实际光学系统在成像过程中与理想光学系统存在显著差异。物点发出的光线经过光学系统后，并不会形成一个理想的像点，而是一个具有弥散斑性质的图像。这个弥散斑的大小、形态等性质与系统的像差紧密相关。对于只涉及单一颜色的光，存在五种主要的像差，包括球差、彗差、像散、场曲和畸变，这些统称为单色像差。
实际的光学系统更多的是对白光或复合光进行成像。由于介质对不同颜色的光具有不同的折射率，导致不同色光的成像位置、大小等都有所不同，这种差异被称为色差。色差可以细分为位置色差和倍率色差。
位置色差是指不同波长的光线在轴上的成像位置存在差异，而倍率色差则是不同波长的光线成像的放大率不同，导致像的大小发生变化。由于这些像差都是基于几学的理论进行讨论，因此统称为几何像差。
接下来，我们来详细了解一下每一种像差：
球差（Spherical Aberration）：当轴上的物点发出的光束通过透镜时，由于透镜中心和边缘区域对光线的汇聚能力不同，导致不同角度的入射光线无法在光轴上汇聚于同一点，从而在像面上形成一个圆形的弥散斑。球差是轴上点成像时的唯一单色像差。
像散（Astigmatism）：在介绍像散之前，需要了解子午面和弧矢面的概念。像散是指轴外物点发出的光束在通过光学系统后，其子午像点与弧矢像点不重合的现象。由于像散的存在，轴外物点的成像会形成一个椭圆形的光斑。
彗差（Coma）：这是一种轴外点像差，由于轴外物点的成像像拖尾的彗星一样，故称为彗差。彗差是由于轴外物点发出的光束在像方失去对称性，偏向主光线的同一侧，导致无法聚焦到主光线和像面的交点上所形成的。
场曲（Fields Curvature）：即像场弯曲，是指物体通过光学系统成像时，所成的像与理想像面不重合的现象。这些像点并不处于一个平面内，而是形成了一个对称于光轴的旋转曲面。场曲的存在会影响整个像面的清晰度，使得平面物体的各点无法同时保持清晰。
畸变（Distortion）：畸变是主光线产生的像差。在实际光学系统中，像的放大率会随着视场的变化而变化，导致图像发生变形。这种变形使得图像的形状失去原有的几何比例，出现扭曲或变形。畸变通常分为正畸变和负畸变两种。
色差（Chromatic Aberration）：由于光学材料对不同波长的光线具有不同的折射率，不同色光的成像位置和大小在实际光学系统中会存在差异。这种差异被称为色差，并可以进一步分为位置色差和倍率色差。色差的存在会降低图像的清晰度和对比度，严重影响成像的准确度和质量。
对于光学系统而言，完全消除像差是不现实的，也是不必要的。通过合理设计透镜、光阑等元件的参数，并将它们组合在一起，可以实现像差的相互补偿。当像差控制在一定范围内，使得人眼或接收器无法察觉时，就可以认为得到了符合标准的像质。这种元件组合的方式在相机镜头、望远镜等光学系统中有着广泛应用。更多关于几何像差的知识可以观看晶萃光学的小视频教学了解。
