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成像光谱仪是在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的一种能获取物体的二维空间信息和一维光谱信息的光学遥感仪器。此类多维成像仪器在大气科学、地质、天文、生态、生物医学、宇宙探测等学科中具有非常重要的应用价值和战略意义。光栅型成像光谱仪由前置望远物镜和光谱成像系统两部分组成。它原理简洁、性能稳定。本文以光栅型成像光谱仪光学系统为研究方向,主要做了以下工作：首先,在了解成像光谱仪的应用及分类,总结国内外成像光谱仪现状及发展趋势的基础上,明确课题研究的主要内容。然后,阐述光栅型成像光谱系统的相关理论,为光栅型成像光谱仪光学系统的设计提供理论依据及指导。其次,对光谱成像系统进行设计,依据仪器使用要求,确定光谱成像系统技术参数,针对传统Czerny-Turner结构的平面光栅光谱成像系统宽波段内像差校正能力有限,成像质量较低等问题,采用基于凸面光栅的光谱成像系统。结果表明基于凸面光栅的光谱成像系统像差矫正能力强,结构紧凑,成像质量理想完全满足了光谱成像系统的设计指标要求。再次,对前置望远物镜系统进行设计。依据前置望远物镜应与光谱成像系统匹配的原则,确定前置望远物镜的技术参数,选用卡塞格林结构作为初始结构,针对传统卡塞格林结构主次镜均为非球面时像差矫正能力依然有限的问题,为了提高前置望远物镜成像质量的同时降低加工难度,前置望远物镜采用改进后的卡塞格林系统,结果表明成像质量较好,且便于加工及装调。最后,将光谱成像系统与前置望远物镜拼接后对整个光学系统结构进行微调,完成光栅型成像光谱仪光学系统的设计。利用ZEMAX软件对系统的加工和装调公差进行分析,设计结果表明,该光学设计方案完全满足光栅型成像光谱仪的应用要求且是可行的。光栅型成像光谱仪在整个波段内单个波长的点列图RMS半径均小于2.87um。成像点80%的能量集中在Φ7.5μm范围内。在整个工作光谱波段各视场在特征频率331p/mm处的光学传递函数(MTF)均大于0.6,光学系统成像质量接近衍射极限,光学总长336mm.整个光学系统结构简单、像差校正能力强、结构尺寸较小。