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在光学显微镜下，当来自照明源的光通过聚光，然后通过样品，一些光通过这两个周围，并通过在其路径不受干扰试样。 该光称为直接 ，undeviated 或非衍射光，和表示背景光。 一些光与样品相互作用的偏离或衍射。 衍射光呈现半波长或180度的相位与已经没有遇到障碍物穿过直射光。 二分之一波长的相位差，所引起的试样本身，使该光以引起与直接光消干涉时都在位于目镜的固定光阑的中间像平面到达。 目镜的眼透镜进一步放大这个图像，最终投射到视网膜上，照相机的胶片平面，或光敏感的数字图像传感器的表面上。
现在的情况是，直接或undeviated光由物镜投影并在目镜的膜片在整个图象平面中均匀分布。 由检体衍射的光发生干涉在物镜后焦平面（见图1）和被带入焦点以各种局部地方相同的图像平面上，其中，所述衍射光产生破坏性干扰，并降低强度，造成一个产生上含灰度值从非常暗到非常亮的广泛模式。 亮和暗的这些模式是我们承认作为标本的图像。 因为我们的眼睛在亮度变化敏感，图像变得原始试样的或多或少忠实重建。
为了帮助理解成像的基本原理，建议读者尝试以下的运动，并使用公知的周期性结构的对象作为样品。 这些实验是最容易使用的一个阶段微米或密集的暗线类似光栅进行。 要继续，将精细刻划光栅显微镜舞台上，并使用第一10倍，然后40倍的物镜，使其焦点。 卸下目镜，并且在它的位置，插入一个相位望远镜这样可以观察到物镜的后侧焦点面。 如果聚光镜孔径光阑闭合大多数的方式，光的明亮的白色中央点会出现在物镜，这是孔径光阑的图像的后部。 向右侧和左侧的中央点的，一系列衍射谱（也孔径光阑的图像;在图1中呈现）的将存在，每个彩色蓝色到中央点最接近的部分，而位于该部分红色从中央亮点频谱最远（如示于图2）。 这些有色光谱的强度根据多远频谱从中央点位于减小。
落在物镜的外周附近的那些衍射谱比更靠近中央点的调光器。 在图2所示的衍射光谱使用三种不同的物镜放大率捕获。 在图2（b）中，在10倍的物镜的后侧焦点面可见的衍射图案包含两个衍射光谱。 如果光栅被从阶段除去，如在图2（a）所示，这些光谱消失，仅孔径光阑的中心图像保持。 如果光栅被重新插入，光谱再次出现。 需要注意的是彩色光谱之间的空间显得较暗。 如果光栅与10x物镜观察可以观察到只有一对光谱。 在这种情况下，一个衍射斑点出现在左边，一个出现在中心孔开口的右侧。 如果行光栅是用40×物镜检查（如图2的（c）），几衍射光谱出现在中心孔的左侧和右侧。 当倍率增加到60倍或63×（并假设它具有较高的数值孔径比40X物镜），几个另外的光谱（参见图2（d））的出现，以左，右的那些与40X物镜可见的到位。
因为当光栅除去有色光谱消失，则可以假定这是通过影响光通过，由此产生的着色光谱检体本身。 此外，如果孔径光阑关闭到一个非常小的开口尺寸，我们将看到，更高的数值孔径的物镜掌握多种这些有色光谱的比做低数值孔径的物镜。 这两个概念对理解图像形成的极端重要性将成为随后的段落清晰。 光的中心光点（聚光镜孔径光阑的图像）表示直接或undeviated光穿过样品或原状的样品周围（在图3（b）所示）。 这就是所谓的第0或零级。 上零级的各侧的孔径光阑的较暗图像被称为第一，第二，第三，第四，等等分别订单，如由模拟衍射图案如图3（a）表示，这将在被观察40倍的物镜后焦平面。 所有捕获命令表示，在这种情况下，线光栅作为在物镜的后焦平面可见的衍射图案。
孔径光阑的微弱衍射图像是由衍射波前引起的，在扇形散开，在各线光栅的开口（如图3（b））。 蓝色波长比绿色波长，这是在比红的波长更小的角度衍射的更小的角度衍射。 在物镜的后焦平面，从每个狭缝蓝色波长干涉建设性地产生每个光谱或命令的衍射图像的蓝色区域。 红色和绿色的区域（图3的（a））被隔开的位进一步，但是从同样的现象发生。 其中，衍射波长的一半波为每个这些颜色步骤的，海浪消干涉，以产生光谱或命令之间的暗区。 在零阶的位置，从每个狭缝所有波长建设性添加。 这产生你看到的第零级的明亮的白色光（参见图2，3和4）在物镜的后焦平面的中心。
行的更接近的间隔光栅，光谱越少，将通过给定的物镜被捕获，如在图4（交流）示出。 在图4所示的衍射图（一）用40X物镜成像的下部的线在如图4（b），其中所述狭缝靠得更近光栅捕获。 在图4（c）中，物镜聚焦于线光栅的上部（图4的（b）），其中狭缝是相隔较远，并且更光谱由物镜捕获。 的直接光，并从更高阶的衍射最大值的光被物镜聚焦在目镜的固定光阑，以在中间像平面的图像。 这里的直接和衍射的光线干涉，并从而重建成由所述目镜的眼透镜看到和进一步放大了真实，倒象。 这在图4（d）通过图4（g）与两种类型的衍射光栅的说明。 在图4（d）所示的正方形网格代表网格的无畸变图象（实际上，通常的检体图像通过目镜观察到的）通过物镜的全孔径看到。 从该网格导出的衍射图案被示为将在物镜的后焦平面（图4（e））的可见一个锥光图像。 同样地，一六角形排列格子的无畸变图象（图4（f））的产生的一阶衍射图案的相应六角形排列锥光图像（图4（G））。
显微镜标本可以被认为是与细节和开口跨越大范围的尺寸的复杂的线或图案的光栅。 成像的概念在很大程度上是由阿贝，19世纪德国著名的显微镜和光学理论家发展。 根据阿贝（他的理论仍然被广泛地在目前的时间接受），如果物镜捕捉2个数量的光的，诸如光衍射的1阶和至少第0级的检体的细节将得到解决。 衍射级是获准进入物镜的数量越多，越准确的图像将代表原始对象。 此外，如果折射率高于空气（如浸油）的介质中的空间中使用的物镜的前透镜和盖玻片顶部之间（如所示用于干物镜在图5（a））的的衍射级的角度被减小，衍射光的风扇将被压缩。 其结果是，一个油浸物镜可以捕获更多衍射级和比干物镜（图5（b））的产生更好的分辨率。 比较所捕获的订单在图5（a）和5（b）中。 此外，由于蓝色光以比绿色光或红色光的较小角度衍射，给定孔径的透镜可以捕捉的光的更多的订单时，波长在可见光谱的蓝色区域。 这两个原则解释经典的瑞利方程经常被引用作为计算在显微镜点至点分辨率的基础：
其中，d是两个相邻的颗粒（还允许颗粒被感知为独立的）之间的空间中，λ是照明的波长，NA是物镜的数值孔径。 假定在显微镜还装有具有相同的数值孔径的物镜的聚光镜（没有聚光镜，分辨率将是一半好导致分辨细节的两倍大）。 允许进入物镜更高衍射级的数量越多，可被清楚地分离或拆分试件的细节越小。 此处是采用高数值孔径物镜用于检查在各个试样的最小可能的信息的值。 同样地，可见光的使用的波长越短，分辨率越高。 这些想法解释为什么高数值孔径，复消色差透镜可以单独在蓝光极小的细节。 在物镜块的最外衍射级的后面放置一个遮光掩膜。 这会减小光栅线的分辨率，或任何其他检体的细节，或它完全破坏了分辨率，以使试样不可见。 因此，通常小心不要关闭下面物镜的孔径的建议的三分之二聚光镜孔径光阑。
物镜的故障把握在未解决的图像的衍射级的结果的一个以上。 在具有非常微小的细节的检体中，衍射风扇以一个非常大的角度传播，需要高数值孔径物镜捕获它们。 同样，由于衍射球迷在浸油或水的压缩，专为这种用途物镜可以给比干物镜更高的分辨率。 如果备用衍射级不被改变（仍假定光栅作为我们的样品），在光栅的行数会出现加倍（寄生分辨率）。 重要的警告是在物镜的介绍后实际行动产生确定的最终图像。 在检体的小细节（相对于线光栅），物镜的直接和衍射光投射到目镜光阑的像平面中的称作艾里斑小的，圆的衍射图案的形式（在图6所示） 。 高数值孔径物镜捕获更多的衍射级的生产更小尺寸磁盘将比低数值孔径的物镜。 在图6中，示出艾里斑大小从图6（a）至图6的（c）稳定下降。 在图6中的较大磁盘大小（a）和（b）中通过以较低的数值孔径物镜产生的，而在图6（c）该非常尖锐艾里斑是由非常高的数值孔径的一个目的产生的。
在目镜膜片水平所产生的图像实际上是被认为是样品的亮和暗区域艾里磁盘的镶嵌。 如果两盘非常接近，他们的核心亮点交叉重叠，这些重叠的圆盘所代表的两个细节都没有解决或分离，从而表现为一个（如图6所示（E））。 与此相反，在图6（d）所示的艾里斑只是足够远，以得到解决。 要记住的基本原理是，直接和衍射光（或直接或衍射光的操纵）的组合是在图像形成至关重要。 对于这种操纵的关键位置是物镜的后侧焦点面和聚光镜的前焦平面。 这个原则就是从根本上大部分的光学显微镜对比改进方法。 更重要的是，它是在高放大倍率特别重要的小细节关闭大小的光的波长。 阿贝在开发这些概念来解释的光吸收或幅度标本成像的先驱。
