College Of Engineering
서울공대 이야기
서울대 이병호 교수팀,
고해상도 3차원 홀로그래픽 현미경 개발


▲ 이병호 서울대 전기정보공학부 교수
 
서울대 공대(학장 차국헌)는 전기정보공학부 이병호 교수팀이 기존 홀로그래픽 현미경보다 성능이 3~4배 향상된 고해상도 3차원 홀로그래픽 현미경을 개발했다고 9일 밝혔다.
 
일반적으로 현미경 표본 영상을 촬영하면 빛의 세기 정보만 획득 가능하다. 파동 광학 관점에서 볼 때 빛을 완전히 표현하기 위해서는 빛의 세기와 위상을 동시에 획득해야 한다.
 
이 때 홀로그래픽 현미경 기술을 활용하면 빛의 세기와 위상 정보를 동시에 획득할 수 있어 표본의 3차원 구조를 파악할 수 있다. 그러나 현재까지 개발된 홀로그래픽 현미경은 고해상도 3차원 홀로그램 영상을 획득하기 위해서 같은 표본에 대한 촬영을 여러 번 진행해야 한다는 한계점을 가지고 있었다.
 
연구진은 이러한 한계점을 극복하기 위해 다중 투사를 활용한 광학적 영상 기법을 적용했다. 그 결과 촬영된 영상을 컴퓨터상에서 해석하며, 동시에 고해상도의 위상 정보를 복원하는 ‘싱글 샷(single-shot) 푸리에 타이코그래픽 현미경(Fourier ptychographic microscopy)’을 개발했다.
 
이 교수 연구진이 개발한 현미경을 활용하면 해상도 3마이크로미터(μm)의 홀로그래픽 영상을 단 한 번의 촬영으로 획득할 수 있다. 3마이크로미터(μm)는 기존의 홀로그래픽 현미경으로 3~4번 정도 촬영을 해야 얻을 수 있는 해상도다.
 
이 교수는 "본 연구를 통해 홀로그래픽 현미경 범용화에 한 발짝 더 나아갈 수 있을 것"이라며, "지문의 미세 패턴을 훼손하지 않고 3차원 프로파일을 얻거나, 제품 제조공정의 모니터링을 진행하는 등 생체 의료 분야의 핵심기술로 자리 잡을 것으로 기대한다"고 말했다.
 
해당 논문은 미국광학회의 대표 저널 '옵티카(Optica)' 온라인에 8월 7일자로 게재됐으며, 연구결과의 우수성을 인정받아 옵티카의 언론 홍보 논문으로 선정됐다.
 
이 연구는 경찰청과 치안과학기술연구개발사업단(단장 양종수)의 지원을 받아 수행된 과학기술연구개발사업의 결과다.

 
▲ 단일 촬영 고해상도 홀로그래픽 현미경
(a) 구성도, (b) 실험장치, (c) 복원된 위상 정보를 통한 양파 표피 세포의 삼차원 분포
 
 
[참고링크]
- 논문명: Single-shot phase retrieval via Fourier ptychographic microscopy, Optica, vol. 5, no. 8, pp. 976-983, august 2018.
- 논문 링크: https://doi.org/10.1364/OPTICA.5.000976
 
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