全景环带光学系统在机器视觉领域等领域中有广泛的应用, 该类系统不断追求小型化、紧凑化, 并且在保证系统结构紧凑小巧的同时实现大视场探测。针对上述需求对全景环带成像光学系统开展研究, 并在分析全景环带头部单元形式的基础上设计了一款双通道全景环带光学系统。该系统由边缘视场通道以及中心视场通道组成, 两个通道分别由入瞳位置前置式全景环带系统以及中心视场系统进行构建。通过合理的搭配, 最终系统中心视场通道视场范围为0°~18.5°, 边缘视场通道视场范围为38°~83°, 在设计过程中, 使用even-ogive面型对全景环带系统的特定面型进行设计, 并对如何使用该面型进行了描述, 最终所设计的系统的两个视场通道均可在0.486~0.656 μm可见光波段内清晰成像, 光学系统结构紧凑, 成像质量良好, 满足使用需求。

通过动态链接库方式在Zemax中建立Q-type非球面接口，利用Q-type非球面设计了一款工作在可见光波段，垂直半视场为30°～110°，焦距为-1.25 mm，F 数为5，系统总长为28.7 mm 的全景环带光学系统(PAL)。该光学系统由7 片透镜组成，包含6 片球面镜和一片两面均为Q-type 面型的非球面镜片。对设计结果进行了分析，全视场FTheta畸变小于1%，在奈奎斯特空间频率83 lp/mm 处调制传递函数(MTF)高于0.5，成像效果接近衍射极限。为验证Q-type 非球面在PAL 设计中的优越性，实际设计了一个与Q-type 面型PAL 具有相同参数的偶次非球面PAL，对两者进行了分析比较。结果表明，在相同的计算平台下，Q-type 非球面多项式系数的有效数字比对应的偶次非球面的多3~6位，有效减小了优化过程中计算机数字系统截断误差对优化过程的影响，有利于提高光学系统优化设计效率、提高非球面光学零件的加工精度和检测精度。