一、 光学显微镜的发展历史
早在公元前一世纪，人们就已发明通过球形透明物体往观察渺小物体时，可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。
1590年，荷兰和意大利的眼镜制作者已经造出相似显微镜的放大仪器。1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研讨看远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出公道的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纭从事显微镜的制作、推广和改良。
17世纪中叶，英国的胡克和荷兰的列文胡克，都对显微镜的发展作出了出色的贡献。1665年前后，胡克在显微镜中参加粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。这些部件经过精益求精，成为现代显微镜的基础组成部分。
1673～1677年期间，列文胡抑制成单组元放大镜式的高倍显微镜，其中九台保留至今。胡克和列文胡克应用自制的显微镜，在动、植物机体微观构造的研讨方面取得了出色成绩。
19世纪，高质量消色差浸液物镜的呈现，使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827年阿米奇第一个采取了浸液物镜。19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基本。这些都增进了显微镜制造和显微观察技术的敏捷发展，并为19世纪后半叶包含科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发明细菌和微生物供给了有力的工具。
在显微镜本身构造发展的同时，显微察看技巧也在不断创新：1850年涌现了偏光显微术；1893年呈现了干预显微术；1935年荷兰物理学家泽尔尼克发明了相衬显微术，他为此在1953年获得了诺贝尔物理学奖。
古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为吸收器来观察放大的像。后来在显微镜中参加了摄影装置，以感光胶片作为可以记载和存储的接受器。现代又广泛采取光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作为显微镜的接受器，配以微型电子盘算机后构成完全的图像信息采集和处置体系。
目前全世界Zui重要的显微镜厂家重要有：奥林巴斯、蔡司、徕卡、尼康。国内厂家主要有：江南、麦克奥迪等。
二、 显微镜的基础光学原理
（一） 折射和折射率
光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线流传，当通过不同密度介质的透明物体时，则产生折射现象，这是由于光在不同介质的传布速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射进透明物体(如玻璃)时，光线在其介面转变了方向，并和法线构成折射角。
（二） 透镜的性能
透镜是组成显微镜光学体系的Zui基础的光学元件，物镜目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。
当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称"焦点"，通过交点并垂直光轴的平面，称"焦平面"。焦点有两个，在物方空间的焦点，称"物方焦点"，该处的焦平面，称"物方焦平面"；反之，在象方空间的焦点，称"象方焦点"，该处的焦平面，称"象方焦平面"。
光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上浮现出来，而虚像不能。
（三） 凸透镜的五种成象规律
1. 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实象；
2. 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实象；
3. 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象；
4. 当物体位于透镜物方焦点上时，则象方不能成象；
5. 当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方也无象的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的地位形成放大的竖立虚象。
三、 光学显微镜的成象（几何成象）原理
只有当物体对人眼的张角不小于某一值时，肉眼才干差别其各个细部，该量称为目视分辨率ε。在Zui佳条件下，即物体的照度为50~70lx及其对照度较大时，可到达1'。为易于观测，一般将该量加大到2'，并取此为均匀目镜分辨率。
物体视角的大小与该物体的长度尺寸和物体至眼睛的距离有关。有公式y=Lε
距离L不能取得很小，由于眼睛的调节能力有必定限度，尤其是眼睛在接近调节才能的极限规模工作时，会使视力极度疲劳。对于标准(正视)而言，Zui佳的视距规定为250mm(明视距离)。这意味着，在没有仪器的条件下，目视分辨率ε=2'的眼睛，能明白地域分大小为0.15mm的物体细节。
在观测视角小于1'的物体时，必需应用放大仪器。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测职员近处应予放大的物体的。
（一） 放大镜的成像原理
表面为曲面的玻璃或其他透明资料制成的光学透镜可以使物体放大成像，光路图如图1所示。位于物方焦点F以内的物AB，其大小为y，它被放大镜成一大小为y'的虚像A'B'。
放大镜的放大率
Γ=250/f'
式中250--明视距离，单位为mm
f'--放大镜焦距，单位为mm
该放大率是指在250mm的距离内用放大镜观察到的物体像的视角同没有放大镜观察到的物体视角的比值。
（二） 显微镜的成像原理
显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的渺小物体成一放大的像，以供人眼观察。只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。
图2是物体被显微镜成像的原理图。图中为便利计，把物镜L1和目镜L2均以单块透镜表现。物体AB位于物镜前方，分开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必定形成一个倒立的放大的实像A'B'。 A'B'位于目镜的物方焦点F2上，或者在很靠近F2的地位上。再经目镜放大为虚像A''B''后供眼睛察看。虚像A''B''的地位取决于F2和A'B'之间的距离，可以在无穷远处（当A'B'位于F2上时），也可以在视察者的明视距离处（当A'B'在图中焦点F2之右边时）。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。
（三） 显微镜的主要光学技巧参数
在镜检时，人们总是盼望能清楚而明亮的幻想图象，这就须要显微镜的各项光学技术参数到达必定的尺度，并且请求在应用时，必需依据镜检的目标和实际情形来和谐各参数的关系。只有这样，才干充足施展显微镜应有的性能，得到满足的镜检后果。
显微镜的光学技术参数包含：数值孔径、分辩率、放大率、焦深、视场宽度、笼罩差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好，它们之间是相互接洽又相互制约的，在应用时，应依据镜检的目标和实际情形来和谐参数间的关系，但应以保证分辨率为准。
1． 数值孔径
数值孔径简写NA，数值孔径是物镜和聚光镜的重要技巧参数，是断定两者（尤其对物镜而言）性能高下的主要标记。其数值的大小，分辨标刻在物镜和聚光镜的外壳上。
数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘积。用公式表现如下：NA=nsinu/2
孔径角又称"镜口角"，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进进物镜的光通亮就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。
显微镜视察时，若想增大NA值，孔径角是无法增大的，唯一的措施是增大介质的折射率n值。基于这一原理，就发生了水浸物镜和油浸物镜，因介质的折射率n值大于1，NA值就能大于1。
数值孔径Zui大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4?。
这里必需指出，为了充足施展物镜数值孔径的作用，在视察时，聚光镜的NA值应即是或略大于物镜的NA值。
数值孔径与其他技术参数有着亲密的关系，它几乎决议和影响着其他各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。OLYMPUS现在推出了世界Zui先进的物镜设计理念与Zui先进的精密加工技术,使50倍物镜的数值孔径在0.8的情况下工作距离到达1毫米,100倍物镜的数值孔径在0.9的情形下工作距离达到1毫米,这几乎是一个接近于理论的数值.
2． 分辨率
显微镜的辨别率是指能被显微镜清楚区分的两个物点的Zui小间距，又称"辨别率"。其盘算公式是σ=λ/NA
式中σ为Zui小分辩间隔；λ为光线的波长；NA为物镜的数值孔径。可见物镜的辨别率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决议。NA值越大，照明光线波长越短，则σ值越小，辨别率就越高。
要进步分辩率，即减小σ值，可采用以下办法
（1） 下降波长λ值，使用短波长光源。
（2） 增大介质n值以进步NA值（NA=nsinu/2）。
（3） 增大孔径角u值以进步NA值。
（4） 增添明暗反差。
3． 放大率和有效放大率
由于经过物镜和目镜的两次放大，所以显微镜总的放大率Γ应当是物镜放大率β和目镜放大率Γ1的乘积：
Γ=βΓ1
显然，和放大镜相比，显微镜可以具有高得多的放大率，并且通过更换不同放大率的物镜和目镜，能够便利地转变显微镜的放大率。
放大率也是显微镜的主要参数，但也不能盲目信任放大率越高越好。显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。
分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有接洽的概念。有关系式：500NA<Γ<1000NA
当选用的物镜数值孔径不够大，即分辨率不够高时，显微镜不能分清物体的微细构造，此时即使过度地增大放大倍率，学生显微镜，得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像，称为无效放大倍率。反之假如分辨率已满足请求而放大倍率不足，则显微镜虽已具备分辨的才能，但因图像太小而仍然不能被人眼清楚视见。所认为了充足施展显微镜的分辨才能，应使数值孔径与显微镜总放大倍率公道匹配。
4． 焦深
焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看明白，而且在此平面的高低必定厚度内，也能看得清晰，这个明白部分的厚度就是焦深。焦深大, 可以看到被检物体的全层，而焦深小，则只能看到被检物体的一薄层，焦深与其他技术参数有以下关系：
（1） 焦深与总放大倍数及物镜的数值孔径成反比。
（2） 焦深大，分辨率下降。
由于低倍物镜的景深较大，所以在低倍物镜照相时造成艰苦。在显微照相时将具体先容。
5． 视场直径（Field Of View）
观察显微镜时，所看到的明亮的圆形范畴叫视场，它的大小是由目镜里的视场光阑决议的。
视场直径也称视场宽度，是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范畴。视场直径愈大，愈便于察看。
有公式 F=FN/β
式中F: 视场直径，FN：视场数（Field Number, 简写为FN，标刻在目镜的镜筒外侧），β:物镜放大率。
由公式可看出：
（1） 视场直径与视场数成正比。
（2） 增大物镜的倍数，则视场直径减小。因此，若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌，而换成高倍物镜，就只能看到被检物体的很小一部份。目前显微镜Zui大视场数是OLYMPUS的26.5
6． 笼罩差
显微镜的光学体系也包含盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不尺度，光线从盖玻片进进空气发生折射后的光路产生了转变，从而发生了相差，这就是笼罩差。覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。
国际上规定，盖玻片的尺度厚度为0.17mm，允许范畴在0.16-0.18mm，在物镜的制作上已将此厚度规模的相差盘算在内。物镜外壳上标的0.17，即表明该物镜所请求的盖玻片的厚度。
7． 工作距离WD
工作间隔也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时，被检物体应处在物镜的一倍至二倍焦距之间。因此，它与焦距是两个概念，平时习惯所说的调焦，实际上是调节工作间隔。
在物镜数值孔径一定的情况下，工作距离短孔径角则大。
数值孔径大的高倍物镜，其工作距离小。
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