大相对孔径意味着超光谱成像仪有大信息量和强集光能力,也意味着设计难度的增大,是人们不懈追求的方向。大相对孔径超光谱成像仪要求有大相对孔径的前置成像物镜与其匹配,否则它的大相对孔径优势不能得到充分发挥,本文以此为出发点致力于大相对孔径前置成像物镜的研究。第一章介绍超光谱成像仪的原理和开展前置成像物镜研究的必要性。第二章从超光谱成像仪的技术指标和应用要求出发,确定前置成像物镜的技术指标;根据确定的技术指标及其与一般望远物镜的区别进行结构选型,综合分析和比较折反系统、共轴反射系统以及离轴反射系统,选择无中间像的离轴三反射镜系统作为前置成像物镜的结构型式,它具有宽波段、结构紧凑、像方远心及后工作距离长的特点。第三章简要介绍二次曲面和自由曲面的定义;然后,给出利用共轴三反射镜系统初级像差理论,求解初始结构参数的方法和结果。根据技术指标,采用不同面型并借助Code V光学设计软件优化设计三个满足技术指标和像质要求的方案。结合当前加工工艺进行分析比较,指出次镜为球面的方案,有利于加工,且成本低;自由曲面方案结构紧凑,成像质量达到衍射极限,但目前加工成本还比较高。第四章简要介绍空间编码超光谱成像仪的原理,针对该系统的矩形面视场要求,给出分别采用二次曲面和自由曲面的前置成像物镜设计结果。第五章介绍离轴三反射镜系统的公差制定方法,给出第三章中的次镜为球面方案的公差分析,得到了符合当前加工工艺要求的公差分配结果,并给出加工检测方法。另外探讨和分析了自由曲面方案的公差分配。第六章总结论文工作,给出创新点,并展望自由曲面的应用前景。