Objectives

다음으로 대물렌즈에 관련하여 설명하도록 하겠습니다.

일반적으로 단일 렌즈에 의해 형성된 이미지는 왜곡되거나, 선명하게 결상하지 못하는 경향이 있습니다. 이 문제들은 렌즈의 고유한 특성이나, 수차에 의해 발생됩니다. 수차는 구면수차(spherical aberration), 상면만곡수차(field curvature), 코마수차(coma), 비점수차(astigmatism)와 상면왜곡수차(distortion)로 다섯개의 카테고리(자이델의 5수차)로 분류됩니다. 이러한 렌즈의 수차를 줄이기 위해서 조합된 렌즈를 사용하게 됩니다.

자이델의 5수차 외에도, 렌즈를 통해 들어온 빛의 파장에 따라 다른 굴절율을 가지기 때문에 발생하게 되는 색수차(chromatic aberration)가 있습다. 색수차는 축색수차(axial chromatic aberration)와 측면색수차(lateral chromatic aberration), 이 2가지 타입으로 구분됩니다. 축색수차는 다양한 파장으로 구성된 빛의 초점이 광축의 한 점에 모이지 않고 파장의 차이에 따라 다른 여러 개의 위치에 결상할때 발생합니다. 일반적으로 대물렌즈 가격의 저가 또는 고가의 분류는 색수차의 보정의 정도에 따라 구분됩니다.

오른쪽에서 우리는 축색수차(axial chromatic aberration)의 예를 볼 수 있다. 그림에서 보는바와 같이 색의 구분이 확실하지 않고 적색과 푸른색의 번짐이 흰색과 검정부분의 경계선마다 나타납니다.

색수차 보정을 위하여 볼록렌즈에 오목렌즈를 조합하여 색수차가 보정하여 모든 파장의 빛이 한 점에서 모이게 할 수 있습니다.

대물렌즈는 색수차 보정 정도에 따라 achromat, apochromat 이 두가지 타입으로 구분될 수 있다. achromat 대물렌즈는 붉은색과 파란색의 왜곡을 보정하는 기본 타입의 렌즈이다. 이 렌즈는 상대적으로 저렴하므로 교육용과 검사용 목적으로 널리 사용된다. 반면에 apochromatic 대물렌즈는 붉은색과 파란색 뿐 아니라 blue-violet색의 보정도 제공한다. 그러므로 고 품질의 이미지를 촬영해야만 하는 연구에 이상적이라 할 수 있습니다.

측면색수차(lateral chromatic aberration)는 파장에 따라 각기 다른 확대율로 확대될 때 발생한다. 측면색수차는 대개 시야부분 주위에서 많이 발생합니다. 이러한 왜곡의 보정은 대물렌즈 단독으로 할 수도 있고, 대물렌즈와 접안렌즈의 조합으로도 보정 할 수 있습니다. 후자의 방법이 이론적으로 뛰어난 것이 증명되었기 때문에 올림푸스 뿐 아니라 Zeiss, Leitz와 같은 현미경회사들이 모두 이용하는 방법이라 할 수 있습니다.

앞에서 언급한 자이델의 5수차 중 하나인 상면만곡수차(field curvature) 또한 보정될 수 있습니다. 상면만곡수차는 평평한 물체를 굽어 보이게 하여 보이는 부위의 중앙부분에 초점을 맞췄을 때 주위의 초점이 흐려져 보이는 경우입니다. 상면만곡수차를 보정한 대물렌즈는 렌즈 표면에 PLAN 또느 PL이라고 표시 되어 있습니다.

다음 그림 중 왼쪽은 Plan achromat 대물렌즈, 오른쪽은 achromat 대물렌즈에 의해 관찰된 이미지입니다. 이 이미지의 중앙부분은 큰 차이가 없습니다만, 오른쪽 이미지의 외곽 부분은 초점이 약간 벗어나 보입니다.

생물학적, 병리학적으로 사용된 표본은 보통 0.17mm 두께의 cover glass로 덮여 있지만, 혈액표본과 같은 일부 표본은 cover glass를 사용하지 않습니다. 저배율 대물렌즈는 큰 영향이 없습니다만, 배율이 올라갈수록 cover glass의 유, 무는 이미지 관찰에 큰 영향을 주기 때문에, 대물렌즈에서 요구하는 조건의 샘플을 사용하여야 합니다. (대물렌즈 구매시에는 반드시, 자신의 샘플의 조건에 부합하는 대물렌즈를 선택해야 합니다.)

그러므로, 대물렌즈는 사용되는 표본의 type을 분명하게 표시하고 있다. 0.17 표시는 0.17㎜의 cover glass로 덮혀 있는 표본의 관찰에 최적화되어 있다는 뜻이고 ‘0’ 마킹은 cover가 반드시 없어야 한다는 뜻입니다.
몇몇 오일 타입과 작은 N.A값의 저배율 대물렌즈는 cover glass의 유무에 큰 영향을 받지 않습니다. 이러한 대물렌즈는 ‘-’라고 대물렌즈에 표시되어 있습니다.

그러나 높은 N.A.값을 가진 고배율의 건식 대물렌즈는 cover glass 두께에 약간의 변화만 있어도, 구면수차가 발생되게 되어 이미지의 명암과 선명도를 급격히 저하시킵니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일부 대물렌즈는 구면수차를 보정하기 위한 기능을 추가하여 설계되어 있습니다.

(대물렌즈에 correction collar라고 불리는 보정환이 포함되어 있어서, cover glass의 두께가 바뀌어도 수차를 보정할 수 있는 유닛입니다. )

높은 N.A.값을 가진 대물렌즈로 최고의 해상력을 얻기 위해서는 대물렌즈와 cover glass, 표본과 condenser 사이의 굴절률(n)은 1보다 커야 합니다. 그래서 cover glass의 굴절율과 비슷항 immersion oil(굴절율 1.515)이 사용되는 것입니다.

고배율 대물렌즈는 작동거리(W.D.)가 매우 짧습니다. 이런 이유로 대물렌즈와 표본의 접촉시 생길 수 있는 손상을 방지하기 위하여 ,스프링이 장착된 대물렌즈를 사용하기도 합니다. (오른쪽 이미지는 샘플이 너무 올라와서 대물렌즈 끝단을 누르고 있는 모습입니다.)