位于光軸以外的物點,由于偏離了共軸球面系統的對稱軸位置,成像后的光束聚焦情況比軸上點要復雜得多。
子午面是系統的對稱面,也是光束的對稱面,該平面內的光束經系統成像后仍位于該平面內。因此,可以用平面圖形表示出子午光束的結構。
軸外物點B發出充滿入瞳的一束光,這束光以通過入瞳中心的主光線為對稱中心。考察主光線z和一對上下光線a、b。折射前,上下光線相對于主光線對稱,而折射后,上下光線不再對稱于主光線,它們的相交點偏離了主光線。
與物高一次方、入射光瞳口徑二次方成正比的像差。若僅存在彗差,軸外物點發出的通過入射光瞳不同環帶的光線,會在理想像平面上形成半徑變化的并且沿視場半徑方向偏移的像圈。它們的組合會使物點的像成為形狀同彗星相似的彌散斑。
慧差是軸外物點以寬光束成像的一種失對稱的垂軸像差,除了子午和弧矢兩個截面外,其它截面也都有不同形式的失對稱。如果入瞳為一圓環,軸外點進入系統的光線就是以物點為頂點、以主光線為對稱中心的圓錐面光束,不同的孔徑對應于不同大小的光錐。此光束經系統后,由于存在慧差,不復為對稱于主光線的圓錐面光束,也不再會聚于一點,它與高斯像面相交成一封閉的復雜曲線,曲線的形狀對稱于子午面。光錐角度越大,失對稱的程度也越大。整個入瞳可以看成由無數個大小不等的圓環組成,由軸外物點發出的所有通過這些圓環的圓錐面光束,經系統后在高斯像面上截得大小不等、形狀不一、并在垂軸方向上相互錯開的封閉曲線,最終疊加成一個形狀復雜、對稱于子午面的彌散斑。