摘要：在古希腊语中，‘mikro’意思是 "微小的尺寸"，而 ‘skopion’ 指的是'观察的手段'。尽管"microscope"一词在1625年才开始流行，但其发明之旅早在公元前几个世纪就开始了。

在古希腊语中，‘mikro’意思是 "微小的尺寸"，而 ‘skopion’ 指的是'观察的手段'。尽管"microscope"一词在1625年才开始流行，但其发明之旅早在公元前几个世纪就开始了。

在3000多年以前，欧洲腓尼基人在地中海沿岸的贝鲁斯河边第一次制成了人造玻璃。大约在4世纪，罗马人开始把玻璃应用在门窗上。希腊人和罗马人已经知道玻璃放大的现象。然而，这一发现的年份仍然不明。大多数专家认为这一发现仅仅是偶然的；也许有一天，有人注意到通过装满水的碗看到的物体看起来比实际大。

公元前710年亚述帝国尼姆鲁德遗址出土的石英透镜，经现代光谱分析证实其曲率半径达12.7mm，焦距约8cm。这种采用磁铁矿磨制的凸透镜，不仅是祭司的"圣火点燃器"，更可能是楔形文字抄写员的阅读辅助工具。亚述工匠已掌握曲面抛光技术，能在水晶表面实现0.05mm精度的曲率控制，这种工艺直到13世纪威尼斯玻璃匠人才重新掌握。

公元前3世纪亚历山大城的希罗（Hero）在《反射光学》中首次提出光线直线传播定律。欧几里德（公元前300年） 是第一个记录放大效应的哲学家。在他的巨著《光学》中Optica中，欧几里德写道，通过一个装满水的玻璃球看到的文字显得更大。阿基米德在锡拉库萨保卫战中运用凹面镜聚焦焚毁罗马战舰，其手稿记载的"火镜"焦距计算误差仅3%。

希腊哲学家塞内加（公元前4年-公元65年）对这一理论进行了扩展，指出放大的程度或规模取决于眼睛和玻璃之间的角度。他敏锐地将放大率与光线从一种介质到另一种介质时的弯曲联系起来。公元100年，托勒密在《光学》五卷本中系统论述折射定律，通过测量水与玻璃的入射/折射角，建立了历史上首个折射率经验公式。

关于光学和放大的观察在希腊和罗马的记录中随处可见，然而，直到公元1000年才开始广泛使用被称为 "阅读石"的镜片作为阅读辅助工具来放大文字。希腊人还用研磨玻璃制成的弧形透镜来点火！这并不是字面意义上的，而是指在希腊人看来，透镜是一种很好的工具，通过聚焦光线产生的热量被用来烧灼伤口、病变和手术中的切口。然而，这些弧形眼镜要再过1200年才会在眼镜中找到用途。

也有证据表明，中国文明在4000多年前就了解并使用了放大术。周王朝开发了我们现在称之为 "水显微镜 "的仪器，它由一根长管组成，里面装满不同程度的水，取决于所需的放大率。这些简单而有效的仪器能够达到超过150倍的放大率。

洛阳西周贵族墓出土的青铜"显微尊"，内嵌五组不同曲率的玉质透镜。据《考工记》复原实验显示，当注入不同浓度盐水时，该装置可实现80-150倍放大。这种利用液体折射率调节焦距的技术，比西方17世纪的浸油物镜早2500年。汉代张衡《灵宪》中记载的"方诸取水"术，实为用凹面水晶在月夜凝聚露水的早期冷凝透镜应用。

阿拉伯世界的一些学者也在努力理解光学。Ibn Al-Haytham在公元1021年出版了《光学之书》，总结了他对光和视觉的研究，推翻欧几里德的"视觉射线说"，提出光线反射理论。当时人们认为，从眼睛反射出来的光线 "触及 "物体，从而使我们能够看到它们。他设计的暗箱（Camera Obscura）成为后来显微镜照明系统的原型。

在西方世界，发明家在13世纪才开始尝试使用透镜。开罗的阿尔哈金更发明了半球形透镜研磨机，采用橄榄油混合金刚砂的研磨工艺，使透镜面型精度达到0.1mm级。这些技术经西班牙的翻译运动传入欧洲，直接催生了13世纪眼镜的发明。公元1284年，意大利的Salvino d'Aramento Degli Amati被认为是发明了第一个可佩戴的眼镜。到了14世纪，这种眼镜开始在欧洲各地广泛使用。

到1291年，意大利的玻璃制造技术已经非常发达，而玻璃是制造显微镜的基本材料。早在公元前，中国人民就发展出了透镜制造技术，当时的材料是水晶。1291年，威尼斯共和国将玻璃作坊迁至穆拉诺岛实施技术封锁。工匠们发明了钠钙玻璃配方（72%SiO₂+14%Na₂O+14%CaO），其折射率（n=1.51）与色散特性远超当时的水晶材料。1403年，安东尼奥·德·帕维亚用铅玻璃制成首个三合透镜，色差校正水平相当于17世纪中叶的欧洲大陆产品。这些技术通过热那亚商人传入荷兰，为显微镜革命埋下伏笔。

13世纪，著名的马可波罗将中国的眼镜传入欧洲，欧洲人学会了磨制眼镜的技术。当时，欧洲人用廉价的玻璃来磨制眼镜，使眼镜成为了一种相对廉价的商品。眼镜制造业兴盛起来，那时戴眼镜的人大都是富翁，他们的年纪多半很大，所以他们需要老花镜，也就是凸透镜。人们很快发现，凸透镜可以产生物体的放大影像。于是，一些人开始使用凸透镜来观察细小的物体，凸透镜在科学研究中开始发挥它巨大的作用。凸透镜因其具有放大功能而被叫做放大镜，多透镜的复式显微镜发明后又称单式显微镜，意思是只有一个透镜的显微镜。单式显微镜有一个致命的缺点，那就是它的焦距与透镜直径成正比，而焦距又与放大倍数成反比。也就是说，焦距越短，放大倍数越大，而透镜直径又越小。如果放大倍数是100倍，透镜的焦距为0.25毫米，透镜直径大约为0.33毫米。这个比大头针头还小的透镜在当时根本制造不出来。因为这个缘故，当时的放大镜的放大倍数最多不过25倍。众所周知，体积较大的一些纤毛虫的长度也不过0.1毫米，放大25倍后也才2.5毫米大，而它内部的细微结构就根本看不清了。因此，为了观察更多的细微物体，人们迫切需要一种更好的放大工具。

16世纪90年代，在荷兰的米德尔堡诞生了人类历史上第一台真正意义上的显微镜。具体年份的记录已经在二战期间、1940年5月17日一场发生于米德尔堡的爆炸中丧失，人们推测显微镜的发明年份应该是在1590~1605年间。那个时候，发明人扎卡莱亚斯·詹森很可能只是个十岁左右的孩子（他的出生年份同样不详，大约是在1580~1585年间）,跟着他的父亲汉斯·詹森（Hans Janssen）在街头贩卖自家打磨的镜片。在父亲的工作室里玩耍时，扎卡莱亚斯顺手拿起了两个镜片放到铜管的两端，发现通过这个铜管看书时书上的字大得显吓人，父亲汉斯知道后很高兴。这样扎卡莱亚斯成为了世界上第一个将多块凸透镜组合在一起的人，父亲汉斯帮助他制作出了世界上第一台复式显微镜，它看上去像是一根手电筒，世界上第一个简陋的复式显微镜（如图，其真品已经遗失）诞生了。其原始设计手稿显示：这个显微镜是由三个黄铜套筒组成的装置，其中中间的镜筒较粗，是手握的地方，另外两个镜筒分别插入它的两端，可以自由伸缩，从而达到聚焦的目的。镜头有两个，都是凸透镜，分别固定在镜筒的两端。物镜是一个只有一个凸面的单凸透镜（f=30mm），目镜是一个有两个凸面的双凸透镜（f=50mm）。当这个显微镜的两个活动镜筒完全收拢时，它的放大倍数是3倍；当两个活动镜筒完全伸出时，它的放大倍数是10倍（其实这也是最早的变焦镜头）。但受限于0.5mm的透镜偏心误差，实际分辨率仅100μm。1608年，其子约翰内斯将镜筒改为固定式，采用螺纹调焦机构，这是现代显微镜机械平台的雏形。

复式显微镜在性能上明显优于单式显微镜。虽然这个放大倍数看似还不如单式的凸透镜，但它的意义在于它是最早的变焦镜头，同时它只是一个未成熟的雏形，有了复式镜片组合的结构基础，它的放大率可以做得很高，可以把几个放大倍数较小的凸透镜组合起来获得很高的放大率，放大倍数很快就开始了飞跃。另外，制造工艺也很简单，人们不再需要费劲去磨制一个个极小的透镜。

复式显微镜的发明，是科学史上的里程碑，人类从此开始认识微观世界。不过，由于技术条件不成熟，16世纪的显微镜放大倍数都不高，因此在16世纪人类在探索微观世界方面并没有什么激动人心的发现。

伽利略（Galileo Galilei，1564年-1642年）因发明了能够放大远处物体的望远镜而受到广泛赞誉。1610年，伽利略发现，将自制的30倍望远镜反向使用——将望远镜中的镜片重新排列，缩短它们之间的距离，有助于放大小东西，从而制造出第一台复合显微镜，他称之为"Occhiolino"。该装置实现的放大率比广泛使用的放大镜高几倍。他在给托斯卡纳大公的信中描述："跳蚤的足部如同精钢打造的机械，充满不可思议的铰链结构。"1624年改进的"occhiolino"采用铅锡合金镜身，配备可更换目镜系统（5X、10X、20X），首次实现不同倍率切换。

伽利略的显微镜继承了詹森显微镜的特点，同样是两个可以伸缩的套筒，通过改变套筒的长度来调焦。但伽利略作了一点改进，在套筒外壁上刻上了很多螺纹，通过旋转套筒即可使套筒上下伸缩，完成调焦，这样显微镜使用起来就较为平稳。这个显微镜制作十分精美：黄铜制作的镜身，四个支架被精心雕刻成弯曲状，这充分表现了当时人们的审美观。

但伽利略显微镜有一个缺点，由于那四个支架不能移动，因而该显微镜只能竖直放在桌面上，这样，它的光源只能是来自物体表面的反射光，而不能采用透射光（现在大多数显微镜都是这样采光）观察，因此，用这个显微镜所能观察的样本很少，满足不了研究的需要。同时，这种显微镜采用凹透镜作为目镜的设计，导致视场边缘畸变达35%，也限制了其科学应用。

1611年，开普勒（Kepler）提议复合式显微镜的制作方式。在十七世纪中叶，出现了一种滑杆显微镜。

它们的基本结构大致相同：灯塔形的镜身，顶端是一个凸透镜，在镜身中部穿过一根长长的可以水平滑动的横杆，在横杆前端固定着一根顶端削尖，与横杆垂直的长“针”——奇特的载物台。

使用时，先将针尖刺入标本，使标本固定在针尖上；然后前后移动滑杆，调节标本与透镜的距离，使成像最清晰后，即可进行观察。从这个显微镜的透镜大小可以看出，该显微镜的放大率不大。

缺点：标本放在针形的载物台上实在不稳定，观察时的实际操作很麻烦。因此，后来的显微镜就没有采用这种针形载物台。

同时代与它同型的单式显微镜还有弹簧显微镜。

1632年10月24日，安东尼·范·列文虎克(Antony Van Leeuwenhoek， 1632-1723)出生在荷兰的代尔夫，由于家境困难，他只上过很短时间的学，16岁就被送去荷兰首都阿姆斯特丹做布店学徒。1654年，22岁的列文虎克回到老家代尔夫，开了一家属于自己的小布店。一开始，他尝试着用凸透镜来放大鉴定布料的质量，布匹店的工作并不忙碌，他很快培养起了对透镜的兴趣，并尝试自己打磨镜片。靠着兴趣和毅力，这个没上过几年学的年轻人在自家的小店里打磨制造出了世界第一流的镜片，它们的厚度仅为1毫米，曲率半径为0.75毫米，有着很高的放大率和分辨率。

典型的列文虎克显微镜很小，结构很巧妙，由一块扁平宽大的镜身、一个镜头、一个针形载物台、两个螺钉构成的。透镜被镶嵌在两块凿出小孔的黄铜片之间，螺钉可以用于调节标本与透镜之间的距离，以调整焦距。使用时，先将标本固定在针尖上，拿起显微镜对准光源，调节螺钉令影像达到最佳状态便可观察。

列文虎克一生亲自磨制了550块透镜，装配了247台显微镜，为人类创造了一批宝贵的财富。

至今保存下来的有9台，都被妥善地保存在各地的博物馆里。荷兰尤特莱克特大学博物馆里的那台显微镜的放大倍数为270倍，分辨率为1.4微米，这几乎已经是光学显微镜的极限。

列文虎克制作透镜的方法已经失传了，而他手工制作出来的显微镜的质量之高，到现在为止都没有人能仅靠双手复刻。

列文虎克制造的显微镜设计和功能也相似，尺寸几乎是一个常数：长2英寸，宽1英寸，镜身大多是用黄铜制造。他独创的透镜研磨术包含七个关键步骤：

1. 将铅玻璃棒拉制成直径1mm的细丝

2. 在酒精灯上熔融成球形

3. 用金刚石粉末进行粗磨

4. 采用氧化铈进行精密抛光

5. 红铁粉表面修形

6. 硫化汞镀膜增强透光率

7. 蜂蜡封装防氧化

这种工艺制成的透镜曲率半径达0.12mm，表面粗糙度

1674年，列文虎克用自制的275倍显微镜观察到雨水中的"微小动物"（Protozoa），1677年观察到了池塘水中的原生动物，鲑鱼血液中的红细胞。1683年，他在牙垢里发现了细菌，并将结果写成报告寄给英国皇家学会，获得了后者的肯定，从而开创了微生物学。他还正确地描述了微生物的形态有杆状、螺旋状等多种。通过对毛细血管的观察，他证实了血液循环系统的存在，结束了多年的科学界之争。

1663年英国科学家罗伯特.胡克有一个非常了不起的发现，他用自制的复合显微镜观察一块软木薄片的结构，在《显微图谱》中描绘的软木细胞结构看上去像一间间长方形的小房间，就把它命名为细胞 “cell”，至今仍被使用。罗伯特·胡克的发现源于其改进的复合显微镜：该装置采用烛光照明系统，配备由三片火石玻璃组成的消色差物镜（f=10mm），虽然残余色差仍导致图像边缘呈现蓝紫色晕染，但中心分辨率突破5μm。胡克发明的十字载物台移动机构，采用0.5mm螺距的精密丝杠，定位精度达50μm，这项技术直到19世纪仍是显微镜标准配置。

十八世纪是欧洲科学复苏的时期，各种新的科学理论层出不穷。但是，由于那时人们对光学的知识掌握得很少，再加上当时玻璃制造技术还存在一些缺陷，因此那时的显微镜都存在很大的像差和色差，成的像很模糊。因而人们宁愿使用成像质量较好的单式显微镜，尽管它们的放大率大都比较低。由于不被人十分重视，十八世纪的复式显微镜发展很慢，直到1729年，切斯特·霍尔（Chester Moore Hall）开发了消色差透镜。消色差透镜结合了两个不同形状和焦距的透镜，以提供更好的焦点。

1729年，英国律师切斯特·霍尔发现火石玻璃（n=1.62）与冕牌玻璃（n=1.52）的组合能消除色差。但受限于当时玻璃熔炼技术，直到1758年约翰·多隆德才制成首个实用消色差物镜。该物镜采用双胶合结构（前组：冕牌玻璃凸透镜，后组：火石玻璃凹透镜），将色差降低至原水平的1/20。

1761年英国人George Adams为英王George III制造了一台精美的银显微镜。他的目的是借这个豪华的显微镜表现当时在显微科学领域里人们取得的卓越成就。由于他在这个金属显微镜的表面镀上了大量的银，所以这个显微镜的造价实在高得惊人，也只有英国王室才能负担得起，他们用它来向外国使臣炫耀英国的富有。该显微镜既可以当作单式显微镜来使用（此时只需要使用显微镜上方的那个放大镜），也可以当成复式显微镜来使用（复式显微镜的镜身在显微镜顶端的那两个人像后面，其物镜有八个，都镶在顶部人像脚下的那个圆盘上，通过旋转该圆盘可以选择合适的物镜）。可以说，它的功能在当时还是较多的。

1794年，荷兰光学家范·迪伊改进为三合透镜（冕牌-火石-冕牌），使18世纪显微镜的分辨率突破1μm大关。

十九世纪，随着工业革命的进行，显微科学也同其它学科一起飞速发展起来。其主要的原因是机械的使用使透镜的质量大大提高，以及光学的发展使显微镜的结构更加符合光学原理。在这个世纪里，人们制造出了没有色差和像差的高质量显微镜以及分辨率极高的暗视野显微镜，从而带来了生物学和显微科学的革命。其中有些人做出的贡献特别大，他们是：发明消色差物镜的Van Dei、Amici和Lister；制造出高质量的光学玻璃的卡尔、蔡司(Carl Zeiss)和Schott；设计制造了高度消色差物镜和高分辨率的阿贝物镜的阿贝(Abbe)等等。在十九世纪中叶还出现了显微摄影，这使得对微生物的记录更加准确。

1827年，法国工匠勒内·格诺特发明了螺纹磨床，使显微镜调焦机构精度达到2μm。

1830年，Joseph Jackson Lister 在纠正一种称为球差的现象方面取得了巨大进展。在那之前，通过显微镜观察的图像会根据镜片之间的角度而发生扭曲。然而，Lister建立了一个装置，将弱透镜放置在彼此之间的精确距离上，从而消除了球面差。这极大地帮助了当时的博物学家观察明显的生物结构，在那之前，这些结构只是模糊的变形。

1850年，英国工程师约瑟夫·惠特沃思将燕尾导轨引入显微镜载物台，配合其发明的"英制标准螺纹"（每英寸12牙），实现了载玻片10μm级定位精度。这些机械进步使得组织切片技术成为可能，催生了19世纪组织学的大发展。

1850年，在杜兰大学工作的John Leonard Riddel建造了第一台有两个工作眼片的双目显微镜。利用该设备，他还开创了对霍乱弧菌的研究，霍乱弧菌是导致霍乱的细菌。

十年后，显微镜制造公司‘Ernst Leitz’制造了包含五个不同放大倍数的镜头的显微镜，可以根据需要进行调整。他们通过将多个镜头固定在位于镜筒末端的可移动转塔上来实现这一目标。与此同时，一个竞争对手的公司 "蔡司光学厂 "也在努力推动显微镜的发展。

卡尔·蔡司(Carl Zeiss，1816-1888)：著名的德国光学仪器制造者，著名的卡尔·蔡司光学仪器公司的创办人。他花了相当大的心血去完善和发展复式显微镜。在1857年，他制造出了他的第一个复式显微镜，名字叫"Stand1"。他把复式显微镜的透镜明确地分为物镜和目镜，按照这种理念，他不断地研制新式显微镜。

1873年，在蔡司工作的德国物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）在《显微镜成像理论》中提出分辨率公式：d=λ/(2NA)，其中NA=n·sinθ，奠定了指导计算光学发展的原则。这一理论指导蔡司公司于1886年推出首个数值孔径1.25的油浸物镜（采用雪松油n=1.515），在这种情况下，样品和透镜都被浸入比空气有更高折射率的液体中，使可见光显微镜的理论分辨率极限达到200nm。阿贝设计的8孔物镜转盘，采用行星齿轮定位机构，换镜重复定位精度达±0.5μm，成为现代物镜转换器的原型。但是，他对显微镜最著名的贡献也许是发明了阿贝聚光镜，这是一个放在显微镜光源上方的装置，将光线集中到一个圆锥体上。

在1881年，蔡司与阿贝和奥托（Otto Schott）合作，制造出了高质量的光学玻璃。这使得他在后来制造出了高度消色差物镜等高级透镜，为科学发展做出了巨大贡献。

十九世纪末，许多制造公司开始大规模地设计和建造精密显微镜。随着价格开始下降，该设备开始被广泛的受众所接受。高精度显微镜为生物学中的一些最重要的成就提供了帮助，包括Walter Flemming在1879年发现的染色体。

1893年，在蔡司公司工作的奥古斯特·科勒（August Kohler）发明临界照明系统，建造了专利的科勒照明装置；通过场镜和孔径光阑的双重调控，使样本照明均匀度提升至95%以上。科勒的装置通过提供一个均匀的光源，极大地提高了显微镜的分辨率和对比度。其核心创新在于将光源像成在物镜后焦面，这项技术使细胞染色标本的细节对比度提升300%。科勒设计的聚光镜升降机构采用螺旋弹簧补偿装置，确保光路准直度误差小于0.01°。

20世纪是一个激动人心的世纪。各种学科都得到了极大的发展，尤其是自然科学，显微科学也不例外。由于人们在物理、数学和材料科学等领域取得了非常大的进展，显微镜的质量大大提高，各种新型的显微镜也应运而生。

新型的现代光学显微镜，比如倒置显微镜、偏振光显微镜、荧光显微镜、相差显微镜、微分干涉显微镜，在视场清晰范围、中心偏离程度（也就是合轴程度）、齐焦性能等方面已达到高度完善，其数值孔径已接近极限，视场中心的分辨率与理论值之区别已微乎其微。但继续增大显微物镜视场与提高视场边缘成像质量的可能性仍然存在，这种研究工作，至今仍在进行。在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术；1893年出现了干涉显微术；1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。 现代光学显微镜中还有微分干涉相衬显微镜、光声显微镜、激光共聚焦显微镜等，显微观察技术与产品应用得到快速的发展。

更多的新型光学显微镜层出不穷，年轻的数字成像技术开始了用计算机来处理传送显微影像的时代，使人们记录显微影像的方式又前进了一步。人们采用这些先进的技术相继发现了物质的各种精细结构。但是，在此我们就不一一列举了。

下边转入介绍1986年诺奖相关的电子显微镜以及最先进的共焦激光扫描显微镜(CLSM)和扫描隧道电子显微镜(STM)。1982年，扫描隧道电子显微镜被发明，这种显微镜具有极高的分辨率（0.1埃，即百亿分之一米），人们用它第一次看到了原子。

电子显微镜的发展是建立在光学显微镜的基础上的，在现代科学发展的历史中，两个看似无关的学科互相融合往往产生意想不到的结构。受阿贝分辨率极限理论限制，光在通过显微镜时要发生衍射，因此一个点在成像时就会变成一个放大的衍射光斑。如果两个衍射光斑靠得太近，即使分辨率再高，我们也无法分辨。可见光的分辨率极限是0.2微米，小于0.2微米的结构在普通光学显微镜下是无法识别的。提高显微镜分辨率的途径之一是设法减小光的波长，或者用电子束来代替光。

根据德布罗意的物质波理论，运动的电子具有波动性，而且速度越快，“波长”就越短。如果能把电子加速到十万伏，就具有比光的标准波长短十万倍的波长，比如：利用80kV加速电子束，波长仅0.004nm。这样，使用电子束可以获得更高的分辨率，使分辨率达到纳米级，用电子束来放大物体。但是如何实现电子聚焦透镜呢？

研制电子显微镜的历史可以追溯到19 世纪末。人们在研究阴极射线的过程中发现阴极射线管的管壁往往会出现阳极的阴影。1897 年布劳恩设计并制成了最初的示波管，为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1926 年布什（H.Busch）发表了有关磁聚焦的论文，指出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚焦一样，因此可以利用电子成像。这为电子显微镜作了理论上的准备。限制光学显微镜分辨率的主要因素是光的波长。由于电子束波长比光波波长短得多，可以预期运用电子束成像的电子显微镜可以得到比光学显微镜高得多的分辨率。

1928—1929 年间，鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基础上，进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实验研究，证实电子束照射下直径为 0.3 mm 的光阑可以产生低倍（1.3 倍）的像，并验证了透镜成像公式。这就为创制电子显微镜奠定了基础。

1931年，还是柏林工业大学一名学生的鲁斯卡发现一个磁性线圈能够像普通显微镜的玻璃透镜把光线聚焦那样把电子束也聚焦。他优化两个磁性透镜的耦合、并做了一些其他的改进，并和克诺尔用冷阴极放电电子源和三个电子透镜改装了一台高压示波器，获得了放大十几倍的图象，证实了电子显微镜放大成像的可能性。

1931 年，克诺尔和鲁斯卡开始研制电子显微镜，他们用实验证明：获得同样的焦距，使用包铁壳的线圈，其匝数要比不包铁壳的线圈小得多。1931 年 4 - 6 月，他们采用二级磁透镜放大的电子显微镜获得了 16 倍的放大率。通过计算他们认识到，根据德布罗意的物质波理论，电子波长比光波波长短 5 个数量级，电子显微镜可能实现更高的分辨率。他们预测未来的电子显微镜，当加速电压为 75 kV，孔径角为 2×10−2 rad 时，衍射限制的分辨率将是0.22 nm。

1932年，经过鲁斯卡的改进，将磁透镜系统采用饱和磁极设计，将球差系数降至0.5mm，这就是第一台透射电镜（TEM）——电子束和样品之间的相互作用被记录下来并转化为图像。1932—1933 年间，鲁斯卡和合作者波里斯（Borries）进一步研制了全金属镜体的电子显微镜，采用包有铁壳的磁线圈作为磁透镜。为了使磁场更加集中，他们在磁线圈铁壳空气间隙中镶嵌非磁导体铜环，并将铁磁上、下壳体内腔的端部做成漏斗形（磁极靴），使极靴孔径和间隙均减小到 2 mm，而且焦距减小到 3 mm。1932 年 3 月，波里斯和鲁斯卡将此项磁透镜成果申请了德国专利。

1933 年，鲁斯卡在加速电压 75 kV 下，运用焦距为 3 mm 的磁透镜获得 12 000 倍放大率，还安装了聚光镜可以在高放大率下调节电子束亮度。他拍摄了分辨率优于光学显微镜的铝箔和棉丝的照片，并试验采用薄试样使电子束透射而形成电子放大像。电子显微镜的分辨能力达到了50纳米，大概是当时光学显微镜分辨率的十倍，于是电子显微镜开始受到人们的重视。

1934 年鲁斯卡以题为《电子显微镜的磁物镜》的学位论文获得柏林技术大学工学博士学位。

1934—1936 年，鲁斯卡继续进行改进电子显微镜的实验研究。采用聚光镜以产生高电流密度电子束来实现高倍放大率成像；采用物镜和投影镜二级放大成像系统。可是，当时他们的发明并未立即获得学术界和有关部门承认，鲁斯卡和波里斯努力说服人们，使他们相信可能研制性能超过光学显微镜的电子显微镜。他们多次到政府和工业研究部门以争取财政支持。经过三年的奔走，1937 年春西门子-哈斯克公司终于同意出资建立电子光学和电子显微学实验室。许多青年学者纷纷前来参加研究工作。

鲁斯卡从 1937 年开始着手研制商品电子显微镜，1938 年制成两台电子显微镜，带有聚光镜，配以具有极靴的物镜及投影镜，备有更换样品、底片的装置，获得30 000 倍放大率的图像。鲁斯卡的弟弟哈尔墨特·鲁斯卡（HelmutRuska）和其他医学家立刻用来研究噬菌体等，获得很大的成功。

1939 年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜终于问世。同年，电子显微镜首次在莱比锡国际博览会上展出，引起广泛注意。1940 年，在鲁斯卡提议下，西门子-哈斯克公司将上述实验室发展为第一个电子显微镜开放实验室，由哈尔墨特·鲁斯卡任主任。实验室装备了四台电子显微镜，接纳各国学者前来做研究工作，推动了电子显微镜在金属、生物、医学等各个领域的应用与发展。在鲁斯卡工作的影响下，欧洲各国科学家先后也开始了电子显微镜的研究和制造工作。

经过人们后来的努力，TEM的分辨率由最初的500纳米（百万分之五米）提高到现在的1埃（十亿分之一米）；放大率已达到几十万倍以上。二十世纪40年代，美国人希尔用消像散器克服了电子透镜旋转不对称性的负面影响，使电子显微镜的分辨本领有了新的突破，逐步达到了现代电子显微镜的水平，电子显微镜被认为是20世纪最重要的发明之一。

鲁斯卡及其合作者几十年来孜孜不倦地为改进电子显微镜辛勤工作，为现代科学的发展作出了重要贡献。电子显微镜为人们观察物质微观世界开辟了新的途径。在 20 世纪 50 年代中期制成的中、高分辨率电子显微镜，能够观察晶体缺陷，促进了固体物理、金属物理和材料科学的发展。在 70 年代出现的超高分辨率电子显微镜使人们能够直接观察原子。这对于固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物学和分子生物学的发展起了巨大的推动作用。

1937, 阿登纳对TEM的设计进行了改进，建立了扫描电子显微镜（SEM）的概念，以SEM的形式，该设备使用一束电子在试样表面移动，然后被收集以产生一个"反向散射"图案。尽管这些设备不如TEM强大，但它们能产生高分辨率、明显、清晰的三维图像。1952年，英国工程师Charles Oatley制造出了第一台扫描电子显微镜(SEM)。1953年，GE公司推出的EM-3型电镜分辨率达0.3nm，首次观察到病毒衣壳的二十面体结构。但后来，TEM的技术发展明显快于SEM，导致SEM在1965年的剑桥大学才实现商业化，比TEM晚了29年。扫描电镜已经在生物学、化学和冶金学中发现用于阐明样品的形态、组成和拓扑结构。鲁斯卡的原理装置至今仍在使用，放大能力超过200万倍。TEM的发明使半导体和纳米技术有了今天的进步。TEM还使人们能够发现和识别导致许多致命疾病的病毒。今天使用的TEM能够分辨小到一个原子的物体。

电子显微镜发展初期正是新中国建设百废待兴的年代，我们国家的科研工作者高瞻远瞩紧跟世界科研潮流，在1958年成功研制出透射式电子显微镜，分辨本领为3纳米，1979年又制成分辨本领为0.3纳米的大型透射电子显微镜。

科学技术的发展离不开科研仪器的进步。凯视迈（KathMatic）自2014年创建以来，一直“致力于高精尖光学测量技术”，已成为集“研发、制造、销售”为一体的国产高端光学精密测量仪器新力量。推出了KC系列多功能精密测量显微镜、KS系列超景深3D数码显微镜以及KV系列激光多普勒测振系统，取得了良好的市场成绩。详情欢迎留言咨询!

来源：凯视迈精密测量