概念
球差(Spherical aberration)亦稱球面像差。軸上物點發出的光束，經光學系統以後，與光軸夾不同角度的光線交光軸于不同位置，因此，在像面上形成一個圓形彌散斑，這就是球差。一般是以實際光線在像方與光軸的交點相對于近軸光線與光軸交點(即高斯像點)的軸向距離來度量它。所有的回轉二次非球面反射鏡，都有一對不産生球差的共轭點.其中，抛物面鏡是無窮遠軸上點和焦點；橢球面鏡和雙曲面鏡是它們的一對焦點。
對于單色光而言，球差是軸上點成像時唯一存在的像差。軸外點成像時，存在許多種像差，球差隻是其中的一種。除特殊情況外，一般而言，單個球面透鏡不能校正球差，正透鏡産生負球差，負透鏡産生正球差。對一定位置的物點而言，當保持透鏡的孔徑和焦距不變時，球差的大小随透鏡的形狀而異。因此，以适當形狀的正、負透鏡組合成的雙透鏡組或雙膠合鏡組是可能消球差的一種簡單結構。保持透鏡的焦距不變而改變透鏡形狀，猶如把柔軟的物體彎來彎去，故被稱為透鏡的整體彎曲，它是光學設計時校正像差的一種重要技巧。
運用
設單個折射球面的曲率半徑為r，兩邊媒質的折射率為n1和n2，則當物點處于三個位置，即球面頂點(物距u=0)、球心和由l=r+r*n2/n1所決定的點時，不産生球差，後二種情況有重要的應用。球面反射鏡僅當物點位于頂點和球心時無球差。
所有的回轉二次非球面反射鏡，都有一對不産生球差的共轭點.其中，抛物面鏡是無窮遠軸上點和焦點；橢球面鏡和雙曲面鏡是它們的一對焦點。它們都有實際的應用。
影響
整個孔徑光束的垂軸球差在像面上形成了一個對稱于光軸的圓形彌散斑，嚴重時使軸上點成像變得模糊不清。
校正
(1)單個球面不産生球差的三個位置
(2)齊明透鏡
(3)單透鏡的球差
(4)正負透鏡的組合
相關研究
(1)基于像差理論分析了各像差包括正弦差、球差、色差、彗差、像散與場曲以及畸變等的産生機理及校正方法。通過研究光學成像原理，發現了球差存在的根本原因是由透鏡的球面折射使平行光束不能聚焦于一點所緻，并基于像差理論提出利用非球面來校正球差的設計思想；
(2)通過對球面透鏡系統初始結構的分析，引入一種同時校正像散、場曲和球差的非球面光學系統像差校正理論，解決了以往設計中因非球面校正球差時引入新的像差而對系統整體像質産生影響的問題；
(3)實現了完整非球面消球差透鏡系統的優化設計，在此基礎上對多種适應光學系統像質評價方法包括分辨率、點列圖、瑞利判斷、斯托列爾(中心點亮度)判斷以及光學傳遞函數等進行了研究，并根據系統結構構建了本透鏡系統的像質評價标準；
(4)評定了系統優化前後的像質，并對單個非球面透鏡優化設計前後系統的各像差及整體成像質量的變化規律進行研究，經仿真對比分析球面透鏡和非球面透鏡點列圖、MTF曲線、場曲和畸變以及賽德爾系數圖，發現非球面優化後系統的像散、場曲及球差大幅減小。經驗證所得非球面透鏡系統結構簡單、成像質量優良，滿足技術要求。
