通常，红外光学系统所处的使用环境都在常温常压下，未考虑温度变化等因素对光学系统成像质量的影响。然而对于特殊用途的红外光学系统而言，所处的环境温度会有很大的变化。当温度改变时，由于光学材料与结构材料的热不稳定性，当环境温度变化时，光学元件的曲率、厚度和间隔将发生变化，同时元件材料的折射率也发生改变，从而引起系统焦距变化，像面发生位移，导致系统性能急剧下降，图像质量恶化。因此，需要对该类系统进行消热差设计。本文利用ZEMAX光学设计软件，设计了一个4片式长波红外折射消热差系统，全部使用球面。该系统在

分析了衍射光学元件在红外折射-衍射混合光学系统中的消热差特性, 指出衍射光学元件本身对热差的贡献是微小的, 但它的特殊色散特性却在红外折射-衍射混合光学系统设计中间接地起到了消热差的作用。 设计了适用于3～5 μm波段的红外折射-衍射混合光学系统并进行了分析。

研究了衍射光学元件的温度效应以及混合光学系统的消热差设计方法, 给出了视场4.2°、 冷光栏效率100%、 温度范围在-30～70℃的红外折射/衍射混合消热差系统的设计结果。

红外搜索跟踪系统(IRST)工作时，宽视场(短焦)实现对目标的宽域搜索；窄视场(长焦)实现对目标的定位跟踪。较之于折射变焦系统，四反射变焦系统具有较好的消色差和消热差特性，结构紧凑，可满足机载平台对IRST温度适应性、小型化和轻量化的要求。介绍了一种基于最佳最小二乘法和赛德尔像差理论的变焦四反射镜设计方法。实例设计表明了该设计方法的正确性与可行性。在连续变焦过程中，光学系统调制传递函数接近衍射极限，像质良好。