红外光学系统相对于可见系统有无可比拟的优势,变焦系统既可以在大视场时捕获目标,又可以在小视场时对目标进行详细观察。两档或多档变倍的光学系统在视场切换时会出现目标丢失,而连续变倍光学系统可以解决这个问题。随着军事需求的增加,红外变焦距光学系统获得了巨大发展。本文总结了国内外红外变焦系统的发展现状,研究了变焦系统设计的高斯理论,包括补偿方法的研究和正组补偿、负组补偿的高斯解分析以及两种补偿方法的比较。对红外变焦系统的冷反射进行了分析,包括冷反射产生的原因以及衡量冷反射强度的两个量:YNI和I/Ibar,并给出了冷反射的校正方法。军用仪器一般应用于野外,其性能受温度影响较大,尤其是会产生离焦现象,因此必须进行无热化设计。根据使用要求,本文采用法国256×256中波制冷探测器,用机械正组补偿方法,在专利的基础上进行编程计算,求得初始结构并设计了二十倍比变焦镜头,其F数为4 ,波长范围3.7~4.8μm ,焦距范围16.5~330mm ,视场范围±18.22°~±0.94°,总长350mm。系统在全焦距范围内,像质良好,MTF在16lp/mm时大于0.5。在优化好系统的像质后,进行了冷反射分析。同时,通过分析几种无热化设计的原理,对几种无热化设计方法进行了比较,论证了本系统适合采用机电主动式消热差。通过后固定组的微量移动在-40℃~40℃的范围内进行了消热差设计,系统在规定的温度范围内,在整个变焦过程中像质良好,像面稳定。最后,给出了凸轮曲线,曲线单调且平滑,凸轮易于加工。