KR102055307B1 - Apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 광학 거울로부터 반사된 기준광과 측정 대상 물체로부터 반사되거나, 측정 대상 물체를 투과한 물체광의 간섭에 의해서 생성된 물체 홀로그램의 강도 정보를 포함하는 이미지로부터 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured. More specifically, the present invention is a three-dimensional object of the measurement object from the image containing the intensity information of the object hologram generated by the interference of the reference light reflected from the optical mirror and the object light reflected from the object or transmitted through the measurement object An apparatus for generating shape information.
디지털 홀로그래피 현미경은 디지털 홀로그래피 기술을 이용하여 물체의 형상을 획득하는 현미경을 의미한다.Digital holography microscope refers to a microscope that acquires the shape of an object using digital holography technology.
일반적인 현미경이 물체로부터 반사되어 나오는 반사광을 획득함으로써 물체의 형상을 획득하는 장치라면, 디지털 홀로그래피 현미경은 물체에 의해 발생된 간섭광 및/또는 회절광을 획득하고, 이로부터 물체의 형상을 획득하는 장치이다.If a conventional microscope is a device that acquires the shape of an object by acquiring reflected light reflected from the object, the digital holography microscope acquires the interference light and / or diffracted light generated by the object, and obtains the shape of the object therefrom. to be.
디지털 홀로그래피 현미경은 단일 파장의 광을 생성하는 레이저를 광원으로써 사용하고, 광분할기를 이용하여 레이저에 의해 발생된 광을 2개의 광으로 분할한다. 이때 하나의 광(이하 기준광이라 한다)은 이미지 센서를 향하도록 하고, 다른 광(이하 물체광이라 한다)은 대상 물체로부터 반사되어 전술한 이미지 센서를 향하도록 하여 기준광과 물체광의 간섭현상이 발생하도록 한다.Digital holography microscopy uses a laser that generates light of a single wavelength as a light source, and splits the light generated by the laser into two lights using a light splitter. In this case, one light (hereinafter referred to as reference light) is directed toward the image sensor, and the other light (hereinafter referred to as object light) is reflected from the target object and directed toward the image sensor described above so that interference between the reference light and the object light is generated. do.
이미지 센서는 이러한 간섭현상에 따른 간섭무늬를 디지털 이미지로 기록하고, 기록된 간섭무늬로부터 측정 대상 물체의 3차원 형상을 복원할 수 있다. 이때 이미지 센서에 의해 기록되는 간섭무늬는 통상 홀로그램으로 지칭된다.The image sensor may record the interference fringe according to the interference phenomenon as a digital image, and restore the three-dimensional shape of the object to be measured from the recorded interference fringe. The interference fringe recorded by the image sensor at this time is usually referred to as hologram.
기존의 광학적 홀로그래피 현미경은 기준광과 물체광의 간섭현상에 따른 간섭무늬를 특수 필름으로 기록한다. 이때 간섭무늬가 기록된 특수 필름에 기준광을 조사할 경우 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원된다.Conventional optical holography microscopes record interference fringes as a special film due to interference between reference light and object light. At this time, when the reference film is irradiated onto the special film on which the interference fringe is recorded, the shape of the virtual measurement object is restored to the position where the measurement object is located.
기존의 광학적 홀로그래피 현미경과 비교하였을 때 디지털 홀로그래피 현미경은 광의 간섭무늬를 이미지 센서를 통하여 디지털화(또는 수치화) 하고, 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 전자적인 계산을 통하여 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared with the conventional optical holography microscope, the digital holography microscope digitizes (or digitizes) the interference fringes of the light through an image sensor and restores the shape of the object to be measured through electronic calculations rather than optical methods. There is a difference.
한편 단일 파장의 레이저 광원을 사용하는 종래의 디지털 홀로그래피 현미경은 물체의 측정의 최소 단위길이가 레이저의 파장길이로 제한된다는 문제점이 있었다. 이를 보완하기 위해 두 개 이상의 파장의 레이저 광원을 사용하는 또 다른 종래의 디지털 홀로그래피 현미경의 경은 현미경의 제작 단가 높을 뿐만 아니라, 실시간으로 물체의 3차원 형상을 획득할 수 없다는 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional digital holography microscope using a single wavelength laser light source has a problem that the minimum unit length of the measurement of the object is limited to the wavelength of the laser. Another conventional digital holography microscope using a laser light source of two or more wavelengths to compensate for this is not only high production cost of the microscope, but also has a problem that can not obtain a three-dimensional shape of the object in real time.
또한, 상술한 종래 디지털 홀로그래피 현미경들은 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위해 컴퓨터로 CGH(Computer Generated Hologram)을 생성한 후 이를 공간광변조기(Spatial Light Modulator: SLM)상에 디스플레이하고, 디스플레이 된 형상에 기준광을 비추는 방식으로 물체의 3차원 홀로그램 영상을 획득하였다. 그러나 이러한 방식은 고가의 공간광변조기(SLM)의 사용을 요구할 뿐만 아니라, 단순히 전술한 광학적 홀로그래피 현미경에서의 특수 필름을 디지털화 한 것에 불과하여 기술적 한계가 명확하였다.In addition, the above-described conventional digital holography microscopes generate a computer generated hologram (CGH) with a computer to restore the shape of an object to be measured, and then display it on a spatial light modulator (SLM) and display the shape on the displayed shape. The 3D hologram image of the object was obtained by illuminating the reference light. However, this method not only requires the use of an expensive spatial light modulator (SLM), but also merely digitizes a special film of the optical holographic microscope described above, and the technical limitations are clear.
이와 같은 종래 디지털 홀로그래피 현미경들의 문제점을 해결하기 위해, 가령 대한민국 공개특허 제10-2016-0029606호(이하 "공개된 종래 기술"이라 함)는 디지털 홀로그래피 현미경 및 디지털 홀로그램 영상 생성 방법을 제시한다. 이하에서는 공개된 종래 기술에 대해 간략하게 살펴본다.In order to solve the problems of such conventional digital holography microscopes, for example, Korean Patent Publication No. 10-2016-0029606 (hereinafter referred to as "disclosed prior art") proposes a digital holography microscope and a digital holographic image generating method. Hereinafter, a brief description of the disclosed prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다. Figure 2 is a block diagram showing in detail a two-wavelength digital holographic microscope apparatus according to the prior art.
도 2를 참조하면, 종래 기술의 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치는 혼합광원부(10), 파장분할부(20), 간섭무늬획득부(30), 대물부(40), 이미지센서부(50), 이미지저장부(60), 제어부(70), 물체형상복원부(80)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the conventional two-wavelength digital holographic microscope apparatus includes a mixed
혼합광원부(10)는 혼합광원발광부(11)와 광원부렌즈(12)를 포함한다. 이러한 혼합광원발광부(11)는 단일하지 아니한 여러 대역에 분포된 파장대역을 가지는 혼합광을 발광한다. 광원부렌즈(12)는 상기 혼합광원발광부(11)에서 생성된 혼합광을 광학적으로 조절하고, 이를 파장분할부(20)에 입사시킨다.The mixed
파장분할부(20)는 제1광분할기(21)와 제1여광판(22) 및 제2여광판(23)과 제1반사체(24)를 포함한다. 제1광분할기(21)는 혼합광원부(10)로부터 입사된 혼합광을 입력받아 2개의 광으로 분할한다. 이때 제1광분할기(21)는 입사받은 혼합광을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제1여광판(22)은 제1광분할기(21)에서 분할된 광들 중 하나의 광을 입력받아 미리 정해진 단일파장을 가지는 제1광선을 획득한다. 여기서 제1여광판(22)에 입력되는 광은 제1여광판(22)을 통과하면서 필터링되고, 제1여광판(22)의 특성에 따라 정해진 단일한 파장을 가지는 제1광선이 획득된다. 제2여광판(23)은 제1여광판(22)과 동일한 방식으로, 제1광분할기(21)에서 분할된 광들 중 나머지 하나의 광을 입력받아, 제1광선의 파장과 다른 파장을 가지는 제2광선을 획득한다. 그리고 제2광선은 간섭무늬획득부(30)로 보내진다. 제1반사체(24)는 제1여광판(22)에서 획득된 제1광선을 입사받아 간섭무늬획득부(30)로 반사하는 역할을 한다.The
간섭무늬획득부(30)는 제2광분할기(31)와 제3광분할기(32)와 제2반사체(33)와 제3여광판(34)과 제3반사체(35)를 포함한다. 제2광분할기(31)는 파장분할부(20)로부터 입력된 제1광선을 입력받아 제1물체광과 제1기준광으로 분할한다. 이때 제2광분할기(31)는 입사받은 제1광선을 서로 다른 방향으로 나누어 진행시키는 역할을 수행한다. 제3광분할기(32)도 제2광분할기(31)와 동일한 방식으로 제2광선을 입력받아 제2물체광과 제2기준광으로 분할한다. 제2반사체(33)는 제1기준광을 입사받고, 이를 반사한 제1반사기준광을 제2광분할기(31)로 보낸다. 제3여광판(34)은 제2광분할기(31)에서 분할된 제1기준광을 입사받아 제2반사체(33)로 보내고, 반사되는 제1반사기준광을 입사받아 제2광분할기로 보낼 수 있다. 또한 제3여광판(34)은 제2물체광이 제2광분할기(31)에 이르러 광분할되어 일부가 제2반사체(33) 방향으로 진행할 때 제2반사체(33)에 도달하지 못하도록 진행을 막는다. 이를 위하여 제3여광판(34)은 광을 투과시킴에 있어서 제1여광판(22)과 동일한 특성을 가지는 여광판으로 한다. 제3반사체(35)는 제2기준광을 입사받고, 이를 반사한 제2반사기준광을 제3광분할기(32)로 보내는데, 여기서 제2반사체(33) 및 제3반사체(35)는 제어부(70)의 제어에 따라 각도 조절이 가능하도록 구성하여, 탈축(off-axis) 홀로그램을 구현할 수 있다.The interference
한편, 상술한 바와 같이 획득된 제1물체광, 제2물체광은 다음과 같은 과정을 거쳐 각 제1반사물체광과 제2반사물체광으로 변환되어 이미지센서부(50)로 보내진다. 제2광분할기(31)는 이상과 같이 분할한 제1물체광을 대물부(40)에 거치되어 있는 측정 대상 물체에 입사시키고, 또한 제3광분할기(32)로부터 분할되어 보내지는 제2물체광을 상기 측정 대상 물체에 입사시킨다. 이 경우, 측정 대상 물체에서 입사받은 제1물체광을 반사한 반사광을 제1반사물체광이라 한다. 또한 측정 대상 물체에서 입사받은 제2물체광을 반사한 반사광을 제2반사물체광이라 한다. 제2광분할기(31)는 이상과 같이 반사된 제1반사물체광과 제2반사물체광을 입력받아 이를 제3광분할기(32)로 보낸다. 제3광분할기(32)는 이상과 같이 입력받은 제1반사물체광과 제2반사물체광을 다시 이미지센서부(50)로 보낸다.On the other hand, the first object light and the second object light obtained as described above is converted to each of the first reflecting object light and the second reflecting object light through the following process is sent to the
또한, 상술한 바와 같이 획득된 제1반사기준광, 제2반사기준광은 다음과 같은 과정을 거쳐 이미지센서부(50)로 보내진다. 구체적으로, 제2광분할기(31)는 제2반사체(33)에서 반사되어 온 제1반사기준광을 입력받아 제3광분할기(32)로 보낸다. 제3광분할기(32)는 이상과 같이 제2광분할기(31)에서 보내진 제1반사기준광과, 제3반사체(35)에서 반사되어 온 제2반사기준광을 입력받아 다시 이미지센서부(50)로 보낸다. 그에 따라, 제3광분할기(32)에서 제1반사물체광과 제1반사기준광과 제2반사물체광과 제2반사기준광이 모두 동일하게 이미지센서부(50) 방향으로 보내진 후, 상호 간섭하여 간섭무늬가 생성된다.In addition, the first reflection reference light and the second reflection reference light obtained as described above are sent to the
한편, 제2반사체(33)와 제3반사체(35)는 서로 다른 파장의 광선이 서로 다른 간섭무늬를 형성하게 하는 탈축(off-axis) 시스템을 구성하기 위하여 제어부(70)의 제어에 따라 각도를 다방향으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 제2반사체(33)와 제3반사체(35)의 각도가 서로 상이하게 됨에 따라, 제2반사체(33)로부터 반사되는 제1반사기준광과 제3반사체(35)로부터 반사되는 제2기준광의 방향에 이격이 발생하게 되어, 제1반사기준광과 제2반사기준광이 이미지센서부(50)에 도달한 제1반사물체광과 제2반사물체광과 합쳐져 간섭무늬를 형성할 때에, 각 파장 별로 상이하게 탈축된 간섭무늬를 형성하게 된다. On the other hand, the
대물부(40)는 물체거치대(41)와 대물렌즈(42)를 포함한다. 물체거치대(41)는 측정 대상 물체를 거치대에 고정시켜 측정되도록 하고, 대물렌즈(42)는 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 광학적으로 조절한다.The
이미지센서부(50)는 간섭무늬획득부(30)에서 획득된 상기 간섭무늬를 디지털 이미지 센서에 투영시키고, 상기 투영된 간섭무늬를 상기 디지털 이미지 센서를 이용하여 측정하고, 그 측정값을 이산신호로 변환한다. 통상 상기 간섭무늬를 기록한 것을 홀로그램이라고 한다. 이러한 디지털 이미지 센서로는 CCD 등 다양한 이미지센서들이 사용될 수 있다.The
이미지저장부(60)는 이미지센서부(50)에서 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 메모리나 디스크장치 등과 같은 다양한 저장매체에 저장한다.The
제어부(70)는 상술한 탈축(off-axis) 시스템을 구현하고 간섭무늬를 획득하기 위하여 제2반사체(33)와 제3반사체(35)의 위치와 각도를 조절하는 등 간섭무늬획득부(30)를 제어하고, 측정 대상 물체에 입사되는 제1물체광과 제2물체광을 조절하기 위하여 대물렌즈(42)를 조절하는 등 대물부(40)를 제어하고, 상기 간섭무늬가 측정되어 그에 대한 정보가 이산신호로 변환되도록 하기 위하여 이미지센서부(50)를 제어하고, 이산신호로 변환된 간섭무늬 정보를 저장하기 위하여 이미지저장부(60)를 제어한다.The
물체형상복원부(80)는 위상정보획득부(81)와 두께정보획득부(82)와 형상복원부(83)를 포함한다. 위상정보획득부(81)는 상기 간섭무늬 정보를 이용하여 상기 제1광선에 대한 간섭무늬의 위상정보와 상기 제2광선에 대한 간섭무늬의 위상정보를 각각 획득하고, 두께정보획득부(82)는 상기 위상정보들을 이용하여 측정 대상 물체의 두께정보를 획득하고, 형상복원부(83)는 상기 두께정보를 이용하여 측정 대상 물체의 실시간 3차원 형상을 복원한다. 이때 측정 대상 물체의 두께정보는 상기 물체광과 기준광이 각각 진행한 경로의 차이 정보를 포함한다. 이와 같은 상기 물체광과 기준광의 광 경로차 때문에 상기 물체광과 기준광이 중첩되었을 때 상기 간섭무늬가 형성된다.The object
상술한 내용을 포함하는 공개된 종래 기술에 의하면, 측정 해상도의 향상 및 영상 획득의 실시간성의 확보가 가능하지만, 여전히 다음과 같은 문제점이 발생한다.According to the disclosed prior art including the above, it is possible to improve the measurement resolution and to secure the real-time property of image acquisition, but the following problems still occur.
먼저 공개된 종래 기술에서는 여러 대역에 분포된 파장 대역을 가지는 혼합 광원이 사용되므로, 적어도 2개 이상의 단일 파장을 얻기 위해 파장분할부(20)가 파장이 서로 상이한 제1광선 및 제2광원을 분할하기 위해 제1여광판(22), 제2여광판(23), 및 제1반사체(24)를 사용하여야 한다. In the prior art disclosed first, since a mixed light source having a wavelength band distributed in several bands is used, the
또한, 간섭무늬획득부(30)가 제2광원을 분할하기 위한 제3광분할기(32), 제2광원을 반사시키기 위한 제3반사체(35), 및 제2광원이 제2반사체(33)로 입사되는 것을 차단하기 위한 제3여광판(34)을 추가로 사용하여야 한다. The third
따라서, 현미경의 구조가 복잡해지고, 이는 제조 단가의 상승, 설계의 복잡도 증가와 같은 다양한 문제점을 수반한다. 따라서 단일 파장의 광원을 사용하면서도 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.Therefore, the structure of the microscope becomes complicated, which involves various problems such as an increase in manufacturing cost and an increase in design complexity. Therefore, while using a single wavelength light source, a new method for solving the above problems is required.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단지 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성하고자 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is intended to accurately generate the three-dimensional shape information of the object to be measured by obtaining only one hologram.
특히 본 발명은 한 개의 홀로그램으로부터 기준광에 관한 정보 및 물체광 대물 렌즈의 곡률 수차 정보를 생성하고 이를 고려하여 획득된 물체 홀로그램을 보정함으로써 정확도가 향상된 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하고자 한다.In particular, the present invention is to generate three-dimensional shape information of the measurement target object with improved accuracy by generating information about the reference light and curvature aberration information of the object light objective lens from one hologram and correcting the obtained object hologram.
또한 본 발명은 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고비용 문제를 해결하고자 한다.The present invention also seeks to solve complex optical device structures and thus significant high cost problems.
나아가 본 발명은 TFT, 반도체와 같은 초미세 구조의 3차원 형상을 정확하게 획득함으로써, 이러한 구조들의 결함을 높은 확률로 검출하고자 한다.Furthermore, the present invention seeks to detect defects of such structures with a high probability by accurately obtaining three-dimensional shapes of ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors.
본 발명의 일 실시예는, 단일 파장 광을 방출하는 광원부, 상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기, 상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈, 상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 기준광을 반사시키는 광학 거울, 상기 물체광 대물 렌즈를 통과하여 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 물체광 및 상기 광학 거울에 의해 반사된 기준광이 각각 상기 물체광 대물 렌즈 및 기준광 대물 렌즈를 통과하여 상기 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서 및 상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서를 포함하며, 상기 광원부는 미리 알고 있는 제1 방향에 대한 상기 측정 대상 물체의 단차 정보와, 상기 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 상기 영상 센서의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 상기 단일 파장 광의 파장값이 결정되는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention, a light source for emitting a single wavelength of light, a collimator for collimating the single wavelength of light emitted from the light source, a light splitter for splitting the single wavelength of light passing through the collimator into object light and reference light, An object light objective lens for passing the object light divided by the light splitter, a reference light objective lens for passing the reference light split by the light splitter, an optical mirror for reflecting the reference light passed through the reference light objective lens, An interference fringe formed through the object light objective lens and the reference light reflected by the optical mirror through the object light objective lens and the reference light reflected by the optical mirror, respectively, passing through the object light objective lens and the reference light objective lens and transmitted to the optical splitter An image sensor for recording an object and an object generated by converting the interference fringe from the image sensor And a processor configured to receive and store an image including intensity information of the hologram, and generate three-dimensional shape information of the object to be measured, wherein the light source unit is configured to measure the object in the first direction. Provided is a three-dimensional shape information generating device of the object to be measured, wherein the wavelength value of the single wavelength light is determined using step information, measurement accuracy in the first direction, and bit depth of the image sensor. .
본 발명의 다른 실시예는, 단일 파장 광을 방출하는 광원부, 상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기, 상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광이 측정 대상 물체를 투과한 후 상기 측정 대상 물체의 정보를 포함한 물체 투과광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈, 상기 물체광 대물 렌즈를 통과한 상기 물체 투과광을 반사시키는 제2 광학 거울, 상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈, 상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 기준광을 반사시키는 제1 광학 거울, 상기 제1 광학 거울에 의해 반사된 상기 기준광 및 상기 제2 광학 거울에 의해 반사된 상기 물체 투과광이 각각 전달되는 제2 광 분할기, 상기 제2 광 분할기로 전달된 상기 기준광 및 상기 물체 투과광에 의해 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서 및 상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서를 포함하며, 상기 광원부는 미리 알고 있는 제1 방향에 대한 상기 측정 대상 물체의 단차 정보와, 상기 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 상기 영상 센서의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 상기 단일 파장 광의 파장값이 결정되는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치를 제공한다.Another embodiment of the present invention, a light source for emitting a single wavelength of light, a collimator for collimating a single wavelength of light emitted from the light source, a light splitter for splitting the single wavelength light passing through the collimator into object light and reference light, An object light objective lens configured to pass the object light split by the optical splitter and then pass an object transmitted light including information of the object to be measured, and reflect the object transmitted light passed through the object light objective lens A second optical mirror, a reference light objective lens for passing the reference light divided by the light splitter, a first optical mirror for reflecting the reference light passing through the reference light objective lens, the reference light reflected by the first optical mirror, and A second light splitter and the second light splitter, through which the object transmitted light reflected by the second optical mirror is transmitted; Receives and stores an image sensor that records the interference fringes formed by the reference light and the transmitted object light transmitted to the circumference, and an image including intensity information of the object hologram generated by converting the interference fringes in the image sensor. And a processor configured to generate three-dimensional shape information of the object to be measured, wherein the light source unit includes step information of the object to be measured with respect to a first direction known in advance, measurement accuracy with respect to the first direction, and An apparatus for generating three-dimensional shape information of an object to be measured, in which a wavelength value of the single wavelength light is determined using a bit depth of an image sensor.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 단일 파장 광의 파장값은 상기 측정 대상 물체의 단차 정보 중 최대 높이값 이상의 제1 범위와, 임의로 선택된 상기 측정 정확도의 제2 범위 모두를 충족하는 상기 영상 센서의 비트 깊이 후보군 중 선택된 어느 하나에 의해 결정될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the wavelength value of the single wavelength light of the image sensor that satisfies both the first range of the maximum height value or more of the step information of the object to be measured, and the second range of the measurement accuracy arbitrarily selected It may be determined by any one selected from the bit depth candidate group.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 이미지에 포함된 적어도 하나의 주파수 성분들 중 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하고, 상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실장 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하고, 상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 상기 곡률 수차 보정정보를 생성한 후, 상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제고된 보정 홀로그램을 생성하고, 상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processor extracts real components corresponding to a real image of at least one frequency component included in the image, and pairs with the reference light based on the real components. a real hologram including a correction light having a relation) and mounting information of the object to be measured; and generating an intermediate hologram from which the information of the reference light is removed from the actual hologram, based on the correction light, After generating the curvature aberration correction information from a hologram, based on the curvature aberration correction information, a correction hologram in which an error due to curvature aberration is improved in the intermediate hologram is generated, and the 3 of the object to be measured is measured from the correction hologram. Dimensional shape information can be generated.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프로세서는 상기 중간 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 생성된 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정하고, 상기 파라미터에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 생성할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the processor generates three-dimensional shape information of the measurement object from the intermediate hologram, and the curvature based on the three-dimensional shape information of the measurement object generated from the intermediate hologram At least one parameter for determining aberration correction information may be determined, and the curvature aberration correction information may be generated based on the parameter.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims, and drawings.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따르면 단지 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention made as described above, according to the present invention it is possible to accurately generate the three-dimensional shape information of the object to be measured by obtaining only one hologram.
특히 한 개의 홀로그램으로부터 기준광에 관한 정보 및 물체광 대물 렌즈의 곡률 수차 정보를 생성하고 이를 고려하여 획득된 물체 홀로그램을 보정함으로써 정확도가 향상된 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다.In particular, by generating information about the reference light and curvature aberration information of the object light objective lens from one hologram and correcting the obtained object hologram in consideration of this, it is possible to generate three-dimensional shape information of the measurement object with improved accuracy.
또한 복잡한 광학 장치 구조 및 그에 따른 상당한 고비용 문제를 해결할 수 있다.It can also solve complex optical device structures and therefore significant cost problems.
나아가 TFT, 반도체와 같은 초미세 구조의 3차원 형상을 정확하게 획득함으로써 이러한 구조들의 결함을 높은 확률로 검출할 수 있다.Furthermore, by accurately acquiring three-dimensional shapes of ultra-fine structures such as TFTs and semiconductors, defects of these structures can be detected with high probability.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 공개된 종래 기술에 따른 2파장 디지털 홀로그래피 현미경 장치를 상세히 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 다른 실시형태를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 광원부에서 제공되는 광의 조건을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 측정 대상 물체의 외형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 예시이다.
도 7은 도 6에 도시된 측정 대상 물체의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 주파수 성분들에서 실상에 대응되는 주파수 성분들을 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 디지털 기준광의 강도를 도시한 도면이다.
도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이다.
도 9c는 보정광의 강도를 도시한 도면이다.
도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.
도 10은 예시적인 실상 홀로그램을 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상의 예시를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치에 의해 수행되는 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치의 노이즈 제거 방법의 흐름도들이다. 1 is a block diagram illustrating in detail a two-wavelength digital holographic microscope apparatus according to the disclosed prior art.
2A is a block diagram showing a schematic configuration of a holographic restoration apparatus according to the first embodiment of the present invention.
2B is a block diagram illustrating a schematic configuration of a holographic restoration apparatus according to a second embodiment of the present invention.
2C and 2D are block diagrams schematically showing another embodiment of the first and second embodiments of the present invention.
3 and 4 are diagrams for explaining a method of determining the conditions of the light provided from the light source unit.
5A and 5B are diagrams for describing an external shape of an exemplary measurement object.
6 is an example of an image of a portion of an object to be measured.
FIG. 7 is a diagram illustrating frequency components of an image of a portion of the measurement object illustrated in FIG. 6.
FIG. 8 is a diagram for describing a method of extracting frequency components corresponding to actual images from the frequency components illustrated in FIG. 7.
9A is a diagram showing the intensity of the digital reference light.
9B is a diagram illustrating the phase of reference light.
9C is a diagram showing the intensity of correction light.
9D is a diagram showing the phase of correction light.
10 is a diagram illustrating an exemplary actual hologram.
11 and 12 are diagrams for describing a method of determining, by a processor, a curvature aberration correction term from an intermediate hologram, according to an exemplary embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional shape of a measurement target object generated from a hologram.
14 is a flowchart illustrating a method of generating three-dimensional shape information of a measurement target object performed by a holographic reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention.
15 and 16 are flowcharts of a method of removing noise of a holographic reconstruction apparatus according to embodiments of the present invention.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나, 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.DETAILED DESCRIPTION Various embodiments of the present disclosure are described below in connection with the accompanying drawings. Various embodiments of the present disclosure may have various changes and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the various embodiments of the present disclosure to specific embodiments, it should be understood to include all modifications and / or equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the various embodiments of the present disclosure. In the description of the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions such as "comprises" or "may include" as used in various embodiments of the present disclosure indicate the existence of the corresponding function, operation or component disclosed, and additional one or more functions, operations or It does not restrict the components. In addition, in various embodiments of the present disclosure, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, components or combinations thereof.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.In various embodiments of the present disclosure, the expression “or” includes any and all combinations of words listed together. For example, "A or B" may include A, may include B, or may include both A and B.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The expressions “first,” “second,” “first,” or “second,” etc., used in various embodiments of the present disclosure may modify various elements of the various embodiments, but do not limit the corresponding elements. Do not. For example, the above expressions do not limit the order and / or importance of the corresponding elements. The above expressions may be used to distinguish one component from another. For example, both a first user device and a second user device are user devices and represent different user devices. For example, without departing from the scope of the various embodiments of the present disclosure, the first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, the component may or may not be directly connected to or connected to the other component. It is to be understood that there may be new other components between the other components. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it will be understood that there is no new other component between the component and the other component. Should be able.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terms used in various embodiments of the present disclosure are merely used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the various embodiments of the present disclosure. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which various embodiments of the present disclosure belong.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and, unless expressly defined in the various embodiments of the present disclosure, are ideal or overly formal. It is not interpreted in the sense.
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 검사 유닛(300A)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.2A is a block diagram showing a schematic configuration of an
본 발명에서 '홀로그래피 복원 장치'는 측정 대상 물체에 대한 홀로그램(이하에서는 '물체 홀로그램'이라고 설명한다)을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램을 분석 및/또는 표시하는 장치를 의미할 수 있다. In the present invention, the "holographic reconstruction device" may refer to a device that acquires a hologram (hereinafter, referred to as an "object hologram") for an object to be measured and analyzes and / or displays the obtained object hologram.
가령 홀로그래피 복원 장치(300A)는 반도체 제조 라인에 배치되어, 생산되는 반도체의 물체 홀로그램을 획득하고, 획득된 물체 홀로그램으로부터 반도체의 무결성 여부를 판단하는 장치일 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the
한편 본 발명에서 '물체 홀로그램(Hologram)'은 홀로그래피 복원 장치(300A)에 의해서 획득되는 이미지로부터 생성될 수 있는 홀로그램으로, 홀로그래피 복원 장치(300A)에 의한 다양한 처리가 이루어 지기 전의 홀로그램을 의미할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.Meanwhile, in the present invention, the "hologram" is a hologram that can be generated from an image acquired by the
도 2a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(310), 광원부(310)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(320), 시준기(320)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(330), 광 분할기(330)에 의해 분할된 물체광(O)을 통과시키는 물체광 대물 렌즈(340), 광 분할기(330)에 의해 분할된 기준광(R)을 통과시키는 기준광 대물 렌즈(360), 기준광 대물 렌즈(360)를 통과한 기준광(R)을 반사시키는 광학 거울(370), 물체광 대물 렌즈(340)를 통과하여 측정 대상 물체(350)의 표면에서 반사된 물체광(O) 및 광학 거울(370)에 의해 반사된 기준광(R)이 각각 물체광 대물 렌즈(340) 및 기준광 대물 렌즈(360)를 통과하여 광 분할기(330)로 전달되어 형성되는 이미지를 기록하는 기록 매체인 영상 센서(380) 및 영상 센서(380)가 획득한 이미지를 처리하는 프로세서(390)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2A, the
이때 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이와 같은 프로세서(390)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.In this case, the
도 2b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다.2B is a block diagram showing a schematic configuration of a
도 2b를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)는 단일 파장 광을 방출하는 광원부(310), 광원부(310)에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기(320), 시준기(320)를 통과한 단일 파장 광을 물체광(O) 및 기준광(R)으로 분할하는 광 분할기(330), 광 분할기(330)에 의해 분할된 물체광(O)이 측정 대상 물체(350)를 투과한 후 측정 대상 물체(350)의 정보를 포함한 물체 투과광(T)을 통과시키는 물체광 대물 렌즈(340), 물체광 대물 렌즈(340)를 통과한 물체 투과광(T)을 반사시키는 제2 광학 거울(372), 광 분할기(330)에 의해 분할된 기준광(R)을 통과시키는 기준광 대물 렌즈(360), 기준광 대물 렌즈(360)를 통과한 기준광(R)을 반사시키는 제1 광학 거울(370), 제1 광학 거울(370)에 의해 반사된 기준광(R) 및 제2 광학 거울(372)에 의해 반사된 물체 투과광(T)이 각각 전달되는 제2 광 분할기(332), 제2 광 분할기(332)로 전달된 기준광(R) 및 물체광 투과광(T)에 의해 형성되는 이미지를 기록하는 영상 센서(380) 및 영상 센서(380)가 획득한 이미지를 처리하는 프로세서(390)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2B, the
물론 이러한 제2 실시예에서도, 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이와 같은 프로세서(90)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.Of course, in this second embodiment, the
도 2c 및 도 2d는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 다른 실시형태를 개략적으로 도시한 블록도이다. 2C and 2D are block diagrams schematically showing another embodiment of the first and second embodiments of the present invention.
도 2c 및 도 2d를 참조하면, 제1 실시예 및 제2 실시예의 다른 실시형태인 홀로그래피 복원 장치(300A, 300B)는 광원부(310)로부터 제공되는 단일 파장의 광을 검사 유닛(100)으로 전달하기 위한 광 전달기(311)를 더 포함할 수 있다. 2C and 2D, the
여기서, 검사 유닛(100)이란, 홀로그래피 복원 장치(300A, 300B) 중 광원부(310) 및 프로세서(390)를 제외한 광학적 구성을 의미한다. 구체적으로, 제1 실시예에 따른 검사 유닛(100)은 시준기(320), 광 분할기(330), 물체광 대물 렌즈(340), 기준광 대물 렌즈(360), 광학 거울(370) 및 영상 센서(380)를 포함하고, 제2 실시예에 따른 검사 유닛(100)은 시준기(320), 광 분할기(330), 물체광 대물 렌즈(340), 제2 광학 거울(372), 기준광 대물 렌즈(360), 제1 광학 거울(370), 제2 광 분할기(332) 및 영상 센서(380)를 포함할 수 있다. 이때, 검사 유닛(100)은 후술하는 광 전달기(311)의 기능에 의해 시준기(320)를 생략할 수도 있다. 검사 유닛(100)은 측정 대상 물체의 물체 홀로그램을 생성하기 위한 물체광(O)과 기준광(R)의 경로를 형성하는 광학 시스템으로서, 정확한 3차원 형상 정보를 생성하기 위해 각 구성요소들 사이의 거리가 사전에 설정된 상태에서 시스템을 구축하게 된다. Here, the inspection unit 100 means an optical configuration except for the
광 전달기(311)는 이러한 검사 유닛(100)의 위치 자유도를 증대시키기 위한 구성으로서, 광원부(310)로부터 제공되는 단일 파장의 광을 광원부(310)와 이격되어 배치되는 검사 유닛(100)으로 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 광 전달기(311)는 유연한(flexible) 광 전달 매개체로서, 예를 들면, 광 파이버(optical fiber)일 수 있다. 광 파이버를 광 전달기(311)로 사용하는 경우, 광 파이버(311)는 특정 파장에 대해서만 광을 전달하는 기능을 수행하므로, 광원부(310)로부터 전달되는 입력광의 노이즈를 제거할 수 있으며, 광을 출사할 때 빔 사이즈를 확대시켜 검사 유닛(100)으로 제공할 수 있다. 다시 말해, 광 파이버(311)는 시준기(320)의 기능을 대체할 수 있어, 필요에 따라 검사 유닛(100)은 시준기(320)를 생략할 수도 있다. The
상술한 도 2c 및 도 2d의 홀로그래피 복원 장치(300A, 300B)는 반도체 공정과 같이 인-라인 증착 시스템 내에 배치되어 증착 후 시스템 외부로 검사 대상을 반출할 필요 없이 실시간으로 검사를 진행할 수 있다. 이러한 인-라인 증착 시스템에 구비되는 경우, 증착 공정에 간섭을 최소화하기 위하여 콤팩트한 형태의 검사 유닛(100)만이 인-라인 증착 시스템 내부에 배치되며, 부피가 큰 광원부(310)는 외부에 배치될 수 있다. 광 전달기(311)는 물리적으로 위치가 이격되는 광원부(310)와 검사 유닛(100) 사이에 설치되어, 광원부(310)로부터 제공되는 광을 검사 유닛(100)으로 전달할 수 있다. The
상술한 도 2a 내지 도 2d에 각각 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A) 및 본 발명의 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300B)는 물체광(O)이 측정 대상 물체(350)에서 반사(도 2a, 도 2c의 실시예)되거나 또는 물체광(O)이 측정 대상 물체(350)를 투과(도 2b, 도 2d의 실시예)한다는 점 및 그에 따른 일부 구성요소(예를 들어, 도 2b의 실시예의 제2 광학 거울(372) 및 제2 광 분할기(332))의 추가 사용 및 그에 따른 일부 구성요소의 배치)를 제외하고는 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 2A to 2D, the
특히 이미지가 영상 센서(380)에 의해 획득되고, 프로세서(390)가 획득된 이미지로부터 기준광(R)을 생성한다는 점에서 동일한 특징을 갖는다는 점에 유의하여야 한다. In particular, it should be noted that the image is acquired by the
이하에서는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300A, 300B)를 통칭하여 홀로그래피 복원 장치(300)로 지칭하여 설명한다.Hereinafter, the
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)의 프로세서(390)는 데이터를 처리할 수 있는 모든 종류의 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어 프로세서(390)는 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 프로세서(390)는 검사 유닛(300)에 포함되어 이송 챔버들(201 내지 205) 내부에 배치될 수도 있으나, 별도의 구성으로 구비되어 이송 챔버들(201 내지 205) 외부에 배치될 수 있다. Meanwhile, the
이와 같이 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치의 일 예로써, 마이크로프로세서(Microprocessor), 중앙처리장치(Central Processing Unit: CPU), 프로세서 코어(Processor Core), 멀티프로세서(Multiprocessor), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 처리 장치를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.As an example of the data processing device embedded in the hardware, a microprocessor, a central processing unit (CPU), a processor core, a multiprocessor, an application-specific integrated (ASIC) Although it may include a processing device such as a circuit, a field programmable gate array (FPGA), etc., the scope of the present invention is not limited thereto.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(380)는 예를 들어 CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complimentary Metal-Oxide Semiconductor) 등의 적어도 하나의 이미지 센서로 구현될 수 있다.In addition, the
도 3 및 도 4는 광원부(310)에서 제공되는 광(L)의 조건을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 and 4 are diagrams for describing a method of determining the condition of the light L provided from the
도 3 및 도 4를 참조하면, 광원부(310)는 미리 알고 있는 제1 방향에 대한 측정 대상 물체(350)의 단차 정보와, 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 영상 센서(380)의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 단일 파장 광의 파장값을 결정할 수 있다. 3 and 4, the
홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 방향에 대하여 높이를 갖는 구조물(M1, M2)들로 이루어진 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상 정보를 생성한다. 여기서, 제1 방향이란 구조물(M1, M2)이 배치되는 기판(substrate)의 일면으로부터 수직한 방향일 수 있다. 또는, 제1 방향은 물체광 대물 렌즈(340)를 통과하여 측정 대상 물체(350)를 향해 물체광(O)이 조사되는 방향일 수도 있다. The
광원부(310)는 광을 생성할 수 있는 모든 종류의 소스 장치를 적용할 수 있으며, 예를 들면, 특정 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 레이저(laser)를 이용할 수 있다. 광원부(310)는 물체광(O)과 기준광(R)의 간섭무늬 형성을 위해 간섭성(coherence)이 좋은 레이저를 사용할 수 있다. 광원부(310)는 홀로그래피 복원 장치(300)에서 요구되는 파장(λ)의 광을 생성할 수 있는데, 이때, 파장(λ)은 측정 대상 물체(350)의 단차 정보에 의해 결정될 수 있다. The
홀로그래피 복원 장치(300)는 측정 대상 물체(350)의 표면으로부터 반사되는 물체광(O)과 기준광(R)과의 간섭을 이용하여 물체 홀로그램을 생성하게 되는데, 간섭성을 결정하는 간섭길이(coherence length)가 길어야 정확한 측정이 가능하다. 다시 말해, 광의 파장이 측정 대상 물체(350)의 높이보다 길어야 정확한 측정이 가능하게 된다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 기록된 간섭무늬를 포함하는 이미지로부터 광의 위상정보를 추출하게 된다. The
이때, 위상 정보는 라디안 형태로 표현하게 되는데, 광의 파장이 측정 대상 물체(350)의 높이보다 짧게 되면 측정 대상 물체(350)의 표면으로부터 반사되는 물체광(O)의 위상이 한 주기 내에서 변화한 것인지 아니면 한 주기를 넘어 변화한 것인지를 구분할 수가 없게 되어 정확한 측정이 어렵다. 다시 말해, 영상 센서(380)에 기록된 이미지의 위상정보 π/2와 5π/2에 해당하는 광의 복소진폭이 기록되었을 때, π/2와 5π/2에서 동일한 복소진폭을 가지므로 이 둘을 구분할 수가 없게 된다. 따라서, 광의 파장은 측정 대상 물체(350)의 높이보다 길어야 한다. At this time, the phase information is expressed in radians. When the wavelength of the light becomes shorter than the height of the
한편, 단일 파장 광의 파장값은 측정 대상 물체의 단차 정보 중 최대 높이값 이상의 제1 범위에서 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 측정에 사용되는 광의 파장은 측정 대상 물체(350)의 높이보다 길어야 하며, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정 대상 물체(350)가 제1 높이(t1)를 갖는 제1 구조물(M1)과 제1 높이(t1)보다 높은 제2 높이(t2)를 갖는 제2 구조물(M2)을 포함하는 경우에는, 제2 높이(t2)보다 길어야 한다. 예를 들면, 측정 대상 물체의 단차가 400 nm 내지 600 nm인 경우, 단일 파장 광의 파장값은 600nm 이상의 범위에서 결정될 수 있다. 한편, 광원부(310)는 일 실시예로서, 가시광선 영역의 파장 대역(400 nm 내지 700 nn)에서 선택될 수 있다. 이때, 단일 파장 광의 파장값의 제1 범위(C1)는 600nm 내지 700nm 일 수 있다. Meanwhile, the wavelength value of the single wavelength light may be determined in a first range equal to or greater than the maximum height value of the step information of the measurement target object. As described above, the wavelength of the light used for the measurement should be longer than the height of the
광원부(310)는 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 영상 센서의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 단일 파장 광의 파장값이 결정될 수 있다. 여기서 측정 정확도는 측정 대상 물체(350)의 단차에 대한 정확도를 의미하며, 제1 방향에 대한 홀로그래피 복원 장치(300)의 분해능일 수 있다. 측정 정확도는 광원부(310)에서 생성되는 광의 파장값과 영상 센서(380)의 비트 깊이(bit depth, n)와 상관관계를 갖는다. 구체적으로, 측정 정확도는 측정에 사용되는 광의 파장( )을 2의 n승으로 나눈 값에 비례할 수 있다. 이러한 관계식은 하기 수학식 1로 표현할 수 있다. The
[수학식 1][Equation 1]
이때, 단일 파장 광의 파장값은 측정 대상 물체(350)의 단차 정보 중 최대 높이값 이상의 제1 범위(C1)와, 임의로 선택된 측정 정확도의 제2 범위(C2) 모두를 충족하는 영상 센서의 비트 깊이 후보군 중 선택된 어느 하나에 의해 결정될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, x축은 파장을 나타내고, y축은 측정 정확도를 나타내는 그래프에서, 파장에 따른 측정 정확도는 영상 센서의 비트 깊이 별로 1차 함수의 그래프로 표시될 수 있다. 영상 센서의 비트 깊이 후보군은 도면에 빗금친 영역과 같이, 제1 범위(C1)와 제2 범위(C2)가 중첩되는 영역을 지나가는 비프 깊이들로 이루어질 수 있다. At this time, the wavelength value of the single wavelength light is the bit depth of the image sensor that satisfies both the first range (C1) more than the maximum height value of the step information of the
예를 들어, 측정 정확도를 1 nm 내지 2nm 범위로 설정하는 경우, 상기한 제1 범위(C1)와 제2 범위(C2)를 지나는 영상 센서의 비트 깊이(n)는 10 bits, 12 bits가 된다. 영상 센서의 비트 깊이가 10bits인 경우(n=10), 단일 파장 광의 파장값은 600 nm 내지 700 nm 범위에서 선택하여 결정될 수 있으며, 영상 센서의 비트 깊이가 12bits인 경우(n=12), 단일 파장 광의 파장값은 650 nm 내지 700 nm 범위에서 선택하여 결정될 수 있다. For example, when the measurement accuracy is set in the range of 1 nm to 2 nm, the bit depth n of the image sensor passing through the first range C1 and the second range C2 becomes 10 bits and 12 bits. . When the bit depth of the image sensor is 10 bits (n = 10), the wavelength value of the single wavelength light can be determined by selecting from 600 nm to 700 nm, and when the bit depth of the image sensor is 12 bits (n = 12), The wavelength value of the wavelength light can be determined by selecting from the range of 650 nm to 700 nm.
도 5a 및 도 5b는 예시적인 측정 대상 물체(350)의 외형을 설명하기 위한 도면이다. 측정 대상 물체(350)가 기판(M)인 경우 증착 재료들이 마스크 패턴을 따라 기판(M) 상에 형성될 수 있다. 기판(M)에 증착되는 박막 패턴은 다소 복잡한 형상으로 이루어지므로, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 단순화된 패턴을 예로 들어 설명하기로 한다. 5A and 5B are diagrams for describing an appearance of an exemplary object to be measured 350. When the
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 측정 대상 물체(350)는 일면에 소정의 간격에 따라 배치된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다. 바꾸어 말하면, 측정 대상 물체(350)는 X-Y 평면과 평행하는 면 상에 Z 방향으로 돌출된 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)을 포함할 수 있다.As illustrated in FIGS. 5A and 5B, the
이하에서는 홀로그래피 복원 장치(300)가 측정 대상 물체(350)의 직육면체 형상의 구조물(51A 내지 51I)이 배치된 면과 수직하는 방향으로 물체광(O)을 조사하여 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득하는 것을 전제로 설명한다.Hereinafter, the
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 센서(380)는 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득할 수 있다.First, the
본 발명에서 측정 대상 물체(350)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(350)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the 'image' of the
[수학식 2][Equation 2]
여기서 물체 홀로그램 Uo(x,y,0)는 측정 대상 물체의 각 x,y 지점에서의 위상정보를 나타내고, x, y는 측정 대상 물체가 놓여지는 공간에서의 좌표로서 물체광(O)과 수직하는 평면을 정의하는 좌표를 나타내고, O(x,y) 및 R(x,y)는 각각 물체광(O)과 기준광(R)을 나타내고, O*(x,y) 및 R*(x,y)는 각각 물체광(O)과 기준광(R)의 복소 공액을 나타낸다.Here, the object hologram Uo (x, y, 0) represents phase information at each x, y point of the object to be measured, and x and y are coordinates in the space where the object to be measured is placed and are perpendicular to the object light O. Coordinates defining a plane to be expressed, and O (x, y) and R (x, y) represent the object light O and the reference light R, respectively, and O * (x, y) and R * (x, y) represents the complex conjugate of the object light O and the reference light R, respectively.
가령 영상 센서(380)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 5에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the
영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 영상 센서(380)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(350)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image acquired by the
수학식 1을 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(350)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to
또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 물체광 대물 렌즈(340)의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram U0 (x, y, 0) is an object light
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 영상 센서(380)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 후술하는 바와 같은 다양한 연산 과정을 수행할 수 있다.Accordingly, the
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다.The
바꾸어 말하면, 프로세서(90)는 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 위치 별 강도 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함하는 이미지에 포함된 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 이때 이미지는 실상(Real Image)에 대응되는 주파수 성분, 허상(Imaginary Image)에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분을 포함할 수 있다.In other words, the processor 90 may determine the frequency components included in the image including the location-specific intensity information of the object hologram U0 (x, y, 0) (that is, | (U0 (x, y, 0) | 2 ). In this case, the image may include a frequency component corresponding to a real image, a frequency component corresponding to an Imaginary image, and a DC component.
물론 이미지에는 전술한 세 가지 성분들(실상에 대응되는 주파수 성분, 허상에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분) 외에 다양한 성분들이 더 포함될 수 있다. 가령 이미지에는 노이즈에 의한 주파수 성분들이 더 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Of course, the image may further include various components in addition to the aforementioned three components (frequency component corresponding to the actual image, frequency component corresponding to the virtual image and DC component). For example, the image may further include frequency components due to noise. However, this is merely exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(390)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다.The
가령 프로세서(390)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the
이때 프로세서(390)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(90)는 실상에 대응되는 주파수 성분 중에서, 피크 성분을 포함하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 피크 성분으로부터 십자가 영역의 길이는 실상에 대응되는 주파수 성분 및 원점과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리 차분값을 기초로 결정될 수 있다. 예를 들어, 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the
선택적 실시예에서 프로세서(390)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an optional embodiment, the
본 발명에서 특정 주파수 성분을 '추출'하는 것은 해당 주파수 성분의 주파수와 해당 주파수 성분의 크기(또는 강도)를 추출하는 것을 의미할 수 있다.In the present invention, 'extracting' a specific frequency component may mean extracting a frequency of the frequency component and a magnitude (or intensity) of the frequency component.
도 7은 도 6에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대한 이미지의 주파수 성분을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating frequency components of an image of a portion of the
전술한 바와 같이 프로세서(390)는 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.As described above, the
또한 프로세서(390)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하게 된다. 구체적으로, 프로세서(390)는 간섭 무늬의 방향 및 간섭 무늬의 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 제거함으로써, 가령 도 8a, 도 8b, 도 8c, 및 도 8d에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 이때, 간섭 무늬의 방향에 따라 십자가 영역의 방향은 회전하게 된다. In addition, the
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다. 이를 보다 상세히 살펴보면, 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(390)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The
또한 프로세서(390)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 하기 수학식 3에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.In addition, the
[수학식 3][Equation 3]
Rc(x,y)= conj[R(x,y)]Rc (x, y) = conj [R (x, y)]
이때 R(x,y)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 생성된 디지털 기준광을 나타내고, Rc(x,y)는 보정광을 나타낸다.In this case, R (x, y) represents the digital reference light generated based on the frequency components corresponding to the actual image, and Rc (x, y) represents the correction light.
프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911) 중에서, 피크 성분(911P)에 대응하여 간섭 무늬의 법선 및 간섭 무늬와 평행한 방향선(Line1, Line2)을 추출한다. 프로세서(390)는 Line1 및 Line2를 포함하는 영역을 노이즈 영역(Noise1, Noise2, Noise3, Noise4)으로 결정한다. 프로세서(390)는 노이즈 영역들을 제외한 영역에 분포된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 프로세서(90)는 노이즈 영역을 제외한 패턴을 이용하여 노이즈를 제거한 실상과 대응되는 주파수 성분들을 추출할 수 있다. 도 8c에 도시된 바와 같이, 프로세서(90)는 Line1 및 Line 2에 분포된 주파수 성분들을 배제하는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거할 수 있다. 이때, 프로세서(90)는 원점 성분(913) 및 실상과 대응되는 주파수 성분(911) 사이의 거리 차분 값의 일정 비율 예를 들어, 1/3배의 R을 기초로 십자 모양 패턴(Pattern1)을 결정할 수 있다.The
프로세서(90)는 노이즈 영역을 제거하는 다양한 패턴을 설정할 수 있다. 도 8d에 도시된 바와 같이, 실상과 대응되는 주파수 성분(911)의 피크 성분에 가까울수록 폭이 넓어지는 패턴(Pattern2)을 이용하여 실상과 대응되는 주파수 성분의 노이즈를 할 수 있다. The processor 90 may set various patterns for removing the noise area. As illustrated in FIG. 8D, noise of the frequency component corresponding to the real image may be noise using the pattern Pattern2 that is wider as the peak component of the
디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 9a 및 도 9c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 9b 및 도 9d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 9a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 9c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R (x, y) and the correction light Rc (x, y) are conjugated, the intensity is the same as shown in Figs. 9A and 9C, and as shown in Figs. 9B and 9D. Likewise, the phases can be reversed. 9A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R (x, y), FIG. 9B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 9C is the intensity of the correction light Rc (x, y). 9D is a diagram showing the phase of correction light.
생성된 보정광(Rc(x,y))은 후술하는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))의 보정에 사용될 수 있다.The generated correction light Rc (x, y) can be used to correct the actual hologram Um (x, y, 0), which will be described later.
한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(330)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 프로세서(390)가 영상 센서(380)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the 'digital reference light' is light having the same property as the reference light R generated by the
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 9와 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. The
이때 실상 홀로그램은 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In this case, the hologram may be represented by
[수학식 4][Equation 4]
Um(x,y,0)=O(x,y)R*(x,y)Um (x, y, 0) = O (x, y) R * (x, y)
여기서 Um(x,y,0)는 실상 홀로그램을 나타내며, O(x,y)는 물체광(O)을 나타내고, R*(x,y)는 기준광(R)의 복소 공액을 나타낸다.Where Um (x, y, 0) actually represents the hologram, O (x, y) represents the object light O, and R * (x, y) represents the complex conjugate of the reference light R.
한편 이와 같은 실상 홀로그램(Um(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 높이에 관한 정보 외에, 기준광(R)에 대한 정보 및 물체광 대물 렌즈(340)의 수차에 의한 오차를 포함할 수 있다. On the other hand, such a real hologram Um (x, y, 0), in addition to the information on the height of the
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 기준광(R)에 의한 영향 및 물체광 대물 렌즈(340)의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. Therefore, the
가령 프로세서(90)는 아래의 수학식 5와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. For example, the processor 90 may actually use the term Rc (x, y) for correction light and the term Rca (x) for correction of curvature aberration in the hologram Um (x, y, 0) as shown in
[수학식 5][Equation 5]
Uc(x,y,0)=Um(x,y,0)Rc(x,y)Rca(x,y)Uc (x, y, 0) = Um (x, y, 0) Rc (x, y) Rca (x, y)
여기서 Uc(x,y,0)는 기준광(R)에 대한 정보 및 물체광 대물 렌즈(340)의 수차 정보가 제거된 보정 홀로그램을 나타내고, Um(x,y,0)는 실상 홀로그램을 나타내며, Rc(x,y)는 보정광에 대한 항을 나타내고, Rca(x,y) 곡률 수차 보정에 대한 항을 나타낸다.Here, Uc (x, y, 0) represents a correction hologram from which information on the reference light R and aberration information of the object light
한편 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 다양한 방법으로 전술한 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다.Meanwhile, the
가령 프로세서(390)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))만 곱해진 홀로그램(이하 중간 홀로그램)으로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다. For example, the
이를 보다 자세히 살펴보면, 프로세서(390)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.In detail, the
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.11 and 12 are diagrams for describing a method of determining, by the
설명의 편의를 위하여 영상 센서(380)가 도 3b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 프로세서(390)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 10에 도시된 바와 같다고 가정한다.For convenience of explanation, it is assumed that the
전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 도 12에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 프로세서(390)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the foregoing assumption, the
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 프로세서(390)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The
선택적 실시예에서, 프로세서(390)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an optional embodiment, the
형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 프로세서(390)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of a measurement object that knows the shape in advance, the z value at each x and y point is known in advance, so that the
본 발명의 일 실시예에 따른 프로세서(390)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 프로세서(390)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The
가령 프로세서(90)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 복원 영상면의 정보로 변환할 수 있다. 이때 복원 영상면은 프로세서에 의해 측정 대상 물체와 영상 센서 사이의 거리에 대응하는 거리만큼의 가상적인 영상 표시 평면을 의미하는 것으로, 프로세서(90)에 의해 계산 및 시뮬레이션되는 가상의 면일 수 있다. For example, the processor 90 may convert the correction hologram Uc (x, y, 0) into information of the reconstructed image surface. In this case, the reconstructed image plane refers to a virtual image display plane corresponding to the distance between the measurement object and the image sensor by the processor, and may be a virtual plane calculated and simulated by the processor 90.
프로세서(390)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 13a, 도 13b, 도 13c와 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 13a에는 주파수 성분에서 노이즈를 제거하지 않고 복원한 결과가 도시되며, 도 13b에는 십자 모양 패턴(Pattern1)을 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이며, 도 13c에는 Pattern2를 이용하여 노이즈를 제거한 복원 결과이다. A1, A2, A3은 Z 방향의 높이값을 평면 그래프로 표현한 것이다. A1은 노이즈가 제거되지 않아서 z 방향의 높이값의 변화가 크고, A2 및 A3는 z 방향의 높이 값의 변화가 거의 없음을 알 수 있다. The
프로세서(390)는 십자 모양 패턴(Pattern)을 이용하는 경우, 아래의 수학식 5에 따라서 주파수 성분을 추출할 수 있다.When using the cross pattern (Pattern), the
[수학식 5] [Equation 5]
도 13a, 도 13b, 도 13c에는 측정 대상 물체(350) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.13A, 13B, and 13C illustrate three-dimensional shapes of two
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 수행되는 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상 정보를 생성하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하에서는 도 2 내지 도 13에서 설명한 내용과 중복되는 내용의 설명은 생략하되, 도 2 내지 도 13을 함께 참조하여 설명한다.FIG. 14 is a flowchart for describing a method of generating 3D shape information of the object to be measured 350, which is performed by the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 측정 대상 물체(350)의 이미지를 획득할 수 있다(S1201).The
본 발명에서 측정 대상 물체(350)의 '이미지(Image)'는 측정 대상 물체(350)에 대한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함할 수 있으며, 상술한 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In the present invention, the 'image' of the
가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 측정 대상 물체(350)의 일 부분에 대해서(예컨대, 51A 및 51B를 포함하는 부분)에 대해서 도 6에 도시된 바와 같은 이미지를 획득할 수 있다. For example, the
홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지는 전술한 바와 같이 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 각 위치에서의 강도(Intensity) 정보를 포함하므로, 홀로그래피 복원 장치(300)가 획득한 일반적인(즉 물체광(O)으로만 촬영한) 측정 대상 물체(350)의 이미지와 상이할 수 있다.Since the image acquired by the
수학식 2를 참조하면 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 각 지점에서의 측정 대상 물체(350)의 위상 정보를 포함하는 물체광(0)과 측정 대상 물체의 위상 정보를 포함하지 않는 기준광(R)의 간섭에 의해 생성된 것일 수 있다.Referring to
또한 물체 홀로그램(U0(x,y,0))은 측정 대상 물체(350)의 각 지점(즉 각 x,y 지점)에서의 위상정보(즉 물체의 높이 정보)외에, 물체광 대물 렌즈(340)의 수차에 따른 오차 및 노이즈(가령 레이저의 광자(photon) 사용에 따른 스펙클 노이즈(speckle noise))등을 더 포함할 수 있다. In addition, the object hologram U0 (x, y, 0) is an object light
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)가 획득한 이미지로부터 상술한 오차 및 노이즈 등을 제거하기 위해 단계 S1202 내지 단계 S1207의 연산 과정을 수행할 수 있다.Accordingly, the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다(S1202). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 대한 2차원 푸리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행하여, 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있다. The
바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 물체 홀로그램(U0(x,y,0))의 위치 별 강도 정보(즉|(U0(x,y,0)|2)를 포함하는 이미지에 포함된 주파수 성분들을 확인할 수 있다. 이때 이미지는 실상(Real Image)에 대응되는 주파수 성분, 허상(Imaginary Image)에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분을 포함할 수 있다. In other words, the
물론 이미지에는 전술한 세 가지 성분들(실상에 대응되는 주파수 성분, 허상에 대응되는 주파수 성분 및 DC 성분) 외에 다양한 성분들이 더 포함될 수 있다. 가령 이미지에는 노이즈에 의한 주파수 성분들이 더 포함될 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.Of course, the image may further include various components in addition to the aforementioned three components (frequency component corresponding to the actual image, frequency component corresponding to the virtual image and DC component). For example, the image may further include frequency components due to noise. However, this is merely exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다(S1203). 이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 추출할 수 있다. The
가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 주파수 성분들 중에서 성분의 크기가 피크(Peak) 값을 갖는 성분들(이하 피크 성분들)을 추출하고, 추출된 피크 성분들 중에서 실상에 대응되는 피크 성분과 소성의 주파수 차이 이내인 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 추출할 수 있다.For example, the
이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 다양한 방식으로 실상에 대응되는 성분들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 피크 성분을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the
선택적 실시예에서 홀로그래피 복원 장치(300)는 자동 실상 좌표 정보 추출 알고리즘(Automatic real image spot-position extraction algorithm)을 이용하여 홀로그램에 포함되는 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다.In an exemplary embodiment, the
본 발명에서 특정 주파수 성분을 '추출'하는 것은 해당 주파수 성분의 주파수와 해당 주파수 성분의 크기(또는 강도)를 추출하는 것을 의미할 수 있다.In the present invention, 'extracting' a specific frequency component may mean extracting a frequency of the frequency component and a magnitude (or intensity) of the frequency component.
다시 도 7을 참조하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지의 주파수 성분들을 확인할 수 있으며, 이에 따라 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분(911), 허상에 대응되는 주파수 성분(912) 및 DC 성분(913)을 포함하는 다양한 주파수 성분들을 확인할 수 있다.Referring back to FIG. 7, the
또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 성분들 중에서 실상에 대응되는 주파수 성분(911)만 추출할 수 있다. 이때 홀로그래피 복원 장치(300)는 가령 도 7에 도시된 바와 같이 실상에 대응되는 피크 성분(911A)을 중심으로 하는 십자가 영역 내의 주파수 성분들(911B)을 실상에 대응되는 성분들로 결정할 수 있다.Also, the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들로부터 디지털 기준광을 생성할 수 있다(S1204). 이를 보다 상세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수를 산출할 수 있다. 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 기준광의 파수 벡터를 산출할 수 있다.The
또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 디지털 기준광의 전파 방향 및 파수(또는 파수 벡터)에 기초하여 디지털 기준광을 생성하고, 상술한 수학식 3에서와 같이 생성된 디지털 기준광(R(x,y))의 켤레 항을 구함으로써 보정광(Rc(x,y))을 생성할 수 있다.Also, the
디지털 기준광(R(x,y))과 보정광(Rc(x,y))은 켤레 관계에 있으므로 도 9a 및 도 9c에 도시된 바와 같이 강도는 동일하고, 도 9b 및 도 9d에 도시된 바와 같이 위상은 반대일 수 있다. 여기서 도 9a는 디지털 기준광(R(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9b는 기준광의 위상을 도시한 도면이고, 도 9c는 보정광(Rc(x,y))의 강도를 도시한 도면이고, 도 9d는 보정광의 위상을 도시한 도면이다.Since the digital reference light R (x, y) and the correction light Rc (x, y) are conjugated, the intensity is the same as shown in Figs. 9A and 9C, and as shown in Figs. 9B and 9D. Likewise, the phases can be reversed. 9A is a diagram showing the intensity of the digital reference light R (x, y), FIG. 9B is a diagram showing the phase of the reference light, and FIG. 9C is the intensity of the correction light Rc (x, y). 9D is a diagram showing the phase of correction light.
생성된 보정광(Rc(x,y))은 후술하는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))의 보정에 사용될 수 있다.The generated correction light Rc (x, y) can be used to correct the actual hologram Um (x, y, 0), which will be described later.
한편 '디지털 기준광'은 전술한 광 분할기(330)가 단일 파장의 광으로부터 생성한 기준광(R)과 동일한 성질을 갖는 광으로, 홀로그래피 복원 장치(300)가 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 획득된 이미지로부터 복원한 가상의 광일 수 있다.Meanwhile, the 'digital reference light' is light having the same property as the reference light R generated by the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 추출된 실상에 대응되는 주파수 성분들에 기초하여 실상 홀로그램도 생성할 수 있다(S1204). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상에 대응되는 주파수 성분들에 대해 역 2차원 푸리에 변환(Inverse 2D Fourier transform)을 수행하여 도 10과 같은 실상 홀로그램을 생성할 수 있다. 이때 실상 홀로그램은 상술한 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성하기 위하여 중간 홀로그램을 생성할 수 있다(S1205). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))을 곱함으로써 중간 홀로그램을 생성할 수 있다. 생성된 중간 홀로그램은 단계 S1206에서 곡률 수차 보정정보를 생성하는데 사용될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 단계 S1205에서 생성된 중간 홀로그램으로부터 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상을 생성하고, 생성된 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 생성할 수 있다(S1206). 이를 보다 자세히 살펴보면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 이때 파라미터는 가령 반구형의 곡면을 정의하는 중심점의 좌표 및 반지름을 포함할 수 있다.The
다시 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)가 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 방법을 설명한다. 설명의 편의를 위하여 홀로그래피 복원 장치(300)가 도 5b의 직육면체 형상의 구조물(51D)에 대한 이미지를 획득하였고, 홀로그래피 복원 장치(300)가 전술한 과정에 따라 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램을 생성하였다고 가정한다. 또한 구조물(51D)에 대한 중간 홀로그램으로부터 생성된 구조물(51D)의 3차원 형상(920)은 도 11에 도시된 바와 같다고 가정한다.Referring back to FIGS. 11 and 12, a method of determining the curvature aberration correction term by the
전술한 가정 하에, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 3차원 형상(920)으로부터 곡률 수차 보정항을 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 도 12에 도시된 바와 같은 3차원 형상(920)의 I-I단면 상의 곡선으로부터 반구형의 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 파라미터로써 결정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 I-I단면와 같은 절단면이 3차원 형상(920)의 중심점(즉 반구형 형상의 중심점)을 포함하도록 절단면의 위치 및/또는 방향을 결정할 수 있다. 또한 홀로그래피 복원 장치(300)는 I-I단면와 같은 절단면이 물체광(0)의 진행 방향과 평행하도록 결정할 수도 있다.Under the above-described assumption, the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 과정에 의해서 결정된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다. 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 곡면의 중심점의 좌표(Cx, Cy) 및 곡면의 반지름(r)을 참조하여 3차원 공간상에서 곡면을 생성하고, 생성된 곡면으로부터 각 x,y 지점의 위상 보정에 반영될 정보를 생성하는 방식으로 곡률 수차 보정항을 생성(또는 결정)할 수 있다.The
선택적 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(300)는 형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체(가령 모든 x,y 좌표에서의 z값이 동일한 물체)의 중간 홀로그램으로부터 보정항을 결정할 수도 있다. In an alternative embodiment, the
형상을 미리 알고 있는 측정 대상 물체의 경우 각 x, y 지점에서의 z값을 미리 알고 있으므로, 홀로그래피 복원 장치(300)는 중간 홀로그램으로부터 생성된 측정 대상 물체의 3차원 형상과 알고 있는 측정 대상 물체의 형상의 각 x, y 지점에서의 z값의 차이를 확인하는 방식으로 보정항을 결정할 수도 있다. 다만 이는 예시적인 것으로 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.In the case of the measurement target object that knows the shape in advance, the z-values at the x and y points are known in advance. The correction term may be determined by checking the difference between the z values at each x and y point of the shape. However, this is merely exemplary and the spirit of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 기준광(R)에 의한 영향 및 물체광 대물 렌즈(340)의 수차에 의한 오차를 고려하여 실상 홀로그램(Um(x,y,0))으로부터 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다(S1207). 가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 전술한 수학식 5와 같이 실상 홀로그램(Um(x,y,0))에 보정광에 대한 항(Rc(x,y))과 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))을 곱함으로써 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 생성할 수 있다. 이때 보정광에 대한 항(Rc(x,y))은 단계 S1204에서 생성된 것일 수 있고, 곡률 수차 보정에 대한 항(Rca(x,y))은 단계 S1206에서 생성된 것일 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))에 기초하여 측정 대상 물체(350)의 3차원 형상 정보를 생성할 수 있다(S1208). 바꾸어 말하면, 홀로그래피 복원 장치(300)는 각 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다.The
가령 홀로그래피 복원 장치(300)는 보정 홀로그램(Uc(x,y,0))을 복원 영상면의 정보로 변환할 수 있다. 이때 복원 영상면은 프로세서에 의해 측정 대상 물체와 영상 센서 사이의 거리에 대응하는 거리만큼의 가상적인 영상 표시 평면을 의미하는 것으로, 홀로그래피 복원 장치(300)에 의해 계산 및 시뮬레이션되는 가상의 면일 수 있다. For example, the
홀로그래피 복원 장치(300)는 복원 영상면을 고려하여 복원된 정보로부터 도 13과 같이 x, y 지점에서의 물체의 z 방향으로의 높이를 산출할 수 있다. 도 13에는 측정 대상 물체(350) 상에 배치된 두 개의 직육면체 형상의 구조물(51A 및 51B)의 3차원 형상이 예시적으로 도시되었다.The
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)의 노이즈 제거 방법의 흐름도들이다. 15 and 16 are flowcharts of a method for removing noise of the
본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래피 복원 장치(300)는 확인된 주파수 성분들 중에서 실상에 대응되는 성분들만 추출할 수 있다(S1203).The
S12031에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In S12031, the
S12032에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분에서 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향을 산출하고, 간섭 무늬의 방향 및 법선 방향에 위치한 주파수 성분을 노이즈로 결정한다. In S12032, the
S12033에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 노이즈를 제1 주파수 성분에서 제거하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출한다. In S12033, the
다른 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(300)는 노이즈를 제거한 패턴을 설정하고 패턴을 이용하여 실상에 대응되는 주파수 성분을 추출할 수 있다. In another embodiment, the
S12034에서 홀로그래피 복원 장치(300)는 이미지에 포함된 실상에 대응되는 제1 주파수 성분, 허상에 대응되는 제2 주파수 성분, 원점과 대응되는 제3 주파수 성분을 결정한다. In operation S12034, the
S12035에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분의 피크 성분을 포함하는 십자 영역 패턴을 생성한다. S12036에서는 홀로그래피 복원 장치(300)는 제1 주파수 성분 중에서, 십자 영역 패턴 안에 포함되는 주파수 성분들을 추출한다. In operation S12035, the
십자 영역 패턴을 적용한 수학식은 아래와 같다. 홀로그래피 복원 장치(300)는 아래의 수학식 7에 따라서 십자 영역 패턴에 포함된 주파수 성분들을 추출할 수 있다. Equation applying the cross-sectional pattern is as follows. The
[수학식 7][Equation 7]
여기서, ms는 십자 영역 패턴의 크기, xc는 피크 성분의 X 좌표, yc는 피크 성분의 Y 좌표를 말한다. R은 실상과 대응되는 주파수 성분 및 원점 성분 사이의 거리(distance)와 비례하는 수를 말한다. 예를 들어, R은 distance/3, distance/2 등 일 수 있다. Here, ms is the size of the cross-sectional pattern, xc is the X coordinate of the peak component, yc is the Y coordinate of the peak component. R is a number proportional to the distance between the frequency component and the origin component corresponding to the actual image. For example, R may be distance / 3, distance / 2, or the like.
십자 영역 패턴의 크기(ms)는 원점 성분 및 실상과 대응되는 주파수 성분 사이의 거리(distance)를 기초로 결정되나, 십자 영역 패턴의 크기는 노이즈 성분의 효율적인 제거를 위해서 조절 가능하다. 십자 영역 패턴의 크기는 반복적인 노이즈 제거 과정을 통해서 최적화될 수 있다. The size (ms) of the cross-sectional pattern is determined based on the distance between the origin component and the actual frequency component and the corresponding frequency component, but the size of the cross-sectional pattern is adjustable for efficient removal of the noise component. The size of the cross-sectional pattern can be optimized through an iterative noise reduction process.
다른 실시예에서, 홀로그래피 복원 장치(1)는 노이즈를 더 효율적으로 제거하기 위해서, 반구형 형태의 필터링으로 필터링 영역의 위치에 따라서 상이한 가중치를 둘 수 있다. 예컨대, 홀로그래피 복원 장치(1)는 가운데로부터 멀어질수록 1보다 작은 가중치를 곱할 수 있다. In another embodiment, the
[수학식 8][Equation 8]
여기서, R은 실상과 대응되는 주파수 성분 및 원점 성분 사이의 거리(distance)와 비례하는 수를 말한다. 예를 들어, R은 distance/3 , distance/2 등 일 수 있다.Here, R refers to a number proportional to the distance between the frequency component and the origin component corresponding to the actual image. For example, R may be distance / 3, distance / 2 and the like.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 저장하는 것일 수 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광영상 센서, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. Embodiments according to the present invention described above may be implemented in the form of a computer program that can be executed through various components on a computer, such a computer program may be recorded on a computer readable medium. In this case, the medium may store a computer executable program. Examples of the medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical image sensors such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, And ROM, RAM, flash memory, and the like, configured to store program instructions.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.Meanwhile, the computer program may be specially designed and configured for the present invention or may be known and available to those skilled in the computer software field. Examples of computer programs may include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter as well as machine code such as produced by a compiler.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 복원 장치(300), 다시 말해, 검사 유닛(300)은 한 개의 홀로그램의 획득으로 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 정확하게 생성할 수 있다. 상기한 검사 유닛(300)은 전술한 방법들을 통해 정확한 3차원 형상 정보를 생성하면서도 구성요소를 단순화할 수 있어, 인-라인 증착 장비 내부에 배치되어 인-라인 공정 상에서 검사를 실시간으로 수행할 수 있게 한다. As described above, the
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.Particular implementations described in the present invention are embodiments and do not limit the scope of the present invention in any way. For brevity of description, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings are illustrative of the functional connection and / or physical or circuit connections as an example, in the actual device replaceable or additional various functional connections, physical It may be represented as a connection, or circuit connections. In addition, unless specifically mentioned, such as "essential", "important" may not be a necessary component for the application of the present invention.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the spirit of the present invention is defined not only in the claims below, but also in the ranges equivalent to or equivalent to the claims. Will belong to.
300, 300A, 300B: 홀로그래피 복원 장치
310: 광원부
320: 시준기
330,332: 광 분할기
340: 물체광 대물 렌즈
350: 측정 대상 물체
360: 기준광 대물 렌즈
370,372: 광학 거울
380: 영상 센서
390: 프로세서300, 300A, 300B: Holographic Restoration Device
310: light source unit
320: collimator
330,332: optical splitter
340: object light objective lens
350: object to be measured
360: reference light objective lens
370,372: optical mirror
380: image sensor
390: processor
Claims (5)
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기;
상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기;
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈;
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈;
상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 기준광을 반사시키는 광학 거울;
상기 물체광 대물 렌즈를 통과하여 측정 대상 물체의 표면에서 반사된 물체광 및 상기 광학 거울에 의해 반사된 기준광이 각각 상기 물체광 대물 렌즈 및 기준광 대물 렌즈를 통과하여 상기 광 분할기로 전달되어 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서; 및
상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서;를 포함하며,
상기 광원부는 미리 알고 있는 제1 방향에 대한 상기 측정 대상 물체의 단차 정보와, 상기 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 상기 영상 센서의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 상기 단일 파장 광의 파장값이 결정되고,
상기 단일 파장 광의 파장값은 상기 측정 대상 물체의 단차 정보 중 최대 높이값 이상의 제1 범위와, 임의로 선택된 상기 측정 정확도의 제2 범위 모두를 충족하는 상기 영상 센서의 비트 깊이 후보군 중 선택된 어느 하나에 의해 결정되는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.A light source unit emitting single wavelength light;
A collimator for collimating single wavelength light emitted from the light source unit;
A light splitter that splits the single wavelength light that has passed through the collimator into object light and reference light;
An object light objective lens for passing the object light divided by the light splitter;
A reference light objective lens for passing the reference light divided by the light splitter;
An optical mirror for reflecting the reference light passing through the reference light objective lens;
Interference that is transmitted through the object light objective lens and the reference light reflected by the optical mirror and the reference light reflected by the optical mirror passes through the object light objective lens and the reference light objective lens to be transmitted to the optical splitter, respectively An image sensor for recording a pattern; And
And a processor configured to receive and store an image including intensity information of an object hologram generated by converting the interference fringe from the image sensor, and to generate three-dimensional shape information of the object to be measured.
The light source unit has a wavelength value of the single wavelength light by using step information of the object to be measured in a first direction known in advance, measurement accuracy in the first direction, and a bit depth of the image sensor. Determined,
The wavelength value of the single wavelength light is selected by any one of a bit depth candidate group of the image sensor that satisfies both a first range of the maximum height value or more of the step information of the measurement target object and a second range of the arbitrarily selected measurement accuracy. 3D shape information generating device of the object to be measured determined.
상기 광원부에서 방출된 단일 파장 광을 시준하기 위한 시준기;
상기 시준기를 통과한 상기 단일 파장 광을 물체광 및 기준광으로 분할하는 광 분할기;
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 물체광이 측정 대상 물체를 투과한 후 상기 측정 대상 물체의 정보를 포함한 물체 투과광을 통과시키는 물체광 대물 렌즈;
상기 물체광 대물 렌즈를 통과한 상기 물체 투과광을 반사시키는 제2 광학 거울;
상기 광 분할기에 의해 분할된 상기 기준광을 통과시키는 기준광 대물 렌즈;
상기 기준광 대물 렌즈를 통과한 상기 기준광을 반사시키는 제1 광학 거울;
상기 제1 광학 거울에 의해 반사된 상기 기준광 및 상기 제2 광학 거울에 의해 반사된 상기 물체 투과광이 각각 전달되는 제2 광 분할기;
상기 제2 광 분할기로 전달된 상기 기준광 및 상기 물체 투과광에 의해 형성되는 간섭 무늬를 기록하는 영상 센서; 및
상기 영상 센서에서 상기 간섭 무늬를 변환하여 생성된 물체 홀로그램의 강도(Intensity) 정보를 포함하는 이미지를 수신하여 저장하고, 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하는 프로세서;를 포함하며,
상기 광원부는 미리 알고 있는 제1 방향에 대한 상기 측정 대상 물체의 단차 정보와, 상기 제1 방향에 대한 측정 정확도와, 상기 영상 센서의 비트 깊이(bit depth)를 이용하여 상기 단일 파장 광의 파장값이 결정되고,
상기 단일 파장 광의 파장값은 상기 측정 대상 물체의 단차 정보 중 최대 높이값 이상의 제1 범위와, 임의로 선택된 상기 측정 정확도의 제2 범위 모두를 충족하는 상기 영상 센서의 비트 깊이 후보군 중 선택된 어느 하나에 의해 결정되는 , 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
A light source unit emitting single wavelength light;
A collimator for collimating single wavelength light emitted from the light source unit;
A light splitter that splits the single wavelength light that has passed through the collimator into object light and reference light;
An object light objective lens for passing the object transmitted light including information of the object to be measured after the object light divided by the light splitter passes the object to be measured;
A second optical mirror for reflecting the transmitted light of the object passing through the object light objective lens;
A reference light objective lens for passing the reference light divided by the light splitter;
A first optical mirror for reflecting the reference light passing through the reference light objective lens;
A second light splitter to which the reference light reflected by the first optical mirror and the object transmitted light reflected by the second optical mirror are respectively transmitted;
An image sensor for recording an interference fringe formed by the reference light and the object transmitted light transmitted to the second light splitter; And
And a processor configured to receive and store an image including intensity information of an object hologram generated by converting the interference fringe from the image sensor and to generate three-dimensional shape information of the object to be measured.
The light source unit has a wavelength value of the single wavelength light by using step information of the object to be measured in a first direction known in advance, measurement accuracy in the first direction, and a bit depth of the image sensor. Determined,
The wavelength value of the single wavelength light is selected by any one of a bit depth candidate group of the image sensor that satisfies both a first range of the maximum height value or more of the step information of the measurement target object and a second range of the arbitrarily selected measurement accuracy. 3D shape information generating device of the object to be measured determined.
상기 프로세서는 상기 이미지에 포함된 적어도 하나의 주파수 성분들 중 실상(Real Image)에 대응되는 실상 성분들을 추출하고, 상기 실상 성분들에 기초하여 상기 기준광과 켤레(conjugate) 관계에 있는 보정광 및 상기 측정 대상 물체의 실장 정보를 포함하는 실상 홀로그램을 생성하고, 상기 보정광에 기초하여, 상기 실상 홀로그램에서 상기 기준광의 정보가 제거된 중간 홀로그램을 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 곡률 수차 보정정보를 생성한 후, 상기 곡률 수차 보정정보에 기초하여, 상기 중간 홀로그램에서 곡률 수차에 의한 오차가 제고된 보정 홀로그램을 생성하고, 상기 보정 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보를 생성하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.The method according to any one of claims 1 and 2,
The processor extracts real components corresponding to a real image among at least one frequency component included in the image, and corrected light having a conjugate relationship with the reference light based on the real components. Generating an actual hologram including mounting information of an object to be measured, generating an intermediate hologram from which the reference light is removed from the actual hologram based on the correction light, and generating curvature aberration correction information from the intermediate hologram; The object to be measured is generated based on the curvature aberration correction information, and generates a correction hologram in which an error due to curvature aberration is improved in the intermediate hologram, and generates the three-dimensional shape information of the measurement target object from the correction hologram. 3D shape information generating device.
상기 프로세서는 상기 중간 홀로그램으로부터 상기 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보를 생성하고, 상기 중간 홀로그램으로부터 생성된 상기 측정 대상 물체의 상기 3차원 형상 정보에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 결정하는 적어도 하나의 파라미터를 결정하고, 상기 파라미터에 기초하여 상기 곡률 수차 보정정보를 생성하는, 측정 대상 물체의 3차원 형상 정보 생성 장치.
The method of claim 4, wherein
The processor generates at least one piece of 3D shape information of the measurement target object from the intermediate hologram, and determines at least one curvature aberration correction information based on the 3D shape information of the measurement target object generated from the intermediate hologram. 3. The apparatus for generating three-dimensional shape information of the object to be measured, which determines a parameter and generates the curvature aberration correction information based on the parameter.
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