几何像差是一种从几何光学的角度出发的像质评价指标。几何像差用一些独立的几何参数来表示像点的成像质量，以便进一步校正像差。

几何像差是一种从几何光学的角度出发的像质评价指标。几何像差的特点是用一些独立的几何参数来表示像点的成像质量，即用单项独立几何像差来表示出射光线的空间复杂结构，这种方式的特点是便于了解光束的结构，分析它们和光学系统结构参数之间的关系，以便进一步校正像差。但是应用这种方法的缺点是几何像差的数据繁多，很难从整体上获得系统综合成像质量的概念。

光学系统的色差

前面曾经指出，光实际上是波长为400〜760 nm的电磁波。不同波长的光具有不同的颜色，不同波长的光线在真空中传播的速度c都是一样的，但在透明介质（例如水、玻璃等）中传播的速度v随波长而改变。波长长的光线，其传播速度v大，波长短的光线，其传播速度v小。因为折射率n=c/v，所以光学系统中介质对+同波长光线的折射率是+ N的。薄透镜的焦距公式为

因为折射率n随波长的不同而改变，因此焦距 也要随着波长的不同而改变，这样，当对无限远的物体成像时，不同颜色光线所成像的位置也就不同。我们把不冋颜色光线理想像点位置之差称为近轴位置色差，通常用C和F两种波长光线的理想像平面间的距离来表示近轴位置色差，也称为近轴轴向色差。若和分别表示F与C两种波长光线的近轴像距，则近轴轴向色差为：

同样，如图1，根据无限远物体像高 y' 的计算公式，当n'=n=1时，有

式中ω为物方视场角。

当焦距随波长改变时，像高 y'也就随之改变，不同颜色光线所成的像高也不一样。这种像的大小的差异称为垂轴色差，它代表不同颜色光线的主光线和同一基准像面交点高度（即实际像高）之差。通常这个基准像面选定为中心波长的理想像平面。

轴上像点的单色像差

下面讨论单色像差，即单一波长的像差。首先讨论轴上点的单色像差。对于共轴系统的轴上点来说，由于系统对光轴对称，进入系统成像的入射光束和出射光束均对称于光轴，轴上有限远物点发出的以光轴为中心的、与光轴夹角相等的同一锥面上的光线（对轴上无限远物点来说, 对应以光轴为中心的同一柱面上的光线)，经过系统以后，其出射光线位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚交点，且必然位在光轴上。因此这些光线成像为一点。但是，由于球面系统成像不理想，不同高度的锥面（柱面）光线（它们与透镜的交点高度不同，也即孔径不同）的出射光线与光轴夹角是不同的的，其聚交点的位置也就不同，虽然同一高度锥面（柱面）的光线成像聚交为一点，但不同高度锥面（柱面）的光线却不聚交于一点，这样成像就不理想。最大孔径的光束聚交于，0.85孔径的光线聚交于依此类推。

如果系统理想，则所有出射光线均交于理想像点，球差为零。球差越大。成像质量越差。

轴外像点的单色像差

对于轴外点来说，情况就比轴上点要复杂得多。对于轴上点，光轴就是整个光束的对称轴线，通过光轴的任意截面内光束的结构都是相同的，因此只需考察一个截面即可。而由轴外物点进入共轴系统成像的光束，经过系统以后不再像轴上点的光束那样具有一条对称轴线，只存在一个对称平面，这个对称平面就是由物点和光轴构成的平面。轴外物点发出的通过系统的所有光线在像空间的聚交情况就要比轴上点复杂得多。为了能够简化问题,同时又能够定量地描述这些光线的弥散程度，从整个入射光束中取两个互相垂直的平面光束，用这两个平面光束的结构来近似地代表整个光束的结构。这两个平面,一个是光束的对称面，称为子午面；另一个是过主光线与垂直的平面，称为弧矢面,用来描述这两个平面光束结构的几何参数分别称为子午像差和弧矢像差。