1. 球面像差的本质

球面像差（Spherical Aberration）是由于镜头表面为球面时，不同入射高度（离光轴距离不同）的光线聚焦点位置不一致所造成的成像模糊。

近光轴光线（Paraxial rays） → 聚焦位置较远（靠近理论焦点）

远光轴光线（Marginal rays） → 聚焦位置较近（在理论焦点前）

这种焦点位置的差异，就导致中心清晰、边缘模糊的现象。

2. 形成原因的物理解释

折射角差异
对于球面，曲率半径随位置变化，离中心越远，表面法线变化越快 → 折射角更大。

高阶像差项的积累
对于大光圈镜头，这种差异的影响成倍增加。

单透镜与多组镜片差异
单透镜几乎无法校正球面像差，而多组镜片可以通过不同曲率、不同玻璃折射率的组合实现抵消。

3. 避免球面像差的设计方法

在镜头制造端，主要有以下几类手段：

3.1 光学设计阶段

使用非球面镜片（Aspherical Lens）
曲率随半径变化的非球面，可以让所有光线趋向同一点聚焦，从根源上消除球差。

优点：一片非球面镜片可抵消多片球面镜片的像差。

缺点：加工难度高，公差要求极严。

多镜片组合优化
使用不同折射率、不同曲率的镜片组合（常见于消色差设计），在光路追迹（Ray Tracing）优化中让边缘光与中心光一致聚焦。

折射率分布镜片（GRIN lens）
通过材料内部折射率渐变分布，让光路在透镜内部得到预补偿。

3.2 制造与工艺阶段

高精度研磨与抛光
球面精度必须在纳米级面形误差范围内，否则球差会被放大。

模压成型非球面镜片（Precision Glass Molding）
适用于大批量生产，但模具温度控制、应力释放非常关键。

注塑非球面塑料镜片
低成本，但受材料热膨胀与老化限制，多用于消费级设备。

3.3 使用端辅助

缩小光圈（f/8 或更小）
虽然不是根治方法，但减少有效光通径可以削弱边缘光线的影响。

软件算法补偿
部分相机在 JPEG/RAW 处理时会基于镜头模型做锐化补偿。

4. 4K/高分辨率镜头的特殊考虑

如何制做4K及以上分辨率的镜头，这里球面像差的容忍度极低：

像元尺寸小 → 任意微小像差都会导致 MTF 降低

全画幅或大靶面传感器 → 边缘成像质量要求更高

高速光圈需求 → 大光圈下球差更难压制

因此，高端设计往往会：

多组非球面+低色散玻璃结合

MTF优化目标设置在全视场与全光圈范围

公差分析（Tolerance Analysis） 严格控制面形误差与装调偏差