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마이크로에서 매크로에 이르는 광학 기술

현미경에서 맞춤형 안경 렌즈에 이르는 모든 제품에서 ZEISS의 혁신적인 아이디어를 엿볼 수 있습니다.

칼자이스는 160년 동안 눈과 안경 사이의 상호작용에 대해 연구해 왔습니다. 모든 광학 기술 부문의 독보적인 선구자인 칼자이스는 끊임없는 연구개발을 통해 수많은 기술과 신제품을 개발해 왔으며 지금 이 순간에도 현미경 관찰, 우주 및 카메라 광학 장비 분야를 발전시키고 있습니다. 세계 최고 수준의 초고성능 광학 기술을 보유하고 있는 칼자이스는 안경 또는 콘택트 렌즈를 착용하는 사람들과 마찬가지로 여러분들도 선명하고 깨끗한 시야를 경험할 수 있도록 도와드립니다.

눈과 안경이 광학 시스템에 결합됩니다.

마이크로에서 매크로에 이르는 광학 기술

마이크로에서 매크로에 이르는 광학 기술

눈과 안경 간의 상호작용은 고도로 복잡합니다. 칼자이스 연구에서는 기존의 틀을 벗어난 사고를 통해 단순한 안경 렌즈 이상의 것을 창조해 냅니다. 칼자이스의 목표는 눈과 렌즈 간 최적의 상호작용을 통해 환자에게 완벽하면서 선명한 시야를 제공하는 것입니다.

 

완벽한 시야는 고도로 발달한 광학 시스템과 자연 사이의 조화로운 상호작용의 결과입니다.

모든 시발점은 1847년 현미경 제조에서부터 시작됩니다.

1847년 9월부터 칼자이스는 주로 기본 과정에서 사용되는 단순한 현미경을 제조하기 시작했는데, 당시 그는 독일의 예나(Jena)시 Wagnergasse 32번지에 위치한 새 작업장에서 일하고 있었습니다.

1847년에 자이스가 만든 현미경도 다른 사람들이 만든 현미경보다 품질이 뛰어나 이 신생회사는 설립 첫 해에 현미경을 23대나 판매하는 인상적인 실적을 거두었고 이후에도 수년간 이 모델은 지속적인 기술 발전을 거듭했습니다.

이러한 모든 장치가 과학적 지식이 아니라 시행 착오를 바탕으로 제조되었다는 사실을 고려한다면 놀라지 않을 수 없습니다. 시행 착오를 바탕으로 모든 장치를 제조했다는 것은 믿기 어려울 수도 있지만 이는 실제 상황으로, 당시에는 반드시 거쳐야 했던 필수적인 과정이기도 합니다. 물론 시행착오로 인한 시간과 비용의 대가는 상당했습니다.

1세대 현미경들은 이미지가 다소 흐릿하게 보이는 등 기술면에서 초보적인 수준을 벗어나지는 못했습니다. 그러나 칼자이스는 자신이 만든 제품에서 더 많은 것을 기대하며, 머지 않아 기계 장치가 발전하고 초기 산업 생산이 시작됨에 따라 고성능 도구를 효율적으로 생산하기 위해서는 과학과 제조의 결합이 필수적이라는 사실을 깨달았습니다.

1866년 1000번째 현미경을 생산한 후 개량된 현미경 렌즈의 개발을 목표로, 당시 26세로 예나 대학(University of Jena)에서 교편을 잡고 있던 의사, 수학자 겸 철학박사인 에른스트 아베(Ernst Abbé)를 만나며 광학 기술의 분수령이 되는 역사적 사건을 만들어 냅니다.

이 독창적인 두 천재의 만남은 이후 수년간 상상할 수 없는 기술 개발로 이어졌습니다. 아베는 회절 이론(파동 광학)을 기반으로 현미경의 이미지 개발에 대한 새로운 이론을 만들고 1873년에 논문을 발표합니다. 아베는 자신의 이론을 활용하여 새 현미경 렌즈를 위한 매개 변수를 계산해 냈습니다.

세대 현미경들은 이미지가 다소 흐릿하게 보이는 등 기술면에서 초보적인 수준을 벗어나지는 못했습니다. 그러나 칼자이스는 자신이 만든 제품에서 더 많은 것을 기대하며, 머지 않아 기계 장치가 발전하고 초기 산업 생산이 시작됨에 따라 고성능 도구를 효율적으로 생산하기 위해서는 과학과 제조의 결합이 필수적이라는 사실을 깨달았습니다. 1866년 1000번째 현미경을 생산한 후 개량된 현미경 렌즈의 개발을 목표로, 당시 26세로 예나 대학(University of Jena)에서 교편을 잡고 있던 의사, 수학자 겸 철학박사인 에른스트 아베(Ernst Abbé)를 만나며 광학 기술의 분수령이 되는 역사적 사건을 만들어 냅니다. 이 독창적인 두 천재의 만남은 이후 수년간 상상할 수 없는 기술 개발로 이어졌습니다. 아베는 회절 이론(파동 광학)을 기반으로 현미경의 이미지 개발에 대한 새로운 이론을 만들고 1873년에 논문을 발표합니다. 아베는 자신의 이론을 활용하여 새 현미경 렌즈를 위한 매개 변수를 계산해 냈습니다.

마침내 아베는 일정한 수준의 고성능 렌즈 제조에 필수적인 측정 장치를 설계함으로써 과학적인 방식의 렌즈 생산이 가능한 길을 열어주었습니다.아베는 초기 렌즈 생산에서도 새로운 종류의 유리를 사용해야만 현미경 렌즈가 완벽해지고 기능을 완전히 발휘할 수 있다는 사실을 알고 있었습니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 그는 1882년 유리 화학자 오토 쇼트(Otto Schott)를 예나로 초청했고, 자이스와 아베는 1884년 새로 설립된 유리 기술 연구소인 쇼트 앤 게노센(Schott & Genossen)의 공동 경영자가 되었습니다. 이 회사의 설립은 현대적인 고성능 광학 장비의 기틀을 구축한 것으로 평가되고 있습니다.

수많은 노벨상 수상자가 ZEISS 제품을 사용했습니다.

Robert Koch, Nobel Price in Medicine 1905.

로버트 코흐(Robert Koch) - 1905

년 노벨 의학상 수상
코흐는 현대 미생물학의 아버지라 평가되는 인물입니다. 시골의 주치의였던 그는 1880년대에 결핵 박테리아 콜레라 바이러스를 발견했습니다. 코흐는 자이스에게 보낸 편지에서 "내 연구의 수많은 성과는 훌륭한 현미경이 있었기에 가능했다"라며 감사의 말을 전했습니다. 자이스는 1904년 10,000번째 유침 렌즈를 코흐에게 선물로 증정했습니다.


리차드 지그몬디(Richard Zsigmondy) - 1925

리차드 지그몬디(Richard Zsigmondy) - 1925

년 노벨 화학상 수상
괴팅겐(Göttingen) 교수인 지그몬디는 콜로이드 화학 분야의 기초를 확립한 과학자로 1903년에 한외 현미경, 1918년에 멤브레인 필터, 1922년에 초미세 필터를 발명했으며 (지엔토프/지그몬디에 따르면) 한외 현미경을 통해 선형 팽창이 분해능 한계점 아래인 미립자를 실제 관측했습니다.

프리츠 제르니케(Frits Zernike) - 1953

프리츠 제르니케(Frits Zernike) - 1953

년 노벨 물리학상 수상
이 네덜란드 물리학자는 1930년 리플렉션 그릴을 사용한 실험 중에 개별 광선의 위상 수준을 관측할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 제르니케는 이 결과를 현미경에 적용하기 위해 ZEISS와 협력하여 최초의 위상차 현미경을 개발했으며, 시제품은 1936년에 완성되었습니다. 과학자들은 이 현미경으로 화학 염료를 사용하여 생체 세포의 손상 없이 연구를 할 수 있게 되었습니다.

만프레드 아이겐(Manfred Eigen) - 1967

만프레드 아이겐(Manfred Eigen) - 1967

년 노벨 화학상 수상
생물 물리학자이자 괴팅겐 막스프랑크 생물물리화학 연구소(Max-Planck-Institute for Bio-Physical Chemistry)의 설립자였던 아이겐은 단일 분자 검증 과정을 개발했습니다. 그는 스웨덴 출신 동료 루돌프 리글러(Rudolf Riegler)와 EVOTEC 그리고 칼자이스 등의 회사와 협력하여 1995년 최초의 상용 FCS(fluorescence corelation spectrometer)인 ConfoCor를 생산했습니다.

에르빈 네어(Erwin Neher) - 1991

에르빈 네어(Erwin Neher) - 1991

년 노벨 의학상 수상
에르빈 네어와 자크만(Sakmann) 교수는 괴팅겐 막스프랑크 연구소에서 세포간 정보 교환의 기본 메커니즘을 발견했습니다. 이 과정에는 패치-클램프(Patch-Clamp) 기법을 사용한 이온 채널에 대한 전자생리 실험의 성과도 포함되었습니다.

베르트 자크만(Bert Sakmann) - 1991

베르트 자크만(Bert Sakmann) - 1991

년 노벨 의학상 수상
위의 실험 과정 중에 진행되는 시각적 검사를 위해서는 뛰어난 명암대비율과 광학적 고해상도로 표현되는 이미지에 의존할 수밖에 없는데, 두 과학자들은 이러한 용도로 특수 설계된 정립 현미경을 사용했으며, 이 현미경들은 모두 칼자이스에서 제공한 것입니다.

이제 미래의 역사를 쓰고 있습니다.

현실과 상상력의 경계가 사라지고 있습니다. 몇 년 전만 해도 공상 과학 영화의 소재였던 새로운 기술들이 현실화되기 시작했습니다. 초현대적인 기술현미경 관찰의 기술적 가능성은 여전히 무궁무진하며 대부분이 아직 사용되지 않은 채로 남아 있습니다. 지구 전체에 걸친 원격 현미경 관찰, 광속의 디지털 통신, 고해상도의 3D 이미지, 뛰어난 실시간 명암대비 등 너무나 다양합니다.

칼자이스 현미경은 반 고흐의 원작을 모조품과 구별할 수 있습니다.

현실과 상상력의 경계가 사라지고 있습니다. 몇 년 전만 해도 공상 과학 영화의 소재였던 새로운 기술들이 현실화되기 시작했습니다. 초현대적인 기술  현미경 관찰의 기술적 가능성은 여전히 무궁무진하며 대부분이 아직 사용되지 않은 채로 남아 있습니다. 지구 전체에 걸친 원격 현미경 관찰, 광속의 디지털 통신, 고해상도의 3D 이미지, 뛰어난 실시간 명암대비 등 너무나 다양합니다.

 

칼자이스 현미경은 반 고흐의 원작을 모조품과 구별할 수 있습니다.

 

빈센트 반 고흐의 그림은 여러 화랑과 경매장에서 화가 생전에는 상상조차 못했던 엄청난 가격에 판매되고 있습니다. 고흐는 앤트워프(Antwerp)와 파리에서 시간을 보낸 후 프로방스의 작은 마을인 아를(Arles)에서 16개월의 짧은 기간 동안 187개의 그림을 그렸습니다. 창작 활동이 왕성했던 이 시기는 프랑스 남부를 나타내는 특징적인 파란색과 노란색으로 구분되며, 이 시기에 그렸던 그림에 이러한 특징이 모두 나타나 있습니다. 그러나 어떤 사람들은 반 고흐의 시대라고 부르는 이 시기의 모든 그림을 그가 직접 그리지 않았을 수도 있다고 생각합니다.

 

이 사실 여부를 확인하기 위한 분석 프로젝트가 진행 중입니다. 칼자이스 직원들은 암스테르담 반 고흐 박물관(Van Gogh Museum Amsterdam) 및 쉘 정유사(Shell Oil Corporation)와 협력하여 이 그림들의 진위 여부를 확인하고 있습니다.

 

그림의 미세 구조, 안료 및 바탕 물감이 이 그림을 그린 사람이 실제로 누구였는지 보여줍니다. 분석가들은 칼자이스의 TEM (투과형 전자 현미경) 을 사용하여 느슨해진 물감 입자들의 아주 세세한 부분들을 분석하고 있습니다. 이 결과에 따라 반 고흐의 작품이라고 주장하는 그림이 순식간에 모조품으로 판명될 수 있습니다.

 

이 과정은 어떻게 진행되나요? 먼저 이온 광선이 작은 재료 조각을 단면 형태로 아주 미세하게 절단합니다. 준비된 표본을 TEM 아래에 놓고 특수 분석 과정을 통해 검사하고 표본 내 재료의 정확한 구성을 확인합니다.

 

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