KR970001846B1 - 므와레 간섭무늬의 위상 이동장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

므와레 간섭무늬의 위상 이동장치

제1도는 종래의 므와레 간섭무늬 발생장치의 구성도.

제2도는 제1도의 반투명 스크린상에 결상된 간섭무늬를 보인 일예도.

제3도는 본 발명에 므와레 간섭무늬 발생장치의 구성도.

제4도는 제3도의 위상변환격자체의 A부위 확대 단면도.

제5도는 제3도에 의한 간섭무늬의 위상 이동상태를 보인 일예도.

제6도는 제3도의 촬상카메라에 입사된 간섭무늬의 일예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전원공급부 2 : 광원이동변화부

3 : 위상변환 격자체 4 : 대상매개체

5 : 촬상면 카메라 6 : 카메라조정부

7 : 마이크로컴퓨터 8 : 모니터

본 발명은 므와레(Moire) 간섭무늬 발생장치에 있어서의 므와레 간섭무늬의 위상 이동에 관한 것으로, 특히 두 개의 격자무늬 결합에 의해 발생되는 므와레 간섭무늬에 의한 정보로 측정하고자 하는 대상물체를 정확하게 분석하도록 하는 므와레 간섭무늬의 위상 이동장치에 관한 것이다.

종래의 므와레 간섭무늬 발생장치는 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같이, 광원을 주사할 수 있도록 전원을 공급하는 전원공급부(100)와, 상기 전원공급부(100)에서 공급된 동작전원에 의해 동작되는 광원(101)과, 상기 광원(101)에서 발산하는 빛에 의해 일정주기의 제1격자무늬 광신호를 발생하는 제1격자체(格子體)(102)와, 상기 제1격자체(102)에서 발생된 제1격자무늬의 광신호를 집중시켜 측정하고자 하는 대상물체(104)에 결상시키는 결상렌즈부(105)와, 간섭무늬의 위상변화를 위해 제어신호를 출력하는 정밀이동 조정부(106)와, 상기 정밀이동 조정부(106)의 출력 제어신호에 따라 이의상면에 취부된 제2격자체(108)를 미세 이동시키는 정밀이동기(107)와, 상기 제2격자체(108)에 소정간경으로 밀착되어 결상렌즈부(105), 정밀이동기(107)를 통한 제1격자무늬 광신호와 제2격자체(108)에서 발생된 제2격자무늬의 광신호와는 간섭을 일으켜서 므와레 간섭무늬를 생성하는 반투명스크린(109)와, 상기 반투명스크린(109)에서 생성된 므와레 간섭무늬를 입사받아 촬상영상신호를 변환하는 촬상관카메라(110)와, 상기 촬상카메라(110)로부터 촬상된 영상신호를 입력받아 촬상관카메라(110)의 구동을 조정하는 카메라조정부(111)와, 상기 카메라조정부(111)를 통한 촬상영상신호를 영상처리하여 대상물체(104)를 분석하고 이를 모니터(113)에 디스플레이하는 마이크로컴퓨터(112)로 구성되어져 있다.

이와 같이 구성된 종래 므와레 간섭무늬 발생장치는 먼저 전원공급부(100)에서 동작전원이 공급되면 광원(101)은 상기 전원공급부(100)의 동작전원에 의해 제1격자제(102)에 발산되게 된다.

상기 제1격자체(102)는 광원(101)에서 발산된 빛에 의해 일정주기를 갖는 제1격자무늬를 생성하여 결상렌즈계(103)의 제1볼록렌즈(103a), 제1오목렌즈(103c) 및 제2볼록렌즈(103b)를 순차 통과시켜 측정하고자 하는 대상물체(104)에 결상시키게 된다.

상기 대상물체(104)에 결상된 제1격자무늬와 그 대상물체(104)의 형상은 결상렌즈부(105)의 제3볼록렌즈(105a), 제2오목렌즈(105c) 및 제4볼록렌즈(105b)와 정밀이동기(107)를 순차적으로 통함과 아울러 제2격자체(108)에서 생성된 제2격자무늬와 간섭을 일으켜서 반투명 스크린(109)상에 제2도와 같은 므와레 간섭무늬(A)를 생성하게 되고, 또한 제2격자체(108)에서 생성된 자체의 제2격자무늬(B)도 제2도와 같이 반투명 스크린(109)상에 결상된다.

이때, 므와레 간섭무늬의 위상을 변화시키기 위해 정밀이동 조정부(106)로부터 제어신호가 출력되면 상기한 정밀이동깅(107)는 이에 취부된 제2격자체(108)를 미세 이동시켜 주므로써, 결상렌즈부(105)를 통한 제1격자무늬의 위상이 변화되고, 결과적으로 므와레 간섭무늬(A)의 위상이 변화되어 반투명 스크린(109)상에 결상된다.

이와 같이 위상이 변화되어 반투명 스크린(109)상에 결상된 므와레 간섭무늬(A)는 촬상카메라(110)에 입사된다.

상기 촬상관 카메라(110)는 반투명 스크린(109)에서 생성된 므와레 간섭무늬(A)의 영상신호를 촬상영상신호를 변환하여 카메라조정부(11)를 통해 마이크로컴퓨터(112)에 입력하게 된다.

상기 마이크로컴퓨터(112)는 입력된 촬상영상신호를 영상처리하고 측정하고자 하는 대상물체(104)를 분석한 후 이를 모니터(113)에 디스플레이하게 된다.

그러나 이와 같은 종래의 므와레 간섭무늬 발생장치는, 정밀이동기에 의해 위상이 변화된 므와레 간섭무늬로 영상처리를 할 경우에는 단지 므와레 간섭무늬만을 이동시켜야 하는데, 정밀이동기에 취부된 제2격자체를 이동시킴으로써, 므와레 간섭무늬는 물론 반투명 스크린 상에 결상된 제2격자무늬도 이동을 하게 되고, 제2격자무늬의 이동에 의한 노이즈(Noise)정보가 변화된 므와레 간섭무늬의 위상정보와 같이 촬상관카메라에 입사되므로써, 대상물체에 대한 영상처리가 매우 곤란하고, 또한 영상처리가 가능하더라도 처리시간이 상당히 지연되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 대상물체 측정시 격자무늬와 므와레 간섭무늬의 동시 이동에 따른 영상처리의 불능 및 영상처리의 지연을 해결하기 위해 두 격자무늬의 간섭에 의해 생성되는 므와레 간섭무늬만을 취득하여 노이즈 없는 정확한 물체정보로써, 측정물 분석의 정확도를 향상시키도록 하는 므와레 간섭무늬의 위상 이동장치를 제공함에 있다.

이와같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은 설정된 각도내를 설정거리만큼씩 회전 이동하면서 광원을 투영하는 광원이동 변화수단과, 상기 광원이동 변화수단과 일정거리를 유지하고 광원이동 변화수단으로부터 이동되는 광원에 따라 이정주기를 갖는 격자무늬를 일정량씩 위상변화시켜 대상매개체에 결상함과 아울러 결상되어 반사된 대상매개체의 격자무늬와 간섭을 일으켜 위상변화된 므와레 간섭무늬를 생성하는 위상변환격자체와, 상기 위상변환격자체로부터 일정량씩 위상변화된 소정갯수의 므와레 간섭무늬를 입사받아 촬상영상신호로 변환하는 촬상관카메라와, 상기 촬상과카메라에서 얻어진 각각의 므와레 간섭무늬 영상신호에 대한 위상차를 구하고 그 구해진 위상차에 따라 대상매개체의 형상 및 변형등을 분석하는 마이크로컴퓨터로 이루어진 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 므와레 간섭무늬 발생장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 동작전원을 공급하는 전원공급부(1)와, 설정각내를 일정량 만큼씩 회전 이동하면서 상기 전원공급부(1)로부터 공급된 동작전원에 의해 광원이 이동을 변화시켜 투영하는 광원이동 변화부(2)와, 상기 광원이동 변환부(2)로부터 얻어진 광원의 이동거리에 따라 일정주기를 갖는 격자무늬를 일정량식 위상변화시켜 대상매개체(4)에 결상하고 그 결상되어 반사된 대상매개체(4)의 격자무늬와 간섭을 일으켜 위상변화된 므와레 간섭무늬를 생성하는 위상변환 격자체(3)와, 상기 위상변환격자체(3)로부터 일정량씩 위상변화된 소정갯수의 므와레 간섭무늬의 촬상영상신호를 입력받아 전달하고 촬상관카메라(5)의 구동을 제어하는 카메라조정부(6)와, 상기 카메라조정부(6)에서 전달된 소정갯수의 므와레 간섭무늬 영상신호에 대한 위상차를 구하고 그 구해진 위상차에 따라 대상매개체(4)의 형상 및 변형등을 분석하는 마이크로컴퓨터(7)에서 분석된 대상매개체(4)의 형상을 표시하는 모니터(8)로 구성한다.

상기에서 광원이동 변환부(2)는 상기 전원공급부(1)로부터 공급된 동작전원에 의해 동작되는 광원(2a)과, 상기 광원(2a)에서 발산되는 빛을 집중시켜 위상변환격자체(3)에 주사하는 결상렌즈계(2b)로 구성한다.

그리고 상기에서 위상변환격자체(3)와 광원과의 거리(D)는 대상매개체(4)의 크기에 따라 비례관계가 되게 설정한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 제3도 내지 제6도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 전원공급부(1)에서 동작전원이 공급되면 광원(2a)을 결상렌즈계(2b)의 제1블록렌즈(20a), 제1오목렌즈(20c) 및 제2볼록렌즈(20b)를 통해 위상변환격자체(3)에 주사하게 된다.

상기 위상변환격자체(3)는 광원이동 변화부(2)에 주사된 광신호에 의해 일정주기(P)를 갖는 격자무늬의 광신호를 이와 일정거리(Z)만큼 떨어진 대상매개체(4)에 결상시키게 된다.

상기 대상매개체(4)에 결상되어 반사된 격자무늬는 다시 위상변화격자체(3)에 전달된 후 그 위상변환격자체(3)의 격자무늬와 간섭을 일으켜 위상변환격자체(3)상에 므와레 간섭무늬를 생성하게 된다.

상기 위상변환격자체(3)에서 생성된 므와레 간섭무늬는 촬상관카메라(5)를 통해 촬상영상신호로 변환되고 그 변환된 촬상영상신호를 마이크로컴퓨터(7)가 카메라조정부(6)를 통해 취득하여 측정하고자 하는 대상매개체(4)를 분석하게 되는데, 이때, 상기 측정하고자 하는 대상매개체(4)를 정확히 분석하기 위해서는 므와레 간섭무늬의 변화된 위상정보가 필요하게 된다.

이를 위해서는 먼저 광원이동 변환부(2)를 설정각도(θ2)에서 일정거리 만큼씩 회전이동시켜줄 필요가 있다.

즉, 마이크로컴퓨터(7)에서 이동하는 양만큼의 디지털신호를 제3도에 도시된 정밀이동 조정부에 보내게되면 상기 정밀이동 조정부에서는 입력되는 디지털신호에 따라 정밀 이동 메카니즘 내의 스텝모터를 회전시켜 조명계인 광원이동 변환부(2)를 회전운동시킬수가 있다.

이와 같이 마이크로컴퓨터(7)에 의한 정밀이동 조정수단은 광학부픔 기술분야에서는 이미 알려진 공지기술이다.

상기와 같이 측정하고자 하는 대상매개체(4)를 정확히 분석하기 위해 먼저 광원이동 변환부(2)의 광원(2a)을 포함하여 결상렌즈계(2b)를 제3도와 같이, 설정각(θ2)에서 일정거리 만큼씩 회전이동을 시키게 되면 상기 결상렌즈계(2b)의 제1블록렌즈(20a), 오목렌즈(20c) 및 제2블록렌즈(20b)를 순차적으로 통한 광원(2a)에서 발사된 빛도 일정거리 만큼씩 이동되면서 위상변환격자체(3)상에 발산된다.

상기 위상변환격자체(3)는 광원이동 변화부(2)의 광신호 이동거리에 따라 일정주기(P)를 갖는 격자무늬의 위상을 각각 변환시켜 대상 매개체(4)에 결상시키게 된다.

상기 대상매개체(4)에 위상변화되어 결상된 각각의 격자무늬의 광신호는 다시 위상변환격자체(3)에 전달되어 그 위상변환격자체(3)의 격자무늬와 간섭을 일으킴으로써, 위상변환격자체(3)상에는 위상변화된 각각의 므와레 간섭무늬가 생성되어 촬상관카메라(5)에 입사된다.

이때 상기에서 므와레 간섭무늬의 위상은 제5도와 같이, 두 간섭무늬가 1/4만큼씩 이동되도록 광원이동변환부(2)의 이동을 변화시켜 4개의 므와레 간섭무늬를 얻고, 이와 같이 얻어진 4개의 므와레 간섭무늬로부터 분석에 필요한 정보를 얻어내어 대상매개체(4)를 분석하게 된다.

일예로써, 제6도에서와 같이, 위상이 변화되기 전에 임의의 점(x,y)에서의 광세기를 I1(x,y)라 하고, 간섭무늬가 1/4L(L:간섭무늬 사이간격)만큼 움직였을때, 즉 제5도의 위치(b)로 간섭무늬가 이동했을때의 같은 점에서 광세기를 I2(x,y)하고, 2/4만큼 이동했을 때, 즉 제5도의 위치(c)로 이동했을때의 광세기를 I3(x,y), 그리고 3/4만큼 이동했을때의 광세기를 I4(x,y)라 하면 마이크로컴퓨터(7)는 이러한 4개의 광세기 분포를 이용하여 촬상관카메라(5) 및 카메라조정부(6)를 통해 취득한 촬상영상신호 각부분의 위상차를 하기식(1)에 의해 구하게 된다.

상기 촬상관카메라(5) 및 카메라조정부(6)를 통해 취득한 촬상영상신호의 각각의 위치에 상기식을 이용하여 계산하는 것을 위상 랩핑(Phase Wrapping)이라 하며, 각각의 위치 주위의 위상 정보들과의 관계를 이용하여 실제 변위 정보로 환산시키는 과정을 위상 언랩핑(Phase Unwrapping)이라 하는데, 위상 언 랩핑 결과로 나온 정보들은 대상물체의 정보를 반영하고 있으므로, 마이크로컴퓨터(7)는 상기와 같이 구해진 위상차로써, 대상매개체(4)의 형상 및 변형등을 분석하여 모니터(8)에 디스플레이하게 된다.

그리고 상기에서 광원이동 변화부(2)의 회전 이동에 따른 위상 변화를 1/4만큼 변화시키고자할 때 제3도에서와 같이, 일정각(θ1)에서 설정각(θ2)으로 광원을 회전 이동시키게 되는데, 그 광원의 이동거리(d)는 대상매개체(4)의 크기에 따라 하기식 2에 의해 계산된다.

즉, 상기 식(식 2)에서 광이동 변화부(2)를 일정거리(d)만큼 이동시켰을 때 위상변환격자체(3)상에서의 위치변화량(d')이 위상변환격자체(3)의 주기(P)의 1/4에 해당하는 양(즉 d'=P/4)이 되도록 마이크로컴퓨터(7)의 제어하에 회전 이동시키면 위상변환격자체(3)상에서 생성된 므와레 간섭무늬의 위상이 정확하게 1/4만큼씩 변화되어 촬상관카메라(5) 및 카메라조정부(6)를 통해 마이크로컴퓨터(7)에 입력되므로써, 마이크로컴퓨터(7)는 위상이 변환되어 입력되는 4개의 므와레 간섭무늬를 가지는 위상차를 구하여 정확하게 대상매개체(4)의 형상 및 변형등을 분석하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 대상물체 측정시 격자무늬는 이동시키지 않고 두 격자무늬의 간섭에 의해 생성되는 므와레 간섭무늬만을 이동시켜 노이즈 정보를 제거하게 되므로써, 간단한 영상처리는 물론 영상처리를 하는데 걸리는 시간을 대폭 단축시킬 수 있고, 또한 노이즈 없는 정확한 물체정보 취득이 가능하여 측정물 분석에 정확도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 설정각내를 일정량 만큼씩 회전 이동하면서 광원을 투영하는 광원이동 변화수단과, 상기 광원이동 변화수단과 일정거리를 유지하고 광원이동 변화수단으로부터 이동되는 광원에 따라 일정주기를 갖는 격자무늬를 일정량시 위상변화시켜 대상매체에 결상하고 반사된 대상매체의 격자무늬와 간섭을 일으켜서 위상변화된 므와레 간섭무늬를 생성하는 위상변화격자체와, 상기 위상변화격자체로부터 일정량 만큼씩 위상변화된 므와레 간섭무늬를 간섭무늬를 입사받아 촬상영상신호로 변환하는 촬상관카메라와, 상기 촬상관카메라에서 얻어진 각각의 므와레 간섭무늬 영상신호에 대한 위상차를 구하고 구해진 위상차에 따라 대상매체의 형상 및 변형등을 분석하는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 된 므와레 간섭무늬의 위상이동장치.
2. 제1항에 있어서, 광원이동 변환수단은 전원공급부로부터 공급된 동작 전원에 의해 동작되는 광원과, 상기 광원에서 발산하는 빛을 집중시켜 위상변환격자체에 주사하는 결상렌즈계로 이루어짐을 특징으로 한 므와레 간섭무늬의 위상이동장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 일정량의 간섭무늬 위상변화는 광원과 결상렌즈계를 동시에 회전 이동시켜 위상변화 격자체수단으로부터 한주기의 1/4만큼씩 위상을 변화시킴을 특징으로 한 므와레 간섭무늬의 위상이동장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 므와레 간섭무늬의 위상을 1/4만큼씩 변화시킬때에 광원이동거리(d)의 양은

   임을 특징으로 한 므와레 간섭무늬의 위상이동장치. 여기서 P:위상변환격자체수단의 격자주기. D:위상변환격자체수단과 광원이동 변환수단과의 거리. Z:대상매체와 위상변환격자체수단간의 거리.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 위상이 1/4만큼씩 변화된 4개의 므와레 간섭무늬를 가지고 위상차를 구하여 대상매개체를 분석하는 것을 특징으로 한 므와레 간섭무늬의 위상이동장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 위상차를 구하는 식은

   로 함을 특징으로 한 므와레 간섭무늬의 위상 이동장치.

   여기서 x,y:간섭무늬의 위상이 변화기전의 X,Y좌표의 임의점.

   I1(x,y):간섭무늬의 위상이 변하기전에 임의의 점에서의 광세기.

   I2(x,y):간섭무늬의 1/4만큼 이동했을때의 같은 점에서의 광세기.

   I3(x,y):간섭무늬가 2/4만큼 이동했을때의 광세기.

   I4(x,y):간섭무늬가 3/4만큼 이동했을때의 광세기이다.