图 1:1883 年左右由德国韦茨拉尔的恩斯特-莱茨制造的标准显微镜,具有当时的典型特征:马蹄形支架和带有纤维素漆面的发黑黄铜部件。当时,所有显微镜制造商的产品线中都至少有一个马蹄形支架。黄铜取代了早期显微镜的纸板、木材和象牙。最近,各种塑料也被广泛使用。
一位僧侣设计了第一台体视显微镜
1853 年,约翰-莱昂哈德-里德尔(John Leonhard Riddel),一位化学教授和新奥尔良的邮政局长,提出了一种带有单物镜和棱镜系统的双目显微镜(参见图 3)。图像是三维的,但令人困惑,因为浮雕看起来是相反的(假视)。
图 3:约翰-莱昂哈德-里德尔于 1853 年左右开发的双目显微镜[4]。
格林诺夫和回旋光学原理
当时的双目显微镜采用简单的透镜系统,设计与传统的复式显微镜相同。这些显微镜只能达到较低的放大倍率,而且工作距离较远。这种解剖显微镜当时主要用于生物学中的解剖目的,在当时并没有技术应用。
1890 年左右,美国生物学家和动物学家 Horatio S. Greenough(他是美国著名同名雕塑家的儿子,见图 4)提出了一种设计原理,至今仍被所有主要光学仪器制造商所采用。基于“格林诺夫原理”的体视显微镜(参见图 5)可以提供真正的高质量立体图像。
1957 年,美国光学公司推出了具有共享主物镜的现代体视显微镜设计,并将其命名为 Cycloptic(参见图 6)。其现代化的铝制外壳包含两个平行光束通道和主物镜,以及一个五级放大倍率转换器。这种体视显微镜基于望远镜或 CMO(共用主物镜)原理(见图 7),除格林诺夫型外,所有制造商都采用了这种体视显微镜,并将其用于模块化高性能仪器。两年后,另一家美国公司博士伦推出了其体视变焦格林诺夫设计,并进行了突破性的创新:无级放大倍率转换器(变焦)。
图 4:Horatio S. Greenough 的父亲是著名雕塑家 Horatio Greenough。大约在 1832 至 1841 年间,他根据美国国会的命令,为美国首任总统乔治-华盛顿创作了一座巨型雕像。这座新古典主义雕塑引发了一场关于将华盛顿描绘成美国宙斯是否合适的激烈争论[5]。
图 5:格林诺夫原理:两个完全相同的独立光学系统以10°至16°的角度固定在同一个支架上。光束路径上的两个图像校正棱镜(多孔棱镜)可确保图像直立且方向正确。
图 6:一台Cycloptic显微镜,第一台基于望远镜或共同主物镜 (CMO) 原理的现代体视显微镜。
图 7:望远镜或 CMO 原理:光学系统由两条平行光束路径和一个共用主物镜组成,因此被称为 CMO(共用主物镜)系统。这种类型的体视显微镜有一个可拆卸的观察管,并且在观察管透镜区域有通用的定制选项。
当今的体视显微镜
虽然基本的体视显微镜已经存在了很长时间,但最近它的作用更加重要。显微镜经常参与许多日常产品的制造或开发,尤其是涉及移动设备等高科技应用的产品。同样的道理也适用于手表,无论它们是豪华型还是经济型。体视显微镜还用于医疗技术产品,如人工心脏、除颤器或支架。
不过,体视显微镜的用途并不局限于制造业。此外,体视显微镜还经常用于其他应用领域,如法医领域,用于收集微观层面的证据,如用于给罪犯定罪的小颗粒材料或纺织纤维,以及用于生命科学和材料科学研究。
参考文献:
1.Robert Koch was a main pioneer in the fields of medical microbiology and bacteriology, discovered the bacteria anthrax bacillus, tuberculosis bacillus, and cholera bacillus, and was awarded the Nobel Prize for Medicine and Physiology in 1905.
2.Rudolf Virchow was a main pioneer in the fields of cytopathology (study of disease at the cellular level), comparative pathology (study of diseases common to humans and animals), anthropology (study of humanity), and ethnology (anthropology focusing on cultures). He proposed the third dictum of cell theory: "Omnis cellula e cellula” (All cells come from cells).
3.W.B. Carpenter, W.H. Dallinger, The Principles and Theory of Vision with the Compound Microscope, Ch. II in The Microscope and Its Revelations, 8th Ed. (P. Blakiston's Son & Co, Philadelphia, 1901) fig. 71, p. 96.
4.W.B. Carpenter, W.H. Dallinger, The History and Development of the Microscope, Ch. III in The Microscope and Its Revelations, 8th Ed. (P. Blakiston's Son & Co, Philadelphia, 1901) fig. 98, p. 131.
5.Frances Benjamin Johnston Photograph Collection, USA Library of Congress, Prints & Photographs Division, Reproduction number LC-DIG-ppmsc-04904.
徕卡的体式显微镜可以满足全方面的观测需求。
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