液体透镜是一种新型的光学元件，它是利用某种控制方法来改变镜头的形状或折射率，以此可对自身焦距进行调整。和传统变焦方式相比，利用液体透镜设计的变焦系统无需依靠移动部件即可实现焦距的变化，而且变焦响应速度快，是一种全新的变焦方式。近年来已经发展了几种不同类型的液体透镜技术，商业化的产品已经出现，为新的变焦方式创造了良好的物质基础。论文以基于液体透镜的变焦系统设计方法为研究对象，就变焦系统设计过程中可能遇到的问题展开研究。针对基于焦距可变元件的变焦系统高斯光学理论，推导出保证像面稳定的条件。在此基础上，推导出最大变倍比计算方法，可根据液体透镜焦距允许范围合理选择结构参数。利用现代几何光学方法对单片液体透镜的像差特性进行了分析，并从三级像差理论入手，分析两种像差平衡方式的适用情况，为选择更有优化“潜力”的系统初始结构提供理论参考。最后，从一实际应用出发，设计了2.5倍长焦距变焦系统。以单色系统作为初步探索，验证了变倍比计算方法和像差平衡方式的可行性，并实现了多档变倍系统。最终设计的变焦系统不但很好地解决了色差问题，而且在充分利用液体透镜变焦范围的基础上有效缩短了系统尺寸，系统总长仅135mm，全视场MTF值高于0.5。设计结果表明论文进行的研究工作对基于液体透镜的变焦系统设计具有基础性的理论指导作用。