KR100712708B1 - 빠른 습득 융합 사입사 조명 다이렉트 투 디지털 홀로그래피 - Google Patents
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Abstract
융합된 사입사 조명 다이렉트-투-디지털의 빠른 습득을 위한 홀로그래피 시스템 및 방법들이 기술된다. 공간적인 헤테로다인식 홀로그램을 조명하는 다수의 사입사, 푸리에 해석을 위한 공간적인 헤테로다인식 무늬를 포함하는 공간적인 헤테로다인식 홀로그램을 조명하는 각각의 사입사를 레코드하는 방법은 디지털 방식으로 레코딩하는 단계는 간섭계의 첫 번째 조명 소스를 구비하여 푸리에 해석에 대한 공간적인 헤테로다인식 무늬를 포함하는 공간적인 헤테로다인식 홀로그램을 조명하는 첫번째 사입사를 디지털 방식으로 레코딩하는 단계; 그리고, 간섭계의 두 번째 조명 소스를 구비하여 푸리에 해석을 위한 공간적인 헤테로다인식 무늬를 포함하는 공간적인 헤테로다인식 홀로그램을 조명하는 두번째 사입사를 디지털 방식으로 레코딩 하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 다이렉트 투 디지털 홀로그래피 (direct-to-digital holography) (간섭계)에 관한 것이다. 본 발명은, 더욱 상세하게, 다이렉트 투 디지털 홀로그래피를 사입사 조명 홀로그램의 빠른 습득에 관한 것이다.
종래의 다이렉트 투 디지털 홀로그래피(DDH)는 다이렉트 투 디지털 간섭계(interferometry)로도 지칭되며 이미 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 도 1에 DDH 시스템의 간단한 일례를 도시하였다. 레이저 광원(105)으로부터 발생된 빛은 빔 확장기(beam expander)/공간 필터(spatial filter)(110)를 통해 확장된 다음, 렌즈(115) 통과한다. 이어서, 필터링된 확장 빔이 빔분할기(120)로 전해진다. 상기 빔분할기(120)는 부분적으로 반사성을 띌 수도 있다. 상기 빔분할기(120)에서 반사되는 빛의 일부는 오브젝트(object)(130)로 전해지는 오브젝트 빔(125)을 구성한다. 상기 오브젝트 빔(125)의 일부는 상기 오브젝트(130)에서 반사되어 상기 빔분할기(120)를 통과하여 포커싱 렌즈(145)로 이동한다. 그 다음, 상기 빛은 상기 포커싱 렌즈(145)를 통과하여 전하 결합 소자(CCD) 카메라(미도시)에 도달한다.
상기 빔분할기(120)를 통과하는 상기 렌즈(115)로부터 빛의 일부는 기준 빔(135)을 구성한다. 상기 기준 빔(135)은 미러(140)로부터 작은 각도로 반사된다. 상기 미러에서 반사된 상기 기준 빔(135)은 상기 빔분할기(120)로 향한다. 상기 빔분할기(120)에서 반사되는 기준 빔(135)은 상기 포커싱 렌즈(145)를 통과하고 나서 전하 결합 소자(CCD) 카메라(미도시)에 도달한다. 상기 포커싱 렌즈(145)로부터의 상기 오브젝트 빔(125)과 상기 기준 빔(135)은 다수의 오브젝트 및 기준 파(150)를 형성하며 CCD에서 간섭하여 미국특허 제 6,078,392에 알려진 바와 같은 홀로그램의 간섭 패턴 특성을 나타낸다.
도 1에서 상기 오브젝트 빔(125)은 광축(127)에 평행하며 또한 일치한다. 이러한 타입의 DDH 구조는 정입사(正入射) 조명(on-axis illumination)이라고 할 수 있다. 이러한 방식에서는 DDH 시스템의 이미지(imaging) 해상도가 시스템의 광학제 특성에 의해 제한된다는 것이 한계였다. 광학제 특성의 가장 두드러진 제한 사항으로는 수차로 인한 이미지 품질의 저하를 방지하는데 필요한 구경 조리개(aperture stop)이다. 이차원 푸리에 평면에 대하여, 단지 반경이 q0 인 원 내부의 오브젝트 공간 주파수만이 통과할 수 있다. 정입사 조명의 경우, 반경 q0 인 구경은 0 공간 주파수 (q = 0)에 중심을 갖는 것으로 나타난다. 따라서, 반경 q0 인 원 외곽의 공간 주파수를 투과시킬 수 있는 방법이 요구된다.
다음의 본 발명의 특징이 요구된다. 물론 본 발명은 이러한 특징들에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법으로서: 간섭계의 제 1 조명 소스에 의해 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계와; 그리고 간섭계의 제 2 조명 소스에 의해 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치로서: 다수의 조명 소스들과; 상기 다수의 조명 소스들에 광학적으로 결합된 빔분할기와; 상기 빔분할기에 광학적으로 결합된 기준 빔 미러와; 상기 기준 빔 미러에 광학적으로 결합된 포커싱 렌즈와; 상기 포커싱 렌즈에 광학적으로 결합된 디지털 기록기와; 그리고 푸리에 변환을 수행하고, 디지털 필터를 적용하고, 그리고 역 푸리에 변환을 수행하는 컴퓨터를 포함하여 구성되며, 여기서, 기준 빔이 상기 기준 빔 미러에 수직이 아닌 각으로 입사되고, 오브젝트 빔이 상기 포커싱 렌즈에 의해 정의되는 광축에 대해 임의의 각도로 오브젝트에 입사되고, 상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔은 포커싱 렌즈에 의해 상기 디지털 기록기의 포컬면에 포커싱되어 상기 디지털 기록기에 의해 기록되는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 사입자 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 형성하며, 그리고 상기 컴퓨터는 푸리에 공간에서 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축들을 변환하여 상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔 사이의 각에 의해 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치시키고, 본래 원점 주위의 신호들을 차단하고, 그리고 상기 역 푸리에 변환을 수행한다.
이와 같은 본 발명의 특징 및 기타 특징은 후술하는 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다. 그러나 후술하는 상세한 설명은 본 발명의 다양하고 구체적인 실시예를 제시하고 있지만 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명을 제한하기 위한 목적을 갖는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 많은 치환, 변경, 부가 그리고/또는 재구성이 가능하며, 본 발명은 그러한 치환, 변경, 부가 그리고/또는 재구성을 포함한다.
본 명세서에 포함되어 일부를 구성하는 도면들은 본 발명의 특징을 도시하기 위하여 포함된다. 본 발명의 보다 명확한 개념, 본 발명에서 제시한 시스템의 구성 요소 및 동작에 대한 개념은 도면에서 도시한 예시적인 실시예를 참조함으로써 더욱 명확해질 것이다. 동일 참조 부호는 동일 요소를 나타낸다. 본 발명은 도면 및 상세한 설명을 참조하여 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면에 도시된 구성요소들이 반드시 비율에 따라 도시된 것이 아님을 인식해야 한다.
도 1은 종래의 다이렉트-투-디지털 홀로그래피 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예로서 정입사 상태의 사입사 조명 다이렉트-투-디지털 홀로그래피 장치(간섭계)의 모식도이다.
도 3은 사입사 상태의 도 2의 사입사 조명 다이렉트-투-디지털 홀로그래피 장치(간섭계)의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 다중의 조명 소스를 구비한 사입사 조명 다이렉트 투 디지털(direct-to-digital) 홀로그래피 장치를 나타냄
본 발명의 다양한 특징 및 이점을 첨부된 도면과 이하에서 상세하게 기술되는 비제한적인 실시예를 참조하여 더욱 자세히 설명한다. 이미 잘 알려진 출발 물질, 공정 기술, 장치 내지 장비 등은 본 발명을 명료하게 설명하기 위하여 생략한다. 그러나 하기의 상세한 설명 및 구체적인 예는 본 발명의 바람직한 실시예를 기술한 것으로서 설명을 위해 제시된 것이며 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 당업자라면 기술된 내용으로부터 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 치환, 변경, 부가 및/또는 재배열 등이 가능할 것이다.
본 명세서에는 여러 문헌을 괄호 내의 아라비아 숫자로 표시하여 인용한다. 이러한 문헌들의 제목은 참조 문헌이라는 제목으로 명세서의 말미에 청구범위에 앞서 기술할 것이다. 상기 문헌들은 전체적인 내용에 있어서 본 발명의 배경 기술 및 종래 기술을 제시하고자 참고적으로 인용된 것이다.
본 발명은 디지털 데이타를 획득하고, 저장하고 그리고/또는 재생하는 것을 포함한다. 본 발명은 이미지를 나타내는 디지털 데이타를 처리하는 것을 포함한다. 본 발명은 또한 다중 이미지로부터 합성 이미지로 데이타를 변환하는 것을 포함한다.
본 발명은 사입사 조명을 이용하여 다이렉트 투 디지털 홀로그래피 시스템으로부터 해상도가 개선된 홀로그래피 이미지를 얻는 방법을 포함한다. 본 발명은 또한 사입사 조명을 이용하는 다이렉트 투 디지털 홀로그래피(DDH) 시스템을 이용하여 해상도가 개선된 홀로그래피 이미지를 얻기 위한 장치를 포함한다.
관찰될 (결상될) 오브젝트는 하나 이상의 광학 소자를 통하여 광원에 광학적으로 결합된다. 도 1에서 설명한 바와 같이, 조명 빔은 통상 광축을 따라 그리고 광축에 평행하게 타겟 대물렌즈(즉, 렌즈 시스템)의 중심을 관통한다. 이러한 타입의 DDH 구조는 '정입사 조명'이라고 할 수 있으며, 대물렌즈 구경(objective aperture)에 의하여 결정되는 특정 값(q0)까지의 오브젝트의 공간 주파수(q)를 얻을 수 있다.
본 발명은 '사입사 조명' 방식을 포함하는데, 이 방식에서는 조명 원을 측방향으로 이동시켜 대물렌즈 중심에서는 벗어나지만 여전히 광축과는 평행하게 빔이 대물렌즈를 통과한다. 상기 조명은 대물렌즈의 포커싱 효과로 인하여 광축에 대해 비스듬히(at an angle) 상기 오브젝트에 입사한다. 이러한 사입사 조명으로 인하여 정입사 조명에서보다 오브젝트의 더 높은 공간 주파수 (q > q0)가 상기 대물렌즈 구경을 관통할 수 있으며, 따라서 관찰될 수 있다. 본 발명의 중요한 이점이 바로 이것이다.
본 발명은 디지털 방식으로 동일 오브젝트의 정입사 조명 및 하나 이상의 사입사 조명 홀로그램을 디지털 방식으로 캡쳐하도록 된 확장 DDH 시스템 (장치)를 포함한다. 본 발명은 또한 디지털 방식으로 캡쳐된 데이타를 분석하고 그리고/또는 처리하는 (융합(fusing)) 방법을 포함한다. 그 결과, 융합된 이미지는 본래(original)의 어느 홀로그램보다도 더 넓은 범위의 공간 주파수를 포함하게 되며, 그리하여 어떠한 사입사 조명 데이타도 이용가능하지 않은 경우와 비교할 때 시스템의 공칭(nominal) 이미지 해상도가 현저히 향상된다.
상술한 바와 같이, 기본적인 DDH 시스템의 이미지 해상도는 광학제 특성에 의해 제한되며, 특히 수차로 인한 이미지 품질의 저하를 방지하는데 필요한 구경 조리개에 의하여 제한된다. 이는 DDH 시스템의 광학제 특성에 의해 단지 반경 q0 인 원내의 오브젝트 공간 주파수만이 통과될 수 있음을 의미한다. 정입사 조명에서, 반경 q0 인 구경은 0 공간 주파수(q = 0)에 중심을 갖는 것으로 나타난다. 사입사 조명의 경우에는 반경 q0 인 구경은 주파수 도메인에서 (예를 들어, 왼쪽으로) 이동되는(shifted) 것으로 나타난다. 이것은 구경이 이동하는 방향으로 q > q0 인 공간 주파수가 통과됨을 의미한다. 반면, 반대 방향에서 q0 에 근접한 q의 공간 주파수가 '소실'(lost)된다. 반대 방향으로 이동된 조명의 제2이미지를 획득함으로써, 구경이 (예를 들어, 오른쪽으로) 이동될 수 있고, 따라서 제1이미지에서 '소실'된 공간 주파수는 q0 이상의 추가적인 주파수로 회복된다. 상기 두 이미지로부터 정보를 융합하여 해상도가 더 향상된 하나의 이미지를 얻게 된다. DDH는 위상 정보를 복잡한 이미지 파형으로 기록하기 때문에 두 (또는 그 이상의) 이미지들로부터 정보를 융합하여 매우 유리한 결과를 얻을 수 있다. 본 발명은 배향에 관계없이 일반적인 오브젝트 구조의 해상도를 향상시킨다.
본 발명은 정입사 및 사입사 조명 홀로그램 양자 모두를 자동적으로 캡쳐하는 기본적인 DDH 시스템의 확장을 포함한다. 본 발명은 또한 이들 홀로그램들의 결과들을 분석하고 융합시켜 종래의 DDH 기술 보다 더 나은 공간 해상도으로 관찰된 오브젝트를 표시하는 방법을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 오브젝트 빔(125)은 광축(127)과 평행하다. 상술한 바와 같이, 이러한 구조는 정입사 조명이라고 할 수 있다. 반면, 사입사 조명은 오브젝트 빔(125)이 광축(127)에 대하여 비스듬히 기울어져(소정의 각도로) 오브젝트(130)에 입사되는 경우(예를 들어, 도 3에서 설명된 오브젝트 빔(215, 305)의 경우)라고 할 수 있다. 사입사 조명을 얻는 방법은 여러 가지가 있다; 이하에서 제시된 방법은 단지 대표적인 예를 보여주기 위한 것이며, 따라서 본 발명이 하기의 예에 제한되는 것은 아니다.
도 2 및 3을 참조하면, 사입사 조명 DDH 장치의 일례가 도시되어 있다. 도 2 및 3에서는 도 1과 비교할 때 두 가지 중요한 변경이 있다. 첫 번째 변경은 레이저 광원(105), 빔 확장기/공간 필터(110), 및 렌즈(115)가 컴퓨터 제어 이동 가능한 봉입체(enclosure)(205)로 그룹 지어져 있다는 것이다. 상기 봉입체(205)는 광축(127)에 실질적으로 평행한 축을 따라 이동 가능하다. 보다 상세하게, 상기 봉입체(205)는 상기 빔분할기(120)에 수직인 평면과 실질적으로 동일 평면상의 축을 따라 이동 가능하다.
도 2 및 3에서, 두 번째 변경은 대물렌즈(210)가 추가된 것이다. 도 2에서 레이저 광원 봉입체(205)는 빔분할기(120)로부터 반사된 오브젝트 빔(125)이 상기 대물렌즈(210)의 중심을 관통하도록 위치한다. 그 다음, 상기 오브젝트 빔(125)은 상기 대물렌즈(210)를 떠나 오브젝트(130)에 입사하며, 그 중심이 상기 광축(127)에 있다. 이와 같은 구조에서 정입사 조명이 얻어지며, 도 2의 시스템은 도 1의 시스템과 효과상 동일하다.
그러나, 도 3에서는 상기 레이저 광원 봉입체(205)가 (위로) 이동하여 상기 오브젝트 빔(125)이 상기 대물렌즈의 중심을 벗어나 통과한다. 물론, 상기 레이저 광원 봉입체(205)는 아래쪽으로 이동할 수도 있다. 상기 대물렌즈(210)의 포커싱 특성 때문에, 오브젝트 빔(215)은 상기 대물렌즈(210)를 떠나 광축(127)에 대하여 비스듬히 기울어져 상기 오브젝트(130)에 입사하여 사입사 조명을 얻게 된다. 따라서, 상기 오브젝트 빔(215)은 상기 광축(127)에 실질적으로 평행하지 않게 상기 오브젝트(130)에 입사할 수 있다. 상기 오브젝트로부터 반사되는 오브젝트 빔(315)은 다시 상기 대물렌즈(215)를 축을 벗어나 관통하지만, 상기 대물렌즈(210) 및 포커싱 렌즈(150)의 광학 특성 때문에 여전히 CCD(미도시)에 포커싱된다. 상기 사입사 조명의 경우에, 회절 특성은, 상기 오브젝트 빔(315)과 기준 빔(135) 간의 간섭에 의하여 상기 CCD에 형성된 홀로그램이 정입사 조명을 이용할 때는 관찰되지 않는 오브젝트의 공간 주파수를 포함함을 함축한다.
따라서, 본 발명에 따른, 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지(fringe)를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 장치는 레이저; 상기 레이저에 광학적으로 결합되는 빔분할기; 상기 빔분할기에 광학적으로 결합되는 기준 빔 미러; 상기 빔분할기에 광학적으로 결합되는 오브젝트; 상기 기준 빔 미러와 상기 오브젝트 양자 모두에 결합되는 포커싱 렌즈; 상기 포커싱 렌즈에 광학적으로 결합되는 디지털 기록기; 그리고 푸리에 변환을 수행하고, 디지털 필터를 제공하며, 역 푸리에 변환을 수행하는 컴퓨터를 포함하며, 여기서 기준 빔은 상기 기준 빔 미러에 수직이 아닌 각으로 입사하고, 오브젝트 빔은 상기 포커싱 렌즈에 의하여 정의되는 광축에 대하여 비스듬히 기울어져 오브젝트에 입사하고, 다수의 동시적인 기준 파 및 오브젝트 파를 구성하는 상기 기준 빔 및 상기 오브젝트 빔은 상기 포커싱 렌즈에 의하여 상기 디지털 기록기의 포컬 면에 포커싱되어, 디지털 기록기에 의해 기록되는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 형성하며, 그리고 상기 컴퓨터는 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 상기 기록된 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축들을 푸리에 공간에서 변환하여 상기 기준 빔과 오브젝트 빔 사이의 각에 의하여 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치시키고 그리고 역 푸리에 변환을 수행하기 전에 본래의 원점(origin) 주변의 신호들을 절단한다. 상기 장치는 상기 빔분할기와 상기 오브젝트 사이에 광학적으로 결합되는(coupled) 대물렌즈를 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 오브젝트와 상기 포커싱 렌즈 사이에 결합되는 구경 조리개를 포함할 수 있다. 상기 빔분할기, 상기 기준 빔 미러 및 디지털 기록기는 마이켈슨 지오메트리(Michelson geometry)를 정의할 수 있다. 상기 빔분할기, 상기 기준 빔 미러 및 디지털 기록기는 마흐-제너(Mach-Zehner) 지오메트리를 정의할 수 있다. 상기 장치는 또한, 상기 컴퓨터에 결합되며 푸리에 변환을 수행하고 디지털 필터를 제공하며 역 푸리에 변환을 수행하는 디지털 저장 매체를 포함할 수 있다. 상기 디지털 기록기는 픽셀을 정의하는 CCD 카메라(350)를 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 레이저와 상기 빔분할기 사이에 광학적으로 결합되는 빔 확장기/공간 필터(230)를 포함할 수 있다. 상기 기준 빔과 상기 오브젝트 빔 사이의 각도 및 상기 포커싱 렌즈가 제공하는 배율은 상기 디지털 기록기가 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지(heterodyne fringe)를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램의 피처(feature)들을 분해(resolve)할 수 있도록 선택된다. 상기 디지털 기록기가 하나의 피처를 분해(resolve)하기 위해서, 각 프린지 당 두 개의 픽셀이 있는 두 프린지가 제공될 수 있다. 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 매체에서 구현되는, 상술한 장치가 제공하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른, 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램 기록 방법은: 레이저 빔을 기준 빔과 오브젝트 빔으로 분할하는 단계; 기준 미러에서 수직이 아닌 각도로 상기 기준 빔을 반사하는 단계; 포커싱 렌즈에 의해 정의되는 광축에 대해 비스듬히 기울어져 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사하는 단계; 다수의 동시적인 기준 파 및 오브젝트 파를 구성하는 기준 빔과 오브젝트 빔을 디지털 기록기의 포컬 면에서 포커싱 렌즈로 포커싱하여 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 형성하는 단계; 상기 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계; 푸리에 공간에서 상기 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 상기 기록된 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축을 상기 기준 빔 및 상기 오브젝트 빔 사이의 각으로 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치하도록 변환하고; 디지털 필터를 이용하여 본래 원점(origin) 주위의 신호를 제거하고; 그리고 역 푸리에 변환을 수행함으로써 상기 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 상기 기록된 공간적 헤테로다인 홀로그램을 푸리에 분석하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사시키기 이전에, 그리고 상기 포커싱 렌즈에 의하여 정의되는 광축에 대하여 비스듬히 기울어져 상기 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사시킨 이후에, 상기 포커싱 렌즈에 의하여 정의되는 광축에 대하여 비스듬히 기울도록 상기 대물렌즈로 상기 오브젝트 빔을 굴절시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 기록된 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축을 변환시키는 단계는 확장 푸리에 변환으로 변환시키는 것을 포함할 수 있다. 디지털 방식으로 기록하는 단계는 픽셀을 정의하는 CCD 카메라로 상기 빔을 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램은 사입사 조명 공간적 저주파 헤테로다인 홀로그램일 수 있다; 프레이즈 저주파(phrase low-frequency)는 기본적인 프린지 공간 주파수가 나이키스트 샘플링 한계점(Nyquist sampling limit) 이하임을 함축한다. 상기 방법은 또한 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지를 포함하는 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 데이터로서 저장하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 푸리에 분석된 공간적 헤테로다인 홀로그램을 재생하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 상기 푸리에 분석된 공간적 헤테로다인 홀로그램을 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 매체에서 구현되는, 상술한 방법으로 얻어진 공간적 헤테로다인 홀로그램을 포함할 수 있다.
빠른 습득
도 4에서는 상기 조명 소스 봉입체(enclosure)(120)가 물리적으로 이동하여, 상기 오브젝트 빔(130)이 상기 대물 렌즈(135)를 중심에서 벗어나도록 통과한다. 만약 단지 하나의 오브젝트 조명 소스가 사용된다면, 이는 연속적이고 다르게 조명되는 홀로그램들을 포착하기 위해 상기 오브젝트 조명 소소의 기계적인 움직임이 요구됨을 의미한다. 이러한 기계적인 움직임은 매우 느릴 수 있다. 상기 조명 소스의 기계적인 변위(displacement) 시간 제약적인 상황하에서 사입사 기술의 적용을 제한할 수 있다. 따라서, 고속의 사입사 조명 수행능력의 필요에 대해 대처하기 위한 접근이 또한 요구된다.
본 발명은 다이렉트-투-디지털 홀로그래피(DDH: direct-to-digital holography) 시스템에서 다중의, 서로 다르게 조명되는 홀로그램들의 결과들을 조합함으로써 종래 기술보다 고속으로 개선된 해상도의 홀로그래피 이미지를 획득하기 위한 장치 및 방법을 포함할 수 있다. 상기 발명은 다중의 조명 소스를 배치한다. 상기 발명은 다중의 조명 상태들을 획득하기 위해 물리적으로 위치된 다중의 소스를 포함할 수 있다. 상기 발명은 서로 다른 홀로그램들을 포착하기 위해서 빠르게 연속적으로 스위치를 끄고 켜는 다중의 컴퓨터 제어 소스들을 포함할 수 있다. 조명의 물리직인 변위 및 관련 시간 비용을 제거함으로써, 상기 발명은, 이미지 분해능이 개선되면서도, 이전의 사입사 조명이 적용 불가능했던 시간 제약적인 상황에서도 적용가능하도록 한다.
도 4를 참조하면, 상기 발명은 다중의 조명 소스들(120)을 포함할 수 있다. 도 4에서는 단지 대표적인 예로서 5개의 소스만을 배치한 것을 주목하자. 명백하게, 조명 소스의 수는 특정한 필요에 따라서 다양화될 수 있다. 상기 다중의 조명 소스들은, 어떠한 소자들의 물리적인 변위 없이도 다중의, 서로 다르게 조명되는 홀로그램들의 포착을 허용하면서 빠르게 연속적으로 켜고 끌 수 있도록, 컴퓨터 제어될 수 있다. 물리적인 변위에 비해 매우 적은 시간을 필요로 하는 상기 조명 소스들의 고속 스위칭(당업자에게는 자명함) 방법으로 인해 상기 결과는 실재적인 시간 절약법이다. 그러나, 상기 시스템은 추가적인 유연성을 위한 물리적 변위 능력을 여전히 유지할 수 있다. 다중의 조명 소스들을 고속 점화함으로써 제공되는 시간 절약으로, 상기 발명은 단지 단독-샷(single-shot) 이미지가 적용가능했던 이전의 시간 제약적인 상황에 다중-샷(mulitple-shot), 사입사 조명( 그리고 수반하는 해상도 개선)의 적용이 가능하도록 할 수 있다.
도 4에 도시된 상기 실시예는 다수의 사입사 조명 각을 통하여 고속 스위칭 기능을 수행하기 위한 구조로서 레이저의 스태거(staggered) 평면 어레이를 도시하지만, 다수의 사입사 조명 각을 통한 고속 스위칭을 위한 상기 구조는 다수의 사입사 조명 각을 통한 고속 스위칭 기능을 수행할 수 있는 임의의 다른 구조일 수 있고, 예를 들어, 평행 (평면) 어레이, 방사 (평면) 어레이, 또는 다각형 (평면) 어레이를 포함할 수 있다.
상술한 실시예들중 하나는 상기 오브젝트 빔이 상기 대물 렌즈 중심을 통하거나 중심을 벗어나 통하도록 상기 조명 소스, 빔 확장기/공간 필터 및 렌즈를 정렬하는 기능을 수행하는 구조로서 컴퓨터 제어, 이동가능한 봉입체를 도시하지만, 상기 소스, 빔 확장기/공간 필터 및 렌즈를 정렬하는 구조는 상기 오브젝트 빔이 상기 대물렌즈 중심을 통하거나 중심을 벗어나 관통하도록 상기 오브젝트 빔을 정렬하는 기능을 수행할 수 있는 임의의 구조일 수 있으며, 예시적으로, 사기 소스, 빔 화장기/공간 필터, 렌즈에 대하여 상기 빔분할기, 미러, 대물렌즈, 오브젝트, 포커싱 렌즈, CCD 카메라를 변위시킬 수 있는 이동가능한 플랫폼, 혹은 다른 예로서 일련의 이동형 광학 소자들(예를 들면, 미러), 또 다른 예로서 유연성 광섬유 그리고/또는 케이블 등이 있다.
본 발명에서 사용된 용어에 있어서 단수로 언급된 것들은 하나 이상을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 복수로 언급된 것들은 둘 이상을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서 '다른'으로 언급된 것들은 '제2의' 이상을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '포함하는 그리고/또는 갖는'은 포함하여 구성되는 (comprising : open language)을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '결합'은 비록 직접적이진 않더라도 그리고 반드시 기계적일 필요는 없는 '연결'을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '대략'은 적어도 주어진 값 (예를 들어, 바람직하게는 10% 이내, 더욱 바람직하게는 1% 이내, 가장 바람직하게는 0.1% 이내)에 가까운 값을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '실질적'은 주로(largely) 그러나 전적일(wholly) 필요는 없는 것을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '일반적'은 주어진 상태에 적어도 접근하는(approaching) 것을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '전개(deploying)'는 설계, 건축, 선적, 설치 그리고/또는 동작을 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, '수단'은 결과를 얻기 위한 하드웨어, 펌웨어(firmware) 그리고/또는 소프트웨어를 의미하는 것으로 정의한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 시스템상에서 실행되도록 설계된 일련의 명령어를 의미하는 것으로 정의한다. 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램에는 서브루틴, 기능(function), 프로시져(procedure), 오브젝트 방법(object method), 오브젝트 임플리멘테이션(object implementation), 실행 애플리케이션(executable application), 애플릿(applet), 소스 코드(source code), 오브젝트 코드(object code), 공유 라이브러리(shared library)/동적 로드 라이브러리(dynamic load library) 그리고/또는 기타 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템상에서 실행되도록 설계된 일련의 명령어를 포함한다. 본 발명에서 사용된 용어에 있어서, 저-주파는 기본 프린지 공간 주파수가 니이키스트 샘플링 한계점(Nyquist sampling limit) 미만임을 함축하는 것으로 정의한다.
본 발명의 실제적 응용
본 발명이 기술적 가치가 있는 실제적 응용 분야는 계측 분야이다. 본 발명은 반도체 검사와 같이 마이크로전자적 (기계적) 제조와 관련하여 유용하다. 본 발명은 또한 나노시각화(nanovisualization), 나노측정(nanomeasurement) 등과 같이 나노테크놀러지 연구, 개발 및 제조와 관련하여 유용하다. 본 발명은 디지털 처리 그리고/또는 디지털 데이타 획득, 예를 들어 전자 홀로그래피에 기초한 다이렉트-투-디지털 홀로그래피 기구 등의 간섭계와 관련하여 유용하다. 모든 것을 상세하게 언급할 수는 없겠지만 본 발명은 무수히 다양한 용도가 있다.
본 발명의 이점
본 발명의 실시예를 나타내는 방법, 장치 그리고/또는 컴퓨터 프로그램은 비용 절감 적일 수 있고, 그리고 적어도 하기 이유를 위해 이로울 수 있다. 본 발명은 다중의 조명 소스들을 제공한다. 상기 본 발명은 다중의 다르게 조명되는 홀로그램의 고속 캡쳐를 제공한다. 상기 발명은 오브젝트 조명의 컴퓨터 제어를 제공할 수 있다. 상기 발명은 다중 홀로그램들의 결과들의 융합을 제공할 수 있다. 상기 발명은 현저하게 개선된 이미지 해상도를 제공할 수 있다. 상기 발명은 이전 장치에 비해 질을 개선 그리고/또는 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 제시된 본 발명의 모든 실시예는 그 기재 내용에 비추어 과도한(undue) 실험 없이 실시되고 이용될 수 있다. 본 발명은 여기서 인용된 이론적인 언급에 의하여 제한되지 않는다. 본 발명자들이 고려한 본 발명의 구현을 위한 최적의 실시예가 기재되었지만 본 발명의 실제 응용은 이에 제한되지 않는다. 따라서, 당업자라면 여기서 언급된 특정 사항과는 다르게 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 개별 구성 요소들은 상술한 구조에 따라 결합될 수 있을 뿐만 아니라 가능한 모든 구조로도 결합될 수 있을 것이다. 또한, 상술한 단계 또는 일련의 단계에는 변형이 있을 수 있다. 또한, 상술한 장치는 개별적인 모듈이 될 수도 있지만, 관련된 시스템에 병합될 수도 있다. 뿐만 아니라, 각각의 실시예에서 언급된 모든 요소 및 특징들은 그러한 요소 및 특징들이 서로 배타적이지 않는다면 다른 실시예서 언급된 요소 및 특징들과 병합되거나 대체될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위에서 본 발명의 다양한 치환, 변경, 부가 그리고/또는 재구성이 가능하다. 후술하는 특허청구범위에 의하여 정의되는 기술적 사상 및 그 등가물은 상기 모든 치환, 변경, 부가 그리고/또는 재구성을 포괄한다.
후술하는 특허청구범위는 한정 사항이 청구항 내에서 '~ (기능) 수단' 그리고/또는 '~ (기능) 단계'라고 명시적으로 언급되지 않는 한 기능식 한정요소(mean-plus-function limitation)를 포함하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 본 발명의 하위 개념의 실시예는 특허청구범위의 종속항 및 그 등가물에 의하여 구체화된다. 본 발명의 특정 실시예는 특허청구범위의 종속항 및 그 등가물에 의하여 구별된다.
참조 문헌
(1) Goodman, Joseph W., "Introduction to Fourier Optics", McGraw-Hill, 1998.
(20) Voelkl, E. et al., "Introduction to Electron Holography", Kluwer Acdemics/Plenum Publisher, 1999.
(3) Eugene Hecht, "Optics, Third Edition", Addison-Wesley, 1998, page 465-469; 599-602.
Claims (20)
- 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법으로서:간섭계의 제 1 조명 소스에 의해 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계와; 그리고간섭계의 제 2 조명 소스에 의해 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 간섭계의 제 1 조명 소스에 의해 상기 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계는 오브젝트로부터 오브젝트 빔을 반사시키기 전에 대물렌즈를 이용하여 상기 오브젝트 빔을 포커싱 렌즈에 의해 정의된 광축에 대해 소정의 제 1 각도로 굴절시키는 단계와, 그리고 상기 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사시킨 후에 상기 대물렌즈를 이용하여 상기 오브젝트 빔을 상기 포커싱 렌즈에 의해 정의된 상기 광축에 대해 상기 소정의 제 1 각도로 굴절시키는 단계를 포함하며; 그리고상기 간섭계의 제 2 조명 소스에 의해 상기 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 방식으로 기록하는 단계는 상기 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사시키기 전에 상기 대물렌즈를 이용하여 상기 오브젝트 빔을 상기 포커싱 렌즈에 의해 정의된 상기 광축에 대해 소정의 제 2 각도로 굴절시키는 단계와, 그리고 상기 오브젝트로부터 상기 오브젝트 빔을 반사시킨 후에 상기 대물렌즈를 이용하여 상기 오브젝트 빔을 상기 포커싱 렌즈에 의해 정의된 상기 광축에 대해 상기 소정의 제 2 각도로 굴절시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 제 1항에 있어서,푸리에 공간(Fourier space)에서 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축들을 변환하여 기준빔과 오브젝트 빔 사이의 각에 의해 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치시키고, 디지털 필터를 적용하여 본래 원점(original origin) 주위의 신호들을 차단하고, 그리고 역푸리에 변환을 수행함으로써 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 푸리에 분석하는 단계와; 그리고푸리에 공간에서 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축들을 변환하여 상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔 사이의 각에 의해 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치시키고, 디지털 필터를 적용하여 본래 원점 주위의 신호들을 차단하고, 그리고 역푸리에 변환을 수행함으로써 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 푸리에 분석하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 푸리에 분석된 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 상기 푸리에 분석된 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램과 융합하여 단일 합성 이미지를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 삭제
- 제 4항에 있어서, 상기 단일 합성 이미지를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 푸리에 분석을 위한 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 제 1 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 데이터로서 저장하고 상기 푸리에 분석을 위한 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 제 2 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 디지털 데이터로서 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 각각 포함하는 복수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 기록하는 방법.
- 삭제
- 삭제
- 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치에 있어서:다수의 조명 소스들과;상기 다수의 조명 소스들에 광학적으로 결합된 빔분할기와;상기 빔분할기에 광학적으로 결합된 기준 빔 미러와;상기 기준 빔 미러에 광학적으로 결합된 포커싱 렌즈와;상기 포커싱 렌즈에 광학적으로 결합된 디지털 기록기와; 그리고푸리에 변환을 수행하고, 디지털 필터를 적용하고, 그리고 역 푸리에 변환을 수행하는 컴퓨터를 포함하여 구성되며,여기서, 기준 빔이 상기 기준 빔 미러에 수직이 아닌 각(non normal)으로 입사되고, 오브젝트 빔이 상기 포커싱 렌즈에 의해 정의되는 광축에 대해 소정의 각도로 오브젝트에 입사되고,상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔은 포커싱 렌즈에 의해 상기 디지털 기록기의 포컬면에 포커싱되어 상기 디지털 기록기에 의해 기록되는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 사입자 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램을 형성하며, 그리고상기 컴퓨터는 푸리에 공간에서 상기 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 기록된 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램의 축들을 변환하여 상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔 사이의 각에 의해 정의되는 헤테로다인 캐리어 주파수의 정상에 위치시키고, 본래 원점 주위의 신호들을 차단하고, 그리고 상기 역 푸리에 변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 빔분할기와 상기 오브젝트 사이에 광학적으로 결합된 대물렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 다수의 조명 소스들 각각은 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 다수의 조명 소스들 각각은 상기 컴퓨터에 의해 스위치 가능하게 제어되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 다수의 조명 소스들은 상기 빔분할기에 상대적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 빔분할기, 상기 기준 빔 미러 그리고 상기 디지털 기록기는 마이켈슨 지오메트리(Michelson geometry)를 구성하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 빔분할기, 상기 기준 빔 미러 그리고 상기 디지털 기록기는 마흐-제너(Mach-Zehner) 지오메트리를 구성하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 푸리에 변환을 수행하고, 상기 디지털 필터를 적용하고, 그리고 상기 역 푸리에 변환을 수행하기 위해 상기 컴퓨터에 결합된 디지털 저장 매체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 10항에 있어서, 상기 디지털 기록기는 픽셀들을 정의하는 CCD 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
- 제 18항에 있어서, 상기 디지털 기록기가 상기 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 상기 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램의 피처들을 분해(resolve)할 수 있도록 상기 기준빔과 상기 오브젝트 빔 사이의 상기 각과, 그리고 상기 포커싱 렌즈에 의한 배율이 선택되며, 그리고 각각 두 개의 픽셀들을 구비하는 두 개의 프린지들이 제공되는 것을 특징으로 하는 푸리에 분석을 위한 공간적 헤테로다인 프린지들을 포함하는 다수의 사입사 조명 공간적 헤테로다인 홀로그램들을 디지털 방식으로 기록하는 장치.
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