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在最简单的情况下，光学显微镜由一个靠近样品（物镜）的镜头和一个靠近眼睛（目镜）的镜头组成。显微镜放大倍数是两个显微镜镜头因素的乘积。例如，40x 物镜和 10x 目镜可提供 400x 放大倍率。
然而，衡量光学显微镜性能的不仅是放大倍数，还有分辨率。分辨率是分别渲染两个紧密相邻的点的能力。根据瑞利准则，能够单独成像的两个点之间的最小距离对应于光波长的大约二分之一。
λ = 光波长
n = 样品和物镜之间介质的折射率
α =物镜孔径角的一半
因此，对于蓝光，分辨率极限约为 d = 0.2 μm；使用红光，大约 d = 0.35 μm。UV物镜的分辨率低于 0.2 μm。用肉眼，我们无法区分小于 0.2 毫米的结构。
值 n × sin α 对应于数值孔径 (NA)、聚光能力的度量和物镜的分辨率。由于孔径角不能超过 90°，并且折射率永远不会小于 1（n air = 1），因此空气的NA 始终约为 1。当使用浸油 (n > 1) 时，数值孔径会增加（高达约 1.45），并且分辨率也会随之增加。
因此，对于蓝光，分辨率极限约为 d = 0.2 μm；使用红光，大约 d = 0.35 μm。UV物镜的分辨率低于 0.2 μm。用肉眼，我们无法区分小于 0.2 毫米的结构。
为了使肉眼可以检测到微观分辨率，图像以相应的放大倍数出现在目镜中。分辨率和放大倍数总是直接相互依赖。低放大倍数的物镜具有低数值孔径，因此分辨率低。对于高倍物镜，数值孔径也很高，对于 40 倍干物镜，数值孔径通常为 0.8。然而，由于数值孔径不能增加超过某一点，经典光学显微镜的可用放大倍数范围也受到限制。“有用”的显微镜放大倍数介于 500 × NA 和 1,000 × NA 之间。
一些光学显微镜拥有巨大的放大倍率，但实际上，其极限仅在1,400倍以下。专家称除此之外的一切都是“空放大率”。虽然结构看起来更大，但没有解决额外的细节。
