本論文設計三個不同變焦比的精巧型變焦光學系統，首先設計變焦比為1.89倍，變焦範圍為36.15 mm~68 mm、光圈數(F/#)範圍為3.5~4.5、最大視場角為
64.6°的精巧型變焦光學系統。其次設計變焦比為2.55倍，變焦範圍為30.8 mm~78.45 mm、光圈數範圍為4.5~11.46、最大視場角為70.24°的精巧型變焦光學系統。最後設計變焦比為3.74倍，變焦範圍為23.29 mm~87.17 mm、光圈數範圍為5.7~9.9、最大視場角為73.8°的精巧型變焦光學系統。
本研究是以高斯光學結構為起始點，將薄透鏡加厚得到三階架構，以自訂評價函數進行優化設計，可以成功地設計出三種不同規格的精巧型變焦光學系統。

The goal for this thesis is to design three compact zoom lenses with different zoom ratios. The first design example with a zoom ratio of 1.89 has a focal length range of 36.15 mm to 68 mm, a maximum field angle of 64.6° and F/3.5-4.5. The second one with a zoom ratio of 2.55 has a focal length range of 30.8 mm to 78.45 mm, a maximum field angle of 70.24° and F/4.5-11.46. The third one with a zoom ratio of 3.74 has a focal length range of 23.29 mm to 87.17 mm, a maximum field angle of 73.8° and F/5.7-9.9.
Based on Gaussian optics structure, three different designs were successfully developed by an optimization technique with a user-defined merit function.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 文獻回顧 2
1.3.1 高斯結構 2
1.3.2 變焦方法 3
1.3.3 像差平衡 3
1.3.4 變焦光學系統設計與應用 4
1.4 論文架構 5
第二章 變焦光學系統設計原理 6
2.1 符號定義 6
2.2 變焦原理 6
2.3 兩群式變焦系統 9
2.3.1 無限共軛變焦系統 9
2.3.2 有限共軛變焦系統 10
2.4 三群式變焦系統 11
2.5 像差修正 12
第三章 變焦系統設計 13
3.1 系統設計規格 13
3.2 系統設計流程 13
3.3 優化方法 15
第四章 設計實例 18
4.1 變焦比1.89倍的變焦光學系統設計 18
4.2 變焦比2.55倍的變焦光學系統設計 38
4.3 變焦比3.74倍的變焦光學系統設計 55
4.4 設計結果與討論 73
第五章 結論 75
5.1 設計成果 75
5.2 未來展望 76
參考文獻 77

[1].穆正堂,”攝錄影機10倍光學變焦鏡頭設計與分析”,國立台北科技大學光電技術研究所,碩士論文,2003.
[2].T. Yamanashi,”Design of compact camera zoom lenses with high zoom ratios”,SPIE Vol.3129, pp. 38-49,1997.
[3].A. M. Meyers,”Compact Zoom Lenses for Photographic Cameras”,SPIE Vol.3129, pp.68-88,1997.
[4].葉茂勳,”變焦鏡頭高斯光學之設計”,國立中央大學光電研究所,碩士論文,1985.
[5].王國權,”變焦光學系統之設計與分析”, 國立台北科技大學光電技術研究所,碩士論文,2002.
[6].R. B. Johnson and C. Feng,” Mechanically compensated Zoom lenses with a single moving element”,Appl.Opt.Vol.31, pp.2274-2278,1992.
[7].C.K. Tao,”Design of zoom system by the varifocal differential equation”, Appl.Opt.Vol.31,No.13, pp.2265-2273, 1992.
[8].L. Bergstein,”General Theory of Optically Compensated Varifocal System”,
J. Opt. Soc. Am. Vol. 48, pp.154-171,1958.
[9].G.Wooters and E.W.Silvertooth,”Optically Compensated Zoom Lens”,
J.Opt.Soc.Am. Vol.55, pp.347-351,1965.
[10].林瑞興,”高解析度變焦數位相機鏡頭設計”,私立元智大學電機工程研究,碩士論文,1999.
[11]. A. Cox,” Zoom Lens Design”, SPIE Vol. 4487, pp.1-11,2001.
[12].莊褔明,”變焦鏡頭之優化程式設計”,國立中央大學光電研究所,碩士論文,1985.
[13].秦寬忠,”變焦距物鏡像差平衡之研究”,國立中央大學光電研究所,碩士論 文,1996.
[14].王俊勛,”繞射/折射複合式變焦鏡片設計”,國立交通大學光電工程研究所,碩士論文,2003.
[15].W. J. Smith,”Modern Optical Engineering”,3rd ed.,McGraw-Hill, pp.61-73
,2000.
[16].林永昌,”新型變焦鏡頭設計”,國立中央大學光電研究所,碩士論文,2000.
[17].張弘,”幾何光學”,東華書局, pp.209-218,1987.
[18].T. Itoh,”Compact Wide-angle Zoom Lens”, U. S. Patent 4726665,1988.
[19].S. Sato,”Compact Wide-angle Zoom ”, U. S. Patent 5126884,1992.
[20]. N. Toyama,”Three-group Zoom lens”, U. S. Patent 6075654,2000.
[21].ZEMAX光學設計程式手册,2003年9月版, pp. 353-399.