随着红外技术的发展,红外连续变焦镜头以其卓越的性能倍受青睐。连续变焦系统的优势在于变焦过程当中成像画面清晰、不间断。成像质量与变焦结构的好坏有莫大的关系,因此本文以某公司所承担的国家新产品研制为依托,针对凸轮带动运动镜框滑动的变焦结构形式,运用运动学分析方法与有限元方法进行一系列相关研究,为变焦结构的设计提供相关理论依据。首先,根据变焦镜头性能要求进行光学系统设计,并对变焦曲线进行拟合,使变焦曲线具有行程短、转矩小的特点。其次,由于运动镜框与镜筒为间隙配合,导致镜片在变焦过程中发生偏移与偏转,针对不同长径比运动镜框与导向钉和镜片在运动镜框不同位置,在不同运动姿态下对镜片的影响进行分析,得出运动镜框最优结构形式,实现变焦过程成像质量的良好。然后,依托运动镜框分析结果与实际光学系统结构对运动镜框进行设计,使运动镜框满足运动过程对镜片影响小,而且不会发生遮光现象,同时降低了运动镜框在启动时所需转矩。基于已设计的变焦结构对镜头整体结构进行设计,并对镜头进行运动学分析,通过分析结果可以说明所设计的变焦结构满足使用要求。再者,由于低温环境下运动镜框对镜片挤压过大,针对三角形、梯形和圆形三种运动镜框开槽释压方案进行对比,得出以梯形释压方案低温环境下对镜片的挤压最小,同时不会造成在高温环境下镜片应力变大。采用梯形方案对镜头中的所有运动镜框进行改进,以提高成像质量。最后,对所设计的镜头进行了常温以及高低温成像实验。实验结果表明,变焦镜头在变焦过程中具有成像效果好同时对环境的适应性好的特点,因此本论文的研究结果可以应用在类似变焦结构中,同时研究方法对类似产品的研究具有一定的指导意义。