介绍
纵观历史,光学或光学显微镜的物镜并不总是对研究和生产优美,准确的图像。 许多世纪以来,显微镜的建设和托底光学系统*是外部美容工艺的问题,具有光学元件严重滞后于镜体和框架的制造进步背后的设计。 更大的麻烦和精力投资于这些早期乐器的外观,同时其性能镜头磨床的经验依赖,并获得了(好或坏)的结果往往是纯粹的巧合。 在许多情况下,显微镜都只是为了增加主人的威信玩具或展示作品。 这些工具提供的图像的外观和质量之间的两分法,按照今天的标准,醒目(见图1)。 然而,显微镜成了富人的消遣钟爱在18世纪,很多个夜晚都花在遵守当地的标本,这往往涉及整个家庭的事情。 例如,普法尔茨伊丽莎白夏洛特,谁成为著名的妹妹在法律路易十四,拥有一个宝贵的显微镜和经常使用它。 她料定这个文书将在未来的医疗应用具有不可估量的价值。 她的远见是当时几乎是有远见的。
而在放大镜被用来计算在布线程数商店工作,荷兰的列文虎克,通常被称为显微镜的父亲,自学该放大为研磨和抛光小,弯曲的透镜新方法多达270个直径。 他继续构建让位给了几个指出生物学发现显微镜。 列文虎克是个观察和描述细菌,毛细血管血细胞的循环,活精子细胞(在一个老人谁从来没有清洗他的牙齿的嘴观看很少活微型动物)后,其他主机之间的(在时间)标本。 在英国,胡克再次证实了一滴水微小生物体的列文虎克的发现。 他复制的列文虎克的光学显微镜,并着手在它的设计,提高。
胡克也化石和地质一个狂热的学生。 作为个人用显微镜检查化石,他观察到的贝壳化石和木化石的结构之间的密切的相似之处,以及木材的生活和生活软体动物贝壳。 他的考试证明,枯木可以通过水的作用是丰富的溶解的矿物质变成石头。 由于水渗入木材,饱和溶液缓慢地将整个木材存放矿物质。 在他的书中写字过小 ,出版于1665年,胡克的结论是,壳状化石他实际上代表的学习不再地球上存在的生物。 达尔文之前的两个半世纪,胡克意识到化石记录证明有改造这个星球上的生命形式之一,该品种同时具有物化,消失在整个地球上生命的历史。 他的启示会不断地挑战自然的科学领域。
另一个突破,在18世纪,是由切斯特穆尔霍尔(chester moor hall)消色差透镜系统的发明。 1733年左右,他设法建立消色差物镜,包括一个凸冠玻璃和凹火石玻璃的组合。 霍尔试图通过具有一种类型由一个公司制造的玻璃和其他由另一家公司此保守秘密。 瞒着他,这两家公司使用的实现,当然,相同的镜头店,终的客户是同一个人。 花了25年,直到约翰dollond拿起的想法,并得到了“通过组合不同的折射特质的媒介使得折射望远镜的对象眼镜的新方法”。
19世纪期间,严格自然科学经历了活动的巨大上升。 在19世纪20年代和19世纪30年代,光的科学和光学成像的原理被放置在一个良好的基础。 一个在该领域成功的研究者是约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫(1787-1826)。 天文学是弗劳恩霍夫活动的主要领域,他注意的成就是太阳光谱作为折射率测量基准点的暗线的个描述。但重要的是显微镜的历史,弗劳恩霍夫还通过科学,严谨的制造方法精制而成的消色差透镜,形成了现在被称为消色差透镜系统 ,部署的光学透镜系统具有色差校正,并为知识的基本发展关于光的衍射。 早期的显微镜是由光学像差,模糊的影像,和镜头设计较差,阻碍了高分辨率的观测,直到19世纪后期的阻碍。 像差部分由19世纪中期引进的李斯特和阿米奇消色差物镜的减少色差和提高数值孔径为干物镜0.65左右,多1.25均匀浸泡物镜修正。 这将需要一个老师傅,进一步提高镜头的设计。
卡尔蔡司基本发展历史
在无数的技术进步,这一时期(1800年),一个叫卡尔·蔡司(图2)的机械师开始了自己的事业在耶拿,图林根州的德国大学城,以提供高品质的仪器研究人员的物镜。 1846年之间的1866年和均匀的高质量的显微镜建于蔡司按照车间工艺非常严格的规定。 在开始的时候,这些都是中使用的如夹层显微镜,但在1857年的蔡司车间中产生的个真正的复式显微镜(装备有目镜和物镜)非常简单的仪器。 新的仪器被称为stativ 1,它由一个工匠提供的光学技术相结合的细化实用的功能。
经过近20年来,蔡司公司被雇用了大约20个合格的工作人员和参加了什么已经成为一个繁荣的商业感到自豪。 他知道他的工具是好的,但他拒绝接受当时用于生产光学元件中使用的试错法。 蔡司还知道其他显微镜制造商终会绕过他的成就,如果他没有继续生产的创新竞争。 与创建可重复的产品的物镜,蔡司承认他的制造过程必须基于精确的规则和严格的准则,或作为他曾经说过:
“工作手应比精确地实现的形状和所有通过计算预先确定的设计部件的尺寸没有其他功能”。
对于在这方面的帮助,蔡司形成了以阿贝博士(图2),一个辉煌的物理学家和数学家的伙伴。 阿贝被任命为蔡司光学工程在1866年后期的研究总监在接下来的六年中,团队合作深入奠定*的光学系统设计和制造的科学基础。 在1869年,他们引入了旨在改善显微镜照明的性能的新的照明装置。 三年后,在1872年,阿贝提出了他的显微成像的波动理论和定义什么将成为被称为阿贝正弦条件 。 几年后,蔡司在生产线的17个不同的物镜,其中包括三名浸泡系统,全部配备图像质量水平未知的,直到然后。 显微镜良好的理论基础上,建设有可能在后,现在仍然是今天。 原来的公式为显微镜的可能的解决方案的计算:
分辨率x,y = λ / 2[η • sin(α)](1)
仍然利用一个多世纪以后多。 蔡司企业继续在19世纪后期挺进。 阿贝成为一个平等的伙伴,和前瞻性的思维智能成为年轻的公司固有资金。 在他的晚年,阿贝成为一种社会改良主义齐名。 然而,一些问题依然存在的蔡司光学工程,因为在此期间生产的光学玻璃的质量不足以提供由阿贝正弦条件决定的理论分辨率。 在显微镜透镜结构所用的玻璃是不是均匀,它趋于冷却,这导致了变化的折射率在整个玻璃期间经历相分离,因此,通过这些透镜的光波被不可预知折射。 总之,的决议是高不可攀的质量差的玻璃。
阿贝次见到奥托·肖特(otto schott),玻璃化学家,1881年在接下来的几年中,阿贝和肖特(图3)开发了几个新的玻璃配方和做出调整,混合和退火工艺,消除内部的缺陷和生产光学级玻璃具有均匀的折射率。 1884年,肖特,阿贝,蔡司形成了新的公司被称为“耶拿glaswerk肖特und genossen”。 玻璃配方和制备技术不断取得实验非常成功的结果,而在1886年,他们推出了一种新型的物镜,复消色差透镜的。 而此时,正在产生令人难以置信的44不同类型的光学玻璃。 的复消色差透镜物镜的创建(带和不带浸泡媒体)消除色差,从而大大有助于查明传染性细菌细菌学家,并带来了显微镜的分辨能力,以我们今天所知道的极限。 在物镜方面取得的进展导致的看法比以前任何取得更大的字段。 在时间的过程中,它也成为明显的是,更多的关注将不得不支付给照明。
奥古斯特·科勒教授(august köhler,1866年至1948年;图3),成为了卡尔蔡司耶拿人员的早期成员之一,并在1893年,他出版了指导方针的一项创新计划,照亮显微镜标本。 克勒巧妙设计,使得有可能使用的阿贝物镜的整个分辨力的显微镜的照明系统。 科勒照明系统提供了照明均匀的图像。 通过将场光阑到显微镜的照明光束的路径,杂散光被小化和一个简单的程序保证了聚光镜分辨率的适当定位和所需的对比度(这是特别有利的,在聚光镜中的孔径光阑允许图象的对比度和的分辨能力,以针对彼此而不会在图像亮度的一致性的任何损失)来平衡。克勒的创新是重要的显微镜照片在其发展的时间,并从此成为了几乎所有形式的光学显微镜的高度显著方法。知识和科勒的规则的遵守和(通过个人电脑和电动功能或手动是否自动)显微镜的相关设置都仍然是*的今天。
早在二十世纪,显微镜制造商开始齐焦化物镜,使图像保持在对焦时,显微镜的物镜转换器旋转的交换物镜。 1924年,蔡司推出了具有无限远校正光学系统一lechaier式金相,但矫正这种方法不会看到再过60年广泛应用。 二战前夕,蔡司创建基于弗里茨·泽尔尼克(荷兰语:frits zernike)*的光学原理样机的几个相衬显微镜。 几年后,同样的显微镜进行了修改,以生产具有相衬光学拍下细胞分裂的个延时摄影奖。 这种对比增强技术并没有成为举世*的,直到20世纪50年代仍是的今天方法为许多细胞生物学家之一。
物理学家乔治诺马斯基介绍了沃拉斯顿棱镜设计改进为在1955年另一个强大的反差产生显微镜理论上这种技术通常被称为诺马斯基干扰或微分干涉对比 (dic)显微镜,相衬一起,允许科学家探索多在生物学新赛场使用活细胞或组织不染。 罗伯特霍夫曼引入通过取相位梯度的优点邻近细胞膜增加生活材料相反的另一种方法。 这种技术被称为目前霍夫曼调制对比度,并且可作为选的显微镜。
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