为了满足信息化时代对高清鱼眼镜头的应用需求，利用CODE V和Zemax光学软件设计了一款匹配16 mm（1英寸）CCD的大孔径玻塑混合鱼眼镜头。该系统可在光谱为486 nm～656 nm以及850 nm范围内清晰成像，视场角为210°，F数2.0，焦距为4.1 mm，F-Theta畸变小于7%，边缘照度大于68%。常温下，该系统在奈奎斯特频率91 lp/mm处0.707视场MTF大于0.5，全视场MTF大于0.35。?40 ℃～+75 ℃状态下0.707视场MTF大于0.3，全视场MTF大于0.2，满足高低温环境下的使用要求。系统采用7片式玻塑混合的结构形式，具备大视场角、大靶面、大光圈等特征，可广泛应用于高清摄像、安防监控、工业生产等领域。

提出了一种新型的长波红外鱼眼镜头设计方法，基于高斯光学和三级像差理论，在传统的反远距的广角镜头的基础上，增加一片负弯月型透镜的前组，使其半视场角由原来的 $\pm {70^\circ }$ 增加到 $\pm {100^\circ }$。采用等距离投影成像方法，系统 f–θ畸变小于6%，焦距为1.97 mm，相对孔径为1∶1，采用像方远心的成像设计，边缘视场相对照度达到80%。为了增大孔径，消除轴外像差，采用五片非球面设计，成像质量接近衍射极限，全视场的调制传递函数大于0.37@42 lp/mm，采用机械被动式的无热化设计方法可以满足较宽的温度范围内系统成像质量稳定。设计结果对长波红外鱼眼光学系统设计具有一定的参考价值。

对于鱼眼镜头一类光学系统，其超大视场的物点对于光学系统的成像，是符合平面对称光学系统的成像规律的。应用LU发展的平面对称光学系统的波像差理论，研究如何在鱼眼镜头光学系统中应用非球面对成像系统进行优化设计。首先，通过计算各个光学面的非球面系数对超大视场光学系统波像差的影响，找到受非球面系数变化影响最大的几个光学面；然后，以这几个面的非球面系数为变量，以光学系统调制传递函数作为评价函数，应用自适应归一化实数编码遗传算法，优化设计鱼眼镜头光学系统；最后，通过实例验证了所提出方法的有效性。所提出的方法可以有效地确定一个或多个最佳非球面的位置，对优化设计鱼眼镜头系统具有指导意义。

鱼眼镜头系统具有平面对称、超大视场、大孔径成像等特点，使得其设计十分复杂。波像差理论是研究光学系统的重要手段，由于鱼眼镜头系统具有平面对称的成像特性，赛德尔初级像差和基于轴对称光学系统发展的高阶像差理论不再适用于鱼眼镜头系统的像差分析和设计。介绍了六阶波像差理论，包括六阶本征波像差、五阶像差、衍生波像差及孔径光线二阶精度对波像差的影响，给出六阶波像差理论设计鱼眼镜头系统的流程图，应用六阶波像差理论设计鱼眼镜头前光组，由其前光组与后光组像差平衡设计了后光组。最后得到一成像质量良好的鱼眼镜头系统，该镜头的焦距为5.989 mm，视场角为180°，相对孔径为1/3.2。设计结果表明，该鱼眼镜头系统的调制传递函数（MTF）数值在空间频率为60 lp/mm时均不低于0.56，具有较好的成像质量。

基于一款4k分辨率小型投影机，设计了一种低成本、易加工的小口径高分辨率鱼眼投影镜头。通过合理选型、分配光焦度、设置光栏位置、调整镜片形状、材料优选及匹配等途径，在镜片数量较少的情况下对像差进行了充分的校正。该镜头仅由9片透镜组成，视场角为175°，F^#为2.2，后工作距达到39.8 mm，在奈奎斯特频率131 lp/mm处，1.0视场MTF值达到0.3，其余视场MTF值均达到0.43以上，满足了该机型的使用需求。对镜头的各项公差进行了蒙特卡罗分析，结果表明，公差均在常规可加工的范围内，适合于批量加工和装配。