现代光电成像系统为提高成像性能,往往通过增加透镜数量来校正光学像差,当系统进一步实现变焦功能时,还需采取更复杂的结构,即采用多个透镜组做一定规律的轴向移动,来实现系统焦距的变化并使系统像面在整个变焦过程中维持稳定。此时,多个透镜组的准确移动需要一个经过精密加工的凸轮机构来控制以保证变焦过程的顺利进行。因此变焦镜头的结构复杂度通常比定焦系统更高、体积和重量也更大。为了简化变焦系统,本文研究一种光-数混合变焦系统设计方法。该方法采用编码相位面作为变焦系统中的像面漂移补偿元件,使系统对变焦过程中变倍组移动产生的像面漂移不敏感,从而产生一系列中间编码模糊像,之后通过图像复原算法对该模糊像进行解码便可获得视觉上清晰的图像。编码面的加入可替代传统变焦系统中的补偿透镜组,同时可取消凸轮机构的使用,最终降低变焦系统的结构复杂度。本文主要研究内容如下:（1）基于波前编码技术理论,及对光-数混合变焦系统最大像面漂移量与系统参数关系的推导,初步验证波前编码元件补偿变焦系统像面漂移的可行性及有效性。（2）在以往波前编码系统优化方法的基础上提出基于平衡光学像差、离焦准一致性和探测器噪声的全局优化光-数混合系统优化评价标准。该优化准则利用了光学软件本身计算得到的系统数据,因此计算速度较快,且易于在商业光学设计软件中实现。（3）利用上述优化方法设计三片式光-数混合变焦系统,并在相同的参数下设计四片式机械补偿变焦系统以对比两系统的成像性能和结构复杂度,从而验证光-数混合变焦系统设计方法简化系统结构的能力。本文通过对光-数混合变焦系统设计方法的理论分析、设计方法描述及对该方法有效性的验证,证明了一种新型的变焦系统设计方法的可行性及有效性。设计结果表明,光数混合变焦系统可采用更简单的系统结构、更少的透镜数量,实现可媲美传统复杂变焦结构的成像质量,该方法可应用于低变倍比的变焦系统设计中,来降低传统变焦系统的结构复杂度、减轻设计人员的工作量、减小体积重量等。