KR101761014B1 - 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법 - Google Patents

마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101761014B1
KR101761014B1 KR1020150138426A KR20150138426A KR101761014B1 KR 101761014 B1 KR101761014 B1 KR 101761014B1 KR 1020150138426 A KR1020150138426 A KR 1020150138426A KR 20150138426 A KR20150138426 A KR 20150138426A KR 101761014 B1 KR101761014 B1 KR 101761014B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
lens
sample lens
refractive index
detector
Prior art date
Application number
KR1020150138426A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170022816A (ko
Inventor
박용근
김규현
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Publication of KR20170022816A publication Critical patent/KR20170022816A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101761014B1 publication Critical patent/KR101761014B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0228—Testing optical properties by measuring refractive power
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0207—Details of measuring devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G01N21/453—Holographic interferometry
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image
    • G06T2207/10012—Stereo images

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법이 제시된다. 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법에 있어서, 광원에서 조사된 빛이 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리되는 단계; 상기 제1 빔 스플리터에서 분리된 상기 샘플 빔이 샘플 렌즈에 입사되는 단계; 상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 샘플 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통과한 상기 기준 빔이 제2 빔 스플리터에 의해 모아지는 단계; 상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정하는 단계; 및 상기 샘플 렌즈는 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정되며, 상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법{Optical Tomographic Imaging Apparatus for Imaging Three-Dimensional Maps of Micro Lens and Method thereof}
아래의 실시예들은 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 홀로그래픽 광학 단층촬영(holographic optical tomography) 방법을 이용하여 마이크로 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 3차원 형상을 독립적으로 정밀하게 측정할 수 있는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법에 관한 것이다.
핸드폰, 스마트폰, 태플릿 PC 등에 내장되어 있는 카메라 렌즈는 플라스틱을 사출 성형 방식으로 가공하여 만들어 낸다. 휴대성과 편리성을 추구하는 소형 카메라 렌즈의 크기와 두께가 제한되어 있으므로, 제한된 크기와 두께에서 고해상도의 영상을 왜곡 없이 촬영하기 위해서는 비구면 렌즈 등 복잡한 형상의 렌즈가 제조되고 있다.
하지만 렌즈를 사출 성형할 때 사용하는 금형(Mold)이 매우 정밀하게 제조되었다고 하더라도, 플라스틱을 용융하고 금형 내에서 고체화하는 동안 온도의 비균일성, 플라스틱 원료의 순도 등에 따라 제조 렌즈의 굴절률 분포가 고르지 못하거나 형태가 달라져 렌즈의 수차가 발생할 수 있다. 이렇게 발생한 불량은 렌즈의 성능을 저하시키고, 나아가 렌즈가 사용되는 핸드폰의 성능과 경쟁력을 저하시키는 원인이 된다.
핸드폰 렌즈의 성능을 평가하여 불량의 원인을 찾아내기 위해 기존에는 렌즈의 표면 형상을 간섭계를 응용하여 측정하는 방식인 프로필로미터(Profilometer)를 이용하여 형태를 분석하거나, 카메라 렌즈와 이미지 센서가 최종 결합되어 이미징 시스템이 구성되면 실제 영상을 측정하는 방식으로 이미징 시스템의 광전달함수(optical transfer function)의 진폭 부분인 변조전달함수(modulation transfer function)를 측정하며, 샤크-하트만 파면 감지 센서(Shack-Hartmann wavefront sensor) 또는 홀로그래피를 이용하여 렌즈를 통과한 빛의 파면, 즉 빛의 위상 지연 길이(optical phase delay)를 측정한다. 여기서 빛의 위상 지연 길이는 렌즈의 굴절률 분포와 렌즈 두께의 곱으로 정의된다.
한국공개특허 10-2013-0081628호는 이러한 광 간섭 단층 촬영 장치에 관한 것으로, 광로 길이(optical path length) 조절이 가능한 광 프로브 및 이를 포함하는 광 간섭 단층 촬영 장치에 관한 기술을 기재하고 있다.
이러한 기존 방법들의 경우, 2차원에 사영된 영상을 기반으로 하여 측정된 정보로부터 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 렌즈의 3차원 형상을 각각 독립적으로 측정할 수 없다. 이에 따라 렌즈의 품질을 단독으로 검사하는 것이 불가능하고 불량 렌즈의 발생을 증가시킬 뿐만 아니라, 렌즈 불량 원인을 찾는 것도 어렵다.
실시예들은 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 홀로그래픽 광학 단층촬영(holographic optical tomography) 방법을 이용하여 마이크로 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 3차원 형상을 독립적으로 정밀하게 측정할 수 있는 기술을 제공한다.
실시예들은 여러 각도에서의 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 이용하여 측정하고, 단층촬영 복원 알고리즘(tomographic reconstruction algorithm)을 적용하여 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 실시예들은 동일 광 경로 간섭계를 형성하여 외부 진동, 온도 변화 등에 의한 광학 영상 왜곡을 줄일 수 있으며, 샘플 렌즈를 회전축으로 회전시켜 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들임으로써, 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포 영상을 보다 고해상도로 획득할 수 있는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법에 있어서, 광원에서 조사된 빛이 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리되는 단계; 상기 제1 빔 스플리터에서 분리된 상기 샘플 빔이 샘플 렌즈에 입사되는 단계; 상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 샘플 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통과한 상기 기준 빔이 제2 빔 스플리터에 의해 모아지는 단계; 상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정하는 단계; 및 상기 샘플 렌즈는 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정되며, 상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계를 포함한다.
측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 빔이 샘플 렌즈에 입사되는 단계는, 상기 샘플 빔은 상기 샘플 렌즈에 입사되고, 상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈를 통과하며 모아지는 단계를 포함하고, 상기 샘플 렌즈는, 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
상기 제2 빔 스플리터에 의해 모아지는 단계는, 상기 제2 빔 스플리터의 각도에 따라 상기 공간 변조 간섭무늬가 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치에 있어서, 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 빛을 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리하는 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS); 상기 제1 빔 스플리터에서 분리된 상기 샘플 빔이 통과하는 샘플 렌즈; 상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 샘플 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통과한 상기 기준 빔이 모아지는 제2 빔 스플리터; 상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 측정하는 검출기; 및 상기 검출기에서 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 상기 샘플 렌즈가 고정되어 각도를 회전시키는 회전 지지대(rotating mount: RM)를 포함한다.
측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하고, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛을 모아 상기 제2 빔 스플리터로 전달하는 적어도 하나 이상의 렌즈를 더 포함하고, 상기 샘플 렌즈는, 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
상기 제2 빔 스플리터는, 상기 제2 빔 스플리터의 각도에 따라 상기 공간 변조 간섭무늬가 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법에 있어서, 광원에서 조사된 빛이 샘플 렌즈에 입사되는 단계; 상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 빛이 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리되는 단계; 상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정하는 단계; 및 상기 샘플 렌즈는 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정되며, 상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계를 포함한다.
측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 조사된 빛이 샘플 렌즈에 입사되는 단계는, 상기 빛은 상기 샘플 렌즈에 입사되고, 상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈를 통과하며 모아지는 단계를 포함하고, 상기 샘플 렌즈는, 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연을 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 상기 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 상기 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 상기 공조 변조 간섭무늬로부터 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치에 있어서, 빛을 조사하는 광원; 상기 광원에서 조사된 빛이 통과하는 샘플 렌즈; 상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 빛이 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리하는 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P); 상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P)에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 측정하는 검출기; 상기 검출기에서 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 상기 샘플 렌즈가 고정되어 각도를 회전시키는 회전 지지대(rotating mount: RM)를 포함한다.
측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하고, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 분석부를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛을 모아 상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P)로 전달하는 적어도 하나 이상의 렌즈를 더 포함하고, 상기 샘플 렌즈는, 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
상기 분석부는, 상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연을 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 상기 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 상기 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 상기 공조 변조 간섭무늬로부터 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출할 수 있다.
실시예들에 따르면 여러 각도에서의 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 이용하여 측정하고, 단층촬영 복원 알고리즘(tomographic reconstruction algorithm)을 적용하여 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 동일 광 경로 간섭계를 형성하여 외부 진동, 온도 변화 등에 의한 광학 영상 왜곡을 줄일 수 있으며, 샘플 렌즈를 회전축으로 회전시켜 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들임으로써, 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포 영상을 보다 고해상도로 획득할 수 있는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 핸드폰 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정함으로써 핸드폰 렌즈 제조 공정에서 발생하는 불량 렌즈를 검출할 수 있을 것이다. 나아가, 측정된 3차원 굴절률 분포로부터 핸드폰 렌즈의 3차원 형태와 내부 물질 조성을 독립적으로 측정하여 공정상 불량의 원인을 다각도로 조사할 수 있어, 핸드폰 렌즈 제조 공정의 불량률을 줄이고 고성능 비구면 렌즈를 제조할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치의 회전축에 의한 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 샘플 렌즈의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래의 실시예들은 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 홀로그래픽 광학 단층촬영(holographic optical tomography) 방법을 이용하여 마이크로 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 3차원 형상을 독립적으로 정밀하게 측정할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 실시예들은 여러 각도에서의 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 이용하여 측정하고, 단층촬영 복원 알고리즘(tomographic reconstruction algorithm)을 적용하여 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 나타내는 것으로, 공통 광 경로 간섭계(common-path interferometer) 등의 간섭계를 이용하여 간단한 광학 부품 구성으로 동일한 결과를 얻을 수 있다.
마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 광원(110), 제1 빔 스플리터(beam splitter)(120), 샘플 렌즈(130), 제2 빔 스플리터(beam splitter)(150), 검출기(160), 및 회전 지지대(180)를 포함할 수 있다.
광원(110)은 소정의 파장을 가지는 빛을 기설정된 조사 조건으로 샘플 렌즈(130)에 조사할 수 있다.
제1 빔 스플리터(beam splitter: BS)(120)는 광원(110)으로부터 전달되는 빛을 샘플 빔(sample beam, #1)과 기준 빔(reference beam, #2)으로 분리할 수 있다. 즉, 제1 빔 스플리터(120)를 이용하여 샘플 빔과 기준 빔을 나누고 간섭시킬 수 있다.
제1 빔 스플리터(120)는 샘플 빔을 샘플 렌즈(130)로 전달할 수 있다. 여기서 샘플 렌즈(130)는 핸드폰 렌즈, 스마트폰 렌즈 등 측정 대상이 되는 마이크로 렌즈가 될 수 있다. 이때 샘플 렌즈(핸드폰 렌즈)의 크기에 따라 렌즈의 구경이 변화할 수 있으며, 목적에 따라 광학 대물렌즈(objective lens) 또는 평 볼록 렌즈(plano-convex lens) 등이 사용될 수 있다. 또한, 샘플 렌즈(130)는 굴절률 정합액(refractive index matching oil, 131)에 담겨 있을 수 있다.
샘플 빔은 샘플 렌즈(130)에 의하여 산란될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 렌즈(140)는 산란된 빛을 모아 검출기(160)에 상이 맺히도록 할 수 있다. 이때 산란된 빛은 적어도 하나 이상의 렌즈(140)로 전달될 수 있다.
한편, 제1 빔 스플리터(120)는 기준 빔을 제1 거울(171)로 전달할 수 있다. 기준 빔은 제1 거울(171) 및 제2 거울(172)에 의하여 반사되어 제2 빔 스플리터(beam splitter: BS)(150)로 전달될 수 있다. 즉, 기준 빔은 샘플 렌즈(130)를 통과하지 않은 채 검출기 앞에 있는 제2 빔 스플리터(150)에 의해 다시 샘플 빔과 모이게 되고, 제2 빔 스플리터(150)의 각도에 따라 공간 변조 간섭무늬를 만들 수 있다.
제2 빔 스플리터(150)는 샘플 렌즈(130)를 통과한 샘플 빔과 제1 빔 스플리터(120)를 통과한 기준 빔을 모아 검출기(160)로 전달할 수 있다.
이에 따라 검출기(Detector, 160)는 제2 빔 스플리터(150)에서 반사된 샘플 빔과기준 빔의 간섭무늬를 측정할 수 있다. 여기서, 검출기(160)는 간섭무늬를 촬영할 수 있는 카메라가 될 수 있다. 그리고 간섭무늬는 복수의 각도에서 촬영된 공간 변조 간섭무늬일 수 있다.
검출기(160)에서 복수의 각도에서의 샘플 렌즈(130)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 회전 지지대(rotating mount: RM)(180)를 구성할 수 있다. 샘플 렌즈(130)는 회전 지지대(180)에 고정되고, 회전 지지대(180)의 각도를 회전시키며 각 각도에서의 공간 변조 간섭무늬를 측정할 수 있다. 예를 들어, 회전 지지대(180)의 각도를 360도 회전시키며 각 각도에서의 핸드폰 렌즈(샘플 렌즈, 130)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정할 수 있다.
더욱이 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 분석부를 더 포함할 수 있다. 분석부는 측정한 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출한 후, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따르면 여러 각도에서의 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 이용하여 측정하고, 단층촬영 복원 알고리즘(tomographic reconstruction algorithm)을 적용하여 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법을 나타내는 것으로, 공통 광 경로 간섭계(common-path interferometer) 등의 간섭계를 이용하여 간단한 광학 부품 구성으로 동일한 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법은 도 2에서 설명한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 이용하여 구체적으로 설명할 수 있다. 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 광원(110), 제1 빔 스플리터(beam splitter)(120), 샘플 렌즈(130), 제2 빔 스플리터(beam splitter)(150), 검출기(160), 및 회전 지지대(180)를 포함할 수 있다.
단계(210)에서, 광원(110)에서 조사된 빛이 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS)(120)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리될 수 있다.
단계(220)에서, 제1 빔 스플리터(120)에서 분리된 샘플 빔이 샘플 렌즈(130)에 입사될 수 있다. 샘플 렌즈(130)는 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다. 그리고 샘플 빔은 샘플 렌즈(130)에 입사 후, 샘플 렌즈(130)를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈(140)를 통과하며 모아질 수 있다.
단계(230)에서, 샘플 렌즈(130)를 통과한 샘플 빔과 제1 빔 스플리터(120)를 통과한 기준 빔이 제2 빔 스플리터(150)에 의해 모아질 수 있다. 이때 제2 빔 스플리터(150)의 각도에 따라 공간 변조 간섭무늬가 형성될 수 있다.
단계(240)에서, 제2 빔 스플리터(150)에서 반사된 샘플 빔과 기준 빔의 간섭무늬를 검출기(160)를 이용하여 측정할 수 있다.
단계(250)에서, 샘플 렌즈(130)는 회전 지지대(rotating mount: RM)(180)에 고정되며, 회전 지지대(180)의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 샘플 렌즈(130)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 검출기(160)를 이용하여 측정할 수 있다.
추가적으로, 측정한 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출할 수 있다.
이어, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 샘플 렌즈(130)의 3차원 굴절률 분포를 계산할 수 있다.
따라서, 일 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법은 홀로그래픽 광학 단층촬영(holographic optical tomography) 방법을 이용하여 마이크로 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 3차원 형상을 독립적으로 정밀하게 측정할 수 있다. 또한, 여러 각도에서의 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 이용하여 측정하고, 단층촬영 복원 알고리즘(tomographic reconstruction algorithm)을 적용하여 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 동일 광 경로 간섭계의 일종인 공통 경로 정량 위상 현미경 필터를 이용한 마이크로 렌즈 단층촬영 기구를 나타내는 것으로, 도 1에서 빔 스플리터를 이용하여 샘플 빔과 기준 빔을 나누고 간섭시킨 것과 달리, 동일 광 경로 간섭계를 이용한 방법에서는 마이크로 렌즈(샘플 렌즈, 일례로 핸드폰 렌즈가 될 수 있다.)에 산란된 빛을 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)를 통과시켜 샘플 빔과 기준 빔으로 나누고 간섭시킬 수 있다.
동일 광 경로 간섭계는 두 개의 샘플 빔과 기준 빔이 같은 경로를 지나므로 외부 진동, 온도 변화 등에 의한 광학 영상 왜곡을 줄일 수 있으며, 구성이 간단하여 광학 기술자가 없이도 쉽게 설치 후 조작할 수 있다.
동일 광 경로 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 광원(310), 샘플 렌즈(320), 편광 프리즘(polarizing prism: PP)(340), 편광자(polarizer: P)(350), 검출기(360), 및 회전 지지대(370)를 포함할 수 있다.
광원(310)은 샘플 렌즈(320)에 빛을 조사할 수 있다.
샘플 렌즈(320)는 광원(310)에서 조사된 빛이 입사된 후, 통과시킬 수 있다. 여기서 샘플 렌즈(320)는 핸드폰 렌즈, 스마트폰 렌즈 등 측정 대상이 되는 마이크로 렌즈가 될 수 있다. 이때 샘플 렌즈의 크기에 따라 렌즈의 구경이 변화할 수 있으며, 목적에 따라 광학 대물렌즈(objective lens) 또는 평 볼록 렌즈(plano-convex lens) 등이 사용될 수 있다. 또한, 샘플 렌즈(320)는 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
한편, 샘플 렌즈(320)를 통과하며 산란된 빛을 모아 편광 프리즘(340) 및 편광자(350)로 전달하는 적어도 하나 이상의 렌즈(330)를 더 포함할 수 있다.
편광 프리즘(polarizing prism: PP)(340) 및 편광자(polarizer: P)(350)는 샘플 렌즈(320)를 통과한 빛을 샘플 빔(sample beam, #1)과 기준 빔(reference beam, #2)으로 분리시킬 수 있다.
검출기(Detector, 360)는 편광 프리즘(340) 및 편광자(350)에서 반사된 샘플 빔과 기준 빔의 간섭무늬를 측정할 수 있다.
회전 지지대(rotating mount: RM)(370)는 검출기(360)에서 복수의 각도에서의 샘플 렌즈(320)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 샘플 렌즈(320)가 고정되어 각도를 회전시킬 수 있다.
더욱이 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 분석부를 더 포함할 수 있다. 분석부는 측정한 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출할 수 있다.
이후, 분석부는 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 샘플 렌즈(320)의 3차원 굴절률 분포를 계산할 수 있다.
또한, 분석부는 샘플 렌즈(320)를 통과한 빛의 위상 지연을 샘플 렌즈(320)의 3차원 굴절률 분포와 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 공간 변조 간섭무늬로부터 샘플 렌즈(320)의 위상 지연 영상을 추출할 수 있다. 샘플 렌즈(320)의 위상 지연 영상을 추출하는 방법은 아래에서 더 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치의 회전축에 의한 회전을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 3에서 설명한 동일 광 경로 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치에서 샘플 렌즈를 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정하여 회전축으로 회전시킬 수 있다.
동일 광 경로 간섭계를 샘플 렌즈(일례로, 핸드폰 렌즈)를 회전축으로 회전시켜 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들임으로써, 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포 영상을 보다 고해상도로 얻을 수 있다.
샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연(△φ)은 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015095101691-pat00001
여기서, λ은 입사광의 파장을 나타내고, n lens 는 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 나타내며, n medium 는 굴절률 정합액의 굴절률을 나타낼 수 있다.
이때 위상 지연의 크기가 클 경우, 공간 위상 랩핑(phase wrapping)이 발생하여 변조 간섭무늬로부터 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출하는 데에 어려움이 있을 수 있다. 그러므로 카메라 픽셀 당 위상 지연 값이 π 라디안 이하로 조절하여, 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출할 수 있다.
이러한 렌즈의 경우 가시광선 파장(수백 nm)에 비해 두께가 매우 두꺼우므로(mm 단위), 샘플 렌즈의 굴절률과 차이가 적은 굴절률을 가진 굴절률 정합액을 사용하여 최종 위상 지연 크기를 줄일 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 동일 광 경로 간섭계의 일종인 공통 경로 정량 위상 현미경 필터를 이용한 마이크로 렌즈 단층촬영 방법을 나타내는 것으로, 도 1에서 빔 스플리터를 이용하여 샘플 빔과 기준 빔을 나누고 간섭시킨 것과 달리, 동일 광 경로 간섭계를 이용한 방법에서는 샘플 렌즈에 산란된 빛을 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)를 통과시켜 샘플 빔과 기준 빔으로 나누고 간섭시킬 수 있다.
동일 광 경로 간섭계는 두 개의 샘플 빔과 기준 빔이 같은 경로를 지나므로 외부 진동, 온도 변화 등에 의한 광학 영상 왜곡을 줄일 수 있으며, 구성이 간단하여 광학 기술자가 없이도 쉽게 설치 후 조작할 수 있다.
다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법은 도 3에서 설명한 동일 광 경로 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치를 이용하여 구체적으로 설명할 수 있다. 여기서, 동일 광 경로 간섭계를 이용한 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치는 광원(310), 샘플 렌즈(320), 편광 프리즘(polarizing prism: PP)(340), 편광자(polarizer: P)(350), 검출기(360), 및 회전 지지대(370)를 포함할 수 있다.
단계(510)에서, 광원(310)에서 조사된 빛이 샘플 렌즈(320)에 입사될 수 있다. 샘플 렌즈(520)는 굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담겨 있을 수 있다.
한편, 조사된 빛은 샘플 렌즈(320)에 입사 후, 샘플 렌즈(320)를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈(330)를 통과하며 모아질 수 있다.
단계(520)에서, 샘플 렌즈(320)를 통과한 빛이 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리될 수 있다. 적어도 하나 이상의 렌즈(330)가 사용되는 경우, 샘플 렌즈(320)를 통과한 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈(330)를 통과하고, 이후, 편광 프리즘(polarizing prism: PP)(340)과 편광자(polarizer: P)(350)를 통과하며 샘플 빔과 기준 빔으로 분리될 수 있다.
단계(530)에서, 편광 프리즘(340)과 편광자(350)에서 반사된 샘플 빔과 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정할 수 있다.
단계(540)에서, 샘플 렌즈(320)는 회전 지지대(rotating mount: RM)(370)에 고정되며, 회전 지지대(370)의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 샘플 렌즈(320)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 검출기(360)를 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 회전 지지대(370)의 각도를 360도 회전시키며 각 각도에서의 핸드폰 렌즈(샘플 렌즈, 320)에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정할 수 있다.
추가적으로, 측정한 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출할 수 있다.
이어, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 샘플 렌즈(320)의 3차원 굴절률 분포를 계산할 수 있다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 샘플 렌즈(320)를 통과한 빛의 위상 지연을 샘플 렌즈(320)의 3차원 굴절률 분포와 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 공간 변조 간섭무늬로부터 상기 샘플 렌즈(320)의 위상 지연 영상을 추출할 수 있다.
이와 같이 다른 실시예에 따른 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법에 따르면 동일 광 경로 간섭계를 형성하여 외부 진동, 온도 변화 등에 의한 광학 영상 왜곡을 줄일 수 있으며, 샘플 렌즈를 회전축으로 회전시켜 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들임으로써, 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포 영상을 보다 고해상도로 획득할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 샘플 렌즈의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 위에서 설명한 실시예들에 따라 실험적으로 구현하여 측정한 샘플 렌즈(마이크로 렌즈)의 결과를 확인할 수 있다.
도 6a는 스마트폰 카메라를 구성하는 렌즈 중 가장 복잡한 형태를 가지는 렌즈의 3차원 굴절률 분포의 3면도를 나타낸다. 도 6b는 도 6a를 통해 구성한 표면 형상으로, 이를 이용하여 마이크로 렌즈 3차원 형상과 내부 굴절률 값을 정확하게 알 수 있다.
이상에서 실시예들에 따르면 마이크로 렌즈(핸드폰 렌즈)의 3차원 굴절률 분포를 측정함으로써 핸드폰 렌즈 제조 공정에서 발생하는 불량 렌즈를 검출할 수 있다. 나아가, 측정된 3차원 굴절률 분포로부터 마이크로 렌즈(핸드폰 렌즈)의 3차원 형태와 내부 물질 조성을 독립적으로 측정하여 공정상 불량의 원인을 다각도로 조사할 수 있으며, 향후 핸드폰 렌즈 제조 공정의 불량률을 줄이고 고성능 비구면 렌즈를 제조하는데 기여할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 광원에서 조사된 빛이 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리되는 단계;
    상기 제1 빔 스플리터에서 분리된 상기 샘플 빔이 샘플 렌즈에 입사되는 단계;
    상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 샘플 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통과한 상기 기준 빔이 제2 빔 스플리터에 의해 모아지는 단계;
    상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정하는 단계;
    상기 샘플 렌즈는 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정되며, 상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 공간 변조 간섭무늬를 이용하여 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계는,
    상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하기 위해 상기 회전 지지대의 각도를 360도 회전시키면서 각 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 상기 공간 변조 간섭무늬를 측정하여, 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 통해 측정하며, 상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연이 커서 공간 위상 랩핑(phase wrapping)이 발생하는 경우, 상기 검출기의 카메라 픽셀 당 위상 지연 값을 π 라디안 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하는 단계
    를 더 포함하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 샘플 빔이 샘플 렌즈에 입사되는 단계는,
    상기 샘플 빔은 상기 샘플 렌즈에 입사되고, 상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈를 통과하며 모아지는 단계
    를 포함하고,
    상기 샘플 렌즈는,
    굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담긴 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 빔 스플리터에 의해 모아지는 단계는,
    상기 제2 빔 스플리터의 각도에 따라 상기 공간 변조 간섭무늬가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  6. 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사된 빛을 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리하는 제1 빔 스플리터(beam splitter: BS);
    상기 제1 빔 스플리터에서 분리된 상기 샘플 빔이 통과하는 샘플 렌즈;
    상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 샘플 빔과 상기 제1 빔 스플리터를 통과한 상기 기준 빔이 모아지는 제2 빔 스플리터;
    상기 제2 빔 스플리터에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 측정하는 검출기;
    상기 검출기에서 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 상기 샘플 렌즈가 고정되어 각도를 회전시키는 회전 지지대(rotating mount: RM); 및
    측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하고, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 분석부
    를 포함하고,
    상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하기 위해 상기 회전 지지대의 각도를 360도 회전시키면서 각 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 상기 공간 변조 간섭무늬를 측정하여, 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 이미지를 간섭계를 통해 측정하며, 상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연이 커서 공간 위상 랩핑(phase wrapping)이 발생하는 경우, 상기 검출기의 카메라 픽셀 당 위상 지연 값을 π 라디안 이하로 조절하는 것을 특징으로 하를 포함하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛을 모아 상기 제2 빔 스플리터로 전달하는 적어도 하나 이상의 렌즈
    를 더 포함하고,
    상기 샘플 렌즈는,
    굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담긴 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2 빔 스플리터는,
    상기 제2 빔 스플리터의 각도에 따라 상기 공간 변조 간섭무늬가 형성되는 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
  10. 광원에서 조사된 빛이 샘플 렌즈에 입사되는 단계;
    상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 빛이 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)를 통과하며 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리되는 단계;
    상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP)과 편광자(polarizer: P)에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 검출기를 이용하여 측정하는 단계;
    상기 샘플 렌즈는 회전 지지대(rotating mount: RM)에 고정되며, 상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계; 및
    측정된 상기 공간 변조 간섭무늬를 이용하여 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 회전 지지대의 각도를 회전시켜 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 상기 검출기를 이용하여 측정하는 단계는,
    동일 광 경로 간섭계에서는 상기 샘플 렌즈를 상기 회전 지지대에 고정하여 회전축으로 회전시켜 고정된 상태보다 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들여 상기 샘플 렌즈의 고해상도의 3차원 굴절률 분포 영상을 획득하며, 상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연이 커서 공간 위상 랩핑(phase wrapping)이 발생하는 경우, 상기 검출기의 카메라 픽셀 당 위상 지연 값을 π 라디안 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하는 단계
    를 더 포함하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 조사된 빛이 샘플 렌즈에 입사되는 단계는,
    상기 빛은 상기 샘플 렌즈에 입사되고, 상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛이 적어도 하나 이상의 렌즈를 통과하며 모아지는 단계
    를 포함하고,
    상기 샘플 렌즈는,
    굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담긴 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연을 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 상기 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 상기 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 상기 공간 변조 간섭무늬로부터 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출하는 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 방법.
  15. 빛을 조사하는 광원;
    상기 광원에서 조사된 빛이 통과하는 샘플 렌즈;
    상기 샘플 렌즈를 통과한 상기 빛이 샘플 빔(sample beam)과 기준 빔(reference beam)으로 분리하는 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P);
    상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P)에서 반사된 상기 샘플 빔과 상기 기준 빔의 간섭무늬를 측정하는 검출기;
    상기 검출기에서 복수의 각도에서의 상기 샘플 렌즈에 의한 공간 변조 간섭무늬를 측정하도록 상기 샘플 렌즈가 고정되어 각도를 회전시키는 회전 지지대(rotating mount: RM); 및
    측정한 상기 공간 변조 간섭무늬를 공간 변조 홀로그램의 분석방법을 이용하여 분석하고 정량 위상 영상을 추출하고, 푸리에 절편 이론(Fourier slice theorem) 또는 푸리에 회절 이론(Fourier diffraction theorem)을 이용한 단층촬영 알고리즘을 통해 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포를 계산하는 분석부
    를 포함하고,
    동일 광 경로 간섭계에서는 상기 샘플 렌즈를 상기 회전 지지대에 고정하여 회전축으로 회전시켜 고정된 상태보다 더 큰 각도의 산란 정보를 받아들여 상기 샘플 렌즈의 고해상도의 3차원 굴절률 분포 영상을 획득하며, 상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연이 커서 공간 위상 랩핑(phase wrapping)이 발생하는 경우, 상기 검출기의 카메라 픽셀 당 위상 지연 값을 π 라디안 이하로 조절하는 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 샘플 렌즈를 통과하며 산란된 빛을 모아 상기 편광 프리즘(polarizing prism: PP) 및 편광자(polarizer: P)로 전달하는 적어도 하나 이상의 렌즈
    를 더 포함하고,
    상기 샘플 렌즈는,
    굴절률 정합액(refractive index matching oil)에 담긴 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 샘플 렌즈를 통과한 빛의 위상 지연을 상기 샘플 렌즈의 3차원 굴절률 분포와 상기 굴절률 정합액의 굴절률을 이용하여 계산하고, 상기 빛의 위상 지연의 크기를 조절하여 상기 공간 변조 간섭무늬로부터 상기 샘플 렌즈의 위상 지연 영상을 추출하는 것
    을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치.
KR1020150138426A 2015-08-20 2015-10-01 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법 KR101761014B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150117549 2015-08-20
KR20150117549 2015-08-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170022816A KR20170022816A (ko) 2017-03-02
KR101761014B1 true KR101761014B1 (ko) 2017-07-25

Family

ID=58427022

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150138426A KR101761014B1 (ko) 2015-08-20 2015-10-01 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101761014B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111397861B (zh) * 2020-04-17 2021-03-30 复旦大学 微型透镜检测系统及其检测方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101492343B1 (ko) * 2013-11-15 2015-02-11 한국과학기술원 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101492343B1 (ko) * 2013-11-15 2015-02-11 한국과학기술원 광 산란 패턴 검출 장치 및 광 산란 패턴 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170022816A (ko) 2017-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105241374B (zh) 双波长共路正交载频数字全息检测装置及检测方法
US9644947B2 (en) Optical interferometric apparatus for real-time full-field thickness inspection and method thereof
US10330463B2 (en) Spatial phase-shift shearography system for non-destructive testing and strain measurement
US10635049B2 (en) Ellipsometry device and ellipsometry method
CN105324649A (zh) 利用对反射光的光谱波前分析的眼睛计量
TWI797377B (zh) 表面形狀量測裝置以及表面形狀量測方法
CN104089573B (zh) 基于正交偏振光的多通道白光共路干涉显微层析系统
US20140009765A1 (en) Method of measuring refractive index distribution, method of manufacturing optical element, and measurement apparatus of refractive index distribution
US11598627B2 (en) Methods, systems and apparatus of interferometry for imaging and sensing
WO2014102792A1 (en) Optical method and system for critical dimensions and thickness characterization
Cenedese et al. 3D particle reconstruction using light field imaging
Wu et al. Universal optical setup for phase-shifting and spatial-carrier digital speckle pattern interferometry
KR101761014B1 (ko) 마이크로 렌즈 3차원 광학 굴절률 촬영 장치 및 방법
KR101716452B1 (ko) 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 방법
WO2020261826A1 (ja) 画像処理装置、評価システム、画像処理プログラム及び画像処理方法
JP2016148569A (ja) 画像測定方法、及び画像測定装置
TW201335571A (zh) 同時檢測三維表面輪廓及光學級表面粗糙度的裝置及方法
EP2823279B1 (fr) Procede et appareil de mesure de la structure geometrique d'un composant optique
JPWO2018034188A1 (ja) 光測定装置および光軸調整方法
Levin et al. An automated interference microscope for measuring dynamic objects
Toto-Arellano et al. Temporal measurements of transparent samples with four simultaneous interferograms by using a Mach–Zehnder interferometer
KR20170037581A (ko) 굴절률 분포 측정 시스템 및 이를 이용한 굴절률 분포 측정 방법
Tian Snapshot Interferometric Systems with Polarization Cameras
KR101868110B1 (ko) 소형카메라 통합모듈의 불량 검출 장치
Liu et al. Lensless Wiener-Khinchin telescope based on high-order spatial autocorrelation of thermal light

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant