光線在均勻的各向同性介質(zhì)中，兩點(diǎn)之間以直線傳播，當(dāng)通過不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí)，則發(fā)生折射現(xiàn)像，這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當(dāng)與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時(shí)，光線在其介面改變了方向，并和法線構(gòu)成折射角。

透鏡是組成顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的最基本的光學(xué)元件，物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負(fù)透鏡)兩大類。當(dāng)一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點(diǎn)，這個點(diǎn)稱“焦點(diǎn)”，通過交點(diǎn)并垂直光軸的平面，稱“焦平面”。焦點(diǎn)有兩個，在物方空間的焦點(diǎn)，稱“物方焦點(diǎn)”，該處的焦平面，稱“物方焦平面”；反之，在像方空間的焦點(diǎn)，稱“像方焦點(diǎn)”，該處的焦平面，稱“像方焦平面”。光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實(shí)像。實(shí)像可在屏幕上顯現(xiàn)出來，而虛像不能。

由于客觀條件，任何光學(xué)系統(tǒng)都不能生成理論上理想的像，各種像差的存在影響了成像質(zhì)量。下面分別簡要介紹各種像差。

1．色差

色差是透鏡成像的一個嚴(yán)重缺陷，發(fā)生在多色光為光源的情況下，單色光不產(chǎn)生色差。白光由紅橙黃綠青藍(lán)紫七種組成，各種光的波長不同，所以在通過透鏡時(shí)的折射率也不同，這樣物方一個點(diǎn)，在像方則可能形成一個色斑。光學(xué)系統(tǒng)最主要的功能就是消色差。

色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察都帶有色斑或暈環(huán)，使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣。

2．球差

球差是軸上點(diǎn)的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結(jié)果是，一個點(diǎn)成像后，不在是個亮點(diǎn)，而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑，從而影響成像質(zhì)量。

球差的矯正常利用透鏡組合來消除，由于凸、凹透鏡的球差是相反的，可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除。舊型號顯微鏡，物鏡的球差沒有完全矯正，應(yīng)與相應(yīng)的補(bǔ)償目鏡配合，才能達(dá)到糾正效果。一般新型顯微鏡的球差完全由物鏡消除。

3．慧差

慧差屬軸外點(diǎn)的單色像差。軸外物點(diǎn)以大孔徑光束成像時(shí)，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點(diǎn)，則一光點(diǎn)的像便會得到一逗點(diǎn)狀，型如慧星，故稱“慧差”。

4．像散

像散也是影響清晰度的軸外點(diǎn)單色像差。當(dāng)視場很大時(shí)，邊緣上的物點(diǎn)離光軸遠(yuǎn)，光束傾斜大，經(jīng)透鏡后則引起像散。像散使原來的物點(diǎn)在成像后變成兩個分離并且相互垂直的短線，在理想像平面上綜合后，形成一個橢圓形的斑點(diǎn)。像散是通過復(fù)雜的透鏡組合來消除。

5．場曲

場曲又稱“像場彎曲”。當(dāng)透鏡存在場曲時(shí)，整個光束的交點(diǎn)不與理想像點(diǎn)重合，雖然在每個特定點(diǎn)都能得到清晰的像點(diǎn)，但整個像平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時(shí)不能同時(shí)看清整個像面，給觀察和照相造成困難。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡，這種物鏡已經(jīng)矯正了場曲。

6．畸變

前面所說各種像差除場曲外，都影響像的清晰度�；�變是另一種性質(zhì)的像差，光束的同心性不受到破壞。因此，不影響像的清晰度，但使像與原物體比，在形狀上造成失真。