色差是與波長有關的僞影，因為每種光學玻璃配方的折射率都會随波長變化而發生。當白光通過簡單或複雜的透鏡系統時，分量波長會根據其頻率發生折射。在大多數眼鏡中，較短（藍色）波長的折射率較大，并且随着波長減小，折射率會以更快的速度變化。

藍光在最大程度上被折射，随後是綠光和紅光，這種現象通常被稱為色散。鏡頭無法将所有顔色都集中到一個焦點上，導緻每個主要波長組的圖像大小和焦點略有不同。這會導緻圖像周圍出現彩色條紋。将焦點設置在波長帶的中間時，圖像周圍呈綠色，并帶有紫色光暈（由紅色和藍色的混合物組成）。

使用小程序左側窗口中出現的标本圖像（通過顯微鏡觀察）進行初始化。在圖像窗口下方是一個标記為“選擇标本”的下拉菜單，該菜單可用于選擇新标本。該圖像位置滑塊用于通過沿着虛拟鏡頭系統的光軸移動焦平面來控制教程，該虛拟鏡頭系統在小程序的右側顯示為射線軌迹圖。滑塊的初始位置是對焦範圍的中心。當滑塊向左移動時，焦平面将移至更長的（紅色）波長，并且顯微鏡圖像和點擴展功能會同時發生變化，以說明色差的影響。将滑塊向右移動可将焦平面移至較短（藍色）波長，并在顯微鏡圖像和點擴散功能上産生相應的變化。一組位于射線軌迹圖下方的單選按鈕允許訪問者在未校正的虛拟光路和已校正以模拟消色差，螢石，或複消色差光學元件。請注意，點擊并激活一個單選按鈕，而不是标記為一個的單選按鈕未校正将停用“圖像位置”滑塊。

圖1-軸向色差

色差在使用經典鏡片制造商的公式生産的單薄透鏡中非常普遍，該公式将樣品和近軸光線的像距聯系在一起。對于由折射率為n且曲率半徑為r（1）和r（2）的材料制成的單個薄透鏡，我們可以寫出以下公式：

1s 1s′=(n−1)(1r(1)−1r(2))

其中s和s'分别定義為物距和像距。對于球面透鏡，焦距（f）定義為平行入射光線的像距：

1f=1s 1s′

焦距f如教程窗口和圖1（a）所示，它随光的波長而變化，這說明色差對通過一個簡單透鏡的白光束的影響。分量顔色（波長）聚焦在距鏡頭（圖2）不同的距離處，以産生具有任意模糊半徑（直徑約為0.3毫米）的圖像。使用厚的，簡單的會聚（雙凸，正彎月形或平凸）透鏡照射多色點光源（例如手電筒或蠟燭）來演示色差是相對簡單的。當觀察由簡單鏡片産生的圖像時，當鏡片靠近眼睛時，圖像的外圍會顯得模糊并帶有橘紅色的光暈。距離較遠時，光環将變為藍紫色。

在18世紀下半葉，約翰·多倫德（John Dollond），約瑟夫·李斯特（Joseph Lister）和喬瓦尼·阿米奇（Giovanni Amici）設計了減少縱向色差的方法，首次嘗試進行鏡頭校正。這些先驅者介紹了消色差鏡頭進行顯微鏡檢查，大大降低了軸向（縱向）色差，并使細菌在光學顯微鏡下首次可見。通過結合使用冠狀玻璃和fl石玻璃（每種類型的折射率具有不同的色散），他們成功地将藍色和紅色光線聚焦到一個共同的焦點上，與綠色光線接近但不相同。火石玻璃的色散約為冠的兩倍，因此通過将正冠元素和負火石元素配對，組合的色散将大緻相等且相反，從而消除了軸向色散（圖2）。請注意，在此組合中，冠狀玻璃的放大倍數是火石的兩倍，産生的淨功率約為單獨冠狀元件的淨倍。

圖2-簡單的鏡頭和消色差焦距範圍

冠/火石組合被稱為雙透鏡，其中每個透鏡具有不同的折射率和色散特性。透鏡雙峰也被稱為消色差透鏡或消色差的簡稱，從希臘術語衍生的一個的含義，而不和色度含義顔色。這種簡單的校正形式可以使藍色區域中的486納米和紅色區域中的656納米處的圖像點重合（圖1（b））。中心波長（550納米）和公共焦點（藍色和紅色）之間的散焦是稱為第二軸向顔色的殘留像差。。即使使用火石和冠玻璃進行雙色校正，模糊會降低30倍（圖1（b）），但普通的玻璃配方無法完全消除像差，這會限制消色差物鏡的圖像質量。消色差透鏡是使用最廣泛的物鏡，通常在教學級和研究級實驗室顯微鏡上都可以找到。沒有特殊說明的物鏡可能是消色差透鏡。消色差透鏡是常規實驗室使用的令人滿意的物鏡，但由于未對所有顔色進行校正，因此無色标本細節可能會在白光下顯示最佳焦點的淺綠色（次級軸向色）。

透鏡厚度，場曲率，折射率和色散的适當組合可通過使兩個波長組進入同一焦平面（圖2），使雙合透鏡降低色差。如果将氟石引入用于制造鏡片的玻璃配方中，則可以将紅色，綠色和藍色這三種顔色帶入一個焦點，從而導緻色差量可忽略不計。這種透鏡元件被稱為複消色差透鏡，它們用于構建非常高質量的無色差顯微鏡物鏡。

現代顯微鏡利用了這一概念，如今通常會發現由将三個透鏡元件粘合在一起制成的光學三聯鏡，尤其是在更高質量的物鏡中。為了進行色差校正，典型的10倍消色差顯微鏡物鏡由兩個雙合透鏡組成。許多螢石物鏡（在消色差和複消色差之間的校正中處于中間）是使用螢石（或類似的配方）與适當的玻璃元素組合而成的，以形成在三個波長下消色差的雙合透鏡。複消色差物鏡通常包含兩個雙合透鏡和一個三合透鏡，用于色度（最多四個波長）和球差的高級校正。

圖3-縱向色差

圖3給出了消色差透鏡和消色差物鏡的縱向色度校正結果的比較。正常色散的玻璃（随波長增加而折射率幾乎呈線性下降）被用于生産消色差物鏡。隻有兩個波長可以具有相同的焦點（請參見圖3），其餘的次級光譜會在尖銳邊緣的圖像上産生綠色或紫色條紋。高質量複消色差物鏡使用的玻璃具有部分色散，在藍色或紅色區域中，折射率随波長的變化更快。結果，複消色差透鏡具有很高的色度校正，其中最多四個波長可以具有相同的圖像位置。

對于複消色差物鏡和螢石物鏡，也可以消除由衍射引起的強度分布擴展，如圖4所示。消色差鏡在第一個條紋中仍具有相當大的強度，而複消色差鏡接近于縱向色度的理論分辨率極限。像差大于波光學的景深。

因為複消色差物鏡需要異常色散的元素，所以它們的特性對于某些特定應用可能不是理想的，例如在近紫外光中激發熒光，微分幹涉對比和其他利用偏振光的顯微鏡形式。因此，通常更适合使用螢石物鏡，圖4說明了這些物鏡與複消色差透鏡性能之間的距離。

除了縱向（或軸向）色差校正外，顯微鏡物鏡還顯示出另一個色差。即使将所有三種主要顔色沿軸向移到相同的焦平面上（如在螢石和複消色差物鏡中），在視場周邊附近的細節點圖像也不相同。發生這種情況是因為離軸射線通量被分散，導緻分量波長在像平面上的不同高度形成圖像。例如，在白光下，細節的藍色圖像略大于綠色或紅色圖像，從而導緻在視野的外部區域出現樣本細節的色環。因此，軸向焦距對波長的依賴性也産生橫向倍率對波長的依賴性。此缺陷稱為橫向色差或倍率色差。當用白光照射時，具有橫向色差的透鏡将産生一系列大小和顔色不同的重疊圖像。在未經校正的系統中，在436納米處的藍色成分的成像可能比在630納米處的紅色成分的成像大1.4％。對于短焦距物鏡，橫向色差較大，其範圍可能是距光軸的徑向距離的1.1％至1.9％。

圖4-物鏡強度分布

在具有有限管長的顯微鏡中，它是補償目鏡，其倍率色差與物鏡相反，用于校正橫向色差。因為在較高倍率的消色差透鏡中也發現了這種缺陷，所以補償目鏡也經常用于這種物鏡。的确，許多制造商設計的消色差鏡具有标準的橫向色差，并為所有物鏡使用補償目鏡。這種目鏡通常帶有K或C或Compens字樣。結果，補償目鏡具有内在的橫向色差，并且本身無法得到良好的校正。1976年，尼康推出了CF光學器件，無需目鏡的輔助即可校正橫向色差。較新的無限遠校正顯微鏡或者在物鏡中完全校正色差，或者利用系統物鏡加套管透鏡來呈現完全校正的中間圖像。

最後，有趣的是，人眼具有相當大的色差。幸運的是，當大腦處理圖像時，我們能夠補償這種僞影，但是有可能使用一張紙上的紫色小點來演示像差。當靠近眼睛時，紫色圓點在中心被紅色光暈包圍時将顯示為藍色。随着紙張向遠處移動，該點将顯示為紅色，并被藍色光暈包圍。

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