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Take Home Message
• 在真實狀況下，平行光源在透鏡邊緣有較明顯的折射，因此會聚焦在比理想焦點更靠近透鏡的位置，造成像差。
• 消除像差的方式有許多種，例如增加透鏡數量、提高透鏡的折射率、設計透鏡面的形狀、採用非球面透鏡等。
• 顯微鏡中的目鏡及物鏡皆為多個透鏡組成，經過兩次放大我們就可以看到許多微小物體，愈高級的顯微鏡會有愈複雜的光學系統。

現代光電產業蓬勃發展，許多產品都會運用到光學透鏡元件，例如手機鏡頭、掃描器、顯微鏡、望遠鏡等，透鏡的好壞將影響到產品的品質及功能。在實際的光學系統中，由於亮度、透鏡品質、光學設計等因素，將使得實際成像與理想成像有些出入而產生「像差」，也就是透鏡出現的影像與理想的影像有所差異。像差會出現在各種鏡頭或透鏡中，進而造成影像畫面失焦、模糊等問題，影響影像的品質。

透過一個日常生活中的簡單小實驗，其實就可以看出像差對於成像的影響。讀者們可以在家中日光燈下放置一個凸透鏡，藉由調整透鏡的位置使日光燈在桌上的白紙成像（圖一）。從圖一可以清楚看出日光燈的上下兩端比較模糊且扭曲，不過桌上的成像可以告訴我們什麼訊息呢？對早期的科學家而言，顯微鏡或天文望遠鏡因為鏡頭造成的像差，使得觀測受到一定程度的影響，如同實驗成像被扭曲了一樣。若能了解透鏡的成像原理，就可以運用光學設計使像差的影響降到最低。

圖一／在日光燈（左）下放置一個凸透鏡，調整透鏡的位置使日光燈在桌上的白紙成像後
可以清楚看出日光燈兩端比較模糊且扭曲（右）。

透鏡產生球面像差的原因

單一透鏡成像產生像差的原因可分為與光線波長有關的色像差，以及與光線波長無關的單色像差兩種。色像差是由於各種波長的光進入不同光學材質的透鏡，在折射率不同的情況下造成的像差，例如白光穿過三稜鏡後產生的彩色光，這種在複合光（如白光）照射下的色散現象而產生的像差就被稱為「色像差」；至於單色像差則是由單色光造成，常見的有球差、彗星像差、畸變像差、場曲像差等。……【更多內容請閱讀科學月刊第641期】