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在信息化时代背景下,人们不断追求全空域与全时域实时的信息获取,常规的视场范围已经不能满足人们的需求。光学镜头的视场越大,成像范围越大,能够捕捉到的信息越多,因此出现了广角镜头这类视场很大的镜头。虽然可以采用旋转/步进扫描技术和多镜头拼接技术获得超广角空域信息,但从体积、重量、功耗以及信息获取实时性等使用方面综合考虑,单机广角镜头的研究技术具有很大的应用前景。为了解决广角镜头的大畸变、像差难以校正、空间体积大等问题,本文研讨了反摄远式结构原理和衍射光学元件成像理论,并基于这两个理论运用光学设计软件研究设计了三种广角镜头。在研究设计过程中,本文对镜头在设计过程中的像质评价方法和分析手段也进行了研究和介绍。研究方法:1、本文分析了广角镜头双高斯结构设计的弊端,运用高斯光学理论计算分析了广角镜头采用反摄远式结构设计的可行性和设计过程中需要注意的点。2、以波动光学角度的透镜相位变换作用为对比,研讨了二元衍射元件的光学成像原理。以此为理论依据,在折衍混合光学系统中进行二元衍射元件对折射透镜组的替代。3、以CEDEV、ZEMAX作为主要光学设计软件,编写分析优化相关的宏语言,进行设计分析工作。以像差理论为依据、ZEMAX软件作为主要工具进行像质评价工作。通过TRACEPRO软件进行鬼像等分析手段的介绍工作。研究成果:(1)以反摄远式结构为理论依据,运用ZEMAX、CODEV等软件设计了一种大视场低畸变摄像镜头。(2)通过两种小像差镜头系统结合的思路,通过光学设计软件设计了一种手机广角变焦镜头。(3)以二元衍射元件光学成像原理为理论依据,通过光学设计软件设计了一种折衍混合广角镜头。(4)在研究广角镜头的过程中,编写了基于CODEV软件关于焦距的宏,解决了ZEMAX软件在相应处理过程中计算缓慢的问题。编写了基于ZEMAX软件广角镜头找像高对应视场角的宏,解决了广角镜头分析过程中视场角不能追迹的问题。