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本文屬于科普文章，著重介紹光學顯微鏡的成像特點，和很多資料不一致，我們不會局限于生物顯微鏡，也會包含體視顯微鏡，兩者很大不同，我們會分開講，同時順便理清一些常見誤區。

·光學顯微鏡是什么？

光學顯微鏡：物鏡、目鏡、載物臺

顯微鏡是一種把微小物體放大成像的儀器，常見的就是光學顯微鏡，它通過光學原理，利用玻璃透鏡等組件組合形成放大的成像，使原本肉眼無法分辨的細小物體變得可以分辨觀察。

臺式掃描電鏡ZEM15，外觀很不一樣

對應光學顯微鏡，還有電子顯微鏡、原子力顯微鏡等其他類型顯微鏡，成像原理各不相同，具有更高的分辨率，但是價格昂貴、使用復雜，不在本文討論范圍內。

生物顯微鏡和體視顯微鏡

常見的光學顯微鏡有兩類，一類是復合顯微鏡，以生物顯微鏡為典型，鏡身和觀察頭等部件都是模塊化、可換的，具有多個物鏡，有正置和倒置兩種型態，可以特化成金相顯微鏡、偏光顯微鏡、熒光顯微鏡、共聚焦顯微鏡等機種；另一類是體視顯微鏡，常見于電子產品維修、模式生物研究、植物研究，鏡體高度一體化，除研究級產品外，基本只能附加配件，很難替換配件，通常只有一個初級物鏡/輔助物鏡，內部有兩條光路。

·光學顯微鏡成像的特點1：放大成像，有限放大倍率

生物顯微鏡的放大成像

對于生物顯微鏡，總放大倍數是固定的，按物鏡數量不同有4-6個檔位

總放大倍數（生物） = 物鏡放大倍數 x 目鏡放大倍數

生物顯微鏡標配物鏡有4X、10X、40X和100X，標配目鏡是10X，因此總放大倍數是40X-1000X.

物鏡數值孔徑值決定放大倍率上限

很多人陷入一個誤區，就是放大倍數越高越好，某寶、某多等平臺，很多商家會宣傳幾千、上萬倍放大的顯微鏡，其實是沒有意義的，因為光學顯微鏡存在有效放大倍率的概念，超過有效放大倍率的成像不會有更多細節，只會模糊：

有效放大倍數 = 物鏡數值孔徑N.A x 500-1000

物鏡數值孔徑不會超過1.6，也就意味著光學顯微鏡有效放大倍率是1600倍，通常還達不到，因為普通的100X油浸物鏡數值孔徑也就1.25，也就是說，1250倍就到頭了。這就是為什么ML31等嚴謹的臨床生物顯微鏡標配是10X目鏡而不是16X目鏡，因為總放大倍數1600倍是無效放大）。

體視顯微鏡的放大成像

對于體視顯微鏡，只有舊式設計會采用類似生物顯微鏡的定檔變倍，新一點的基本都是可變倍率，放大倍數可以在下限和上限之間靈活調整，以適應不同尺寸的樣品：

總放大倍數（體視） = 物鏡放大倍數 x 變倍體放大倍數 x 目鏡放大倍數

體視顯微鏡通常放大倍數較低，距離MZX100物鏡1X，變倍體8X，目鏡10X，放大倍率上限就是80X，使用2X物鏡可以達到160X，但相對生物顯微鏡來說還是比較低。

·光學顯微鏡成像的特點2：放大倍率和視野寬度、視野亮度、成像景深成反比

上面我們也提到，生物顯微鏡放大倍率遠遠高于體視顯微鏡，那為什么還要有體視顯微鏡呢？這就涉及光學顯微鏡成像第2特點，高放大倍率有三大代價：視野寬度、視野亮度和成像景深。

生物顯微鏡看不了完整一條斑馬魚

我們可以從目鏡的視野數倒推出當前視野實際大小：

實際視野大小(視場直徑) = 目鏡視野數 / 放大倍數 

以熒光顯微鏡MF31視野數F.N 22mm的10X目鏡為例，4X物鏡下，實際視野寬度是5.5mm，下一檔10X物鏡，實際視野2.2mm，再下一檔40X，實際視野0.55mm，到100X時小到只有0.22mm.

體視顯微鏡視野寬度相對大得多，以體視顯微鏡MZ62為例，10X/22目鏡搭配1X物鏡、0.67X變倍，放大倍率0.67倍，視野寬度32.8mm，可以看比較大的樣品。

隨著放大倍數變大，視野范圍會縮小，對應的，看到的光會更少，因此視野會更暗，需要調整照明亮度和聚光鏡孔徑光闌大小（聚光鏡光圈）。對于40~100倍左右放大倍率來說，可以使用普通照明來觀察，超過100X之后，一般照明要照亮樣品就開始遇到困難，需要用聚光鏡提供高光強照明才夠。

體視顯微鏡可以看到完整的多條斑馬魚

體視顯微鏡另一個特點是不需要制樣，可以直接放樣品進行觀察，一來是因為體視顯微鏡通常有上光源，可以觀察非透明的樣品，二來是因為低放大倍率時，成像景深足夠大，意味著就算樣品不太平整，成像畫面中大部分都會是清晰的。

生物顯微鏡4X也有較大的景深，只要樣品比較透光，可以不制樣成玻片進行觀察，10X物鏡類似，但成像已經有相當一部分開始不清晰，到20X和以上物鏡時，成像景深淺，須先將樣品制樣成玻片，否則成像中大部分將會是模糊的、無法觀察的，而且高倍下對樣品透光性要求更高，不制樣成像可能會亮度不足。

·光學顯微鏡成像的特點3：倒立虛像，或正立虛像

顯微鏡放大成像原理

顯微鏡物鏡的成像是倒置的實像，可以直接投影到墻壁，并決定著成像的細節和分辨率。觀察頭和目鏡會二次放大物鏡成像，形成更大放大倍率的、適合肉眼觀察的虛像。

生物顯微鏡成放大倒置虛像

對于常規生物顯微鏡來說，目鏡成像通常是倒立放大的虛像，意味著載物臺向上移動，在成像中會是向下移動，載物臺向左，成像向右，以此類推。當然也存在專門修正成像倒立特性的正置成像的觀察頭，但很少見。

體視顯微鏡成放大正置虛像

對于體視顯微鏡來說，成像也是放大的虛像，但它是正立的，這讓體視顯微鏡在一些樣品處理和手術操作時更方便。

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