Microscope System

이제 우리는 올림푸스 BH2 현미경 시리즈(구형모델)의 예를 들어 현미경의 구성에 대해 이야기하겠습니다.

일반 현미경의 기본요소는 접안렌즈, 대물렌즈, straight tube, 스테이지(stage), 반사경입니다.

현미경의 응용 범위가 넓어짐에 따라 각각의 주요 유닛들은 교체 가능한 종합적인 모듈로써 설계되어 있다. (모듈화)

OLYMPUS는 사용 용도에 따라 2가지 타입의 BH2 경통을 제공합니다. 일반적으로 접안렌즈 두개로 관찰을 위한 binocular와 사진촬영과 관찰을 동시에 할 수 있는 trinocular가 있습니다.

올림푸스의 trinocular tube는 빛의 경로선택에 따라 1. 100% 접안렌즈 관찰용, 2. 80% 사진촬영 및 20%의 접안렌즈 관찰용, 3. 100%의 사진촬영용으로 기능을 설정 할 수 있습니다.

올림푸스는 보통 widefield 모델보다 거의 2배 더 넓은 F.N. 26.5의 super widefield observation tube를 포함한 여러 observation tube타입들을 제공하며, Straight tube를 사용하여 사진 촬영장치만 연결할수도 있습니다.

또한 관찰자에게 가장 편안한 관찰자세를 제공하기 위해 0°~45° 범위의 각도조절이 가능하도록 디자인된 binocular observation tube와, trinocular observation tube(관찰 및 사진촬영용)와 같이 2가지의 tilting observation tube를 제공합니다.

multi-viewing attachment는 수업이나 토의 시 최대한 편리하게 고안된 accessory입니다. 이 Unit은 5명의 관찰자가 동시에 같은 샘플을 같은 배율, 같은 밝기를 가진 이미지로 볼 수 있게 해줍니다.

지금부터 nosepiece에 대해 이야기해 보겠습니다. 초기의 현미경은 대물렌즈가 하나만 달려 있었습니다.

그러나, 지금은 6개의 대물렌즈를 동시에 장착할 수 있는 revolving nosepiece의 사용이 일반화되어 있습니다.

Revolving nosepiece를 이용하면, 빠르고 편하게 다른 대물렌즈로 교환할 수 있습니다.

또한, 다양한 mechanical stage를 선택할 수 있습니다. 오른손용, 왼손용 low drive 컨트롤 모델, 수평 컨트롤 모델들, 회전이 가능한 모델, 그리고 대형 사이즈의 stage들을 사용 할 수 있습니다.

표본에 조명을 주는 가장 단순한 방법은 자연광을 거울로 반사하여 사용하는 것입니다. 그러나 자연광은 때때로 원하는 밝기 보다 약하거나, 날씨의 상태에 따라 조명의 강도를 제어하지 못하기 때문에, 원하는 강도의 조명을 원할히 사용하기 위하여 조명장치가 발달하게 되었습니다.

편리한 조작을 위해서 몇몇 현미경들은 본체에 조명장치를 내장하고 있고, 내부 광원의 밝기 조절 장치를 제공합니다. 일반적으로 텅스텐, 할로겐이 광원으로 사용되고 있으며, 올림푸스 BH2시리즈는 bulb centration이라는 불편함을 해결하기 위하여, pre-centered 할로겐 램프가 결합된 광원시스템을 채택하고 있습니다.

현미경의 기본 구성품은 observation tube, stage, 대물렌즈, 접안렌즈, 콘덴서, 광원장치 및 앞서 말한 모든 현미경 구성품을 결합하여 주는 stand가 있습니다. stand는 또한 초점 메커니즘이 포함되어 있습니다. 초기 현미경들은 초점을 맞추기 위해 draw tube나 대물렌즈들이 이동되었으나 최근 현미경에서는 그 적용범위를 넓혀 대물렌즈 뿐 아니라 stage를 이용한 초점 정합 작업이 일반적입니다.

대물렌즈의 배율이 증가함에 따라 보다 정확한 정밀도로 조정 가능한 초점 메커니즘의 발전이 필수가 되었습니다.

자동 pre-focusing 시스템은 올림푸스 BH2시리즈 부터 채택되어 focusing 절차를 단순화 하고 시간을 단축시켰을 뿐 아니라 대물렌즈가 표본과 접촉하지 않도록 도와주는 기능입니다.

BH2시리 현미경의 미동핸들은 한눈금에 2㎛씩 샘플과 스테이지가 상하이동합니다. 미동핸들은 조동핸들과 조합되어 편한한 초점 정합 작업(포커싱)을 가능하게 합니다.

Illuminating System

이제 현미경에서 사용하고 있는 조명장치에 대해 알아보기로 하자.

광학 현미경에서 대물렌즈와 접안렌즈의 성능은 매우 중요합니다만, 조명 시스템의 역할 역시 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.

여기에는 Critical 조명과 Köhler(쾰러) 조명방식이라고 하는 두 가지 기본적인 조명방식이 있습니다.

Critical 조명 방식은 광원인 필라멘트의 이미지가 표본에 같이 결상니다. 이러한 시스템은 Köhler 조명 시스템보다 밝기는 뛰어납니다만, 조명광이 고르게 샘플을 비추지 못하며, 특히 저배율 렌즈에서는 그 현상이 심하게 나타납니다.

이러한 Critical 조명 방식을 개선하기 위한, 쾰러 조명 시스템( Köhler illumination )은 오늘날 사용할 수 있는 최고의 조명 방식으로 폭 넓게 받아들여지고 있습니다.

이 시스템에서는 광원 필라멘트의 초점이 콘덴서의 전초점 평면에 있는 aperture diaphragm에 모아지게 됩니다.

빛이 콘덴서와 대물렌즈를 통과한 후, 필라멘트의 이미지는 대물렌즈의 후측 초점면에 위치하게 됩니다.

그러므로, Köhler 조명방식은 Critical 조명방식에서 발생하는 불균등한 조명 문제를 해결 할 수 있습니다.

현미경 조명의 질에 영향을 미치는 중요한 요인은 대물렌즈의 N.A.값에 맞춰서 조명 시스템의 aperture값을 변화시키는 aperture iris diaphragm의 역할입니다

만약 aperture iris diaphragm이 너무 많이 닫혀 있으면, 높은 N.A값을 가진 대물렌즈의 기능을 제대로 사용할 수 없으며, 그 결과로 좋은 분해능을 얻을 수 없고, 상대적으로 이미지가 어둡게 보입니다.

반면에, 낮은 명암 또는 염색되지 않은 표본의 경우에는 aperture iris diaphragm(조리개)을 줄여서 명암을 향상시킬 수 있습니다.

한편, Field iris diaphragm는 보이는 부분에서 약간 바깥쪽 면에 위치하도록 열려 있어야 합니다.(중앙그림) 너무 많이 닫으면 보이는 부분이 iris diaphragm에 의해 가려지게 되고(왼쪽 그림) 너무 많이 열게 되면, 보고자 하는 영역외에 조사된 조명이 외부에서 영향을 미쳐서 flare를 형성할 수 있습니다.(오른쪽그림)

현미경의 condenser는 광원에 의해 방사된 빛을 집중시킵니다. 이때 콘덴서의 N.A.는 대물렌즈의 N.A.값의 70-80% 정도로 조정되어 있어야 합니다.

하나의 콘덴서로는 모든 대물렌즈의 배율에 대응할 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 4X 또는 더 낮은 대물렌즈를 위한 BH2-ULC 와 10배 이상의 배율을 가진 고배율의 대물렌즈를 위해 색수차와 구면수차를 보정한 BH2-AAC 콘덴서가 있다. (이 설명과 모델명은 구형 모델에 맞춰져 있습니다만, 시판되는 콘덴서에도 동일한 설명을 할 수 있습니다.)

(모든 현미경에 사용할 수 있는 콘덴서는 없습니다. 각각의 조건을 고려하여 적합한 콘덴서를 사용해야 합니다. )

Eyepieces

대물렌즈에 대한 지금까지의 지식을 기초로 하여 접안렌즈에 대해 알아보도록 하겠습니다.

현미경의 경우 대물렌즈에 의해 확대된 상은 접안렌즈 어깨부분에
서 10mm 떨어진 지점에 위치합니다. 이 상은 접안렌즈에 의해 한번 더 확대되게 됩니다. 대물렌즈가 일정한 경통길이와 동초점거리를 유지하도
록 설계된 것처럼 현미경 또한 대물렌즈에 의해 형성된 상의 위치가 ㄸEyepiece shoulder로부터 일정 거리를 유지하도록 디자인 되어 있습니다.

Eyepiece Diaprragm 영역은 접안렌즈를 통해 보여지는 시야 영역(Visual field)이며. 대물렌즈에 의해 확대된 1차 상이 결상되는 위치입니다. 이 영역의 크기에 따라 관찰되어지는 영역의 크기가 제한되어집니다.

㎜단위로 표현되는 접안렌즈 조리개의 직경을 시야수(Field Number-
F.N.)라 부르며, OLYMPUS 모델에서는 ‘W’는 wide field를 가리키며, SW는 26.5의 F.N값을 가진 super widefield 접안렌즈를 뜻합니다.

접안렌즈를 통해 관찰시 최적의 눈의 위치를 eyepoint라 부릅니다. 최근에는 안경을 끼고 관찰할 수 있도록 접안렌즈로부터 약간 떨어진 곳에 eyepoint가 위치하도록 디자인 되고 있으며, SWHK, WHK, CWHK와 같은 모델명 표기되어 있고, ‘H’로 표기되어 high eyepoint 접안렌즈 임을 알 수 있습니다.

접안렌즈는 WK10X와 같이 렌즈들 사이에 field diaphragm이 들어 있는 경우와, WHK10X와 같이 렌즈들 사이가 아닌 외부에 field diaphragm이 위치해 있는 경우 크게 2가지의 주요 타입으로 나눌 수 있습니다만, 최근의 접안 렌즈는 대부분 후자 타입입니다.

또한 접안렌즈의 image-forming plane에 micrometer disk 가 들어 있는 몇 가지 종류의 접안렌즈들을 제공합니다만, 원하는 포멧을 삽일할 수 있도록 설계되어 있는 것도 있습니다.

현미경은 세심하게 조합된 광학 시스템이고, 각 파트의 spec은 각각의 조합을 염두해 두고 계산되어 디자인한 것들이다. 그러므로 같은 종류의 대물렌즈와 접안렌즈를 잘 조합시켜 사용하는 것이 중요합니다.

Objectives

다음으로 대물렌즈에 관련하여 설명하도록 하겠습니다.

일반적으로 단일 렌즈에 의해 형성된 이미지는 왜곡되거나, 선명하게 결상하지 못하는 경향이 있습니다. 이 문제들은 렌즈의 고유한 특성이나, 수차에 의해 발생됩니다. 수차는 구면수차(spherical aberration), 상면만곡수차(field curvature), 코마수차(coma), 비점수차(astigmatism)와 상면왜곡수차(distortion)로 다섯개의 카테고리(자이델의 5수차)로 분류됩니다. 이러한 렌즈의 수차를 줄이기 위해서 조합된 렌즈를 사용하게 됩니다.

자이델의 5수차 외에도, 렌즈를 통해 들어온 빛의 파장에 따라 다른 굴절율을 가지기 때문에 발생하게 되는 색수차(chromatic aberration)가 있습다. 색수차는 축색수차(axial chromatic aberration)와 측면색수차(lateral chromatic aberration), 이 2가지 타입으로 구분됩니다. 축색수차는 다양한 파장으로 구성된 빛의 초점이 광축의 한 점에 모이지 않고 파장의 차이에 따라 다른 여러 개의 위치에 결상할때 발생합니다. 일반적으로 대물렌즈 가격의 저가 또는 고가의 분류는 색수차의 보정의 정도에 따라 구분됩니다.

오른쪽에서 우리는 축색수차(axial chromatic aberration)의 예를 볼 수 있다. 그림에서 보는바와 같이 색의 구분이 확실하지 않고 적색과 푸른색의 번짐이 흰색과 검정부분의 경계선마다 나타납니다.

색수차 보정을 위하여 볼록렌즈에 오목렌즈를 조합하여 색수차가 보정하여 모든 파장의 빛이 한 점에서 모이게 할 수 있습니다.

대물렌즈는 색수차 보정 정도에 따라 achromat, apochromat 이 두가지 타입으로 구분될 수 있다. achromat 대물렌즈는 붉은색과 파란색의 왜곡을 보정하는 기본 타입의 렌즈이다. 이 렌즈는 상대적으로 저렴하므로 교육용과 검사용 목적으로 널리 사용된다. 반면에 apochromatic 대물렌즈는 붉은색과 파란색 뿐 아니라 blue-violet색의 보정도 제공한다. 그러므로 고 품질의 이미지를 촬영해야만 하는 연구에 이상적이라 할 수 있습니다.

측면색수차(lateral chromatic aberration)는 파장에 따라 각기 다른 확대율로 확대될 때 발생한다. 측면색수차는 대개 시야부분 주위에서 많이 발생합니다. 이러한 왜곡의 보정은 대물렌즈 단독으로 할 수도 있고, 대물렌즈와 접안렌즈의 조합으로도 보정 할 수 있습니다. 후자의 방법이 이론적으로 뛰어난 것이 증명되었기 때문에 올림푸스 뿐 아니라 Zeiss, Leitz와 같은 현미경회사들이 모두 이용하는 방법이라 할 수 있습니다.

앞에서 언급한 자이델의 5수차 중 하나인 상면만곡수차(field curvature) 또한 보정될 수 있습니다. 상면만곡수차는 평평한 물체를 굽어 보이게 하여 보이는 부위의 중앙부분에 초점을 맞췄을 때 주위의 초점이 흐려져 보이는 경우입니다. 상면만곡수차를 보정한 대물렌즈는 렌즈 표면에 PLAN 또느 PL이라고 표시 되어 있습니다.

다음 그림 중 왼쪽은 Plan achromat 대물렌즈, 오른쪽은 achromat 대물렌즈에 의해 관찰된 이미지입니다. 이 이미지의 중앙부분은 큰 차이가 없습니다만, 오른쪽 이미지의 외곽 부분은 초점이 약간 벗어나 보입니다.

생물학적, 병리학적으로 사용된 표본은 보통 0.17mm 두께의 cover glass로 덮여 있지만, 혈액표본과 같은 일부 표본은 cover glass를 사용하지 않습니다. 저배율 대물렌즈는 큰 영향이 없습니다만, 배율이 올라갈수록 cover glass의 유, 무는 이미지 관찰에 큰 영향을 주기 때문에, 대물렌즈에서 요구하는 조건의 샘플을 사용하여야 합니다. (대물렌즈 구매시에는 반드시, 자신의 샘플의 조건에 부합하는 대물렌즈를 선택해야 합니다.)

그러므로, 대물렌즈는 사용되는 표본의 type을 분명하게 표시하고 있다. 0.17 표시는 0.17㎜의 cover glass로 덮혀 있는 표본의 관찰에 최적화되어 있다는 뜻이고 ‘0’ 마킹은 cover가 반드시 없어야 한다는 뜻입니다.
몇몇 오일 타입과 작은 N.A값의 저배율 대물렌즈는 cover glass의 유무에 큰 영향을 받지 않습니다. 이러한 대물렌즈는 ‘-’라고 대물렌즈에 표시되어 있습니다.

그러나 높은 N.A.값을 가진 고배율의 건식 대물렌즈는 cover glass 두께에 약간의 변화만 있어도, 구면수차가 발생되게 되어 이미지의 명암과 선명도를 급격히 저하시킵니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일부 대물렌즈는 구면수차를 보정하기 위한 기능을 추가하여 설계되어 있습니다.

(대물렌즈에 correction collar라고 불리는 보정환이 포함되어 있어서, cover glass의 두께가 바뀌어도 수차를 보정할 수 있는 유닛입니다. )

높은 N.A.값을 가진 대물렌즈로 최고의 해상력을 얻기 위해서는 대물렌즈와 cover glass, 표본과 condenser 사이의 굴절률(n)은 1보다 커야 합니다. 그래서 cover glass의 굴절율과 비슷항 immersion oil(굴절율 1.515)이 사용되는 것입니다.

고배율 대물렌즈는 작동거리(W.D.)가 매우 짧습니다. 이런 이유로 대물렌즈와 표본의 접촉시 생길 수 있는 손상을 방지하기 위하여 ,스프링이 장착된 대물렌즈를 사용하기도 합니다. (오른쪽 이미지는 샘플이 너무 올라와서 대물렌즈 끝단을 누르고 있는 모습입니다.)

Numerical Aperture , Resoving Power , Depth of Focus

이제, 개구수(Numerical Aperture), 분해능(Resolving power), 심도
(Depth of Focus)에 대한 설명으로 넘어 가겠습니다.

이론상으로 확대율은 거의 무한하게 증가될 수 있지만 만약 확대했을 때 이미지가 선명하지 않으면 그것은 의미가 없는 것이라 할 수 있습니다. 이미지의 선명함을 결정하는데 있어 중요 요인으로 꼽히는 것은 대물렌즈의 분해능입니다. 이 분해능은 대물렌즈의 개구수(N.A)에 의해 결정됩니다.

개구수(N.A)는 실제로 대물렌즈의 밝기와 분해능에 영향을 주고, 카메라 렌즈의 조리개값(F-number)으로 이해 할 수 있습니다. 개구수는 표본과 대물렌즈 사이 물질의 반사지수를 나타내는 상수값 n과 그 각도 α의 sine값에 의해 결정됩니다. 건식(Dry)타입은 매개물질이 공기이므로 굴절율 1을 갖습니다. 반면에 오일타입의 대물렌즈는 대개 굴절율 1.515와 같은 값을 가진다. α는 대물렌즈의 광학축을 기준으로 기울어진 광원의 입사 각도입니다.

이런 까닭에 개구수(N.A)는 대물렌즈의 분해능에 큰 영향을 미칩니다. 분해능의 두 점을 두점을 두 점으로 인식할 수 있는 최소 거리입니다.

우리가 두 점 사이의 분해거리(resolved distance)를 ∆R이라 부른다면, 여기서 λ는 빛의 파장길이, K는 상수이다. 파장 변화가 없는 상태에서 개구수 값을 올리면 보다 작은 ∆R값을 얻을 수 있다. 광학 현미경의 최소 분해한계 거리는 대략 0.25㎛ 입니다.

개구수(N.A.)값의 증가는 한계가 있으므로 빛보다 짧은 파장의 전자빔을 이용, ∆R값을 보다 감소시킬 수 있다. 이 이론이 광학현미경보다 1000배 이상의 분해능을 가진 전자현미경의 원리이다. 그러나 전자현미경은 살아있는 표본 관찰이 어렵고, 표본을 준비하는데, 전처리가 필요하며, 염색할 수가 없고 가격이 매우 비싼편에 속합니다. 이런 이유로에 광학현미경과 전자현미경은 상호보완적으로 사용되어 지고 있습니다.

현미경 설계에서 중요한 다른 요소는 한번에 초점을 잡을 수 있는 최대깊이인 초점의 심도(depth of focus)입니다. 보다 큰 초점 심도는 두꺼운 표본의 관찰을 용이하게 합니다. 그러나 초점심도는 대물렌즈의 배율과 개구수에 반비례한 특성이 있습니다. 따라서, 배율과 분해능이 커질수록 심도는 얇아진다는 것을 의미합니다.

Mechanical Tube Length, Parfocality, Parcentration

이제 기계적 경통거리(Mechanical tube length), 동초점(Parfocality)과 Parcentration에 대한 설명으로 넘어 갑니다.

이 그림에서 보는 바와 같이 ,기계적 경통 거리(Mechanical Tube Length)는 대물렌즈의 나사선이 시작되는 부분부터 접안렌즈를 하우징하는 슬리브 상단까지의 거리이다.

현미경 제조업체는 배율이 다른 여러개의 대물렌즈를 교체하여 사용할 수 있게 고정된 파포컬 거리(동초점_Parfocality)와 기계적 튜브 길이(Mechanical Tube Length)를 유지하도록 현미경을 설계합니다.

올림푸스의 LB시리즈 대물렌즈(구형 대물렌즈)들의 경우 1X에서 100X 대물렌즈의 배율에 이르기까지 동초점을 정확하게 유지되기 위해 초점거리 즉, 대물렌즈 어깨부분부터 표본까지의 거리가 45mm로 설정된다.

(이런 설계 덕분에 대물렌즈 배율을 바꾸더라도 초점이 맞는 상태를 유지할 수 있다.)

사용편이성을 위한 다른 요소로는 대물렌즈의 배율이 바뀔 때 마다 보이는 영역의 중앙을 유지시켜 주는 Pacentration 기능이 있습니다.

현미경 디자인의 다른 중요한 성능으로 작동거리(working distance)가 있으며, 이것은 샘플에 포커스를 맞추었을때, 대물렌즈 끝단과 커버글라스(덮개유리)의 윗부분의 거리를 말합니다. 일반적으로 저 배율의 대물렌즈가 보다 긴 작동거리를 각게 됩니다.
그리고, 작동거리가 길수록 샘플에 초점을 잡을 때, 대물렌즈가 표본 슬라이드에 부딪혀 파손되어버리는 실수를 줄일 수 있습니다.

Optical Principle of The Microscope

지금까지 우리는 현미경 발전의 역사에 대해 간단하게 알아봤습니다. 이제 우리는 현미경의 구조에 대해 알아보고자 합니다. 유용한 광학이론들에 대한 설명을 간단하게 시작해 보겠습니다.

모든 볼록렌즈는 양쪽면에 하나씩 2개의 초점을 가지고 있습니다. 만약 물체가 전측초점인 (F)로부터 먼 곳에 위치해 있다면 렌즈의 반대편에 역상이 맺히게 됩니다. 이 역상을 실상(real image)라 부른다. 만약 물체가 전측초점과 렌즈 사이의 위치하면 이미지는 렌즈의 반대쪽에 초점이 잡히지 않고 같은 쪽에 결상하는 것처럼 보이게 된다. 이때 반대쪽에서 보면, 샘플은 확대되어 보이는데 이것을 허상(virtual image)이라 합니다.

복합현미경으로 돌아가서 우리는 대물렌즈에 의해 확대된 이미지가 접안렌즈에 의해 더욱 확대된다는 것을 언급하였습니다.

이 그림은 확대과정을 좀 더 세부적으로 보여줍니다. 여기에 선 A’B’는 견본 AB의 뒤집어진 real image(실상)를 가리킨다. Mob라 불리는 대물렌즈의 확대율은 A’B’/AB로 주어진다. 확대율은 또한 공식 Mob=ℓ/fob를 사용하여 구해질 수 있다. 여기서 ℓ은 F’ob로부터 real image까지의 거리이고 fob는 대물렌즈의 초점거리이다. 거리 ℓ은 또한 Optical tube length로 불리며, 대물렌즈의 종류와 스펙에 따라 다양하게 설계 됩니다.

실상이미지 A’B’ (역상)가 접안렌즈에 의해 두번째로 확대될 때 우리는 A”B”를 얻습니다. 접안렌즈의 확대율을 결정하기 위해서 우리는 A”B”를 A’B’로 나눈다. 대물렌즈의 경우와 같이 접안렌즈의 확대율은 다음의 공식 Moc=250/foc로 계산될 수 있습니다.

그런 이유로 현미경의 총 확대율 M은 M=ℓ/fob×250/foc라는 공식을 얻게 됩니다. (참고로 여기서 250은 250㎜를 의미하며, 접안렌즈로 보았을때 샘플의 확대상이 250㎜ 거리에 결상하도록 미리 설계한 값이라 볼 수 있습니다. 추가로 설명하면, 눈과 A”B”의 거리가 250㎜가 되도록 설계한 것입니다.)

현미경의 종류

지금은 생물학적, 의학적 목적으로 사용되는 표준 현미경 외에도 다양한 종류의 현미경이 있습니다.

예를 들면 세포배양의 관찰과 촉진을 위한 도립형 현미경(상기 이미지_구형 모델)이 있으며,

다양한 현미경(상기 이미지_현재 시판되고 있는 모델)이 개발되어 바이오 시장에서 사용되어 지고 있습니다.

금속 및 산업현미경시장에서는 반사관찰을 위주로 한 현미경이 사용되어 지고 있으며, 정밀 측정을 위한 측정현미경(또는 공구현미경) 또한 정밀 품질 관리를 위하여 사용되어 지고 있습니다.

실체 현미경(상기 이미지_구형모델)은 미세한 물체의 입체적인 관찰을 가능하게 하며 반도체 산업, 정밀공학, 생명공학 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.

현재 시판되고 있는 실체 현미경은 저렴한 모델에서 부터 연구용의 고가 모델까지 다양한 목적에 맞추어 사용되어질수 있도록 다양한 모듈의 선택이 가능합니다.

관찰기술은 지속적인 진보가 이루어져 오면서, 명시야 관찰(Bright Field_일반인들이 상상하는 현미경 관찰은 대부분 이 관찰법을 생각하실 수 있습니다.), 뿐만 아니라 암시야(Bright Field), 위상차(Phase Contrast), 미분간섭 관찰(DIC), 편광(Polarizing), 형광 관찰(Fuorescence)로 진보하여 왔으며, 보다 세분화 되어진 복잡한 구성의 현미경들도 많이 사용되어 지고 있습니다.

History of The Microscope

옛날부터, 사람은 맨눈으로 볼 수 있는 것보다 더 작을 것을 볼 수 있기를 원했다

16세기에 이르러 이러한 관심은 단일 볼록 렌즈로 만들어진 확대경을 만들어냈고, 결국 현미경의 개발로 이어지게 되었다.

현미경의 역사에서 가장 유명한 선구자는 아마도 영국의 Digges와 네덜란드의 Zacharis Janssen 일 것이다.

그러나 실제 현미경을 만들고 사용한 최초의 인물은 Antony Van Leeuwenhoek이다. 레이우엔훅은 작은 유리 볼을 가공하여 270X배율을 가진 세계 최초의 현미경을 만들었다.

Leeuwenhoek의 현미경은 오직 하나의 렌즈를 가지고 있었기 때문에 지금은 단렌즈 현미경이라 불리운다. 이 현미경은 볼록 렌즈를 금속 홀더에 장착하였고, 나사선를 이용하여 초점을 맞추었다.

그는 역사적 발명 이후에도, 계속 현미경 기초 연구에 헌신했다. 그의 발견은 박테리아를 포함하여 bellanimalcules (균의 일종) 그리고, spermatozoa(정자)와 같은 것들로 이어졌으며, Leeuwenhoek는 그의 인생 동안 약 400여개의 현미경을 만들어냈다.

Leeuwenhoek이 발명한 현미경과 같은 단안렌즈 현미경의 확대율 계산은 단순 확대경의 확대율 계산법과 같은 방법으로 계산된다. 상기 이미지와 같이 250㎜는 렌즈의 초점 거리에 의해 나누어진다. (여기서 250㎜는 사람의 눈에 있어 가장 보기 편한 초점 거리로 상정하여 고안된 것입니다. 독서 할 때 편한 책의 위치와 같은 개념으로 보시면 됩니다.)

단일 복록렌즈 현미경의 확대율을 증가시키기 위해서는, 렌즈의 초점 거리를 줄어야 합니다만, 초점 거리가 감소함에 따라 렌즈의 직경도 감소되어야 합니다. 배율의 확대를 위하여 렌즈의 직경이 너무 작아지면 이를 통한 확대 관찰이 어려워 집니다.

이 문제를 해결하기 위해서, 17세기에 복합현미경 시스템이 개발되었습니다. 이러한 방식의 현미경은 하나 이상의 렌즈를 조합하여, 하나의 렌즈에 의해 확대된 이미지를 또 다른 렌즈가 더욱 확대시키는 방식입니다.

오늘날 현미경이라 하면 보통 이러한 복합 현미경을 지칭합니다.

복합 현미경에서 표본에 접한 렌즈를 ‘Objective_대물렌즈’ ,
눈에 접한 렌즈를 ‘Eyepiece_접안렌즈’ 라고 부른다.

복합 현미경 발명 이후 그것은 과학 발전에 지대한 공헌을 하게 하였다. 복합 현미경을 이용하여, 17세기 영국의 Robert Hooke은 살아있는 것들은 세포로 구성 되어 있다는 것을 발견하였습니다.

의료계에서는 프랑스의 Louis Pasteur가 복합 현미경을 사용하여 효모균을 발견하였고, 독일의 세균학자 Karl J. Eberth는 Ebethella Typhosa(장티푸스로 의심되는 간균)를 발견하였다

Robert Koch가 결핵과 콜레라균을 발견하는 데도 복합 현미경이 도움을 주었다.

현미경의 개발은 19세기에 극적인 진전을 보였는데, 현미경 제작에 큰 노력을 기울인 칼 자이스, 광학 원리에 대한 이론적 연구를 수행한 에른스트 아베, 광학 유리에 대한 연구를 수행한 오토 스코프트와 같은 위대한 연구자들의 공헌 덕분이었다.