随着红外技术应用领域的扩大,对红外镜头的适应性提出了更高的要求。在众多影响红外镜头的环境因素中,温度对红外镜头产生的影响是重点考虑的因素之一,相比于可见光系统,红外光学系统在温度变化时产生的离焦量更大,进而导致镜头在高低温下的像质变差。因此,需要一些热补偿的技术来实现对红外镜头的温度自适应设计。本文在近年机械被动式温度自适应技术发展的基础上,设计了套筒式热补偿结构来实现红外镜头在高低温下离焦量的补偿。根据设计过程建立了套筒式热补偿结构的数学模型,以及相应的求解程序。通过程序的求解结果初步确定了套筒式热补偿结构使用补偿元件的热膨胀系数范围,以此结果为依据选择了相应的补偿元件材料,并通过实验测定其热膨胀系数,同时对热膨胀的过程进行仿真分析。接着在两款机械被动式温度自适应红外镜头的设计中采用套筒式热补偿结构,首先根据程序对结构进行初步设计,之后对该结构进行优化设计,并对镜头各零件之间的间隙进行仿真设计,最终确定实际加工方案。最后对本文设计的两款镜头进行高低温成像实验以及MTF测试实验。实验结果表明：采用套筒式热补偿结构的镜头能有效补偿系统离焦量,同时也说明套筒式结构的设计过程可以用于工程实践,并且可以在同类产品中推广使用。