KR101003241B1 - Ｏｎ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3Ｄ 측정장치 - Google Patents

Ｏｎ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3Ｄ 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 관한 것으로서, 제1 촬상부 및 제2 촬상부와; 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; 상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 90°위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 쿼터 웨이브 플레이트와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 상기 원형 편광 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 원형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와; 상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 위치에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 상기 측정빔과 상기 제3 빔 스플리터로부터의 상기 기준빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정 빔 및 상기 기준빔의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과; 상기 제2 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력되어 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔과, 상기 제3 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력된 상기 기준빔이 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 선형 편광된 상태로 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 기준빔을 촬상하기 위한 제3 촬상부와; 상기 제3 촬상부에 의해 촬상된 상기 기준빔 및 상기 측정빔에 기초하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목을 추출하고, 상기 추출된 DC 항목과 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 상기 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ｏｎ-ａｘｉｓ 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3Ｄ 측정장치{3D MEASURING APPARATUS USING ON-AXIS DIGITAL HOLOGRAPHY}
본 발명은 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 On-axis 방식이 갖는 측정 속도 측면에서의 단점과 Off-axis 방식이 갖는 횡분해능 측면에서의 단점을 보완하여 측정 속도 및 횡분해능을 모두 만족시키고, DC 항목도 측정하여 보다 정확한 측정이 가능한 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 관한 것이다.
광학 기반의 3차원(3D) 측정 기술 중 디지털 홀로그래피를 이용한 방법이 고속 측정의 용이성으로 인해 그 중요성이 부각되고 있다. 도 1은 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 기술의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 3차원 물체인 측정 대상물에서 반사되어 나오는 측정광이 CCD 카메라에 촬상되는 상태를 도식화한 것으로, CCD 카메라 앞에 이미징 렌즈(Imaging lens)를 사용하지 않고 측정 대상물을 촬상하기 때문에 기존의 3D 측정 방식과 큰 차이 를 갖는다.
즉, CCD 카메라에 의해 촬상되는 이미지는 도 2에 도시된 바와 같은 디지털 홀로그램으로 표현된 암호화된 신호이며, 이러한 디지털 홀로그램에 포함된 정보를 프레넬 변환(Fresnel transform)을 통하여 측정 대상물에 대한 이미지 정보를 수치적으로 계산하여 이미지를 얻게 된다.
이와 같이 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정방식은 이미징 렌즈를 사용하지 않기 때문에, 렌즈리스 이미징(Lensless imaging)이라고도 불리우며, 디지털 홀로그램에 측정 대상물의 3차원 정보가 전부 저장되어 있기 때문에 기존의 비전(Vision) 광학계가 갖는 2차원적인 정보 뿐 아니라, 다양한 3차원 정보를 추출할 수 있어서 근래에 3D 측정 기술로 각광을 받고 있다.
이와 같은 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 기술로는 On-axis 방식과 Off-axis 방식이 있으며, 도 3은 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 구성을 도시한 도면이다.
On-axis 방식은 측정 대상물로부터 반사되어 나온 빔(이하, '측정빔'이라 함)과 기준 미러로부터 반사되어 오는 빔(이하, '기준빔'이라 함)의 방향이 서로 평행한 상태에서 CCD 카메라로 촬상되면서 간섭이 일어나는 방식이다.
이와 같은 On-axis 방식은 디지털 홀로그램을 재생(Reconstruction)시킬 때, 도 4에 도시된 바와 같은 하얀 사각형으로 표시되는 DC 항목을 갖는 제로 오더(Zero order)와 측정 대상물을 블러(Blur)하게 만드는 트윈 이미지(Twin image)인 콘주게이트 이미지(Conjugate image)가 같은 축(axis)에 동시에 재생되기 때문 에 원하는 측정 대상물 만의 정보를 정확히 얻을 수 없는 단점이 있다.
이와 같은 이유로, On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치는 한 장의 홀로그램을 이용하여 정확한 측정 대상물에 대한 정보를 재생할 수 없다.
[수학식 1]
Figure 112009010785172-pat00001
[수학식 1]을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, On-axis 방식에서의 홀로그램 값인 Hol(x,y)에 저장되어 있는 정보는 4가지의 항목(Term)으로 구성됨을 알 수 있다. Iref는 기준빔의 세기(Intensity)를 나타내며, Iobj는 측정빔의 세기(Intensity)를 나타내는 DC 항목이다. 원하는 항을 OR* 항이라 하면, O*R은 블러(Blur)된 이미지인 측정 대상물의 콘주게이트 이미지(Conjugate image)를 나타낸다.
일반적으로 DC 항목 중 Iref 항은 변화가 없다고 보고 미리 측정할 수 있다고 가정할 수 있으며, 수학식 H(x,y)-Iref로 얻은 새로운 홀로그램 전체를 공간적으로 평균화(Averaging)한 값을 전체 Hol(x,y)에서 뺌으로서 Iobj 항도 근사적으로 제거하게 된다.
이러한 기술을 이용하여 DC 항을 제거하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 측정 대상물과 콘주게이트 이미지(Conjugate image)가 섞여있는 결과를 얻을 수 있다. 즉, 한 장의 홀로그램을 이용하여 도 5에 도시된 바와 같은 수학식 O*R+OR*의 재생 결과를 얻을 수 있다. 이는 [수학식 2]와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112009010785172-pat00002
즉, On-axis 방식에서는 한 장의 홀로그램을 가지고는 측정 대상물의 이미지만을 분리해낼 수 없으며, 이러한 이유로 인하여 서로 위상차가 90°인 두 장의 홀로그램 정보가 존재하여야 최종적으로 원하는 측정 대상물에 대한 정보를 재생할 수 있게 된다.
이와 같이, On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치는 복수개의 홀로그램을 취득하기 위한 복수회의 촬영으로 인하여 측정속도가 떨어지는 문제가 있으며, 이를 위해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 측정광과 기준광의 방향이 상호 평행하지 않고 일정한 각을 갖는 상태에서 홀로그램을 취득하는 Off-axis 방식이 제안되고 있다.
Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 방식에서는 CCD 카메라에서 얻어진 한 장의 홀로그램 IH(x,y)을 이용해서 프레넬 변환(Fresnel transform)을 통해 측정 대상물에 대한 이미지를 재생하면, DC 항목 및 콘주게이트 이미지(Conjugate image) 항목이 측정 대상물에 대한 이미지 부분과 공간적으로 분리되기 때문에, 한 장의 홀로그램으로부터 3차원 정보를 얻을 수 있다.
하지만, Off-axis 방식에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 공간의 일부분만을 사용하기 때문에 동일한 픽셀(Pixel) 수 및 픽셀(Pixel) 크기의 CCD 카메라를 사용하는 경우, On-axis 방식에 비하여 구현될 수 있는 횡분해능이 떨어지는 단점이 있다.
또한, Off-axis 방식의 경우 기준빔과 측정빔 사에에 틸팅(tilting) 각을 주어 위상 맵을 얻는 방법으로, 측정 대상물의 기울어진 정도가 Off-axis 구조 상에서 주어진 틸팅 각보다 매우 작아야 한다는 제한 조건이 필요하다. 따라서, 측정하고자 하는 측정 대상물의 틸팅이 심한 응용분야에서는 Off-axis 방식을 근본적으로 적용하기에는 불가능한 문제가 발생한다. 따라서, 대면적의 측정 대상물에 대한 3D 정밀 위상 측정이 필요한 LCD나 반도체 분야에서 Off-axis 방식을 적용하는 것은 실질적으로 많은 제약을 받을 수 있으며, 경우에 따라서는 불가능할 수 있다.
한편, On-axis 방식과 Off-axis 방식 모두에서 DC 항목 중 Iobj 항, 즉 오브젝트 DC 항목은 [수학식 2]에서와 같이 평균화 기술(Averaging technique)을 사용하여 제거하는데, 이 경우 위상 정보가 심하게 손상되는 문제점을 야기한다. 또한, DC 항목 중 Iref 항, 즉 레퍼런스 DC 항목은 변화가 없다는 가정 하에 미리 측정한 값을 사용하나, 이는 측정 과정에서 외부적인 요인이나 광원 자체의 요인으로 인해 Iref 항이 변화하는 경우에는 그만큼의 오차를 야기시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기존의 On-axis 방식이 갖는 측정 속도 측면에서의 단점과, Off-axis 방식이 갖는 횡분해능 및 틸팅 각 측면에서의 단점을 보완하여 측정 속도, 횡분해능 및 틸팅 각을 모두 만족시키면서도, DC 항목의 측정을 통해 보다 정확한 3D 측정이 가능한 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 있어서, 제1 촬상부 및 제2 촬상부와; 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; 상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 90°위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 쿼터 웨이브 플레이트와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 상기 원형 편광 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 원형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와; 상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 위치에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 상기 측정빔과 상기 제3 빔 스플리터로부터의 상기 기준빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과; 상기 제2 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력되어 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔과, 상기 제3 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력된 상기 기준빔이 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 선형 편광된 상태로 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 기준빔을 촬상하기 위한 제3 촬상부와; 상기 제3 촬상부에 의해 촬상된 상기 기준빔 및 상기 측정빔에 기초하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목을 추출하고, 상기 추출된 DC 항목과 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 상기 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 의해서 달성된다.
또한, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 있어서, 제1 촬상부 및 제2 촬상부와; 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와; 상기 광원부로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와; 상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 90°위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 쿼터 웨이브 플레이트와; 상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 상기 원형 편광 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 원형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔을 상기 제1 빔 스플리터 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와; 상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 방향에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 상기 측정빔과 상기 제3 빔 스플리터로부터의 상기 기준빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와; 상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과; 상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판; 상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력되어 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔을 촬상하는 제3 촬상부와; 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 사이의 광 경로 상에 배치되며, 상기 측정빔이 투과되고 상기 제3 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력된 상기 기준빔이 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 선형 편광된 상태로 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 기준빔의 투과를 차단하는 편광 상태를 갖는 편광판과; 상기 제3 촬상부에 의해 촬상된 상기 기준빔 및 상기 측정빔에 기초하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목 중 오브젝트 DC 항목을 추출하고, 상기 추출된 오브젝트 DC 항목과 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 상기 측정 대상물의 표면 형상을 추출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 의해서도 달성된다.
여기서, 상기 제3 빔 스플리터 방향으로 출력되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하는 상기 기준빔은 -45°선형 편광되어 상기 편광판을 향하는 상기 측정빔과 간섭이 발생하지 않으며; 상기 편광판은 45°기울어진 선형 편광 상태인 상기 측정빔이 통과하도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 제3 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 사이의 상기 제4 광 경로 상에 배치되어 상기 제3 빔 스플리터로부터 출력된 상기 기준빔을 -90°의 위 상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 하프 웨이브 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터 간의 간격, 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 빔 스플리터 간의 간격, 상기 제2 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 간의 간격 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 간의 간격이 동일하게 배치되고; 상기 제4 빔 스플리터와 상기 제1 촬상부 간의 간격, 상기 제4 빔 스플리터와 상기 제2 촬상부 간의 간격 및 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 간의 간격이 동일하게 배치되며; 상기 제2 빔 스플리터와 상기 측정 대상물 간의 간격 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 기준 미러 간의 간격이 동일하게 배치될 수 있다.
여기서, 상기 광원부는, 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 통과하여 45°기울어진 편광 상태를 갖는 상기 선형 편광 빔을 형성되도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는 편광판을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, On-axis 방식을 채용함에 따라 기존의 Off-axis 방식이 갖는 횡분해능 및 틸팅 각 측면에서의 단점이 보완되고, 한 번의 촬상으로 2장의 홀로그램을 획득하여 On-axis 방식을 적용하면서도 측정 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 오브젝트 DC 항목 및/또는 레퍼런스 DC 항목을 2장의 홀로그램을 얻는 한 번의 촬상 과정에서 함께 얻어 실제 측정된 DC 항목을 3D 측정에 적용함으로써, 기존에 평균화 기술(Averaging technique)을 사용하면서 발생했던 위상 정보의 손상이 제거되어 보다 정확한 3D 측정이 가능한 효과가 제공된다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 촬상부, 제2 촬상부(52), 제3 촬상부(53), 광원부(10), 제1 빔 스플리터(20), 제2 빔 스플리터(21), 제3 빔 스플리터(22), 제4 빔 스플리터(23), 쿼터 웨이브 플레이트(30)(Quater wave plate : QWP), 수평방향 선형편광판(41), 수직방향 선형편광판(42) 및 제어부(70)를 포함한다.
광원부(10)는 수직 편광 방향과 수직 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하여 출력한다. 여기서, 본 발명에 따른 광원부(10)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 레이저 광원(11) 및 편광판(14)을 포함할 수 있다. 또한, 광원부(10)는 공간 필터(12)(Spatial filter) 및 콜리메이팅 렌즈(13)(Collimating lens)를 포함할 수 있다.
레이저 광원(11)은 소정 파장(λ)의 레이저 빔을 출력한다. 본 발명에서는 레이저 광원(11)으로 선형 편광된 레이저 빔을 출력하는 레이저 다이오드(Laser diode : LD) 모듈 형태로 마련되는 것을 일 예로 한다.
레이저 광원(11)으로부터 출력된 레이저 빔은 공간 필터(12)를 거쳐 콜리메이팅 렌즈(13)를 통과하며 평행광 형태로 변환되어 편광판(14)을 통과하게 된다. 여기서, 편광판(14)은 수직 편광 방향과 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 가지며, 이에 따라 편광판(14)을 통과한 레이저 빔은 45° 기울어진 편광 상태, 즉 광원부(10)로부터 출력되는 선형 편광 빔 상태를 갖게 된다.
광원부(10)로부터 출력된 선형 편광 빔은 제1 빔 스플리터(20)(Beam splitter)로 입사된다. 제1 빔 스플리터(20)는 광원부(10)로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 광 경로 방향은 측정빔의 광 경로이고, 제2 광 경로는 기준빔의 광 경로가 된다.
제1 광 경로로 진행하는 선형 편광 빔은 다시 제2 빔 스플리터(21)로 입사된다. 제2 빔 스플리터(21)는 제1 광 경로 상에 배치되고, 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력되어 입사되는 선형 편광 빔을 측정 대상물(90) 방향으로 출력한다. 그리고, 제2 빔 스플리터(21)는 선형 편광 빔이 측정 대상물(90)로부터 반사되어 형성된 측정빔을 다시 제1 빔 스플리터(20) 방향과 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 빔 스플리터(20) 방향, 즉 제1 광 경로의 역방향과 제3 광 경로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상호 수직한 방향이 된다.
한편, 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력되어 제2 광 경로로 진행하는 선형 편 광 빔은 제2 광 경로 상에 배치된 쿼터 웨이브 플레이트(30), 즉 λ/4 파장판를 통과한다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)는 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력된 선형 편광 빔을 90°의 위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시킨다. 그리고, 쿼터 웨이브 플레이트(30)로부터 출력된 원형 편광 빔은 제2 광 경로 상에 배치된 제3 빔 스플리터(22)로 입사된다.
도 9는 쿼터 웨이브 플레이트(30)의 편광 상태(fast axis 및 slow axis)와 제1 빔 스플리터(20)로부터 출력된 선형 편광 빔의 편광 상태, 즉 본 발명의 제1 실시예에서의 광원부(10)의 편광판(14)의 편광 상태 간의 관계를 나타낸 도면이다.
제3 빔 스플리터(22)는 쿼터 웨이브 플레이트(30)로부터 출력된 원형 편광 빔을 기준 미러(60) 방향으로 출력한다. 그리고, 제3 빔 스플리터(22)는 원형 편광 빔이 기준 미러(60)에 의해 반사되어 형성된 기준빔을 다시 제1 빔 스플리터(20) 방향, 즉 제2 광 경로의 역 방향과, 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력한다. 여기서, 제1 빔 스플리터(20) 방향과 제4 광 경로 방향은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상호 수직한 방향이 된다.
상기와 같은 과정을 통해, 제2 빔 스플리터(21)로부터 제3 광 경로 방향으로 출력된 측정빔과, 제3 빔 스플리터(22)로부터 제4 광 경로 방향으로 출력된 기준빔은 제3 광 경로와 제4 광 경로가 방향에 교차하는 위치에 배치된 제4 빔 스플리터(23)로 입사된다. 그리고, 제4 빔 스플리터(23)는 입사된 측정빔과 기준빔을 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52) 방향으로 분할하여 출력한다.
제4 빔 스플리터(23)에 입사되어 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52) 방향으 로 분할되어 출력되는 측정빔과 기준빔은 상호 간섭되어 간섭광을 형성하게 된다. 여기서, 간섭광에는 원형 편광 빔인 기준빔과 45°선형 편광 빔인 측정빔 간의 간섭이 발생하게 되어 수직 편광 성분과 수평 편광 성분을 갖는다. 또한, 기준빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 90°의 위상차를 가지게 되어, 수직 편광 성분 및 수평 편광 성분은 90°의 위상차를 갖게 된다.
여기서, 수직방향 선형편광판(41)은 제1 촬상부(51)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 배치되어 제1 촬상부(51) 방향으로 출력된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시킴으로서, 제1 촬상부(51)가 간섭광 중 수직 편광 성분에 대한 홀로그램을 촬상하게 된다. 반면, 수평방향 선형편광판(42)은 제2 촬상부(52)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 배치되어 제2 촬상부(52) 방향으로 출력된 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시킴으로서, 제2 촬상부(52)가 간섭광 중 수평 편광 성분에 대한 홀로그램을 촬상하게 된다.
도 10을 참조하여 설명하면, 도 10의 (a)는 기준빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면으로, 광원부(10)로부터 출력된 45° 기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 좌 원형 편광 빔 형태로 편광된 기준빔을 형성한다. 도 10의 (b)는 측정빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면으로, 광원부(10)로부터 출력된 45° 기울어진 선형 편광 빔이 편광 상태 그대로 측정빔을 형성한다. 여기서, 도 10의 (c)는 각각 수평방향 선형편광판(42)의 편광 방향과 수작방향 선형편광판(42)의 편광 방향을 각각 도시한 도면이다.
상기와 같은 구성을 통해 On-axis 방식을 적용하여 한 번의 촬상으로 제1 촬 상부(51) 및 제2 촬상부(52)를 통해 2 장의 홀로그램을 동시에 취득하게 됨으로써, 기존의 Off-axis 방식이 갖는 단점, 즉 횡분해능 및 틸팅 각의 제한 문제를 해소함과 동시에 측정 속도를 향상시킬 수 있게 된다.
다시 도 8을 참조하여 설명하면, 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력되어 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 향하는 기준빔은 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과한다. 여기서, 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력된 기준빔은 상술한 바와 같이 원형 편광 빔의 편광 상태를 가지므로, 원형 편광 빔의 편광 상태를 갖는 기준빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 선형 편광 빔으로 편광된다.
도 11의 (a)를 참조하여 설명하면, 광원부(10)로부터 출력된 45°기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과할 때, 상술한 바와 같이, 원형 편광 빔으로 편광되고, 원형 편광 빔 형태의 기준빔이 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 -45° 기울어진 선형 편광 빔으로 편광된다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 형성된 선형 편광 빔 형태의 기준빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사된다.
한편, 제2 빔 스플리터(21)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 측정빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는데, 측정빔의 편광 상태는 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 45°기울어진 선형 편광 빔 형태를 유지한 상태로 입사된다.
여기서, 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는 기준빔 및 측정빔은 제3 촬상부(53) 방향으로 출력된다. 이 때, 제3 촬상부(53) 방향으로 출력된 기준빔은 -45° 기울어진 선형 편광 빔 형태를 가지고 측정빔은 45° 기울어진 선형 편광 빔 형태를 가지므로, 제3 촬상부(53) 방향으로 향하는 기준빔 및 측정빔 간에는 간섭이 발생하지 않은 상태로 제3 촬상부(53)에 의해 촬상된다.
상기와 같은 구성을 통해 상호간에 간섭에 발생하지 않은 상태로 기준빔 및 측정빔이 각각 제3 촬상부(53)에 의해 촬상되므로, 제3 촬상부(53)에 의해 촬상된 영상으로부터 기준빔과 측정빔의 세기(intensity) 정보, Iref 항과 Iobj 항의 합을 얻을 수 있게 된다.
즉, 제어부(70)는 제3 촬상부(53)에 의해 촬상된 기준빔 및 측정빔을 이용하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목을 추출하고, 추출된 DC 항목과, 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52)에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 측정 대상물(90)의 표면 형상을 측정하게 된다.
이에 따라, 기존의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정에서, 싱글 샷(Single shot) On-axis 방식의 오브젝트 DC 항목(Iobj)을 평균화 기술(Averaging technique)([수학식 2] 참조)을 사용하여 제거함에 따라 발생되었던 위상 정보의 손상 문제가 제거되고, 측정 과정에서 외부적인 요인이나 광원(11) 자체의 요인으로 인해 발생할 수 있는 레퍼런스 DC 항목(Iref)의 변화가 반영됨으로써, 보다 정밀한 3D 측정이 가능하게 된다.
이하에서는 도 12 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 대해 설명한다. 여기서, 본 발명의 제2 실시예를 설명하는데 있어, 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며 필요에 따라 그 설명은 생략하고, 제1 실시예와 차별화되는 구성을 위주로 하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치는, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 촬상부(53) 사이의 광 경로 상에 배치되는 편광판(43)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 촬상부(53) 사이에 배치된 편광판(43)은 제1 빔 스플리터(20)로부터 제3 촬상부(53)로 향하는 측정광을 투과시키고, 제3 빔 스플리터(22)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 기준빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 선형 편광된 상태로 제1 빔 스플리터(20)를 거친 기준빔의 투과를 차단하는 편광 상태를 갖는다.
도 13을 참조하여 설명하면, 도 13의 (a)는 제1 실시예에서와 동일하게, 광원부(10)로부터 출력된 45°기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과할 때 원형 편광 빔으로 편광되고, 원형 편광 빔 형태의 기준빔이 다시 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 -45° 기울어진 선형 편광 빔으로 편광된다. 여기서, 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하여 형성된 선형 편광 빔 형태의 기준빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사된다.
또한, 도 13의 (b)도 제1 실시예와 마찬가지로, 제2 빔 스플리터(21)로부터 제1 빔 스플리터(20) 방향으로 출력된 측정빔은 제1 빔 스플리터(20)로 입사되는데, 측정빔의 편광 상태는 45°기울어진 선형 편광 빔 형태를 유지한 상태로 입사된다.
그리고, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 촬상부(53) 사이에 배치된 편광판(43)은 측정빔이 투과되고 기준빔의 투과가 차단되도록, 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이, 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는다.
따라서, 제3 촬상부(53)에 의해 촬상되는 영상은 측정빔의 세기(intensity) 정보인 [수학식 1]의 Iobj 항을 반영하게 된다. 그리고, 제어부(70)는 제3 촬상부(53)에 의해 촬상된 측정빔을 이용하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목 중 오브젝트 DC 항목을 추출하고, DC 항목 중 레퍼런스 DC 항목(Iobj)은 변화가 없다는 가정 하에 미리 측정한 값을 사용하게 되며, 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52)에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 측정 대상물(90)의 표면 형상을 측정하게 된다.
다시, 도 12를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치는 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 사이의 제4 광 경로 상에 배치되는 하프 웨이브 플레이트(31)(Half wave plate : HWP)를 포함할 수 있다. 여기서, 하프 웨이브 플레이트(31)는 제3 빔 스플리터(22)로부터 출력된 기준빔을 -90°의 위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시킨다.
도 14를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 도 14의 (a)는 본 발명의 제1 실시예에서 기준빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면으로, 광원부(10)로부터 출력된 45° 기울어진 선형 편광 빔이 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 통과하면서 좌 원형 편 광 빔 형태로 편광된 기준빔을 형성한다. 그리고, 좌 원형 편광 빔 형태의 기준빔은 하프 웨이브 플레이트(31)를 통과하면서 우 원형 편광되고, x축과 y축 방향의 편광 방향에 대해 상호 -90°의 위상차를 갖게 된다.
그리고, 도 14의 (b)는 측정빔이 형성되는 과정을 나타낸 도면이고, 14의 (c)는 각각 수평방향 선형편광판(42)의 편광 방향과 수직방향 선형편광판(41)의 편광 방향을 각각 도시한 도면으로, 제1 실시예와 동일하다.
여기서, 하프 웨이브 플레이트(31)가 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23)에 배치되더라도, 기준빔 및 측정빔이 제4 플레이트를 거치면서 형성되는 간섭광이 -90°의 위상차를 가지게 되며, 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52)가 각각 -90°의 위상차를 갖는 수직 편광 성분과 수평 편광 성분을 촬상하게 되어 각각 하나씩의 홀로그램을 촬상 가능하게 된다.
상기와 같은 구성을 통해, 하프 웨이브 플레이트(31)가 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 배치됨으로써, 제3 촬상부(53)로 입사되는 빔이 광 경로 상에서 쿼터 웨이브 플레이트(30)를 2 번 통과하는 것과 마찬가지로, 제1 촬상부(51) 및 제2 촬상부(52)로 향하는 빔이 광 경로 상에서 쿼터 웨이브 플레이트(30)와 하프 웨이브 플레이트(31)를 각각 한 번씩 통과하게 되어 상호 유사한 조건을 부여할 수 있게 된다.
전술한 제1 실시예에서는 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 하프 웨이브 플레이트(31)가 배치되지 않은 형태로 설명되었으나, 제1 실시예에서도 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 사이에 하브 웨이브 플레이트를 배치할 수 있음은 물론이다.
그리고, 본 발명의 실시예들에 따른 제1 촬상부(51), 제2 촬상부(52) 및 제3 촬상부(53)은 영상의 촬상이 가능한 다양한 형태로 마련될 수 있으며, 본 발명에서는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 형태로 마련되는 것을 예로 한다.
그리고, 제1 빔 스플리터(20)와 제2 빔 스플리터(21) 간의 간격, 제1 빔 스플리터(20)와 제3 빔 스플리터(22) 간의 간격, 제2 빔 스플리터(21)와 제4 빔 스플리터(23) 간의 간격 및 제3 빔 스플리터(22)와 제4 빔 스플리터(23) 간의 간격이 동일하게 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 제4 빔 스플리터(23)와 제1 촬상부(51) 간의 간격, 제4 빔 스플리터(23)와 제2 촬상부(52) 간의 간격 및 제1 빔 스플리터(20)와 제3 촬상부(53) 간의 간격이 동일하게 배치되고, 제2 빔 스플리터(21)와 측정 대상물(90) 간의 간격 및 제3 빔 스플리터(22)와 기준 미러(60) 간의 간격이 동일하게 배치되는 것이 바람직하다. 이를 통해 광원부(10)로부터 출력되는 레이저 빔의 특성에 따라 레이저 다이오드와 같이 가간섭 거리가 매우 짧은 레이저 광원(11)을 사용하더라도 기준빔과 측정빔 간의 간섭이 발생하게 되어 홀로그램을 얻을 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 매크로(Macro) 사이즈의 측정 대상물에 대한 적용 예에 대해서 설명하고 있지만, 마이크로(Micro) 사이즈의 측정 대상물에 대해서도 적용 가능함은 물론이다. 이 경우 측정 대상물의 전방에 마이크로스코프 오브젝트 렌즈(Microscope object lens)를 배치함으로서 마이크로 사이즈의 측정 대상물에도 본 발명이 적용 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정 기술의 개념을 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 디지털 홀로그램으로 표현된 암호화된 신호의 일 예를 도시한 도면이고,
도 3은 종래의 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 4 및 도 5는 종래의 On-axis 방식은 디지털 홀로그램을 재생 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 6 및 도 7은 종래의 Off-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치를 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 편광 상태를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 13 및 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치의 편광 상태를 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 광원부 20 : 제1 빔 스플리터
21 : 제2 빔 스플리터 22 : 제3 빔 스플리터
23 : 제4 빔 스플리터 30 : 쿼터 웨이브 플레이트
31 : 하프 웨이브 플레이트 41 : 수평방향 선형편광판
42 ; 수직방향 선형편광판 43 : 편광판
51 : 제1 촬상부 52 : 제2 촬상부
53 : 제3 촬상부 60 : 기준 미러
70 : 제어부

Claims (6)

  1. On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 있어서,
    제1 촬상부 및 제2 촬상부와;
    수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와;
    상기 광원부로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와;
    상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정빔을 상기 제1 빔 스플리터가 위치한 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와;
    상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 90°위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 쿼터 웨이브 플레이트와;
    상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 상기 원형 편광 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 원형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔을 상기 제1 빔 스플리터가 위치한 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와;
    상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 위치에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 상기 측정빔과 상기 제3 빔 스플리터로부터의 상기 기준빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와;
    상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과;
    상기 제2 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판;
    상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터가 위치한 방향으로 출력되어 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔과, 상기 제3 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력된 상기 기준빔이 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 선형 편광된 상태로 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 기준빔을 촬상하기 위한 제3 촬상부와;
    상기 제3 촬상부에 의해 촬상된 상기 기준빔 및 상기 측정빔에 기초하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목을 추출하고, 상기 추출된 DC 항목과 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 상기 측정 대상물의 표면 형상을 측정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
  2. On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치에 있어서,
    제1 촬상부 및 제2 촬상부와;
    수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대하여 45°기울어진 편광 방향을 갖는 선형 편광 빔을 생성하는 광원부와;
    상기 광원부로부터의 선형 편광 빔을 상호 수직인 제1 광 경로 및 제2 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제1 빔 스플리터와;
    상기 제1 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 측정 대상물 방향으로 출력하고, 상기 선형 편광 빔이 상기 측정 대상물로부터 반사되어 형성된 측정빔을 상기 제1 빔 스플리터가 위치한 방향과 상기 제2 광 경로와 평행한 제3 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제2 빔 스플리터와;
    상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 제1 빔 스플리터로부터 출력된 상기 선형 편광 빔을 90°위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 쿼터 웨이브 플레이트와;
    상기 제2 광 경로 상에 배치되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트로부터의 상기 원형 편광 빔을 기준 미러 방향으로 출력하고, 상기 원형 편광 빔이 상기 기준 미러로부터 반사되어 형성된 기준빔을 상기 제1 빔 스플리터가 위치한 방향과 상기 제1 광 경로와 평행한 제4 광 경로 방향으로 분할하여 출력하는 제3 빔 스플리터와;
    상기 제3 광 경로와 상기 제4 광 경로가 교차하는 방향에 배치되며, 상기 제2 빔 스플리터로부터의 상기 측정빔과 상기 제3 빔 스플리터로부터의 상기 기준빔을 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부 방향으로 분할하여 출력하는 제4 빔 스플리터와;
    상기 제1 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 측정빔 및 상기 기준빔의 간섭에 의해 형성된 간섭광 중 수직 편광 성분을 통과시켜 상기 제1 촬상부로 출력하는 수직방향 선편광판과;
    상기 제2 촬상부와 상기 제4 빔 스플리터 사이에 배치되어 상기 간섭광 중 수평 편광 성분을 통과시켜 상기 제2 촬상부로 출력하는 수평방향 선편광판;
    상기 제2 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력되어 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 측정빔을 촬상하는 제3 촬상부와;
    상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 사이의 광 경로 상에 배치되며, 상기 측정빔이 투과되고 상기 제3 빔 스플리터로부터 상기 제1 빔 스플리터 방향으로 출력된 상기 기준빔이 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하여 선형 편광된 상태로 상기 제1 빔 스플리터를 거친 상기 기준빔의 투과를 차단하는 편광 상태를 갖는 편광판과;
    상기 제3 촬상부에 의해 촬상된 상기 기준빔 및 상기 측정빔에 기초하여 디지털 홀로그래피에 적용될 DC 항목 중 오브젝트 DC 항목을 추출하고, 상기 추출된 오브젝트 DC 항목과 상기 제1 촬상부 및 상기 제2 촬상부에 의해 촬상된 한 쌍의 홀로그램을 이용하여 상기 측정 대상물의 표면 형상을 추출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 빔 스플리터가 위치한 방향으로 출력되어 상기 쿼터 웨이브 플레이트를 통과하는 상기 기준빔은 -45°선형 편광되어 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 사이의 상기 편광판을 향하는 상기 측정빔과 간섭이 발생하지 않으며;
    상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 사이의 상기 편광판은 45°기울어진 선형 편광 상태인 상기 측정빔이 통과하도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 사이의 상기 제4 광 경로 상에 배치되어 상기 제3 빔 스플리터로부터 출력된 상기 기준빔을 -90°의 위상차를 갖는 원형 편광 빔으로 편광시키는 하프 웨이브 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 빔 스플리터와 상기 제2 빔 스플리터 간의 간격, 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 빔 스플리터 간의 간격, 상기 제2 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 간의 간격 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 제4 빔 스플리터 간의 간격이 동일하게 배치되고;
    상기 제4 빔 스플리터와 상기 제1 촬상부 간의 간격, 상기 제4 빔 스플리터와 상기 제2 촬상부 간의 간격 및 상기 제1 빔 스플리터와 상기 제3 촬상부 간의 간격이 동일하게 배치되며;
    상기 제2 빔 스플리터와 상기 측정 대상물 간의 간격 및 상기 제3 빔 스플리터와 상기 기준 미러 간의 간격이 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광원부는,
    레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과;
    상기 레이저 광원으로부터 출력된 레이저 빔이 통과하여 45°기울어진 편광 상태를 갖는 상기 선형 편광 빔을 형성되도록 수직 편광 및 수평 편광 방향 각각에 대해 45°기울어진 편광 상태를 갖는 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 On-axis 방식의 디지털 홀로그래피를 이용한 3D 측정장치.
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