三维形貌测量技术广泛的应用于CAD. CAM、逆向工程等产品的研发、制造、检测过程中,涉及了汽车、模具、电子通信、航空航天等多个领域。本文主要是基于激光测距原理,针对大尺寸目标,如火车、飞机等,对其进行表面三维形貌测量技术的光学系统设计。其光学原理主要利用双光路比较法测距技术,测量光采用基频200THz+100GHz红外1550nm激光器,光束直径3mm,发散角10mrd；光纤输出端采用梯度折射率透镜调整光束平行度；激光扩束准直镜采用变倍式扩束镜,分别针对不同测量距离,扩束比4～7倍；传感器选取1/3英寸高感光CDD,对角线长6mm,有效像素752×582；CCD传感器采用变倍率镜头,变倍范围1/2～2/7。光学系统测量范围2～18m,测量精度0.2mm/m,光斑大小12～21mm。根据系统总体原理,本系统满足测距要求。本文首先介绍基于激光测距原理的大尺寸三维形貌测量技术的总体设计方案,然后拟定光学系统原理,接下来重点对光学系统部分进行分析。本文重点阐述了梯度折射率透镜、激光变倍扩束镜、CCD镜头等的光学设计,并根据实际加工工艺对各部分透镜进行了公差分析。最后分析总结了系统的误差来源,并对光学系统设计进行总结。