随着科学技术的不断发展,人们对视频、图像等信息的需求也在不断提升。大视场光学镜头因其能获得更多的图像信息,而被广泛的应用在军事和民用领域,特别是近年来在车载激光雷达应用方面,对光学镜头的视场和畸变提出了更高的要求。光学系统设计采用球面透镜,存在结构复杂、成像质量差等问题。随着成像视场的不断增加,光学系统的畸变也不断增大。本论文针对905 nm波长的车载激光雷达的应用需求,研究了一种大视场低畸变的成像光学系统。分析了非球面和衍射光学元件的像差特性,通过仿真优化了折衍射混合式的光学结构,给出了一种大视场、低畸变、短焦距、大相对孔径的光学系统设计。首先,本文分析了光学系统的像差特点,并根据实际使用条件选择了探测器,根据探测器的参数,计算得到光学系统的性能参数指标。该系统以双高斯结构作为初始结构,利用其对称式结构来校正畸变。由于系统长度受限,讨论了仅采用6片球面透镜系统的视场极限,视场角达到了50°,最大畸变为-0.17%。然后,本文为了扩大光学系统的视场角,采用了非球面。将非球面设置在合适的位置,研究了其像差特性和优化方法。非球面的使用,增大了光学系统的视场角和相对孔径,是校正像差、改善像质、提高性能的有效手段。于是,设计了含有非球面的折射式光学系统,视场角为90°,最大畸变为-2.42%。进而,本文为了简化系统结构,引入了衍射光学元件,研究了该光学元件的像差特性和优化方法。衍射光学元件的使用,系统从6片透镜简化为4片,结构简化显著。于是,设计了含有非球面和衍射光学元件的折衍混合式光学系统,视场角为90°,最大畸变为-2.73%。最后,本文为了进一步扩大视场角,需要增加探测器的像元数。光学系统使用了5片透镜,引入了非球面和衍射光学元件。于是,设计了大视场、低畸变、短焦距、大相对孔径的光学系统,视场角达到了110°,最大畸变为-0.32%。