현미경(顯微鏡, microscope)은 육안으로는 볼 수 없을 정도로 작은 물체나 물질을 확대하여 관찰하는 광학 기구이다. 일반적으로 '현미경'이라 하면 가시광선을 이용하는 광학 현미경(optical microscope)을 가리키는 경우가 많다.
역사
현미경의 기원은 명확하지 않으나, 렌즈를 이용한 확대 관찰은 고대 그리스와 로마 시대까지 거슬러 올라간다. 현재의 복합 현미경(compound microscope)과 유사한 구조를 최초로 제작한 사람은 1590년대 네덜란드의 안경사 자센 야스 얀센(Zacharias Jansen)과 한스 얀센 부자로 알려져 있다. 17세기 후반 네덜란드의 안토니 판 레이우엔훅(Antonie van Leeuwenhoek)은 단일 렌즈 현미경으로 미생물을 최초로 관찰하였고, 영국의 로버트 훅(Robert Hooke)은 복합 현미경으로 코르크의 세포 구조를 발견하여 '세포(cell)'라는 용어를 처음 사용하였다. 1758년 존 돌런드(John Dollond)가 색수차를 보정한 색지움 렌즈(achromatic lens)를 개발하였고, 1882년 이후 독일의 칼 자이스(Carl Zeiss)와 에른스트 아베(Ernst Abbe)가 렌즈 가공 기술과 광학 이론을 발전시키면서 현미경 기술이 크게 진보하였다.
원리
현미경은 초점거리가 짧은 대물렌즈(objective lens)와 접안렌즈(eyepiece)의 조합으로 구성된다. 대물렌즈가 물체의 확대된 실상을 만들고, 접안렌즈가 이를 다시 확대하여 관찰자가 볼 수 있게 한다. 전체 배율은 대물렌즈의 배율과 접안렌즈의 배율을 곱하여 계산한다. 현미경의 성능은 배율(magnification)과 분해능(resolution)으로 결정되며, 분해능은 사용하는 광선의 파장과 대물렌즈의 개구수(numerical aperture)에 의해 제한된다. 광학 현미경의 분해능 한계는 약 0.2μm 정도이다.
구조
주요 구성 요소는 다음과 같다.
- 경통(body tube): 접안렌즈와 대물렌즈를 연결하는 통로
- 조동나사(coarse adjustment knob): 대략적인 초점 조절
- 미동나사(fine adjustment knob): 정밀한 초점 조절
- 접안렌즈: 눈으로 보는 렌즈
- 대물렌즈: 표본에 가까운 렌즈로, 여러 개가 회전판에 장착됨
- 재물대(stage): 표본(프레파라트)을 올려놓는 판
- 조리개/집광기(condenser/diaphragm): 빛의 양과 밝기 조절
- 반사경(mirror) 또는 광원: 빛을 공급
- 클립: 표본 고정 장치
종류
현미경은 사용하는 광선과 원리에 따라 여러 종류로 분류된다.
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광학 현미경(Light Microscope): 가시광선 사용
- 실체현미경(stereo microscope)
- 형광현미경(fluorescence microscope)
- 공초점 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscope)
- 위상차현미경(phase contrast microscope)
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전자현미경(Electron Microscope): 전자빔 사용
- 투과전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)
- 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)
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주사 프로브 현미경(SPM, Scanning Probe Microscope)
- 원자간력 현미경(AFM, Atomic Force Microscope)
- 주사 터널링 현미경(STM, Scanning Tunneling Microscope)
현미경은 의학, 생물학, 재료과학, 반도체 산업 등 과학기술 전 분야에서 핵심적인 관찰 도구로 사용된다.
