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顕微鏡を覗いてみると、別の世界に行くことができます。顕微鏡が対象物を小さなスケールで拡大する方法は、メガネと拡大鏡を使用して見やすくする方法に似ています。
特に複合顕微鏡は、レンズの配列を使用して光を屈折させ、細胞や他の標本を拡大して、マイクロサイズの世界に連れて行きます。顕微鏡は、複数のレンズセットで構成される場合、複合顕微鏡と呼ばれます。
複合顕微鏡、光学顕微鏡または光学顕微鏡とも呼ばれ、2つのレンズ系を通して画像をより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 対物レンズ系 4倍から100倍まで拡大して拡大します。通常、複合顕微鏡にはこれらの3、4、5個があります。
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。標本の実際の画像は、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ます。 客観共役像平面 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。の 鏡筒長 対物レンズの後側焦点面から顕微鏡本体内の主要な画像面までの距離を指します。主画像面は通常、顕微鏡本体自体または接眼レンズ内にあります。
その後、顕微鏡を使用して、実際の画像が人の目に投影されます。接眼レンズは単純な拡大レンズとしてこれを行います。対物レンズから接眼レンズまでのこのシステムは、2つのレンズシステムが次々に機能する様子を示しています。
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かった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のレンズを備えた顕微鏡を使用しようとする場合、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。
顕微鏡部品と機能の解剖
顕微鏡の部品と機能を分析することで、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示すことができます。顕微鏡のセクションを、頭を上、頭を下、腕を間に挟んで、頭または胴体、ベース、アームに大まかに分けることができます。
ヘッドにはアイピースとアイピースを保持するアイピースチューブがあります。接眼レンズは単眼または双眼鏡のいずれかで、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、さまざまな倍率で選択して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、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する4倍、10倍、40倍、および100倍のレンズを使用します。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ることを意味します。顕微鏡機能の対物レンズ
下部には、ステージをサポートするベースと、開口部から投影する光源があり、顕微鏡の残りの部分から画像を投影できます。通常、高倍率では、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、標本に焦点を合わせます。ダイヤフラムにより、標本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。一部の顕微鏡では、光源の代わりにミラーを使用して光を標本に反射します。
顕微鏡レンズの古代史
人間は何世紀もの間、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ウス・プトレマイオスは、水の中に置かれたときのスティックの像がどのように屈折したかについての正確な屈折角を数学を使って説明しました。彼はこれを使用して決定します 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れだけ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 = c / v 屈折率 n、真空中の光の速度 c （3.8 x 108 m / s）および媒体の光の速度 v.
方程式は、ガラス、水、氷、または固体、液体、気体などのその他の媒体などの媒体に入るときに、光がどのように減速するかを示しています。プトレマイオスの研究は、光学顕微鏡やその他の物理学分野と同様に顕微鏡検査に不可欠であることが証明されます。
また、スネルの法則を使用して、プトレマイオスが導き出したのとほぼ同じ方法で、光線が媒質に入るときに屈折する角度を測定することもできます。スネルズ法は n1/ n2 =sinθ2/sinθ1 ために θ1 光が媒体に入る前の光線の線と媒体の縁の線の間の角度として θ2 光が入射した後の角度として。 n1 そして _n2__ _は、以前にあった媒体光の屈折率で、媒体光が入ります。
さらに研究が行われるにつれて、学者は西暦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際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大きさのメガネで実験を開始し、太陽光線を火の光のオブジェクトに向ける方法を含めて、何かを調べることで何かを拡大する最良の方法を見つけ出しました。彼らは、これらのレンズを「拡大鏡」または「燃える眼鏡」と呼びました。
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メガネを作り始めました。 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用して実験を行いました。彼らは、レンズをチューブに重ねて配置すると、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画像を拡大できることを発見し、ザッカリアスはすぐに顕微鏡を発明しました。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方がどれほど前に遡ったかを示しています。
ヤンセン顕微鏡は、長さ約2.5フィートの真鍮製の三脚を使用しました。ヤンセンは、顕微鏡が半径約1インチまたは1/2インチで使用する主要な真鍮製チューブを作りました。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、科学者とエンジニアによって始められました。それらのいくつかは、それらの中に滑り込む他の2つ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ました。これらの手作りのチューブはオブジェクトを拡大し、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、まだ科学者にとって有用ではありませんでした。作成した画像は見づらく、画像は約9倍に拡大します。数年後、1609年までに、天文学者ガリレオ・ガリレイは光の物理学と、それが物質とどのように相互作用するかを顕微鏡と望遠鏡に有益であると証明する方法で研究していました。また、画像を自分の顕微鏡に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年に小さなガラス球を使用して細菌を直接観察する最初の人間になり、「微生物学の父」として知られるようになったときに、単一レンズ顕微鏡を使用しました。
彼は球のレンズを通して水滴を見たとき、彼はバクテリアが水の中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。このような顕微鏡の1つでは、両凸拡大鏡システムを備えた単一のレンズを使用して、275倍の倍率を使用できました。
顕微鏡技術の進歩
今後数世紀は、顕微鏡技術により多くの改善をもたらしました。 18世紀と19世紀には、効率性と有効性を最適化するために、顕微鏡自体の安定性と小型化など、顕微鏡設計の改良が行われました。さまざまなレンズシステムとレンズの力自体が、顕微鏡が生成した画像の不鮮明さまたは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映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中でより正確な画像を作成できます。
1890年代、当時ドイツの大学院生だったアウグストケーラーは、光を分散して光学的なまぶしさを抑え、顕微鏡の被写体に焦点を合わせ、より正確な光の制御方法を使用するケーラー照明の研究を発表しました。これらの技術は、屈折率、標本と顕微鏡の光の間の開口部コントラストのサイズ、さらに絞りや接眼レンズなどのコンポーネントの制御に依存していました。
今日の顕微鏡のレンズ
現在のレンズは、特定の色に焦点を合わせるものから、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、色の違い、光の異なる色の屈折角度がわずかに異なる場合の色のずれを補正します。これは、異なる色の光の波長の違いにより発生します。どのレンズが勉強したいものに適しているかを知ることができます。
色消しレンズは、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。それらは一般に手頃な価格で販売されており、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、光の3つの波長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、光を通すために大きな開口部を使用し、より高い解像度を達成します。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。湾曲レンズは、画像を投影する平面から離れて画像の最も鮮明な焦点を作成する際の焦点の損失です。
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大きくします。これにより、画像の解像度も高くなります。
レンズと顕微鏡の技術の進歩により、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、肉体を超えた生物の全世界を示し、それが生物であることの意味と生命の性質がどのようなものであるかをより理論化し、テストすることにつながります。