KR20220035890A - An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method - Google Patents

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KR20220035890A
KR20220035890A KR1020220029245A KR20220029245A KR20220035890A KR 20220035890 A KR20220035890 A KR 20220035890A KR 1020220029245 A KR1020220029245 A KR 1020220029245A KR 20220029245 A KR20220029245 A KR 20220029245A KR 20220035890 A KR20220035890 A KR 20220035890A
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김병목
성맑음
박성진
이상진
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주식회사 내일해
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Abstract

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

Description

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

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

좀 더 구체적으로, 본 발명은 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템과, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사형 시스템을 통합한 하나의 일체형 시스템으로 측정 대상 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있는 개선된 홀로그램 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, the present invention is an integrated system that integrates a transmissive system that measures an object that transmits light and a reflective system that measures an object that reflects light, and is an integrated system that integrates the optical system of the object to be measured. The present invention relates to an improved hologram restoration device and method that can measure a digital hologram regardless of its characteristics.

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

그렇기 때문에 재생된 파면(波面) 안에서 들여다 보면 처음 물체가 보이기는 하나 마치 물체가 저 안쪽에 있는 것처럼 보인다. 이어 다시 보는 점을 옮기면 물체가 보이는 위치도 변하므로 마치 입체사진을 보는 것처럼 보인다. 또 원래의 물체의 파면이 재생되기 때문에 아주 약간 변형한 물체에서 나오는 파면과도 간섭시킬 수 있다. 따라서, 이와 같은 홀로그래피의 특징은 다양한 분야에서 응용 및 사용되고 있다.Therefore, when you look inside the reproduced wave front, you can see the object for the first time, but it looks as if the object is inside. Then, if you move the viewing point again, the position where the object is visible also changes, making it seem as if you are looking at a three-dimensional photo. Additionally, because the wavefront of the original object is reproduced, it can also interfere with the wavefront from a slightly modified object. Therefore, these characteristics of holography are applied and used in various fields.

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

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

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

디지털 홀로그래피 현미경은 기존의 광학적 홀로그래피 방식과 비교하였을 때, 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 측정하고 디지털 방식으로 저장하고, 상기 저장된 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 컴퓨터 장치 등을 이용한 수치연산 방식을 통하여 가공해서 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared to the existing optical holography method, the digital holographic microscope measures the interference pattern information of light with a digital image sensor and stores it digitally, and uses the stored interference pattern information as a numerical calculation method using a computer device, etc., rather than an optical method. The difference is that the shape of the object being measured is restored through processing.

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

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

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

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

좀 더 구체적으로, 발명의 명칭이 “디지털 홀로그래피 현미경 및 디지털 홀로그램 영상 생성 방법”인 특허문헌 1은 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 혼합광원부(100), 파장분할부(200), 간섭무늬획득부(300), 대물부(400), 이미지센서부(500), 이미지저장부(600), 제어부(700), 및 물체형상복원부(800)을 포함한다.More specifically, Patent Document 1, whose invention title is “Digital Holographic Microscope and Digital Holographic Image Generation Method,” is a two-wavelength digital holographic microscope device, and as shown in FIG. 1, a mixed light source unit 100 and a wavelength splitting unit. (200), an interference pattern acquisition unit 300, an objective unit 400, an image sensor unit 500, an image storage unit 600, a control unit 700, and an object shape restoration unit 800.

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

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

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

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

또한 상술한 바와 같이 획득된 제1 반사기준광, 제2 반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(500)로 보내진다. 구체적으로, 제2 광분할기(310)는 제2 반사체(330)에서 반사되어 온 제1 반사기준광을 입력받아 제3 광분할기(320)로 보낸다. 제3 광분할기(320)는 이상과 같이 제2 광분할기(310)에서 보내진 제1 반사기준광과, 제3 반사체(350)에서 반사되어 온 제2 반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(500)로 보낸다. 그에 따라, 제3 광분할기(320)에서 제1 반사물체광과 제1 반사기준광과 제2 반사물체광과 제2 반사기준광이 모두 동일하게 이미지센서부(500) 방향으로 보내진 후, 상호 간섭하여 간섭무늬가 생성된다.In addition, the first reflection reference light and the second reflection reference light obtained as described above are sent to the image sensor unit 500 through the following process. Specifically, the second light splitter 310 receives the first reflected reference light reflected from the second reflector 330 and sends it to the third light splitter 320. As described above, the third light splitter 320 receives the first reflected reference light sent from the second light splitter 310 and the second reflected reference light reflected from the third reflector 350 and returns it to the image sensor unit 500. send to Accordingly, from the third light splitter 320, the first reflective object light, the first reflected reference light, the second reflected object light, and the second reflected reference light are all equally sent toward the image sensor unit 500, and then interfere with each other. An interference pattern is created.

한편, 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)는 서로 다른 파장의 광선이 서로 다른 간섭무늬를 형성하게 하는 탈축(off-axis) 시스템을 구성하기 위하여 제어부(700)의 제어에 따라 각도를 다방향으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the second reflector 330 and the third reflector 350 change angles according to the control of the control unit 700 to form an off-axis system in which light rays of different wavelengths form different interference patterns. It is characterized by being able to be adjusted in multiple directions.

즉, 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2 반사체(330)로부터 반사되는 제1 반사기준광과 제3 반사체(350)로부터 반사되는 제2 기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1 반사기준광과 제2 반사기준광이 이미지센서부(500)에 도달한 제1 반사물체광과 제2 반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다.That is, as the angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 become different from each other, the first reflected reference light reflected from the second reflector 330 and the second reference light reflected from the third reflector 350 When a separation occurs in the direction of light and the first reflected reference light and the second reflected reference light are combined with the first reflected object light and the second reflected object light reaching the image sensor unit 500 to form an interference pattern, each wavelength Differently deaxial interference patterns are formed.

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

이미지센서부(500)는 간섭무늬획득부(300)에서 획득된 상기 간섭무늬를 디지털 이미지 센서에 투영시키고, 상기 투영된 간섭무늬를 상기 디지털 이미지 센서를 이용하여 측정하고, 그 측정값을 이산신호로 변환한다. 통상 상기 간섭무늬를 기록한 것을 홀로그램이라고 한다. 이러한 디지털 이미지 센서로는 CCD 등 다양한 이미지센서들이 사용될 수 있다.The image sensor unit 500 projects the interference pattern obtained by the interference pattern acquisition unit 300 onto a digital image sensor, measures the projected interference pattern using the digital image sensor, and converts the measured value into a discrete signal. Convert to Usually, the recording of the interference pattern is called a hologram. Various image sensors such as CCD can be used as such digital image sensors.

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

제어부(700)는 상술한 탈축(off-axis) 시스템을 구현하고 간섭무늬를 획득하기 위하여 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)의 위치와 각도를 조절하는 등 간섭무늬획득부(300)를 제어하고, 측정 대상 물체에 입사되는 제1 물체광과 제2 물체광을 조절하기 위하여 대물렌즈(420)를 조절하는 등 대물부(400)를 제어하고, 상기 간섭무늬가 측정되어 그에 대한 정보가 이산신호로 변환되도록 하기 위하여 이미지센서부(500)를 제어하고, 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 저장하기 위하여 이미지저장부(600)를 제어한다.The control unit 700 implements the above-described off-axis system and controls the interference pattern acquisition unit 300 by adjusting the positions and angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 to obtain the interference pattern. ) is controlled, and the objective part 400 is controlled, such as by adjusting the objective lens 420 to adjust the first object light and the second object light incident on the object to be measured, and the interference pattern is measured and The image sensor unit 500 is controlled to convert information into discrete signals, and the image storage unit 600 is controlled to store interference pattern information converted into discrete signals.

물체형상복원부(800)는 위상정보획득부(810)와 두께정보획득부(820)와 형상복원부(830)을 포함하며, 위상정보획득부(810)은 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(820)은 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(830)은 상기 두께정보를 이용하여 측정 대상 물체의 실시간 3차원 형상을 복원한다. 이때 측정 대상 물체의 두께정보는 상기 물체광과 기준광이 각각 진행한 경로의 차이 정보를 포함한다. 이와 같은 상기 물체광과 기준광의 광 경로차 때문에 상기 물체광과 기준광이 중첩되었을 때 상기 간섭무늬가 형성된다.The object shape restoration unit 800 includes a phase information acquisition unit 810, a thickness information acquisition unit 820, and a shape restoration unit 830, and the phase information acquisition unit 810 uses the interference pattern information to The phase information of the interference pattern for the first ray and the phase information of the interference pattern for the second ray are respectively acquired, and the thickness information acquisition unit 820 uses the phase information to obtain thickness information of the object to be measured. , the shape restoration unit 830 restores the real-time three-dimensional shape of the object to be measured using the thickness information. At this time, the thickness information of the object to be measured includes information on the difference between the paths taken by the object light and the reference light. Due to the difference in optical paths between the object light and the reference light, the interference pattern is formed when the object light and the reference light overlap.

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

따라서, 단일 파장의 광원을 사용하면서도 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구됨에 따라, 이에 부응하는 다수의 특허문헌들이 개시되어 있다.Accordingly, as new methods are required to solve the above-mentioned problems while using a light source of a single wavelength, a number of patent documents corresponding thereto have been disclosed.

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

좀 더 구체적으로, 특허문헌 2, 3, 5 및 6은 2개의 파장을 이용한 반사형 측정 장치로서 빛을 반사하는 물체만 측정 가능하되, 특허문헌 2은 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡하고, 특허문헌 3은 2개의 이미지 센서가 필요하고, 가간섭성이 낮은 백색광을 사용하며, 특허문헌 2와 마찬가지로 광간섭계 시스템이 복잡하고, 특허문헌 5는 특허문헌 2와 마찬가지로, 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡할 뿐 만 아니라, 그 제안 시스템의 구성 상 홀로그램의 생성이 불가하며, 특허문헌 6 역시 특허문헌 2와 마찬가지로 2개의 서로 다른 파장을 가지는 레이저가 필요하고 광간섭계 시스템이 복잡한 문제가 있다.More specifically, Patent Documents 2, 3, 5, and 6 are reflective measurement devices using two wavelengths and can only measure objects that reflect light, but Patent Document 2 requires lasers with two different wavelengths. The optical interferometer system is complex, and Patent Document 3 requires two image sensors and uses white light with low coherence. Like Patent Document 2, the optical interferometer system is complex, and Patent Document 5, like Patent Document 2, , Not only are lasers with two different wavelengths required and the optical interferometer system is complicated, but the configuration of the proposed system makes it impossible to create a hologram. Patent Document 6, like Patent Document 2, uses two different wavelengths. Eggplant requires a laser and the optical interferometry system has complex problems.

또한 특허문헌 4는 1개의 파장을 이용한 투과형 측정장치로서 빛을 투과하는 물체만 측정 가능하지만, 2장의 이미지 촬영이 필요하므로 시간 지연에 따른 오차가 발생하는 문제가 있다.In addition, Patent Document 4 is a transmission type measuring device using a single wavelength and can only measure objects that transmit light. However, since it requires two images to be taken, there is a problem in that errors occur due to time delay.

따라서 이를 해소하기 위해서는 빛을 투과하는 물체 또는 빛을 반사하는 물체와 같이, 측정 대상 물체의 광학적 특성에 따라 투과형 시스템 및 반사형 시스템을 사용해야만 측정이 가능하였지만, 측정 대상 물체의 특성에 관계없이 디지털 홀로그램을 측정하기 위해서는 대당 수억원에 이르는 고가의 장비를 각각 구매해야 하므로 추가적인 비용 문제가 발생하는 문제가 있다.Therefore, in order to solve this problem, measurement was possible only by using a transmissive system or a reflective system depending on the optical characteristics of the object to be measured, such as an object that transmits light or an object that reflects light. However, regardless of the characteristics of the object to be measured, digital In order to measure holograms, expensive equipment worth hundreds of millions of won per unit must be purchased, resulting in additional cost issues.

[선행특허문헌][Prior patent literature]

[특허문헌][Patent Document]

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

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

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

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

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

6. 한국등록특허 제10-1716452호(2017.03.08. 등록)6. Korean Patent No. 10-1716452 (registered on March 8, 2017)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템과, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사형 시스템을 통합한 하나의 일체형 시스템에 의해 측정하는 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있도록 개선된 홀로그래픽 복원 장치를 제공하는 데 있다.The present invention was devised to solve the above-described conventional problems. The purpose of the present invention is to provide a transmission-type system for measuring objects that transmit light and a reflective system for measuring objects that reflect light. The aim is to provide an improved holographic restoration device that can measure a digital hologram regardless of the optical characteristics of the object being measured by an integrated system.

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

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

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

상기한 과제의 해결 수단을 통하여, 본 발명의 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.By solving the above problems, the improved holographic restoration device and method of the present invention provides the following effects.

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

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

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

4. 특히 홀로그램 복원 시 기준광의 사용이 불필요하며, 실시간으로 측정 대상 물체의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하다.4. In particular, the use of reference light is unnecessary when restoring holograms, and quantitative 3D image restoration of the object to be measured is possible in real time.

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

6. 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치를 통합한 하나의 일체형 시스템에 의해 투과 모드와 반사 모드를 선택적으로 선택하여 측정 대상 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정할 수 있으므로, 추가적인 비용 문제를 해소할 수 있다.6. Digital holograms can be measured regardless of the optical properties of the object to be measured by selectively selecting transmission mode and reflection mode by one integrated system that integrates the reflection type and transmission type hologram restoration device of the prior art, thereby reducing additional costs. The problem can be resolved.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Additional advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings in which like or similar reference numerals designate like elements.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

한편, 빛을 반사하는 물체를 측정하는 반사형 모드에서는 광원부(10)인 레이저에서 나온 빛이 제 1 광 분할기(20)를 통해 제 1 투과 분할광(T1)과 제 2 투과 분할광(T2)으로 나누어진다.Meanwhile, in the reflective mode that measures an object that reflects light, light from the laser, which is the light source unit 10, passes through the first light splitter 20 into a first transmission split light (T1) and a second transmission split light (T2). is divided into

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

제 2 광 분할기(60)에서 만난 제 1 반사 분할광(R1)과 제 2 반사 분할광(R2)은 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬(빛 반사 물체 홀로그램)를 형성하게 된다. 여기서, 제 1 반사 분할광(R1)은 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광에 대응되고, 제 2 반사 분할광(R2)은 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광에 대응된다.The first reflection split light (R1) and the second reflection split light (R2) met at the second light splitter 60 produce an interference pattern (light reflection object hologram) for the light-reflecting part of the measurement target object 40. is formed. Here, the first reflection split light R1 corresponds to the object light of the light reflecting object hologram, and the second reflection split light R2 corresponds to the reference light of the light reflecting object hologram.

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

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

수학식 1 : Equation 1:

*여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며, 는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.*Here, x and y represent spatial coordinates, represents the obtained hologram of a light-transmitting object, represents the object light and reference light of the light-transmitting object hologram, represents the complex conjugate of the object light and reference light of the light-transmitting object hologram.

반면에, 빛 반사 모드를 선택하여 측정하는 경우, 획득되는 빛 반사 물체 홀로그램은 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬이다. 이렇게 획득된 빛 반사 물체 홀로그램은 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.On the other hand, when measuring by selecting the light reflection mode, the obtained hologram of the light reflecting object is an interference pattern for the light reflecting portion of the object 40 to be measured. The light reflecting object hologram obtained in this way can be expressed as a complex conjugate hologram as shown in Equation 2 below.

수학식 2 : Equation 2:

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며, 는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다. Here, x and y represent spatial coordinates, represents the obtained hologram of a light-reflecting object, represents the object light and reference light of the light-reflecting object hologram, represents the complex conjugate of the object light and reference light of the light-reflecting object hologram.

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

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

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

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

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

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

추출된 기준광 정보의 보상 항과 수차(curvature) 정보 보상 항을 빛 투과 물체 홀로그램에 곱하여 보상된 빛 투과 물체 홀로그램을 획득한다(도 3의 S5 및 도 4의 S37).The compensation term of the extracted reference light information and the compensation term of the aberration information are multiplied by the light-transmitting object hologram to obtain a compensated light-transmitting object hologram (S5 in Fig. 3 and S37 in Fig. 4).

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

수학식 3 : Equation 3:

수학식 4 :Equation 4:

여기서, 는 각각 보상된 빛 투과 물체 홀로그램, 및 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며, 는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이며, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here, and are a compensated light-transmitting object hologram and a compensated light-reflecting object hologram, respectively, is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram, is the object light and reference light of the light reflection hologram, is the compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram, is the aberration information compensation term of the light-transmitting object hologram, is the compensation term of the reference light information of the light reflecting object hologram, refers to the aberration information compensation term of the hologram of a light-reflecting object.

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

변환 보상된 물체 홀로그램으로부터 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier Transform)을 통해 위상 정보를 추출한다. 이때 획득되는 위상 정보는, 획득한 빛 투과 물체 홀로그램이 가지고 있는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보(즉, 빛의 정보, 물체광 대물 렌즈(50)의 수차 정보)를 제거한 형태로, 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보만을 포함하고 있다.Phase information is extracted from the transformation-compensated object hologram through the Inverse 2D Fourier Transform. The phase information acquired at this time is the remaining information (i.e., information of light, information of the object light objective lens 50) excluding the phase information of the light-transmitting part of the measurement object 40 contained in the acquired light-transmitting object hologram. It is a form in which aberration information) is removed and only includes phase information of the light-transmitting part of the measurement target object 40.

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

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

수학식 5 :Equation 5:

* *

여기서, 은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고, 는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며, 는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고, 는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이며, 는 측정 대상 물체(40)와 공기의 굴절률 차이를 의미한다. 계산된 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원한다.here, is quantitative thickness information of the object to be measured 40, is the wavelength of the light source used when acquiring the object hologram, is the phase information of the light-transmitting part of the measurement object 40, is the phase information of the light-reflecting part of the measurement object 40, means the difference in refractive index between the measurement target object 40 and air. The three-dimensional shape of the object is restored using the calculated quantitative thickness information of the object.

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

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

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

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

수학식 1 : Equation 1:

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며, 는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Here, x and y represent spatial coordinates, represents the obtained hologram of a light-transmitting object, represents the object light and reference light of the light-transmitting object hologram, represents the complex conjugate of the object light and reference light of the light-transmitting object hologram.

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

수학식 2 : Equation 2:

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며, 는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.Here, x and y represent spatial coordinates, represents the obtained hologram of a light-reflecting object, represents the object light and reference light of the light-reflecting object hologram, represents the complex conjugate of the object light and reference light of the light-reflecting object hologram.

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

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

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

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

수학식 3 : Equation 3:

수학식 4 :Equation 4:

여기서, 는 보상된 빛 투과 물체 홀로그램이고, 는 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며, 는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며, 는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이고, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며, 는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here, is the compensated light-transmitting object hologram, is the compensated light reflection object hologram, is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram, is the object light and reference light of the light reflection hologram, is the compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram, is the aberration information compensation term of the light-transmitting object hologram, is the compensation term of the reference light information of the light reflecting object hologram, refers to the aberration information compensation term of the hologram of a light-reflecting object.

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

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

상기 계산된 두께 정보는 하기 수학식 5로 표시될 수 있다.The calculated thickness information can be expressed as Equation 5 below.

수학식 5 :Equation 5:

여기서, 은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고, 는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며, 는 물체의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고, 는 물체의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이고, 는 물체와 공기의 굴절률 차이를 의미한다.here, is quantitative thickness information of the measurement target object 40, is the wavelength of the light source used when acquiring the object hologram, is the phase information of the light-transmitting part of the object, is the phase information of the light-reflecting part of the object, refers to the difference in refractive index between an object and air.

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

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

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

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

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

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

이상으로 본 발명에 관하여 실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능하다.Although the present invention has been described above by way of examples, it is not necessarily limited thereto, and modifications and variations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

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

Claims (1)

홀로그래픽 복원 장치에 있어서,
단일 파장 광을 방출하는 광원부;
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광과 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기;
상기 제 1 투과 분할광을 반사시키는 복수의 광학 거울;
상기 제 2 투과 분할광을 제 1 반사 분할광과 제 2 반사 분할광으로 분할하는 제 2 광 분할기;
상기 복수의 광학 거울에 의해 반사된 후 측정 대상 물체를 투과하는 상기 제 1 투과 분할광과, 상기 제 2 광 분할기에 의해 분할된 후 상기 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 상기 제 1 반사 분할광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈;
상기 제 2 반사 분할광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈;
상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 제 2 반사 분할광이 전달되는 위치 조정 미러;
상기 측정 대상 물체를 투과하는 제 1 투과 분할광 또는 상기 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 상기 제 1 반사 분할광이 상기 물체광 대물 렌즈를 통과하고, 상기 위치 조정 미러에서 반사된 상기 제 2 반사 분할광이 상기 기준광 대물 렌즈를 통과하여, 상기 제 2 광 분할기로 전달됨으로써 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 기록 매체; 및
상기 기록 매체에서 전달된 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 이미지 파일을 수신하여 저장하는 프로세서;를 포함하는, 홀로그래픽 복원 장치.
In the holographic restoration device,
A light source unit emitting single wavelength light;
a first light splitter that splits the single-wavelength light emitted from the light source into first and second transmission split lights;
a plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted split light;
a second light splitter splitting the second transmission split light into a first reflection split light and a second reflection split light;
The first transmission split light transmitted through the object to be measured after being reflected by the plurality of optical mirrors, and the first reflected split light reflected from the surface of the object to be measured after being split by the second light splitter. An objective lens that allows object light to pass through;
a reference light objective lens through which the second reflected split light passes;
a position adjustment mirror through which the second reflected split light passing through the reference light objective lens is transmitted;
The first transmission split light passing through the object to be measured or the first reflection split light reflected from the surface of the object to be measured passes through the object light objective lens, and the second reflection split light is reflected from the position adjustment mirror. a recording medium that records an interference pattern formed when light passes through the reference light objective lens and is transmitted to the second light splitter; and
A holographic restoration device comprising: a processor configured to receive and store an image file generated by converting the interference pattern transmitted from the recording medium.
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