光学显微镜和放大

光学显微镜利用可见光和透镜系统来生成样本的放大图像，它是检查细胞和组织最古老、最广泛使用的方法。放大可以使图像变大，但有用的细节是由分辨率决定的，而分辨率受限于光的波长，大致与所用光的波长尺度相当。

Definition

光学显微镜是一种显微镜技术，其中穿过或反射自样本的可见光通过透镜聚焦，形成放大图像；放大倍数是图像被放大的倍数，而分辨率是两个点保持可区分的最小间距。

Scope

本条目涵盖了复合显微镜如何形成放大图像，放大和分辨率之间的区别，限制分辨能力的衍射极限，以及用于观察大部分透明细胞的常见对比模式。它将光学显微镜视为一种基础成像方法，而非临床指导。

Core questions

• 放大和分辨率有什么区别？
• 为什么光的波长会限制分辨能力？
• 如何从几乎透明的活细胞中获得对比度？
• 什么时候增加放大倍数不再增加有用的细节？

Key concepts

• 放大
• 分辨率和衍射极限
• 数值孔径
• 明场、相差和微分干涉差
• 空放大
• 染色以增强对比度

Mechanisms

复合显微镜使用物镜和目镜来放大样本图像，但可分辨的细节取决于衍射：正如阿贝在19世纪图像形成理论中所阐述的，分辨能力随波长缩短和数值孔径增大而提高，因此可见光显微镜无法分辨小于几百纳米的特征。超出分辨率支持范围的放大会导致空放大——一个更大但没有更多细节的图像。由于细胞大部分是透明的，对比度通过染色或通过光学方法（如相差和微分干涉差）产生，这些方法将折射率差异转换为可见的强度差异。

Clinical relevance

光学显微镜在组织学、细胞学、血液学和微生物学中至关重要，其中通过检查染色样本来诊断特征。本条目解释了这些图像背后的光学原理，属于参考教育性质，而非个体诊断或治疗决策的依据。

History

复合光学显微镜从17世纪开始揭示细胞，但对其极限的定量理解始于阿贝1873年的衍射理论，该理论将分辨能力与波长和数值孔径联系起来，并解释了为什么光学显微镜无法分辨任意小的细节。这一衍射屏障在长达一个多世纪的时间里框定了显微镜学，并推动了电子显微镜以及后来的超分辨率荧光方法的发展。

Key figures

• Ernst Abbe
• Douglas Murphy

Seminal works

• abbe-1873
• murphy-2012

Frequently asked questions

更高的放大倍数总是更好吗？

不是。放大只使图像变大；超出分辨率设定的极限，它会产生空放大，即一个更大但没有更多细节的图像。

为什么光学显微镜无法分辨非常小的结构？

由于衍射，光学显微镜的分辨能力受可见光波长和物镜数值孔径的限制，将细节限制在大约几百纳米。