확대경과 현미경

현미경의 원리

현미경은 두 번 확대하는 확대경이다.

현미경(microscope)은 물체 가까이 있는 대물렌즈(objective)를 통하여 일차로 확대된 실상을 만들고, 이를 일종의 확대경인 접안렌즈(eyepiece; 대안렌즈)를 통하여 더 확대하여 보게 한다. 이에 따라 확대경이 실현할 수 없는 수천 배까지의 배율이 가능해져서 인간의 지각을 극미세계까지 넓히게 되었다. 16세기 말과 17세기초에 걸쳐서 발명되고 개량된 현미경은 생명체의 기본조직인 세포를 발견하게 하였고, 생물학 등 자연과학발달에 크게 기여할 수 있었다.

아래 그림에서 초기에 개발되었던 간단한 형태의 현미경을 보여주고 있다. 대물렌즈의 초점거리 $f_1$보다 조금 뒤에 있는 화살모양의 물체( )의 상은 이 렌즈의 상초점을 $L$만큼 지난 고정된 위치에 실상을 맺는다. 그림에서 노란 색조의 삼각형의 닮음을 이용해서 가로배율을 구하면, \[ M_T = -\frac{L}{f_1} \] 이다. 한편 이 실상을 대안렌즈를 통하여 더 확대되는 데, 대울렌즈의 배율에 접안렌즈의 각배율을 곱하면 현미경의 각배율이 계산된다. 즉, \[ \mathrm{MP} = M_T \times \mathrm{MP}|_{\text{eyepiece}} = -\frac{L}{f_1} \frac{250}{f_2} \] 이다. 여기서 $-$는 상이 뒤집힌 것을 반영한다.

한편 그림에서 $L$로 나타낸 부분은 현미경에서 몸통을 형성하게 되는 데 이를 경통길이(tube length)라 하는 데 160mm를 표준값으로 삼고 있다. 위 식에서처럼 현미경의 전체의 각배율(확대능)은 단순히 대물렌즈의 배율($-$를 제외하고)과 접안렌즈의 각배율이 곱해져서 계산되므로 이들 각각의 값을 렌즈에 10×, 100×의 형식으로 표시해서 이들 두 값을 곱하여 계산한다.

[질문1] 대물렌즈의 배율이 10×, 접안렌즈의 배율이 20× 으로 되어 있는 복합현미경의 각 렌즈의 초점거리를 구하라. 또한 이로써 물체를 관찰할 때 결상을 알 수 있는 그림을 그리고, 물체, 두 렌즈, 상의 상대적인 거리를 그 그림 위에 명확하게 나타내어라. 단 명시거리 250mm의 표준 눈으로 관찰하고, 현미경의 경통길이는 160mm이다.

_ 가로배율_ 초점거리_ 명시거리_ 상초점_ 실상