在現(xiàn)代光學顯微鏡鏡頭錯誤造成的光與玻璃鏡片的相互作用所產(chǎn)生的假象一個不幸的問題。 有非理想透鏡作用兩個主要原因 ： 幾何或球面像差涉及用于獲得高斯透鏡方程的透鏡和近似的球形性質; 及色像差，從在廣泛的可見光發(fā)現(xiàn)頻率的折射率變化而產(chǎn)生的。
在一般情況下，光學像差的效果是促使通過顯微鏡所觀察的圖像的特征的故障。 在臺下聚光鏡色差在圖1中，其中，在視場光闌的圖像的邊緣藍色邊緣是由于色像差示出。 這些工件首先在十八世紀尋址時物理學家約翰dollond發(fā)現(xiàn)色差會減少或通過在透鏡的制造中使用兩種不同類型的玻璃的組合校正。 后來，在十九世紀，具有高數(shù)值孔徑消色差物鏡被開發(fā)，但仍有與鏡頭的幾何問題。 現(xiàn)代化的玻璃配方和耦合到*的研磨和制造技術抗反射涂層幾乎已經(jīng)消除了大部分畸變從今天的顯微鏡物鏡，雖然進行定量的高倍率視頻顯微和顯微攝影時特別小心注意仍然必須支付給這些效果。
球差 -當光波穿過透鏡的外圍，如圖2所示。波穿過靠近透鏡中心僅略微折射不帶入焦點與通過中心的，而經(jīng)過鄰近波發(fā)生這些工件外圍被折射到導致產(chǎn)生沿著光軸不同焦點的點的更大的程度。 這是嚴重的分辨率工件之一，因為標本的圖像展開，而不是在銳聚焦之中。
圖2示出的穿過凸透鏡三個假設的單色光線夸大圖。 外圍光線的折射大其次是在中間，然后將光線在中心。在焦點外面的光線效果較大的折射(繪制為重點1)發(fā)生在傳遞拉近鏡頭中心(重點2和3)光線產(chǎn)生的焦點的前面。 大多數(shù)這種差異的焦點源于高斯鏡頭方程球面折射面制成各自角度的正弦和 正切值等價的近似值：
n/s + n'/s' = (n'-n)/r
其中，n和n'代表空氣的折射率，并且包括透鏡玻璃，分別s和s'是對象和圖像的距離，以及r是透鏡的曲率半徑。 此表達式確定由一個具有透鏡半徑r的彎曲表面形成的圖像的夾著折射率n和n'的介質之間的相對位置。該方程的精度是通常通過包括在產(chǎn)生更精確計算孔徑角的立方體術語稱為高階(，第二或第三)校正。
因為它們會影響點的沿著光軸的重合成像和降解透鏡，這將嚴重影響試樣銳度和清晰度的性能球面像差在透鏡的分辨率方面非常重要。 可以通過從曝光透鏡的外邊緣限定到光用隔膜和也是由系統(tǒng)內(nèi)使用非球面透鏡的表面可以減少這些透鏡的缺陷。 質量的現(xiàn)代顯微鏡物鏡解決多種方式包括特別透鏡研磨技術，改進的玻璃的配方，以及更好地控制光學路徑的球面像差。
色差 -這種類型的光學缺陷是白光是由無數(shù)個波長的事實的結果。 當白色光通過凸透鏡，組件波長根據(jù)其頻率折射。 藍色光折射到，隨后通過綠色和紅色光，這種現(xiàn)象通常被稱為分散液 。 透鏡的不能使所有的顏色成在一個稍微不同的圖像尺寸和焦點每個主導波長組的共同焦點的效果。 這導致周圍的圖像的彩色條紋如在下面的圖3中所示：
在這里我們有很大的夸張的白色光波長成分的折射特性的差異。 這被描述為白色的光的分量的折射率的分散體。 折射率是相比其在介質中的速度，例如玻璃光速的在真空中的比率。 對于所有的實際物鏡，在空氣中的光的速度幾乎是相同的光在真空中的速度。 如在圖3中可以看出，每個波長上形成的透鏡，稱為軸向或縱向色差的效果的光軸自己獨立的焦點。 這個鏡頭錯誤的終結果是一個點的形象，在白色的光，周圍盡是彩色。 例如，如果你要專注于“藍面”，像點將與其它顏色的光在環(huán)外環(huán)狀，用紅色。 同樣，如果你是聚焦于“紅機”的一個點，像點會用綠色和藍色的圈狀。
色差是很常見的，使用經(jīng)典的鏡頭制造商的配方 ，涉及的近軸光線標本和圖像距離產(chǎn)生單一的超薄鏡片。 用于與具有曲率半徑r（1）和r（2）的折射率n和半徑的材料制成一個單一的薄透鏡，我們可以寫出以下等式：
1/s + 1/s' = (n-1)(1/r(1)-1/r(2))
其中，s和s'分別被定義為物鏡和像距，。 在一個球面透鏡的情況下，焦距（f）被定義為用于并行傳入光線像距：
1/f = 1/s + 1/s'
如在圖3中所示的這種變化可以通過使用兩個透鏡與被膠合在一起的不同光學特性部分地校正的焦距f與光的波長而變化。 鏡頭更正是次嘗試在18世紀后期，當dollond，李斯特等人設計的方法來減少縱向色差。通過組合冕玻璃和火石玻璃 (每種類型都有折射率不同的分散體)，它們成功地使藍色光和紅色光到公共焦點，鄰近但不相同的綠色光線。 這種組合被稱為透鏡雙峰 ，其中每個透鏡具有不同的折射率和分散性能。鏡頭雙峰也被稱為消色差透鏡或消色差透鏡的簡稱，從希臘術語“一”，意思是不與“色”之意的顏色。 這個簡單的校正的形式允許在藍色區(qū)域486納米，并且在紅色區(qū)域656毫微米的圖像點到現(xiàn)在重合。 這是泛使用的透鏡和在實驗室顯微鏡通常發(fā)現(xiàn)。 不帶有一個特殊的題詞否則，說明物鏡很可能是消色差透鏡。 消色差透鏡是用于常規(guī)實驗室使用滿意的物鏡，但由于它們不是對所有顏色校正，無色標本細節(jié)是可能顯示，在白色光，為淺綠色的顏色在聚焦(即所謂的二次光譜 )。 一個簡單的消色差透鏡下面的圖4所示。
如在該圖中可以看出，透鏡的厚度，曲率，折射率，以及分散體的適當組合允許雙峰通過使兩個波長組成一個共同的焦平面，以減少色差。 如果螢石被引入到用于制造透鏡的玻璃配方，則三種顏色紅，綠和藍可以帶入導致色差的可忽略的量的單焦點。 這些透鏡被稱為復消色差透鏡和它們用于構建非常高品質的色差矯正顯微鏡物鏡。 現(xiàn)代顯微鏡利用這一概念，它是今天常見的發(fā)現(xiàn)光學鏡頭三胞胎與三個透鏡元件制成(圖5)粘合在一起，特別是在更高的質量物鏡。 為色像差校正，一個典型的10倍的消色差透鏡顯微鏡物鏡是建立與兩個透鏡雙峰，如圖5所示，在左側。 在復消色差透鏡物鏡在圖5右側所示的含有兩個透鏡雙峰和兩個色差和球面像差的*校正透鏡三重峰。
德國著名鏡頭制造商阿貝是個在19世紀后期制作復消色差的物鏡才能成功。 阿貝以來，對于當時的設計原因，沒有完成的物鏡，自己所有的色差校正，他選擇了完成一些通過目鏡校正; 因此，長期補償目鏡 。
除了縱向(或軸向)色像差校正，顯微鏡物鏡還顯示出另一個色差缺陷。 即使當所有的三個主要顏色被帶到軸向相同焦平面(如在螢石和復消色差透鏡的物鏡)，視場的外周附近的信息點圖像是不相同的尺寸。 這是因為偏軸射線通量被分散，引起波長成分，以在該圖像平面上的不同高度的圖像。 例如，一個細節(jié)的藍色圖像比綠色圖像或白色光的紅色圖像，導致在視場的外部區(qū)域檢體的信息的顏色振鈴稍大。 因此，軸向焦距對波長的依賴性產(chǎn)生的波長在橫向倍率的依賴性，以及。 這個缺陷被稱為橫向色差或放大率的色差 。 當用白光照射，與橫向色差透鏡會產(chǎn)生一系列重疊圖像的大小和顏色不同的。
在具有有限的管長度顯微鏡，它是補償目鏡，與倍率色差，物鏡，其中使用以校正橫向色差的正好相反。因為這個缺陷是在更高的放大倍率消色差透鏡還發(fā)現(xiàn)，補償目鏡經(jīng)常用于這樣的物鏡，也。 事實上，許多制造商設計他們的消色差透鏡與標準的橫向色錯誤，并使用補償目鏡他們所有的物鏡。 這樣的目鏡經(jīng)常攜帶的題詞k或c或補償：compensate。 其結果是，補償目鏡具有內(nèi)置的橫向色偏差和都沒有，在本身*糾正。1976年，尼康推出cf光學，這對于橫向色差校正未經(jīng)目鏡援助。 較新的無限遠校正顯微鏡通過引入橫向色差的固定量為用于形成具有光從物鏡發(fā)出的中間圖像的管透鏡處理這一問題。
有趣的是，要注意的是，人眼具有色差的大量。 幸運的是，我們能夠補償這種工件時大腦處理的圖像，但也可以說明使用在一張紙上的小紫色點像差。 當按住靠近眼睛，紫色的圓點將被紅色包圍著光環(huán)的中心呈現(xiàn)藍色。 由于紙張移動距離越遠，點會出現(xiàn)紅色由藍色光暈所包圍。
雖然顯微鏡制造商花費了相當多的資源，以產(chǎn)生游離的球面像差的物鏡，有可能為用戶無意中引入此工件成良好校正的光學系統(tǒng)。 通過利用錯誤安裝介質(如活組織或在水性環(huán)境中的細胞)用油浸物鏡或通過引入類似的折射率不匹配，顯微鏡可以經(jīng)常產(chǎn)生在其他方面健康顯微鏡球面像差工件。 此外，使用高倍率，高數(shù)值孔徑干物鏡時，蓋玻璃的正確厚度(建議0.17毫米)是至關重要的; 因而對這些物鏡的校正環(huán)的夾雜物，以使如下面圖6為不正確護罩玻璃厚度調整。 左側的物鏡已被調整為通過使校正環(huán)的透鏡元件靠得更近為0.20mm的蓋玻璃的厚度。 由相距較遠移動透鏡元件在另一(在圖6中右側的物鏡)，則物鏡是為為0.13mm的蓋玻璃厚度校正。 同樣，當樣品被重新聚焦，除非這種配件是否已正確設計有附加光學中的有限管長度的物鏡光路配件的插入可能引入像差。
不同的質量物鏡，他們?nèi)绾伟迅鞣N顏色，以共同聚焦和大小相同橫跨視場不同。 消色差和復消色差型校正之間，也有被稱為半復消色差或，而混淆的物鏡，作為螢石。 該螢石成本較低，但幾乎同時校正為復消色差; 作為結果，他們通常也非常適合于在白色光顯微攝影。
其他幾何畸變 -這些包括各種效果，包括像散 ， 場曲 ，并且很容易與適當?shù)耐哥R制造校正彗形像差。 的話題場曲已在細節(jié)上一節(jié)討論。 彗形像差類似于球面象差，但它們僅具有離軸物體遇到并是嚴重的時候顯微鏡是不對準的。 在這種情況下，一個點的圖像是不對稱的，產(chǎn)生了彗星狀(因此，術語昏迷)形狀。 昏迷通常被認為是問題的像差，由于它在圖像中產(chǎn)生的不對稱性。 它也是展示的的像差之一。 在一個陽光明媚的日子，用放大鏡聚焦陽光的形象在人行道上，并相對于來自太陽的主光線稍微傾斜的玻璃。 太陽的圖像，當投影到混凝土，然后將拉長到彗星狀即彗形像差的特性。
通過與彗差的圖像顯示的不同形狀的由穿過各個透鏡區(qū)，作為入射角增大光線折射差異的結果。 慧形像差的嚴重程度是薄透鏡形狀的函數(shù)，這在情況下，會導致子午光線通過透鏡的邊緣在圖像平面比做傳遞較近軸線并接近主光線到達靠近軸射線(見圖7)。 在這種情況下，周緣光線產(chǎn)生的小圖像和彗差符號被認為是負的 。 相反，當周緣光線進一步集中向下的軸線，并產(chǎn)生一個更大的圖像，像差被稱為正面 。 的“彗星”形狀可以具有它的“尾巴”朝向視場的中心指向或遠離取決于彗差是否具有正或負的值。
彗形像差通常與球面像差或通過設計各種形狀的透鏡元件，以消除該錯誤校正。 被設計以產(chǎn)生用于田間的視圖寬目鏡優(yōu)良的圖像的物鏡，已經(jīng)昏迷和散光使用一個特別設計的多元件光學在管透鏡，以避免這些工件在視場的周邊被校正。
散光像差類似于彗形像差，但是這些工件不應孔徑大小敏感，更強烈依賴于光束的傾斜角度。 像差是由出現(xiàn)作為代替點的直線或橢圓的試樣點的離軸圖像表現(xiàn)出來。 取決于進入鏡頭的離軸光線的角度，線圖像可在任兩個不同的方向(圖8)的取向，切向(經(jīng)向)或矢狀(平展)。 作為從中心的距離增加而丟失的單位圖像會減弱的強度比，以定義，細節(jié)，和對比度。
散光誤差通常是由物鏡設計校正為提供各透鏡元件的精確間隔以及適當?shù)耐哥R的形狀和折射指數(shù)。 散光的校正通常是完成與校正結合場曲像差。
從我們的光學像差的討論，應當清楚，有許多的影響的顯微鏡中的光學元件的性能的因素。 雖然取得了近年來在這些文物的校正巨大進步，設計者仍然覺得很難*清除或抑制所有與顯微鏡有關的復雜的光學問題。