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光学显微镜是一种利用光学透镜产生影像放大效应的显微镜。
由物体入射的光被至少两个光学系统（物镜和目镜）放大。首先物镜产生一个被放大实像，人眼通过作用相当于放大镜的目镜观察这个已经被放大了的实像。一般的光学显微镜有多个可以替换的物镜，这样观察者可以按需要更换放大倍数。这些物镜一般被安置在一个可以转动的物镜盘上，转动物镜盘就可以使不同的目镜方便地进入光路，物镜盘的英文是Nosepiece，又译作鼻轮。
现在的光学显微镜的构造非常的复杂精密，为了精准成像，显微镜的光学路径必须严谨的设计与控制。尽管如此，光学显微镜的运作原理是非常简单的。
最简单的物镜是由高分辨率的玻璃镜制成，有非常短的焦距，大概是160 mm左右，而产生了放大倒立成像，因此像是非常靠近试片来观察，经由对焦，其产生的是实像，不用经由目镜即可用肉眼看到，或者成像于纸张上。在多数的显微镜，目镜是双镜组成的，一个在眼睛，产生虚像，使肉眼看到放大成像；一个则靠近物镜，产生实像。
应用领域：光学显微镜主要用于光滑表面的微米级组织观察与测量，因为采用可见光作为光源因此不仅能观察样品表层组织而且在表层以下的一定范围内的组织同样也可被观察到，并且光学显微镜对于色彩的识别非常敏感和准确。
光学显微镜可分为三类：正立显微镜、倒立显微镜、解剖显微镜。
正立显微镜
正立显微镜是光学显微镜的一种，在穿透光观察下，光源由机身下面经过聚光镜到达样品，再穿过位于样品上方的物镜，然后借由反射镜和透镜到达观察者的眼睛或其他成像仪器。正立显微镜物镜和聚光镜中间的空间较小，适用于正立显微镜观察的物品，通常较薄，可夹于玻片中。正立显微镜的优点是结构简单，因此一般显微镜多属此类。
倒立显微镜
倒立显微镜是显微镜的一种，在穿透光观察下，明视野用之照明光源和聚光镜是来自机身上方，光线穿过聚光镜到达样品，再穿过位于样品下方的物镜，然后借由反射镜和透镜到达观察者的眼睛或成像仪器。对萤光显微镜而言,萤光激发光源和物镜同位于底部。由于激发光源可以是高功率大型雷射光源或弧光灯,倒立式的设计更能稳定显微镜镜的结构。倒立显微镜常用于观察培养中的细胞或组织，特别是应用在萤光的生物样品上。
解剖显微镜
解剖显微镜，又被称为实体显微镜或立体显微镜，是为了不同的工作需求所设计的显微镜。利用解剖显微镜观察时，进入两眼的光各来自一个独立的路径，这两个光路径夹了一个小小的角度，因此在观察时，样品可以呈现立体的样貌。解剖显微镜的光路设计有两种：The Greenough Concept和The Telescope Concept。
解剖显微镜常常用在一些固体样本的表面观察，或是解剖、钟表制作和小电路板检查等工作上。
