Wie viele Linsen hat ein zusammengesetztes Mikroskop?

Ein Blick in ein Mikroskop kann Sie in eine andere Welt entführen. Die Art und Weise, wie Mikroskope Objekte in kleinem Maßstab heranzoomen, ist ähnlich wie Brillen und Lupen Sie besser sehen können.

Insbesondere zusammengesetzte Mikroskope arbeiten mit einer Anordnung von Linsen zur Lichtbrechung, um Zellen und andere Proben zu vergrößern, um Sie in eine Welt im Mikroformat zu entführen. Ein Mikroskop wird als zusammengesetztes Mikroskop bezeichnet, wenn es aus mehr als einem Linsensatz besteht.

​Verbundmikroskope, auch Licht- oder Lichtmikroskope genannt, arbeiten, indem sie ein Bild durch zwei Linsensysteme viel größer erscheinen lassen. Der erste ist derOkular oder Okularlinse, die Sie bei der Verwendung des Mikroskops betrachten, das normalerweise zwischen dem Fünffachen und dem 30-fachen vergrößert. Das zweite ist dasObjektivlinsensystemdie mit Größen vom Vier- bis zum 100-fachen heranzoomt, und zusammengesetzte Mikroskope haben normalerweise drei, vier oder fünf davon.

Das Objektivlinsensystem verwendet eine kleine Brennweite, den Abstand zwischen der Linse und der zu untersuchenden Probe oder dem zu untersuchenden Objekt. Das reelle Bild der Probe wird durch das Objektiv projiziert, um aus dem auf das Objektiv einfallenden Licht ein Zwischenbild zu erzeugen, das auf das Objektiv projiziert wirdobjektiv konjugierte Bildebeneoder die primäre Bildebene.

Eine Änderung der Objektivlinsenvergrößerung ändert, wie dieses Bild in dieser Projektion skaliert wird. DasLänge des optischen Tubusbezieht sich auf den Abstand von der hinteren Brennebene des Objektivs zur primären Bildebene innerhalb des Mikroskopkörpers. Die primäre Bildebene befindet sich normalerweise entweder innerhalb des Mikroskopkörpers selbst oder innerhalb des Okulars.

Das reale Bild wird dann mit dem Mikroskop auf das Auge der Person projiziert. Die Okularlinse tut dies als einfache Lupe. Dieses System vom Objektiv bis zum Okular zeigt, wie die beiden Linsensysteme nacheinander funktionieren.

Das Verbundlinsensystem ermöglicht es Wissenschaftlern und anderen Forschern, Bilder mit einer viel höheren Vergrößerung zu erstellen und zu untersuchen, die sie sonst nur mit einem Mikroskop erreichen könnten. Wenn Sie versuchen würden, ein Mikroskop mit einer einzigen Linse zu verwenden, um diese Vergrößerungen zu erreichen, müssten Sie die Linse sehr nah an Ihrem Auge platzieren oder ein sehr weites Objektiv verwenden.

Das Sezieren von Mikroskopteilen und -funktionen kann Ihnen zeigen, wie sie alle bei der Untersuchung von Präparaten zusammenarbeiten. Sie können das Mikroskop grob in Kopf oder Körper, Basis und Arm mit dem Kopf oben, der Basis unten und dem Arm dazwischen einteilen.

Der Kopf hat ein Okular und einen Okulartubus, der das Okular in Position hält. Das Okular kann entweder monokular oder binokular sein, wobei letzteres einen Dioptrien-Einstellring verwenden kann, um das Bild konsistenter zu machen.

Der Arm des Mikroskops enthält die Objektive, die Sie für verschiedene Vergrößerungsstufen auswählen und platzieren können. Die meisten Mikroskope verwenden 4x-, 10x-, 40x- und 100x-Objektive, die als koaxiale Knöpfe fungieren und steuern, wie oft das Objektiv das Bild vergrößert. Dies bedeutet, dass sie auf der gleichen Achse wie der Drehknopf für die Feinfokussierung gebaut sind, wie das Wort "koaxial" andeuten würde. Das Objektiv in Mikroskopfunktion

Unten befindet sich die Basis, die den Objekttisch und die Lichtquelle trägt, die durch eine Öffnung projiziert und das Bild durch den Rest des Mikroskops projizieren lässt. Höhere Vergrößerungen verwenden normalerweise mechanische Tische, mit denen Sie zwei verschiedene Knöpfe verwenden können, um sich sowohl nach links als auch nach rechts und vorwärts und rückwärts zu bewegen.

Mit dem Zahnstangenanschlag können Sie den Abstand zwischen Objektiv und Objektträger für einen noch genaueren Blick auf die Probe kontrollieren.

Es ist wichtig, das von der Basis ausgehende Licht einzustellen. Kondensoren empfangen das einfallende Licht und fokussieren es auf die Probe. Mit der Blende können Sie wählen, wie viel Licht das Präparat erreicht. Die Linsen in einem zusammengesetzten Mikroskop verwenden dieses Licht, um das Bild für den Benutzer zu erstellen. Einige Mikroskope verwenden Spiegel anstelle einer Lichtquelle, um Licht auf die Probe zurückzureflektieren.

Seit Jahrhunderten untersuchen Menschen, wie Glas Licht biegt. Der antike römische Mathematiker Claudius Ptolemäus verwendete die Mathematik, um den genauen Brechungswinkel zu erklären, wie sich das Bild eines Stabes bricht, wenn er in Wasser gelegt wird. Er würde dies verwenden, um dieBrechungskonstante oder Brechungsindex für Wasser​.

Sie können den Brechungsindex verwenden, um zu bestimmen, wie stark sich die Lichtgeschwindigkeit ändert, wenn sie in ein anderes Medium gelangt. Verwenden Sie für ein bestimmtes Medium die Gleichung für den Brechungsindex

für Brechungsindexnein, Lichtgeschwindigkeit im Vakuumc(3,8 x 10⁸ m/s) und Lichtgeschwindigkeit im Mediumv​.

Die Gleichungen zeigen, wie sich Licht verlangsamt, wenn es in Medien wie Glas, Wasser, Eis oder jedes andere Medium eintritt, sei es fest, flüssig oder gasförmig. Die Arbeit von Ptolemäus würde sich als wesentlich für die Mikroskopie sowie die Optik und andere Bereiche der Physik erweisen.

Sie können auch das Snell-Gesetz verwenden, um den Winkel zu messen, unter dem ein Lichtstrahl gebrochen wird, wenn er in ein Medium eintritt, ähnlich wie Ptolemäus abgeleitet hat. Das Gesetz von Snell lautet:

zumθ₁als Winkel zwischen der Linie des Lichtstrahls und der Kante des Mediums vor dem Lichteintritt in das Medium undθ₂als Winkel nach dem Lichteintritt.nein₁undnein₂sind die Brechungsindizes für das Medium Licht vorher in und das Medium Licht eintritt.

Als weitere Forschungen betrieben wurden, begannen Gelehrte um das erste Jahrhundert n. Chr., die Eigenschaften von Glas zu nutzen. Zu dieser Zeit hatten die Römer das Glas erfunden und begannen, es auf seine Verwendung zur Vergrößerung dessen zu testen, was durch es hindurch gesehen werden kann.

Sie begannen mit verschiedenen Brillenformen und -größen zu experimentieren, um den besten Weg zu finden Vergrößern Sie etwas, indem Sie durch es hindurchschauen, einschließlich der Art und Weise, wie es die Sonnenstrahlen auf Lichtobjekte richten könnte Feuer. Sie nannten diese Linsen "Lupen" oder "Brenngläser".

Gegen Ende des 13. Jahrhunderts begannen die Menschen mit der Herstellung von Brillen mit Linsen. 1590 führten zwei Niederländer, Zaccharias Janssen und sein Vater Hans, Experimente mit den Linsen durch. Sie entdeckten, dass das Übereinanderlegen der Linsen in einem Tubus ein Bild um enlarge vergrößern kann viel größere Vergrößerung, als eine einzelne Linse erreichen könnte, und Zaccharias erfand bald die Mikroskop. Diese Ähnlichkeit mit dem Objektivlinsensystem von Mikroskopen zeigt, wie weit die Idee zurückreicht, Linsen als System zu verwenden.

Das Janssen-Mikroskop verwendete ein etwa zweieinhalb Fuß langes Messingstativ. Janssen fertigte das primäre Messingrohr an, das das Mikroskop mit einem Radius von etwa einem oder einem halben Zoll verwendete. Das Messingrohr hatte sowohl an der Basis als auch an jedem Ende Scheiben.

Andere Mikroskopdesigns wurden von Wissenschaftlern und Ingenieuren entwickelt. Einige von ihnen verwendeten ein System aus einem großen Rohr, in dem zwei andere Rohre untergebracht waren, die in sie geschoben wurden. Diese handgefertigten Röhren würden Objekte vergrößern und als Grundlage für das Design moderner Mikroskope dienen.

Für Wissenschaftler waren diese Mikroskope jedoch noch nicht brauchbar. Sie vergrößerten die Bilder etwa neunmal, während die von ihnen erstellten Bilder schwer zu sehen waren. Jahre später, im Jahr 1609, untersuchte der Astronom Galileo Galilei die Physik des Lichts und wie es mit Materie auf eine Weise wechselwirkt, die sich für Mikroskope und Teleskope als vorteilhaft erweisen würde. Er fügte auch ein Gerät hinzu, um das Bild auf seinem eigenen Mikroskop zu fokussieren.

Der niederländische Wissenschaftler Antonie Philips van Leeuwenhoek benutzte 1676 ein Einlinsenmikroskop, als er noch klein war Glaskugeln, um als erster Mensch Bakterien direkt zu beobachten und als "Vater von" bekannt zu werden Mikrobiologie."

Als er durch die Linse der Kugel einen Wassertropfen betrachtete, sah er die Bakterien im Wasser herumtreiben. Er machte Entdeckungen in der Pflanzenanatomie, entdeckte Blutzellen und baute Hunderte von Mikroskopen mit neuen Vergrößerungsmethoden. Ein solches Mikroskop konnte eine 275-fache Vergrößerung unter Verwendung einer einzelnen Linse mit einem doppelkonvexen Lupensystem verwenden.

Die kommenden Jahrhunderte brachten weitere Verbesserungen der Mikroskoptechnik. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden die Mikroskopdesigns verfeinert, um Effizienz und Effektivität zu optimieren, z. B. die Mikroskope selbst stabiler und kleiner zu machen. Unterschiedliche Linsensysteme und die Stärke der Linsen selbst befassten sich mit der Unschärfe oder dem Mangel an Klarheit in Bildern, die Mikroskope erzeugten.

Die Fortschritte in der Optik der Wissenschaft brachten ein besseres Verständnis dafür, wie Bilder auf verschiedene Ebenen reflektiert werden, die Linsen erzeugen können. Auf diese Weise können die Entwickler von Mikroskopen während dieser Fortschritte präzisere Bilder erstellen.

In den 1890er Jahren veröffentlichte der damalige deutsche Doktorand August Köhler seine Arbeit über die Köhlersche Beleuchtung, die Licht auf Reduzieren Sie optische Blendung, fokussieren Sie das Licht auf das Objekt des Mikroskops und verwenden Sie präzisere Methoden zur Steuerung des Lichts in Allgemeines. Diese Technologien beruhten auf dem Brechungsindex, der Größe des Aperturkontrasts zwischen den Proben und das Licht des Mikroskops neben mehr Kontrolle über die Komponenten wie Blende und Okular.

Die heutigen Linsen variieren von Linsen, die sich auf bestimmte Farben konzentrieren, bis hin zu Linsen, die für bestimmte Brechungsindizes gelten. Objektive Linsensysteme verwenden diese Linsen, um chromatische Aberration zu korrigieren, Farbunterschiede, wenn sich verschiedene Lichtfarben in ihrem Brechungswinkel geringfügig unterscheiden. Dies geschieht aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen verschiedener Lichtfarben. Sie können herausfinden, welches Objektiv für das, was Sie studieren möchten, geeignet ist.

Achromatische Linsen werden verwendet, um Brechungsindizes von zwei verschiedenen Lichtwellenlängen gleich zu machen. Sie sind im Allgemeinen zu einem erschwinglichen Preis erhältlich und werden daher häufig verwendet.Halbapochromatische Linsen, oder Fluoritlinsen, ändern die Brechungsindizes von drei Wellenlängen des Lichts, um sie gleich zu machen. Diese werden bei der Untersuchung der Fluoreszenz verwendet.

​Apochromatische Linsen, verwenden Sie hingegen eine große Blende zum Durchlassen von Licht und erzielen Sie eine höhere Auflösung. Sie werden für detaillierte Beobachtungen verwendet, sind aber normalerweise teurer. Planobjektive behandeln den Effekt der Bildfeldkrümmungsaberration, den Fokusverlust, wenn ein gebogenes Objektiv den schärfsten Fokus eines Bildes abseits der Ebene erzeugt, auf die das Bild projiziert werden soll.

Immersionslinsen erhöhen die Öffnungsgröße durch eine Flüssigkeit, die den Raum zwischen Objektivlinse und Probe ausfüllt, wodurch auch die Auflösung des Bildes erhöht wird.

Mit Fortschritten in der Technologie von Linsen und Mikroskopen bestimmen Wissenschaftler und andere Forscher die genauen Ursachen von Krankheiten und spezifische Zellfunktionen, die biologische Prozesse steuern. Die Mikrobiologie zeigte eine ganze Welt von Organismen jenseits des bloßen Auges, die zu mehr Theorien und Tests darüber führen würde, was es bedeutet, ein Organismus zu sein und wie die Natur des Lebens ist.