光学系统的无热化设计和多波段共孔径光学设计。无热化设计包括中波红外变焦光学系统，和近红外变焦光学系统，包括双视场和光学补偿的连续变焦系统；多波段共孔径包括中波与长波红外的共孔径共焦面变焦光学系统设计。

介绍了凝视面阵双视场长波红外光学系统设计及无热化技术。采用两种不同的光学构型实现视场切换，第一种方案通过轴向移动一组透镜实现视场切换，第二种方案通过旋转变倍插入镜组实现视场切换，对比了它们各自的优缺点。研究发现旋转变倍光学系统光学性能优于轴向两档变倍光学性能，但不适合采用光学被动式无热化设计；两档变倍光学系统在小变倍比的情况下（倍率小于4），各项光学性能良好，且较容易采用光学被动式无热化设计，实现轻量化小型化设计。设计中引入非球面降低系统残余像差，减少了镜组个数，降低了系统成本。光学系统工作波段

设计了一个无热化双视场长波红外光学系统，工作波段7.7~9.7 μm。通过轴向移动一组透镜实现红外系统双视场设计，为了满足光学系统大温度范围工作的需求，采用光学被动无热化的设计方法，通过合理分配光学元件材料，利用不同材料的热差特性来消除整个光学系统的热离焦，实现了红外光学系统的无热化设计。像质评价结果表明，光学系统在全温度范围内（-60 ℃~+70 ℃）双视场成像质量好，接近衍射极限。