KR100876359B1 - 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템 - Google Patents

결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 관한 것으로서, 전자기파를 발생시키는 광원과, 광원으로부터의 전자기파를 제1빔과 제2빔으로 분할하는 분할수단과, 제2빔을 구면파로 변환하여 촬영대상물에 투사하는 대물렌즈와, 제1빔과 촬영대상물에서 반사된 제2빔이 교차하는 경로에 위치하며, 제1빔과 촬영대상물에서 반사된 제2빔을 상호 중첩시켜 간섭신호를 생성하는 빔스플리터와, 간섭신호를 전류신호로 변환하는 광검출기와, 전류신호를 처리하여 간섭신호로부터 촬영대상물의 영상을 생성하는 신호처리기;를 포함한다. 이에 의해, 수평 분해능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 레이라이 한계를 극복할 수 있다.
결맞음, 처프된 레이저빔, 콜리메이터, 빔스플리터, 기준빔렌즈, 대물렌즈, 집광기, 광검출기, 신호처리기

Description

결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템{OPTICAL IMAGING SYSTEM BASED ON COHERENCE FREQUENCY DOMAIN REFLECTOMETRY}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이캘슨 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
도 2(a)와 도 2(b)는 촬영대상물을 스캔하기 위한 반사구조의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이캘슨 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도로서, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 비해 수평 분해능이 두 배 향상된 실시예이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 마크젠터 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 인-라인 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 마이캘슨 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 인-라인 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 중계장치가 장착된 구성도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 광학계 10 : 레이저 발생기
15 : 콜리메이터 20 : 빔스플리터
25 : 대물렌즈 30 : 반사경
40 : 집광기 45 : 광검출기
50 : 신호처리기 60 : ADC
65 : 신호처리부 70 : 저장부
75 : 디스플레이부 80 : 대물판 제어부
100 : 보조간섭계 105 : 제1광커플러
110 : 제2광커플러 115 : 광검출부
120 : 파워보정장치 125 : 제3광커플러
130 : 파워검출기 135 : 차동증폭기
본 발명은 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수평 분해능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 레이라이 한계를 극복할 수 있도록 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영 상 시스템에 관한 것이다.
결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 흡수, 산란, 손실, 복굴절, 그리고 스펙트럼 분석과 같은 미시적인 구조의 광학적 특성을 고해상도로 구상화하는 강력한 방법으로 대두되고 있다.
종래의 광영상 시스템에서는, 연속파(continuous-wave) 레이저빔의 반송주파수가 시간에 따라 반복적으로 선형적으로 처프되고, 선형 처프된 레이저빔은, 기준빔과, 관찰되는 촬영대상물에 투사되는 응답지령빔으로 분할된다.
촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔은 시간 지연이 발생하고, 이에 따라, 응답지령빔과 기준빔 사이에는 유한한 주파수 차이가 존재한다. 이 때, 주파수 차이의 크기는 촬영대상물 단면의 깊이 위치와 선형적으로 비례하기 때문에, 주파수 차이의 크기를 이용하면 촬영대상물 단면의 깊이 위치를 파악할 수 있다.
예를 들어, 주파수 처프율이 S Hz/sec일 때, 반사된 응답지령빔이 τ의 시간만큼 지연되면, 반사된 응답지령빔이 광검출기에서 기준빔과 간섭될 때, 반사된 응답지령빔과 기준빔은 δf=S*τ의 광 주파수 차이를 만들어 낸다. 따라서, δf는 기준빔과, 반사된 응답지령빔의 상대적 주파수 차이로 정의된다. 그리고 주파수 차이에 대응되는 경로 차, 즉 촬영대상물 단면의 깊이 위치 Δz는 Δz=c*δf/2S로 결정할 수 있다. 여기서 c는 투과 매질에서의 빛의 속도이다.
이러한 기존의 광 주파수 영역 반사파 계측법 시스템에서는 광검출기 비트 노트(beat note)를 검출하고 전자 스펙트럼 분석기(electronic spectrum analyzer) 및/또는 고 강도 연산의 페스트 프리에 변환(Fast Fourier Transformation)을 이용 하여 비트 주파수를 판독하여 촬영대상물 단면의 깊이 위치와 관찰위치의 거리 차, 즉 Δz와 촬영대상물의 반사율을 알아낸다.
이를 위해, 먼저 촬영대상물은 응답지령빔에 의해서 수평 방향으로 스캔되고, 각 수평 스캔 위치에 따라 깊이 위치와 반사율을 레코딩하여 촬영대상물의 3차원 영상 정보를 얻어낸다.
광 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에서는 촬영대상물의 깊이 위치와 반사율 정보가 광 주파수 차이 영역 (optical frequency difference domain)에 인코드(encode)되어 있기 때문에, 광 레인지 시스템에 기초한 직접 검출에 사용되는 고속 전자장비가 필요하지 않다. 또한, 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에 기초한 기술은, 이상적으로는 움직이는 부분이 없으므로 잠재적으로 고속 영상이 가능하다.
한편, 광 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에서 깊이 분해능은, 광 비트 노트 주파수(optical beatnote frequency) 측정에 사용되는 광검출기와, 레이저빔의 처프율에 의해서 결정된다.
그러나 종래의 광영상 시스템은, 촬영대상물의 공간적인 정보를 추출시, 높은 수평 분해능을 얻기 위해서 대물렌즈에 의해서 응답지령빔의 초점이 맞추어져야 한다. 따라서, 촬영대상물의 깊이 영역(depth range)은 대물렌즈를 통과한 응답지령빔의 초점 영역, 즉 레이라이 영역(Rayleigh range) 안에 있어야 한다.
그런데 수평 분해능을 결정하는 스팟 크기는 응답지령빔의 초점 영역의 크기에 비례한다. 즉, 응답지령빔의 스팟 크기와 초점 영역은 일반적인 레이라이 한계 로 결정된다. 여기서, 스팟 크기Δr는
Figure 112008029383614-pat00001
이고, 초점 영역 ZR은
Figure 112008029383614-pat00002
이며, λ는 빔의 파장, a는 빔의 반지름, f는 대물 렌즈의 초점거리이다.
따라서, 초점 영역 ZR을 증가시키려면 수평 분해능이 나빠지고, 수평분해능을 높이려 하면 초점 영역이 짧아진다. 실례로, 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법을 응용한 3차원 현미경의 경우, 높은 수평 분해능이 요구됨에 따라 초점영역이 심각하게 제한되어 있다. 이에 따라, 촬영대상물을 스캔하는 시간이 연장되게 된다.
이와 같은 종래 기술의 한계를 극복하고 긴 깊이 영역에서의 높은 수평 분해능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 스팟 크기를 확대시키고 초점 영역을 증가시킬 수 있는 방법을 모색하여야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 긴 깊이 영역에서의 높은 수평 분해능을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 스팟 크기를 확대시키고 초점 영역을 증가시킬 수 있는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전자기파를 발생시키는 광원; 상기 광원으로부터의 전자기파를 제1빔과 제2빔으로 분할하는 분할수단; 상기 제2빔을 구면파로 변환하여 촬영대상물에 투사하는 대물렌즈; 상기 제1빔과 상기 촬영대상물로부터 반사된 상기 제2빔이 교차하는 경로에 위치하며, 상기 제1빔과 상기 촬영대상물에서 반사된 상기 제2빔을 상호 중첩시켜 간섭신호를 생성하는 빔스플리터; 상기 간섭신호를 전류신호로 변환하는 광검출기; 및, 상기 전류신호를 처리하여 상기 간섭신호로부터 상기 촬영대상물의 영상을 생성하는 신호처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
상기 광원은 주파수 처프된 전자기파를 출력하는 레이저 발생기일 수 있다.
삭제
상기 빔스플리터와 상기 광검출기 사이에 배치되며, 상기 빔스플리터를 투과한 상기 기준빔과 상기 응답지령빔을 공간적으로 집적하는 집광기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1빔을 구면파로 변환시키는 기준빔 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 대물렌즈는 상기 분할수단과 상기 빔스플리터 사이, 또는 상기 빔스플리터와 상기 촬영대상물 사이에 배치될 수 있다.
상기 광검출기는 상기 응답지령빔과 상기 기준빔의 간섭신호 패턴의 세기에 대응되는 전류신호를 생성하는 포토다이오드인 것이 바람직하다.
상기 신호처리기는, 상기 광검출기로부터의 전류신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC와, 상기 ADC로부터 제공된 신호 또는 저장부에 저장된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 영상을 복원하는 신호처리부를 포함할 수 있다.
상기 전류신호는 상기 촬영대상물의 단면 영상과, 제한된 크기의 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
상기 신호처리부는, 상기 촬영대상물의 단면 영상을 상기 인코드된 패턴과 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수와의 콘볼루션으로 복원할 수 있다.
상기 신호처리기는, 상기 신호처리부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 처리가 완료될 때마다 또는 상기 저장부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 신호의 저장이 완료될 때마다 상기 촬영대상물이 안착되는 대물판의 위치를 변경하기 위한 제어신호를 발생시키는 대물판 제어부와, 상기 신호처리부에서 처리된 상기 촬영대상물의 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 신호처리기는, 상기 신호처리부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 처리가 완료될 때마다 또는 상기 저장부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 신호의 저장이 완료될 때마다 상기 대물렌즈에 인접하게 배치되는 반사판의 위치를 변경하기 위한 제어신호를 발생시키는 반사판 제어부와, 상기 신호처리부에서 처리된 상기 촬영대상물의 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 광원으로부터 출력된 전자기파의 경로 상에는 상기 전자기파를 전달하는 중계장치가 설치될 수 있다.
상기 중계장치는, 영상 또는 신호의 전달이 가능한 렌즈, 프리즘, 거울, 영상 가이드 요소 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 대물렌즈와 상기 촬영대상물 사이에 상기 대물렌즈의 광축에 대해 요구 되는 각도를 가지고 경사지게 배치되며, 각각의 각도를 조절하여 상기 응답지령빔의 투사위치를 변경하는 제1 및 제2 반사판을 더 포함할 수 있다.
상기 빔스플리터와 상기 대물렌즈 사이에 상기 대물렌즈의 광축에 대해 요구되는 각도를 가지고 경사지게 배치되며, 각각의 각도를 조절하여 상기 응답지령빔의 투사위치를 변경하는 제1 및 제2 반사판을 더 포함할 수 있다.
상기 광원으로부터 출력된 상기 전자기파의 비선형성을 보상하는 보조간섭계를 더 포함할 수 있다.
상기 보조간섭계는 상기 광원으로부터의 전자기파 중 일부를 분리하는 제1광커플러와, 상기 제1광커플러로부터 전달된 전자기파를 분리하는 제2광커플러와, 제2광커플러로부터의 전자기파를 전류신호로 변환하여 보조간섭신호를 생성하는 광검출부를 포함할 수 있다.
상기 ADC는 상기 광검출부로부터의 보조간섭신호와, 상기 광검출기로부터의 간섭신호를 샘플링할 수 있다.
상기 신호처리부는, 상기 ADC에서 샘플링된 보조간섭신호를 이용하여 주파수 휩씀을 보정하는 새로운 시간축을 형성할 수 있다.
상기 전자기파의 세기 요동을 완화하기 위한 파워보정장치를 더 포함할 수 있다.
상기 파워보정장치는, 상기 광원으로부터의 레이저빔을 분할하는 제3광커플러와, 상기 레이저빔의 출력 세기를 측정하는 파워검출기와, 상기 광검출기로부터의 전류신호와 상기 파워검출기에서 측정된 레이저빔의 출력 세기와의 차이를 출력 하는 차동증폭기를 포함할 수 있다.
상기 파워검출기의 출력이 상기 광원으로 전달되어 상기 전자기파의 세기를 조정하는데 사용될 수 있다.
상기 ADC는 상기 차동증폭기에서 출력된 차이를 샘플링하고, 상기 신호처리부는 상기 ADC에서 샘플링된 차이를 반영하여 상기 광검출기로부터 제공된 전류신호를 처리할 수 있다.
상기 기준빔의 경로, 상기 응답지령빔의 경로, 상기 간섭신호의 경로 중 하나에는 상기 전자기파를 선 형태로 변환하는 선변환수단이 배치될 수 있다.
상기 분할수단으로부터 분할된 상기 전자기파를 평행광으로 변환시켜 상기 빔 스플리터로 제공하는 제1콜리메이터;를 더 포함할 수 있다.
상기 분할수단으로부터 분할된 상기 전자기파를 평행광으로 변환시켜 상기 빔 스플리터로 제공하는 제2콜리메이터;를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 종래 결맞음 주파수 영역 반사파 계측 기술의 한계를 극복하기 위해, 촬영대상물의 단면영상에 대한 프레넬 존 패턴(Fresnel zone pattern) 인코딩(encoding) 방법을 사용한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
본 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템 은, 빔스플리터(20)가 대물렌즈(25) 전에 위치한 마이캘슨 간섭계(Michelson interferometer)에 기초한 실시예이다. 제1실시예에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은 광학계(1), 보조간섭계(100), 파워보정장치(120)를 포함한다.
광학계(1)는, 광원(10), 콜리메이터(15), 빔스플리터(20), 반사경(30), 대물렌즈(25), 대물판(35), 집광기(40), 광검출기(45), 신호처리기(50)를 포함한다.
광원(10)은, 물체의 단면영상을 추출하기 위한 전자기파를 발생시키며, 후술할 실시예에서는 설명의 편의성을 도모하기 위해 광원의 일예로서 레이저를 발생시키는 레이저 발생기(10)를 예로 들어 설명한다. 본 기술 분야에 알려진 일반적인 기술을 이용한 다른 형태의 광원이 사용가능함은 물론이다.
레이저 발생기(10)는, 처프(chirp)된 주파수를 가지는 연속 혹은 펄스형 레이저빔을 발생시키기 위해, 레이저 원(laser source)과, 분산기(dispersive element)를 포함한다. 일반적으로 광단층 촬영시스템의 깊이 분해능은 광검출기(45)와 레이저빔의 처프율에 의해서 결정된다. 그리고 레이저빔의 주파수 처프율을 향상시키기 위해서는 넓은 광 스팩트럼을 짧은 시간 간격에 스캔하여야 한다.
레이저 주파수를 처핑(chirping)하는 일반적인 기술에는 음향-광 주파수 천이기(acousto-optical frequency shifter)와, 튜너블 레이저(tunable laser)가 있다. 그러나 튜너블 레이저는 긴 스캐닝 시간(약 0.1 ms)이 요구되며, 음향-광 주파수 천이기의 대역폭(band width)은 심하게 제한되어 있다. 따라서, 이 두 가지 장치에 의해서는 우수한 주파수 처프율을 얻을 수 없다.
이에 따라, 우수한 주파수 처프를 얻기 위해서 링 레이저 구조를 이용해 넓은 파장 영역을 갖는 에르븀-도프 광 섬유 증폭기(Erbium-doped Fiber Amplifier)나 반도체 증폭기(semiconductor amplifier)같은 이득 매질에 피에조일랙트릭(piezoelectric) 구동기에 의해 구동되는 빠른 조율이 가능한 페브리-페롯 필터(tunable Fabry-Perot filter)같은 선택 파장을 조율할 수 있는 필터를 광 섬유로 연결하고 필터의 선택파장을 시간주기에 따라 연속적으로 변화시켜 광섬유 출력 커플러를 통해 출력되는 레이저 주파수를 빠르게 처프하는 방법의 레이저 발생기(10)가 있다.
이와 같이, 본 실시 예에서는 레이저 원으로서 링 레이저 구조의 레이저 발생기(10)가 적용되고 있으나, 레이저 공진기 내부 또는 외부에 분산 매질을 위치시키고 분산매질의 분산특징을 시간주기에 따라 고속의 갈바노 스캐너 등을 이용해 짧은 시간에 연속적으로 변화시켜 레이저 주파수를 빠르게 처프하는 방법의 레이저 발생기가 사용될 수도 있다.
또한, 레이저 원으로서 펄스레이저를 사용하는 레이저 발생기가 사용될 수도 있다. 여기서, 펄스레이저는 넓은 스펙트럼 폭을 가지고 있고 용이하게 1ns 보다 짧은 간격을 획득할 수 있으므로, 깊이 분해능을 향상시킬 수 있다.
또한, 분산기로서 광 섬유나 격자 쌍(grating pair)을 이용하여 펄스레이저의 주파수를 처프한다. 분산기는 광 섬유의 뻗침, 격자 쌍 분산, 바이어스 전류의 직접 모듈레이션과 같은 분산 메커니즘을 이용하여 펄스레이저를 주파수 처프하여 전자기파를 방출한다. 이 때, 분산기는 펄스레이저의 각각 상이한 스펙트럼 요소 들은 서로 다른 시간에 출현하게 함으로써 레이저 주파수의 선형 처핑이 가능하도록 한다.
일예로, 2km 길이의 단일 모드 광 섬유의 뻗침에 2ps 시간 폭을 갖는 펄스를 방출하는 Ti:Sapphire 레이저의 펄스를 통과시킴으로써, 최대 1021Hz/s의 주파수 처프율을 얻을 수 있다. 또한, 자기 위상 모듈레이션(self-phase modulation)과 분산(dispersion)의 상호작용을 통해 광섬유 출력에서 600 ps로 펄스레이저의 펄스폭이 확장된다.
이러한 레이저 발생기(10)에서 방사되는 레이저빔의 전기장(electric field)은 다음의 수학식 1로 표현된다.
Figure 112008029383614-pat00003
여기서 A(t)는 전기장의 크기(amplitude),
Figure 112008029383614-pat00004
는 중앙 주파수(nominal center frequency), t는 시간, φ(t)는 전기장의 위상으로서 시간에 따라 반복되는 주파수 처핑을 나타낸다. A(t)는 상수(constant)로 설정될 수 있고, 레이저의 파워 요동(fluctuation)은 레이저의 출력을 모니터링하여 보정할 수 있다.
콜리메이터(15)는, 레이저 발생기(10)에서 시간에 따라 반복적으로 처핑된 레이저 빔을 평행광으로 변환하여 빔스플리터(20)로 제공한다.
빔스플리터(20)는, 콜리메이터(15)에서 출력된 평행광을 기준빔과 응답지령 빔으로 분리한다. 빔스플리터(20)는, 입력된 평행광 중 일부를 반사하여 기준빔을 형성하고, 일부를 통과시켜 응답지령빔을 형성한다. 이 때, 기준빔은 반사경(30)으로 제공되고, 응답지령빔은 대물렌즈(25)를 통해 촬영대상물로 제공된다.
대물렌즈(25)는 콜리메이터(15)와 평행한 위치에 배치되며, 빔스플리터(20)를 통과한 응답지령빔을 집광한다. 이 때, 대물렌즈(25)를 통과한 응답지령빔의 공간분포(spatial distribution)는 구면파(spherical wave)가 된다. 따라서, 대물렌즈(25)를 통과한 응답지령빔은 초점을 형성하며, 초점은 촬영대상물이 안착되는 대물판(35)의 전방에 형성된다.
대물렌즈(25)를 통과하여 구면파가 된 응답지령빔은 다음의 수학식 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00005
여기서 zo는 대물렌즈(25)의 초점거리(focal length),
Figure 112008029383614-pat00006
는 구면파의 반-뿔각(half corn angle),
Figure 112008029383614-pat00007
는 촬영대상물 공간(sample space)의 수평 좌표계와 축 좌표계이다. 여기서, 수평 좌표계의 원점은 대물렌즈(25)의 중심 축이고, 축 좌표계의 중심은 렌즈의 앞-초점(37)(front focal point)으로부터 zo만큼 떨어진 곳이다. λ는 빔의 파장(wavelength)이고, x≤1 일 때 circ(x)=1이고 다른 영역에서는 0이다. 그리고 응답지령빔의 구면파 수차(numerical aperture)는
Figure 112008029383614-pat00008
이며, 여기서 a는 콜리메이터(15)에서 변환된 평행광의 반지름이다.
이러한 대물렌즈(25)를 레이저 발생기(10)로부터 발산된 레이저빔의 경로상에 적당한 위치에 배치시키면 콜리메이터(15) 없이 구면파를 형성할 수도 있다.
응답지령빔은 수평 스캐닝을 통해 대물판(35) 위에 놓여있는
Figure 112008029383614-pat00009
의 반사율(reflection coefficient)을 갖는 촬영대상물을 스캔한다.
촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔은
Figure 112008029383614-pat00010
으로 주어지며, 반사된 응답지령빔은 대물렌즈(25)를 통과하여 빔스플리터(20)에서 반사된다. 즉, 대물렌즈(25)의 영상면(38)에 구면파의 공간분포를 갖는 응답지령빔이 조사된 촬영대상물의 상으로 맺혀진다. 이 때, 대물렌즈(25)는 구면파의 공간분포를 갖는 응답지령빔에 의해 조명된 촬영대상물의 상을 대물렌즈(25)의 영상면(38)에 형성하는 역할을 한다. 여기서,
Figure 112008029383614-pat00011
는 대물판(35)의 시간에 따른 즉각적인 이동 위치(instantaneous translated location)이다. 이 때 응답지령빔은 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00012
여기서
Figure 112008029383614-pat00013
는 영상면(38)의 수평 좌표계와 축 좌표계이다. 여기서, 수평 좌표계의 원점은 대물렌즈(25)의 중심축이고 축 좌표계의 중심은 대물렌즈(25)의 뒷-초점(36)(back focal point)으로부터 zo만큼 떨어진 곳이고, Δt1는 촬영대상물의 단면으로부터 영상면(38)까지의 빛의 비행시간(flight time)이다.
대물판(35)은 촬영대상물이 안착되는 판이며, 대물판(35)을 수평 이동시켜 응답지령빔이 촬영대상물을 수평 스캐닝하게 할 수 있다.
한편, 이렇게 대물판(35)을 이동시키는 경우, 대물판(35)의 구동을 위해 별도의 구동장치가 마련되며, 구동장치는 신호처리기(50)의 대물판 제어부(80)로부터의 제어신호에 따라 동작하여 대물판(35)을 이동시킨다.
이렇게 대물판(35)을 이동시키는 대신, 대물판(35)을 고정시킨 상태에서 대물렌즈(25)의 전방이나 후방에 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 마련할 수 있다.
반사구조로는, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(25)의 후방에 한 쌍의 반사판(90)을 대물렌즈(25)의 판면방향을 따라 소정 간격을 두고 평행하게 배치하고, 반사판(90)의 회전각도를 조절하여 응답지령빔을 촬영대상물을 가로질러 이동시킴으로써, 응답지령빔이 촬영대상물을 스캐닝할 수 있도록 한다. 다른 반사구조로는, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 대물렌즈(25)의 전방에 한 쌍의 반사판(95)을 배치하여 응답지령빔이 투사되는 위치를 변경할 수 있다. 이렇게 반사판(90, 95)을 이동시키는 경우, 반사판(90, 95)의 구동을 위해 별도의 구동장치가 마련되며, 구동장치는 신호처리기(50)에 마련되는 반사판 제어부(미도시)로부터의 제어신호에 따라 동작하여 반사판(90, 95)을 이동시킬 수 있다.
이외에도 렌즈를 이동시키거나, 전자광 편향기(electrooptic deflector)를 이용하는 등 다양한 방법을 이용하여 촬영대상물을 스캐닝할 수 있다. 그리고 도 2(a)와 도 2(b)에서는 2차원 스캐닝을 기준으로 도시하였으나, 한 방향만으로 굴절시켜 1차원 디지털 디코딩으로 복원하여 1차원 선에 따른 깊이 영상인 2차원 단면영상을 얻을 수도 있다.
한편, 촬영대상물의 깊이 범위가 주파수 처프된 레이저빔의 결맞음 길이보다 짧은 경우에는 대물판(35)은 수직의 축 방향으로 이동할 필요가 없다. 그러나, 촬영대상물의 깊이 범위가 주파수 처프된 레이저빔의 결맞음 길이보다 긴 경우, 촬영대상물의 전 깊이 범위에 대해 촬영대상물의 3차원 영상정보를 추출하기 위해서는, 일련의 수직의 축 존(axial zone)에 대해서 촬영대상물의 3차원 영상을 스캐닝할 필요가 있다. 이 경우, 대물판(35)을 촬영대상물의 수직의 축 방향에 따라 이동시켜 일련의 축 존에 대해서 촬영대상물의 3차원 영상을 스캐닝한다. 이에 따라, 촬영대상물의 전 깊이 영역이 레이저빔의 결맞음 길이보다 긴 촬영대상물의 전 깊이 영역에 대한 3차원 영상을 얻어낼 수 있다.
한편, 반사경(30)은 기준빔을 반사하여 다시 빔스플리터(20)로 제공한다. 빔스플리터(20)에서는 기준빔을 통과시켜 집광기(40)로 제공한다. 이 때, 기준빔은 콜리메이터(15)에서 변환된 상태인 평행광이다.
영상면(38)에 도달한 기준빔은 다음의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00014
여기서 Δt2는 반사경(30)으로부터 영상면(38)까지의 기준빔의 비행시간(flight time)이다. 기준빔은 제한된 크기를 갖는 평면파(plane wave)이고, 콜리메이터(15)를 사용하지 아니하고 레이저 발생기(10)로부터 발산하는 레이저빔의 기준빔 경로상에 렌즈를 위치시킴으로써 평면파를 형성할 수도 있다.
이렇게 각각 영상면(38)에 도달한 응답지령빔과 기준빔은 영상면(38)에서 상호 간섭되며, 평행광인 기준빔의 공간분포와 구면파인 응답지령빔의 공간분포가 간섭되어 간섭신호를 형성한다.
집광기(40)는 간섭신호를 공간적(spatially)으로 집적(integrated)한다.
광검출기(45)는 공간적으로 집적된 간섭신호를 전류신호로 변환하며, 이 때, 광검출기(45)는 공간적으로 집적된 간섭신호의 패턴의 세기에 따라 전류를 생성한다. 광검출기(45)는 광다이오드를 사용하여 구현할 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 제한되지 않으며 광검출기(45)는 광증배관(photo-multiplier tube)을 사용하여 구현할 수 있다.
광검출기(45)에서 생성되는 전류신호는 다음의 수학식 5로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00015
여기서 Re[]는 복소수의 실수 부분을 추출하는 연산을 나타내고, τ=Δt1-Δt2 는 반사경(30)으로부터 반사된 기준빔과 촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔과의 경로 차에 따른 상대적 비행시간 차이다. 여기서, τ는 촬영대상물의 상대적인 거리에 비례하므로, Δz≒ cτ/2n 이 되며, c는 진공에서 빛의 속도이고, n은 매질에서의 굴절율이다.
한편, 응답지령빔의 공간적 분포는 구면파이고 기준빔의 공간적 분포는 평면파이며, 레이저빔의 반송 주파수가 시간에 따라 반복적으로 처핑되었기 때문에, 광검출기(45)에서 생성된 전류신호의 각 주파수 성분에는, 대응되는 깊이 위치에서의 촬영대상물의 단면영상과, 프레넬 존 패턴이 포함된 인코딩 패턴에 대한 정보가 포함된다.
만약, 처프되는 주파수 범위가 Δf고 존속 시간(duration)이 To인 선형 처프(linear chirp)된 레이저빔을 사용하는 경우, 반사경(30)으로부터 반사된 기준빔과 촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔과의 경로 차에 따른 상대적 비행시간 차이 에 따른 위상차(phase difference)는 다음의 수학식 6과 같다.
Figure 112008029383614-pat00016
이러한 수학식 6을 이용하면, 기준빔과 응답지령빔과의 위상차를 구할 수 있으며, 위상차는 촬영대상물 단면의 깊이 위치에 비례하므로, 이를 이용하여 촬영대상물의 단면의 깊이 위치를 파악할 수 있다.
한편, 광검출기(45)에서 생성되는 전류신호는 다음의 수학식 7과 같다.
Figure 112008029383614-pat00017
전류신호는 대물판(35)의 각각의 수평 이동 위치에서 주파수의 정형파(sinusoidal) 형태로 시간에 따라 변한다.
한편, 신호처리기(50)(electronic processing unit)는 광검출기(45)에서 검출된 전류신호를 디지털 신호 처리하여 촬영대상물의 3차원 영상을 추출한다. 신호처리기(50)는, ADC(60)와, 신호처리부(65)와, 신호처리부(65)에서 처리된 촬영대상물의 3차원 영상을 저장하는 저장부(70)와, 신호처리부(65)에서 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 처리가 완료될 때마다 대물판(35)의 위치를 변경하기 위한 제어 신호를 발생시키는 대물판 제어부(80), 및 신호처리부(65)에서 처리된 영상을 표시하는 디스플레이부(75)를 포함한다.
ADC(60)(analog to digital converter)는 광검출기(45)로부터의 전류신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 전류신호는 대물판(35)의 스캐닝 위치와 함께 신호처리부(65)로 제공된다.
신호처리부(65)는 ADC(60)로부터 제공된 인코드된 패턴에서 프레넬 존 패턴을 제거하여 촬영대상물의 단면 영상을 복원한다. 신호처리부(65)에 제공되는 인코드된 패턴은, 대물판(35)의 이동에 따른 각각의 수평 이동위치에서 시간에 따른 1차원 배열이다. 신호처리부(65)는 패스트 프리에 변환(Fast Fourier Transformation)(FFT)과 같은 일반적인 프리에 해석을 1차원 배열 신호에 수행한다. 이 때, 최대 엔트로피나 웨이브랫(wavelet) 변환과 같은 신호의 주파수 성분을 얻어내는 다른 알고리즘들이 사용될 수도 있다.
신호처리부(65)에서 수행한 패스트 프리에 변환에 의해서 얻어진,
Figure 112008029383614-pat00018
에서의 신호의 주파수 성분은 다음의 수학식 8와 같다.
Figure 112008029383614-pat00019
여기서
Figure 112008029383614-pat00020
는 프리에 변환(Transform) 연산을,
Figure 112008029383614-pat00021
는 콘볼루션(convolution) 연산을 나타낸다. 이러한 쵤영대상물의 깊이위치에 대응하는 각각의
Figure 112008029383614-pat00022
에서의 주파수 성분은 대물판(35)의 위치와 함께 저장된다.
또는, 신호처리기(50)에서, 촬영대상물의 임의의 위치에서 상기 ADC(60)에 의해서 변환된 1차원 배열의 디지털 전류신호를 대물판(35)의 위치와 함께 저장부(70)에 저장하고 스캐닝이 완료된 후에 이를 저장부(70)에서 읽어내 신호처리부(65)로 전달하여 전술한 신호처리 과정을 실시할 수 있다. 이때, 대물판 제어부(80)는 촬영대상물의 임의의 위치에서 ADC(60)에 의해서 변환된 1차원 배열의 디지털 전류신호를 스캐닝 위치와 함께 저장부(70)에 저장하는 처리가 완료될 때마다 대물판(35)의 위치를 변경하기 위한 제어신호를 발생시킨다. 이런 경우 스캐닝이 완료된 후에 신호처리가 이루어짐으로 스캐닝을 빠른 시간에 완료할 수 있다.
저장부(70)에 저장되는 신호는 촬영대상물의 단면 영상과, 제한된 크기의 프레넬 존 패턴(Fresnel zone pattern)이 인코드된(encoded) 패턴으로 다음의 수학식 9로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00023
여기서,
Figure 112008029383614-pat00024
는 제한된 크기의 평면파와 제한된 크기의 구면파의 간섭 패턴으로 F=a2/λzo 인 프레넬 수(Fresnel number)를 갖는 제한된 크기의 프레넬 존 패턴이고, 그에 따라
Figure 112008029383614-pat00025
는 z=Δz에서 촬영대상물의 단면 영상(
Figure 112008029383614-pat00026
)과 프레넬 존 패턴이 인코드된(encoded) 패턴이다.
신호처리부(65)는 촬영대상물의 단면 영상(
Figure 112008029383614-pat00027
)을 인코드된 패턴 (
Figure 112008029383614-pat00028
)과 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수(complex conjugate)와의 콘볼루션으로 복원한다. 여기서, 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수는 필드함수(field function)이며, 촬영된 촬영대상물의 깊이 위치에 상응하는 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수가 인코드된 패턴과 콘볼루션 된다. 여기서, 위치 z=Δz에서의 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수는
Figure 112008029383614-pat00029
이다. 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수와의 콘볼루션으로 복원된 영상은 다음의 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00030
이러한 복원은 회절 이론을 이용한 디지털 뒷 전파(back propagation)에 대 응하며 프레넬 변환(Fresnel transformation)이라 알려져 있다. 또한 인코드된 패턴의 복원은 프레스넬렛 해석(Fresnelet analysis), 웨이브 렛 해석(wavelet analysis), 호겔(Hogel)(홀로그라픽 요소(holographic element))을 포함한 디지털 뒷 전파와 디지털 홀로그래피의 다양한 알고리즘을 이용해 구현될 수 있다.
한편, 프리에 영역에서 상술한 복원 알고리즘은 다음의 수학식 11로 판독된다.
Figure 112008029383614-pat00031
여기서
Figure 112008029383614-pat00032
는 공간 주파수이고,
Figure 112008029383614-pat00033
,
Figure 112008029383614-pat00034
,
Figure 112008029383614-pat00035
는 각각
Figure 112008029383614-pat00036
,
Figure 112008029383614-pat00037
,
Figure 112008029383614-pat00038
의 2차원 프리에 변환이다.
이렇게 신호처리부(65)에서 처리되는 촬영대상물의 단면영상 복원은, 인코드된 신호를 프레넬 존 패턴을 이용해 디코딩하여 얻어지기 때문에, 촬영대상물의 깊이 영역은 대물렌즈(25)의 레이라이 영역에 종속되지 않으며, 촬영대상물의 깊이 영역은 레이저 방출의 결맞음 길이(coherence length)에 의해서 결정된다. 따라서 레이저의 결맞음 길이에 속하는 깊이 영역, 즉 전체 깊이 영역에 대해 높은 수평 분해능을 갖는 영상이 얻어진다.
신호처리부(65)에서 복원된 영상의 3차원 점 전개 함수 (point spread function) (PSF)은 다음의 수학식 12와 같다:
Figure 112008029383614-pat00039
여기서
Figure 112008029383614-pat00040
는 단면 영상의 인코딩에 쓰인 프레넬 존 패턴과 단면 영상 복원에 쓰인 프레넬 존 패턴의 깊이 차이이다.
한편, 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 전달함수(transfer function)는 점 전개 함수의 2차원 프리에 변환으로 얻어지므로, 전달함수는 다음의 수학식 13으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00041
이러한 전달함수는 촬영대상물의 복원된 영상의 공간 주피수
Figure 112008029383614-pat00042
가
Figure 112008029383614-pat00043
만큼 탈초점된(defocused) 영상면(38)에서 어떻게 나타나는가를 묘사한다.
그리고 전달함수는 아래의 두 가지 특징을 나타낸다.
첫째, 복원 영상의 차단 주파수(cur off frequency)는
Figure 112008029383614-pat00044
이고 이는 대물렌즈(25)의 차단 주파수와 같다. 따라서, 복원된 영상의 수평 분해능은
Figure 112008029383614-pat00045
으로 같은 대물렌즈(25)를 이용한 기존의 광폭 필드(wide field) 영상의 수평 분해능과 같고 이는 대물렌즈(25)의 레이라이 한계(Rayleigh linit)에 상 응한다.
두 번째 특징은 공간 주파수의 탈초점 성질에 관련된 것으로서, 일반적으로 탈초점
Figure 112008029383614-pat00046
에 따라 상이한 공간 주파수는 상이한 위상 변위를 야기하므로, 흐려진 영상이 생성된다. 따라서 인코딩 단계에서의 쓰인 프레넬 존 패턴에 상응하는 프레넬 존 패턴을 복원단계에서 사용하면, 초점 맺어진 단면 영상이 복원된다.
복원 단계에서 초점 맺어진 영역(in-focus range)은 디코딩 패턴의 프레넬 수를 그의 초점에서의 값에서 한 단위 변화를 야기하는 축 거리 차이(axial distance difference)에 의해서 정의되므로, 초점 맺어진 영역은
Figure 112008029383614-pat00047
이고, 이는 광폭 필드 영상 시스템의 초점 맺어진 영역과 같으며 이는 대물렌즈(25)의 레이라이 범위에 상응한다.
한편, 일반적으로 레이저 발생기(10)에서 주파수 처프된 레이저빔은 고율의 주파수 휩씀(sweep)에 의해 비선형 주파수 휩씀이 발생된다. 고속 주파수 휩씀으로 동작할 때, 레이저의 주파수는 시간에 따라 선형적이라기보다는 정현파적으로 변한다. 따라서, 레이저빔을 주파수에 따라 등거리 간격이 되도록 보정하기 위해, 보조간섭계(100)를 사용한다.
보조간섭계(100)는 제1 및 제2광커플러(105,110)와, 광검출부(115)를 포함하며, 레이저 발생기(10)로부터의 레이저빔의 비선형성을 보정할 수 있도록 보조간섭신호를 생성한다.
제1광커플러(105)는 레이저 발생기(10)로부터의 레이저빔을 일부 분리하여 제2광커플러(110)로 제공하며, 레이저 발생기(10)에서 발생된 레이저빔의 10%정도를 분리하여 제2광커플러(110)로 제공한다.
제2광커플러(110)는 제1광커플러(105)로부터 전달된 레이저빔을 분리하여 광검출부(115)로 제공하며, 제2광커플러(110)에서는 레이저빔을 50 대 50으로 분리한다.
광검출부(115)는 제2광커플러(110)로부터의 레이저빔을 전류신호로 변환하여 보조간섭신호를 생성하고, 보조간섭신호는 ADC(60)를 통해 신호처리부(65)로 제공된다.
한편, 보조간섭계(100)의 광검출부(115)에서 생성된 보조간섭신호는 ADC(60)로 제공되고, ADC(60)는 두 개의 채널을 이용하여 보조간섭계(100)로 입력된 보조간섭신호와, 광검출기(45)를 통해 제공된 간섭신호를 병렬로 입력받는다. ADC(60)는 보조간섭신호를 샘플링하여 디지털 신호로 변환한다.
한편, 보조간섭신호의 노이즈를 제거하고 깨끗한 정현파를 얻기 위해, 보조간섭신호의 주파수 영역에 대응하는 통과 영역를 갖는 필터를 ADC(60)의 전 또는 후에 설치하여 사용할 수 있다.
한편, 신호처리부(65)에서 보조간섭신호를 이용하여 주파수 휩씀의 정확한 형태를 파악하면, 시간 축에서 선형 휩씀의 비트 신호 특징을 나타내도록 광검출기(45)의 간섭신호로부터 샘플링되어 형성된 샘플 데이터의 시간 축을 전환한다. 새로운 시간 축으로 전환되면 신호처리부(65)는 다음과 같이 데이터를 처리하게 된다.
먼저, 신호처리부(65)는 새로운 시간 축에서 실제 데이터 값들의 선형 또는 비선형적 적합에 기초하여, 새로운 시간 축 좌표계에서 등시간 증가에 따라 새로운 시간 샘플들을 보간한다. 이렇게 보정된 샘플들은 선형의 정현파 주파수를 갖게된다. 그리고, 신호처리부(65)는 촬영대상물의 인코드된 단면 영상의 깊이 정보를 얻기 위해 패스트 프리에 변환(FFT)와 같은 표준 프리에 해석들을 이행시킨다. 이 때, 최대 엔트로피, 웨이브렛 변환들 같은 다른 알고리즘도 사용될 수 있다.
보조간섭신호를 이용해 시간 축에서 선형 휩씀의 비트 신호 특징을 나타내도록 광검출기(45)의 간섭신호로부터 샘플링되어 형성된 샘플 데이터의 시간 축을 전환하는 구체적 방법의 예로, 신호처리부(65)는, ADC(60)에서 샘플링된 보조간섭신호를 고속의 최인접 이웃 점검 알고리즘(nearest neighbor check algorithm)을 적용하여 보조간섭신호의 모든 샘플링 시점에서 샘플링 시점의 전후의 값들을 검사하는 흐름 연산(streaming processing)을 수행한다. 이때, 신호처리부(65)는 전후 두 값이 샘플 시점에서의 값보다 모두 높거나 낮으면, 그 샘플링 시점에서 광검출기(45)의 간섭신호로부터 샘플링되어 형성된 샘플 데이터를 저장한다. 저장된 샘플데이터를 순차적으로 나열하면 순차적으로 나열된 샘플 데이터의 새로운 시간축에서는 샘플 데이터의 주파수가 보정되어 선형의 정현파 주파수를 갖게 된다.
일반적으로 주파수 휩씀은 주기적이고, 주파수와 시간이 일대일 대응(mapping)되는 부분이 존재하며, 일대일 대응되는 부분은 단조적으로(monotonically) 증가하는 부분과 감소하는 부분으로 나뉠 수 있다. 이 때, f(t)가 증가에서 감소로 변화하거나 감소에서 증가로 변화하는 전환점에서 신뢰성 이 낮은 데이터를 제거하기 위한 창내기 함수(windowing function)가 실행될 수도 있다.
이와 같은 방법들은, 비선형 신호 처리 기술들에 따라, 균일 또는 비균일 샘플들 그리고 원 주파수 휩씀 프로파일에 대한 실시간 또는 선 지식을 이용하여 비선형 주파수 휩씀을 교정한다.
여기서, 주파수 휩씀의 형태에 대한 지식은 레이저빔의 작용이 잘 알려진 경우 레이저의 입력으로부터 알아낼 수 있다. 예를 들어, 전류 입력에 따른 주파수 모듈레이션 응답이 알려진 반도체 레이저의 경우, 레이저 주파수 출력은 그의 입력으로부터 유출된다.
반면, 레이저의 작용이 좀 복잡한 경우에는 광 보정방법들을 이용하여 레이저 주파수 휩씀 형태에 대한 지식을 알 수 있다. 예를 들면, 보정된 협대역 광 필터(예를 들어, 파장 계측기를 이용하여 보정된)와 시간 통문(time gating)방법을 이용하여 필터를 통과한 주파수 처프 레이저의 상대적 시간을 측정하는 방법이 있다. 이 때, 주파수 휩씀 영역에 대해 단계적으로 필터를 변화시켜 주파수 휩씀을 사상(mapping) 할 수 있다. 이와 유사한 방법으로, 알려진 주파수(파장 계측기를 이용해)의 레이저를 사용하고 헤테로다인(heterodyne) 방법을 이용한 통문(gating)을 실시할 수도 있다.
또한 다양한 형태의 광 지연선(delaylines)들, 광 주파수 판별기(예를 들어, 에탈론(etalons), 페브리 패롯(Fabry-Perot), 비 균형 마크-젠더(unbalanced Mach-Zehnder), 마이켈슨(Michelson) 간섭계들)들이 주파수 휩씀에 대한 지식을 얻어내 는데 쓰인다.
한편, 비선형 주파수 휩씀을 교정하기 위한 다른 실시예로 보조간섭계(100)의 경로차를 변화시키고, 그 경로 차에 따라 보조 간섭계의 광검출부(115)의 보조간섭신호를 레코딩한다. 레코딩된 신호는 비선형 주파수 성분을 추출하는 웨이브렛 변환의 근저(basis)로 사용되거나 헤터로다인 검출에 직접 사용된다. 광검출부(115)로부터의 보조간섭신호와, 광검출기(45)로부터의 간섭신호를 곱하고 저대역 필터링함으로써, 실시간 헤테로다인 검출 역시 가능하다.
한편, 파워보정장치(120)(power calibration unit)는 레이저빔의 주파수 휩씀 동안 레이저의 세기 요동 효과를 완화하기 위해 사용되며, 제3광커플러(125), 파워검출기(130), 차동증폭기(135)를 포함한다.
제3광커플러(125)는 레이저 발생기(10)로부터 발생된 레이저빔을 분할하여 파워검출기(130)로 제공한다. 이 때, 제3광커플러(125)는, 레이저빔의 10%정도를 파워검출기(130)로 제공한다.
파워검출기(130)는 광다이오드로 구성될 수 있으며, 레이저빔의 출력 세기를 측정하여 레이저빔의 출력 세기의 요동을 측정한다. 측정된 출력 세기는, 레이저빔의 출력을 조정하거나 광검출기(45)로부터 출력된 신호를 정규화하는데 사용된다.
차동 증폭기(differential amplifier)는 촬영대상물의 공간 정보를 담고 있는 광검출기(45)의 출력 신호와, 레이저빔의 출력 세기 차이를 출력한다.
한편, 파워검출기(130)의 출력은, 레이저 발생기(10)에 인가되어 레이저빔의 세기를 조정하는데 사용되거나, ADC(60)에서 샘플링된 다음 광검출기(45)로부터 출력된 전류신호를 신호처리기(50)에서 정규화하는데 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
본 제2실시예에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 마이캘슨 간섭계(Michelson interferometer)에 기초한 것으로서, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 비해 수평 분해능이 두 배 향상된 실시예이다.
제2실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템과 마찬가지로, 보조간섭계(100)와 파워보정장치(120)가 설치될 수 있으며, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
다만, 본 제2실시예에서는 설명의 편의성을 도모하기 위해, 제1실시예와 중복되는 보조간섭계(100), 파워보정장치(120), 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조에 대한 설명과 도면을 생략하고, 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 광학계(201)에 대해서만 도시하고 설명하기로 한다.
본 제2실시예의 광학계(201)는, 레이저 발생기(210), 콜리메이터(215), 빔스플리터(220), 기준빔렌즈(227), 반사경(230), 대물렌즈(225), 대물판(235), 집광기(240), 광검출기(245), 신호처리기(250)를 포함하며, 제1실시예의 광학계(1)와 비교해 볼 때, 기준빔렌즈(227)만이 추가되었다.
레이저 발생기(210)는 시간에 따라 반복적으로 선형 처프된 반송 주파수를 갖는 레이저빔을 발생시킨다.
콜리메이터(215)는, 주파수 처프 레이저빔을 평행광으로 변환하며, 빔스플리터(220)는, 레이저빔을 기준빔과 응답지령빔으로 분할한다.
응답지령빔은 대물렌즈(225)를 통과하여 촬영대상물을 조사하는 구면파로 변환된 다음, 대물판(235)(scanning stage)의 수평 스캐닝을 통해 대물판(235) 위에 놓여있는 촬영대상물을 스캔한다. 제1실시예에서와 마찬가지로, 콜리메이터(215)를 사용하지 아니하고 레이저빔의 경로상에 대물렌즈(225)를 적당히 위치시켜 구면파를 생성할 수도 있다.
촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔은 대물렌즈(225)에 의해서 빔스플리터(220)를 통해 대물렌즈(225)의 영상면(238)에 상이 맺혀진다.
기준빔은 기준빔렌즈(227)를 통과하여 구면파로 변환된 다음, 반사경(230)에 반사된다. 반사된 기준빔은 기준빔렌즈(227)에 의해서 영상면(238)으로부터 zo의 위치에 초점이 맺혀진다. 반사된 기준빔은 다음의 수학식 14로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00048
여기서 Δt2는 반사경(230)으로부터 대물렌즈(225)의 영상면(238)까지의 빛 의 비행시간(flight time)이며, 기준빔이 구면파로 변환됨에 따라, 영상면(238)에 형성되는 프레넬 존 패턴은 제1실시예의 프레넬 존 패턴의 2배인 프레넬 수를 갖게 된다.
한편, 콜리메이터(215)를 사용하지 아니하고, 레이저빔의 기준빔의 경로상에 기준빔렌즈(227)를 적당히 위치시킴으로써, 기준빔을 구면파로 생성하는 것도 가능하다. 또한, 기준빔의 경로상에 오목 또는 볼록의 거울을 사용하거나, 렌즈와 거울을 조합시켜 위치시킴으로써 기준빔을 구면파로 변환할 수 있다.
촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔과 반사경(230)에서 반사된 기준빔은 대물렌즈(225)의 영상면(238)에서 간섭되어 간섭신호를 생성한다. 간섭신호는 집광기(240)에 의해서 공간적으로 집적되고, 광검출기(245)는 공간적으로 집적된 간섭신호의 세기에 따라 전류신호를 만들어 낸다. 전류신호는 다음의 수학식 15로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00049
여기서 Re[]는 복소수의 실수 부분을 추출하는 연산을 나타내고, τ=Δt1-Δt2 는 반사경(230)으로부터 반사된 기준빔과 촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔과 의 경로 차에 따른 상대적 비행시간 차이다. 여기서, τ는 촬영대상물의 상대적인 거리에 비례하므로, Δz≒ cτ/2n 이 되며, c는 진공에서 빛의 속도이고, n은 매질에서의 굴절율이다.
만약, 처프되는 주파수 범위가 Δf고 존속 시간이 To인 선형 처프된 레이저 빔을 사용하는 경우, 반사경(230)으로부터 반사된 기준빔과 촬영대상물로부터 반사된 반사빔과의 경로 차에 따른 상대적 비행시간 차이에 따른 위상 차는 상술한 수학식 6과 같다.
그리고 광검출기(245)에서 생성되는 전류신호는 다음의 수학식 16과 같이 변환될 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00050
즉, 전류신호는 대물판(235)의 각각의 수평 이동 위치에서 주파수의 정현파(sinusoidal) 형태로 시간에 따라 변한다.
한편, 신호처리기(250)(electronic processing unit)는 광검출기(245)에서 검출된 전류신호를 디지털 신호 처리하여 촬영대상물의 3차원 영상을 추출하며, ADC(260), 신호처리부(265), 저장부(270), 대물판 제어부(280), 디스플레이부(275)를 포함한다.
신호처리기(250)의 각 구성요소는, 제1실시예에서 설명한 것과 동일한 작업을 수행한다. 다만, 기준빔렌즈(227)에 의해 반사된 기준빔이 수학식 14에 나타난 바와 같이, 제1실시예와 상이함에 따라, 신호처리부(265)에서 처리된 전류신호의 fb=(Δf/To)τ에서의 주파수 성분은 다음의 수학식 17로 나타난다.
Figure 112008029383614-pat00051
이러한 전류신호의 fb=(Δf/To)τ에서의 주파수 성분은 대물판(235)의 위치와 함께 저장부(270)에 저장된다. 저장부(270)에 저장된 신호는 Δz=cfbto/Δf2n 에서 촬영대상물의 단면 영상(
Figure 112008029383614-pat00052
)과, 제1실시예의 프레넬 존 패턴의 두 배의 프레넬 수를 갖는 프레넬 존 패턴과 인코드된 패턴으로 다음의 수학식 18로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00053
여기서
Figure 112008029383614-pat00054
는 인코드된 패턴으로 반대의 곡률을 갖는 구면파의 간섭 패턴이다. 여기서, 인코드된 패턴은 반대의 곡률을 갖는 구면파의 간섭 패턴이므로, 촬영대상물의 단면 영상과 콘볼루션되는 인코드된 패턴은 도 1에서 설명된 평면파와 구면파의 간섭으로 얻어진 인코드된 패턴보다 두 배 큰 프레넬 수를 갖는다.
이에 따라, 프레넬 존 패턴과 인코드된 패턴의 복원으로 얻어지는 촬영대상물의 단면영상은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 수평 분해능보다 두 배 향상된다.
촬영대상물의 단면 영상(
Figure 112008029383614-pat00055
)은 인코드된 패턴(
Figure 112008029383614-pat00056
)과 필드함수와의 콘볼루션으로 복원되며, 필드함수는 상응하는 깊이 위치(z=Δz)에서의 상반되는 곡률을 갖는 구면파의 간섭 패턴의 켤래 복소수(
Figure 112008029383614-pat00057
)이다. 이렇게 복원된 영상은 디스플레이부(275)에 디스플레이되며, 복원된 영상은 상술한 수학식 10으로 나타낼 수 있다. 그리고, 프리에 영역에서 상술한 복원 알고리즘도 상술한 수학식 11로 판독되며, 복원 영상의 3차원 점 전개 함수도 상술한 수학식 12와 동일하다.
그러나, 제2실시예의 시스템의 전달함수는 점 전개 함수의 2차원 프리에 변환으로 얻어지며, 다음의 수학식 19로 나타낼 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00058
이러한 전달함수는, 제1실시예에서 평면파와 구면파의 간섭 패턴을 인코드된 패턴으로 이용한 것과 비교하면 두 가지 점이 다르다.
첫째로, 전달함수의 차단 주파수가 대물렌즈(225)의 전달함수의 차단 주파수의 두 배이다. 즉
Figure 112008029383614-pat00059
이다. 따라서 복원 연상의 점 전개 함수의 점 크기는 대물렌즈(225)의 레이라이 한계의 반, 즉
Figure 112008029383614-pat00060
으로, 이는 같은 대물렌즈(225)를 갖는 일반적인 광폭 필드 영상 시스템의 분해능보다 두 배 좋은 것이다.
둘째로, 탈초점 거리에 따라 공간 주파수
Figure 112008029383614-pat00061
에 의해 초래된 위상 변화는 일반적인 프레넬 존 패턴이 거리
Figure 112008029383614-pat00062
에 따라 선형적인 관계를 갖는 것과 달리, 2차적으로(quadratically) 증가한다. 이는 상반되는 곡률을 갖는 두 파의 간섭으로 만들어진 인코드된 패턴의 프레넬 수가 탈초점에 따라 선형적으로 변화하지 않고 2차적으로 변화하기 때문이다. 이에 따라, 인코드된 패턴의 복원시 초점이 맺어지는 범위(in-focus range)의 확대를 기대할 수 있다. 여기서 초점이 맺어지는 범위를 최대 공간 주파수 νmax의 위상이
Figure 112008029383614-pat00063
만큼 변하는 범위라고 정의하면, 초점이 맺 어지는 범위는
Figure 112008029383614-pat00064
임을 알 수 있다. 이를
Figure 112008029383614-pat00065
와
Figure 112008029383614-pat00066
을 이용해 나타내면, 초점이 맺어지는 범위는
Figure 112008029383614-pat00067
로 표현된다. 여기서
Figure 112008029383614-pat00068
는 인코드된 패턴의 프레넬 수이다. 이는 광폭 필드 영상 시스템의 초점 맺어진 레인지(in-focus range)에 비해
Figure 112008029383614-pat00069
배 확장된 것이다.
한편, 전술한 제1실시예의 신호처리부(65)와 제2실시예의 신호처리부(265)에서 촬영대상물의 단면영상을 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수를 필드함수로 사용하여 인코드된 패턴과 필드함수인 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수와의 콘볼루션으로 복원하였다.
이 때 사용한 필드함수는 원칙적으로 임의로 고를 수 있다. 이런 자유도는 영상 복원시 다양한 연산처리를 가능하게 한다. 예를 들면, 복원 단계에서 점 반사 체 (point reflectance)의 레코드된 패턴을 필드함수로 사용할 수 있다. 이는 일반적인 뒷 전파(back propagation) 방법에 비해 두 가지 면에서 장점이 있다.
첫째, 부(副)-분해능 (sub-resolution) 점(point) 물체(object)의 레코드된 패턴을 이용해서 복원하는 경우, 시스템의 수차(aberration)를 상쇄해서 제거할 수 있다.
둘째, 원 데이터(raw data)로부터 인코드된 패턴을 복원하는데 사용되는 알고리즘은 일반적으로 측정되어 상쇄되어야 할 임의의 위상(phase) 요소(factor)를 가지고 있는데 이런 위상 요소들이 복원시 자동으로 상쇄되어 제거된다.
예를 들어, 어포디제이션(apodization)을 위해 고주파 성분을 평탄하게(smoothly) 점감(漸減)(taper)하거나 테두리 증강(edge enhance)하기 위해서 고주파 성분을 증강(enhance)하는 데에 필드함수에 진폭(amplitude) 요소(factor)를 첨가할 수 있다.
Figure 112008029383614-pat00070
와 같은 형태의 필드함수를 사용하면, c는 실 상수(real constant)이기 때문에, 결과적으로 대응하는 깊이 위치(
Figure 112008029383614-pat00071
)에서 전달함수는
Figure 112008029383614-pat00072
이다. 여기서
Figure 112008029383614-pat00073
는 영차 베셀 함수(zero-order Bessel function)이다.
그러므로
Figure 112008029383614-pat00074
일 때, 전달함수는
Figure 112008029383614-pat00075
이다. H(0)=0 이므로 주파수
Figure 112008029383614-pat00076
는 완전히 억제되고,
Figure 112008029383614-pat00077
까지의 저주파 성분은 점진적으로 1에서 0으로 감쇠된다.
만약 Fo이 충분히 크다면 이 결과는 암(dark) 필드 영상이 된다.
또 다른 예로,
Figure 112008029383614-pat00078
같은 형태의 필 드함수가 선택되면, ε는 분해능 요소보다 작고,
Figure 112008029383614-pat00079
는
Figure 112008029383614-pat00080
방향의 단위 백터이므로, 복원 영상에서
Figure 112008029383614-pat00081
방향의 기울기를 나타내게 된다.
또 다른 예로 전달함수가
Figure 112008029383614-pat00082
로 선택되면, 여기서
Figure 112008029383614-pat00083
는
Figure 112008029383614-pat00084
방향의 공간 주파수이다. ε=1/2일 때, 전달함수는
Figure 112008029383614-pat00085
으로, 이는 상반되는 극성의
Figure 112008029383614-pat00086
패턴이
Figure 112008029383614-pat00087
방향으로 분해능 요소의 반만큼 편위된 필드함수이다.
Figure 112008029383614-pat00088
이 구면 곡률로 이해된다면, 이 전달함수는 노마스키 간섭 대비 (nomarski interference contrast) 방법에 대응한다. 이러한 연산이 위상 물체(phase object)에 적용되면,
Figure 112008029383614-pat00089
방향에 따른 노마스키(nomarski) 방법에서의 위상 기울기를 보여준다. 또한 이러한 연산이 진폭 물체에 적용되면, x방향에 따른 노마스키(nomarski)방법에서의 진폭 기울기를 보여준다.
마찬가지로, 깊이 차이가 축 분해능의 반이 되는 두 개의 인코드된 패턴들의 차이로 필드함수를 선택하면, 축 방향의 기울기를 추출할 수 있다.
전류신호의 복원시 멱(冪) 프린지 적응 (power fringe adjusted) 필터와 같은 역(inverse) 필터가 사용될 수 있다. 필터는
Figure 112008029383614-pat00090
로 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112008029383614-pat00091
이고
Figure 112008029383614-pat00092
는 역 필터링에서 발생할 수 있는 폴(pole) 문제를 극복하게 위해서 첨가된 양의 실수이다.
상술한 모든 연산처리 예에서
Figure 112008029383614-pat00093
는 회절이론에서 뒷전파방식(back propagation formula)이나 점 반사체의 레코딩을 통해 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 마크젠터 간섭계(Machzehnder interferometer)에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다. 본 제3실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 수평 분해능이 대물렌즈(225)의 레이라이 한계에 의해 제한된 기존의 광폭 필드 영상 시스템의 수평 분해능보다 두 배 향상된다.
제3실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템와 마찬가지로, 보조간섭계(100)와 파워보정장치(120)가 설치될 수 있으며, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
다만, 본 제3실시예에서는 설명의 편의성을 도모하기 위해, 제1실시예와 중복되는 보조간섭계(100), 파워보정장치(120), 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사 구조에 대한 설명과 도면을 생략하고, 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 광학계(301)에 대해서만 도시하고 설명하기로 한다.
본 제3실시예의 광학계(301)는, 레이저 발생기(310), 광학커플러(312), 제1콜리메이터(315), 제2콜리메이터(330), 빔스플리터(320), 기준빔렌즈(327), 대물렌즈(325), 대물판(335), 집광기(340), 광검출기(345), 신호처리기(350)를 포함한다.
레이저 발생기(310)는 주파수 처프된 레이저빔을 발생시키며, 분할수단인 광학커플러(312)는 레이저빔을 두개의 경로로 분할하고, 각각 제1콜리메이터(315)와 제2콜리메이터(330)로 제공한다. 이 때, 광학커플러(312)와 제1콜리메이터(315) 및 제2콜리메이터(330)는 각각 광섬유를 통해 연결되며, 광섬유를 통해 광학커플러(312)에서 분할된 레이저빔이 각각 제1콜리메이터(315)와 제2콜리메이터(330)로 전달된다.
제1콜리메이터(315)와 제2콜리메이터(330)는 각각 레이저빔을 평행광으로 변환하여 빔스플리터(320)로 제공한다. 이 때, 제2콜리메이터(330)로부터 빔스플리터(320)로 제공되는 평행광은 기준빔이 된다.
빔스플리터(320)는 제1콜리메이터(315)로부터 제공된 레이저빔을 통과시켜 응답지령빔을 형성하여 대물렌즈(325)로 제공한다.
대물렌즈(325)는 응답지령빔을 구면파로 변화시켜 촬영대상물로 제공되어 촬영대상물을 스캐닝한다. 이 때, 대물렌즈(325)는 빔스플리터(320)의 전방에 제1콜리메이터(315)와 빔스플리터(320) 사이에 배치될 수도 있고, 빔스플리터(320)의 후방에 빔스플리터(320)와 대물판(335) 사이에 배치될 수도 있다.
한편, 제2콜리메이터(330)와 빔스플리터(320) 사이에는 기준빔렌즈(327)가 설치되며, 제2콜리메이터(330)로부터의 기준빔은 기준빔렌즈(327)에 의해 구면파가 된다.
상술한 실시예들과 마찬가지로, 제1콜리메이터(315)와 제2콜리메이터(330)를 장착하지 아니하고, 레이저 발생기(310)로부터 발산하는 레이저빔의 경로상에 대물렌즈(325)와 기준빔렌즈(327)를 적당히 위치시킴으로써 기준빔과 응답지령빔을 구면파로 변환시키는 것이 가능함은 물론이다.
한편, 촬영대상물로부터 반사된 응답지령빔과, 기준빔렌즈(327)를 통과한 기준빔은 빔스플리터(320)에 의해 간섭되어 간섭신호를 생성한다.
집광기(340)는 간섭신호를 공간적으로 집적시키고, 광검출기(345)는 간섭신호의 패턴에 따른 세기를 검출하여 전류신호를 생성한다.
신호처리기(350)는 전류신호로부터 촬영대상물의 공간적 정보를 추출하기 위해 신호처리를 한다. 이 때, 신호처리기(350)에서 처리되는 전류신호는 촬영대상물의 단면 영상과 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴으로서, 본 제3실시예의 프레넬 존 패턴의 프레넬 수는 상술한 제1실시예에 비해 두 배 증가된 프레넬 수를 갖는다.
촬영대상물의 단면영상은, 제2실시예에서 설명한 복원 방법을 이용해 단면 영상을 복원해 낼 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 광학계(301)에서 기준빔의 경로에 배치된 기준빔렌즈(327)를 제거할 경우, 기준빔이 평행광을 유지하게 되므로, 도 1의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템와 마찬가지로, 대물렌즈(325)의 레이라이 한계에 따른 수평 분해능을 갖는 마크젠더 간섭계에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 구성할 수도 있음은 물론이다. 이 때, 촬영대상물의 단면 영상은 인코드된 패턴을 도 1을 참조한 설명에서 사용한 복원방법을 이용해 복원할 수 있다.
또한, 제3실시예의 광학커플러와 광섬유를 빔분할기와 거울로 대체함으로써, 기하 광학 요소들로 구성된 마크젠더 간섭계를 구성할 수도 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 인-라인 간섭계(in-line interferometer)에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다. 본 제4실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 수평 분해능이 대물렌즈의 레이라이 한계에 의해 제한된 기존의 광폭 필드 영상 시스템의 수평 분해능보다 두 배 향상된다.
본 제4실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템와 마찬가지로, 보조간섭계(100)와 파워보정장치(120)가 설치될 수 있으며, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
본 제4실시예의 광학계(401)는, 레이저 발생기(410), 콜리메이터(415), 빔스플리터(420), 대물렌즈(425), 부분반사경(430), 대물판(435), 집광기(440), 광검출 기(445), 신호처리기(450)를 포함한다.
레이저 발생기(410)에서 발생된 주파수 처핑 레이저빔은 콜리메이터(415)에 의해 평행광으로 변환되어 빔스플리터(420)로 제공된다. 대물렌즈(425)는 빔스플리터(420)를 통과한 레이저빔을 구면파로 변환시킨다.
부분반사경(430)은 대물렌즈(425)와 대물판(435) 사이에 배치되며, 특히 부분반사경(430)은 대물렌즈(425)의 초점의 바깥영역에 배치된다. 부분반사경(430)은 대물렌즈(425)로부터 생성된 구면파의 일부는 투과시키고 일부는 반사시키며, 이 때, 부분반사경(430)을 투과한 레이저빔은 응답지령빔이 되고, 부분반사경(430)에 반사된 레이저빔은 기준빔이 된다. 이 기준빔은 제2실시예의 기준빔과 같은 구면파가된다. 부분반사경(430)을 투과한 응답지령빔은 촬영대상물에 의해 반사되어 다시 부분반사경(430), 대물렌즈(425)를 통해 빔스플리터(420)로 제공되고, 부분반사경(430)에서 반사된 기준빔도 빔스플리터(420)로 제공된다.
응답지령빔과 기준빔은 빔스플리터(420)에서 상호 간섭되어 간섭신호를 생성하고, 간섭신호는 집광기(440)로 제공되어 공간적으로 집적된다. 공간적으로 집적된 간섭신호는 광검출기(445)로 제공되며, 광검출기(445)에서는 간섭신호의 패턴 세기에 따라 전류신호를 생성한다.
신호처리기(450)는, 광검출기(445)로부터의 전류신호를 제공받아 촬영대상물의 공간적 정보를 추출하기 위해 신호처리를 하며, 전류신호는 촬영대상물의 단면 영상과 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴으로서, 본 실시예의 프레넬 존 패턴은 일반적인 프레넬 존 패턴보다 두 배 증가된 프레넬 수를 갖는다.
신호처리기(450)는, 상술한 제2실시예와 동일한 방법으로 전류신호를 처리하여 촬영대상물의 단면영상을 복원한다.
한편, 상술한 제4실시예의 광학계(401)에서 부분반사경(430)을 대물렌즈(425)의 초점에 위치시킴으로써, 대물렌즈(425)의 레이라이 한계와 동일한 수평 분해능을 갖는 인-라인 간섭계(in-line interferometer)에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 구성할 수 있다.
이 때, 부분반사경(430)에서 반사된 레이저빔은 평면파로서 기준빔이 되고, 부분반사경(430)을 투과한 레이저빔은 응답지령빔이 되어 촬영대상물로 투사된다. 부분반사경(430)에서 반사된 기준빔과 촬영대상물에서 반사된 응답지령빔은 빔스플리터(420)에서 간섭되어 간섭신호가 생성된다. 간섭신호는 집광기(440)에서 공간적으로 직접되고, 광검출기(445)는 공간적으로 직접된 간섭신호의 패턴의 세기에 따라 전류신호를 생성한다.
신호처리기(450)는 광검출기(445)로부터 얻어진 전류신호로부터 촬영대상물의 공간적 정보를 추출하기 위해 신호처리를 한다. 이 때, 전류신호는 촬영대상물의 단면 영상과 일반적인 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴이다. 촬영대상물의 단면영상은 전류신호를 제1실시예의 신호처리기(450)에서 수행한 방법과 동일한 방법을 이용해 복원해 낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 마이캘슨 간섭계(Michelson interferometer)에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다.
본 제5실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 수평 분해능이 대물렌즈의 레이라이 한계에 의해 제한된 기존의 광폭 필드 영상 시스템의 수평 분해능 보다 두 배 향상된다.
본 제5실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템와 마찬가지로, 보조간섭계(100)와 파워보정장치(120)가 설치될 수 있으며, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
본 제5실시예의 광학계(501)는, 레이저 발생기(510), 콜리메이터(515), 대물렌즈(525), 빔스플리터(520), 오목반사경(530), 대물판(535), 집광기(540), 광검출기(545), 신호처리기(550)를 포함한다.
레이저 발생기(510)에서 생성된 주파수 처핑 레이저빔은 콜리메이터(515)를 통과하면서 평행광으로 변환된다.
대물렌즈(525)는 콜리메이터(515)와 빔스플리터(520) 사이에 배치되며, 콜리메이터(515)에서 평행광으로 변환된 레이저빔은 대물렌즈(525)를 통과하여 구면파가 된다. 본 실시예에서 콜리메이터(515)를 사용하지 아니하고, 레이저 발생기(510)로부터 발산하는 레이저빔에 대물렌즈(525)를 적당히 위치시켜 구면파를 생성할 수도 있다.
빔스플리터(520)는 구면파로 변환된 레이저빔의 일부를 반사시켜 기준빔을 형성하고, 일부를 투과시켜 응답지령빔을 형성한다.
오목반사경(530)의 초점은 대물렌즈(530)의 초점 영역 외부에 위치한다. 오목반사경(530)은 빔스플리터(520)에서 반사된 구면파인 기준빔을 반사시켜 다시 빔스플리터(520)로 제공하며, 오목반사경(530)에서 반사된 기준빔은 구면파가 된다.
한편, 응답지령빔은 촬영대상물에 의해 반사되어 빔스플리터(520)로 제공되고, 기준빔과 응답지령빔은 빔스플리터(520)에서 간섭되어 간섭신호를 생성한다.
간섭신호는 집광기(540)에서 집적되고, 광검출기(545)는 공간적으로 집적된 간섭신호를 패턴의 세기에 따라 전류신호로 변환한다.
신호처리기(550)는 광검출기(545)로부터의 전류신호를 처리하여 촬영대상물의 단면영상을 복원한다. 이 때, 전류신호는 촬영대상물의 단면 영상과 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴을 가지며, 본 실시예의 전류신호에 포함된 프레넬 존 패턴은 제1실시예의 프레넬 존 패턴의 두 배의 프레넬 수를 갖는다. 신호처리기(550)는 제2실시예에서 사용한 복원방법을 이용하여 촬영대상물의 단면영상을 복원한다.
한편, 이러한 제5실시예의 광학계(501)에서 오목반사경(530)의 초점을 대물렌즈(525)의 초점에 위치시킬 경우, 대물렌즈(525)의 레이라이 한계와 같은 수평분해능을 갖는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 구성할 수 있다.
이 경우, 레이저 발생기(510)로부터의 레이저빔은 콜리메이터(515)에서 평행광으로 변환되고, 렌즈에 의해 구면파가 된다. 구면파는 빔스플리터(520)에 의해서 응답지령빔과 기준빔으로 분리되고, 응답지령빔은 촬영대상물로부터 반사되고 기준빔은 오목반사경(530)으로부터 반사된다. 이 때, 오목반사경(530)의 초점은 대물렌즈(525)의 초점에 위치하므로, 오목반사경(530)에서 반사된 기준빔은 평면파가 된다.
촬영대상물로부터 반사된 구면파인 응답지령빔과, 오목반사경(530)에서 반사된 평행광인 기준빔은 빔스플리터(520)에 의해서 간섭된다. 간섭신호는 공간적으로 집적되고, 광검출기(545)는 간섭 패턴의 세기에 따라 전류신호를 생성한다. 전류신호는 신호처리기(550)로 제공되어 촬영대상물의 단면영상을 복원하기 위해 처리된다. 이 때, 전류신호는 촬영대상물의 단면 영상과 일반적인 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴이며, 촬영대상물의 단면영상은 제1실시예에서 상술한 복원 방법을 이용하여 복원할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 인-라인 간섭계(in-line interferometer)에 기초한 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템의 구성도이다. 본 제6실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 수평 분해능이 대물렌즈의 레이라이 한계에 의해 제한된 기존의 광폭 필드 영상 시스템의 수평 분해능보다 두 배 향상된다.
본 제6실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 제1실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템와 마찬가지로, 보조간섭계(100)와 파워보정장치(120)가 설치될 수 있으며, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 응답지령빔을 굴절시키기 위한 반사구조를 적용할 수 있음은 물론이다.
본 제6실시예의 광학계(601)는, 레이저 발생기(610), 콜리메이터(615), 대물 렌즈(625), 빔스플리터(620), 오목 부분반사경(630), 대물판(635), 집광기(640), 광검출기(645), 신호처리기(650)를 포함한다.
레이저 발생기(610)로부터의 레이저빔은 콜리메이터(615)에서 평행광으로 변환되어 대물렌즈(625)로 투사된다. 대물렌즈(625)를 통해 평행광은 구면파로 변환되어 빔스플리터(620)로 제공된다.
빔스플리터(620)를 통과한 레이저빔은 오목 부분반사경(630)으로 제공되며, 오목 부분반사경(630)의 초점은 대물렌즈(625)의 초점 외부에 위치한다. 레이저빔의 일부는 오목 부분반사경(630)을 투과하여 응답지령빔이 되고, 레이저빔의 일부는 오목 부분반사경(630)에 의해 반사되어 기준빔이 된다. 이 때, 응답지령빔과 기준빔은 모두 구면파로 형성된다.
촬영대상물에 의해 반사된 응답지령빔과, 오목 부분반사경(630)에 의해 반사된 기준빔은 빔스플리터(620)에서 간섭되어 간섭신호를 생성하고, 생성된 간섭신호는 광검출기(645), 신호처리기(650)를 거쳐 촬영대상물의 단면영상을 복원하게 된다. 한편, 간섭신호에 포함된 프레넬 존 패턴은 제1실시예의 프레넬 존 패턴에 비해 두 배의 프레넬 수를 갖는다. 따라서, 촬영대상물의 단면영상은 제2실시예에서 설명된 복원방법을 이용하여 복원된다.
한편, 제6실시예의 광학계(601)에서 오목 부분반사경(630)의 초점을 대물렌즈(625)의 초점에 위치시키면, 대물렌즈(625)의 레이라이 한계와 동일한 수평분해능을 갖는 광학계(601)를 구성할 수 있다. 이는 대물렌즈(625)로부터의 구면파가 오목 부분반사경(630)에서 반사될 때, 레이저빔이 평면파로 변환되기 때문이다. 즉, 오목 부분반사경(630)을 투사한 응답지령빔은 구면파인데 반해, 오목 부분반사경(630)에서 반사된 기준빔은 평면파이기 때문에, 프레넬 존 패턴이 제1실시예의 프레넬 수와 동일한 수를 갖게 된다. 따라서, 촬영대상물의 단면영상의 복원도 제1실시예에서 설명한 방법을 이용한다.
도 8은 본 발명에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 중계장치가 장착된 구성도로서, 도 8에서는 제2실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 예로 들어 설명하고 있으나, 중계장치는 제1실시예 및 제3 내지 제6실시예의 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에도 장착되어 사용될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서 중계장치(700)는, 빔스플리터(220)와 기준빔렌즈(227) 사이, 빔스플리터(220)와 집광기(240) 사이, 빔스플리터(220)와 대물렌즈(225) 사이에 설치되며, 이는 각각 기준빔의 경로, 간섭신호 경로, 응답지령빔의 경로이다. 중계장치(700)는 각 경로 중 한 곳에만 설치될 수도 있고 한 곳 이상에 설치될 수도 있다.
일반적으로 초점 거리가 짧은 높은 수차(numerical aperture)를 가진 렌즈로 구성된 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 촬영대상물로부터 반사된 빔의 공간적 분포와 기준빔의 공간적 분포가 간섭되기 위해, 빔스플리터(220)가 적정한 위치에 배치되어야 하며, 빔스플리터(220)를 적정한 위치에 배치하기 위해 충분한 공간의 확보가 요구될 수 있다. 즉, 빔스플리터(220)와 기준빔렌즈(227), 집광기(240), 대물렌즈(225) 사이에 공간이 발생할 수 있으며, 이러한 공 간에서 기준빔, 간섭신호, 응답지령빔을 전달하기 위해, 중계장치(700)가 사용된다.
중계장치는(700), 렌즈, 프리즘, 거울, 영상 가이드(image guide) 요소 등 영상 및/또는 그린렌즈(GRIN:GRadient INdex), 그린렌즈 로드(Rod), 단일 그린렌즈, 그린렌즈 어레이, 광섬유 다발, 광섬유 판 신호의 전달이 가능한 광학요소들이 사용될 수 있다. 중계장치(700)는 레이저빔의 경로상에 설치되어 레이저빔을 중계함으로써, 레이저빔을 안내하여 최종적으로 촬영대상물의 영상을 얻을 수 있도록 한다.
한편, 기준빔 경로 또는 응답지령빔 경로에 웨지(wedge), 평판 유리(flat glass), 가변 지연(variable delay) 광 섬유 부품을 위치시키거나, 기준빔 경로에 장착된 반사경을 기준빔 경로를 따라 편위시킴으로써, 기준빔 경로 또는 응답지령빔 경로의 길이를 조정할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 평면파와 구면파를 이용하여 촬영대상물의 단면영상을 복원하였으나, 상술한 실시예들의 기준빔 경로, 응답지령빔 경로, 간섭신호 경로 중 하나 또는 그 이상에 레이저빔을 선(line)형태로 변환하는 광학소자를 배치할 수도 있다. 광학소자 대신 슬릿(slit) 또는 실린더 렌즈(cylinder lens) 등을 사용할 수도 있다.
이렇게 기준빔 또는 응답지령빔을 선형태로 변환시키면, 선을 따라 빔이 존재한다.
기준빔이 선 형태를 갖는 평면파가 되면, 프레넬 존 패턴도 선 형태를 갖게 되므로, 인코드된 패턴은, 촬영대상물의 단면영상과, 선 형태를 갖는 프레넬 존 패턴을 포함한다.
기준빔이 선 형태를 갖는 구면파가 되면, 인코드된 신호는 촬영대상물의 단면영상과, 일반적인 프레넬 존 패턴보다 두 배 큰 프레넬 수를 갖는 선 형태의 프레넬 존 패턴을 포함한다.
이러한 인코드된 패턴은 1차원 분포를 갖는 선 현태의 프레넬 존 패턴과 촬영대상물의 단면영상이 인코드된 것이므로, 디지털 신호처리시 연산 부하를 줄일 수 있는 1차원 디지털 디코딩으로 단면 영상을 복원할 수 있다. 또한 면에 따른 2차원 스캐닝 뿐만 아니라 선을 따라 1차원 스캐닝한 영상정보를 추출한 다음, 1차원 디지털 디코딩으로 복원하여 선에 따른 깊이 영상인 2차원 단면영상을 얻을 수 있다.
한편, 상술한 제1 내지 제6실시예에서 레이저 발생기(10)의 출력측에 패러데이 아이솔레이터(Faraday isolator)를 장착시킬 수 있다. 레이저 발생기(10)로부터의 레이저빔은 패러데이 아이솔레이터를 통해 콜리메이터(15)로 제공되며, 이 때, 패러데이 아이솔레이터는 레이저빔의 안정성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 반사를 최소화하게 된다. 한편, 레이저 발생기(10)로부터 출력된 레이저빔이 광섬유의 유도에 따라, 콜리메이터(15) 또는 타 부분으로 제공될 때, 광섬유의 각면(刻面)을 비스듬히, 예를 들면 6도 이상으로 형성함으로써, 레이저빔의 안정성에 유해한 영향을 미칠 수 있는 반사를 줄일 수 있다.
한편, 상술한 각 실시예의 광단층 촬영시스템은, 그 자체로서 본 장치의 보 정장치로 사용될 수 있다.
만약 촬영대상물이 간단하고 알려진 반사 프로파일(예를 들면, 부분 반사경)을 갖는 경우, 적당히 신호 세기를 정규화하면, 검출된 신호에는 모듈레이션 주파수가 포함된다. 대부분의 매개변수들은 다른 수단으로 유추되거나 이미 알려져 있기 때문에, 알려진 커브 적합 (curve fitting)방법을 이용하면 모듈레이션 주파수를 유출할 수 있다. 따라서, 충분한 신호처리 능력과 레이저의 안전성을 보장할 수 있으면, 본 발명의 각 실시예에 따른 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 실시간 보정이 가능한 보정장치로 사용할 수 있다.
한편, 상술한 실시예들에서는 촬영대상물이 고정된 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나 생물학적 유기체의 경우, 혈류와 같이 움직이는 물체가 촬영대상물이 될 수 있다.
이렇게 촬영대상물이 움직이는 경우, 상술한 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법을 이용하여, 고 해상도로 속도, 위치, 반사율의 크기를 추출할 수 있다. 이상적인 선형 처프된 광원을 갖는 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법을 이용하여 정지된 단일점 목적물(a single stationary point target)을 계측하면, 검출된 신호는 목적물의 반사율에 비례하는 크기를 갖는 일정한 주파수의 정현파가 된다.
만약, 촬영대상물이 일정한 속도로 움직인다면, 검출된 신호는 그의 평균(average) 또는 정규(nominal) 주파수가 촬영대상물의 상대적 움직임에 따른 도플러(Doppler) 윗 편위(upshift) 또는 아래 편위(downshift)와, 광원의 주파수 휩씀 처프율에 종속되는 처프된 주파수의 정현파가 된다. 그러므로 처프 주파수를 추정하면, 목적물의 실제 위치와 목적물의 속도를 얻어낼 수 있다.
이 때, 단일 목적물에 있어서 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에 의해 생성되는 즉각적인 비트 주파수(instantaneous beat frequency) fb는 다음의 수학식 20에 의해서 주어진다.
Figure 112008029383614-pat00094
여기서 fo는 알려진 시작 주파수, f'는 상기 주파수에서 알려진 주파수 휩씀률, Δz는 알려지지 않은 목적물까지의 깊이 거리(range), ν는 알려지지 않은 목적물의 레이저빔의 입사방향의 수직방향으로의 속도, c는 빛의 속도이다.
첫째 항은 목적물까지의 깊이 거리에 비례하는 일정한 주파수, 둘째 항은 목적물의 속도에 비례하는 도플러 요소, 그리고 마지막 항은 목적물의 속도와 주파수 휩씀률과의 곱인 비트 주파수의 처프이다. 만약 목적물이 여러 개인 경우, 비트 신호는 미리 정해진 임의의 가중치가 곱해진 다중의 비트 주파수 항들을 합하여 형성된다.
한편, 레이더 해석 기술분야에서 잘 알려진 다양한 알고리즘들을 검출된 파형으로부터 도플러 정보를 추출하는 데 사용할 수 있다.
깊이 길이와 속도 정보를 추출하는 방법 중 하나는, 비례 상수 K에 따라 각각 달라지며 시간에 따른 2차의 위상을 갖는
Figure 112008029383614-pat00095
형태의 일련의 디처 핑 함수를 검출된 파형에 곱한다. 여기서, 각각의 K값은 다른 도플러 속도와 알려진 주파수 휩씀률에 관계되고, 일련의 디처프된 각각의 파형들은 페스트 프리에 변환 또는 다른 적당한 알고리즘을 이용해 프리에 변환된다. 그리고 각 처프 파라미터에서 깊이 거리에 따른 비트 주파수 부분을 확보해 주기 위해 대응하는 도플러 오프셋(offset)은, 주파수 영역에서 전환된 신호로부터 차감된다. 이에 따라, 각각의 목적물은 깊이 위치-속도 평면(depth distance(range)-velocity plane)의 서로 구분되는 점으로부터 피크 신호를 생성해낸다.
한편, 10.6㎛ 롱-레인지 광 레이더(long-range optical rader)에서와 유사한 방법으로, 일련의 처프된 펄스들을 목적물에 입사시키고, 다수의 펄스들에 대해 반사된 빛을 처리해 도플러 정보를 추출할 수도 있다.
또한, FM-CW 기술에서 알려진 바와 같이, 주파수 휩씀의 전 주기에 포함되어 있는 정보를 이용하여 깊이 거리와 도플러 정보를 추출할 수 있다.
본 기술을 적용할 경우, 주파수 휩씀의 첫번째 반주기동안, 기준 주파수가 목적물로부터 반송되는 주파수의 지연보다 크고, 주파수 휩씀의 두번째 반주기동안 기준 주파수가 단조적으로 감소하는 경우, 기준 주파수가 목적물로부터 반송 주파수의 지연보다 작다. 따라서, 목적물이 정지해 있다면, 간섭계의 비트 신호의 주파수 차이는 휩씀의 두 부분에서 서로 같다. 그러나, 목적물이 움직인다면, 주파수는 도플러 편위되고, 이에 따라, 주파수 휩씀의 두 개의 반주기에서 기준 주파수와 지연된 반송 주파수의 도플러 편위된 주파수와의 차이는 상이하게 된다.
따라서, 두 개의 반주기에서 스펙트라(spectra)와 대응하는 목적물의 깊이 위치를 찾은 다음, 도플러 편위된 목적물 위치의 평균은 목적물의 위치가 되고, 평균 스펙트라와 개별 스펙트라의 차이는 도플러 편위가 된다.
한편, 이러한 본 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 내시경에도 적용가능하다. 내시경의 종류로는 휴대형 탐침(Handheld probe), 복강경(Laparoscope), 수술용 현미경(Surgical microscope), 영상 분쇄 도뇨관(Imaging grinding catheter), 직접 영상 마이크로칩(Integrated imaging microchip), 전방 스캔 구부러지는 도뇨관(Forscan flex catheter) 등을 들 수 있다.
이러한 내시경에 본 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템을 적용할 경우, 촬영대상물까지 응답지령빔이 도달하도록 하기 위해, 응답지령빔의 경로상에 중계광학소자를 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 도 2(a) 또는 도 2(b)에 도시된 방법으로 반사판을 편향시켜 응답지령빔을 내시경의 입력창을 가로질러 이동시키면 응답지령빔은 내시경 내의 중계광학소자에 의해서 촬영대상물까지 중계되고, 중계된 응답지령빔은 쵤영대상물 위를 가로지르게 되어 응답지령빔이 촬영대상물을 스캐닝하게 된다.
이러한 구성에 의한 본 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템은, 주파수 처프된 레이저빔을 기준빔과 응답지령빔으로 분리하고, 촬영대상물에서 반사된 응답지령빔과 기준빔을 인코딩하여 간섭신호를 생성한다. 그리고 인코딩된 간섭신호로부터 복원되는 촬영대상물의 단면영상은, 인코드된 신호를 프레넬 존 패턴을 이용해 디코딩하여 얻어지기 때문에, 촬영대상물의 깊이 영역이 대 물렌즈의 레이라이 영역에 종속되지 않고, 촬영대상물의 깊이 영역은 레이저 방출의 결맞음 길이에 의해서 결정된다. 따라서 레이저의 결맞음 길이에 속하는 깊이 영역, 즉 전체 깊이 영역에 대해 높은 수평 분해능을 갖는 영상이 얻어진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 본 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템에 따르면, 수평 분해능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 레이라이 한계를 극복할 수 있다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (27)

  1. 주파수 처프된 전자기파를 발생시키는 광원;
    상기 광원으로부터의 전자기파를 제1빔과 제2빔으로 분할하는 분할수단;
    상기 제2빔을 구면파로 변환하여 촬영대상물에 투사하는 대물렌즈;
    상기 제1빔과 상기 촬영대상물로부터 반사된 상기 제2빔이 교차하는 경로에 위치하며, 상기 제1빔과 상기 촬영대상물에서 반사된 상기 제2빔을 상호 중첩시켜 간섭신호를 생성하는 빔스플리터;
    상기 간섭신호를 전류신호로 변환하는 광검출기; 및,
    상기 전류신호를 처리하여 상기 간섭신호로부터 상기 촬영대상물의 영상을 생성하는 신호처리기;를 포함하며,
    상기 전류신호는 상기 촬영대상물의 단면 영상과, 제한된 크기의 프레넬 존 패턴이 인코드된 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔스플리터와 상기 광검출기 사이에 배치되며, 상기 빔스플리터에서 중첩된 상기 제1빔과 상기 제2빔을 공간적으로 집적하는 집광기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1빔을 구면파로 변환시키는 기준빔 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 광검출기로부터의 전류신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC와, 상기 ADC로부터 제공된 신호 또는 저장부에 저장된 신호를 처리하여 상기 촬영대상물의 영상을 복원하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 상기 촬영대상물의 단면 영상을 상기 인코드된 패턴과 프레넬 존 패턴의 켤레 복소수와의 콘볼루션으로 복원하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 신호처리부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 처리가 완료될 때마다 또는 상기 저장부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 신호의 저장이 완료될 때마다 상기 촬영대상물이 안착되는 대물판의 위치 를 변경하기 위한 제어신호를 발생시키는 대물판 제어부와, 상기 신호처리부에서 처리된 상기 촬영대상물의 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 신호처리기는, 상기 신호처리부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 처리가 완료될 때마다 또는 상기 저장부에서 상기 촬영대상물의 임의의 위치에 대한 신호의 저장이 완료될 때마다 상기 대물렌즈에 인접하게 배치되는 반사판의 위치를 변경하기 위한 제어신호를 발생시키는 반사판 제어부와, 상기 신호처리부에서 처리된 상기 촬영대상물의 영상을 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출력된 전자기파의 경로 상에는 상기 전자기파를 전달하는 중계장치가 설치된 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중계장치는, 영상 또는 신호의 전달이 가능한 렌즈, 프리즘, 거울, 영상 가이드 요소 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파 수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 출력된 상기 전자기파의 비선형성을 보상하는 보조간섭계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조간섭계는 상기 광원으로부터의 전자기파 중 일부를 분리하는 제1광커플러와, 상기 제1광커플러로부터 전달된 전자기파를 분리하는 제2광커플러와, 제2광커플러로부터의 전자기파를 전류신호로 변환하여 보조간섭신호를 생성하는 광검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 ADC는 상기 광검출부로부터의 보조간섭신호와, 상기 광검출기로부터의 간섭신호를 샘플링하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 신호처리부는, 상기 ADC에서 샘플링된 보조간섭신호를 이용하여 상기 광원으로부터 발생되는 주파수 처프된 전자기파의 비선형적인 주파수 휩씀을 보정하는 새로운 시간축을 형성하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1빔의 경로, 상기 제2빔의 경로, 상기 간섭신호의 경로 중 하나에는 상기 전자기파를 선 형태로 변환하는 선변환수단이 배치된 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  26. 제 1항에 있어서,
    상기 분할수단으로부터 분할된 상기 전자기파를 평행광으로 변환시켜 상기 빔 스플리터로 제공하는 제1콜리메이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
  27. 제 1항에 있어서,
    상기 분할수단으로부터 분할된 상기 전자기파를 평행광으로 변환시켜 상기 빔 스플리터로 제공하는 제2콜리메이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결맞음 주파수 영역 반사파 계측법에 기초한 광영상 시스템.
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