为了提高变焦光学系统在复杂环境下的高分辨率探测能力，解决现有多波段光学系统中光路转换和波段切换耗时长、系统反应慢、不同波段目标信息存在差异的问题，设计了一种可见光（0.38～0.76 μm）、中红外（3～5 μm）共口径连续共变焦光学系统，系统工作焦距为7.52～98.35 mm，变焦比为13×.基于正组补偿变焦理论分析了任意变焦位置处可见光、中红外变焦比的差异及其变化规律，推导了三片薄透镜消色差理论和双波段焦距补偿表达式.对变倍组和补偿组的光焦度进行合理匹配，使系统在任意变焦位置处的焦距及变焦比都相同，提高了双波段目标信息的一致性.根据使用要求，采用光学被动式完成双波段光学系统在－40~+60℃温度范围内的消热差设计.设计结果表明，系统结构紧凑，反应速度快，整体成像质量良好，可实现昼夜全天候工作.