KR102036640B1 - 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 관한 것으로, (A) 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득되는 단계와, (B) 상기 광학계에 대해 기 설정된 위상 마스크를 이용하여 상기 측정 이미지의 초점 왜곡이 보정되는 단계 - 상기 위상 마스크는 상기 광학계에 대해 측정된 투과 행렬로부터 추출되며, 상기 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상으로 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬임 - 와, (C) 상기 (B) 단계를 통해 초점 왜곡이 보정된 측정 이미지에 공간 왜곡 보정 계수가 적용되어 공간 왜곡이 보정되는 단계를 포함하며; 상기 공간 왜곡 보정 계수는 (a) 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지를 상기 광학계에 적용하여 왜곡 이미지를 획득하는 단계와, (b) 상기 위상 마스크를 이용하여 상기 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득하는 단계와, (c) 상기 기준 표식 이미지와 상기 초점 보정 이미지를 이용하여, 상기 기준 표식 패턴의 공간 왜곡을 보정하기 위한 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 단계를 통해 산출되는 것을 특징으로 한다.

Description

광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법{OPTICAL IMAGING METHOD CAPABLE OF HIGH-SPEED CORRECTION OF OPTICAL ABERRATION}

본 발명은 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 관한 것으로서, 디지털 홀로그래픽 현미경과 같은 광학계를 이용하여 영상을 획득하는 과장에서 발생하는 광학 수차에 의해 발생하는 초점 왜곡 및 공간 왜곡을 적은 연산 처리 과정과 빠른 속도로 보정할 수 있는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 관한 것이다.

광학계를 이용한 광학 이미징 방법에는 렌즈 또는 거울 등의 기하학적인 형태에 의해 파면의 왜곡이 발생하여 결상이 정확히 되지 않아 상이 펴져 보이는 현상인 광학 수차가 발생한다. 이와 같은 광학 수차는, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같은 원본 측정 대상물에 대해, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 이미지의 가장 자리 영역에서 초점 왜곡과, 공간 왜곡(도 1의 (b)의 노란색 점선 참조)을 야기시킨다.

일반적으로 디지털 홀로그래픽 기법은 빛의 간섭 현상을 이용하여 관측하고자 하는 측정 대상물로부터 나오는 빛의 세기 정보뿐만 아니라 위상 정보까지 동시에 획득하는 영상 기술이다.

위상 정보를 획득하기 위해서는 광원으로부터 나온 빛을 나누어 하나는 대상 물체와 상호작용하도록 하고(샘플빔), 다른 하나는 물체가 없는 공간을 통과하도록 한다(기준빔). 그리고, 카메라와 같은 이미지 센서에서 두 빛, 즉 샘플빔과 기준빔을 합쳐주면 상호 간에 간섭 패턴을 만들고, 이러한 간섭 패턴을 분석하여 위상 정보를 획득하게 된다.

이미지 센서 내에서 샘플빔과 기준빔이 간섭을 일으키는 방법은 크게 두 가지로 구분되는데, 하나는 샘플빔과 기준빔을 평행하게 만나도록 하는 방법으로 동일 선상 구성(Collinear configuration)이라 하며, 다른 하나는 샘플빔과 기준빔이 일정 각도를 가지고 만나 간섭 패턴을 형성하는 방법으로, 탈축 구성(Off-axis configuration)이라 한다.

탈축 구성에서는 샘플빔과 기준빔 사이의 각도로 인하여 반듯한 줄무늬 모양의 간섭 패턴이 발생하는데, 측정 대상물이 놓여있을 경우 반듯한 줄무늬 패턴에 변형이 가해지며, 이 변형을 분석하여 위상 정보를 얻을 수 있으므로 한 장의 영상 촬영으로 이미징이 가능하게 된다.

한편, 광학계를 투과하는 빛의 입력과 출력을 모든 점에 대해서 위치와 진행하는 방향을 행렬의 형태로 연결하여 광학계를 투과하는 빛의 전달을 특성화하는 방법을 투과 행렬(Transmission matrix)이라고 한다.

투과 행렬은 빛의 이동에 대한 빛의 세기 뿐만 아니라 위상까지 측정할 수 있는 홀로그래피 기술에 접목하면 광학계를 투과하며 발생하는 모든 왜곡, 예컨대 초점 왜곡과 공간 왜곡에 대해 빛의 세기 정보와 위상 정보를 복원할 수 있게 된다. 즉, 하나의 광학계에 대해 수학적으로 얻어진 투과 행렬에 대해 역행렬을 구하고, 왜곡된 출력 영상에 대하여 행렬 곱으로 적용하게 되면, 상술한 바와 같은 광학 수차 등에 의해 발생하는 왜곡이 없는 영상의 값으로 복원이 가능하게 된다. 이를 수학적으로 표현하면 [수학식 1]과 같이 표현을 수 있다.

[수학식 1]

여기서,

는 광학계에 대해 얻어진 투과 행렬이 역행렬이고,

는 광학계를 통해 측정된 측정 이미지로 초점 왜곡과 공간 왜곡을 포함하는 왜곡된 이미지이고,

는 투과 행렬을 이용하여 보정된 최종 이미지이다.

이와 같은 투과행렬의 역행렬을 이용한 보정방법은 광학 이미징 시스템에서 빛 전달 특성의 복잡성에 관계없이 광학 수차를 포함한 산란, 카메라 초점 불일치, 어긋난 렌즈 정렬 등 시스템에 의한 출력 영상의 품질 저하를 일으키는 대부분의 상황에 적용할 수 있는 방법이다.

그런데, 상기와 같은 투과 행렬의 역행렬을 이용하는 보정 방법은 일차적으로 광학계의 투과 행렬을 구하는 과정을 거쳐야하며, 투과 행렬의 역행렬 또한 산출하는 과정을 필요로 한다.

광학계의 투과 행렬을 산출하는 방법은 여러 각도로 조명하면서 입사 조명 각도에 대해 출력 이미지를 얻어 행렬 형태로 만드는 것이기 때문에 많은 각도의 조명을 얻는 것이 중요하다. 일반적으로 하나의 광학계에 대해 투과 행렬을 얻기 위해 대략 10,000 장 이상의 이미지를 획득하고, 이를 이용하여 투과 행렬을 얻게 되는데, 투과 행렬 자체의 데이터 용량이 매우 크기 때문에 그 역행렬을 계산하는 시간 또한 상당히 많은 시간이 소요되는 문제점이 있으며, 실제 역행렬을 계산하는데 소요되는 시간이 전체 사전 준비를 하는데 가장 많은 시간을 차지하고 있는게 현실이다.

또한, 투과 행렬의 역행렬의 데이터 용량이 커서, [수학식 1]을 이용한 이미지의 보정 과정에서도 매우 긴 시간이 소요될 뿐만 아니라 이를 계산하는 컴퓨터를 고사양으로 요구하게 하는 원인으로 작용하게 된다.

데이터 용량이 매우 크고 필수 계산 요소인 역행렬 계산 시간 (가장 많은 시간이 소요되는 요소) 및 행렬 연산에 소요되는 시간이 매우 긴 것이 큰 단점이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 디지털 홀로그래픽 현미경과 같은 광학계를 이용하여 영상을 획득하는 과장에서 발생하는 광학 수차에 의해 발생하는 초점 왜곡 및 공간 왜곡을 적은 연산 처리 과정과 빠른 속도로 보정할 수 있는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 있어서, (A) 상기 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득되는 단계와, (B) 상기 광학계에 대해 기 설정된 위상 마스크를 이용하여 상기 측정 이미지의 초점 왜곡이 보정되는 단계 - 상기 위상 마스크는 상기 광학계에 대해 측정된 투과 행렬로부터 추출되며, 상기 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상을 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬임 - 와, (C) 상기 (B) 단계를 통해 초점 왜곡이 보정된 측정 이미지에 공간 왜곡 보정 계수가 적용되어 공간 왜곡이 보정되는 단계를 포함하며; 상기 공간 왜곡 보정 계수는 (a) 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지에 대한 왜곡 이미지를 획득하는 단계와, (b) 상기 위상 마스크를 이용하여 상기 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득하는 단계와, (c) 상기 기준 표식 이미지와 상기 초점 보정 이미지를 이용하여, 상기 기준 표식 패턴의 공간 왜곡을 보정하기 위한 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 단계를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 의해서 달성된다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 있어서, (A) 상기 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득되는 단계와, (B) 상기 측정 이미지에 공간 왜곡 보정 계수가 적용되어 공간 왜곡이 보정되는 단계와, (C) 상기 광학계에 대해 기 설정된 위상 마스크를 이용하여 상기 (B) 단계에서 공간 왜곡이 보정된 측정 이미지의 초점 왜곡이 보정되는 단계 - 상기 위상 마스크는 상기 광학계에 대해 측정된 투과 행렬로부터 추출되며, 상기 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상을 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬임 -를 포함하며; 상기 공간 왜곡 보정 계수는 (a) 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지에 대한 왜곡 이미지를 획득하는 단계와, (b) 상기 위상 마스크를 이용하여 상기 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득하는 단계와, (c) 상기 기준 표식 이미지와 상기 초점 보정 이미지를 이용하여, 상기 기준 표식 패턴의 공간 왜곡을 보정하기 위한 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 단계를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 (a) 단계에서 상기 기준 표식 패턴은 N×M 개의 점 패턴을 포함할 수 있다.

또한, 상기 (c) 단계에서는 기 등록된 공간 왜곡 함수의 회기 분석 기법을 이용하여 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출할 수 있다.

그리고, 상기 (b) 단계에서는 상기 왜곡 이미지를 퓨리에 변환하여 각도 스펙트럼을 추출하고, 상기 각도 스펙트럼과 상기 위상 마스크의 행렬 곱을 통해 상기 초점 보정 이미지를 획득할 수 있다.

상기 구성에 따라 본 발명에 따르면, 디지털 홀로그래픽 현미경과 같은 광학계를 이용하여 영상을 획득하는 과장에서 발생하는 광학 수차에 의해 발생하는 초점 왜곡 및 공간 왜곡을 적은 연산 처리 과정과 빠른 속도로 보정할 수 있는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법이 제공된다.

또한, 적은 수의 이미지 만으로 획득된 투과 행렬을 이용하더라도 보간법을 통해 위상 마스크를 보간하여 사용함으로써, 투과 행렬의 획득에 소요되는 시간을 현저히 줄일 수 있게 된다.

도 1은 광학계에서 발생하는 일반적인 왜곡의 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법이 적용되는 투과형 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경의 예를 나타낸 도면이고,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 광학 이미징 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 광학 이미징 방법의 위상 마스크의 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 광학 이미징 방법을 통해 초점 왜곡이 보정되는 실험 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 본 발명에 따른 광학 이미징 방법을 통해 획득된 측정 이미지의 예를 나타낸 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 광학 이미징 방법에서 보간법을 이용한 위상 마스크의 추출을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명에 따른 광학 이미징 방법에서 보간법을 이용한 위상 마스크의 효과를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법이 적용되는 투과형 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경(100)의 예를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여 설명하면, 레이저 광원(110)으로부터 조사된 빛은 빔 스플리터(121)를 통과하면서, 샘플빔과 기준빔으로 분할되어 각각 샘플빔의 광 경로 및 기준빔의 광 경로로 각각 진행한다.

샘플빔은 빔 확대기(152)를 거쳐 스캔 미러(141,142)를 통과하면서 각도가 조절되며, 반사 미러(182)에 의해 반사된 후 측정 대상물(Ob)을 투과하게 된다. 본 발명에서는 측정 대상물(Ob)에 어안 렌즈(160)가 적용되는 것을 예로 하는데, 이와 같은 어안 렌즈(160)가 광학계 내에서 광학 수차를 야기하는, 즉 초점 왜곡과 공간 왜곡을 야기하는 대표적인 광학 요소이다. 그리고, 측정 대상물(Ob)과 어안 렌즈(160)를 거친 샘플빔은 측정 대상물(Ob)에 대한 정보를 포함한 상태로 튜브 렌즈(171)와 빔 스플리터(122)를 거친 후 카메라(130)에 의해 획득된다.

반면, 기준빔은 빔 스플리터(121)를 거쳐 광 경로의 변경을 위한 반사 미러(181)와 빔 확대기(151)를 거친 후, 빔 스플리터(122)를 통해 카메라(130)로 입사되는데, 빔 스플리터(122)를 통과하면서 샘플빔과 간섭이 발생한 상태로 카메라(130)에 입사된다.

여기서, 샘플빔과 기준빔은 스캔 미러(141,142)에 의해 샘플빔의 입사 각도가 변화되면서 각도의 차이에 의해 반듯한 줄무늬 모양의 간섭 패턴이 발생하며, 측정 대상물(Ob)을 통과하면서 변화된 샘플빔에 의해 줄무늬 패턴이 변경됨으로서 측정 대상물(Ob)에 대한 정보를 포함하는 위상 정보를 얻을 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법을 설명하기 위한 도면으로, 광학 수차의 보정을 위한 위상 마스크와 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같은 광학계에 대해 투과 행렬이 측정된다(S20). 여기서, 투과 행렬의 측정은 기 공지된 방법들이 적용될 수 있는 바, 그 상세한 설명은 생략한다.

광학계에 대한 투과 행렬이 산출되면, 투과 행렬로부터 위상 마스크를 추출한다(S21). 본 발명에 따른 광학 이미징 방법에서의 위상 마스크는 광학계를 통해 측정된 측정 이미지의 초점 왜곡을 보정하는데 적용되는데, 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상을 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 도 5의 (a)는 위상 마스크가 적용되지 않은 광학계를 나타낸 도면으로, 여러 각도의 평면파들의 위상이 서로 불일치하여 발생하는 초점 왜곡이 일어나는 과정을 도식화하고 있다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 샘플 평면 상의 한 점이 광학계를 지나면서 초점 왜곡이 발생하여 하나의 점으로 포커싱되지 않음을 확인할 수 있다.

그러나, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 왜곡된 평면파가 위상 마스크를 통과하게 되면 개념적으로 평면파로 변환되어 결과적으로 한 점으로 포커싱될 수 있는 바, 카메라에 의해 획득된 측정 이미지에 위상 마스크를 적용하여 보정하게 되면 초점 왜곡이 보정될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광학 이미징 방법을 통해 초점 왜곡이 보정되는 실험 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)는 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지에 대한 왜곡 이미지, 즉 초점 왜곡과 공간 왜곡을 갖는 왜곡 이미지이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 측정 이미지를 위상 마스크를 이용하여 초점 왜곡이 보정된 이미지(이하, '초점 보정 이미지'라 함)이다.

도 6의 (c)는 도 6의 (a) 및 (b)의 흰색 원 내의 점을 확대한 도면으로, 맨 좌측의 원본 이미지와 대비할 때, 중간의 왜곡 이미지의 초점이 심하게 왜곡되어 있는 것을 확인할 수 있다. 반면, 위상 마스크를 이용하여 초점 왜곡을 보정하게 되면, 우측의 초점 보정 이미지가 초점 왜곡이 보정되어 원본 이미지에 근접하게 됨을 확인할 수 있다.

도 6에 도시된 기준 표식 패턴은 5×5 개의 점 패턴을 포함하는 것을 예로 하고 있으나, 그 개수가 이에 국한되지 않으며, 즉 N×M 개의 점 패턴으로 구성될 수 있으며, 후술할 공간 왜곡 보정 계수의 산출에 적합한 다른 형태의 기준 표식 패턴이 적용될 수 있음은 물론이다.

여기서, 기준 표식 패턴을 갖는 기준 표식 이미지는 도 6에 도시된 바와 같이, 기준 표식 패턴을 갖는 기준 표식 이미지를 광학계를 통해 촬영하여 획득할 수 있고, 투과 행렬을 이용하여 원하는 위치에 점을 하나씩 형성하여 만들고, 그렇게 만들어진 9개의 점을 나중에 더하여 기준 표식 패턴을 갖는 기준 표식 이미지를 얻을 수 있다. 즉 실제 광학계를 이용하여 촬영하는 방식이나 투과 행렬을 이용하여 획득하는 방법이 적용될 수 있다.

다시 도 3을 참조하여 설명하면, 위상 마스크가 추출되면(S21), 기준 표식 패턴을 포함한 기준 표식 이미지를 광학계에 적용하여 왜곡 이미지를 획득한다(S22). 여기서, 왜곡 이미지의 획득은 도 6의 (a)에 도시된 예와 같다.

그런 다음, 위상 마스크를 이용하여 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득한다(S23). 여기서, 초점 보정 이미지의 획득 방법은 왜곡 이미지를 퓨리에 변환하여 각도 스펙트럼을 추출하고, 각도 스펙트럼과 위상 마스크의 행렬 곱을 통해 초점 보정 이미지의 획득이 가능하게 된다. 초점 보정 이미지의 예는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같다.

초점 보정 이미지가 획득되면, 기준 표식 이미지와 초점 보정 이미지를 이용하여, 기준 패턴 표식의 공간 왜곡을 보정하기 위한 공간 왜곡 보정 계수를 산출한다(S24). 본 발명에서는 기 등록된 공간 왜곡 함수의 회기 분석 기법을 이용하여 공간 왜곡 보정 계수가 산출되는 것을 예로 하는데, 공간 왜곡 함수로는 브라운-콘라디(Brown-Conrady) 공간 왜곡 함수가 적용되는 것을 예로 한다.

상기와 같은 과정을 통해 위상 마스크와 공간 왜곡 보정 계수가 산출되면, 위상 마스크와 공간 왜곡 보정 계수를 광학계에 적용하여 광학 수차를 보정하게 되는데, 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 2에 도시된 예와 같은 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득된다(S30). 도 7의 (a)는 실제 측정 대상물에 대해 측정된 측정 이미지의 원본의 예를 나타낸 것으로, 초점 왜곡과 공간 왜곡이 나타나 있음을 확인할 수 있다.

그런 다음, 상술한 바와 같은 위상 마스크를 이용하여 측정 이미지의 초점 왜곡을 보정하게 되면(S31), 도 7의 (b)에 나타난 바와 같이, 초점 왜곡이 보정된 상태가 되나 공간 왜곡은 여전히 존재하게 된다.

위상 마스크를 이용한 초점 왜곡이 보정된 상태에서, 공간 왜곡 보정 계수를 이용하여 공간 왜곡을 보정하게 되면(S32), 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 공간 왜곡까지 보정된 최종적인 측정 이미지가 획득된다(S33).

상기와 같은 구성에 따라, 투과 행렬의 역행렬을 계산하는 과정없이, 투과 행렬 자체에서 추출된 위상 마스크와, 공간 왜곡 보정 계수의 산출 만으로 광학계의 광학 수차의 보정이 가능하게 됨으로써, 투과 행렬의 역행렬을 산출하는 과정에 따른 소요시간을 줄일 수 있어 광학계에 적용하기 위한 준비 과정을 현저히 줄일 수 있게 된다.

또한, 대용량의 역행렬을 이용하여 보정하는 기존의 광학계와는 달리 위상 마스크와 공간 왜곡 보정 계수 만으로 측정 이미지를 보정하게 되어, 실제 광학계에서 이미지를 획득하는 시간을 현저히 감소시킬 수 있게 된다. 실제 광학계에 적용한 실험에서 투고 행렬의 역행렬을 이용한 보정 시간은 27.04초가 소요되었으나, 위상 마스크를 이용한 보정 시간은 0.15초, 공간 왜곡 보정 계수를 이용한 공간 왜곡 보정 함수의 보정 시간은 0.16초가 소요되어 전체적으로 0.31초 가량이 소요됨으로써, 광학 수차를 보정하는데 소요되는 시간이 현저히 감소되었음을 확인하였다.

한편, 기존의 투과 행렬을 산출하는데 있어, 10,000 장의 서로 다른 입사각에 따른 이미지를 획득하였음은 상술한 바와 같다. 본 발명에 따른 광학 이미징 방법에서 위상 마스크를 획득하는데 보간법을 이용하여 보다 적은 이미지로 위상 마스크를 획득 가능한지 측정하였다.

도 8의 (a), (b), (c)는 각각 기존 10,000 장에 대한 50%, 30%, 10%의 이미지로 획득한 위상 마스크의 기저 이미지이고, 도 8의 (d), (e), (f)는 도 8의 (a), (b), (c)를 보간법을 이용하여 형성한 위상 마스크를 나타낸 도면이다.

그리고, 도 9의 (a)의 상부 이미지는 투과 행렬을 이용하여 보정한 이미지로 10,000 장을 기준으로 10%, 30%, 50%, 100%의 이미지를 이용하여 각각 형성된 투과 행렬에 대해 보정된 이미지를 나타낸 것이고, 도 9의 (a)의 하부 이미지는 위상 마스크를 이용하여 보정된 이미지로, 각각 10%, 30%, 50%, 100%의 이미지를 이용하여 각각 형성된 투과 행렬로부터 추출된 위상 마스크를, 도 8에 도시된 바와 같은 보간법을 이용하여 각각 획득된 위상 마스크를 이용한 것이다. 도 9의 (b)는 이미지의 개수와 보정된 이미지의 질 간의 상관 관계를 나타낸 도면으로, 파란색이 투과 행렬을 이용한 보정이고, 붉은색이 본 발명에 따른 광학 이미징 방법을 이용한 보정이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학 이미징 방법은 적은 량의 이미지를 이용하여 투과 행렬을 획득하더라도, 최종적으로 보정되는 이미지의 질은 충분히 보장될 수 있는 바, 투과 행렬 자체를 획득하는데 소요되는 시간 또한 현저히 줄일 수 있게 된다.

전술한 실시예에서는 측정 이미지에 대해 위상 마스크를 이용하여 초점 왜곡을 먼저 수행하고, 공간 왜곡 보정 계수를 이용한 공간 왜곡을 수행하는 것을 예로 하였으나, 공간 왜곡 보정 계수를 이용한 공간 왜곡의 보정 후에 위상 마스크를 이용하여 초점 왜곡을 수행하도록 마련될 수 있음은 물론이다.

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.

100 : 투과형 탈축 디지털 홀로그래픽 현미경
110 : 광원 121,122 : 빔 스플리터
130 : 카메라 141,142 : 스캔 미러
151,152 : 빔 확대기 160 : 어안 렌즈
171,172,173,174,175 : 광학 렌즈
181,182 : 반사 미러

Claims (5)

1. 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 있어서,
   (A) 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득되는 단계와,
   (B) 상기 광학계에 대해 기 설정된 위상 마스크를 이용하여 상기 측정 이미지의 초점 왜곡이 보정되는 단계 - 상기 위상 마스크는 상기 광학계에 대해 측정된 투과 행렬로부터 추출되며, 상기 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상을 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬임 - 와,
   (C) 상기 (B) 단계를 통해 초점 왜곡이 보정된 측정 이미지에 공간 왜곡 보정 계수가 적용되어 공간 왜곡이 보정되는 단계를 포함하며;
   상기 공간 왜곡 보정 계수는
   (a) 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지에 대한 왜곡 이미지를 획득하는 단계와,
   (b) 상기 위상 마스크를 이용하여 상기 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득하는 단계와,
   (c) 상기 기준 표식 이미지와 상기 초점 보정 이미지를 이용하여, 상기 기준 표식 패턴의 공간 왜곡을 보정하기 위한 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 단계를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법.
2. 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법에 있어서,
   (A) 광학계를 이용하여 측정 대상물에 대한 측정 이미지가 획득되는 단계와,
   (B) 상기 측정 이미지에 공간 왜곡 보정 계수가 적용되어 공간 왜곡이 보정되는 단계와,
   (C) 상기 광학계에 대해 기 설정된 위상 마스크를 이용하여 상기 (B) 단계에서 공간 왜곡이 보정된 측정 이미지의 초점 왜곡이 보정되는 단계 - 상기 위상 마스크는 상기 광학계에 대해 측정된 투과 행렬로부터 추출되며, 상기 투과 행렬의 각도별 행렬 요소에서 임의 위치의 위상을 기준으로 모든 각도에 대해 동일 위상을 갖도록 하는 2차원 위상 보정 행렬임 -를 포함하며;
   상기 공간 왜곡 보정 계수는
   (a) 기준 표식 패턴으로 구성된 기준 표식 이미지에 대한 왜곡 이미지를 획득하는 단계와,
   (b) 상기 위상 마스크를 이용하여 상기 왜곡 이미지의 초점 왜곡을 보정하여 초점 보정 이미지를 획득하는 단계와,
   (c) 상기 기준 표식 이미지와 상기 초점 보정 이미지를 이용하여, 상기 기준 표식 패턴의 공간 왜곡을 보정하기 위한 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 단계를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서 상기 기준 표식 패턴은 N×M 개의 점 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (c) 단계에서는 기 등록된 공간 왜곡 함수의 회기 분석 기법을 이용하여 상기 공간 왜곡 보정 계수를 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서는 상기 왜곡 이미지를 퓨리에 변환하여 각도 스펙트럼을 추출하고, 상기 각도 스펙트럼과 상기 위상 마스크의 행렬 곱을 통해 상기 초점 보정 이미지를 획득하는 것을 특징으로 하는 광학 수차의 고속 보정이 가능한 광학 이미징 방법.

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