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경통

대안렌즈와 대물렌즈가 상하로 부착된 원통을 말한다. 이것은 현미경 손잡이가 받침대에 연결되어 고정된다. 경통에는 움직임이 큰 조동나사와 작은 미동나사가 부착되어 있어 상하로 움직일 수 있다. 하단부에는 회전이 가능한 돔형의 대물렌즈 교환기(revolver)가 있어 여기에 몇 개의 대물렌즈를 동시에 부착할 수 있다. 삼안현미경은 쌍안현미경에 카메라를 부착할 수 있도록 경통이 하나 더 추가된 것이다.

재물대

재물대는 관찰하려는 표본을 고정시키는 판으로 현미경의 광축과 정확하게 직각을 이루어야 한다. 중앙에는 빛이 들어오는 하나의 구멍이 있고 슬라이드 글라스를 고정할 수 있는 2개의 클립이 부착되어 있으며 그 아래로는 집광기와 반사경이 위치한다.

대물 렌즈

현미경의 배율과 해상능은 대물렌즈에 의해 크게 좌우된다. 초기의 현미경에서 사용되던 대물렌즈의 주된 문제점은 색수차와 구면수차였다. 색수차는 상주위에 2차 스펙트럼을 형성하지만 구면수차는 상을 안개처럼 흐리게 만든다. 색수차는 굴절률이 다른 몇 개의 렌즈를 조합하여 제거할 수 있으며 동시에 이것은 구면수차도 일부 또는 완전히 없앨 수 있다. 코마, 비점수차, 상의 일그러짐과 휘어짐과 같은 현상도 대물 렌즈에 의해 야기될 수 있다.

현미경의 해상능과 집광능력은 대물렌즈의 구경계수에 의해 결정된다. 구경계수의 개념은 1873년 아베에 의해 제안된 것으로 이것은 렌즈의 해상능을 수치로 표현한 것이다. 즉 건식렌즈에서는 구경계수 N.A.＝sin a(a＝구경각 × 1/2)이며 유침 렌즈에서는 이것에 기름의 굴절률을 곱한 값이다. 구경계수는 렌즈의 해상능뿐 아니라 집광력을 표현하는 직접적인 척도가 되며 이 수치로 렌즈간의 성능도 쉽게 비교될 수 있다.

대물 렌즈의 종류는 초점거리·구조·수차의 보정률에 따라 분류된다. 대물 렌즈의 가장 일반적인 초점거리는 저배율의 경우 75, 50, 25㎜이며 중간배율은 16, 8㎜, 고배율은 4, 2㎜이다. 구조에 따라서 색지움렌즈, 준고도색지움렌즈, 고도색지움 렌즈로 분류되며 이 순서대로 수차가 작아진다.

① 색지움 대물렌즈(achromatic objective lens)：색소 렌즈라고도 하며 대물렌즈의 가장 일반적인 종류이다. 파장이 크게 다른 두 색(특히 적색과 청색)이 한점에서 초점을 형성하도록 함으로써 색수차를 제거하는 렌즈이다. 보정은 항상 2가지 색에 대해서만 이루어지기 때문에 종종 스펙트럼의 나머지 색들이 상주위에 줄무늬를 형성할 수 있는데 이것을 잔류색 또는 2차 스펙트럼이라 한다. 그러나 2차 스펙트럼은 상에 큰 영향을 주지는 않는다. 색지움렌즈는 구면수차와 코마 현상도 함께 보정해주는 효과가 있다.

② 고도색지움 대물 렌즈(apochromatic objective lens)：고도 또는 고차 색소렌즈라고도 한다. 형석을 이용한 새로운 방식의 렌즈로 아베에 의해 발명되었다. 색지움 효과는 뛰어나지만 제조가 까다롭고 단가가 비싼 결점이 있다. 동일한 초점거리의 색지움 렌즈에 비해 구경계수가 크다. 작업거리가 짧기 때문에 사용할 때 특별한 주의를 필요로 한다. 모든 고도색지움렌즈, 준고도색지움 렌즈에서는 측면 색수차로 인해 배율에 오차가 생길 수 있지만 특수한 보정용 대안렌즈를 사용함으로써 제거될 수 있다.

③ 준고도색지움 대물 렌즈(semi-apochromatic objective lens)：반고도 또는 반고차 색소 렌즈라고도 하며, 색지움 렌즈와 고도색지움 렌즈의 중간적인 특징을 갖는다. 고도색지움렌즈와 마찬가지로 형석이 이용되지만 이것에 비해 제조가 쉽고 비용도 싸다. 색지움렌즈보다 색수차와 구면수차 및 2차 스펙트럼을 덜 형성하며 구경계수도 15~30% 정도 더 크다.

④ 구면수차와 커버글라스：큰 구경계수의 건식 대물 렌즈는 커버글라스(덮개유리)의 두께로 인해 심한 구면수차가 생길 수 있다. 저배율의 렌즈에서는 구면수차가 무시될 수 있지만 고배율의 고도색지움렌즈는 커버글라스의 두께(약 0.17㎜)가 고려되어 제조되어야 한다.

⑤ 평시야 대물 렌즈(flat-field objective lens)：상의 휘어짐을 보정하기 위해 역의 휘어짐을 만들어주는 오목렌즈를 추가한 것으로 현미경사진촬영용으로 적합하다.

⑥ 대물 렌즈 마운트(objective-lens mount)：대물렌즈를 끼우는 금속제의 원통으로 이것은 다시 대물 렌즈 교환기에 부착된다. 스프링식 완충장치가 되어 있어 대물 렌즈가 슬라이드글라스에 부딪칠 경우 렌즈를 보호할 수 있다. 렌즈의 배율과 구경계수가 표시되는 것이 일반적이다.

대안렌즈

대안렌즈는 대물렌즈에 의해 만들어진 1차의 상을 더욱 확대하여 최종의 상을 형성해준다. 구조에 따라 다음의 몇 가지로 구분된다.

① 호이헨스 대안렌즈(Huygenian eyepiece)：부대안렌즈(negative eyepiece)라고도 한다. 위에 있는 작은 안렌즈(eye lens)와 아래에 있는 큰 시야렌즈(field lens)의 크기가 다른 2개의 평철렌즈로 구성된다. 시야렌즈의 초점거리는 대안렌즈의 2배이며 두 렌즈 사이의 거리는 대안렌즈 초점거리의 2배 정도가 된다. 조리개는 두 렌즈 사이에 위치한다.

② 램즈던 대안렌즈(Ramsden eyepiece)：정대안렌즈(positive eyepiece)라고도 한다. 초점거리가 비슷한 2개의 평철렌즈가 철면을 서로 마주하며 조리개는 시야렌즈의 아래에 위치한다. 두 렌즈 사이의 거리는 초점거리의 약 2/3 정도이며 조리개의 위치는 대안렌즈의 초점면과 일치한다. 호이헨스식과 램즈던식에서 사용되는 렌즈들은 모두 색지움렌즈는 아니지만 렌즈의 적당한 배열에 의해 구면수차와 색수차가 제거된다.

③ 켈르너 대안렌즈(Kellner eyepiece)：램즈던식과 거의 비슷하지만 대안렌즈가 색지움이중렌즈로 되어 있다는 점이 다르다.

④ 보정대안렌즈(compensating eyepiece)：수차보정대안렌즈라고도 한다. 안렌즈는 색지움이중렌즈로 되어 있다. 안렌즈와 시야렌즈를 조절함으로써 대물렌즈의 오차를 보정한다.

⑤ 현미경사진촬영용 대안렌즈(photomicrographic eyepiece)：경통의 중간에 광선 분리장치가 있어 두 방향으로 상을 맺을 수 있다. 수평방향의 것은 관찰자가 상의 초점을 조절하기 위해 사용한다.

집광기 및 조명

현미경의 상을 밝게 하기 위해서는 대물렌즈에 빛을 모아 보내주는 별도의 렌즈, 즉 집광렌즈가 필요한데 이러한 장치를 집광기(condenser)라고 한다. 집광렌즈는 중심을 현미경의 광축과 일치시키고 대물렌즈에 대해서 초점을 맞출 수 있도록 상하좌우로 조절하도록 되어 있으며 광량을 조절할 수 있도록 조리개가 부착되어 있다. 가장 많이 사용되는 방식은 2개의 렌즈로 구성된 아베형 집광기이다. 이것은 색지움렌즈를 사용하지 않기 때문에 비용도 싸고 구조도 간단하지만 색수차와 구면수차가 심하게 나타나며 고배율에서는 해상능이 떨어지는 결점이 있다.

색지움렌즈를 사용한 삼렌즈식 아베형 집광기는 이러한 결점을 보완한 것으로 고도의 해상능을 필요로 하는 현미경에만 이용된다. 최근의 현미경들은 광원으로 햇빛 대신에 내장된 전구를 사용하는 것이 많다. 가장 밝은 상을 보기 위해서는 전표면의 상이 대물렌즈에 정확하게 맺혀야 하는데 이것을 광원초점 또는 임계조명(critical illumination)이라 한다. 조명내장형 현미경은 전구의 전방에 별도의 조리개와 집광렌즈가 있는 것이 일반적이다. 경사식 또는 하향식 조명방식은 불투명한 물체를 관찰할 경우에 이용된다.

특수현미경

특수현미경은 다음의 몇 가지로 구분된다.

① 입체 쌍안현미경(stereoscopic binocular microscope)：쌍안현미경이라고도 하며, 실체와 같은 3차원적인 상을 보여준다. 해부 및 수술 또는 전기회로·반도체·섬유·금속 등의 표면관찰과 같은 비교적 저배율의 작업에 사용된다.

② 한외현미경(ultramicroscope)：암시야현미경(darkfield microscope)이라고도 한다. 굴절률이 다른 두 상 사이에서 광선이 산란되는 원리를 이용한 현미경이다. 콜로이드 입자를 연구하기 위해 개발된 현미경으로 5~10㎜의 크기까지 관찰이 가능하다. 콜로이드 현탁액에 현미경의 광축과 직각으로 강한 광선을 비추면 광선은 입자에 의해 산란되기 때문에 입자의 위치와 운동을 관찰할 수 있다.

③ 금속현미경(metallographic microscope)：금속과 같은 불투명한 물체의 표면을 관찰하기에 적합한 현미경이다.

④ 위상차현미경(phase-contrast microscope)：살아 있는 세포나 투명한 물체를 염색하지 않고 광학적인 방법(회절판에 의해 상의 위상을 관찰함)에 의해 내부구조를 관찰할 수 있도록 만든 현미경이다. 즉 굴절률과 대상물의 두께 차이로 생기는 위상의 차를 이용한 것이다. 상의 정확한 크기를 측정하기 어렵다는 결점이 있다.

⑤ 간섭현미경(interference microscope)：위상차현미경과 비슷하게 투명한 물체의 내부구조를 관찰하는 데 이용된다. 위상차현미경과 원리가 비슷하지만 여러 세포구조의 광학적 상의 차이를 결정할 수 있으며 표본의 크기를 비교적 쉽게 측정할 수 있다.

⑥ 자외선현미경(ultravio-let microscope) 및 형광현미경(fluorescence microscope)：자외선은 가시광선에 비해 파장이 짧기 때문에 해상능은 그만큼 증가한다. 최초로 개발되었던 자외선현미경은 동일한 구경계수의 일반 현미경에 비해 해상능은 2배로 증가되지만 자외선은 관찰자의 눈에 치명적인 해를 주기 때문에 현미경 사진에 의존하여 상의 초점을 맞추어야 하는 번거로움이 있었다. 최근에는 자외선 텔레비전 카메라를 이용함으로써 자외선현미경의 사용이 보다 편리해졌다. 형광현미경은 가시광선에 가까운 자외선하에서 형광을 발하는 형광색소를 표본에 주입함으로써 특별한 성분이나 원소의 위치와 특성 등을 조사할 수 있도록 만들어진 현미경이다. 생물학·의학 등에서 이용한다.

⑦ 반사현미경(reflecting microscope)：일반 렌즈계에 반사경을 삽입한 현미경으로 색수차가 없을 뿐 아니라 가시광선·자외선·적외선에서 모두 동일한 초점거리를 보여준다. 동일한 구경계수의 일반 렌즈계에 비해 작업거리가 길어서 생물을 해부하거나 소형의 밀폐용기 속의 물체를 관찰하는 데 주로 이용한다.

⑧ 적외선현미경(infrared microscope)：적외선을 가시적인 상으로 나타나게 만든 현미경이다. 적외선에 대한 물체의 전도율과 반사율을 측정하며 적외선으로 나타나는 물체의 특성을 조사하는 데 사용된다. 특히 위조문서의 감식과 반도체 실리콘의 표면 결함을 조사하는 데 유용하다.

⑨ 편광현미경(polarizing microscope)：2개의 편광판이 삽입되어 있어 편광에 의한 물체의 복굴절성을 관찰할 수 있는 현미경이다. 결정이나 섬유구조 및 분자의 이방성 등을 조사하기에 적당하다.

⑩ 텔레비전현미경(television microscope)：현미경의 상을 텔레비전 화면에 나타나게 하는 현미경으로 교육용이나 상의 기록용으로 적합하다. 최근에는 여기에 컴퓨터를 접목시킴으로써 상의 정확한 계측과 데이터의 자동처리도 가능하게 되었다.

⑪ 레이저 현미탐침(laser microprobe)：레이저 미소탐침이라고도 한다. 물체의 특정 부분에 레이저 빔을 정확히 조준할 수 있도록 현미경이 부착된 레이저 장치로 미량의 성분을 분석하는 데 이용된다.

⑫ 홀로그래프법(holographic technique)：레이저 광선을 이용하여 현미경의 상을 3차원적인 영상 또는 사진, 즉 홀로그램(hologram)으로 나타내는 방법이다.

⑬ X선 현미경법(X-ray microscopy)：방사선현미경법이라고도 한다. X선은 이론적으로는 해상능을 크게 높일 수 있지만 실제로는 그렇지 못하다. 높은 해상능을 얻기 위한 것보다는 물체의 X선 흡수도를 분석하기 위해 주로 이용된다.

⑭ 주사형 광학현미경(scanning optical microscope)：주사 배열을 이용하여 대물렌즈가 시료의 작은 부분들을 주사하고 이것들을 모아 넓은 부분에 대한 상을 만들 수 있는 현미경이다. 주사형 광학현미경의 원리는 다음과 같다. 광원에서 나온 빛은 집광기를 통과하고 시료 위에 초점을 모으며, 래스터(raster) 방식으로 주사한다. 시료를 통과한 빛은 광탐지장치가 부착된 집광기로 모여 전기적 신호로 변화된 후 모니터에서 상을 형성한다. 주사현미경은 스펙트럼 흡수(spectral absorption)를 비롯하여 물체의 특성을 세부사항까지 조사할 수 있다. 최근에 개발된 동초점 주사현미경연구(confocal scanning microscopy)는 2대의 현미경을 이용하여 단일 평면 화상 또는 광학적 단면을 만들 수 있다.