การมองดูกล้องจุลทรรศน์สามารถพาคุณไปสู่อีกโลกหนึ่งได้ วิธีที่ไมโครสโคปซูมวัตถุในขนาดเล็กจะคล้ายกับวิธีที่แว่นตาและแว่นขยายช่วยให้คุณมองเห็นได้ดีขึ้น
ไมโครสโคปแบบผสมทำงานโดยเฉพาะโดยใช้การจัดเรียงเลนส์สำหรับการหักเหของแสงเพื่อซูมเข้าในเซลล์และตัวอย่างอื่นๆ เพื่อนำคุณเข้าสู่โลกที่มีขนาดเล็ก กล้องจุลทรรศน์เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบผสมเมื่อประกอบด้วยเลนส์มากกว่าหนึ่งชุด
กล้องจุลทรรศน์แบบผสมหรือที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลหรือแสง ทำงานโดยทำให้ภาพดูใหญ่ขึ้นมากผ่านเลนส์สองระบบ ที่แรกก็คือเลนส์ตาหรือเลนส์ตาที่คุณพิจารณาเมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ซึ่งโดยทั่วไปจะขยายในช่วงระหว่างห้าเท่าถึง 30 เท่า ประการที่สองคือ isระบบเลนส์ใกล้วัตถุที่ซูมเข้าโดยใช้ขนาดตั้งแต่สี่เท่าถึง 100 เท่า และกล้องจุลทรรศน์แบบผสมมักจะมีสาม สี่ หรือห้าของสิ่งเหล่านี้
เลนส์ในกล้องจุลทรรศน์แบบผสม
ระบบเลนส์ใกล้วัตถุใช้ระยะโฟกัสขนาดเล็ก ระยะห่างระหว่างเลนส์กับชิ้นงานหรือวัตถุที่กำลังตรวจสอบ ภาพจริงของชิ้นงานทดสอบถูกฉายผ่านเลนส์ใกล้วัตถุเพื่อสร้างภาพตรงกลางจากแสงตกกระทบบนเลนส์ที่ฉายลงบนเลนส์ระนาบภาพคอนจูเกตวัตถุประสงค์หรือระนาบภาพหลัก
การเปลี่ยนกำลังขยายของเลนส์ใกล้วัตถุจะเปลี่ยนวิธีการขยายขนาดของภาพในการฉายนี้ความยาวหลอดแสงหมายถึงระยะทางจากระนาบโฟกัสด้านหลังของวัตถุไปยังระนาบภาพหลักภายในตัวกล้องจุลทรรศน์ ระนาบภาพหลักมักจะอยู่ภายในตัวกล้องจุลทรรศน์เองหรือภายในเลนส์ใกล้ตา
จากนั้นภาพจริงจะฉายไปที่ดวงตาของบุคคลโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ เลนส์ตาทำหน้าที่นี้เป็นเลนส์ขยายธรรมดา ระบบนี้จากวัตถุประสงค์ถึงตาจะแสดงให้เห็นว่าระบบเลนส์ทั้งสองทำงานอย่างไร
ระบบเลนส์ผสมช่วยให้นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยคนอื่นๆ สร้างและศึกษาภาพด้วยกำลังขยายที่สูงกว่ามาก ซึ่งพวกเขาสามารถทำได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เพียงตัวเดียว หากคุณพยายามใช้กล้องจุลทรรศน์กับเลนส์เดี่ยวเพื่อให้ได้กำลังขยายเหล่านี้ คุณจะต้องวางเลนส์ไว้ใกล้กับดวงตาของคุณหรือใช้เลนส์ที่กว้างมาก
การผ่าชิ้นส่วนและฟังก์ชันของกล้องจุลทรรศน์
การผ่าชิ้นส่วนและฟังก์ชันของกล้องจุลทรรศน์สามารถแสดงให้คุณเห็นว่าชิ้นส่วนเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างไรเมื่อศึกษาตัวอย่าง คุณสามารถแบ่งส่วนของกล้องจุลทรรศน์อย่างคร่าวๆ ออกเป็นส่วนหัวหรือลำตัว ฐานและแขนโดยให้หัวอยู่ด้านบน ฐานอยู่ด้านล่าง และแขนอยู่ระหว่างนั้น
ส่วนหัวมีช่องมองภาพและท่อช่องมองภาพซึ่งยึดช่องมองภาพให้เข้าที่ เลนส์ใกล้ตาสามารถเป็นได้ทั้งแบบตาเดียวหรือสองตา ซึ่งแบบหลังสามารถใช้วงแหวนปรับแก้สายตาเพื่อทำให้ภาพมีความสอดคล้องกันมากขึ้น
แขนของกล้องจุลทรรศน์มีวัตถุประสงค์ที่คุณสามารถเลือกและวางสำหรับระดับการขยายต่างๆ กล้องจุลทรรศน์ส่วนใหญ่ใช้เลนส์ 4x, 10x, 40x และ 100x ซึ่งทำงานเป็นปุ่มโคแอกเซียลเพื่อควบคุมจำนวนเลนส์ที่ขยายภาพ ซึ่งหมายความว่าสร้างขึ้นบนแกนเดียวกับปุ่มหมุนที่ใช้สำหรับการโฟกัสแบบละเอียด ดังที่คำว่า "โคแอกเซียล" หมายถึง เลนส์ใกล้วัตถุในฟังก์ชันกล้องจุลทรรศน์
ที่ด้านล่างคือฐานที่รองรับเวทีและแหล่งกำเนิดแสงที่ฉายผ่านรูรับแสงและปล่อยให้ภาพฉายผ่านส่วนที่เหลือของกล้องจุลทรรศน์ กำลังขยายที่สูงขึ้นมักใช้ขั้นตอนทางกลที่ช่วยให้คุณใช้ปุ่มสองปุ่มที่แตกต่างกันเพื่อเลื่อนไปทางซ้ายและขวาและเดินหน้าและถอยหลัง
แร็คสต็อปช่วยให้คุณควบคุมระยะห่างระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับสไลด์เพื่อให้มองเห็นชิ้นงานได้ใกล้ยิ่งขึ้น
การปรับแสงที่มาจากฐานเป็นสิ่งสำคัญ คอนเดนเซอร์รับแสงที่เข้ามาและโฟกัสไปที่ชิ้นงานทดสอบ ไดอะแฟรมช่วยให้คุณเลือกได้ว่าจะให้แสงส่องถึงชิ้นงานมากน้อยเพียงใด เลนส์ในกล้องจุลทรรศน์แบบผสมใช้แสงนี้ในการสร้างภาพให้กับผู้ใช้ กล้องจุลทรรศน์บางตัวใช้กระจกสะท้อนแสงกลับไปยังชิ้นงานทดสอบแทนที่จะเป็นแหล่งกำเนิดแสง
ประวัติศาสตร์สมัยโบราณของเลนส์ไมโครสโคป
มนุษย์ได้ศึกษาว่ากระจกโค้งงอแสงมานานหลายศตวรรษอย่างไร นักคณิตศาสตร์ชาวโรมันโบราณ คลอเดียส ปโตเลมี ใช้คณิตศาสตร์เพื่ออธิบายมุมหักเหของแสงอย่างแม่นยำว่าภาพของแท่งไม้หักเหอย่างไรเมื่อวางลงในน้ำ เขาจะใช้สิ่งนี้เพื่อกำหนดค่าคงที่การหักเหของแสงหรือดัชนีการหักเหของแสงสำหรับน้ำ.
คุณสามารถใช้ดัชนีการหักเหของแสงเพื่อกำหนดความเร็วของแสงที่เปลี่ยนไปเมื่อส่งผ่านไปยังตัวกลางอื่น สำหรับตัวกลางเฉพาะ ให้ใช้สมการดัชนีหักเห
n=\frac{c}{v}
สำหรับดัชนีการหักเหของแสงน, ความเร็วแสงในสุญญากาศค(3.8 x 108 m/s) และความเร็วของแสงในตัวกลางวี.
สมการแสดงให้เห็นว่าแสงช้าลงเมื่อเข้าสู่สื่อ เช่น แก้ว น้ำ น้ำแข็ง หรือสื่ออื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ งานของปโตเลมีจะพิสูจน์ให้เห็นความจำเป็นต่อกล้องจุลทรรศน์เช่นเดียวกับทัศนศาสตร์และสาขาอื่น ๆ ของฟิสิกส์
คุณยังสามารถใช้กฎของสเนลล์ในการวัดมุมที่ลำแสงหักเหเมื่อเข้าสู่ตัวกลาง เช่นเดียวกับที่ปโตเลมีอนุมานได้ กฎของสเนลล์คือ
\frac{n_1}{n_2}=\frac{\sin{\theta_2}}{\sin{\theta_1}}
สำหรับθ1เป็นมุมระหว่างเส้นของลำแสงกับแนวขอบของตัวกลางก่อนที่แสงจะเข้าสู่ตัวกลางและθ2เป็นมุมหลังแสงเข้าน1และน2คือ ดัชนีการหักเหของแสงกลางที่ก่อนหน้านี้และแสงกลางเข้ามา
เมื่อทำการวิจัยมากขึ้น นักวิชาการก็เริ่มใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของแก้วในช่วงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช เมื่อถึงเวลานั้น ชาวโรมันได้ประดิษฐ์แก้วและเริ่มทดสอบเพื่อใช้ในการขยายสิ่งที่มองเห็นได้ผ่านกระจก
พวกเขาเริ่มทดลองกับรูปทรงและขนาดแว่นต่างๆ เพื่อหาวิธีที่ดีที่สุดในการ ขยายบางสิ่งบางอย่างโดยการมองผ่านมันรวมถึงวิธีที่มันสามารถนำรังสีของดวงอาทิตย์ไปยังวัตถุที่ส่องแสงได้ ไฟ. พวกเขาเรียกเลนส์เหล่านี้ว่า "แว่นขยาย" หรือ "แว่นเผาไหม้"
กล้องจุลทรรศน์รุ่นแรก
ในช่วงปลายศตวรรษที่ 13 ผู้คนเริ่มสร้างแว่นตาโดยใช้เลนส์ ในปี ค.ศ. 1590 ชายชาวดัตช์สองคน Zaccharias Janssen และ Hans พ่อของเขาทำการทดลองโดยใช้เลนส์ พวกเขาค้นพบว่าการวางเลนส์อันหนึ่งทับอีกอันหนึ่งในหลอดสามารถขยายภาพได้ที่ กำลังขยายที่มากกว่าเลนส์เดี่ยวมาก และในไม่ช้า Zaccharias ก็ได้คิดค้น กล้องจุลทรรศน์. ความคล้ายคลึงกันกับระบบเลนส์ใกล้วัตถุของกล้องจุลทรรศน์นี้แสดงให้เห็นว่าแนวคิดในการใช้เลนส์ในขณะที่ระบบดำเนินไปนั้นย้อนกลับไปไกลเพียงใด
กล้องจุลทรรศน์ Janssen ใช้ขาตั้งกล้องทองเหลืองยาวประมาณสองฟุตครึ่ง Janssen สร้างท่อทองเหลืองหลักที่กล้องจุลทรรศน์ใช้รัศมีประมาณหนึ่งนิ้วหรือครึ่งนิ้ว ท่อทองเหลืองมีแผ่นที่ฐานและที่ปลายแต่ละด้าน
การออกแบบกล้องจุลทรรศน์อื่นๆ เริ่มเกิดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์และวิศวกร บางคนใช้ระบบท่อขนาดใหญ่ที่วางท่ออีกสองท่อที่เลื่อนเข้าไป หลอดทำมือเหล่านี้จะขยายวัตถุและใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่
กล้องจุลทรรศน์เหล่านี้ยังไม่สามารถใช้งานได้สำหรับนักวิทยาศาสตร์ พวกเขาจะขยายภาพประมาณเก้าเท่าโดยปล่อยให้ภาพที่สร้างขึ้นยากต่อการดู หลายปีต่อมา ภายในปี 1609 นักดาราศาสตร์กาลิเลโอ กาลิเลอีกำลังศึกษาฟิสิกส์ของแสงและวิธีที่แสงจะมีปฏิสัมพันธ์กับสสารในลักษณะที่จะพิสูจน์ได้ว่าเป็นประโยชน์ต่อกล้องจุลทรรศน์และกล้องโทรทรรศน์ เขายังเพิ่มอุปกรณ์เพื่อโฟกัสภาพไปยังกล้องจุลทรรศน์ของเขาเอง
นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ Antonie Philips van Leeuwenhoek ใช้กล้องจุลทรรศน์แบบเลนส์เดียวในปี 1676 เมื่อเขาจะใช้กล้องขนาดเล็ก ลูกแก้วกลายเป็นมนุษย์คนแรกที่สังเกตแบคทีเรียโดยตรงกลายเป็นที่รู้จักในนาม "บิดาของ จุลชีววิทยา"
เมื่อเขามองดูหยดน้ำผ่านเลนส์ของทรงกลม เขาเห็นแบคทีเรียลอยอยู่ในน้ำ เขาจะทำการค้นพบกายวิภาคของพืช ค้นพบเซลล์เม็ดเลือด และสร้างกล้องจุลทรรศน์นับร้อยด้วยวิธีการขยายภาพแบบใหม่ กล้องจุลทรรศน์ดังกล่าวตัวหนึ่งสามารถใช้กำลังขยายได้ 275 เท่าโดยใช้เลนส์เดี่ยวที่มีระบบแว่นขยายแบบนูนคู่
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์
หลายศตวรรษต่อมาทำให้เทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์มีการปรับปรุงมากขึ้น ศตวรรษที่ 18 และ 19 ได้เห็นการปรับแต่งการออกแบบกล้องจุลทรรศน์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผล เช่น การทำให้กล้องจุลทรรศน์มีความเสถียรและมีขนาดเล็กลง ระบบเลนส์ต่างๆ และพลังของเลนส์เองได้จัดการกับปัญหาความพร่ามัวหรือความไม่ชัดเจนของภาพที่ผลิตโดยกล้องจุลทรรศน์
ความก้าวหน้าในด้านทัศนศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ทำให้เข้าใจมากขึ้นว่าภาพสะท้อนบนระนาบต่างๆ ที่เลนส์สามารถสร้างขึ้นได้อย่างไร ซึ่งช่วยให้ผู้สร้างกล้องจุลทรรศน์สร้างภาพที่แม่นยำยิ่งขึ้นในระหว่างการพัฒนาเหล่านี้
ในช่วงทศวรรษที่ 1890 August Köhler นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาชาวเยอรมันในขณะนั้นได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาในเรื่องไฟส่องสว่างของ Köhler ซึ่งจะกระจายแสงไปยัง ลดแสงสะท้อน โฟกัสแสงที่วัตถุด้วยกล้องจุลทรรศน์ และใช้วิธีการที่แม่นยำยิ่งขึ้นในการควบคุมแสงใน ทั่วไป. เทคโนโลยีเหล่านี้อาศัยดัชนีการหักเหของแสง ขนาดของรูรับแสงที่ตัดกันระหว่างชิ้นงานทดสอบ และแสงของกล้องจุลทรรศน์ควบคู่ไปกับการควบคุมส่วนประกอบต่างๆ เช่น ไดอะแฟรมและเลนส์ใกล้ตา
เลนส์ไมโครสโคปในปัจจุบัน
เลนส์ในปัจจุบันแตกต่างจากเลนส์ที่เน้นสีเฉพาะไปจนถึงเลนส์ที่ใช้กับดัชนีการหักเหของแสงบางประเภท ระบบเลนส์ใกล้วัตถุใช้เลนส์เหล่านี้เพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนของสี ความคลาดเคลื่อนของสีเมื่อแสงสีต่างกันแตกต่างกันเล็กน้อยในมุมที่แสงหักเห สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของความยาวคลื่นของแสงสีต่างๆ คุณสามารถหาเลนส์ที่เหมาะกับสิ่งที่คุณต้องการเรียนได้
เลนส์ที่ไม่มีสีถูกใช้เพื่อสร้างดัชนีการหักเหของแสงสองช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงให้เท่ากัน พวกมันมีราคาโดยทั่วไปในราคาประหยัดและด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเลนส์กึ่งอะโครมาติกหรือเลนส์ฟลูออไรท์ เปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงสามช่วงความยาวคลื่นของแสงให้เป็นค่าเดียวกัน ใช้ในการศึกษาการเรืองแสง
เลนส์อะโพโครมาติกในทางกลับกัน ใช้รูรับแสงขนาดใหญ่เพื่อให้แสงลอดผ่านและได้ความละเอียดที่สูงขึ้น ใช้สำหรับสังเกตการณ์โดยละเอียด แต่มักจะมีราคาแพงกว่า เลนส์แผนจะจัดการกับผลกระทบของความคลาดเคลื่อนของสนาม การสูญเสียโฟกัสเมื่อเลนส์โค้งสร้างการโฟกัสที่คมชัดที่สุดของภาพที่อยู่ห่างจากระนาบที่ต้องการฉายภาพ
เลนส์แช่จะเพิ่มขนาดรูรับแสงโดยใช้ของเหลวที่เติมช่องว่างระหว่างเลนส์ใกล้วัตถุกับชิ้นงาน ซึ่งเพิ่มความละเอียดของภาพด้วย
ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเลนส์และไมโครสโคป นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยคนอื่นๆ จึงสามารถระบุสาเหตุของโรคได้อย่างแม่นยำและการทำงานของเซลล์เฉพาะที่ควบคุมกระบวนการทางชีววิทยา จุลชีววิทยาแสดงให้เห็นโลกทั้งใบของสิ่งมีชีวิตที่อยู่เหนือตาเปล่าซึ่งจะนำไปสู่การสร้างทฤษฎีและการทดสอบว่าสิ่งมีชีวิตนั้นมีความหมายอย่างไรและธรรมชาติของชีวิตเป็นอย่างไร