在光学系统中，像差是不可避免的存在。作为影响成像质量的关键因素之一，像差的存在常常决定了一个光学系统的优劣。在各种像差类型中，球差（spherical aberration）由于其普遍性和显著性，成为光学产品在设计初期必须着重考虑的问题之一。希望通过本篇文章，能够帮助大家更好地理解球差。

首先，什么是球差

在讨论球差之前，我们先从光学成像的基本原理入手。理想情况下，光线通过球面透镜后，应当精准地汇聚于一个点上，形成清晰的像。然而，实际光线通过球面透镜时，不同高度的光线无法同时聚焦在同一个点上，而导致的焦点位置偏移，这种偏移会使得成像的光斑扩大，降低图像的清晰度。简单来说，球差是因为球面透镜对于光线的折射能力并非均匀一致所导致的，中心附近的光线和边缘的光线聚焦位置不一致，形成所谓的“焦点散布"或“弥散斑"。这种现象叫作球面像差，简称球差；球差与通光孔径的大小密切相关。

球差的控制校正

由于球差是球面产生的，理论上，但凡我们用的是球面，球差就无法避免。但在实际的光学设计中，通过合理的设计可对球差进行校正，可以有效降低球差对成像质量的影响。球差的校正本质上是为了让光线在经过透镜不同高度的入射后，能更接近同一个焦点。为实现这一目的，需要改变光学产品的折射特性，使得光路误差减小，提高光学系统的性能。

减小球差的方法主要包括以下几种‌：

‌加光阑‌：通过选择近轴光束来减小球差。‌

‌正负透镜组合‌：使用正负透镜组合进行校正，可以有效减少球差。

‌非球面透镜‌：采用非球面透镜可以显著降低球差。

对于单个球面透镜如要保持光焦度不变，可通过改变透镜的形状和材料来减小球差。

总之，球差作为光学系统像差中最为常见的一种，其本质来源于球面透镜在折射光线时，无法保证所有光线在同一点聚焦。通过对球差的形成、影响研究，可以看到球差的控制校正是光学设计中一项至关重要的任务。值得注意的是，球差的校正往往不是孤立的，它与其他像差（如色差、像散等）相互交织，形成复杂的光学设计问题。

球差的测量

Lambda-X公司的NIMO光学分析仪，不仅能够快速精准的测量光学镜片的球差，而且还可以通过zernike polynomials计算出低阶和高阶相差，同时以二维和三维地形图的形式更直观的显示。

希望通过这篇文章能够让大家对球差有一个简单直观的认识，并能在设计与优化光学系统时，将理论应用于实践。