KR102222859B1 - An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method - Google Patents

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Abstract

개시된 홀로그래픽 복원 장치는 광원부의 단일 파장 광을 제 1 및 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기; 상기 제 1 투과 분할광을 반사시키는 복수의 광학 거울; 상기 제 2 투과 분할광을 제 1 및 제 2 반사 분할광으로 분할하는 제 2 광 분할기; 상기 제 2 반사 분할광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈; 상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 제 1 반사 분할광이 전달되는 위치 조정 미러; 상기 측정 대상 물체를 투과하는 상기 제 1 투과 분할광 또는 상기 측정 대상 물체에서 반사되는 제 1 반사 분할광이 상기 물체광 대물 렌즈를 통과하고, 상기 위치 조정 미러에서 반사된 상기 제 2 반사 분할광이 상기 기준광 대물 렌즈를 통과하여 상기 제 2 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 기록 매체; 및 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 이미지 파일을 수신하여 저장하는 프로세서를 포함하되, 빛의 투과 또는 반사 물체 홀로그램을 모드에 따라 선택적으로 획득한다. 다양한 실시예가 가능하다.Disclosed holographic restoration apparatus includes: a first light splitter for dividing a single wavelength light of a light source unit into first and second transmitted split light; A plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted split light; A second light splitter for dividing the second transmitted split light into first and second reflected split light; A reference light objective lens for passing the second reflected split light; A position adjustment mirror through which the first reflected split light passing through the reference light objective lens is transmitted; The first transmission split light that passes through the measurement target object or the first reflection split light reflected from the measurement object passes through the object light objective lens, and the second reflection split light reflected from the positioning mirror is A recording medium for recording an interference fringe formed by passing through the reference light objective lens and being transmitted to the second optical splitter; And a processor configured to receive and store an image file generated by converting the interference fringe, wherein a hologram of a light transmitting or reflecting object is selectively acquired according to a mode. Various embodiments are possible.

Figure R1020190068814
Figure R1020190068814

Description

개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법{An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method}An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method}

본 발명은 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an improved holographic restoration apparatus and method.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템과, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사형 시스템을 통합한 하나의 일체형 시스템으로 측정 대상 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있는 개선된 홀로그램 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention is an all-in-one system in which a transmissive system for measuring an object that transmits light and a reflective system for measuring an object that reflects light are integrated. It relates to an improved hologram restoration apparatus and method capable of measuring digital holograms regardless of their characteristics.

잘 알려진 바와 같이, 홀로그래피(Holography)는 전자현미경의 분해능력을 향상시킬 목적으로 안출된 영상방법으로, 종래의 사진이 물체의 밝고 어두운 면의 분포만을 기록한 데 반해서 홀로그래피는 파동으로서 빛이 가지는 모든 정보, 즉 진폭과 상을 동시에 축적하고 재생하는 것으로, 그 원리는 레이저 광원에서 나온 간섭성 빛은 빔스플리터(beam splitter)를 둘로 나누어 그 중 한 광선은 피사체를 비추게 하면, 피사체 표면에서 난반사(亂反射)된 빛이 홀로그래피 감광재료에 도달한다. 이 광선을 물체광(物體光)이라고 한다. 나머지 다른 한 광선은 렌즈로 확산시켜 직접 홀로그래피 감광재료 전면에 비추게 한다. 이 광선을 참조광(參朝光) 또는 기준광(이하 “기준광”이라 함)이라고 한다. 이렇게 하면 홀로그래피 감광재료 상에 물체광과 기준광이 서로 간섭(干涉, interference) 현상을 일으켜 1mm 당 500~1500개 정도의 매우 섬세하고 복잡한 간섭무늬를 만든다. 이 간섭무늬를 기록한 사진을 홀로그램이라고 한다. 이와 같이 만든 홀로그램에 기준광과 같은 광선을 쬐면 간섭무늬가 회절격자의 역할을 해서 기준광이 입사한 방향과 다른 위치에서 빛이 회절되는데, 이 같은 회절광이 모인 것이 마치 처음 물체에서 반사해서 생긴 빛과 같이 된다. 이와 같이 하여 홀로그램에서 처음의 물체광이 재생된다.As is well known, holography is an imaging method devised for the purpose of improving the resolution of an electron microscope. Whereas conventional photographs record only the distribution of the bright and dark sides of an object, holography is a wave that contains all the information of light. In other words, it accumulates and reproduces both amplitude and image at the same time.The principle is that the coherent light emitted from the laser light source divides the beam splitter into two, and one of the rays illuminates the subject. The reflected light reaches the holographic photosensitive material. This ray is called object light. The other light is diffused through the lens and is directly projected onto the entire surface of the holographic photosensitive material. This ray is referred to as reference light or reference light (hereinafter referred to as “reference light”). In this way, the object light and the reference light interfere with each other on the holographic photosensitive material, creating a very delicate and complex interference pattern of about 500-1500 per 1mm. The picture recording this interference pattern is called a hologram. When the same beam of light as the reference light is applied to the hologram, the interference pattern acts as a diffraction grating, and the light is diffracted at a location different from the direction in which the reference light is incident. Become together. In this way, the first object light is reproduced in the hologram.

그렇기 때문에 재생된 파면(波面) 안에서 들여다 보면 처음 물체가 보이기는 하나 마치 물체가 저 안쪽에 있는 것처럼 보인다. 이어 다시 보는 점을 옮기면 물체가 보이는 위치도 변하므로 마치 입체사진을 보는 것처럼 보인다. 또 원래의 물체의 파면이 재생되기 때문에 아주 약간 변형한 물체에서 나오는 파면과도 간섭시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 홀로그래피의 특징은 다양한 분야에서 응용 및 사용되고 있다.Therefore, if you look inside the reproduced wavefront, you can see the object for the first time, but it looks as if the object is in there. Then, if you move the point of view again, the position where the object is visible changes, so it looks as if you are viewing a three-dimensional picture. Also, since the original object's wavefront is reproduced, it can interfere with the wavefront from a very slightly deformed object. Therefore, such holography features are applied and used in various fields.

일 예를 들면, 디지털 홀로그래피 현미경은 디지털 홀로그래피 기술을 활용하여 물체의 형상을 측정하는 현미경으로서, 일반적인 현미경이 통상 일반 광원을 물체에 비추어 물체로부터 반사 또는 투과되는 빛의 세기를 측정함으로 물체의 형상을 측정하는 장치라면, 디지털 홀로그래피 현미경은 빛이 물체에 비추어졌을 경우 일어나는 빛의 간섭과 회절현상을 측정하고 이를 디지털 방식으로 기록하여, 이들 정보로부터 물체의 형상정보를 복원하는 장치이다.For example, a digital holographic microscope is a microscope that measures the shape of an object using digital holography technology. A general microscope is a microscope that measures the intensity of light reflected or transmitted from the object by shining a general light source on the object to determine the shape of the object. If it is a measuring device, a digital holography microscope is a device that measures the interference and diffraction of light that occurs when light is shining on an object, records it digitally, and restores the shape information of the object from these information.

즉, 디지털 홀로그래피 기술은 레이저와 같은 단일 파장의 빛을 생성하고, 이를 광분할기를 이용하여 2개의 빛으로 분할하여, 하나의 빛(기준광)은 이미지 센서에 직접 비추고, 다른 빛(물체광)은 측정 대상 물체에 비추어 상기 측정 대상 물체로부터 투과 또는 반사되는 빛을 이미지 센서에 비춤에 따라, 이미지 센서에서 상기 기준광과 물체광이 간섭현상을 일으키게 되고, 이러한 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 기록하고, 상기 기록된 간섭무늬 정보를 가지고 컴퓨터를 활용하여 측정 대상 물체의 형상을 복원하는 기술이다.In other words, digital holography technology generates light of a single wavelength, such as a laser, and divides it into two lights using an optical splitter, so that one light (reference light) shines directly on the image sensor, and the other light (object light) is As the light transmitted or reflected from the object to be measured shines on the image sensor, the reference light and the object light cause an interference phenomenon in the image sensor, and the interference pattern information of this light is recorded with a digital image sensor. And, it is a technology for restoring the shape of the object to be measured using a computer using the recorded interference fringe information.

한편, 디지털 홀로그래피가 아닌 기존의 광학적 홀로그래피 기술의 경우는, 상기 빛의 간섭무늬 정보를 특수 필름으로 기록하고, 상기 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위하여 상기 기준광을 간섭무늬가 기록된 특수필름에 비추면 본래 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원되는 방식이다.Meanwhile, in the case of conventional optical holography technology other than digital holography, the interference pattern information of the light is recorded with a special film, and the reference light is illuminated on a special film on which the interference pattern is recorded in order to restore the shape of the object to be measured. This is a method in which the shape of the virtual object to be measured is restored to the place where the object to be measured was originally located.

디지털 홀로그래피 현미경은 기존의 광학적 홀로그래피 방식과 비교하였을 때, 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 측정하고 디지털 방식으로 저장하고, 상기 저장된 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 컴퓨터 장치 등을 이용한 수치연산 방식을 통하여 가공해서 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared with the conventional optical holography method, the digital holography microscope measures the interference pattern information of light with a digital image sensor and stores it digitally, and the stored interference pattern information is a numerical computation method using a computer device, etc., not an optical method. There is a difference in that it restores the shape of the object to be measured by processing through it.

기존의 디지털 홀로그래피 현미경으로는 먼저 단일 파장의 레이저 광원을 사용하는 경우가 있다. 그러나 단일 레이저 광원을 사용하는 경우는 물체의 측정 해상도, 즉 최소측정 단위가 사용하는 레이저 광원의 파장으로 제한된다는 문제점이 있다. 또한 기존의 디지털 홀로그래피 현미경 중 2파장 또는 다중 파장의 레이저 광원을 사용하는 경우는, 서로 다른 파장을 가지는 광원들을 사용함으로 비용이 증가하거나, 또는 서로 다른 파장의 광원을 이용하여 홀로그램 영상을 순차적으로 획득하기 때문에 측정하고자 하는 물체의 3차원적인 변화정보를 실시간으로 측정하기 어려운 문제점이 있다.Conventional digital holographic microscopes may first use a single wavelength laser light source. However, when a single laser light source is used, there is a problem that the measurement resolution of an object, that is, the minimum measurement unit is limited to the wavelength of the laser light source used. In addition, in the case of using a laser light source of two or multiple wavelengths among the existing digital holography microscopes, the cost increases by using light sources with different wavelengths, or holographic images are sequentially acquired using light sources of different wavelengths. Therefore, it is difficult to measure the three-dimensional change information of the object to be measured in real time.

또한, 상술한 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위해 컴퓨터로 CGH(Computer Generated Hologram)을 생성한 후 이를 공간광변조기(Spatial Light Modulator: SLM) 상에 디스플레이한 후 기준광을 비추면, 기준광의 회절에 의해 물체의 3차원 홀로그램 영상이 얻어진다. 이 경우, 고가(수천만원 이상)의 공간광변조기(SLM)의 사용이 요구되므로, 실용화에 상당한 어려움이 있다.In addition, in the above-described conventional digital holography technology, a computer generated hologram (CGH) is generated with a computer to restore the shape of the object to be measured, and then displayed on a spatial light modulator (SLM) and then a reference light is illuminated. , The 3D holographic image of the object is obtained by diffraction of the reference light. In this case, since the use of an expensive (more than tens of thousands of won) spatial light modulator (SLM) is required, there is considerable difficulty in practical use.

이러한 종래의 디지털 홀로그래피 기술의 문제점을 해결하기 위한 특허문헌들이 하기와 같이 다수 개시되어 있다.A number of patent documents for solving the problems of the conventional digital holography technology are disclosed as follows.

이들 특허문헌들에 의하면, 측정 대상 물체의 측정 해상도를 높이고, 시간이 흐름에 따라 변화하는 측정 대상 물체에 대한 홀로그램을 실시간으로 측정 및 기록하여 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 실시간으로 복원하는 효과가 달성되지만, 여전히 다음과 같은 문제점이 발생한다.According to these patent documents, the effect of increasing the measurement resolution of the object to be measured and restoring the three-dimensional shape information of the object to be measured in real time by measuring and recording the hologram of the object to be measured in real time that changes over time. Is achieved, but still the following problems arise.

좀 더 구체적으로, 발명의 명칭이 “디지털 홀로그래피 현미경 및 디지털 홀로그램 영상 생성 방법”인 특허문헌 1은 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 혼합광원부(100), 파장분할부(200), 간섭무늬획득부(300), 대물부(400), 이미지센서부(500), 이미지저장부(600), 제어부(700), 및 물체형상복원부(800)을 포함한다.More specifically, Patent Document 1, entitled "Digital Holographic Microscope and Digital Holographic Image Generation Method", is a two-wavelength digital holographic microscope device, as shown in FIG. 1, a mixed light source unit 100, a wavelength division unit (200), an interference pattern acquisition unit 300, an object unit 400, 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 포함하며, 혼합광원발광부(110)는 단일하지 아니한 여러 대역에 분포된 파장대역을 가지는 혼합광을 발광하고, 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 light emitting unit 110 and a light source unit lens 120, and the mixed light source light emitting unit 110 emits mixed light having a wavelength band distributed in multiple bands that are not single, and the light source unit The lens 120 optically adjusts the mixed light generated by the mixed light source light emitting unit 110 and makes it incident on the wavelength dividing unit 200.

파장분할부(200)는 제1 광분할기(210)와 제1 여광판(220) 및 제2 여광판(230)과 제1 반사체(240)를 포함한다. 제1 광분할기(210)는 혼합광원부(100)로부터 입사된 혼합광을 입력받아 2개의 광으로 분할한다. 이때 제1 광분할기(210)는 입사받은 혼합광을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제1 여광판(220)은 제1 광분할기(210)에서 분할된 광들 중 하나의 광을 입력받아 미리 정해진 단일파장을 가지는 제1광선을 획득한다. 여기서 제1 여광판(220)에 입력되는 광은 제1 여광판(220)을 통과하면서 필터링되고, 제1 여광판(220)의 특성에 따라 정해진 단일한 파장을 가지는 제1 광선이 획득된다. 제2 여광판(230)은 제1 여광판(220)과 동일한 방식으로, 제1 광분할기(210)에서 분할된 광들 중 나머지 하나의 광을 입력받아, 제1 광선의 파장과 다른 파장을 가지는 제2 광선을 획득한다. 그리고 제2 광선은 간섭무늬획득부(300)로 보내진다. 제1 반사체(240)는 제1 여광판(220)에서 획득된 제1광선을 입사받아 간섭무늬획득부(300)로 반사하는 역할을 한다.The wavelength splitter 200 includes a first light splitter 210, a first filter plate 220, a second filter plate 230, and a first reflector 240. The first optical 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 optical splitter 210 serves to divide the incident mixed light in different directions and proceed. The first filter plate 220 receives one of the lights divided by the first light splitter 210 and acquires a first ray 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 light beam having a single wavelength determined according to the characteristics of the first filter plate 220 is obtained. The second filter plate 230 receives the remaining one of the lights divided by the first light splitter 210 in the same manner as the first filter plate 220, and receives the second light having a wavelength different from that of the first light beam. Acquire a ray. And the second ray is sent to the interference fringe acquisition unit 300. The first reflector 240 serves to receive the first light beam acquired from the first filter plate 220 and reflect it to the interference fringe acquisition unit 300.

간섭무늬획득부(300)는 제2 광분할기(310)와 제3 광분할기(320)와 제2 반사체(330)와 제3 여광판(340)과 제3 반사체(350)를 포함한다. 제2 광분할기(310)는 파장분할부(200)로부터 입력된 제1 광선을 입력받아 제1 물체광과 제1 기준광으로 분할한다. 이때 제2 광분할기(210)는 입사받은 제1 광선을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제3 광분할기(320)도 제2 광분할기(310)와 동일한 방식으로 제2 광선을 입력받아 제2 물체광과 제2 기준광으로 분할한다. 제2 반사체(330)는 제1 기준광을 입사받고, 이를 반사한 제1 반사기준광을 제2 광분할기(310)로 보낸다. 제3 여광판(340)은 제2 광분할기(310)에서 분할된 제1 기준광을 입사받아 제2 반사체(330)로 보내고, 반사되는 제1 반사기준광을 입사받아 제2 광분할기(310)로 보낼 수 있다. 또한 제3 여광판(340)은 제2 물체광이 제2 광분할기(310)에 이르러 광분할되어 일부가 제2 반사체(330) 방향으로 진행할 때 제2 반사체(330)에 도달하지 못하도록 진행을 막는다. 이를 위하여 제3 여광판(340)은 광을 투과시킴에 있어서 제1 여광판(220)과 동일한 특성을 가지는 여광판으로 한다. 제3 반사체(350)는 제2 기준광을 입사받고, 이를 반사한 제2 반사기준광을 제3 광분할기(320)로 보내는데, 여기서 제2 반사체(330) 및 제3 반사체(350)는 제어부(700)의 제어에 따라 각도 조절이 가능하도록 구성하여, 탈축(off-axis) 홀로그램을 구현할 수 있다.The interference fringe acquisition unit 300 includes a second optical splitter 310, a third optical splitter 320, a second reflector 330, a third filter plate 340, and a third reflector 350. The second optical splitter 310 receives the first light beam input from the wavelength splitter 200 and divides it into a first object light and a first reference light. At this time, the second optical splitter 210 serves to divide the incident first light beam in different directions and proceed. The third optical splitter 320 receives a second light beam in the same manner as the second optical splitter 310 and splits it into a second object light and a second reference light. The second reflector 330 receives the first reference light and transmits the reflected first reference light to the second optical splitter 310. The third filter plate 340 receives the first reference light divided by the second optical splitter 310 and sends it to the second reflector 330, and receives the reflected first reflection reference light and sends it to the second optical splitter 310. I can. 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 is split into light, so that a part of the light goes toward 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 transmits the reflected second reference light to the third optical splitter 320, where the second reflector 330 and the third reflector 350 are the controller 700 ), it is possible to implement an off-axis hologram by configuring the angle to be adjustable according to the control.

한편, 상술한 바와 같이 획득된 제1 물체광, 제2 물체광은 다음과 같은 과정을 거쳐 각 제1 반사물체광과 제2 반사물체광으로 변환되어 이미지센서부(500)로 보내진다. 제2 광분할기(310)는 이상과 같이 분할한 제1 물체광을 대물부(400)에 거치되어 있는 측정 대상 물체에 입사시키고, 또한 제3 광분할기(320)로부터 분할되어 보내지는 제2 물체광을 상기 측정 대상 물체에 입사시킨다. 이 경우, 측정 대상 물체에서 입사받은 제1 물체광을 반사한 반사광을 제1 반사물체광이라 한다. 또한 측정 대상 물체에서 입사받은 제2 물체광을 반사한 반사광을 제2 반사물체광이라 한다. 제2 광분할기(310)는 이상과 같이 반사된 제1 반사물체광과 제2 반사물체광을 입력받아 이를 제3 광분할기(320)로 보낸다. 제3 광분할기(320)는 이상과 같이 입력받은 제1 반사물체광과 제2 반사물체광을 다시 이미지센서부(500)로 보낸다.Meanwhile, the first object light and the second object light obtained as described above are converted into first and second reflective object light and transmitted to the image sensor unit 500 through the following process. The second optical splitter 310 causes the light of the first object divided as described above to be incident on the object to be measured mounted on the object unit 400, and is divided and transmitted from the third optical splitter 320. Light is incident on the object to be measured. In this case, the reflected light obtained by reflecting the first object light incident from the object to be measured is referred to as first reflective 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 reflective object light. The second optical splitter 310 receives the reflected light from the first and second reflective objects as described above and sends them to the third optical splitter 320. The third optical splitter 320 sends the light of the first reflective object and the light of the second reflective object received as described above to the image sensor unit 500 again.

또한 상술한 바와 같이 획득된 제1 반사기준광, 제2 반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(500)로 보내진다. 구체적으로, 제2 광분할기(310)는 제2 반사체(330)에서 반사되어 온 제1 반사기준광을 입력받아 제3 광분할기(320)로 보낸다. 제3 광분할기(320)는 이상과 같이 제2 광분할기(310)에서 보내진 제1 반사기준광과, 제3 반사체(350)에서 반사되어 온 제2 반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(500)로 보낸다. 그에 따라, 제3 광분할기(320)에서 제1 반사물체광과 제1 반사기준광과 제2 반사물체광과 제2 반사기준광이 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 transmitted to the image sensor unit 500 through the following process. Specifically, the second optical splitter 310 receives the first reflected reference light reflected from the second reflector 330 and sends it to the third optical splitter 320. The third optical splitter 320 receives the first reflection reference light sent from the second optical splitter 310 and the second reflection reference light reflected from the third reflector 350 as described above, and the image sensor unit 500 Send to Accordingly, from the third optical splitter 320, the first reflective object light, the first reflective reference light, the second reflective object light, and the second reflective reference light are all sent to the image sensor unit 500 in the same direction, and then interfere with each other. Interference fringes are created.

한편, 제2 반사체(330)와 제3 반사체(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.On the other hand, the second reflector 330 and the third reflector 350 are angled according to the control of the controller 700 in order to configure an off-axis system in which light rays of different wavelengths form different interference patterns. It is characterized in that it can be adjusted in multiple directions.

즉, 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2 반사체(330)로부터 반사되는 제1 반사기준광과 제3 반사체(350)로부터 반사되는 제2 기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1 반사기준광과 제2 반사기준광이 이미지센서부(500)에 도달한 제1 반사물체광과 제2 반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다.That is, as the angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 become different from each other, the first reflection reference light reflected from the second reflector 330 and the second reference reflected from the third reflector 350 When a separation occurs in the direction of the light, when 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 Differently, it forms a deaxial interference pattern.

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

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 by the interference pattern acquisition unit 300 onto a digital image sensor, measures the projected interference pattern using the digital image sensor, and measures the measured value as a discrete signal. Convert to Usually, the recording of the interference pattern is called a hologram. Various image sensors such as CCD can be used as such a digital image sensor.

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

제어부(700)는 상술한 탈축(off-axis) 시스템을 구현하고 간섭무늬를 획득하기 위하여 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)의 위치와 각도를 조절하는 등 간섭무늬획득부(300)를 제어하고, 측정 대상 물체에 입사되는 제1 물체광과 제2 물체광을 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 positions and angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 in order to obtain the interference fringe. ) And controlling the objective part 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, and the interference pattern is measured The image sensor unit 500 is controlled to convert the information into a discrete signal, and the image storage unit 600 is controlled to store the interference fringe information converted into a discrete signal.

물체형상복원부(800)는 위상정보획득부(810)와 두께정보획득부(820)와 형상복원부(830)을 포함하며, 위상정보획득부(810)은 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(820)은 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(830)은 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, and the phase information acquisition unit 810 uses the interference pattern information to Each of the phase information of the interference fringe for the first ray and the phase information of the interference pattern for the second ray is obtained, and the thickness information acquisition unit 820 obtains thickness information of the object to be measured using the phase information, , The shape restoration unit 830 restores a real-time three-dimensional shape of the object to be measured using the thickness information. In this case, the thickness information of the object to be measured includes information on the difference between the paths of the object light and the reference light, respectively. The interference pattern is formed when the object light and the reference light overlap due to the difference in the optical path between the object light and the reference light.

이상과 같이 개시된 특허문헌 1에서는 단일하지 않은 여러 대역에 분포된 파장 대역을 가지는 혼합 광원이 사용되므로, 적어도 2개 이상의 단일 파장을 얻기 위해 파장분할부가 파장이 서로 상이한 제1 광선 및 제2 광선을 분할하기 위해 제1 여광판, 제2 여광판, 및 제1 반사체를 사용하여야 한다. 또한, 간섭무늬획득부가 제 2 광선을 분할하기 위한 제3 광분할기, 제2 광선을 반사시키기 위한 제3 반사체, 및 제2 광선이 제2 반사체로 입사되는 것을 차단하기 위한 제3 여광판을 추가로 사용하여야 한다. 따라서, 장치 전체의 구조가 복잡해지고, 광학 소자 사용의 증가로 인해 장치 전체의 광학적 노이즈가 증가하며, 전체 제조 비용이 고가라는 문제점이 여전히 존재한다.In Patent Document 1 disclosed as described above, since a mixed light source having a wavelength band distributed in several non-uniform bands is used, the wavelength dividing unit generates first and second rays having different wavelengths in order to obtain at least two single wavelengths. To divide, a first filter plate, a second filter plate, and a first reflector must be used. In addition, the interference fringe acquisition unit further includes a third optical splitter for dividing the second light beam, a third reflector for reflecting the second light beam, and a third filter plate for blocking the second light beam from entering the second reflector. Should be used. Accordingly, the overall structure of the device is complicated, the optical noise of the device is increased due to the increase in the use of optical elements, and the overall manufacturing cost is still high.

따라서, 단일 파장의 광원을 사용하면서도 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구됨에 따라, 이에 부응하는 다수의 특허문헌들이 개시되어 있다.Accordingly, as a new method for solving the above-described problem is required while using a light source of a single wavelength, a number of patent documents corresponding thereto have been disclosed.

그런데, 개시된 대부분 특허문헌들의 광학 시스템은 디지털 홀로그램을 측정하기 위해 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템 또는 빛을 반사(Reflection)하는 반사형 시스템으로 크게 분류할 수 있다.However, the optical system of most of the disclosed patent documents can be broadly classified into a transmissive system that measures an object that transmits light or a reflective system that reflects light in order to measure a digital hologram.

좀 더 구체적으로, 특허문헌 2, 3, 5 및 6은 2개의 파장을 이용한 반사형 측정 장치로서 빛을 반사하는 물체만 측정 가능하되, 특허문헌 2은 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡하고, 특허문헌 3은 2개의 이미지 센서가 필요하고, 가간섭성이 낮은 백색광을 사용하며, 특허문헌 2와 마찬가지로 광간섭계 시스템이 복잡하고, 특허문헌 5는 특허문헌 2와 마찬가지로, 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡할 뿐 만 아니라, 그 제안 시스템의 구성 상 홀로그램의 생성이 불가하며, 특허문헌 6 역시 특허문헌 2와 마찬가지로 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡한 문제가 있다.More specifically, Patent Documents 2, 3, 5, and 6 are reflective measuring devices using two wavelengths and can measure only objects that reflect light, but Patent Document 2 requires lasers having two different wavelengths. The optical interferometer system is complex, Patent Document 3 requires two image sensors, uses white light with low coherence, and the optical interferometer system is complicated as in Patent Document 2, and Patent Document 5 is similar to Patent Document 2. In addition, a laser having two different wavelengths is required, and the optical interferometer system is complex, and it is impossible to generate a hologram due to the configuration of the proposed system, and Patent Document 6 also uses two different wavelengths as in Patent Document 2. Branches require a laser and the optical interferometer system has a complex problem.

또한 특허문헌 4는 1개의 파장을 이용한 투과형 측정장치로서 빛을 투과하는 물체만 측정 가능하지만, 2장의 이미지 촬영이 필요하므로 시간 지연에 따른 오차가 발생하는 문제가 있다.In addition, Patent Document 4 is a transmission-type measuring device using one wavelength and can measure only an object that transmits light, but there is a problem in that an error occurs due to a time delay because two images are required to be photographed.

따라서 이를 해소하기 위해서는 빛을 투과하는 물체 또는 빛을 반사하는 물체와 같이, 측정 대상 물체의 광학적 특성에 따라 투과형 시스템 및 반사형 시스템을 사용해야만 측정이 가능하였지만, 측정 대상 물체의 특성에 관계없이 디지털 홀로그램을 측정하기 위해서는 대당 수억원에 이르는 고가의 장비를 각각 구매해야 하므로 추가적인 비용 문제가 발생하는 문제가 있다.Therefore, to solve this problem, measurement was possible only by using a transmission-type system and a reflection-type system according to the optical characteristics of the object to be measured, such as an object that transmits light or an object that reflects light. In order to measure holograms, there is a problem that additional cost problems arise because expensive equipment worth hundreds of millions of dollars per unit must be purchased.

[선행특허문헌][Prior Patent Literature]

[특허문헌][Patent Literature]

1. 한국등록특허 제10-1634170호(2016.06.22. 등록)1. Korean Patent Registration No. 10-1634170 (registered on June 22, 2016)

2. 한국등록특허 제10-1152798호(2012.05.29. 등록)2. Korean Patent Registration No. 10-1152798 (registered on May 29, 2012)

3. 한국등록특허 제10-1139178호(2012.04.16. 등록)3. Korean Patent Registration No. 10-1139178 (registered on April 16, 2012)

4. 한국등록특허 제10-1203699호(2012.11.15. 등록)4. Korean Patent Registration No. 10-1203699 (registered on November 15, 2012)

5. 한국등록특허 제10-1441245호(2014.09.05. 등록)5. Korean Patent Registration No. 10-1441245 (registered on September 5, 2014)

6. 한국등록특허 제10-1716452호(2017.03.08. 등록)6. Korean Patent Registration No. 10-1716452 (registered on Mar. 08, 2017)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템과, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사형 시스템을 통합한 하나의 일체형 시스템에 의해 측정하는 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있도록 개선된 홀로그래픽 복원 장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is a transmissive system for measuring an object that transmits light, and a reflective type for measuring an object that reflects light. It is to provide an improved holographic restoration apparatus capable of measuring digital holograms regardless of the optical properties of an object to be measured by a single integrated system incorporating the system.

또한 본 발명의 다른 목적은 측정하는 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정하고자, 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과 모드와, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사 모드를 선택할 수 있도록 개선된 홀로그래픽 복원 방법을 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is a transmission mode for measuring an object that transmits light and a reflection mode for measuring an object that reflects light in order to measure a digital hologram regardless of the optical properties of the object to be measured. It is to provide an improved holographic restoration method so that you can choose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치는 단일 파장 광을 방출하는 광원부; 상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광과 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기; 상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 1 투과 분할광을 반사시키는 복수의 광학 거울; 상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 2 투과광 분할을 제 1 반사 분할광과 제 2 반사 분할광으로 분할하는 제 2 광 분할기; 상기 복수의 광학 거울에 의해 반사된 후 상기 측정 대상 물체를 투과하는 상기 제 1 투과 분할광 또는 상기 제 2 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 1 반사 분할광을 통과시키는 믈체광 대물 렌즈; 상기 제 2 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 2 반사 분할광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈; 상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 제 2 반사 분할광이 전달되는 위치 조정 미러; 상기 측정 대상 물체를 투과하는 제 1 투과 분할광 또는 상기 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 상기 제 1 반사 분할광, 및 상기 기준광 대물 렌즈를 통과하여 상기 위치 조정 미러에서 반사된 상기 제 2 반사 분할광이 상기 물체광 대물 렌즈와 상기 기준광 대물 렌즈를 각각 통과하여 상기 제 2 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 기록 매체; 및 상기 기록 매체에서 전달된 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 이미지 파일을 수신하여 저장하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서에 의해 빛 투과(Transmission) 물체 홀로그램과, 빛 반사(Reflection) 물체 홀로그램을 투과형 모드와 반사형 모드에 따라 선택적으로 획득한다.In order to achieve the above object, an improved holographic restoration apparatus according to an embodiment of the present invention includes a light source unit that emits light of a single wavelength; A first light splitter for dividing the single wavelength light emitted from the light source unit into a first transmission split light and a second transmission split light; A plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted and divided light divided by the first optical splitter; A second optical splitter for dividing the second transmitted light split by the first optical splitter into a first reflected split light and a second reflected split light; A body light objective lens for passing the first split light transmitted through the object to be measured after being reflected by the plurality of optical mirrors or the first reflected split light split by the second light splitter; A reference light objective lens for passing the second reflected and split light split by the second light splitter; A position adjustment mirror through which the second reflected split light passing through the reference light objective lens is transmitted; The first transmitted split light transmitted through the measurement target object or the first reflected split light reflected from the surface of the measurement target object, and the second reflected split light reflected from the positioning mirror after passing through the reference light objective lens A recording medium for recording an interference fringe formed by passing through the object light objective lens and the reference light objective lens, respectively, and transmitted to the second optical splitter; And a processor configured to receive and store an image file generated by converting the interference fringe transmitted from the recording medium, wherein a light transmission object hologram and a light reflection object hologram are converted into a transmission mode. And selectively acquired according to the reflective mode.

본 발명의 다른 형태에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 방법은 a) 측정 대상 물체의 물체 홀로그램의 2가지 측정 모드를 선택하는 단계(S1); b) 선택한 모드에 따라 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S2); c) 측정한 물체 홀로그램의 직류, 허상, 수차 정보를 제거하는 단계(S3); d) 상기 물체 홀로그램의 위상 정보를 추출하는 단계(S4); 및 e) 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 및 정량적인 크기(두께) 정보를 복원하는 단계(S5)를 포함한다.An improved holographic restoration method according to another aspect of the present invention includes: a) selecting two measurement modes of an object hologram of an object to be measured (S1); b) measuring the object hologram according to the selected mode (S2); c) removing DC, virtual image, and aberration information of the measured object hologram (S3); d) extracting phase information of the object hologram (S4); And e) restoring 3D shape information and quantitative size (thickness) information of the object to be measured (S5).

상기한 과제의 해결 수단을 통하여, 본 발명의 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the means for solving the above problems, according to the improved holographic restoration apparatus and method of the present invention, the following effects are provided.

1. 종래 기술의 한 장의 물체 홀로그램 영상을 사용하는 원샷 방식의 디지털 홀로그래피 복원 시 요구되는 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고가의 비용 문제를 해결할 수 있다.1. It is possible to solve the problem of a complex optical device structure required for restoration of a one-shot digital holography using a single object holographic image of the prior art and a considerable costly cost.

2. 간단한 구조 및 저가의 비용으로 홀로그래픽 복원이 가능하다.2. Holographic restoration is possible with simple structure and low cost.

3. 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치에 모두 적용될 수 있는 범용성을 가진다.3. It has versatility that can be applied to both reflective and transmissive hologram restoration devices of the prior art.

4. 특히 홀로그램 복원 시 기준광의 사용이 불필요하며, 실시간으로 측정 대상 물체의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하다.4. In particular, it is not necessary to use reference light when restoring a hologram, and it is possible to restore a quantitative 3D image of an object to be measured in real time.

5. TFT 및 반도체와 같은 초미세 구조의 결함 검출용 장치, 정밀한 3차원 영상의 표시가 요구되는 의료 기기, 및 기타 렌즈와 같은 투명한 물체의 굴절률 에러 검출 등을 포함한 다양한 분야의 검출, 확인 또는 표시용 장치에 적용이 가능하다.5. Detection, confirmation, or display in various fields including devices for detecting defects of ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors, medical devices that require precise 3D image display, and detection of refractive index errors of transparent objects such as other lenses. It can be applied to the device.

6. 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치를 통합한 하나의 일체형 시스템에 의해 투과 모드와 반사 모드를 선택적으로 선택하여 측정 대상 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있으므로, 추가적인 비용 문제를 해소할 수 있다.6. Digital hologram can be measured irrespective of the optical characteristics of the object to be measured by selectively selecting the transmission mode and the reflection mode by one integrated system incorporating the conventional reflective and transmissive hologram restoration devices. You can solve the problem.

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

도 1은 공개된 종래 기술에 따른 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치를 나타내는 개략 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
도 4는 도 3의 개선된 홀로그래픽 복원 방법 중 S3 단계의 구체적인 구현 단계를 상세히 도시한 플로우챠트이다.
1 is a block diagram showing in detail a two-wavelength digital holographic microscope apparatus according to the disclosed prior art.
2 is a schematic block diagram showing an improved holographic restoration apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart showing an improved holographic restoration method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed flowchart illustrating a detailed implementation step of step S3 of the improved holographic restoration method of FIG. 3.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 불필요하다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are indicated by the same reference numerals as possible. Further, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related configuration or function is unnecessary, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치를 나타내는 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)는 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 모드와 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사형 모드를 선택적으로 실행하는 일체형(All-in-one type) 디지털 홀로그래픽 현미경(Digital Holographic Microscopy)일 수 있다.Referring to FIG. 2 showing an improved holographic restoration apparatus according to an embodiment of the present invention, the improved holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention measures an object that transmits light. It may be an all-in-one type Digital Holographic Microscopy that selectively executes a transmission mode and a reflection mode for measuring an object that reflects light.

본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(10); 상기 광원부(10)에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광(T1)과 제 2 물체 투과광(T2)으로 분할하는 제 1 광 분할기(20); 상기 제 1 광 분할기(20)에 의해 분할된 상기 제 1 투과 분할광(T1)을 반사시키는 복수의 광학 거울(30, 31); 상기 제 1 광 분할기(20)에 의해 분할된 상기 제 2 투과 분할광(T2)을 제 1 반사 분할광(R1)과 제 2 반사 분할광(R2)으로 분할하는 제 2 광 분할기(60); 상기 복수의 광학 거울(30, 31)에 의해 반사된 후 상기 측정 대상 물체(40)를 투과하는 상기 제 1 투과 분할광(T1) 또는 상기 제 2 광 분할기(60)에 의해 분할된 상기 제 1 반사 분할광(R1)을 통과시키는 물체광 대물 렌즈(50); 상기 제 2 광 분할기(60)에 의해 분할된 상기 제 2 반사 분할광(R2)을 통과시키는 기준광 대물 렌즈(51); 상기 기준광 대물 렌즈(51)를 통과한 상기 제 2 반사 분할광(R2)이 전달되는 위치 조정 미러(70); 상기 측정 대상 물체(40)를 투과하는 제 1 투과 분할광(T1) 또는 상기 측정 대상 물체(40)의 표면에서 반사된 상기 제 1 반사 분할광(R1), 및 상기 기준광 대물 렌즈(51)를 통과하여 상기 위치 조정 미러(70)에서 반사된 상기 제 2 반사 분할광(R2)이 상기 물체광 대물 렌즈(50)와 상기 기준광 대물 렌즈(51)를 각각 통과하여 상기 제 2 광 분할기(60)로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 기록 매체(80); 및 상기 기록 매체(80)에서 전달된 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 이미지 파일을 수신하여 저장하는 프로세서(90)를 포함할 수 있다.An improved holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a light source unit 10 for emitting a single wavelength light; A first light splitter 20 for dividing the single wavelength light emitted from the light source unit 10 into a first transmission split light T1 and a second object transmission light T2; A plurality of optical mirrors (30, 31) reflecting the first transmitted split light (T1) divided by the first light splitter (20); A second optical splitter (60) for dividing the second transmitted split light (T2) divided by the first optical splitter (20) into a first reflected split light (R1) and a second reflected split light (R2); After being reflected by the plurality of optical mirrors (30, 31), the first transmitted split light (T1) transmitted through the measurement target object (40) or the first split by the second light splitter (60) An object light objective lens 50 through which the reflected split light R1 passes; A reference light objective lens 51 for passing the second reflected split light R2 divided by the second light splitter 60; A position adjustment mirror 70 through which the second reflected and split light R2 passing through the reference light objective lens 51 is transmitted; The first transmission split light T1 that passes through the measurement target object 40 or the first reflection split light R1 reflected from the surface of the measurement target object 40, and the reference light objective lens 51 The second reflected split light R2 that has passed through and reflected from the positioning mirror 70 passes through the object light objective lens 50 and the reference light objective lens 51, respectively, and the second light splitter 60 A recording medium 80 for recording an interference fringe that is transmitted to and formed; And a processor 90 for receiving and storing an image file generated by converting the interference fringe transmitted from the recording medium 80.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치(1)의 프로세서(90)는 예를 들어, 마이크로프로세서, PC(Personal Computer) 등의 산술 연산이 가능한 장치로 구현되고, 또한 기록 매체(80)는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서로 구현될 수 있다.The processor 90 of the holographic restoration apparatus 1 according to the embodiment of the present invention described above is implemented as a device capable of arithmetic operations such as a microprocessor, a personal computer (PC), etc., and the recording medium 80 ) May be implemented by, for example, an image sensor such as a Charge Coupled Device (CCD) or Complimentary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS).

본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)는 그 프로세서(90)에 의해 빛 투과(Transmission) 물체 홀로그램과, 빛 반사(Reflection) 물체 홀로그램을 투과형 모드와 반사형 모드에 따라 선택적으로 획득할 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형으로 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)의 프로세서(90)는 위치 조정 미러(70)의 위치를 가변적으로 조절함으로써, 투과형 모드와 반사형 모드에서의 빛의 광경로 차이를 보정해준다. 이에 따라, 빛 투과 물체 홀로그램 또는 빛 반사 물체 홀로그램은 기록 매체(80)(예를 들어, CCD)를 통해 프로세서(90)로 전달되어 이미지 파일의 형태로 획득될 수 있다.The improved holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention uses the processor 90 to convert a light transmission object hologram and a light reflection object hologram according to a transmission mode and a reflection mode. Can be obtained selectively. That is, the processor 90 of the holographic restoration apparatus 1 improved integrally according to an embodiment of the present invention variably adjusts the position of the position adjustment mirror 70, thereby reducing light in the transmissive mode and the reflective mode. It corrects the difference in light path. Accordingly, the light transmitting object hologram or the light reflecting object hologram may be transmitted to the processor 90 through the recording medium 80 (eg, a CCD) to obtain an image file.

좀 더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치(1)는 빛을 투과하는 물체를 측정하는 투과형 모드에서는 광원부(10)인 레이저에서 나온 빛이 제 1 광 분할기(20)를 통해 제 1 투과 분할광(T1)과 제 2 투과 분할광(T2)으로 나누어진다. More specifically, in the holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, in a transmission mode in which an object transmitting light is measured, light emitted from the laser, which is the light source unit 10, passes through the first optical splitter 20. It is divided into a first transmission split light T1 and a second transmission split light T2.

제 1 투과 분할광(T1)은 복수의 광학 거울(30)(31)에 각각 반사되어 측정 대상 물체(40)로 전달된 후 측정 대상 물체(40)를 통과하고, 그 후 물체광 대물 렌즈(50)을 통과하여 제 2 광 분할기(60)로 향한다. 본 발명의 실시예에서는, 복수의 광학 거울(30)(31)이 2개의 광학 거울로 구현되는 것으로 예시되어 있지만, 당업자라면 3개 이상의 광학 거울로 구현될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. 한편 제 2 투과 분할광(T2)은 제 2 광 분할기(60) 및 기준광 대물 렌즈(51)를 통과하여 위치 조정 광학 미러(70)에서 반사된 후 다시 기준광 대물 렌즈(51)를 통과하여 제 2 광 분할기(60)로 향한다.The first transmitted split light T1 is reflected by the plurality of optical mirrors 30 and 31, respectively, is transmitted to the object to be measured 40, passes through the object to be measured, and then passes through the object to be measured. 50) to the second optical splitter 60. In the embodiment of the present invention, although it is illustrated that the plurality of optical mirrors 30 and 31 are implemented with two optical mirrors, those skilled in the art will fully understand that it can be implemented with three or more optical mirrors. Meanwhile, the second transmitted split light T2 passes through the second light splitter 60 and the reference light objective lens 51, is reflected by the positioning optical mirror 70, and then passes through the reference light objective lens 51 again. It is directed to the optical splitter 60.

제 2 광 분할기(60)에서 만난 제 1 및 제 2 투과 분할광(T1)(T2)은 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분에 대한 간섭 무늬(빛 투과 물체 홀로그램)를 형성하게 된다. 여기서, 제 1 투과 분할광(T1)은 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광에 대응되고, 제 2 투과 분할광(T2)은 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광에 대응된다.The first and second transmitted split lights T1 and T2 met by the second light splitter 60 form an interference fringe (a light transmitting object hologram) with respect to the light-transmitting portion of the object 40 to be measured. . Here, the first transmission split light T1 corresponds to the object light of the light-transmitting object hologram, and the second transmission split light T2 corresponds to the reference light of the light-transmitting object hologram.

한편, 빛을 반사하는 물체를 측정하는 반사형 모드에서는 광원부(10)인 레이저에서 나온 빛이 제 1 광 분할기(20)를 통해 제 1 투과 분할광(T1)과 제 2 투과 분할광(T2)으로 나누어진다.On the other hand, in the reflection mode in which an object that reflects light is measured, light emitted from the laser, which is the light source unit 10, passes through the first light splitter 20 to the first transmitted split light T1 and the second transmitted split light T2. It is divided into

제 2 투과광(T2)은 제 2 광 분할기(60)에 의해 제 1 반사 분할광(R1)과 제 2 반사 분할광(R2)으로 나누어진다. 제 1 반사 분할광(R1)은 물체광 대물 렌즈(50)를 통과하여 측정 대상 물체(40)에서 반사되어 다시 물체광 대물 렌즈(50)를 통과하여 제 2 광 분할기(60)로 향한다. 제 2 반사 분할광(R2)은 기준광 대물 렌즈(51)를 통과하여 위치 조정 광학 미러(70)에서 반사되고, 반사된 빛은 다시 기준광 대물 렌즈(51)를 통과하여 제 2 광 분할기(60)로 향한다.The second transmitted light T2 is divided into a first reflected and divided light R1 and a second reflected and divided light R2 by the second light splitter 60. The first reflected split light R1 passes through the object light objective lens 50, is reflected from the measurement target object 40, passes through the object light objective lens 50, and is directed to the second light splitter 60. The second reflected split light R2 passes through the reference light objective lens 51 and is reflected by the positioning optical mirror 70, and the reflected light passes through the reference light objective lens 51 again and passes through the second light splitter 60. Heading to

제 2 광 분할기(60)에서 만난 제 1 반사 분할광(R1)과 제 2 반사 분할광(R2)은 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬(빛 반사 물체 홀로그램)를 형성하게 된다. 여기서, 제 1 반사 분할광(R1)은 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광에 대응되고, 제 2 반사 분할광(R2)은 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광에 대응된다.The first reflected split light R1 and the second reflected split light R2 met by the second light splitter 60 form an interference fringe (a light reflection object hologram) with respect to the part of the object 40 that reflects light. Formed. Here, the first reflected split light R1 corresponds to the object light of the light-reflecting object hologram, and the second reflected split light R2 corresponds to the reference light of the light-reflecting object hologram.

이때 위치 조정 미러(70)의 위치를 예를 들어 PC로 구현되는 프로세서(90)로 조절함으로써, 투과형 모드와 반사형 모드에서 발생하는 빛의 광경로 차이를 보정해준다. 빛 투과 물체 홀로그램과 빛 반사 물체 홀로그램은 각각 기록 매체(80)인 CCD를 통해 프로세서(90)인 PC로 전달되어 이미지 파일의 형태로 획득된다.At this time, the position of the positioning mirror 70 is adjusted by, for example, a processor 90 implemented as a PC, thereby correcting the difference in the optical path of light generated in the transmissive mode and the reflective mode. The light-transmitting object hologram and the light-reflecting object hologram are transferred to a PC, which is the processor 90, through a CCD, which is a recording medium 80, respectively, and are obtained in the form of image files.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치(1)에 의해, 빛 투과 모드를 선택하여 측정하는 경우, 획득되는 빛 투과 물체 홀로그램은 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분에 대한 간섭 무늬이다. 이렇게 획득된 빛 투과 물체 홀로그램은 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.When measuring by selecting a light transmission mode by the holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention described above, the obtained light-transmitting object hologram is applied to the light-transmitting portion of the object 40 to be measured. For interference pattern. The light-transmitting object hologram obtained in this way may be expressed as Equation 1 below as a complex conjugated hologram.

수학식 1 :

Figure 112019059554473-pat00001
Equation 1:
Figure 112019059554473-pat00001

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112019059554473-pat00002
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00003
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00004
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112019059554473-pat00002
Represents the acquired light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00003
Represents the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00004
Denotes the complex conjugate of the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram.

반면에, 빛 반사 모드를 선택하여 측정하는 경우, 획득되는 빛 반사 물체 홀로그램은 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬이다. 이렇게 획득된 빛 반사 물체 홀로그램은 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, when the light reflection mode is selected and measured, the obtained light reflection object hologram is an interference fringe with respect to a part of the object 40 that reflects light. The light-reflecting object hologram thus obtained may be expressed as Equation 2 below as a complex conjugated hologram.

수학식 2 : Equation 2:

Figure 112019059554473-pat00005
Figure 112019059554473-pat00005

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112019059554473-pat00006
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00007
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00008
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112019059554473-pat00006
Represents the acquired light reflective object hologram,
Figure 112019059554473-pat00007
Represents the object light and the reference light of the light reflective object hologram,
Figure 112019059554473-pat00008
Denotes the complex conjugate of the object light and the reference light of the light reflective object hologram.

이하에서는 상기 획득된 2가지 타입의 물체 홀로그램으로부터 물체의 3차원 형상을 복원하는 구체적인 방법을 기술하기로 한다.Hereinafter, a specific method of restoring a three-dimensional shape of an object from the obtained two types of object holograms will be described.

구체적으로, 도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 상술한 바와 같이 프로세서(90)에 의해 투과형 모드가 선택되어 획득된 빛 투과 물체 홀로그램(도 3의 S21)에서 직류 및 허상 정보를 제거하기 위해 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 진행한다(도 3의 S3).Specifically, referring again to FIGS. 2 to 4, in order to remove DC and virtual image information from the light-transmitting object hologram (S21 in FIG. 3) obtained by selecting the transmissive mode by the processor 90 as described above, 2 A 2D Fourier Transform is performed (S3 in FIG. 3).

투과형 모드의 경우, 2차원 푸리에 변환으로 얻는 빛 투과 물체 홀로그램의 주파수 스펙트럼은 빛 투과 물체 홀로그램의 실상(Real image), 빛 투과 물체 홀로그램의 허상(Imaginary image), 직류(Direct Current: DC) 정보로 분리되어 나타난다(도 4의 S31). 분리된 빛 투과 물체 홀로그램의 허상 및 직류(DC) 정보를 제거하기 위해, 실상 좌표 정보(Real image spot-position)로부터 예를 들어 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 적용하여 위상 정보를 추출한다(도 3의 S3 및 도 4의 S32).In the case of the transmissive mode, the frequency spectrum of the hologram of the light-transmitting object obtained by the 2D Fourier transform is the real image of the hologram of the light-transmitting object, the Imaginary image of the hologram of the light-transmitting object, and Direct Current (DC) information It appears separately (S31 in Fig. 4). In order to remove the virtual image and direct current (DC) information of the separated light-transmitting object hologram, for example, an automatic real image spot-position extraction algorithm is used from the real image spot-position. Apply to extract the phase information (S3 in Fig. 3 and S32 in Fig. 4).

그 후, 주파수 필터링 알고리즘(Frequency filtering algorithm)을 이용하여 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보를 추출한다(도 4의 S33).Thereafter, reference light information of the hologram of the light transmitting object is extracted using a frequency filtering algorithm (S33 in FIG. 4).

추출된 기준광 정보의 보상 항(Term)을 계산하기 위해, 추출된 기준광 정보의 파수벡터 상수(Wavenumber vector constant)를 계산한다(도 4의 S34). 계산된 파수벡터 상수를 이용하여 추출된 기준광 정보의 보상 항(Term)을 계산한다(도 4의 S35). 이 경우, 추출된 기준광 정보의 보상 항(Term)은 빛 투과 물체 홀로그램의 켤레(Conjugate)항이다.In order to calculate a compensation term of the extracted reference light information, a wavenumber vector constant of the extracted reference light information is calculated (S34 in FIG. 4). A compensation term of the extracted reference light information is calculated using the calculated wave number vector constant (S35 in FIG. 4). In this case, a compensation term of the extracted reference light information is a conjugate term of a light transmitting object hologram.

그 후, 홀로그램 측정 시 사용했던 물체광 대물 렌즈(51)의 수차(Curvature aberration)를 보상하기 위해 빛 투과 물체 홀로그램에서 수차(curvature) 정보를 추출한다(도 4의 S36). 이를 위해, 예를 들어, 자동 주파수 수차 보상 알고리즘(Automatic frequency curvature compensation algorithm)을 이용하여 수차(curvature) 정보 보상 항(Term)을 생성한다.Thereafter, aberration information is extracted from the light transmitting object hologram in order to compensate for the aberration of the object light objective lens 51 used when measuring the hologram (S36 in FIG. 4). To this end, for example, a curvature information compensation term is generated using an automatic frequency curvature compensation algorithm.

추출된 기준광 정보의 보상 항과 수차(curvature) 정보 보상 항을 빛 투과 물체 홀로그램에 곱하여 보상된 빛 투과 물체 홀로그램을 획득한다(도 3의 S5 및 도 4의 S37).The compensated light-transmitting object hologram is obtained by multiplying the light-transmitting object hologram by the compensation term of the extracted reference light information and the curvature information compensation term (S5 of FIG. 3 and S37 of FIG. 4).

한편, 반사형 모드의 경우에도 2차원 푸리에 변환으로 획득한 빛 반사 물체 홀로그램도 상술한 투과형 모드와 마찬가지의 동일한 방법을 적용하여 보상된 빛 반사 물체 홀로그램을 획득한다. 이러한 방식으로 획득된 보상된 빛 투과 물체 홀로그램 및 보상된 빛 반사 물체 홀로그램은 각각 하기 수학식 3 및 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, even in the case of the reflective mode, the light reflective object hologram obtained by the 2D Fourier transform is also obtained by applying the same method as in the above-described transmission mode to obtain the compensated light reflective object hologram. The compensated light-transmitting object hologram and the compensated light-reflecting object hologram obtained in this manner can be expressed as Equations 3 and 4 below, respectively.

수학식 3 : Equation 3:

Figure 112019059554473-pat00009
Figure 112019059554473-pat00009

수학식 4 :Equation 4:

Figure 112019059554473-pat00010
Figure 112019059554473-pat00010

여기서,

Figure 112019059554473-pat00011
Figure 112019059554473-pat00012
는 각각 보상된 빛 투과 물체 홀로그램, 및 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure 112019059554473-pat00013
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure 112019059554473-pat00014
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure 112019059554473-pat00015
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure 112019059554473-pat00016
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이며,
Figure 112019059554473-pat00017
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure 112019059554473-pat00018
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here,
Figure 112019059554473-pat00011
And
Figure 112019059554473-pat00012
Is a compensated light transmitting object hologram and a compensated light reflecting object hologram, respectively,
Figure 112019059554473-pat00013
Is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00014
Is the object light and the reference light of the light reflection hologram,
Figure 112019059554473-pat00015
Is the compensation term of the reference light information of the hologram of the light transmitting object,
Figure 112019059554473-pat00016
Is the compensation term for the aberration information of the hologram of the light transmitting object,
Figure 112019059554473-pat00017
Is the compensation term of the reference light information of the hologram of the light reflecting object,
Figure 112019059554473-pat00018
Denotes a compensation term for curvature information of a hologram of a light reflecting object.

상기 수학식 3으로 표시된 보상된 빛 투과 물체 홀로그램은 각 스펙트럼 확산 알고리즘(Angular Spectrum Propagation algorithm)을 이용하여 복원 영상면(Reconstruction image plane)의 정보로 변환된다.The compensated light-transmitting object hologram represented by Equation 3 is converted into information on a reconstruction image plane using each spectral propagation algorithm.

변환 보상된 물체 홀로그램으로부터 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier Transform)을 통해 위상 정보를 추출한다. 이때 획득되는 위상 정보는, 획득한 빛 투과 물체 홀로그램이 가지고 있는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보(즉, 빛의 정보, 물체광 대물 렌즈(50)의 수차 정보)를 제거한 형태로, 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보만을 포함하고 있다.Phase information is extracted from the transform-compensated object hologram through Inverse 2D Fourier Transform. The phase information obtained at this time is the remaining information (i.e., information of light, object light of the objective lens 50) except for the phase information of the part of the object to be measured 40 that transmits light of the acquired light-transmitting object hologram. Aberration information) is removed, and includes only the phase information of the portion of the object 40 that transmits light.

동일한 방법을 보상된 빛 반사 물체 홀로그램에 적용하여 위상 정보를 추출한다. 이때 획득되는 위상 정보는, 획득한 빛 반사 물체 홀로그램이 가지고 있는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보(즉, 빛의 정보, 물체광 대물 렌즈(50)의 수차 정보)를 제거한 형태로, 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보만을 포함하고 있다.The same method is applied to the compensated light-reflecting object hologram to extract phase information. The phase information obtained at this time is the remaining information (i.e., light information, object light objective lens 50) except for the phase information of the part reflecting light of the measurement target object 40 that the acquired light-reflecting object hologram has. Aberration information) is removed, and includes only the phase information of the part reflecting light of the object 40 to be measured.

상기 측정 대상 물체(40)의 상기 추출된 빛을 투과하는 부분의 위상 정보와 상기 추출된 빛을 반사하는 부분의 위상 정보는 2차원 위상 펼침 알고리즘(2D phase unwrapping algorithm)을 이용하여 왜곡된 위상 정보를 각각 보상하고, 이를 이용하여 상기 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보를 계산한다(도 3의 S5). 이러한 정량적인 두께 정보는 하기 수학식 5와 같이 표시될 수 있다. The phase information of the part of the measurement object 40 that transmits the extracted light and the phase information of the part that reflects the extracted light is distorted using a 2D phase unwrapping algorithm. Each is compensated for, and the quantitative thickness information of the object to be measured 40 is calculated using this (S5 in FIG. 3). This quantitative thickness information may be expressed as Equation 5 below.

수학식 5 :Equation 5:

*

Figure 112019059554473-pat00019
*
Figure 112019059554473-pat00019

여기서,

Figure 112019059554473-pat00020
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure 112019059554473-pat00021
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure 112019059554473-pat00022
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112019059554473-pat00023
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이며,
Figure 112019059554473-pat00024
는 측정 대상 물체(40)와 공기의 굴절률 차이를 의미한다. 계산된 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원한다.here,
Figure 112019059554473-pat00020
Is quantitative thickness information of the object 40 to be measured,
Figure 112019059554473-pat00021
Is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram,
Figure 112019059554473-pat00022
Is the phase information of the portion of the object to be measured 40 that transmits light,
Figure 112019059554473-pat00023
Is the phase information of the part reflecting light of the object to be measured 40,
Figure 112019059554473-pat00024
Denotes a difference in refractive index between the object 40 to be measured and air. The three-dimensional shape of the object is restored using the calculated quantitative thickness information of the object.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 방법을 나타내는 플로우챠트이다.3 is a flowchart showing an improved holographic restoration method according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 방법은 a) 측정 대상 물체(40)의 물체 홀로그램의 2가지 측정 모드를 선택하는 단계(S1); b) 상기 선택된 측정 모드에 따라 상기 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S2); c) 상기 측정된 물체 홀로그램의 직류, 허상, 수차 정보를 제거하는 단계(S3); d) 상기 물체 홀로그램의 위상 정보를 추출하는 단계(S4); 및 e) 상기 측정 대상 물체(40)의 3차원 형상 정보 및 정량적인 크기(두께) 정보를 복원하는 단계(S5)를 포함한다.2 and 3, an improved holographic restoration method according to an embodiment of the present invention includes: a) selecting two measurement modes of an object hologram of an object to be measured 40 (S1); b) measuring the object hologram according to the selected measurement mode (S2); c) removing DC, virtual image, and aberration information of the measured object hologram (S3); d) extracting phase information of the object hologram (S4); And e) restoring 3D shape information and quantitative size (thickness) information of the object 40 to be measured (S5).

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 방법에서, 상기 b) 단계는 빛 투과 모드의 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S21) 또는 빛 반사 모드의 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.In the holographic restoration method according to an embodiment of the present invention described above, step b) includes measuring an object hologram in a light transmission mode (S21) or measuring an object hologram in a light reflection mode (S22). can do.

또한, 상기 빛 투과 모드의 측정 단계(S21)에서 획득되는 빛 투과 물체 홀로그램은 상기 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분에 대한 간섭 무늬에 대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 1로 표기될 수 있다.In addition, the light-transmitting object hologram obtained in the measuring step (S21) of the light-transmitting mode is a complex conjugated hologram corresponding to the interference fringe of the light-transmitting portion of the object to be measured 40, expressed by Equation 1 Can be.

수학식 1 : Equation 1:

Figure 112019059554473-pat00025
Figure 112019059554473-pat00025

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112019059554473-pat00026
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00027
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure 112019059554473-pat00028
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112019059554473-pat00026
Represents the acquired light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00027
Represents the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00028
Denotes the complex conjugate of the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram.

반면에, 상기 빛 반사 모드의 측정 단계(S22)에서 획득되는 빛 반사 물체 홀로그램은 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬에 대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 2로 표시될 수 있다.On the other hand, the light-reflecting object hologram obtained in the measuring step (S22) of the light reflection mode is a complex conjugated hologram corresponding to the interference fringe of the part reflecting light of the object to be measured 40, expressed by Equation 2 below. Can be.

수학식 2 : Equation 2:

Figure 112019059554473-pat00029
Figure 112019059554473-pat00029

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112019059554473-pat00030
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112019059554473-pat00031
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure 112019059554473-pat00032
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112019059554473-pat00030
Represents the acquired light reflective object hologram,
Figure 112019059554473-pat00031
Represents the object light and the reference light of the light reflective object hologram,
Figure 112019059554473-pat00032
Denotes the complex conjugate of the object light and the reference light of the light reflective object hologram.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 방법에서, 상기 측정된 물체 홀로그램이 빛 투과 물체 홀로그램인 경우, 상기 c)단계는 c1) 상기 빛 투과 물체 홀로그램에서 직류 및 허상 정보를 제거하기 위해 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여 얻어지는 상기 빛 투과 물체 홀로그램의 주파수 스펙트럼을 상기 빛 투과 물체 홀로그램의 실상(Real image), 허상(Imaginary image), 및 직류(Direct Current) 정보로 분리시키는 단계; c2) 상기 분리된 빛 투과 물체 홀로그램의 허상 및 직류(DC) 정보를 제거하기 위해, 실상 좌표 정보(Real image spot-position)를 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 적용하여 추출하는 단계; c3) 주파수 필터링 알고리즘(Frequency filtering algorithm)을 이용하여 상기 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보를 추출하는 단계; c4) 상기 추출된 기준광 정보의 파수벡터 상수(Wavenumber vector constant)를 계산하는 단계; c5) 상기 계산된 파수벡터 상수를 이용하여 상기 추출된 기준광 정보의 보상 항(Term)을 계산하는 단계; c6) 상기 물체 홀로그램 측정 시 사용된 물체광 대물 렌즈(50)의 수차(Curvature aberration)를 보상하기 위해 상기 빛 투과 물체 홀로그램에서 수차(curvature) 정보를 추출하는 단계; 및 c7) 상기 보상 항 및 상기 수차 정보가 보상된 빛 투과 물체 홀로그램을 각 스펙트럼 확산 알고리즘(Angular Spectrum Propagation algorithm)을 이용하여 복원 영상면(Reconstruction image plane)의 정보로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.In the holographic restoration method according to an embodiment of the present invention described above, when the measured object hologram is a light-transmitting object hologram, step c) includes c1) in order to remove DC and virtual image information from the light-transmitting object hologram. The frequency spectrum of the light-transmitting object hologram obtained by performing 2D Fourier Transform is separated into Real image, Imaginary image, and Direct Current information of the light-transmitting object hologram. step; c2) In order to remove the virtual image and direct current (DC) information of the separated light-transmitting object hologram, the real image spot-position is used by an automatic real image spot-position extraction algorithm. Applying and extracting; c3) extracting reference light information of the light transmitting object hologram using a frequency filtering algorithm; c4) calculating a wavenumber vector constant of the extracted reference light information; c5) calculating a compensation term of the extracted reference light information using the calculated wave number vector constant; c6) extracting curvature information from the light transmitting object hologram to compensate for the aberration of the object light objective lens 50 used when measuring the object hologram; And c7) converting the light-transmitting object hologram, in which the compensation term and the aberration information are compensated, into information of a reconstruction image plane using each spectral spreading algorithm. .

이때, c6)단계는 자동 주파수 수차 보상 알고리즘(Automatic frequency curvature compensation algorithm)을 이용하여 수차(curvature) 정보 보상 항(Term)을 생성하는 단계; 및 상기 추출된 기준광 정보의 보상 항과 상기 수차 정보 보상 항을 상기 빛 투과 물체 홀로그램에 곱하여 상기 보상된 빛 투과 물체 홀로그램을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, step c6) includes generating a curvature information compensation term using an automatic frequency curvature compensation algorithm; And obtaining the compensated light-transmitting object hologram by multiplying the light-transmitting object hologram by the compensation term of the extracted reference light information and the aberration information compensation term.

한편, 반사형 모드의 경우에도 2차원 푸리에 변환으로 획득한 빛 반사 물체 홀로그램도 상술한 투과형 모드와 마찬가지의 동일한 방법을 적용하여 보상된 빛 반사 물체 홀로그램을 획득한다.Meanwhile, even in the case of the reflective mode, the light reflective object hologram obtained by the 2D Fourier transform is also obtained by applying the same method as in the above-described transmission mode to obtain the compensated light reflective object hologram.

*본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 방법에서, 상기 보상된 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 보상된 빛 반사 물체 홀로그램은 하기 수학식 3 또는 수학식 4로 표시될 수 있다.* In the holographic restoration method according to an embodiment of the present invention, the compensated light transmitting object hologram or the compensated light reflecting object hologram may be represented by Equation 3 or Equation 4 below.

수학식 3 : Equation 3:

Figure 112019059554473-pat00033
Figure 112019059554473-pat00033

수학식 4 :Equation 4:

Figure 112019059554473-pat00034
Figure 112019059554473-pat00034

여기서,

Figure 112019059554473-pat00035
는 보상된 빛 투과 물체 홀로그램이고,
Figure 112019059554473-pat00036
는 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure 112019059554473-pat00037
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure 112019059554473-pat00038
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure 112019059554473-pat00039
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure 112019059554473-pat00040
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이고,
Figure 112019059554473-pat00041
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure 112019059554473-pat00042
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here,
Figure 112019059554473-pat00035
Is the compensated light transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00036
Is the compensated light reflective object hologram,
Figure 112019059554473-pat00037
Is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112019059554473-pat00038
Is the object light and the reference light of the light reflection hologram,
Figure 112019059554473-pat00039
Is the compensation term of the reference light information of the hologram of the light transmitting object,
Figure 112019059554473-pat00040
Is the compensation term for the aberration information of the hologram of the light transmitting object,
Figure 112019059554473-pat00041
Is the compensation term of the reference light information of the hologram of the light reflecting object,
Figure 112019059554473-pat00042
Denotes a compensation term for curvature information of a hologram of a light reflecting object.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 방법에서, 상기 d)단계는 변환 보상된 물체 홀로그램을 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier Transform)을 통해 위상 정보를 추출하는 단계로 구현되고, 여기서 획득되는 위상 정보는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램 또는 빛 반사 물체 홀로그램이 가지고 있는 상기 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하거나 반사하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보(즉, 빛의 정보, 물체광 대물 렌즈(50)의 수차 정보)가 제거된 상기 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하거나 반사하는 부분의 위상 정보만을 포함하고 있다.In the holographic restoration method according to an embodiment of the present invention described above, step d) is implemented as a step of extracting phase information from a transform-compensated object hologram through Inverse 2D Fourier Transform, The phase information obtained here is the remaining information (i.e., light information, object information, etc.) except for the phase information of the light transmitting or reflecting part of the light-transmitting object hologram or the light-reflecting object hologram. Aberration information of the optical objective lens 50) includes only phase information of a portion of the target object 40 from which light is transmitted or reflected.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 방법에서, 상기 e)단계는 상기 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 추출된 위상 정보 또는 빛을 반사하는 부분의 추출된 위상 정보를 2차원 위상 펼침 알고리즘(2D phase unwrapping algorithm)을 이용하여 왜곡된 위상 정보를 각각 보상하는 단계; 상기 보상된 위상 정보를 이용하여 상기 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 상기 측정 대상 물체(40)의 3차원 형상을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.In the holographic restoration method according to the embodiment of the present invention described above, the step e) is the extracted phase information of the part that transmits light or the extracted phase information of the part that reflects light of the measurement object 40 Compensating for each of the distorted phase information using a 2D phase unwrapping algorithm; Calculating quantitative thickness information of the object to be measured 40 using the compensated phase information; And restoring the three-dimensional shape of the measurement target object 40 by using the calculated quantitative thickness information of the object.

상기 계산된 두께 정보는 하기 수학식 5로 표시될 수 있다.The calculated thickness information may be represented by Equation 5 below.

수학식 5 :Equation 5:

Figure 112019059554473-pat00043
Figure 112019059554473-pat00043

여기서,

Figure 112019059554473-pat00044
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure 112019059554473-pat00045
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure 112019059554473-pat00046
는 물체의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112019059554473-pat00047
는 물체의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112019059554473-pat00048
는 물체와 공기의 굴절률 차이를 의미한다.here,
Figure 112019059554473-pat00044
Is quantitative thickness information of the object 40 to be measured,
Figure 112019059554473-pat00045
Is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram,
Figure 112019059554473-pat00046
Is the phase information of the part that transmits the light of the object,
Figure 112019059554473-pat00047
Is the phase information of the part that reflects the light of the object,
Figure 112019059554473-pat00048
Means the difference in the refractive index between the object and the air.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 프로세서(90)를 이용하여 물체 홀로그램으로부터 계산된 디지털 기준 홀로그램을 직접 생성하여, 측정 대상 물체(40)의 3차원 정보를 복원할 수 있으므로, 종래 기술의 한 장의 물체 홀로그램 영상을 사용하는 원샷 방식의 디지털 홀로그래피 복원 시 요구되는 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고가의 비용 문제를 해결할 수 있다.As described above, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, the digital reference hologram calculated from the object hologram is directly generated using the processor 90, Since the dimensional information can be restored, it is possible to solve the problem of a complex optical device structure required for restoration of a one-shot digital holography using a single object holographic image of the prior art, and a considerable costly cost.

또한, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에 따르면, 복원 장치가 프로세서(90)만을 추가적으로 사용하므로 그 전체 구성이 매우 간단하고 저가의 비용으로 홀로그래픽을 복원하는 것이 가능해진다.Further, according to the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, since the restoration apparatus additionally uses only the processor 90, the entire configuration is very simple and it is possible to restore the holographic at low cost. .

또한, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 프로세서(90) 및 위치 조정 미러(70)를 제외한 다른 구성요소가 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치와 실질적으로 동일한 구성을 가지므로, 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치에 모두 용이하게 적용될 수 있는 범용성을 가진다.Further, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, other components except for the processor 90 and the positioning mirror 70 are substantially the same as those of the reflective and transmissive hologram restoration apparatus of the prior art. Since it has a configuration, it has versatility that can be easily applied to both reflective and transmissive hologram restoration apparatuses of the prior art.

또한, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 특히 종래 기술과는 달리 홀로그램 복원 시 기준광의 사용이 불필요하며, 실시간으로 측정 대상 물체(40)의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하다.In addition, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, unlike the prior art, in particular, the use of reference light is not required when reconstructing the hologram, and quantitative 3D image restoration of the object 40 to be measured in real time. This is possible.

또한, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 상술한 바와 같이 기준광을 사용함이 없이 실시간으로 측정 대상 물체(40)의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하므로, TFT 및 반도체와 같은 초 미세 구조의 결함 검출용 장치, 정밀한 3차원 영상의 표시가 요구되는 의료 기기, 및 기타 렌즈와 같은 투명한 물체의 굴절률 에러 검출 등을 포함한 다양한 분야의 검출, 확인 또는 표시용 장치에 적용이 가능하다.In addition, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, since it is possible to quantitatively restore a three-dimensional image of the object 40 to be measured in real time without using a reference light as described above, TFTs and semiconductors Applicable to a variety of detection, confirmation, or display devices including devices for detecting defects with ultra-fine structures such as, medical devices requiring precise 3D image display, and detection of refractive index errors of transparent objects such as lenses. It is possible.

더구나, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치를 통합한 하나의 일체형 시스템에 의해 투과 모드와 반사 모드를 선택적으로 선택하여 측정하는 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있으므로, 추가적인 비용 문제의 해소가 가능하다.Moreover, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, a transmission mode and a reflection mode are selectively selected and measured by a single integrated system incorporating a reflective and transmissive hologram restoration apparatus of the prior art. Since digital holograms can be measured regardless of the optical properties of the object, additional cost problems can be solved.

이상으로 본 발명에 관하여 실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능하다.The embodiments have been described above with respect to the present invention, but the present invention is not limited thereto, and modifications and variations can be implemented within the scope of the technical idea of the present invention.

10 : 광원부 20 : 제 1 광 분할기
30 : 제 1 광학 거울 31 : 제 2 광학 거울
40 : 측정 대상 물체 50 : 물체광 대물 렌즈
51 : 기준광 대물 렌즈 60 : 제 2 광 분할기
70 : 위치 조정 미러 80 : 기록 매체
90 : 프로세서
10: light source unit 20: first light splitter
30: first optical mirror 31: second optical mirror
40: object to be measured 50: object light objective lens
51: reference light objective lens 60: second optical splitter
70: positioning mirror 80: recording medium
90: processor

Claims (1)

홀로그래픽 복원 장치에 있어서,
단일 파장 광을 방출하는 광원부;
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광과 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기;
상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 1 투과 분할광을 반사시키는 복수의 광학 거울;
상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 2 투과 분할광을 제 1 반사 분할광과 제 2 반사 분할광으로 분할하는 제 2 광 분할기;
상기 복수의 광학 거울에 의해 반사된 후 측정 대상 물체를 투과하는 상기 제 1 투과 분할광 또는 상기 제 2 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 1 반사 분할광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈;
상기 제 2 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 2 반사 분할광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈;
상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 제 2 반사 분할광이 전달되는 위치 조정 미러;
상기 측정 대상 물체를 투과하는 제 1 투과 분할광 또는 상기 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 상기 제 1 반사 분할광, 및 상기 기준광 대물 렌즈를 통과하여 상기 위치 조정 미러에서 반사된 상기 제 2 반사 분할광이 상기 물체광 대물 렌즈와 상기 기준광 대물 렌즈를 각각 통과하여 상기 제 2 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 기록 매체; 및
상기 기록 매체에서 전달된 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 이미지 파일을 수신하여 저장하는 프로세서를 포함하되,
상기 프로세서에 의해 빛 투과(Transmission) 물체 홀로그램과, 빛 반사(Reflection) 물체 홀로그램을 투과형 모드와 반사형 모드에 따라 선택적으로 획득하는
홀로그래픽 복원 장치.
In the holographic restoration device,
A light source unit that emits light of a single wavelength;
A first light splitter for dividing the single wavelength light emitted from the light source unit into a first split light and a second split light;
A plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted and divided light divided by the first optical splitter;
A second optical splitter for dividing the second transmitted split light divided by the first optical splitter into first reflected split light and second reflected split light;
An object light objective lens for passing the first split light transmitted through the object to be measured after being reflected by the plurality of optical mirrors or the first reflected split light split by the second light splitter;
A reference light objective lens for passing the second reflected and split light split by the second light splitter;
A position adjustment mirror through which the second reflected split light passing through the reference light objective lens is transmitted;
The first transmission split light that passes through the measurement target object or the first reflection split light reflected from the surface of the measurement target object, and the second reflection split light reflected from the positioning mirror after passing through the reference light objective lens A recording medium for recording an interference fringe formed by passing through the object light objective lens and the reference light objective lens, respectively, and transmitted to the second optical splitter; And
Including a processor for receiving and storing the image file generated by converting the interference fringe transmitted from the recording medium,
Selectively acquiring a light transmission object hologram and a reflection object hologram according to a transmission mode and a reflection mode by the processor.
Holographic restoration device.
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