体视显微镜的结构及发展历史

第一台具有双目镜和匹配物镜的体视显微镜是由奥尔良（Cherubin d'Orleans）在1671年设计和制造的，但该仪器实际上是一种伪立体系统，仅通过使用辅助透镜即可实现图像竖立。

d'Orleans设计的主要缺点是左侧图像投射到右目镜，右侧图像投射到左目镜。直到150多年后，查尔斯・惠斯通爵士（Sir Charles Wheatstone）撰写了一篇关于双目视觉的论文，并激发了对体视显微镜的足够兴趣，为进一步的工作提供了动力。

在19世纪中叶，伦敦的弗朗西斯・赫伯特・温汉姆（Francis Herbert Wenham）设计了第一台真正成功的体视显微镜。威纳姆（Wenham）引入了一种新颖的方法，即利用消色差棱镜在单个物镜的后部分离光束。几年后，约翰・韦尔・斯蒂芬森（John Ware Stephenson）生产了一种类似的乐器（见图1）。威纳姆双筒望远镜作为显微镜的设计而闻名，它受单透镜带来的伪像的影响，实际上并没有产生真正的立体效果。

1890年代初期，美国仪器设计师Horatio S. Greenough提出了一种新颖的设计，该设计后来成为现代体视显微镜的先驱。Greenough说服了耶拿的卡尔・蔡司公司生产显微镜，但是蔡司工程师没有采用Greenough的镜头直立系统，而是设计了倒置棱镜来产生正像。这种设计经受住了时间的考验（以及大量的显微镜学家），并且在整个20世纪中一直是医学和生物学解剖学的主力军。显微镜仍然是许多特定应用的最爱。

在20世纪上半叶制造的体视显微镜或称为解剖显微镜，非常类似于该时代的传统复合显微镜。它们很重，主要由黄铜制成，利用棱镜进行图像安装，并具有由一或两个双合透镜组成的简单透镜系统。工作距离与放大率成反比，并且在最高可用放大率下非常短。这些显微镜主要用于解剖，因为很少有涉及小型组件的工业应用需要显微镜进行检查。甚至制表师也使用单眼放大镜！

第一届现代体视显微镜在美国推出了由美国光学公司于1957年被命名为Cycloptic®，这项突破性的设计具有压铸铝外壳，恒定的工作距离（四英寸，是最长的产品之一）和内部放大倍率转换器，这使观察者可以将物镜放大倍率从0.7倍提高到分五个步骤提高到2.5倍。此外，该显微镜采用一件式玻璃直立棱镜，配备了包括支架，臂和照明器在内的各种配件，并且符合1950年代的风格，并采用了两色调的灰色油漆方案（见图2）。显微镜的名称来自于机身底部的单个大型中央物镜，左右通道都通过该物镜收集来自标本的光。

在后来的显微镜中，环视特征被重命名为通用主要物镜（CMO）。该设计使用单个大物镜，当聚焦在样品上时，该物镜会形成无限远的图像。与大多数早期的体视显微镜设计不同，The Cycloptic在下部显微镜主体中有一个螺纹安装座，可将物镜固定在一个可旋转的鼓下方，该鼓包含两对焦利勒式望远镜。当感光鼓旋转时，望远镜镜头分别以正向和反向使用（放大和缩小），以产生四种不同的放大倍率。第五个放大倍数是由没有玻璃的明渠引起的。伽利略透镜系统的优点是焦距小，场直径很小，并且放大倍数很少超过2倍或3倍。2倍的Galilean镜头可提供2倍或1/2倍的放大率，具体取决于方向，匹配对可以产生许多变化。独眼巨人的头部包含现在被称为套筒镜，直立棱镜和一副目镜。这种显微镜很快在早期的半导体制造商中流行起来，最著名的是Western Electric。

两年后（1959年），博士伦推出了一种体视显微镜以与Cycloptic竞争，但具有先进的技术：连续可变或放大倍率。命名为StereoZoom®，这种显微镜是第一个体视显微镜无需架设棱镜和被塑造围绕基本格里诺设计，这将在下面详细地讨论。它的大小和形状通常与Cycloptic（图3）相同，并且具有相近的放大倍率范围（0.7倍至3.0倍），且具有相似的工作距离。显微镜还采用了博士伦（Bausch＆Lomb）的一项新发明：四个具有增强铝涂层的第一面反射镜，这些反射镜在战略上处于既可以实现倾斜棱镜又可以实现棱镜功能的位置。Porro直立棱镜。在体视显微镜中，竖立图像很有用，因为显微镜观察者经常必须在观察时对样本进行交互式操作。当样品在显微镜载物台上的物理方向与通过目镜观察时的方向相同时，将更方便地执行诸如解剖，微焊接，工业装配或显微注射卵母细胞的任务。同样，自然直立的图像有助于研究标本特征之间的真实空间关系。

与配备棱镜的显微镜相比，StereoZoom除了可以降低成本外，其重量也更轻。基本的显微镜系统或所谓的“ Power Pod”被称为辅助镜，目镜，照明器，臂和支架的大量选择所补充，它们均以引领潮流的风格生产，并持续了40多年。迅速发展的半导体行业对StereoZoom的接受是长期存在的。多年来，这种新颖的设计一直主导着体视显微镜市场，直到2000年徕卡停止生产为止，徕卡在1980年代合并了美国光学，博士伦（Bausch＆Lomb），莱兹（Leitz），赖希特（Reichert）和怀尔德（Wild）的显微镜资源。

在1960年代初期，尼康，奥林巴斯，优尼纶和其他开始在美国广为人知的日本公司推出了变焦体视显微镜。日本，美国和欧洲的显微镜制造商共同继续推进具有许多新功能的“更大，更好”的体视显微镜的开发。高速计算机的发明加速了这些进步，这使光学设计人员能够解决创建具有有效校正的光学像差的有效变倍变焦镜头系统这一复杂问题。

当今的体视显微镜设计具有高数值孔径的物镜，可产生高对比度的图像，这些图像具有最小的耀斑和几何失真。观察管将容纳视野达26mm的高视点目镜，并通过屈光度调节使图像和标线同时聚焦。此外，许多型号具有高变焦倍率（高达12x-15x），可提供宽广的放大倍率范围（介于2x和540x之间），并减少了更改物镜的必要性。显微镜设计中融入的人体工程学特征有助于减少长时间运行时的疲劳，并且新的附件使现代体视显微镜能够对几年前不切实际的标本进行成像。

人眼和大脑共同发挥作用，以产生所谓的立体视觉，从而提供围绕我们的物体的空间三维图像。这是因为大脑对从每个视网膜接收到的两个略有不同的图像的解释。一般人眼之间的距离大约为64-65mm，每只眼睛从略有不同的视点感知到一个物体，该视点彼此之间相差几度。当传输到大脑时，图像融合在一起，但仍然保留了高度的深度感知，这确实是非常了不起的。体视显微镜利用这种能力来感知深度，方法是传输倾斜较小角度（通常在10至12度之间）的双图像以产生真正的立体效果。

在某些体视显微镜系统中，样本是利用两个单独的复合显微镜光学系统成像的，每个光学系统由目镜，物镜和中间透镜组成。其他设计采用在两个单独的光学通道之间共享的共同物镜。来自两个略有不同的视角的两个不同的图像被投影到显微镜医师的视网膜上，在视网膜上，它们刺激神经末梢将信息传递到大脑进行处理。结果是标本的单个三维图像，其分辨率受显微镜光学系统参数和视网膜中神经末梢的频率限制，非常类似于照相胶片中的有限晶粒尺寸或带电耦合装置中的像素密度（CCD）数码相机。

体视显微镜可以大致分为两个基本系列，每个系列都具有正向和负向特性。最古老的体视显微镜系统以发明家Greenough的名字命名，它利用倾斜的双体管来产生立体效果。现代的Greenough体视显微镜的例子包括尼康SMZ745/745T和SMZ445/460系列。一种较新的系统，称为共同的主要物镜（上文介绍），它利用了一个大物镜，该物镜在一对目镜筒和透镜系统之间共享。当前的尼康通用主要物镜显微镜包括SMZ800N，SMZ1270/1270i和SMZ25/SMZ18系列。两种类型的显微镜都可以配备步进型独立透镜以改变放大倍率，也可以配备无级变焦类型的放大倍率系统。以下讨论解决了Greenough和常见的主要物镜体视显微镜设计的优缺点。

Zeiss在20世纪初提出的Greenough设计由两个相同（对称）的光学系统组成，每个光学系统包含一个单独的目镜和物镜，它们在单个壳体内精确对齐（图4）。这种设计的主要优点是可以获得高数值孔径，因为物镜的设计与经典复合显微镜中使用的物镜非常相似。通常，包含细长物镜的镜筒下部呈锥形，并会聚在物平面的最佳焦点处。镜筒的上端通常使用一对标准目镜将一对图像投射到观察者的眼睛中。必须在非常严格的公差范围内将两个图像的大小，焦点，旋转和居中保持恒定，这样眼睛就可以看到基本相同的场景。偏离同一性的是每个图像投射到视网膜上的视角略有不同。由于会聚角通常在现代设计中为10到12度，因此左眼从左侧观看对象，而右眼从右侧稍有不同的角度观看同一对象。

利用一对直立棱镜或反射镜系统旋转和反转从物镜接收的放大图像，并将其呈现给观察者，就像没有显微镜时会出现的那样。在某些设计中，镜筒的设计可提供一条直线的视线，而另一些镜筒则需要借助附加的棱镜来使镜筒倾斜并为显微镜师提供更自然的观察位置。因为成像光线通过中心的复杂透镜系统，所以像大多数复合显微镜一样，图像的质量相对于中心对称。此外，与普通的主要物镜设计相比，在Greenough型显微镜中校正光学像差的难度要小一些，因为它们的透镜更小，轴向对称，

探索虚拟体视显微镜中的聚焦和缩放设置。

在格林诺显微镜的设计中，由于每个镜筒与公共轴线的倾斜分开而产生了失真伪影。被称为基石因此，这种扭曲会导致右眼左侧的区域看上去比同一图像的右侧区域略小，当然，对于左眼的图像，情况恰恰相反（参见图5）。梯形失真是由于每个镜筒产生的中间图像都相对于样本平面倾斜并且相对于彼此倾斜而产生的，因此只有中央区域以相同的放大倍率同时聚焦。结果是，视野的外围部分聚焦在实际样品平面的上方或下方，并且在放大倍率上的差异很小，尽管眼睛通常会补偿这种影响，并且显微镜医师通常不会注意到。但是，在长时间的观察期间，

在通过仪器的一侧产生的照片或视频图像中，可能会注意到Greenough体视显微镜在整个视场中放大倍率和焦点的微小变化，尤其是在物体主要是平坦且呈直线的情况下。在显微照相术中，通过倾斜样品或光束路径之一，使显微镜的光轴垂直于侧面样品平面，可以轻松地补偿由倾斜角引起的聚焦不连续性。使用标线进行测量时，应将线性目镜栅格放置在垂直方向上，以最大程度地降低梯形失真效应。另一个解决方案是将标本或显微镜倾斜五度或六度，并消除会聚。

通过此交互式教程，探索在光学显微镜中看到的轴向和横向色差。

常见的主要物镜体视显微镜设计集中在单个大直径物镜的折射作用上，通过该物镜，左右通道都可以观察到物体。每个通道都作为与另一个通道平行的独立光学系统运行（这就是它们也被称为并行的原因显微镜图4），并且在各个通道和物镜之间存在准直光（图像投影到无穷远）。这种布置保证了左右光轴的会聚与样品平面中的焦点一致。由于这种平行轴布置通常会扩展为包括目镜，因此显微镜医师的眼睛几乎看不到左图像或右图像会聚。通用主物镜系统的主要优点是物镜的光轴垂直于样品平面，并且在目镜焦平面处没有图像的固有倾斜。

尽管在大多数情况下，标本上通常会出现10至12度的会聚度，但大脑不习惯于不进行会聚而解释三维图像，从而导致特定于CMO体视显微镜的异常现象。当通过这种显微镜观察标本时，标本的中央部分似乎略微升高，因此现在平坦的标本看起来具有凸形。例如，硬币的中央看上去会更厚，因此当在平面上倒置时，硬币会左右摇摆。该伪像称为透视变形，但不要引起关注，除非使用显微镜来判断平面度或高度（请参见图5）。具有复杂或圆形形状的标本虽然显示一定程度的透视变形，但通过体视显微镜观察时通常不会出现变形。

透视畸变有时称为穹顶效应或球状效应，并且是由于梯形失真和枕形失真共同造成的。例如，图5稍微放大了美国林肯便士（圆盘状扁平硬币）如何在体视显微镜中出现严重透视变形的情况。原始的便士在插图的顶部显示为具有平坦的表面。在显微镜的正下方，是同时通过显微镜投射到左眼和右眼的图像，这些图像显示出不对称的枕形畸变指向显微镜的中心轴。当来自两个目镜的图像投影到视网膜上并在大脑中融合在一起时，最终结果是感知到圆顶形或球形的物体。

常见的主要物镜体视显微镜经常遇到的另一个伪影是，在每个图像的中心出现少量的离轴像差，例如像散，彗差和横向色差。发生这种情况的原因是，每个光学通道都从大物镜的偏心区域接收光线，而不是直接从中心接收光线，在这种情况下，像差（尤其是在轴外发生的像差）极小，或者在使用该镜头的透镜中几乎不存在最佳光学校正。当两只眼睛都用来观察样本时，通常不会注意到这种效果，但是显微照片或数字图像可能在整个视场中具有不对称的几何形状。

称为枕形或桶形的几何变形通常发生在体视显微镜中。

通常，色差很难校正且校正昂贵，尤其是考虑到在物镜制造中使用的玻璃的大尺寸和大体积时。一些CMO体视显微镜设计通过提供抵消大型中央物镜的功能（将其放置在左侧或右侧通道的轴上），使此问题不再存在。其他显微镜设计甚至提供了一种用常规的无穷大校正物镜代替大物镜的方法，该物镜可用于以高倍率（和数值孔径）查看和拍摄样本。

像大多数现代显微镜一样，普通主物镜体视显微镜的最大设计特征和实用优势是无限光学系统。物镜和可移动头/观测管组件之间（标为无穷大空间）之间存在一条准直光路，具有两个平行轴用于通道在图6中）。这样便可以轻松地将配件（例如分束器，同轴镜射照明器，照片或数字视频中间管，绘图管，视线提升器和图像传输管）引入显微镜主体和头部之间的空间。尽管实际上很少这样做，但也可以将这些附件放置在物镜和变焦主体之间的空间中。由于光学系统在身体和显微镜头之间产生平行的光束，因此添加的附件不会引入明显的像差或移动在显微镜中观察到的图像的位置。围绕Greenough原理设计的体视显微镜无法提供这种多功能性。

要确定这两种设计（CMO或Greenough）中的哪一种更好，是一项艰巨的任务，因为尚无公认的比较体视显微镜系统之间性能的标准。通常，普通的主要物镜显微镜具有比Greenough设计更高的聚光能力，并且通常在光学像差方面得到更高的校正。某些观察和显微照相可能最好使用CMO显微镜进行，而其他情况可能需要Greenough设计独有的功能。结果，每个显微镜专家必须确定一种设计是否更适合手头的任务，并使用此信息来制定体视显微镜研究的策略。

在大多数情况下，通常根据实际应用来选择在Greenough显微镜还是普通的主要物镜体视显微镜之间进行选择，而不是一种设计是否优于另一种。Greenough显微镜通常用于“主力”应用，例如焊接微型电子元件，解剖生物样本以及类似的常规任务。这些显微镜相对较小，价格便宜，非常坚固，易于使用且易于维护。常见的主要物镜显微镜通常用于具有高分辨率的高级光学和照明附件的更复杂应用。这些显微镜可使用的附件种类繁多，从而增强了它们在研究领域的实力。在许多工业情况下Greenough显微镜很可能出现在生产线中，而普通的主要物镜显微镜仅限于研发实验室。另一个考虑因素是购买显微镜的经济性，尤其是大规模购买时。普通的主要物镜体视显微镜的价格是Greenough显微镜的几倍，这是可能需要数十到数百个显微镜的制造商的主要考虑因素。但是，也有例外。如果通用的主要物镜显微镜是更好的工作工具，那么最终的真正拥有成本可能会更低。普通的主要物镜体视显微镜的价格是Greenough显微镜的几倍，这是可能需要数十到数百个显微镜的制造商的主要考虑因素。但是，也有例外。如果通用的主要物镜显微镜是更好的工作工具，那么最终的真正拥有成本可能会更低。普通的主要物镜体视显微镜的价格是Greenough显微镜的几倍，这是可能需要数十到数百个显微镜的制造商的主要考虑因素。但是，也有例外。如果通用的主要物镜显微镜是更好的工作工具，那么最终的真正拥有成本可能会更低。

体视显微镜中获得的总放大倍率是物镜和目镜放大倍率的乘积，再加上任何中间或外部辅助放大镜系统所贡献的总放大倍率。多年来，已经开发出许多独立的方法来改变（增加或减少）体视显微镜的放大倍数。在最简单的显微镜中，物镜（或CMO设计中的单个物镜）被永久地安装在下壳体中，并且只能通过引入不同功率的目镜来改变放大倍数。稍微复杂一些的显微镜具有可互换的物镜，这些物镜可通过使用更高或更低的物镜或替换不同倍率的目镜来调节总倍率。

中级体视显微镜配备有一个滑动物镜外壳或一个旋转转塔，其中包含几组匹配的物镜，以产生不同的放大倍数。为了调节显微镜的放大倍率，操作员只需扭转转塔，即可在通道管下方放置一组新的成对辅助物镜。具有这种设计的显微镜曾经非常流行，但是今天却很少制造。

最高质量的体视显微镜配备有变焦镜头系统或 包含伽利略望远镜的旋转鼓，可用于增加和减少整体放大倍率。旋转的鼓系统用作包含两个成对镜片的整体中间管（或零件），可通过旋转鼓将其安装到光路中。在大多数型号中，采用正向定位器来充当“喀哒声停止器”，以将镜头座固定到正确的位置，并进行标记以告知操作员新的放大倍数。感光鼓通常有一对空镜头座，没有辅助镜头，可以放置在光路中，从而无需额外放大就可以使用物镜和目镜组合。

变焦系统（如图7所示）提供了一个连续可变的放大倍率范围，可以通过旋转位于显微镜主体外围或集成在主体本身内的旋钮来进行调整。这种设计消除了在离散，阶梯式设置中更改放大倍率时，可能会丢失标本特征之间的空间关系而导致的空白现象。在一些较早的文献中，缩放系统通常在希腊语中的“pan”表示“每个”而“kratos”表示“power”之后被称为“泛滥系统”。缩放比例在4：1至15：1，取决于显微镜的年龄，制造商和型号。通常，变焦镜头系统至少包含三个镜头组，每组应包含两个或更多相对于战略上定位的元件。一个元件固定在通道管内，而另外两个通过精密凸轮在通道内平滑地上下移动。该系统旨在允许连续快速放大倍率，同时保持显微镜聚焦。在变焦系统之后，在将图像投影到目镜之前，需要使用附加的镜头元件来中继和/或竖立图像。几种较新的体视显微镜型号采用了肯定的咔嗒声，可在变焦范围内选定的放大位置向显微镜医师发出警报。

早期的体视显微镜变焦镜头系统的放大倍率约为7倍至30倍。在此类显微镜中，随着光学性能的提高，放大倍数缓慢增长，并且现在越来越多的学生显微镜具有2倍至70倍的变焦范围。中级体视显微镜的变焦放大倍数上限为250倍至400倍，而高端研究显微镜采用的变焦系统的放大倍率可达到500倍以上。这种较宽的放大倍率得到了景深和工作距离的补充，而景深和工作距离远大于具有相同放大倍率的复合显微镜中的工作距离。现代物镜的工作距离在20到140mm之间变化，具体取决于物镜的放大倍率和变焦比。通过添加专用的辅助附件镜片，可以实现300mm或更大的工作距离。视场直径也比复合显微镜所能达到的宽得多。

可以在专门设计的体视显微镜上将辅助镜安装到物镜镜筒上（图8）。通常，附加镜的螺纹旋转成固定在物镜镜筒前部的匹配螺纹。其他版本通过夹紧装置固定在枪管上。这些透镜使显微镜师可以增加或减少主要物镜的放大倍率。

当图像质量不是最重要的因素时，附加镜头很有用，因为由于每次附加时镜头未安装在同一位置，因此光学校正无法准确执行。此外，附加镜会改变物镜的工作距离（样本与物镜前镜之间的距离）。增加显微镜放大倍率的透镜也将同时呈现较短的工作距离，而用于降低放大倍率的附件透镜会相应地增加工作距离。

现代体视显微镜配备了标准的广角高眼点目镜，其放大倍率从5倍至30倍不等，且增量约为5倍。这些目镜中的大多数都可以在有或没有眼镜的情况下使用，并且可以使用保护性橡胶杯来避免显微镜师的眼镜与目镜之间的接触。

目镜通常配备屈光度调节器，以允许同时聚焦标本和测量标线，并且双目显微镜观察管安装座（头部）现在具有可移动的管，使操作员能够在55至75范围内改变目镜之间的瞳距mm。瞳孔间的调节通常是通过相对于棱镜体的光轴旋转来实现的。由于物镜与棱镜的关系是固定的，因此调整不会改变立体效果。这种便利性可以减少长时间观察过程中的疲劳，但是当不止一个操作员使用该仪器时，需要重新调整。请注意，配戴眼镜以矫正近视和两眼视力不同的显微学家也应配戴眼镜进行显微镜检查。在观察过程中应摘掉仅用于近距离工作的眼镜，因为显微镜会在一定距离处产生图像。

视场（有时缩写为FOV）是在显微镜下观察标本时可见且聚焦的视场，由物镜和目镜中固定视场光阑的大小确定。在常规显微镜或体视显微镜中增加放大倍率时，如果目镜光阑直径保持恒定，则视场尺寸会减小。相反，当放大倍率减小时，在固定目镜光阑直径时视野会增加。更改目镜光圈开口的尺寸（必须在制造过程中完成）将以固定放大倍率增加视场（对于较大的光圈大小），或者减小视场（较小的光圈大小）。

在大多数复式和体视显微镜目镜中，视场光阑（位于目镜物镜的前面或后面）的物理直径以mm为单位测量，称为场数，通常简称该场数，简称为FN。在具有在隔膜下方的物镜的目镜设计中，视场隔膜的实际物理尺寸和视在的视场尺寸可能会有所不同。将测量和显微照相标线放置在目镜视场光阑的平面内，以便与标本出现在同一光学共轭平面上。

通常接在外壳外部的目镜的视场号除以物镜的放大倍率，以定量确定视场大小。计算中还应包括缩放设置以及插入光路的任何其他附件，这些附件可能具有放大倍数。但是，不包括目镜放大倍率，这是显微镜新手经常遇到的相对错误。当需要较宽的视野时，显微医师应选择具有较高视野数的目镜。在较低的放大倍率范围内，体视显微镜的视野比传统的实验室复合显微镜大得多。具有10倍目镜和低倍物镜的典型视场大小（0。5倍）约为65到80mm（取决于缩放系数），这大大超过了在可比较的放大倍率下使用复合显微镜观察到的尺寸（约40mm）。这些大的视场尺寸需要高度的照明，并且通常难以在整个视场上提供连续的照明水平。

体视显微镜的分辨率取决于照明的波长和物镜的数值孔径，就像其他任何形式的光学显微镜一样。数值孔径是物镜分辨能力的度量，并且被定义为物镜角孔径的一半乘以成像介质的折射率，成像介质在体视显微镜中通常是空气。通过将照明波长（以微米为单位）除以数值孔径，可通过公式（罗利准则）给出两个样本点之间可辨认的最小距离：

分辨率(d) = 0.61 × λ / (n × sin(θ))

其中d是可分辨的最小距离，λ是照射波长（在体视显微镜中通常为550纳米左右的混合物），n是物镜和样品之间介质的折射率，θ是物镜的一半角孔径。例如，尼康SMZ1500体视显微镜当用平均波长为550纳米的白光照射样品时，配备有1.6倍复色差物镜的数值孔径为0.21的复消色差物镜将具有约1.6微米的最大分辨率。请注意，为1.6倍物镜计算的分辨率假定样品和物镜之间的成像介质为空气。为普通的主要物镜使用的物镜制造的物镜的放大倍率通常在0.5倍至2.0倍之间，具有三个或四个中间值。

表1列出了典型体视显微镜物镜在不同放大倍率下的放大倍率，工作距离和数值孔径。过去，一些制造商已为其体视显微镜物镜放大倍率值分配了颜色代码。表1还列出了具有此识别信息的一系列尼康体视显微镜物镜的颜色代码分配。请注意，许多制造商没有为体视显微镜物镜分配特定的颜色代码，表1中列出的代码仅用于警告读者某些物镜可能会显示此颜色和其他专门的专有术语。

体视显微镜物镜的分辨能力仅由物镜数值孔径确定，不受目镜的光学参数影响。将10倍目镜更换为20倍或更高倍率的目镜时，总体分辨率不会受到影响，尽管当增加目镜倍率时，通常会显示出较低倍率下不可见的标本细节。最高功率的目镜（30倍或更高）可能会达到空放大倍率，尤其是当显微镜的总放大倍率超过物镜数值孔径提供的倍率时。为了衡量和比较一台显微镜的性能，分辨率值通常以每mm线对（lp / mm）的形式表示。对于上述尼康1.6倍物镜，

辅助镜的焦距范围从0.3倍至2.0倍，可以改变体视显微镜光学系统的工作距离和分辨力。通常，分辨力的影响与附加透镜的放大率成正比。视场直径与放大倍数成反比，而景深与放大倍数的平方成反比。工作距离的变化也与放大倍数成反比，但由于函数不是线性的，因此难以计算。此外，在大多数情况下，使用这些辅助透镜不会对图像亮度产生重大影响。

为普通摄影设计的镜头使用的是基于f值（缩写为f）而不是数值孔径的系统（表2）。实际上，这两个值看起来不同，但实际上表示相同的数量：摄影镜头或显微镜物镜的聚光能力。通过取其他值的两倍的倒数，可以很容易地将F数转换为数值孔径（反之亦然）：

f数(f) = 1 / (2 x NA) 和 NA = 1 / (2 x f)

数值孔径（在显微镜下）等于成像介质的折射率乘以物镜的角孔径。通过将透镜系统的焦距除以孔径来计算f值。如果50mm焦距镜头的光圈直径与100mm镜头相同，则较短的镜头的f值是较长的f值的两倍。如果两个镜头的最大直径相同，则50mm镜头的尺寸为f/2 ，而100mm镜头的尺寸为f/ 4。

孔径直径在体视显微镜物镜中是固定的，类似于常规复合显微镜物镜的情况。当通过改变变焦倍数来增加或减少显微镜的放大倍率时，焦距也会相应地改变。在较高的放大倍率下，孔径直径与焦距的比率增加，而在减小放大倍率时则相反。

2.0倍体视显微镜物镜的焦距是1.0倍物镜的一半，而后者又是0.5倍物镜的一半。在某些尼康SMZ系列体视显微镜（U，10a，800和1000）中，0.5倍物镜的焦距为200mm，而1.0倍物镜的焦距为100mm，而2.0倍物镜的焦距为50mm。变焦系统光圈的相对大小（与物镜的相对大小）用于控制整个显微镜系统的f值（和数值光圈）。在后期的模型显微镜中，例如SMZ1500，减小了物镜焦距，以增加整个系统的数值孔径。因此，为SMZ1500设计的0.5倍物镜的焦距为160mm，分别为1.0倍和2倍。

一些制造商提供了转接环，这些转接环允许为特定显微镜设计的物镜用于其他（通常是较早型号）的体视显微镜。在某些情况下，由于镜筒透镜和变焦通道孔径规格的变化，具有相同放大倍率的两个物镜可能具有不同的焦距。例如，尼康SMZ-U体视显微镜1.0x物镜的焦距为100mm，而较新的SMZ1500显微镜型号对具有类似放大倍率和光学校正的物镜采用80mm的焦距。两种显微镜设计之间的区别在于变焦系统孔径的大小，这导致SMZ1500系列物镜的焦距更短。当交换具有相同放大倍率但焦距不同的物镜时，必须在总放大倍率计算中引入一个附加因素以校正焦距差。

景深是体视显微镜的重要概念（也许比其他常见形式的光学显微镜更重要），并且受仪器总放大倍数（包括物镜和辅助镜的贡献）的强烈影响。使用1x物镜（数值孔径为0.10），10x目镜和5变焦倍率，放大倍数为50x时，典型的体视显微镜显示的景深约为55微米。如果将显微镜配置为以50倍操作时将2倍附加镜添加到显微镜，则新的放大倍率将为100倍，但景深降至约14微米，比不带辅助镜的数值（55微米）大幅降低镜片。在这种情况下，明智的做法是将目镜的放大倍率从10倍更改为20倍，以实现增加的倍率，从而保留更大的景深值（请参见表3）。通过增强的光学校正（例如，从消色差透镜到复消色差透镜）来增加物镜数值孔径，也将导致景深的适度减小。

尼康平场复消色差1x物镜的景深值列于表3，其中它们作为变焦倍率和目镜倍率的函数列出。从表中的数据可以清楚地看到，数值孔径随变焦倍率的增加而增加，而景深随目镜和变焦倍率的因数的增加而减小。

在尼康体视显微镜中检查光路。

减小位于物镜和目镜之间的双虹膜光圈的尺寸可以增强景深。使用显微镜主体外壳中的轮子或杠杆打开和关闭该光圈。在通用的主物镜体视显微镜设计中，实际上有两个膜片，每个通道一个。这些光圈的作用是增加景深，同时提高在目镜中观察到的样品对比度。表4列出了尼康平面复消色差1x物镜在最高变焦放大倍数（11.25）下的景深和数值孔径变化，其与光圈开口尺寸的关系。随着光圈尺寸的减小，使用10倍目镜的景深从26mm增加到89mm，大约增加了200％。同时，数值孔径从0.131下降到0.063，或几乎100％。在更高的目镜放大倍数下观察到类似的效果。

关闭虹膜光圈也会降低整体光强度，从而增加数码相机和胶卷相机系统的曝光时间。在大多数情况下，隔膜的最佳设置取决于实验。随着光圈的逐渐关闭，随着照明强度的逐渐减弱，图像开始显示出更多的对比度。在某些时候，取决于显微镜的光学配置，图像开始退化，并且样品细节显示出衍射现象，而微小的结构细节消失了。最佳设置是在目镜，胶片或数字图像中看到的最大样本细节和最大对比度之间的平衡。

格林诺和普通的主要物镜体视显微镜都可以很容易地利用传统的显微照相技术（胶片）或通过先进的数字成像技术来进行图像捕获。通常，显微照相术被用作在更高功率的复合显微镜观察和成像之前记录标本细节的空间分布的工具。对于进行解剖，染色和选择性固定的生物样本，通常需要使用此技术。

体视显微镜中数字成像和显微照相技术的主要问题是物镜的数值孔径低，并且无法在胶片（或数字图像）中捕获通过目镜观察到的巨大景深。使用Greenough型体视显微镜通过单管拍摄标本时，还应考虑几个限制因素。由于显微镜物镜与样品的夹角很小，因此在显微镜目镜中看到的深度和分辨率不会记录在胶片上。一些制造商曾经提供过有助于减轻这些问题的附件，但是许多较旧的显微镜的备件和附件库存已用尽，从而限制了显微照相师的选择。

较旧的体视显微镜可以通过互联网或光学和科学馆使用的附件配备数字或胶片相机。这些附件几乎适用于所有可能的摄像机系统，并且许多附件会将摄像机直接安装在观察镜上并保持目镜在适当位置。较新的体视显微镜具有三目镜头或照相中间管（有时需要投影目镜）作为选择，但是这些通常只能用于显微镜制造商指定的相机系统。

图9中所示的显微镜是尼康研究水平的体视显微镜，可同时用于宝丽来胶片和数码摄像机的传统成像。摄像头系统通过分束器附件耦合到显微镜，该附件作为显微镜主体和双目镜头之间的中间部件而连接。尼康可提供单端口和双端口分束器，以与一或两个相机系统一起使用。通过位于中间片前部的选择杆将光路引导到摄像机端口。标准的c-mount，f-mount和专有的耦合系统可用于支持多种相机系统。此外，

练习调整聚焦目镜中的光罩掩模版。

可以将一个光罩插入一个目镜中以构成用于捕获的图像，或者可以将曝光监视系统中的聚焦取景器用于相同的物镜。显微照片或数字图像中的放大倍率是由投影透镜放大倍率（如果使用）乘以变焦倍率和物镜放大倍率的乘积计算得出的。一些分束器端口还引入了第四倍放大倍率，通常必须在计算中包括第四倍放大倍数，通常为0.5x到2.5x。其他显微镜制造商也提供了专门为其体视显微镜产品系列设计的类似相机系统。

立体显微术中显微显微技术的独特之处在于能够合成立体对图像，通过采用在结构细节之间具有显着的三维空间关系的标本。第一步是使用左目镜拍摄标本，然后通过右目镜拍摄另一张照片。通用主物镜还可以使用另一种方法，包括将样品在水平（平台）轴上倾斜到显微镜光轴左侧七到八度的角度。捕获显微照片或数字图像后，将标本向光轴右侧倾斜相同的角度，然后记录另一张显微照片（数字图像）。这种动作产生的效果与使用Greenough型体视显微镜连续拍摄两张照片相同。

在打印（或数字图像处理）显微照片后，可以将它们并排安装（或显示在计算机监视器上）并用立体声查看器进行查看，从而在醒物镜三维显示器中呈现样本细节。重要的是，立体声对的方向和对齐方式与立体声查看器的要求一致。

放大倍率通常被认为是判断光学显微镜性能的最重要标准。这远非事实，因为正确的放大倍数足以完成当前的任务，不应不必要地超过它。最好使用经典的透射和反射复合光学显微镜对细胞结构和功能的基础以及半导体解剖学的细节进行许多经典研究。这些研究要求放大倍数在400倍至1000倍之间，而放大倍率通常不完全依赖大景深才能成功进行观察。另一方面，必须以较小的放大倍数检查各种标本，但需要具有较高对比度的较大景深。

体视显微镜具有在三维观察和深度与对比度感知对于解释标本结构至关重要的情况下非常有价值的特性。当需要在宽敞舒适的工作空间中对样品进行显微操作时，这些仪器也是必不可少的。体视显微镜显示的宽视野和可变放大率也可用于构建微型工业组件，或用于需要小心操作脆弱而敏感的生物的生物学研究。

考虑到当前可用于体视显微镜系统的各种附件，此类显微镜在多种应用中极为有用。所有制造商均提供支架和照明底座，它们几乎可以适应任何工作情况。物镜和目镜有多种选择，并通过作为中间管安装在显微镜上的附加透镜和同轴照明器得到了增强。在某些型号中，工作距离的范围从3-5厘米到20厘米不等，从而在物镜和样品之间留有相当大的工作空间。

现代体视显微镜在设计时就考虑到了人体工程学问题，并且大多数光学组件是密封的荚果，可防尘和防篡改，并装有透镜罩以保护光学元件免受环境危害。汽化到大型物镜前透镜表面上的抗反射涂层可保护这些脆弱的部件免受腐蚀性液体或气体的侵蚀，或免受可能导致切屑和划痕的磨蚀性颗粒的侵蚀。

体视显微镜的实用性仅受其分辨力的限制。这些显微镜在各种学科中得到广泛使用，这些学科的任务需要此类现代仪器中的功能。其中包括教育（生物学，化学，植物学，地质学和动物学），医学和病理学，半导体工业，冶金，纺织和其他需要组装和检查微型组件的行业。