선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하면서 미이크로미터 이하 구조체의 2차원 및 3차원상을 동시에 얻기 위하여 off-axis 디지털 홀로그래피 현미경을 구성하고, 실험적으로 마이크로미터 이하의 물체의 홀로그램 데이터를 생성한 후 수치적 영상 재생과, 위상 펼침(unwrapping) 알고리즘을 이용한 3차원 상구현에 대하여 연구하였다.
- 그리고 정확한 3차원 영상을 얻기 위해서는 신호 대 잡음비 가 좋은 2차원 위상 영상이 필요하다. 신호 대 잡음비가 좋은 2차원 위상 영상을 얻기 위하여 측정기 노이지를 줄이기 위하여 CCD 데이터를 다음과 같이 처리하였다.
제안 방법
- 4㎛이고 픽셀 개수는 2048x2048이다. 본 연구에서는 CCD의 위치를 ML1의 초점거리에서 20cm 떨어진 지점에 위치하였고 참조광과 물체광이 겹치는 각도는 2.46도 이내로 고정하였다. 이는 CCD가 갖는 픽셀 사이즈의 한계로 2.
- 그림 3에서 P는 문양의 주기이고, z는 위상차를 주기 위해 서 식각작업으로 만든 깊이이다. 시료 A와 B의 주기p는 0.8 ㎛에서 3.6 ㎛ 까지 여러 주기로 제작하였고, 시료 C의 주기p는 1.6 ㎛에서 4 ㎛까지 여러 주기로 제작하였으며, 시료 B와 C의 깊이 z는 200 nm에서 800 nm 까지 다양하게 제작하였다. 제작된 시료를 in-line SEM 과 AFM 으로 측정한 결과 주기 오차는 ±10 nm 이었으며, 깊이 오차는 ±18 nm 였다.
- 이러한 장점은 고전홀로그래피에서는 할 수 없었던 실시간 기록이 가능하다는 큰 장점이 있다. 이렇게 입력받은 디지털 홀로그램 데이터를 수치적 회절 계산 방법을 통하여 3차원 데이터를 추출한다. 홀로그램의 수치적 재생방법은 Goodman과 Laurence 에 의해서 30년 전에 제안된 것이며, 이러한 수치적 재생은 Kronrod등에 의하여 실현되었다 홀로그래피 플레이트(Holography Plate)를 사용하는 고전적인 홀로그래피와 비교하면 디지털 홀로그래피(Digital Holography)는 화학적 홀로그램 생성과정을 생략할 수 있어 간편하며, 컴퓨터의 연산 속도의 발전으로 디지털 홀로 그래피는 3차원상을 필요로 하는 다수의 응용 분야에서 관심을 가지게 되었다[6-9].
- 위상재생을 위한 홀로그램 데이터는 실험장치에 의한 위상 왜곡을 제거한 데이터를 사용하였다. 즉시료를 삽입한 후 얻은 홀로그램 데이터에서 얻은 위상과 시료 없이 얻은 홀로그램 데이터에서 얻은 위상의 차이를 사용하였다. 그림5 (a)와 (d)는 시료 B와 C의 홀로그램, (b), (e)는 거리 150cm에서 재생된 시료 B와 C의 위상 영상이고(c), (f)는 위상 펼침알고리즘을 이용하여 구성한 3차원 영상이다.
- 수치적으로 계산할 홀로그램 데이터는 실험장치에 의한 위상 왜곡을 제거한 데이터를 사용하였다. 즉시료를 삽입한 후 얻은 홀로그램 데이터와 시료 없이 얻은 홀로그램 데이터의 차이를 사용하였다.
대상 데이터
- 필터 N1과 N2는 간섭 문양의 명암 대비가 최대인 홀로그램을 얻기 위하여 사용하였다. 렌즈 L1과 ML2 그리고 핀홀 P1은 TEM00 모드의 참조광 빛을 얻기 위하여 사용하였으며 홀로그램을 저장하기 위하여 CCD(KODAK Megaplus II)를 사용하였고, CCD의 픽셀 크기는 7.4㎛x7.4㎛이고 픽셀 개수는 2048x2048이다. 본 연구에서는 CCD의 위치를 ML1의 초점거리에서 20cm 떨어진 지점에 위치하였고 참조광과 물체광이 겹치는 각도는 2.
- 참조광 여기서 참조광의 방향을 M2 미러로 바꿀 수 있으며 기본적인 구성은 마흐젠더 간섭계와 같다. 사용한 광원은 10mW He-Ne 레이저이고, 시료를 투과한 영상을 확대하기 위하여 현미경 대물렌즈ML1 (Mitutoyo LWD 100X, NA=0.9)을 사용하였다. 필터 N1과 N2는 간섭 문양의 명암 대비가 최대인 홀로그램을 얻기 위하여 사용하였다.
- 3차원 측정을 위하여 시료 B와 C를 사용하였다. 사용한 시료 B의 주기p는 0.8 - 3.6 /zm이고 깊이 d는 200 nm, 400 nm 이고, 시료C의 주기는 1.6 ㎛ - 4 ㎛ 이고 깊이 z는 200 nm, 400 nm 이다.
- 그림4는 그림 3의 시료A의 홀로그램과 CCD에서 60cm 떨어진 지점에 수치적으로 재생한 영상이다. 수치적으로 계산할 홀로그램 데이터는 실험장치에 의한 위상 왜곡을 제거한 데이터를 사용하였다. 즉시료를 삽입한 후 얻은 홀로그램 데이터와 시료 없이 얻은 홀로그램 데이터의 차이를 사용하였다.
- 시료는 다음 그림과 같이 반도체 제작에서 많이 사용되는 line/space 문양과 홀 문양을 제작하여 사용하였다.
- 여기서 위상 재생은 식(6)을 사용하였다. 위상재생을 위한 홀로그램 데이터는 실험장치에 의한 위상 왜곡을 제거한 데이터를 사용하였다. 즉시료를 삽입한 후 얻은 홀로그램 데이터에서 얻은 위상과 시료 없이 얻은 홀로그램 데이터에서 얻은 위상의 차이를 사용하였다.
이론/모형
- 마이크로미터에서 마이크로미터 이하 문양의 2차원 및 3차원 영상을 동시에 얻기 위하여 투과형 off-axis 디지털 현미경을 구성하였고, 3차원 영상을 구현하기 위하여 Mask- Cut 알고리즘을 사용하였다. 디지털 홀로그래피 현미경이 마이크로 영역부터 마이크로 영역이하의 2차원 영상 및 3차원 영상을 동시에 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다.
- 그림5 (a)와 (d)는 시료 B와 C의 홀로그램, (b), (e)는 거리 150cm에서 재생된 시료 B와 C의 위상 영상이고(c), (f)는 위상 펼침알고리즘을 이용하여 구성한 3차원 영상이다. 위상재생 영상으로부터 3차원 영상을 구하기 위하여 Mask-Cut 알고리즘을 이용하였다[16]. 그리고 정확한 3차원 영상을 얻기 위해서는 신호 대 잡음비 가 좋은 2차원 위상 영상이 필요하다.
- 즉 측정 대상체의 실제 위상 차이는 ±7T 라디안 이상일 수 있으나, 디지털 홀로그래피에서 측정되는 위상차는 항상 ± 7T 라디안 이하 이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 Goldsteine 펼친 알고리즘(unwrapping algorithm)을 개발하여 측정된 접힌 위상을 이용하여 실제 위상차를 구할 수 있었다[10]. 최근에는 이러한 펼친 위상 알고리즘을 좀 더 정확하고, 실시간적으로 3차원 영상을 얻을 수 있는 알고리즘을 개발하는 연구들이 진행 중이다 기.
- . 일반적으로 (4)식을 계산하기 위하여 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용한다. (4)식은 복소수이기 때문에 재생 영상은 (5)식과 같이 얻어진다.
성능/효과
- 그림 5와 6의 결과로부터 본 연구에 사용된 디지털 홀로 그 래피 현미경이 3차원 측정도 가능함을 알 수 있었다. 그러나 3차원 측정 정밀도, 즉, 광축방향의 정밀도는 확인하지 못하였는데 이는 추후 연구에서 시도할 것이다.
- 마이크로미터에서 마이크로미터 이하 문양의 2차원 및 3차원 영상을 동시에 얻기 위하여 투과형 off-axis 디지털 현미경을 구성하였고, 3차원 영상을 구현하기 위하여 Mask- Cut 알고리즘을 사용하였다. 디지털 홀로그래피 현미경이 마이크로 영역부터 마이크로 영역이하의 2차원 영상 및 3차원 영상을 동시에 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과 디지털홀그래피 현미경은 실시간의 3차원 측정이 필요한 바이오테크놀로지 분야에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
- 디지털 홀로그래피 현미경이 마이크로 영역부터 마이크로 영역이하의 2차원 영상 및 3차원 영상을 동시에 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다. 본 연구 결과 디지털홀그래피 현미경은 실시간의 3차원 측정이 필요한 바이오테크놀로지 분야에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
- 문양의 경계 부분이 보다 선명한 영상을 얻기 위해서는 0차 회절광을 완벽하게 제거할 수 있는 방법이 요구된다. 재생된 영상으로부터 측정된 주기는 각각 0.81 ±0.07 ㎛, 1.22 ± 0.02 ㎛, 1.6 ± 0.02 ㎛ 로 측정되었다. 상대적으로 작은 0.
- 6 ㎛에서 4 ㎛까지 여러 주기로 제작하였으며, 시료 B와 C의 깊이 z는 200 nm에서 800 nm 까지 다양하게 제작하였다. 제작된 시료를 in-line SEM 과 AFM 으로 측정한 결과 주기 오차는 ±10 nm 이었으며, 깊이 오차는 ±18 nm 였다.
후속연구
- 그림 5와 6의 결과로부터 본 연구에 사용된 디지털 홀로 그 래피 현미경이 3차원 측정도 가능함을 알 수 있었다. 그러나 3차원 측정 정밀도, 즉, 광축방향의 정밀도는 확인하지 못하였는데 이는 추후 연구에서 시도할 것이다. 그리고 현재의 실험은 단순한 구조의 시료에 대하여 3차원 측정을 하였고, 위상 펼침에 위한 3차원 측정이 가능함을 확인하였으나, 높낮이가 복잡한 3차원 구조에 대해서는 추후 연구에서 수행할 것이다.
- 그러나 3차원 측정 정밀도, 즉, 광축방향의 정밀도는 확인하지 못하였는데 이는 추후 연구에서 시도할 것이다. 그리고 현재의 실험은 단순한 구조의 시료에 대하여 3차원 측정을 하였고, 위상 펼침에 위한 3차원 측정이 가능함을 확인하였으나, 높낮이가 복잡한 3차원 구조에 대해서는 추후 연구에서 수행할 것이다. 그리고 광축 방향의 정밀도를 높일 수 있으면, 현재 많은 연구가 진행되고 있는 생물공학 분야에서 요구하는 정밀 3차원 영상 획득이 가능하게 된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.