Aberration in optischen Systemen wie Linsen und gekrümmten Spiegeln die Abweichung von Lichtstrahlen durch Linsen, wodurch Bilder von Objekten unscharf werden. In einem idealen System wird jeder Punkt auf dem Objekt auf einen Punkt der Größe Null auf dem Bild fokussiert. Praktisch nimmt jedoch jeder Bildpunkt ein Volumen endlicher Größe und unsymmetrischer Form ein, was zu einer gewissen Unschärfe des gesamten Bildes führt. Im Gegensatz zu einem Planspiegel, der aberrationsfreie Bilder liefert, ist eine Linse ein unvollkommener Bilderzeuger und wird nur für Strahlen ideal, die durch ihr Zentrum parallel zur optischen Achse (eine Linie durch das Zentrum, senkrecht zu den Linsenoberflächen) verlaufen. Die für Objekt-Bild-Beziehungen in einer Linse mit sphärischen Oberflächen entwickelten Gleichungen sind nur annähernd und befassen sich nur mit paraxialen Strahlen, d. H. Strahlen, die nur kleine Winkel mit der optischen Achse bilden. Wenn Licht nur einer einzigen Wellenlänge vorhanden ist, sind fünf Aberrationen zu berücksichtigen, die als sphärische Aberration, Koma, Astigmatismus, Feldkrümmung und Verzerrung bezeichnet werden. Eine sechste Aberration, die in Linsen (aber nicht in Spiegeln) gefunden wird — nämlich die chromatische Aberration — ergibt sich, wenn Licht nicht monochromatisch ist (nicht von einer Wellenlänge).
Bei der sphärischen Aberration treffen Lichtstrahlen von einem Punkt auf der optischen Achse einer Linse mit sphärischen Oberflächen nicht alle auf denselben Bildpunkt. Strahlen, die durch die Linse nahe ihrem Zentrum hindurchtreten, werden weiter weg fokussiert als Strahlen, die durch eine kreisförmige Zone in der Nähe ihres Randes hindurchtreten. Für jeden Strahlenkegel von einem axialen Objektpunkt, der auf die Linse trifft, gibt es einen Strahlenkegel, der zu einem Bildpunkt konvergiert, wobei der Kegel entsprechend dem Durchmesser der kreisförmigen Zone unterschiedlich lang ist. Überall dort, wo eine Ebene im rechten Winkel zur optischen Achse einen Kegel schneidet, bilden die Strahlen einen kreisförmigen Querschnitt. Die Fläche des Querschnitts variiert mit der Entfernung entlang der optischen Achse, wobei die kleinste Größe als Kreis der geringsten Verwirrung bekannt ist. Das Bild, das am meisten frei von sphärischer Aberration ist, wird in diesem Abstand gefunden.
Koma, so genannt, weil ein Punktbild in eine Kometenform verwischt wird, entsteht, wenn Strahlen von einem außeraxialen Objektpunkt durch verschiedene Zonen der Linse abgebildet werden. Bei der sphärischen Aberration sind die Bilder eines On-Axis-Objektpunktes, die auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse fallen, kreisförmig, unterschiedlich groß und um ein gemeinsames Zentrum überlagert; bei der Koma sind die Bilder eines Off-Axis-Objektpunktes kreisförmig, unterschiedlich groß, aber gegeneinander verschoben. Das beigefügte Diagramm zeigt einen übertriebenen Fall von zwei Bildern, von denen eines aus einem zentralen Strahlenkegel und das andere aus einem Kegel resultiert, der durch den Rand verläuft. Der übliche Weg zur Verringerung des Komas besteht darin, ein Diaphragma zu verwenden, um die äußeren Strahlenkegel zu eliminieren.
Astigmatismus resultiert im Gegensatz zu sphärischer Aberration und Koma aus dem Versagen einer einzelnen Zone einer Linse, das Bild eines außeraxialen Punktes auf einen einzelnen Punkt zu fokussieren. Wie in dem dreidimensionalen Schema gezeigt, sind die beiden rechtwinklig zueinander durch die optische Achse verlaufenden Ebenen die Meridianebene und die Sagittalebene, wobei die Meridianebene diejenige ist, die den außeraxialen Objektpunkt enthält. Strahlen, die sich nicht in der Meridianebene befinden, sogenannte Skew-Strahlen, werden weiter von der Linse entfernt fokussiert als solche, die in der Ebene liegen. In beiden Fällen treffen sich die Strahlen nicht in einem Punktfokus, sondern als Linien senkrecht zueinander. Zwischen diesen beiden Positionen sind die Bilder elliptisch geformt.
Bildfeldkrümmung und Verzerrung beziehen sich auf die Lage der Bildpunkte zueinander. Obwohl die ersteren drei Aberrationen bei der Konstruktion einer Linse korrigiert werden können, könnten diese beiden Aberrationen bestehen bleiben. In der Krümmung des Feldes liegt das Bild eines ebenen Objekts senkrecht zur optischen Achse auf einer paraboloidalen Oberfläche, die Petzval-Oberfläche genannt wird (nach József Petzval, einem ungarischen Mathematiker). Flache Bildfelder sind in der Fotografie wünschenswert, um Filmebene und Projektion zu entsprechen, wenn das vergrößernde Papier oder der Projektionsschirm auf einer ebenen Fläche liegen. Verzerrung bezieht sich auf die Verformung eines Bildes. Es gibt zwei Arten von Verzerrungen, von denen jede in einer Linse vorhanden sein kann: Tonnenverzerrung, bei der die Vergrößerung mit dem Abstand von der Achse abnimmt, und Nadelkissenverzerrung, bei der die Vergrößerung mit dem Abstand von der Achse zunimmt.
Die letzte Aberration, die chromatische Aberration, ist das Versagen einer Linse, alle Farben in derselben Ebene zu fokussieren. Da der Brechungsindex am roten Ende des Spektrums am geringsten ist, ist die Brennweite einer Linse in Luft für Rot und Grün größer als für Blau und Violett. Die Vergrößerung wird durch chromatische Aberration beeinflusst, die sich entlang der optischen Achse und senkrecht dazu unterscheidet. The first is called longitudinal chromatic aberration, and the second, lateral chromatic aberration.
