与定焦镜头相比,变焦镜头的放大倍率可变,无需调整光学系统的位置便可以不同分辨率对目标成像,能有效提高探测效率。作为超光谱成像仪的前置物镜,目前的变焦镜头存在相对孔径小和像方非远心等问题,致使系统光能利用率低、光谱分辨率和信噪比低、光栏不匹配,难以满足高分辨率超光谱成像仪的使用要求。本文针对这些问题,开展大相对孔径像方远心变焦物镜的研究。第一章介绍本课题的意义和变焦距系统的发展概况。第二章首先介绍变焦距系统的概念、分类与比较,然后根据超光谱成像仪的技术指标要求,分析适合于所研制超光谱成像前置变焦物镜的结构选型,最后给出机械补偿变焦距系统的高斯光学分析。第三章介绍前置变焦物镜初始结构的求解方法。首先是确定前置变焦物镜的光焦度分配,然后通过编制程序求各组份的基本像差参量PW,接着通过分解PW值确定各组份结构参数,包括确定各组份的透镜数、分配各组份透镜光焦度、求单透镜的PW和求双胶合透镜PW。最后,用上述方法计算得到正组机械补偿变焦前置物镜的初始结构。第四章利用前两章介绍的方法,设计正组机械补偿前置变焦物镜和换根正组机械补偿前置变焦物镜。给出优化设计方法、优化结果、凸轮曲线和像质评价。设计得到的系统具有相对孔径大、结构紧凑、像方远心、成像质量高、像面照度均匀等优点。第五章根据变焦物镜特有的结构,对优化设计得到的正组机械补偿变焦前置物镜进行公差优化分配。第六章总结本论文的工作及创新点,并对今后的研究提出展望。