A Polarization-based Frequency Scanning Interferometer and the Measurement Processing Acceleration based on Parallel Programing

Frequency Scanning Interferometry(FSI) system, one of the most promising optical surface measurement techniques, generally results in superior optical performance comparing with other 3-dimensional measuring methods as its hardware structure is fixed in operation and only the light frequency is scanned in a specific spectral band without vertical scanning of the target surface or the objective lens. FSI system collects a set of images of interference fringe by changing the frequency of light source. After that, it transforms intensity data of acquired image into frequency information, and calculates the height profile of target objects with the help of frequency analysis based on Fast Fourier Transform(FFT). However, it still suffers from optical noise on target surfaces and relatively long processing time due to the number of images acquired in frequency scanning phase. 1) a Polarization-based Frequency Scanning Interferometry(PFSI) is proposed for optical noise robustness. It consists of tunable laser for light source, ${\lambda}/4$ plate in front of reference mirror, ${\lambda}/4$ plate in front of target object, polarizing beam splitter, polarizer in front of image sensor, polarizer in front of the fiber coupled light source, ${\lambda}/2$ plate between PBS and polarizer of the light source. Using the proposed system, we can solve the problem of fringe image with low contrast by using polarization technique. Also, we can control light distribution of object beam and reference beam. 2) the signal processing acceleration method is proposed for PFSI, based on parallel processing architecture, which consists of parallel processing hardware and software such as Graphic Processing Unit(GPU) and Compute Unified Device Architecture(CUDA). As a result, the processing time reaches into tact time level of real-time processing. Finally, the proposed system is evaluated in terms of accuracy and processing speed through a series of experiment and the obtained results show the effectiveness of the proposed system and method.

편광 기반 주파수 스캐닝 간섭 시스템 및 병렬 프로그래밍 기반 측정 고속화

광학측정기법 중 주파수 스캐닝 간섭계는 기존 3차원 측정기법과 비교하여 광학 하드웨어 구조가 측정과정동안 고정되어 있어, 대물렌즈나 대상물체의 수직 스캐닝 없이 단지 광원의 주파수만 특정한 주파수 밴드내에서 스캐닝 하여 대상물체에 주사되므로, 우수한 광학 측정 성능을 보인다. 광원의 주파수를 변경하여 간섭계를 통해 간섭 영상을 획득한 후, 밝기 영상 데이터를 주파수 영역 데이터로 변환하고, 고속 푸리에 변환을 통한 주파수 분석을 이용하여 대상 물체의 높이 정보를 계측한다. 하지만, 대상물체의 광학적 특성에 기인한 광학노이즈와 주파수 스캐닝동안 획득되는 영상의 수에 따라 증가하는 영상처리시간은 여전히 주파수 스캐닝 간섭계의 문제이다. 이를 위해, 1) 편광기반 주파수 스캐닝 간섭계가 광학 노이즈에 대한 강인성을 확보하기 위해 제안되어진다. 시스템은 주파수 변조 레이저, 참조 거울 앞단의 ${\lambda}/4$ 판, 대상 물체 앞단의 ${\lambda}/4$ 판, 편광 광분배기, 이미지 센서 앞단의 편광기, 광섬유 광원 앞단의 편광기, 편광 광분배기와 광원의 편광기 사이에 위치하는 ${\lambda}/2$ 판으로 구성된다. 제안된 시스템을 이용하여, 편광을 기반으로한 간섭이미지의 대조대비를 조절할 수 있다. 2) 신호처리 고속화 방법이 간섭계 시스템을 위해 제안되며, 이는 그래픽 처리 유닛(GPU)과 같은 병렬처리 하드웨어와 계산 통합 기기 구조(CUDA)와 같은 프로그래밍 언어로 구현된다. 제안된 방법을 통해 신호처리 시간은 실시간 처리가 가능한 작업시간을 얻을 수 있었다. 최종적으로 다양한 실험을 통해 제안된 시스템을 정확도와 신호처리 시간의 관점으로 평가하였고, 실험결과를 통해 제안한 시스템이 광학측정기법의 실적용을 위해 효율적임을 보였다.