安防监控镜头作为视频监控系统的核心组成部件,其性能直接决定着视频监控系统的整体成像效果。随着“中国天网”的推进,市场对安防变焦监控镜头的需求激增,对其性能也提出了更高要求,兼具大变倍比、大相对孔径、宽光谱、小型化和高像质的变焦监控系统是目前的需求方向,也是设计的热点和难点。本文主要基于市场需求及企业指标要求,完成了一款总长小于166mm、F数范围为1.6～4.5、变倍比为22倍且像素高达200万的日夜型安防变焦监控镜头的光学设计。首先,论文在分析不同变焦形式的基础上,选择了2-4组机械补偿式的变焦形式,并通过高斯光学分析论证了该变焦形式在实现系统大变倍比设计上的可行性及优势。其次,通过高斯参数计算、理想光学仿真、组元设计和组元重组的方法架构了变焦系统的初始结构,并利用光焦度和偏角分布检验了初始结构的合理性;根据系统像差的特点制定了像差校正的综合方案,通过Zemax完成了系统像差的校正,并采用多种像质评价方式对系统像质进行了全面而综合评价;依据目前的加工工艺、组装水平对系统进行公差分析,通过优化各公差的敏感度使系统可加工性与良品率满足要求。然后,通过重整化设计的方法完成了变焦曲线拟合,既保证了变焦曲线的平缓又确保了每一焦距处均具有良好的像质;通过机电主动式补偿技术对系统进行温度补偿设计,确保系统在-40℃～ 60℃的高低温环境均良好成像。最后,本文采用2-4组机械补偿式的变焦形式并利用通过组元设计与重组所架构的初始结构,实现了变倍比达22倍的安防变焦镜头的光学设计。该变焦镜头云共有12枚标准球面透镜和3枚非球面透镜,既保证了镜头具有良好的像质又兼顾了小型化设计的要求。该变焦镜头在奈奎斯特频率为125/mm处,轴上点MTF值均大于0.4,轴外点MTF值均大于0.3,像质良好,总像素达200万。镜头总长仅为165.75mm且最大通光孔径小于60mm,结构紧凑。镜头的变焦曲线连续且平滑,确保了变焦过程的顺畅与像质,同时,镜头公差满足加工工艺且具有良好的高低温适应性。