KR101949793B1 - 렌즈 조립체를 이용한 홀로그램 영상 획득 장치 및 이를 구비하는 물체의 입체 형상 복원 장치 - Google Patents

렌즈 조립체를 이용한 홀로그램 영상 획득 장치 및 이를 구비하는 물체의 입체 형상 복원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 튜브 렌즈와 같은 렌즈 조립체를 이용하여 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환시켜 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득 장치 및 이를 구비하는 물체의 입체 형상 복원 장치를 제안한다. 본 발명에 따른 홀로그램 영상 획득 장치는 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체; 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 제1 광을 반사시키고 제2 광을 투과시키는 광 분할부; 투과된 제2 광을 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부; 및 제1 광과 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부를 포함한다.

Description

렌즈 조립체를 이용한 홀로그램 영상 획득 장치 및 이를 구비하는 물체의 입체 형상 복원 장치 {Device for obtaining hologram image using lens assembly and apparatus for restructuring shape of object with the device}
본 발명은 홀로그램 영상을 획득하는 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 렌즈 조립체를 이용하여 홀로그램 영상을 획득하는 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 획득된 홀로그램 영상을 기초로 물체의 입체 형상을 복원하는 장치에 관한 것이다.
종래에는 물체의 3차원 형상을 복원하기 위해 대상 물체에 대한 정보를 가지고 있는 물체 홀로그램과 대상 물체에 대한 정보를 가지지 않는 기준 홀로그램을 순차적으로 획득한 후, 물체 홀로그램과 기준 홀로그램 사이의 위상차를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원하였다.
그러나 이와 같은 방법은 물체 홀로그램과 기준 홀로그램을 획득하는 데에 있어 시간 지연에 따라 발생할 수 있는 에러로 인해 시스템의 성능이 일정하지 못하다는 문제점이 있다. 또한 이로 인해 물체의 3차원 형상이 불완전하게 복원되는 문제점도 있다.
(선행문헌 1) 한국등록특허 제1,573,362호 (발명의 명칭 : 고속의 신축적인 디지털 홀로그램 생성 방법 및 장치)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 튜브 렌즈와 같은 렌즈 조립체를 이용하여 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환시켜 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득 장치 및 이를 구비하는 물체의 입체 형상 복원 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 구면파 형태의 물체광(Object beam)을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체; 상기 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 상기 제1 광을 반사시키고 상기 제2 광을 투과시키는 광 분할부; 투과된 상기 제2 광을 상기 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부; 및 상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 렌즈 조립체는, 상기 구면파 형태의 물체광을 수렴광으로 변환시키는 제1 렌즈; 및 상기 수렴광을 평행광으로 변환시키는 제2 렌즈를 포함한다.
바람직하게는, 상기 렌즈 조립체는 튜브 렌즈로 형성된다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 상기 홀로그램 영상과 관련된 간섭무늬 영역으로 상기 물체에 대한 정보를 포함하지 않는 기준 영역들 사이의 중첩 영역에 상기 물체에 대한 정보를 포함하는 물체 영역이 형성되도록 상기 광 반사부를 제어하는 광 반사부 제어기를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 물체의 위치 정보와 크기 정보를 기초로 상기 광 반사부의 기울기를 조절하여 상기 광 반사부를 제어한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 제2 광이 상기 제1 광과 결합하지 못하게 상기 광 반사부를 제어하며, 상기 제1 광을 기초로 상기 물체의 크기가 산출되면 상기 물체의 크기를 기초로 상기 광 반사부의 기울기를 조절한다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 미리 정해진 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부; 및 상기 물체의 크기를 산출하는 물체 크기 산출부를 더 포함하며, 상기 물체 크기 산출부는 상기 제1 광을 기초로 얻은 영상을 구성하는 픽셀의 크기 및 상기 제1 광 변환부의 렌즈 배율을 기초로 상기 물체의 크기를 산출한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 제2 광이 상기 제1 광과 결합하지 못하게 상기 광 반사부를 제어하기 전에 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리와 상기 기준 영역의 반지름을 비교하여 얻은 결과를 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리가 상기 기준 영역의 반지름보다 큰 것으로 판단되면 상기 기준 영역의 반지름에 2를 곱한 값에서 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리를 뺀 값을 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정하며, 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리가 상기 기준 영역의 반지름보다 작은 것으로 판단되면 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리를 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정한다.
바람직하게는, 상기 광 반사부 제어기는 상기 홀로그램 영상을 획득하기 전에 상기 광 반사부를 제어한다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 광을 생성하여 출력시키는 광 생성부; 출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및 노이즈가 제거된 광이 상기 물체를 통과하면 상기 물체를 통과한 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 노이즈 제거부는 회전 가능한 확산판으로 형성된다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 상기 물체를 통과하기 전에 상기 노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 제2 광 변환부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 광 변환부는 시준기(Collimator)로 형성된다.
바람직하게는, 상기 노이즈 제거부는 상기 노이즈로 스펙클 노이즈(Speckle noise)를 제거한다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 광을 생성하여 출력시키는 광 생성부; 출력된 광의 크기를 조절하는 광 크기 조절부; 및 크기가 조절된 광이 상기 물체를 통과하면 상기 물체를 통과한 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 홀로그램 영상 획득 장치는 회전 가능한 확산판을 이용하여 상기 출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및 노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 제2 광 변환부를 더 포함하며, 상기 광 크기 조절부는 상기 출력된 광이 상기 평행광으로 변환되면 상기 평행광으로 변환된 광의 크기를 조절한다.
바람직하게는, 상기 광 크기 조절부는 상기 제1 광 변환부에 형성된 구멍의 크기를 기초로 상기 출력된 광의 크기를 조절한다.
또한 본 발명은 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체; 상기 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 상기 제1 광을 반사시키고 상기 제2 광을 투과시키는 광 분할부; 투과된 상기 제2 광을 상기 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부; 상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부; 및 상기 홀로그램 영상을 기초로 상기 물체에 대한 입체 형상을 복원하는 입체 형상 복원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 입체 형상 복원 장치를 제안한다.
본 발명은 상기한 목적 달성을 위한 구성들을 통하여 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 기준 홀로그램 없이 물체 홀로그램만으로 물체의 입체 형상을 복원할 수 있다.
둘째, 물체 홀로그램과 기준 홀로그램을 모두 이용할 때보다 물체의 입체 형상을 더욱 완전하게 복원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템의 개념도이다.
도 2는 유효 간섭무늬 영역을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템을 구성하는 튜브 렌즈의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 유효 간섭무늬를 획득하기 위한 광학 거울의 각도 제어를 설명하기 위한 참고도이다.
도 5a는 유효 간섭무늬 영역을 산출하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따라 최대 측정 가능 물체 크기 범위를 산출하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 물체의 최대 측정 가능한 크기를 결정하기 위한 절차를 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 영상 획득 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 9는 도 8의 홀로그램 영상 획득 장치에 추가될 수 있는 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물체의 입체 형상 복원 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
간섭계(Interferometer)는 동일한 광원에서 나오는 빛을 두 갈래 이상으로 나누어 진행 경로에 차이가 생기도록 한 후 빛이 다시 만났을 때 일어나는 간섭 현상을 관찰하는 기구이다. 마하젠더 간섭계(Mach-Zender interferometer), 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer) 등은 시스템 구성이 복잡하고 진동에 취약한 단점이 있다. 그래서 종래에는 홀로그램 영상을 생성할 때에 전단 간섭계(Lateral shearing interferometer)를 많이 이용하였다. 그러나 전단 간섭계를 통해 획득한 홀로그램 영상에서는 동일한 물체의 형상이 이중으로 중복되는 현상이 발생하며, 형상이 겹쳐진 부분에서 물체의 위상 정보가 왜곡되는 문제점이 있다.
한편 종래에는 물체 홀로그램(즉, 대상 물체에 대한 정보를 가지고 있는 홀로그램)과 기준 홀로그램(즉, 대상 물체에 대한 정보를 가지지 않는 홀로그램) 사이의 위상차를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원하였다. 그러나 이와 같은 방법은 물체 홀로그램과 기준 홀로그램을 획득하는 데에 있어 시간 지연에 따라 발생할 수 있는 에러로 인해 시스템의 성능이 일정하지 못하다는 문제점이 있으며, 이로 인해 물체의 3차원 형상이 불완전하게 복원되는 문제점도 있다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 물체의 형상이 이중으로 나타나는 문제점을 해결하고 한 장의 물체 홀로그램 이미지만으로 물체의 입체적 형상을 복원하기 위하여 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경(Single-shot transmission-type one-arm off-axis digital holographic microscopy) 및 그 측정 방법을 제안한다.
디지털 홀로그래픽 현미경이란 홀로그래피 기술을 바탕으로 하여 디지털 촬상 소자를 통해 홀로그램 정보(간섭무늬)를 획득하고, 이를 통해 물체의 3차원 형상 정보를 측정하는 현미경을 말한다.
일반적인 현미경이 통상 일반 광원을 물체에 비추어 물체로부터 반사 또는 투과되는 빛의 세기 분포를 측정함으로써 물체의 형상을 측정하는 장치라면, 디지털 홀로그래픽 현미경은 복수의 빛이 만났을 경우에 일어나는 빛의 간섭 현상을 간섭무늬 형태로 디지털 촬상 소자를 통해 기록하고, 획득된 간섭무늬 정보로부터 위상 정보를 추출하고 이를 이용하여 대상 물체의 3차원 형상 정보를 복원하는 장치이다.
즉 디지털 홀로그래피 기술은 ① 레이저와 같은 단일 파장의 빛을 생성하고, ② 이를 광 분할기를 이용하여 2개의 빛으로 분할하여, ③ 하나의 빛(참조광)은 이미지 센서에 직접 비추고, 다른 빛(물체광)은 측정 대상 물체에 비추어 반사되는 빛을 이미지 센서에 비추면, ④ 이미지 센서에서 참조광과 물체광이 간섭 현상을 일으키게 되는데, ⑤ 이러한 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 기록하고, ⑥ 기록된 간섭무늬 정보를 가지고 컴퓨터를 활용하여 측정 대상 물체의 형상을 복원하는 기술이다. 그리고 이때 상기한 ⑤에 따라 기록되는 간섭무늬 정보를 통상 홀로그램이라고 지칭한다.
한편 디지털 홀로그래피가 아닌 기존의 광학적 홀로그래피 기술의 경우는 ①부터 ④까지의 절차는 동일하나, ⑤에 있어서 빛의 간섭무늬 정보를 특수 필름으로 기록하고, ⑥에 있어서 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위하여 참조광을 간섭무늬가 기록된 특수 필름에 비추면 본래 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원되는 방식이다.
디지털 홀로그래픽 현미경은 기존의 광학적 홀로그래피 방식과 비교하였을 때, 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 측정하고 디지털 방식으로 부호화하여 저장하고, 저장된 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 컴퓨터 장치 등을 이용한 수치 연산 방식으로 가공해서 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.
본 발명은 디지털 홀로그래픽 현미경을 이용하여 물체 홀로그램만으로 물체의 3차원 형상을 복원한다. 이를 위해 본 발명은 다음 순서에 따라 진행된다.
먼저 레이저에서 나온 빛이 물체를 투과하여 대물 렌즈를 통과하게 되는데, 광학 거울의 기울어진 각도를 물체의 위치 및 크기에 따라 조절함으로써, 물체가 있는 물체 영역과 물체가 없는 기준 영역으로 나눠 준다. 대물 렌즈를 통과한 빛은 튜브 렌즈를 통과한 후 평면파 형태로 변하게 되고, 광 분할기에서 반사되는 빛과 투과되는 빛으로 나눠지는데, 투과된 빛은 광학 거울에 반사되어 CCD 앞에서 서로 만나게 되어 간섭무늬를 형성한다. 이때 형성된 간섭무늬는 CCD를 통해 획득된다.
본 발명에서 제안하는 시스템은 한 장의 물체 홀로그램만으로도 복원이 가능하다. 즉 튜브 렌즈가 대물 렌즈를 통과한 후의 빛을 구면파에서 평면파 형태로 바꿔 줌으로써, 기준 홀로그램 없이 복원이 가능하게 된다. 자세한 복원 과정은 본 발명에서 제안하는 시스템을 통해 획득한 물체 홀로그램으로부터 위상 정보를 추출한 후, 이를 측정 물체의 3차원 형상 정보로 계산하여 보여준다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템의 개념도이다.
도 1에서 제안하는 시스템(100)은 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템으로서, 물체의 형상이 이중으로 나타나는 현상이 발생하지 않으면서 동시에 한 장의 물체 홀로그램만으로도 3차원 형상 정보 복원이 가능한 시스템이다.
광원부(111)는 광(빛)을 생성하여 출력하는 기능을 수행한다. 본 발명에서 광원부(111)는 레이저(Laser)로 형성될 수 있다.
회전 확산판(112)은 광원부(111)에 의해 출력된 광이 입력되면 이 광에서 스펙클 노이즈(Speckle noise)를 제거하는 기능을 수행한다. 스펙클 노이즈는 레이저 광원의 특징들 중 하나이다. 이러한 스펙클 노이즈는 물체의 형상을 측정하는 데에 있어 노이즈로 작용함으로써 물체의 입체 형상을 정확하게 복원하는 데에 상당한 악영향을 줄 수 있다. 그래서 본 발명에서는 회전 확산판(112)을 이용하여 광원부(111)에 의해 출력된 광으로부터 스펙클 노이즈를 제거한다.
콜리메이터(Collimator; 113)는 회전 확산판(112)에 의해 스펙클 노이즈가 제거된 광이 입력되면 발산하는 형태의 이 광을 평행한 빔의 형태로 변형시켜 주는 기능을 수행한다.
빔 커터(114)는 콜리메이터(113)에 의해 변형된 평행빔의 크기를 조절하는 기능을 수행한다. 이러한 빔 커터(114)는 대물 렌즈(116)의 구경에 맞게 입사가 되게끔 빔의 크기를 조절한다.
대물 렌즈(116)는 빔 커터(114)에 의해 크기가 조절된 빔이 물체(115)를 통과하여 입력되면 이 빔을 구면파 형태의 물체광(Object beam)으로 변환시키는 기능을 수행한다.
튜브 렌즈(117)는 대물 렌즈(116)를 통과한 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환하는 기능을 수행한다. 이러한 튜브 렌즈(117)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 렌즈(310)와 제2 렌즈(320)가 결합된 형태로 구성될 수 있다. 도 3은 싱글샷 투과형 단일 광 경로 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템을 구성하는 튜브 렌즈의 내부 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
대물 렌즈(116)를 통과한 물체광은 발산하는 빛의 형태로 진행한다. 제1 렌즈(310)는 이러한 물체광을 포커싱시키는 기능을 수행한다. 제1 렌즈(310)는 예컨대 집광 렌즈로 구현될 수 있다.
제2 렌즈(320)는 제1 렌즈(310)를 통과한 물체광을 평행빔으로 변환시키는 기능을 수행한다. 본 발명에서 이러한 제2 렌즈(320)는 볼록 렌즈로 구현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하여 설명한다.
튜브 렌즈(117)는 기하광학적인 측면에서 2차원 이미지의 왜곡을 줄여줄 수 있는 효과가 있다. 이와 더불어 튜브 렌즈(117)는 홀로그램 측면에서 다음 효과를 얻을 수 있다.
대물 렌즈(116)를 통과한 물체광은 구면파 형태의 광으로서, 일종의 위상 에러(Phase error 또는 Phase aberration(수차))가 포함된 형태이다. 종래에는 물체가 없는 상태에서 홀로그램 이미지(기준 홀로그램)를 획득하고, 이 기준 홀로그램과 물체 홀로그램 사이의 위상차를 통해 위상 에러를 상쇄하였다. 하지만 이 방법은 물체 홀로그램과 기준 홀로그램을 획득하는 데에 있어서 시간 지연에 따라 발생할 수 있는 에러로 인해 시스템의 성능이 일정하지 못하다는 단점을 내포하고 있다.
반면 본 발명에서는 튜브 렌즈(117)를 이용하여 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환해 줌으로써 이러한 잠재적인 문제점을 해결함과 동시에 기준 홀로그램 없이(즉 물체 홀로그램만으로) 물체의 3차원 형상을 정확하게 복원하는 것이 가능해진다.
광 분할기(118)는 튜브 렌즈(117)를 통과한 광을 분할하는 기능을 수행한다. 광 분할기(118)에 의해 분할된 광들 중 제1 광은 광 분할기(118)로부터 반사되어 CCD(Charge Coupled Device; 121)로 입사되며, 제2 광은 광 분할기(118)를 투과하여 광학 거울(119)로 입사된다.
광학 거울(119)은 제2 광을 반사시켜 CCD(121)로 입사시키는 기능을 수행한다. 제2 광은 광학 거울(119)로부터 반사됨으로써 CCD(121) 앞에서 제1 광과 결합되어 간섭무늬(124)를 생성한다.
CCD(121)는 생성된 간섭무늬(124)를 획득하는 기능을 수행한다.
컴퓨터(123)는 간섭무늬(124)를 기초로 물체(115)의 3차원 형상을 복원하는 기능을 수행한다. 컴퓨터(123)는 CCD(121)에 의해 획득된 홀로그램 영상(물체 홀로그램)을 기초로 물체(115)의 정량적 크기 정보를 산출하며, 이어서 물체(115)의 3차원 형상을 복원한다.
컨트롤러(122)는 측정하고자 하는 물체(115)의 위치 및 크기에 따라 유효한 기준 영역을 설정하기 위하여 광학 거울(119)의 기울어진 각도를 조정하는 기능을 수행한다. 이러한 컨트롤러(122)는 컴퓨터(123)와 연결되어 컴퓨터(123)의 제어에 따라 상기한 기능을 수행할 수 있다.
본 발명은 튜브 렌즈(117)를 이용하여 물체 홀로그램에 포함된 위상 에러를 최소화시킴으로써, 기존 시스템과 달리 기준 홀로그램이 불필요하다. 튜브 렌즈(117)를 통과한 물체 빔은 광 분할기(118)에 의해 광 분할기(118) 표면에서 반사되는 빛과 투과되는 빛으로 나누어진다. 이때 투과된 빛은 광학 거울(119)에 의해 반사되어 광 분할기(118)에서 반사된 빛과 CCD(121) 앞에서 겹쳐져 간섭무늬를 형성한다. 이때, 물체 영역과 기준 영역에 의해 생성되는 유효 간섭무늬 영역을 조절하기 위해, 컨트롤러(122)를 이용하여 광 분할기(118) 후면에 위치한 광학 거울(119)의 각도를 조절한다.
유효 간섭무늬의 영역은 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 유효 간섭무늬 영역을 설명하기 위한 참고도이다.
튜브 렌즈(117)를 통과한 물체광은 광 분할기(118)에 의해 반사되어 CCD(121)로 진행하거나, 광 분할기(118)를 투과한 후 광학 거울(119)에 의해 반사되어 CCD(121)로 진행한다. 도 2를 참조하면, 광 분할기(118)에 의해 반사된 제1 광은 R1(Reference 1) 영역과 O1(Object 1) 영역을 포함한다. 또한 광학 거울(119)에 의해 반사된 제2 광은 R2(Reference 2) 영역과 O2(Object 2) 영역을 포함한다. 상기에서 R1 영역과 R2 영역은 물체에 대한 정보를 포함하지 않은 기준 영역을 의미하고, O1 영역과 O2 영역은 물체에 대한 정보(210, 220)를 포함하는 물체 영역을 의미한다.
제1 광과 제2 광은 CCD(121) 앞에서 결합되어 간섭무늬를 형성한다. 그런데 제1 광의 O1 영역과 제2 광의 R2 영역에 의해 중첩 영역(230)이 생성되는 경우 본 발명에서 원하는 간섭무늬가 형성되려면 O1 영역에 포함되어 있던 물체에 대한 정보(210)가 이 중첩 영역(230) 안에 형성되어야 한다. 즉 본 발명에서 유효 간섭무늬는 중첩 영역(230) 안에 물체에 대한 정보(210)가 들어있는 형태의 간섭무늬를 말하며, 이를 위한 간섭무늬 영역을 유효 간섭무늬 영역으로 정의한다. 또한 본 발명에서 컨트롤러(122)는 물체에 대한 정보(210)가 중첩 영역(230) 안에 포함될 수 있도록 광학 거울(119)의 각도를 조절한다.
도 4는 유효 간섭무늬를 획득하기 위한 광학 거울의 각도 제어를 설명하기 위한 참고도이다.
유효 간섭무늬를 획득하기 위한 CCD(121)의 위치는 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016089326155-pat00001
상기에서, l은 유효 간섭무늬를 획득하기 위한 CCD(121)의 위치를 의미한다. r은 광 분할기(118)로 입사되는 물체광의 반지름을 의미하며, t는 광 분할기(118)와 광학 거울(119) 사이의 거리를 의미한다. t는 광 분할기(118)를 투과한 후 광학 거울(119)에 의해 반사되는 물체광에 의해 고려된 값이다. θ1은 물체광이 광 분할기(118)에 의해 반사될 때 이 물체광의 입사각을 의미하며, θ2는 광 분할기(118)를 투과한 물체광이 광학 거울(119)에 의해 반사될 때 이 물체광의 입사각을 의미한다.
광 분할기(118)와 광학 거울(119)에서 반사되는 각각의 빛이 이루는 간섭 각도는 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016089326155-pat00002
상기에서, θ1-θ2는 광 분할기(118)에 의해 반사되는 물체광과 광학 거울(119)에 의해 반사되는 물체광 사이의 간섭 각도를 의미한다. d는 광 분할기(118)에 의해 반사되는 물체광의 중심점과 광학 거울(119)에 의해 반사되는 중심점 사이의 거리를 의미한다. 또한 t1은 광 분할기(118)과 광학 거울(119) 사이의 거리를 의미한다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 수학식 2에서 구한 간섭 각도에 따라 광 분할기(118)에 의해 반사된 물체 영역(O1 영역)과 광학 거울(119)에 의해 반사된 기준 영역(R2 영역)이 형성하는 간섭무늬의 영역을 조절할 수 있는데, 이를 유효 간섭무늬 영역이라고 한다. 유효 간섭무늬 영역은 수학식 3과 같이 정의할 수 있다.
도 5a는 유효 간섭무늬 영역을 산출하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다. 이하 설명은 도 5a를 참조한다.
Figure 112016089326155-pat00003
상기에서, Seff는 유효 간섭무늬 영역을 의미한다. 또한 θt는 제1 라인(A 지점과 B 지점을 연결하는 라인)과 제2 라인(A 지점과 C 지점을 연결하는 라인)에 의해 형성되는 각도를 의미한다. A 지점은 광 분할기(118)에 의해 반사된 물체광의 중심점을 의미하며, C 지점은 광 분할기(118)에 의해 반사된 물체광과 광학 거울(119)에 의해 반사된 물체광 사이의 간섭 현상에 의해 생성된 중첩 영역에 형성된 물체의 중심점을 의미한다. 또한 B 지점은 광 분할기(118)에 의해 반사된 물체광과 광학 거울(119)에 의해 반사된 물체광 사이에 간섭 현상이 발생할 때 두 물체광들의 교차점을 의미한다.
본 발명에서는 이상 설명한 수학식 3을 통해 구한 유효 간섭무늬 영역을 기초로 광학 거울(119)의 기울기를 조절함으로써, 최적의 물체 홀로그램을 획득할 수 있다. 또한 본 발명에서는 이렇게 획득된 물체 홀로그램을 컴퓨터(123)로 전송하여 기준 홀로그램 없이 1장의 물체 홀로그램만으로 물체의 입체 형상(3차원 형상)을 정확하게 복원할 수 있다. 광학 거울(119)의 기울기 조정은 컨트롤러(122)에 의해 수행될 수 있으며, 이때 컨트롤러(122)는 측정하고자 하는 대상 물체의 크기에 따라 광학 거울(119)의 기울기를 조절할 수 있다.
한편 본 발명에서는 디지털 홀로그래픽 현미경을 이용하여 물체 홀로그램을 획득하기 전에, 유효 기준 영역을 확보하기 위해 물체의 크기 및 위치에 따라 광학 거울(119)의 기울어진 각도를 조절할 수 있다. 이하 이에 대해 설명한다.
본 발명에서 유효 기준 영역의 직경은 유효 간섭 영역 확보를 위해 물체의 직경보다 큰 값을 가져야 한다. 본 발명에서는 유효 기준 영역의 직경을 측정하고자 하는 물체의 직경보다 크게 하기 위하여 다음과 같은 전처리 과정을 수행한다.
먼저 시스템(100) 내에서 물체(115), 대물 렌즈(116) 및 튜브 렌즈(117)를 차례대로 통과한 물체광의 직경을 측정한다.
이후 다음 공식에 따라 물체광의 직경에 따른 최대 측정 가능 물체 크기 범위를 산출한다.
ⓐ 물체광들의 중심들 간의 거리(d)가 물체광의 반지름(r)보다 큰 경우(d > r) : 최대 측정 가능 물체 크기 범위 = 2r-d
ⓑ 물체광들의 중심들 간의 거리(d)가 물체광의 반지름(r)보다 같거나 작은 경우(O ≤ d ≤ r) : 최대 측정 가능 물체 크기 범위 = d
상기에서 r은 물체광의 반지름, d는 물체광이 겹치는 영역의 직경을 의미한다.
최대 측정 가능 물체 크기 범위를 구하는 공식들은 다음과 같이 두 가지 경우로 나눌 수 있다. 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따라 최대 측정 가능 물체 크기 범위를 산출하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
첫번째로, 도 5b의 (a)에 도시된 바와 같이 물체광들의 중심 간의 거리가 물체광의 반지름보다 큰 경우(d > r), 간섭 영역의 직경을 2r-d로 정의할 수 있다. 그러나 도 5b의 (c)에 도시된 바와 같이 측정하고자 하는 물체의 크기 또한 직경이 2r-d를 넘어가면 안되므로 측정 가능 최대 물체 크기는 2r-d이다.
두번째로, 도 5b의 (b)에 도시된 바와 같이 물체광들의 중심 간의 거리가 물체광의 반지름과 같아지는 순간부터 0(두 물체광이 정확하게 일치되는 경우)으로 되는 경우(0 ≤ d ≤ r), 간섭 영역의 직경은 동일하게 2r-d로 정의할 수 있다. 하지만 이 경우 물체의 크기가 앞선 경우처럼 동일하게 설정할 경우, 도 5b의 (d)에 도시된 바와 같이 물체끼리 겹쳐지므로 이중상의 문제가 발생하게 된다. 그러므로 이중상의 문제를 해결하기 위해 측정 가능한 최대 물체의 크기는 d로 정의한다.
도 6은 물체의 최대 측정 가능한 크기를 결정하기 위한 절차를 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 6을 참조한다.
먼저 광 분할기(118)에 의해 반사되는 물체광만 CCD 카메라(121)로 입사되도록 광학 거울(119)의 기울기를 조절한다(S410). 자세하게 설명하면, 광학 거울(119)에 의해 반사되는 물체광이 CCD(121)로 입사되지 않도록 조절한 후, 오직 광 분할기(118)에 의해 반사되는 물체광만 CCD(121)에 입사시킨다.
이후 CCD(121)에 입사된 물체광을 기초로 물체의 이미지를 획득한다(S420).
이후 CCD(121)에 입사된 물체의 이미지를 통해 CCD(121)의 픽셀 사이즈와 대물 렌즈(116)의 배율을 고려하여 2차원 평면 방향의 물체 크기를 계산한다(S430).
이후 측정된 물체의 직경을 고려하여 광학 거울(119)의 각을 조절한다(S440). 즉 물체의 크기에 따라 물체광들의 중심 간의 거리를 조절함과 동시에 유효 간섭 영역까지 조절한다.
이상 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템의 구조 및 그 작동 방법에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 홀로그래픽 현미경 시스템을 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 물체의 3차원 형상을 복원하는 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 7을 참조한다.
먼저 시스템(100)이 광학 거울(119)의 각도를 제어하여 유효 기준 영역을 설정한다(S510).
이후 시스템(100)이 물체 홀로그램을 획득한다(S520).
이후 시스템(100)이 물체 홀로그램에 대한 위상 정보를 획득한다(S530).
이후 시스템(100)이 물체 홀로그램에 대한 위상 정보를 기초로 물체의 정량적 크기 정보를 획득하며, 이 정량적 크기 정보를 기초로 물체의 3차원 형상을 복원한다(S540).
컴퓨터(123)는 물체의 3차원 형상을 복원할 때 다음 순서에 따라 작동할 수 있다. 이하 설명도 도 7을 참조한다.
먼저 컴퓨터(123)는 CCD(121)로부터 측정 대상 물체가 포함된 물체 홀로그램을 획득한다(S520). 이때 획득된 물체 홀로그램은 복소 공액(complex conjugate) 홀로그램으로써 다음과 같이 나타낼 수 있다.
U(x, y, 0)
상기에서 U(x, y, 0)는 물체 홀로그램의 3차원 공간 좌표를 의미한다.
이후 컴퓨터(123)는 물체 홀로그램을 이용하여 2차원 푸리에 변환 및 필터링을 통해 측정하려는 물체에 대한 정보만 획득하고, 이를 각 스펙트럼 방법 및 2차원 역푸리에 변환을 통해 물체의 위상 정보를 추출한다(S530). 이는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016089326155-pat00004
상기에서 φ(x,y)는 물체 홀로그램의 위상 정보를 의미한다. 그리고 Re[φ(x,y)]와 Im[φ(x,y)]는 각각 물체 홀로그램의 실수부와 허수부를 의미한다.
S530 단계에서 추출된 물체의 위상 정보는 대물 렌즈(116)에 의한 왜곡 정보가 최소화되어 있기 때문에 물체 홀로그램만으로 물체의 3차원 형상을 복원하는 것이 가능해진다.
이후 컴퓨터(123)는 위상 펼침 알고리즘을 적용하여 시스템(100)에 사용된 광원의 파장을 넘어서는 물체의 크기 측정시 발생하는 위상 끊김 현상(Phase discontinuity or phase ambiguity)을 보상한다. 이후 컴퓨터(123)는 보상된 위상 정보를 측정하고자 하는 물체의 정량적인 두께 정보로 변환한다(S540). 변환된 두께 정보는 다음 수학식 5와 같다.
Figure 112016089326155-pat00005
상기에서, △L은 물체의 두께 정보를 의미한다. λ는 레이저의 파장을 의미하며, △n(x, y)는 굴절률 차이를 의미한다.
이후 컴퓨터(123)는 변환된 크기 정보를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원한다(S540).
이상 도 7을 참조하여 설명한 방법에 따르면, 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 기존에 제안된 디지털 홀로그래픽 현미경보다 강건하면서 간단한 시스템을 구성하는 것이 가능해진다.
둘째, 한 장의 물체 홀로그램으로 물체의 위상 정보를 효과적으로 추출하고, 이를 통해 물체의 3차원 형상을 정확하게 복원하는 것이 가능해진다.
셋째, 물체의 위치 및 유효 간섭 영역을 조절함으로써 동일한 물체의 형상이 이중으로 나타나는 문제점을 해결할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 영상 획득 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 그리고 도 9는 도 8의 홀로그램 영상 획득 장치에 추가될 수 있는 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 8에 따르면, 홀로그램 영상 획득 장치(600)는 렌즈 조립체(610), 광 분할부(620), 광 반사부(630) 및 홀로그램 영상 획득부(650)를 포함한다.
렌즈 조립체(610)는 구면파 형태의 물체광(Object beam)을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 렌즈 조립체(610)는 도 1의 튜브 렌즈(117)에 대응하는 개념이다. 즉 렌즈 조립체(610)는 튜브 렌즈로 형성될 수 있다.
렌즈 조립체(610)는 제1 렌즈(611)와 제2 렌즈(612)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(611)는 구면파 형태의 물체광을 수렴광으로 변환시키는 기능을 수행한다. 제2 렌즈(612)는 제1 렌즈(611)에 의해 변환된 수렴광을 평행광으로 변환시키는 기능을 수행한다.
광 분할부(620)는 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 제1 광을 반사시키고 제2 광을 투과시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광 분할부(620)는 도 1의 광 분할기(118)에 대응하는 개념이다.
광 반사부(630)는 투과된 제2 광을 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광 반사부(630)는 도 1의 광학 거울(119)에 대응하는 개념이다.
홀로그램 영상 획득부(650)는 동일한 방향으로 반사된 제1 광과 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 홀로그램 영상 획득부(650)는 도 1의 CCD(121)에 대응하는 개념이다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 8에 도시된 바와 같이 광 반사부 제어기(640)를 더 포함할 수 있다.
광 반사부 제어기(640)는 홀로그램 영상과 관련된 간섭무늬 영역으로 물체에 대한 정보를 포함하지 않는 기준 영역들 사이의 중첩 영역에 물체에 대한 정보를 포함하는 물체 영역이 형성되도록 광 반사부(630)를 제어하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광 반사부 제어기(640)는 도 1의 컨트롤러(122)에 대응하는 개념이다.
광 반사부 제어기(640)는 물체의 위치 정보와 크기 정보를 기초로 광 반사부(630)의 기울기를 조절하여 광 반사부(630)를 제어할 수 있다.
광 반사부 제어기(640)는 제2 광이 제1 광과 결합하지 못하게 광 반사부(630)를 제어하며, 제1 광을 기초로 물체의 크기가 산출되면 물체의 크기를 기초로 광 반사부(630)의 기울기를 조절할 수 있다.
광 반사부 제어기(640)는 제2 광이 제1 광과 결합하지 못하게 광 반사부(630)를 제어하기 전에 물체의 측정 가능한 범위를 결정할 수 있다.
광 반사부 제어기(640)는 기준 영역들의 중심들 간 거리와 기준 영역의 반지름을 비교하여 얻은 결과를 기초로 물체의 측정 가능한 범위를 결정할 수 있다.
기준 영역들의 중심들 간 거리가 기준 영역의 반지름보다 큰 것으로 판단되면, 광 반사부 제어기(640)는 기준 영역의 반지름에 2를 곱한 값에서 기준 영역들의 중심들 간 거리를 뺀 값을 기초로 물체의 측정 가능한 범위를 결정할 수 있다. 반면 기준 영역들의 중심들 간 거리가 기준 영역의 반지름보다 작은 것으로 판단되면, 광 반사부 제어기(640)는 기준 영역들의 중심들 간 거리를 기초로 물체의 측정 가능한 범위를 결정할 수 있다.
광 반사부 제어기(640)는 홀로그램 영상을 획득하기 전에 광 반사부(630)를 제어할 수 있다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제1 광 변환부(750) 및 물체 크기 산출부(660)를 더 포함할 수 있다.
제1 광 변환부(750)는 미리 정해진 광을 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기에서 미리 정해진 광은 광 생성부(710)에 의해 생성 및 출력된 뒤 노이즈 제거부(720), 제2 광 변환부(730), 광 크기 조절부(740) 등을 차례대로 거쳐 입력된 광을 의미한다. 본 실시예에서 제1 광 변환부(750)는 도 1의 대물 렌즈(116)에 대응하는 개념이다.
물체 크기 산출부(660)는 물체의 크기를 산출하는 기능을 수행한다. 물체 크기 산출부(660)는 제1 광을 기초로 얻은 영상을 구성하는 픽셀의 크기 및 제1 광 변환부(750)의 렌즈 배율을 기초로 물체의 크기를 산출한다. 본 실시예에서 물체 크기 산출부(660)는 도 1의 CCD(121)에 대응하는 개념이다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 9에 도시된 바와 같이 광 생성부(710), 노이즈 제거부(720) 및 제1 광 변환부(750)를 더 포함할 수 있다.
광 생성부(710)는 광을 생성하여 출력시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광 생성부(710)는 도 1의 광원부(111)에 대응하는 개념이다.
노이즈 제거부(720)는 광 생성부(710)에 의해 출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 노이즈 제거부(720)는 도 1의 회전 확산판(112)에 대응하는 개념이다. 즉 노이즈 제거부(730)는 회전 가능한 확산판(빛을 확산시키는 기능을 하는 판)으로 형성될 수 있다.
노이즈 제거부(720)는 노이즈로 스펙클 노이즈(Speckle noise)를 제거할 수 있다.
제1 광 변환부(750)는 노이즈가 제거된 광이 물체를 통과하면 물체를 통과한 광을 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 제1 광 변환부(750)는 도 1의 대물 렌즈(116)에 대응하는 개념이다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)가 광 생성부(710), 노이즈 제거부(720) 및 제1 광 변환부(750)를 더 포함하는 경우, 홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 9에 도시된 바와 같이 제2 광 변환부(730)를 추가로 더 포함할 수 있다.
제2 광 변환부(730)는 물체를 통과하기 전에 노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 제2 광 변환부(730)는 도 1의 콜리메이터(Collimator; 113)에 대응하는 개념이다. 즉 제2 광 변환부(730)는 시준기(Collimator)로 형성될 수 있다.
한편 홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 9에 도시된 바와 같이 광 생성부(710), 광 크기 조절부(740) 및 제1 광 변환부(750)를 더 포함할 수 있다.
광 크기 조절부(740)는 광 생성부(710)에 의해 출력된 광의 크기를 조절하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 광 크기 조절부(740)는 도 1의 빔 커터(114)에 대응하는 개념이다.
제1 광 변환부(750)는 크기가 조절된 광이 물체를 통과하면 물체를 통과한 광을 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 기능을 수행한다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)가 광 생성부(710), 광 크기 조절부(740) 및 제1 광 변환부(750)를 더 포함하는 경우, 홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 9에 도시된 바와 같이 노이즈 제거부(720) 및 제2 광 변환부(730)를 더 포함할 수 있다.
노이즈 제거부(720)는 회전 가능한 확산판을 이용하여 광 생성부(710)에 의해 출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 기능을 수행한다.
제2 광 변환부(730)는 노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 기능을 수행한다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)가 광 생성부(710), 광 크기 조절부(740) 및 제1 광 변환부(750)에 이어 노이즈 제거부(720) 및 제2 광 변환부(730)를 더 포함하는 경우, 광 크기 조절부(740)는 광 생성부(710)에 의해 출력된 광이 평행광으로 변환되면 평행광으로 변환된 광의 크기를 조절할 수 있다.
광 크기 조절부(740)는 제1 광 변환부(750)에 형성된 구멍의 크기를 기초로 출력된 광의 크기를 조절할 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물체의 입체 형상 복원 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 10에 따르면, 물체의 입체 형상 복원 장치(800)는 홀로그램 영상 획득 장치(600) 및 입체 형상 복원부(810)를 포함한다.
홀로그램 영상 획득 장치(600)는 도 8 및 도 9를 참조하여 전술하였기에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
입체 형상 복원부(810)는 홀로그램 영상 획득부(650)에 의해 획득된 홀로그램 영상을 기초로 물체에 대한 입체 형상을 복원하는 기능을 수행한다. 본 실시예에서 입체 형상 복원부(810)는 도 1의 컴퓨터(123)에 대응하는 개념이다.
입체 형상 복원부(810)는 홀로그램 영상으로부터 물체의 위상 정보를 추출하며, 이 물체의 위상 정보를 기초로 물체에 대한 입체 형상을 복원할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 구면파 형태의 물체광(Object beam)을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체;
    상기 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 상기 제1 광을 반사시키고 상기 제2 광을 투과시키는 광 분할부;
    투과된 상기 제2 광을 상기 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부;
    상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부; 및
    상기 홀로그램 영상과 관련된 간섭무늬 영역으로 상기 물체에 대한 정보를 포함하지 않는 기준 영역들 사이의 중첩 영역에 상기 물체에 대한 정보를 포함하는 물체 영역이 형성되도록 상기 광 반사부를 제어하는 광 반사부 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 조립체는,
    상기 구면파 형태의 물체광을 수렴광으로 변환시키는 제1 렌즈; 및
    상기 수렴광을 평행광으로 변환시키는 제2 렌즈
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 조립체는 튜브 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 물체의 위치 정보와 크기 정보를 기초로 상기 광 반사부의 기울기를 조절하여 상기 광 반사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 제2 광이 상기 제1 광과 결합하지 못하게 상기 광 반사부를 제어하며, 상기 제1 광을 기초로 상기 물체의 크기가 산출되면 상기 물체의 크기를 기초로 상기 광 반사부의 기울기를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    미리 정해진 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부; 및
    상기 물체의 크기를 산출하는 물체 크기 산출부
    를 더 포함하며,
    상기 물체 크기 산출부는 상기 제1 광을 기초로 얻은 영상을 구성하는 픽셀의 크기 및 상기 제1 광 변환부의 렌즈 배율을 기초로 상기 물체의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 제2 광이 상기 제1 광과 결합하지 못하게 상기 광 반사부를 제어하기 전에 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리와 상기 기준 영역의 반지름을 비교하여 얻은 결과를 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리가 상기 기준 영역의 반지름보다 큰 것으로 판단되면 상기 기준 영역의 반지름에 2를 곱한 값에서 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리를 뺀 값을 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정하며, 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리가 상기 기준 영역의 반지름보다 작은 것으로 판단되면 상기 기준 영역들의 중심들 간 거리를 기초로 상기 물체의 측정 가능한 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반사부 제어기는 상기 홀로그램 영상을 획득하기 전에 상기 광 반사부를 제어하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    광을 생성하여 출력시키는 광 생성부;
    출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및
    노이즈가 제거된 광이 상기 물체를 통과하면 상기 물체를 통과한 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는 회전 가능한 확산판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 물체를 통과하기 전에 상기 노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 제2 광 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 광 변환부는 시준기(Collimator)로 형성되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 노이즈 제거부는 상기 노이즈로 스펙클 노이즈(Speckle noise)를 제거하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    광을 생성하여 출력시키는 광 생성부;
    출력된 광의 크기를 조절하는 광 크기 조절부; 및
    크기가 조절된 광이 상기 물체를 통과하면 상기 물체를 통과한 광을 상기 구면파 형태의 물체광으로 변환시키는 제1 광 변환부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    회전 가능한 확산판을 이용하여 상기 출력된 광으로부터 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및
    노이즈가 제거된 광을 평행광으로 변환시키는 제2 광 변환부
    를 더 포함하며,
    상기 광 크기 조절부는 상기 출력된 광이 상기 평행광으로 변환되면 상기 평행광으로 변환된 광의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 광 크기 조절부는 상기 제1 광 변환부에 형성된 구멍의 크기를 기초로 상기 출력된 광의 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치.
  20. 구면파 형태의 물체광을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체;
    상기 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 상기 제1 광을 반사시키고 상기 제2 광을 투과시키는 광 분할부;
    투과된 상기 제2 광을 상기 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부;
    상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부;
    상기 홀로그램 영상을 기초로 상기 물체에 대한 입체 형상을 복원하는 입체 형상 복원부; 및
    상기 홀로그램 영상과 관련된 간섭무늬 영역으로 상기 물체에 대한 정보를 포함하지 않는 기준 영역들 사이의 중첩 영역에 상기 물체에 대한 정보를 포함하는 물체 영역이 형성되도록 상기 광 반사부를 제어하는 광 반사부 제어기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 입체 형상 복원 장치.
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