光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的管线由空气射入透明物体时（如玻璃），光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。
透镜是组成显微镜光学系统的基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸面镜（正透镜）和凹面镜（反透镜）两大类。当一束平行于光轴的光线通过凸面镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显示出来，而虚像不能。
1. 色差
色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种组成，各种光的波长不同，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色板，光学系统主要的功能*是消色差。
色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在各个位置观察都带有色斑或晕环，使像模糊不清，而放大率色差使像带有彩色边缘。
2. 球差
球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球形造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像质量。
球差的矫正常利用透镜组合来抵消，由于凹、凸透镜的球差是相反的，可选配不同材料的凹凸透镜胶合起来给予抵消。旧型号显微镜、物镜的球差没有矫正，应与相应的补偿目镜配合，才能达到纠正，一般新型显微镜的球差由物镜抵消。
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