根据连续变焦理论模型, 编制连续变焦计算程序, 求得变焦系统初始解, 建立理想光学模型, 通过选材选型及迭代优化, 实现仅由 4片红外透镜及两片平面反射镜组成的中波红外连续变焦光学系统。该系统 F#为 4、工作波段为 3.7～4.8 .m、视场变化范围为 20°×16°～2.0°×1.6°、光学零件最大口径为 71 mm、零件总重 64 g, 系统包络为 172 mm×108 mm, 系统采用两个二元衍射面用于消色差, 通过材料合理配置及主动补偿实现系统消热差设计。该中波红外连续变焦光学系统重量轻、总长短、包络小, 在－40℃～＋60℃温度范围全视场成像质量良好。

基于中波制冷型640 pixel×512 pixel(15 ?滋m)凝视焦平面探测器, 设计了远距离探测/识别的高清晰大变倍比连续变焦热像仪。该热像仪变倍比为35, 长焦处瞬时视场(IFOV)为 0.027 mrad/pixel, 在标准大气环境中观察视场角为35°×28°, 能够对4 m×3 m×2.3 m尺寸的车辆进行55 km处探测、15 km处识别(识别概率为50%), 满足现代光电**系统的远距离作战需要。热像仪采用平滑的变倍-补偿曲线光学系统设计、单导轨/双滑块变焦结构技术、自适应伺服控制技术以及红外图像增强技术, 获得了在整个大变倍比的连续变焦过程中图像始终清晰并且无间断点。在奈奎斯特频率处(18 cyc/mrad)进行最小可分辨温差(MRTD)测试, 测试结果表明该热像仪性能优良, 证明该热像仪的各项关键技术实现了从理论设计到整机系统的工程化研究。

一次成像的简化式红外光学系统冷屏与出瞳不能匹配，致使系统受到杂散光干扰。在此情况下，对冷屏的开孔形状进行合理优化设计对杂散光的抑制十分必要。利用数学中的最优化计算来解决冷屏形状的优化问题，建立了优化变量和优化目标函数的数学模型，提出了全局优化和局部优化相结合的方法，分别用区间穷举法和阻尼最小二乘法完成，以得到较优的冷屏开孔形状。利用本方法，对一个现有的简化式热像光学系统设计了冷屏开孔形状，解决了该系统中由冷屏与出瞳不匹配造成的杂散光干扰的问题，从而验证了提出的冷屏优化设计方法的正确性与实用性。

在卡塞格林光学系统的设计中引入曼金反射镜、中继镜组，以提高卡塞格林光学系统承担视场和相对孔径的能力。通过设计实例表明，这种改进后的卡塞格林系统承担视场、相对孔径的能力得以很大提高，像质、结构长度满足设计的要求。

介绍了一种用于非制冷凝视焦平面探测器的长波红外双视场光学系统设计实例，该系统工作波段为8～12μm，变倍比为2.5倍，采用轴向移动变焦方式。引入一个衍射光学元件，减少了光学零件的数量，减轻了系统质量，具有成像质量高、体积小、重量轻等优点，并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价。