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KR102373935B1 - An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method - Google Patents

An Improved Holographic Reconstruction Apparatus and Method Download PDF

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KR102373935B1
KR102373935B1 KR1020210025308A KR20210025308A KR102373935B1 KR 102373935 B1 KR102373935 B1 KR 102373935B1 KR 1020210025308 A KR1020210025308 A KR 1020210025308A KR 20210025308 A KR20210025308 A KR 20210025308A KR 102373935 B1 KR102373935 B1 KR 102373935B1
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split
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reflected
hologram
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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 apparatus includes: a first light splitter for splitting a single wavelength light from a light source into first and second transmitted split light; a plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted split light; a second light splitter dividing the second transmitted split light into first and second reflected split lights; a reference light objective lens through which the second reflection split light passes; a positioning mirror through which the first reflected split light passing through the reference light objective lens is transmitted; The first transmitted split light passing through the measurement target object or the first reflected split light reflected from the measurement target object passes through the object light objective lens, and the second reflected split light reflected by the positioning mirror is a recording medium for recording an interference fringe formed by passing through the reference light objective lens and being transmitted to the second light splitter; and a processor for receiving and storing the image file generated by converting the interference fringe, wherein the light transmission or reflection object hologram is selectively acquired according to the mode. Various embodiments are possible.

Figure R1020210025308
Figure R1020210025308

Description

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

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

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

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

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

일 예를 들면, 디지털 홀로그래피 현미경은 디지털 홀로그래피 기술을 활용하여 물체의 형상을 측정하는 현미경으로서, 일반적인 현미경이 통상 일반 광원을 물체에 비추어 물체로부터 반사 또는 투과되는 빛의 세기를 측정함으로 물체의 형상을 측정하는 장치라면, 디지털 홀로그래피 현미경은 빛이 물체에 비추어졌을 경우 일어나는 빛의 간섭과 회절현상을 측정하고 이를 디지털 방식으로 기록하여, 이들 정보로부터 물체의 형상정보를 복원하는 장치이다.For example, a digital holographic microscope is a microscope that measures the shape of an object using digital holography technology. A general microscope uses a general light source to illuminate an object and measure the intensity of light reflected or transmitted from the object to measure the shape of the object. If it is a measuring device, a digital holographic microscope is a device that measures the interference and diffraction of light that occurs when light is shined 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 a light splitter. One light (reference light) illuminates the image sensor directly, and the other light (object light) As the light transmitted or reflected from the measurement target is illuminated by the measurement target object, the image sensor causes interference between the reference light and the object light, and the interference pattern information of the light is recorded with the digital image sensor It is a technology for restoring the shape of a measurement target object by using a computer with the recorded interference fringe information.

한편, 디지털 홀로그래피가 아닌 기존의 광학적 홀로그래피 기술의 경우는, 상기 빛의 간섭무늬 정보를 특수 필름으로 기록하고, 상기 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위하여 상기 기준광을 간섭무늬가 기록된 특수필름에 비추면 본래 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원되는 방식이다.On the other hand, in the case of the conventional optical holography technology, not digital holography, the interference fringe information of the light is recorded with a special film, and the reference light is irradiated onto the special film on which the interference fringe is recorded in order to restore the shape of the object to be measured. This is a method in which the shape of the virtual measurement object is restored to the location where the measurement object was originally located.

디지털 홀로그래피 현미경은 기존의 광학적 홀로그래피 방식과 비교하였을 때, 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 측정하고 디지털 방식으로 저장하고, 상기 저장된 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 컴퓨터 장치 등을 이용한 수치연산 방식을 통하여 가공해서 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared with the conventional optical holography method, the digital holographic microscope measures the interference fringe information of light with a digital image sensor and stores it digitally, and the stored interference fringe information is numerically calculated using a computer device rather than an optical method. It is different in that it restores the shape of the object to be measured by processing it through

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.In a conventional digital holographic microscope, a laser light source of a single wavelength may be used first. However, when using a single laser light source, there is a problem in that the measurement resolution of the object, that is, the minimum measurement unit is limited by the wavelength of the laser light source used. In addition, when a laser light source of two or multiple wavelengths is used among existing digital holographic microscopes, the cost increases by using light sources having different wavelengths, or holographic images are sequentially acquired using light sources of different wavelengths. Therefore, there is a problem in that it is difficult to measure the three-dimensional change information of the object to be measured in real time.

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

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

이들 특허문헌들에 의하면, 측정 대상 물체의 측정 해상도를 높이고, 시간이 흐름에 따라 변화하는 측정 대상 물체에 대한 홀로그램을 실시간으로 측정 및 기록하여 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 실시간으로 복원하는 효과가 달성되지만, 여전히 다음과 같은 문제점이 발생한다.According to these patent documents, the effect of increasing the measurement resolution of the measurement object and measuring and recording the hologram of the measurement object that changes with time in real time to restore the three-dimensional shape information of the measurement object in real 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 entitled “Digital Holographic Microscope and Digital Holographic Image Generating Method” is a two-wavelength digital holographic microscope device, as shown in FIG. 1 , a mixed light source unit 100, a wavelength division unit 200 , an interference fringe acquisition unit 300 , an object unit 400 , an image sensor unit 500 , an image storage unit 600 , a control unit 700 , and an object shape restoration unit 800 .

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

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

간섭무늬획득부(300)는 제2 광분할기(310)와 제3 광분할기(320)와 제2 반사체(330)와 제3 여광판(340)과 제3 반사체(350)를 포함한다. 제2 광분할기(310)는 파장분할부(200)로부터 입력된 제1 광선을 입력받아 제1 물체광과 제1 기준광으로 분할한다. 이때 제2 광분할기(210)는 입사받은 제1 광선을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제3 광분할기(320)도 제2 광분할기(310)와 동일한 방식으로 제2 광선을 입력받아 제2 물체광과 제2 기준광으로 분할한다. 제2 반사체(330)는 제1 기준광을 입사받고, 이를 반사한 제1 반사기준광을 제2 광분할기(310)로 보낸다. 제3 여광판(340)은 제2 광분할기(310)에서 분할된 제1 기준광을 입사받아 제2 반사체(330)로 보내고, 반사되는 제1 반사기준광을 입사받아 제2 광분할기(310)로 보낼 수 있다. 또한 제3 여광판(340)은 제2 물체광이 제2 광분할기(310)에 이르러 광분할되어 일부가 제2 반사체(330) 방향으로 진행할 때 제2 반사체(330)에 도달하지 못하도록 진행을 막는다. 이를 위하여 제3 여광판(340)은 광을 투과시킴에 있어서 제1 여광판(220)과 동일한 특성을 가지는 여광판으로 한다. 제3 반사체(350)는 제2 기준광을 입사받고, 이를 반사한 제2 반사기준광을 제3 광분할기(320)로 보내는데, 여기서 제2 반사체(330) 및 제3 반사체(350)는 제어부(700)의 제어에 따라 각도 조절이 가능하도록 구성하여, 탈축(off-axis) 홀로그램을 구현할 수 있다.The interference fringe acquisition unit 300 includes a second light splitter 310 , a third light splitter 320 , a second reflector 330 , a third 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 a first object light and a first reference light. At this time, the second light splitter 210 serves to divide the incident first light beam in different directions and advance the light beam. 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 transmits the reflected first reference light to the second light splitter 310 . The third filter plate 340 receives the first reference light divided by the second light splitter 310 and sends it to the second reflector 330 , and receives the reflected first reflected reference light to the second light splitter 310 . can In addition, the third filter plate 340 blocks the progress of the second object light so that it does not reach the second reflector 330 when the second object light reaches the second light splitter 310 and is split so that some of the light travels in the direction of the second reflector 330 . . To this end, the third filter plate 340 is a filter plate having the same characteristics as the first filter plate 220 in transmitting light. The third reflector 350 receives the second reference light, and transmits the reflected second reference light to the third light splitter 320 , where the second reflector 330 and the third reflector 350 are the controller 700 ) can be configured so that the angle can be adjusted according to the control of an off-axis hologram.

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 and second object lights obtained as described above are converted into first and second reflective object lights, respectively, and are sent to the image sensor unit 500 through the following process. The second light splitter 310 injects the first object light divided as described above to the measurement target object mounted on the objective unit 400 , and the second object is divided and sent from the third light splitter 320 . Light is incident on the measurement target object. In this case, the reflected light reflecting the first object light incident from the measurement target object is referred to as the first reflecting object light. In addition, the reflected light reflecting the second object light incident from the measurement target object is referred to as a second reflecting object light. The second light splitter 310 receives the first reflective object light and the second reflective object light reflected as described above and transmits them to the third light splitter 320 . The third light splitter 320 transmits the first reflective object light and the second reflective object light received as described above to the image sensor unit 500 again.

또한 상술한 바와 같이 획득된 제1 반사기준광, 제2 반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(500)로 보내진다. 구체적으로, 제2 광분할기(310)는 제2 반사체(330)에서 반사되어 온 제1 반사기준광을 입력받아 제3 광분할기(320)로 보낸다. 제3 광분할기(320)는 이상과 같이 제2 광분할기(310)에서 보내진 제1 반사기준광과, 제3 반사체(350)에서 반사되어 온 제2 반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(500)로 보낸다. 그에 따라, 제3 광분할기(320)에서 제1 반사물체광과 제1 반사기준광과 제2 반사물체광과 제2 반사기준광이 모두 동일하게 이미지센서부(500) 방향으로 보내진 후, 상호 간섭하여 간섭무늬가 생성된다.In addition, the first reflection reference light and the second reflection reference light obtained as described above are sent to the image sensor unit 500 through the following process. Specifically, the second light splitter 310 receives the first reflection reference light reflected from the second reflector 330 and transmits it to the third light splitter 320 . As described above, 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, and receives the image sensor unit 500 again. send to Accordingly, in the third light splitter 320, the first reflecting object light, the first reflecting reference light, the second reflecting object light, and the second reflecting reference light are all sent in the same direction to the image sensor unit 500, and then mutually interfere with each other. An interference fringe 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.On the other hand, the second reflector 330 and the third reflector 350 are angled according to the control of the controller 700 in order to configure an off-axis system in which light rays of different wavelengths form different interference fringes. It is characterized in that it can be adjusted in multiple directions.

즉, 제2 반사체(330)와 제3 반사체(350)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2 반사체(330)로부터 반사되는 제1 반사기준광과 제3 반사체(350)로부터 반사되는 제2 기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1 반사기준광과 제2 반사기준광이 이미지센서부(500)에 도달한 제1 반사물체광과 제2 반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다.That is, as the angles of the second reflector 330 and the third reflector 350 are different from each other, the first reflection reference light reflected from the second reflector 330 and the second reference light reflected from the third reflector 350 are different from each other. When the separation occurs in the direction of the light, the first reflection reference light and the second reflection reference light are combined with the first reflection object light and the second reflection object light reaching the image sensor unit 500 to form an interference fringe, each wavelength A different deaxially descaled interference fringe is 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 measurement target object to the holder to be measured, and the objective lens 420 is incident on the measurement target object 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 fringe obtained by the interference fringe acquisition unit 300 onto a digital image sensor, measures the projected interference fringe using the digital image sensor, and converts the measured value to a discrete signal. convert to In general, a recording of the interference fringe is called a hologram. As such a digital image sensor, various image sensors such as a CCD may be used.

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 fringe information converted into the discrete signal by the image sensor unit 500 in various storage media such as a memory or a disk device.

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

물체형상복원부(800)는 위상정보획득부(810)와 두께정보획득부(820)와 형상복원부(830)을 포함하며, 위상정보획득부(810)은 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2 광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(820)은 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(830)은 상기 두께정보를 이용하여 측정 대상 물체의 실시간 3차원 형상을 복원한다. 이때 측정 대상 물체의 두께정보는 상기 물체광과 기준광이 각각 진행한 경로의 차이 정보를 포함한다. 이와 같은 상기 물체광과 기준광의 광 경로차 때문에 상기 물체광과 기준광이 중첩되었을 때 상기 간섭무늬가 형성된다.The object shape restoration unit 800 includes a phase information acquisition unit 810, a thickness information acquisition unit 820, and a shape restoration unit 830, and the phase information acquisition unit 810 uses the interference fringe information. The phase information of the interference fringe with respect to the first light beam and the phase information of the interference fringe with respect to the second light beam are respectively obtained, and the thickness information acquisition unit 820 obtains thickness information of the measurement target object using the phase information, , the shape restoration unit 830 restores the real-time three-dimensional shape of the measurement target object by using the thickness information. In this case, the thickness information of the object to be measured includes information on the difference between the paths traveled by the object light and the reference light, respectively. Due to the optical path difference between the object light and the reference light, the interference fringe 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 described above, since a mixed light source having a wavelength band distributed in several non-single bands is used, the wavelength division unit divides the first light beam and the second light beam having different wavelengths to obtain at least two or more single wavelengths. For division, the first filter plate, the second filter plate, and the first reflector must be used. In addition, the interference fringe acquisition unit includes a third light splitter for splitting the second light beam, a third reflector for reflecting the second light beam, and a third filter plate for blocking the second light beam from entering the second reflector. should be used Accordingly, there are still problems that the structure of the entire device becomes complicated, the overall optical noise of the 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 a new method for solving the above-described problems while using a light source of a single wavelength is required, a number of patent documents corresponding thereto have been disclosed.

그런데, 개시된 대부분 특허문헌들의 광학 시스템은 디지털 홀로그램을 측정하기 위해 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과형 시스템 또는 빛을 반사(Reflection)하는 반사형 시스템으로 크게 분류할 수 있다.However, the optical system of most disclosed patent documents can be broadly classified into a transmissive 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 only an object that reflects light can be measured, but Patent Document 2 requires lasers having two different wavelengths, and The optical interferometer system is complicated, patent document 3 requires two image sensors, uses white light with low coherence, and like patent document 2, the optical interferometer system is complicated, and patent document 5 like patent document 2 , lasers having two different wavelengths are required, and the optical interferometer system is complicated, and hologram generation is impossible due to the configuration of the proposed system. There is a problem that a laser is required and the optical interferometer system is complicated.

또한 특허문헌 4는 1개의 파장을 이용한 투과형 측정장치로서 빛을 투과하는 물체만 측정 가능하지만, 2장의 이미지 촬영이 필요하므로 시간 지연에 따른 오차가 발생하는 문제가 있다.In addition, Patent Document 4 is a transmission type measuring device using one wavelength and can measure only an object that transmits light.

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 and a reflective system according to the optical characteristics of the measurement target, such as an object that transmits light or an object that reflects light. In order to measure holograms, there is a problem that additional cost arises because expensive equipment worth hundreds of millions of won must be purchased each.

[선행특허문헌][Prior Patent Literature]

[특허문헌][Patent Literature]

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

2. 한국등록특허 제10-1152798호(2012.05.29. 등록)2. Korea 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. Korea Patent No. 10-1203699 (Registered on November 15, 2012)

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

6. 한국등록특허 제10-1716452호(2017.03.08. 등록)6. Korean Patent Registration No. 10-1716452 (Registered on Mar. 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 has been devised to solve the conventional problems as described above, and an object of the present invention is a transmission type system for measuring an object that transmits light, and a reflection type for measuring an object that reflects light An object of the present invention is to provide an improved holographic restoration device that can measure a digital hologram regardless of the optical properties of an object to be measured by a single integrated system that integrates the system.

또한 본 발명의 다른 목적은 측정하는 물체의 광학적 특성과 관계없이 디지털 홀로그램을 측정하고자, 빛을 투과(Transmission)하는 물체를 측정하는 투과 모드와, 빛을 반사(Reflection)하는 물체를 측정하는 반사 모드를 선택할 수 있도록 개선된 홀로그래픽 복원 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to measure a digital hologram regardless of the optical characteristics of the object to be measured, a transmission mode for measuring an object that transmits light, and a reflection mode for measuring an object that reflects light 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 apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source unit emitting a single wavelength light; a first light splitter for splitting the single wavelength light emitted from the light source into a first transmitted split light and a second transmitted split light; a plurality of optical mirrors for reflecting the first transmitted split light split by the first light splitter; a second light splitter dividing the second transmitted light split by the first light splitter into a first reflected split light and a second reflected split light; an object light objective lens for passing the first transmitted split light transmitted through the measurement target object after being reflected by the plurality of optical mirrors or the first reflected split light split by the second light splitter; a reference light objective lens for passing the second reflection split light divided by the second light splitter; a positioning mirror through which the second reflection split light passing through the reference light objective lens is transmitted; The first split beam transmitted through the measurement target or the first split split beam reflected from the surface of the measurement target, and the second split beam reflected from the positioning mirror passing through the reference beam objective lens a recording medium for recording an interference fringe formed by passing through the object light objective lens and the reference light objective lens, respectively, and transmitted to the second light splitter; and a processor for receiving and storing an image file generated by transforming the interference fringe transmitted from the recording medium, wherein a light transmission object hologram and a light reflection object hologram are transmitted by the processor in a transmission mode and selectively acquired according to the reflective mode.

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

상기한 과제의 해결 수단을 통하여, 본 발명의 개선된 홀로그래픽 복원 장치 및 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the means for solving the above problems, the improved holographic restoration apparatus 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. It is possible to solve the complex optical device structure required for one-shot digital holographic restoration using a single object holographic image of the prior art and a significant high cost problem.

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 versatility that can be applied to both reflective and transmissive hologram restoration devices of the prior art.

4. 특히 홀로그램 복원 시 기준광의 사용이 불필요하며, 실시간으로 측정 대상 물체의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하다.4. In particular, the use of reference light is unnecessary when restoring holograms, and quantitative 3D image restoration of the measurement target 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 precise three-dimensional image display, and other transparent objects such as lenses for refractive index error detection It can be applied to the device for

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. A digital hologram can be measured regardless of the optical characteristics of a measurement target by selectively selecting a transmission mode and a reflection mode by one integrated system that integrates the conventional reflective and transmissive hologram restoration devices, so additional cost can solve the problem.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Further advantages of the present invention may become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings in which like or similar reference numerals denote 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.
1 is a block diagram illustrating in detail a two-wavelength digital holographic microscope apparatus according to the disclosed prior art.
2 is a schematic block diagram illustrating an improved holographic restoration apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an improved holographic restoration method according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating in detail a specific implementation step of step S3 among the improved holographic restoration method of FIG. 3 .

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

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

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

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

본 발명의 일 실시예에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)는 그 프로세서(90)에 의해 빛 투과(Transmission) 물체 홀로그램과, 빛 반사(Reflection) 물체 홀로그램을 투과형 모드와 반사형 모드에 따라 선택적으로 획득할 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형으로 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1)의 프로세서(90)는 위치 조정 미러(70)의 위치를 가변적으로 조절함으로써, 투과형 모드와 반사형 모드에서의 빛의 광경로 차이를 보정해준다. 이에 따라, 빛 투과 물체 홀로그램 또는 빛 반사 물체 홀로그램은 기록 매체(80)(예를 들어, CCD)를 통해 프로세서(90)로 전달되어 이미지 파일의 형태로 획득될 수 있다.The improved holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention generates a light transmission object hologram and a light reflection object hologram by the processor 90 according to the transmission type mode and the reflection type mode. It can be obtained selectively. That is, the processor 90 of the integrally improved holographic restoration apparatus 1 according to an embodiment of the present invention variably adjusts the position of the position adjustment mirror 70, so that light in the transmissive mode and the reflective mode It compensates for 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) to be acquired 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 apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, in the transmission mode for measuring an object that transmits light, the light emitted from the laser, which is the light source unit 10, passes through the first light splitter 20 . It is divided into the first transmitted split light T1 and the second transmitted split light T2.

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

한편, 빛을 반사하는 물체를 측정하는 반사형 모드에서는 광원부(10)인 레이저에서 나온 빛이 제 1 광 분할기(20)를 통해 제 1 투과 분할광(T1)과 제 2 투과 분할광(T2)으로 나누어진다.On the other hand, in the reflective mode for measuring an object reflecting light, the light emitted from the laser, which is the light source unit 10 , passes through the first light splitter 20 into the first transmitted split light T1 and the second transmitted 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 the first reflection split light R1 and the second reflection split light R2 by the second light splitter 60 . The first reflection split light R1 passes through the object light objective lens 50 , is reflected from the measurement target object 40 , passes through the object light objective lens 50 again, and is directed to the second light splitter 60 . The second reflection split light R2 passes through the reference light objective lens 51 and is reflected by the positioning optical mirror 70 , and the reflected light passes through the reference light objective lens 51 again 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 beam R1 and the second reflection split beam R2 met by the second light splitter 60 form an interference fringe (light reflection object hologram) for the portion reflecting the light of the measurement target object 40 . will form Here, the first reflection split light R1 corresponds to the object light of the light reflecting object hologram, and the second reflection divided 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, by adjusting the position of the position adjustment mirror 70 by, for example, the processor 90 implemented by a PC, the optical path difference of light generated in the transmissive mode and the reflective mode is corrected. The light transmitting object hologram and the light reflecting object hologram are respectively transmitted to the PC which is the processor 90 through the CCD as 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 the light transmission mode is selected and measured by the holographic restoration apparatus 1 according to the above-described embodiment of the present invention, the obtained light transmitting object hologram is in the portion through which the light of the measurement target object 40 is transmitted. It is an interference pattern for The light-transmitting object hologram thus obtained may be expressed as a complex conjugated hologram as shown in Equation 1 below.

수학식 1 :

Figure 112021022796362-pat00001
Equation 1:
Figure 112021022796362-pat00001

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112021022796362-pat00002
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00003
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00004
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112021022796362-pat00002
represents the obtained light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00003
represents the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00004
represents the complex conjugate of the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram.

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

수학식 2 : Equation 2:

Figure 112021022796362-pat00005
Figure 112021022796362-pat00005

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112021022796362-pat00006
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00007
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00008
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112021022796362-pat00006
represents the obtained light-reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00007
represents the object light and the reference light of the light-reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00008
represents the complex conjugate of the object light and the 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 reconstructing a three-dimensional shape of an object from the obtained two types of object holograms will be described.

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

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

그 후, 주파수 필터링 알고리즘(Frequency filtering algorithm)을 이용하여 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보를 추출한다(도 4의 S33).Thereafter, reference light information of the 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 a compensation term of the extracted reference light information, a wavenumber vector constant of the extracted reference light information is calculated ( S34 of FIG. 4 ). A compensation term of the extracted reference light information is calculated using the calculated wavenumber vector constant (S35 of 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.Thereafter, aberration information is extracted from the light-transmitting object hologram to compensate for the aberration of the object light objective lens 51 used for measuring the hologram ( S36 of FIG. 4 ). To this end, for example, an aberration information compensation term is generated using an automatic frequency aberration 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).A compensated light-transmitting object hologram is obtained by multiplying the extracted reference light information compensation term and aberration information compensation term by the 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.On the other hand, even in the case of the reflective mode, the light reflective object hologram obtained by the two-dimensional Fourier transform is obtained by applying the same method as the above-described transmissive mode to obtain the compensated light reflective object hologram. The compensated light-transmitting object hologram and the compensated light-reflecting object hologram obtained in this way can be expressed as Equations 3 and 4, respectively.

수학식 3 : Equation 3:

Figure 112021022796362-pat00009
Figure 112021022796362-pat00009

수학식 4 :Equation 4:

Figure 112021022796362-pat00010
Figure 112021022796362-pat00010

여기서,

Figure 112021022796362-pat00011
Figure 112021022796362-pat00012
는 각각 보상된 빛 투과 물체 홀로그램, 및 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure 112021022796362-pat00013
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure 112021022796362-pat00014
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure 112021022796362-pat00015
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure 112021022796362-pat00016
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이며,
Figure 112021022796362-pat00017
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이고,
Figure 112021022796362-pat00018
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here,
Figure 112021022796362-pat00011
and
Figure 112021022796362-pat00012
are a compensated light-transmitting object hologram, and a compensated light-reflecting object hologram, respectively,
Figure 112021022796362-pat00013
is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00014
is the object light and reference light of the light reflection hologram,
Figure 112021022796362-pat00015
is the compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00016
is the aberration information compensation term of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00017
is the compensation term of the reference light information of the light reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00018
denotes a compensation term for aberration information of a light reflecting object hologram.

상기 수학식 3으로 표시된 보상된 빛 투과 물체 홀로그램은 각 스펙트럼 확산 알고리즘(Angular Spectrum Propagation algorithm)을 이용하여 복원 영상면(Reconstruction image plane)의 정보로 변환된다.The compensated light-transmitting object hologram represented by Equation 3 is converted into information of 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 transform-compensated object hologram through inverse 2D Fourier transform. At this time, the phase information obtained is the information other than the phase information of the light-transmitting part of the measurement target object 40 possessed by the obtained light-transmitting object hologram (ie, light information, object light of the objective lens 50). aberration information) is removed, and only phase information of a portion that transmits light of the measurement target object 40 is included.

동일한 방법을 보상된 빛 반사 물체 홀로그램에 적용하여 위상 정보를 추출한다. 이때 획득되는 위상 정보는, 획득한 빛 반사 물체 홀로그램이 가지고 있는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보를 제외한 나머지 정보(즉, 빛의 정보, 물체광 대물 렌즈(50)의 수차 정보)를 제거한 형태로, 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보만을 포함하고 있다.The same method is applied to the compensated light-reflecting object hologram to extract phase information. The phase information obtained at this time is the information other than the phase information of the portion reflecting the light of the measurement target object 40 possessed by the acquired light reflection object hologram (that is, light information, object light of the objective lens 50) aberration information) is removed, and only phase information of a portion reflecting light of the measurement target object 40 is included.

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 portion that transmits the extracted light and the phase information of the portion that reflects the extracted light of the measurement target object 40 are distorted phase information using a 2D phase unwrapping algorithm Compensate for each, and calculates quantitative thickness information of the measurement target object 40 using this (S5 in FIG. 3). This quantitative thickness information can be expressed as in Equation 5 below.

수학식 5 :Equation 5:

*

Figure 112021022796362-pat00019
*
Figure 112021022796362-pat00019

여기서,

Figure 112021022796362-pat00020
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure 112021022796362-pat00021
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure 112021022796362-pat00022
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112021022796362-pat00023
는 측정 대상 물체(40)의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이며,
Figure 112021022796362-pat00024
는 측정 대상 물체(40)와 공기의 굴절률 차이를 의미한다. 계산된 물체의 정량적인 두께 정보를 이용하여 물체의 3차원 형상을 복원한다.here,
Figure 112021022796362-pat00020
is quantitative thickness information of the measurement target object 40,
Figure 112021022796362-pat00021
is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram,
Figure 112021022796362-pat00022
is the phase information of the portion that transmits the light of the measurement target object 40,
Figure 112021022796362-pat00023
is the phase information of the part that reflects the light of the measurement target object 40,
Figure 112021022796362-pat00024
denotes a 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.3 is a flowchart illustrating an improved holographic restoration method according to an embodiment of the present invention.

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

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

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

수학식 1 : Equation 1:

Figure 112021022796362-pat00025
Figure 112021022796362-pat00025

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112021022796362-pat00026
는 획득한 빛 투과 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00027
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure 112021022796362-pat00028
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112021022796362-pat00026
represents the obtained light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00027
represents the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00028
represents the complex conjugate of the object light and the reference light of the light-transmitting object hologram.

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

수학식 2 : Equation 2:

Figure 112021022796362-pat00029
Figure 112021022796362-pat00029

여기서, x와 y는 공간 좌표를 나타내며,

Figure 112021022796362-pat00030
는 획득한 빛 반사 물체 홀로그램을 나타내고,
Figure 112021022796362-pat00031
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광을 나타내며,
Figure 112021022796362-pat00032
는 빛 반사 물체 홀로그램의 물체광과 기준광의 복소 공액을 나타낸다.where x and y represent spatial coordinates,
Figure 112021022796362-pat00030
represents the obtained light-reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00031
represents the object light and reference light of the light-reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00032
represents the complex conjugate of the object light and the 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 above-described holographic restoration method according to an embodiment of the present invention, when the measured object hologram is a light-transmitting object hologram, step c) is performed in c1) 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 a real image, an imaginary image, and direct current information of the light-transmitting object hologram step; c2) In order to remove the virtual image and direct current (DC) information of the separated light-transmitting object hologram, the real image spot-position is 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 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 for measuring the object hologram; and c7) converting the light-transmitting object hologram, in which the compensation term and the aberration information are compensated, into information of a reconstruction image plane using 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.In this case, step c6) may include generating an aberration information compensation term using an automatic frequency aberration compensation algorithm; and multiplying the extracted reference light information compensation term and the aberration information compensation term by the light transmitting object hologram to obtain the compensated 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.On the other hand, even in the case of the reflective mode, the light reflective object hologram obtained by the two-dimensional Fourier transform is obtained by applying the same method as the above-described transmissive mode to obtain the compensated light reflective object hologram.

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

수학식 3 : Equation 3:

Figure 112021022796362-pat00033
Figure 112021022796362-pat00033

수학식 4 :Equation 4:

Figure 112021022796362-pat00034
Figure 112021022796362-pat00034

여기서,

Figure 112021022796362-pat00035
는 보상된 빛 투과 물체 홀로그램이고,
Figure 112021022796362-pat00036
는 보상된 빛 반사 물체 홀로그램이고,
Figure 112021022796362-pat00037
는 빛 투과 물체 홀로그램의 물체광 및 기준광이며,
Figure 112021022796362-pat00038
는 빛 반사 홀로그램의 물체광 및 기준광이고,
Figure 112021022796362-pat00039
는 빛 투과 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure 112021022796362-pat00040
는 빛 투과 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항이고,
Figure 112021022796362-pat00041
는 빛 반사 물체 홀로그램의 기준광 정보의 보상 항이며,
Figure 112021022796362-pat00042
는 빛 반사 물체 홀로그램의 수차(curvature) 정보 보상 항을 의미한다.here,
Figure 112021022796362-pat00035
is the compensated light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00036
is the compensated light-reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00037
is the object light and reference light of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00038
is the object light and reference light of the light reflection hologram,
Figure 112021022796362-pat00039
is the compensation term of the reference light information of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00040
is the aberration information compensation term of the light-transmitting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00041
is the compensation term of the reference light information of the light reflecting object hologram,
Figure 112021022796362-pat00042
denotes a compensation term for aberration information of a light reflecting object hologram.

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 reconstruction method according to an embodiment of the present invention described above, step d) is implemented as a step of extracting phase information from a transform-compensated object hologram through an Inverse 2D Fourier Transform, The phase information obtained here is information other than the phase information of the portion that transmits or reflects the light of the measurement target object 40 possessed by the obtained light transmitting object hologram or light reflecting object hologram (ie, light information, object The aberration information of the optical objective lens 50) includes only the phase information of the portion that transmits or reflects the light of the measurement target object 40 from which it 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 above-described holographic restoration method according to an embodiment of the present invention, step e) is the extracted phase information of the portion that transmits the light of the measurement target object 40 or the extracted phase information of the portion that reflects the light compensating for each distorted phase information using a 2D phase unwrapping algorithm; calculating quantitative thickness information of the measurement target object 40 using the compensated phase information; and restoring the three-dimensional shape of the measurement target object 40 by using the calculated quantitative thickness information of the object.

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

수학식 5 :Equation 5:

Figure 112021022796362-pat00043
Figure 112021022796362-pat00043

여기서,

Figure 112021022796362-pat00044
은 측정 대상 물체(40)의 정량적인 두께 정보이고,
Figure 112021022796362-pat00045
는 물체 홀로그램 획득 시 사용한 광원의 파장이며,
Figure 112021022796362-pat00046
는 물체의 빛을 투과하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112021022796362-pat00047
는 물체의 빛을 반사하는 부분의 위상 정보이고,
Figure 112021022796362-pat00048
는 물체와 공기의 굴절률 차이를 의미한다.here,
Figure 112021022796362-pat00044
is quantitative thickness information of the measurement target object 40,
Figure 112021022796362-pat00045
is the wavelength of the light source used to acquire the object hologram,
Figure 112021022796362-pat00046
is the phase information of the part that transmits the light of the object,
Figure 112021022796362-pat00047
is the phase information of the part that reflects the light of the object,
Figure 112021022796362-pat00048
is 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 apparatus 1 and method according to the present invention, the digital reference hologram calculated from the object hologram is directly generated using the processor 90, Since the dimensional information can be restored, it is possible to solve the complex optical device structure required for one-shot digital holography restoration using a single object holographic image of the prior art and a significant high cost problem accordingly.

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 apparatus 1 and method according to the present invention, since the restoration apparatus additionally uses only the processor 90, the overall configuration thereof is very simple and it is possible to restore the holographic at a 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 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 reflective and transmissive hologram restoration apparatuses of the prior art. Since 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 apparatus 1 and method according to the present invention, in particular, unlike the prior art, the use of reference light is unnecessary when hologram restoration is performed, and quantitative 3D image restoration of the measurement target object 40 in real time This is possible.

또한, 본 발명에 따른 개선된 홀로그래픽 복원 장치(1) 및 방법에서는, 상술한 바와 같이 기준광을 사용함이 없이 실시간으로 측정 대상 물체(40)의 정량적인 3차원 영상 복원이 가능하므로, TFT 및 반도체와 같은 초 미세 구조의 결함 검출용 장치, 정밀한 3차원 영상의 표시가 요구되는 의료 기기, 및 기타 렌즈와 같은 투명한 물체의 굴절률 에러 검출 등을 포함한 다양한 분야의 검출, 확인 또는 표시용 장치에 적용이 가능하다.In addition, in the improved holographic restoration apparatus 1 and method according to the present invention, quantitative three-dimensional image restoration of the measurement target object 40 is possible in real time without using the reference light as described above, so TFT and semiconductor Applicable to detection, confirmation, or display devices in various fields, including devices for detecting defects with ultra-fine structures, medical devices requiring precise 3D image display, and other 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.Furthermore, in the improved holographic restoration apparatus (1) and method according to the present invention, the transmission mode and the reflection mode are selectively selected and measured by a single integrated system that integrates the reflection type and transmission type hologram restoration apparatus of the prior art. Since the digital hologram can be measured regardless of the optical properties of the object, it is possible to solve the additional cost problem.

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 with reference to embodiments, it is not necessarily limited thereto, and modifications and variations are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.

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

Claims (1)

홀로그래픽 복원 장치에 있어서,
단일 파장 광을 방출하는 광원부;
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 제 1 투과 분할광과 제 2 투과 분할광으로 분할하는 제 1 광 분할기;
상기 제 1 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 apparatus,
a light source unit emitting single wavelength light;
a first splitter for splitting the single wavelength light emitted from the light source into a first split light and a second split light;
a plurality of optical mirrors reflecting the first transmitted split light;
a second light splitter for dividing the second transmitted split light into a first reflected split light and a second reflected split light;
The first transmitted split light transmitted through the measurement target after being reflected by the plurality of optical mirrors and the first reflected split light reflected from the surface of the measurement target after being split by the second light splitter a passing object light objective lens;
a reference light objective lens through which the second reflection split light passes;
a positioning mirror through which the second reflection split light passing through the reference light objective lens is transmitted;
The first transmitted split light passing through the measurement target object or the first reflected split light reflected from the surface of the measurement target object passes through the object light objective lens, and the second reflection split beam reflected by the positioning mirror a recording medium for recording an interference fringe formed when light passes through the reference light objective lens and is transmitted to the second light splitter; and
A processor for receiving and storing an image file generated by transforming the interference fringe transmitted from the recording medium;
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