19 世紀(jì)現(xiàn)代顯微鏡制造技術(shù)的突破

本文概述了從 1600 年至今體視顯微鏡的發(fā)展和演變。直到 19 世紀(jì)中葉，所有光學(xué)顯微鏡都是手工制作的。由于無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)透鏡的特性，因此必須通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)制作和測(cè)試透鏡，直到達(dá)到理想的效果。恩斯特-阿貝（Ernst Abbe）提出的圖像形成理論最終為可靠、高效地設(shè)計(jì)和制造高性能體視顯微鏡提供了科學(xué)依據(jù)。

顯微鏡的改進(jìn)帶來(lái)醫(yī)學(xué)上的突破性發(fā)現(xiàn)

顯微鏡的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)逐漸形成，在工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的早期，許多光學(xué)儀器制造商都采用了這些標(biāo)準(zhǔn)（參見(jiàn)圖 1）。顯微鏡設(shè)計(jì)的進(jìn)步使植物學(xué)、組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)、細(xì)菌學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的突破性發(fā)現(xiàn)成為可能，例如羅伯特-科赫^[1]和魯?shù)婪?維爾肖^[2]的醫(yī)學(xué)進(jìn)步。與此同時(shí)，用于標(biāo)本固定、包埋和切片（如使用顯微切片機(jī)）的合適方法以及專(zhuān)用染色劑和防腐劑也應(yīng)運(yùn)而生。

圖 1：1883 年左右由德國(guó)韋茨拉爾的恩斯特-萊茨制造的標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡，具有當(dāng)時(shí)的典型特征：馬蹄形支架和帶有纖維素漆面的發(fā)黑黃銅部件。當(dāng)時(shí)，所有顯微鏡制造商的產(chǎn)品線(xiàn)中都至少有一個(gè)馬蹄形支架。黃銅取代了早期顯微鏡的紙板、木材和xiang牙。最近，各種塑料也被廣泛使用。

一位僧侶設(shè)計(jì)了第一臺(tái)體視顯微鏡

真正的體視顯微鏡允許觀(guān)察者的每只眼睛通過(guò)單獨(dú)的專(zhuān)用光路觀(guān)察樣品，類(lèi)似于將兩臺(tái)單目顯微鏡合二為一。在開(kāi)發(fā)單目望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的同時(shí)，17 世紀(jì)人們已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)雙眼儀器。受 1645 年卡普欽修道士安東尼-瑪麗亞-德-萊塔對(duì)雙目顯微鏡描述的啟發(fā)，他的同修道士 Chérubin d'Orléans 于 1677 年將人們熟悉的雙目望遠(yuǎn)鏡原理應(yīng)用到顯微鏡的設(shè)計(jì)中，使雙眼可以同時(shí)觀(guān)察微小物體（參見(jiàn)圖 2）。他的目標(biāo)并不是三維圖像或深度知覺(jué)；他認(rèn)為雙眼同時(shí)觀(guān)察物體可以提高圖像質(zhì)量。英國(guó)物理學(xué)家查爾斯-惠斯通（Charles Wheatstone）于 1832 年shouci描述了立體視覺(jué)的原理，但當(dāng)時(shí)人們還不知道立體視覺(jué)的原理。

格林諾夫和回旋光學(xué)原理

當(dāng)時(shí)的雙目顯微鏡采用簡(jiǎn)單的透鏡系統(tǒng)，設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的復(fù)式顯微鏡相同。這些顯微鏡只能達(dá)到較低的放大倍率，而且工作距離較遠(yuǎn)。這種解剖顯微鏡當(dāng)時(shí)主要用于生物學(xué)中的解剖目的，在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有技術(shù)應(yīng)用。

1890 年左右，美國(guó)生物學(xué)家和動(dòng)物學(xué)家 Horatio S. Greenough（他是美國(guó)著名同名雕塑家的兒子，見(jiàn)圖 4）提出了一種設(shè)計(jì)原理，至今仍被所有主要光學(xué)儀器制造商所采用。基于“格林諾夫原理"的體視顯微鏡（參見(jiàn)圖 5）可以提供真正的高質(zhì)量立體圖像。

1957 年，美國(guó)光學(xué)公司推出了具有共享主物鏡的現(xiàn)代體視顯微鏡設(shè)計(jì)，并將其命名為 Cycloptic（參見(jiàn)圖 6）。其現(xiàn)代化的鋁制外殼包含兩個(gè)平行光束通道和主物鏡，以及一個(gè)五級(jí)放大倍率轉(zhuǎn)換器。這種體視顯微鏡基于望遠(yuǎn)鏡或 CMO（共用主物鏡）原理（見(jiàn)圖 7），除格林諾夫型外，所有制造商都采用了這種體視顯微鏡，并將其用于模塊化高性能儀器。兩年后，另一家美國(guó)公司博士倫推出了其體視變焦格林諾夫設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了突破性的創(chuàng)新：無(wú)級(jí)放大倍率轉(zhuǎn)換器（變焦）。

圖 4：Horatio S. Greenough 的父親是著名雕塑家 Horatio Greenough。大約在 1832 至 1841 年間，他根據(jù)美國(guó)國(guó)會(huì)的命令，為美國(guó)首任總統(tǒng)喬治-華盛頓創(chuàng)作了一座巨型雕像。這座新古典主義雕塑引發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于將華盛頓描繪成美國(guó)宙斯是否合適的激烈爭(zhēng)論^[5]。

圖 5：格林諾夫原理：兩個(gè)wan全相同的獨(dú)立光學(xué)系統(tǒng)以10°至16°的角度固定在同一個(gè)支架上。光束路徑上的兩個(gè)圖像校正棱鏡（多孔棱鏡）可確保圖像直立且方向正確。

圖 6：一臺(tái)Cycloptic顯微鏡，第一臺(tái)基于望遠(yuǎn)鏡或共同主物鏡 (CMO) 原理的現(xiàn)代體視顯微鏡。

當(dāng)今的體視顯微鏡

雖然基本的體視顯微鏡已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間，但最近它的作用更加重要。顯微鏡經(jīng)常參與許多日常產(chǎn)品的制造或開(kāi)發(fā)，尤其是涉及移動(dòng)設(shè)備等高科技應(yīng)用的產(chǎn)品。同樣的道理也適用于手表，無(wú)論它們是豪華型還是經(jīng)濟(jì)型。體視顯微鏡還用于醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)品，如人工心臟、除顫器或支架。

不過(guò)，體視顯微鏡的用途并不局限于制造業(yè)。此外，體視顯微鏡還經(jīng)常用于其他應(yīng)用領(lǐng)域，如法醫(yī)領(lǐng)域，用于收集微觀(guān)層面的證據(jù)，如用于給罪犯定罪的小顆粒材料或紡織纖維，以及用于生命科學(xué)和材料科學(xué)研究。

徠卡的體式顯微鏡可以滿(mǎn)足全方面的觀(guān)測(cè)需求。