된 데이터 처리 장치는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙 처리 장치(central processing unit), 프로세서 코어(processor core), 멀티-코어 프로세서(multi-core processor), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array)를 포함할 수 있다.

프로세서(220)는 메모리(예를 들어, 메모리(230))에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드(예를 들어, 소프트웨어) 및 프로세서(220)에 의해 유발된 인스트럭션들을 실행한다.

메모리(230)는 통신부(210)가 수신한 데이터, 프로세서(220)가 처리한 데이터를 저장한다. 예를 들어, 메모리(230)는 프로그램(또는 애플리케이션, 소프트웨어)을 저장할 수 있다. 저장되는 프로그램은 오브젝트를 스캔하도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있도록 코딩되어 프로세서(220)에 의해 실행 가능한 신텍스(syntax)들의 집합일 수 있다.

일 측면에 따르면, 메모리(230)는 하나 이상의 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 및 RAM(Random Access Memory), 플래시 메모리, 하드 디스크 드라이브 및 광학 디스크 드라이브를 포함할 수 있다.

메모리(230)는 전자 장치(160)를 동작 시키는 명령어 세트(예를 들어, 소프트웨어)를 저장한다. 전자 장치(160)를 동작 시키는 명령어 세트는 프로세서(220)에 의해 실행된다. 예를 들어, 메모리(230)는 미리 설정된 동작들이 수행되도록 제작된 레지스터일 수 있고, 기재된 실시예로 한정되지 않는다.

통신부(210), 프로세서(220) 및 메모리(230)에 대해, 아래에서 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.

도 3는 일 실시예에 따른 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.

아래의 단계들(305 내지 370)은 도 1을 참조하여 전술된 전자 시스템(100)에 의해 수행된다.

단계(305)에서, 전자 시스템(100)은 레이저 광원(103)을 통해 레이저 광을 방출한다. 예를 들어, 전자 장치(170)는 레이저 광원(130)이 레이저 광을 방출하도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

예를 들어, 레이저 광원(103)은 다이오드 레이저 광원일 수 있고, 미리 설정된 파장을 갖는 단색 광을 방출할 수 있다. 미리 설정된 파장은 637nm일 수 있다. 다른 예로, 레이저 광원(103)은 미리 설정된 파장들을 각각 갖는 합성광을 방출할 수 있다.

단계(310)에서, 전자 시스템(100)은 레이저 광원(103)에 의해 방출되는 레이저 광을 빔 스플리터(105)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 레이저 광원(103)에 의해 방출되는 레이저 광이 빔 스플리터를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

빔 스플리터(105)는 레이저 광원(103)에 의해 방출되는 광을 제1 경로를 통해 진행하는 제1 광 및 제2 경로를 통해 진행하는 제2 광으로 분리한다. 제1 경로는 제1 광학계(110)의 경로 및 제2 광학계(120)의 경로를 통해 정의되고, 제2 경로는 제3 광학계(130)의 경로 및 제4 광학계(150)의 경로를 통해 정의될 수 있다.

단계(320)에서, 전자 시스템(100)은 제1 광학계(110)를 통해 제1 광을 오브젝트에 조사한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 광 섬유(114)를 통해 제1 광이 오브젝트를 조사하도록 전자 시스템을 제어할 수 있다. 광 섬유(114)는 다중 모드 섬유(multi-mode fiber)일 수 있다.

일 측면에 따르면, 제1 광학계(110)는 갈바노미터 미러(Galvanometer mirror: GM)(111), 하나의 렌즈들(112, 113), 및 광 섬유(114)를 포함할 수 있다. GM(111)은 제1 광을 동일한 세기로 원하는 위치 또는 방향으로 굴절시킬 수 있다. 하나의 렌즈들(112, 113)는 GM(111)을 통과한 제1 광이 광 섬유(114)로 진행하도록 광 경로를 생성할 수 있다. 광 섬유(114)를 통해 코히런트(coherent)한 제1 광이 오브젝트(118)에 조사될 수 있다. 예를 들어, 오브젝트(118)는 치아일 수 있다.

단계(330)에서, 전자 시스템(100)은 제1 광이 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 제2 광학계(120)를 통해 카메라(128)로 전달한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 제1 반사 광이 제2 광학계(120)를 통해 카메라(128)로 전달되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

일 측면에 따르면, 제2 광학계(120)는 광 섬유 다발(optical bundle fiber)과 대물 렌즈(objective lens)(121), 거울(122) 및 렌즈(123)을 포함할 수 있다.

제1 광이 제1 광학계(110)를 통해 전될되는 경로, 제1 반사 광이 제2 광학계(120)를 통해 카메라(128)로 전달되는 경로가 제1 경로로 정의될 수 있고, 제1 경로를 통한 광의 진행 거리가 제1 거리로 정의될 수 있다.

단계(340)에서, 전자 시스템(100)은 회절 격자(140)를 통해 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 회절 격자를 통해 제2 광이 복수의 제2 부분 광들로 분할되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

예를 들어, 제3 광학계(130)는 빔 스플리터(105)를 통해 분할된 제2 광을 회절 격자(140)로 전달할 수 있다. 제3 광학계(130)는 TS(translation stage)(131), 하나 이상의 렌즈들(132, 134) 및 거울(133)를 포함할 수 있다.

TS(131)는 빔 스플리터(105)로부터 회절 격자(140)까지의 제2 광이 진행하는 거리를 조절할 수 있다. 일반적으로, 분할된 레이저 광들이 간섭하여 발생하는 홀로그래픽 간섭 패턴은 레이저 광들 각각의 진행 거리가 동일한 경우, 강하게 발생한다. 이에 따라, 제1 광 및 제1 반사 광이 제1 경로를 통해 진행하는 제1 거리에 대응하도록, TS(131)를 통해 제2 광이 진행하는 거리의 일부를 조절하게 되면, 선명한 홀로그래픽 간섭 패턴을 획득할 수 있게 된다.

제2 광이 회절 격자(140) 및 렌즈(142)를 통과하게 되면, 복수의 제2 부분 광들이 생성될 수 있다. 예를 들어, 회절 격자(140)를 통과한 제2 광이 렌즈(142)를 통해 미리 설정된 개수의 복수의 제2 부분 광들로 분할될 수 있다. 복수의 제2 부분 광들이 에셀론(144)을 통과할 수 있다. 회절 격자(140) 및 에셀론(144)에 대해, 아래에서 도 4를 참조하여 상세히 설명된다.

단계(350)에서, 전자 시스템(100)은 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(144)을 통과한 복수의 제2 부분 광들을 카메라(128)를 통해 수신한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(144)을 통과한 복수의 제2 부분 광들이 카메라(128)를 통해 수신되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

복수의 제2 부분 광들이 에셀론(144)을 통과한 경우, 복수의 제2 부분 광들 각각의 진행 거리가 조금씩 달라질 수 있다. 예를 들어, 두께가 가장 얇은 영역을 통과한 제2 부분 광의 진행 거리는 다른 제2 부분 광들의 진행 거리에 비래 짧을 수 있다. 즉, 에셀론(144)을 통해 복수의 제2 부분 광들의 진행 거리들이 일시에 조절될 수 있다.

일 측면에 따르면, 제4 광학계(150)를 통해 에셀론(144)을 통과한 복수의 제2 부분 광들이 카메라(128)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 제4 광학계(150)는 렌즈(144) 및 빔 스플리터(150)를 포함할 수 있다.

단계(360)에서, 전자 시스템(100)은 제1 광 및 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 제1 광 및 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴이 촬영되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

서로 다른 경로들로 전달된 제1 광 및 복수의 제2 부분 광들이 카메라(128)의 평면에서 간섭될 수 있고, 간섭에 의해 나타내는 간섭 패턴이 카메라(128)를 통해 촬영 또는 이미징될 수 있다. 간섭 패턴에 대해 아래에서 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.

일 측면에 따르면, 제1 광이 레이저 광원(103)으로부터 오브젝트(118)까지 진행한 거리 및 제1 반사 광이 오브젝트(118)로부터 카메라(128)까지 진행한 거리의 합은, 제2 광이 레이저 광원(103)으로부터 회절 격자(140)까지 진행한 거리 및 복수의 제2 부분 광들 중 어느 하나가 회절 격자(140)로부터 카메라(128)까지 진행한 거리의 합과 동일할 수 있다.

단계(370)에서, 전자 시스템(100)은 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 오브젝트를 스캔한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 오브젝트가 스캔되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

일 측면에 따르면, 간섭 패턴 내의 신호들은 광의 세기 정보 및 위상 정보를 포함할 수 있고, 광의 세기 정보 및 위상 정보에 기초하여 오브젝트의 복수의 깊이 정보들이 획득될 수 있다.

오브젝트를 스캔하는 방법에 대해, 아래에서 도 6 및 7을 참조하여 상세히 설명된다.

회절 격자(140) 및 에셀론(144)을 통해 발생하는 복수의 제2 부분 광들을 이용하게 되면, 한 번의 이미징을 통해 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득할 수 있으므로, 오브젝트를 스캔하기 위한 기존의 방법 보다 소요 시간의 측면 및 연산량의 측면에서 매우 유리한 효과를 가질 수 있다.

도 4는 일 예에 따른 회절 격자를 통해 분할된 제2 부분 광들이 에셀론을 통과하는 방법을 도시한다.

일 측면에 따르면, 제2 광(460)이 제3 광학계(130)를 통해 에셀론(140)으로 전달될 수 있다. 제2 광(460)은 에셀론(140)을 통과함으로써 서로 다른 스펙트럼을 갖도록 제2 광(460)을 분리시킬 수 있다. 서로 다른 스펙트럼을 갖도록 분리된 제2 광(460)이 렌즈(142)를 통해 복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)로 집중될 수 있다.

일 측면에 따르면, 에셀론(144)은 복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)의 개수에 대응하는 복수의 영역들(451 내지 459)을 갖는다. 예를 들어, 복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)의 개수가 9개인 경우, 에셀론(144)은 9개의 영역들(451 내지 459)을 가질 수 있다.

제1 영역(451)의 두께가 가장 얇고, 제9 영역(459)의 두께가 가장 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(451)은 1개의 레이어로 형성되고, 제9 영역(459)은 9개의 레이어들이 적층되어 형성될 수 있다. 영역의 두께 또는 레이어의 개수에 의해 해당 영역에 대응하는 제2 부분 광에 딜레이가 발생한다. 영역의 두께가 두꺼울수록 해당 제2 부분 광의 딜레이가 증가할 수 있다. 또한, 영역의 두께가 두꺼울수록 당 제2 부분 광의 세기가 더 많이 감소될 수 있다.

복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)이 대응하는 에셀론(144)의 영역들 각각을 통과함으로써 복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)이 서로 다른 딜레이를 가질 수 있다. 즉, 에셀론(144)의 복수의 영역들(451 내지 459) 각각이 서로 다른 두께를 가짐으로써 에셀론(144)을 통과한 제2 부분 광들(561 내지 469) 각각이 카메라(128)에 도달하는 시각들이 서로 달라질 수 있다.

제1 광은 동일하지만, 제2 부분 광들(561 내지 469) 간의 도달 시각들이 차이가 나타나므로, 도달 차이는 오브젝트를 스캔하는 깊이의 차이를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 오브젝트를 스캔하기 위한 복수의 깊이들에 대한 복수의 깊이 정보들이 일시에 획득될 수 있다.

도 5는 일 예에 따른 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 도시한다.

일 측면에 따르면, 카메라(128)의 평면(예를 들어, 이미징 평면) 상에 제1 광 및 복수의 제2 부분 광들에 의해 나타나는 간섭 패턴이 촬영될 수 있다. 카메라(128)의 평면 상에 다양한 패턴들이 나타날 수 있다. 예를 들어, 노이즈 패턴(510), 제1 간섭 패턴(520) 및 제2 간섭 패턴(530)이 나타날 수 있다. 제1 간섭 패턴(520) 및 제2 간섭 패턴(530)은 서로 대칭인 패턴일 수 있다. 즉, 제1 간섭 패턴(520)의 신호들(521 내지 529)은 제2 간섭 패턴(530)의 신호들(531 내지 539)과 대응할 수 있다.

오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득하기 위해, 제1 간섭 패턴(520) 및 제2 간섭 패턴(530) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

도 6은 일 예에 따른 보정 간섭 패턴에 기초하여 획득된 오브젝트의 복수의 깊이 정보들에 기초하여 오브젝트를 스캔하는 방법의 흐름도이다.

일 측면에 따르면, 도 3을 참조하여 전술된 단계(370)는 아래의 단계들(610 및 620)를 포함할 수 있다.

단계(610)에서, 전자 시스템(100)은 복수의 제2 부분 광들의 각각에 의해 나타나는 간섭 패턴 내의 신호들의 세기를 보정함으로써 보정 간섭 패턴을 생성한다. 예를 들어, 전자 장치(160)는 복수의 제2 부분 광들의 각각에 의해 나타나는 간섭 패턴 내의 신호들의 세기를 보정함으로써 보정 간섭 패턴이 생성되도록 전자 시스템(100)을 제어할 수 있다.

복수의 제2 부분 광들(예를 들어, 복수의 제2 부분 광들(461 내지 469)) 각각의 세기에 따라, 나타나는 제1 간섭 패턴(520) 내의 신호들(521 내지 529)의 세기가 달라질 수 있다. 예를 들어, 제2 부분 광(461)의 세기가 가장 큰 경우, 제2 부분 광(461)에 대응하는 신호(521)의 세기가 가장 클 수 있다.

제2 부분 광(461)의 최대 세기에 대응하도록 나머지 제2 부분 광들(462 내지 469)의 최대 세기들도 보정한다. 세기가 보정된 간섭 패턴에 대해 아래에서 도 7을 참조하여 상세히 설명된다.

간섭 패턴 내의 신호들의 세기를 보정하는 것은, 에셀론(144)의 복수의 영역들(451 내지 459)에 의한 영향을 보정하는 것일 수 있다.

단계(620)에서, 전자 시스템(100)은 보정 간섭 패턴에 기초하여 오브젝트의 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 오브젝트를 스캔한다. 복수의 깊이 정보들이 일시에 획득될 수 있으므로, 복수 회 스캐닝 깊이를 변경하여 복수의 깊이 정보들을 획득하는 방식보다 소요 시간이 훨씬 감소될 수 있다.

도 7은 일 예에 따른 보정된 간섭 패턴 내의 신호들을 도시한다.

예를 들어, 보정되지 않은 제1 간섭 패턴(520)의 신호들(521 내지 529)의 세기들이 각각 다를 수 있다. 세기가 가장 큰 신호(521)의 최대 세기에 대응하도록 나머지 신호들(522 내지 529)의 최대 세기를 보정할 수 있다. 신호들(521 내지 529)의 최대 세기들이 정규화됨으로써 보정된 간섭 패턴 내의 신호들(710 내지 790)이 생성될 수 있다.

도시된 그래프의 x축은 거리를 나타내고, y축은 보정된 신호의 세기를 나타낸다. x축은 거리를 의미하지만, 깊이 또는 도달 시각을 의미할 수 있다.

신호들(710 내지 790)의 최대 세기들이 나타내는 x 좌표들 간의 차이는 신호들(710 내지 790)에 대응하는 복수의 제2 부분 광들의 딜레이에 의해 나타낼 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100: 전자 시스템
101: 이미징 장치
140: 회절 격자
144: 에셀론

Claims (13)

1. 전자 시스템에 의해 수행되는, 오브젝트 스캔 방법은,
   레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광을 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리하는 단계;
   광 섬유를 통해 상기 제1 광을 오브젝트에 조사하는 단계;
   상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라를 통해 수신하는 단계;
   회절 격자(diffraction grating)를 통해 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 단계;
   상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon)을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들을 상기 카메라를 통해 수신하는 단계;
   상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하는 단계; 및
   상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계
   를 포함하는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 광은 미리 설정된 파장을 갖는 단색 광인,
   오브젝트 스캔 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 광이 상기 레이저 광원으로부터 상기 오브젝트까지 진행한 거리 및 상기 제1 반사 광이 상기 오브젝트로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합은, 상기 제2 광이 상기 레이저 광원으로부터 상기 회절 격자까지 진행한 거리 및 상기 복수의 제2 부분 광들 중 어느 하나가 상기 회절 격자로부터 상기 카메라까지 진행한 거리의 합과 동일한,
   오브젝트 스캔 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 회절 격자를 통해 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 단계는,
   TS(translation stage)를 통해 상기 빔 스플리터로부터 상기 회절 격자까지의 상기 제2 광이 진행하는 거리를 조절하는 단계
   를 포함하는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 부분 광들의 개수가 제1 개수인 경우, 상기 에셀론은 상기 제1 개수의 영역들을 갖고,
   상기 에셀론의 상기 영역들 각각은 서로 다른 두께를 갖는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 에셀론의 상기 영역들 각각이 서로 다른 두께를 가짐으로써 상기 에셀론을 통과한 상기 제2 부분 광들의 세기(intensity)들이 서로 달라지는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 에셀론의 상기 영역들 각각이 서로 다른 두께를 가짐으로써 상기 에셀론을 통과한 상기 제2 부분 광들 각각이 상기 카메라에 도달하는 시각들이 서로 달라지는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계는,
   상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 의해 나타나는 상기 간섭 패턴 내의 신호들의 세기를 보정함으로써 보정 간섭 패턴을 생성하는 단계; 및
   상기 보정 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는 단계
   를 포함하는,
   오브젝트 스캔 방법.
   
9. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
   
10. 전자 시스템 내의 전자 장치는,
    오브젝트를 스캔하는 프로그램이 기록된 메모리; 및
    상기 프로그램을 수행하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로그램은,
    레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광이 빔 스플리터(beam splitter)를 통해 제1 광 및 제2 광으로 분리되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    광 섬유를 통해 상기 제1 광을 오브젝트에 조사하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라를 통해 수신하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    회절 격자(diffraction grating)를 통해 상기 제2 광이 복수의 제2 부분 광들로 분할되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon)을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들이 상기 카메라를 통해 수신되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계;
    상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴이 촬영되도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계; 및
    상기 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하도록 상기 전자 시스템을 제어하는 단계
    를 수행하는,
    전자 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 부분 광들의 개수가 제1 개수인 경우, 상기 에셀론은 상기 제1 개수의 영역들을 갖고,
    상기 에셀론의 상기 영역들 각각은 서로 다른 두께를 갖는,
    전자 장치.
    
12. 전자 시스템은,
    레이저 광을 생성하는 레이저 광원;
    상기 레이저 광원에 의해 방출되는 레이저 광을 제1 광 및 제2 광으로 분리하는 빔 스플리터(beam splitter);
    상기 제1 광을 오브젝트에 조사하기 위한 제1 광학계;
    상기 제1 광이 상기 오브젝트에 의해 반사되어 나타나는 제1 반사 광을 카메라로 전달하는 제2 광학계;
    상기 제2 광학계를 통해 전달된 상기 제1 반사 광을 수신하는 카메라;
    상기 제2 광을 회절 격자로 전달하는 제3 광학계;
    상기 제3 광학계를 통해 전달된 상기 제2 광을 복수의 제2 부분 광들로 분할하는 회절 격자(diffraction grating);
    상기 복수의 제2 부분 광들의 각각에 대응하는 두께들을 갖는 에셀론(echelon);
    상기 에셀론을 통과한 상기 복수의 제2 부분 광들을 상기 카메라로 전달하는 제4 광학계; 및
    상기 전자 시스템의 동작을 제어하는 전자 장치
    를 포함하고,
    상기 카메라는, 상기 제1 광 및 상기 복수의 제2 부분 광들 간의 간섭에 의해 상기 카메라 상에 나타나는 간섭 패턴을 촬영하고,
    상기 전자 장치는, 간섭 패턴에 기초하여 상기 오브젝트에 대한 복수의 깊이 정보들을 획득함으로써 상기 오브젝트를 스캔하는,
    전자 시스템.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 부분 광들의 개수가 제1 개수인 경우, 상기 에셀론은 상기 제1 개수의 영역들을 갖고,
    상기 에셀론의 상기 영역들 각각은 서로 다른 두께를 갖는,
    전자 시스템.

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