一．折射和折射率
光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，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系统的最基本的光学元件，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，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。

三．影响成像的关键因素—像差
由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种像差的存在影响了成像质量。下面分别简要介绍各种像差。
1．色差  色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 七种组成，各种光的波长不同 ，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。光学系统最主要的功能就是消色差。
色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置观察都带有色斑或晕环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。
2．球差  球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像质量。
球差的矫正常利用透镜组合来消除，由于凸、凹透镜的球差是相反的，可选配不同材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号显微镜，物镜的球差没有完全矫正，应与相应的补偿目镜配合，才能达到纠正效果。一般新型显微镜的球差完全由物镜消除。
3．慧差  慧差属轴外点的单色像差。轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜后，不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型如慧星，故称“慧差”。
4．像散  像散也是影响清晰度的轴外点单色像差。当视场很大时，边缘上的物点离光轴远，光束倾斜大，经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直的短线，在理想像平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消除。
5．场曲  场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个像面，给观察和照相造成困难。因此研究用显微镜的物镜一般都是平场物镜，这种物镜已经矫正了场曲。
6．畸变  前面所说各种像差除场曲外，都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的像差，光束的同心性不受到破坏。因此，不影响像的清晰度，但使像与原物体比，在形状上造成失真。

一、显微镜的分类

(一)、按使用目镜的数目可分为单目、双目和三目显微镜。

单目价格比较便宜，可以作为初学爱好者的选择，双目稍贵点，观察的时候两眼可以同时观察，观察得舒适些，三目又多了一目，它的作用主要是连接数码相机或电脑用，比较适合长时间工作的人员选用。

(二)、根据其用途以及应用范围分为生物显微镜、金相显微镜、体视显微镜等。

1、生物显微镜是常见的一种显微镜，在很多实验室中都可以见到，主要是用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养、流质沉淀等的观察和研究，同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。生物显微镜供医疗卫生单位、高等院校、研究所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察，可连续观察细胞、细菌等在培养液中繁殖分裂的过程等。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛。

2、体视显微镜又称为实体显微镜、立体显微镜，是一种具有正像立体感的目视仪器，广泛的应用于生物学、医学、农林等。它具有两个完整的光路，所以观察时物体呈现立体感。主要用途有：①作为动物学、植物学、昆虫学、组织学、考古学等的研究和解剖工具。②做纺织工业中原料及棉毛织物的检验。③在电子工业，做晶体等装配工具。④对各种材料气孔形状腐蚀情况等表面现象的检查。⑤对文书纸币的真假判断。⑥透镜、棱镜或其它透明物质的表面质量，以及精密刻度的质量检查等。

3、金相显微镜主要是用来鉴定和分析金属内部结构组织，是金属学研究金相的重要仪器，是工业部门鉴定产品质量的关键设备，专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。不仅可以鉴别和分析各种金属、合金材料、非金属物质的组织结构及集成电路、微颗粒、线材、纤维、表面喷涂等的一些表面状况，金相显微镜还可以广泛地应用于电子、化工和仪器仪表行业观察不透明的物质和透明的物质。如金属、陶瓷、集成电路、电子芯片、印刷电路板、液晶板、薄膜、粉末、碳粉、线材、纤维、镀涂层以及其它非金属材在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。所以用金相显微镜来检验分析金属内部的组织结构在工业生产中是十分重要的。体视显微镜在工业生产中也可以用到，但是它只是用来观察金属表面划伤、划痕等，放大倍数一般在10X-50X之间，金相的放大倍数一般在40X-400X，有些可以达到800X。

(三)、按光学原理可分为偏光、相衬和微差干涉对比显微镜等。

1、偏光显微是鉴定物质细微结构光学性质的一种显微镜。凡具有双折射性的物质，在偏光显微镜下就能分辨的清楚，当然这些物质也可用染色法来进行观察，但有些则不可能，而必须利用偏光显微镜。主要用于研究透明与不透明各向异性材料。一般具有双折射的物质都可以用这种显微镜进行观察。双折射性是晶体的基本特征。因此，偏光显微镜被广泛地应用在矿物、化学等领域，如在植物学方面，如鉴别纤维、染色体、纺锤丝、淀粉粒、细胞壁以及细胞质与组织中是否含有晶体等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起组织内化学性质的改变，可以偏光显微术进行鉴别。在人体及动物学方面，常利用偏光显微术来鉴别骨骷、牙齿、胆固醇、神经纤维、肿瘤细胞、横纹肌和毛发等。

2、相衬显微镜又称为相差显微镜，最大的特点就是可以观察未经染色的标本和活细胞。这些样品在一般的显微镜下是观察不到的，而相差显微镜则利用物体不同结构成分之间的折射率和厚度的差别，把通过物体不同部分的光程差变为振幅差，经过带有环状光阑的聚光镜和带有相位片的相差物镜来实现观测，简单的说它利用的是样品密度差别产生的反差来进行观察的，所以即使样品不染色也可以进行，这大大便利了活体细胞的观察，因此相衬镜检法广泛应用于倒置显微镜中。有相板的物镜称”相衬物镜”，外壳上常有”Ph”字样。相衬法是一种光学信息处理方法，而且是比较早的信息处理的成果之一，因此在光学的发展史上具有重要意义。

3、微分干涉对比镜检术出现于60年代，它不仅能观察无色透明的物体，而且图像呈现出浮雕壮的立体感，并具有相衬镜检术所不能达到的某些优点，观察效果更为逼真。

(四)、按光源类型可分为普通光、荧光和激光显微镜等。

1、普通光显微镜采用的就是普通光源，是常用的。

2、荧光显微镜是以紫外线为光源，通常是照射被检物体(落射式)，使之发出荧光，然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。荧光显微镜用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。

3、激光共聚焦扫描显微镜，采用激光做为扫描光源，逐点、逐行、逐面快速扫描成像。因为激光束的波长较短，光束很细，所以共焦激光扫描显微镜有较高的分辨力，大约是普通光学显微镜的3倍。

(五)．按显微镜物镜的位置分正置和倒置显微镜

1、倒置显微镜是为了适应生物学、医学等领域中的组织培养、细胞离体培养、浮游生物、环境保护、食品检验等显微观察。由于上述样品特点的限制，被检物体均放置在培养皿(或培养瓶)中，这样就要求倒置显微镜的物镜和聚光镜的工作距离很长，能直接对培养皿中的被检物体进行显微观察和研究。因此，物镜、聚光镜和光源的位置都颠倒过来，故称为”倒置显微镜”。倒置显微镜多用于无色透明的活体观察。如果用户有特殊需要，也可以选配其它附件，用来完成微分干涉、荧光及简易偏光等观察。倒置显微镜由于制作更加严密，价格也是比较贵的。目见倒置显微镜广泛应用于patch-clamp(膜片钳),transgeneICSI等领域。

(六)．数码显微镜

1、数码显微镜又叫视频显微镜，它是将显微镜看到的实物图像通过数模转换，使其成像在计算机上。数码显微镜是将精锐的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、普通的电视机完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。从而，我们可以对微观领域的研究从传统的普通的双眼观察到通过显示器上再现，从而提高了工作效率。数码显微镜在观察物体时能产生正立的三维空间影像。立体感强，成像清晰和宽阔，又具有长工作距离，并是适用范围非常广泛的常规显微镜。它操作方便、直观、检定效率高,适用于电子工业生产线的检验、印刷线路板的检定、印刷电路组件中出现的焊接缺陷(印刷错位、塌边等)的检定、单板PC的检定、真空荧光显示屏VFD的检定等等,它将实物的图像放大后显示在计算机的屏幕上，可以将图片保存，放大，打印。