设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统, 焦距为30 mm ~ 300 mm, 视场角为1.1°~ 11.4°, F数为3.5。由于变焦系统焦距较长, 并且需要在控制口径的前提下减轻质量, 经过对变焦理论进行分析并结合实际情况, 采用正组补偿, 运用Zemax软件, 对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计, 优化过程中加入非球面, 达到简化结构, 提高像质的作用; 在不影响像面照度的情况下, 对轴外光线进行了适当的拦光, 使得有效口径尽量变小, 同时对系统的部分透镜材料进行替换, 平衡了高像质与轻质量间的矛盾, 最终使系统的总体质量从937 g减小到584 g, 且系统像质良好, 轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3, 轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2, 各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5, 畸变小于1%。根据变焦运动方程, 运用Matlab软件进行编程计算, 得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线, 在变焦的过程中像面比较稳定, 调焦顺畅。

在一些环境比较恶劣的情况下,需要密封使用的变倍望远镜,经常会将转像及变焦集成到目镜上,这样更有利于整体进行密封设计。因此设计了一种在可见光波段具有实像面转像变焦目镜的方案。通过对目镜初始结构的分析,高斯光学的计算,运用Zemax软件对选定结构进行优化设计,得到三组元4倍变焦目镜。目镜在变焦时入瞳的位置保持不变,出瞳位置的变化在3 mm之内。传递函数曲线、畸变和倍率色差均符合目视光学系统的设计要求。根据动态光学理论,用Matlab软件设计了凸轮曲线,使得变焦的过程中像面比较稳定,调焦平滑。虽然目镜结构略显复杂,但光学镜片均采用球面,降低了整体目镜的成本,而且便于加工装配。