미경의 광학적 원리
광학 현미경은 전자 현미경과 많은 차이가 있지만 상을 형성하는데는 비슷한 원리를 이용한다. 그 원리에서 가장 중요한 것은 빛과 전자 모두가 파동과 같다는 것이다. 초점에 맺힌 상은 간섭이라는 파동의 성질을 이용한 것이다. 광학 현미경은 유리렌즈를 이용하여 빛의 방향을 정하고 간섭시킨다. 참고로 전자 현미경은 전자의 방향을 정하기 위해 전자장을 이용하는 것이다.
3. 분해능 또는 해상도 (Resolving power)
어떤 현미경에서의 유용한 배율의 한계는 그 현미경의 분해능(分解能)에 의해서 결정된다. 상이라고 하는 것은 그것의 크기와 모양이 렌즈를 통과한 빛의 회절의 결과인 하나의 점이다. 아주 작은 물체에서 나온 점의 모양과 크기는 두 작은 물체가 어느 정도 구별될 수 있는가 의 한계를 결정한다. 따라서 분해능은 얼마나 가까이 두 물체가 있을 수 있고 그럼에도 불구하고 따로 분리될 수 있는지를 측정하는 것이다. 해상력(R)은 빛의 파장( )과 대물렌즈의 개구수(NA) 및 집광력 등이 관여하는데 공식은 다음과 같다.
&R` = `K ``TIMES { } over {NA } `=`0.6` TIMES { 0.5} over {1.4 }`=`0.22㎛ & K(상수)=0.61,~~ NA=1.3~1.4, ~~ (빛의 파장) = 0.5㎛
가장 좋은 광학 현미경의 분해능은 대략 0.22㎛ -눈의 분해능의 약 500배- 이다. 심지어 가장 좋은 광학 현미경의 분해능에도 명확하게 한정된 한계가 있고 많은 중요한 세포로 된 구조들도 이러한 한계의 아래에 있다. 광학 물리학자들은 어떠한 기구로도 그들을 볼 수 있는 빛이 파장보다도 훨씬 더 가까이 있는 점들을 분해(관찰)할 수 없음을 알았다. 그래서, 한계는 정말로 빛 그 자체가 되었다. 광학 현미경으로 가능한 배율의 최저 한계는 약 1400배 -실제 크기의 1400배- 이다. 그 결과를 흔히 실효 없는 배율이라 부른다.
해상력이 높다는 것은 R값이 작다는 것이다. R을 작게 하려면 여러 가지 방법이 있다. 파장을 작게하는 방법이 있는데 가시광선 중 가장 이상적인 구경각은 70.정도이므로 sin 70. 0.94 가 된다. NA값을 크게 하기 위해 어떤 현미경은 유침계(oil immersion system) 또는 수침계(water immersion system)를 사용하기도 한다.
4. 개구수 (Numerical aperture)
개구수는 NA = nㆍsin /2 로써 표시되고 렌즈와 표본 사이의 매질은 건조계의 공기이므로 그 굴절률(n)은 1.0이고 대물렌즈의 최대 수용각( )은 180 이기 때문에 sin n = sin 90 = 1이므로 최대 개구수는 1.0이다. 개구수를 그 이상으로 올리려면 공기보다 굴절률이 큰 유침오일(cedar oil)을 사용해야 하는데, 유침계의 굴절률은 1.515이다. 는 대물렌즈의 개구각을 표시하며 건조계에서는 1보다 항상 작고 유침계에서는 1보다 크다. 1보다 큰 것은 분해능이 높고 같은 배율의 렌즈라면 개구수가 클수록 성능이 좋다는 것을 의미한다.