成像光谱仪能够在获取目标的二维空间信息的同时得到连续的光谱图像,也就是说成像光谱仪可以同时对光谱维和空间维的信息进行采集。光谱维信息能够识别目标的属性,空间维的图像信息能够反映目标的空间分布特性,这种把图像和光谱信息结合在一起的特点,使得成像光谱仪成为当前最重要的空间对地观测仪器之一。成像光谱仪的特殊应用方式对其前端物镜有着对应的诸多设计需求,如宽光谱、像方远心、消色差、变焦距等,这些需求增大了物镜的设计难度,对最终光谱成像质量有重要影响,因此有必要对物镜模块进行重点设计。文中针对可见光和红外光宽光谱的掩膜板式成像光谱仪,深入研究其像方远心前置物镜的设计,对变焦和宽光谱消色差等特性进行了重点设计和分析。其中变焦系统采取机械补偿的方式,实现了前置物镜的3倍变焦。采用最小偏向角法对玻璃组合进行光学自动化筛选,以满足变焦物镜的宽光谱消色差设计需求,简化了初始结构选取的过程,提升了光学系统设计的整体效率。最终完成了能够工作在400nm-1000nm谱段,焦距为49.3mm-148mm范围,F数为4.3的宽谱段消色差变焦物镜光学系统的设计。三个焦距下的二级光谱均小于0.045mm,实现了像方远心,在66lp/mm处的调制传递函数值均大于0.5,整体接近衍射极限,成像质量良好。除此之外,文中还绘制了变焦系统的凸轮曲线,并对变焦系统进行公差分析,为实际加工提供理论参考。