KR20200071372A - Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, an apparatus for generating 3D shape information of an object to be measured comprises: a light source unit for emitting single wavelength light; a collimator for collimating the single wavelength light emitted from the light source unit; an optical splitter for splitting the single wavelength light, which has passed through the collimator, into object light and reference light; an optical mirror for reflecting the reference light split by the optical splitter; an image sensor which records an interference fringe formed by respectively transmitting, to the optical splitter, the object light reflected from the surface of the object to be measured and the reference light reflected by the optical mirror after being split by the optical splitter; and a processor which receives, from the image sensor, and stores an image including intensity information of an object hologram generated by converting the interference fringe, and generates 3D shape information of the surface of the object to be measured. The processor performs digital focusing of the image obtained from the image sensor by using a transfer function which depends on a digital distance value.

Description

측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치{Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured}Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured}

본 발명은 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체로부터 반사되거나, 측정 대상 물체를 투과한 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도 정보를 포함하는 이미지로부터 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured. More specifically, the present invention is a three-dimensional object to be measured from an image including intensity information of an object hologram generated by interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light reflected from the object to be measured or transmitted through the object to be measured. It relates to a device for generating shape information.

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

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

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

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

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

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

한편 단일 파장의 레이저 광원을 사용하는 종래의 디지털 홀로그래피 현미경은 물체의 측정의 최소 단위길이가 레이저의 파장길이로 제한된다는 문제점이 있었다. 이를 보완하기 위해 두 개 이상의 파장의 레이저 광원을 사용하는 또 다른 종래의 디지털 홀로그래피 현미경의 경은 현미경의 제작 단가 높을 뿐만 아니라, 실시간으로 물체의 3차원 형상을 획득할 수 없다는 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional digital holography microscope using a single wavelength laser light source has a problem that the minimum unit length of the measurement of the object is limited to the wavelength length of the laser. In order to compensate for this, another conventional digital holography microscope using a laser light source having two or more wavelengths has a problem in that it is not only possible to obtain a high-priced microscopic microscope, but also cannot obtain a three-dimensional shape of an object in real time.

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

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

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

도 2를 참조하면, 종래 기술의 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치는 혼합광원부(10), 파장분할부(20), 간섭무늬획득부(30), 대물부(40), 이미지센서부(50), 이미지저장부(60), 제어부(70), 물체형상복원부(80)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the conventional two-wavelength digital holography microscope device includes a mixed light source unit 10, a wavelength division unit 20, an interference pattern acquisition unit 30, an objective unit 40, and an image sensor unit 50, It includes an image storage unit 60, a control unit 70, and an object shape restoration unit 80.

혼합광원부(10)는 혼합광원발광부(11)와 광원부렌즈(12)를 포함한다. 이러한 혼합광원발광부(11)는 단일하지 아니한 여러 대역에 분포된 파장대역을 가지는 혼합광을 발광한다. 광원부렌즈(12)는 상기 혼합광원발광부(11)에서 생성된 혼합광을 광학적으로 조절하고, 이를 파장분할부(20)에 입사시킨다.The mixed light source unit 10 includes a mixed light source emitting unit 11 and a light source unit lens 12. The mixed light source light emitting unit 11 emits mixed light having a wavelength band distributed in several non-uniform bands. The light source unit lens 12 optically adjusts the mixed light generated by the mixed light source emitting unit 11 and makes it incident on the wavelength division unit 20.

파장분할부(20)는 제1광분할기(21)와 제1여광판(22) 및 제2여광판(23)과 제1반사체(24)를 포함한다. 제1광분할기(21)는 혼합광원부(10)로부터 입사된 혼합광을 입력받아 2개의 광으로 분할한다. 이때 제1광분할기(21)는 입사받은 혼합광을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제1여광판(22)은 제1광분할기(21)에서 분할된 광들 중 하나의 광을 입력받아 미리 정해진 단일파장을 가지는 제1광선을 획득한다. 여기서 제1여광판(22)에 입력되는 광은 제1여광판(22)을 통과하면서 필터링되고, 제1여광판(22)의 특성에 따라 정해진 단일한 파장을 가지는 제1광선이 획득된다. 제2여광판(23)은 제1여광판(22)과 동일한 방식으로, 제1광분할기(21)에서 분할된 광들 중 나머지 하나의 광을 입력받아, 제1광선의 파장과 다른 파장을 가지는 제2광선을 획득한다. 그리고 제2광선은 간섭무늬획득부(30)로 보내진다. 제1반사체(24)는 제1여광판(22)에서 획득된 제1광선을 입사받아 간섭무늬획득부(30)로 반사하는 역할을 한다.The wavelength division unit 20 includes a first light splitter 21, a first filter plate 22, a second filter plate 23, and a first reflector 24. The first light splitter 21 receives the mixed light incident from the mixed light source unit 10 and divides it into two lights. At this time, the first light splitter 21 serves to divide the incident mixed light in different directions and proceed. The first filter plate 22 receives one of the light split by the first light splitter 21 to obtain a first light beam having a predetermined single wavelength. Here, light input to the first filter plate 22 is filtered while passing through the first filter plate 22, and a first ray having a single wavelength determined according to the characteristics of the first filter plate 22 is obtained. The second filter plate 23 receives the other one of the light split by the first optical splitter 21 in the same manner as the first filter plate 22, and has a second wavelength different from that of the first light filter Acquire rays. And the second ray is sent to the interference pattern acquisition unit 30. The first reflector 24 serves to receive the first light obtained from the first filter plate 22 and reflect it to the interference pattern acquisition unit 30.

간섭무늬획득부(30)는 제2광분할기(31)와 제3광분할기(32)와 제2반사체(33)와 제3여광판(34)과 제3반사체(35)를 포함한다. 제2광분할기(31)는 파장분할부(20)로부터 입력된 제1광선을 입력받아 제1물체광과 제1기준광으로 분할한다. 이때 제2광분할기(31)는 입사받은 제1광선을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제3광분할기(32)도 제2광분할기(31)와 동일한 방식으로 제2광선을 입력받아 제2물체광과 제2기준광으로 분할한다. 제2반사체(33)는 제1기준광을 입사받고, 이를 반사한 제1반사기준광을 제2광분할기(31)로 보낸다. 제3여광판(34)은 제2광분할기(31)에서 분할된 제1기준광을 입사받아 제2반사체(33)로 보내고, 반사되는 제1반사기준광을 입사받아 제2광분할기로 보낼 수 있다. 또한 제3여광판(34)은 제2물체광이 제2광분할기(31)에 이르러 광분할되어 일부가 제2반사체(33) 방향으로 진행할 때 제2반사체(33)에 도달하지 못하도록 진행을 막는다. 이를 위하여 제3여광판(34)은 광을 투과시킴에 있어서 제1여광판(22)과 동일한 특성을 가지는 여광판으로 한다. 제3반사체(35)는 제2기준광을 입사받고, 이를 반사한 제2반사기준광을 제3광분할기(32)로 보내는데, 여기서 제2반사체(33) 및 제3반사체(35)는 제어부(70)의 제어에 따라 각도 조절이 가능하도록 구성하여, 탈축(off-axis) 홀로그램을 구현할 수 있다.The interference pattern acquisition unit 30 includes a second light splitter 31, a third light splitter 32, a second reflector 33, a third filter plate 34, and a third reflector 35. The second light splitter 31 receives the first light input from the wavelength division unit 20 and divides the light into a first object light and a first reference light. At this time, the second light splitter 31 serves to divide the incident first light beams in different directions. The third light splitter 32 receives the second light beam in the same manner as the second light splitter 31 and divides it into a second object light and a second reference light. The second reflector 33 receives the first reference light, and sends the reflected first light to the second light splitter 31. The third filter plate 34 may receive the first reference light divided by the second light splitter 31 and send it to the second reflector 33, and receive the reflected first reflection reference light and send it to the second light splitter. In addition, the third filter plate 34 prevents the second object light from reaching the second reflector 33 when the second light splitter 31 reaches the second light splitter 31 and is partially divided to proceed toward the second reflector 33. . To this end, the third filter plate 34 is a filter plate having the same characteristics as the first filter plate 22 in transmitting light. The third reflector 35 receives the second reference light and sends the reflected second reference light to the third light splitter 32, where the second reflector 33 and the third reflector 35 are the control unit 70 ) Can be configured to adjust the angle under control, so that an off-axis hologram can be implemented.

한편, 상술한 바와 같이 획득된 제1물체광, 제2물체광은 다음과 같은 과정을 거쳐 각 제1반사물체광과 제2반사물체광으로 변환되어 이미지센서부(50)로 보내진다. 제2광분할기(31)는 이상과 같이 분할한 제1물체광을 대물부(40)에 거치되어 있는 측정 대상 물체에 입사시키고, 또한 제3광분할기(32)로부터 분할되어 보내지는 제2물체광을 상기 측정 대상 물체에 입사시킨다. 이 경우, 측정 대상 물체에서 입사받은 제1물체광을 반사한 반사광을 제1반사물체광이라 한다. 또한 측정 대상 물체에서 입사받은 제2물체광을 반사한 반사광을 제2반사물체광이라 한다. 제2광분할기(31)는 이상과 같이 반사된 제1반사물체광과 제2반사물체광을 입력받아 이를 제3광분할기(32)로 보낸다. 제3광분할기(32)는 이상과 같이 입력받은 제1반사물체광과 제2반사물체광을 다시 이미지센서부(50)로 보낸다.Meanwhile, the first object light and the second object light obtained as described above are converted into respective first reflection object light and second reflection object light through the following process and are sent to the image sensor unit 50. The second optical splitter 31 injects the first object light divided as described above into the object to be measured mounted on the objective unit 40, and further transmits the second object divided from the third optical splitter 32 Light is incident on the object to be measured. In this case, the reflected light reflecting the first object light incident from the object to be measured is referred to as the first reflected object light. In addition, the reflected light reflecting the second object light incident from the object to be measured is referred to as the second reflected object light. The second light splitter 31 receives the first reflected object light and the second reflected object light reflected as described above and sends them to the third light splitter 32. The third light splitter 32 sends the first reflected object light and the second reflected object light input as described above to the image sensor unit 50 again.

또한, 상술한 바와 같이 획득된 제1반사기준광, 제2반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(50)로 보내진다. 구체적으로, 제2광분할기(31)는 제2반사체(33)에서 반사되어 온 제1반사기준광을 입력받아 제3광분할기(32)로 보낸다. 제3광분할기(32)는 이상과 같이 제2광분할기(31)에서 보내진 제1반사기준광과, 제3반사체(35)에서 반사되어 온 제2반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(50)로 보낸다. 그에 따라, 제3광분할기(32)에서 제1반사물체광과 제1반사기준광과 제2반사물체광과 제2반사기준광이 모두 동일하게 이미지센서부(50) 방향으로 보내진 후, 상호 간섭하여 간섭무늬가 생성된다.In addition, the first reflection reference light and the second reflection reference light obtained as described above are sent to the image sensor unit 50 through the following process. Specifically, the second light splitter 31 receives the first reflection reference light reflected from the second reflector 33 and sends it to the third light splitter 32. As described above, the third light splitter 32 receives the first reflection reference light sent from the second light splitter 31 and the second reflection reference light reflected from the third reflector 35, and then receives the image sensor unit 50 again. To send. Accordingly, after the first light reflection object light, the first light reflection reference light, the second light reflection object light and the second light reflection reference light are sent in the same direction to the image sensor unit 50 in the third light splitter 32, they interfere with each other. Interference patterns are generated.

한편, 제2반사체(33)와 제3반사체(35)는 서로 다른 파장의 광선이 서로 다른 간섭무늬를 형성하게 하는 탈축(off-axis) 시스템을 구성하기 위하여 제어부(70)의 제어에 따라 각도를 다방향으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제2반사체(33)와 제3반사체(35)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2반사체(33)로부터 반사되는 제1반사기준광과 제3반사체(35)로부터 반사되는 제2기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1반사기준광과 제2반사기준광이 이미지센서부(50)에 도달한 제1반사물체광과 제2반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다. Meanwhile, the second reflector 33 and the third reflector 35 are angled under the control of the control unit 70 in order to construct an off-axis system in which light rays of different wavelengths form different interference patterns. Characterized in that it can be adjusted in multiple directions. That is, as the angles of the second reflector 33 and the third reflector 35 are different from each other, the first reflecting reference light reflected from the second reflector 33 and the second reference reflecting from the third reflector 35 When the light is separated in the direction of the light, the first and second reflected reference light are combined with the first and second reflected object light reaching the image sensor unit 50 to form an interference pattern, each wavelength Very differently disjointed interference patterns are formed.

대물부(40)는 물체거치대(41)와 대물렌즈(42)를 포함한다. 물체거치대(41)는 측정 대상 물체를 거치대에 고정시켜 측정되도록 하고, 대물렌즈(42)는 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 광학적으로 조절한다.The objective part 40 includes an object holder 41 and an objective lens 42. The object holder 41 is fixed to the object to be measured to be measured, and the objective lens 42 optically adjusts the first object light and the second object light incident on the object to be measured.

이미지센서부(50)는 간섭무늬획득부(30)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 50 projects the interference pattern obtained from the interference pattern acquisition unit 30 onto a digital image sensor, measures the projected interference pattern using the digital image sensor, and disperses the measured value. Convert to Usually, the interference fringe is recorded as a hologram. As the digital image sensor, various image sensors such as a CCD may be used.

이미지저장부(60)는 이미지센서부(50)에서 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 메모리나 디스크장치 등과 같은 다양한 저장매체에 저장한다.The image storage unit 60 stores the interference fringe information converted from the image sensor unit 50 into discrete signals in various storage media such as a memory or a disk device.

제어부(70)는 상술한 탈축(off-axis) 시스템을 구현하고 간섭무늬를 획득하기 위하여 제2반사체(33)와 제3반사체(35)의 위치와 각도를 조절하는 등 간섭무늬획득부(30)를 제어하고, 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 조절하기 위하여 대물렌즈(42)를 조절하는 등 대물부(40)를 제어하고, 상기 간섭무늬가 측정되어 그에 대한 정보가 이산신호로 변환되도록 하기 위하여 이미지센서부(50)를 제어하고, 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 저장하기 위하여 이미지저장부(60)를 제어한다.The control unit 70 implements the above-described off-axis system and adjusts the position and angle of the second reflector 33 and the third reflector 35 to obtain an interference pattern, such as the interference pattern acquisition unit 30 ), and the objective 40 is controlled by adjusting the objective lens 42 to adjust the first object light and the second object light incident on the object to be measured. The image sensor unit 50 is controlled to allow information to be converted into a discrete signal, and the image storage unit 60 is controlled to store interference fringe information converted into a discrete signal.

물체형상복원부(80)는 위상정보획득부(81)와 두께정보획득부(82)와 형상복원부(83)를 포함한다. 위상정보획득부(81)는 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(82)는 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(83)는 상기 두께정보를 이용하여 측정 대상 물체의 실시간 3차원 형상을 복원한다. 이때 측정 대상 물체의 두께정보는 상기 물체광과 기준광이 각각 진행한 경로의 차이 정보를 포함한다. 이와 같은 상기 물체광과 기준광의 광 경로차 때문에 상기 물체광과 기준광이 중첩되었을 때 상기 간섭무늬가 형성된다.The object shape restoration unit 80 includes a phase information acquisition unit 81, a thickness information acquisition unit 82, and a shape restoration unit 83. The phase information acquisition unit 81 acquires the phase information of the interference pattern for the first ray and the interference pattern for the second ray by using the interference pattern information, respectively, and the thickness information acquisition unit 82 Obtains the thickness information of the object to be measured using the phase information, and the shape restoration unit 83 restores the real-time three-dimensional shape of the object to be measured using the thickness information. At this time, the thickness information of the object to be measured includes difference information between the paths of the object light and the reference light. Due to the optical path difference between the object light and the reference light, the interference pattern is formed when the object light and the reference light overlap.

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

먼저 공개된 종래 기술에서는 여러 대역에 분포된 파장 대역을 가지는 혼합 광원이 사용되므로, 적어도 2개 이상의 단일 파장을 얻기 위해 파장분할부(20)가 파장이 서로 상이한 제1광선 및 제2광원을 분할하기 위해 제1여광판(22), 제2여광판(23), 및 제1반사체(24)를 사용하여야 한다. Since the conventionally disclosed prior art uses a mixed light source having a wavelength band distributed in several bands, the wavelength division unit 20 divides the first and second light sources having different wavelengths to obtain at least two single wavelengths. To do so, the first filter plate 22, the second filter plate 23, and the first reflector 24 must be used.

또한, 간섭무늬획득부(30)가 제2광원을 분할하기 위한 제3광분할기(32), 제2광원을 반사시키기 위한 제3반사체(35), 및 제2광원이 제2반사체(33)로 입사되는 것을 차단하기 위한 제3여광판(34)을 추가로 사용하여야 한다. In addition, the interference pattern acquisition unit 30 is a third light splitter 32 for dividing the second light source, a third reflector 35 for reflecting the second light source, and a second light source for the second reflector 33 The third filter plate 34 to block the incident light to be used additionally.

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

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

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

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

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

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

본 발명의 일 실시예는, 단일 파장 광을 방출하는 광원부, 상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기, 상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 반사시키는 광학 거울, 상기 광 분할기에 의해 분할된 후 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 물체광 및 상기 광학 거울에 의해 반사된 기준광이 각각 상기 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서 및 상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 표면의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서를 포함하는, 상기 프로세서는 디지털 거리값에 의존하는 전달함수(transfer function)을 이용하여 상기 영상 센서로부터 획득한 상기 이미지의 디지털 포커싱(digital focusing)을 수행하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a light source unit that emits single wavelength light, a collimator for collimating single wavelength light emitted from the light source unit, and an optical splitter for dividing the single wavelength light that has passed through the collimator into object light and reference light, The optical mirror reflecting the reference light divided by the optical splitter, the object light reflected from the surface of the object to be measured after being divided by the optical splitter, and the reference light reflected by the optical mirror are transmitted to the optical splitter, respectively. An image sensor that records the interference fringe formed and an image including the intensity information of the object hologram generated by converting the interference fringe from the image sensor are received and stored, and the three-dimensional shape of the surface of the object to be measured Including a processor for generating information, the processor performs digital focusing of the image obtained from the image sensor using a transfer function that depends on a digital distance value. Provided is an apparatus for generating three-dimensional shape information.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광이 지나가는 경로 상에 배치되며 상기 측정 대상 물체를 안착시키는 플레이트, 상기 광 분할기와 인접하게 배치되며, 상기 광 분할기와 상기 플레이트까지의 거리를 감지하는 거리 센서 및 상기 플레이트와 연결되며, 상기 거리 센서에서 감지한 광학적 거리값을 이용하여 상기 광 분할기에 대해 상기 플레이트를 이동시키는 구동 수단을 더 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the object light divided by the optical divider is disposed on a path through which the object to be measured is seated, and is disposed adjacent to the optical divider, and the optical divider and the plate A distance sensor for sensing a distance to and a connection to the plate may further include driving means for moving the plate with respect to the optical splitter using an optical distance value detected by the distance sensor.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플레이트는 상기 측정 대상 물체와 중첩되는 중첩 영역과, 상기 측정 대상 물체와 비중첩되는 비중첩 영역을 포함하며, 상기 거리 센서는 상기 플레이트의 일면 중 상기 비중첩 영역을 기준으로 상기 플레이트의 거리를 감지할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the plate includes an overlapping area overlapping with the object to be measured, and a non-overlapping area non-overlapping with the object to be measured, and the distance sensor is non-overlapping on one surface of the plate. The distance of the plate can be detected based on the area.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 거리 센서에서 감지한 상기 광학적 거리값을 이용하여 상기 플레이트를 이동시킨 후, 상기 디지털 포커싱을 수행할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processor may perform the digital focusing after moving the plate using the optical distance value detected by the distance sensor.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 영상 센서로부터 획득된 상기 이미지의 에지를 검출하고, 상기 검출된 에지의 콘트라스트(contrast) 값을 추출하고, 상기 추출된 콘트라스트 값에 기초하여 상기 디지털 포커싱을 수행할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processor detects an edge of the image obtained from the image sensor, extracts a contrast value of the detected edge, and digitally based on the extracted contrast value. Focusing can be performed.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 이미지에 포함된 적어도 하나의 주파수 성분들 중 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하고, 상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실장 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하고, 상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성한 후, 상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제고된 보정 홀로그램을 생성하고, 상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processor extracts a real image component corresponding to a real image among at least one frequency component included in the image, and is paired with the reference light based on the real image components ( conjugate) to generate a real image hologram including the correction light in relation to and the mounting information of the object to be measured, and based on the correction light, generate an intermediate hologram in which the information of the reference light is removed from the real image hologram, and the intermediate After generating the curvature aberration correction information from the hologram, based on the curvature aberration correction information, a correction hologram in which the error due to the curvature aberration is increased in the intermediate hologram is generated, and the three-dimensional object of the measurement object is measured from the correction hologram. Shape information can be generated.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims, and drawings for carrying out the invention.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따르면 단지 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, according to the present invention, it is possible to accurately generate 3D shape information of an object to be measured by acquiring only one hologram.

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

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

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

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 공개된 종래 기술에 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치가 측정 대상 물체(M)에 대해 자동으로 초점(outo-focusing)을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3c 내지 도 3f는 홀로그래피 복원 장치가 디지털 포커싱을 이용하여 초점을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 측정 대상 물체의 이미지 내에서 에지를 검출하여 초점을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 측정 대상 물체의 외형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 예시이다.
도 7은 도 6에 도시된 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 주파수 성분들에서 실상에 대응되는 주파수 성분들을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 디지털 기준광의 강도를 도시한 도면이다.
도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이다.
도 9c는 보정광의 강도를 도시한 도면이다.
도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.
도 10은 예시적인 실상 홀로그램을 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상의 예시를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치에 의해 수행되는 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치의 노이즈 제거 방법의 흐름도들이다.
1 is a block diagram showing in detail a two-wavelength digital holography microscope device according to the disclosed prior art.
2A is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2B is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams for explaining a method in which a holographic reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention automatically focuses on an object M to be measured (outo-focusing).
3C to 3F are diagrams for explaining a method in which the holographic restoration apparatus focuses using digital focusing.
4A and 4B are diagrams for explaining a method of focusing by detecting an edge in an image of an object to be measured.
5A and 5B are views for explaining the appearance of an exemplary object to be measured.
6 is an example of an image of a portion of an object to be measured.
FIG. 7 is a diagram showing frequency components of an image of a part of the measurement target object illustrated in FIG. 6.
8 is a diagram for explaining a method of extracting frequency components corresponding to a real image from the frequency components illustrated in FIG. 7.
9A is a diagram showing the intensity of digital reference light.
9B is a diagram showing the phase of the reference light.
9C is a diagram showing the intensity of the correction light.
9D is a diagram showing the phase of the correction light.
10 is a diagram illustrating an exemplary actual hologram.
11 and 12 are diagrams for explaining a method for a processor to determine a curvature aberration correction term from an intermediate hologram according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing an example of a three-dimensional shape of a measurement object generated from a hologram.
14 is a flowchart illustrating a method of generating 3D shape information of an object to be measured performed by a holographic reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
15 and 16 are flowcharts of a method for removing noise in a holographic reconstruction apparatus according to embodiments of the present invention.

이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure are described in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure may have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and related detailed descriptions are described. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to specific embodiments, and should be understood to include all modifications and/or equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure. In connection with the description of the drawings, similar reference numerals have been used for similar elements.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as “include” or “may include” that may be used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of a corresponding function, operation, or component disclosed, and additional one or more functions, operations, or The components and the like are not limited. Also, in various embodiments of the present disclosure, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that there are features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, It should be understood that one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, expressions such as “or” include any and all combinations of words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Expressions such as “first”, “second”, “first”, or “second” used in various embodiments of the present disclosure may modify various elements of various embodiments, but do not limit the elements. Does not. For example, the above expressions do not limit the order and/or importance of the components. The above expressions can be used to distinguish one component from another component. For example, the first user device and the second user device are both user devices and represent different user devices. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component without departing from the scope of rights of various embodiments of the present disclosure.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" to or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, but may not be connected to the component. It will be understood that other new components may exist between the other components. On the other hand, when it is mentioned that an element is "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that no other new component exists between the one component and the other components. You should be able to.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms used in various embodiments of the present disclosure are only used to describe specific day embodiments, and are not intended to limit various embodiments of the present disclosure. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which various embodiments of the present disclosure pertain.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms, such as those defined in a commonly used dictionary, should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and are ideally or excessively formal unless explicitly defined in various embodiments of the present disclosure. It is not interpreted as meaning.

도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 3차원 형상 정보 생성 장치(300A)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 2A is a block diagram showing a schematic configuration of a 3D shape information generating apparatus 300A according to a first embodiment of the present invention.

본 발명에서 '3차원 형상 정보 생성 장치'는 측정 대상 물체에 대한 홀로그램(이하에서는 '물체 홀로그램'이라고 설명한다)을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램을 분석 및/또는 표시하는 홀로그래피 복원 장치를 의미할 수 있다. 이하에서는 3차원 형상 정보 생성 장치와 홀로그래피 복원 장치의 명칭을 혼용하여 사용하기로 한다. In the present invention, the'three-dimensional shape information generating device' means a holographic restoring device that acquires a hologram (hereinafter referred to as'object hologram') for an object to be measured and analyzes and/or displays the obtained object hologram. Can be. Hereinafter, the names of the 3D shape information generating device and the holographic restoration device will be used interchangeably.

가령 홀로그래피 복원 장치(300A)는 반도체 제조 라인에 배치되어, 생산되는 반도체의 물체 홀로그램을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램으로부터 반도체의 무결성 여부를 판단하는 장치일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the holography restoring apparatus 300A may be a device that is disposed on a semiconductor manufacturing line, obtains an object hologram of the produced semiconductor, and determines whether the semiconductor is integrity from the obtained object hologram. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

한편 본 발명에서 '물체 홀로그램(Hologram)'은 홀로그래피 복원 장치(300A)에 의해서 획득되는 이미지로부터 생성될 수 있는 홀로그램으로, 홀로그래피 복원 장치(300A)에 의한 다양한 처리가 이루어 지기 전의 홀로그램을 의미할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.On the other hand, in the present invention,'object hologram (Hologram)' is a hologram that can be generated from an image obtained by the holographic reconstruction apparatus 300A, and may mean a hologram before various processing by the holography reconstruction apparatus 300A is performed. have. Detailed description thereof will be described later.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(310), 광원부(310)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(320), 시준기(320)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(330), 광 분할기(330)에 의해 분할된 기준광(R)을 반사시키는 광학 거울(370), 광 분할기(330)에 의해 분할된 후 측정 대상 물체(M)의 표면에서 반사된 물체광(O) 및 광학 거울(370)에서 반사된 기준광(R)이 각각 광 분할기(330)로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서(380), 및 영상 센서(380)에서 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 측정 대상 물체(M)의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서(390)를 포함할 수 있다. 여기서, 측정 대상 물체(M)는 기판일 수 있으며, 이하에서는 기판을 측정 대상 물체(M)로 하여 설명하기로 한다. Referring to FIG. 2A, the holographic reconstruction apparatus 300A according to the first embodiment of the present invention includes a light source unit 310 emitting single wavelength light and a collimator 320 for collimating single wavelength light emitted from the light source unit 310 ), a light splitter 330 for dividing the single wavelength light passing through the collimator 320 into object light O and reference light R, and an optical mirror reflecting the reference light R divided by the light splitter 330 (370), the object light (O) reflected from the surface of the object to be measured (M) after being divided by the light splitter (330) and the reference light (R) reflected from the optical mirror (370) are respectively the light splitter (330) The image sensor 380 records the interference fringe formed by being transmitted to the image sensor, and receives and stores an image including the intensity information of the object hologram generated by converting the interference fringe from the image sensor 380, and measures the object. It may include a processor 390 for generating three-dimensional shape information of the object (M). Here, the object M to be measured may be a substrate, and the substrate will be described below as the object M to be measured.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A)는 광 분할기(330)에 의해 분할된 물체광(O)이 지나가는 경로 상에 배치되며 측정 대상 물체(M)를 안착시키는 플레이트(351), 광 분할기(330)와 인접하게 배치되며, 광 분할기(330)와 플레이트(351)까지의 거리를 감지하는 거리 센서(357) 및 플레이트(351)와 연결되며, 거리 센서(357)에서 감지한 광학적 거리값을 이용하여 광 분할기(330)에 대해 플레이트(351)를 이동시키는 구동 수단(353)을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the holographic restoration apparatus 300A according to the first embodiment of the present invention is disposed on a path through which the object light O divided by the light splitter 330 passes, and a plate for mounting the object M to be measured ( 351), is disposed adjacent to the optical splitter 330, is connected to the distance sensor 357 and the plate 351 to detect the distance between the optical splitter 330 and the plate 351, the distance sensor 357 Drive means 353 for moving the plate 351 with respect to the optical splitter 330 using the detected optical distance value may be further included.

이때 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(M)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(390)는 광학적 포커싱(optical focusing) 및 디지털 포커싱(digital focusing) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 초점을 맞출 수 있다. 이와 같은 프로세서(390)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.At this time, the processor 390 may generate 3D information of the object M to be measured from the image acquired by the image sensor 380. Further, the processor 390 may focus using at least one of optical focusing and digital focusing. A detailed description of the operation of the processor 390 will be described later.

도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.2B is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic reconstruction apparatus 300B according to a second embodiment of the present invention.

도 2b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(310), 광원부(310)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(320), 시준기(320)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(330), 광 분할기(330)에 의해 분할된 기준광(R)을 반사시키는 제1 광학 거울(370), 광 분할기(330)에 의해 분할된 물체광(O)을 반사시키는 제2 광학 거울(372), 제1 광학 거울(370)에 의해 반사된 기준광(R) 및 물체광(O)이 측정 대상 물체(M)를 투과한 후 측정 대상 물체(M)의 정보를 포함한 물체 투과광이 각각 전달되는 제2 광 분할기(332), 제2 광 분할기(332)로 전달된 기준광(R) 및 물체 투과광에 의해 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서(380) 및 영상 센서(380)에서 간섭무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 측정 대상 물체(M)의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서(390)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the holographic reconstruction apparatus 300B according to the second embodiment of the present invention includes a light source unit 310 emitting single wavelength light and a collimator 320 for collimating single wavelength light emitted from the light source unit 310 ), a light splitter 330 for dividing the single wavelength light passing through the collimator 320 into object light O and reference light R, and a first for reflecting the reference light R divided by the light splitter 330 The optical mirror 370, the second optical mirror 372 reflecting the object light O divided by the light splitter 330, the reference light R reflected by the first optical mirror 370 and the object light ( After the O) passes through the object M to be measured, the reference light R transmitted to the second light splitter 332 and the second light splitter 332 through which the object transmitted light including the information of the measurement object M is transmitted, respectively. ) And the image sensor 380 that records the interference fringes formed by the object transmitted light, and the image sensor 380 converts the interference fringes and receives and stores an image including the intensity information of the object hologram. It may include a processor 390 for generating three-dimensional shape information of the object to be measured (M).

물론 이러한 제2 실시예에서도, 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(M)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이와 같은 프로세서(390)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.Of course, even in this second embodiment, the processor 390 may generate 3D information of the object M to be measured from the image acquired by the image sensor 380. A detailed description of the operation of the processor 390 will be described later.

상술한 도 2a 및 도 2b에 각각 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A) 및 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)는 물체광(O)이 측정 대상 물체(M)에서 반사(도 2a의 실시예)되거나 또는 물체광(O)이 측정 대상 물체(M)를 투과(도 2b의 실시예)한다는 점 및 그에 따른 일부 구성요소(예를 들어, 도 2b의 실시예의 제2 광학 거울(372) 및 제2 광 분할기(332))의 추가 사용 및 그에 따른 일부 구성요소의 배치)를 제외하고는 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 2A and 2B, the holographic restoring apparatus 300A according to the first embodiment of the present invention and the holographic restoring apparatus 300B according to the second embodiment of the present invention are respectively measured by the object light O. The fact that the object M is reflected (the embodiment of FIG. 2A) or the object light O transmits the object M to be measured (the embodiment of FIG. 2B) and some components thereof (e.g. It has substantially the same configuration except for the additional use of the second optical mirror 372 and the second light splitter 332 of the embodiment of FIG. 2B and the placement of some components accordingly).

특히 이미지가 영상 센서(380)에 의해 획득되고, 프로세서(390)가 획득된 이미지로부터 기준광(R)을 생성한다는 점에서 동일한 특징을 갖는다는 점에 유의하여야 한다. In particular, it should be noted that the image is acquired by the image sensor 380, and the processor 390 has the same characteristic in that it generates the reference light R from the acquired image.

이하에서는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A, 300B)를 통칭하여 홀로그래피 복원 장치(300)로 지칭하여 설명한다.Hereinafter, the holographic reconstruction apparatuses 300A and 300B according to the first and second embodiments of the present invention will be collectively described as the holographic reconstruction apparatus 300.

본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 광 분할기(330)와 측정 대상 물체(M) 사이에 물체광 대물 렌즈를 구비하지 않는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 물체광 대물 렌즈를 포함하지 않아 물체광 대물 렌즈를 포함하는 시스템에 비해 소자의 사용을 최소화할 수 있어, 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 광학 소자로부터 발생되는 노이즈를 줄여주는 효과를 구현할 수 있다. The holographic reconstruction apparatus 300 according to embodiments of the present invention is characterized in that it does not include an object light objective lens between the light splitter 330 and the object M to be measured. The holographic restoring apparatus 300 according to embodiments of the present invention does not include an object light objective lens, and thus can minimize the use of elements compared to a system including the object light objective lens, thereby reducing the size of the entire system. In addition, through this, it is possible to implement an effect of reducing noise generated from an optical element.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)의 프로세서(390)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어 프로세서(390)는 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. Meanwhile, the processor 390 of the holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may include all kinds of apparatus capable of processing data. For example, the processor 390 may refer to a data processing device embedded in hardware having physically structured circuits to perform functions represented by codes or instructions included in a program.

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

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(380)는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 적어도 하나의 이미지 센서로 구현될 수 있다.In addition, the image sensor 380 according to an embodiment of the present invention may be implemented with at least one image sensor, such as a Charge Coupled Device (CCD), a Complimentary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS), for example.

다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 플레이트(351) 상에 안착되는 측정 대상 물체(M)의 3차원 형상 정보를 생성하기 위한 것으로서, 예를 들면, 반도체 기판의 3차원 형상 정보를 생성함으로써 증착 공정 후 패턴 불량 유무를 검사하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 이때, 홀로그래피 복원 장치(300) 중 광학적 구성은 정확한 3차원 형상 정보를 생성하기 위해 각 구성요소들 사이의 거리가 사전에 설정된 상태에서 시스템을 구축하게 된다. Referring again to FIGS. 2A and 2B, the holography restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention is for generating three-dimensional shape information of an object M to be seated on a plate 351, For example, it may be used for the purpose of examining the presence or absence of pattern defects after the deposition process by generating 3D shape information of the semiconductor substrate. At this time, the optical configuration of the holographic reconstruction apparatus 300 constructs a system in a state in which the distance between each component is set in advance to generate accurate 3D shape information.

여기서, 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A)의 광학적 구성은 시준기(320), 광 분할기(330), 광학 거울(370) 및 영상 센서(380)를 포함하고, 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)는 시준기(320), 광 분할기(330), 제2 광 분할기(332), 제1 광학 거울(370), 제2 광학 거울(372) 및 영상 센서(380)를 포함할 수 있다. Here, the optical configuration of the holographic reconstruction apparatus 300A according to the first embodiment includes a collimator 320, an optical splitter 330, an optical mirror 370, and an image sensor 380, according to the second embodiment The holographic reconstruction apparatus 300B may include a collimator 320, a light splitter 330, a second light splitter 332, a first optical mirror 370, a second optical mirror 372, and an image sensor 380. Can be.

따라서, 상기한 광학적 구성은 위치가 사전에 설정된 대로 고정 배치되며, 다수의 측정 대상 물체(M)를 검사하기 위해서는, 플레이트(351) 상에 측정 대상 물체(M)를 바꿔가며 측정하여야만 한다. 예를 들면, 영상 센서(380)와 광 분할기(330) 사이의 거리 또는 영상 센서(380)와 제2 광 분할기(332) 사이의 거리는 일정할 수 있다. 이때, 플레이트(351)는 측정 대상 물체(M)를 안착시키기 위하여 지속적으로 이동하기 때문에, 상기한 광학적 구성, 특히 광 분할기(330)와의 초점이 안 맞을 수가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 상기한 문제점을 해결하기 위해 거리 센서(357)를 포함하여, 자동으로 측정 대상 물체(M)에 대한 초점을 맞추고자 한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래프 복원 장치(300)는 물체광 대물 렌즈가 없는 상태에서 광학적 포커싱(optical focusing)뿐만 아니라 디지털 포커싱(digital focusing)을 이용하여 측정 대상 물체(M)에 대한 초점을 맞추고자 한다. Therefore, the above-described optical configuration is fixedly positioned as previously set, and in order to inspect a plurality of objects M to be measured, it is necessary to measure while changing the objects M to be measured on the plate 351. For example, the distance between the image sensor 380 and the optical splitter 330 or the distance between the image sensor 380 and the second optical splitter 332 may be constant. At this time, since the plate 351 continuously moves to set the object M to be measured, the above-described optical configuration, in particular, the focus with the optical splitter 330 may be out of focus. The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention includes a distance sensor 357 to automatically solve the above-described problem, and attempts to automatically focus on the object M to be measured. In particular, the holographic graph reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention uses an optical focusing as well as digital focusing in the absence of an object light objective lens to the object M to be measured. I want to focus on.

본 발명의 일 실시예에 따른 거리 센서(357)는 광 분할기(330)에 인접하게 위치하여 광 분할기(330)와 플레이트(351) 사이의 거리를 감지할 수 있다. 예를 들면, 거리 센서(357)는 플레이트(351)를 향하여 레이저를 방출하고, 플레이트(351)로부터 반사되어 되돌아오는 레이저를 감지하여 플레이트(351)까지의 거리를 측정하는 레이저 거리 센서(Laser Range Finder)일 수도 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예로서, 거리 센서(357)는 플레이트(351) 상에 배치되어, 플레이트(351)의 변위를 감지하는 센서로 구비될 수도 있다. The distance sensor 357 according to an embodiment of the present invention may be located adjacent to the light splitter 330 to detect the distance between the light splitter 330 and the plate 351. For example, the distance sensor 357 emits a laser toward the plate 351, detects a laser reflected back from the plate 351, and measures a distance to the plate 351 by detecting a returned laser (Laser Range) Finder), but the technical idea of the present invention is not limited thereto. As another embodiment, the distance sensor 357 is disposed on the plate 351, it may be provided as a sensor for detecting the displacement of the plate 351.

한편, 거리 센서(357)는 광 분할기(330)와 플레이트(351) 사이의 직접적인 거리를 감지할 수도 있으나, 사전에 거리 센서(357)와 광 분할기(330)와의 거리를 알고 있는 경우, 거리 센서(357)로부터 플레이트(351)까지의 거리를 측정함으로써, 광 분할기(330)와 플레이트(351) 사이의 거리를 도출할 수도 있다. 직접적으로 광 분할기(330)와 플레이트(351) 사이의 거리를 측정하는 경우, 거리 센서(357)의 위치는 측정 방향에 대하여 광 분할기(330)와 동일한 높이 위치에 배치되어야 한다. 이때, 거리 센서(357)의 위치는 광 분할기(330)로부터 분할된 물체광(O)이 출사되는 출사면에 대하여 동일한 높이 위치에 배치될 수 있으나, 전술한 바와 같이, 광 분할기(330)와 거리 센서(357)까지의 거리를 미리 알고 있는 경우에는 반드시 그러할 필요는 없다. On the other hand, the distance sensor 357 may detect a direct distance between the optical splitter 330 and the plate 351, but if the distance between the distance sensor 357 and the optical splitter 330 is known in advance, the distance sensor By measuring the distance from 357 to the plate 351, the distance between the optical splitter 330 and the plate 351 can also be derived. When directly measuring the distance between the optical splitter 330 and the plate 351, the position of the distance sensor 357 should be disposed at the same height position as the optical splitter 330 with respect to the measurement direction. At this time, the position of the distance sensor 357 may be disposed at the same height position with respect to the exit surface from which the object light O divided from the light splitter 330 is emitted, as described above, with the light splitter 330 This is not necessary if the distance to the distance sensor 357 is known in advance.

한편, 플레이트(351)는 측정 대상 물체(M)가 안착되면, 측정 대상 물체(M)와 중첩되는 중첩 영역(A1, 도 3a 참조)과, 측정 대상 물체(M)와 비중첩되는 비중첩영역(A2, 도 3a 참조)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 거리 센서(357)를 이용하여 플레이트(351)와 광 분할기(330)와의 거시적인 거리를 조절할 수 있는데, 이때, 측정 대상 물체(M)가 중첩되는 영역에서 측정하는 경우, 측정 대상 물체(M)의 높이에 따라 그 거리가 달라질 수 있다. On the other hand, the plate 351, when the object to be measured (M) is seated, the overlapping area (A1, see FIG. 3A) overlapping the object to be measured (M), and the non-overlapping area non-overlapping with the object (M) (A2, see FIG. 3A). The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may adjust the macroscopic distance between the plate 351 and the optical splitter 330 using a distance sensor 357, wherein the object to be measured (M) When measuring in an overlapping region, the distance may vary depending on the height of the object M to be measured.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 측정 대상 물체(M)의 정확한 3차원 정보를 생성하는 것이 목적인 바, 높이가 다르게 증착되거나 형성될 수 있는 측정 대상 물체(M)를 기준으로 거리를 측정하지 않고, 일정한 높이의 평면으로 이루어지는 비중첩영역(A2)을 기준으로 플레이트(351)까지의 거리를 감지할 수 있다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 비중첩영역(A2) 중 사전에 설정된 위치에서 플레이트(351)까지의 거리를 측정할 수 있으며, 이를 위해, 플레이트(351)의 정확한 위치를 확인하기 위한 비젼 카메라(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 비젼 카메라(미도시)를 이용하여 플레이트(351)의 평면 방향(x-y)에 대한 위치를 설정한 후, 거리 센서(357)를 이용하여 평면 방향(x-y)에 대해 수직한 높이 방향(z 방향)에 대한 거시적인 거리를 측정할 수 있다. The holographic restoration apparatus 300 according to an embodiment of the present invention aims to generate accurate three-dimensional information of an object M to be measured, and is based on an object M to be deposited or formed with different heights. By measuring the distance, it is possible to detect the distance to the plate 351 based on the non-overlapping area (A2) made of a plane of constant height. The holographic restoring apparatus 300 may measure a distance from a preset position in the non-overlapping area A2 to the plate 351, and for this purpose, a vision camera (not shown) for confirming the correct position of the plate 351 City) may be further included. The holography restoration apparatus 300 uses a vision camera (not shown) to set the position of the plate 351 in the planar direction (xy), and then uses the distance sensor 357 to be perpendicular to the planar direction (xy). Macroscopic distances in one height direction (z direction) can be measured.

한편, 구동 수단(353)은 플레이트(351)와 연결되며, 거리 센서(357)에서 감지한 광학적 거리값을 이용하여 광 분할기(330)에 대해 플레이트(351)를 이동시킬 수 있다. 구동 수단(353)은 플레이트(351)의 높이 방향(z방향)에 대하여 플레이트(351)의 위치를 이동시킬 수 있다. 구동 수단(353)은 모터 또는 유압 실린더와 같은 액츄에이터를 포함할 수 있다. 도시하지 않았지만, 홀로그래피 복원 장치(300)는 구동 수단(353)에 의한 플레이트(351)의 상하구동을 가이드하는 하나 이상의 가이드부재(미도시)를 더 포함하여, 플레이트(351)가 상하로 승하강될 때 비틀어짐없이 안정적으로 지지할 수 있다. Meanwhile, the driving means 353 is connected to the plate 351 and may move the plate 351 relative to the optical splitter 330 using the optical distance value detected by the distance sensor 357. The driving means 353 may move the position of the plate 351 with respect to the height direction (z direction) of the plate 351. The drive means 353 may include an actuator such as a motor or hydraulic cylinder. Although not shown, the holographic restoration apparatus 300 further includes one or more guide members (not shown) for guiding the vertical movement of the plate 351 by the driving means 353, so that the plate 351 moves up and down. When it can, it can stably support without twisting.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)가 측정 대상 물체(M)에 대해 자동으로 초점(outo-focusing)을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 3c 내지 도 3f는 홀로그래피 복원 장치(300)가 디지털 포커싱을 이용하여 초점을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3A and 3B are diagrams for explaining a method in which the holographic restoration apparatus 300 according to an embodiment of the present invention automatically focuses the object M to be measured (outo-focusing). 3F is a diagram for explaining a method in which the holographic reconstruction apparatus 300 focuses using digital focusing.

도 3a를 참조하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 플레이트(351) 상에 측정 대상 물체(M)가 안착되면, 먼저 거리 센서(357)를 이용하여 플레이트(351)와 광 분할기(330) 사이의 거리를 감지할 수 있다. 이때, 거리 센서(357)는 플레이트(351)까지의 거리를 감지하고 제1 신호(S1)를 생성하게 되는데, 전술한 바와 같이, 광 분할기(330)와 거리 센서(357)가 동일한 높이 위치에 있는 경우, 제1 신호(S1)는 광 분할기(330)와 플레이트(351)까지의 거리 정보를 포함하는 신호일 수 있다. 또는, 거리 센서(357)가 광 분할기(330)와 다른 높이 위치에 있는 경우, 제1 신호(S1)는 거리 센서(357)와 플레이트(351)까지의 거리 정보를 포함하는 신호일 수 있다. Referring to FIG. 3A, when the object M to be measured is seated on the plate 351, the holography restoration apparatus 300 first uses a distance sensor 357 to determine the distance between the plate 351 and the optical splitter 330. Distance can be detected. At this time, the distance sensor 357 detects the distance to the plate 351 and generates a first signal S1. As described above, the optical splitter 330 and the distance sensor 357 are at the same height position. If present, the first signal S1 may be a signal including distance information between the optical splitter 330 and the plate 351. Alternatively, when the distance sensor 357 is at a different height position from the optical splitter 330, the first signal S1 may be a signal including distance information to the distance sensor 357 and the plate 351.

프로세서(390)는 거리 센서(357)로부터 제1 신호(S1)를 제공받고, 제1 신호(S1)에 따라 플레이트(351)의 높이를 조절하도록 구동 수단(353)을 제어할 수 있다. 만약, 거리 센서(357)와 광 분할기(330) 사이의 높이 위치가 다른 경우, 프로세서(390)에는 거리 센서(357)와 광 분할기(330)의 위치 정보가 사전에 저장될 수 있으며, 사전에 저장된 정보 및 제1 신호(S1)를 이용하여, 플레이트(351)의 높이 위치를 조절할 수 있다. The processor 390 may receive the first signal S1 from the distance sensor 357 and control the driving means 353 to adjust the height of the plate 351 according to the first signal S1. If the height position between the distance sensor 357 and the optical splitter 330 is different, the location information of the distance sensor 357 and the optical splitter 330 may be stored in advance in the processor 390. Using the stored information and the first signal S1, the height position of the plate 351 can be adjusted.

도 3b를 참조하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 방법을 통해 거시적으로 위치가 조정된 측정 대상 물체(M)의 이미지를 측정하고, 획득된 이미지에 디지털 포커싱(digital focusing)을 수행하여 초점을 맞출 수 있다. 여기서, 디지털 포커싱(digital focusing)은 광학적 구성의 움직임 없이 프로세서(390) 내에서 획득된 이미지를 기준으로 디지털 거리값을 변화시키면서 이미지를 계산하고, 계산된 이미지들 중 가장 초점이 맞는 이미지를 기준으로 측정 대상물체의 표면의 3차원 형상 정보를 생성하는 것을 의미한다. Referring to FIG. 3B, the holography restoring apparatus 300 measures an image of a measurement object M that is macroscopically adjusted through the above-described method, and performs digital focusing on the acquired image to focus Can fit. Here, digital focusing calculates an image while changing a digital distance value based on an image acquired in the processor 390 without movement of an optical configuration, and based on the most focused image among the calculated images. It means to generate three-dimensional shape information of the surface of the object to be measured.

본 명세서에서 디지털 포커싱은 디지털 거리값에 의존하는 전달함수(transfer fuction)을 이용하여 영상 센서(380)로부터 획득한 이미지에 포커싱 과정을 수행할 수 있다. 여기서, 전달함수는 하기와 같이 나타낼 수 있다. In this specification, digital focusing may perform a focusing process on an image obtained from the image sensor 380 using a transfer function that depends on a digital distance value. Here, the transfer function can be expressed as follows.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 단일 파장의 코히런트(coherent)한 레이저를 광원으로 사용하므로, 영상 센서(380)로부터 획득한 이미지에 디지털 포커싱을 수행하기 위해서 디지털 거리값(d)을 변화시키면서 계산된 이미지를 생성할 수 있다. Since the holographic reconstruction apparatus 300 according to embodiments of the present invention uses a coherent laser of a single wavelength as a light source, a digital distance value to perform digital focusing on an image obtained from the image sensor 380 The calculated image can be generated by changing (d).

도 3c은 광학적 포커싱 방법에 의해 초점이 맞춰진 이미지이고, 도 3d는 도 3c의 이미지로부터 광학적 거리를 100 um 상방으로 이동시켜 영상 센서(380)를 통해 획득한 이미지이다. 도 3c 및 도 3d를 참조하면, 광학적으로 포커싱된 이미지 내의 측정 대상 물체(M)는 광학적 거리를 이동시키는 것에 의해 에지 부분이 블러링(blurring)됨을 확인할 수 있다. 3C is an image focused by an optical focusing method, and FIG. 3D is an image obtained through the image sensor 380 by moving the optical distance from the image of FIG. 3C upward 100 um. Referring to FIGS. 3C and 3D, it can be seen that the measurement target object M in the optically focused image has an edge portion blurred by moving the optical distance.

도 3e 및 도 3f는 도 3d의 블러링된 이미지를 기준으로 디지털 거리값(d)을 각각 하방으로 100 um 및 200 um 이동시켜 전달함수를 이용하여 생성된 이미지이다. 도 3e를 참조하면, 초점이 맞춰진 이미지로부터 광학적으로 100 um 상방 이동하여 촬영된 이미지를 디지컬 포커싱 기법을 이용하여 디지털 거리값(d)을 100 um 하방으로 적용하여 계산하게 되면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 광학적 초점이 맞춰진 이미지와 거의 동일한 결과를 획득함을 확인할 수 있다. 3E and 3F are images generated using a transfer function by moving the digital distance value d 100 um and 200 um downward based on the blurred image of FIG. 3d, respectively. Referring to FIG. 3E, when the image taken by optically moving upward 100 um from the focused image is calculated by applying a digital distance value d to 100 um below using a digital focusing technique, it is illustrated in FIG. 3C. As can be seen, it can be seen that the optically focused image acquires almost the same results.

또한, 도 3f를 참조하면, 초점이 맞춰진 이미지로부터 광학적으로 100 um 상방 이동하여 촬영된 이미지를 디지컬 포커싱 기법을 이용하여 디지털 거리값(d)을 광학적 초점거리보다 큰 200 um 하방으로 적용하여 계산하게 되면, 도 3c와 달리 초점이 맞지 않아 블러링된 이미지가 생성됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 상기한 디지털 포커싱 기법에 의해 광학적 포커싱과 동일하게 초점을 맞출 수 있고, 이를 통해 물체광 대물 렌즈를 반드시 구비할 필요가 없어 전체 시스템의 구성을 간소화시킬 수 있다. In addition, referring to FIG. 3F, the digital image value (d) is calculated by applying a digital distance value (d) 200 μm below the optical focal length using a digital focusing technique to move the image taken by optically moving 100 um upward from the focused image. If it does, unlike FIG. 3C, it can be confirmed that the blurred image is generated because it is out of focus. That is, the holographic restoring apparatus 300 according to the embodiments of the present invention can focus in the same manner as the optical focusing by the digital focusing technique described above, and through this, it is not necessary to have an object light objective lens. The configuration of can be simplified.

한편, 도 4a 및 도 4b는 측정 대상 물체(M)의 이미지 내에서 에지(Edge)를 검출하여 초점을 맞추는 방법을 설명하기 위한 도면이다. Meanwhile, FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a method of detecting and focusing an edge in an image of an object M to be measured.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 포커싱을 이용함에 있어 수동으로 초점을 맞추는 것뿐만 아니라, 자동으로 초점을 맞출 수 있다. 이때, 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 포커싱에 의해 생성되는 이미지의 에지(Edge)를 검출하고, 이를 기준으로 포커싱 작업을 수행할 수 있다. 4A and 4B, the holographic restoration apparatus 300 according to embodiments of the present invention can automatically focus as well as focus manually when using digital focusing. At this time, the holography restoring apparatus 300 may detect an edge of an image generated by digital focusing, and perform a focusing operation based on this.

다시 말해, 프로세서(390)는 영상 센서(380)로부터 획득된 이미지를 이용하여 디지털 거리값(d)을 변화하면서 계산된 계산 이미지를 생성하고, 계산 이미지의 에지(Edge)를 검출할 수 있다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 실제 측정 대상 물체(M)의 3차원 형상 정보를 생성하기 위한 이미지를 측정하기에 앞서, 상기한 거리 센서(357)를 이용해 거시적으로 초점이 맞춰진 측정 대상 물체(M)의 거시적 이미지를 측정할 수 있다.In other words, the processor 390 may generate a calculated calculated image while changing the digital distance value d by using the image acquired from the image sensor 380 and detect an edge of the calculated image. Before measuring the image for generating the 3D shape information of the actual measurement target object M, the holographic restoration apparatus 300 uses the distance sensor 357 to focus macroscopically on the measurement target object M. Can measure the macroscopic image of

프로세서(390)는 이러한 거시적 이미지가 제공되면, 디지털 거리값(d)을 변화시키면서 생성된 계산 이미지들 내에 포함된 에지(Edge)를 검출하고, 검출된 에지(Edge)의 콘트라스트(contrast) 값을 추출할 수 있다. 이때, 프로세서(390)는 에지 검출 알고리즘을 이용하여 이미지 내의 에지 픽셀들을 검출할 수 있다. 에지 검출의 목표는 이미지 강도(image intensity)가 샤프하게 변하는 디지털 이미지에서 각 점들을 인식하는 것으로서, 에지 검출 과정에서 불연속성이 탐지되며, 초점을 자동으로 맞추는 것과 같이 시스템이 중요 이벤트를 인지하도록 보조할 수 있다. 에지 검출은 이미지 처리, 이미지 분석, 이미지 패턴 인식, 및 컴퓨터 비전 등의 처리에서 중요한 단계 중 하나일 수 있다. When such a macroscopic image is provided, the processor 390 detects an edge included in the generated calculated images while changing the digital distance value d, and calculates the contrast value of the detected edge. Can be extracted. At this time, the processor 390 may detect edge pixels in the image using an edge detection algorithm. The goal of edge detection is to recognize each point in a digital image whose image intensity changes sharply, discontinuities are detected during the edge detection process, and assist the system to recognize important events, such as automatically focusing. Can be. Edge detection may be one of the important steps in processing such as image processing, image analysis, image pattern recognition, and computer vision.

예를 들면, 프로세서(390)는 디지털 포커싱에 의해 계산된 계산 이미지 내의 픽셀들의 x 방향 밝기 및 색상 변화율, 그리고 y 방향 밝기 및 색상 변화율을 측정하여 변화율이 큰 지점의 픽셀들을 에지 픽셀로서 검출할 수 있다. 일 실시예로서, 프로세서(390)는 추출된 콘트라스트 값에 기초하여 가장 초점이 잘 맞은 계산 이미지를 초점 이미지로 사용할 수 있다. 또는, 다른 실시예로서, 프로세서(390)는 추출된 콘트라스트 값에 기초하여 가장 초점이 잘 맞은 계산 이미지에 대응되는 디지털 거리값(d)을 획득하고, 거시적 초점 거리가 맞춰진 플레이트(351)와 광 분할기(330) 사이의 거리가 디지털 거리값(d)에 의해 조절되도록 구동수단(353)을 제어할 수 있다. For example, the processor 390 may measure the x-direction brightness and color change rate, and the y-direction brightness and color change rate of pixels in the calculated image calculated by digital focusing to detect pixels having a large change rate as edge pixels. have. In one embodiment, the processor 390 may use the most focused computational image as the focus image based on the extracted contrast value. Or, as another embodiment, the processor 390 acquires a digital distance value d corresponding to the most focused calculated image based on the extracted contrast value, and the light and the plate 351 in which the macroscopic focus distance is set. The driving means 353 may be controlled so that the distance between the dividers 330 is controlled by the digital distance value d.

다시 말해, 거리 센서(357)에 의해 플레이트(351)의 거시적인 거리가 조절되면, 영상 센서(380)는 측정 대상 물체(M)에 대하여 거시적 이미지를 획득한 후 프로세서(390)로 제공하고, 이때 프로세서(390)는 상기한 거시적 이미지로부터 디지털 포커싱에 의해 계산된 계산이미지들의 에지(Edge)를 검출할 수 있다. 도 4a와 같이, 초점이 안 맞는 경우 에지(Edge)에서 블러(blur)가 발생하여 콘트라스트값이 낮으며, 도 4b와 같이 초점이 맞는 경우, 에지(Edge)에서의 콘트라스트 값이 도 4a보다 상대적으로 높게 된다. In other words, when the macroscopic distance of the plate 351 is adjusted by the distance sensor 357, the image sensor 380 acquires a macroscopic image of the object M to be measured and provides it to the processor 390, At this time, the processor 390 may detect an edge of the calculated images calculated by digital focusing from the macroscopic image. As shown in FIG. 4A, when focus is not achieved, a blur is generated at an edge, so the contrast value is low. When focus is achieved as shown in FIG. 4B, the contrast value at the edge is relative to FIG. 4A. It becomes high.

일 실시예로서, 프로세서(390)는 계산 이미지들의 에지(Edge) 중 가장 높은 콘트라스트 값을 갖는 초점 이미지를 선택하고, 선택된 초점 이미지에 대응되는 디지털 거리값(d)을 도출해낼 수 있다. 이후, 프로세서(390)는 디지털 포커싱에 의해 도출된 디지털 거리값(d)에 대응되도록 구동수단(353)을 통해 플레이트(351)의 높이를 미시적으로 조절할 수 있다. 이후, 프로세서(390)는 도출된 디지털 거리값(d)에 대응되는 높이에 플레이트(351)를 위치시킨 후, 3차원 형상 정보 생성에 필요한 실제 이미지를 측정할 수 있다. 다른 실시예로서, 프로세서(390)는 사전에 설정된 기준 범위에 대응되는 콘트라스트값을 갖는 높이에 플레이트(351)를 위치시킬 수도 있다. In one embodiment, the processor 390 may select a focus image having the highest contrast value among edges of calculated images, and derive a digital distance value d corresponding to the selected focus image. Thereafter, the processor 390 may microscopically adjust the height of the plate 351 through the driving means 353 to correspond to the digital distance value d derived by digital focusing. Thereafter, the processor 390 may measure the actual image required to generate the 3D shape information after placing the plate 351 at a height corresponding to the derived digital distance value d. In another embodiment, the processor 390 may position the plate 351 at a height having a contrast value corresponding to a preset reference range.

또한, 프로세서(390)는 상기한 콘트라스트값을 비교할 때, 에지(Edge)의 한 지점에서의 콘트라스트값들을 비교할 수도 있고, 에지(Edge) 전체의 콘트라스트값을 평균내어 평균값들을 비교할 수도 있다. In addition, when comparing the above-described contrast value, the processor 390 may compare the contrast values at one point of the edge, or average the contrast values of the entire edge to compare the average values.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 광학적 포커싱에 의해 거시적으로 초점을 조정한 후, 디지털 포커싱에 의해 미시적으로 초점을 조정하여 초점 이미지를 획득할 수 있다. 특히, 홀로그래피 복원 장치(300)는 에지(Edeg) 검출을 이용하여 디지털 포커싱을 자동으로 구현할 수 있다. As described above, the holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention can obtain a focus image by adjusting focus microscopically by optical focusing and then focusing microscopically by digital focusing. In particular, the holography reconstruction apparatus 300 may automatically implement digital focusing using edge detection.

도 5a 및 도 5b는 예시적인 측정 대상 물체(350)의 외형을 설명하기 위한 도면이다. 측정 대상 물체(350)가 기판(M)인 경우 증착 재료들이 마스크 패턴을 따라 기판(M) 상에 형성될 수 있다. 기판(M)에 증착되는 박막 패턴은 다소 복잡한 형상으로 이루어지므로, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 단순화된 패턴을 예로 들어 설명하기로 한다. 5A and 5B are diagrams for explaining the appearance of an exemplary object to be measured 350. When the object to be measured 350 is the substrate M, deposition materials may be formed on the substrate M along the mask pattern. Since the thin film pattern deposited on the substrate M has a somewhat complicated shape, the simplified pattern shown in FIGS. 5A and 5B will be described below as an example for convenience of description.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 측정 대상 물체(350)는 일면에 소정의 간격에 따라 배치된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면, 측정 대상 물체(350)는 X-Y 평면과 평행하는 면 상에 Z 방향으로 돌출된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 5A and 5B, the object to be measured 350 may include rectangular parallelepiped structures 51A to 51I arranged on one surface at predetermined intervals. In other words, the object to be measured 350 may include rectangular parallelepiped structures 51A to 51I protruding in the Z direction on a plane parallel to the X-Y plane.

이하에서는 홀로그래피 복원 장치(300)가 측정 대상 물체(350)의 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)이 배치된 면과 수직하는 방향으로 물체광(O)을 조사하여 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득하는 것을 전제로 설명한다.Hereinafter, the holography restoration apparatus 300 irradiates the object light O in a direction perpendicular to the surface on which the structures 51A to 51I of the rectangular parallelepiped structure of the object to be measured 350 are disposed, and thus the image of the object to be measured 350 It will be described on the premise of obtaining.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(380)는 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득할 수 있다.First, the image sensor 380 according to an embodiment of the present invention may acquire an image of the object 350 to be measured.

본 발명에서 측정 대상 물체(350)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(350)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the'image' of the object to be measured 350 is the intensity information at each position of the object hologram U0(x,y,0) with respect to the object to be measured 350 (ie | (U0(x,y,0)| 2 ), and may be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

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

가령 영상 센서(380)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 5에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the image sensor 380 may acquire an image as shown in FIG. 5 for a portion of the object to be measured 350 shown in FIGS. 5A and 5B (for example, a portion including 51A and 51B). Can be.

영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 영상 센서(380)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(350)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image acquired by the image sensor 380 includes intensity information at each position of the object hologram U0(x,y,0) as described above, the image sensor 380 acquires the general It may be different from the image of the object to be measured 350 (that is, photographed only with object light O).

수학식 2를 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(350)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to Equation 2, the object hologram U0(x,y,0) does not include the object light 0 including the phase information of the object 350 to be measured at each point and the phase information of the object to be measured. It may be generated by the interference of the reference light (R).

또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 광학 소자들의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram (U0(x,y,0)) is in addition to the phase information (ie, height information of the object) at each point (ie, each x,y point) of the object 350 to be measured, according to aberration of optical elements. Errors and noise (eg, speckle noise due to the use of a photon of a laser) may be further included.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 후술하는 바와 같은 다양한 연산 과정을 수행할 수 있다.Accordingly, the processor 390 according to an embodiment of the present invention may perform various calculation processes as described below to remove the above-described error and noise from the image acquired by the image sensor 380.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다.The processor 390 according to an embodiment of the present invention may check frequency components of an image acquired by the image sensor 380. For example, the processor 390 may perform a 2D Fourier Transform on the image to check frequency components of the image.

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

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

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(390)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다.The processor 390 according to an embodiment of the present invention may extract only components corresponding to the real world from the identified frequency components. At this time, the processor 390 may extract components corresponding to the actual image in various ways.

가령 프로세서(390)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the processor 390 extracts components having a peak value (hereinafter referred to as peak components) among the frequency components included in the image, and a peak component corresponding to a real image among the extracted peak components. Components within the frequency difference of firing can be extracted as components corresponding to the actual image.

이때 프로세서(390)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분 중에서, 피크 성분을 포함하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 피크 성분으로부터 십자가 영역의 길이는 실상에 대응되는 주파수 성분 및 원점과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리 차분값을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the processor 390 may determine components corresponding to the real image in various ways based on the peak component corresponding to the real image. For example, the processor 90 may determine, among the frequency components corresponding to the real image, frequency components in the cross region including the peak component as components corresponding to the real image. At this time, the length of the cross region from the peak component may be determined based on a distance difference value between a frequency component corresponding to the real image and a frequency component corresponding to the origin. For example, however, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

선택적 실시예에서 프로세서(390)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an optional embodiment, the processor 390 may extract only components corresponding to a real image from among frequency components included in the hologram using an automatic real image spot-position extraction algorithm.

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

도 7은 도 6에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram showing frequency components of an image for a portion of the measurement target object 350 shown in FIG. 6.

전술한 바와 같이 프로세서(390)는 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.As described above, the processor 390 may check frequency components of the image acquired by the image sensor 380, and accordingly, the processor 390 may include a frequency component 911 corresponding to the real image and a frequency component corresponding to the virtual image. Various frequency components including 912 and DC component 913 may be identified.

또한 프로세서(390)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하게 된다. 구체적으로, 프로세서(390)는 간섭 무늬의 방향 및 간섭 무늬의 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 제거함으로써, 가령 도 8a, 도 8b, 도 8c, 및 도 8d에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 간섭 무늬의 방향에 따라 십자가 영역의 방향은 회전하게 된다. In addition, the processor 390 may extract only the frequency component 911 corresponding to the actual condition among the identified components. At this time, the processor 390 removes noise from the frequency component corresponding to the actual image. Specifically, the processor 390 removes, as noise, the frequency components located in the direction of the interference fringe and the normal direction of the interference fringe, thereby corresponding to the real image as shown in FIGS. 8A, 8B, 8C, and 8D. The frequency components in the cross region centered on the peak component can be determined as components corresponding to the actual image. At this time, the direction of the cross region is rotated according to the direction of the interference fringe.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다. 이를 보다 상세히 살펴보면, 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(390)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The processor 390 according to an embodiment of the present invention may generate digital reference light from frequency components corresponding to a real image extracted by the above-described process. Looking at this in more detail, the processor 390 may calculate the propagation direction and wave number of the digital reference light based on the frequency components corresponding to the actual image. In other words, the processor 390 may calculate the wavenumber vector of the digital reference light.

또한 프로세서(390)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 하기 수학식 3에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.In addition, the processor 390 generates a digital reference light based on the propagation direction and wave number (or wave vector) of the digital reference light, and generates a conjugate term of the digital reference light (R(x,y)) generated as in Equation 3 below. By obtaining, the correction light Rc(x,y) can be generated.

[수학식 3][Equation 3]

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

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

프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911) 중에서, 피크 성분(911P)에 대응하여 간섭 무늬의 법선 및 간섭 무늬와 평행한 방향선(Line1, Line2)을 추출한다. 프로세서(390)는 Line1 및 Line2를 포함하는 영역을 노이즈 영역(Noise1, Noise2, Noise3, Noise4)으로 결정한다. 프로세서(390)는 노이즈 영역들을 제외한 영역에 분포된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 프로세서(90)는 노이즈 영역을 제외한 패턴을 이용하여 노이즈를 제거한 실상과 대응되는 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 프로세서(90)는 Line1 및 Line 2에 분포된 주파수 성분들을 배제하는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거할 수 있다. 이때, 프로세서(90)는 원점 성분(913) 및 실상과 대응되는 주파수 성분(911) 사이의 거리 차분 값의 일정 비율 예를 들어, 1/3배의 R을 기초로 십자 모양 패턴(Pattern1)을 결정할 수 있다.The processor 390 extracts a normal line of the interference fringe and direction lines (Line1, Line2) parallel to the interference fringe corresponding to the peak component 911P from the frequency components 911 corresponding to the real image. The processor 390 determines regions including Line1 and Line2 as noise regions (Noise1, Noise2, Noise3, and Noise4). The processor 390 may extract frequency components distributed in regions excluding noise regions. The processor 90 may extract frequency components corresponding to the reality in which noise is removed using a pattern excluding the noise region. As shown in FIG. 8C, the processor 90 may remove noise using a cross-shaped pattern (Pattern1) excluding frequency components distributed in Line1 and Line2. At this time, the processor 90 generates a cross-shaped pattern (Pattern1) based on a constant ratio of the distance difference value between the origin component 913 and the actual frequency component 911, for example, 1/3 times R. Can decide.

프로세서(90)는 노이즈 영역을 제거하는 다양한 패턴을 설정할 수 있다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 실상과 대응되는 주파수 성분(911)의 피크 성분에 가까울수록 폭이 넓어지는 패턴(Pattern2)을 이용하여 실상과 대응되는 주파수 성분의 노이즈를 할 수 있다. The processor 90 may set various patterns to remove the noise region. As illustrated in FIG. 8D, the noise of the frequency component corresponding to the real image may be performed by using a pattern (Pattern2) that is wider as it approaches the peak component of the frequency component 911 corresponding to the real image.

디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 9a 및 도 9c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 9b 및 도 9d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 9a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 9c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R(x,y) and the correction light Rc(x,y) have a conjugate relationship, as shown in FIGS. 9A and 9C, the intensity is the same, as shown in FIGS. 9B and 9D. Likewise, the phases can be reversed. Here, FIG. 9A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R(x,y), FIG. 9B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 9C is the intensity of the correction light Rc(x,y). Fig. 9D is a diagram showing the phase of the correction light.

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

한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(330)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 프로세서(390)가 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the'digital reference light' is light having the same properties as the reference light R generated by the above-described light splitter 330 from light of a single wavelength, and the processor 390 recovers from the image acquired by the image sensor 380. It can be a virtual light.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 9와 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. The processor 390 according to an embodiment of the present invention may generate a real hologram based on frequency components corresponding to the real image extracted by the above-described process. For example, the processor 390 may generate an actual hologram as shown in FIG. 9 by performing an inverse 2D Fourier transform on frequency components corresponding to the actual image.

이때 실상 홀로그램은 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In this case, the hologram may be represented by Equation 4 below.

[수학식 4][Equation 4]

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

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

한편 이와 같은 실상 홀로그램(Um(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 높이에 관한 정보 외에, 기준광(R)에 대한 정보 및 광학 소자들의 수차에 의한 오차를 포함할 수 있다. Meanwhile, such a hologram Um(x,y,0) may include errors related to aberrations of optical elements and information about the reference light R, in addition to information about the height of the object to be measured 350.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 기준광(R)에 의한 영향 및 광학 소자들의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. Therefore, the processor 390 according to an embodiment of the present invention takes into account the influence by the reference light R and the error due to the aberration of the optical elements, thereby correcting the corrected hologram Uc() from the hologram Um(x,y,0). x,y,0)).

가령 프로세서(90)는 아래의 수학식 5와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. For example, the processor 90 may include a term (Rc(x,y)) for correction light and a term for correction of curvature aberration (Rca(x) in the actual hologram (Um(x,y,0)) as shown in Equation 5 below. ,y)) to generate a correction hologram Uc(x,y,0).

[수학식 5][Equation 5]

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

여기서 Uc(x,y,0)는 기준광(R)에 대한 정보 및 광학 소자들의 수차 정보가 제거된 보정 홀로그램을 나타내고, Um(x,y,0)는 실상 홀로그램을 나타내며, Rc(x,y)는 보정광에 대한 항을 나타내고, Rca(x,y) 곡률 수차 보정에 대한 항을 나타낸다.Here, Uc(x,y,0) represents a correction hologram in which information about the reference light R and aberration information of optical elements are removed, Um(x,y,0) represents a real hologram, and Rc(x,y) ) Denotes a term for correction light, and Rca(x,y) denotes a term for curvature aberration correction.

한편 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 다양한 방법으로 전술한 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다.Meanwhile, the processor 390 according to an embodiment of the present invention may generate the term Rca(x,y) for curvature aberration correction described above in various ways.

가령 프로세서(390)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))만 곱해진 홀로그램(이하 중간 홀로그램)으로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다. For example, the processor 390 may actually measure the hologram Um(x,y,0) multiplied by only the term Rc(x,y) for the correction light from the hologram (hereinafter, the intermediate hologram) 3 of the object to be measured 350 A dimensional shape may be generated, and a term Rca(x,y) for curvature aberration correction may be generated from the generated 3D shape.

이를 보다 자세히 살펴보면, 프로세서(390)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.Looking at this in more detail, the processor 390 may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape of the measurement target object 350 generated from the intermediate hologram. At this time, the parameter may include, for example, a coordinate and a radius of a center point defining a hemispherical curved surface.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.11 and 12 are diagrams for explaining a method in which the processor 390 according to an embodiment of the present invention determines a curvature aberration correction term from an intermediate hologram.

설명의 편의를 위하여 영상 센서(380)가 도 3b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 프로세서(390)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 10에 도시된 바와 같다고 가정한다.For convenience of description, it is assumed that the image sensor 380 acquires an image of the cuboid-shaped structure 51D of FIG. 3B, and the processor 390 generates an intermediate hologram for the structure 51D according to the above-described process. do. It is also assumed that the three-dimensional shape 920 of the structure 51D generated from the intermediate hologram for the structure 51D is as shown in FIG. 10.

전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 도 12에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 프로세서(390)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the assumptions described above, the processor 390 according to an embodiment of the present invention may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape 920. For example, the processor 390 may determine, as parameters, the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the hemispherical surface and the radius (r) of the surface from the curve on the II section of the three-dimensional shape 920 as shown in FIG. 12. . At this time, the processor 390 according to an embodiment of the present invention may determine the position and/or direction of the cutting surface such that the cutting surface such as the I-I cross section includes the center point of the three-dimensional shape 920 (ie, the center point of the hemispherical shape). Also, the processor 390 may determine that a cutting surface such as an I-I cross section is parallel to the traveling direction of the object light 0.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The processor 390 according to an embodiment of the present invention may generate (or determine) a curvature aberration correction term based on at least one parameter determined by the above-described process. For example, the processor 390 refers to the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the curved surface and the radius (r) of the curved surface to generate a curved surface in 3D space, and is reflected in the phase correction of each x,y point from the generated curved surface. A curvature aberration correction term may be generated (or determined) by generating information.

선택적 실시예에서, 프로세서(390)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an optional embodiment, the processor 390 may determine a correction term from an intermediate hologram of an object to be measured (eg, an object having the same z value in all x and y coordinates) whose shape is known in advance.

형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 프로세서(390)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of an object to be measured in advance of the shape, since the z value at each of the x and y points is known in advance, the processor 390 determines the three-dimensional shape of the object to be measured generated from the intermediate hologram and the shape of the object to be measured. The correction term can also be determined by checking the difference in z values at each x and y point. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(390)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The processor 390 according to an embodiment of the present invention may generate a three-dimensional shape of the object 350 to be measured based on the correction hologram Uc(x,y,0). In other words, the processor 390 may calculate the height in the z direction of the object at each x and y point.

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

프로세서(390)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 13a, 도 13b, 도 13c와 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 13a에는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하지 않고 복원한 결과가 도시되며, 도 13b에는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이며, 도 13c에는 Pattern2를 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이다. A1, A2, A3은 Z 방향의 높이값을 평면 그래프로 표현한 것이다. A1은 노이즈가 제거되지 않아서 z 방향의 높이값의 변화가 크고, A2 및 A3는 z 방향의 높이 값의 변화가 거의 없음을 알 수 있다. The processor 390 may calculate the height in the z direction of the object at points x and y as shown in FIGS. 13A, 13B, and 13C from the restored information in consideration of the reconstructed image plane. FIG. 13A shows the result of restoring without removing noise from the frequency component, and FIG. 13B shows the result of removing noise using the cross-shaped pattern (Pattern1), and FIG. 13C shows the result of removing noise using Pattern2. . A1, A2, and A3 represent the height value in the Z direction as a flat graph. It can be seen that A1 has no noise, so that the height value in the z direction is large, and A2 and A3 have little change in the height value in the z direction.

프로세서(390)는 십자 모양 패턴(Pattern)을 이용하는 경우, 아래의 수학식 6에 따라서 주파수 성분을 추출할 수 있다.When the cross-shaped pattern is used, the processor 390 may extract frequency components according to Equation 6 below.

[수학식 6] [Equation 6]

Figure pat00003
Figure pat00003

도 13a, 도 13b, 도 13c에는 측정 대상 물체(350) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.13A, 13B, and 13C, three-dimensional shapes of two cuboid-shaped structures 51A and 51B disposed on the object to be measured 350 are exemplarily illustrated.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 수행되는 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 도 2 내지 도 13에서 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략하되, 도 2 내지 도 13을 함께 참조하여 설명한다.14 is a flowchart illustrating a method of generating three-dimensional shape information of a measurement target object 350 performed by the holographic restoration apparatus 300 according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, descriptions of contents overlapping with those described in FIGS. 2 to 13 will be omitted, but will be described with reference to FIGS. 2 to 13 together.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득할 수 있다(S1201).The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may acquire an image of the object 350 to be measured (S1201 ).

본 발명에서 측정 대상 물체(350)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(350)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 상술한 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the'image' of the object to be measured 350 is the intensity information at each position of the object hologram U0(x,y,0) with respect to the object to be measured 350 (ie | (U0(x,y,0)| 2 ), and may be represented by Equation 2 described above.

가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 6에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the holographic restoration apparatus 300 acquires an image as shown in FIG. 6 for a portion of the object to be measured 350 shown in FIGS. 5A and 5B (for example, a portion including 51A and 51B). can do.

홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 홀로그래피 복원 장치(300)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(350)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image acquired by the holographic reconstruction apparatus 300 includes intensity information at each position of the object hologram U0(x,y,0) as described above, the holographic reconstruction apparatus 300 is obtained It may be different from the image of the object 350 to be measured (ie, photographed only with the object light O).

수학식 2를 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(350)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to Equation 2, the object hologram U0(x,y,0) does not include the object light 0 including the phase information of the object 350 to be measured at each point and the phase information of the object to be measured. It may be generated by the interference of the reference light (R).

또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 광학 소자들의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram (U0(x,y,0)) is in addition to the phase information (ie, height information of the object) at each point (ie, each x,y point) of the object 350 to be measured, according to aberration of optical elements. Errors and noise (eg, speckle noise due to the use of a photon of a laser) may be further included.

따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 단계 S1202 내지 단계 S1207의 연산 과정을 수행할 수 있다.Therefore, the holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may perform the calculation process of steps S1202 to S1207 to remove the above-described error and noise from the image acquired by the holographic reconstruction apparatus 300. .

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다(S1202). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may check frequency components of an image obtained by the holographic reconstruction apparatus 300 (S1202 ). For example, the holography reconstruction apparatus 300 may perform a 2D Fourier Transform on the image to check frequency components of the image.

바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 위치 별 강도 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함하는 이미지에 포함된 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 이때 이미지는 실상(Real Image)에 대응되는 주파수 성분, 허상(Imaginary Image)에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분을 포함할 수 있다. In other words, the holographic reconstruction apparatus 300 includes the intensity information for each position of the object hologram U0(x,y,0) (that is, the frequency included in the image including |(U0(x,y,0)| 2 )) Components may be identified, wherein the image may include a frequency component corresponding to a real image, a frequency component corresponding to an imaginary image, and a DC component.

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

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다(S1203). 이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다. The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may extract only components corresponding to a real image from the identified frequency components (S1203 ). At this time, the holographic reconstruction apparatus 300 may extract components corresponding to the actual image in various ways.

가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the holographic reconstruction apparatus 300 extracts components having a peak value (hereinafter referred to as peak components) among the frequency components included in the image, and a peak corresponding to a real image among the extracted peak components Components within the frequency difference between the component and the firing can be extracted as components corresponding to the actual condition.

이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.At this time, the holographic reconstruction apparatus 300 may determine components corresponding to the actual image in various ways based on a peak component corresponding to the actual image. For example, the holographic reconstruction apparatus 300 may determine frequency components in a cross region centered on a peak component corresponding to the real image as components corresponding to the real image. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

선택적 실시예에서 홀로그래피 복원 장치(300)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an optional embodiment, the holographic reconstruction apparatus 300 may extract only components corresponding to the real image from among the frequency components included in the hologram using an automatic real image spot-position extraction algorithm.

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

다시 도 7을 참조하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.Referring back to FIG. 7, the holography reconstruction apparatus 300 may check frequency components of an image obtained by the holography reconstruction apparatus 300, and accordingly, the holography reconstruction apparatus 300 may correspond to a frequency component 911 corresponding to a real image. ), various frequency components including the frequency component 912 and the DC component 913 corresponding to the virtual image may be identified.

또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 가령 도 7에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분(911A)을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들(911B)을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다.Also, the holographic reconstruction apparatus 300 may extract only the frequency component 911 corresponding to the real image from the identified components. In this case, the holographic reconstruction apparatus 300 may determine frequency components 911B in the cross region centered on the peak component 911A corresponding to the real image as components corresponding to the real image, for example, as illustrated in FIG. 7.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다(S1204). 이를 보다 상세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may generate digital reference light from frequency components corresponding to a real image extracted by the above-described process (S1204). Looking at this in more detail, the holographic reconstruction apparatus 300 may calculate the propagation direction and wave number of the digital reference light based on the frequency components corresponding to the real image. In other words, the holography restoration apparatus 300 may calculate the wavenumber vector of the digital reference light.

또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 상술한 수학식 3에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.In addition, the holographic reconstruction apparatus 300 generates digital reference light based on the propagation direction and wave number (or wave vector) of the digital reference light, and the digital reference light R(x,y) generated as in Equation 3 above. By obtaining the conjugate term, correction light Rc(x,y) can be generated.

디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 9a 및 도 9c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 9b 및 도 9d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 9a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 9c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R(x,y) and the correction light Rc(x,y) have a conjugate relationship, as shown in FIGS. 9A and 9C, the intensity is the same, as shown in FIGS. 9B and 9D. Likewise, the phases can be reversed. Here, FIG. 9A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R(x,y), FIG. 9B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 9C is the intensity of the correction light Rc(x,y). Fig. 9D is a diagram showing the phase of the correction light.

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

한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(330)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 홀로그래피 복원 장치(300)가 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the'digital reference light' is light having the same properties as the reference light R generated by the above-described optical splitter 330 from light of a single wavelength, and the holographic restoring device 300 is obtained by the holographic restoring device 300. It may be a virtual light reconstructed from an image.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램도 생성할 수 있다(S1204). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 10과 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 이때 실상 홀로그램은 상술한 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may also generate a real image hologram based on frequency components corresponding to the real image extracted by the above-described process (S1204). For example, the holographic reconstruction apparatus 300 may generate an actual hologram as shown in FIG. 10 by performing an inverse 2D Fourier transform on frequency components corresponding to the actual image. In this case, the hologram may be represented by Equation 3 described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성하기 위하여 중간 홀로그램을 생성할 수 있다(S1205). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))을 곱함으로써 중간 홀로그램을 생성할 수 있다. 생성된 중간 홀로그램은 단계 S1206에서 곡률 수차 보정정보를 생성하는데 사용될 수 있다.The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may generate an intermediate hologram to generate a term Rca(x,y) for curvature aberration correction (S1205). For example, the holographic reconstruction apparatus 300 may generate an intermediate hologram by multiplying the actual hologram Um(x,y,0) by a term Rc(x,y) for the correction light. The generated intermediate hologram can be used to generate curvature aberration correction information in step S1206.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 단계 S1205에서 생성된 중간 홀로그램으로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다(S1206). 이를 보다 자세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention generates a three-dimensional shape of the object to be measured 350 from the intermediate hologram generated in step S1205, and the term for correcting the curvature aberration from the generated three-dimensional shape ( Rca(x,y)) may be generated (S1206). Looking at this in more detail, the holography restoring apparatus 300 may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape of the measurement target object 350 generated from the intermediate hologram. At this time, the parameter may include, for example, a coordinate and a radius of a center point defining a hemispherical curved surface.

다시 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위하여 홀로그래피 복원 장치(300)가 도 5b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 홀로그래피 복원 장치(300)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 11에 도시된 바와 같다고 가정한다.Referring again to FIGS. 11 and 12, a method for determining a correction term for curvature aberration from an intermediate hologram by the holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention will be described. For convenience of description, the holographic reconstruction apparatus 300 acquires an image of the rectangular parallelepiped structure 51D of FIG. 5B, and the holographic reconstruction apparatus 300 acquires an intermediate hologram for the structure 51D according to the above-described process. It is assumed to have been created. It is also assumed that the three-dimensional shape 920 of the structure 51D generated from the intermediate hologram for the structure 51D is as shown in FIG. 11.

전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 도 12에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the assumptions described above, the holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may determine at least one parameter for determining a curvature aberration correction term from the three-dimensional shape 920. For example, the holographic reconstruction apparatus 300 determines the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the hemispherical curved surface and the radius (r) of the curved surface as parameters from the curve on the II section of the three-dimensional shape 920 as shown in FIG. 12. Can be. At this time, the holographic restoration apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may determine the position and/or direction of the cut surface such that the cut surface, such as the II cross section, includes the center point of the three-dimensional shape 920 (ie, the center point of the hemispherical shape). . Also, the holography restoring apparatus 300 may determine that a cutting surface such as an I-I cross section is parallel to the traveling direction of the object light 0.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The holographic restoration apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may generate (or determine) a curvature aberration correction term based on at least one parameter determined by the above-described process. For example, the holography restoration apparatus 300 generates a curved surface in three-dimensional space with reference to the coordinates (Cx, Cy) of the center point of the curved surface and the radius (r) of the curved surface, and corrects the phase of each x,y point from the generated curved surface. A method of correcting a curvature aberration may be generated (or determined) in a manner of generating information to be reflected.

선택적 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(300)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an optional embodiment, the holographic reconstruction apparatus 300 may determine a correction term from an intermediate hologram of an object to be measured (eg, an object having the same z value in all x and y coordinates) that knows the shape in advance.

형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 홀로그래피 복원 장치(300)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of an object to be measured that knows the shape in advance, since the z value at each of the x and y points is known in advance, the holography restoring apparatus 300 can measure the three-dimensional shape of the object to be measured and the object to be measured from the intermediate hologram. The correction term can also be determined by checking the difference in z values at each x and y point of the shape. However, this is exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 기준광(R)에 의한 영향 및 광학 소자들의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다(S1207). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 수학식 5와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. 이때 보정광에 대한 항(Rc(x,y))은 단계 S1204에서 생성된 것일 수 있고, 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))은 단계 S1206에서 생성된 것일 수 있다.The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention takes a correction hologram Uc from a real hologram Um(x,y,0) in consideration of an error caused by aberrations of optical elements and an effect caused by the reference light R (x,y,0)) may be generated (S1207). For example, the holographic reconstruction apparatus 300 has a term (Rc(x,y)) for correcting light and a term for correcting curvature aberration (Rca) in the actual hologram (Um(x,y,0)) as in Equation 5 described above. By multiplying by (x,y)), a correction hologram Uc(x,y,0) can be generated. In this case, the term Rc(x,y) for the correction light may be generated in step S1204, and the term Rca(x,y) for curvature aberration correction may be generated in step S1206.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다(S1208). 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The holographic restoring apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may generate 3D shape information of the object to be measured 350 based on the corrected hologram Uc(x,y,0) (S1208 ). In other words, the holographic reconstruction apparatus 300 may calculate the height of the object at each x and y point in the z direction.

가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 복원 영상면의 정보로 변환할 수 있다. 이때 복원 영상면은 프로세서에 의해 측정 대상 물체와 영상 센서 사이의 거리에 대응하는 거리만큼의 가상적인 영상 표시 평면을 의미하는 것으로, 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 계산 및 시뮬레이션되는 가상의 면일 수 있다. For example, the holographic reconstruction apparatus 300 may convert the corrected hologram Uc(x,y,0) into information on the reconstructed image surface. In this case, the reconstructed image plane refers to a virtual image display plane corresponding to a distance between the object to be measured and the image sensor by the processor, and may be a virtual plane calculated and simulated by the holographic reconstruction apparatus 300. .

홀로그래피 복원 장치(300)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 13과 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 13에는 측정 대상 물체(350) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.The holographic reconstruction apparatus 300 may calculate the height in the z direction of the object at the x and y points from the reconstructed information in consideration of the reconstructed image plane. In FIG. 13, three-dimensional shapes of two rectangular parallelepiped structures 51A and 51B disposed on the object to be measured 350 are exemplarily illustrated.

도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)의 노이즈 제거 방법의 흐름도들이다. 15 and 16 are flowcharts of a method for removing noise in the holographic reconstruction apparatus 300 according to embodiments of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다(S1203).The holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention may extract only components corresponding to a real image from the identified frequency components (S1203 ).

S12031에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In S12031, the holographic reconstruction apparatus 300 determines a first frequency component corresponding to a real image included in an image, a second frequency component corresponding to a virtual image, and a third frequency component corresponding to an origin.

S12032에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분에서 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향을 산출하고, 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 결정한다. In S12032, the holography restoring apparatus 300 calculates the direction and the normal direction of the interference fringe from the first frequency component, and determines the frequency component located in the direction and normal direction of the interference fringe as noise.

S12033에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 노이즈를 제1 주파수 성분에서 제거하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출한다. In S12033, the holography restoration apparatus 300 removes noise from the first frequency component to extract a frequency component corresponding to the real image.

다른 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(300)는 노이즈를 제거한 패턴을 설정하고 패턴을 이용하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출할 수 있다. In another embodiment, the holography restoring apparatus 300 may set a pattern to remove noise and use the pattern to extract a frequency component corresponding to the real image.

S12034에서 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In S12034, the holographic reconstruction apparatus 300 determines a first frequency component corresponding to the real image included in the image, a second frequency component corresponding to the virtual image, and a third frequency component corresponding to the origin.

S12035에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 십자 영역 패턴을 생성한다. S12036에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분 중에서, 십자 영역 패턴 안에 포함되는 주파수 성분들을 추출한다. In S12035, the holographic reconstruction apparatus 300 generates a cross-region pattern including the peak component of the first frequency component. In S12036, the holographic reconstruction apparatus 300 extracts, among the first frequency components, frequency components included in the cross-region pattern.

십자 영역 패턴을 적용한 수학식은 아래와 같다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 아래의 수학식 7에 따라서 십자 영역 패턴에 포함된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. The mathematical expression to which the cross-region pattern is applied is as follows. The holographic reconstruction apparatus 300 may extract frequency components included in the cross-region pattern according to Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure pat00004
Figure pat00004

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

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

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

[수학식 8][Equation 8]

Figure pat00005
Figure pat00005

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

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

한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of computer programs may include not only machine language codes created by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치(300), 다시 말해, 홀로그래피 복원 장치(300)는 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성할 수 있다. 상기한 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 방법들을 통해 정확한 3차원 형상 정보를 생성하면서도 구성요소를 단순화할 수 있어, 인-라인 증착 장비 내부에 배치되어 인-라인 공정 상에서 검사를 실시간으로 수행할 수 있게 한다. As described above, the holographic reconstruction apparatus 300 according to an embodiment of the present invention, that is, the holographic reconstruction apparatus 300, can accurately generate three-dimensional shape information of an object to be measured by acquiring one hologram. have. The above-described holographic reconstruction apparatus 300 can simplify components while generating accurate 3D shape information through the above-described methods, and is disposed inside the in-line deposition equipment to perform inspection in real time on an in-line process. Enable.

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

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

300, 300A, 300B: 홀로그래피 복원 장치
310: 광원부
320: 시준기
330,332: 광 분할기
350: 측정 대상 물체
370,372: 광학 거울
380: 영상 센서
390: 프로세서
300, 300A, 300B: Holographic restoration device
310: light source unit
320: collimator
330,332: Optical splitter
350: object to be measured
370,372: Optical mirror
380: image sensor
390: processor

Claims (6)

단일 파장 광을 방출하는 광원부;
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기;
상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기;
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 반사시키는 광학 거울;
상기 광 분할기에 의해 분할된 후 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 물체광 및 상기 광학 거울에 의해 반사된 기준광이 각각 상기 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서; 및
상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 표면의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서;를 포함하는,
상기 프로세서는 디지털 거리값에 의존하는 전달함수(transfer function)을 이용하여 상기 영상 센서로부터 획득한 상기 이미지의 디지털 포커싱(digital focusing)을 수행하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
A light source unit that emits single wavelength light;
A collimator for collimating single wavelength light emitted from the light source unit;
An optical splitter for dividing the single wavelength light passing through the collimator into object light and reference light;
An optical mirror reflecting the reference light divided by the light splitter;
An image sensor that records an interference fringe formed by transmitting the object light reflected from the surface of the object to be measured and the reference light reflected by the optical mirror to the light splitter after being divided by the light splitter; And
A processor for receiving and storing an image including intensity information of an object hologram generated by converting the interference fringe from the image sensor, and generating three-dimensional shape information of the surface of the object to be measured.
The processor performs digital focusing of the image obtained from the image sensor using a transfer function that depends on a digital distance value, and a device for generating three-dimensional shape information of an object to be measured.
제1 항에 있어서,
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광이 지나가는 경로 상에 배치되며 상기 측정 대상 물체를 안착시키는 플레이트;
상기 광 분할기와 인접하게 배치되며, 상기 광 분할기와 상기 플레이트까지의 거리를 감지하는 거리 센서; 및
상기 플레이트와 연결되며, 상기 거리 센서에서 감지한 광학적 거리값을 이용하여 상기 광 분할기에 대해 상기 플레이트를 이동시키는 구동 수단;을 더 포함하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
According to claim 1,
A plate disposed on a path through which the object light divided by the optical splitter passes, and seating the object to be measured;
A distance sensor disposed adjacent to the optical divider and detecting a distance between the optical divider and the plate; And
And a driving means connected to the plate and moving the plate with respect to the optical splitter using an optical distance value detected by the distance sensor.
제2 항에 있어서,
상기 플레이트는 상기 측정 대상 물체와 중첩되는 중첩 영역과, 상기 측정 대상 물체와 비중첩되는 비중첩 영역을 포함하며,
상기 거리 센서는 상기 플레이트의 일면 중 상기 비중첩 영역을 기준으로 상기 플레이트의 거리를 감지하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
According to claim 2,
The plate includes an overlapping area overlapping the measurement object and a non-overlapping area non-overlapping with the measurement object,
The distance sensor detects the distance of the plate based on the non-overlapping area on one surface of the plate, and the apparatus for generating 3D shape information of the object to be measured.
제3 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 거리 센서에서 감지한 상기 광학적 거리값을 이용하여 상기 플레이트를 이동시킨 후, 상기 디지털 포커싱을 수행하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
According to claim 3,
The processor moves the plate using the optical distance value sensed by the distance sensor, and then performs the digital focusing.
제4 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 영상 센서로부터 획득된 상기 이미지의 에지를 검출하고, 상기 검출된 에지의 콘트라스트(contrast) 값을 추출하고, 상기 추출된 콘트라스트 값에 기초하여 상기 디지털 포커싱을 수행하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
According to claim 4,
The processor detects an edge of the image obtained from the image sensor, extracts a contrast value of the detected edge, and performs the digital focusing based on the extracted contrast value. 3D shape information generating device.
제1 항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 이미지에 포함된 적어도 하나의 주파수 성분들 중 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하고, 상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실장 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하고, 상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성한 후, 상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제고된 보정 홀로그램을 생성하고, 상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.


According to claim 1,
The processor extracts a real image component corresponding to a real image among at least one frequency component included in the image, and corrects the correction light in the conjugate relationship with the reference light based on the real image components and the A real hologram including mounting information of a measurement target object is generated, and based on the correction light, an intermediate hologram in which the information of the reference light is removed from the real hologram is generated, and curvature aberration correction information is generated from the intermediate hologram. Thereafter, based on the curvature aberration correction information, an object to be measured that generates a corrected hologram with improved error due to curvature aberration in the intermediate hologram and generates the three-dimensional shape information of the object to be measured from the corrected hologram 3D shape information generating device.


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