KR20100130207A - 광학부품 및 광학부품을 이용한 위상차 현미경 - Google Patents

광학부품 및 광학부품을 이용한 위상차 현미경 Download PDF

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KR20100130207A
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Abstract

주파수 정보나 색 정보를 포함시켜 시료의 위상차를 나타낼 수 있는 광학부품 및 위상차 현미경을 제공하기 위하여, 적어도 2개의 파장에 대하여 일정한 위상 차가 생기도록, 적어도 2개 이상의 광학매질을 병설한다.

Description

광학부품 및 광학부품을 이용한 위상차 현미경{OPTICAL PART AND PHASE-CONTRAST MICROSCOPE USING OPTICAL PART}
위상차 현미경 및 그 광학부품에 관한 것으로, 특히 위상차를 변경하는 광학부품에 관한 것이다．
종전부터, 무색 투명한 생체세포 등을 염색 등에 의해 사멸 시키지 않고 관찰할 수 있는 현미경으로서 위상차 현미경이 고안되었다. 이 위상차 현미경은 명암의 콘트라스트에 의해 무색 투명한 표본을 관찰할 수 있는 것으로, 생체 세포 등을 살아있는 상태에서 관찰할 수 있다.
일본 특허 공개 평성 9-230247호 공보 상술한 바와 같이，위상차 현미경은 명암의 콘트라스트에 의해 무색 투명한 생체 세포 등의 표본을 관찰할 수 있는 것이다. 이 명암의 콘트라스트에 의해 관찰할 수 있도록 하기 위하여 위상차 현미경에는 위상판을 이용할 필요가 있다． 이 위상판은 소정 물질의 박막에 의해 형성되어, 광원에서 발생한 광을 박막에 투과시킴으로써 파장의 4분의 1만 위상을 진행시키거나 늦추거나 하는 것이다. 이 위상판의 박막을 구성하는 물질에는 분산 현상이 있기 때문에, 모든 파장에 대하여 파장의 4분의 1만 위상을 어긋나게 할 수 없고, 광범위한 파장의 광에서 표본을 관찰한 경우에는 콘트라스트가 낮아질 수밖에 없었다. 이 때문에 종래의 위상차 현미경으로는 일정한 파장에 대해서만 관찰할 수 있도록 하기 위하여, 일정한 파장에 대응하는 색의 필터를 개재시킨 구성으로 하고 있었다. 이러한 필터를 사용함으로써 일정한 파장에 대해서만 파장의 4분의 1만 위상이 어긋나도록 하고 있었다. 그러나, 종래의 위상차 현미경은 필터를 이용한 구성이기 때문에 표본을 관찰했을 경우의 표본의 상은 단색의 농담(濃淡)만으로 표현된다. 이 때문에 표본의 색에 관한 정보가 결핍된 상태에서 관찰할 수 밖에 없었다.
본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 주파수 정보나 색 정보를 포함시켜 위상차를 나타낼 수 있는 광학부품 및 위상차 현미경을 제공하는 것에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서는 적어도 2개의 파장에 대하여 일정한 위상의 차가 생기도록, 적어도 2개 이상의 광학매질을 병설한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 광학부품은,
적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사되는 입사면과, 입사된 광속의 위상을 변화시킨 후, 광속을 출사하는 출사면을 포함하는 광학부품으로서,
상기 입사면과 상기 출사면 사이를 따라 병설된 적어도 2개의 광학매질을 포함하는 광학매질체를 가지며,
상기 광학매질체는,
상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대해서, 파장에 따라 위상을 변화시킨 후, 광속을 출사하는 제1 광학매질영역과,
상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대해서, 상기 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 거의 일정해지도록 파장에 따라 위상을 변화시켜서 출사하는 제2 광학매질영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광학부품은, 입사면과 출사면을 포함한다. 입사면에는, 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다. 광학부품은 입사된 광속의 위상을 변화시킨다. 출사면으로부터는 위상이 변화된 광속이 출사된다.
광학부품의 입사면과 출사면 사이에는 광학매질체가 형성되어 있다. 광학매질체의 표면은 입사면 및 출사면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 광학매질체는 적어도 2개의 광학매질을 포함한다. 이들의 적어도 2개의 광학매질이 입사면과 출사면 사이를 따라 나열되어 형성되어 있다.
그리고, 광학매질체는 제1 광학매질영역과 제2 광학매질영역을 적어도 포함한다.
제1 광학매질영역에는, 상술한 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다.
제1 광학매질영역은 그 굴절률 등의 광학적 특성에 의해, 입사된 광속의 위상을 파장에 따라 변화시킨다. 위상을 변화시킨 광속은 제1 광학매질영역으로부터 출사된다.
제2 광학매질영역에도, 제1 광학매질영역과 동일하게, 상술한 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다. 제2 광학매질영역도 그 굴절률 등의 광학적 특성에 의해, 입사된 광속의 위상을 파장에 따라 변화시킨다. 또한, 이 제2 광학매질영역은 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 거의 일정해지도록 입사된 광속의 위상을 변화시킨다. 이렇게 위상을 변화시킨 광속은 제2 광학매질영역으로부터 출사된다.
이와 같이 제1 광학매질영역과 제2 광학매질영역에 의해, 적어도 2 이상의 파장의 광속에 대하여 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상과, 제2 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상의 차가 거의 일정해지도록 할 수 있다. 이와 같이 복수의 파장에 대하여 위상을 어긋나게 할 수 있으므로, 광속의 주파수 정보를 포함시켜 광속의 위상을 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광학부품은,
상기 제1 광학매질영역이 적어도 1개의 광학매질 층으로 이루어지고,
상기 제2 광학매질영역이 적어도 1개의 광학매질 층으로 이루어지며,
상기 제1 광학매질영역 중 i 번째 층의 두께를 t1i라 하고, 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 n1(i, 1)이라 하고, 파장 λ2의 광에 대한 굴절률을 n1(i, 2)이라고 하고,
상기 제2 광학매질영역 중 j 번째 층의 두께를 t2j라 하고, 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 n2(j, 1)이라 하고, 파장 λ2의 광에 대한 굴절률을 n2(j, 2)라고 했을 때, 다음 3개의 식
Figure pct00001
이 성립되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 광학부품은 이하의 3개의 식
t(n1(1, 1)-n2(1, 1))=C1裡1
t(n1(1, 2)-n2(1, 2))=C2裡2
| C1-C2| <0.02
이 성립되는 것이 바람직하다.
여기서,
제1 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률을 n1(1, 1)이라 하고,
제1 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률을 n1(1, 2)이라 하고,
제2 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률을 n2(1, 1)라 하고,
제2 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률을 n2(1, 2)라 한다.
그리고, 식 |n1(i,1)-n2(i,2)| <0.3을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 C1또는 C2를 C라 할 때, 1/4≤｜C｜≤3/4을 만족하는 것이 바람직하다. 여기서, |C|는 절대치를 나타낸다.
여기서, 상술한 적어도 2 이상의 파장의 광속은, 제1 파장 λ1의 광속과, 제2 파장 λ2의 광속을 포함한다. 또한, 상술한 식에서, t는 제1 광학매질영역의 두께와 제2 광학매질영역의 두께이며, C는 파장에 의존하지 않는 상수이다.
그리고, n(1,1)은 제1 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률이고, n(2,1)은 제1 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률이며, n(1,2)은, 제2 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률이고, n(2,2)은, 제2 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률이다.
상술한 2식을 만족하는 광학매질을 이용함으로써, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서, 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상을, 제2 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 소정의 정수 C만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다. 이와 같이, 복수의 파장에 대하여, 위상을 어긋나게 할 수 있으므로, 광속의 주파수 정보를 포함시켜 광속의 위상을 조정할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 광학부품은,
상기 제1 파장 λ1과 상기 제2 파장 λ2가 가시광의 파장인 것이 바람직하다.
이와 같이 함으로써, 가시광의 주파수 정보 즉, 색 정보를 포함시켜 광속의 위상을 조정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 위상차 현미경은,
시료를 조명하는 조명 광학계와 상기 시료의 상을 결상시키는 결상 광학계를 포함하는 위상차 현미경으로서,
상기 조명 광학계의 눈 위치에 배치된 개구(開口)와,
상기 개구와 공역 위치에 배치된 위상판을 포함하며,
상기 위상판이,
적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사되는 입사면과, 입사된 광속의 위상을 변화시켜서 출사하는 출사면을 포함하고,
상기 입사면과 상기 출사면 사이를 따라 병설된 적어도 2개의 광학매질을 포함하는 광학매질체를 가지며,
상기 광학매질체가,
상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대해서, 파장에 따라 위상을 변화시켜 출사하는 제1 광학매질영역과,
상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대해서, 상기 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 거의 일정해지도록 파장에 따라 위상을 변화시켜 출사하는 제2 광학매질영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 위상차 현미경은, 조명 광학계, 결상 광학계, 개구 및 위상판을 포함한다. 조명 광학계는 시료를 조명하기 위한 것이다. 결상 광학계는 시료의 상을 결상시키기 위한 것이다. 개구는 조명 광학계의 눈 위치에 배치되어 시료에 조사되는 광을 제한하기 위한 것이다.
위상판은 개구와 공역 위치에 배치되어 있다. 이 위상판은 입사면과 출사면을 포함한다. 입사면에는 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다. 위상판은 입사된 광속의 위상을 변화시킨다. 출사면으로부터는 위상이 변화된 광속이 출사된다.
위상판의 입사면과 출사면 사이에는 광학매질체가 형성되어 있다. 광학매질체의 표면은 입사면 및 출사면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 광학매질체는 적어도 2개의 광학매질을 포함한다. 이들의 적어도 2개의 광학매질이 입사면과 출사면 사이를 따라 나열되어 형성되어 있다.
또한, 광학매질체는 제1 광학매질영역과 제2 광학매질영역을 적어도 포함한다.
제1 광학매질영역에는, 상술한 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다. 제1 광학매질영역은 그 굴절률 등의 광학적 특성에 의해, 입사된 광속의 위상을 파장에 따라 변화시킨다. 위상을 변화시킨 광속은, 제1 광학매질영역으로부터 출사된다.
제2 광학매질영역에도, 제1 광학매질영역과 동일하게, 상술한 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사된다. 제2 광학매질영역도 그 굴절률 등의 광학적 특성에 의해, 입사된 광속의 위상을 파장에 따라 변화시킨다. 또한, 이 제2 광학매질영역은, 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 거의 일정해지도록 입사된 광속의 위상을 변화시킨다. 이와 같이 위상을 변화시킨 광속은, 제2 광학매질영역으로부터 출사된다.
이와 같이, 제1 광학매질영역과 제2 광학매질영역에 의해, 적어도 2 이상의 파장의 광속에 대해서, 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상과, 제2 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상의 차가 거의 일정해지도록 할 수 있다. 이와 같이 복수의 파장에 대하여 위상을 어긋나도록 할 수 있으므로, 광속의 주파수 정보를 포함시켜 광속의 위상을 조정할 수 있고, 투명에 가까운 시료를 색 정보를 포함시켜 관찰할 수 있다. 또한, 필터를 이용하지 않고 시료를 관찰할 수 있으므로 위상차 현미경의 구성을 간소하게 할 수 있다.
주파수 정보나 색 정보를 포함시켜 시료의 위상차를 나타낼 수 있다.
도 1은 제1 실시형태에 의한 위상차 현미경의 개요를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태에 의한 위상판(100)을 나타내는 평면도(a), 단면도(b) 및 원리도(c)이다.
도 3은 제2 실시형태 내지 제5 실시형태의 위상판을 나타내는 단면도이다.
도 4는 제1 실시형태 내지 제5 실시형태의 위상판을 일반화한 개념을 나타내는 단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면에 의거하여 설명한다.
<<<제1 실시형태>>>
<<위상차 현미경의 구성>>
도 1은 위상차 현미경(10)의 개요를 나타내는 도면이다.
위상차 현미경(10)은, 광원(미도시), 링 조임(12), 콘덴서 렌즈(14), 대물렌즈(18) 및 위상판(100)을 포함한다. 이들은 소정의 지지체(미도시)에 의해 소정의 위치에 지지되어 있다.
링 조임(12)은, 윤대(輪帶) 형상의 개구를 가지며, 조명 광학계(1)의 눈 위치, 즉 후술하는 대물렌즈(18)의 앞측 초점면에 위치되어 있다. 광원(미도시)에서 발생된 광속은 링 조임(12)에 도달 하기 전에, 콜리메이터 렌즈 등의 광학소자(미도시)에 의해 미리 평행광으로 변환된다. 평행광으로 변환된 광속은, 상기 링 조임(12)에 의해 윤대(輪帶) 형상의 개구만을 통과하도록 조여져 윤대(輪帶) 형상의 광속으로 변환된다.
콘덴서 렌즈(14)는, 링 조임(12)에 의해 윤대(輪帶) 형상의 광속으로 변환된 광속을, 후술하는 시료(16)에 집광시키도록 변환한다. 콘덴서 렌즈(14)에 의해 집광 광으로 변환된 광속은 표본인 시료(16)에 결상한다. 시료(16)에 조사된 광속은, 시료(16)의 내부를 투과하여 직진하는 직접광(도 1의 실선)과, 시료(16)의 위상 물체에 의해 회절하여 구부러져 진행하는 회절광(도 1의 파선)으로 분리된다. 이 회절광은, 시료(16)의 위상물체에 의해 회절함과 동시에, 위상이 파장의 약 4분의 1만큼 늦어진다.
상술한 광원, 링 조임(12) 및 콘덴서 렌즈(14)로 조명 광학계(1)가 구성된다.
시료(16)에 의해 분리된 직접광과 회절광의 진행 방향에는 대물렌즈(18)가 배치되어 있다. 그리고, 위상판(100)이, 결상 광학계(2)의 눈 위치 즉, 대물렌즈(18)의 후측 초점위치에 배치되어 링 조임(12)과 공역 관계인 위치에 배치된다. 위상판(100)은, 후술하는 바와 같이, 제1 광학매질부(110)와 제2 광학매질부(120)로 이루어진다. 제1 광학매질부(110)는 윤대(輪帶) 형상으로 형성되어 있다(도 2 참조). 위상판(100)의 구성 및 기능의 상세에 관해서는 후술한다.
시료(16)를 투과한 직접광의 광속은 대물렌즈(18)에 의해 평행광으로 변환되어 위상판(100)에 입사된다. 위상판(100)의 윤대(輪帶) 형상으로 형성된 제1 광학매질부(110)는, 윤대(輪帶)광으로 된 직접광과 중첩되도록 배치되어 있다. 즉, 위상판(100)의 윤대(輪帶) 형상으로 형성된 제1 광학매질부(110)의 내경 d1과 외경 d2(도2(a) 및(ｂ)참조)의 각각은, 링 조임(12)의 내경과 외경에, 콘덴서 렌즈(14)와 대물렌즈(18)에 의한 배율을 곱한 값이다.
한편, 시료(16)의 위상물체에 의해 회절된 회절광은, 후술하는 위상판(100)의 외측 제2 광학매질부(120b)를 통과한다.
위상판(100)을 투과한 직접광과 회절광은, 상면(像面)(20)에서 집광되어 서로 간섭하여 상을 결상 한다.
<위상판(100)의 구성>
도 2는, 제1 실시형태에 의한 위상판(100)의 평면도(a), 단면도(b) 및 원리도(c)를 나타낸다.
위상판(100)은, 도2(a)에 나타낸 바와 같이, 거의 원판형의 형상을 가진다. 위상판(100)은, 제1 광학매질영역으로 이루어지는 제1 광학매질부(110)와, 제2 광학매질영역으로 이루어지는 제2 광학매질부(120)을 포함한다. 제1 광학매질부(110)와 제2 광학매질부(120)의 광학적 성질에 대해서는 후술한다. 또한, 위상판(100)은, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 입사면(140)(도 2(b)의 하면)과 출사면(150)(도 2(b)의 상면)을 가진다. 후술하는 바와 같이, 광원에서 발생한 광속은 입사면(140)에 입사되고, 제1 광학매질부(110)나 제2 광학매질부(120)를 투과한 광속은 출사면(150)으로부터 출사된다. 또한, 상기 위상판(100)의 입사면(140)측에는, 기부(基部)(130)가 형성되어 있다. 이 기부(基部)(130)는, 제2 광학매질부(120)로 이루어지고, 위상판(100)의 기부(基部)로서 기능한다.
제1 광학매질부(110)는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 출사면(150)측에 배치되어 있다. 제1 광학매질부(110)는, 출사면(150)에서 윤대(輪帶) 형상이나 링 형상을 가진다. 제1 광학매질부(110)의 내경은 d1이며, 외경은 d2이다. 내경 d1과 외경 d2는, 상술한 바와 같이，링 조임(12)의 내경 및 외경이나, 콘덴서 렌즈(14) 및 대물렌즈(18)에 의한 배율에 따라 적절히 정할 수 있다. 또한, 제1 광학매질부(110)의 두께는 t1이다. 제1 광학매질부(110)의 두께 t1은, 후술하는 식1 및 식2을 만족하도록 정할 수 있다.
한편, 제2 광학매질부(120)는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 제1 광학매질부(110)를 제외한 위상판(100)의 영역에 배치된다. 여기에서는 제1 광학매질부(110)를 편의적으로, 내측 제2 광학매질부(120a), 외측 제2 광학매질부(120b) 및 기부(基部)(130)의 3개로 구분한다. 기부(基部)(130)는, 상술한 바와 같이， 위상판(100)의 입사면(140)측에 형성되고, 위상판(100)의 기부(基部)로서 기능한다. 상술한 제1 광학매질부(110), 내측 제2 광학매질부(120a) 및 외측 제2 광학매질부(120b)는 동심 형상이 되도록 형성되어 있다.
내측 제2 광학매질부(120a)는 제1 광학매질부(110)의 내측에 위치한다. 내측 제2 광학매질부(120a)는 입사면(140) 및 출사면(150)에서 거의 원형의 형상을 가진다.
내측 제2 광학매질부(120a)의 직경은, 상술한 제1 광학매질부(110)의 내경 d1에 의해 정해진다. 외측 제2 광학매질부(120b)는 제1 광학매질부(110)의 외측에 위치한다. 외측 제2 광학매질부(120b)는, 입사면(140) 및 출사면(150)에서 거의 윤대(輪帶) 형상을 가진다. 외측 제2 광학매질부(120b)의 내경은 제1 광학매질부(110)의 외경 d2에 의해 정해지고, 외측 제2 광학매질부(120b)의 외경은 위상판(100)의 직경에 의해 정해진다. 또한, 제2 광학매질부(120)의 두께도 t1이며, 후술하는 식1 및 식2을 만족하도록 정할 수 있다.
이와 같이, 제1 광학매질부(110)와 제2 광학매질부(120)(내측 제2 광학매질부(120a) 및 외측 제2 광학매질부(120b))는, 입사면(140)과 출사면(150) 사이를 따라 나란하게 형성되어 있다.
제1 광학매질부(110)는, 파장 λ1의 광속에 대한 굴절률n1(1, 1)을 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대한 굴절률n1(1, 2)을 나타낸다. 상기 제1 광학매질부(110)는 플라스틱이나 수지 등인 것이 바람직하다.
한편, 내측 제2 광학매질부(120a)와 외측 제2 광학매질부(120b)는, 파장 λ1의 광속에 대한 굴절률n2(1, 1)를 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대한 굴절률n2(1, 2)를 나타낸다. 상기 내측 제2 광학매질부(120a)와 외측 제2 광학매질부(120b)는, 거의 원판형상의 매질인 것이 바람직하다. 기부(基部)(130)도 제2 광학매질영역으로 이루어졌으므로 동일한 굴절률을 나타낸다.
이들의 굴절률 n1(1, 1), n1(1, 2), n2(1, 1) 및 n2(1, 2)는, 이하의 3개의 식을 만족한다.
t(n1(1, 1)-n2(1, 1))=C1裡1
t(n1(1, 2)-n2(1, 2))=C2裡2
|C1-C2| <0.02
여기서, 식1 및 식2에 있어서의 ｔ는, 제1 광학매질부(110), 내측 제2 광학매질부(120a) 및 외측 제2 광학매질부(120b)의 두께이며, 도 2(b)에 나타낸 예에서는 두께 t1이며, 위상판(100)의 전체 두께 t2 중, 기부(基部)(130)의 두께를 제외한 두께이다. 이 두께 t1이, 제1 광학매질부(110)에 의한 위상의 변화와, 제2 광학매질부(120)에 의한 위상의 변화에 기여한다. 즉, 상기 두께 t1이, 제1 광학매질부(110)를 통과하는 광속의 위상과, 제2 광학매질부(120)를 통과하는 광속의 위상의 차를 생기게 하는 요소의 하나이다.
<위상판(100)의 제조>
상술한 위상판(100)은, 거의 원판형상을 가지는 유리판을 가공 함으로써 만들어진다. 이 유리판이 제2 광학매질부(120)(내측 제2 광학매질부(120a) 및 외측 제2 광학매질부(120b)) 및 기부(基部)(130)가 된다. 유리판의 가공은, 우선, 유리판의 출사면(150)이 되는 측의 표면을 가공함으로써，위상판(100)과 동심 형상이 되도록 윤대(輪帶) 형상의 홈을 형성한다. 이 가공은, 홈의 깊이가 t1이 되도록 실시한다. 형성된 홈에 접착제를 흘려 넣어 고화시킨다. 홈에서 건조된 접착제가 제1 광학매질부(110)가 된다. 이와 같이, 가공에 의해 홈을 형성함과 동시에 접착제에 의해 제1 광학매질부(110)를 형성할 수 있으므로, 간단하고 저렴하게 위상판(100)을 만들 수 있다. 또한, 홈을 가공에 의해 형성하므로, 형성되는 홈의 깊이에 의해 제1 광학매질부(110)의 두께를 조정할 수 있으며, 제1 광학매질부(110)의 두께를 얇게 형성하거나 두껍게 형성하는 것도 용이하게 수행할 수 있다. 제1 광학매질부(110)를 두껍게 형성하고자 할 경우에는 증착이나 스퍼터 등의 박막 형성 처리에 의해 수행할 수 있다.
또한, 상술한 식1 및 식2을 만족하는 것이면, 유리판을 이용하지 않고 투명한 플라스틱 등의 수지를 제2 광학매질부(120)로서 사용할 수 있다. 이와 같이 함으로써, 보다 간단하고 저렴하게 위상판(100)을 만들 수 있다.
<위상판(100)의 기능>
상술한 바와 같이， 광원에서 발생한 광속은 시료(16)의 위상 물체에 의해 직접광과 회절광으로 분리된다. 회절광은, 시료(16)의 위상 물체에 의해 회절할 때, 위상이 파장의 약 4분의 1만큼 늦어진다. 한편, 직접광은 시료(16)의 위상 물체에 의해 회절되지 않고, 위상은 변경되지 않는다.
회절광은, 도 1의 파선으로 나타낸 바와 같이, 위상판(100)의 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)를 투과하도록 대물렌즈(18)에 의해 진행 방향이 조정된다. 구체적으로, 위상판(100)의 입사면(140)에 도달한 회절광은 우선, 기부(基部)(130)를 통과한다. 다음으로, 기부(基部)(130)를 통과한 회절광은, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)에 도달한다. 그리고, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)를 통과하여 위상판(100)의 출사면(150)으로부터 출사되어 상면(像面)(20)을 향해서 진행한다. 그리고, 상술한 바와 같이，내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)와 기부(基部)(130)를 편의적으로 구분했기 때문에, 회절광의 진행에 대해서 전술한 바와 같이 설명했으나, 이들간에 경계나 계면이 존재하는 것은 아니다.
한편, 직접광은, 도 1의 실선으로 나타낸 바와 같이, 위상판(100)의 제1 광학매질부(110)를 투과하도록 대물렌즈(18)에 의해 진행 방향이 조정된다. 구체적으로, 위상판(100)의 입사면(140)에 도달한 직접광은, 우선, 기부(基部)(130)를 통과한다. 다음으로, 기부(基部)(130)를 통과한 회절광은 제1 광학매질부(110)에 도달한다. 그리고, 제1 광학매질부(110)를 통과하여 위상판(100)의 출사면(150)으로부터 출사되어 상면(像面)(20)을 향해 진행한다.
상술한 바와 같이， 직접광의 경우나 회절광의 경우, 위상판(100)의 입사면(140)으로부터 입사되면, 우선, 기부(基部)(130)를 통과하게 된다. 따라서, 기부(基部)(130)를 구성하고 있는 제2 광학매질부(120)의 굴절률과 기부(基部)(130)의 두께에 의해, 직접광도 회절광도 동일하게 위상이 변경된다. 따라서, 기부(基部)(130)를 통과하기 전의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차와, 기부(基部)(130)를 통과한 후의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차는 동일한 것이 된다.
이에 대하여, 기부(基部)(130)를 통과한 후 직접광은 제1 광학매질부(110)를 통과하는데 대하여, 회절광은 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)를 통과한다. 이 때문에 직접광은 제1 광학매질부(110)의 굴절률과 두께에 의하여 위상이 변경되고, 회절광은 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)의 굴절률과 두께에 의하여 위상이 변경된다. 이로 인해, 기부(基部)(130)를 통과한 후의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차와, 위상판(100)의 출사면(150)에서 출사될 때의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차에 차이가 생기게 된다. 구체적으로, 기부(基部)(130)를 통과한 후의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차는 파장의 약 4분의 1이며, 이것은 시료(16)의 위상물체에 의해 생긴 차이다.
이와 같이, 기부(基部)(130)는, 직접광의 위상이나 회절광의 위상에 영향을 미치나, 위상판(100)의 출사면(150)으로부터 출사될 때의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차에는 영향을 미치지 않는다. 위상판(100)의 출사면(150)으로부터 출사될 때의 직접광의 위상과 회절광의 위상의 차에 영향을 미치는 것은, 식1 및 식2의 관계를 만족하는 제1 광학매질부(110), 내측 제2 광학매질부(120a) 및 외측 제2 광학매질부(120b)이다.
이하에서는, 원리도인 도 2(c)를 이용하여, 광원에서 발생한 파장 λ1과 λ2의 광속에 대하여 상세하게 설명한다. 그리고, 도 2(c)는, 도 2(b)에 나타낸 위상판(100)의 기부(基部)(130)을 생략한 것이다.
λ1의 파장을 가지는 광속은 시료(16)에 의해 직접광 LR1과 회절광 LD1으로 분리된다. 마찬가지로, λ2의 파장을 가지는 광속도 시료(16)에 의해 직접광 LR2와 회절광 LD2로 분리된다.
직접광 LR1은 대물렌즈(18)에 의해, 도 2(c)에 나타내는 제1 광학매질부(110)로 입사된다. 제1 광학매질부(110)로 입사된 직접광 LR1은 파장 λ1을 가지므로, 제1 광학매질부(110)의 굴절률n(1, 1)과 두께 t1에 따라서， 소정의 위상만 어긋나서 제1 광학매질부(110)로부터 출사된다. 한편, 회절광 LD1은 대물렌즈(18)에 의해, 도 2(c)에 나타내는 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로 입사된다. 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로 입사된 회절광 LD1도 파장 λ1을 가지므로, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)의 굴절률n(1, 2)과 두께 t1에 따라 소정의 위상만 어긋나서 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사된다.
이와 같이, 제1 광학매질부(110)로부터 출사된 직접광 LR1은, 식1의 관계에 의해 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사된 회절광 LD1에 대하여 위상이(λ1)/4만큼 어긋나 있다.
마찬가지로, 직접광 LR2은 대물렌즈(18)에 의해, 도 2(c)에 나타내는 제1 광학매질부(110)로 입사된다. 제1 광학매질부(110)로 입사된 직접광 LR2은, 파장 λ2을 가지므로 제1 광학매질부(110)의 굴절률n(2, 1)과 두께 t1에 따라 소정의 위상만 어긋나서 제1 광학매질부(110)로부터 출사된다. 한편, 회절광 LD2는 대물렌즈(18)에 의해, 도 2(c)에 나타내는 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로 입사된다. 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로 입사된 회절광 LD2도 파장 λ2를 가지므로, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)의 굴절률n(2, 2)과 두께 t1에 따라 소정의 위상만 어긋나서 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사된다.
이와 같이, 제1 광학매질부(110)로부터 출사된 직접광 LR2은, 식2의 관계에 의해 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사된 회절광 LD2에 대하여 위상이(λ2)/4만큼 어긋나 있다.
상술한 식1 및 식2를 만족하는 제1 광학매질부(110)와 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)를 사용함으로써, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서 제1 광학매질부(110)로부터 출사되는 광속의 위상을, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다.
종전의 위상차 현미경에 이용된 위상판은, 제2 광학매질영역에 상당하는 매질로서, 공기를 이용하여 제1 광학매질영역의 굴절률과 공기의 굴절률에 의해, 직접광의 위상을 회절광에 대하여 파장의 4분의 1만큼 늦추거나 진행시키거나 하는 것이었다. 그러나, 제1 광학매질영역의 분산에 의해, 복수 파장의 광속에 대하여 직접광의 위상을 회절광의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 어긋나게 할 수 없었다.
이에 대하여 본원 발명은, 제2 광학매질을 사용함으로써 제1 광학매질의 분산뿐만 아니라 제2 광학매질의 분산도 이용하여, 상술한 식1 및 식2의 관계를 만족시켜서, 복수의 파장의 광속에 대하여 직접광의 위상을 회절광의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 어긋나게 할 수 있다.
그리고, 파장 λ1과 λ2의 쌍방이 가시광의 범위에 있고, 파장 λ1과 λ2의 차가 가장 커지도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 가시광의 넓은 범위에서, 직접광의 위상을 회절광의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 어긋나게 할 수 있다.
<실시예1>
파장을
λ1=0.48613㎛, λ2=0.65627㎛
로 하고,
굴절률을
n1(1,1)=1.60940
n1(1,2)=1.60019
n2(1,1)=1.58835
n2(1,2)=1.57171
로 하고, 두께를
t1=t2=5.7714㎛
라고 하면
C1=t1(n1(1,1)-n2(1,1))/λ1 =0.24990
C2=t1(n1(1,2)-n2(1,2))/λ2 =0.25046
이 된다.
<실시예2>
파장을
λ1=0.48613㎛, λ2=0.65627㎛
로 하고
굴절률을
n1(1,1)=1.59230
n1(1,2)=1.58323
n2(1,1)=1.57616
n2(1,2)=1.56204
로 하고, 두께를
t1=t2=7.636㎛
라고 하면
C1=t1(n1(1,1)-n2(1,1))/λ1=0.25352
C2=t1(n1(1,2)-n2(1,2))/λ2=0.24656
이 된다.
<<<제2 실시형태>>>
도3(a)는 제2 실시형태에 의한 위상판(200)을 나타낸다. 그리고, 제1 실시형태에 의한 위상판(100)과 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙였다.
제2 실시형태에 의한 위상판(200)은, 제1 실시형태에 의한 위상판(100)에 보호용 커버 유리(210)를 형성한 것이다. 이와 같이 함으로써, 위상판(200)의 출사면은 커버 유리(210)의 상면이 되나, 커버 유리(210)는 직접광도 회절광도 동일하게 투과하기 때문에, 제1 실시형태와 동일하게, 상술한 식1 및 식2를 만족하는 제1 광학매질부(110)와 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)에 의해, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서, 제1 광학매질부(110)로부터 출사되는 광속의 위상을, 내측 제2 광학매질부(120a)나 외측 제2 광학매질부(120b)로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다.
그리고, 제2 실시형태의 위상판(200)은 제1 광학매질부(110)나 내측 제2 광학매질부(120a), 또는 외측 제2 광학매질부(120b)가 커버 유리에 의해 보호되므로 강도를 높일 수 있고 취급을 간편하게 할 수 있으며, 또한 흠 등의 손상을 막을 수 있으므로 위상판(200)의 광학 특성을 유지할 수 있다.
<<<제3 실시형태>>>
도 3(b)는 제3 실시형태에 의한 위상판(300)을 나타낸다. 제3 실시형태에 의한 위상판(300)은, 기부(基部)(330) 위에 제1 광학매질부(310)와 제2 광학매질부(320)를 형성한 것이다.
상기 제1 광학매질부(310)는, 두께를 제외한 형상이나 크기 및 재질에 대해서는 제1 실시형태의 제1 광학매질부(110)와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 제2 광학매질부(320)도 두께를 제외한 형상이나 크기 및 재질에 대해서는 제1 실시형태의 제2 광학매질부(120)와 동일한 것을 사용할 수 있다. 그리고 이 위상판(300)의 제2 광학매질부(320)도, 제1 실시형태와 동일하게, 내측 제2 광학매질부(320a)와 외측 제2 광학매질부(320b)로 이루어진다. 위상판(300)은 하면이 입사면(340)이며, 상면이 출사면(350)이다.
또한, 기부(基部)(330)는 광속을 투과시킬 수 있는 것이면 유리나 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 절삭 가공이나 몰드 가공 등의 가공 공정을 생략할 수 있으므로 용이하게 위상판(300)을 만들 수 있다.
제3 실시형태에 의한 위상판(300)은, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 제1 광학매질부(310)의 두께와 제2 광학매질부(320)의 두께가 다르다. 이러한 경우에는, 이하의 2식을 이용함으로써 위상을 조정 할 수 있다.
Figure pct00002
Figure pct00003
여기서, 파장 λ1 및 λ2, 굴절률 n1(1, 1), n1(1, 2), n2(1, 1) 및 n2(1, 2)는 제1 실시형태와 동일한 것이다. 또한, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이, t3은 제1 광학매질부(310)의 두께이며, t4는 제2 광학매질부(320)의 두께이다. 또한, 공기의 굴절률의 값을 1로 하였다.
상기 식3 및 식4를 만족하는 제1 광학매질부(310)와 제2 광학매질부(320)에 의해, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서, 제1 광학매질부(310)로부터 출사되는 광속의 위상을, 제2 광학매질부(320)로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다.
상술한 식3 및 식4에서는, 2개의 파장 λ1 및 λ2에 대해서 만족해야 할 조건을 나타내는 것이었으나, 식3 및 식4을 만족하는 경우에는, 2개의 파장 λ1 및 λ2의 쌍방의 파장의 근방인 파장 λ3에 대해서도 이하의 식을 만족할 수 있는 경우가 있다.
Figure pct00004
다만, δ에 대해서는,
|δ-1/4| <0.02
이다.
여기서, 굴절률n1(1, 3)은 파장 λ3에 대한 제1 광학매질부(310)의 굴절률이며, 굴절률n2(1, 3)는 파장 λ3에 대한 제2 광학매질부(320)의 굴절률이다. 이와 같이 δ가 충분히 1/4에 가까운 경우에는 λ1, λ2, λ3의 넓은 파장대역에 걸쳐 양호한 1/4 파장판을 얻을 수 있음을 나타내고 있다.
<<<제４ 실시형태>>>
도 3(c)은, 제 ４ 실시형태에 의한 위상판(400)을 나타낸다. 그리고, 제3 실시형태에 의한 위상판(300)과 동일한 요소에는 동일 부호를 붙였다.
제4 실시형태에 의한 위상판(400)은, 제3 실시형태에 의한 위상판(300)에 보호용 커버 유리(410)를 형성한 것이다. 이와 같이 함으로써, 위상판(400)의 출사면은 커버 유리(410)의 상면이 되나, 커버 유리(410)는 직접광이나 회절광을 동일하게 투과하므로, 제3 실시형태와 동일하게, 상술한 식3 및 식4를 만족하는 제1 광학매질부(310)와 내측 제2 광학매질부(320a)나 외측 제2 광학매질부(320b)에 의해, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서 제1 광학매질부(310)로부터 출사되는 광속의 위상을, 내측 제2 광학매질부(320a)나 외측 제2 광학매질부(320b)로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 파장의 4분의 1만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다.
그리고, 제4 실시형태의 위상판(400)은, 제1 광학매질부(310)나 내측 제2 광학매질부(320a) 및 외측 제2 광학매질부(320b)가 커버 유리에 의해 보호되기 때문에 강도를 높일 수 있고, 취급을 간편하게 할 수 있으며, 또한 흠 등의 손상을 막을 수 있으므로 위상판(400)의 광학 특성을 유지할 수 있다.
<<<제5 실시형태>>>
도 3(d)는 제5 실시형태에 의한 위상판(500)을 나타낸다. 제3 실시형태에 의한 위상판(300)과 동일한 요소에는, 동일 부호를 붙였다.
제5 실시형태에 의한 위상판(500)은, 제3 실시형태에 의한 제1 광학매질부(310)를 제2 광학매질부(520)로 피복하고, 그리고, 제2 광학매질부(520)를 보호막(510)으로 피복한 것이다. 위상판(500)은 하면이 입사면(540)이고, 상면이 출사면(550)이다.
제2 광학매질부(520)는, 제1 실시형태의 제2 광학매질부(120)와 동일한 것을 사용할 수 있다. 그리고 상기 위상판(500)의 제2 광학매질부(520)도, 제1 실시형태와 동일하게 내측 제2 광학매질부(520a)와 외측 제2 광학매질부(520b)로 이루어진다. 이와 같이, 제1 광학매질부(310)를 제2 광학매질부(520)로 피복함으로써，제1 광학매질부(310)를 알맞게 보호할 수 있다. 또한, 제2 광학매질부(520) 전체를 보호막(510)으로 피복하기 때문에, 제1 광학매질부(310)와 제2 광학매질부(520)의 쌍방을 보호할 수 있고, 취급을 간편하게 할 수 있으며, 또한 손상되기 어려워져서 보다 긴 기간 동안 광학적인 특성을 유지할 수 있다.
<<<제1 내지 제5 실시형태의 일반화>>>
상술한 제1 내지 제5 실시형태에 의한 위상판을 일반화한 위상판(600)을 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 위상판(600)의 좌측이 제1 광학매질부를 일반화한 제1 광학매질층(600a)이고, 위상판(600)의 우측이 제2 광학매질부를 일반화한 제2 광학매질층(600b)이다. 제1 광학매질층(600a)과 제2 광학매질층(600b)은 적어도 1개의 층으로 이루어진다.
도 4에 나타낸 예에서, 제1 광학매질층(600a)의 제1층(602-1)은 두께 t11로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n1(1, 1)을 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n1(1, 2)을 나타낸다. 또한, 제1 광학매질층(600a)의 제2층(602-2)은 두께 t12로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n1(2, 1)을 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n1(2, 2)을 나타낸다. 그리고, 제1 광학매질층(600a)의 제ｉ층(602-i)은 두께 t1i로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n1(i, 1)을 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n1(i, 2)을 나타낸다.
또한, 제2 광학매질층(600b)의 제1층(604-1)은 두께 t21로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n2(1, 1)를 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n2(1, 2)를 나타낸다. 또한, 제2 광학매질층(600b)의 제2층(604-2)은 두께 t22로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n2(2, 1)를 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n2(2, 2)를 나타낸다. 그리고, 제2 광학매질층(600b)의 제ｉ층(604-i)은 두께 t2i로, 파장 λ1의 광속에 대하여 굴절률n2(i, 1)를 나타내고, 파장 λ2의 광속에 대하여 굴절률n2(i, 2)를 나타낸다.
상술한 제1 광학매질층(600a)의 모든 층에는, 파장 λ1의 광속과 파장 λ2의 광속의 쌍방의 광속이 통과할 수 있고, 제2 광학매질층(600b)의 모든 층에는, 파장 λ1의 광속과 파장 λ2의 광속의 쌍방의 광속이 통과할 수 있다.
이러한 제1 광학매질층(600a)와 제2 광학매질층(600b)으로 이루어지는 위상판(600)의 경우에는, 이하의 3식을 이용함으로써 위상을 조정할 수 있다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
상기 식6, 식7 및 식8을 만족하는 제1 광학매질층(600a)과 제2 광학매질층(600b)을 이용함으로써, 파장 λ1의 광속에 대해서나 파장 λ2의 광속에 대해서 제1 광학매질층(600a)으로부터 출사되는 광속의 위상을, 제2 광학매질층(600b)으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 C1(~ C2)만큼 진행시키거나 늦추거나 할 수 있다.
10 : 위상차 현미경
100, 200, 300, 400, 500, 600 : 위상판(광학부품)
110, 310 : 제1 광학매질부(제1 광학매질영역)
120, 320, 520 : 제2 광학매질부(제2 광학매질영역)
140, 340, 540 : 입사면
150, 350, 550 : 출사면
600a : 제1 광학매질층(제1 광학매질영역)
600b : 제2 광학매질층(제2 광학매질영역)

Claims (6)

  1. 적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사되는 입사면과, 입사된 광속의 위상을 변화시킨 후, 광속을 출사하는 출사면을 포함하는 광학부품으로서,
    상기 입사면과 상기 출사면 사이를 따라 병설된 적어도 2개의 광학매질을 포함하는 광학매질체를 가지며,
    상기 광학매질체는,
    상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대하여 파장에 따라 위상을 변화시킨 후, 출사하는 제1 광학매질영역과,
    상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대하여 상기 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 일정해지도록 파장에 따라 위상을 변화시켜서 출사하는 제2 광학매질영역,
    을 포함하는 광학부품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광학매질영역은 적어도 1개의 광학매질 층으로 이루어지고,
    상기 제2 광학매질영역은 적어도 1개의 광학매질 층으로 이루어지며,
    상기 제1 광학매질영역 중 i번째 층의 두께를 t1i이라 하고, 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 n1(i, 1)이라 하고, 파장 λ2의 광에 대한 굴절률을 n1(i, 2)이라고 하고,
    상기 제2 광학매질영역 중 j번째 층의 두께를 t2j라 하고, 파장 λ1의 광에 대한 굴절률을 n2(j, 1)라 하고, 파장 λ2의 광에 대한 굴절률을 n2(j, 2)라고 했을 때, 다음 3개의 식
    Figure pct00008

    이 성립하는 광학부품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 2이상의 파장의 광속은, 제1 파장 λ1의 광속과 제2 파장 λ2의 광속을 포함하고,
    상기 제1 광학매질영역과 상기 제2 광학매질영역은 각각 단일 매질로 이루어지고, 그 두께를 t라 하고,
    상기 제1 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률을 n1(1, 1)이라 하고,
    상기 제1 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률을 n1(1, 2)이라 하고,
    상기 제2 광학매질영역의 제1 파장 λ1에 대한 굴절률을 n2(1, 1)라 하고,
    상기 제2 광학매질영역의 제2 파장 λ2에 대한 굴절률을 n2(1, 2)라고 했을 때, 다음 3개의 식
    t(n1(1, 1)-n2(1, 1))=C1裡1
    t(n1(1, 2)-n2(1, 2))=C2裡2
    | C1-C2| <0.02
    이 성립되는 광학부품.
  4. 제 3항에 있어서,
    식|n1(i,1)-n2(i,2)| <0.3
    를 만족하는 광학부품.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 파장 λ1과, 상기 제2 파장 λ2는 가시광의 파장인 광학부품.
  6. 시료를 조명하는 조명 광학계와, 상기 시료의 상을 결상시키는 결상 광학계를 포함하는 위상차 현미경으로서,
    상기 조명 광학계의 눈 위치에 배치된 개구와,
    상기 개구와 공역 위치에 배치된 위상판을 포함하되,
    상기 위상판은,
    적어도 2 이상의 파장의 광속이 입사되는 입사면과, 입사된 광속의 위상을 변화시켜서 출사하는 출사면을 포함하고,
    상기 입사면과 상기 출사면 사이를 따라 병설된 적어도 2개의 광학매질을 포함하는 광학매질체를 가지며,
    상기 광학매질체는,
    상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대하여, 파장에 따라 위상을 변화시켜서 출사하는 제1 광학매질영역과,
    상기 적어도 2 이상의 파장의 광속의 각각에 대하여, 상기 제1 광학매질영역으로부터 출사되는 광속의 위상에 대하여 위상차가 거의 일정해지도록 파장에 따라 위상을 변화시켜서 출사하는 제2 광학매질영역,
    을 포함하는 위상차 현미경.
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그러나, 종래의 위상차 현미경은 필터를 이용한 구성이기 때문에 표본을 관찰했을 경우의 표본의 상은 단색의 농담(濃淡)만으로 표현된다. 이 때문에 표본의 색에 관한 정보가 결핍된 상태에서 관찰할 수 밖에 없었다.
상술한 바와 같이，위상차 현미경은 명암의 콘트라스트에 의해 무색 투명한 생체 세포 등의 표본을 관찰할 수 있는 것이다. 이 명암의 콘트라스트에 의해 관찰할 수 있도록 하기 위하여 위상차 현미경에는 위상판을 이용할 필요가 있다．
이 위상판은 소정 물질의 박막에 의해 형성되어, 광원에서 발생한 광을 박막에 투과시킴으로써 파장의 4분의 1만 위상을 진행시키거나 늦추거나 하는 것이다. 이 위상판의 박막을 구성하는 물질에는 분산 현상이 있기 때문에, 모든 파장에 대하여 파장의 4분의 1만 위상을 어긋나게 할 수 없고, 광범위한 파장의 광에서 표본을 관찰한 경우에는 콘트라스트가 낮아질 수밖에 없었다. 이 때문에 종래의 위상차 현미경으로는 일정한 파장에 대해서만 관찰할 수 있도록 하기 위하여, 일정한 파장에 대응하는 색의 필터를 개재시킨 구성으로 하고 있었다. 이러한 필터를 사용함으로써 일정한 파장에 대해서만 파장의 4분의 1만 위상이 어긋나도록 하고 있었다.

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