Deformation measurement by phase-shifting digital holography

Abstract

We measured the surface flatness of both sides for refractive media using the transmitted digital holography method. To enhance the accuracy of the result, phase-shifting system was used. With two different phase modulation of reference beam, the phase profile of object can be easily obtained. Thus, we proposed the surface measurement method which can measure large area fast, compared with conventional methods. To guarantee the reliability of obtained result, we compared with Zygo measurement system. With the proposed method, the surface flatness of 3.45 μm resolution could be obtained. 1. 서 론 홀로그래피 저장 장치[1-2]는 고밀도의 정보를 광학적으로 저장하기 위한 기술로써, 기존의 2 차 원적인 광학 정보 저장장치에 비해 저장매체에 3 차원적으로 정보를 기록하는 방식이다. 매체에 저 장된 데이터는 기록시 사용된 동일한 참조광을 입 사함으로써 얻어진다. 이렇게 얻어진 정보는 센서 로 획득되고 인코딩 과정을 거쳐 원래의 정보를 복원한다. 디지털 홀로그래피는 일반적인 광학 홀 로그래피와는 다르게 저장 매체로써 CCD 등의 이미지 센서를 사용한다. 디지털 홀로그래피는 저 장 매체에 아날로그적으로 정보를 기록하는 홀로 그래피 저장 장치에 비해 저장된 데이터도 디지털 형태를 띠므로, 데이터에 여러가지 후처리가 가능 하다. 이러한 장점으로 인해 디지털 홀로그래피는 많은 분야에 응용할 수 있으며, 역으로 이 과정에 서 개발된 기술을 저장 장치 기술에 접목시키는 것도 가능하다. 디지털 홀로그래피[3]는 3 차원 이미징 분야에서 활발히 연구가 이루어지고 있는 기술 중 하나이다. 디지털 홀로그래피는 일반적인 광학계를 약간의 수정만으로 이용할 수 있음에도 불구하고 높은 해 상도를 기대할 수 있으며, 깊이 방향 정보의 경우 피사체의 위상 정보를 이용해 획득하므로 광학계 의 Diffraction Limit 을 크게 뛰어넘는 높은 해상도 를 취득할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 디지털 홀로그래피는 3 차원 디스플레이, 현미경을 통한 미소물체의 측정, 유체의 3 차원 유동 기록 등의 다양한 응용분야에 활발한 연구가 이루어지고 있 다. 특히 디지털 홀로그래피 현미경의 경우, 기존 의 3 차원 이미징 방식에 비해 간소한 광학계 설 계와 빠른 촬영속도, 높은 해상도를 확보할 수 있 는 장점을 가지고 있다. 디지털 홀로그래피 현미경을 응용할 수 있는 분야 중 하나는 물체의 표면 평면도를 측정하는 것이다. 팁이나 스타일러스를 이용한 기존의 기계적인 측 †School of Mechanical Engineering, Yonsei Univ.

Three-Dimensional Displacement and Strain Measurements by Windowed Phase-Shifting Digital Holographic Interferometry

“…If there is speckle noise, among the phase-differences obtained from each divided hologram, the phase-difference with higher intensity at a reconstructed point is more reliable. Therefore, in our previous papers, the phase-difference was obtained by selecting the phase-difference with the maximum intensity at the same point (Morimoto et al 2004(Morimoto et al , 2005a, or the phasedifference at the same point was obtained by averaging the phase-differences obtained from all the divided holograms by considering the weight of the intensity (Morimoto et al 2005b(Morimoto et al , 2005c(Morimoto et al , 2007. It provided the displacement distribution with high-resolution.…”

“…If there is speckle noise, the phase-difference with higher intensity at a reconstructed point is more reliable than that with lower intensity. Therefore, the phase-difference at each point is selected when the intensity is the largest at the same point (Morimoto et al 2004(Morimoto et al , 2005a, or the phasedifference is calculated by averaging the phase-differences obtained from all the windowed holograms by considering the weight of the intensity (Morimoto et al 2005b(Morimoto et al , 2005c(Morimoto et al , 2007. In this study, in order to check the effect of the number n of the windowed holograms on accuracy, the number n is changed.…”

Effect of weight in averaging of phases on accuracy in windowed digital holographic interferometry for pico-meter displacement measurement (Invited Paper)

“…However, holograms and reconstructed images have speckle noise and they provide large errors in the calculation of displacement analysis. In order to decrease the effect of speckle noise, we previously proposed a new method using windowed holograms [12][13][14]. In the method, a very accurate displacement distribution with a small standard deviation of error is obtained from the average phase-difference considering the weight proportional to the intensity i.e., the square of the amplitude of the speckle at each point on the reconstructed object.…”

Effects of Window Size on Accuracy and Spatial Resolution in Windowed Phase‐Shifting Digital Holographic Interferometry1

“…The authors proposed a novel method, i.e. the windowed phase‐shifting digital holographic interferometry (PSDHI) [11–14].…”