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比对显微镜 125 年的发展历程

从 " 显微照显相器 "到自动比对桥

Alexander von Inostranzeff (1843–1919) Alexander_von_Inostranzeff.jpg

要科学准确地对两个物体进行光学比较,必须能够同时观察它们。特别是在比较只能借助光学放大系统才能观察到的微小物体时,更是如此。如果你只有一台显微镜,而且必须交替观察两个物体,那么你就需要有出色的记忆力,而且永远不能排除判断错误的风险,尤其是在检查结构、颜色或轮廓只有细微差别的物体时。这种认识促使圣彼得堡的地质学教授亚历山大-冯-伊诺斯特兰泽夫(Alexander von lnostranzeff)着手进行设计显微镜对比装置的基础研究。他首先使用了两台单目显微镜,并在其中一台显微镜上安装了当时广泛使用的绘图装置 "明镜"。通过改变绘图装置的位置,他能够以叠加和分割图像模式同时观察到两个对比对象。

显微镜对比装置原型

然而,由于 "显微镜显相器 "会产生额外的放大倍率,因此两台显微镜观察到的图像不仅在放大倍率上存在差异,而且在强度上也存在差异。鉴于这些缺陷,伊诺斯特兰泽夫于 1885 年向圣彼得堡大学机械系的 H. 弗朗岑提出了制作比对室的想法。它可以安装在两台相邻的显微镜上,不需要目镜。

从两台显微镜进入该装置的光线通过两个棱镜或反射镜水平射向比较室中心的偏转棱镜,而偏转棱镜又将来自两台显微镜的光线反射到目镜管的方向。在两个棱镜在比较室中心相交的位置,形成了一条分界线,可以进行完美的分割图像比较。这种比较室是比对显微镜比对装置的雏形。

第一台比对显微镜诞生于韦茨拉尔

1911 年,位于韦茨拉尔的威廉和海因里希-塞伯特光学研究所(1917 年并入位于韦茨拉尔的恩斯特-莱茨公司)收到了关于制造比对显微镜的第一份建议(图 2)。在这里,比较桥的棱镜组合被安装在一个可以向两侧移动的支架上(在 Seibert 的比对显微镜上使用螺丝进行操作)。这样,两部分图像之间的分界线就可以移动到足够远的距离,使观察者能够看到被比较物体的完整图像。

这种比对装置是第一个与显微镜组成永久性装置的双照明和成像光路装置,从此由 Seibert 负责销售,Wetzlar 公司也因此获得了实用新型专利。

比对显微镜征服市场

大约在同一时期,恩斯特-莱茨在韦茨拉尔将第一款比对目镜商业化。1913 年,莱茨制造出第一台基于物理分光的可用双目镜筒,并投入批量生产(图 3)。随着显微镜直接光学比对的重要性日益增加,到二十年代末,所有主要的科学显微镜制造商都在其产品系列中采用了比对目镜。

首次对发射的弹药进行对比观察

在建立了精确的法医子弹鉴定实验室后,仅用一台显微镜进行结构比较的问题变得尤为明显。1925 年,美国人菲利普-奥格拉夫尔在纽约的 "法医弹道学局 "首次对子弹进行了直接光学对比。他使用了一种自己设计的仪器,然后撰写了一份介绍该仪器的出版物(Goddard,Army Ordonance 6 Nr.33,1925 年)。早在这本出版物在欧洲出版之前,斯图加特化学调查办公室主任奥托-梅兹格(Otto Mezger)就同一问题与位于韦茨拉尔的莱茨公司进行过接触。他需要一种显微镜,能够以相同的光学倍率对并排的两个弹壳或对子弹进行成像。莱茨和梅兹格使用两台生物显微镜和一个安装好的比对桥,在欧洲首次对发射的弹药进行了比较观察。根据获得的经验,莱茨开发了一种特殊的仪器,即所谓的 "法医用比对显微镜"(图 4),并于 1931 年推出,成为全世界法医实验室的第一台通用仪器。它的设计原理和光学结构(包括双目观察孔)为对工具或枪支等造成的痕迹证据进行直接光学比较指明了方向。60 年代中期,恩斯特-莱茨公司的 Walter Klein 设计了一种新的光学比较管,用于组合两台显微镜的图像。这种比较管可安装在两台相同类型的莱茨常规或研究显微镜上,可在分割图像和叠加图像模式下进行主观比较。来自物镜的成像光线通过两个 45° 棱镜射向中央分光棱镜。这将两束光线合二为一,并将其引向观察管,以显示叠加图像。

法医比对显微镜的不断进一步发展

如今,显微镜和宏观标本的光学对比仍是首选方法,因为直接并置排除了转移误差。通过在一个视野中查看两个物体的放大图像来进行直接比对的可能性对于法医检验人员来说极为宝贵。因此,徕卡显微系统不断开发比对显微镜,以满足现代法医的要求。

人体工程学、照明和软件的重要性

如今,除光学质量外,人体工程学和照明等其他因素也发挥着关键作用。电动 Z 轴、可调节高度的桌面和可变角度的观察管是专为长时间无疲劳工作而设计的,让各种体型的用户都能舒适地工作。通用照明和旋转装置与所有灯具兼容,包括冷光灯、区域灯、截面转换器、LED 聚光灯、微型环形灯和功率 LED 灯,使照明可以围绕样品 360° 旋转。当物体移动时,光锥始终精确地对准物体区域。多种附件和照明选项允许任意组合。

现代法医显微镜的另一个重要方面是软件。徕卡应用套件 (LAS) 为用户提供了多种法医应用软件模块。例如,通过 "LAS Multistep "模块与电动平台的组合,用户可以逐段记录大型样本。然后将单个图像连接起来,精确到一个像素,从而提供大样本的高分辨率视图。

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