Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size

Kun ZHANG; Zheng QU; Xing ZHONG; Jingchen LI; Xi ZHANG

doi:10.37188/OPE.20223011.1263

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Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size

Modern Applied Optics | 更新时间：2022-06-21

- Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size
- Optics and Precision Engineering Vol. 30, Issue 11, Pages: 1263-1271(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院光电技术研究所，四川成都 610207
  2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130033
  3.长光卫星技术有限公司，吉林长春 130102
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20223011.1263
  CLC： TH703
- Received：23 November 2021，
  
  Revised：04 January 2022，
  
  Published：10 June 2022
- 稿件说明：
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张坤,曲正,钟兴等.30倍轻小型变焦光学系统设计[J].光学精密工程,2022,30(11):1263-1271.

ZHANG Kun,QU Zheng,ZHONG Xing,et al.Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1263-1271.
张坤,曲正,钟兴等.30倍轻小型变焦光学系统设计[J].光学精密工程,2022,30(11):1263-1271. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1263.

ZHANG Kun,QU Zheng,ZHONG Xing,et al.Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1263-1271. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1263.

摘要

针对机械补偿式变焦光学系统难以同时实现大变倍比和轻小型设计的难题，提出了一种高倍率轻小型机械补偿式变焦光学系统的设计方法。为了降低高倍率变焦光学系统色差和球差的校正难度，对机械补偿式变焦光学系统的光焦度分配原理进行了理论分析。然后，提出采用平滑换根的“+，

，+，+”光焦度分配方式结合固定光阑口径变

数的方法，来实现大变倍比轻小型设计，并通过参数设定和光学设计软件联合解算的方法，快速有效地解算出较佳的初始结构参数。最后，使用全球面透镜设计了一款大变倍比轻小型的连续变焦光学系统，该系统的最大口径为67 mm，全长为190 mm。该变焦系统具有成像质量好、变焦曲线无拐点等优点。

Abstract

Developing a lightweight and compact mechanical compensation zoom optical system with a high zoom ratio is challenging. Therefore， this study investigates a design method for a lightweight and compact mechanical compensation zoom optical system with high magnification. First， to simplify the correction of chromatic and spherical aberration in the high magnification zoom optical system， the focal power distribution principle of the mechanical compensation zoom optical system is analyzed theoretically. Then， the “+，－， +， +” optical focal length distribution method with smooth root exchange and fixed aperture to change the F-number is proposed to realize a lightweight and compact design. In addition， the joint solution method using parameter setting and optical design software is adopted to solve the initial structure parameters quickly and effectively. Finally， a lightweight and compact continuous zoom optical system with a high zoom ratio is designed using spherical lenses based on the proposed design method. The maximum diameter of the zoom optical system is 67 mm， and the total length is 190 mm. In addition， the zoom system is also characterized by good imaging quality and no inflection point in the zoom curves.

关键词

Keywords

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杜玉楠，牟达，刘莹莹，等 . 20×长波红外变焦光学系统设计［J］. 红外技术， 2013 ， 35 （ 10 ）： 607 - 611 . doi: 10.11846/j.issn.1001_8891.201310002 http://dx.doi.org/10.11846/j.issn.1001_8891.201310002

DU Y N ， MU D ， LIU Y Y ， et al . Design of 20× long wavelength infrared zoom optical system ［J］. Infrared Technology ， 2013 ， 35 （ 10 ）： 607 - 611 . （in Chinese） . doi: 10.11846/j.issn.1001_8891.201310002 http://dx.doi.org/10.11846/j.issn.1001_8891.201310002

JO S H ， PARK S C . Design and analysis of an 8× four-group zoom system using focus tunable lenses ［J］. Optics Express ， 2018 ， 26 （ 10 ）： 13370 - 13382 . doi: 10.1364/oe.26.013370 http://dx.doi.org/10.1364/oe.26.013370

MIKS A ， NOVAK J . Paraxial analysis of zoom lens composed of three tunable-focus elements with fixed position of image-space focal point and object-image distance ［J］. Optics Express ， 2014 ， 22 （ 22 ）： 27056 - 27062 . doi: 10.1364/oe.22.027056 http://dx.doi.org/10.1364/oe.22.027056

马海宽，曹煊，褚东志，等 . 应用于海洋监测的水下变焦镜头设计［J］. 激光与光电子学进展， 2017 ， 54 （ 10 ）： 68 - 73 . doi: 10.3788/LOP54.100101 http://dx.doi.org/10.3788/LOP54.100101

MA H K ， CAO X ， CHU D ZH ， et al . Design of underwater zoom lens for marine monitoring ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2017 ， 54 （ 10 ）： 68 - 73 . （in Chinese） . doi: 10.3788/LOP54.100101 http://dx.doi.org/10.3788/LOP54.100101

PARK S C ， LEE S H . Zoom lens design for a 10× slim camera using successive procedures ［J］. Journal of the Optical Society of Korea ， 2013 ， 17 （ 6 ）： 518 - 524 . doi: 10.3807/josk.2013.17.6.518 http://dx.doi.org/10.3807/josk.2013.17.6.518

SUN W S ， CHU P Y ， TIEN C L ， et al . Zoom lens design for 10.2-megapixel APS-C digital SLR cameras ［J］. Applied Optics ， 2017 ， 56 （ 3 ）： 446 - 456 . doi: 10.1364/ao.56.000446 http://dx.doi.org/10.1364/ao.56.000446

贺磊，张建隆，杨振 . 6 . 5倍微小型可见光变焦光学系统设计［J］. 光学仪器， 2019， 41 （ 2 ）： 46 - 52 .

HE L ， ZHANG J L ， YANG ZH . Design of a 6.5 times microscale continuous visible zoom optical system ［J］. Optical Instruments ， 2019 ， 41 （ 2 ）： 46 - 52 . （in Chinese）

张欣婷，亢磊，吴倩倩 . 超高倍变焦光学系统设计［J］. 应用光学， 2018 ， 39 （ 4 ）： 466 - 469 . doi: 10.5768/JAO201839.0401004 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201839.0401004

ZHANG X T ， KANG L ， WU Q Q . Design of ultra-high zoom optical system ［J］. Journal of Applied Optics ， 2018 ， 39 （ 4 ）： 466 - 469 . （in Chinese） . doi: 10.5768/JAO201839.0401004 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201839.0401004

姚清华，闫俊岑 . 高变倍比变焦光学系统设计［J］. 应用光学， 2015 ， 36 （ 5 ）： 667 - 672 . doi: 10.5768/JAO201536.0501001 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201536.0501001

YAO Q H ， YAN J C . Design of zoom optical system with high zoom ratio ［J］. Journal of Applied Optics ， 2015 ， 36 （ 5 ）： 667 - 672 . （in Chinese） . doi: 10.5768/JAO201536.0501001 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201536.0501001

张健，罗天娇，罗春华，等 . 30 mm~300 mm轻型变焦物镜光学系统设计［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 1 ）： 51 - 57 . doi: 10.5768/JAO201940.0101009 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201940.0101009

ZHANG J ， LUO T J ， LUO CH H ， et al . Optical system design of 30 mm-300 mm light weight zoom objective ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 1 ）： 51 - 57 . （in Chinese） . doi: 10.5768/JAO201940.0101009 http://dx.doi.org/10.5768/JAO201940.0101009

刘圆，叶德茂，王建楹，等 . 50 mm～1000 mm大变倍比变焦光学系统设计［J］. 应用光学， 2020 ， 41 （ 6 ）： 1147 - 1152 . doi: 10.5768/JAO202041.0601002 http://dx.doi.org/10.5768/JAO202041.0601002

LIU Y ， YE D M ， WANG J Y ， et al . Design of 50 mm-1000 mm zoom optical system with high zoom ratio ［J］. Journal of Applied Optics ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 1147 - 1152 . （in Chinese） . doi: 10.5768/JAO202041.0601002 http://dx.doi.org/10.5768/JAO202041.0601002

LIU Y P ， YANG B ， GU P X ， et al . 50× five-group inner-focus zoom lens design with focus tunable lens using Gaussian brackets and lens modules ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 20 ）： 29098 - 29111 . doi: 10.1364/oe.404098 http://dx.doi.org/10.1364/oe.404098

陈吕吉，李萍，孙琪艳 . 20×长波红外连续变焦光学系统设计［J］. 红外技术， 2012 ， 34 （ 8 ）： 458 - 462 .

CHEN L J ， LI P ， SUN Q Y . Design of LWIR zoom optical system with 20： 1 zoom range ［J］. Infrared Technology ， 2012 ， 34 （ 8 ）： 458 - 462 . （in Chinese）

郁道银，谈恒英 . 工程光学［M］. 北京：机械工业出版社， 2011 .

YU D Y ， TAN H Y . Engineering Optics ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2011 . （in Chinese）

闫晶，刘英，孙权，等 . 10倍中波红外连续变焦光学系统设计［J］. 激光与光电子学进展， 2014 ， 51 （ 1 ）： 161 - 166 . doi: 10.3788/lop51.012201 http://dx.doi.org/10.3788/lop51.012201

YAN J ， LIU Y ， SUN Q ， et al . Design of 10 × MWIR continuous zoom optical system ［J］. Laser & Optoelectronics Progress ， 2014 ， 51 （ 1 ）： 161 - 166 . （in Chinese） . doi: 10.3788/lop51.012201 http://dx.doi.org/10.3788/lop51.012201

王谭，袁屹杰，吴英春，等 . 连续变焦镜头凸轮曲线压力升角优化研究［J］. 电光与控制， 2021 ， 28 （ 1 ）： 61 - 65 . doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2021.01.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-637X.2021.01.014

WANG T ， YUAN Y J ， WU Y CH ， et al . Pressure angle optimization for cam curve of continuous zoom lens ［J］. Electronics Optics & Control ， 2021 ， 28 （ 1 ）： 61 - 65 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2021.01.014 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1671-637X.2021.01.014

侯国柱，吕丽军 . 五组元变焦镜头凸轮曲线设计［J］. 红外技术， 2018 ， 40 （ 5 ）： 477 - 480 .

HOU G ZH ， LÜ L J . Cam curve design of five component zoom lens ［J］. Infrared Technology ， 2018 ， 40 （ 5 ）： 477 - 480 . （in Chinese）

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