Hoffman Modulation Contrast란 무엇인가? #1, #2

[광학 기술 백서 #21]Hoffman Modulation Contrast란 무엇인가? #1, #2

 

Hoffman Modulation Contrast는 투명 또는 반투명한 물체의 굴곡이나 굴절률의 변화를 빛의 밝기로 표현하는 방법입니다. 해당 방법은 물체의 contrast를 증가시켜 좀더 정확한 검사가 가능하도록 합니다. 이 기술은 1975년 Robert Hoffman 박사가 최초로 제안하였으며 현재에는 몇 가지 구성품들이 추가되어 좀더 완성도가 높아졌습니다.

 

 

 

<그림 1>

출처: http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/hoffman.html

 

위의 그림이 기본적인 Hoffman Modulation Contrast 현미경 광학계의 구성도입니다. 

 

Hoffman Modulation Contrast의 가장 핵심 구성품은 modulator라고 불리는 광학 필터인데 이 필터는 서로 다른 투과율을 가지고 있는 세 종류의 영역으로 구성되어 있으며 대물 렌즈의 후초점면에 위치하고 있습니다. modulator를 통과한 빛은 일반적인 회색이 가지는 밝기보다 상대적으로 더 어둡거나 밝은 빛으로 나뉘어지게 되고 이러한 현상을 modulate되었다고 합니다. 

 

이러한 modulation contrast에 사용 가능한 대물 렌즈는 10배부터 100배까지 전 영역에 걸쳐 있으며 기본적으로 모든 대물 렌즈에 대응한다고 보는 것이 맞습니다. 

 

Hoffman Modulation Contrast의 원리 #1 _Modulrator

 

이러한 modulator는 그림 2와 같이 총 세 가지의 다른 투과율을 가지고 있는 필터로 나뉘어져 있습니다. 가장 어두운 영역인 “D”는 modulator에서 가장 가장자리에 있으며 가장 작은 영역을 가지고 있습니다. 이 부분의 투과율은 1% 수준으로 실질적으로 빛을 거의 투과시키지 않습니다. 그림상에서 “G”로 표시된 회색 영역은 15%의 빛을 투과시키고 남아있는 부분인 “B”로 표시된 영역은 아무것도 없는 투명한 부분입니다. 

 

 

 

<그림 2>

출처: http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/hoffman.html

 

Modulator 아래쪽에는 조명을 위한 condenser lens와 함께 회전이 가능한 경통이 있습니다. 이러한 회전식 condenser lens 경통은 일반적인 bright-field 현미경 렌즈와 동일하게 별도의 조절 가능한 조리개를 가지고 있으며 이를 이용하여 Koehler 조명에 적합한 조명을 조절할 수 있습니다.

 

 

Hoffman Modulation Contrast의 원리  #2 _slit

 

경통 안에는 절반 정도가 편광필름에 의해 가려진 직사각형 형태의 작은 slit이 있습니다.. 이 slit과 편광필름의 크기는 다양한 배율을 지닌 대물 렌즈의 종류에 따라 달라지게 됩니다.

 

<그림 1>과 <그림 3>에서 확인할 수 있듯이 slit은 condenser 렌즈의 전초점거리 면에 위치하고 있습니다. 빛이 slit을 통과할 때, 이 slit의 이미지는 대물 렌즈의 후초점면에 맺히게 되는데 이곳에 바로 modulator가 있습니다. 

 

condenser 렌즈의 전초점면에 위치한 slit은 대물렌즈의 후초점면에 있는 modulator와 광학적으로 짝을 이루고 있습니다. 그렇기 때문에 condenser 렌즈에 의해 생긴 slit의 이미지는 검사하고자 하는 물체의 광학적인 밀도, 두께 등의 변화에 따라 일반적인 경로를 따르지 않고 미세한 경로 변화가 일어나게 됩니다.

 

 

 

<그림 3>

출처: http://www.olympusmicro.com/primer/techniques/hoffman.html

 

그리고 이러한 경로 변화로 인해 빛은 modulator의 밝은 영역 또는 어두운 영역을 통과하며 contrast를 극대화시키게 됩니다.

 

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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