Das Funktionsprinzip und die Entwicklungsgeschichte optischer Mikroskope
Das optische Mikroskop (kurz OM) ist ein optisches Instrument, das optische Prinzipien nutzt, um kleine Objekte, die für das menschliche Auge nicht erkennbar sind, zu vergrößern und abzubilden, sodass Menschen die Informationen der Mikrostruktur extrahieren können.
Bereits im ersten Jahrhundert v. Chr. wurde entdeckt, dass kleine Objekte bei der Beobachtung durch kugelförmige transparente Objekte vergrößert und abgebildet werden können. Später erlangte ich nach und nach ein Verständnis für das Gesetz, dass sphärische Glasoberflächen Objekte vergrößern und abbilden können. Bereits 1590 hatten Brillenhersteller in den Niederlanden und Italien mikroskopähnliche Vergrößerungsinstrumente hergestellt. Um 1610 änderten Galileo aus Italien und Kepler aus Deutschland bei der Untersuchung von Teleskopen den Abstand zwischen Objektiv und Okular, um eine vernünftige optische Pfadstruktur für Mikroskope zu erhalten. Zu dieser Zeit beschäftigten sich optische Handwerker mit der Herstellung, Förderung und Verbesserung von Mikroskopen.
Mitte des 17. Jahrhunderts leisteten Robert Hooke aus England und Leeuwenhoek aus den Niederlanden herausragende Beiträge zur Entwicklung von Mikroskopen. Um 1665 fügte Hooke Grob- und Mikrofokussierungsmechanismen, Beleuchtungssysteme und Werkbänke hinzu, um Objektträger zum Mikroskop zu transportieren. Diese Komponenten wurden kontinuierlich verbessert und sind zu den Grundbestandteilen moderner Mikroskope geworden.
Zwischen 1673 und 1677 entwickelte Levin Hooke ein einteiliges Hochleistungsmikroskop vom Typ Lupe, von dem bis heute neun Exemplare erhalten sind. Hooke und Levin Hooke erzielten herausragende Erfolge bei der Untersuchung der Mikrostruktur tierischer und pflanzlicher Organismen mithilfe selbstgebauter Mikroskope. Im 19. Jahrhundert verbesserte das Aufkommen hochwertiger achromatischer Immersionsobjektive die Fähigkeit von Mikroskopen, feine Strukturen zu beobachten, erheblich. Im Jahr 1827 war Archie der erste, der Immersionslinsen verwendete. In den 1870er Jahren legte German Abbe den klassischen theoretischen Grundstein für die mikroskopische Bildgebung. Sie alle förderten die rasante Entwicklung der Mikroskopherstellung und der mikroskopischen Beobachtungstechnologie und stellten Biologen und Medizinern, darunter Koch und Pasteur, leistungsstarke Werkzeuge zur Verfügung, um in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts Bakterien und Mikroorganismen zu entdecken.
Neben der Weiterentwicklung der Struktur des Mikroskops selbst erfährt auch die mikroskopische Beobachtungstechnik ständige Innovationen: 1850 entstand die Polarisationsmikroskopie; Im Jahr 1893 entstand die Interferenzmikroskopie; 1935 entwickelte der niederländische Physiker Zernike die Phasenkontrastmikroskopie, für die er 1953 den Nobelpreis für Physik erhielt.
Das klassische optische Mikroskop ist einfach eine Kombination aus optischen Komponenten und feinmechanischen Komponenten, wobei das menschliche Auge als Empfänger zur Betrachtung des vergrößerten Bildes verwendet wird. Später wurde dem Mikroskop ein Fotogerät hinzugefügt, das einen lichtempfindlichen Film als Empfänger für die Aufzeichnung und Speicherung nutzt. Heutzutage werden häufig fotoelektrische Komponenten, Fernsehkameras und Ladungskoppler als Empfänger für Mikroskope verwendet, die mit Mikrocomputern kombiniert werden, um ein vollständiges Bildinformationserfassungs- und -verarbeitungssystem zu bilden.
Optische Linsen aus Glas oder anderen transparenten Materialien mit gekrümmten Oberflächen können Objekte vergrößern und abbilden, und optische Mikroskope nutzen dieses Prinzip, um kleine Objekte auf eine für das menschliche Auge ausreichende Größe zu vergrößern. Moderne optische Mikroskope verwenden typischerweise zwei Vergrößerungsstufen, die jeweils durch eine Objektivlinse und ein Okular ergänzt werden. Das beobachtete Objekt befindet sich vor der Objektivlinse und erzeugt nach der ersten Vergrößerung durch die Objektivlinse ein invertiertes reales Bild. Anschließend wird dieses reale Bild durch die Objektivlinse in der zweiten Stufe vergrößert, sodass ein imaginäres Bild entsteht. Was das menschliche Auge sieht, ist das imaginäre Bild. Die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops ist das Produkt aus der Objektivvergrößerung und der Okularvergrößerung. Das Vergrößerungsverhältnis bezieht sich auf das Vergrößerungsverhältnis linearer Abmessungen, nicht auf das Flächenverhältnis.
