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顯微鏡學（Microscopy）是使用顯微鏡觀察用肉眼不能看到的物體和物體區域（不在正常眼睛的分辨率範圍內的物體）的一個技術領域。有三個眾所周知的顯微鏡學分支：光學，電子，和掃描探針顯微鏡。

光學和電子顯微鏡涉及與樣品相互作用的電磁輻射/電子束的衍射，反射或折射，以及散射輻射或另一信號的收集，以便產生圖像。這個過程可以通過樣品的寬場照射（例如標準光學顯微鏡與透射電子顯微鏡）或通過在樣品上掃描精細束（例如共聚焦激光掃描顯微鏡和掃描電子顯微鏡）來進行。掃描探針顯微術涉及掃描探針與感興趣對象的表面的相互作用。顯微鏡學的發展革命性的改變了生物學，產生了組織學領域，並且仍然是生命科學和物理學中的基本技術。

光學顯微鏡學

光學或光學顯微鏡術涉及使透過樣品或從樣品反射的可見光通過單個或多個透鏡，以允許樣品的放大視圖 。所得到的圖像可以直接由眼睛檢測，在照相底板上成像，或數字化捕獲。

電子顯微鏡學

直到亞衍射顯微鏡的發明，光的波長將傳統顯微鏡的分辨率限制在約0.2微米。為了獲得更高的分辨率，在電子顯微鏡中使用具有小得多的波長的電子束。

• 透射電子顯微鏡（TEM）非常類似於複合光學顯微鏡，通過發送電子束通過非常薄的樣品片。 2005年的分辨率極限約為0.05納米，自那時以來沒有明顯增加。

• 掃描電子顯微鏡（SEM）可視化細節在樣品的表面，並給出一個非常好的3D視圖。 它給出的結果非常類似於立體光顯微鏡的結果。 SEM在2011年的最佳分辨率為0.4納米。

配備用於X射線光譜學的電子顯微鏡可以提供定性的和定量的元素分析。

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