顕微鏡を覗くと、別の世界に行くことができます。 顕微鏡が小さなスケールでオブジェクトを拡大する方法は、眼鏡や拡大鏡で見やすくする方法と似ています。
特に複合顕微鏡は、光を屈折させるためのレンズの配置を使用して機能し、細胞やその他の標本を拡大して、マイクロサイズの世界に連れて行ってくれます。 顕微鏡は、複数のレンズセットで構成されている場合、複合顕微鏡と呼ばれます。
複合顕微鏡は、光学顕微鏡または光学顕微鏡とも呼ばれ、2つのレンズシステムを通して画像をはるかに大きく見せることで機能します。 最初は接眼レンズ、または接眼レンズ、通常5倍から30倍の範囲で拡大する顕微鏡を使用するときに調べること。 2番目は対物レンズシステムこれは、4倍から100倍までの大きさを使用してズームインし、複合顕微鏡には通常、これらのうち3つ、4つ、または5つがあります。
複合顕微鏡のレンズ
対物レンズシステムは、レンズと検査対象の標本または物体との間の距離である小さな焦点距離を使用します。 標本の実像は、対物レンズを通して投影され、レンズに入射する光から中間画像を作成し、レンズに投影されます。客観的共役画像平面またはプライマリイメージプレーン。
対物レンズの倍率を変更すると、この投影でこの画像がどのように拡大されるかが変わります。 ザ・光管の長さ対物レンズの後側焦点面から顕微鏡本体内の一次像面までの距離を指します。 一次像面は通常、顕微鏡本体自体または接眼レンズ内にあります。
次に、顕微鏡を使用して実際の画像を人の目に投影します。 接眼レンズはこれを単純な拡大レンズとして行います。 対物レンズから眼球までのこのシステムは、2つのレンズシステムが次々にどのように機能するかを示しています。
複合レンズシステムにより、科学者や他の研究者は、他の方法では1つの顕微鏡でしか達成できないはるかに高い倍率で画像を作成および研究できます。 これらの倍率を達成するために単一レンズの顕微鏡を使用しようとすると、レンズを目の近くに配置するか、非常に広いレンズを使用する必要があります。
顕微鏡の部品と機能の解剖
顕微鏡の部品と機能を解剖することで、標本を研究するときにそれらがどのように連携するかを知ることができます。 顕微鏡のセクションを頭または体、ベースとアームに大まかに分割できます。ヘッドは上部、ベースは下部、アームはその間にあります。
ヘッドには、接眼レンズと接眼レンズを所定の位置に保持する接眼レンズチューブがあります。 接眼レンズは単眼または双眼のいずれかであり、後者は視度調整リングを使用して画像の一貫性を高めることができます。
顕微鏡のアームには、さまざまな倍率レベルで選択および配置できる対物レンズが含まれています。 ほとんどの顕微鏡は、4倍、10倍、40倍、100倍のレンズを使用しており、レンズが画像を拡大する回数を制御する同軸ノブとして機能します。 これは、「同軸」という言葉が意味するように、ファインフォーカスに使用されるノブと同じ軸上に構築されていることを意味します。 顕微鏡機能における対物レンズ
下部には、ステージと、開口部から投影され、顕微鏡の残りの部分から画像を投影できる光源をサポートするベースがあります。 高倍率では通常、2つの異なるノブを使用して左右および前後に移動できる機械式ステージを使用します。
ラックストップを使用すると、対物レンズとスライドの間の距離を制御して、標本をさらに詳しく見ることができます。
ベースからの光を調整することが重要です。 コンデンサーは入射光を受け取り、それを試料に焦点を合わせます。 絞りを使用すると、試料に到達する光の量を選択できます。 複合顕微鏡のレンズは、この光を使用してユーザーの画像を作成します。 一部の顕微鏡は、光源の代わりにミラーを使用して光を反射して試料に戻します。
顕微鏡レンズの古代史
人間は何世紀にもわたってガラスがどのように光を曲げるかを研究してきました。 古代ローマの数学者クラウディオス・プトレマイオスは、数学を使用して、スティックの画像が水中に置かれたときにどのように屈折するかについての正確な屈折角を説明しました。 彼はこれを使用して水の屈折定数または屈折率.
屈折率を使用して、別の媒体に渡されたときに光の速度がどの程度変化するかを判断できます。 特定の媒体については、屈折率の式を使用します
n = \ frac {c} {v}
屈折率用n、真空中の光速c（3.8 x 108 m / s）と媒体中の光速v.
方程式は、ガラス、水、氷、またはその他の媒体（固体、液体、気体）に入るときに、光がどのように遅くなるかを示しています。 プトレマイオスの研究は、顕微鏡学だけでなく、光学やその他の物理学の分野にも不可欠であることが証明されます。
スネルの法則を使用して、プトレマイオスが推定したのとほぼ同じ方法で、光のビームが媒体に入るときに屈折する角度を測定することもできます。 スネルの法則は
\ frac {n_1} {n_2} = \ frac {\ sin {\ theta_2}} {\ sin {\ theta_1}}
にとってθ1光が媒体に入る前の光線の線と媒体の端の線との間の角度としてθ2光が入った後の角度として。n1そしてn2は、中程度の光が以前に存在し、中程度の光が入る屈折率です。
より多くの研究が行われるにつれて、学者は紀元1世紀頃にガラスの特性を利用し始めました。 その時までに、ローマ人はガラスを発明し、それを通して見ることができるものを拡大するのにその使用のためにそれをテストし始めました。
彼らはさまざまな形やサイズのメガネを試し始め、 太陽光線を上の光のオブジェクトに向ける方法など、何かを覗いて拡大します。 火。 彼らはこれらのレンズを「拡大鏡」または「燃えるガラス」と呼んだ。
最初の顕微鏡
13世紀の終わりごろ、人々はレンズを使って眼鏡を作り始めました。 1590年、2人のオランダ人男性、ザッカリアスヤンセンと彼の父ハンスがレンズを使って実験を行いました。 彼らは、レンズをチューブ内で上下に配置すると、画像を拡大できることを発見しました。 単一のレンズが達成できるよりもはるかに大きな倍率で、ザッカリアスはすぐに 顕微鏡。 顕微鏡の対物レンズシステムとのこの類似性は、システムとしてレンズを使用するという考えがどれほど遡るかを示しています。
Janssen顕微鏡は、長さ約2.5フィートの真ちゅう製の三脚を使用しました。 Janssenは、顕微鏡が使用する主要な真ちゅう製のチューブを半径約1インチまたは0.5インチで作成しました。 真ちゅう製のチューブには、基部と両端にディスクがありました。
他の顕微鏡の設計は、科学者やエンジニアによって生まれ始めました。 それらのいくつかは、それらに滑り込む他の2本のチューブを収容する大きなチューブのシステムを使用していました。 これらの手作りのチューブは、物体を拡大し、現代の顕微鏡の設計の基礎として機能します。
しかし、これらの顕微鏡はまだ科学者には使用できませんでした。 彼らは、自分たちが作成した画像を見にくくしたまま、画像を約9倍に拡大しました。 数年後の1609年までに、天文学者のガリレオガリレイは、光の物理学と、それが顕微鏡や望遠鏡に有益であることが証明される方法で物質とどのように相互作用するかを研究していました。 彼はまた、自分の顕微鏡に画像の焦点を合わせるためのデバイスを追加しました。
オランダの科学者アントニーフィリップスファンレーウェンフックは、1676年に小型の顕微鏡を使用するときにシングルレンズ顕微鏡を使用しました。 ガラス球がバクテリアを直接観察する最初の人間になり、「の父」として知られるようになりました 微生物学。」
球のレンズを通して一滴の水を見たとき、彼はバクテリアが水に浮かんでいるのを見ました。 彼は植物の解剖学で発見をし、血球を発見し、新しい拡大方法で何百もの顕微鏡を作り続けました。 そのような顕微鏡の1つは、両凸拡大鏡システムを備えた単一レンズを使用して、275倍の倍率を使用することができました。
顕微鏡技術の進歩
今後数世紀は、顕微鏡技術にさらなる改善をもたらしました。 18世紀と19世紀には、顕微鏡自体をより安定させて小型化するなど、効率と効果を最適化するために顕微鏡の設計が改良されました。 さまざまなレンズシステムとレンズ自体のパワーが、顕微鏡が生成する画像のぼやけや鮮明さの欠如の問題に対処しました。
科学の光学の進歩により、レンズが作成できるさまざまな平面に画像がどのように反射されるかについての理解が深まりました。 これにより、顕微鏡の作成者はこれらの進歩の間に、より正確な画像を作成することができます。
1890年代、当時ドイツの大学院生であったアウグストケーラーは、ケーラー照明に関する研究を発表しました。 光学グレアを減らし、顕微鏡の被写体に光を集中させ、より正確な方法で光を制御します。 一般。 これらの技術は、屈折率、試料間の開口コントラストのサイズに依存していました 顕微鏡の光は、絞りや接眼レンズなどのコンポーネントをより制御します。
今日の顕微鏡のレンズ
今日のレンズは、特定の色に焦点を当てたレンズから、特定の屈折率に適用されるレンズまでさまざまです。 対物レンズシステムは、これらのレンズを使用して、色収差、異なる色の光が屈折する角度がわずかに異なる場合の色の不一致を補正します。 これは、異なる色の光の波長の違いが原因で発生します。 どのレンズがあなたが勉強したいものに適しているかを理解することができます。
アクロマティックレンズは、2つの異なる波長の光の屈折率を同じにするために使用されます。 それらは一般的に手頃な価格で販売されているため、広く使用されています。セミアポクロマートレンズ、または蛍石レンズは、3つの波長の光の屈折率を変更して同じにします。 これらは、蛍光の研究に使用されます。
アポクロマートレンズ一方、光を通すために大口径を使用し、より高い解像度を実現します。 それらは詳細な観察に使用されますが、通常はより高価です。 平面レンズは、像面湾曲収差の影響に対処します。これは、湾曲したレンズが、画像を投影することを意図した平面から離れた画像の最も鮮明な焦点を作成するときの焦点の喪失です。
液浸レンズは、対物レンズと試料の間の空間を満たす液体を使用して開口サイズを拡大します。これにより、画像の解像度も向上します。
レンズや顕微鏡の技術の進歩に伴い、科学者や他の研究者は、病気の正確な原因と生物学的プロセスを支配する特定の細胞機能を特定しています。 微生物学は、肉眼を超えた生物の全世界を示しました。これは、生物であることが何を意味するのか、そして生命の性質がどのようなものであるのかについて、より理論化とテストにつながるでしょう。