如上圖所示，紫色箭頭所代表的物體PQ經(jīng)過(guò)物鏡后在相機(jī)上成像為P'Q'。 由于光的衍射作用，物體上的P、Q等點(diǎn)在相機(jī)上并不是單獨(dú)的點(diǎn)，而是一定大小的光斑，稱為弗勞恩霍夫衍射斑（或艾里斑）。 如右側(cè)同心圓所示。 然后，當(dāng)P'和Q'彼此太近時(shí)，兩個(gè)點(diǎn)將重疊并且變得難以區(qū)分。 這就要求物體上的P和Q應(yīng)該相距一定的距離。
一般認(rèn)為最小分辨距離=可見光波長(zhǎng)/數(shù)值孔徑。 計(jì)算出的極限值就是阿貝極限
但決定本質(zhì)的是分辨率。 如果分辨率不夠高，圖像放大多少倍都是沒有用的。
1873年，卡爾蔡司的德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·阿貝首次計(jì)算出衍射引起的分辨率極限。 根據(jù)瑞利準(zhǔn)則——“當(dāng)一個(gè)像點(diǎn)的中心落在另一個(gè)像點(diǎn)的邊緣時(shí)，即使兩幅圖像剛好能夠分辨”，顯微鏡觀察到的物體上兩點(diǎn) P 和 Q 之間的最小距離 h可以解析為 h ：
這個(gè)公式就是光學(xué)顯微鏡的分辨率公式，或者稱為光學(xué)衍射極限。 （注意這里的分辨率與通常的顯示器分辨率不同）
其中，λ為光的波長(zhǎng)，n為物體側(cè)的折射率，θ為物體與物鏡邊緣的連線與光軸的夾角。 如圖所示。 為了方便起見，通常將其中稱為數(shù)值孔徑，縮寫為NA。
在攝影領(lǐng)域，通常使用 f/# 或光圈值來(lái)描述鏡頭。 光圈值和數(shù)值孔徑可以相互轉(zhuǎn)換。 對(duì)于孔徑為2.0、數(shù)值孔徑為0.25的鏡頭，其分辨力約為1.2微米。
目前常用的高倍物鏡的最大NA為1.49。 可以計(jì)算出，對(duì)于可見光，例如波長(zhǎng)為500納米的綠光，顯微鏡的分辨率約為200納米。 因此，即使提高物鏡的放大倍數(shù)，也無(wú)法提高顯微鏡的分辨率。
200納米的值通常被稱為衍射極限。
因此，如果低于200Nm，我們通常使用電子顯微鏡（無(wú)色）進(jìn)行掃描。
光學(xué)顯微鏡的分辨率極限約為0.2微米，相當(dāng)于放大倍數(shù)1,500至2,000倍； 為了獲得更大的放大倍數(shù)，必須使用電子顯微鏡或隧道掃描顯微鏡。
放大鏡可以重新聚焦光線以達(dá)到放大效果。 使用放大鏡組合可以制作光學(xué)顯微鏡； 光學(xué)顯微鏡的極限受到波長(zhǎng)的限制，無(wú)限放大是不可能的。
一般來(lái)說(shuō)，固定波長(zhǎng)的光學(xué)顯微鏡的分辨率極限是光波長(zhǎng)的一半。 可見光的波長(zhǎng)在400至760nm之間，因此光學(xué)顯微鏡的分辨率極限為200nm（0.2微米）。 小于0.2微米的物體無(wú)法通過(guò)光學(xué)顯微鏡區(qū)分，就像人手的觸摸分辨率不能超過(guò)觸摸細(xì)胞之間的最小距離一樣。
放大倍數(shù)是一個(gè)主觀術(shù)語(yǔ)，定義為在明視距離為25cm時(shí)，人眼看到的物體尺寸與其實(shí)際尺寸的比率。 0.2微米的光學(xué)顯微鏡的分辨率相當(dāng)于1500~2000倍的放大倍數(shù)，足以我們看到。 了解一般細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。
如果我們使用波長(zhǎng)較短的電磁波，我們可以實(shí)現(xiàn)更大的放大倍數(shù)，但這超出了可見光的波長(zhǎng)范圍； 1931年，英國(guó)物理學(xué)家盧斯卡發(fā)明了電子顯微鏡偏光顯微鏡使用說(shuō)明，基于波粒二象性原理，電子束具有較短的德布羅意波波長(zhǎng)，因此可以達(dá)到較小的分辨率。
電子的加速電壓與其自身的波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。 當(dāng)電壓為100伏時(shí)，電子束的波長(zhǎng)約為0.004nm（實(shí)際分辨率只能達(dá)到0.2nm），遠(yuǎn)小于可見光的波長(zhǎng)，因此電子顯微鏡的分辨率極限很遠(yuǎn)。 超光學(xué)顯微鏡最大放大倍數(shù)可達(dá)300萬(wàn)倍，可以區(qū)分病毒、線粒體、DNA等微小物體。
光學(xué)顯微鏡由目鏡、物鏡、粗調(diào)焦螺絲、細(xì)調(diào)焦螺絲、壓夾、光闌、快門、轉(zhuǎn)換器、反射鏡、載物臺(tái)、鏡臂、鏡筒、鏡座和聚光鏡組成。 ，由孔徑組成
通常由光學(xué)部分、照明部分和機(jī)械部分組成。 毫無(wú)疑問，光學(xué)部分是最關(guān)鍵的，它由目鏡和物鏡組成。 早在1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造商就制造出了類似于顯微鏡的放大儀器。 光學(xué)顯微鏡的種類很多，包括明視野顯微鏡（普通光學(xué)顯微鏡）、暗視野顯微鏡、熒光顯微鏡、相差顯微鏡、激光掃描共焦顯微鏡、偏光顯微鏡、微分干涉顯微鏡、倒置顯微鏡等。
一個(gè)簡(jiǎn)短的歷史
早在公元前一世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)，通過(guò)球形透明物體觀察微小物體時(shí)，可以將其放大成像。 后來(lái)我們逐漸明白了球面玻璃表面使物體放大成像的規(guī)律。
1590年，荷蘭人Z.（）和意大利眼鏡制造商制造出了類似于顯微鏡的放大儀器。
1611，（開普勒）：提出了一種制作復(fù)式顯微鏡的方法。
1665年，R.胡克（ Hooke）：“細(xì)胞”一詞來(lái)源于胡克用復(fù)式顯微鏡觀察軟木塞組織中的微小孔隙。
1674年，AV列文虎克：發(fā)現(xiàn)原生動(dòng)物學(xué)的報(bào)告問世，九年后他成為第一個(gè)發(fā)現(xiàn)“細(xì)菌”存在的人。
1833年，布朗：在顯微鏡下觀察紫羅蘭，然后發(fā)表了他對(duì)細(xì)胞核的詳細(xì)討論。
1838年，施萊登和施旺：兩人都提倡細(xì)胞學(xué)原理，其主要目的是“有核細(xì)胞是一切動(dòng)植物組織和功能的基本要素”。
1857 年，（）：在肌肉細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了線粒體。
1876年，阿貝（Abbey）：分析了在顯微鏡中形成圖像時(shí)產(chǎn)生的衍射效應(yīng)偏光顯微鏡使用說(shuō)明，并試圖設(shè)計(jì)出最理想的顯微鏡。
1879，（弗萊明）：發(fā)現(xiàn)當(dāng)動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂時(shí)，其染色體的活性清晰可見。
1881年，（祖睿）：動(dòng)物組織報(bào)告出來(lái)了。 世界上沒有任何人能夠超越這一出版物。 然而20年后，以卡哈爾為首的一群組織學(xué)家開發(fā)了顯微鏡染色觀察方法，為以后的顯微解剖學(xué)奠定了基礎(chǔ)。
1882年，科赫用苯染料對(duì)微生物組織進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)了霍亂和結(jié)核桿菌。 在接下來(lái)的 20 年里，克萊布斯和帕斯特等其他細(xì)菌學(xué)家通過(guò)在顯微鏡下檢查染色化學(xué)物質(zhì)來(lái)確定許多疾病的原因。
1886年，蔡司：突破了一般可見光的理論極限，他的發(fā)明——艾比鏡頭和一系列其他鏡頭為顯微鏡學(xué)家開辟了解釋的新世界。
1898 年高爾基體：第一位在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)高爾基體的顯微鏡學(xué)家。 他用硝酸銀對(duì)細(xì)胞進(jìn)行染色，使人類細(xì)胞的研究向前邁出了一大步。
1924 年，（蘭卡辛）：與他的實(shí)驗(yàn)伙伴一起開發(fā)了放射線照相術(shù)，這是一項(xiàng)使用放射性釙來(lái)檢測(cè)生物樣本的發(fā)明。
1930 年，（Leby David）：設(shè)計(jì)并裝備了第一臺(tái)干涉顯微鏡。 此外，德羅尼科于1932年發(fā)明了相差顯微鏡，兩人擴(kuò)展了傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡，發(fā)展了相差觀察，使生物學(xué)家能夠觀察染色活細(xì)胞的各種細(xì)節(jié)。
1941年，Coons：在抗體中添加熒光染料來(lái)檢測(cè)細(xì)胞抗原。
1952年，諾馬斯基（）：發(fā)明干涉相位差光學(xué)系統(tǒng)。 該發(fā)明不僅享有專利權(quán)，而且以發(fā)明人的名字命名。
1981年，艾倫和井上（Allen and Inoue）：基于光學(xué)顯微鏡原理的圖像增強(qiáng)對(duì)比度已經(jīng)發(fā)展到完美。
1988 年，（共軛聚焦）掃描顯微鏡在市場(chǎng)上廣泛使用。
