红外热成像技术在军事领域和民用工程都具有广泛的应用价值。双色红外探测器的出现,使得对于不同类型目标,不同环境条件,甚至不同识别任务的探测在同一光学系统中实现成为可能。目前我国已经有许多单位正在积极开展双波段量子阱探测器的研究。光学系统是双波段红外热像仪的重要组成部分,视场中的目标和背景图像,通过光学系统传递,成像在红外探测器上,由探测器转换成相应的电信号,电信号经过图像识别和图像处理后,在显示器上显示出可见的热图像。红外波段波长、光学材料热膨胀系数大,所以由温度变化所引起的像差和热离焦都比较明显,需要对设计进行无热化处理。因此在本论文设计了一款制冷型大视场双波段消热差定焦光学系统。因为热像仪在对具体目标进行识别时希望用长焦距、小视场,以保证识别距离和精度;但在捕获和观察时,希望用短焦距和大视场。定焦距光学系统难于满足上述使用要求,故本文设计了一款红外双波段连续变焦光学系统。本文首先从理论上分析了红外光学系统相关的红外探测器的特性,以及在红外光学设计当中需要应用到的红外光学材料,衍射元件的特性。此后,从理论上推导了双波段红外消热差光学系统的光焦度分配条件,并在此基础上建立的新型的消热差图。以推导的双波段红外消热差理论和新型消热差图为理论指导,选择材料,并优化设计了一款制冷型大视场双波段消热差定焦光学系统。最后本文从变焦理论出发,采用放缩法设计了一款20倍红外长波变焦光学系统,利用光学设计软件CODE V对光学系统进行优化,完成了 20倍红外长波连续变焦光学系统的设计,实现了 10mm-200mm的变焦。在20倍红外长波连续变焦光学系统的基础上,通过双波段消热差消色差理论和双波段消热差图选择光学系统材料,改进了一款20倍红外中波长波双波段光学系统。