设计了一组长焦距轻量型变焦光学系统, 焦距为30 mm ~ 300 mm, 视场角为1.1°~ 11.4°, F数为3.5。由于变焦系统焦距较长, 并且需要在控制口径的前提下减轻质量, 经过对变焦理论进行分析并结合实际情况, 采用正组补偿, 运用Zemax软件, 对变焦系统同时进行像质优化与轻量化设计, 优化过程中加入非球面, 达到简化结构, 提高像质的作用; 在不影响像面照度的情况下, 对轴外光线进行了适当的拦光, 使得有效口径尽量变小, 同时对系统的部分透镜材料进行替换, 平衡了高像质与轻质量间的矛盾, 最终使系统的总体质量从937 g减小到584 g, 且系统像质良好, 轴上调制传递函数在120 lp/mm处大于0.3, 轴外调制传递函数在120 lp/mm处大于0.2, 各视场的调制传递函数在40 lp/mm处大于0.5, 畸变小于1%。根据变焦运动方程, 运用Matlab软件进行编程计算, 得到反映变倍组与补偿组运动过程的凸轮曲线, 在变焦的过程中像面比较稳定, 调焦顺畅。

针对制冷型320 pixel×240 pixel凝视焦平面阵列探测器，设计了一款10倍中波红外连续变焦光学系统。系统采用机械正组补偿变焦结构，通过二次成像设计实现系统100%的冷光阑效率，利用硅和锗两种普通红外光学材料，通过引入合理的非球面和衍射面，借助ZEMAX光学设计软件对系统进行优化设计和像差平衡，实现了20~200 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计。设计结果表明：系统仅采用7片镜片，实现了变倍比为10、F数为2、工作波段为3.7~4.8 mm的中波红外连续变焦系统的优化设计，系统的调制传递函数在空间频率16 lp/mm处大于0.4，点斑均方根半径均小于16 mm，接近衍射极限，满足系统成像要求，且系统的变焦曲线平滑，符合变焦要求。