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在现代光学显微镜镜头错误造成的光与玻璃镜片的相互作用所产生的假象一个不幸的问题。 有非理想透镜作用两个主要原因 ： 几何或球面像差涉及用于获得高斯透镜方程的透镜和近似的球形性质; 及色像差，从在广泛的可见光发现频率的折射率变化而产生的。
在一般情况下，光学像差的效果是促使通过显微镜所观察的图像的特征的故障。 在台下聚光镜色差在图1中，其中，在视场光阑的图像的边缘蓝色边缘是由于色像差示出。 这些工件首先在十八世纪寻址时物理学家约翰Dollond发现色差会减少或通过在透镜的制造中使用两种不同类型的玻璃的组合校正。 后来，在十九世纪，具有高数值孔径消色差物镜被开发，但仍有与镜头的几何问题。 现代化的玻璃配方和耦合到先进的研磨和制造技术抗反射涂层几乎已经消除了大部分畸变从今天的显微镜物镜，虽然进行定量的高倍率视频显微和显微摄影时特别小心注意仍然必须支付给这些效果。
球差 -当光波穿过透镜的外围，如图2所示。波穿过靠近透镜中心仅略微折射不带入焦点与通过中心的，而经过邻近波发生这些工件外围被折射到导致产生沿着光轴不同焦点的点的更大的程度。 这是最严重的分辨率工件之一，因为标本的图像展开，而不是在锐聚焦之中。
图2示出的穿过凸透镜三个假设的单色光线夸大图。 外围光线的折射最大其次是在中间，然后将光线在中心。在焦点最外面的光线效果较大的折射（绘制为重点1）发生在传递拉近镜头中心（重点2和3）光线产生的焦点的前面。 大多数这种差异的焦点源于高斯镜头方程球面折射面制成各自角度的正弦和 正切值等价的近似值：
其中，n和n'代表空气的折射率，并且包括透镜玻璃，分别s和s'是对象和图像的距离，以及r是透镜的曲率半径。 此表达式确定由一个具有透镜半径r的弯曲表面形成的图像的夹着折射率n和n'的介质之间的相对位置。该方程的精度是通常通过包括在产生更精确计算孔径角的立方体术语称为高阶（第一，第二或第三）校正。
因为它们会影响点的沿着光轴的重合成像和降解透镜，这将严重影响试样锐度和清晰度的性能球面像差在透镜的分辨率方面非常重要。 可以通过从曝光透镜的外边缘限定到光用隔膜和也是由系统内使用非球面透镜的表面可以减少这些透镜的缺陷。 最高质量的现代显微镜物镜解决多种方式包括特别透镜研磨技术，改进的玻璃的配方，以及更好地控制光学路径的球面像差。
色差 -这种类型的光学缺陷是白光是由无数个波长的事实的结果。 当白色光通过凸透镜，组件波长根据其频率折射。 蓝色光折射到最大程度，随后通过绿色和红色光，这种现象通常被称为分散液 。 透镜的不能使所有的颜色成在一个稍微不同的图像尺寸和焦点每个主导波长组的共同焦点的效果。 这导致周围的图像的彩色条纹如在下面的图3中所示：
在这里我们有很大的夸张的白色光波长成分的折射特性的差异。 这被描述为白色的光的分量的折射率的分散体。 折射率是相比其在介质中的速度，例如玻璃光速的在真空中的比率。 对于所有的实际物镜，在空气中的光的速度几乎是相同的光在真空中的速度。 如在图3中可以看出，每个波长上形成的透镜，称为轴向或纵向色差的效果的光轴自己独立的焦点。 这个镜头错误的最终结果是一个点的形象，在白色的光，周围尽是彩色。 例如，如果你要专注于“蓝面”，像点将与其它颜色的光在环外环状，用红色。 同样，如果你是聚焦于“红机”的一个点，像点会用绿色和蓝色的圈状。
色差是很常见的，使用经典的镜头制造商的配方 ，涉及的近轴光线标本和图像距离产生单一的超薄镜片。 用于与具有曲率半径r（1）和r（2）的折射率n和半径的材料制成一个单一的薄透镜，我们可以写出以下等式：
其中，s和s'分别被定义为物镜和像距，。 在一个球面透镜的情况下，焦距（f）被定义为用于并行传入光线像距：
如在图3中所示的这种变化可以通过使用两个透镜与被胶合在一起的不同光学特性部分地校正的焦距f与光的波长而变化。 镜头更正是第一次尝试在18世纪后期，当Dollond，李斯特等人设计的方法来减少纵向色差。通过组合冕玻璃和火石玻璃 （每种类型都有折射率不同的分散体），它们成功地使蓝色光和红色光到公共焦点，邻近但不相同的绿色光线。 这种组合被称为透镜双峰 ，其中每个透镜具有不同的折射率和分散性能。镜头双峰也被称为消色差透镜或消色差透镜的简称，从希腊术语“一”，意思是不与“色”之意的颜色。 这个简单的校正的形式允许在蓝色区域486纳米，并且在红色区域656毫微米的图像点到现在重合。 这是最广泛使用的透镜和在实验室显微镜通常发现。 不带有一个特殊的题词否则，说明物镜很可能是消色差透镜。 消色差透镜是用于常规实验室使用满意的物镜，但由于它们不是对所有颜色校正，无色标本细节是可能显示，在白色光，为浅绿色的颜色在最佳聚焦（即所谓的二次光谱 ）。 一个简单的消色差透镜下面的图4所示。
如在该图中可以看出，透镜的厚度，曲率，折射率，以及分散体的适当组合允许双峰通过使两个波长组成一个共同的焦平面，以减少色差。 如果萤石被引入到用于制造透镜的玻璃配方，则三种颜色红，绿和蓝可以带入导致色差的可忽略的量的单焦点。 这些透镜被称为复消色差透镜和它们用于构建非常高品质的色差矫正显微镜物镜。 现代显微镜利用这一概念，它是今天常见的发现光学镜头三胞胎与三个透镜元件制成（图5）粘合在一起，特别是在更高的质量物镜。 为色像差校正，一个典型的10倍的消色差透镜显微镜物镜是建立与两个透镜双峰，如图5所示，在左侧。 在复消色差透镜物镜在图5右侧所示的含有两个透镜双峰和两个色差和球面像差的先进校正透镜三重峰。
德国著名镜头制造商阿贝是第一个在19世纪后期制作复消色差的物镜才能成功。 阿贝以来，对于当时的设计原因，没有完成的物镜，自己所有的色差校正，他选择了完成一些通过目镜校正; 因此，长期补偿目镜 。
除了纵向（或轴向）色像差校正，显微镜物镜还显示出另一个色差缺陷。 即使当所有的三个主要颜色被带到轴向相同焦平面（如在萤石和复消色差透镜的物镜），视场的外周附近的信息点图像是不相同的尺寸。 这是因为偏轴射线通量被分散，引起波长成分，以在该图像平面上的不同高度的图像。 例如，一个细节的蓝色图像比绿色图像或白色光的红色图像，导致在视场的外部区域检体的信息的颜色振铃稍大。 因此，轴向焦距对波长的依赖性产生的波长在横向倍率的依赖性，以及。 这个缺陷被称为横向色差或放大率的色差 。 当用白光照射，与横向色差透镜会产生一系列重叠图像的大小和颜色不同的。
在具有有限的管长度显微镜，它是补偿目镜，与倍率色差，物镜，其中使用以校正横向色差的正好相反。因为这个缺陷是在更高的放大倍率消色差透镜还发现，补偿目镜经常用于这样的物镜，也。 事实上，许多制造商设计他们的消色差透镜与标准的横向色错误，并使用补偿目镜他们所有的物镜。 这样的目镜经常携带的题词K或C或补偿：compensate。 其结果是，补偿目镜具有内置的横向色偏差和都没有，在本身完全纠正。1976年，尼康推出CF光学，这对于横向色差校正未经目镜援助。 较新的无限远校正显微镜通过引入横向色差的固定量为用于形成具有光从物镜发出的中间图像的管透镜处理这一问题。
有趣的是，要注意的是，人眼具有色差的大量。 幸运的是，我们能够补偿这种工件时大脑处理的图像，但也可以说明使用在一张纸上的小紫色点像差。 当按住靠近眼睛，紫色的圆点将被红色包围着光环的中心呈现蓝色。 由于纸张移动距离越远，点会出现红色由蓝色光晕所包围。
虽然显微镜制造商花费了相当多的资源，以产生游离的球面像差的物镜，有可能为用户无意中引入此工件成良好校正的光学系统。 通过利用错误安装介质（如活组织或在水性环境中的细胞）用油浸物镜或通过引入类似的折射率不匹配，显微镜可以经常产生在其他方面健康显微镜球面像差工件。 此外，使用高倍率，高数值孔径干物镜时，盖玻璃的正确厚度（建议0.17毫米）是至关重要的; 因而对这些物镜的校正环的夹杂物，以使如下面图6为不正确护罩玻璃厚度调整。 左侧的物镜已被调整为通过使校正环的透镜元件靠得更近为0.20mm的盖玻璃的厚度。 由相距较远移动透镜元件在另一极端（在图6中右侧的物镜），则物镜是为为0.13mm的盖玻璃厚度校正。 同样，当样品被重新聚焦，除非这种配件是否已正确设计有附加光学中的有限管长度的物镜光路配件的插入可能引入像差。
不同的质量物镜，他们如何把各种颜色，以共同聚焦和大小相同横跨视场不同。 消色差和复消色差型校正之间，也有被称为半复消色差或，而混淆的物镜，作为萤石。 该萤石成本较低，但几乎同时校正为复消色差; 作为结果，他们通常也非常适合于在白色光显微摄影。
其他几何畸变 -这些包括各种效果，包括像散 ， 场曲 ，并且很容易与适当的透镜制造校正彗形像差。 的话题场曲已在细节上一节讨论。 彗形像差类似于球面象差，但它们仅具有离轴物体遇到并是最严重的时候显微镜是不对准的。 在这种情况下，一个点的图像是不对称的，产生了彗星状（因此，术语昏迷）形状。 昏迷通常被认为是最有问题的像差，由于它在图像中产生的不对称性。 它也是展示的最简单的像差之一。 在一个阳光明媚的日子，用放大镜聚焦阳光的形象在人行道上，并相对于来自太阳的主光线稍微倾斜的玻璃。 太阳的图像，当投影到混凝土，然后将拉长到彗星状即彗形像差的特性。
通过与彗差的图像显示的不同形状的由穿过各个透镜区，作为入射角增大光线折射差异的结果。 慧形像差的严重程度是薄透镜形状的函数，这在极端情况下，会导致子午光线通过透镜的边缘在图像平面比做传递较近轴线并接近主光线到达靠近轴射线（见图7）。 在这种情况下，周缘光线产生的最小图像和彗差符号被认为是负的 。 相反，当周缘光线进一步集中向下的轴线，并产生一个更大的图像，像差被称为正面 。 的“彗星”形状可以具有它的“尾巴”朝向视场的中心指向或远离取决于彗差是否具有正或负的值。
彗形像差通常与球面像差或通过设计各种形状的透镜元件，以消除该错误校正。 被设计以产生用于田间的视图宽目镜优良的图像的物镜，已经昏迷和散光使用一个特别设计的多元件光学在管透镜，以避免这些工件在视场的周边被校正。
散光像差类似于彗形像差，但是这些工件不应孔径大小敏感，更强烈依赖于光束的倾斜角度。 像差是由出现作为代替点的直线或椭圆的试样点的离轴图像表现出来。 取决于进入镜头的离轴光线的角度，线图像可在任两个不同的方向（图8）的取向，切向（经向）或矢状（平展）。 作为从中心的距离增加而丢失的单位图像会减弱的强度比，以定义，细节，和对比度。
散光误差通常是由物镜设计校正为提供各透镜元件的精确间隔以及适当的透镜的形状和折射指数。 散光的校正通常是完成与校正结合场曲像差。
从我们的光学像差的讨论，应当清楚，有许多的影响的显微镜中的光学元件的性能的因素。 虽然取得了近年来在这些文物的校正巨大进步，设计者仍然觉得很难彻底清除或抑制所有与显微镜有关的复杂的光学问题。
