傳統(tǒng)的光學顯微鏡主要由光學系統(tǒng)及支撐它們的機械結構組成，光學系統(tǒng)包括物鏡、目鏡和聚光鏡，都是由各種光學玻璃做成的復雜化了的放大鏡。物鏡將標本放大成像，其放大倍率M物由下式?jīng)Q定：M物=Δ∕f"物 ，式中f"物是物鏡的焦距，Δ可理解為物鏡與目鏡間的距離。目鏡將物鏡所成之像再次放大，成一個虛像在人眼前250mm處供人觀察,這是多數(shù)人感覺zui舒適的觀察位置，目鏡的倍率M目=250/f"目,f"目是目鏡的焦距。顯微鏡的總放大倍率是物鏡與目鏡的乘積，即M=M物＊M目=Δ＊250∕f"目＊f;物?？梢姡瑴p小物鏡及目鏡焦距將使總放大倍率提高，這是用顯微鏡可以看到細菌等微生物的關鍵,也是其與普通放大鏡的區(qū)別所在。
　　那么，是否可以設想無限制地減少f’物f’目，以便提高放大倍率，使我們能看到更加細微的物體呢？回答是否定的！這是因為用以成像的光本質(zhì)是一種電磁波，因而在傳播過程中免不了產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，就像日常所見水面的波紋遇到障礙時能繞行，兩列水波相遇時能互相加強或削弱一樣。當從一個點狀的發(fā)光物點發(fā)出的光波進入物鏡時，物鏡的邊框阻礙了光的傳播，產(chǎn)生衍射和干涉，經(jīng)物鏡后無法再會集于一點，而是形成有一定大小的光斑，外圍還有強度微弱并逐漸減弱的一系列光環(huán)，我們稱中心亮斑為艾里斑，兩個發(fā)光點靠近到一定距離時兩光斑就會重疊，直至無法確認為兩個光斑。瑞利提出了一個判定標準，認為當兩光斑中心相距等于艾里斑半徑時，兩光斑是能分辨的，經(jīng)計算，這時候兩個發(fā)光點間的距離e=0.61入∕n.sinA=0.61入∕N.A，式中，入為光波波長，人眼可接收的光波波長約為0.4—0.7um，n為發(fā)光點所處介質(zhì)的折射率，如處在空氣中，n≈1，處在水中，n≈1.33，而A為發(fā)光點對物鏡邊框張角之半，N.A稱為物鏡的數(shù)值孔徑。從上式可見，物鏡能分辨的兩點間的距離受到了光的波長和數(shù)值孔徑的限制，由于人眼視覺zui敏銳的波長約為0.5um，而A角不可能超過90度，sinA總小于1，對于可用的透光介質(zhì)zui大折射率約為1.5，故 e值始終大于0.2um，這是光學顯微鏡能分辨的zui小極限距離。通過顯微鏡放大成像，若想將能被具有某些N.A值的物鏡分辨率的物點間距e放大到足以被人眼分辨，則需M.e≥0.15mm，此處0.15mm為實驗得出的人眼能分辨的置于眼前250mm處兩微物間的zui小距離，故M≥（0.15∕0.61入）N.A≈500N.A ，為使觀察不致太費力，M擴大一倍便足夠了，即500N.A≤M≤1000N.A，是顯微鏡總倍率的合理選取范圍，再大的總放大倍率是沒有意義的，因為物鏡數(shù)值孔徑已經(jīng)限制了zui小可分辨距離，提高放大倍率已不可能分辨出更小的物體細節(jié)了。
　　成像襯度是光學顯微鏡的另一個關鍵問題，所謂襯度，即是像面上相鄰部份間的黑白對比度或顏色差，人眼 對于0.02以下的亮度差別是很難判定的，對顏色差別則稍微敏感一些。有些顯微鏡觀察對象，如生物標本，其細節(jié)間亮度差別甚小，加之顯微鏡光學系統(tǒng)設計制造誤差使其成像襯度進一步降低而難于分辨，此時，看不清物體細節(jié)，不是總放大倍率過低，也不是物鏡數(shù)值孔徑太小，而是由于像面襯度太低的緣故。
　　多少年來，人們?yōu)樘岣唢@微鏡的分辨能力和成像襯度付出了艱辛的勞動，隨著計算機技術和工具的不斷進步，光學設計的理論和方法也在不斷改進，加上原材料性能的提高，工藝和檢測手段的不斷完善，觀察方法的創(chuàng)新，使光學顯微鏡的成像質(zhì)量已經(jīng)接近衍射極限的完善程度，人們將用標本染色、暗場、相襯、熒光、干涉、偏光等觀察技術，使得光學顯微鏡已能適應形形色色標本的研究，雖然近年來電子顯微鏡，超聲顯微鏡等放大成像儀器先后問世，在某些方面具有優(yōu)勢的性能，但在廉價、方便、直觀、特別是適合生物活體的研究等方面仍無法與光學顯微鏡匹敵，光學顯微鏡仍然牢固地占據(jù)著自己的陣地。另一方面，與激光、計算機、新材料技術、信息技術相結合，古老的光學顯微鏡正煥發(fā)青春，顯示了旺盛的生命力，數(shù)碼顯微鏡、激光共焦掃描顯微鏡、近場掃描顯微鏡、雙光子顯微鏡及具有各種新的功能或能適應各種新的環(huán)境條件的儀器層出不窮，更加擴大了光學顯微鏡的應用領域，作為的例子。從火星探測車上傳回的巖層顯微圖片是多么令人振奮！我們完全可以相信，光學顯微鏡將會以更新的姿態(tài)，造福人類。