30倍轻小型变焦光学系统设计

张坤; 曲正; 钟兴; 李京宸; 张茜

doi:10.37188/OPE.20223011.1263

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30倍轻小型变焦光学系统设计

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 30倍轻小型变焦光学系统设计
- Design of 30× zoom optical system with light weight and compact size
- 光学精密工程 2022年30卷第11期页码：1263-1271
- 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：
  
  张　坤（1993-），男，四川南充人，博士，助理研究员，2016年于西华大学获得学士学位，2021年于中科院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，主要从事航空航天成像光学遥感载荷总体设计方面的研究。E-mail： zhangkciomp@163.com
  钟　兴（1982-），男，四川自贡人，博士，研究员，2004年于吉林大学获得学士学位，2009年于中科院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位，现为长光卫星技术有限公司副总经理，主要从事光学遥感技术、光学测量与光学导航设备方面的研究。E-mail： ciomper@163.com
- 基金信息：
  
  知识创新工程领域前沿项目(C21K003);中国科学院科研仪器设备研制项目(YJKYYQ20210041)
- DOI：10.37188/OPE.20223011.1263
  中图分类号： TH703
- 收稿：2021-11-23，
  
  修回：2022-01-04，
  
  纸质出版：2022-06-10
- 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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