当前课程知识点：光电仪器设计 > 第6章 显微镜 > 6.1 显微镜发展历史 > 6.1 显微镜发展历史
大家好
从这节课开始
我们一起学习一种
大家都非常熟悉的
也是非常重要的成像观测仪器
光学显微镜
显微镜
顾名思义
是用来显示微小物体的一种仪器
从最早人们利用一个凸透镜 一个凹透镜
同轴制成最简单的光学显微镜
到现在集光学成像
光电探测 精密机械控制
计算机图像及相关处理技术于一体的现代的光学显微镜
虽然它的外形和体积发生了不小的变化
但其基本功能却是始终不变的
那就是超出我们人类裸眼的能力
去观察并且记录微小的物体
这一功能在生物
医学
工业
科学研究等领域
一直都发挥着不可替代的作用
光学显微镜是一种很经典的光电仪器
包含了最基本的光学成像原理
关于其基本结构
放大率和分辨率等方面的分析
是应用光学的重要内容
在本课中
我们首先要回顾一下
光学显微镜的发展历史
并且展示典型的显微镜图像及其应用
接下来我们会介绍
显微镜的基本结构及它的工作原理
关键部件
也会有关于实际仪器使用方法的视频介绍
最后我们会介绍几种新型的显微成像技术
并且邀请到国内外知名的显微镜制造商
给大家介绍一下业界的发展趋势
在开始讲解之前呢
首先为大家推荐一本参考书
大家看
这是这一本书的封面
它的名字是
Fundamentals of light microscopy and electronic imaging
中文是光学显微和电子成像基础
在这一本书里
有很多精美的图片和深入浅出的讲解
如果大家对显微镜的理论和简单的应用
有深入学习的兴趣
可以找到这本书来读
本课的讲解中将用到这本书中的图片
在此对作者表示感谢
本课的讲解中
还有一些资料
来自蔡司的显微镜和数字成像教学网站
这是这个网站的网址
大家如果感兴趣可以登录网站去看一下
最早的显微镜诞生于16世纪末
在1590年前后
荷兰的眼镜商詹森父子
制造了类似显微镜的放大的仪器
也就是前面提到的
由一个凸透镜和一个凹透镜
构成的简易的装置
之后用显微镜观察微小物体最有名的
就算是罗伯特·虎克了
这一台就是1670年前后
虎克所制作的显微镜
它的结构与我们现在使用的生物显微镜
比较类似
包括油灯
起到的是光源的作用
水瓶起了聚光镜的作用
样品架
物镜
调焦的旋钮
物镜筒和目镜
利用这个显微镜
虎克观察到了
软木栓上的一些微小的结构
并且给它们命名为cell
也就是我们非常熟知的细胞了
之后在1833年
布朗
也就是提出了分子布朗运动的那个布朗
他利用显微镜观察了紫罗兰
并发表了
他对于紫罗兰细胞核的一些详细的论述
之后比较重要的发明和应用包括
19世纪后半叶
德国的光学仪器企业家
卡尔·蔡司设计了复合式显微镜
被认为是当时德国最佳的科学仪器
之后他与物理学家阿贝
和玻璃化学家肖特合作
利用阿贝的理论
肖特的新型玻璃发明了消色差物镜
极大地提高了显微镜的像质
并且成立了专门的光学工厂
也就是今天德国蔡司公司的前身
蔡司、阿贝和肖特这三个名字
在显微镜发展史上是赫赫有名、不可磨灭的
到了19世纪末
意大利的显微学家高尔基
将细胞用硝酸银染色
进而发现了细胞中的高尔基体
成就了人类细胞研究上的一大步
进入到20世纪以来
人们将成像以外的
各种物理的原理与显微技术结合起来
发明了更多的显微观测手段
比如说将相位引入显微观测中
利用棱镜结构形成干涉
构成干涉显微镜
或者是利用特殊的光阑和物镜
构成相衬显微镜
这些都能够用于观察活细胞
或者是没有染色的生物标本
它们是利用细胞内部微细结构的折射率
和厚度的不均匀产生的光强对比度
方便观测
这其中发明了相衬显微镜的荷兰科学家
泽尼克获得了1953年的诺贝尔奖
我们将在本课中
简单地介绍相衬显微镜的原理和应用
说到显微镜与诺贝尔奖
最近的一次是在2014年
由美国、德国的三位科学家
发展超分辨率荧光显微镜所做出的贡献
共同获得了诺贝尔化学奖
就是这三位科学家
他们使用的超分辨率
荧光显微镜的学名叫作STED
也就是Stimulated Emission Depletion Microscopy
翻成中文是受激发射耗散显微镜
在使用这一原理之前
受到阿贝衍射极限的限制
可见光显微镜的分辨率
一般都不可能突破200个纳米
观察者能够使用可见光的显微镜
看清楚细胞里面的线粒体
却看不清病毒
蛋白质和更小的分子
就像这张图上展示的一样
如果我们使用STED技术
就能够打破衍射极限的限制
可以大幅地提高荧光显微镜的分辨率
实现超分辨成像
这一技术已经在生物学领域得到了广泛的应用
在本课中也将简单地介绍STED的基本原理
随着应用需求的推动
显微镜技术到现在仍在不断的发展过程中
并且将帮助人类更好地认识世界
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
