显微镜的发展综述

显微镜的发展综述摘要:本文综述显微镜的历史发展过程。

通过列出每个时期显微镜的形态、功能与应用领域，可总结出显微镜的工作原理和了解社会发展的不同时期的需要。

从而可推测出未来的社会需要和显微镜的发展方向。

关键词：显微镜、发展综述、显微镜的发展、单式显微镜、复式显微镜The development of microscopeAbstract This paper reviewed the development history of the microscope process. By listing every period microscope, the shape of the function and application field, We can be concluded the working principle of the microscope and understand the social development in different periods of need .We thus can guess the future of the social needs and the development direction of the microscope.Keywords Microscope, the review of development, the development of microscope,Characteristic menu type microscope, Double entry microscope显微镜是一种借助物理方法产生物体放大影像的仪器。

最早发明于16 世纪晚期，至今已有四百多年的历史。

现在，它已经成为了一种极为重要的科学仪器，广泛地用于生物、化学、物理、冶金、酿造、医学等各种科研活动，对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献。

随着现代光电子技术和计算机的高速发展，显微测量技术在工业、国防、科技均得到了广泛应用［1］。

通过了解显微镜的发展历程，今后能更好地改良显微镜，使其更造福于我们的社会。

1 十六世纪的显微镜1.1 单式显微镜的出现:在3000多年以前，欧洲腓尼基人在地中海沿岸的贝鲁斯河边第一次制成了人造玻璃. 大约在4世纪,罗马人开始把玻璃应用在门窗上. 到1291年, 意大利的玻璃制造技术已经非常发达.而玻璃是制造显微镜的基本材料. 早在公元前,我国人民就发展出了透镜制造技术.当时的材料是水晶. 13世纪,著名的马可.波罗将中国的眼镜传入欧洲.欧洲人学会了磨制眼镜的技术. 眼镜制造业兴盛起来. 人们很快发现,凸透镜可以产生物体的放大影象. 于是,一些人开始使用凸透镜来观察细小的物体,凸透镜在科学研究中开始发挥它巨大的作用.凸透镜因其具有放大功能而被叫做放大镜,多透镜的复式显微镜发明后又称单式显微镜,意思是只有一个透镜的显微镜［2、3］。

1.2第一个复式显微镜:1595年,荷兰的著名磨镜师詹森(Janssen)发明了第一个简陋的复式显微镜。

这个显微镜是由三个镜筒连接而成.其中中间的镜筒较粗,是手握的地方.另外两个镜筒分别插入它的两端,可以自由伸缩,从而达到聚焦的目的.镜头两个,都是凸透镜,分别固定在镜筒的两端.物镜是一个只有一个凸面的单凸透镜.目镜是一个有两个凸面的双凸透镜. 当这个显微镜的两个活动镜筒完全收拢时,它的放大倍数是3倍;当两个活动镜筒完全伸出时,它的放大倍数是10倍［2］。

复式显微镜的发明,是科学史上的里程碑,人类从此开始认识微观世界.不过,由于技术条件不成熟,16世纪的显微镜放大倍数都不高,因此在16世纪人类在探索微观世界方面并没有什么激动人心的发现。

2 十七世纪的显微镜2.1 十七世纪单显微镜的发展十七世纪的单显微镜与其说是科学仪器,不如说是艺术品.似乎那时的显微镜制造者所追求的并不是高的性能,而是视觉上的享受. 这个单式显微镜的镜头镶在一个圆盘形金属眼罩的中部.两个金属手柄一长一短,长的那个手柄是手握的地方.在其末端还设置了几个突起,方便使用者握住.在这两个手柄的中间,夹着一个有六个圆孔可以转动的圆盘,那是它的载物台。

2.2 滑杆显微镜在十七世纪中叶,出现了一种滑杆显微镜.它们的基本结构大致相同:灯塔形的镜身,顶端是一个凸透镜.在镜身中部穿过一根长长的可以水平滑动的横杆.在横杆前端固定着一根顶端削尖,与横杆垂直的长"针"----奇特的载物台. 使用时,先将针尖刺入标本,使标本固定在针尖上.然后前后移动滑杆,调节标本与透镜的距离而使成像最清晰后,即可进行观察[4]。

2.3 单式显微镜的顶峰----列文虎克的显微镜一个典型列文虎克显微镜是由两个螺钉,几个铆钉,一个镜头,一个宽大的镜身,一个针形载物台。

镜身的结构较为精巧:首先在两块同样形状的黄铜薄板上对称地凿两个孔,然后把镜头放在其中一个孔上,再把另一块黄铜板放在上面,对齐这两块黄铜板,使这两个孔刚好把中间的透镜镶住.最后用铆钉固定住铜板即可[5]。

列文虎克的显微镜的透镜制作十分精巧, 它们的厚度仅为一毫米,曲率半径为0.75毫米.它们有很高的放大率和分辨率.在Utrecht博物馆收藏的一个列文虎克显微镜其放大率为275倍,分辨率接近1微米.这在当时是世界一流的,而它们全出自一个业余制造者之手,这真是个奇迹。

2.4 十七世纪复式显微镜的初步发展①伽利略的显微镜(制造于17世纪晚期)继承了詹森显微镜的特点:同样是两个可以伸缩的套筒,通过改变套筒的长度来调焦.但伽利略作了一点改进:在套筒外壁上刻上了很多螺纹,通过旋转套筒即可使套筒上下伸缩,完成调焦.这样显微镜使用起来就较为平稳.这个显微镜制作十分精美:黄铜制作的镜身,四个支架被精心雕刻成弯曲状,这充分表现了当时人们的审美观[6]。

②胡克的显微镜光源系统:光源系统的设计在当时是一个创造.它由一个木制支架,一个油灯,一个盛水的大玻璃球,一个小的光阑组成.光由油灯产生,通过玻璃球会聚,由光阑调节光通量[6]。

显微系统:显微系统的设计在当时也是较为复杂,先进的.它由载物台,物镜,调焦螺旋,镜筒,目镜组成[1、5]。

这个显微镜最初完工的时候,存在着很大的球面像差和色差,这使得成像的质量很糟.胡克为此而在光源系统上安装了那个光阑.很不幸,改造后的显微镜成的像十分暗淡,还有光的衍射现象,成像的质量还是很差.但是,就是用这个显微镜,人类第一次看见了典型的细胞。

3 十八世纪的显微镜3.1 十八世纪中使用最广泛的显微镜:卡夫(Cuff)显微镜英国显微镜设计师John Cuff 在17世纪中叶设计了一种新型的显微镜，称为Cuff 显微镜. Cuff 显微镜的聚光方法有两种:在显微镜黄铜载物台下方有一个凹面镜.它的作用是为显微镜观察透明样品时提供透射光线.当遇到不透明的样品时,就使用载物台上方的聚光镜把光线聚焦在样品表面以达到足够的亮度,完成观察.光学性能:尽管Cuff 显微镜的功能在当时是最多的,但它的光学性能还是很糟糕.它的放大倍数不大:最低放大倍数为45倍,最高为100倍.它有很严重的色差和球面像差.它的分辨率极低,只有10微米.尽管如此,Cuff 显微镜仍是当时最好的复式显微镜[7]。

3.2 英王George III 的银显微镜1761年英国人George Adams 为英王George III 制造了一台精美的银显微镜.由于他在这个金属显微镜的表面镀上了大量的银,所以这个显微镜的造价实在高得惊人,也只有英国王室才能负担得起,他们用它来向外国使臣炫耀英国的富有.该显微镜既可以当作单显微镜来使用,也可以当成复式显微镜来使用(复式显微镜的镜身在显微镜顶端的那两个人像后面,其物镜有八个,都镶在顶部人像脚下的那个圆盘上,通过旋转该圆盘可以选择合适的物镜).可以说,它的功能在当时还是较多的[8]。

3.3 植物标本解剖镜这个显微镜大约制造于1750年,是解剖镜的先驱.它的特点是用一个很大的平面镜采光.它的放大倍数不大,但有很多功能.它既可以当作解剖镜使用,又可以观察小昆虫及小型水生生物如水蚤,水螅等[10].4 十九世纪的显微镜4.1 Ladd 的学生显微镜这个显微镜由英国人William Ladd 在1864年制造.它采用了当时最先进的齿轮调焦装置,这一装置在今天仍然被大多数光学显微镜所使用. 这个显微镜的镜臂上多出了一个在前几个世纪的显微镜上都看不到的东西----聚光镜.聚光镜的出现对显微科学的发展起到了重要的作用.因为聚光镜是后来的一些新型显微镜的重要结构之一.4.2 历史上最精美的显微镜----Wenham 的显微镜它由英国伦敦人Francis Wenham 在1882年制造.它有着当时最为精巧先进的齿轮传动系统和齿轮调焦系统,聚光系统还有成像系统.它的物镜和目镜的质量在当时都是最高的.这个显微镜的最突出的特点是它的齿轮传动装置.这个显微镜的镜座,镜臂,载物台都可以旋转.其中,镜座和载物台的旋转幅度较大,为360度.旋转镜座可以改变显微镜的朝向,旋转镜臂可以调节显微镜的倾斜度,旋转载物台可以使样品发生转动。

总之,它是十九世纪中性能最好的显微镜,也是历史上最精美的显微镜[9]。

5 二十世纪的显微镜5.1 James Swift 与Son 的双目解剖显微镜在二十世纪初出现了双目显微镜.这种显微镜比起传统的单目显微镜来明显的好处就是观察者可以有更广阔的视野而且也更加附和人的视觉习惯,使眼部疲劳减轻.在这种显微镜的镜身内装有一个精巧的玻璃棱镜,它使从物镜来的光束分为两道并且改变方向(使光束与地面成一定的角度,而不是原来的与地面垂直的方向.),分别进入人的两只眼睛.这种结构被后来的高级显微镜广为采用[10]。

5.2功能强大的电子显微镜1933年,德国人鲁斯卡(Ruska)设计制造了第一台电子显微镜.其性能远远超过了光学显微镜.后来经过人们的努力,电子显微镜的分辨率由最初的500纳米(百万分之五米)提高到现在的1埃(十亿分之一米);放大率已达到几十万倍以上.从50年代开始,研究者们应用电子显微镜相继取得了很多重要成就.可以说,电子显微镜的出现大大推动了人类的科学研究[11]。

6结论总观显微科学四百多年的历史,我们可以看到,任何一个学科的发展都离不开其它学科的支持。

各种学科的互相穿插,交融在今天的科学研究中已显得越来越重要。

这是社会发展的必然结果,是不可阻挡的潮流。

通过了解显微镜的发展历程，今后能更好地改良显微镜，使其更造福于我们的社会。

参考文献：［1］章晓中.《电子显微分析》.清华大学出版社，2006.12［2］张景强.《生物电子显微技术》.中山大学出版社，1987.12［3］Lamaze M.Microscopic analysis of the influence of multiple thermal cycles on simulated has toughness in p91 steel. ARCHIVES OF METALLURGY AND MATERIALS, 2008(53):1025-1034.［4］Hayashida, Misa .Measurement of precision for developing automatic transmission electron microscope. SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, 2008［5］Wang TT. A study on the dissymmetrical microporous layer structure of a direct methanol fuel cell. ELECTROCHIMICA ACTA , 2008(54): 781-785.［6］苏显渝.《信息光学》.科学出版社，2005.［7］Kawasaki, Tadahiro.Aberration analysis of Cs -corrector system with twin hexapoles and transfer lens doublet in scanning transmission electron microscope by simple ray tracing based on geometrical optics. SURFACE AND INTERFACEANALYSIS, 2008(40): 1732-1735.(40) 1777-1780.［8］Ueda, Kouta .First observation of dynamic shape changes of a gold nanoparticle catalyst under reaction gas environment by transmission electron microscopy. SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS ,2008(40):1725-1727.［9］宋菲君.《近代光学信息处理》.北京大学出版社，1998.［10］杨勇骥.《实用生物医学电子显微镜技术》.上海第二军医大学出版社，2003. ［11］陈力.《生物电子显微术教程》.北京师范大学出版社，1998.6（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。