[논문]이중푸리에변환을 이용한 2 파장 디지털 홀로그래픽 연구

신상훈; 정원기; 유영훈

doi:10.3807/kjop.2010.21.3.091

초록
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디지털 홀로그램을 이용하여 상을 재생 할 때 재생상의 크기는 재생거리와 파장의 함수이다. 이러한 재생거리와 파장 의존성을 제거하기 위하여 이중푸리에변환법이 제안되었고, 이중푸리에변환을 이용하면 일정 크기의 재생상을 얻을 수 있다. 일반적으로 사용된 광원의 파장보다 큰 단차의 높낮이 측정은 단일파장 디지털 홀로그래픽 방식으로 측정이 가능하지 않기 때문에 2 파장홀로그래피가 제안되었는데, 두 파장에서 얻어진 각각의 재생상의 크기가 같아야 하는 제약이 있다. 본 연구에서는 투과 및 반사형 2 파장 디지털 홀로그래픽 현미경을 이용하여 각각의 파장별로 홀로그램을 촬영하고 이중푸리에변환을 이용하여 재생함으로써 두개의 파장에서 얻어진 재생상의 크기를 같게 만들어 주는 과정 없이 단차를 가진 샘플의 3차원 높낮이 측정을 할 수 있었다.

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The size of a reconstructed image depends on the reconstruction distance and wavelength. The double fourier transform method is proposed to eliminate the dependence on the reconstruction distance and wavelength. We can get a fixed reconstructed image size by using the double fourier transform method...

The size of a reconstructed image depends on the reconstruction distance and wavelength. The double fourier transform method is proposed to eliminate the dependence on the reconstruction distance and wavelength. We can get a fixed reconstructed image size by using the double fourier transform method. Two wavelength digital holography is proposed to measure the step height, which is larger than a single wavelength. The two image size of different wavelength holograms should be the same in order to apply two wavelength digital holography. We use two wavelength digital holography and double fourier transforms to measure the step height. The measured data were reasonable and we found that the double fourier transform is useful in two wavelength digital holography.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 이중푸리에변환을 2 파장 홀로그램에 이용하여 재생상의 크기를 조절하지 않고 파장 보다 큰 단차가 있는 시료의 단차를 측정 할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다.

제안 방법

4 μm 이고 픽셀 개수는 1024 × 1024 이다. 본 연구에서는 CCD의 위치를 ML에서 9 cm 떨어진 지점에 위치하였다.

대상 데이터

기본적인 구성은 마흐젠더 간섭계와 같다. 사용한 광원은 10 mW He-Ne 레이저와 다이오드 레이저이고, 시료를 투과한 영상을 확대하기 위하여 현미경 대물렌즈 ML(Mitutoyo M PLAN APO 50X, NA=0.55)을 사용하였다. 필터(VN)는 간섭 문양의 명암대비가 최대인 홀로그램을 얻기 위하여 사용하였다.
홀로그램을 저장하기 위하여 CCD(Sony IPX1M48)를 사용하였고, CCD의 픽셀크기는 7.4 μm × 7.4 μm 이고 픽셀 개수는 1024 × 1024 이다.

성능/효과

최근 이중푸리에변환을 이용하여 재생상의 크기가 재생 거리와 파장에 의존하지 않는 방법이 제안되었다. 본 연구에서는 이중푸리에변환을 이용하여 재생상의 크기가 파장과 거리에 의존 하지 않음을 전산기 시늉과 실험을 통해 확인 하였고, 이를 2 파장 홀로그래픽에 적용하여 파장보다 큰 단차를 측정하는데 응용할 수 있음을 실험을 통하여 확인하였다.

후속연구

이러한 방법은 약 30년전 개념적 방법론이 제안되어, CCD의 발전과 컴퓨터 연산 속도의 발전으로 수치적 3차원 영상 재생의 방법이 발전하여 현재 실용적 용도에 적용하기 위한 다수의 연구들이 세계적으로 활발히 진행되고 있다^[1-5]. 이와 같이 측정 대상체의 3차원 데이터는 홀로그램 방법으로 기록함으로써 1회 촬영으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 획득하고, 수치적 재생으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 재구성하여 표시 할 수 있으므로 3차원 데이터 획득, 처리, 표시 면에 있어서 앞서 개발되어온 첨단 현미경들에 비하여 비교할 수 없을 정도의 성능 향상을 기대할 수 있다. 이러한 3차원 데이터 관련 능력으로 보다 다양한 측정 대상체의 데이터 표시 욕구를 충족시킬 수 있어서 다양한 응용이 예상되어진다^[6-9].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	디지털 홀로그램 기술이란?	디지털 홀로그램 기술은 기존의 홀로그램 기술(홀로그램 건판을 사용하여 사진 촬영과 같은 방식의 기록과 참조광 제공에 의한 3차원 영상을 재생하는 방법)로부터 출발하여 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 동영상 기록 장치를 이용하여 실시간으로 측정 대상체의 홀로그램 데이터를 획득하고, 수치적 3차원 영상 재생의 방법으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 획득하는 방법이다. 이러한 방법은 약 30년전 개념적 방법론이 제안되어, CCD의 발전과 컴퓨터 연산 속도의 발전으로 수치적 3차원 영상 재생의 방법이 발전하여 현재 실용적 용도에 적용하기 위한 다수의 연구들이 세계적으로 활발히 진행되고 있다[1-5].
	디지털 홀로그래픽 현미경에서 홀로그램 데이터는 무엇에 의해 주어지는가?	디지털 홀로그래픽 현미경에서 홀로그램 데이터는 CCD로 입력되는 물체광(O)과 참조광(R)의 간섭에 의하여 주어진다. 그림 1과 같이 렌즈의 초점거리가 f인 in-line 투과형 디지털 홀로그래피 현미경을 고려하자.
	디지털 홀로그램 기술의 현황은?	디지털 홀로그램 기술은 기존의 홀로그램 기술(홀로그램 건판을 사용하여 사진 촬영과 같은 방식의 기록과 참조광 제공에 의한 3차원 영상을 재생하는 방법)로부터 출발하여 CCD(Charge Coupled Device)와 같은 동영상 기록 장치를 이용하여 실시간으로 측정 대상체의 홀로그램 데이터를 획득하고, 수치적 3차원 영상 재생의 방법으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 획득하는 방법이다. 이러한 방법은 약 30년전 개념적 방법론이 제안되어, CCD의 발전과 컴퓨터 연산 속도의 발전으로 수치적 3차원 영상 재생의 방법이 발전하여 현재 실용적 용도에 적용하기 위한 다수의 연구들이 세계적으로 활발히 진행되고 있다[1-5]. 이와 같이 측정 대상체의 3차원 데이터는 홀로그램 방법으로 기록함으로써 1회 촬영으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 획득하고, 수치적 재생으로 측정 대상체의 3차원 데이터를 재구성하여 표시 할 수 있으므로 3차원 데이터 획득, 처리, 표시 면에 있어서 앞서 개발되어온 첨단 현미경들에 비하여 비교할 수 없을 정도의 성능 향상을 기대할 수 있다.

참고문헌 (13)

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M. A. Kronrod, N. S. Merzlyakov, and L. P. Yaroslavski, “Reconstruction of hologram with a computer,” Sov. Phys. Tech. 17, 434-444 (1972).
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L. Xu, X. Peng, J. Miao, and K. Asundi, “Studies of digital microscopic with application to microstructure testing,” Appl. Opt. 40, 5046-5051 (2001).

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J. W. Goodman, Introduction to Fourier Optics (Roberts & Company Publishers, USA, 2005).

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