KR101578496B1 - 이미지 센서의 틸트 결정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카메라 안에 있는 이미지 센서 표면 평면(image sensor surface plane)의 카메라 렌즈 기준 평면(lens reference plane)에 대한 틸트(tilt)를 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 빛을 이미지 센서로 보내는 단계, 상기 이미지 센서로부터 반사되는 빛을 받아들이는 단계, 상기 반사된 빛 안에 있는 간섭 패턴(interference pattern)을 식별하는 단계, 상기 간섭 패턴의 피쳐(feature)를 식별하는 단계, 및 상기 간섭 패턴에서 식별된 피쳐의 위치를 근거로 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

이미지 센서의 틸트 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING THE TILT OF AN IMAGE SENSOR}
본 발명은 카메라 안에 있는 이미지 센서(image sensor)의 틸트(tilt)를 결정하는 방법에 관한 것이다.
특히 모니터링 및 감시 카메라들에서 이미지 품질이 향상되어 왔고 더 높은 이미지 품질에 대한 요구도 증가하고 있다. 이러한 요구는, 다른 것들 중에서도 특히, 증가된 개수의 픽셀들과 감소된 픽셀 피치를 갖는 이미지 센서들이 카메라에 구현되도록 하였다. 그러나 더 높은 품질의 이미지들을 얻기 위해서는, 픽셀 개수 및 픽셀 피치 이외의 다른 특성들도 고려되어야 한다.
예를 들어, 이미지 센서들에서 증가된 픽셀 개수 및 감소된 픽셀 피치는 이미지 캡쳐 장치(image capturing device)들이 이미지 센서와 상기 이미지 센서에 장면(scene)을 표현하는 빛을 공급하는 광학계(optics) 사이에서의 비정렬(misalignments)에 점점 더 민감해지도록 만든다. 따라서, 만약 이미지 센서가 고도의 정밀도로 장착되지 않는 경우에는, 증가된 픽셀 개수로부터 얻은 품질이 저하(deteriorated)될 수 있다.
오늘날, 카메라의 광축, 즉 카메라에 장착된 렌즈의 광축에 대하여 이미지 센서의 틸트를 측정하는 서로 다른 다양한 방법들이 사용되고 있다.
하나의 방법은 "골든 옵틱스"(golden optics), 즉 실질적으로 무결점의 광학 부품을 사용하는 것을 포함한다. 특정 타겟의 이미지가 상기 "골든 옵틱스"를 사용하여 캡처되고, 센서의 틸트는 상기 캡처된 이미지를 분석함으로써 결정될 수 있다. 다른 방법에서는, 현미경의 극히 짧은 피사계 심도(depth of field)를 활용함으로써 현미경을 사용하여 틸트가 측정된다. 또 다른 방법에서는, 카메라의 광축을 따라 이미지 센서로 레이저 광선이 쏘아지고, 상기 광축으로부터의 편차(deflection)를 구하기 위하여 반사광을 확인한다. 이러한 방법의 문제점은, 상기 광축을 따라 상기 이미지 센서에 레이저를 비출 때 다수의 반사가 발생하기 때문에 상기 이미지 센서로부터의 반사를 식별해야 하는 점과, 어느 반사가 상기 이미지 센서로부터 반사된 것인지를 결정하는 것이 어렵다는 점이다.
본 발명의 하나의 목표는, 카메라에 장착된 이미지 센서의 틸트를 결정하기 위한 향상된 방법을 제공하는 것이다.
상기 목표는, 특허청구범위의 청구항 1에 따른, 카메라 안의 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정하는 방법에 의하여 성취된다. 본 발명의 추가적인 실시예들이 이어지는 종속항들에서 제시된다.
더욱 구체적으로, 하나의 실시예에 따르면, 카메라 안에 있는 이미지 센서 표면 평면(image sensor surface plane)의 카메라 렌즈 기준 평면(lens reference plane)에 대한 틸트(tilt)를 결정하는 방법은, 이미지 센서로 빛을 보내고, 상기 이미지 센서로부터 반사된 빛을 감지하고, 상기 반사된 빛 안의 간섭 패턴을 식별하고, 상기 간섭 패턴의 피쳐(feature)를 식별하고, 그리고 상기 간섭 패턴 안에 식별된 상기 피쳐의 위치를 근거로 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정하는 것을 포함한다.
상기 간섭 패턴의 피쳐를 근거로 하여 이미지 센서의 틸트를 결정하는 것의 장점은, 상기 결정이 더욱 신뢰할 수 있게 된다는 점이다. 상기 향상된 신뢰성은 상기 이미지 센서 자체 위에서의 반사로부터 생성되는 간섭 패턴의 결과이고, 상기 간섭 패턴은 상기 이미지 센서를 향하는 빛의 경로 안에 배치될 수 있는 다른 어떤 반사성 표면들로부터 생성된 것이 아니다. 따라서, 이미지 센서가 아닌 다른 표면들 또는 수단들로부터 유발된 피쳐들을 근거로 측정을 수행하게 될 위험이 최소화된다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 피쳐는 상기 간섭 패턴의 간섭 위치이다.
다른 하나의 실시예에 따르면, 상기 피쳐는 상기 간섭 패턴 안의 0차 간섭(zeroth-order interference)이다.
하나의 실시예에서, 상기 0차 간섭의 식별은, 상기 이미지 센서로 보내진 빛의 경로 안에 있는 반사성 표면들로부터의 정반사(specular reflection)들까지의 근접성(proximity)을 근거로 이루어진다. 따라서 상기 간섭 패턴 내에서 0차 간섭의 식별이 가능하게 된다.
다른 실시예에서, 상기 0차 간섭의 식별은, 기울어지지 않은 이미지 센서로부터의 0차 간섭의 예상 위치까지의 근접성을 근거로 이루어진다. 이러한 실시예의 하나의 장점은, 상기 간섭 패턴 안에서 상기 0차 간섭의 식별이 가능하다는 점이다.
추가적인 하나의 실시예에서, 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트는, 상기 간섭에서의 피쳐의 위치와 기울어지지 않은 이미지 센서 표면 평면에 대한 간섭에서의 피쳐의 위치 사이의 거리를 측정함으로써 결정된다.
다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트는, 상기 간섭에서의 피쳐의 위치와 사전 결정된 중앙 지점으로서 정상 작동 중에 카메라에 장착된 렌즈의 광축과 분석 표면(analysis surface)이 교차하는 지점 사이의 거리를 측정함으로써 결정된다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정하는 단계는, 상기 식별된 간섭 피쳐의 제1 위치를 결정하는 것과, 상기 카메라를 상기 렌즈 기준 평면에 수직인 축을 중심으로 180도 회전시키는 것과, 상기 카메라의 상기 회전 후에, 상기 간섭 피쳐의 제2 위치를 결정하는 것과, 그리고 상기 간섭 피쳐의 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 근거로 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정한다. 이러한 실시예의 장점은, 틸트를 결정하기 위하여 상기 간섭 피쳐의 위치를 연계시키기 위한 정확한 중앙 지점을 식별할 필요 없이도, 상기 틸트가 결정될 수 있다는 점이다. 따라서, 상기 중앙 지점의 정확도와 관련된 불확실성(uncertainty)을 피할 수 있고, 그 결과는 더욱 신뢰할 수 있게 된다.
추가적인 하나의 실시예에서, 상기 렌즈 기준 평면은 정상 작동 중에 카메라에 장착된 렌즈의 광축에 수직인 평면이다.
하나의 실시예에서는, 본 발명의 방법이, 카메라를 테스트 장비(test rig)에 부착하고 상기 렌즈 기준 평면이 분석 표면과 실질적으로 평행이 되도록 정렬하는 단계를 추가로 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 상기 간섭 피쳐의 위치는 분석 표면 위에서 결정된다.
하나의 실시예에서 상기 분석 표면은 상기 카메라로부터 반사된 빛을 시각적으로 표현할 수 있게 해주는 표면을 포함한다. 이러한 시각적인 표현의 장점은, 상기 분석이 상기 분석을 지켜보고 있는 사람에 의하여 수행될 수 있고, 상당히 단순한 장치에서 상기 분석이 이뤄질 수 있다는 점이다. 따라서 그러한 장치의 비용이 작을 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 분석 표면은 상기 카메라로부터 반사된 빛을 감지하도록 배치된 이미지 센서를 포함한다. 이러한 실시예는, 어떤 사람도 결과를 모니터링 및 분석하지 않아도 된다는 점에서 장점을 갖는다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서로 보내진 빛은 단색 광(monochromatic light)이다.
다른 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서로 보내진 빛은 레이저 광(laser light)이다.
본 발명이 적용되는 범위는 아래에 이어지는 상세한 설명을 통해 명확해 질 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 구체적인 실시예들이 비록 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내고 있기는 하지만, 통상의 기술자는 상세한 설명으로부터 본 발명의 범위 내에서 다양한 변화 및 변경들을 명확하게 인식할 수 있으므로, 상세한 설명 및 구체적인 실시예들은 오직 예시적인 목적으로 제공된 것이라는 점을 주지할 필요가 있다. 따라서, 본 발명은 설명된 장치의 구체적인 구성요소들 또는 설명된 방법의 구체적인 단계들에 제한되는 것이 아니라는 점을 이해하여야 하는데, 이는 그러한 장치 및 방법이 다양하게 변화할 수 있기 때문이다. 또한, 본 명세서에서 사용된 용어들은 구체적인 실시예들을 오직 설명하기 위한 목적으로 사용되었고, 제한적으로 해석되어서는 아니된다는 점을 이해하여야 한다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된, "하나"("a", "an"), "해당"("the"), 및 "상기"("said")라는 용어는, 문맥상 명확하게 지정되지 않은 이상, 하나 또는 그 이상의 구성요소들이 존재할 수 있음을 의미한다. 따라서, 예를 들어 "하나의 센서" 또는 "해당 센서"라는 참조는 여러 개의 센서들 및 그와 유사한 것들을 포함할 수 있다. 추가로, "포함하다"라는 용어는 다른 구성요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은, 첨부된 도면들을 참조하여, 이어지는 바람직한 실시예들의 상세한 설명들을 통하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 구조 및 빛의 경로들을 묘사하는 개괄적인 다이어그램이다.
도 2는, 예를 들어 이미지 센서와 같은, 기울어진 표면으로부터 반사되는 광선에 있어서의 효과를 묘사하는 개괄적인 다이어그램이다.
도 3은 간섭 패턴의 중앙부를 묘사하는 개괄적인 다이어그램이다.
도 4는, 간섭 패턴의 중앙부와, 이미지 센서를 향해 보내진 빛의 경로 안에 있는 다른 표면들로부터의 반사 광들을 묘사하는 개괄적인 다이어그램이다.
도 5는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 측정되는 거리를 보여주는 개괄적인 다이어그램이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 측정되는 거리를 보여주는 개괄적인 다이어그램이다.
도 7은 하나의 실시예에 따라 본 발명을 수행하기 위한 배치에 대한 개괄적인 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 사용되는 테스트 패턴을 보여주는 개괄적인 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따라 사용되는 테스트 패턴을 보여주는 개괄적인 다이어그램이다.
추가로, 상기 도면들에서 동일한 도면부호들은 여러 도면들에 걸쳐서 동일하거나 대응되는 부재들을 가리키고 있다.
본 발명은 카메라들의 검사(inspection)에 관한 것이고, 구체적으로는, 카메라 안에 있는 이미지 센서의 틸트를 확인하는 프로세스에 관한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 카메라(12) 안에 있는 이미지 센서(10) 틸트의 확인은, 카메라 본체(18)의 이미지 캡처 개구부(16)를 통하여 빛(14)을 이미지 센서(10)에 보내는 것을 포함한다. 상기 빛(14)은, 카메라의 설계에 따라, 하나 또는 다수의 투명 플레이트들 또는 물체들(transparent plates or objects)(20)을 통과하여 지나간다. 상기 이미지 캡처 개구부(image capture opening) 속으로 보내진 상기 빛(14)은 이미지 센서(10) 및 상기 투명 플레이트(20)에 의하여 반사되고, 이 반사광(22)은 도면에서 상기 이미지 센서(10) 및 투명 플레이트(20)로부터 돌아오는 화살표로 도시되어 있다. 상기 반사는 이후에, 결과적인 반사 패턴이 분석될 수 있는 분석 표면(24) 위에서 캡처된다.
카메라(12) 속으로 그리고 상기 이미지 센서(10)로 보내진 상기 빛(14)은, 좁은 대역 광원(narrow band light source), 단색 광원(monochromatic light source), 또는 레이저를 사용하여 상기 이미지 센서로 보내질 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 빛(14)은 렌즈 기준 평면(lens reference plane)(26)에 수직인 방향을 갖는 축을 따라 상기 카메라 속으로 보내진다. 본 발명의 맥락(context) 속에서, 상기 렌즈 기준 평면(26)은 정상적인 작동 상태에서 카메라에 장착된 렌즈의 광축에 수직이 되는 평면이다. 그러므로, 렌즈 기준 평면은 많은 경우에 카메라의 렌즈 마운트(lens mount)와 관련되는데, 상기 렌즈 마운트는 카메라 위에 장착된 렌즈의 광축의 방향을 결정한다.
본 발명의 기본적인 원리는 카메라(12)의 품질을 보증하기 위하여, 렌즈 기준 평면(26)을 기준으로 이미지 센서(10)의 틸트를 확인하는 것이다. 만약 상기 이미지 센서(10)의 틸트가 너무 크다면, 상기 이미지 센서에 의하여 캡처된 이미지들은 나쁜 품질을 갖게 될 것이다. 나쁜 품질의 이미지들을 유발하는 것으로 판단되는 틸트의 양은 주관적이다. 그러나 많은 감시 응용분야들에서, 0.5 내지 1 도의 이미지 센서 틸트는 실용적인 용도로 쓰이기에는 매우 나쁜 품질을 흔히 유발한다. 본 발명을 이용하여 0.1 도 규모의 틸트 각도를 감지하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 확인은 일련의 샘플들 또는 무작위의 샘플들에서 각각의 카메라에 대하여 수행될 수 있다.
하나의 실시예에 따르면, 도 2에 보인 것처럼, 상기 이미지 센서(10)의 틸트의 확인은 빛(14)을 이미지 센서(10)로 쏘아보내고, 이후 상기 이미지 센서(10)로부터의 빛의 반사(22)로부터 상기 이미지 센서(10)의 틸트를 결정함으로써 수행된다. 상기 이미지 센서의 빛 감지면(light detecting plane)이 상기 렌즈 기준 평면에 평행하지 않은 경우에는, 상기 이미지 센서(10)가 기울어진 것으로 결정된다. 이러한 센서의 틸트는 상기 이미지 센서(10)로 쏘아보내진 빛(14)과 상기 빛의 반사광(22) 사이의 편차를 감지함으로써 결정될 수 있다. 도 2에서, 상기 이미지 센서로부터 반사된 빛은, 상기 이미지 센서를 향해 쏘아보내진 빛(14)을 기준으로 각도 2α에서 반사된다. 상기 이미지 센서(10) 위에 쏘아보내진 빛(14)과 상기 반사광(22) 사이의 상기 각도를 감지함으로써, 상기 렌즈 기준 평면(26)를 기준으로 한 상기 이미지 센서(10)의 틸트 각도(tilt angle)가 결정될 수 있다. 만약 상기 이미지 센서로 쏘아보내진 빛(14)이 상기 렌즈 기준 평면에 수직인 방향으로 보내진다면, 상기 렌즈 기준 평면을 기준으로 한 상기 이미지 센서의 틸트 각도 α는, 상기 이미지 센서(10)를 향하여 쏘아보내진 상기 빛(14)과 그 반사광(22) 사이의 각도 2α의 절반이 된다. 상기 틸트 각도 α, 상기 이미지 센서(10)와 분석 표면 사이의 거리 l, 및 상기 이미지 센서(10)로부터 반사된 빛의 이상적인 위치(28)와 상기 이미지 센서(10)로부터 반사된 빛의 실제 위치(30) 사이의 거리 r의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112012050062471-pat00001
(1)
따라서, 이미지 센서의 틸트 각도(α)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112012050062471-pat00002
(2)
그러나, 상기 이미지 센서(10)로 보내진 빛이 다수의 반사광들을 유발하는데 그 중 모두가 상기 이미지 센서(10)로부터의 반사인 것은 아니기 때문에, 이러한 이미지 센서로부터의 반사는 식별하기 어렵다. 이러한 반사들 중 적어도 일부는 상기 빛이 통과하는 경로 안에 있는 투명 재료로부터 상기 빛이 반사됨에 따라 발생한다. 일부 카메라들에서는, 광학적 경로(optical path) 안에 글래스 디스크(glass disk)들 또는 플레이트(plate)들이 존재하고, 그러한 하나의 디스크는 빛이 상기 글래스 디스크 안으로 진입할 때 표면에서 하나의 반사와, 상기 빛이 상기 글래스 디스크 바깥으로 빠져나갈 때 표면에서 하나의 반사를 만들어낸다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 간섭 패턴이 식별된다. 간섭 패턴은 다수의 밀집된 감광 셀(light detecting cell)들을 포함하는 이미지 센서로부터 반사된 빛의 결과이다. 상기 셀들은 상기 이미지 센서로 하여금 간섭 패턴을 생성하는 반사 격자(reflection grating)로서 작용하도록 한다. 이미지 센서의 경우에, 결과적인 간섭 패턴은, 도 3에 보인 바와 같이, 간섭 패치들의 매트릭스를 형성하게 된다. 일부 이미지 센서들에서는, 추가적인 반사들 및 패턴들이 이미지 센서로부터 반사될 수 있다. 상기 간섭 패턴에서, 상기 간섭 패턴의 패치들 중 하나는 직접 반사(direct reflection), 다른 용어로는 정반사(specular reflection)에 대응되고, 도 3에서 "0th"로 지칭되었다. 상기 직접 반사(0th)는 종종 0차 간섭(zeroth-order interference)이라고 지칭된다. 상기 0차 간섭(0th) 옆의 패치들은 1차 간섭들(first order interferences)(1st)이라고 지칭되고, 상기 1차 간섭(1st) 다음으로 상기 0차 간섭(0th)에서 더욱 멀리 떨어진 패치들은 2차 간섭들(second order interferences)(2nd)이라고 지칭된다.
따라서, 상기 간섭 패턴은 이미지 센서에 의하여 생성된 반사이고, 그러므로 상기 간섭 패턴 안의 패치들 중 어느 하나라도 상기 이미지 센서의 틸트를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 상기 이미지 센서의 틸트를 결정하기 위하여 0차 간섭이 사용되는데, 이는 상기 0차 간섭은, 예를 들어 거울 표면으로부터의 반사와 같은, 상기 이미지 센서 표면에서의 직접 반사에 대응되고, 따라서 상기 0차 간섭이 상기 틸트를 계산하기 위한 수식에서 사용될 수 있기 때문이다. 이제 도 4를 참조하면, 빛의 경로 상에 있는 다른 표면들로부터의 모든 반사들(32a 내지 32d)로부터 상기 이미지 센서로부터의 반사를 구별해내는 문제는, 상기 이미지 센서로부터의 0차 간섭(30)이 상기 간섭 패턴의 일부이고 따라서 다른 반사들 가운데서 식별될 수 있다는 사실을 활용하여 해결될 수 있다. 상기 문제는, 각각의 상기 반사들을 상기 이미지 센서에 의해 생성된 간섭 패턴의 일부분들인 빛의 패치들에 연계시키고, 상기 간섭 패턴의 일부분을 가장 형성할 가능성이 높은 반사를 식별함으로써 성취될 수 있다. 상기 반사들 각각을 빛의 패치에 연계시키는 작업은, 행들(34) 및 열들(36) 안에 있는 상기 간섭 패턴의 간섭 위치들을 연결하는 가상의 선들(34, 36)을 식별하고, 그 후 다수의 반사들 중에서 해당 반사를 식별하는 것으로 단순화될 수 있다.
따라서 상기 이미지 센서의 틸트 각도를 결정하기 위하여 0차 간섭을 식별하는 하나의 방법은 반사들의 클러스터(cluster)를 찾는 것인데, 이는 0차 간섭이 다른 차수의 간섭들 중 어느 것들보다도 상기 다른 반사들에 더 가까울 가능성이 높기 때문이다. 가능한 후보들이 찾아지면, 해당 클러스터의 반사들 중 어느 것이 상기 간섭 패턴에 속하는지를 결정하기만 하면 된다. 0차 간섭이 다른 반사들에 가까운 이유는, 반사를 일으키는 이미지 센서 및 기타 표면들의 틸트 각도들이 매우 작고, 상기 간섭 패턴 내의 간섭 위치들 사이의 거리가 상기 표면들의 틸트로부터 발생된 상기 반사들과 0차 간섭 사이의 거리보다 실질적으로 크기 때문이다.
0차 간섭을 식별하는 또 다른 방법은, 중앙 마커(40)에서 가장 가까운 빛의 패치를 식별하는 것인데, 도 5에 보인 것처럼, 상기 중앙 마커는 기울어지지 않은 표면 또는 이미지 센서로부터의 이상적인 반사가 상기 분석 표면을 비추게 되는 위치를 나타낸다. 이는, 반사 간섭들 중 다른 하나의 위치가 0차 간섭보다도 상기 중앙 마커에 더 가깝게 될 만큼 상기 이미지 센서의 틸트 각도가 크게 될 가능성이 거의 없기 때문에, 유효한 가정(valid assumption)이라고 할 수 있다.
상기 이미지 센서로부터 발생하는 반사들 또는 반사 간섭들이 식별되면, 상기 이미지 센서 위에 비춰진 빛으로부터 발생된 하나 이상의 상기 피쳐들을 기반으로 상기 이미지 센서의 틸트가 결정될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 도 3에 보인 것처럼, 상기 이미지 센서의 틸트 각도는 중앙 마커(40)로부터 0차 간섭(30)까지의 거리 r에 의하여 표현될 수 있다. 상기 거리 r은 틸트 각도를 계산하기 위하여 사용될 수도 있고, 또는 대안적으로, 상기 r 값이 초과하여서는 아니 되는 허용가능한 틸트 각도를 나타낼 수도 있다.
도 6을 참조하여 다른 실시예에 따르면, 0차 간섭의 위치(30)가 식별되며 등록되고, 이후 카메라는 상기 렌즈 기준 평면에 수직인 축, 예를 들어 이미지 센서 위에 빛의 초점을 맞추기 위하여 해당 카메라에 장착된 렌즈의 광축을 중심으로 180도 회전된다. 이에 따라, 도 6의 점선에 보인 바와 같이, 상기 간섭 패턴 또한 180도 회전되고, 카메라가 180도 회전되었을 때의 0차 간섭의 위치(42)가 등록된다. 상기 0차 간섭 각각의 두 위치들(30, 42) 사이의 거리 d는 상기 수식들 및 실시예들에서 사용된 거리 r의 두 배이다. 따라서, 본 실시예에서 거리는 d = 2 r 이고, 틸트되지 않은 이미지 센서로부터의 이상적인 반사 지점은 상기 등록된 0차 간섭들의 상기 두 위치들(30, 42) 사이의 중간 지점이 된다. 이후 상기 측정 결과는, 위에서 설명한 바와 같이, 틸트 각도를 결정하기 위하여 사용되거나, 또는 틸트 각도가 사전 결정된 값을 초과하는지를 결정하기 위하여 사용될 수 있다.
이제 도 7을 참조하면, 카메라 안에 있는 이미지 센서의 틸트를 결정하기 위한 테스트 장비(46)의 한 실시예는, 분석 표면(24), 상기 테스트 장비(46)에 카메라를 장착하기 위한 카메라 인터페이스(48), 광원(50), 상기 광원(50)으로부터의 빛(14)을 상기 카메라(12) 속으로 그리고 상기 카메라(12)의 이미지 센서(10)로부터 반사하기 위하여, 그리고 상기 카메라(12)로부터의 반사광(22)을 통과시켜서 상기 분석 표면(24)으로 보내기 위한 반투명 거울(52)을 포함한다. 상기 카메라(12)는, 상기 카메라(12)의 렌즈 기준 평면(26)이 상기 분석 표면(24)에 실질적으로 평행하도록, 상기 테스트 장비에 장착된다. 상기 렌즈 기준 평면이 상기 분석 스크린에 평행하도록 하는 하나의 방법은, 카메라의 렌즈 마운트 또는 다른 렌즈 고정 수단들을 이용하여 상기 카메라를 상기 테스트 장비에 장착하는 것이다.
상기 테스트 장비는 수동으로 작동될 수 있다. 수동 작동에서는, 상기 분석 스크린이 오퍼레이터(operator)에 의해서 모니터링될 수 있고, 상기 이미지 센서(10)의 틸트를 결정하는 데 사용되는 피쳐들이 측정될 수 있다. 대안적으로는, 0차 간섭을 간섭 패턴의 나머지 부분의 적어도 일부에 연계시킴으로써 0차 간섭을 찾아내기 위하여, 수용가능한 0차 간섭 위치들과 다른 차수의 간섭에 연계된 패치 위치들을 나타내는 테스트 패턴을 상기 분석 스크린(24)이 보여줄 수 있다.
상기한 바와 같은 테스트 패턴의 한 예가 도 8에 도시되어 있다. 상기 패턴은 중앙 틸트 표시 영역(central tilt indicating zone)(70) 및 정렬 포인트들(aligning points)(72:1-8)을 포함한다. 상기 중앙 틸트 표시 영역(70)은, 0차 간섭의 위치가 상기 중앙 틸트 표시 영역(70) 안에 있을 때 수용가능한 틸트로 인정되는, 일정 모양 및 크기를 가질 수 있다. 만약 상기 중앙 틸트 표시 영역(70)이 원형인 경우에는, 이러한 원의 반지름은 상기 수식 1을 이용하여 결정될 수 있고, 길이 l은 상기 분석 표면과 상기 센서 표면 사이의 거리와 동일하게, 그리고 상기 틸트 각도 α는 최대 수용가능한 틸트의 각도로 설정된다. 검사 대상인 빛의 패치가 0차 간섭인 것을 확인하기 위하여, 1차 간섭 패턴이 상기 정렬 포인트들(72:1-8)과 정렬될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 7의 상기 분석 표면이 곡면이고, 구체적인 하나의 실시예에 따르면 상기 표면이 구면으로 휘어진다(spherically curved).
또 다른 실시예에 따르면, 도 7의 상기 분석 표면은 반사광을 감지하도록 배열된 이미지 센서를 포함하고, 상기 테스트들의 분석을 자동으로 수행하는 것을 가능하게 한다.
더 나아가, 도 7에서 상기 테스트 장비의 광원은, 대안적으로, 상기 분석 표면 뒤에 배치되고 상기 분석 표면에 있는 작은 구멍을 통하여 빛을 보낼 수 있다. 이러한 실시예에서는, 상기 반투명 거울이 필요하지 않다.
아래에서는 카메라의 이미지 센서의 틸트를 결정하기 위한 방법의 구체적인 하나의 실시예가 설명된다. 먼저, 카메라에 장착된 임의의 렌즈가 제거된다. 테스트하고자 하는 상기 카메라는, 해당 카메라의 렌즈 쓰레드(lens thread)가 상기 장비의 쓰레드에 접촉하도록 장착된다. 상기 장비의 쓰레드는 테스트되는 상기 카메라를 유도(guide)하기 위하여 원통형의 표면을 구비한다. 상기 카메라는 상기 쓰레드에 나사 결합된다(screwed). 상기 언급된 렌즈 쓰레드는, 대안적으로, 어떠한 렌즈 장착 구조물(lens mounting structure)라도 될 수 있다. 예를 들어 도 9의 테스트 패턴과 같은 타겟이 상기 분석 표면 위에 배치된다. 중앙부의 원(80)은, 카메라로부터의 중앙 지점들이 나타나는 곳을 표시하기 위한 것이다. 왼쪽 아래 구석의 원(84)(또한 수용가능 원(acceptance circle)이라고 지칭됨)은 특정 실시예에서의 수용가능 기준(criteria)을 표시한다. 그 안에 있는 더 작은 어두운 원(86)은 상기 수용가능 기준 각도의 절반을 표시하기 위한 것이다. 사각형(82:1, 82:3, 82:5)들은 측정되는 도트들(measured dots) 중 모서리 도트들(corner dots)이 위치하는 곳을 표시하고, 삼각형(82:2, 82:4, 82:6, 82:7)들은 상기 측정되는 도트들 중 옆면 도트들(side dots)이 위치하는 곳을 표시하고 있다. 하나의 실시예에서, 테스트 패턴 위의 마킹들(82:1-7)과 연관되는 상기 도트들은 1차 간섭에 속한다. 그러나, 고차 간섭 도트들이 사용될 수도 있다. 카메라 실루엣(88)은, 상기 편차(error)가 어느 방향으로 발생하는지 결정하는 것을 가능하게 하도록, 타겟의 방향을 조정하기(orient) 위한 것이다. 상기 분석 표면 위에는 여러 개의 도트들이 존재하게 된다. 도면에는 생략된 아이리스 커버(iris cover)는 도트들의 개수를 줄이지만, 여전히 일부 무관한(irrelevant) 도트들이 남아있게 된다. 때로는 중앙 도트들이, 상기 장비의 내부 거울에 있는 구멍 때문에, 전부 또는 일부 존재하지 않을 수 있다.
올바른 도트들이 측정에 사용될 확률을 향상시키는 하나의 방법은 아래와 같은 단계들을 따르는 것이다. 측정하고자 하는 카메라의 방향에 맞추어 상기 카메라 실루엣(88)의 방향을 조정한다. 상기 중앙부의 원(80)을 대략 상기 중앙 도트들의 주변에 위치시킨다. 상기 원(84)의 중심을 가장 가까운 모서리 도트 위에 배치한다. 타겟을 조정하여 상기 원(84) 안의 모서리 도트로부터 대각선 반대 방향의 모서리 도트가 직선으로 정렬되어 상기 사각형(82:3) 안에 들어가게 한다. 다른 모서리 도트들이 다른 사각형들(82:1, 82:5) 안에 들어가고 상기 옆면 도트들이 상기 삼각형들(82:2,4,6,7) 안에 들어가도록 확인한다. 상기 원(84) 안의 모서리 도트가 상기 원(84)의 중심에 정확히 위치해 있는지 다시 한 번 확인한다. 그 후, 상기 카메라는 카메라의 광축, 즉 렌즈 기준 평면에 수직이고 따라서 상기 분석 표면에도 마찬가지로 수직인 축을 중심으로 180도 회전된다. 여기서 유닛이 쓰레드로부터 느슨하게 되어서는 아니 된다. 도트들의 새로운 위치들을 확인한다. 현재 도트들을 통과하도록 그려진 두 개의 가상의 선분들은 타겟의 긴 선분들(90, 92)에 평행하여야 한다. 만약 상기 가상 선분들이 상기 긴 선분들(90, 92)에 평행하지 않다면, 상기 유닛은 180도 회전되지 않은 것이거나, 또는 상기 타겟이 이동되었거나 또는 올바르게 배치되지 않은 것이다. 만약 이러한 경우에는, 측정이 유효하지 않게 되고, 다시 수행되어야만 한다.
만약 상기 가상의 선분들이 상기 긴 선분들(90, 92)에 평행한 경우에는, 상기 원(84)에 가장 가까운 모서리 도트의 위치를 확인한다. 만약 이 도트가 상기 원(84) 안에 있으면, 해당 카메라는 이미지 센서 틸트와 관련하여 승인된다(approved). 만약 상기 도트가 상기 원(84)의 바깥에 있으면, 해당 카메라는 승인되지 않는다.

Claims (15)

  1. 카메라에서의 이미지 센서 표면 평면(image sensor surface plane)의 상기 카메라의 렌즈 기준 평면(lens reference plane)에 대한 틸트(tilt)를 결정하는 방법으로서,
    빛을 이미지 센서로 보내는 단계,
    상기 이미지 센서로부터 반사되는 빛을 받아들이는 단계,
    상기 반사된 빛에 있는 간섭 패턴(interference pattern)을 식별하는 단계,
    상기 간섭 패턴의 피쳐(feature)를 식별하는 단계,
    상기 식별된 간섭 피쳐(interference feature)의 제1 위치를 결정하는 단계,
    상기 카메라를 상기 렌즈 기준 평면에 수직인 축을 중심으로 180도 회전시키는 단계,
    상기 카메라의 상기 회전 후에, 상기 간섭 피쳐의 제2 위치를 결정하는 단계, 및
    상기 간섭 피쳐의 제1 위치와 제2 위치 사이의 거리를 근거로 상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트를 결정하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피쳐는 상기 간섭 패턴에 있는 0차 간섭(zeroth-order interference)인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 0차 간섭의 식별은, 상기 이미지 센서로 보내진 빛의 경로 상에 있는 반사성 표면들로부터의 정반사 광들(specular reflections)까지의 근접성(proximity)을 근거로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 0차 간섭의 식별은, 기울어지지 않은 이미지 센서로부터의 0차 간섭의 예상 위치까지의 근접성을 근거로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트는, 상기 간섭에서의 피쳐의 위치와 기울어지지 않은 이미지 센서 표면 평면에 대한 상기 간섭에서의 상기 피쳐의 예상 위치 사이의 거리를 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 표면 평면의 틸트는, 상기 카메라에 장착된 렌즈의 광축과 분석 표면(analysis surface)이 정상 작동 중에 교차하는 지점인 기결정된 중앙 지점과 상기 간섭에서의 피쳐의 위치 사이의 거리를 측정함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 기준 평면은 정상 작동 중에 카메라에 장착된 렌즈의 광축에 수직인 평면인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    카메라를 테스트 장비(test rig)에 부착하고 상기 렌즈 기준 평면이 분석 표면과 평행이 되도록 정렬하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭 피쳐의 위치는 분석 표면 위에서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분석 표면은 상기 카메라로부터 반사된 빛을 시각적으로 표현할 수 있게 해주는 표면을 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분석 표면은 상기 카메라로부터 반사된 빛을 감지하도록 배치된 이미지 센서를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 분석 표면은 상기 카메라로부터 반사된 빛을 감지하도록 배치된 이미지 센서를 포함한 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서로 보내진 빛은 단색 광(monochromatic light)인 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지 센서로 보내진 빛은 레이저 광(laser light)인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 삭제
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