一分鐘帶您了解顯微鏡的發(fā)展歷史
古老的發(fā)展歷程
從遠(yuǎn)古時(shí)代，人們就渴望看到更多肉眼看不到的事物。盡管沒有人知道是誰第一次使用透鏡來觀察事物，大多數(shù)認(rèn)為透鏡的使用肯定是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展起來以后才發(fā)生的。然而，令人驚訝的是，2000多年以前就有人曾經(jīng)用玻璃來折射光的角度。公元前2世紀(jì)，克勞迪思·托勒密發(fā)現(xiàn)一根木棍放在水里會(huì)變彎，并且非常精確地記判斷它的“彎曲”角度不會(huì)超過0.5度。然后，他又計(jì)算出了光在水中的折射常數(shù)。
公元1世紀(jì)，人們發(fā)明了玻璃，羅馬人透過它觀察事物和做各種測(cè)試。他們用各種形狀的透明玻璃來做實(shí)驗(yàn)，其中就有邊緣薄、中間厚的玻璃。他們發(fā)現(xiàn)，如果你把“鏡片”放在物體上，物體會(huì)看起來變大了。這些所謂的鏡片其實(shí)并不是現(xiàn)代意義上的鏡片，應(yīng)該叫放大鏡，或者凸透鏡。“透鏡”這個(gè)詞是從拉丁語詞匯“Lentil”演化過來的，因?yàn)樗鼈兊男螤罘浅ｎ愃朴诩t扁豆。與此同時(shí)，塞內(nèi)卡認(rèn)為是水珠的圓球狀特性造成了放大效果。“不清楚或微小的字在裝滿水的圓玻璃球下，可以被放大、變得清楚。”制造13世紀(jì)，鏡片才開始被廣泛使用，那時(shí)的眼鏡商通過磨玻璃的形式來制造鏡片。后來考古發(fā)現(xiàn)，大約在1600年，人們通過疊加鏡片的形式來制造光學(xué)設(shè)備。
第一臺(tái)顯微鏡
早期的”顯微鏡“只有一個(gè)功能：放大，倍率大概在6倍到10倍。當(dāng)時(shí)人們非常樂于拿它來觀察跳蚤和其他的小昆蟲，因此早期的放大鏡倍叫做“跳蚤鏡”。大概在1590年，兩個(gè)荷蘭眼鏡工匠Zaccharias Janssen和他的父親Hans開始嘗試用鏡片。他們把一些鏡片放到圓形管里，然后一項(xiàng)重要的發(fā)現(xiàn)就誕生了。靠近管子底部的物體得到了放大，而且要比任何單放大鏡片的放大倍率要高很多。很大程度上，他們的第一臺(tái)顯微鏡可被認(rèn)為是一種創(chuàng)新，尚不能作為科學(xué)儀器使用，因?yàn)榉糯蟊堵蕛H有9倍，而且圖像有些模糊。盡管沒有一臺(tái)Jansen制造的顯微鏡流傳于世，荷蘭用3個(gè)滑管制造出一臺(tái)設(shè)備，全部展開有10英寸長(zhǎng)，直徑為2英寸。這臺(tái)顯微鏡的放大倍率范圍為3到9倍。
世界上第一臺(tái)真正意義上的顯微鏡出現(xiàn)在17世紀(jì)晚期，發(fā)明者是荷蘭的布匹商人、顯微鏡的先驅(qū)人物，列文虎克。他自己磨制出了簡(jiǎn)易的顯微鏡，只有一個(gè)鏡片，可以用手拿著進(jìn)行觀察。通過創(chuàng)新型方式磨制精品，列文虎克比同時(shí)代的人取得了更大的成就。他把一個(gè)小玻璃球磨制成了鏡片，放大倍數(shù)竟然達(dá)到了720倍。要知道，當(dāng)時(shí)其他顯微鏡的放大倍數(shù)最高僅有50倍。他用這個(gè)鏡片做成了世界上第一臺(tái)實(shí)用顯微鏡。
列文虎克把一個(gè)凸鏡，用螺絲釘連接到一個(gè)金屬固定器上，于是他的顯微鏡就做成了。列文虎克帶著他的顯微鏡開始進(jìn)入科學(xué)界，因?yàn)樗吹搅藙e人在此之前從來都看不到的東西。在顯微鏡下，他看到了細(xì)菌、酵母、血液細(xì)胞和很多水中微小的浮游生物。人們從來沒有意識(shí)到顯微鏡的放大功能也許可以發(fā)現(xiàn)事物的結(jié)構(gòu)，也許所有生命都是很多非常細(xì)小的東西組成的。在此之前，從來沒有人會(huì)想到這一點(diǎn)。
復(fù)式顯微鏡
為了提高單鏡片顯微鏡的能力，必須要縮短焦距。然而，縮短焦距必須要縮短鏡片直徑，經(jīng)過一段時(shí)間之后，鏡片將變得很難看清。為了解決這個(gè)問題，17世紀(jì)左右，人們發(fā)明了復(fù)式顯微鏡。這種顯微鏡使用了不止一個(gè)鏡片，因此一個(gè)鏡片下的圖像可以接著被另一個(gè)鏡片放大。從根本上來說，今天“顯微鏡”這個(gè)詞在過去指的就是復(fù)式顯微鏡。復(fù)式顯微鏡里，緊貼著物體的鏡片叫做“物鏡”，緊貼著眼睛的就叫做“目鏡”。任何顯微鏡的功能都是為了增強(qiáng)分辨率。顯微鏡用來放大物體的形狀，因此我們可以用來觀察那些肉眼看不到的事物。正因如此，人們常常搞不清分辨率與放大倍率的區(qū)別。
“放大倍率”其實(shí)指的是圖像的尺寸。一般，放大倍率越大，分辨率就越高，但是特殊情況下則不然。鏡片設(shè)計(jì)有很多局限性，有時(shí)候會(huì)導(dǎo)致放大倍率增大了，分辨率卻沒有提高。在放大倍率和分辨率之間難以兼得的原因，在于人眼看待這兩種物體的能力有限。英國(guó)人羅伯特虎克用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了所有生命的基本組成部分：細(xì)胞，從而被認(rèn)為是顯微鏡歷史最重要的事件， 17世紀(jì)中期，虎克在研究軟木塞的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這使他想起了修道院里叫“cells”的小房間。虎克也被認(rèn)為是第一個(gè)使用三鏡片的人，到現(xiàn)在顯微鏡仍然有采用三鏡片設(shè)計(jì)。
后 續(xù) 發(fā) 展
在顯微鏡早期，由于玻璃的質(zhì)量較低，鏡片的形狀也有很多瑕疵，所以人們用顯微鏡看到的物體形狀比較歪曲。直到19世紀(jì)中期，顯微鏡技術(shù)得到跳躍性的提升，逐漸有了現(xiàn)代顯微鏡的特性。德國(guó)蔡司和一家查爾斯斯賓塞創(chuàng)辦的公司開始生產(chǎn)高質(zhì)量的光學(xué)設(shè)備。我們還應(yīng)該提到Ernst Abbe，是他開始了光學(xué)定律的理論研究；還有Otto Schott，對(duì)光學(xué)玻璃展開了深入研究。為了降低顯微鏡的重量，并提高其分辨率，有三個(gè)基本的問題要克服：
問題一：色差
光透過鏡片，光色會(huì)發(fā)生不規(guī)則的彎曲。這個(gè)難題被18世紀(jì)30年代的Chester Hall解決了。他發(fā)現(xiàn)，如果使用不同形狀和不同光線彎曲特性的第二鏡片，他可以重新對(duì)齊顏色，無需犧牲第一鏡片的放大倍率。
問題二：球面像差
光打在不同的鏡片部位上，會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則彎曲 Joseph Jackson Lister在1830年解決了這個(gè)問題。他發(fā)現(xiàn)，把鏡片按照精密的距離進(jìn)行排列，第一個(gè)鏡片的像差被消除了。低能力、低曲率的鏡片可以做成最小像差，使用這種類型的鏡片，然后放在一些列鏡片的第一位置，球面像差的問題迎刃而解。
使用高質(zhì)量鏡片進(jìn)行拍攝
使用廣角鏡頭拍攝
一個(gè)優(yōu)秀的鏡片(放在頂部)可以聚集所有的入射光線，指向光軸的某一點(diǎn)。一個(gè)有球面像差的實(shí)體鏡片(放在底部)吸收了球面像差：如果光線進(jìn)入鏡片的距離遠(yuǎn)于光軸，而不是靠近光軸，那么鏡片可以把光線聚集的更緊密， 因此無法生成一個(gè)優(yōu)秀的焦點(diǎn)。
問題三：
作為一臺(tái)顯微鏡，優(yōu)秀的形狀就是圓錐體，因此它能夠盡可能地聚集更多的光。恩斯特阿貝在1870年左右解決了這一難題。他使用水浸或油浸鏡片最大化地完成了光的聚集，改變了使用物鏡收集光的物理定律。阿貝能取得的最大分辨率在10倍左右，比100年前的列文虎克要好一些。0.2微米或200納米的分辨率已經(jīng)是光的波長(zhǎng)所能施加影響的物理學(xué)極限了。
近些年顯微鏡的發(fā)展速度也開始變慢， 大多數(shù)顯微鏡都遵循同樣的結(jié)構(gòu)定律，類型無怪乎三種：?jiǎn)文俊㈦p目和體視雙目顯微鏡。當(dāng)顯微鏡設(shè)計(jì)的技術(shù)難度達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，Vision Engineering 選擇了日常應(yīng)用的舒適友好程度作為突破點(diǎn)，開始了新的進(jìn)化。
Dynascope 無目鏡技術(shù)
Vision Engineering 的Dynascope™無目鏡顯微鏡技術(shù)消除了傳統(tǒng)顯微鏡對(duì)目鏡的需要使用傳統(tǒng)的目鏡顯微鏡，被觀察的圖像退出顯微鏡目鏡時(shí)是強(qiáng)烈、狹窄的光束(直徑約3毫米)，用戶必須將其眼睛精確對(duì)準(zhǔn)圖像。Dynascope™技術(shù)把這一直徑變成了100毫米。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是提高了操作人員的頭部活動(dòng)自由. 這意味著顯微鏡可以更加高效、簡(jiǎn)便地應(yīng)用在任何領(lǐng)域。
Dynascope 的工作原理
Dynascope 使用多透鏡轉(zhuǎn)盤，表面上有超過 350 萬個(gè)微透鏡(單個(gè)透鏡)按六邊形排列。微透鏡的直徑僅為幾微米(人類頭發(fā)平均直徑約為 75 微米，請(qǐng)以此作比較)，每一枚都用作離散的成像表面。
高速旋轉(zhuǎn)多透鏡轉(zhuǎn)盤，數(shù)百萬個(gè)單獨(dú)的光路就會(huì)合并成無像差、高清晰度、高對(duì)比度的圖像，從而產(chǎn)生虛擬“目鏡”的效果，相比使用傳統(tǒng)雙目顯微鏡時(shí)雙眼接收的狹窄強(qiáng)光束，這種目鏡的直徑要大 12 倍左右。
提高生產(chǎn)率
Dynascope 產(chǎn)生的大直徑雙光路使操作員無需將眼睛精確對(duì)準(zhǔn)目鏡。由于無需保持固定僵硬的姿勢(shì)(這種姿勢(shì)會(huì)使人很快感到不適)，因此不會(huì)出現(xiàn)頸部、背部和眼睛疲勞等常見問題。舒適感更強(qiáng)有助于提高注意力，減少頻繁休息的需要，從而幫助操作人員提高效率和生產(chǎn)率。
真正的人機(jī)工學(xué)設(shè)計(jì)
Dynascope 支持的人機(jī)工學(xué)功能屢獲殊榮，不僅可以消除不適感， 還可以提供出色的成像效果，獲得周邊視野，改善手眼協(xié)調(diào)性，利用到充足的環(huán)境光，以免使用者瞳孔持續(xù)收縮和擴(kuò)張。如果需要，操作人員還可以佩戴眼鏡或護(hù)目鏡。所有這些因素共同提高了工作效率，改善了生產(chǎn)率，減少了錯(cuò)誤并加快了生產(chǎn)速度。
Dynascope 的特別之處
如果您以前從未用過英國(guó)工業(yè)顯微鏡的無目鏡顯微鏡，您肯定會(huì)對(duì)它的特別之處感到驚訝不已。您不必?fù)芘跨R；只需往觀察器里面一看，就能非常詳細(xì)地看到高分辨率、高對(duì)比度的圖像。如果您真的想提高生產(chǎn)率和工作質(zhì)量，那您需要的就是一臺(tái)配備 Dynascope 技術(shù)的無目鏡體視顯微鏡。
結(jié)合光學(xué)技術(shù)與最新數(shù)碼科技，Vision Engineering將非凡的立體觀測(cè)產(chǎn)品技術(shù)呈現(xiàn)于大家面前，DRV 3D圖像傳輸鏡技術(shù)，光學(xué)觀測(cè)的未來所在。這項(xiàng)發(fā)明有著非凡的意義，它改變了進(jìn)行查看、拍攝、分享3D立體視覺圖像的方式。
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