KR20080086309A - 허상이 제거되는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및기록재생방법 - Google Patents

허상이 제거되는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및기록재생방법 Download PDF

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KR20080086309A
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Abstract

종래의 인라인 디지털 홀로그램 기록재생방식은 CCD의 전체면적을 모두 사용할 수 있는 장점을 가진 반면에 실상과 허상이 겹치는 단점을 가진다. 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 기록재생장치는 상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하고, 상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록한 후, 상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하므로 실상과 허상이 분리된 깨끗한 홀로그램 재생을 가능하게 한다.

Description

허상이 제거되는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법{Device and method for recording and reconstructing digital hologram without virtual image}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 투과형 디지털 홀로그램 현미경의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 측정 대상 시료가 없는 경우 참조광과 물체광이 만나서 생기는 존플레이트 형태의 홀로그램(a)과 그 중심부분을 확대한 그림(b)이다.
도 3은 포토마스크용 패턴을 시료로 하여 CCD로 촬영된 홀로그램의 일예를 나타낸 사진이다.
도 4는 도 3에 CCD로 촬영된 홀로그램의 재생상으로 기존 방식으로 재생한 경우에 실상과 허상이 겹쳐서 나타나는 것을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 CCD로 촬영된 홀로그램을 본 발명에 따라 재생한 재생상으로 겹쳐진 실상과 허상이 공간적으로 서로 분리되어 재생된 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 홀로그램의 재생시에, 주변부의 허상 및 중앙부분의 영차회절광이 제거되기 전의 상태이다.
도 7은 본 발명의 재생방법을 간략하게 나타내는 블록도이다.
<도면 중 주요부분에 대한 간단한 설명>
1 광원
2,3 중성필터
4,8 대물렌즈
5,6 빔-스플리터
7 렌즈
9 핀홀
10,20,30,40 미러
21 참조광
22 물체광
51 CCD(100)면의 가로 중심선
52 CCD(100)면의 세로 중심선
53 가로 중심선(51)과 세로 중심선(52)이 만나는 중심점
55 시료(80)를 제거한후에 참조광(21)과 물체광(22)이 만나 이루는 간섭무늬가 CCD(100)에 기록된 모양
56 55의 중심 부분
80 시료
100 CCD
101 소프트웨어를 내포하는 기록매체
110 제어부
본 발명은 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이중상중 허상의 완벽한 제거를 할 수 있는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법에 관한 것이다.
디지털 홀로그램 기술은 기존의 홀로그램 기술(홀로그램 건판을 사용하여 사진 촬영과 같은 방식의 기록과 참조광 제공에 의한 3차원 영상을 재생하는 방법)로부터 출발하여 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 동영상 기록 장치를 이용하여 실시간으로 대상체의 홀로그램 데이터를 획득하고, 수치적 3차원 영상 재생의 방법으로 대상체의 3차원 데이터를 획득하는 방법이다. 이러한 방법은 약 30 여년 전에 개념적 방법론이 제안되어, CCD의 발전과 컴퓨터 연산 속도의 발전으로 수치적 3차원 영상 재생의 방법이 발전하여 현재 실용적 용도에 적용하기 위한 다수의 연구들이 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이와 같이 대상체의 3차원 데이터는 홀로그램 방법으로 기록함으로써 1회 촬영으로 대상체(시료)의 3차원 데이터를 획득하고, 수치적 재생으로 대상체의 3차원 데이터를 재구성하여 표시할 수 있으므로 3차원 데이터 획득, 처리, 표시 면에 있어서 앞서 개발되어온 첨단 현미경들에 비하여 비교할 수 없을 정도의 성능 향상을 기대할 수 있다. 이러한 3차원 데이터 관련 능력으로 보다 다양한 대상체의 데이터 표시 욕구를 충족시킬 수 있어서 다양한 응용이 예상되어진다.
디지털 홀로그램 현미경은 크게 대물렌즈를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우로 나눌 수 있으며 대물렌즈를 사용하는 경우는 또다시 투과형과 반사형 디지털 홀로그램 현미경으로 나눌 수 있으며 근본적으로 두 가지 방식 모두 Mach-Zender 형의 간섭계를 응용한 디지털 홀로그램 현미경이다.
홀로그램 필름 대신에 CCD를 이용함으로써 CCD에 입력된 정보는 홀로그래픽용 필름에 감광된 현상과 일치하며 이론 또한 홀로그램의 일반 원리와 동일하다.
일반적으로 홀로그램의 기록을 위해서 레이저 광을 두 개로 나누어 하나는 참조광 다른 하나는 물체광으로 이용하여 두 개의 광의 간섭무늬를 홀로그램 건판에 기록하게 된다. 이렇게 기록된 건판을 현상하면 홀로그램이 만들어 지게 되는데 이를 레이저광을 이용하여 재생함으로써 시료와 동일한 형태의 3차원 상인 실상과 허상을 얻을 수 있다.
이를 수식적으로 분석해 보면 홀로그램 건판 상의 임의의 위치(x,y)에서 홀로그램의 세기 IH(x,y)는,
Figure 112007022903636-PAT00001
이다.
여기서 R은 참조파, O는 시료파를 나타내고 R*, O* 는 각각 참조파와 시료파의 공액복소수이다. 식 1의 첫째항은 참조광만의 세기이고, 둘째항은 물체광만의 세기이며 셋째항과 넷째항이 각각 허상과 실상을 나타낸다.
한편, 홀로그램 필름 대신에 CCD 소자를 사용하는 경우에 CCD 소자가 가진 픽셀 사이즈의 한계에 의하여 참조광과 물체광의 겹치는 각도가 제한되게 되는데 이로 인하여 홀로그램 데이터를 얻기 위해서는 수도 이내로 제한된 off-axis 홀로그램과 in-line 홀로그램(Gabor 홀로그램)만이 가능하다. 이중에 in-line 홀로그램이 가진 장점이 CCD전체를 사용하여 상을 얻을 수 있다.
그런데, in-line 홀로그램의 재생시에는 영차회절광과 실상 및 허상이 구별되지 않고 섞여서 재생되는 문제점이 있다.
영차회절광의 제거방법으로 공지된 기술로는, DC-suppression 방식과, 고주파 필터를 이용하는 방식 및 홀로그램과 동시에 물체광만을 기록하여 영차회절광을 제거하는 방식 등이 있다. 그러나, 영차회절광 제거방법만으로는 영차회절광의 제거만 가능할 뿐이고 실상과 허상이 겹치는 이중상 문제는 해결하기가 어렵다. 그러므로, 홀로그램의 재생시에는 영차회절광 이외에 실상 및 허상 중에 하나를 제거해야만 실재 기록된 시료의 정보를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 디지털 홀로그램 현미경 등과 같은 디지털 홀로그램 기록재생장치에 의해 기록된 홀로그램의 재생시에 실상과 허상이 겹치는 문제를 해결하여 완벽한 시료의 정보를 얻을 수 있는 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 디지털 홀로그램 기록재생장치로서, 레이저를 출력하는 광원;
상기 레이저에 광학적으로 연결된 빔-스플리터;
상기 빔-스플리터에 광학적으로 연결되어, 시료를 통과한 빛을 광학적으로 결상하여 물체광을 출력하는 제1 대물렌즈;
상기 빔-스플리터에 광학적으로 연결된 제2 대물렌즈;
상기 제2 대물렌즈에 광학적으로 연결되어 참조광을 출력하는 렌즈;
상기 물체광과 상기 참조광을 결합하기 위한 빔-컴바이너;
상기 빔-컴바이너에 광학적으로 연결되어, 상기 제1 대물렌즈를 통과한 광과 상기 제2 대물렌즈를 통과한 광의 간섭에 의한 홀로그램이 투영되는 CCD 촬상소자;
상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하고, 상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록한 후, 상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하는 소프트웨어를 내포한 기록매체; 및
상기 CCD 촬상소자로 하여금 상기 홀로그램을 촬영하여 기록하고, 상기 기록매체의 소프트웨어에 의해 결합된 상기 홀로그램을 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제어부는, 상기 시료 제거시에 상기 물체광과 상기 참조광이 만나 상기 CCD 촬상소자에 발생되는 간섭무늬의 존플레이트 중심의 위치가 상기 CCD 기록면의 중심에 발생되도록, 상기 CCD 촬상소자의 위치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 기록재생방법은, 레이저를 빔-스플리터에 의해 제1 빔 및 제2 빔으로 나누는 단계;
상기 제1 빔을 시료에 통과시키고 제1 대물렌즈를 통해 광학적으로 결상하여 물체광을 출력시키는 단계;
상기 제2 빔을 제2 대물렌즈에 의해 참조광을 출력시키는 단계;
상기 물체광과 상기 참조광을 빔-컴바이너에 의해 결합시키는 단계;
상기 제1 대물렌즈를 통과한 물체광과 상기 제2 대물렌즈를 통과한 참조광의 간섭에 의한 홀로그램을 촬영하는 단계;
상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하는 단계;
상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록하는 단계; 및
상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 홀로그램 촬영 단계 이전에, 상기 시료 제거시에 상기 물체광과 상기 참조광이 만나 상기 CCD 촬상소자에 발생되는 간섭무늬의 존플레이트 중심의 위치가 상기 CCD 기록면의 중심에 발생되도록, 상기 CCD 촬상소자의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 홀로그램 결합 단계에 의하여 결합된 홀로그램 중 허상이 표시되는 가장자리 부분을 삭제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 재생방법은,
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하 는 단계;
상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록하는 단계; 및
상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 디지털 홀로그램 기록재생장치 중 특히 디지털 홀로그램 현미경에 적합한 구성의 개략도를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 디지털 홀로그램 기록재생장치는 마흐젠더형의 간섭계를 응용하여 구성하였다.
디지털 홀로그램 기록재생장치는, 크게 광원(1), 참조광을 만드는 부분, 물체광을 만드는 부분, 상기 물체광과 참조광을 결합하여 간섭무늬를 기록하는 CCD(100), 상기 기록된 간섭무늬를 수치적으로 분석하는 소프트웨어를 내포하는 기록매체(101) 등으로 구성되어 진다.
광원(1)은 가간섭성이 좋은 레이저빔을 사용한다. 일예로 632.8nm 파장을 가진 cw He-Ne 레이저를 사용할 수 있다.
참조광을 만들기 위해서 광원(1)의 레이저 빔을 빔-스플리터(5)를 통해 두 개의 빔으로 나눈다. 빔-스플리터(5)는, 일례로, 하프-미러(half-mirror)를 이용하여 만들 수 있다.
빔-스플리터(5)에 의해 나누어진 두 개의 빔 중에서 하나의 빔을 참조광(21)으로 생성하여 출력한다. 참조광을 출력하기 위한 일례로, 대물렌즈(8), 핀홀(9)과 렌즈(7)를 사용함으로써 일정 크기로 확대하고 TEM00 모양의 평행광을 만들어 냄으로써 참조광(21)이 생성될 수 있다.
빔-스플리터(5)를 통해 나누어진 또 다른 빔은 중성필터(3)을 통과시켜 빔 세기를 조절한 후 반사경(30)으로 반사시켜 투과형의 시료(80)에 비추어 대물렌즈(4)로 상기 시료를 일정한 거리에 상이 맺히도록 한다. 물체광의 세기는 중성필터(3)를 통해 조절할 수 있다. 일례로, 대물렌즈(4)의 배율은 10X, 20X, 50X, 100X 등을 이용할 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 기록재생장치에서 측정대상 시료(80)를 제거한 후에 참조광과 물체광이 만나서 이루는 간섭무늬가 CCD(100)에 기록된 모양(55)을 나타낸 사진이고, 도 2b는 중심부분(54)을 확대한 사진이다.
도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이, 프레넬 존(Fresnel Zone) 형태의 원형 무늬가 나타난다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 그림 2b에 표시된 바와 같이, CCD(100)면의 가로 중심선(51)과 세로 중심선(52)이 만나는 위치에 원의 중심(53)이 있는 것이 바람직하다. 즉, 프레넬 존 형태의 원형무늬들의 중심(53)은 CCD(100) 픽셀들의 중심에 있도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 CCD(100)가 1024 X 1024 픽셀로 이루어진 경우에 중심(53)의 픽셀 위치는 가로좌표 512픽셀, 세로좌표 512픽셀에 위치하게 된다.
도 3은 측정대상 시료(80)를 포토마스크 패턴으로 하여 생성된 홀로그램의 일예이다. 포토마스크 패턴 중에서 뚫린 부분에만 레이저 빔이 통과되어 CCD에 투영된다. 도 3에 나타난 것과 같이, 시료(80)를 통과한 물체광과 참조광이 만나 이루는 간섭무늬를 볼 수 있다.
도 4는 상기 생성된 홀로그램을 일반적인 수치해석방법으로 재생한 결과를 나타낸 사진이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사진 중심에 밝은 사각형 모양이 나타나고, 그 주변에는 선이 비교적 뚜렷한 모양들(좌상의 로케트 모양, 우상의 로케트 모양, 좌하의 격자모양, 우하의 물병모양)이 나타난다. 그리고, 뚜렷한 모양들의 주위에 선이 비교적 흐릿한 모양들(좌상의 물병모양, 우상의 격자모양, 좌하의 로케트 모양, 우하의 로케트 모양)이 나타난다. 사진의 중심에 나타나는 사각형의 밝은 부분은 영차회절광이고, 그 주변에 나타나는 비교적 뚜렷한 모양은 실상이고, 그 주위에 나타나는 비교적 흐릿한 모양은 허상이다. 영차회절광은 DC-Suppression 방식이나, 고주파 통과필터 이용방식 등의 종래기술을 이용하여 제거될 수 있다.
그런데, 도 4를 분석하여 보면, 가장자리에 나타나는 허상은 주변부에 나타나는 실상에 대하여 180도 회전되어 나타나는 점을 알 수 있다. 또한, 가장자리에 나타나는 허상은 실상에 비하여 크기가 축소되어 나타난다.
따라서, 실상과 허상을 분리하기 위해서, 우선 CCD(100)면에 기록된 홀로그램을 4개의 영역으로 나눈다. 상기 4영역은 가로 중심선(51)과 세로 중심선(52)에 의해 나누어진 4영역이다. 이를 각각 A영역, B영역, C영역, D영역으로 호칭한다. 4개의 영역이 정확히 대칭적으로 분할되기 위하여, 시료가 없을 경우에 촬영된 프레넬 존의 동심원의 중심이 CCD의 중심과 일치하는 것이 바람직하다. 제어부(100)는 4영역의 정확한 대칭적 분할을 위하여, CCD(100)의 위치를 조정할 수 있다.
제어부(100)는 CCD(100)를 통하여 홀로그램 데이터를 기록하는 한편, CCD(100)에 기록된 홀로그램을 4개의 영역으로 등분하고, 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록한 후, 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하여 홀로그램을 출력한다. 이러한 과정은 기록매체에 저장된 소프트웨어(101)를 통하여 이루어지며, 기록매체는 ROM, RAM 등의 메모리나, 자기디스크, 광디스크 등 기타 저장장치일 수 있다.
우선, 상기 A지역, B지역, C지역, D지역을 각각 임시재생하고 중간기록한다. 즉, A지역 임시재생시 A지역 이외의 지역의 픽셀 세기값을 0으로 하여 임시재생하여 중간기록한다. 그리고, 같은 방법으로 B지역 임시재생시 상기 B지역 이외의 지역의 픽셀 세기값을 0으로 하여 임시재생하여 중간기록하고, C지역 임시재생시 상기 C지역 이외의 지역의 픽셀 세기값을 0으로 하여 임시재생하였고, D지역 임시재생시 상기 D지역 이외의 지역의 픽셀 세기값을 0으로 하여 임시재생하였다. 이렇게, 임시재생된 상을 각각 도 5의 A', B', C', D'에 나타내었다.
도 5의 A', B', C', D'에 보듯이, 일반적인 홀로그램 재생 수치해석방법과 마찬가지로, 실상에 비하여 허상은 크기가 축소된 채 180도 회전되어 나타난다. 또한, 가장자리에 나타나는 허상은 실상에 비하여 크기가 축소되어 나타난다. 이와 같이, 허상은 가장자리에서 크기가 축소되어 나타나므로, A', B', C', D'를 합 성하고, 주변부를 삭제하면 도 5의 A, B, C, D와 같은 사진이 구현되어 출력가능하다. 도 5는 중앙부분의 사진은 본 발명에 따른 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 방법에 따라 홀로그램 재생 수치해석방법을 경유한 재생사진(평면사진)으로서, 주변부의 허상 및 중앙부분의 영차회절광이 제거된 상태이다. 주변부의 허상 및 중앙부분의 영차회절광이 제거된 상태에서는 도 5의 중앙부분의 사진과 같이 도 3과 거의 동일하게 구현된 것을 알 수 있다.
도 6은 주변부의 허상 및 중앙부분의 영차회절광이 제거되기 전의 상태이다. 중앙부분의 영차회절광 제거는 공지의 기술인 DC-Suppression 방식, 고주파 통과 필터 이용방식 등을 이용하여 제거할 수 있고, 주변부의 사진은 단순히 물리적 방법으로 삭제하여 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 구현과정에서 수치해석 과정을 나타내는 블록도이다. 도 7에 나타낸 홀로그램 재생 알고리즘에는 아래와 같은 수치적 해석 방법이 사용된다.
디지털 홀로그래피와 디지털 홀로그래피 현미경의 차이는 물체광이 렌즈(MO)에 의한 확대 유무만 다르다. 일반적으로 디지털 홀로그래피에서 홀로그램을 저장하는 장치로 상기 CCD를 사용한다. 상기 CCD의 사양은 픽셀 수 Nx × Ny , 픽셀크기(△x × △y)와 센서크기(LX × Ly)로 주어진다. 상기 CCD의 (k, l) 픽셀에 저장되는 간섭세기 정보는 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112007022903636-PAT00002
상기 수학식 2와 같이, 참조광과 물체광에 의한 홀로그램 데이터는 수치적 영상 재생에 이용된다. 수치적 재생 파동은 참조광과 홀로그램데이터(Ih)를 이용하여 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112007022903636-PAT00003
여기서 첫 번째 항과 두 번째 항은 0차 회절이고, 세 번째 항은 허상, 네 번째 항은 실상이다. 프레넬 방정식(Fresnel's equation)을 이용하여 영상이 맺히는 지점에서의 파동분포는 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112007022903636-PAT00004
여기서 λ는 사용된 빛의 파장이고, ｄ 는 CCD에서 영상이 재생되는 곳까지의 거리, A는 상수이다.
수학식 4는
Figure 112007022903636-PAT00005
을 공간 주파수 공간
Figure 112007022903636-PAT00006
으로 푸리에 변환(Fourier Transform) 한 것이다. 일반적으로 수학식 4를 계산하기 위하여 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용한다. 수학식 4는 복소수이기 때문에 재생 영상은 수학식 5와 같이 얻어진다.
Figure 112007022903636-PAT00007
그리고 위상 영상은 수학식 6과 같이 주어진다.
Figure 112007022903636-PAT00008
수학식 5와 수학식 6을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 구현할 수 있다.
상기 수학식 2에서부터 상기 수학식 6에 이르는 방법을 통해 상기 4등분된 홀로그램 각각을 재생하게 되는데 재생시 파라메타를 입력해야 한다. 상기 주요 입력 파라메타는 상기 CCD 사양, 상기 빛의 파장, 상기 ｄ(CCD에서 영상이 재생되는 곳까지의 거리)이다. 상기 1, 2, 3, 4 상한의 홀로그램 재생시 상기 입력 파라메타는 동일한 값으로 넣는다. 상기 입력 파라메타를 재생 알고리즘의 입력값으로 넣어 재생하여 재생상을 획득하게 된다. 상기 재생상은 1상한 영역 재생상, 2상한 영역 재생상, 3상한 영역 재생상, 그리고 4상한 영역 재생상이다. 상기 재생된 1, 2, 3, 4 상한 영역의 재생상을 하나로 합쳐 하나의 재생상을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 디지털 홀로그램 현미경 등과 같은 디지털 홀로그램 기록재생장치에 의해 기록된 홀로그램의 재생시에 실상과 허상이 겹치는 문제를 해결하여 완벽한 시료의 정보를 얻을 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 레이저를 출력하는 광원;
    상기 레이저에 광학적으로 연결된 빔-스플리터;
    상기 빔-스플리터에 광학적으로 연결되어, 시료를 통과한 빛을 광학적으로 결상하여 물체광을 출력하는 제1 대물렌즈;
    상기 빔-스플리터에 광학적으로 연결된 제2 대물렌즈;
    상기 제2 대물렌즈에 광학적으로 연결되어 참조광을 출력하는 렌즈;
    상기 물체광과 상기 참조광을 결합하기 위한 빔-컴바이너;
    상기 빔-컴바이너에 광학적으로 연결되어, 상기 제1 대물렌즈를 통과한 광과 상기 제2 대물렌즈를 통과한 광의 간섭에 의한 홀로그램이 투영되는 CCD 촬상소자;
    상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하고, 상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록한 후, 상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하는 소프트웨어를 내포한 기록매체; 및
    상기 CCD 촬상소자로 하여금 상기 홀로그램을 촬영하여 기록하고, 상기 기록매체의 소프트웨어에 의해 결합된 상기 홀로그램을 출력하는 제어부;를 포함하는 디지털 홀로그램 기록재생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 시료 제거시에 상기 물체광과 상기 참조광이 만나 상기 CCD 촬상소자에 발생되는 간섭무늬의 존플레이트 중심의 위치가 상기 CCD 기록면의 중심에 발생되도록, 상기 CCD 촬상소자의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램 기록재생장치.
  3. 레이저를 빔-스플리터에 의해 제1 빔 및 제2 빔으로 나누는 단계;
    상기 제1 빔을 시료에 통과시키고 제1 대물렌즈를 통해 광학적으로 결상하여 물체광을 출력시키는 단계;
    상기 제2 빔을 제2 대물렌즈에 의해 참조광을 출력시키는 단계;
    상기 물체광과 상기 참조광을 빔-컴바이너에 의해 결합시키는 단계;
    상기 제1 대물렌즈를 통과한 물체광과 상기 제2 대물렌즈를 통과한 참조광의 간섭에 의한 홀로그램을 촬영하는 단계;
    상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하는 단계;
    상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록하는 단계; 및
    상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하여 재생하는 단계;를 포함하는 디지털 홀로그램 기록재생방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 홀로그램 촬영 단계 이전에, 상기 시료 제거시에 상기 물체광과 상기 참조광이 만나 상기 CCD 촬상소자에 발생되는 간섭무늬의 존플레이트 중심의 위치 가 상기 CCD 기록면의 중심에 발생되도록, 상기 CCD 촬상소자의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램 기록재생방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 홀로그램 결합 단계에 의하여 결합된 홀로그램 중 허상이 표시되는 가장자리 부분을 삭제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램 기록재생방법.
  6. 제3항에 있어서,
    영차회절광의 제거방법을 통하여 홀로그램 재생시의 영차회절광을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램 기록재생방법.
  7. 상기 CCD에 기록된 홀로그램을 사등분하는 단계;
    상기 사등분된 영역의 각각을 제외한 나머지 영역의 홀로그램의 픽셀 값을 영으로 하여 중간기록하는 단계; 및
    상기 중간기록된 각각의 영역의 홀로그램을 결합하는 단계;를 포함하는 디지털 홀로그램 재생방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9081363B2 (en) 2012-01-25 2015-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for fast generation of three-dimensional (3D) hologram
KR20160125795A (ko) 2015-04-22 2016-11-01 광운대학교 산학협력단 마이크로 렌즈의 굴절률 오차 검출방법 및 검출장치

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10209673B2 (en) * 2010-07-07 2019-02-19 University Of Hyogo Holographic microscope, microscopic subject hologram image recording method, method of creation of hologram for reproduction of high-resolution image, and method for reproduction of image
US10054777B2 (en) * 2014-11-11 2018-08-21 California Institute Of Technology Common-mode digital holographic microscope
KR101899026B1 (ko) 2016-11-22 2018-10-04 주식회사 내일해 단일 생성 위상 천이 기법을 이용한 디지털 홀로그래픽 복원 장치 및 방법
KR102468990B1 (ko) 2016-11-22 2022-11-22 주식회사 내일해 단일 생성 위상 천이 기법을 이용한 디지털 홀로그래픽 복원 장치 및 방법
CN106872408B (zh) * 2017-04-26 2023-05-30 赣南师范大学 一种浮游生物成像检测装置
CN115248549B (zh) * 2022-01-12 2024-05-24 浙江理工大学 一种打散消除杂散频谱噪声的数字全息三维重建方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06258999A (ja) * 1993-03-04 1994-09-16 Takashi Yabe 三次元物体の画像データ生成装置
JP3527328B2 (ja) * 1995-08-31 2004-05-17 浜松ホトニクス株式会社 二重像解消装置
US5974178A (en) * 1996-10-07 1999-10-26 Advantest Corporation Wavesource image visualization method using a partial division fast fourier transform
JP3471556B2 (ja) * 1997-03-27 2003-12-02 理化学研究所 位相シフトディジタルホログラフィ装置
US7127109B1 (en) * 1999-09-27 2006-10-24 University Of South Florida Digital interference holographic microscope and methods
JP2001183962A (ja) * 1999-12-24 2001-07-06 Art Nau:Kk ホログラム作成方法
JP2002049293A (ja) * 2000-07-31 2002-02-15 Art Nau:Kk ホログラム作成方法
JP2003167500A (ja) * 2001-11-30 2003-06-13 Art Nau:Kk ホログラム作成方法
EP1537458A2 (en) * 2002-09-03 2005-06-08 Ut-Battelle, Llc Rapid direct-to-digital holographic acquisition of object off-axis illuminated by several illumination sources
JP4442162B2 (ja) * 2003-08-27 2010-03-31 Ｔｄｋ株式会社 ホログラフィック記録再生システム
KR100519981B1 (ko) * 2003-12-22 2005-10-13 삼성전자주식회사 위상판을 이용한 홀로그래픽 정보저장장치
KR100589594B1 (ko) * 2004-04-12 2006-06-19 주식회사 대우일렉트로닉스 홀로그래픽 데이터 엔코딩/디코딩 방법
KR100589581B1 (ko) * 2004-06-24 2006-06-14 주식회사 대우일렉트로닉스 홀로그램 데이터의 재생 픽셀 보상 장치 및 그 보상 방법
TWI366749B (en) * 2007-12-10 2012-06-21 Ind Tech Res Inst Multi-color off-axis digital holographic system and the imaging method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9081363B2 (en) 2012-01-25 2015-07-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for fast generation of three-dimensional (3D) hologram
US9575463B2 (en) 2012-01-25 2017-02-21 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus and method for fast generation of three-dimensional (3D) hologram
KR20160125795A (ko) 2015-04-22 2016-11-01 광운대학교 산학협력단 마이크로 렌즈의 굴절률 오차 검출방법 및 검출장치

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