非球面光学的定义特点和应用
广义来说，非球面是不包括球面和平面的其他表面。从应用的角度来说，非球面可以分成轴对称的非球面、具有两个对称面的非球面、没有对称性的自由曲面。
非球面分类
通常把非球面分成二次非球面和高次非球面。二次非球面在光学系统当中应用最广，相对于其他类型的非球面有着特殊的位置。二次非球面又可以分为：有一对无像差点的非球面和没有无像差点的非球面。前者广泛应用于各种光学仪器当中，是最常见的非球面。后者广泛应用在形成变形像的光学系统当中。高次非球面可以分成单调子午曲线的表面和非单调表面。非球面分类如图1所示。
图1. 光学非球面的分类
自由曲面
自由曲面的一般表达式：Z=∑Aij XiYj i,j=0,1,2……n。对于此类自由曲面虽已失去了非球面轴对称的特点，但仍是围绕着一个坐标原点有规律展开的。现对还是有规律可循的。
另有一类仅能用三维点位坐标来定义的复杂自由曲面，广泛地被应用在渐进多焦点眼镜中，以实现光焦度按特定规律分布的目的。
非球面优势及应用
非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。非球面透镜相对于球面透镜具有独特的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。主要有以下作用：
a. 球差校准
非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。非球面透镜（光线汇聚到同一点，提供光学品质），基本上消除了球面透镜所产生的球差（光线汇聚到不同点，导致成像模糊）。采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片非球面透镜（高数值孔径，短焦距）就可以实现，并且简化系统设计和提供光的透过率。
图2. 消球差非球面透镜
b. 系统优势
非球面透镜简化了光学工程师为了提高光学品质所涉及的元素，同时提高了系统的稳定性。例如在变焦系统中，通常情况下10片或者更多的透镜被采用（附加：高的机械容差，额外装配程序，提高抗反射镀膜），然而1片或者2片非球面透镜就可以实现类似或更好的光学品质， 从而减小系统尺寸，提高成本率，降低系统的综合成本。
