多运动组共轨型紧凑变焦光学系统

传统变焦系统广泛运用的机械补偿型变焦结构在一定程度上存在总长较大、结构笨重的问题，难以符合小型化设备对光学系统体积和质量的严格约束。为了解决上述问题，讨论了多运动组变焦系统稳定成像原理，提出了一种基于多运动组共轨型结构的紧凑变焦光学系统模型，以五组元变焦系统为设计载体，详细阐述了从设计指标制定到高斯解分析再到优化方案的完整设计流程，并通过性能评估验证了设计结果的有效性。设计结果表明：该系统采用3片玻璃透镜与7片塑料透镜组合，用69 mm总长实现了23~69 mm三倍连续变焦，其中F数为2.4~4.5，像高为8.49 mm，工作波段为435~650 nm，系统质量控制在30 g以内，全视场全焦段成像质量优良，变焦曲线平滑无拐点。该多运动组共轨型紧凑变焦光学系统设计模型在固定行程条件下扩大了单个运动组元的有效移动范围，在压缩变焦系统轴向尺寸的同时，保障了连续变焦过程中的像质稳定性，为实现变焦光学系统的紧凑型设计目标提供了有效路径。此外，通过透镜材料玻塑混合配置方案实现了系统的轻量化。