【教學參考】光學顯微鏡的發展歷程

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光學顯微鏡（簡稱顯微鏡），顧名思義是一種通過光學放大成像，顯示物體微觀結構的一種光學儀器，它由一個或多個透鏡通過組合構成。顯微鏡成像是一種光的藝術，在配合各種不同的光源時，可形成各自不同類型的影像，演變形成了各種類型的顯微鏡。

1.單目生物顯微鏡（光學顯微鏡發展的初期階段1.0）

顯微鏡發展初期，光學技術不發達，當時製成的顯微鏡為單光路直筒設計，只能使用一隻目鏡進行觀察，因此常被稱作單目顯微鏡。單目顯微鏡受當時的電子、機械、信息等技術的局限，通常具有以下幾種特點：採用反光鏡反射自然光提供照明；粗、細準焦螺旋採用分離式手輪；載物臺為單層結構，且不可移動。

早期影像技術還未起步，使得顯微鏡下的微觀世界只能即時觀察，若想把看到的微觀世界呈現出來，與他人進行溝通交流，就需通過筆、紙把觀察到的影像，以臨摹的方式畫出來，因此生物繪畫就成了當時生物學工作者的一項必備技能。生物繪畫要求觀察者左眼進行觀察，右眼輔助繪畫，難度較高，繪畫結果精度較低，且容易受到人為主觀因素的影響而失真。

綜上所述，在當時使用顯微鏡觀察被認為是一項十分複雜的科學實驗操作過程，操作人員需進行訓練才能熟練使用顯微鏡，並獲得較理想的結果。儘管如此，顯微鏡的出現，大幅拓寬了人類的觀察範圍，也使得微生物學、醫學等學科取得了前所未有的進步。

2.雙目生物顯微鏡（顯微鏡發展的第二階段2.0）

由於使用單目生物顯微鏡時需將一隻眼對準目鏡，長時間觀察極易疲勞。電燈的出現使得顯微鏡的照明得到大幅度改善，特別是光源的亮度充足且亮度還可不斷提高，從而促使人們能夠利用分光稜鏡將物鏡傳上來的光信號一分為二，便於使用者通過兩隻眼睛進行觀察，這樣便大幅減輕眼睛負擔，提高使用的舒適度，因此這種顯微鏡也被稱作雙目生物顯微鏡（圖1-2）。雙目生物顯微鏡除了具備雙目觀察筒外，得益於當時光學、電子技術、機械技術的發展，使得顯微鏡整體上有了較大的改進。

顯微鏡發展至這一階段，是光學技術的快速發展時期，尤其是可控的電燈取代自然光使得顯微鏡的使用不再受自然環境以及地理位置的影響。另外由於電燈的多樣化，以及各種濾光鏡的運用，光學技術的進步，促使螢光顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡，倒置顯微鏡等多種類型顯微鏡得以面世。

3.三目生物顯微鏡（顯微鏡發展的第三階段3.0）

光學成像效果取得重大進展之後，人們將顯微鏡改善的重點放在了顯微圖像的獲取技術上。人們在雙目光路信號進行再次分光，形成三目觀察筒，然後將攝像採集器安裝於三目觀察筒上以獲得顯微圖像。此後顯微影像逐漸成為人們記錄原始信息的重要手段。相比之前提及的顯微繪畫，這種獲取顯微畫面的方式更精準、更高效，更先進。

4.數碼液晶顯微鏡（顯微鏡發展的第四階段4.0）

數碼顯微鏡憑其能夠實時顯示及圖像處理等優點，獲得了廣泛的應用，顯微觀察不再拘泥於傳統雙目觀察筒。上一代顯微鏡要獲得顯微圖像離不開計算機及其軟體等輔助設備（連接支架、顯示器等），這就需要專業人員安裝調試，用戶搬移非常不方便，且佔用實驗空間。時代在發展，科技在進步，在這個基礎上，伴隨著液晶屏技術的成熟，超薄超清晰的液晶顯示屏也被集成於數碼顯微鏡中，通過整體化的專業設計，進行光、機、電、軟體的科學融合，開發出了數碼液晶顯微鏡（圖1-3），數碼液晶顯微鏡的誕生大幅縮減了整個顯微觀察系統的體積，提升了儀器的便攜性，方便了用戶的使用，更使得戶外顯微觀察成為可能。

數碼液晶顯微鏡兼具傳統雙目觀察筒及高清液晶顯示屏的版本，一來屏幕提供了方便的觀察及交流環境，二來通過雙目觀察筒進一步驗證觀察結果，便可確保結果無誤。

顯微鏡發展到第四個階段，更多考慮的是使用上的革新，易用性、便利性。此時數碼液晶顯微鏡具備生物顯微鏡和實體顯微鏡的功能，還增加了顯微測量功能，同時可以內置高容量鋰電池（便於戶外使用）以及將數據存於U盤之中的功能。

5.未來的顯微鏡

顯微鏡是人們觀察微觀世界的一個重要的工具，它也是隨著人類科技的進步而不斷發展。縱觀光學顯微鏡的發展史，每一次的進步提高都離不開新技術的產生和發展。與此同時也有相應的落後技術被淘汰，如電燈光源的出現使得反光鏡作為光源的顯微鏡被淘汰，影像裝置的出現使得顯微繪畫失去了存在的意義。可以預見的是，未來顯微鏡仍然會不斷推陳出新。一方面，在網際網路信息技術爆炸式發展的時代，顯微鏡的聯網使用和分享機制將逐步建立；另一方面，伴隨著傳感器技術以及軟體算法的不斷創新，顯微鏡走向智能化、自動化的步伐也已邁開。到那時，人們可將更多的精力投入到研究的課題中而不再糾結顯微鏡的使用方式，大大提高了觀察效率。

來源：人教版新教材必修一教師用書