全景环带透镜是一种具有超大视场的透镜。它通过一个特殊的同时具有折反折表面的光学结构,把360°视场投影在一个平面上,形成一个圆环像。这种结构因为体积小,能实现全景实时监控,使用方便,正在越来越多地被应用于军事、医疗、监控等领域。由于全景环带透镜的视场很大,现存的全景环带光学系统焦距均较小(约1mm)。而对于某些领域,短焦距的全景环带光学系统远远不能满足要求。针对这种需求,本文对焦距约为10mm的超半球全景环带光学系统的光学/机械设计、加工和应用进行了全面而系统的研究。本文首先通过理论分析和设计实践,阐述了消色差结构在全景环带光学系统设计中的重要作用。提出使用全新的胶合式全景透镜代替普通全景透镜。设计并制造了焦距10.2mm,带有胶合式全景透镜的全景环带光学系统。为了进一步简化该全景光学系统的结构,减少透镜片数,提高光线透过率,本文提出在全景环带光学系统中引入衍射表面。设计实例表明,衍射表面对于全景光学系统的像差校正有着非常好的帮助,可以大大简化全景环带光学系统的结构。为了解决衍射表面在宽波段光谱效率不集中,成多个像的问题,本文又提出使用多层衍射结构代替普通的单片衍射透镜。通过理论分析计算,使用双层衍射结构的透镜,可以使可见光光谱范围内的光线在+1级的衍射效率均大于94%,并有效抑制其它级次的衍射效率,进一步简化光学系统。设计并加工制作了一套带有双层二元面的全景环带成像光学系统,对系统测试结果进行了详尽的分析,并对下一步工作提出了指导性建议。最后,本文为全景环带透镜的应用提出了一种全新的,同时使用两片全景环带透镜和一个CCD探测器实现立体成像的光学系统,并对该系统的原理进行了阐述。本文的主要创新有：对全景环带光学系统的光学特性进行了全面的分析,提出了带有普适性的全景环带光学系统的设计方法。设计并加工出一种新的全景环带成像光学系统,其系统焦距约为现有全景光学系统10倍。提出了使用胶合式全景环带透镜代替传统单片全景透镜；在后继转像透镜组中引入多层衍射表面等方法,对该光学系统进行了改进和完善,使得系统参数保持不变的情况下,系统结构得到很大简化。本文还针对各种方案分别进行了工程样机试制。同时,本文提出了全景环带光学系统在立体成像方面的全新应用。