หลักการทำงานและประวัติการพัฒนากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

หลักการทำงานและประวัติการพัฒนากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง (OM) เป็นเครื่องมือทางการมองเห็นที่ใช้หลักการทางแสงในการขยายและถ่ายภาพวัตถุขนาดเล็กที่ดวงตามนุษย์ไม่สามารถแยกแยะได้ เพื่อดึงข้อมูลโครงสร้างจุลภาค

ในช่วงต้นศตวรรษแรกก่อนคริสต์ศักราช มีการค้นพบว่าการสังเกตวัตถุขนาดเล็กผ่านวัตถุโปร่งใสทรงกลมสามารถขยายและถ่ายภาพวัตถุเหล่านั้นได้ ต่อมา ฉันค่อยๆ เข้าใจกฎที่ว่าพื้นผิวกระจกทรงกลมสามารถขยายและถ่ายภาพวัตถุได้ ในปี 1590 ผู้ผลิตแว่นตาในเนเธอร์แลนด์และอิตาลีได้สร้างเครื่องมือขยายที่คล้ายกับกล้องจุลทรรศน์แล้ว ประมาณปี ค.ศ. 1610 กาลิเลโอแห่งอิตาลีและเคปเลอร์แห่งเยอรมนี ขณะศึกษากล้องโทรทรรศน์ ได้เปลี่ยนระยะห่างระหว่างวัตถุประสงค์และช่องมองภาพเพื่อให้ได้โครงสร้างเส้นทางแสงของกล้องจุลทรรศน์ที่เหมาะสม ในเวลานั้น ช่างฝีมือด้านการมองเห็นมีส่วนร่วมในการผลิต ส่งเสริม และปรับปรุงกล้องจุลทรรศน์

ในช่วงกลาง-17ศตวรรษที่ Robert Hooke จากอังกฤษและ Lewandowski จากเนเธอร์แลนด์มีส่วนสนับสนุนอย่างโดดเด่นในการพัฒนากล้องจุลทรรศน์ ประมาณปี ค.ศ. 1665 ฮุคได้เพิ่มกลไกการโฟกัสแบบหยาบและแบบไมโคร ระบบไฟส่องสว่าง และโต๊ะทำงานเพื่อใส่สไลด์ตัวอย่างในกล้องจุลทรรศน์ ส่วนประกอบเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและกลายเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่

ระหว่างปี ค.ศ. 1673 ถึง ค.ศ. 1677 เลวิน ฮุคได้สร้างกล้องจุลทรรศน์กำลังสูงประเภทแว่นขยายแบบส่วนประกอบเดียว ซึ่งในจำนวนนี้มีเก้าชิ้นที่ยังคงอยู่จนถึงทุกวันนี้ Hooke และ Levin Hooke ประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นในการศึกษาโครงสร้างจุลภาคของสิ่งมีชีวิตในสัตว์และพืชโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ที่สร้างขึ้นเอง ในศตวรรษที่ 19 การเกิดขึ้นของเลนส์แช่ไม่มีสีคุณภาพสูงได้ปรับปรุงความสามารถของกล้องจุลทรรศน์ในการสังเกตโครงสร้างที่ละเอียดขึ้นอย่างมาก ในปี ค.ศ. 1827 อาร์ชีเป็นคนแรกที่ใช้เลนส์แช่ ในทศวรรษที่ 1870 อัลเบิร์ตชาวเยอรมันได้วางรากฐานทางทฤษฎีคลาสสิกสำหรับการถ่ายภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ ทั้งหมดนี้ส่งเสริมการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการผลิตกล้องจุลทรรศน์และเทคโนโลยีการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ และมอบเครื่องมืออันทรงพลังสำหรับนักชีววิทยาและผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ รวมถึง Koch และ Pasteur ในการค้นพบแบคทีเรียและจุลินทรีย์ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19

นอกเหนือจากการพัฒนาโครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์แล้ว เทคโนโลยีการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ยังมีการคิดค้นสิ่งใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลา เช่น กล้องจุลทรรศน์โพลาไรซ์เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1850; ในปี พ.ศ. 2436 กล้องจุลทรรศน์รบกวนเกิดขึ้น ในปี 1935 นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Zelnik ได้สร้างกล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟส ซึ่งเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1953

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบดั้งเดิมเป็นเพียงการผสมผสานระหว่างส่วนประกอบทางแสงและกลไกที่มีความแม่นยำ โดยใช้สายตามนุษย์เป็นตัวรับในการสังเกตภาพที่ถูกขยาย ต่อมาได้เพิ่มอุปกรณ์ถ่ายภาพเข้าไปในกล้องจุลทรรศน์โดยใช้ฟิล์มไวแสงเป็นตัวรับในการบันทึกและจัดเก็บ ในยุคปัจจุบัน ส่วนประกอบของโฟโตอิเล็กทริก กล้องโทรทัศน์ และตัวต่อประจุมักใช้เป็นตัวรับสำหรับกล้องจุลทรรศน์ รวมกับไมโครคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างระบบรับและประมวลผลข้อมูลภาพที่สมบูรณ์

เลนส์สายตาที่ทำจากแก้วหรือวัสดุโปร่งใสอื่นๆ ที่มีพื้นผิวโค้งสามารถขยายและถ่ายภาพวัตถุได้ และกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงใช้หลักการนี้ในการขยายวัตถุขนาดเล็กให้มีขนาดที่สายตามนุษย์สามารถสังเกตได้ โดยทั่วไปแล้ว กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสมัยใหม่จะใช้กำลังขยายสองขั้น โดยแต่ละขั้นใช้เลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ใกล้ตา วัตถุที่สังเกตได้ตั้งอยู่ด้านหน้าเลนส์ใกล้วัตถุ และหลังจากถูกขยายด้วยเลนส์ใกล้วัตถุในระยะแรก จะทำให้เกิดภาพจริงกลับหัว จากนั้นภาพจริงนี้จะถูกขยายด้วยเลนส์ใกล้ตาในระยะที่สอง ทำให้เกิดเป็นภาพเสมือนจริง สิ่งที่ตามนุษย์มองเห็นคือภาพเสมือนจริง กำลังขยายรวมของกล้องจุลทรรศน์เป็นผลคูณของกำลังขยายตามวัตถุประสงค์และกำลังขยายช่องมองภาพ อัตราส่วนกำลังขยายหมายถึงอัตราส่วนกำลังขยายของขนาดเส้นตรง ไม่ใช่อัตราส่วนพื้นที่