为实现对望远镜系统中光学元件表面缺陷在线检测, 介绍了一种用于光学元件表面缺陷检测的变焦距成像光学系统, 采用机械变焦形式实现变焦功能。根据望远镜系统技术要求计算出变焦距系统的关键参数, 通过Zemax软件设计并优化得到最终结果, 整个变焦系统的设计实现了90 mm~540 mm的6倍变焦, 在变焦过程中F数和像面位置保持不变, 变焦系统总长为553.1 mm。从调制传递函数(MTF)、点列图2个方面分析了系统的成像质量, 系统在各焦距处的MTF值在100 lp/mm处均大于0.3, 物方分辨率优于0.055 mm, 在不同焦距处弥散斑半径均方根值均控制在艾里斑半径范围内。最后对系统环境适应性进行了分析, 讨论了工作温度范围为-10℃~40℃时对系统成像质量的影响, 并给出了温度补偿方案。实验结果表明, 补偿后的系统成像质量良好, 满足实际需求。