DIC 현미경에 대하여

[광학 기술 백서 #20]DIC 현미경에 대하여

 

DIC 현미경이란 Differential Interference Contrast의 줄임 말로 우리나라 말로는 미분간섭 현미경이라고 합니다. DIC 현미경은 일반적인 현미경에 Nomarski 프리즘을 추가하는 방식으로 빛의 간섭을 인위적으로 발생시켜 우리가 보고자 하는 이미지의 contrast를 극대화하는 방식입니다.

 

해당 방식은 원래 생물학에서 복잡한 형태의 세포를 관찰하기 위한 목적으로 많이 사용되었지만 근래에 와서는 압흔 검사와 같이 머신 비전의 특수 검사 영역에도 활발하게 적용되고 있습니다.

 

DIC 현미경의 원리

 

<그림 1. DIC 현미경의 원리 도식도>

출처:https://www.boundless.com/microbiology/textbooks/boundless-microbiology-textbook/microscopy-3/other-types-of-microscopy-30/interference-microscopy-246-7641/

 

그림 1은 DIC 현미경의 원리를 알아보기 위한 간단한 도식도입니다. 이 그림을 이용하여 DIC의 원리에 대해서 좀더 자세하게 알아보도록 하겠습니다.

 

1. 빛은 편광필름을 지나며 45°의 각도로 편광이 됩니다.

2. 이렇게 45°로 편광된 빛은 Nomarski  프리즘을 통과하며 수직 방향과 수평 방향으로 편광된 두 개의 빛으로 분리됩니다.

3. Nomarski 프리즘이란 입사한 빛을 수직방향과 수평방향의 편광으로 분리하는 역할을 하는 특수 프리즘입니다. (그림 2. 참조) 

<그림2. Nomarski 프리즘의 원리>

 

4. 이렇게 분리된 두 개의 빛은 condenser 렌즈를 통과하며 수 μm 간격까지 가까워집니다.

5. 서로 가까워진 두 빛은 검사하고자 하는 물체에 반사 또는 투과를 하며 경로 차이를 일으킵니다. 

 

 

<그림 3. 두 개의 빛은 물체의 표면에 의해 생긴 경로 차이로 인해 간섭을 함.>

 

6. 이렇게 경로 차이가 발생한 두 개의 빛은 다시 렌즈로 들어가게 되고 Nomarski 프리즘을 한번 더 통과하면서 하나의 빛으로 합쳐지게 됩니다. 그리고 합쳐지는 과정에서 간섭이 발생합니다.

7. 이러한 간섭 무늬는 물체에 반사하거나 투과한 두 개의 빛이 서로 다른 경로 차이로 인해 생긴 것이기 때문에 이 간섭 무늬를 이용하여 검사하고자 하는 물체의 표면 변화나 굴절률의 변화를 쉽게 관찰할 수 있습니다.

 

DIC 현미경의 활용

 

DIC 현미경은 검사하고자 하는 표면의 굴곡이나 그 경계면을 매우 강조해서 표현하기 때문에 일반적인 광학계에서 쉽게 검출하기 어려운 물체를 검사하는 데에 매우 유용하게 쓰입니다.

특히 투명한 세포나 미생물들을 검사하는데 효과적입니다.

 

아래의 사진은 미생물의 유충을 DIC로 촬영한 이미지입니다.

 

<그림 4. 연가시 유충의 DIC 이미지>

출처: http://www.nematomorpha.net/Larvae.html

 

<그림 5. 원생생물의 DIC 이미지>

 

이 외에도 앞에서 언급한 것과 같이 머신 비젼 분야에서도 특정한 chip위에 형성된 돌출 형태의 흔적을 검사하는 압흔 검사에도 DIC가 활용되고 있습니다.

 

<그림 6. 압흔 검사 DIC 이미지>

출처: 한국정밀공학회지 제 31권 9호 P 834

 

 

DIC는 기존의 현미경 광학계에 추가적으로 편광 필름과 프리즘을 부착하는 번거로움이 있음에도 불구하고 앞으로 좀더 많은 영역에서 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 또한 그 성능도 지속적으로 개선되고 있습니다.

 

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필진 소개

 

박강환, Benjamin Park (앤비젼 제품 기획팀/광학 담당) 광학에 대한 무한 열정으로 제품을 넘어 고객의 솔루션을 만드는 Optic Specialist