光学显微镜是一种利用光学原理放大人眼无法区分的微小物体的光学仪器，供人们提取微结构信息。
早在公元前一世纪，人们就发现通过球形透明物体观察微小物体可以放大成像。后来逐渐了解了球形玻璃表面放大成像的规律。
1590年，荷兰和意大利的眼镜制造商制造了类似显微镜的放大仪器。1610年左右，意大利伽利略和德国开普勒在研究望远镜目镜之间的距离，得到了合理的显微镜光路结构。当时，光学工匠从事显微镜的制造、推广和改进。
17世纪中叶，英国的胡克和荷兰的列文胡克都为显微镜的发展做出了杰出的贡献。1665年左右，胡克在显微镜中增加了粗微动调焦机构、照明系统和标本工作台。经过不断改进，这些部件已成为现代显微镜的基本组成部分。
1673-1677年，列文胡克制作了单组放大镜式高倍显微镜，其中9个保存至今。胡克和列文胡克利用自制显微镜在动植物微观结构的研究上取得了突出成绩。
19世纪，高质量消色差浸液镜的出现大大提高了显微镜观察细结构的能力。1827年，阿米奇首次使用浸液镜。20世纪70年代，德国阿贝为显微镜成像奠定了古典的理论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的快速发展，为19世纪下半叶的生物学家和医学家提供了强大的工具，包括科赫和巴斯德。
随着显微镜本身结构的发展，显微观察技术也在不断创新：1850年出现偏光显微术;1893年出现干涉显微术;1935年，荷兰物理学家泽尔尼克创造了一个衬托显微术，1953年获得诺贝尔物理学奖。
经典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼为接收器来观察放大的图像。后来，摄影装置被添加到显微镜中，以感光电影作为可以记录和存储的接收器。现代光电元件、电视摄像头和电荷耦合器被广泛用作显微镜的接收器，形成了一个完整的图像信息采集和处理系统。
表面由曲面玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以放大物体的成像。光学显微镜是利用这一原理将微小物体放大到人眼足以观察的尺寸。现代光学显微镜通常采用两级放大，分别由物镜和目镜完成。被观察物体位于物镜前方，物镜作为第一级放大后变成倒立的图像，然后被目镜作为第二级放大，变成虚拟图像，人眼看到虚拟图像。显微镜的总放大率是物镜放大率和目镜放大率的乘积。放大率是指直线尺寸的放大比，而不是面积比。
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