为了实现大靶面、大变倍比显微成像并解决同轴柯勒照明高集成度设计的问题，提出了一种基于同轴柯勒照明的大变倍比紧凑型显微镜光学系统设计方法。首先，对望远镜和显微镜连续变倍光学系统的成像原理进行了分析，并对正组补偿式变倍显微镜光学系统的设计原理进行了理论分析。然后，提出把前固定组分解为准直组和汇聚组，并在两镜组间设计分光镜，并通过共用透镜组实现同轴柯勒照明系统的紧凑型设计。最后，对大靶面连续变倍显微镜系统和与之匹配的同轴柯勒照明光学系统进行设计，设计结果表明显微成像光学系统的变倍比为10×，工作距离为60 mm，物方最高分辨率为1.75 µm，同轴照明均匀性为94.3%。该系统具有成像质量好、畸变小、变倍曲线平滑、体积小巧等特点，实验验证了该设计方法的可行性。