球面（Sphere）光學元件是指從元件的中心到邊緣具有恒定的曲率，表面呈球狀；而非球面 (Asphere)光學元件則是從中心到邊緣之曲率連續發生變化。非球面光學元件件廣泛應用于航空機載設備、衛星、激光制導、紅外探測等領域，同時在民用光電產品上的應用也越來越普及。

對于非球面鏡片，用肉眼觀察，通常看上去仍舊是一個大致的球面形狀，而不是平面。因為非球面鏡片的面形就是在球面面形的基礎上做細微的調整得出的，從數學的角度來說，球面的面形函數是一個二次函數，但非球面的面形函數則是四次甚至更高次的函數，通常設計到10次，所以非球面的面形更加復雜。更加形象地說，非球面的面形是以球面面形為基礎，在球面的基礎上進行人為控制，事先設計好的細微面形起伏，從而使鏡片的面形呈現非球面的復雜曲面。非球面在各個孔徑具有不同的光焦度。

人們一般認為一束光線透過凸透鏡后（最常見的球面鏡片），可以聚集在一點上。但從光學角度上來看，球面凸透鏡并不能把光線真正聚集到一點上，它所聚成的其實是一個光斑。由于肉眼的視力有限，所以看上去好象是一點。這是由于球面鏡片有一個先天不足，它有一個稱為“球面像差”的缺陷，而且通過單枚球面鏡片自身是無法克服這種像差的，正是這種像差的存在，所以帶來了光斑現象。這種像差會極大地影響成像質量。但是非球面鏡片可以把光線精確地匯聚到一點上，較正球面像差，大幅提高成像質量。

非球面的優勢

1）非球面鏡片的應用可以使鏡頭光學結構相對簡化，從而在光學設計和機械結構上更易獲得更大的通光口徑，使整個畫面更加明亮。

2）非球面鏡片可以大幅度提高成像質量，令畫面更加清晰，特別是邊緣圖像的清晰度。

當非球面應用在主光線較高的面上時，它還可以矯正像散，畸變等軸外像差，從而使軸外成像也能得到大幅提高，這一點在實際使用時意義巨大，它使畫面中每個細節都都能清晰地表現，避免有圖像但是由于細節模糊而無法作為證據的無奈情況。

3）1枚非球面鏡片可以替代一組球面鏡片，所以使用非球面鏡片可以實現鏡頭體積的小型化。

目前非球面光學元件的主要加工方法：

1）表面材料去除法：數控銑磨拋光成型法、離子束拋光法、磁流變拋光法、液體噴射拋光法等；

2）改變材料形狀法：玻璃熱壓成型法、注塑成型法、熱沉降和固化成型法等；

3）附加材料法：真空鍍膜復制成型法、混合成型法等。

其中超精密數控銑磨和拋光適用于一次生產單片非球面透鏡的場合，隨著制造技術的提高，其加工精度越來越高。經計算機控制的精密拋光技術能夠自動調整工具駐留參數以便進行精確拋光。其他制造技術一般需要一款特別的模具，而每款透鏡均具有其獨特的模具，但是數控銑磨和拋光卻使用標準工具，因此能成為原型制造以及低量生產應用的首要選擇。