用于顯微注射用的顯微鏡常使用具有相差(phasecontrast) 與微分干涉(differential interference contrast) 功能的倒置顯微鏡( 例如奧林巴斯的倒置顯微鏡IX 系列) 。

倒置顯微鏡組成和普通顯微鏡一樣，只不過物鏡與照明系統(tǒng)顛倒，一般正置顯微鏡的物鏡在載物臺之上，照明系統(tǒng)在下，而倒立式顯微鏡為物鏡在下，照明系統(tǒng)在載物臺之上。倒置顯微鏡的優(yōu)點為物鏡與目鏡間的工作距離較長，可直接將培養(yǎng)皿置于顯微鏡操作臺上進行顯微注射等工作。

傳統(tǒng)的普通光學顯微鏡無法直接觀察未經(jīng)染色的透明活細胞，為了能讓顯微注射技術觀察與操作透明的活細胞樣品，顯微鏡必須使用具有相差與微分干涉功能的倒置顯微鏡。

相差顯微鏡是由P.Zernike 于1932 年發(fā)明的，并因此獲得1953 年諾貝爾物理獎。這種顯微鏡*大的特點是可以觀察未經(jīng)染色的透明標本和活細胞。相差顯微鏡的基本原理是利用透明細胞檢體內部折射率的各不相同，把透過標本的可見光的光程差變成振幅差，從而提高了各種結構間的對比度，得到明暗對比的效果，使得透明活細胞各種結構內部細節(jié)在亮背景視野中變得清晰可見。

相差顯微鏡的基本構造是利用相差聚光鏡及內部相環(huán)所構成的環(huán)狀光圈，當光通過聚光鏡后，產生中空光錐，并在光線穿過檢體后發(fā)生折射，偏離了原來的光路，同時被延遲了 1/4λ （波長），如果再經(jīng)過物鏡內的光延遲位環(huán)板而成增加或減少1/4λ ，則光程差變?yōu)?/span>1/2λ ，兩束光合軸后干涉加強，振幅增大或減小提高反差。

雖然相差顯微鏡可以為透明的細胞樣品提供清晰的觀察圖像，但是一般相差顯微鏡的缺點是會有“光暈”現(xiàn)象產生。因而導致觀察的景深受限制，無法用來觀察較厚的樣品。較厚的細胞團區(qū)域在一般相差顯微鏡下的清晰度十分糟糕，而且邊緣常產生暈輪效果，如果觀察樣品中有超過 85% 以上的區(qū)域為較厚細胞時，這個問題將非常嚴重。然而顯微注射的樣品如受精卵細胞或細胞團均具有一定厚度，造成細胞結構和邊緣無法清楚可見，因此顯微注射用的顯微鏡必須要能克服厚樣品的問題。

為解決活動樣品和厚樣品帶有“光暈”的觀察問題，1952 年，Nomarski 在相差顯微鏡原理的基礎上發(fā)明了微分干涉差顯微鏡（differential interference contrast microscope ）。Nomarski 微分干涉差顯微鏡的優(yōu)點是能顯示結構的三維立體投影影像。與傳統(tǒng)相差顯微鏡相比，其標本可略厚一點，折射率差別更大，故影像的立體感更強，產生類似于浮雕的效果。

微分干涉差顯微鏡技術設計比相差顯微鏡要復雜得多，Nomarski DIC 利用的是偏振光，具有四個特殊的光學組件：偏振器（polarizer ）、DIC 棱鏡、DIC 滑行器和檢偏器（analyzer ）。偏振器直接裝在聚光系統(tǒng)的前面，使光線發(fā)生線性偏振。在聚光器中則安裝了二個楔形單軸的晶體 , 如石英, 以光軸互相交錯的方式互相接合，稱為Wollaston 棱鏡或Nomarski 棱鏡，即DIC 棱鏡。此棱鏡可將每一光線分離成為二條偏振互相垂直的兩束光（x 和y ），二者成一小夾角，聚光器將兩束光調整成與顯微鏡光軸平行的方向。*初兩束光相位一致，在穿過標本相鄰的區(qū)域后，由于標本的厚度和折射率不同，引起了兩束光發(fā)生了光程差。在物鏡的后焦面處安裝了**個 Wollaston 棱鏡，即DIC 滑行器，它把兩束光波合并成一束，這時兩束光的偏振面（x 和y ）仍然存在。*后光束穿過**個偏振裝置，即檢偏器，在光束形成目鏡DIC 影像之前，檢偏器與偏光器的方向成直角，檢偏器將兩束垂直的光波組合成具有相同偏振面的兩束光，從而使二者發(fā)生干涉。 x 和y 波的光程差決定著透光的多少，當光程差值為0 時，沒有光穿過檢偏器；光程差值等于波長一半時，穿過的光達到*大值，于是在灰色的背景上，標本結構便呈現(xiàn)出亮暗差。為了使影像的反差達到*佳狀態(tài)，觀察者可通過調節(jié) DIC 滑行器的縱行微調來改變光程差，改變光程差可以改變影像的亮度。而調節(jié)DIC 滑行器則可使標本的細微結構呈現(xiàn)出正或負的投影形象，通常是一側亮，而另一側暗，這便造成了標本的人為三維立體感，產生了類似大理石上的浮雕感覺。 DIC 顯微鏡使細胞的內部結構，特別是一些較大的細胞器，如核、線粒體等，立體感特別強，因此適合應用于顯微操作技術。目前像基因注入、核移植、轉基因等的顯微操作常需要在這種顯微鏡下進行。

  雖然 Nomarski 微分干涉技術可以對付一些細胞團或者組織等較厚的樣品，但它非常昂貴，并且僅僅只能應用在玻璃底的培養(yǎng)皿中，無法直接在廣為研究人員進行細胞培養(yǎng)操作的一般塑料材質的培養(yǎng)皿產生浮雕效果，此外這種技術對于顯微操作技術的所使用的樣品而言，景深還是稍嫌不足，因此在應用上遇到不少問題。有鑒于此，一些其它的可以用于觀察厚樣品的微分干涉技術也逐漸被開發(fā)出來。例如 OLYMPUS 奧林巴斯公司就推出了自己的浮雕相襯（ RC ）裝置奧林巴斯浮雕相襯系統(tǒng)能夠產生高反差的 3D 圖像，類似于 DIC 效果，可用于塑料器皿中的樣品。浮雕相襯用于細胞受精，使細胞核膜更容易看到和穿刺。適用于所有類型的細胞 , 組織 ( 無論活體 , 染色 , 未染色 ), 晶體表面細節(jié) , 透明聚合物 , 玻璃和其它類似材料 , 尤其適應于顯微操作實驗。