航空相机的使用环境温度变化范围较大，温度的变化会在相机光学镜头中产生温度梯度，影响相机成像质量。为保证相机光学系统的成像质量，需要对镜头在一定温度范围内进行消热设计。运用ZEMAX光学设计软件对某航空相机光学系统进行了热分析，并根据分析结果运用ANSYS软件实现了多片式、大视场角光学镜头被动式消热光机一体化设计，通过镜头内部补偿环节沿轴向的微位移改变镜间距，实现对光学系统不同温度下像质的补偿。同时，研制消热补偿试验件，采用一种高精度光学非接触式在线直接检测微位移的方法，精度达到±1 μm，完成了消热补偿试验件微位移测试。结果表明：不同温度下的微位移量与分析数据一致，最后通过对采用该消热一体化设计的实际航空镜头在不同温度下的像质检测，验证了该设计的有效性，镜头在各温况下性能良好。