顯微鏡

**現代의 立體顯微鏡光學 디자인.**
A - Objective B - Galilean telescopes ( *rotating objectives* ) C - Zoom control D - Internal objective E - Prism F - Relay lens G - Reticle H - Eyepiece

顯微鏡 ( 漢字 : 顯微鏡, 英語 : microscope)은 눈 으로는 볼 수 없을 만큼 작은 物體나 物質을 擴大하여 觀察하는 裝置이다. 一般的으로 '顯微鏡'이라 하면 光學顯微鏡을 가리키는 境遇가 많다. 대물렌즈, 접안렌즈, 照明裝置 따위로 된 光學顯微鏡外에 金屬顯微鏡 , 位相差顯微鏡 , 偏光顯微鏡 , 赤外線顯微鏡 , 紫外線顯微鏡 , 電子顯微鏡等이 있다. 第1世代光學顯微鏡 , 第2世代電子顯微鏡 , 第3世代原子顯微鏡 으로 發展했다.

歷史 [ 編輯 ]

顯微鏡에 關한 記錄은 AD 1000年頃 그리스와 로마時代의 렌즈의 使用때부터이다. 微細한 事物을 擴大하기 위하여 렌즈를 使用하였지만 現在로서는 그 起源을 밝히기에는 記錄이 不足하다. 다만 現在의 顯微鏡과 같은 構造를 지닌 顯微鏡(Multiple lens)을 發明한 사람은 1590年代의 네덜란드人 얀센(Zacharias Jansen)과 John Lipperhey이다. 當時의 發明品은 主로 海洋探査를 위해 使用되어 그 形態는 望遠鏡의 모습을 하고 있었다.

以後에 顯微鏡技術에 至大한 發展을 미친것이 바로 렌즈의 加工技術인데 半世紀後의 顯微鏡은 17世紀 네덜란드人 안토니 판 레이우엔훅 (Anthony van Leeuwenhoek :1632 ~ 1723)와 英國人 로버트 훅 (Robert Hooke :1635 ~ 1703)에 依해 現在의 顯微鏡의 母胎가 되었으며 이들은 짧은 焦點距離(焦點距離, focal length - 렌즈의 中心軸과 焦點이 맺히는 部分까지의 距離)를 지닌 렌즈가 倍率을 결정짓는 重要한 要素라는 것을 發見하였다. 그들은 또한 純度가 높은 石英을 加工하여 琉璃를 만들어 렌즈를 製造하였으며 顯微鏡火傷을 不明確하게 만드는 色收差(chromatic aberration - 빛이 지니고 있는 各各의 固有한 波長 때문에 생기는 現象)도 發見하게 된다. 色收差에 關해서는 다음에 나오는 렌즈의 特性에서 說明되어 있다.

1758年 존 달라드 (John Dollard)는 色收差現象을 除去시킨 色지움 렌즈(achromatic lens)를 特許申請했으며 1930年代까지 大部分의 顯微鏡에서 achromatic lens를 使用하게 된다. 17世紀以後 1882年부터 獨逸의 光學技術者인 칼자이스(Carl Zeiss)가 렌즈 加工技術을 開發하면서부터 顯微鏡의 技術이 急速度로 發展하게 되었다. 以後 20世紀에 들어서면서 醫學,材料,金屬,新素材,環境等 수많은 分野에서 顯微鏡이 쓰여져 科學과 醫學分野에서 눈부신 活躍을 하게 된다. 最近에는 半導體, 新素材分野에서 標本의 微細構造를 觀察하고 測定하는데 使用되기도 한다.

原理 [ 編輯 ]

顯微鏡은 元來 2個의 렌즈의 結合으로 構成되어 있다. 대물렌즈는 焦點距離가 極히 짧은 렌즈이며 物體가 擴大된 實相을 만들고, 접안렌즈는 그것을 보는 擴大鏡이다. 대물렌즈는 物體를 對한다고 해서 대물렌즈이고, 접안렌즈는 눈과 接해 있다 하여 접안렌즈라고 한다. 대물렌즈와 접안렌즈는 1個의 圓筒의 洋緞에 裝置되며, 그 圓筒의 길이는 機械통 길이라고 불린다. 顯微鏡의 倍率은 대물렌즈의 倍率과 접안렌즈의 倍率을 곱하여 셈할 수 있으며, 그 倍率의 數値는 렌즈에 새겨져 있다.

顯微鏡의 能力은 그 倍率과 識別할 수 있는 最小의 間隔, 卽分解能 으로 決定된다. 이 크기는 빛의 回折 에 依해 決定되며, 分解能(d)은 다음과 같은 式으로 求할 수 있다.

d=0.61{\frac {\lambda }{n\sin \alpha }}

이 中 n은 屈折率(refractive index)이고, λ는 使用하는 光線의 波長이다. α는 대물렌즈에 入社하는 光線과 렌즈의 光軸의 最大角이다. 또한 여기서 $n\sin \alpha$ 는 開口數 (numerical aperture)라고 하며, 대물렌즈의 圓筒에 倍率과 함께 새겨져 있다.

顯微鏡은 擴大率이 크기 때문에 床이 어두워서 특별한 照明裝置가 必要하다. 生物標本等의 透過性이 있는 物體에 對해서는 載物臺 밑에 集光렌즈를 두어 透過照明을 하게 마련이지만 쇠붙이 等의 不透明한 標本인 境遇에는 대물렌즈를 集光렌즈에 對應하여 反射照明을 하게 된다.

救助 [ 編輯 ]

經通 - 접안렌즈와 대물렌즈를 連結하는 圓筒이며 대물렌즈로 들어오는 빛이 지나가는 通路이다.
早冬나사 - 經通 또는 載物臺를 위아래로 크게 움직이며 床을 찾는데 使用된다. 프레파라트와 대물렌즈 사이를 調節한다.
微動나사 - 焦點을 正確하게 맞출 때 使用된다.
접안렌즈- 눈으로 들여다보는 렌즈로 低倍率일수록 길이가 길다. 經通의 위쪽에서 빼어 交換한다.
대물렌즈 - 프레파라트에 接하는 렌즈로 低倍率일수록 길이가 짧다. 回轉瓣을 돌려서 交換한다.
回轉瓣 - 普通 대물렌즈가 세 個일 境遇倍率을 바꿀 때 使用한다.
載物臺 - 프레파라트를 올려 놓는 板으로 中央에 구멍이 뚫려 있어 빛이 通過된다.
조리개(集光器) - 렌즈로 들어오는 빛의 量과 조리개 구멍의 크기를 調節하여 像의 밝기를 調節하는 裝置이다.
클립 - 載物臺 위에 있으며 프레파라트가 움직이지 않게 固定하는 裝置이다.
反射鏡 - 빛을 反射시켜 대물렌즈로 보내는 거울 役割을 한다. 한 쪽은 平面거울, 다른 쪽은 오목거울로 되어 있다. 거울 代身電燈으로 代替하기도 한다.
프레파라트 - 觀察하려는 材料를 슬라이드글라스와 커버글라스 사이에 넣어 만든 標本이다.
y軸螺絲 x軸螺絲 - 載物臺를 移動 시키는 螺絲
標本破損防止裝置 - 標本이 破損되는것을 防止한다.

使用法 [ 編輯 ]

使用法은 다음과 같다.

接岸 렌즈를 들여다보면서 視野가 가장 밝게 보이도록 反射鏡을 움직인다.
프레파라트를 載物臺 위에 올려 놓고, 클립으로 슬라이드 글라스를 固定시킨다.
옆으로 보면서 早冬螺絲를 돌려 載物臺를 위로 올린다. 이어서 接岸 렌즈를 들여다보면서 載物臺를 천천히 내려 가며 鮮明하게 보이는 곳에서 멈춘다. 微動螺絲를 利用하여 더 仔細히 焦點을 맞춘다.
焦點이 안 맞으면 대물렌즈를 바꾸어 焦點을 맞추어 본다.
鮮明하게 보일 때 프레파라트를 조심스럽게 움직여 觀察할 곳을 찾는다.

種類 [ 編輯 ]

顯微鏡은 基準에 따라 여러 種類로 나눌 수 있다.

使用光線에 따른 分類 [ 編輯 ]

光學顯微鏡 (Light Microscope)
- 實體顯微鏡 (Stereo Microscope)
- 螢光顯微鏡 (Fluorescence Microscope)
- 레이저 注射顯微鏡 (Laser Scanning Microscope)
- 共焦點 레이저 注射顯微鏡 (Confocal Laser Sanning Microscope)
電子顯微鏡 (Electron Microscope)
- 透過電子顯微鏡 (TEM)
- 走査電子顯微鏡 (SEM)
注射 프로브 顯微鏡 (SPM)
- 原子間力顯微鏡 (AFM)
- 注射 터널링 顯微鏡 (STM)
- 注射近接腸光學顯微鏡 (SNOM)
X線顯微鏡
超音波顯微鏡
버츄얼 顯微鏡

位相差顯微鏡 [ 編輯 ]

位相差顯微鏡은 屈折率이나 두께의 變化가 있는 無色의 透明標本을 弄談(濃淡)의 分布에 對한 賞(像)으로서 觀察할 수 있으며, 染色等의 번거로운 處理가 덜 必要하다.

이 裝置에는 集光렌즈의 物體側焦點에 도넛 模樣의 조리개를 두어 대물렌즈의 上側(像側) 焦點에 생기는 조리개의 像에 1/4波長의 光路差가 나타나는 位相판(位相板)李 놓여 있다. 標本을 그냥 지나온 빛은 이 位相판을 通過하여 標本에서 屈折或은 回折된 빛은 位相版의 外部를 지나므로 兩者 사이에 생긴의 位相差에 依하여 弄談의 賞을 얻게 된다