WO2019039663A1 - 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법 - Google Patents

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김병목
성맑음
박성진
이상진
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주식회사 내일해
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Definitions

  • the present invention relates to an improved holographic reconstruction apparatus and method.
  • the present invention relates to an integrated system that integrates a transmission type system for measuring an object transmitting light and a reflection type system for measuring an object that reflects light, And more particularly, to an improved hologram reconstruction apparatus and method capable of measuring a digital hologram irrespective of characteristics.
  • holography is a method of imaging aimed at improving the resolving power of an electron microscope, whereas conventional photography only records the distribution of light and dark surfaces of an object, whereas holography is all information
  • the principle is that the coherent light from a laser light source divides a beam splitter into two and one of the light beams shines on the object to diffuse the reflected light from the object surface Reaches the holographic photosensitive material. This ray is called object light. The other one beam is diffused into the lens and illuminated directly onto the holographic photosensitive material. This light beam is referred to as reference light or reference light (hereinafter referred to as " reference light ").
  • the object light and the reference light interfere with each other on the holographic photosensitive material, resulting in an extremely delicate and complex interference pattern of about 500 to 1500 per 1 mm.
  • a photograph recording this interference pattern is called a hologram.
  • the interference fringe acts as a diffraction grating to diffract the light at a position different from the direction in which the reference light is incident.
  • a diffracted light is collected, Become like. In this manner, the first object light is reproduced in the hologram.
  • a digital holography microscope is a microscope that measures the shape of an object using a digital holography technique.
  • a general microscope usually measures the intensity of light reflected or transmitted from an object by irradiating an ordinary light source onto the object,
  • the digital holography microscope is a device for measuring the interference and diffraction phenomenon of light that occurs when light is reflected on an object, digitally recording it, and restoring the shape information of the object from the information.
  • the digital holography technique generates light of a single wavelength such as a laser and divides it into two lights using a light splitter, and directs one light (reference light) directly to the image sensor, while the other light
  • the reference light and the object light interfere with each other in the image sensor, and the interference fringe information of the light is recorded And the shape of the object to be measured is restored using the computer with the recorded interference fringe information.
  • the interference fringe information of the light is recorded as a special film, and in order to restore the shape of the measurement object, the reference light is reflected on a special film on which interference fringes are recorded The shape of the virtual object to be measured is restored in the place where the object is originally located.
  • the digital holography microscope measures the interference fringe information of the light by a digital image sensor and stores the information in a digital manner when compared with the conventional optical holography method.
  • the digital interference fringe information is stored in a numerical calculation method using a computer device So that the shape of the object to be measured is restored.
  • a laser light source of a single wavelength may be used first.
  • the measurement resolution of the object that is, the minimum measurement unit is limited to the wavelength of the laser light source used.
  • the cost is increased by using light sources having different wavelengths, or sequentially obtaining hologram images using light sources of different wavelengths
  • a CGH Computer Generated Hologram
  • SLM spatial light modulator
  • Patent Document 1 entitled " Digital Holographic Microscope and Digital Hologram Image Generation Method ", entitled " Digital Holographic Microscope and Digital Hologram Image Generation Method ", is a two-wavelength digital holography microscope apparatus, which comprises a mixed light source unit 100, An interference pattern acquisition unit 300, an object unit 400, an image sensor unit 500, an image storage unit 600, a control unit 700, and an object shape restoration unit 800.
  • the mixed light source unit 100 includes a mixed light source unit 110 and a light source unit lens 120.
  • the mixed light source unit 110 emits mixed light having a wavelength band distributed in various non-
  • the lens 120 optically adjusts the mixed light generated by the mixed light source unit 110 and enters the wavelength division unit 200.
  • the wavelength division unit 200 includes a first light splitter 210, a first light guide plate 220, a second light guide plate 230, and a first reflector 240.
  • the first light splitter 210 receives the mixed light from the mixed light source unit 100 and divides the mixed light into two lights. At this time, the first optical splitter 210 divides the incident mixed light into different directions.
  • the first light guide plate 220 receives one of the light beams divided by the first light splitter 210 and acquires a first light beam having a predetermined single wavelength.
  • the light input to the first light guide plate 220 is filtered while passing through the first light guide plate 220, and a first light ray having a single wavelength determined according to the characteristics of the first light guide plate 220 is obtained.
  • the second light guide plate 230 receives the other one of the light beams split by the first light splitter 210 in the same manner as the first light guide plate 220 and receives light of the second light guide plate 230 having a wavelength different from that of the first light beam. Obtain a ray of light.
  • the second light beam is sent to the interference fringe obtaining unit 300.
  • the first reflector 240 receives the first light beam obtained from the first light guide plate 220 and reflects the first light beam to the interference fringe obtaining unit 300.
  • the interference fringe obtaining unit 300 includes a second light splitter 310, a third light splitter 320, a second reflector 330, a third reflector 340, and a third reflector 350.
  • the second light splitter 310 receives the first light beam input from the wavelength division unit 200 and divides the first light beam into the first object light and the first reference light. At this time, the second light splitter 210 divides the incident first rays into different directions and proceeds.
  • the third light splitter 320 receives the second light ray in the same manner as the second light splitter 310 and divides the second light ray into the second object light and the second reference light.
  • the second reflector 330 receives the first reference beam and transmits the first reference beam reflected by the second beam splitter 310 to the second beam splitter 310.
  • the third light guide plate 340 receives the first reference light divided by the second light splitter 310 and transmits the first reference light to the second reflector 330 and receives the first reflected reference light to be transmitted to the second light splitter 310 .
  • the third light guide plate 340 prevents the second object light from reaching the second reflector 330 when the second object light is incident on the second light splitter 310 and partly proceeds toward the second reflector 330 .
  • the third light guide plate 340 is a light guide plate having the same characteristics as the first light guide plate 220 in transmitting light.
  • the third reflector 350 receives the second reference light and transmits the second reflected reference light to the third optical splitter 320.
  • the second reflector 330 and the third reflector 350 are connected to the controller 700
  • the angle of the hologram can be adjusted according to the control of the optical system.
  • an off-axis hologram can be realized.
  • the first object light and the second object light obtained as described above are converted into the first reflected object light and the second reflected object light through the following process and sent to the image sensor unit 500.
  • the second light splitter 310 separates the first object light divided as described above into an object to be measured which is placed on the object 400, And causes the light to enter the object to be measured.
  • the reflected light that reflects the first object light incident from the measurement object is referred to as a first reflected object light.
  • the reflected light that reflects the second object light incident on the object to be measured is referred to as a second reflected object light.
  • the second light splitter 310 receives the first reflected object light and the second reflected object light reflected as described above and sends it to the third optical splitter 320.
  • the third light splitter 320 transmits the first reflected object light and the second reflected object light received as described above to the image sensor unit 500 again.
  • the first and second reflection reference beams obtained as described above are sent to the image sensor unit 500 through the following process.
  • the second optical splitter 310 receives the first reflected reference light reflected by the second reflector 330 and transmits the first reflected reference light to the third optical splitter 320.
  • the third light splitter 320 receives the first reflection reference light sent from the second light splitter 310 and the second reflection reference light reflected from the third reflector 350 as described above, Lt; / RTI > Accordingly, after the first reflected object light, the first reflected reference light, the second reflected object light, and the second reflected reference light are both transmitted in the direction of the image sensor unit 500 in the third optical splitter 320, An interference fringe is generated.
  • the second reflector 330 and the third reflector 350 may have different angles according to the control of the controller 700 to form an off-axis system in which light beams of different wavelengths form different interference fringes. Can be adjusted in various directions.
  • the first and second reflectors 330 and 350 reflect the first and second reflectors 330 and 350.
  • the first reflection reference light and the second reflection reference light are combined with the first reflection object light and the second reflection object light arriving at the image sensor unit 500 to form an interference fringe, So that the interference fringes are differently formed.
  • the object unit 400 includes an object mount 410 and an objective lens 420.
  • the object mount 410 allows the object to be measured by fixing the object to the mount while the objective lens 420 is placed on the object to be measured
  • the first object light and the second object light are optically adjusted.
  • the image sensor unit 500 projects the interference fringes obtained from the interference fringe obtaining unit 300 to a digital image sensor, measures the projected interference fringes using the digital image sensor, .
  • the recording of the interference fringe is referred to as a hologram.
  • various image sensors such as a CCD can be used.
  • the image storage unit 600 stores the interference fringe information converted from the image sensor unit 500 into a discrete signal in various storage media such as a memory and a disk device.
  • the controller 700 controls the position and angle of the second reflector 330 and the third reflector 350 in order to implement the above-described off-axis system and obtain interference fringes.
  • the interference fringe obtaining unit 300 Controls the objective part 400 to adjust the objective lens 420 to adjust the first object light and the second object light incident on the measurement object, and the interference fringe is measured, Controls the image sensor unit 500 to convert the information into a discrete signal, and controls the image storage unit 600 to store the interference fringe information converted into the discrete signal.
  • the object shape restoring unit 800 includes a phase information obtaining unit 810, a thickness information obtaining unit 820 and a shape restoring unit 830.
  • the phase information obtaining unit 810 obtains the phase information using the interference fringe information Acquires the phase information of the interference fringe for the first light beam and the phase information of the interference fringe for the second light beam, respectively, and the thickness information obtaining unit 820 obtains the thickness information of the measurement object using the phase information ,
  • the shape restoring unit 830 restores the real time three-dimensional shape of the measurement object using the thickness information.
  • the thickness information of the object to be measured includes difference information between the paths of the object light and the reference light.
  • the interference fringe is formed when the object light and the reference light overlap each other due to the optical path difference between the object light and the reference light.
  • a mixed light source having wavelength bands distributed in a plurality of unspecified bands is used. Therefore, in order to obtain at least two single wavelengths, a first light beam and a second light beam having wavelengths different from each other A first luminescent plate, a second luminescent plate, and a first reflector should be used for the division.
  • the interference fringe acquisition section may further include a third light splitter for splitting the second light beam, a third reflector for reflecting the second light beam, and a third light guide plate for shielding the second light beam from being incident on the second reflector, Should be used. Therefore, there is still a problem that the structure of the entire device becomes complicated, the optical noise of the entire device increases due to the increase of optical element usage, and the total manufacturing cost is high.
  • the optical systems of most of the disclosed patent documents can broadly be classified into a transmission type system for measuring an object transmitting light, or a reflection type system for reflecting light, in order to measure a digital hologram.
  • Patent Documents 2, 3, 5 and 6 are reflection type measuring devices using two wavelengths, and only an object reflecting light can be measured.
  • a laser having two different wavelengths is required
  • Patent Document 3 uses two image sensors, uses white light with low coherence, and the optical interferometer system is complicated like Patent Document 2, and Patent Document 5 is similar to Patent Document 2 ,
  • a laser having two different wavelengths is required and the optical interferometer system is complicated.
  • the hologram can not be generated due to the constitution of the proposed system, and Patent Document 6 has two different wavelengths as in Patent Document 2
  • Patent Document 6 has two different wavelengths as in Patent Document 2
  • Patent Document 4 discloses a transmission type measuring apparatus using one wavelength, which can measure only an object that transmits light, but it requires two image capturing operations, which causes a time delay error.
  • an object of the present invention to provide a transmissive system for measuring an object transmitting light and a reflection type reflector for measuring an object reflecting light, And an object of the present invention is to provide an improved holographic restoration device capable of measuring a digital hologram regardless of the optical characteristics of an object measured by a single integrated system incorporating a system.
  • the present invention provides an improved holographic reconstruction method capable of selecting a holographic reconstruction method.
  • an improved holographic reconstruction apparatus including: a light source for emitting a single wavelength light; A first light splitter for dividing the single wavelength light emitted from the light source into a first transmission split light and a second transmission split light; A plurality of optical mirrors for reflecting the first transmissive split light beams divided by the first optical beam splitter; A second light splitter for splitting the second transmitted light split by the first optical splitter into a first split split light and a second split split light; A first objective lens for passing the first split split light split by the first split split light or the first split split light that is reflected by the plurality of optical mirrors and transmitted through the object; A reference light objective lens for passing the second divided reflection light split by the second light splitter; A position adjustment mirror through which the second reflective divided light having passed through the reference light objective lens is transmitted; And a second transmission section that transmits the first transmission split light transmitted through the object to be measured or the first reflection split light reflected from the surface of the measurement object and the second reflection split light that
  • an improved holographic reconstruction method including: a) selecting (S1) two measurement modes of an object hologram of an object to be measured; b) measuring (S2) the object hologram according to the selected mode; c) removing the DC, virtual image, and aberration information of the measured object hologram (S3); d) extracting phase information of the object hologram (S4); And e) reconstructing the three-dimensional shape information and the quantitative size (thickness) information of the object to be measured (S5).
  • Detection, confirmation, or display of various fields including detection of defects in ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors, detection of refractive errors of transparent objects such as medical devices requiring display of precise three-dimensional images, and other lenses It is possible to apply to the device.
  • One integrated system incorporating the reflection type and transmission type hologram restoration apparatus of the prior art can select the transmission mode and the reflection mode selectively to measure the digital hologram regardless of the optical characteristics of the object to be measured, The problem can be solved.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a two-wavelength digital holography microscope apparatus in accordance with the disclosed prior art.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing an improved holographic reconstruction apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an improved holographic reconstruction method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a detailed implementation step of step S3 of the improved holographic reconstruction method of FIG.
  • an improved holographic reconstruction apparatus 1 measures an object transmitting light, In-one type digital holographic microscope that selectively performs a transmissive mode in which light is reflected and a reflective mode in which an object that reflects light is measured.
  • An improved holographic reconstruction apparatus (1) includes a light source unit (10) emitting a single wavelength light; A first light splitter (20) for splitting the single wavelength light emitted from the light source part (10) into a first transmission split light (T1) and a second object transmission light (T2); A plurality of optical mirrors (30, 31) for reflecting the first transmission split light (T1) divided by the first light splitter (20); A second light splitter (60) for splitting the second transmission split light (T2) divided by the first light splitter (20) into a first reflection split light (R1) and a second reflection split light (R2); The first transmission split light (T1) transmitted through the measurement object (40) after being reflected by the plurality of optical mirrors (30, 31) or the first transmission split light An object-optical objective lens 50 for passing the reflected split light R1; A reference light objective lens (51) for passing the second split split light (R2) divided by the second light splitter (60); A position adjusting mirror (70) through which the second reflected split light (R
  • the processor 90 of the holographic reconstruction apparatus 1 is implemented as an apparatus capable of performing arithmetic operations such as a microprocessor and a PC (Personal Computer)
  • a microprocessor and a PC (Personal Computer)
  • an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor).
  • the improved holographic reconstruction apparatus 1 is capable of reconstructing a light transmission hologram and a reflection hologram object according to a transmission mode and a reflection mode And can be obtained selectively. That is, the processor 90 of the integrally improved holographic reconstruction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention adjusts the position of the position adjusting mirror 70 to adjust the position of the light in the transmissive mode and the reflection mode Corrects the difference in light path. Accordingly, the light-transmitting object hologram or the light-reflecting object hologram can be transferred to the processor 90 through the recording medium 80 (e.g., a CCD) and acquired in the form of an image file.
  • the recording medium 80 e.g., a CCD
  • the holographic reconstruction apparatus 1 in the transmissive mode in which a light-transmitting object is measured, light emitted from the laser as the light source unit 10 is incident on the first light splitter 20 Divided into a first transmissive divisional light T 1 and a second transmissive divisional light T 2.
  • the first transmission split light T 1 is reflected by each of the plurality of optical mirrors 30 and 31 to be transmitted to the measurement target object 40 and then passes through the measurement target object 40, 50 to the second light splitter 60.
  • a plurality of optical mirrors 30 and 31 are illustrated as being implemented by two optical mirrors, but those skilled in the art can realize that the optical mirrors 30 and 31 may be implemented by three or more optical mirrors.
  • the second transmissive split light T 2 passes through the second light splitter 60 and the reference light objective lens 51, is reflected by the position-adjusting optical mirror 70, passes through the reference light objective lens 51 again, And is directed to the light splitter 60.
  • the first and second transmissive split lights T1 and T2 which are combined in the second optical splitter 60 form an interference fringe (light transmitting object hologram) for a portion of the measurement object 40 that transmits light .
  • the first transmission split light (T1) corresponds to the object light of the light transmitting object hologram
  • the second transmission split light (T2) corresponds to the reference light of the light transmitting object hologram.
  • the second transmitted light T 2 is divided into a first divided light beam R 1 and a second divided light beam R 2 by the second light splitter 60.
  • the first reflected split light R 1 passes through the object optical objective lens 50 and is reflected by the measurement object 40 and passes through the object optical objective lens 50 to the second optical splitter 60.
  • the second reflected split light R2 passes through the reference light objective lens 51 and is reflected by the position adjusting optical mirror 70. The reflected light then passes through the reference light objective lens 51 again to be incident on the second light splitter 60, .
  • the first and second split light beams R1 and R2 that are incident on the second light splitter 60 are reflected by the interference fringe (light reflection object hologram) for the portion of the measurement object 40 that reflects light Respectively.
  • the first reflection divided light R1 corresponds to the object light of the light reflection object hologram
  • the second reflection divided light R2 corresponds to the reference light of the light reflection object hologram.
  • the position of the position adjusting mirror 70 is adjusted by the processor 90 implemented by, for example, a PC, thereby correcting the difference in light path of light occurring in the transmissive mode and the reflective mode.
  • the light-transmitting object hologram and the light-reflecting object hologram are respectively transferred to the PC as the processor 90 through the CCD, which is the recording medium 80, and are obtained in the form of an image file.
  • the obtained light-transmitting object hologram is divided into a portion through which the light of the measurement object 40 is transmitted It is the interference pattern.
  • the thus obtained light-transmitting object hologram can be expressed as a complex conjugate hologram as shown in Equation (1).
  • x and y represent spatial coordinates
  • the obtained light reflection object hologram is an interference fringe for a portion of the measurement object 40 that reflects light.
  • the thus obtained light reflection object hologram can be expressed as a complex conjugate hologram as shown in Equation (2).
  • x and y represent spatial coordinates
  • the frequency spectrum of the light-transmitting object hologram obtained by the two-dimensional Fourier transform is a real image of the light-transmitting object hologram, an imaginary image of the light-transmitting object hologram, and direct current (DC) (S31 in Fig. 4).
  • DC direct current
  • an automatic real image spot-position extraction algorithm is extracted from the real image spot- And extracts the phase information (S3 in Fig. 3 and S32 in Fig. 4).
  • reference light information of the light-transmitting object hologram is extracted using a frequency filtering algorithm (S33 in FIG. 4).
  • a wavenumber vector constant of the extracted reference light information is calculated (S34 in FIG. 4). And calculates a compensation term (Term) of the extracted reference light information using the calculated wavenumber vector constant (S35 in FIG. 4).
  • the term (Term) of the extracted reference light information is the conjugate term of the light transmitting object hologram.
  • curvature information is extracted from the light transmitting object hologram (S36 in FIG. 4).
  • an automatic frequency curvature compensation algorithm is used to generate a term of a curvature information compensation term.
  • the compensation term of the extracted reference light information and the curvature information compensation term are multiplied by the light transmitting object hologram to obtain the compensated light transmitting object hologram (S5 in FIG. 3 and S37 in FIG. 4).
  • the light reflection object hologram acquired by the two-dimensional Fourier transform is also obtained by applying the same method as the transmission mode described above to compensate the light reflection object hologram.
  • the compensated light-transmitting object hologram and the compensated light-reflecting object hologram obtained in this way can be expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
  • Is a compensated light-transmitting object hologram, and a compensated light-reflecting object hologram respectively, Is an object light and reference light of a light-transmitting object hologram, Is the object light and reference light of the light reflection hologram, Is a compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram, Is a curvature information compensation term of the light transmitting object hologram, Is a compensation term of the reference light information of the light reflection object hologram, Means the compensation information of the curvature information of the hologram of the light reflection object hologram.
  • the compensated light-transmitting object hologram represented by Equation (3) is converted into information of a reconstruction image plane using an Angular Spectrum Propagation Algorithm.
  • phase information obtained at this time is obtained by adding the remaining information excluding the phase information of the portion of the acquired light-transmitting object hologram, through which the light of the measurement object 40 is transmitted, (i.e., the information of the light, Aberration information) is removed, and only the phase information of the light-transmitting portion of the measurement object 40 is included.
  • the same method is applied to the compensated light reflecting object hologram to extract the phase information.
  • the phase information obtained at this time is obtained by adding the remaining information excluding the phase information of the part of the acquired light reflection object hologram that reflects the light of the measurement object 40 (that is, information of the light, Aberration information) is removed, and only the phase information of the portion that reflects the light of the measurement object 40 is included.
  • the phase information of the portion of the measurement object 40 through which the extracted light is transmitted and the phase information of the portion that reflects the extracted light are obtained by using a 2D phase unwrapping algorithm, And calculates the quantitative thickness information of the measurement object 40 (S5 in FIG. 3).
  • This quantitative thickness information can be expressed as shown in Equation (5).
  • Is the quantitative thickness information of the measurement object 40 Is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram, Is the phase information of the light-transmitting portion of the measurement object 40, Is phase information of a portion of the measurement object 40 that reflects light, Means the refractive index difference between the object to be measured 40 and air.
  • the 3D shape of the object is restored by using the quantitative thickness information of the calculated object.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an improved holographic reconstruction method according to an embodiment of the present invention.
  • an improved holographic reconstruction method includes: a) selecting (S1) two measurement modes of an object hologram of an object to be measured 40; b) measuring (S2) the object hologram according to the selected measurement mode; c) removing the measured direct current, virtual image, and aberration information of the object hologram (S3); d) extracting phase information of the object hologram (S4); And e) reconstructing the three-dimensional shape information and the quantitative size (thickness) information of the measurement object 40 (S5).
  • the step b) includes a step S21 of measuring an object hologram in a light transmission mode or a step S22 of measuring an object hologram in a light reflection mode can do.
  • the light-transmitting object hologram obtained in the measurement step S21 of the light transmission mode is a complex conjugate hologram corresponding to the interference fringe for the light-transmitting portion of the measurement object 40, .
  • x and y represent spatial coordinates
  • the light reflection object hologram obtained in the measurement step S22 of the light reflection mode is a complex conjugate hologram corresponding to the interference fringe for the light reflection portion of the measurement object 40, .
  • x and y represent spatial coordinates
  • the step c) includes: c1) removing the DC and holographic information from the light- The frequency spectrum of the light-transmitting object hologram obtained by performing 2D Fourier transform is separated into a real image, an imaginary image, and a direct current information of the light-transmitting object hologram step; c2) In order to remove virtual image and direct current (DC) information of the separated light-transmitting object hologram, the real image spot-position is converted into an automatic real image spot-position extraction algorithm ; c3) extracting the 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 term (Term) of the extracted reference light information by using the calculated wavenumber vector constant; c6) extracting curvature information from the light-transmitting object hologram
  • the step c6) includes the steps of generating a curvature information compensation term using an automatic frequency curvature compensation algorithm; And obtaining the compensated light-transmitting object hologram by multiplying the light-transmitting object hologram by the compensation term of the extracted reference light information and the aberration information compensation term.
  • the light reflection object hologram acquired by the two-dimensional Fourier transform is also obtained by applying the same method as the transmission mode described above to compensate the light reflection object hologram.
  • the compensated light-transmitting object hologram or the compensated light-reflecting object hologram may be expressed by Equation (3) or (4).
  • Is a compensated light-transmitting object hologram Is a compensated light reflection object hologram, Is a compensated light reflection object hologram, Is an object light and reference light of a light-transmitting object hologram, Is the object light and reference light of the light reflection hologram, Is a compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram, Is a curvature information compensation term of the light transmitting object hologram, Is a compensation term of the reference light information of the light reflection object hologram, Means the compensation information of the curvature information of the hologram of the light reflection object hologram.
  • the step d) is performed by extracting phase information through an inverse 2D Fourier transform on the transformed object hologram
  • the phase information obtained here is obtained by extracting the remaining information (that is, information of the light, an object, etc.) excluding the phase information of the light-transmitting object hologram or the light-reflecting object hologram, (Aberration information of the optical objective lens 50) from the measurement object 40 is removed.
  • the step (e) may include extracting phase information of the light-transmitting portion of the measurement object 40 or extracted phase information of the light- Compensating the distorted phase information using a two-dimensional phase unwrapping algorithm; Calculating quantitative thickness information of the measurement object (40) using the compensated phase information; And reconstructing the three-dimensional shape of the measurement object 40 using the calculated quantitative thickness information of the object.
  • the calculated thickness information may be expressed by the following equation (5).
  • Is the quantitative thickness information of the measurement object 40 Is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram, Is the phase information of the portion through which the light of the object is transmitted, Is the phase information of a part that reflects light of an object, Means the refractive index difference between the object and the air.
  • the processor 90 directly generates the digital reference hologram calculated from the object hologram, Dimensional information can be restored. Therefore, a complicated optical device structure required for restoration of a one-shot type digital holography using a single object hologram image of the prior art, and thus a considerably high cost problem can be solved.
  • the reconstruction apparatus since the reconstruction apparatus additionally uses only the processor 90, it becomes possible to restore the holographic structure at a low cost with a very simple overall configuration .
  • the improved holographic reconstruction apparatus 1 and method according to the present invention other components except for the processor 90 and the positioning mirror 70 are substantially the same as the reflection type and transmission type holographic reconstruction apparatus of the prior art It has general versatility that can be easily applied to both the reflection type and transmission type hologram restoration apparatus of the prior art.
  • the improved holographic reconstruction apparatus 1 and method according to the present invention do not require the use of the reference light during hologram reconstruction, and provide a quantitative three-dimensional image reconstruction This is possible.
  • the improved holographic reconstruction apparatus 1 and method according to the present invention it is possible to quantitatively reconstruct a three-dimensional image of the measurement object 40 in real time without using the reference light as described above, , A device for detecting defects in ultrafine structure, a medical device requiring display of a precise three-dimensional image, and a refractive index error detection of a transparent object such as another lens, etc. It is possible.
  • the transmission mode and the reflection mode are selectively selected and measured by one integrated system incorporating the reflection type and transmission type hologram reconstruction apparatus of the related art Since the digital hologram can be measured regardless of the optical characteristics of the object, it is possible to solve the additional cost problem.

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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.

Description

개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법
본 발명은 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
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 난반사된 빛이 홀로그래피 감광재료에 도달한다. 이 광선을 물체광이라고 한다. 나머지 다른 한 광선은 렌즈로 확산시켜 직접 홀로그래피 감광재료 전면에 비추게 한다. 이 광선을 참조광 또는 기준광(이하 “기준광”이라 함)이라고 한다. 이렇게 하면 홀로그래피 감광재료 상에 물체광과 기준광이 서로 간섭(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.
그렇기 때문에 재생된 파면 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이러한 종래의 디지털 홀로그래피 기술의 문제점을 해결하기 위한 특허문헌들이 하기와 같이 다수 개시되어 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이미지저장부(600)는 이미지센서부(500)에서 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 메모리나 디스크장치 등과 같은 다양한 저장매체에 저장한다.
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.
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.
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.
따라서, 단일 파장의 광원을 사용하면서도 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구됨에 따라, 이에 부응하는 다수의 특허문헌들이 개시되어 있다.
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.
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.
또한 특허문헌 4는 1개의 파장을 이용한 투과형 측정장치로서 빛을 투과하는 물체만 측정 가능하지만, 2장의 이미지 촬영이 필요하므로 시간 지연에 따른 오차가 발생하는 문제가 있다.
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.
(선행특허문헌)
(특허문헌)
1. 한국등록특허 제10-1634170호(2016.06.22. 등록)
2. 한국등록특허 제10-1152798호(2012.05.29. 등록)
3. 한국등록특허 제10-1139178호(2012.04.16. 등록)
4. 한국등록특허 제10-1203699호(2012.11.15. 등록)
5. 한국등록특허 제10-1441245호(2014.09.05. 등록)
6. 한국등록특허 제10-1716452호(2017.03.08. 등록)
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.
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.
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.
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.
상기한 과제의 해결 수단을 통하여, 본 발명의 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
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.
2. 간단한 구조 및 저가의 비용으로 홀로그래픽 복원이 가능하다.
3. 종래 기술의 반사형 및 투과형 홀로그램 복원 장치에 모두 적용될 수 있는 범용성을 가진다.
4. 특히 홀로그램 복원 시 기준광의 사용이 불필요하며, 실시간으로 측정 대상 물체의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하다.
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.
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.
본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)는 그 프로세스(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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
수학식 1 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000001
여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000002
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000003
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000004
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.
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.
수학식 2 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000005
여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000006
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000007
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000008
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.
이하에서는 상기 획득된 2가지 타입의 물체 홀로그램으로부터 물체의 3차원 형상을 복원하는 구체적인 방법을 기술하기로 한다.
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).
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).
그 후, 주파수 필터링 알고리즘(Frequency filtering algorithm)을 이용하여 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보를 추출한다(도 4의 S33).
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.
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.
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).
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.
수학식 3 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000009
수학식 4 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000010
여기서,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000011
및
Figure PCTKR2017014076-appb-I000012
는 각각 보상된 빛 투과 물체 홀로그램, 및 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000013
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000014
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000015
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000016
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000017
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000018
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.
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.
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.
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.
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.
수학식 5 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000019
여기서,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000020
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000021
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000022
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000023
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000024
는 측정 대상 물체(40)와 공기의 굴절률 차이를 의미한다. 계산된 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 방법을 나타내는 플로우챠트이다.
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.
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.
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.
수학식 1 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000025
여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000026
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000027
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000028
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.
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.
수학식 2 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000029
여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000030
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000031
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000032
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.
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.
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.
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.
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.
수학식 3 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000033
수학식 4 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000034
여기서,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000035
는 보상된 빛 투과 물체 홀로그램이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000036
는 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000037
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000038
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000039
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000040
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000041
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000042
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.
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.
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.
상기 계산된 두께 정보는 하기 수학식 5로 표시될 수 있다.
수학식 5 :
Figure PCTKR2017014076-appb-I000043
여기서,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000044
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000045
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000046
는 물체의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000047
는 물체의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이고,
Figure PCTKR2017014076-appb-I000048
는 물체와 공기의 굴절률 차이를 의미한다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이상으로 본 발명에 관하여 실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능하다.

Claims (16)

  1. 홀로그래픽 복원 장치에 있어서,
    단일 파장 광을 방출하는 광원부;
    상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광과 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기;
    상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 1 투과 분할광을 반사시키는 복수의 광학 거울;
    상기 제 1 광 분할기에 의해 분할된 상기 제 2 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 프로세스에 의해 빛 투과(Transmission) 물체 홀로그램과, 빛 반사(Reflection) 물체 홀로그램을 투과형 모드와 반사형 모드에 따라 선택적으로 획득하는 홀로그래픽 복원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 빛 투과 물체 홀로그램은 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하는 부분에 대한 간섭 무늬에대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 1
    수학식 1 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000049
    로 표시되고, 여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000050
    는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000051
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000052
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타내는 홀로그래픽 복원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 빛 반사 물체 홀로그램은 상기 측정 대상 물체의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬에 대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 2
    수학식 2 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000053
    로 표시되고, 여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000054
    는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000055
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000056
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타내는 홀로그래픽 복원 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 빛 투과 물체 홀로그램은
    상기 제 1 투과 분할광 및 상기 제 2 투과 분할광에 의해 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하는 부분에 대해 형성된 간섭 무늬인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 빛 반사 물체 홀로그램은
    상기 제 1 반사 분할광 및 상기 제 2 반사 분할광에 의해 상기 측정 대상 물체의 빛을 반사하는 부분에 대해 형성된 간섭 무늬인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 복원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 위치 조정 미러의 위치를 조절하여 상기 투과형 모드와 반사형 모드에서의 빛의 광경로 차이를 보정하고,
    상기 빛 투과 물체홀로그램과 상기 빛 반사 홀로그램은 상기 기록 매체로부터 상기 프로세서로 전달되어 이미지 파일의 형태로 획득되는 홀로그래픽 복원 장치.
  7. 홀로그래픽 복원 방법에 있어서,
    a) 측정 대상 물체의 물체 홀로그램의 2가지 측정 모드를 선택하는 단계(S1);
    b) 상기 선택된 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 물체의 3차원 형상 정보 및 정량적인 두께 정보를 복원하는 단계(S5)를 포함하는 홀로그래픽 복원 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 b)단계는 빛 투과 모드의 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S21) 또는 빛 반사 모드의 물체 홀로그램을 측정하는 단계(S22)를 포함하는 홀로그래픽 복원 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계(S21)에서 획득되는 상기 빛 투과 물체 홀로그램은 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하는 부분에 대한 간섭 무늬에 대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 1
    수학식 1 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000057
    로 표시되고, 여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000058
    는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000059
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000060
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타내는 홀로그래픽 복원 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계(S22)에서 획득되는 상기 빛 반사 물체 홀로그램은 상기 측정 대상 물체의 빛을 반사하는 부분에 대한 간섭 무늬에 대응되는 복소 공액 홀로그램으로 하기 수학식 2
    수학식 2 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000061
    로 표시되고, 여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000062
    는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000063
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000064
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타내는 홀로그래픽 복원 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 c)단계는 상기 측정된 물체 홀로그램이 빛 투과 물체 홀로그램 또는 빛 반사 물체 홀로그램인 각각의 경우에 대해,
    c1) 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램에서 직류 및 허상 정보를 제거하기 위해 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여 얻어지는 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램의 주파수 스펙트럼을 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램의 실상(Real image), 허상(Imaginary image), 및 직류(Direct Current) 정보로 분리시키는 단계(S31);
    c2) 상기 분리된 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 분리된 빛 반사 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(S32);
    c3) 주파수 필터링 알고리즘(Frequency filtering algorithm)을 이용하여 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보를 추출하는 단계(S33);
    c4) 상기 추출된 기준광 정보의 파수벡터 상수(Wavenumber vector constant)를 계산하는 단계(S34);
    c5) 상기 계산된 파수벡터 상수를 이용하여 상기 추출된 기준광 정보의 보상 항(Term)을 계산하는 단계(S35);
    c6) 상기 물체 홀로그램 측정 시 사용된 물체광 대물 렌즈의 수차(Curvature aberration)를 보상하기 위해 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램에서 수차(curvature) 정보를 추출하는 단계(S36); 및
    c7) 상기 보상 항 및 상기 수차 정보가 보상된 상기 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램을 각 스펙트럼 확산 알고리즘(Angular Spectrum Propagation algorithm)을 이용하여 복원 영상면(Reconstruction image plane)의 정보로 변환하는 단계(S37)를 포함하는 홀로그래픽 복원 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 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 홀로그램 또는 상기 빛 반사 물체 홀로그램에 곱하여 상기 보상된 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 보상된 빛 반사 물체 홀로그램을 획득하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 복원 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보상된 빛 투과 물체 홀로그램 또는 상기 보상된 빛 반사 물체 홀로그램은 하기 수학식 3 또는 수학식 4
    수학식 3 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000065
    수학식 4 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000066
    로 표시되고, 여기서,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000067
    는 보상된 빛 투과 물체 홀로그램이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000068
    는 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000069
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000070
    는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000071
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000072
    는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000073
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000074
    는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 나타내는 홀로그래픽 복원 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    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 물체의 빛을 투과하거나 반사하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보가 제거된 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하거나 반사하는 부분의 위상 정보만을 포함하는 홀로그래픽 복원 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 e)단계는 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하는 부분의 추출된 위상 정보 또는 상기 측정 대상 물체의 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 물체의 상기 정량적인 두께 정보를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 측정 대상 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상을 복원하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 복원 방법
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 계산된 측정 대상 물체의 두께 정보는 하기 수학식 5
    수학식 5 :
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000075
    로 표시되고, 여기서.
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000076
    은 상기 측정 대상 물체의 정량적인 두께 정보이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000077
    는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000078
    는 상기 측정 대상 물체의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000079
    는 상기 측정 대상 물체의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이고,
    Figure PCTKR2017014076-appb-I000080
    는 상기 측정 대상 물체와 공기의 굴절률 차이를 나타내는 홀로그래픽 복원 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021066207A1 (ko) * 2019-09-30 2021-04-08 전자부품연구원 재기록 가능한 홀로그래픽 매질을 이용한 홀로그램 전송 장치 및 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101990009B1 (ko) * 2017-08-25 2019-09-30 주식회사 내일해 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법
KR20220032922A (ko) 2020-09-08 2022-03-15 삼성전자주식회사 퓨필 타원 편광 계측 장치 및 방법, 및 그 방법을 이용한 반도체 소자 제조방법
CN112731783B (zh) * 2020-12-16 2022-03-22 中山大学 一种高通量单像素全息成像方法及其系统
CN112525097B (zh) * 2020-12-18 2022-11-08 昆明理工大学 一种基于多传感器测量物体三维形变的方法
KR20230012411A (ko) * 2021-07-15 2023-01-26 주식회사 엘지화학 홀로그래픽 간섭 패턴 기록 장치 및 이를 이용한 기록 방법
WO2023120990A1 (ko) * 2021-12-24 2023-06-29 (주)힉스컴퍼니 디지털 홀로그래픽 현미경의 홀로그램 패턴 분석 소프트웨어 테스트 방법 및 장치
KR102560358B1 (ko) * 2021-12-24 2023-07-28 (주)힉스컴퍼니 디지털 홀로그래픽 현미경의 홀로그램 패턴 분석 소프트웨어 테스트 방법 및 장치
KR102534468B1 (ko) * 2022-06-07 2023-05-30 (주)힉스컴퍼니 현미경 탈부착용 디지털 홀로그래픽 모듈 장치 및 현미경의 3d 변환 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060037456A (ko) * 2003-08-26 2006-05-03 유티-배틀, 엘엘시 반사 및 전달에 대한 공간-헤테로다인 간섭계 측정
KR20140074211A (ko) * 2012-12-07 2014-06-17 한국전자통신연구원 홀로그램 영상의 진위 여부 식별 장치 및 방법, 및 홀로그램 영상 선택 재생 장치, 방법 및 시스템
KR20160029359A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 광운대학교 산학협력단 다중 기준 영상들을 이용한 ３차원 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR101621040B1 (ko) * 2014-09-05 2016-05-13 광운대학교 산학협력단 단일광을 이용한 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR20170079441A (ko) * 2015-12-30 2017-07-10 주식회사 케이피에스 진동 환경에서 큰 단차를 갖는 샘플의 높낮이 측정을 위한 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100288480B1 (ko) * 1998-12-02 2001-05-02 전주범 홀로그래픽 데이터 저장/ 재생 장치 및 방법
US7119905B2 (en) 2003-08-26 2006-10-10 Ut-Battelle Llc Spatial-heterodyne interferometry for transmission (SHIFT) measurements
DE102004063838A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Seereal Technologies Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Berechnen computer generierter Videohologramme
EP1910996A1 (en) * 2005-02-23 2008-04-16 Lyncee Tec S.A. Wave front sensing method and apparatus
TWI366749B (en) * 2007-12-10 2012-06-21 Ind Tech Res Inst Multi-color off-axis digital holographic system and the imaging method thereof
KR101152798B1 (ko) 2010-08-09 2012-06-14 (주)펨트론 듀얼 파장 디지털 홀로그래피을 이용한 3ｄ 측정 장치
KR101203699B1 (ko) 2011-04-04 2012-11-22 한국과학기술연구원 디지털 홀로그램 현미경 시스템 및 이를 이용한 3차원 영상 획득 방법
KR101139178B1 (ko) 2011-09-30 2012-04-26 디아이티 주식회사 디지털 홀로그래피를 이용한 입체 측정장치
WO2013047709A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 ウシオ電機株式会社 デジタルホログラフィ方法及びデジタルホログラフィ装置
US8896840B2 (en) * 2012-04-25 2014-11-25 Canon Kabushiki Kaisha Interferometric method and digital holographic microscope
US20140160541A1 (en) 2012-12-07 2014-06-12 Electronics And Telecommunications Research Institute Holographic image identification apparatus and method, and holographic image selective reconstruction apparatus, method and system
KR101441245B1 (ko) 2013-05-29 2014-09-17 제주대학교 산학협력단 디지털 홀로그래픽 현미경 장치
KR101634170B1 (ko) 2014-09-05 2016-06-28 광운대학교 산학협력단 디지털 홀로그래피 현미경 및 디지털 홀로그램 영상 생성 방법
KR101716452B1 (ko) 2015-08-21 2017-03-15 삼성디스플레이 주식회사 디지털 홀로그래피 마이크로스코프를 이용한 고단차 측정 방법
KR101990009B1 (ko) * 2017-08-25 2019-09-30 주식회사 내일해 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060037456A (ko) * 2003-08-26 2006-05-03 유티-배틀, 엘엘시 반사 및 전달에 대한 공간-헤테로다인 간섭계 측정
KR20140074211A (ko) * 2012-12-07 2014-06-17 한국전자통신연구원 홀로그램 영상의 진위 여부 식별 장치 및 방법, 및 홀로그램 영상 선택 재생 장치, 방법 및 시스템
KR20160029359A (ko) * 2014-09-05 2016-03-15 광운대학교 산학협력단 다중 기준 영상들을 이용한 ３차원 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR101621040B1 (ko) * 2014-09-05 2016-05-13 광운대학교 산학협력단 단일광을 이용한 물체 형상 복원 장치 및 방법
KR20170079441A (ko) * 2015-12-30 2017-07-10 주식회사 케이피에스 진동 환경에서 큰 단차를 갖는 샘플의 높낮이 측정을 위한 디지털 홀로그램 기록재생장치 및 기록재생방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021066207A1 (ko) * 2019-09-30 2021-04-08 전자부품연구원 재기록 가능한 홀로그래픽 매질을 이용한 홀로그램 전송 장치 및 방법

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