早在公元前一世紀，人們就已發現通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像。後來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規律有了認識。
1590 年，荷蘭和義大利的眼鏡製造者已經造出類似顯微鏡的放大儀器。
1610 年前後，義大利的伽利略和德國的克卜勒在研究望遠鏡的同時，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結構，當時的光學工匠遂紛紛從事顯微鏡的製造、推廣和改進。
17 世紀中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發展作出了卓越的貢獻。
1665 年前後，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調焦機構、照明系統和承載標本片的工作檯。這些部件經過不斷改進，成為現代顯微鏡的基本組成部分。
1673～1677 年期間，列文胡克製成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九臺保存至今。胡克和列文胡克利用自製的顯微鏡，在動、植物機體微觀結構的研究方面取得了傑出成就。
19 世紀，高質量消色差浸液物鏡的出現，使顯微鏡觀察微細結構的能力大為提高。
1827年阿米奇第一個採用了浸液物鏡。19 世紀70 年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎。這些都促進了顯微鏡製造和顯微觀察技術的迅速發展，並為19 世紀後半葉包括科赫、巴斯德等在內的生物學家和醫學家發現細菌和微生物提供了有力的工具。在顯微鏡本身結構發展的同時，顯微觀察技術也在不斷創新：
1850 年出現了偏光顯微術；
1893 年出現了幹涉顯微術；
1935 年荷蘭物理學家澤爾尼克創造了相襯顯微術，他為此在1953 年獲得了諾貝爾物理學獎。
古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像。後來在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲的接收器。現代又普遍採用光電元件、電視攝像管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機後構成完整的圖像信息採集和處理系統。
目前全世界最主要的顯微鏡廠家主要有：奧林巴斯、蔡司、徠卡、尼康。
國內廠家主要有：江南、麥克奧迪等。
光學顯微鏡包括光學系統和機械裝置兩大部分，而數碼顯微鏡還包括數碼攝像系統，現分述如下：
（一）機械裝置
1．機架顯微鏡的主體部分，包括底座和彎臂。
2．目鏡筒位於機架上方，靠圓形燕尾槽與機架固定，目鏡插在其上。根據有否攝像功能，可分為雙目鏡筒和三目鏡筒；根據瞳距的調節方式不同，可分為鉸鏈式和平移式。
3．物鏡轉換器它是一個旋轉圓盤，上有3～5 個孔，分別裝有低倍或高倍物鏡鏡頭。轉動物鏡轉換器就可讓不同倍率的物鏡進入工作光路。
4．載物臺是放置玻片的平臺，其中央具有通光孔。臺上有一個彈性的標本夾，用來夾住載玻片。右下方有移動手柄，使載物臺面可在XY 雙方向進行移動。
5．調焦機構利用調焦手輪可以驅動調焦機構，使載物臺作粗調和微調的升降運動，從而使被觀察物體對焦清晰成像。
6．聚光器調節機構聚光器安裝在其上，調節螺旋可以使聚光器升降，用以調節光線的強弱。
（二）光學系統
1．目鏡它是插在目鏡筒頂部的鏡頭，由一組透鏡組成，可以使物鏡成倍地分辨、放大物像，例如10X、15X 等。按照所能看到的視場大小，目鏡可分為視場較小的普通目鏡，和視場較大的大視場目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。較高檔顯微鏡的目鏡上還裝有視度調節機構，操作者可以方便快捷地對左右眼分別進行視度調整；此外，在這些目鏡上可以加裝測量分劃板，測量分劃板的象總能清晰地調焦在標本的焦面上；並且，為了防止目鏡被取走以及減少
運輸中被損壞的可能性，這些目鏡可以被鎖定。
2．物鏡它安裝在轉換器的孔上，也是由一組透鏡組成的，能夠把物體清晰地放大。物鏡上刻有放大倍數，主要有10X、40X、60X、100X 等。高倍物鏡中多採用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標本片的上表面之間填充折射率為1.5 左右的液體（如杉木油），它能顯著的提高顯微觀察的解析度。
3．光源有滷素燈、鎢絲燈、汞燈、螢光燈、金屬滷化物燈等。
4．聚光器包括聚光鏡、孔徑光闌。聚光鏡由透鏡組成，它可以集中透射過來的光線，使更多的光能集中到被觀察的部位。孔徑光闌可控制聚光器的通光範圍，用以調節光的強度。
（三）數碼攝像系統
1．攝像頭
2．圖像採集卡
3．軟體
4．微機
光學顯微鏡有多種分類方法：按使用目鏡的數目可分為雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體感可分為立體視覺和非立體視覺顯微鏡；按觀察對像可分為生物和金相顯微鏡等；按光學原理可分為偏光、相襯和微差幹涉對比顯微鏡等；按光源類型可分為普通光、螢光、紫外光、紅外光和雷射顯微鏡等；按接收器類型可分為目視、數碼（攝像）顯微鏡等。常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、螢光顯微鏡等。
1．雙目體視顯微鏡
雙目體視顯微鏡又稱"實體顯微鏡"或"解剖鏡"，是一種具有正象立體感地目視儀器。在生物、醫學領域廣泛用於切片操作和顯微外科手術；在工業中用於微小零件和集成電路的觀測、裝配、檢查等工作。它具有如下特點：
（1）利用雙通道光路，雙目鏡筒中的左右兩光束不是平行，而是具有一定的夾角--體視角（一般為12 度--15 度），為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像。它實質上是兩個單鏡筒顯微鏡並列放置，兩個鏡筒的光軸構成相當於人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺圖像。
（2）象是直立的，便於操作和解剖，這是由於在目鏡下方的稜鏡把象倒轉過來的緣故。
（3）雖然放大率不如常規顯微鏡，但其工作距離很長。
（4）焦深大，便於觀察被檢物體的全層。
（5）視場直徑大。
目前體視鏡的光學結構是：由一個共用的初級物鏡，對物體成象後的兩光束被兩組中間物鏡----變焦鏡分開，並成一體視角再經各自的目鏡成象，它的倍率變化是由改變中間鏡組之間的距離而獲得的，因此又稱為"連續變倍體視顯微鏡"（Zoom-stereomicroscope）。隨著應用的要求，目前體視鏡可選配豐富的選購附件，如螢光，照相，攝象，冷光源等等。
2．金相顯微鏡
金相顯微鏡是專門用於觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡。這些不透明物體無法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在於前者以反射光，而後者以透射光照明。在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射後再返回物鏡成像。這種反射照明方式也廣泛用於集成電路矽片的檢測工作。
3．偏光顯微鏡（Polarizingmicroscope）
偏光顯微鏡是用於研究所謂透明與不透明各向異性材料的一種顯微鏡。凡具有雙折射的物質，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當然這些物質也可用染色法來進行觀察，但有些則不可能，而必須利用偏光顯微鏡。
（1）偏光顯微鏡的特點
將普通光改變為偏振光進行鏡檢的方法，以鑑別某一物質是單折射（各向同行）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特性。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應用在礦物、化學等領域，在生物學和植物學也有應用。
（2）偏光顯微鏡的基本原理
偏光顯微鏡的原理比較複雜，在此不作過多介紹,偏光顯微鏡必須具備以下附件：起偏
鏡，檢偏鏡，補償器或相位片，專用無應力物鏡，旋轉載物臺。
（3）偏光鏡檢術的方式
a.正相鏡檢（Orthscope）:又稱無畸變鏡檢，其特點是使用低倍物鏡，不用伯特蘭透鏡（BertrandLens）,被研究對象可直接用偏振光研究。同時為使照明孔徑變小，推開聚光鏡的上透鏡。正相鏡檢用於檢查物體的雙折射性。
b.錐光鏡檢（Conoscope）：又稱幹涉鏡檢，研究在偏振光幹涉時產生的幹涉圖樣，這種方法用於觀察物體的單軸或雙軸性。在該方法中，用強會聚偏振光束照明。
（4）偏光顯微鏡在裝置上的要求
a.光源：最好採用單色光，因為光的速度，折射率，和幹涉現象由于波長的不同而有差異。一般鏡檢可使用普通光。
b.目鏡：要帶有十字線的目鏡。
c.聚光鏡：為了取得平行偏光，應使用能推出上透鏡的搖出式聚光鏡。
d.伯特蘭透鏡：聚光鏡光路中的輔助部件，這是把物體所有造成的初級相放大為次級相的輔助透鏡。它可保證用目鏡來觀察在物鏡後焦平面中形成的平涉圖樣。
（5）偏光鏡檢術的要求
a.載物臺的中心與光軸同軸。
b.起偏鏡和檢偏鏡應處於正交位置。
c.製片不宜過薄。
4．螢光顯微鏡
螢光顯微鏡是用短波長的光線照射用螢光素染色過的被檢物體，使之受激發後而產生長波長的螢光，然後觀察。螢光顯微鏡廣泛應用於生物，醫學等領域。
（1）螢光顯微鏡一般分為透射和落射式兩種類型。
a.透射式：激發光來自被檢物體的下方，聚光鏡為暗視野聚光鏡，使激發光不進入物鏡，而使螢光進入物鏡。
b.落射式：透射式目前幾乎被淘汰，新型的螢光顯微鏡多為落射式，光源來自被檢物體的上方，在光路中具有分光鏡，所以對透明和不透明的被檢物體都適用。由於物鏡起了聚光鏡的作用，不僅便於操作，而且從低倍到高倍，可以實現整個視場的均勻照明。
（2）螢光鏡檢術的注意事項
a.激發光長時間的照射，會發生螢光的衰減和淬滅現象，因此儘可能縮短觀察時間，暫時不觀察時，應用擋板遮蓋激發光。
b.作油鏡觀察時，應用"無螢光油"。
c.螢光幾乎都較弱，應在較暗的室內進行。
d.電源最好裝穩壓器，否則電壓不穩不僅會降低汞燈的壽命，也會影響鏡檢的效果。目前許多新興生物研究領域應用到螢光顯微鏡，如基因原位雜交（FISH）等等。
5．相襯顯微鏡（Phasecontrastmicroscope）
在光學顯微鏡的發展過程中，相襯鏡檢術的發明成功，是近代顯微鏡技術中的重要成就。
我們知道，人眼只能區分光波的波長（顏色）和振幅（亮度），對於無色通明的生物標本，當光線通過時，波長和振幅變化不大，在明場觀察時很難觀察到標本。相襯顯微鏡利用被檢物體的光程之差進行鏡檢，也就是有效地利用光的幹涉現象，將人眼不可分辨的相位差變為可分辨的振幅差，即使是無色透明的物質也可成為清晰可見。這大大便利了活體細胞的觀察，因此相襯鏡檢法廣泛應用於倒置顯微鏡中。
6．微分幹涉對比顯微鏡（DifferentialinterferencecontrastDIC）
微分幹涉對比鏡檢術出現於60 年代，它不僅能觀察無色透明的物體，而且圖象呈現出
浮雕壯的立體感，並具有相襯鏡檢術所不能達到的某些優點，觀察效果更為逼真。
7．倒置顯微鏡（Invertedmicroscope）
倒置顯微鏡是為了適應生物學、醫學等領域中的組織培養、細胞離體培養、浮遊生物、環境保護、食品檢驗等顯微觀察。
由於上述樣品特點的限制，被檢物體均放置在培養皿（或培養瓶）中，這樣就要求倒置顯微鏡的物鏡和聚光鏡的工作距離很長，能直接對培養皿中的被檢物體進行顯微觀察和研究。因此，物鏡、聚光鏡和光源的位置都顛倒過來，故稱為"倒置顯微鏡"。由於工作距離的限制，倒置顯微鏡物鏡的最大放大率為60X。一般研究用倒置顯微鏡都配置有4X、10X、20X、及40X 相差物鏡，因為倒置顯微鏡多用於無色透明的活體觀察。如果用戶有特殊需要，也可以選配其它附件，用來完成微分幹涉、螢光及簡易偏光等觀察。目見倒置顯微鏡廣泛應用於patch-clamp,transgeneICSI 等領域。
8．數碼顯微鏡
數碼顯微鏡是以攝像頭（即電視攝像靶或電荷耦合器）作為接收元件的顯微鏡。在顯微鏡的實像面處裝入攝像頭取代人眼作為接收器，通過這種光電器件把光學圖像轉換成電信號的圖像，然後對之進行尺寸檢測、顆粒計數等工作。這類顯微鏡可以與計算機聯用，這便於實現檢測和信息處理的自動化，多應用於需要進行大量繁瑣檢測工作的場合。
（一）實驗時要把顯微鏡放在座前桌面上稍偏左的位置，鏡座應距桌沿6～7cm 左右。
（二）打開光源開關，調節光強到合適大小。
（三）轉動物鏡轉換器，使低倍鏡頭正對載物臺上的通光孔。先把鏡頭調節至距載物臺1～2cm 左右處，然後用左眼注視目鏡內，接著調節聚光器的高度，把孔徑光闌調至最大，使光線通過聚光器入射到鏡筒內，這時視野內呈明亮的狀態。
（四）將所要觀察的玻片放在載物臺上，使玻片中被觀察的部分位於通光孔的正中央，然後用標本夾夾好載玻片。
（五）先用低倍鏡觀察（物鏡10X、目鏡10x）。觀察之前，先轉動粗動調焦手輪，使載物臺上升，物鏡逐漸接近玻片。需要注意，不能使物鏡觸及玻片，以防鏡頭將玻片壓碎。然後，左眼注視目鏡內，同時右眼不要閉合（要養成睜開雙眼用顯微鏡進行觀察的習慣，以便在觀察的同時能用右眼看著繪圖），並轉動粗動調焦手輪，使載物臺慢慢下降，不久即可看到玻片中材料的放大物像。
（六）如果在視野內看到的物像不符合實驗要求（物像偏離視野），可慢慢調節載物臺移動手柄。調節時應注意玻片移動的方向與視野中看到的物像移動的方向正好相反。如果物像不甚清晰，可以調節微動調焦手輪，直至物像清晰為止。
（七）如果進一步使用高倍物鏡觀察，應在轉換高倍物鏡之前，把物像中需要放大觀察的部分移至視野中央（將低倍物鏡轉換成高倍物鏡觀察時，視野中的物像範圍縮小了很多）。一般具有正常功能的顯微鏡，低倍物鏡和高倍物鏡基本齊焦，在用低倍物鏡觀察清晰時，換高倍物鏡應可以見到物像，但物像不一定很清晰，可以轉動微動調焦手輪進行調節。
（八）在轉換高倍物鏡並且看清物像之後，可以根據需要調節孔徑光闌的大小或聚光器的高低，使光線符合要求（一般將低倍物鏡換成高倍物鏡觀察時，視野要稍變暗一些，所以需要調節光線強弱）。
（九）觀察完畢，應先將物鏡鏡頭從通光孔處移開，然後將孔徑光闌調至最大，再將載物臺緩緩落下，並檢查零件有無損傷（特別要注意檢查物鏡是否沾水沾油，如沾了水或油要用鏡頭紙擦淨），檢查處理完畢後即可裝箱。
（一）必須熟練掌握並嚴格執行使用規程。
（二）取送顯微鏡時一定要一手握住彎臂，另一手託住底座。顯微鏡不能傾斜，以免目鏡從鏡筒上端滑出。取送顯微鏡時要輕拿輕放。
（三）觀察時，不能隨便移動顯微鏡的位置。
（四）凡是顯微鏡的光學部分，只能用特殊的擦鏡頭紙擦拭，不能亂用他物擦拭，更不能用手指觸摸透鏡，以免汗液玷汙透鏡。
（五）保持顯微鏡的乾燥、清潔，避免灰塵、水及化學試劑的玷汙。
（六）轉換物鏡鏡頭時，不要搬動物鏡鏡頭，只能轉動轉換器。
（七）切勿隨意轉動調焦手輪。使用微動調焦旋鈕時，用力要輕，轉動要慢，轉不動時不要硬轉。
（八）不得任意拆卸顯微鏡上的零件，嚴禁隨意拆卸物鏡鏡頭，以免損傷轉換器螺口，或螺口鬆動後使低高倍物鏡轉換時不齊焦。
（九）使用高倍物鏡時，勿用粗動調焦手輪調節焦距，以免移動距離過大，損傷物鏡和玻片。
（十）用畢送還前，必須檢查物鏡鏡頭上是否沾有水或試劑，如有則要擦拭乾淨，並且要把載物臺擦拭乾淨，然後將顯微鏡放人箱內，並注意鎖箱。
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