光學(xué)顯微鏡一直是研究微觀領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)備。即使在掃描電子顯微鏡、散射電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的今天,光學(xué)顯微鏡仍然以其簡單快捷的操作為基礎(chǔ),不需要對樣品進(jìn)行過多的處理,具有豐富的顯像方法,支持圖像分析和處理,具有價格較低的特點(diǎn),在科研中占有穩(wěn)定的地位。
它們經(jīng)常出現(xiàn)在高中、大學(xué)和科學(xué)研究所。顯微鏡是微觀世界、生物分子和工業(yè)材料研究的必要基礎(chǔ)和重要儀器。
這種幾乎是科研人員必備的儀器,從誕生到現(xiàn)在,只有400多年。
大約500年前,發(fā)明了簡單的玻璃放大鏡。
這種簡單的放大鏡是每個人小時候都玩過的玻璃凸透鏡,聚集陽光,中間比邊緣厚。將放大鏡放在標(biāo)本和眼睛之間進(jìn)行調(diào)焦?!昂唵物@微鏡”圖像可以通過增加角度放大并在視網(wǎng)膜上形成。
1600年,通過AntonvonLeeuwenhoek(即高中生物課本上提到的安東·馮·列文虎克的努力使這種簡單的顯微鏡(或放大玻璃)的性能達(dá)到了最完美的狀態(tài)。這種簡單的顯微鏡可以用來觀察單細(xì)胞的動物和一些更大的細(xì)菌。標(biāo)本圖像由一個非常接近人眼的放大鏡顯示在標(biāo)本的同一側(cè),看起來大約10英尺遠(yuǎn)。這個圖像是一個虛擬的圖像,不能被膠片捕獲。
自1600年以來,借荷蘭Janssen兄弟和意大利伽利略的努力發(fā)明了復(fù)式顯微鏡。這種顯微鏡最簡單的方法是由兩個凸透鏡組成,一個是物鏡,靠近標(biāo)本,一個是目鏡,靠近用戶的眼睛。復(fù)式顯微鏡分兩步放大。物鏡將放大的圖像放入鏡筒中,然后放大物鏡投入的圖像,最后在我們的視網(wǎng)膜上顯示。
然而,早期的圖像技術(shù)還沒有開始,這促使顯微鏡下的微觀世界只能立即觀察到。如果你想展示你看到的微觀世界并與他人交流,你需要通過筆和紙以模仿的方式繪制觀察到的圖像。因此,繪畫已成為當(dāng)時微觀工作者的必備技能。如何更方便地顯示顯微鏡也成為顯微鏡在未來發(fā)展中必須處理的問題。
同時,由于單目顯微鏡只支持單眼對準(zhǔn)目鏡觀察,觀察者容易眼疲勞,這也成為顯微鏡發(fā)展面臨的第二個問題。
300年后,1879年,愛迪生發(fā)明了電燈。燈泡的出現(xiàn)大大提高了顯微鏡的照明,特別是光源的亮度可以靈活調(diào)整。新光源的發(fā)明刺激了顯微鏡的發(fā)展,幾年后,蔡司光學(xué)顯微鏡工程師之一,創(chuàng)造了柯勒照明——使用分光棱鏡上的光信號,用戶可以通過兩只眼睛觀察,大大減輕了眼睛的負(fù)擔(dān),提高了觀察的舒適性。同年,德國蔡司創(chuàng)建了雙眼顯微鏡,并逐漸取代了單眼顯微鏡的應(yīng)用。
顯微鏡在20世紀(jì)70年代得到了廣泛的應(yīng)用。到21世紀(jì)初,它已經(jīng)進(jìn)入了使用的高峰期。在光學(xué)成像效果取得重大突破后,人們將顯微鏡改進(jìn)的重點(diǎn)放在獲取顯微圖像的技術(shù)上。人們再次離顯微鏡的光路信號,生成三目觀察缸,然后將拍攝和收集設(shè)備安裝在三目觀察缸上,以獲得顯微圖像。從那時起,顯微圖像照片已經(jīng)成為每個人獲取原始信息的重要手段。與上述顯微圖像相比,這種獲取顯微圖像的方式更準(zhǔn)確、更高效、更先進(jìn)。
中國制造光學(xué)顯微鏡已有近70年的歷史。最早的制造時間是在抗日戰(zhàn)爭期間。嚴(yán)濟(jì)慈、錢臨照、林友寶等人在云南建立了一個小型光學(xué)車間,生產(chǎn)抗日后方教學(xué)的顯微鏡,由醫(yī)療和工程建設(shè)單位使用。解放后,國內(nèi)重慶光學(xué)廠技術(shù)實(shí)力雄厚,鑒于社會主義制度的優(yōu)勢,光學(xué)顯微鏡國有工廠之間沒有技術(shù)或制造的秘密,很快除了上海光學(xué)廠、南京江南光學(xué)廠、重慶光學(xué)儀器廠、廣州光學(xué)廠、桂林光學(xué)廠等許多優(yōu)越的光學(xué)廠外,也有一定的知名度。
上海光學(xué)儀器廠,素有“東方蔡司”它被稱為中國最著名的光學(xué)工廠,并與德國蔡司-歐波相同(ZEISS-OPTON),徠卡(LEICA)等國際知名光學(xué)公司合作生產(chǎn)各種精密光學(xué)設(shè)備,確立了中國光學(xué)工業(yè)的系列化。由于許多內(nèi)外原因,解體重組令人遺憾。到目前為止,光學(xué)顯微鏡仍被許多人使用和記住。
光學(xué)顯微鏡可分為生物顯微鏡和工業(yè)非活物顯微鏡。前者廣泛應(yīng)用于生物和藥學(xué)領(lǐng)域,主要包括正置生物顯微鏡和倒置生物顯微鏡。通過添加其他一些功能模塊,還可以升級為正置熒光顯微鏡和倒置熒光顯微鏡。
工業(yè)非活物顯微鏡分類較多,如正置金相顯微鏡、倒置金相顯微鏡、專業(yè)偏光顯微鏡、體視顯微鏡等。由于體視顯微鏡放大率低,但景深大,立體感強(qiáng),體視顯微鏡又稱低倍顯微鏡或宏觀顯微鏡。
金相顯微鏡
主要用于看不透明樣品,如金屬組織(銅、鑄鐵、合金等)、芯片半導(dǎo)體行業(yè)高倍檢驗(yàn)、光伏產(chǎn)品或其它不透明材料。
分為正置金相顯微鏡和倒置金相顯微鏡。一般來說,用于金屬組織金相分析的倒置金相顯微鏡通常用于區(qū)分不同的樣品;看芯片半導(dǎo)體(形狀相對整齊)。
偏光顯微鏡
特殊用途的顯微鏡通常用于觀察單折射性或雙折射性物體,如巖層礦石、聚合物材料、淀粉偏光、液晶偏光等。
專業(yè)偏光顯微鏡只是正置的。而且專業(yè)偏光顯微鏡的一個顯著特點(diǎn)就是操作臺是圓的,可以旋轉(zhuǎn)。
體視顯微鏡
由于倍率相對較低(視覺范圍較大),顯示非常三維,工作距離長(鏡下操作),常用于生物解剖、晶體選擇或宏觀低倍觀察、種子觀察、植物害蟲防治、商品表面加工觀察、電子工業(yè)等,用于觀察相對較大的物體。
大多數(shù)觀察到的樣品都有共同的特點(diǎn):樣品表面不均勻,倍率要求不高。
中央主物鏡光學(xué)系統(tǒng)和格林諾夫光學(xué)系統(tǒng)主要有兩種光學(xué)系統(tǒng)。
鏡光學(xué)系統(tǒng)是中央主體
優(yōu)點(diǎn):光路系統(tǒng)支持添加偏光模塊/盈光模塊(支持多種觀察方法)等其他模塊,分辨率高(約0.5μm,放大倍數(shù)可達(dá)300倍)。
缺陷:景深不高。
格林諾夫光學(xué)系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):景深大,觀察圖像立體感強(qiáng)。
缺陷:屬于中低檔商品,適合宏觀觀察。
還有一些更高端的顯微鏡,如超景深顯微鏡、超高分辨率顯微鏡、共聚焦顯微鏡等,或在保證放大倍數(shù)的基礎(chǔ)上有更大的景深,或支持更高的分辨率(理論分辨率極限高于光學(xué)顯微鏡200nm)等等。
放大倍數(shù)范圍的目鏡組/物鏡組;
轉(zhuǎn)化器孔數(shù)、物鏡轉(zhuǎn)換方式;
移動載物臺的方式;
物鏡工作環(huán)境(干洗物鏡OR油系物鏡或其他)
物鏡工作距離;
顯微鏡成像分辨率;
顯微鏡支持觀察方法,如明場、暗場、偏光、盈光、微分干預(yù)等;
顯微鏡的顯像質(zhì)量、目標(biāo)細(xì)節(jié)等;