Hoffman Modulation Contrast의 활용

[광학 기술 백서 #25]Hoffman Modulation Contrast의 활용

 

현재에 사용하는 Modulation contrast 시스템은 modulator와 slit이 모두 광축에서 벗어난 형태로 구성되어 있으며 이로 인해 대물렌즈의 NA를 최대한 활용할 수 있게 되어 더 좋은 해상력과 화질을 구현할 수 있게 되었습니다. 또한 검사하고자 하는 물체의 미세한 형태와 특징들이 선명하게 그림자로 표현하여 마치 3차원과 같은 영상을 얻을 수 있게 되었습니다. 이러한 영상은 검사하고자 하는 물체의 형태를 돋보이게 만듭니다. (아래의 세포 사진 참조)

 

Modulator는 이러한 물체의 단단함, 굴곡, 굴절률의 변화, 두께와 같은 특성들에 따라 미세하게 밝기를 변화시키는 역할을 합니다. 이러한 결과로 나타난 이미지는 흡사 3차원 영상과 비슷하며 광학적으로 한쪽에서 빛을 조사시켜 얻는 높은 contrast를 지닌 이미지와 비슷한 영상을 얻을 수 있습니다. 

 

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<그림 8>

출처: http://microscopy.berkeley.edu/courses/tlm/bf_review/key.html

 

그림 9에서 확인할 수 있듯이 관찰하고자 하는 물체의 기울기 방향에 따라 이미지는 밝을 수도 어두울 수도 있습니다. 다양한 굴곡과 평평한 면이 함께 포함되어 있는 가상의 물체를 고려하였을 때 그림 9의 (a)와 같은 굴곡에서는 빛이 modulator의 가장 어두운 면을 통과하여 어두운 이미지를 가지게 됩니다. 반면에 이와 반대의 굴곡을 가지고 있는 (c)와 같은 이미지에서는 빛이 투명한 부위를 통과하여 밝은 이미지를 가지게 됩니다. 평평한 면에서는 회색 부분을 통과하고 회색 이미지를 얻을 수 있습니다. 이러한 작용의 결과로 어떠한 굴곡을 가지고 있는 물체의 한쪽 부분은 밝은 면을 가지고 있는 반면 다른 부분은 어둡게 표현이 되고 별다른 굴곡을 가지고 있지 않을 경우에는 위 그림의 배경이 보여주듯이 회색으로 별다른 특징 없이 표시됩니다.

 

이렇게 굴곡의 방향과 기울기를 통해 생긴 contrast는 검사하고자 하는 물체에 가상의 그림자가 생긴 것과 같은 효과를 주게 됩니다. 이러한 효과가 modulation contrast imaging의 가장 일반적인 형태이며 편광필름을 돌리면서 이러한 contrast를 변화시킬 수 있고 편광필름과 slit, 그리고 물체를 회전시키면서 최종 영상의 contrast를 개선 또는 악화시킬 수 있게 됩니다.

 

 

<그림 9>

 

Modulator는 검사하고자 하는 물체가 어떻게 slit의 이미지를 shift시키는가에 따라 최종적인 이미지에 영향을 주기 때문에 amplitude filter라고 표현하기도 합니다. Modulator의 다양한 투과율 변화를 통해 모든 종류의 세포와 조직들뿐 아니라 수정이나 glass와 같은 투명한 물질의 이물이나 굴곡의 변화를 관찰할 수 있고 심지어 반사형 조명을 활용한 modulation contrast 현미경도 사용이 가능하여 곡물의 경계면이나 불투명한 물체 또는 금속표면 및 복잡한 회로나 전자 제품을 검사하는 데에도 활용되고 있습니다.

 

이러한 modulation contrast 기술은 한계도 있지만 수없이 많은 장점들을 가지고 있습니다. 그 장점들 중 한가지는 바로 기존에 사용되는 렌즈의 NA를 모두 활용할 수 있다는 점입니다. 이와 같이 NA를 충분히 활용하게 될 경우에 높은 수준의 해상력을 보유할 수 있게 되고 이를 통해 검사하고자 하는 물체의 contrast와 가시성을 높일 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 또한 이 방법은 렌즈의 높은 해상력을 그대로 유지할 있기 때문에 achromat와 같은 렌즈에도 적용이 가능하고 심지어 apo-chromatic 렌즈에도 사용이 가능하다는 장점을 가지고 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