为解决在强辐射环境中使用红外热像仪时由辐射导致其性能退化迅速的技术问题, 基于机械正组补偿式连续变焦结构形式, 通过在后固定组中引入反射镜来形成折转式光学系统, 避免后端探测器直面前方辐射射线。设计了一种工作波段为8～12 m、F数为1.2、焦距为25～90 mm的非制冷红外连续变焦光学系统。结果表明, 该系统结构合理、成像良好, 在探测器对应的特征频率42 1p/mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.2, 满足应用需求。加工装调后, 经实际成像测试, 验证了设计的准确性。

利用普通红外光学材料实现的大视场光学被动无热化系统应用于当前新型高分辨率、大面阵红外探测器时存在透镜数量多，不易实现轻量化、小型化的技术问题。为此，引入了低折射率温度系数的硫系玻璃，并设计了一种工作波段为8~12 m、视场为40°×325°、F数为10且适配1280×1024探测器的光学被动无热化成像光学系统。设计结果表明，在-55℃~70℃的工作温度范围内，探测器特征频率42 1p/mm处的光学传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值均大于035，系统成像性能良好，能够满足实际工程应用需求。

为适应机载光电系统对红外热像仪光学系统小型化、轻量化的要求, 采用前端无焦扩展倍镜与后端连续变焦光学系统组合的方式, 实现了 30～660 mm的 22倍连续变焦光学系统。该系统的光学总长为 244 mm, 总长/最大焦距比为 0.37, 系统具有光学总长小、变倍比大的特点, 适用于远距离目标探测的大型机载光电吊舱系统中。将前端无焦扩展倍镜去掉后, 后端连续变焦光学系统可以实现 15～330 mm的 22倍连续变焦光学系统, 该系统的光学总长为 138 mm, 总长/最大焦距比为 0.42, 可作为独立的连续变焦系统应用于近距离目标探测的中小型机载光电吊舱系统中。设计结果显示, 该系统在两种状态下均成像良好, 在探测器对应的特征频率 33 1p/mm处, 中心视场的 MTF值均在0.3附近, 接近衍射极限, 0.7视场的 MTF值均在 0.2附近, 边缘视场的 MTF均在 0.15附近, 能够满足应用需求。

在大视场红外光学系统中，基于普通红外光学材料实现的光学被动无热化系统存在透镜数量多且不易实现轻量化、小型化的技术问题。为解决这个问题，采用硫系玻璃与常用红外材料组合来实现光学被动无热化，并设计了一种视场为40°×32.5°、工作波段为8~12 m、F数为1.0、工作温度范围为-55℃~+70℃的小型化非制冷红外成像光学系统。设计结果表明，该系统结构简单紧凑、成像性能良好，在空间频率42 1p／mm处的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF)值大于0.3，能够满足实际工程应用的需求。

为解决在高辐射环境中使用的红外热像仪，由于辐射导致其性能退化迅速的技术问题，采用二次成像两档变倍光学系统进行“L”型折叠的结构形式，设计了焦距为30/120 mm的非制冷红外双视场成像光学系统。其工作波段为8~12 μm，光学系统F数为1.1。设计结果表明，该系统结构简单紧凑、体积小、成像良好，在探测器对应的特征频率30 1p/mm处的MTF值大于0.4，满足应用需求。

为适应新型1024×768元大面阵高分辨率非制冷红外探测器及红外热成像系统小型化的需求,采用机械正组补偿式连续变焦结构形式,并通过合理分配各透镜的光焦度,设计了一种焦距为25～75 mm、工作波段为8～12 m、 F数为1.2的非制冷红外连续变焦成像光学系统。该系统由五片透镜组成,总质量仅为255 g,光学总长度为125 mm。设计结果显示,该系统结构简单紧凑、体积小、成像良好,在探测器对应的36 1p／mm特征频率处的调制传递函数（Modulation Transfer Function,MTF）值大于0.3,满足应用需求。

研究了双组联动长波红外连续变焦光学系统设计，设计了工作波段为 7.7 .m～9.5 .m，焦距为 30 mm～360 mm，F数为 2.24的双组联动连续变焦光学系统，设计结果表明，成像质量好，在 33 1p/mm空间频率处的调制传递函数值均超过 0.15。

为了使微小型无人机光电吊舱能够实现红外热成像系统小型化并适应不同的环境条件，基于光学被动无热化方式，通过合理分配不同材料透镜的光焦度并同时引入衍射面，设计了一种工作波段为8～12 μm、视场为24.5°×19.7°、F数为1.0的非制冷无热化红外成像光学系统。该系统由四片透镜组成，其总重量仅为35 g。光学系统的总长度为38 mm。结果表明，本文系统具有结构简单紧凑、后截距大、成像良好等特点，在30 1p/mm空间频率处的调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)值大于0.3，满足应用需求。

为增大周视成像系统视场的同时有效降低红外光学系统的复杂度, 采用折反式光学结构, 通过反射镜及透镜光焦度的合理分配, 引入衍射面。分别设计了视场为360°×(-40°～50°)的折反式一次成像非制冷红外周视成像光学系统及视场为360°×(-30°～50°)的折反式二次成像光学系统。其工作波段为8～12 m, 光学系统F数为1.2。该系统可实现360°全方位和一定俯仰角度范围内凝视成像。设计结果表明, 该系统的结构简单紧凑, 后截距大, 成像良好, 在空间频率20 1p／mm处的调制传递函数(Modulated Transfer Function, MTF)值大于0.4, 能满足应用需求。

开展了大靶面中波红外连续变焦光学系统设计研究, 设计出了一种机械正组补偿式连续变焦光学系统。该系统的工作波段为3.7~4.8 m, 焦距为50~580 mm, F数为4.5; 靶面直径为24.6 mm, 适用于目前新推出的像元间距为15 m 的1280×1024元制冷型中波红外焦平面探测器。在实现长焦距、高分辨率的同时, 可保持光学系统具有大视场角, 进而有效提高机载光电系统的目标搜索与识别能力。设计结果表明, 本文系统的成像质量高, 在30 1p／mm空间频率处的调制传递函数值接近0.2。