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光學顯微鏡是一種利用光學透鏡產生影像放大效應的顯微鏡。
由物體入射的光被至少兩個光學系統（物鏡和目鏡）放大。首先物鏡產生一個被放大實像，人眼通過作用相當于放大鏡的目鏡觀察這個已經被放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡，這樣觀察者可以按需要更換放大倍數。這些物鏡一般被安置在一個可以轉動的物鏡盤上，轉動物鏡盤就可以使不同的目鏡方便地進入光路，物鏡盤的英文是Nosepiece，又譯作鼻輪。
現在的光學顯微鏡的構造非常的復雜精密，為了精準成像，顯微鏡的光學路徑必須嚴謹的設計與控制。盡管如此，光學顯微鏡的運作原理是非常簡單的。
最簡單的物鏡是由高分辨率的玻璃鏡制成，有非常短的焦距，大概是160 mm左右，而產生了放大倒立成像，因此像是非�？拷嚻瑏碛^察，經由對焦，其產生的是實像，不用經由目鏡即可用肉眼看到，或者成像于紙張上。在多數的顯微鏡，目鏡是雙鏡組成的，一個在眼睛，產生虛像，使肉眼看到放大成像；一個則靠近物鏡，產生實像。
應用領域：光學顯微鏡主要用于光滑表面的微米級組織觀察與測量，因為采用可見光作為光源因此不僅能觀察樣品表層組織而且在表層以下的一定范圍內的組織同樣也可被觀察到，并且光學顯微鏡對于色彩的識別非常敏感和準確。
光學顯微鏡可分為三類：正立顯微鏡、倒立顯微鏡、解剖顯微鏡。
正立顯微鏡
正立顯微鏡是光學顯微鏡的一種，在穿透光觀察下，光源由機身下面經過聚光鏡到達樣品，再穿過位于樣品上方的物鏡，然后借由反射鏡和透鏡到達觀察者的眼睛或其他成像儀器。正立顯微鏡物鏡和聚光鏡中間的空間較小，適用于正立顯微鏡觀察的物品，通常較薄，可夾于玻片中。正立顯微鏡的優點是結構簡單，因此一般顯微鏡多屬此類。
倒立顯微鏡
倒立顯微鏡是顯微鏡的一種，在穿透光觀察下，明視野用之照明光源和聚光鏡是來自機身上方，光線穿過聚光鏡到達樣品，再穿過位于樣品下方的物鏡，然后借由反射鏡和透鏡到達觀察者的眼睛或成像儀器。對螢光顯微鏡而言,螢光激發光源和物鏡同位于底部。由于激發光源可以是高功率大型雷射光源或弧光燈,倒立式的設計更能穩定顯微鏡鏡的結構。倒立顯微鏡常用于觀察培養中的細胞或組織，特別是應用在螢光的生物樣品上。
解剖顯微鏡
解剖顯微鏡，又被稱為實體顯微鏡或立體顯微鏡，是為了不同的工作需求所設計的顯微鏡。利用解剖顯微鏡觀察時，進入兩眼的光各來自一個獨立的路徑，這兩個光路徑夾了一個小小的角度，因此在觀察時，樣品可以呈現立體的樣貌。解剖顯微鏡的光路設計有兩種：The Greenough Concept和The Telescope Concept。
解剖顯微鏡常常用在一些固體樣本的表面觀察，或是解剖、鐘表制作和小電路板檢查等工作上。
