顯微鏡是怎麼被發現的？

從遠古時代，人們就渴望看到更多肉眼看不到的事物。 儘管沒有人知道是誰第一次使用透鏡來觀察事物，大多數認為透鏡的使用肯定是現代社會發展起來以後才發生的。

然而，令人驚訝的是，2000多年以前就有人曾經用玻璃來折射光的角度。 公元前2世紀，克勞迪思·託勒密發現一根木棍放在水裡會變彎，並且非常精確地記判斷它的「彎曲」角度不會超過0.5度。 然後，他又計算出了光在水中的折射常數。

公元1世紀，人們發明了玻璃，羅馬人透過它觀察事物和做各種測試。 他們用各種形狀的透明玻璃來做實驗，其中就有邊緣薄、中間厚的玻璃。

他們發現，如果你把「鏡片「放在物體上，物體會看起來變大了。 這些所謂的鏡片其實並不是現代意義上的鏡片，應該叫放大鏡，或者凸透鏡。 」透鏡「這個詞是從拉丁語詞彙」Lentil「演化過來的，因為它們的形狀非常類似於紅扁豆。

與此同時，塞內卡認為是水珠的圓球狀特性造成了放大效果。 」不清楚或微小的字在裝滿水的圓玻璃球下，可以被放大、變得清楚。「 製造13世紀，鏡片才開始被廣泛使用，那時的眼鏡商通過磨玻璃的形式來製造鏡片。 後來考古發現，大約在1600年，人們通過疊加鏡片的形式來製造光學設備。

第一臺顯微鏡

早期的」顯微鏡「只有一個功能：放大，倍率大概在6倍到10倍。 當時人們非常樂於拿它來觀察跳蚤和其他的小昆蟲，因此早期的放大鏡倍叫做」跳蚤鏡「。

大概在1590年，兩個荷蘭眼鏡工匠Zaccharias Janssen和他的父親Hans開始嘗試用鏡片。 他們把一些鏡片放到圓形管裡，然後一項重要的發現就誕生了。 靠近管子底部的物體得到了放大，而且要比任何單放大鏡片的放大倍率要高很多。

很大程度上，他們的第一臺顯微鏡可被認為是一種創新，尚不能作為科學儀器使用，因為放大倍率僅有9倍，而且圖像有些模糊。 儘管沒有一臺Jansen製造的顯微鏡流傳於世，荷蘭皇室用3個滑管制造出一臺設備，全部展開有10英寸長，直徑為2英寸。 這臺顯微鏡的放大倍率範圍為3到9倍。

世界上第一臺真正意義上的顯微鏡出現在17世紀晚期，發明者是荷蘭的布匹商人、顯微鏡的先驅人物，列文虎克。

他自己磨製出了簡易的顯微鏡，只有一個鏡片，可以用手拿著進行觀察。 通過創新型方式磨製精品，列文虎克比同時代的人取得了更大的成就。他把一個小玻璃球磨製成了鏡片，放大倍數竟然達到了720倍。要知道，當時其他顯微鏡的放大倍數最高僅有50倍。 他用這個鏡片做成了世界上第一臺實用顯微鏡。

列文虎克把一個凸鏡，用螺絲釘連接到一個金屬固定器上，於是他的顯微鏡就做成了。 列文虎克帶著他獨創的顯微鏡開始進入科學界，因為他看到了別人在此之前從來都看不到的東西。 在顯微鏡下，他看到了細菌、酵母、血液細胞和很多水中微小的浮遊生物。 人們從來沒有意識到顯微鏡的放大功能也許可以發現事物的結構，也許所有生命都是很多非常細小的東西組成的。在此之前，從來沒有人會想到這一點。

複式顯微鏡

為了提高單鏡片顯微鏡的能力，必須要縮短焦距。 然而，縮短焦距必須要縮短鏡片直徑，經過一段時間之後，鏡片將變得很難看清。

為了解決這個問題，17世紀左右，人們發明了複式顯微鏡。 這種顯微鏡使用了不止一個鏡片，因此一個鏡片下的圖像可以接著被另一個鏡片放大。

從根本上來說，今天「顯微鏡」這個詞在過去指的就是複式顯微鏡。 複式顯微鏡裡，緊貼著物體的鏡片叫做「物鏡」，緊貼著眼睛的就叫做「目鏡」。

任何顯微鏡的功能都是為了增強解析度。 顯微鏡用來放大物體的形狀，因此我們可以用來觀察那些肉眼看不到的事物。 正因如此，人們常常搞不清解析度與放大倍率的區別。「放大倍率」其實指的是圖像的尺寸。 一般，放大倍率越大，解析度就越高，但是特殊情況下則不然。 鏡片設計有很多局限性，有時候會導致放大倍率增大了，解析度卻沒有提高。 在放大倍率和解析度之間難以兼得的原因，在於人眼看待這兩種物體的能力有限。

英國人羅伯特虎克用顯微鏡發現了所有生命的基本組成部分：細胞，從而被公認為是顯微鏡歷史上最重要的事件， 17世紀中期，虎克在研究軟木塞的時候，發現了網格結構，這使他想起了修道院裡叫「cells」的小房間。 虎克也被認為是第一個使用三鏡片的人，到現在顯微鏡仍然有採用三鏡片設計。

後續發展

在顯微鏡早期，由於玻璃的質量較低，鏡片的形狀也有很多瑕疵，所以人們用顯微鏡看到的物體形狀比較歪曲。 直到19世紀中期，顯微鏡技術得到跳躍性的提升，逐漸有了現代顯微鏡的特性。 德國蔡司和一家查爾斯斯賓塞創辦的公司開始生產高質量的光學設備。 我們還應該提到Ernst Abbe，是他開始了光學定律的理論研究；還有Otto Schott，對光學玻璃展開了深入研究。

為了降低顯微鏡的重量，並提高其解析度，有三個基本的問題要克服：

• 色差： 光透過鏡片，光色會發生不規則的彎曲。 這個難題被18世紀30年代的Chester Hall解決了。 他發現，如果使用不同形狀和不同光線彎曲特性的第二鏡片，他可以重新對齊顏色，無需犧牲第一鏡片的放大倍率。

頂部 - 使用高質量鏡片進行照片拍攝

底部 - 使用廣角鏡頭拍攝，顯示可視色差（尤其是在右邊的黑暗邊緣）。

球面像差： 光打在不同的鏡片部位上，會出現不規則彎曲 Joseph Jackson Lister在1830年解決了這個問題。 他發現，把鏡片按照精密的距離進行排列，第一個鏡片的像差被消除了。 低能力、低曲率的鏡片可以做成最小像差，使用這種類型的鏡片，然後放在一些列鏡片的第一位置，球面像差的問題迎刃而解。

一個完美的鏡片（放在頂部）可以聚集所有的入射光線，指向光軸的某一點。 一個有球面像差的實體鏡片（放在底部）吸收了球面像差： 如果光線進入鏡片的距離遠於光軸，而不是靠近光軸，那麼鏡片可以把光線聚集的更緊密。 因此無法生成一個完美的焦點。

第三個問題是，作為一臺顯微鏡，最好的形狀就是圓錐體，因此它能夠儘可能地聚集更多的光。 恩斯特阿貝在1870年左右解決了這一難題。 他使用水浸或油浸鏡片最大化地完成了光的聚集，改變了使用物鏡收集光的物理定律。 阿貝能取得的最大解析度在10倍左右，比100年前的列文虎克要好一些。 0.2微米或200納米的解析度已經是光的波長所能施加影響的物理學極限了。

現代顯微鏡

自從光學定律得到良好理解之後，人們已經達到了光學的極致了，因此近些年顯微鏡的發展速度也開始變慢， 大多數顯微鏡都遵循同樣的結構定律，類型無怪乎三種：單目、雙目和體視雙目顯微鏡。