原位观察显微镜可在样品原始环境下进行实时、动态观察，其构造和组成部分通常如下：
光学系统
照明系统：为观察提供光源，有透射式和反射式之分。透射式照明光线从样品下方穿过，适用于透明或半透明样品；反射式照明光线从样品上方照射，用于不透明样品。光源类型多样，如卤素灯、LED灯、汞灯等，不同光源具有不同光谱特性，可按需选择。
物镜和目镜：物镜是显微镜最重要的光学部件之一，直接决定显微镜的放大倍数和分辨率，有不同放大倍数可供选择，如 5X、10X、20X 等。目镜则进一步放大物镜所成的像，常见放大倍数为 10X，也有 15X、20X 等。
聚光镜：其作用是将光源发出的光线聚焦到样品上，增强样品的照明亮度，提高观察的清晰度。聚光镜有不同的数值孔径，可根据观察需要进行更换。
机械系统
载物台：用于放置样品，有固定式和移动式两种。移动式载物台可以通过手动或电动方式在 X、Y 方向移动，方便观察样品的不同区域。
调焦装置：包括粗调焦旋钮和细调焦旋钮，用于调节物镜与样品之间的距离，使样品成像清晰。粗调焦旋钮用于快速调整焦距，细调焦旋钮用于精确调整焦距。
物镜转换器：可以在多个物镜之间进行切换，方便改变显微镜的放大倍数。物镜转换器通常有 4 - 6 个物镜安装位置。
成像系统
图像传感器：将光学图像转换为电信号，常见的图像传感器有 CCD(电荷耦合器件)和 CMOS(互补金属氧化物半导体)。CCD 具有高灵敏度、低噪声等优点，适用于对图像质量要求较高的场合；CMOS 则具有成本低、功耗小等优势。
图像采集卡：负责将图像传感器输出的电信号转换为数字信号，并传输到计算机中进行处理和存储。
显示器：用于显示观察到的图像，可根据需要选择不同尺寸和分辨率的显示器。
原位环境控制系统
温控系统：可精确控制样品周围的温度，模拟不同的环境温度条件，温度控制范围通常为 - 196℃至 600℃，甚至更宽。
气氛控制系统：能够调节样品周围的气体成分和压力，如提供氧气、氮气、氢气等不同的气体环境，以及控制气压范围，以满足不同实验需求。
液体环境系统：对于需要在液体环境中进行观察的样品，该系统可以提供稳定的液体环境和液体流动控制，以模拟生物体内的液体环境或化学反应中的液相环境。
电气系统和软件系统
电气系统：为显微镜的各个部件提供稳定的电源供应，确保显微镜的正常运行。同时，还具备过流、过压保护等功能，以保护显微镜的安全。
软件系统：用于控制显微镜的操作，如调节照明强度、焦距、物镜转换等，还能对采集到的图像进行处理、分析和存储，如图像增强、测量、拼接等。
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