红外成像技术发展迅速,其在变焦镜头上的应用越来越广泛。红外变焦镜头分为多档变焦和连续变焦两种,多档变焦系统由于其设计焦距固定,只可在固定焦距处成清晰像,而连续变焦系统由于凸轮结构的存在,可在设计焦距范围内稳定变焦成清晰像,介于此红外连续变焦系统越来越多的被广泛应用于安防、测温、探测制导等军、民用领域。随着无人机技术的迅速发展,近年来红外连续变焦系统越来越多的应用在机载红外光电载荷中,但无人机载荷的体积、重量等因素普遍受限,所以变焦范围大、系统体积小的光学系统更加受青睐。研究此类大F数的中波红外连续变焦光学系统后,发现其变倍比一般小于30倍且光学总长很难控制到200mm以内。因此,设计变倍比达到30倍且光学总长小于170mm的中波红外连续变焦系统对于提升机载光电载荷的综合性能具有重要意义。为解决传统红外连续变焦系统无法兼顾高变倍比和小型化的问题,本文提出了一种从前固定组中分离出一片透镜作为两档移动组并结合传统连续变焦方式中的变倍组和补偿组组合成新型的复合连续变焦方式,此种复合连续变焦方式有助于实现设计高变倍比光学系统的目标。完成了对该复合连续变焦模型的建立,运用复合连续变焦模型针对制冷型中波红外640×512焦平面阵列探测器,设计了焦距范围12～360mm,F数为4,工作波段为3.7～4.8μm的30倍的红外连续变焦系统。系统应用多个衍射光学元件并结合非球面的使用,实现了校正像差、提高像质、缩短总长的目标,系统无需添加反射镜折叠光路,光学总长仅有160mm,采用二次成像技术,实现了100%冷光阑效率。还对该复合连续变焦型光学系统中衍射光学元件的加工参数和衍射效率进行了分析,对系统抑制冷反射的能力进行了评价,对凸轮曲线的拟合进行了优化。该光学系统具有变倍比高、结构小型化、全视场像质优良,衍射效率高以及凸轮曲线平滑等优点,在光电探测等领域具有良好的应用前景。