光学显微镜

光学显微镜（Optical microscope、Light microscope）是一种利用光学透镜产生影像放大效应的显微镜。由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放大倍数，也就是增加放大倍率，放大倍率是由目镜倍率乘上物镜倍率所得来的。这些物镜一般被安置在一个可以转动的物镜盘上，转动物镜盘就可以使不同的物镜方便地进入光路，物镜盘的英文是Nosepiece，又译作鼻轮。十八世纪，光学显微镜的放大倍率已经提高到了1000倍，使人们能用眼睛看清微生物体的形态、大小和一些内部结构。直到物理学家发现了放大倍率与分辨率之间的规律，人们才知道光学显微镜的分辨率是有极限的，分辨率的这一极限限制了放大倍率的无限提高，1600倍成了光学显微镜放大倍率的最高极限，使得形态学的应用在许多领域受到了很大限制。光学显微镜的分辨率受到光波长的限制，一般不超过0.3微米。假如显微镜使用紫外线作为光源或物体被放在油中的话，分辨率还可以得到提高。光学显微镜依样品的不同可分为反射式和透射式。反射显微镜的物体一般是不透明的，光从上面照在物体上，被物体反射的光进入显微镜。这种显微镜经常被用来观察固体等，多应用在工学、材料领域，在正立显微镜中，此类显微镜又称作金相显微镜。透射显微镜的物体是透明的或非常薄，光从可透过它进入显微镜。这种显微镜常被用来观察生物组织。光学显微镜依其聚光镜(condenser)和物镜(Objective)的设计，可用来观察不同的样品。明视野(Brightfield)用来观察薄的染色生物组织样品，暗视野(Darkfield)功能的视野下，背景为黑色，能突显样品的细微面貌，观察未染色样品时，如活细胞，可利用相位差(Phase)功能。另外还有微分干涉差(differential interference contrast，DIC)功能，都常搭配在光学显微镜上。依光源的不同，还有萤光显微镜、共聚焦显微镜等类别。2014年10月8日，诺贝尔化学奖颁给了艾力克·贝齐格 (Eric Betzig)，W·E·莫尔纳尔 (William Moerner)和斯特凡·W·赫尔 (Stefan Hell)，奖励其发展超分辨荧光显微镜 (Super-Resolved Fluorescence Microscopy)，这将带来光学显微镜进入纳米级尺度中。常规显微镜（Regular microscope）像与物同方向的显微镜。复式显微镜（Compound microscope）像与物反方向的显微镜。正立显微镜的光源在机身下方，光由下方光源经过聚光镜到达样品，再穿过位于样品上方的物镜，然后借由反射镜和透镜到达观察者的眼睛或其他成像仪器。因物镜和聚光镜中间的空间较小，适用于观察的物品通常较薄，可夹于玻片中。此显微镜的优点是结构简单，因此一般光学显微镜多属此类。倒立显微镜（Inverted microscope）明视野用之照明光源和聚光镜是来自机身上方，光线穿过聚光镜到达样品，再穿过位于样品下方的物镜，然后借由反射镜和透镜到达观察者的眼睛或成像仪器。对萤光显微镜而言,萤光激发光源和物镜同位于底部。由于激发光源可以是高功率大型激光光源或弧光灯,倒立式的设计更能稳定显微镜镜的结构。倒立显微镜常用于观察培养中的细胞或组织，特别是应用在萤光的生物样品上。解剖显微镜（Dissecting microscope），又被称为实体显微镜或立体显微镜（Stereo、Stereoscopic），是为了不同的工作需求所设计的显微镜。利用解剖显微镜观察时，进入两眼的光各来自一个独立的路径，这两个光路径夹了一个小小的角度，因此在观察时，样品可以呈现立体的样貌。解剖显微镜的光路设计有两种：The Greenough Concept和The Telescope Concept。 解剖显微镜常常用在一些固体样本的表面观察，或是解剖、钟表制作和小电路板检查等工作上。现在的光学显微镜的构造非常的复杂精密，为了精准成像，显微镜的光学路径必须严谨的设计与控制。尽管如此，光学显微镜的运作原理是非常简单的。最简单的物镜是由高分辨率的玻璃镜制成，有非常短的焦距，大概是160 mm左右，而产生了放大倒立成像，因此像是非常靠近试片来观察，经由对焦，其产生的是实像，不用经由目镜即可用肉眼看到，或者成像于纸张上。在多数的显微镜，目镜是双镜组成的，一个在眼睛，产生虚像，使肉眼看到放大成像；一个则靠近物镜，产生实像。已知最古老的公开显微照片:蜜蜂，由Francesco Stelluti于1630年发表一个现代显微镜，带有水银灯的荧光显微镜。该显微镜具有数码相机，并连接到一台电脑。