常用的普通摄像镜头为球面镜头，它采用的是球面镜片，而不是平面。一般球面镜片会岀现像差，如球差、色差、彗差等，因而实际的摄像镜头通常需要多片凹凸程度不同的镜片，进行分组组合来予以校正。最简单的定焦镜头一般需要4片3组、6片4组或7片4组，而高档的变焦镜头则需要10多片10多组的镜片组合。显然，这不仅使镜头的体积和重量增加，第2章安防视频监控中的光源和光学系统而且使透过的光也减少了。对F值小的高感度镜头来说，其有效通光口径越大，球面像差就越大，当然其校正也就越困难。正是由于球面镜头的缺点，才研制了非球面镜头。
1. 一、非球面镜头的含义
非球面镜头（Aspherical Lens）所用的镜片为非球面镜片，其面形也是在球面面形的基础上通过细微的调整得出的。从数学的角度来说，球面的面形是一个二次函数，而非球面的面形函数是四次甚至更高次的函数，因此非球面的面形更加复杂。实际上，它是在球面的基础上，按事先设计好的细微面形起伏，进行人为控制而获得非球面的复杂曲面的。
由于非球面镜头的镜片形状，是在充分考虑到上述各校正因素，通过精确的设计计算，由精密仪器光学研磨而成的，因此一片非球面镜片就能实现多个球面镜片校正像差的效果。这样，非球面镜头可以有效减少镜片的数量，从而减小镜头的体积和重量，并使透光性更好，色差还原准确、成像质量变佳。
2. 二、非球面镜头的特点
（1）能消除球差，大大提高成像质量。球面镜片具有球面像差的先天缺陷，从而带来了无法克服的光斑现象，如图1（a）所示。显然，它将影响成像质量。
图1 非球面镜头球差补正示意图
而用非球面镜片，使光线经过高次曲面的折射，就可以把光线精确地聚集于一点，如图1（b）所示，因此，用非球面镜片校正了球面像差，大大地提高了成像的质量。
（2）可以改善镜片边缘部分对光的折射率，从而使物体的成像更加细致。球面镜片，尤其高倍率球面镜头，更容易出现球差和图像失真，尤其光线在球面镜头边缘过折射引起的桶形失真，如图2（a）所示。
图2 非球面镜头消除桶形失真的原理
而用非球面镜头，能消除光在球面镜头边缘过折射引起的桶形失真。如若将非球面镜头用于高倍率的变焦镜头时，由于非球面镜头设计时，将边缘入射的光线按球面镜头失真的反方向进行了修正，从而有效地消除了桶形失真，如图2（b）所示。
（3）可使镜头光学结构简化，能获得更大的通光口径。由于使用1片非球面镜片可以代替一组球面镜片，从而使摄像镜头的光学结构相对简化，这样在光学通路和机械结构上容易获得更大的通光口径。例如，日本腾龙（TAMRON）公司生产了1/3英寸的f=3.0~8mm的F/1.0系列镜头，这种镜头之所以达到F/1.0，就是用了非球面镜片的原故。
（4）使镜头体积小、重量轻，并增强透光率。因为1片非球面镜片能顶替好几片一组的球面镜片，从而使摄像镜头的体积缩小、重量减轻，并且光线经过的镜片少，因而使透光率大大增强，图像画面也变得细致明亮。例如，TAMRON的1/3英寸f=5~50mm的F/1.4系列镜头，其中仅使用了两片非球面镜片，它不仅实现了体积小、重量轻，而且增强了透光率，保证了成像质量。
非球面镜头虽有上述优点，相比的缺点是：
（1）其加工工艺要求非常高，低散射非球面镜片（如腾龙的LD镜片），其物理特性需要在抛光及镀膜过程中保证最精密的加工精度；所形成的非球面层的特殊的光学树脂（Optical resin）的光学特性，也需要在铸型过程中保证各种适当的管理，才能达到最佳的实用状态。
（2）镜头设计计算要精确，因而较复杂一些。
3. 三、非球面镜头在视频监控中的应用
由上述可知，若将非球面镜头应用到视频监控系统中，将会使系统的性能提高。TAMRON公司专门为彩色摄像机设计了一种非球面镜头，它能使通过它的光线经过彩色摄像机的光学
低通滤波器后，精确地成像在固体图像传感器的感光面上，如图3中实线所示。
图3 专门为彩色摄像机设计的镜头的成像点
例如，TAMRON的f=3.0~8mm的手动变焦非球面镜头13VM308AS，就是这种专用镜头。但将该镜头用于黑白摄像机时，由于黑白摄像机中没有光学低通滤波器的折射，这样成像点会落在固体图像传感器感光面稍前一点的位置上，如图3中虚线所示。
为此，TAMRON公司为黑白摄像机配备了两个附件：
•可模拟光学低通滤波器组件的能旋入镜头后部的滤光镜;
•一个可置入镜头和摄像机间的薄金属垫圈。
因此，非球面镜头用于视频监控系统中，将能使所监控的图像质量提高。
显然，用原来球面镜头要兼顾到黑白与彩色摄像机，它不可能使图像达到最佳，一般稍变得模糊些，这时只有通过精确调整对焦来进行弥补。
