현미경 오일 침투 측정 원리와 아스. 망원경의 오일 용도 추정

현미경 오일 침투 측정 원리와 아스. 망원경의 오일 용도 추정

윗 그림은 홈페이지를 검색해서 찾은 현미경 오일 침투 측정 원리 그림입니다. 이 그림에서 아랫 판을 ‘슬라이드’라고 하고 윗 유리판이 커버그래스라고 부릅니다. 시료는 슬라이드와 커버그래스 중간에 위치합니다.

1. 오일 사용 목적
(1)NA 증가에 의한 분해능 각도 감소, 에어리디스크 반경 감소-->분해능(해상력) 증가
(2)형광 화상의 밝기에 기여하기 위해 형광관찰시에 유리함입니다.
그러나 일반적으로 오일은 물이나 글리세린에 비해 자가 형광이 크므로 엄격한 조건하에서 주의가 필요하다고 되어 있습니다.

2. 측정 방법
(1) 일단 저배율의 대물렌즈로 오일이 없는 상태에서 미리 초점맞추기와 시료 위치 잡기를 합니다. 망원경에서 파인더로 별을 먼저 도입하는 것과 같군요.
(2) 저배율 대물렌즈로 초점맞추기와 위치 잡기가 끝나면 커버그래스 위에 오일을 몇방울 떨어뜨리고 오일용 대물렌즈롤 댑니다. 오일의 양은 아주 작은 양이므로 대물렌즈와 커버그래스와의 간격은 수십마이크론 이하일 것같습니다. 즉 현미경 관찰시는 대물렌즈와 시료간의 간격을 극히 가까이 한다는 이야기입니다.  
(3) 만약 초점맞추기와 위치잡기가 실패했을 경우에는 오일을 닦아내고 다시 원위치로 가서 동작 반복입니다.

3. 그림 1의 경우
그림1은 시료가 커버그래스에 접착하고 있는 경우입니다. 이 때 오일을 커버그래스와 굴절율이 같은 1.515로 하면 구면수차가 거의 완벽하게 보정된 상태에서 가장 높은 분해능으로 관찰할 수 있습니다(NA=1.4). 이 경우는 허상의 초점면이 한평면에 맺히기 때문입니다. 이런 조건에서는 시료를 합성수지로 몰딩해서 봉입해서 관찰해도 문제가 없습니다.

4. 그림 2의 경우
주로 생체 시료의 측정에 해당되는데 시료 주위에 배양액을 둔 상태에서 시료를 커버그래스와 떨어진 위치에서 배양액을 통한 모습을 관찰해야하는 모양입니다. 이럴 경우에 NA=1.33(배양액의 굴절율도 1.33)으로 저하되고, 시료의 허상면은 커버그래스 아래에 위치하게 됩니다. 이럴 경우는 굴절에 의해 큰 구면 수차가 발생하게 됩니다. 이 구면 수차 발생으로 콘트라스트가 저하하게 되는데 시료층의 두께가 10마이크론 정도라도 화질 저하가 확연합니다.

5. 그림 3의 경우
그림 2와 같이 세포 조직 절편이나 배양액중의 세포 등 두께가 있는 시료를 관찰하기 위해서는 물을 침적하는 방법도 이용되고 있습니다. 이럴 경우에는 배양액은 물성분이므로 물을침투하면 구면수차의 발생은 아주 적습니다. 반면에 커버그래스와 물과의 굴절율차이가 있으므로 두께의 영향을 많이 받습니다. 따라서 보정환(보정렌즈?)이 준비되어 있습니다.  

위 내용을 보면 미량의 오일이라도 렌즈의 분해능에 영향을 끼치고 있습니다. 또 허상의 맺힘 위치에 따라 수차에도 영향을 미치고 있습니다. 수차가 많으면 콘트라스트가 저하합니다. 아스트로피직스 망원경은 오일을 사용하므로서 콘트라스트가 오른다하는 내용으로 보아, 적정 굴절율의 오일을 사용하므로서 수차를 줄여주는데 사용되었다고 보여집니다. 현미경에서는 시료가 커버그래스(or 대물렌즈) 바로 앞에 위치하지만 망원경은 멀리 있습니다. 그러나 첫 번째 렌즈로 빛이 들어와서 허상을 맺어주는 원리는 현미경과 다를 바없습니다. 아스. 망원경의 첫 번째 렌즈는 빛이 그림 2처럼 와서 구면수차을 일으키지만(구면 수차를 일으키더라도 피사체 각거리가 적으므로 그 양은 얼마되지 않을 것임) 오일층을 지나면서 에어리디스크의 감소를 가져오고, 두 번째 렌즈를 지나면서 렌즈와 같은 굴절율의 오일을 넣어서 여기서 수차를 보정하고 세 번째 렌즈에서 공기중으로 빠져나가는 빛의 수차를 보정해주는 원리인 것같습니다.

이 과정에서 분해능의 증가 효과(에어리디스크의 감소)는 있다고 생각합니다. 아무리 생각해도 그게 없으면 말이 안되어서요. 그러나 분해능의 증가 효과보다 수차 감소에 더 중점을 둔 설계라 보여집니다.

이상이 낙동강의 소설같은 결론입니다.