本发明实施例提供了一种光学变焦系统、镜头和摄像机，按照光线入射的方向，光学变焦系统包括：焦距为正的第一透镜群、焦距为负的第二透镜群、光阑、焦距为正的第三透镜群、焦距为正的第四透镜群、分光棱镜、可见光图像传感器以及不可见光图像传感器；第一透镜群、光阑、第三透镜群以及分光棱镜在光学变焦系统中的位置相对固定；第二透镜群在第一透镜群和光阑之间移动，第四透镜群在第三透镜群和分光棱镜之间移动以实现变焦；分光棱镜对可见光和不可见光进行分光；可见光图像传感器设置在分光棱镜的第一出光面的一侧且与第一出光面平行；不可见光图像传感器设置在分光棱镜的第二出光面的一侧且与第二出光面平行。从而提高光学变焦系统的成像质量。