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。

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。

为适应不同类型建筑的红外非接触式安全与质量检测需求，针对像元尺寸为14 μm×14 μm的1024×768元高性能非制冷长波红外探测器，采用变倍组光焦度为负值、补偿组光焦度为正值的正组补偿结构形式，并合理分配各组透镜的光焦度，设计了一种焦距为30～180 mm、工作波段为8～12 μm、 F数为1.2的大变倍比非制冷红外连续变焦成像光学系统，然后对其成像效果进行了分析。结果表明，该系统在变焦过程中成像质量良好，在探测器36 1p／mm特征频率处的光学调制传递函数(Modulation Transfer Function， MTF)值大于0.3，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。

以某三十倍连续变焦镜头为例，研究了改变曲线压力角的方法。以压力角为目标函数，将凸轮曲线转角构造为分段函数对转角重新划分，压力角过大位置分配较大转角，压缩压力角较小处的转角，从而降低曲线整体压力角，并可有效抑制曲线中较大拐点.利用Matlab进行仿真计算，对比多种转角分配取值的优化结果，得到相对优化的凸轮曲线.优化结果使得曲线最大压力角值由原始的76.9°降低为41.9°.经试验验证，利用该方法优化完的变焦镜头成像质量良好，光轴跳动不大于3个像素，光轴稳定性不大于1个像素.

针对致冷型中波红外640×512凝视型焦平面探测器, 设计了一个30×连续变焦光学系统。介绍了由无后固定组的变焦物镜组和中继透镜组组成的连续变焦系统的设计思路, 不仅给出了系统在短焦、中焦、长焦3个位置的像质情况, 还分析了反映全焦距范围内像质的离焦量和畸变。实验结果表明: 该系统工作波段3.7 μm～4.8 μm, 可以实现18 mm～540 mm连续变焦, 全焦距范围内的离焦量都在焦深以内, 长焦段最大畸变接近于0, 短焦段最大畸变小于3%。该系统具有大变倍比、结构紧凑、变焦轨迹平滑、变焦行程短等优点, 可用于红外光电探测和跟踪系统。

为了降低变焦距系统设计时对经验的过度依赖，提出用Matlab仿真分析来分配变焦系统各组元光焦度。以组元之间的间隔为初始量，把变倍组的物距作为自由量，通过计算公式求出满足间隔要求的光焦度分配和组元运动形式。并通过Matlab仿真，画出变焦过程中各组元移动轨迹，分析各组元偏角、视场角等因素对系统复杂程度的影响，合理分配各组的光焦度，最后制定出初始结构。对没有经验的设计者，是一种很好的方法。为了验证该方案的可行性，设计一个14×正组补偿型变焦系统，所设计系统优化后的光焦度分配值和计算的结果很接近。