金相顯微鏡的成象放大部分主要由兩組透鏡組成。靠近觀察物體的透鏡叫物鏡，而靠近眼睛的透鏡叫目鏡。通過物鏡和目鏡的兩次放大，就能將物體放大到較高的倍數，見圖1，顯微鏡的放大光學原理圖。物體AB置于物鏡前，離其焦點略遠處，物體的反射光線穿過物鏡折射后，得到了一個放大的實象A1B1，若此象處于目鏡的焦距之內，通過目鏡觀察到的圖象是目鏡放大了的虛象A2B2。
２．金相顯微鏡的放大倍數
物鏡的放大倍數M物=A1B1/AB≈L╱F1
目鏡的放大倍數=A2B2/A1B1≈D╱F2
兩式相乘：M物×M目=A1B1/AB×A2B2/A1B1=A2B2/AB
=L╱F1×D╱F2=L×250╱F1×F2=M總
式中：L—為光學鏡筒長度（即物鏡后焦點到目鏡前焦點的距離）
F1—物鏡的焦距。 F2—目鏡的焦距
D—明視距離（人眼的正常明視距離為250mm）
即顯微鏡總的放大倍數等于物鏡放大倍數和目鏡放大倍數的乘積。一般金相顯微鏡的放大倍數最高可達1600到2000倍。
由此可看出：因為L光學鏡筒長度為定值，可見物鏡的放大倍數越大，其焦距越短。在顯微鏡設計時，目鏡的焦點位置與物鏡放大所成的實象位置接近，并使目鏡所成的最終倒立虛象在距眼睛250毫米處成象，這樣使所成的圖象看得很清楚。
顯微鏡的主要放大倍數一般通過物鏡來保證，物鏡的最高放大倍數可達100倍，目鏡的最高放大倍數可達25倍。放大倍數分別標注在物鏡和目鏡各自的鏡筒上。在用金相顯微鏡觀察組織時，應根據組織的粗細情況，選擇適當的放大倍數，以使組織細節部分能觀察清楚為準，不要只追求過高的放大倍數，因為放大倍數與透鏡的焦距有關，放大倍數越大，焦距越小，會帶來許多缺陷。
3．透鏡象差：
透鏡象差就是透鏡在成象過程中，由于本身幾何光學條件的限制，圖象會產生變形及模糊不清的現象。透鏡象差有多種，其中對圖象影響最大的是球面象差、色象差和象域彎曲三種。
顯微鏡成象系統的主要部件為物鏡和目鏡，它們都是由多片透鏡按設計要求組合而成，而物鏡的質量優劣對顯微鏡的成象質量有很大影響。雖然在顯微鏡的物鏡、目鏡及光路系統等設計制造過程中，已將象差減少到很小的范圍，但依然存在。
（1）球面象差：
1）產生原因：球面象差是由于透鏡的表面呈球曲形，來自一點的單色光線，通過透鏡折射以后，中心和邊緣的光線不能交于一點，靠近中心部分的光線折射角度小，在離透鏡較遠的位置聚焦，而靠近邊緣處的光線偏折角度大，在離透鏡較近的位置聚焦。所以形成了沿光軸分布的一系列的象，使圖象模糊不清。這種象差稱球面象差，見圖2所示。
2）校正方法：
a 采用多片透鏡組成透鏡組，即將凸透鏡與凹透鏡組合形成復合透鏡，產生性質相反的球面象差來減少。
b 通過加光欄的辦法，縮小透鏡的成象范圍。因球面象差與光通過透鏡的面積大小有關。
在金相顯微鏡中，球面象差可通過改變孔徑光欄的大小來減小。孔徑光欄越大，通過透鏡邊緣的光線越多，球面象差越嚴重。而縮小光欄，限制邊緣光線的射入，可減少球面象差。但光欄太小，顯微鏡的分辨能力降低，也使圖象模糊。因此，應將孔徑光欄調節到合適的大小。
（2）色象差：
1）產生原因：色象差的產生是由于白光是由多種不同波長的單色光組成，當白光通過透鏡時，波長愈短的光，其折射率愈大，其焦點愈近。而波長越長，折射率越小，其焦點愈遠，這樣一來使不同波長的光線，形成的象不能在同一點聚焦，使圖象模糊所引起的象差，即色象差。見圖3所示。
2）校正方法：可采用單色光源或加濾色片或使用復合透鏡組來減少。
（3）象域彎曲：
1）產生原因：垂直于光軸的平面，通過透鏡所形成的象，不是平面而是凹形的彎曲象面。稱象域彎曲。見圖4所示。
2）校正辦法：象域彎曲的產生，是由于各種象差綜合作用的結果。一般的物鏡或多或少地存在著象域彎曲，只有校正極佳的物鏡才能達到趨于平坦的象域。
4．物鏡的數值孔徑
物鏡的數值孔徑用NA表示（即Numderical Apertuer），表示物鏡的聚光能力。數值孔徑大的物鏡，聚光能力強，即能吸收更多的光線，使圖象更加明顯，物鏡的數值孔徑NA可用公式表示為：
NA=n·sin φ
其中：n—是物鏡與樣品間介質的折射率
φ—通過物鏡邊緣的光線與物鏡軸線所成角度，即孔徑半角。
可見，數值孔徑的大小，與物鏡與樣品間介質n的大小有關，以及孔徑角的大小有關。見圖5所示。
當物鏡與物體之間的介質為空氣時，
光線在空氣中的折射率為n=1，
若物鏡的孔徑半角為30º，
則數值孔徑為：
NA=n sinφ=1×sin30º=0.5
若物鏡與物體之間的介質為松柏油時，
介質的折射率n=1.52,
則其數值孔徑為：
NA=n sinφ=1.52×sin30º=0.76
物鏡在設計和使用中,指定以空氣為介質的稱干系物鏡或干物鏡，以油為介質的稱為油浸系物鏡或油物鏡。干物鏡的n=1，sinφ值總小于1，故數值孔徑NA小于1，油物鏡因n=1.5以上，故數值孔徑NA大于1。物鏡的數值孔徑的大小，標志著物鏡分辨率的高低，即決定了顯微鏡分辨率的高低。
