KR102128355B1

KR102128355B1 - 멀티플렉싱 스캐닝 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102128355B1
Application number: KR1020190002250A
Authority: KR
Inventors: 신인희; 김기현; 송우섭; 최은서
Original assignee: 한국광기술원
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-06-30

Abstract

본 발명은 멀티플렉싱 스캐닝 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 둘 이상의 광원모듈을 일 방향에 대해 서로 다른 각도에서 반사미러의 동일 지점으로 각 광원모듈의 광원이 입사되도록 구성하여 스캐닝 속도를 향상시키면서도 최적의 영상을 획득할 수 있도록 하는 멀티플렉싱 스캐닝 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

멀티플렉싱 스캐닝 장치 및 방법{Multiplexing scanning apparatus and method thereof}

3차원 공간에 있는 1차원, 2차원 및 3차원의 피사체에 대한 영상을 획득하기 위해 스캐닝을 수행한다. 이와 같이 피사체를 스캐닝하여 영상을 획득하는 장치를 스캐닝 장치라 한다.

도 1은 일반적인 1차원 스캐닝 장치의 광학계를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 스캐닝 장치의 광학계는 광원모듈(10), 스캔모듈(20) 및 스캔렌즈(30)를 포함한다.

광원모듈(10)은 하나의 입사빔(1)을 스캔모듈(20)로 조사한다.

스캔모듈(20)은 입사되는 입사빔(1)을 반사하여 스캔렌즈(30)로 출사하는 하나의 반사미러(21) 포함한다. 스캔모듈(20)로 입사하는 입사빔(1)은 반사미러(21)의 중심점(Pivot)으로 입사하여 반사의 법칙에 따라 반사미러(21)의 기울기에 따른 입사각과 동일한 각도로 반사되어 스캔렌즈(30)로 진행한다.

반사미러(21)가 21-1과 같이 기울어져 있는 경우 반사미러(21)에 반사된 입사빔(1)은 1-1이고, 반사미러(21)가 21-1보다 일정 각도(θ) 더 기울어진 21-2의 경우 1-1의 반사빔보다 일정 각도(θ) 더 기울어져 입사빔(1)은 1-2와 같이 반사된다.

그리고 반사미러(21)가 21-3과 같이 21-2보다 일정 각도 더 기울어진 경우 1-2의 반사빔보다 일정 각도 더 기울어져 입사빔(1)은 1-3과 같이 반사된다.

반사된 반사빔들(1-1, 1-2, 1-3)은 스캔렌즈(30)를 통해 피사체(40)에 조사되어 스캔영역을 스캔한다.

상술한 바와 같이 반사미러(21)는 피사체(40)의 스캔영역을 모두 스캔할 수 있도록 회전각도(2θ)만큼 회전하여 스캔 영역의 피사체(40)를 스캔한다.

결과적으로 반사미러의 회전각도(2θ)에 따라 스캔영역이 결정되고, 상기 회전각도(2θ)를 회전하는 반사미러(21)의 속도에 따라 스캔시간이 결정된다.

상술한 바와 같이 하나의 입사빔을 반사미러에 조사하여 임의의 스캔영역을 스캔하고 스캔영역의 피사체를 스캔하는 반사미러의 회전각도에 따라 스캔시간이 결정되므로 동일 스캔영역의 피사체를 스캔하는 데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었으며, 좀 더 빠르게 스캔영역의 피사체를 스캔할 수 있는 스캔장치의 개발이 요구되어지고 있다.

등록특허 제10-1028207호

따라서 본 발명의 목적은 둘 이상의 광원모듈을 일 방향에 대해 서로 다른 각도에서 반사미러의 동일 지점으로 각 광원모듈의 광원이 입사되도록 구성하여 스캐닝 속도를 향상시키면서도 최적의 영상을 획득할 수 있도록 하는 멀티플렉싱 스캐닝 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 장치는: 제1각도의 회전반경을 가지고 회전하는 반사미러를 구비하는 스캔모듈과, 상기 반사미러의 중심점으로 입사하는 적어도 인접하는 두 입사빔의 사이 각인 제2각도가 상기 제1각도와 동일한 각도가 되도록 구성되는 적어도 둘 이상의 광원모듈을 포함하는 스캔 광학계; 및 상기 제1각도 및 제2각도에 의해 결정되는 스캔영역의 피사체에 결상된 반사빔에 의한 스캔영상을 획득하여 처리하는 제어모듈을 포함하되, 상기 스캔 광학계는, 상기 둘 이상의 광원모듈을 상기 반사미러의 중점을 구심점으로 하여 좌우로 이동되도록 하는 이송 가이드부를 더 포함하되, 상기 제어모듈은, 상기 각 광원모듈을 상기 이송 가이드부를 따라 이송시키는 광원모듈 이송부를 포함하고, 상기 광원모듈 이송부를 제어하여 상기 제2각도를 조절하고 상기 반사미러의 제1각도를 조절하여, 상기 각 광원모듈에 의해 스캔되는 부분 스캔영역 및 전체 스캔영역을 조정하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 방법은: 반사미러가 회전하는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 방법은: 반사미러가 회전하는 회전반경인 제1각도 및 둘 이상의 광원모듈 각각이 상기 반사미러의 중심점으로 조사하는 입사빔이 인접하는 다른 입사빔과 사이 각이 상기 제1각도와 동일한 각도인 제2각도를 설정하는 스캔영역 설정 과정; 상기 광원모듈을 구동하여 입사빔을 조사하고 상기 반사미러를 초기 위치에서 상기 제1각도까지 회전시키면서 상기 각 광원모듈에 대한 입사빔에 대응하는 반사빔을 수광하는 스캔과정; 및 상기 수광된 각 광원모듈에 대한 반사빔에 대한 스캔영상을 생성하는 스캔영상 생성 과정을 포함하되, 상기 스캔영역 설정 과정은, 반사미러가 회전하는 제1각도를 입력받아 설정하는 반사미러 각도 설정 단계; 상기 제2각도를 입력받고, 상기 제2각도가 되도록 광원모듈 이송부를 제어하여 각 광원모듈에서 반사미러의 중심점으로 조사되는 입사빔과 인접한 광원모듈에서 조사되는 입사빔의 사이 각이 상기 제2각도가 되도록 광원모듈을 이송 가이드부를 따라 이송시키는 제2각도 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 일 방향에 대해 전체 스캔영역(2θ)을 본 발명에 따라 구성되는 광원모듈 수(n)로 분할, 즉 나눈 각도(2θ/n)로 입사빔을 조사하도록 서로 다른 위치에 구성하므로 상기 스캔영역의 스캔속도를 광원모듈의 수에 비례하여 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 1차원 스캐닝 장치의 광학계를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 광학계의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 광원모듈 구성 시의 2차원의 스캔영역을 스캔하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 제어모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 장치의 구성 및 동작을 설명하고, 그에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 멀티플렉싱 스캐닝 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스캐닝 장치는 스캔 광학계(100) 및 제어모듈(600)을 포함한다.

스캔 광학계(100)는 스캔영역에 놓인 피사체(40)에 일 방향에 대해 분할된 부분영역 각각에 적어도 둘 이상의 빔을 조사한다. 상기 스캔영역 및 분할영역의 범위는 조절될 수 있으며, 분할영역의 수는 일 방향에 대한 빔의 수에 따라 달라질 수 있을 것이다.

제어모듈(600)은 상기 스캔 광학계(100)를 통해 피사체(40)에 적어도 둘 이상의 빔이 조사되면 상기 빔에 의해 피사체(40)에 결상된 빔에 의한 스캔영상을 생성하여 저장 및 표시한다.

도 3은 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 광학계의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 복수의 광원모듈 구성 시의 2차원의 스캔영역을 스캔하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 스캔 광학계(100)는 적어도 둘 이상의 광원모듈(200), 스캔모듈(300) 및 스캔렌즈(400)를 포함하고, 실시예에 따라 이송 가이드부(500)를 더 포함한다.

각 광원모듈(200)은 입사빔을 스캔모듈(300)의 반사미러(310)의 중심점으로 조사한다. 광원모듈(200)이 조사하는 각각의 입사빔이 인접한 입사빔과 이루는 사이 각이 제2각도가 되도록 구성된다. 도 3과 같이 광원모듈(200)이 둘인 경우를 예를 들면, 반사미러(310)의 중심점을 꼭짓점으로 하여 제1광원모듈(200-1)이 조사하는 입사빔(210)과 제2광원모듈(200-2)이 조사하는 입사빔(220)이 이루는 각도가 제2각도가 되도록 구성된다.

광원모듈(200)이 2개인 경우 도 4의 701에서 보이는 바와 같이 피사체(40)를 위에서 아래 방향인 일 방향에 대해 2개의 입사빔이 조사되어 스캔하므로 2배 빠르게 스캔을 수행할 수 있을 것이다.

또한, 광원모듈(200)이 4개인 경우 도 4의 702에서 보이는 바와 같이 광원모듈(200)이 2열2행의 구조로 구성되므로, 피사체(40)를 위에서 아래 방향인 일 방향에 대해 2열로 2행으로 4개의 입사빔이 조사되어 피사체(40)를 스캔하므로 4배 빠르게 스캔을 수행할 수 있을 것이다. 또한, 다른 실시예로 1행4열로 광원모듈(200)이 구성되는 경우에도 4배 빠른 스캔을 수행할 수 있을 것이다.

즉, 본 발명은 광원모듈 수, n에 따라 n배 빠르게 스캔을 수행할 수 있을 것이다.

스캔모듈(300)의 반사미러(310)는 중심점을 기준으로 제1각도로 회전하도록 구성된다.

상기 제1각도 및 제2각도는 동일한 임의의 각도, θ가 될 수도 있고, 서로 다른 각도가 될 수도 있으나, 동일한 것이 바람직할 것이다.

상기 반사미러(310)에서 반사되는 입사빔(이하 "반사빔"이라 함)은 반사미러(310)가 입사빔에 대해 이루는 각도에 따라 스캔렌즈(400)를 통해 스캔대상인 피사체(40)로 입사된다.

구체적으로, 상기 제1각도가 θ이면, 반사미러(310)가 초기 위치 310-1에 있으면 제1광원모듈(200-1)에서 출사된 입사빔(210)은 반사미러(310)에서 반사되고, 반사된 반사빔(210-1)은 스캔렌즈(400)의 초기 위치, 즉 스캔영역의 초기 위치로 입사한다.

반사미러(310)가 310-1 위치에서 310-2 위치로 회전함에 따라 스캔방향을 다라 반사빔(210-1)이 이동하여 스캔렌즈(400)를 통해 피사체(40)로 입사하게 되며, 반사미러(310)가 310-2에 위치하면 반사빔(210-2)은 스캔렌즈(400)의 중간 부분으로 입사할 것이다.

반면, 반사미러(310)가 310-1 위치에 있으면 제2광원모듈(200-1)에서 출사된 입사빔(220)은 반사미러(310)에서 반사되고, 반사된 반사빔(220-1)은 스캔렌즈(400)의 중간 부분, 즉 스캔영역의 중간 위치로 입사한다.

반사미러(310)가 310-1 위치에서 310-2위치로 회전함에 따라 스캔방향을 따라 반사빔(220-1)이 이동하여 스캔렌즈(400)를 통해 피사체(40)로 입사하게 되며, 반사미러(310)가 310-2에 위치하면 반사빔(220-2)은 스캔렌즈(400)의 끝 부분, 즉 스캔영역의 끝 위치로 입사한다.

이송 가이드부(500)는 반사미러(310)의 중심점을 원점으로 하는 원호 형상으로 형성되고, 상기 적어도 둘 이상의 광원모듈(200)이 조사하는 입사빔이 상기 반사미러(310)의 중심점으로 조사되도록 유지하면 광원모듈(200)을 이송시켜 인접한 광원모듈(200)들이 조사하는 입사빔의 사이 각인 제2각도를 조절한다.

도 5는 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 제어모듈의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 제어모듈(600)은 저장부(610), 입력부(620), 출력부(630), 미러각도 조절부(640), 수광부(650), 광원 구동부(660), 광원모듈 이송부(670) 및 제어부(680)를 포함한다.

저장부(610)는 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어프로그램을 저장하는 프로그램영역, 상기 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 일시 저장하는 임시영역, 상기 제어프로그램 수행에 필요한 데이터 및 제어프로그램 수행 중에 발생되는 데이터를 반영구적으로 저장하는 데이터영역을 포함한다. 상기 데이터영역에는 반사미러(310)의 회전각도인 제1각도 및 광원모듈(200)이 조사하는 입사빔과 인접하나 광원모듈(200)이 조사하는 입사빔의 사이 각인 제2각도에 대한 디폴트(Default) 값을 저장한다. 상기 제1각도 및 제2각도의 디폴트값은 θ인 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 데이터영역에는 상기 반사미러(310) 및 광원모듈(200)의 초기 위치정보를 저장한다.

입력부(620)는 사용자로부터 스캔 개시명령, 스캔 종료명령, 제1각도 및 제2각도 설정값을 입력하기 위한 복수의 키를 구비하는 키입력부 및 후술할 출력부(630)가 표시장치인 경우 표시장치의 화면에 일체로 구성되어 터치되는 화면상의 위치에 대응하는 위치신호를 출력하는 터치패드 등 중 어느 하나 이상을 포함한다.

출력부(620)는 스캐닝 장치의 동작 상태를 표시하거나 스캔된 스캔영상을 표시하는 표시장치일 수도 있고, 스캔영상 데이터를 컴퓨터 등의 외부 기기로 출력하는 인터페이스 장치 또는 통신장치일 수 있으며, 둘 모두를 포함할 수도 있을 것이다.

미러 각도 조절부(640)는 제어부(680)의 제어를 받아 반사미러(310)의 회전축에 연결되어 반사미러(310)를 중심점을 기준으로 회전시키는 모터(미도시)를 포함하고 상기 모터를 구동하여 반사미러(310)의 각도를 조절한다.

수광부(650)는 상기 피사체(40)에 결상된 반사광을 수광하고, 수광된 방사광에 대응하는 광검출 신호를 제어부(680)로 출력한다.

광원 구동부(660)는 제어부(680)의 제어를 받아 광원 구동 전원을 광원모듈(200)로 공급한다.

광원모듈 이송부(670)는 제어부(680)의 제어를 받아 광원모듈(200) 각각을 제어하여 이송 가이드부(500)를 따라 이동하도록 제어하여 제2각도를 조절한다.

제어부(680)는 초기화부(681), 스캔영역 조정부(682), 스캔 제어부(683) 및 스캔영상 획득부(684)를 포함하여 본 발명에 따른 스캐닝 장치의 전반적인 동작을 제어한다.

구체적으로 설명하면, 초기화부(680)는 스캐닝 장치 구동 시 저장부(610)에 저장된 초기 위치정보에 근거하여 미러 각도 조절부(640) 및 광원모듈 이송부(670)를 제어하여 반사미러(310) 및 광원모듈(200)을 초기 위치로 설정한다. 상기 기준 광원모듈(200)을 제외한 다른 광원모듈(200)의 초기 위치는 설정된 제2각도에 따라 달라질 수 있을 것이다.

스캔영역 조정부(682)는 입력부(620) 및 출력부(630)를 통해 사용자로부터 제1각도 및 제2각도 중 어느 하나 이상에 대한 설정값을 입력받아 제1각도 및 제2각도를 설정하여 스캔되는 스캔영역을 조정한다. 제1각도 및 제2각도의 설정값에 따라 전체 스캔영역이 커지거나 작아질 수 있으며, 광원모듈(200) 각각이 분할하여 스캔하는 분할 스캔영역이 크기가 커지거나 작아질 수 있을 것이다.

스캔 제어부(683)는 광원 구동부(660)를 제어하여 광원모듈(200)을 구동하고, 광원모듈(200)이 구동되면 미러 각도 조절부(640)를 통해 반사미러(310)의 각도를 서서히 조절하여 피사체(40)를 스캔하고, 수광부(650)를 통해 입력되는 광검출 신호를 스캔영상 획득부(684)로 출력한다.

스캔영상 획득부(684)는 상기 스캔 제어부(683)로부터 입력되는 광검출 신호에 대응하는 스캔영상을 생성한다.

생성된 스캔영상은 저장부(610)에 저장될 수도 있고, 출력부(630)를 통해 출력될 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: 스캔 광학계 200: 광원모듈
210, 220: 입사빔 210-1, 210-2, 220-1, 220-2: 반사빔
300: 스캔모듈 310: 반사미러
400: 스캔렌즈 500: 이송 가이드부
600: 제어모듈 610: 저장부
620: 입력부 630: 출력부
640: 미러 각도 조절부 650: 수광부
660: 광원 구동부 670: 광원모듈 이송부
680: 제어부 681: 초기화부
682: 스캔영역 조정부 683:스캔 제어부
684: 스캔영상 획득부

Claims

제1각도의 회전반경을 가지고 회전하는 반사미러를 구비하는 스캔모듈과, 상기 반사미러의 중심점으로 입사하는 적어도 인접하는 두 입사빔의 사이 각인 제2각도가 상기 제1각도와 동일한 각도가 되도록 구성되는 적어도 둘 이상의 광원모듈을 포함하는 스캔 광학계; 및
상기 제1각도 및 제2각도에 의해 결정되는 스캔영역의 피사체에 결상된 반사빔에 의한 스캔영상을 획득하여 처리하는 제어모듈을 포함하되,
상기 스캔 광학계는,
상기 둘 이상의 광원모듈을 상기 반사미러의 중점을 구심점으로 하여 좌우로 이동되도록 하는 이송 가이드부를 더 포함하되,
상기 제어모듈은,
상기 각 광원모듈을 상기 이송 가이드부를 따라 이송시키는 광원모듈 이송부를 포함하고,
상기 광원모듈 이송부를 제어하여 상기 제2각도를 조절하고 상기 반사미러의 제1각도를 조절하여, 상기 각 광원모듈에 의해 스캔되는 부분 스캔영역 및 전체 스캔영역을 조정하는 것을 특징으로 하는 멀티플렉싱 스캐닝 장치.
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반사미러가 회전하는 회전반경인 제1각도 및 둘 이상의 광원모듈 각각이 상기 반사미러의 중심점으로 조사하는 입사빔이 인접하는 다른 입사빔과 사이 각이 상기 제1각도와 동일한 각도인 제2각도를 설정하는 스캔영역 설정 과정;
상기 광원모듈을 구동하여 입사빔을 조사하고 상기 반사미러를 초기 위치에서 상기 제1각도까지 회전시키면서 상기 각 광원모듈에 대한 입사빔에 대응하는 반사빔을 수광하는 스캔과정; 및
상기 수광된 각 광원모듈에 대한 반사빔에 대한 스캔영상을 생성하는 스캔영상 생성 과정을 포함하되,
상기 스캔영역 설정 과정은,
반사미러가 회전하는 제1각도를 입력받아 설정하는 반사미러 각도 설정 단계;
상기 제2각도를 입력받고, 상기 제2각도가 되도록 광원모듈 이송부를 제어하여 각 광원모듈에서 반사미러의 중심점으로 조사되는 입사빔과 인접한 광원모듈에서 조사되는 입사빔의 사이 각이 상기 제2각도가 되도록 광원모듈을 이송 가이드부를 따라 이송시키는 제2각도 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티플렉싱 스캐닝 방법.
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