Inhoud
- Lenzen in een samengestelde microscoop
- Onderdelen en functies van microscopen ontleden
- Oude geschiedenis van microscooplenzen
- De eerste microscopen
- Vooruitgang in Microscope Technology
- Lenzen van microscopen vandaag
Een kijkje in een microscoop kan je meenemen naar een andere wereld. De manier waarop microscopen op kleine schaal inzoomen op objecten is vergelijkbaar met hoe brillen en vergrootglazen u beter kunnen laten zien.
Met name samengestelde microscopen gebruiken een opstelling van lenzen voor het breken van licht om in te zoomen op cellen en andere monsters om u mee te nemen naar een micro-middelgrote wereld. Een microscoop wordt een samengestelde microscoop genoemd wanneer deze uit meer dan één set lenzen bestaat.
Samengestelde microscopen, ook bekend als optische of lichtmicroscopen, werken door een beeld veel groter te laten lijken door twee lenzen. De eerste is de oculaire of oculair lens, waar u naar kijkt bij het gebruik van de microscoop die meestal vergroot met een bereik tussen vijf keer en 30 keer. De tweede is de objectief lenssysteem dat inzoomt met behulp van magnitudes van vier keer tot 100 keer, en samengestelde microscopen hebben meestal drie, vier of vijf hiervan.
Lenzen in een samengestelde microscoop
Het objectieflenssysteem gebruikt een kleine brandpuntsafstand, de afstand tussen de lens en het te onderzoeken object of object. Het echte beeld van het monster wordt geprojecteerd door de objectieflens om een tussenbeeld te creëren van het licht dat op de lens valt en dat wordt geprojecteerd op de objectief vervoegd beeldvlak of het primaire beeldvlak.
Veranderende lensvergroting verandert hoe dit beeld wordt opgeschaald in deze projectie. De optische buis lengte verwijst naar de afstand van het achterste brandvlak van het objectief tot het primaire beeldvlak in het microscooplichaam. Het primaire beeldvlak bevindt zich meestal binnen het microscooplichaam zelf of binnen het oculair.
Het echte beeld wordt vervolgens geprojecteerd op het oog van de persoon die de microscoop gebruikt. De oculaire lens doet dit als een eenvoudige vergrootlens. Dit systeem van objectief tot oculair laat zien hoe de twee lenssystemen na elkaar werken.
Met het samengestelde lenssysteem kunnen wetenschappers en andere onderzoekers beelden maken en bestuderen met een veel grotere vergroting die ze anders alleen met één microscoop konden bereiken. Als u een microscoop met een enkele lens zou proberen te gebruiken om deze vergrotingen te bereiken, zou u de lens heel dicht bij uw oog moeten plaatsen of een zeer brede lens moeten gebruiken.
Onderdelen en functies van microscopen ontleden
Onderdelen en functies van een microscoop kunnen laten zien hoe ze allemaal samenwerken bij het bestuderen van monsters. U kunt secties van de microscoop grofweg verdelen in het hoofd of lichaam, de basis en de arm met het hoofd bovenaan, de basis onderaan en de arm ertussen.
Het hoofd heeft een oculair en oculairbuis die het oculair op zijn plaats houdt. Het oculair kan monoculair of binoculair zijn, waarbij de laatste een dioptrie-afstelring kan gebruiken om het beeld consistenter te maken.
De arm van de microscoop bevat de doelen die u kunt kiezen en plaatsen voor verschillende vergrotingsniveaus. De meeste microscopen gebruiken 4x, 10x, 40x en 100x lenzen die werken als coaxiale knoppen die regelen hoe vaak de lens het beeld vergroot. Dit betekent dat ze op dezelfde as zijn gebouwd als de knop die wordt gebruikt voor fijne focus, zoals het woord "coaxiaal" zou impliceren. De objectieflens in microscoopfunctie
Aan de onderkant bevindt zich de basis die het podium ondersteunt en de lichtbron die door een opening projecteert en het beeld door de rest van de microscoop laat projecteren. Hogere vergrotingen gebruiken meestal mechanische stadia waarmee u twee verschillende knoppen kunt gebruiken om zowel naar links en rechts als naar voren en naar achteren te bewegen.
Met de rekstop kunt u de afstand tussen de objectieflens en de dia regelen voor een nog beter zicht op het specimen.
Het aanpassen van het licht dat van de basis komt is belangrijk. Condensors ontvangen het binnenkomende licht en richten dit op het monster. Met het diafragma kunt u kiezen hoeveel licht het monster bereikt. De lenzen in een samengestelde microscoop gebruiken dit licht om de afbeelding voor de gebruiker te maken. Sommige microscopen gebruiken spiegels om licht terug te reflecteren op het monster in plaats van een lichtbron.
Oude geschiedenis van microscooplenzen
Mensen hebben eeuwenlang bestudeerd hoe glas licht buigt. De oude Romeinse wiskundige Claudius Ptolemy gebruikte wiskunde om de precieze brekingshoek uit te leggen over hoe het beeld van een stok brak wanneer hij in water werd geplaatst. Hij zou dit gebruiken om de te bepalen brekingsconstante of brekingsindex voor water.
U kunt de brekingsindex gebruiken om te bepalen hoeveel de snelheid van het licht verandert wanneer het in een ander medium wordt ingevoerd. Gebruik voor een bepaald medium de vergelijking voor de brekingsindex n = c / v voor brekingsindex n, snelheid van het licht in een vacuüm c (3,8 x 108 m / s) en lichtsnelheid in het medium v.
De vergelijkingen laten zien hoe licht vertraagt bij het binnentreden van media zoals glas, water, ijs of een ander medium, of het nu vast, vloeibaar of gasachtig is. Het werk van Ptolemys zou essentieel zijn voor zowel microscopie als optica en andere gebieden van de fysica.
Je kunt ook de wet Snells gebruiken om de hoek te meten waaronder een lichtstraal breekt wanneer het een medium binnenkomt, ongeveer op dezelfde manier als Ptolemy afleidde. Snells wet is n1/ n2 = sinθ2/ sin1 voor θ1 als de hoek tussen de lijn van de lichtstraal en de lijn van de rand van het medium voordat het licht het medium binnenkomt en θ2 als de hoek nadat het licht is binnengekomen. n1 en _N2__ _zijn de brekingsindices voor het medium licht eerder aanwezig en kwam het medium licht binnen.
Naarmate er meer onderzoek werd gedaan, begonnen wetenschappers rond de eerste eeuw na Christus gebruik te maken van de eigenschappen van glas. Tegen die tijd hadden de Romeinen glas uitgevonden en begonnen het te testen op zijn gebruik bij het vergroten van wat er doorheen te zien is.
Ze begonnen te experimenteren met verschillende soorten en maten brillen om erachter te komen wat de beste manier is om iets te vergroten door er doorheen te kijken, inclusief hoe het de zonnestralen kon richten op lichte objecten in brand. Ze noemden deze lenzen 'loepen' of 'brandende glazen'.
De eerste microscopen
Tegen het einde van de 13e eeuw begonnen mensen brillen te maken met lenzen. In 1590 voerden twee Nederlandse mannen, Zaccharias Janssen en zijn vader Hans, experimenten uit met de lenzen. Ze ontdekten dat het plaatsen van de lenzen op elkaar in een buis een afbeelding kon vergroten met een veel grotere vergroting dan een enkele lens, en Zaccharias vond de microscoop snel uit. Deze gelijkenis met het objectieflenssysteem van microscopen laat zien hoe ver terug het idee is om lenzen als systeem te gebruiken.
De Janssen-microscoop gebruikte een koperen statief van ongeveer twee en een halve voet lang. Janssen maakte de primaire koperen buis die de microscoop gebruikte met een straal van ongeveer een centimeter of een halve centimeter. De koperen buis had schijven aan de basis evenals aan elk uiteinde.
Andere microscoopontwerpen begonnen te ontstaan door wetenschappers en ingenieurs.Sommigen gebruikten een systeem van een grote buis waarin twee andere buizen waren ondergebracht die erin schoven. Deze handgemaakte buizen zouden objecten vergroten en dienen als basis voor het ontwerp van moderne microscopen.
Deze microscopen waren echter nog niet bruikbaar voor wetenschappers. Ze zouden afbeeldingen ongeveer negen keer vergroten, terwijl de gemaakte afbeeldingen moeilijk te zien waren. Jaren later, tegen 1609, bestudeerde astronoom Galileo Galilei de fysica van licht en hoe het zou interageren met materie op manieren die de microscoop en telescoop ten goede zouden komen. Hij voegde ook een apparaat toe om het beeld op zijn eigen microscoop te concentreren.
De Nederlandse wetenschapper Antonie Philips van Leeuwenhoek gebruikte in 1676 een microscoop met één lens toen hij kleine glazen bollen gebruikte om de eerste mens te worden die bacteriën rechtstreeks waarnam, en werd bekend als 'de vader van de microbiologie'.
Toen hij door de lens van de bol naar een druppel water keek, zag hij de bacteriën in het water rondzweven. Hij zou verder gaan met het ontdekken van plantenanatomie, bloedcellen ontdekken en honderden microscopen maken met nieuwe manieren om te vergroten. Eén zo'n microscoop was in staat om 275 keer vergroting te gebruiken met behulp van een enkele lens met een dubbel-convex vergrootglas.
Vooruitgang in Microscope Technology
De komende eeuwen brachten nog meer verbeteringen in de microscooptechnologie. In de 18e en 19e eeuw werden verfijningen aangebracht in microscoopontwerpen om de efficiëntie en effectiviteit te optimaliseren, zoals het zelf stabieler en kleiner maken van de microscopen. Verschillende lenssystemen en de kracht van lenzen zelf hebben de problemen van wazigheid of onduidelijkheid in beelden die microscopen produceerden, aangepakt.
De vooruitgang in de optica van de wetenschap bracht een beter begrip van hoe beelden worden gereflecteerd op verschillende vlakken die lenzen zouden kunnen creëren. Hierdoor konden de makers van microscopen preciezere beelden maken tijdens deze ontwikkelingen.
In de jaren 1890 publiceerde de toenmalige Duitse afgestudeerde student August Köhler zijn werk over Köhler-verlichting dat licht zou verspreiden om optische verblinding te verminderen, licht op het onderwerp van de microscoop zou richten en preciezere methoden voor het regelen van het licht in het algemeen zou gebruiken. Deze technologieën vertrouwden op de brekingsindex, de grootte van het diafragmacontrast tussen het monster en het licht van de microscoop, naast meer controle over de componenten zoals het diafragma en het oculair.
Lenzen van microscopen vandaag
Lenzen variëren tegenwoordig van lenzen die zich richten op specifieke kleuren tot lenzen die van toepassing zijn op bepaalde brekingsindexen. Objectieve lenssystemen gebruiken deze lenzen om te corrigeren voor chromatische aberratie, kleurverschillen wanneer verschillende lichtkleuren enigszins verschillen in de hoek waaronder ze breken. Dit gebeurt vanwege de verschillen in golflengte van verschillende kleuren licht. Je kunt erachter komen welke lens geschikt is voor wat je wilt bestuderen.
Achromatische lenzen worden gebruikt om brekingsindices van twee verschillende golflengten van licht gelijk te maken. Ze zijn over het algemeen geprijsd tegen een betaalbaar tarief en worden als zodanig veel gebruikt. Semi-apochromatische lenzenof fluorietlenzen, verander de brekingsindices van drie golflengten van licht om ze hetzelfde te maken. Deze worden gebruikt bij het bestuderen van fluorescentie.
Apochromatische lenzengebruik daarentegen een groot diafragma om licht door te laten en een hogere resolutie te bereiken. Ze worden gebruikt voor gedetailleerde observaties, maar ze zijn meestal duurder. Planlenzen richten zich op het effect van veldkromming, het verlies in focus wanneer een gebogen lens de scherpste focus van een beeld creëert weg van het vlak waarop het bedoeld is om het beeld op te projecteren.
Onderdompelingslenzen vergroten het diafragma met behulp van een vloeistof die de ruimte tussen de objectieflens en het monster vult, wat ook de resolutie van het beeld verhoogt.
Met de vooruitgang in de technologie van lenzen en microscopen bepalen wetenschappers en andere onderzoekers de precieze oorzaken van ziekten en specifieke cellulaire functies die biologische processen beheersten. Microbiologie toonde een hele wereld van organismen buiten het blote oog die zou leiden tot meer theoretisering en testen van wat het betekende een organisme te zijn en hoe de aard van het leven was.