從古至今，人類一直在追尋更高更遠的真相，從遠洋航行到太空探索，人們不斷征服一個個宏偉的目標，但是人們肉眼所見的宏觀世界不是世界的全部，還有人眼無法看清的微觀世界，它同樣也吸引著無數人去探索和追尋。

無論宏觀還是微觀事物，我們的觀測都是基于三維空間的屬性，即XYZ三維，而對事物形態變化的觀察則需要再引入一個衡量因素--時間T，因此對事物觀察的最完備方式一定是XYZT的同時記錄，即形態+時間的長時間攝影，這也是顯微鏡的終極功能。

經過三百多年的發展，現代顯微鏡提出分辨率、景深、視野等概念，并不斷提出解決方案，顯微鏡已經初步滿足我們對微觀世界觀察的需求，幫助我們記錄下微觀世界的空間和時間。

微觀世界觀察最重要的是細節的分辨，分辨率的概念便由此誕生，分辨率是指人眼可以區分的兩個點之間的最小距離，只在XY維度有效，根據瑞利判據，Rayleigh Criterion，正常人能分辨的極限是明視距離25cm處0.2mm的兩個點，當我們使用顯微鏡后，我們可以看清更小距離的兩個點，這便提升了我們觀察的分辨率。隨著現代研究的不斷深入，人們對分辨率的要求也在不斷提高，而科學家們也在不斷的提升顯微鏡的分辨率，如電子顯微鏡將分辨率提升至納米級別，實現了對病毒的觀察，超高顯微成像技術，將顯微鏡的分辨率從200納米提升到幾十納米，實現了對活細胞細胞器的觀察。

分辨率的提升也帶來了新的問題，即視野和景深的減小，當用普通中央照明法（使光線均勻地透過標本的明視照明法）時，顯微鏡的分辨距離為d=0.61λ/NA，可見光波長范圍為400—700nm，取其平均波長550nm，波長是固定常量，因此，增大NA數值，即可得到更小的D值，也就是可以分辨的兩點之間的距離更小，可以讓人眼看清楚更小的物體。

NA值即數值孔徑，描述了透鏡收光錐角的大小，NA = n * sinα，即透鏡與被檢物體之間介質的折射率（n）和孔徑角（2α）半數的正弦之乘積。n為物鏡與樣本之間介質的光折射率，當顯微鏡物方介質為空氣時，折射率n = 1 , 采用折射率高于空氣的介質，可以顯著提高NA值，水浸介質是蒸餾水，折射率為1.33；油浸物鏡介質是香柏油或其它透明油，其折射率一般在1.52左右，接近透鏡和載玻片的折射率，因此，油鏡的NA值高于空氣鏡。

孔徑角又稱“鏡口角”，是透鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度，增大鏡口角，可以提高正弦值，其實際上限約為72度（正弦值為0.95），乘以香柏油折射率1.52，可以得出最大NA值為1.45左右，代入分辨率計算公式，可以得出常規顯微鏡極限XY平面分辨率為0.2um左右。

NA值還會直接影響顯微鏡的視野亮度（B）。由公式B∝N.A.²/ M² 我們可以推出，亮度隨數值孔徑（N.A.）的增大或者物鏡倍率（M）的降低而增加。

從理論上來說，我們應該追求盡可能高的NA值，以獲得更好的XY平面分辨率和視野亮度。然而凡事都有兩面性，XY平面分辨率的提升，會帶來Z軸景深和觀察視野的減小。

顯微鏡一般都是垂直向下取景的，通過視場直徑內觀察到的物體表面凸起的位置與凹下的位置都能夠看的很清楚時，那么凸點與凹點之間的高度差就是景深了，對于顯微鏡來說景深越大越好，景深越大在觀察高低不平整的物體表面時，能夠得到更好更立體的清晰度畫面，大景深有助于我們對微觀世界進行垂直方向形態的觀察，也就是XYZ三維形態中的Z軸信息。

景深就是象平面上清晰的象所對應物平面的前后空間的深度：d_tot=(λ*n)/NA + n/(M∗NA) * e，d_tot：景深，NA ：數值孔徑，M ：總放大率，λ：光波波長, （通常λ=0.55um），n: 試樣與物鏡之間介質的折射率（空氣: n=1、油: n=1.52）根據這個公式，我們可以知道，Z軸景深與XY平面NA值成反比。

除了景深外，視野也受到NA值的影響，通過儀器固定注視一點時所能看見的空間范圍即視野，它的計算與物鏡的放大倍數直接相關，觀察所看到的實際視野直徑等于視場直徑除以物鏡的放大倍數，目鏡會表明對應視場數，如10/18，即放大倍數10倍，視場直徑18mm，因此當目鏡確定后，放大倍數越大則觀察的視野越小。

XY平面分辨率是對局部細節的解析，而視野則決定了我們對樣本的觀察范圍，視野必然是越大越好，但受限于當前的技術，我們必須采用高倍物鏡，才可以得到良好的NA值，因此,視野和NA值有間接的負相關系。

當我們需要觀察的樣本大于我們的視野時，每次觀察只能看到一個局部，為了解決這個問題，拼圖技術便應運而生。通過在XY方向移動樣本，連續拍下不同位置的圖像，最后拼接在一起，就可以得到一張全視野的圖像。

▲鏡下局部視野

▲拼接后全視野

▲手動拼接

▲自動拼接(圖源：Echo顯微鏡)

拼接分為手動和自動兩種，手動拼圖成本低廉，但是對人員的操作水平，經驗要求很高，如上圖，操作人員稍有不慎，就會出現圖片接縫問題，同時手動拼圖速度慢，不適合大批量，高通量樣本處理，比如醫院病理科日均上百病理切片觀察，手動拼圖方式無法滿足要求。

自動拼圖的核心部件是全自動載物臺，結合軟件，可自動實現全自動，大范圍全視野拍攝，結合自動Z軸對焦補償，即可得到全視野的清晰圖像。

Echo Revolution 全自動熒光顯微鏡

Echo Revolution全自動熒光顯微鏡，將XYZ三軸全部實現電動化，從而實現自動完成多圖拼接的大視野高分辨率成像，而電動化的Z軸可以幫助用戶實現自動聚焦、自動定焦和Z-Stacking 多層掃描大景深成像。Echo Revolution全自動熒光顯微鏡還添加了延時攝影功能，可以幫助用戶實現長時間觀察和時間回溯，使用戶可以進行更全面的觀察實驗。