随着科学技术的发展,以及现代光电跟踪、观察、测量系统对观测精度和跟踪能力要求的不断提高,从而使得光学系统结构的设计也变得越来越复杂,变焦距结构形式越来越多样化。为满足测量系统的需求现代光学测量系统多采用变焦距结构形式。变焦光学系统的探测精度高、结构复杂,提高系统的稳定性。本文主要分析了多组元全动型变焦距光学系统的稳像理论,以及运动透镜组的机械凸轮曲线设计方法,并设计了一种全动型变焦距物镜光学系统。首先,从变焦距光学系统成像理论出发,结合矩阵光学及动态光学的基础理论,根据变焦距光学系统的基础成像公式,推导满足变焦距光学系统要求的稳像方程,建立变焦距光学系统设计的数学模型,得到凸轮曲线的求解方法。其次,利用得到的变焦距稳像方程及凸轮曲线设计方法,设计全动型变焦距物镜,并验证稳像方程以及凸轮曲线理论公式。本文依据变焦距光学系统的理论分析,利用动态光学稳像原理结合矩阵光学的成像公式,推导变焦距光学系统的稳像方程,建立全动型变焦距光学系统的数学模型,设计光学系统的凸轮曲线。结合光学设计软件CODE V优化变焦距物镜系统参数,使得设计的全动型变焦距物镜在矫正像差的同时满足像面稳定的要求,补偿或消除由于光学系统中各组元的运动所造成的像相对接收器的偏移。文中给出了变焦距物镜的稳像方程的动态光学分析过程,得到了一个变倍倍率为10X,焦距范围为27mm~270mm的变焦距物镜,光学系统F/#数为4~6,视场为4.2°~33°。并给出了CODE V成像质量分析,MTF等。