醫用光學顯微鏡光線在均勻的各向同性介質中，兩點之間以直線傳播，當通過不同密度介質的透明物體時，則發生折射現象，這是由于光在不同介質的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時，光線在其介面改變了方向，并和法線構成折射角。
透鏡是組成顯微鏡光學系統的基本的光學元件，物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類。
當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱焦點，通過交點并垂直光軸的平面，稱焦平面。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱物方焦點，該處的焦平面，稱物方焦平面;反之，在象方空間的焦點，稱象方焦點，該處的焦平面，稱象方焦平面。
光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現出來，而虛像不能。
1. 當物**于透鏡物方二倍焦距以外時，則在象方二倍焦距以內、焦點以外形成縮小的倒立實象;
2. 當物**于透鏡物方二倍焦距上時，則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實象;
3. 當物**于透鏡物方二倍焦距以內，焦點以外時，則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實象;
4. 當物**于透鏡物方焦點上時，則象方不能成象;
5. 當物**于透鏡物方焦點以內時，則象方也無象的形成，而在透鏡物方的同側比物體遠的位置形成放大的直立虛象。
光學顯微鏡的成象(幾何成象)原理
只有當物體對人眼的張角不小于某一值時，肉眼才能區別其各個細部，該量稱為目視分辨率ε。在條件下，即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時，可達到1'。為易于觀測，一般將該量加大到2'，并取此為平均目鏡分辨率。
物體視角的大小與該物體的長度尺寸和物體至眼睛的距離有關。有公式y=lε
距離l不能取得很小，因為眼睛的調節能力有一定限度，尤其是眼睛在接近調節能力的極限范圍工作時，會使視力極度疲勞。對于標準(正視)而言，的視距規定為250mm(明視距離)。這意味著，在沒有儀器的條件下，目視分辨率ε=2'的眼睛，能清楚地區分大小為0.15mm的物體細節。
醫用光學顯微鏡在觀測視角小于1'的物體時，必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測放置在觀測人員近處應予放大的物體的。

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