KR102092276B1 - A method of generating three-dimensional shape information of an object to be measured - Google Patents

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KR102092276B1
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김지훈
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주식회사 내일해
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a method for generating 3D shape information of an object to be measured from an image including intensity information of an object hologram generated by interference of reference light reflected from an optic mirror and object light affected by the object to be measured comprises the steps of: identifying at least one frequency component included in the image; extracting real image components corresponding to a real image from among the at least one frequency component; generating a real image hologram including correction light having a conjugate relationship with the reference light based on the real image components and real image information of the object to be measured; generating an intermediate hologram from which the information on the reference light is removed from the real image hologram based on the correction light; generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram; generating a correction hologram in which errors due to curvature aberration are removed from the intermediate hologram based on the curvature aberration correction information; and generating the 3D shape information of the object to be measured from the correction hologram.

Description

측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법{A method of generating three-dimensional shape information of an object to be measured}A method of generating three-dimensional shape information of an object to be measured by removing noise included in the frequency component of the object to be measured

본 발명은 측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체로부터 반사되거나, 측정 대상 물체를 투과한 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도 정보를 포함하는 이미지로부터 주파수 성분을 추출하고 측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of generating 3D shape information by removing noise included in a frequency component of an object to be measured. More specifically, the present invention extracts and measures frequency components from an image including intensity information of an object hologram generated by interference of a reference light reflected from an optical mirror and an object light reflected from an object to be measured or transmitted through an object to be measured. The present invention relates to a method of generating 3D shape information by removing noise included in a frequency component of a target object.

디지털 홀로그래피 현미경은 디지털 홀로그래피 기술을 이용하여 물체의 형상을 획득하는 현미경을 의미한다.A digital holography microscope refers to a microscope that acquires the shape of an object using digital holography technology.

일반적인 현미경이 물체로부터 반사되어 나오는 반사광을 획득함으로써 물체의 형상을 획득하는 장치라면, 디지털 홀로그래피 현미경은 물체에 의해 발생된 간섭광 및/또는 회절광을 획득하고, 이로부터 물체의 형상을 획득하는 장치이다.If a general microscope is a device that acquires the shape of an object by acquiring reflected light reflected from the object, a digital holography microscope acquires interference light and / or diffracted light generated by the object, and acquires the shape of the object therefrom to be.

디지털 홀로그래피 현미경은 단일 파장의 광을 생성하는 레이저를 광원으로써 사용하고, 광분할기를 이용하여 레이저에 의해 발생된 광을 2개의 광으로 분할한다. 이때 하나의 광(이하 기준광이라 한다)은 이미지 센서를 향하도록 하고, 다른 광(이하 물체광이라 한다)은 대상 물체로부터 반사되어 전술한 이미지 센서를 향하도록 하여 기준광과 물체광의 간섭현상이 발생하도록 한다.A digital holography microscope uses a laser that generates light of a single wavelength as a light source, and uses a light splitter to divide the light generated by the laser into two lights. At this time, one light (hereinafter referred to as reference light) is directed to the image sensor, and the other light (hereinafter referred to as object light) is reflected from the target object and directed to the above-described image sensor so that interference between the reference light and the object light occurs. do.

이미지 센서는 이러한 간섭현상에 따른 간섭무늬를 디지털 이미지로 기록하고, 기록된 간섭무늬로부터 측정 대상 물체의 3차원 형상을 복원할 수 있다. 이때 이미지 센서에 의해 기록되는 간섭무늬는 통상 홀로그램으로 지칭된다.The image sensor may record the interference fringe according to the interference phenomenon as a digital image, and restore the 3D shape of the object to be measured from the recorded interference fringe. At this time, the interference fringe recorded by the image sensor is usually referred to as a hologram.

기존의 광학적 홀로그래피 현미경은 기준광과 물체광의 간섭현상에 따른 간섭무늬를 특수 필름으로 기록한다. 이때 간섭무늬가 기록된 특수 필름에 기준광을 조사할 경우 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원된다.Conventional optical holography microscopy records the interference pattern according to the interference phenomenon between the reference light and the object light as a special film. At this time, when the reference light is irradiated to the special film on which the interference fringe is recorded, the shape of the virtual object to be measured is restored where the object to be measured is located.

기존의 광학적 홀로그래피 현미경과 비교하였을 때 디지털 홀로그래피 현미경은 광의 간섭무늬를 이미지 센서를 통하여 디지털화(또는 수치화) 하고, 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 전자적인 계산을 통하여 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared with the conventional optical holography microscope, the digital holography microscope digitizes (or digitizes) the interference pattern of light through an image sensor, and restores the shape of the object to be measured through electronic calculation rather than an optical method. There is a difference.

한편 단일 파장의 레이저 광원을 사용하는 종래의 디지털 홀로그래피 현미경은 물체의 측정의 최소 단위길이가 레이저의 파장길이로 제한된다는 문제점이 있었다. 이를 보완하기 위해 두 개 이상의 파장의 레이저 광원을 사용하는 또 다른 종래의 디지털 홀로그래피 현미경의 경은 현미경의 제작 단가 높을 뿐만 아니라, 실시간으로 물체의 3차원 형상을 획득할 수 없다는 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional digital holography microscope using a single wavelength laser light source has a problem that the minimum unit length of the measurement of the object is limited to the wavelength length of the laser. In order to compensate for this, another conventional digital holography microscope using a laser light source having two or more wavelengths has a problem in that it is impossible to obtain a three-dimensional shape of an object in real time, as well as a high manufacturing cost of the microscope.

또한, 상술한 종래 디지털 홀로그래피 현미경들은 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위해 컴퓨터로 CGH(Computer Generated Hologram)을 생성한 후 이를 공간광변조기(Spatial Light Modulator: SLM)상에 디스플레이하고, 디스플레이 된 형상에 기준광을 비추는 방식으로 물체의 3차원 홀로그램 영상을 획득하였다. 그러나 이러한 방식은 고가의 공간광변조기(SLM)의 사용을 요구할 뿐만 아니라, 단순히 전술한 광학적 홀로그래피 현미경에서의 특수 필름을 디지털화 한 것에 불과하여 기술적 한계가 명확하였다.In addition, the above-mentioned conventional digital holography microscopes generate a computer generated hologram (CGH) with a computer to restore the shape of the object to be measured, and display it on a spatial light modulator (SLM), and display the A 3D hologram image of the object was obtained by illuminating the reference light. However, this method not only requires the use of an expensive spatial light modulator (SLM), but also has a clear technical limitation by simply digitizing a special film in the above-described optical holography microscope.

이와 같은 종래 디지털 홀로그래피 현미경들의 문제점을 해결하기 위해, 가령 대한민국 공개특허 제10-2016-0029606호(이하 "공개된 종래 기술"이라 함)는 디지털 홀로그래피 현미경 및 디지털 홀로그램 영상 생성 방법을 제시한다. 이하에서는 공개된 종래 기술에 대해 간략하게 살펴본다.In order to solve the problems of the conventional digital holography microscopes, for example, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0029606 (hereinafter referred to as "published prior art") proposes a digital holography microscope and a digital hologram image generation method. Hereinafter, the disclosed prior art will be briefly described.

도 1은 공개된 종래 기술에 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다. 1 is a block diagram showing in detail a two-wavelength digital holography microscope device according to the disclosed prior art.

도 1을 참조하면, 공개된 종래 기술의 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치는 혼합광원부(100), 파장분할부(200), 간섭무늬획득부(300), 대물부(400), 이미지센서부(500), 이미지저장부(600), 제어부(700), 물체형상복원부(800)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the disclosed prior art two-wavelength digital holography microscope device includes a mixed light source unit 100, a wavelength division unit 200, an interference pattern acquisition unit 300, an objective unit 400, and an image sensor unit 500. ), An image storage unit 600, a control unit 700, and an object shape restoration unit 800.

혼합광원부(100)는 혼합광원발광부(110)와 광원부렌즈(120)를 포함한다. 이러한 혼합광원발광부(110)는 단일하지 아니한 여러 대역에 분포된 파장대역을 가지는 혼합광을 발광한다. 광원부렌즈(120)는 상기 혼합광원발광부(110)에서 생성된 혼합광을 광학적으로 조절하고, 이를 파장분할부(200)에 입사시킨다.The mixed light source unit 100 includes a mixed light source emitting unit 110 and a light source unit lens 120. The mixed light source light emitting unit 110 emits mixed light having a wavelength band distributed in several non-uniform bands. The light source unit lens 120 optically adjusts the mixed light generated by the mixed light source emitting unit 110 and makes it incident on the wavelength division unit 200.

파장분할부(200)는 제1광분할기(210)와 제1여광판(220) 및 제2여광판(230)과 제1반사체(240)를 포함한다. 제1광분할기(210)는 혼합광원부(100)로부터 입사된 혼합광을 입력받아 2개의 광으로 분할한다. 이때 제1광분할기(210)는 입사받은 혼합광을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제1여광판(220)은 제1광분할기(210)에서 분할된 광들 중 하나의 광을 입력받아 미리 정해진 단일파장을 가지는 제1광선을 획득한다. 여기서 제1여광판(220)에 입력되는 광은 제1여광판(220)을 통과하면서 필터링되고, 제1여광판(220)의 특성에 따라 정해진 단일한 파장을 가지는 제1광선이 획득된다. 제2여광판(230)은 제1여광판(220)과 동일한 방식으로, 제1광분할기(210)에서 분할된 광들 중 나머지 하나의 광을 입력받아, 제1광선의 파장과 다른 파장을 가지는 제2광선을 획득한다. 그리고 제2광선은 간섭무늬획득부(300)로 보내진다. 제1반사체(240)는 제1여광판(220)에서 획득된 제1광선을 입사받아 간섭무늬획득부(300)로 반사하는 역할을 한다.The wavelength division unit 200 includes a first light splitter 210, a first filter plate 220, a second filter plate 230, and a first reflector 240. The first light splitter 210 receives the mixed light incident from the mixed light source unit 100 and divides it into two lights. At this time, the first light splitter 210 serves to divide the incident mixed light in different directions. The first filter panel 220 receives one light among the lights divided by the first light splitter 210 to obtain a first light beam having a predetermined single wavelength. Here, the light input to the first filter plate 220 is filtered while passing through the first filter plate 220, and a first ray having a single wavelength determined according to the characteristics of the first filter plate 220 is obtained. The second filter plate 230 receives the other one of the light split by the first optical splitter 210 in the same manner as the first filter plate 220, and has a second wavelength different from that of the first filter Acquire rays. And the second ray is sent to the interference pattern acquisition unit 300. The first reflector 240 serves to receive the first light obtained from the first filter plate 220 and reflect it to the interference pattern acquisition unit 300.

간섭무늬획득부(300)는 제2광분할기(310)와 제3광분할기(320)와 제2반사체(330)와 제3여광판(340)과 제3반사체(350)를 포함한다. 제2광분할기(310)는 파장분할부(200)로부터 입력된 제1광선을 입력받아 제1물체광과 제1기준광으로 분할한다. 이때 제2광분할기(310)는 입사받은 제1광선을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제3광분할기(320)도 제2광분할기(310)와 동일한 방식으로 제2광선을 입력받아 제2물체광과 제2기준광으로 분할한다. 제2반사체(330)는 제1기준광을 입사받고, 이를 반사한 제1반사기준광을 제2광분할기(310)로 보낸다. 제3여광판(340)은 제2광분할기(310)에서 분할된 제1기준광을 입사받아 제2반사체(330)로 보내고, 반사되는 제1반사기준광을 입사받아 제2광분할기로 보낼 수 있다. 또한 제3여광판(340)은 제2물체광이 제2광분할기(310)에 이르러 광분할되어 일부가 제2반사체(330) 방향으로 진행할 때 제2반사체(330)에 도달하지 못하도록 진행을 막는다. 이를 위하여 제3여광판(340)은 광을 투과시킴에 있어서 제1여광판(220)과 동일한 특성을 가지는 여광판으로 한다. 제3반사체(350)는 제2기준광을 입사받고, 이를 반사한 제2반사기준광을 제3광분할기(320)로 보내는데, 여기서 제2반사체(330) 및 제3반사체(350)는 제어부(700)의 제어에 따라 각도 조절이 가능하도록 구성하여, 탈축(off-axis) 홀로그램을 구현할 수 있다.The interference pattern acquisition unit 300 includes a second light splitter 310, a third light splitter 320, a second reflector 330, a third filter plate 340, and a third reflector 350. The second light splitter 310 receives the first light input from the wavelength division unit 200 and divides it into a first object light and a first reference light. At this time, the second light splitter 310 serves to divide the incident first light beams in different directions and proceed. The third light splitter 320 receives the second light beam in the same manner as the second light splitter 310 and divides it into a second object light and a second reference light. The second reflector 330 receives the first reference light and sends the reflected first light to the second light splitter 310. The third filter panel 340 may receive the first reference light divided by the second light splitter 310 and send it to the second reflector 330, and receive the reflected first reflection reference light and send it to the second light splitter. In addition, the third filter plate 340 prevents the second object light from reaching the second reflector 330 when the second object light reaches the second light splitter 310 and the light is split, so that the second reflector 330 does not reach the second reflector 330. . To this end, the third filter plate 340 is a filter plate having the same characteristics as the first filter plate 220 in transmitting light. The third reflector 350 receives the second reference light, and sends the reflected second reference light to the third light splitter 320, wherein the second reflector 330 and the third reflector 350 are the control unit 700 ) Can be configured to adjust the angle under control, so that an off-axis hologram can be implemented.

한편, 상술한 바와 같이 획득된 제1물체광, 제2물체광은 다음과 같은 과정을 거쳐 각 제1반사물체광과 제2반사물체광으로 변환되어 이미지센서부(500)로 보내진다. 제2광분할기(310)는 이상과 같이 분할한 제1물체광을 대물부(400)에 거치되어 있는 측정 대상 물체에 입사시키고, 또한 제3광분할기(320)로부터 분할되어 보내지는 제2물체광을 상기 측정 대상 물체에 입사시킨다. 이 경우, 측정 대상 물체에서 입사받은 제1물체광을 반사한 반사광을 제1반사물체광이라 한다. 또한 측정 대상 물체에서 입사받은 제2물체광을 반사한 반사광을 제2반사물체광이라 한다. 제2광분할기(310)는 이상과 같이 반사된 제1반사물체광과 제2반사물체광을 입력받아 이를 제3광분할기(320)로 보낸다. 제3광분할기(320)는 이상과 같이 입력받은 제1반사물체광과 제2반사물체광을 다시 이미지센서부(500)로 보낸다.On the other hand, the first object light and the second object light obtained as described above are converted to each of the first reflection object light and the second reflection object light through the following process and sent to the image sensor unit 500. The second optical splitter 310 injects the first object light divided as described above into the object to be measured mounted on the objective unit 400, and further sends the second object divided by the third optical splitter 320. Light is incident on the object to be measured. In this case, the reflected light reflecting the first object light incident from the object to be measured is referred to as the first reflected object light. In addition, the reflected light reflecting the second object light incident from the object to be measured is referred to as the second reflected object light. The second light splitter 310 receives the first reflected object light and the second reflected object light reflected as described above and sends them to the third light splitter 320. The third light splitter 320 sends the first reflected object light and the second reflected object light input as described above to the image sensor unit 500 again.

또한, 상술한 바와 같이 획득된 제1반사기준광, 제2반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(500)로 보내진다. 구체적으로, 제2광분할기(310)는 제2반사체(330)에서 반사되어 온 제1반사기준광을 입력받아 제3광분할기(320)로 보낸다. 제3광분할기(320)는 이상과 같이 제2광분할기(310)에서 보내진 제1반사기준광과, 제3반사체(350)에서 반사되어 온 제2반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(500)로 보낸다. 그에 따라, 제3광분할기(320)에서 제1반사물체광과 제1반사기준광과 제2반사물체광과 제2반사기준광이 모두 동일하게 이미지센서부(500) 방향으로 보내진 후, 상호 간섭하여 간섭무늬가 생성된다.In addition, the first reflection reference light and the second reflection reference light obtained as described above are sent to the image sensor unit 500 through the following process. Specifically, the second light splitter 310 receives the first reflection reference light reflected from the second reflector 330 and sends it to the third light splitter 320. As described above, the third light splitter 320 receives the first reflecting reference light sent from the second light splitter 310 and the second reflecting reference light reflected from the third reflector 350, and then re-images the image sensor unit 500. To send. Accordingly, after the first light reflection object light, the first reflection reference light, the second reflection object light, and the second reflection reference light are both sent in the same direction to the image sensor unit 500 in the third light splitter 320, and interfere with each other. Interference patterns are generated.

한편, 제2반사체(330)와 제3반사체(350)는 서로 다른 파장의 광선이 서로 다른 간섭무늬를 형성하게 하는 탈축(off-axis) 시스템을 구성하기 위하여 제어부(700)의 제어에 따라 각도를 다방향으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제2반사체(330)와 제3반사체(350)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2반사체(330)로부터 반사되는 제1반사기준광과 제3반사체(350)로부터 반사되는 제2기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1반사기준광과 제2반사기준광이 이미지센서부(500)에 도달한 제1반사물체광과 제2반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다. On the other hand, the second reflector 330 and the third reflector 350 are angled under the control of the control unit 700 to form an off-axis system that allows different wavelengths of light to form different interference patterns. Characterized in that it can be adjusted in multiple directions. That is, as the angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 are different from each other, the first reflecting reference light reflected from the second reflector 330 and the second reference reflecting from the third reflector 350 When a distance occurs in the direction of the light, the first reflection reference light and the second reflection reference light are combined with the first reflection object light and the second reflection object light reaching the image sensor unit 500 to form an interference pattern, each wavelength Very differently disjointed interference patterns are formed.

대물부(400)는 물체거치대(410)와 대물렌즈(420)를 포함한다. 물체거치대(410)는 측정 대상 물체를 거치대에 고정시켜 측정되도록 하고, 대물렌즈(420)는 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 광학적으로 조절한다.The objective unit 400 includes an object holder 410 and an objective lens 420. The object holder 410 is fixed to the object to be measured to be measured, and the objective lens 420 optically adjusts the first object light and the second object light incident on the object to be measured.

이미지센서부(500)는 간섭무늬획득부(300)에서 획득된 상기 간섭무늬를 디지털 이미지 센서에 투영시키고, 상기 투영된 간섭무늬를 상기 디지털 이미지 센서를 이용하여 측정하고, 그 측정값을 이산신호로 변환한다. 통상 상기 간섭무늬를 기록한 것을 홀로그램이라고 한다. 이러한 디지털 이미지 센서로는 CCD 등 다양한 이미지센서들이 사용될 수 있다.The image sensor unit 500 projects the interference pattern obtained from the interference pattern acquisition unit 300 onto a digital image sensor, measures the projected interference pattern using the digital image sensor, and disperses the measurement value. Convert to Usually, the interference fringe is recorded as a hologram. As the digital image sensor, various image sensors such as a CCD may be used.

이미지저장부(600)는 이미지센서부(500)에서 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 메모리나 디스크장치 등과 같은 다양한 저장매체에 저장한다.The image storage unit 600 stores the interference fringe information converted from the image sensor unit 500 into discrete signals in various storage media such as a memory or a disk device.

제어부(700)는 상술한 탈축(off-axis) 시스템을 구현하고 간섭무늬를 획득하기 위하여 제2반사체(330)와 제3반사체(350)의 위치와 각도를 조절하는 등 간섭무늬획득부(300)를 제어하고, 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 조절하기 위하여 대물렌즈(420)를 조절하는 등 대물부(400)를 제어하고, 상기 간섭무늬가 측정되어 그에 대한 정보가 이산신호로 변환되도록 하기 위하여 이미지센서부(500)를 제어하고, 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 저장하기 위하여 이미지저장부(600)를 제어한다.The control unit 700 implements the above-described off-axis system and adjusts the position and angle of the second reflector 330 and the third reflector 350 to obtain an interference pattern, such as the interference pattern acquisition unit 300 ) To control, and to control the objective unit 400, such as adjusting the objective lens 420 to adjust the first object light and the second object light incident on the object to be measured, the interference fringe is measured and the The image sensor unit 500 is controlled to allow information to be converted into a discrete signal, and the image storage unit 600 is controlled to store interference fringe information converted into a discrete signal.

물체형상복원부(800)는 위상정보획득부(810)와 두께정보획득부(820)와 형상복원부(830)를 포함한다. 위상정보획득부(810)는 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(820)는 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(830)는 상기 두께정보를 이용하여 측정 대상 물체의 실시간 3차원 형상을 복원한다. 이때 측정 대상 물체의 두께정보는 상기 물체광과 기준광이 각각 진행한 경로의 차이 정보를 포함한다. 이와 같은 상기 물체광과 기준광의 광 경로차 때문에 상기 물체광과 기준광이 중첩되었을 때 상기 간섭무늬가 형성된다.The object shape restoration unit 800 includes a phase information acquisition unit 810, a thickness information acquisition unit 820, and a shape restoration unit 830. The phase information acquisition unit 810 acquires the phase information of the interference pattern for the first ray and the interference pattern for the second ray by using the interference pattern information, respectively, and the thickness information acquisition unit 820 Obtains the thickness information of the object to be measured using the phase information, and the shape restoration unit 830 restores the real-time three-dimensional shape of the object to be measured using the thickness information. At this time, the thickness information of the object to be measured includes difference information between the paths of the object light and the reference light. Due to the optical path difference between the object light and the reference light, the interference pattern is formed when the object light and the reference light overlap.

상술한 내용을 포함하는 공개된 종래 기술에 의하면, 측정 해상도의 향상 및 영상 획득의 실시간성의 확보가 가능하지만, 여전히 다음과 같은 문제점이 발생한다.According to the disclosed prior art including the above, it is possible to improve measurement resolution and secure real-time image acquisition, but still has the following problems.

먼저 공개된 종래 기술에서는 여러 대역에 분포된 파장 대역을 가지는 혼합 광원이 사용되므로, 적어도 2개 이상의 단일 파장을 얻기 위해 파장분할부(200)가 파장이 서로 상이한 제1광선 및 제2광원을 분할하기 위해 제1여광판(220), 제2여광판(230), 및 제1반사체(240)를 사용하여야 한다. Since the conventionally disclosed prior art uses a mixed light source having a wavelength band distributed in several bands, the wavelength division unit 200 divides the first and second light sources having different wavelengths to obtain at least two single wavelengths. To do so, the first filter plate 220, the second filter plate 230, and the first reflector 240 should be used.

또한, 간섭무늬획득부(300)가 제2광원을 분할하기 위한 제3광분할기(320), 제2광원을 반사시키기 위한 제3반사체(350), 및 제2광원이 제2반사체(330)로 입사되는 것을 차단하기 위한 제3여광판(340)을 추가로 사용하여야 한다. In addition, the interference pattern acquisition unit 300, a third light splitter 320 for dividing the second light source, a third reflector 350 for reflecting the second light source, and a second light source for the second reflector 330 The third filter plate 340 for blocking the incident to the additional should be used.

따라서, 현미경의 구조가 복잡해지고, 이는 제조 단가의 상승, 설계의 복잡도 증가와 같은 다양한 문제점을 수반한다. 따라서 단일 파장의 광원을 사용하면서도 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.Therefore, the structure of the microscope is complicated, and this entails various problems such as an increase in manufacturing cost and an increase in design complexity. Therefore, a new method is needed to solve the above-mentioned problems while using a single wavelength light source.

대한민국 공개특허 제10-2016-0029606호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2016-0029606 대한민국 공개특허 제10-2010-0095302호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0095302 대한민국 공개특허 제10-2012-0014355호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0014355 대한민국 특허 제10-1139178호Republic of Korea Patent No. 10-1139178 대한민국 특허 제10-1441245호Republic of Korea Patent No. 10-1441245 미국 특허 제7,649,160호U.S. Patent No. 7,649,160

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단지 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성하고자 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is intended to accurately generate the three-dimensional shape information of the object to be measured by the acquisition of only one hologram.

특히 본 발명은 한 개의 홀로그램으로부터 기준광에 관한 정보 및 물체광 대물 렌즈의 곡률 수차 정보를 생성하고 이를 고려하여 획득된 물체 홀로그램을 보정함으로써 정확도가 향상된 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하고자 한다.In particular, the present invention seeks to generate three-dimensional shape information of an object to be measured with improved accuracy by generating information about the reference light and curvature aberration information of the object light objective lens from one hologram and correcting the obtained object hologram in consideration of this.

또한 본 발명은 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고비용 문제를 해결하고자 한다.In addition, the present invention seeks to solve the complex optical device structure and thus significant high cost problems.

나아가 본 발명은 TFT, 반도체와 같은 초미세 구조의 3차원 형상을 정확하게 획득함으로써, 이러한 구조들의 결함을 높은 확률로 검출하고자 한다.Furthermore, the present invention seeks to detect defects of these structures with a high probability by accurately acquiring three-dimensional shapes of ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors.

본 발명의 일 실시예에 따른 광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체로부터 반사된 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법은, 상기 이미지에 포함된 적어도 하나의 주파수 성분들을 확인하는 단계; 상기 적어도 하나의 주파수 성분들 중 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계; 상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(Conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실상 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하는 단계; 상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하는 단계; 상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계; 상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제거된 보정 홀로그램을 생성하는 단계; 및 상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.Three-dimensional shape information of the object to be measured from an image including intensity information of the object hologram generated by interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light reflected from the object to be measured according to an embodiment of the present invention The method for generating a method includes: identifying at least one frequency component included in the image; Extracting a real image component corresponding to a real image among the at least one frequency component; Generating a real image hologram including a correction light having a conjugate relationship with the reference light based on the real components and real information of the object to be measured; Generating an intermediate hologram from which the information of the reference light is removed from the actual hologram based on the corrected light; Generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram; Generating a correction hologram in which errors due to curvature aberration are removed from the intermediate hologram based on the curvature aberration correction information; And generating the 3D shape information of the object to be measured from the correction hologram.

상기 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계는 상기 중간 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 단계; 상기 중간 홀로그램으로부터 생성된 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계; 및 상기 파라미터에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계;를 포함할 수 있다.The generating of the curvature aberration correction information may include generating 3D shape information of the measurement target object from the intermediate hologram; Determining at least one parameter for determining the curvature aberration correction information based on the 3D shape information of the measurement target object generated from the intermediate hologram; And generating the curvature aberration correction information based on the parameter.

상기 중간 홀로그램으로부터 생성된 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상은 반구형의 곡면의 적어도 일 부분을 포함하고, 상기 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계는 상기 반구형의 곡면의 적어도 일 부분으로부터 상기 반구형의 곡면의 중심점의 좌표를 결정하는 단계; 및 상기 반구형의 곡면의 적어도 일 부분으로부터 상기 반구형의 곡면의 반지름을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.The three-dimensional shape of the object to be measured generated from the intermediate hologram includes at least a portion of a hemispherical curved surface, and determining the at least one parameter comprises at least a portion of the hemispherical curved surface. Determining the coordinates of the center point of the; And determining a radius of the hemispherical curved surface from at least a portion of the hemispherical curved surface.

상기 적어도 하나의 파라미터를 결정하는 단계는 상기 반구형의 곡면을 절단하는 절단면을 생성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 중심점의 좌표를 결정하는 단계는 상기 절단면 상에서의 상기 반구형의 곡면에 의해서 생성되는 곡선으로부터 상기 중심점의 좌표를 결정하고, 상기 곡면의 반지름을 결정하는 단계는 상기 곡선으로부터 상기 반지름을 결정할 수 있다.The determining of the at least one parameter may further include generating a cut surface for cutting the hemispherical curved surface, and determining the coordinates of the center point is a curve generated by the hemispherical curved surface on the cut surface. The step of determining the coordinates of the center point from and determining the radius of the curved surface may determine the radius from the curve.

상기 절단면은 상기 물체광의 진행 방향과 평행일 수 있다.The cut surface may be parallel to the traveling direction of the object light.

본 발명에 따르면 단지 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to accurately generate three-dimensional shape information of an object to be measured by acquiring only one hologram.

특히 한 개의 홀로그램으로부터 기준광에 관한 정보 및 물체광 대물 렌즈의 곡률 수차 정보를 생성하고 이를 고려하여 획득된 물체 홀로그램을 보정함으로써 정확도가 향상된 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다.In particular, by generating information about the reference light and curvature aberration information of the object light objective lens from one hologram and correcting the obtained object hologram in consideration of this, it is possible to generate three-dimensional shape information of an object to be measured with improved accuracy.

또한 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고비용 문제를 해결할 수 있다.In addition, it is possible to solve the complicated optical device structure and thus a considerable high cost problem.

나아가 TFT, 반도체와 같은 초미세 구조의 3차원 형상을 정확하게 획득함으로써 이러한 구조들의 결함을 높은 확률로 검출할 수 있다.Furthermore, by accurately acquiring the three-dimensional shape of ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors, defects in these structures can be detected with a high probability.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Additional advantages of the present invention can be clearly understood from the following description with reference to the accompanying drawings in which identical or similar reference numerals indicate identical components.

도 1은 공개된 종래 기술에 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 예시적인 측정 대상 물체의 외형을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 예시이다.
도 5는 도 4에 도시된 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d는 도 5에 도시된 주파수 성분들에서 실상에 대응되는 주파수 성분들을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 디지털 기준광의 강도를 도시한 도면이다.
도 7b는 기준광의 위상을 도시한 도면이다.
도 7c는 보정광의 강도를 도시한 도면이다.
도 7d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.
도 8은 예시적인 실상 홀로그램을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a, 도 11b, 및 도 11c는 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상의 예시를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치에 의해 수행되는 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)의노이즈 제거 방법의 흐름도들이다.
1 is a block diagram showing in detail a two-wavelength digital holography microscope device according to the disclosed prior art.
2A is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2B is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3A and 3B are views for explaining the appearance of an exemplary measurement object.
4 is an example of an image of a portion of an object to be measured.
FIG. 5 is a diagram showing frequency components of an image of a part of the measurement target object illustrated in FIG. 4.
6A, 6B, 6C, and 6D are diagrams for explaining a method of extracting frequency components corresponding to a real image from the frequency components illustrated in FIG. 5.
7A is a diagram showing the intensity of digital reference light.
7B is a diagram showing the phase of the reference light.
7C is a diagram showing the intensity of the correction light.
7D is a diagram showing the phase of the correction light.
8 is a diagram illustrating an exemplary actual hologram.
9 and 10 are diagrams for explaining a method for a processor to determine a curvature aberration correction term from an intermediate hologram according to an embodiment of the present invention.
11A, 11B, and 11C are diagrams showing examples of three-dimensional shapes of objects to be measured generated from holograms.
12 is a flowchart illustrating a method of generating 3D shape information of an object to be measured performed by a holographic reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
13 and 14 are flow charts of a noise removal method of the holographic restoration apparatus 1 according to the embodiments of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. The present invention can be applied to various transformations and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present invention and methods for achieving them will be clarified with reference to embodiments described below in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals when describing with reference to the drawings, and redundant description thereof will be omitted. .

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 형태는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the following examples, terms such as first and second are not used in a limiting sense, but for the purpose of distinguishing one component from other components. In the following embodiments, singular expressions include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise. In the examples below, terms such as include or have are meant to mean the presence of features or components described in the specification, and do not preclude the possibility of adding one or more other features or components in advance. In the drawings, the size of components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and shape of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to what is illustrated.

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1A)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.2A is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus 1A according to a first embodiment of the present invention.

본 발명에서 '홀로그래피(Holography) 복원 장치'는 측정 대상 물체에 대한 홀로그램(이하에서는 '물체 홀로그램'이라고 설명한다)을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램을 분석 및/또는 표시하는 장치를 의미할 수 있다. In the present invention, the 'Holography (Holography) reconstruction device' may mean a device that acquires a hologram (hereinafter referred to as 'object hologram') for an object to be measured and analyzes and / or displays the obtained object hologram. .

가령 홀로그래피 복원 장치(1A)는 반도체 제조 라인에 배치되어, 생산되는 반도체의 물체 홀로그램을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램으로부터 반도체의 무결성 여부를 판단하는 장치일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the holographic restoring apparatus 1A may be a device that is disposed on a semiconductor manufacturing line, obtains an object hologram of the produced semiconductor, and determines whether the semiconductor is integrity from the obtained object hologram. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

한편 본 발명에서 '물체 홀로그램(Hologram)'은 홀로그래피 복원 장치(1A)에 의해서 획득되는 이미지로부터 생성될 수 있는 홀로그램으로, 홀로그래피 복원 장치(1A)에 의한 다양한 처리가 이루어 지기 전의 홀로그램을 의미할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.Meanwhile, in the present invention, 'object hologram' is a hologram that can be generated from an image obtained by the holographic reconstruction apparatus 1A, and may mean a hologram before various processing by the holography reconstruction apparatus 1A is performed. have. Detailed description thereof will be described later.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1A)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(10), 광원부(10)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(20), 시준기(20)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(30), 광 분할기(30)에 의해 분할된 물체광(O)을 통과시키는 물체광 대물 렌즈(40), 광 분할기(30)에 의해 분할된 기준광(R)을 통과시키는 기준광 대물 렌즈(60), 기준광 대물 렌즈(60)를 통과한 기준광(R)을 반사시키는 광학 거울(70), 물체광 대물 렌즈(40)를 통과하여 측정 대상 물체(50)의 표면에서 반사된 물체광(O) 및 광학 거울(70)에 의해 반사된 기준광(R)이 각각 물체광 대물 렌즈(40) 및 기준광 대물 렌즈(60)를 통과하여 광 분할기(30)로 전달되어 형성되는 이미지를 기록하는 영상 센서(80) 및 영상 센서(80)가 획득한 이미지를 처리하는 프로세서(90)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2A, the holographic reconstruction apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention includes a light source unit 10 emitting single wavelength light and a collimator 20 for collimating single wavelength light emitted from the light source unit 10 ), An optical splitter 30 for dividing the single wavelength light passing through the collimator 20 into object light O and reference light R, and an object through which the object light O divided by the light splitter 30 passes The optical objective lens 40, the reference light objective lens 60 passing through the reference light R divided by the optical splitter 30, and the optical mirror 70 reflecting the reference light R passing through the reference light objective lens 60 ), The object light (O) reflected from the surface of the object to be measured (50) passing through the object light objective lens (40) and the reference light (R) reflected by the optical mirror (70) are respectively the object light objective lens (40). ) And an image sensor 80 and an image sensor 8 for recording an image formed by passing through the reference light objective lens 60 and being transferred to the optical splitter 30 0) may include a processor 90 for processing the acquired image.

이때 프로세서(90)는 영상 센서(80)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(50)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이와 같은 프로세서(90)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.At this time, the processor 90 may generate 3D information of the object to be measured 50 from the image acquired by the image sensor 80. The detailed description of the operation of the processor 90 will be described later.

도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1B)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.2B is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus 1B according to a second embodiment of the present invention.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1B)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(10), 광원부(10)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(20), 시준기(20)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(30), 광 분할기(30)에 의해 분할된 물체광(O)이 측정 대상 물체(50)를 투과한 후 측정 대상 물체(50)의 정보를 포함한 물체 투과광(T)을 통과시키는 물체광 대물 렌즈(40), 물체광 대물 렌즈(40)를 통과한 물체 투과광(T)을 반사시키는 제2 광학 거울(72), 광 분할기(30)에 의해 분할된 기준광(R)을 통과시키는 기준광 대물 렌즈(60), 기준광 대물 렌즈(60)를 통과한 기준광(R)을 반사시키는 제1 광학 거울(70), 제1 광학 거울(70)에 의해 반사된 기준광(R) 및 제2 광학 거울(72)에 의해 반사된 물체 투과광(T)이 각각 전달되는 제2 광 분할기(32), 제2 광 분할기(32)로 전달된 기준광(R) 및 물체광 투과광(T)에 의해 형성되는 이미지를 기록하는 영상 센서(80) 및 영상 센서(80)가 획득한 이미지를 처리하는 프로세서(90)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the holographic restoration apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention includes a light source unit 10 emitting single wavelength light and a collimator 20 for collimating single wavelength light emitted from the light source unit 10 ), A light splitter 30 for dividing the single wavelength light passing through the collimator 20 into object light O and reference light R, and the object light O divided by the light splitter 30 is an object to be measured After passing through (50), the object light objective lens (40) passing through the object transmitted light (T) containing the information of the object to be measured (50), and the object transmitted light (T) passing through the object light objective lens (40) is reflected. A second optical mirror 72, a reference light objective lens 60 through which the reference light R divided by the light splitter 30 passes, and a first light reflecting the reference light R passing through the reference light objective lens 60 The optical mirror 70, the reference light R reflected by the first optical mirror 70 and the object transmitted light T reflected by the second optical mirror 72 are respectively transmitted. The second optical splitter 32, the image sensor 80 and the image sensor 80 for recording an image formed by the reference light (R) and the object light transmitted light (T) transmitted to the second optical splitter 32 It may include a processor 90 for processing the acquired image.

물론 이러한 제2 실시예에서도, 프로세서(90)는 영상 센서(80)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(50)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이와 같은 프로세서(90)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.Of course, even in this second embodiment, the processor 90 may generate three-dimensional information of the object to be measured 50 from the image acquired by the image sensor 80. The detailed description of the operation of the processor 90 will be described later.

상술한 도 2a 및 도 2b에 각각 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1A) 및 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1B)는 물체광(O)이 측정 대상 물체(50)에서 반사(도 2a의 실시예)되거나 또는 물체광(O)이 측정 대상 물체(50)를 투과(도 2b의 실시예)한다는 점 및 그에 따른 일부 구성요소(예를 들어, 도 2b의 실시예의 제2 광학 거울(72) 및 제2 광 분할기(32))의 추가 사용 및 그에 따른 일부 구성요소의 배치)를 제외하고는 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 2A and 2B, the holographic reconstruction apparatus 1A according to the first embodiment of the present invention and the holographic reconstruction apparatus 1B according to the second embodiment of the present invention respectively measure the object light O The fact that the object 50 reflects (the embodiment of FIG. 2A) or the object light O transmits the object 50 to be measured (the embodiment of FIG. 2B) and thus some components (eg, It has substantially the same configuration except for the further use of the second optical mirror 72 and the second light splitter 32 of the embodiment of FIG. 2B and the placement of some components accordingly).

특히 이미지가 영상 센서(80)에 의해 획득되고, 프로세서(90)가 획득된 이미지로부터 기준광(R)을 생성한다는 점에서 동일한 특징을 갖는다는 점에 유의하여야 한다. In particular, it should be noted that the image is acquired by the image sensor 80, and the processor 90 has the same characteristic in that it generates the reference light R from the acquired image.

이하에서는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1A, 1B)를 통칭하여 홀로그래피 복원 장치(1)로 지칭하여 설명한다.Hereinafter, holographic reconstruction apparatuses 1A and 1B according to the first and second embodiments of the present invention will be collectively described as holographic reconstruction apparatus 1.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)의 프로세서(90)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어 프로세서(90)는 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. Meanwhile, the processor 90 of the holographic restoring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may include all kinds of apparatus capable of processing data. For example, the processor 90 may refer to a data processing device embedded in hardware having physically structured circuits to perform functions represented by codes or instructions included in a program.

이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.As an example of such a data processing device embedded in hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, and an application-specific integrated (ASIC) Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like, but the scope of the present invention is not limited thereto.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(80)는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 적어도 하나의 이미지 센서로 구현될 수 있다.In addition, the image sensor 80 according to an embodiment of the present invention may be implemented with at least one image sensor, such as a Charge Coupled Device (CCD) or a Complimentary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS), for example.

도 3a 및 도 3b는 예시적인 측정 대상 물체(50)의 외형을 설명하기 위한 도면이다.3A and 3B are views for explaining the appearance of an exemplary object to be measured 50.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 측정 대상 물체(50)는 일면에 소정의 간격에 따라 배치된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면, 측정 대상 물체(50)는 X-Y 평면과 평행하는 면 상에 Z 방향으로 돌출된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B, the object to be measured 50 may include rectangular parallelepiped structures 51A to 51I arranged on one surface at predetermined intervals. In other words, the object to be measured 50 may include cuboid-shaped structures 51A to 51I protruding in the Z direction on a plane parallel to the X-Y plane.

이하에서는 홀로그래피 복원 장치(1)가 측정 대상 물체(50)의 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)이 배치된 면과 수직하는 방향으로 물체광(O)을 조사하여 측정 대상 물체(50)의 이미지를 획득하는 것을 전제로 설명한다.Hereinafter, the holographic reconstruction apparatus 1 irradiates the object light O in a direction perpendicular to the surface on which the structures 51A to 51I of the rectangular parallelepiped structure of the object to be measured 50 are disposed, and the image of the object to be measured 50 It will be described on the premise of obtaining.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(80)는 측정 대상 물체(50)의 이미지를 획득할 수 있다.First, the image sensor 80 according to an embodiment of the present invention may acquire an image of the object 50 to be measured.

본 발명에서 측정 대상 물체(50)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(50)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the 'image' of the object to be measured 50 is the intensity information at each position of the object hologram U0 (x, y, 0) with respect to the object to be measured 50 (ie | (U0 (x, y, 0) | 2 ), and may be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018094955308-pat00001
Figure 112018094955308-pat00001

여기서 물체 홀로그램 Uo(x,y,0)는 측정 대상 물체의 각 x, y 지점에서의 위상정보를 나타내고, x, y는 측정 대상 물체가 놓여지는 공간에서의 좌표로서 물체광(O)과 수직하는 평면을 정의하는 좌표를 나타내고, O(x,y) 및 R(x,y)는 각각 물체광(O)과 기준광(R)을 나타내고, O*(x,y) 및 R*(x,y)는 각각 물체광(O)과 기준광(R)의 복소 공액을 나타낸다.Here, the object hologram Uo (x, y, 0) represents phase information at each x and y point of the object to be measured, and x and y are coordinates in the space where the object to be measured is placed and perpendicular to the object light O O (x, y) and R (x, y) denote object light O and reference light R, respectively, and O * (x, y) and R * (x, y) represents the complex conjugate of the object light O and the reference light R, respectively.

가령 영상 센서(80)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 측정 대상 물체(50)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 4에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the image sensor 80 may acquire an image as shown in FIG. 4 for a portion of the measurement target object 50 shown in FIGS. 3A and 3B (eg, a portion including 51A and 51B). You can.

영상 센서(80)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 영상 센서(80)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(50)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image acquired by the image sensor 80 includes intensity information at each position of the object hologram U0 (x, y, 0), as described above, the image sensor 80 acquires the general It may be different from the image of the object to be measured 50 (that is, photographed only with object light O).

수학식 1을 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(50)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to Equation 1, the object hologram U0 (x, y, 0) does not include the object light 0 including the phase information of the object 50 to be measured at each point and the phase information of the object to be measured. It may be generated by the interference of the reference light (R).

또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(50)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 물체광 대물 렌즈(40)의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram (U0 (x, y, 0)) is in addition to the phase information (ie, height information of the object) at each point (ie, each x, y point) of the object to be measured 50, the object light objective lens 40 ) May further include errors and noises caused by aberration (eg, speckle noise due to use of a photon of a laser).

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 영상 센서(80)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 후술하는 바와 같은 다양한 연산 과정을 수행할 수 있다.Accordingly, the processor 90 according to an embodiment of the present invention may perform various calculation processes as described below to remove the above-described error and noise from the image acquired by the image sensor 80.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 영상 센서(80)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 가령 프로세서(90)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. The processor 90 according to an embodiment of the present invention may check frequency components of an image acquired by the image sensor 80. For example, the processor 90 may perform a 2D Fourier Transform on the image to check frequency components of the image.

바꾸어 말하면, 프로세서(90)는 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 위치 별 강도 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함하는 이미지에 포함된 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 이때 이미지는 실상(Real Image)에 대응되는 주파수 성분, 허상(Imaginary Image)에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분을 포함할 수 있다. In other words, the processor 90 uses the frequency components included in the image including the intensity information for each position of the object hologram U0 (x, y, 0) (ie, | (U0 (x, y, 0) | 2 ). In this case, the image may include a frequency component corresponding to a real image, a frequency component corresponding to an Imaginary Image, and a DC component.

물론 이미지에는 전술한 세 가지 성분들(실상에 대응되는 주파수 성분, 허상에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분) 외에 다양한 성분들이 더 포함될 수 있다. 가령 이미지에는 노이즈에 의한 주파수 성분들이 더 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Of course, the image may further include various components in addition to the three components described above (the frequency component corresponding to the real image, the frequency component corresponding to the virtual image, and the DC component). For example, the image may further include frequency components due to noise. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(90)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다. The processor 90 according to an embodiment of the present invention can extract only the components corresponding to the actual condition among the identified frequency components. At this time, the processor 90 may extract components corresponding to the actual image in various ways.

가령 프로세서(90)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the processor 90 extracts components having a peak value (hereinafter referred to as peak components) among the frequency components included in the image, and a peak component corresponding to a real image among the extracted peak components. Components within the frequency difference of firing can be extracted as components corresponding to the actual image.

이때 프로세서(90)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분 중에서, 피크 성분을 포함하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 피크 성분으로부터 십자가 영역의 길이는 실상에 대응되는 주파수 성분 및 원점과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리 차분값을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 프로세서(90)는 실상에 대응되는 피크 성분을 포함하며, At this time, the processor 90 may determine components corresponding to the actual image in various ways based on a peak component corresponding to the actual image. For example, the processor 90 may determine, among the frequency components corresponding to the real image, frequency components in the cross region including the peak component as components corresponding to the real image. At this time, the length of the cross region from the peak component may be determined based on a distance difference value between a frequency component corresponding to the real image and a frequency component corresponding to the origin. For example, however, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto. The processor 90 includes a peak component corresponding to the actual image,

선택적 실시예에서 프로세서(90)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an optional embodiment, the processor 90 may extract only components corresponding to the real image among frequency components included in the hologram using an automatic real image spot-position extraction algorithm.

본 발명에서 특정 주파수 성분을 '추출'하는 것은 해당 주파수 성분의 주파수와 해당 주파수 성분의 크기(또는 강도)를 추출하는 것을 의미할 수 있다.In the present invention, 'extracting' a specific frequency component may mean extracting a frequency and a magnitude (or intensity) of the frequency component.

도 5는 도 4에 도시된 측정 대상 물체(50)의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram showing frequency components of an image for a portion of the object to be measured 50 shown in FIG. 4.

전술한 바와 같이 프로세서(90)는 영상 센서(80)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.As described above, the processor 90 may check frequency components of the image acquired by the image sensor 80, and accordingly, the processor 90 may include a frequency component 911 corresponding to a real image and a frequency component corresponding to a virtual image. Various frequency components including 912 and DC component 913 may be identified.

또한 프로세서(90)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하게 된다. 구체적으로, 프로세서(90)는 간섭 무늬의 방향 및 간섭 무늬의 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 제거함으로써, 가령 도 6a, 도 6b, 도 6c, 및 도 6d에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 간섭 무늬의 방향에 따라 십자가 영역의 방향은 회전하게 된다. In addition, the processor 90 may extract only the frequency component 911 corresponding to the actual condition among the identified components. At this time, the processor 90 removes noise from the frequency component corresponding to the actual image. Specifically, the processor 90 removes the frequency component located in the direction of the interference fringe and the normal direction of the interference fringe as noise, thereby corresponding to the real image as shown in FIGS. 6A, 6B, 6C, and 6D, for example. The frequency components in the cross region centered on the peak component can be determined as components corresponding to the actual image. At this time, the direction of the cross region is rotated according to the direction of the interference fringe.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다. 이를 보다 상세히 살펴보면, 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(90)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The processor 90 according to an embodiment of the present invention may generate digital reference light from frequency components corresponding to a real image extracted by the above-described process. Looking at this in more detail, the processor 90 may calculate the propagation direction and wave number of the digital reference light based on the frequency components corresponding to the actual image. In other words, the processor 90 may calculate the wavenumber vector of the digital reference light.

또한 프로세서(90)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 하기 수학식 2에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.In addition, the processor 90 generates a digital reference light based on the propagation direction and wave number (or wave vector) of the digital reference light, and the conjugate term of the digital reference light (R (x, y)) generated as in Equation 2 below By obtaining, the correction light Rc (x, y) can be generated.

[수학식 2][Equation 2]

Rc(x,y)= conj[R(x,y)]Rc (x, y) = conj [R (x, y)]

이때 R(x,y)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 생성된 디지털 기준광을 나타내고, Rc(x,y)는 보정광을 나타낸다.At this time, R (x, y) represents digital reference light generated based on frequency components corresponding to the real image, and Rc (x, y) represents correction light.

프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911) 중에서, 피크 성분(911P)에 대응하여 간섭 무늬의 법선 및 간섭 무늬와 평행한 방향선(Line1, Line2)을 추출한다. 프로세서(90)는 Line1 및 Line2를 포함하는 영역을 노이즈 영역(Noise1, Noise2, Noise3, Noise4)으로 결정한다. 프로세서(90)는 노이즈 영역들을 제외한 영역에 분포된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 프로세서(90)는 노이즈 영역을 제외한 패턴을 이용하여 노이즈를 제거한 실상과 대응되는 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 프로세서(90)는 Line1 및 Line 2에 분포된 주파수 성분들을 배제하는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거할 수 있다. 이때, 프로세서(90)는 원점 성분(913) 및 실상과 대응되는 주파수 성분(911) 사이의 거리 차분 값의 일정 비율 예를 들어, 1/3배의 R을 기초로 십자 모양 패턴(Pattern1)을 결정할 수 있다.The processor 90 extracts a normal line of the interference fringe and direction lines (Line1, Line2) parallel to the interference fringe corresponding to the peak component 911P from the frequency components 911 corresponding to the actual image. The processor 90 determines regions including Line1 and Line2 as noise regions (Noise1, Noise2, Noise3, and Noise4). The processor 90 may extract frequency components distributed in regions excluding noise regions. The processor 90 may extract frequency components corresponding to the reality in which noise is removed using a pattern excluding the noise region. As illustrated in FIG. 6C, the processor 90 may remove noise using a cross-shaped pattern (Pattern1) excluding frequency components distributed in Line1 and Line2. At this time, the processor 90 generates a cross-shaped pattern (Pattern1) based on a constant ratio of the distance difference value between the origin component 913 and the actual frequency component 911, for example, 1/3 times R. Can decide.

프로세서(90)는 노이즈 영역을 제거하는 다양한 패턴을 설정할 수 있다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 실상과 대응되는 주파수 성분(911)의 피크 성분에 가까울수록 폭이 넓어지는 패턴(Pattern2)를 이용하여 실상과 대응되는 주파수 성분의 노이즈를 제거합니다. The processor 90 may set various patterns to remove the noise region. As illustrated in FIG. 6D, noise is removed from a frequency component corresponding to the real image by using a pattern (Pattern2) that is wider as it approaches the peak component of the frequency component 911 corresponding to the real image.

디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 7b 및 도 7d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 7a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 7b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 7c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 7d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R (x, y) and the correction light Rc (x, y) are in a conjugate relationship, the intensity is the same as shown in FIGS. 7A and 7C, as shown in FIGS. 7B and 7D. Likewise, the phases can be reversed. Here, FIG. 7A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R (x, y), FIG. 7B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 7C is the intensity of the correction light Rc (x, y). Fig. 7D is a diagram showing the phase of the correction light.

생성된 보정광(Rc(x,y))은 후술하는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))의 보정에 사용될 수 있다.The generated correction light Rc (x, y) may be used for correction of a real hologram Um (x, y, 0) described later.

한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(30)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 프로세서(90)가 영상 센서(80)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the 'digital reference light' is light having the same properties as the reference light R generated by the above-described light splitter 30 from light of a single wavelength, and the processor 90 restores the image obtained by the image sensor 80. It can be a virtual light.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 가령 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 8과 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. The processor 90 according to an embodiment of the present invention may generate a real image hologram based on frequency components corresponding to the real image extracted by the above-described process. For example, the processor 90 may generate an actual hologram as shown in FIG. 8 by performing an inverse 2D Fourier transform on frequency components corresponding to the actual image.

이때 실상 홀로그램은 아래의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In this case, the hologram may be represented by Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Um(x,y,0)=O(x,y)R*(x,y)Um (x, y, 0) = O (x, y) R * (x, y)

여기서 Um(x,y,0)는 실상 홀로그램을 나타내며, O(x,y)는 물체광(O)을 나타내고, R*(x,y)는 기준광(R)의 복소 공액을 나타낸다.Here, Um (x, y, 0) denotes a hologram, O (x, y) denotes object light O, and R * (x, y) denotes a complex conjugate of reference light R.

한편 이와 같은 실상 홀로그램(Um(x,y,0))은 측정 대상 물체(50)의 높이에 관한 정보 외에, 기준광(R)에 대한 정보 및 물체광 대물 렌즈(40)의 수차에 의한 오차를 포함할 수 있다. On the other hand, such a real hologram (Um (x, y, 0)), in addition to information about the height of the object to be measured 50, information about the reference light (R) and the error due to the aberration of the object light objective lens 40 It can contain.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 기준광(R)에 의한 영향 및 물체광 대물 렌즈(40)의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. Therefore, the processor 90 according to an embodiment of the present invention takes into account the error caused by the reference light R and the error caused by the aberration of the object light objective lens 40 from the real hologram Um (x, y, 0). A correction hologram Uc (x, y, 0) can be generated.

가령 프로세서(90)는 아래의 수학식 4와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. For example, the processor 90 may include a term (Rc (x, y)) for correction light and a term for correction of curvature aberration (Rca (x) in the actual hologram (Um (x, y, 0)) as shown in Equation 4 below. , y)) to generate a correction hologram Uc (x, y, 0).

[수학식 4][Equation 4]

Uc(x,y,0)=Um(x,y,0)Rc(x,y)Rca(x,y)Uc (x, y, 0) = Um (x, y, 0) Rc (x, y) Rca (x, y)

여기서 Uc(x,y,0)는 기준광(R)에 대한 정보 및 물체광 대물 렌즈(40)의 수차 정보가 제거된 보정 홀로그램을 나타내고, Um(x,y,0)는 실상 홀로그램을 나타내며, Rc(x,y)는 보정광에 대한 항을 나타내고, Rca(x,y) 곡률 수차 보정에 대한 항을 나타낸다.Here, Uc (x, y, 0) represents a correction hologram in which information about the reference light R and aberration information of the object light objective lens 40 are removed, and Um (x, y, 0) represents a real hologram, Rc (x, y) represents a term for correction light, and Rca (x, y) represents a term for curvature aberration correction.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 다양한 방법으로 전술한 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다.Meanwhile, the processor 90 according to an embodiment of the present invention may generate the term Rca (x, y) for the curvature aberration correction described above in various ways.

가령 프로세서(90)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))만 곱해진 홀로그램(이하 중간 홀로그램)으로부터 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다. For example, the processor 90 can actually measure the hologram Um (x, y, 0) multiplied by only the term Rc (x, y) for the correction light from the hologram (hereinafter, the intermediate hologram) 3 of the object to be measured 50 A dimensional shape may be generated, and a term Rca (x, y) for curvature aberration correction may be generated from the generated 3D shape.

이를 보다 자세히 살펴보면, 프로세서(90)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.Looking at this in more detail, the processor 90 may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape of the measurement target object 50 generated from the intermediate hologram. At this time, the parameter may include, for example, a coordinate and a radius of a center point defining a hemispherical curved surface.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.9 and 10 are diagrams for describing a method in which the processor 90 according to an embodiment of the present invention determines a curvature aberration correction term from an intermediate hologram.

설명의 편의를 위하여 영상 센서(80)가 도 3b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 프로세서(90)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 9에 도시된 바와 같다고 가정한다.For convenience of description, it is assumed that the image sensor 80 acquires an image of the cuboid-shaped structure 51D of FIG. 3B, and the processor 90 generates an intermediate hologram for the structure 51D according to the above-described process. do. It is also assumed that the three-dimensional shape 920 of the structure 51D generated from the intermediate hologram for the structure 51D is as shown in FIG. 9.

전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 프로세서(90)는 도 10에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 프로세서(90)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the assumptions described above, the processor 90 according to an embodiment of the present invention may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape 920. For example, the processor 90 may determine the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the hemispherical curved surface and the radius (r) of the curved surface as parameters from a curve on the II section of the three-dimensional shape 920 as shown in FIG. 10. . At this time, the processor 90 according to an embodiment of the present invention may determine the position and / or direction of the cutting surface such that the cutting surface such as the I-I cross section includes the center point of the three-dimensional shape 920 (ie, the center point of the hemispherical shape). In addition, the processor 90 may determine that a cutting surface such as an I-I cross section is parallel to the traveling direction of the object light 0.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 프로세서(90)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The processor 90 according to an embodiment of the present invention may generate (or determine) a curvature aberration correction term based on at least one parameter determined by the above-described process. For example, the processor 90 refers to the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the curved surface and the radius (r) of the curved surface to generate a curved surface in 3D space, and is reflected in the phase correction of each x, y point from the generated curved surface. A curvature aberration correction term may be generated (or determined) by generating information.

선택적 실시예에서, 프로세서(90)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an optional embodiment, the processor 90 may determine a correction term from an intermediate hologram of an object to be measured (e.g., an object having the same z value in all x, y coordinates) whose shape is known in advance.

형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 프로세서(90)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of an object to be measured in advance of the shape, since the z value at each x and y point is known in advance, the processor 90 determines the three-dimensional shape of the object to be measured generated from the intermediate hologram and the shape of the object to be measured. The correction term can also be determined by checking the difference in z values at each x and y point. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(90)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상을 생성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(90)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The processor 90 according to an embodiment of the present invention may generate a three-dimensional shape of the object 50 to be measured based on the correction hologram Uc (x, y, 0). In other words, the processor 90 may calculate the height of the object at each x and y point in the z direction.

가령 프로세서(90)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 복원 영상면의 정보로 변환할 수 있다. 이때 복원 영상면은 프로세서에 의해 측정 대상 물체와 영상 센서 사이의 거리에 대응하는 거리만큼의 가상적인 영상 표시 평면을 의미하는 것으로, 프로세서(90)에 의해 계산 및 시뮬레이션되는 가상의 면일 수 있다. For example, the processor 90 may convert the corrected hologram Uc (x, y, 0) into information on a reconstructed image plane. In this case, the reconstructed image plane means a virtual image display plane corresponding to a distance between the object to be measured and the image sensor by the processor, and may be a virtual plane calculated and simulated by the processor 90.

프로세서(90)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 11a, 도 11b, 도 11c와 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 11a에는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하지 않고 복원한 결과가 도시되며, 도 11b에는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이며, 도 11c에는 Pattern2를 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이다. A1, A2, A3은 Z 방향의 높이값을 평면 그래프로 표현한 것이다. A1은 노이즈가 제거되지 않아서 z 방향의 높이값의 변화가 크고, A2 및 A3는 z 방향의 높이 값의 변화가 거의 없음을 알 수 있다. The processor 90 may calculate the height in the z direction of the object at points x and y as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C from the restored information in consideration of the reconstructed image plane. FIG. 11A shows the result of restoring without removing noise from the frequency component, and FIG. 11B shows the result of removing noise using the cross-shaped pattern (Pattern1), and FIG. 11C shows the result of removing noise using Pattern2. . A1, A2, and A3 represent the height value in the Z direction as a flat graph. It can be seen that A1 has no noise, so that the height value in the z direction is large, and A2 and A3 have little change in the height value in the z direction.

프로세서(90)는 십자 모양 패턴(Pattern)을 이용하는 경우, 아래의 수학식에 따라서 주파수 성분을 추출할 수 있다. When the processor 90 uses a cross-shaped pattern, the frequency component may be extracted according to the following equation.

Figure 112018094955308-pat00002
Figure 112018094955308-pat00002

여기서, ms는 십자 영역 패턴의 크기, xc는 피크 성분의 X 좌표, yc는 피크 성분의 Y 좌표를 말한다. R은 실상과 대응되는 주파수 성분 및 원점 성분 사이의 거리(distance)와 비례하는 수를 말한다. 예를 들어, R은 distance/3, distance/2 등 일 수 있다. Here, ms is the size of the cross-region pattern, xc is the X coordinate of the peak component, and yc is the Y coordinate of the peak component. R is a number proportional to the distance between the actual and corresponding frequency components and origin components. For example, R may be distance / 3, distance / 2, and the like.

십자 영역 패턴의 크기(ms)는 원점 성분 및 실상과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리(distance)를 기초로 결정되나, 십자 영역 패턴의 크기는 노이즈 성분의 효율적인 제거를 위해서 조절 가능하다. 십자 영역 패턴의 크기는 반복적인 노이즈 제거 과정을 통해서 최적화될 수 있다. The size (ms) of the cross-region pattern is determined based on the distance between the origin component and the actual and corresponding frequency components, but the size of the cross-region pattern is adjustable for efficient removal of noise components. The size of the cross-region pattern can be optimized through an iterative noise removal process.

도 11a, 도 11b, 도 11c에는 측정 대상 물체(50) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.11A, 11B, and 11C, three-dimensional shapes of two cuboid-shaped structures 51A and 51B disposed on the object to be measured 50 are exemplarily illustrated.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 수행되는 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 11에서 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략하되, 도 1 내지 도 11을 함께 참조하여 설명한다.12 is a flowchart illustrating a method of generating three-dimensional shape information of an object to be measured 50 performed by the holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, descriptions of contents overlapping with those described in FIGS. 1 to 11 will be omitted, but will be described with reference to FIGS. 1 to 11 together.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 측정 대상 물체(50)의 이미지를 획득할 수 있다.(S1201)The holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may acquire an image of the object to be measured 50 (S1201).

본 발명에서 측정 대상 물체(50)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(50)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 상술한 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the 'image' of the object to be measured 50 is the intensity information at each position of the object hologram U0 (x, y, 0) with respect to the object to be measured 50 (ie | (U0 (x, y, 0) | 2), and may be expressed as Equation 1 above.

가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 측정 대상 물체(50)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 4에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the holographic restoration apparatus 1 acquires an image as shown in FIG. 4 for a portion of the object to be measured 50 shown in FIGS. 3A and 3B (for example, a portion including 51A and 51B). can do.

홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 홀로그래피 복원 장치(1)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(50)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image obtained by the holographic reconstruction apparatus 1 includes intensity information at each position of the object hologram U0 (x, y, 0) as described above, the holographic reconstruction apparatus 1 is obtained It may be different from the image of the object to be measured 50, which is one general (ie, only photographed with object light O).

수학식 1을 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(50)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to Equation 1, the object hologram U0 (x, y, 0) does not include the object light 0 including the phase information of the object 50 to be measured at each point and the phase information of the object to be measured. It may be generated by the interference of the reference light (R).

또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(50)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 물체광 대물 렌즈(40)의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram (U0 (x, y, 0)) is in addition to the phase information (ie, height information of the object) at each point (ie, each x, y point) of the object to be measured 50, the object light objective lens 40 ) May further include errors and noises caused by aberration (eg, speckle noise due to use of a photon of a laser).

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 홀로그래피 복원 장치(1)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 단계 S1202 내지 단계 S1207의 연산 과정을 수행할 수 있다.Therefore, the holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may perform the calculation process of steps S1202 to S1207 to remove the above-described error and noise from the image obtained by the holographic reconstruction apparatus 1. .

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다.(S1202) 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may identify frequency components of an image obtained by the holographic reconstruction apparatus 1 (S1202). For example, the holography reconstruction apparatus 1 may be two-dimensional for an image. By performing a Fourier Transform (2D Fourier Transform), it is possible to check the frequency components of the image.

바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 위치 별 강도 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함하는 이미지에 포함된 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 이때 이미지는 실상(Real Image)에 대응되는 주파수 성분, 허상(Imaginary Image)에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분을 포함할 수 있다. In other words, the holographic restoration apparatus 1 is a frequency included in an image including intensity information for each position of the object hologram U0 (x, y, 0) (that is, | (U0 (x, y, 0) | 2). Components may be identified, wherein the image may include a frequency component corresponding to a real image, a frequency component corresponding to an imaginary image, and a DC component.

물론 이미지에는 전술한 세 가지 성분들(실상에 대응되는 주파수 성분, 허상에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분) 외에 다양한 성분들이 더 포함될 수 있다. 가령 이미지에는 노이즈에 의한 주파수 성분들이 더 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Of course, the image may further include various components in addition to the three components described above (the frequency component corresponding to the real image, the frequency component corresponding to the virtual image, and the DC component). For example, the image may further include frequency components due to noise. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.(S1203) 이때 홀로그래피 복원 장치(1)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다. The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention can extract only components corresponding to the real image from the identified frequency components. (S1203) At this time, the holography reconstruction apparatus 1 corresponds to the real image in various ways. Ingredients can be extracted.

가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the holographic reconstruction apparatus 1 extracts components having a peak value (hereinafter referred to as peak components) among the frequency components included in the image, and a peak corresponding to a real image among the extracted peak components Components within the frequency difference between the component and the firing can be extracted as components corresponding to the actual condition.

이때 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the holographic reconstruction apparatus 1 may determine components corresponding to the actual image in various ways based on a peak component corresponding to the actual image. For example, the holographic reconstruction apparatus 1 may determine frequency components in a cross region centered on a peak component corresponding to the real image as components corresponding to the real image. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

선택적 실시예에서 홀로그래피 복원 장치(1)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an optional embodiment, the holographic reconstruction apparatus 1 may extract only components corresponding to the real image from among the frequency components included in the hologram using an automatic real image spot-position extraction algorithm.

본 발명에서 특정 주파수 성분을 '추출'하는 것은 해당 주파수 성분의 주파수와 해당 주파수 성분의 크기(또는 강도)를 추출하는 것을 의미할 수 있다.In the present invention, 'extracting' a specific frequency component may mean extracting a frequency and a magnitude (or intensity) of the frequency component.

다시 도 5를 참조하면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the holographic reconstruction apparatus 1 may check frequency components of an image obtained by the holographic reconstruction apparatus 1, and accordingly, the holography reconstruction apparatus 1 may correspond to a frequency component 911 corresponding to a real image. ), Various frequency components including the frequency component 912 and the DC component 913 corresponding to the virtual image may be identified.

또한 홀로그래피 복원 장치(1)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 홀로그래피 복원 장치(1)는 가령 도 6에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분(911A)을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들(911B)을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다.In addition, the holographic reconstruction apparatus 1 may extract only the frequency component 911 corresponding to the real image from the identified components. At this time, the holographic reconstruction apparatus 1 may determine, as illustrated in FIG. 6, frequency components 911B in the cross region centered on the peak component 911A corresponding to the real image as components corresponding to the real image.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다.(S1204) 이를 보다 상세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may generate digital reference light from frequency components corresponding to a real image extracted by the above-described process. (S1204) Looking at this in more detail, the holographic reconstruction apparatus ( 1) can calculate the propagation direction and wave number of the digital reference light based on the frequency components corresponding to the actual image. In other words, the holographic reconstruction apparatus 1 can calculate the wavenumber vector of the digital reference light.

또한 홀로그래피 복원 장치(1)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 상술한 수학식 2에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.In addition, the holographic reconstruction apparatus 1 generates digital reference light based on the propagation direction and wave number (or wave vector) of the digital reference light, and the digital reference light R (x, y) generated as in Equation 2 described above. The correction light Rc (x, y) can be generated by obtaining the conjugate term.

디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 7b 및 도 7d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 7a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 7b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 7c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 7d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R (x, y) and the correction light Rc (x, y) are in a conjugate relationship, the intensity is the same as shown in FIGS. 7A and 7C, as shown in FIGS. 7B and 7D. Likewise, the phases can be reversed. Here, FIG. 7A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R (x, y), FIG. 7B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 7C is the intensity of the correction light Rc (x, y). Fig. 7D is a diagram showing the phase of the correction light.

생성된 보정광(Rc(x,y))은 후술하는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))의 보정에 사용될 수 있다.The generated correction light Rc (x, y) may be used for correction of a real hologram Um (x, y, 0) described later.

한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(30)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 홀로그래피 복원 장치(1)가 홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the 'digital reference light' is light having the same properties as the reference light R generated by the above-described optical splitter 30 from light of a single wavelength, and the holographic restoration device 1 is obtained by the holographic restoration device 1 It may be a virtual light reconstructed from an image.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램도 생성할 수 있다.(S1204) 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 8과 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 이때 실상 홀로그램은 상술한 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may also generate a real hologram based on frequency components corresponding to the real image extracted by the above-described process. (S1204) For example, the holographic reconstruction apparatus 1 8 may generate an actual hologram as shown in FIG. 8 by performing an inverse 2D Fourier transform on frequency components corresponding to the actual image. In this case, the hologram may be represented by Equation 3 described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성하기 위하여 중간 홀로그램을 생성할 수 있다.(S1205) 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))을 곱함으로써 중간 홀로그램을 생성할 수 있다. 생성된 중간 홀로그램은 단계 S1206에서 곡률 수차 보정정보를 생성하는데 사용될 수 있다.The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may generate an intermediate hologram to generate a term Rca (x, y) for curvature aberration correction. (S1205) For example, the holographic reconstruction apparatus 1 ) Can actually generate an intermediate hologram by multiplying the hologram Um (x, y, 0) by the term Rc (x, y) for the correction light. The generated intermediate hologram can be used to generate curvature aberration correction information in step S1206.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 단계 S1205에서 생성된 중간 홀로그램으로부터 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다.(S1206) 이를 보다 자세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.The holographic restoring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention generates a three-dimensional shape of the object to be measured 50 from the intermediate hologram generated in step S1205, and the terms for curvature aberration correction from the generated three-dimensional shape ( Rca (x, y)). (S1206) Looking at this in more detail, the holographic reconstruction apparatus 1 determines a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape of the measurement object 50 generated from the intermediate hologram. At least one parameter. At this time, the parameter may include, for example, a coordinate and a radius of a center point defining a hemispherical curved surface.

다시 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위하여 홀로그래피 복원 장치(1)가 도 3b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 홀로그래피 복원 장치(1)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 9에 도시된 바와 같다고 가정한다.Referring again to FIGS. 9 and 10, a method for determining a correction term for curvature aberration from an intermediate hologram by the holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention will be described. For convenience of explanation, the holographic reconstruction apparatus 1 acquires an image of the rectangular parallelepiped structure 51D of FIG. 3B, and the holographic reconstruction apparatus 1 acquires an intermediate hologram for the structure 51D according to the above-described process. It is assumed to have been created. It is also assumed that the three-dimensional shape 920 of the structure 51D generated from the intermediate hologram for the structure 51D is as shown in FIG. 9.

전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 도 10에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 홀로그래피 복원 장치(1)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the assumptions described above, the holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape 920. For example, the holographic reconstruction apparatus 1 determines the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the hemispherical curved surface and the radius (r) of the curved surface as parameters from a curve on the II section of the three-dimensional shape 920 as shown in FIG. 10. You can. At this time, the holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may determine the position and / or direction of the cutting surface such that the cutting surface such as the II section includes the center point of the three-dimensional shape 920 (that is, the center point of the hemispherical shape). . Also, the holographic restoration apparatus 1 may determine that a cutting surface such as an I-I cross section is parallel to the traveling direction of the object light 0.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may generate (or determine) a curvature aberration correction term based on at least one parameter determined by the above-described process. For example, the holography restoration apparatus 1 generates a curved surface in three-dimensional space with reference to the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the curved surface and the radius (r) of the curved surface, and corrects the phase of each x, y point from the generated curved surface. A method of correcting a curvature aberration may be generated (or determined) in a manner of generating information to be reflected.

선택적 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(1)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an alternative embodiment, the holographic reconstruction apparatus 1 may determine a correction term from an intermediate hologram of an object to be measured (for example, an object having the same z value in all x, y coordinates) whose shape is known in advance.

형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 홀로그래피 복원 장치(1)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Since the z-value at each x and y point is known in advance in the case of the object to be measured in advance, the holography reconstruction apparatus 1 can measure the three-dimensional shape of the object to be measured and the object to be measured from the intermediate hologram. The correction term can also be determined by checking the difference in z values at each x and y point of the shape. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 기준광(R)에 의한 영향 및 물체광 대물 렌즈(40)의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다.(S1207) 가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 전술한 수학식 4와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. 이때 보정광에 대한 항(Rc(x,y))은 단계 S1204에서 생성된 것일 수 있고, 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))은 단계 S1206에서 생성된 것일 수 있다.The holographic restoring apparatus 1 according to an embodiment of the present invention takes into consideration the error caused by the aberration of the object light 40 and the influence by the reference light R and the actual hologram (Um (x, y, 0)) It is possible to generate a corrected hologram Uc (x, y, 0). (S1207) For example, the holographic reconstruction apparatus 1 is configured to generate a real hologram Um (x, y, 0) as in Equation 4 described above. A correction hologram Uc (x, y, 0) can be generated by multiplying the term Rc (x, y) for the correction light and the term Rca (x, y) for curvature aberration correction. In this case, the term Rc (x, y) for the correction light may be generated in step S1204, and the term Rca (x, y) for curvature aberration correction may be generated in step S1206.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(50)의 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다.(S1208) 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(1)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention may generate three-dimensional shape information of the object to be measured 50 based on the corrected hologram Uc (x, y, 0). (S1208) In other words, the holographic reconstruction apparatus 1 can calculate the height of the object at each x and y point in the z direction.

가령 홀로그래피 복원 장치(1)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 복원 영상면의 정보로 변환할 수 있다. 이때 복원 영상면은 프로세서에 의해 측정 대상 물체와 영상 센서 사이의 거리에 대응하는 거리만큼의 가상적인 영상 표시 평면을 의미하는 것으로, 홀로그래피 복원 장치(1)에 의해 계산 및 시뮬레이션되는 가상의 면일 수 있다. For example, the holography reconstruction apparatus 1 may convert the corrected hologram Uc (x, y, 0) into information on the reconstructed image surface. At this time, the reconstructed image plane means a virtual image display plane corresponding to a distance between the object to be measured and the image sensor by the processor, and may be a virtual plane calculated and simulated by the holographic reconstruction apparatus 1. .

홀로그래피 복원 장치(1)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 11과 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 11에는 측정 대상 물체(50) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.The holographic reconstruction apparatus 1 may calculate the height in the z direction of the object at the x and y points from the reconstructed information in consideration of the reconstructed image plane. 11, three-dimensional shapes of two rectangular parallelepiped structures 51A and 51B disposed on the object to be measured 50 are exemplarily illustrated.

도 13 및 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)의노이즈 제거 방법의 흐름도들이다. 13 and 14 are flow charts of a noise removal method of the holographic restoration apparatus 1 according to the embodiments of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(1)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.(S1203)The holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention can extract only components corresponding to a real image from the identified frequency components. (S1203)

S12031에서는 홀로그래피 복원 장치(1)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In S12031, the holographic reconstruction apparatus 1 determines a first frequency component corresponding to a real image included in an image, a second frequency component corresponding to a virtual image, and a third frequency component corresponding to an origin.

S12032에서는 홀로그래피 복원 장치(1)는 제1 주파수 성분에서 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향을 산출하고, 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 결정한다. In S12032, the holographic restoration apparatus 1 calculates the direction of the interference fringe and the normal direction from the first frequency component, and determines the frequency components located in the direction and normal direction of the interference fringe as noise.

S12033에서는 홀로그래피 복원 장치(1)는 노이즈를 제1 주파수 성분에서 제거하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출한다. In S12033, the holographic reconstruction apparatus 1 removes noise from the first frequency component to extract a frequency component corresponding to the real image.

다른 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(1)는 노이즈를 제거한 패턴을 설정하고 패턴을 이용하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출할 수 있다. In another embodiment, the holography restoring apparatus 1 may set a pattern to remove noise and use the pattern to extract frequency components corresponding to the real image.

S12034에서 홀로그래피 복원 장치(1)는 홀로그래피 복원 장치(1)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In S12034, the holographic reconstruction apparatus 1 determines the first frequency component corresponding to the real image included in the image, the second frequency component corresponding to the virtual image, and the third frequency component corresponding to the origin.

S12035에서는 홀로그래피 복원 장치(1)는 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 십자 영역 패턴을 생성한다. S12036에서는 홀로그래피 복원 장치(1)는 제1 주파수 성분 중에서, 십자 영역 패턴 안에 포함되는 주파수 성분들을 추출한다. In S12035, the holographic reconstruction apparatus 1 generates a cross-region pattern including the peak component of the first frequency component. In S12036, the holographic reconstruction apparatus 1 extracts, among the first frequency components, frequency components included in the cross-region pattern.

십자 영역 패턴을 적용한 수학식은 아래와 같다. 홀로그래피 복원 장치(1)는 아래의 수학식에 따라서 십자 영역 패턴에 포함된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. The mathematical formula to which the cross-region pattern is applied is as follows. The holographic reconstruction apparatus 1 may extract frequency components included in the cross-region pattern according to the following equation.

Figure 112018094955308-pat00003
Figure 112018094955308-pat00003

여기서, ms는 십자 영역 패턴의 크기, xc는 피크 성분의 X 좌표, yc는 피크 성분의 Y 좌표를 말한다. R은 실상과 대응되는 주파수 성분 및 원점 성분 사이의 거리(distance)와 비례하는 수를 말한다. 예를 들어, R은 distance/3, distance/2 등 일 수 있다. Here, ms is the size of the cross-region pattern, xc is the X coordinate of the peak component, and yc is the Y coordinate of the peak component. R is a number proportional to the distance between the actual and corresponding frequency components and origin components. For example, R may be distance / 3, distance / 2, and the like.

십자 영역 패턴의 크기(ms)는 원점 성분 및 실상과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리(distance)를 기초로 결정되나, 십자 영역 패턴의 크기는 노이즈 성분의 효율적인 제거를 위해서 조절 가능하다. 십자 영역 패턴의 크기는 반복적인 노이즈 제거 과정을 통해서 최적화될 수 있다. The size (ms) of the cross-region pattern is determined based on the distance between the origin component and the actual and corresponding frequency components, but the size of the cross-region pattern is adjustable for efficient removal of noise components. The size of the cross-region pattern can be optimized through an iterative noise removal process.

다른 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(1)는 노이즈를 더 효율적으로 제거하기 위해서, 반구형 형태의 필터링으로 필터링 영역의 위치에 따라서 상이한 가중치를 둘 수 있다. 예컨대, 홀로그래피 복원 장치(1)는 가운데로부터 멀어질수록 1보다 작은 가중치를 곱할 수 있다. In another embodiment, the holographic reconstruction apparatus 1 may give different weights according to the position of the filtering region with hemispherical filtering in order to more effectively remove noise. For example, the holographic reconstruction apparatus 1 may multiply a weight less than 1 as it moves away from the center.

Figure 112018094955308-pat00004
Figure 112018094955308-pat00004

여기서, R은 실상과 대응되는 주파수 성분 및 원점 성분 사이의 거리(distance)와 비례하는 수를 말한다. 예를 들어, R은 distance/3 , distance/2 등 일 수 있다. Here, R is a number proportional to the distance (distance) between the frequency component and the origin component corresponding to the actual image. For example, R may be distance / 3, distance / 2, and the like.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 저장하는 것일 수 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광영상 센서, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. The embodiment according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, and such a computer program can be recorded on a computer-readable medium. At this time, the medium may be to store a program executable by a computer. Examples of the medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical image sensors such as CD-ROMs and DVDs, and magneto-optical mediums such as floptical disks, And program instructions including ROM, RAM, flash memory, and the like.

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of computer programs may include machine language codes such as those produced by a compiler, as well as high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.The specific implementations described in the present invention are examples, and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connecting members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative examples of functional connections and / or physical or circuit connections, and in the actual device, alternative or additional various functional connections, physical It can be represented as a connection, or circuit connections. In addition, unless specifically mentioned, such as "essential", "important", etc., it may not be a necessary component for the application of the present invention.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and should not be determined, and the scope of the spirit of the present invention as well as the claims to be described later, as well as all ranges that are equivalent to or equivalently changed from the claims Would belong to

1, 1A, 1B: 홀로그래피 복원 장치
10: 광원부
20: 시준기
30,32: 광 분할기
40: 물체광 대물 렌즈
50: 측정 대상 물체
60: 기준광 대물 렌즈
70,72: 광학 거울
80: 영상 센서
90: 프로세서
1, 1A, 1B: Holographic restoration device
10: light source unit
20: collimator
30,32: Optical splitter
40: object light objective lens
50: object to be measured
60: reference light objective lens
70,72: optical mirror
80: image sensor
90: processor

Claims (4)

삭제delete 광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체에 영향을 받는 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법에 있어서,
상기 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분 세트, 원점과 대응되는 제2 주파수 성분 세트, 허상에 대응되는 제3 주파수 성분 세트을 확인하는 단계;
상기 제1 주파수 성분 및 상기 제2 주파수 성분 사이의 거리 차분 값을 이용하여 상기 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 상기 측정 대상 물체의 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계;
상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(Conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실상 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계;
상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제거된 보정 홀로그램을 생성하는 단계; 및
상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는 단계;를 포함하고
상기 실상에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계는
상기 제1 주파수 성분에서 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향을 결정하고, 상기 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향에 위치한 주파수 성분들을 노이즈로 결정하고,
상기 제1 주파수 성분에서 상기 노이즈를 제거하는, 측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법.
In the method of generating three-dimensional shape information of the object to be measured from the image including the intensity (Intensity) information of the object hologram generated by the interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light affected by the object to be measured,
Identifying a first frequency component set corresponding to a real image included in the image, a second frequency component set corresponding to an origin, and a third frequency component set corresponding to a virtual image;
Extracting real image components corresponding to a real image of the measurement target object including a peak component of the first frequency component using a distance difference value between the first frequency component and the second frequency component;
Generating a real image hologram including a correction light having a conjugate relationship with the reference light based on the real components and real information of the object to be measured;
Generating an intermediate hologram from which the information of the reference light is removed from the actual hologram based on the corrected light;
Generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram;
Generating a correction hologram in which errors due to curvature aberration are removed from the intermediate hologram based on the curvature aberration correction information; And
And generating the 3D shape information of the object to be measured from the correction hologram.
Extracting the actual components corresponding to the actual image is
The direction and normal direction of the interference fringe are determined from the first frequency component, and the frequency components located in the direction and normal direction of the interference fringe are determined as noise,
A method of removing three-dimensional shape information by removing noise included in a frequency component of an object to be measured, removing the noise from the first frequency component.
광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체에 영향을 받는 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법에 있어서,
상기 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분 세트, 원점과 대응되는 제2 주파수 성분 세트, 허상에 대응되는 제3 주파수 성분 세트을 확인하는 단계;
상기 제1 주파수 성분 및 상기 제2 주파수 성분 사이의 거리 차분 값을 이용하여 상기 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 상기 측정 대상 물체의 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계;
상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(Conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실상 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계;
상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제거된 보정 홀로그램을 생성하는 단계; 및
상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는 단계;를 포함하고
상기 실상에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계는
상기 제1 주파수 성분의 피크 성분 및 간섭 무늬의 방향을 고려하여 패턴 영역을 결정하고, 상기 이미지 및 패턴 영역을 오버랩시키고, 상기 패턴 영역에 포함된 주파수 성분을 실상에 대응되는 실상 성분들로 추출하는, 측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법.
In the method of generating three-dimensional shape information of the object to be measured from the image including the intensity (Intensity) information of the object hologram generated by the interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light affected by the object to be measured,
Identifying a first frequency component set corresponding to a real image included in the image, a second frequency component set corresponding to an origin, and a third frequency component set corresponding to a virtual image;
Extracting real image components corresponding to a real image of the measurement target object including a peak component of the first frequency component using a distance difference value between the first frequency component and the second frequency component;
Generating a real image hologram including a correction light having a conjugate relationship with the reference light based on the real components and real information of the object to be measured;
Generating an intermediate hologram from which the information of the reference light is removed from the actual hologram based on the corrected light;
Generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram;
Generating a correction hologram in which errors due to curvature aberration are removed from the intermediate hologram based on the curvature aberration correction information; And
And generating the 3D shape information of the object to be measured from the correction hologram.
Extracting the actual components corresponding to the actual image is
The pattern region is determined in consideration of the peak component of the first frequency component and the direction of the interference fringe, overlaps the image and pattern region, and extracts the frequency component included in the pattern region as real components corresponding to the real image. , A method for generating 3D shape information by removing noise included in a frequency component of an object to be measured.
광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체에 영향을 받는 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법에 있어서,
상기 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분 세트, 원점과 대응되는 제2 주파수 성분 세트, 허상에 대응되는 제3 주파수 성분 세트을 확인하는 단계;
상기 제1 주파수 성분 및 상기 제2 주파수 성분 사이의 거리 차분 값을 이용하여 상기 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 상기 측정 대상 물체의 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계;
상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(Conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실상 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하는 단계;
상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성하는 단계;
상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제거된 보정 홀로그램을 생성하는 단계; 및
상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는 단계;를 포함하고
상기 실상에 대응되는 실상 성분들을 추출하는 단계는
상기 제1 주파수 성분의 피크 성분과의 거리를 고려한 가중치를 부여하도록 설정된 패턴 영역을 선택하고, 상기 패턴 영역에 포함된 주파수 성분을 실상에 대응되는 실상 성분들로 추출하는, 측정 대상 물체의 주파수 성분에 포함된 노이즈를 제거하여 3차원 형상 정보를 생성하는 방법.
In the method of generating three-dimensional shape information of the object to be measured from the image including the intensity (Intensity) information of the object hologram generated by the interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light affected by the object to be measured,
Identifying a first frequency component set corresponding to a real image included in the image, a second frequency component set corresponding to an origin, and a third frequency component set corresponding to a virtual image;
Extracting real image components corresponding to a real image of the measurement target object including a peak component of the first frequency component using a distance difference value between the first frequency component and the second frequency component;
Generating a real image hologram including a correction light having a conjugate relationship with the reference light based on the real components and real information of the object to be measured;
Generating an intermediate hologram from which the information of the reference light is removed from the actual hologram based on the corrected light;
Generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram;
Generating a correction hologram in which errors due to curvature aberration are removed from the intermediate hologram based on the curvature aberration correction information; And
And generating the 3D shape information of the object to be measured from the correction hologram.
Extracting the actual components corresponding to the actual image is
The frequency component of the object to be measured is selected by selecting a pattern region set to give a weight in consideration of the distance from the peak component of the first frequency component, and extracting frequency components included in the pattern region as real components corresponding to the real image A method for generating 3D shape information by removing noise included in the image.
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