文献综述
球差是五种单色象差中的一种[1]。球差 （Spherical aberration）也称球面像差，是轴上物点发出的光束，经过光学系统以后，与光轴成不同角度的光线交光轴于不同位置，所以，在像面上形成一个圆形的弥散斑，这就是球差。一般是用实际光线在像方与光轴的交点相对于近轴光线与光轴交点（即高斯像点）的轴向距离来测量球差。
以单色光为例，球差是轴上点成像时唯一存在的像差，所以轴外点成像时，存在许多种像差，球差只是其中的一种。除了特殊情况外，一般说来，单个球面透镜是不能够校正球差，正透镜产生负球差，负透镜产生正球差[2]。所以，对于一定位置的物点而言，当保持透镜的孔径和焦距不变时，球差的大小会随透镜的形状而异，严重影响光学系统的像质，所以必须消除球差的影响。在现有的技术中，消球差透镜主要有两种:一是双胶合透镜，双胶合透镜是利用不同光焦度的透镜组合使球差减小；二是非球面透镜，通过改变透镜的面型，使一个点发出的光线经过后会聚于一点，从而达到消球差的目的[3-4]。
但是，在共轴球面系统中[5]，轴上点和轴外点有着不同的像差，轴上点因为处于轴对称位置，没有什么其它的干扰，所以具有最简单的像差的形式。当轴上物点的物距L已经确定，并以宽光束孔径成像时，其像方截距就会随着孔径角U（或孔径高度h）的变化而变化，因此，由轴上的物点发出的具有一定孔径的同心光束，在经过光学系统成像之后就不再是同心光束[6]。在孔径角很小的近轴区域我们不仅可以得到物点成像的理想位置l′，而且也可以得到任意孔径角U的成像光线偏离理想像点与光轴相交的位置为L′。我们把轴上物点以某一孔径角U成像时，其像方截距L′与理想像点的位置l′之差称之为轴上点球差，又可以称之为轴向球差，简称球差。
针对球差的存在会影响光强分布和光束质量这一现实问题，目前，国内外有关球差的研究成果比较多，主要研究的领域在医学和光学用两个领域。在医学方面，主要侧重于改善人工晶状体的球差；而在光学方面，2001年季小玲等人说明了球差对光束质量的影响，发现正球差会使光学成像质量降低，而适当的负球差能在一定程度上改善光学成像的质量。2006年袁立银等人分析了相对口径与透镜球差之间的变化关系，得出球差随相对孔径的增大而增大的结论，并且指出可以使用高次非球面透镜来校正球差。以上的文献都只在理论方面分析了球差对成像质量的影响以及与之相关的因素，并没有提出能够实际校正球差的方法。所以，为了能够真正地校正球差，在2010年时，Sergio等人使用折一衍混合透镜来校正球差；在2013年，吴从均等人通过合理地选择离焦位置来补偿由系统球差、像散造成的光斑弥散；2014年吕博等通过将改进的光学系统与补偿镜组相结合的方法来改进轴外球差及彗差；2014年刘剑峰等通过调整大口径同轴三反射式光学系统的次镜位置自由度，来实现对主镜球差的补偿。这些研究成果指出了合理选择离焦位置、采用合适的补偿镜组、非球面设计或其他一些合适的方法均可以在一定程度上消除球差。如果采用非球面设计，则能在改善像质的同时实现系统轻量化，经过研究表明，非球面化的同时会引入一定量的其他像差。而目前对于非球面校正球差时对其余各像差的综合影响以及采用何种方法来减少或避免非球面引入新的像差这一问题的研究以及所涉及的理论还不够健全和完善。与此同时，美国、日本以及欧洲的一些国家在非球面光学元件的精密加工方面保持技术领先，而我国在这一领域起步较晚[7]，所以还需要进一步研究。
光学透镜中涉及的参数很多，需要重点的检验参量包括：曲率半径、面形、焦距、传递函数（MTF）等。
球面曲率半径的测量方法有球形样板测量、球径仪测量、自准直望远镜测量以及自准直显微镜测量等。其中前两种测量方法是比较常用的检测方法，但是球形样板测量只适用于小曲率半径，并且精度受样板的面型影响，而球径仪测量比较简便，且零件不需要抛光，适应于生产需要。后两种测量方法属于非接触式测量，并且球面需要抛光，调整仪器的过程也比较复杂。
面形误差的测量方法有样板法和干涉仪法，样板测量法通常在光学车间里使用，这种方法操作简单，但是不适用于测量样板和其他高精度光学件；而干涉仪测量法采用了非接触式测量，避免了样板法测量时的许多弊端。
焦距最基本的测量方法是放大率法，但是这种方法存在主观性，并且测量方法和仪器操作都不够方便。所以现在采用CCD代替人眼进行焦距测量，操作方便。
MTF目前被公认为是评价光学系统成像质量的客观标准。我国在光学传递函数测量技术上的研究起步较晚。中科院长春研究所从1963年开始尝试搭建一台传递函数测量装置。这个时期国际国内所研制的各种类型的光学传递函数测量仪器大都采用机械式扫描法测量原理。此类光学传递函数测量装置体积大，对测量人员的专业水平要求较高，测量周期长。进入20世纪90年代以来，几个发达国家相继开发出了一些新型的光学传递函数测量装置，这些新产品都采用了现在电子技术、自动控制技术和计算机技术，极大地提高了测量操作的简易性和灵活性，也使得仪器越来越小巧，智能化程度也越高。
