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０引言随着精密制导和空间遥感技术的发展，单一波段的红外光谱成像系统已不能满足探测准确度的需要。
根据目标和背景的辐射及反射特性，对可见光或红外光谱中的两个或多个波段辐射进行探测和比较就非常重要［１］。
同时，无论是军用还是民用，在空间遥感领域对空间光学系统分辨率的要求也越来越高。
这就要求在多光谱的条件下，光学系统需长焦距和大口径甚至大视场才能满足需要［２］。
离轴三反射镜光学系统具备与共轴全反射光学系统相同的优点，如无色差、无二级光谱、使用波段范围宽、易做到大孔径、抗热性能第３７卷第４期红外与激光工程２００８年８月Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．４ＩｎｆｒａｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ．２００８离轴三反射镜光学系统研究宋岩峰，邵晓鹏，徐军（西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安７１００７１）摘要：离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点，能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求，使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点，成为研究的热点。
以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础，重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法。
主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析，讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围，有利于系统根据实际需要合理选择结构参量。
比较了两种初始结构设计方法的优缺点，指出了各自的适用情况。
最后依据理论研究进行了实例设计，从像质的评定结果可以看出，系统成像质量接近衍射极限。
关键词：光学设计；全反射光学系统；离轴三反射镜光学系统中图分类号：ＴＨ７０３文献标识码：Ａ文章编号：１００７－２２７６（２００８）０４－０７０６－０４Ｏｆｆ!ａｘｉｓｔｈｒｅｅ!ｍｉｒｒｏｒｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍＳＯＮＧＹａｎ!ｆｅｎｇ，ＳＨＡＯＸｉａｏ!ｐｅｎｇ，ＸＵＪｕｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，ＸｉｄｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｆｆ!ａｘｉｓｔｈｒｅｅ!ｍｉｒｒｏｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｗｉｄｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ，ｌｏｎｇｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｓｍａｌｌｖｏｌｕｍｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ，ｓｐａｃｅｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｉｔｍａｋｅｓｔｈｅｓｐａｃｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｓｍａｌｌｖｏｌｕｍｅ．Ｂａｓｅｄｏｎａｂｒｉｅｆｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓｔｏｄｅｓｉｇｎｏｆｆ!ａｘｉｓｔｈｒｅｅ!ｍｉｒｒｏｒｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｒａｎｇｅｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｅｌｅｃｔｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ａｌｏｎｇｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｓｕｉｔａｂｌｅｆｉｅｌｄｔｏｂｅｕｓｅｄ．Ｅｘａｍｐｌｅｄｅｓｉｇｎｓｗｉｔｈｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｎｅａｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ；Ａｌｌｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ；Ｏｆｆ!ａｘｉｓｔｈｒｅｅ!ｍｉｒｒｏｒｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ收稿日期：２００７－１０－１５；修订日期：２００７－１１－１０基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０４０７０１２）作者简介：宋岩峰（１９７８－），男，河南三门峡人，硕士，主要从事光学设计和光电图像处理研究。
成像光谱仪宽视场离轴三反望远系统的光学设计成像光谱仪宽视场离轴三反望远系统的光学设计摘要：成像光谱仪是一种光学设备，通过对光波的分光和成像，能够对物体进行高精度的光谱测量，是现代高科技领域中不可或缺的重要设备之一。
本文就宽视场离轴三反望远系统的光学设计展开讨论，探讨如何通过构建光路，克服离轴场和色差的问题，实现高精度成像。
关键词：成像光谱仪；光学设计；离轴三反望远系统；宽视场；色差一、引言成像光谱仪是一种利用空间光学技术，将光波分光后进行成像的一种高科技仪器。
它具有精度高、分辨率好、稳定性强等特点，在化学、生化、医学等领域中得到广泛的应用。
本文将主要讨论宽视场离轴三反望远系统的光学设计，为读者提供一份系统的分析和设计方案。
二、光路设计在成像光谱仪中，光路设计是非常重要的一步。
通过光路的设计和构建，能够克服离轴色差等问题，实现高精度成像。
本文采用的是离轴三反望远系统，这种系统的主要优点是可以消除离轴像差，提高成像质量。
而且，在宽视场的情况下，也能够有比较好的成像效果。
离轴三反望远系统主要包括四个光学元件，分别是物镜、准直镜、弯晶镜、平行光板。
物镜起到了成像的重要作用，是整个光路中影响成像质量的关键元件。
准直镜和弯晶镜则能够控制离轴像差的大小，提高成像质量。
平行光板则是起到相干光传播的作用，使得光在系统中保持相干性，从而保证了成像的清晰度和稳定性。
为了提高宽视场的成像质量，本文采用了黎曼透镜的设计方式。
黎曼透镜具有宽视场、大孔径等优点，在成像光谱仪中应用广泛。
因此，将黎曼透镜的设计方式应用到离轴三反望远系统的光学设计中，可以显著提高成像质量。
三、色差控制色差是成像光谱仪中所面临的一大问题。
色差的存在，会导致成像的清晰度和精度下降。
因此，在系统的光学设计中，需要采用一些控制色差的方法，以保证成像的高精度和稳定。
一种解决色差的方法是采用同时具有正像差和负像差的镜头设计。
这种设计方式能够有效减弱色差的影响，提高成像的质量和精度。
红外反射式光学系统光机结构设计与分析作者：付家鑫韩旭付跃刚张玉石郭晟男来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：为实现红外双波段共孔径光学系统，设计出一种采用大孔径、无焦反射式光学系统，并详细介绍该系统结构.中波和长波MTF值在25线对下均大于0.3.考虑到该光学系统野外使用时复杂的运输环境，利用有限元法对简化后的卡塞格林式望远系统进行低阶振动特性和模态特性分析.通过比较2种材料的模态分析计算结果，最终选取铝合金为金属材料，保证1阶固有频率大于50 Hz，满足野外运输条件，说明该系统结构合理可行.关键词：卡塞格林系统结构；双波段；共孔径；模态分析； Patran； MSC Nastran中图分类号：TB96；TB115.1文献标志码：B0引言随着红外技术的发展，各种红外光学系统在军事和民用领域得到广泛应用.目前，机载、舰载、地面以及各种航天设备中的常规红外望远镜系统已无法满足现代化应用的要求.[1]红外双波段共孔径光学系统功能上更加全面，可充分利用红外波段目标自身的热辐射特征进行监视探测，避免有用信息的丢失.[2-3]在空间环境和军事应用中，由于载体的活动范围扩大，光学系统往往需要承受各种不同环境下振动对系统结构产生的影响.基于有限元法在工程分析中的重要地位，采用有限元法对系统结构进行模态分析，低阶弹性模态能反映出系统结构整体刚度，是结构振动时重要的刚度分析指标.针对红外卡塞格林式望远系统的光机结构设计，详细介绍这种大口径、无焦反射式望远系统结构，包括主镜与次镜的支撑结构、次镜调整机构和分光组件等.基于有限元分析法，在保证系统结构力学特性的情况下，对卡塞格林望远系统结构进行简化处理.利用Patran对系统结构中卡塞格林望远系统结构进行建模，使用MSC Nastran进行计算，通过模态分析系统结构的振动特性，分析低阶固有频率并选取合适的金属材料，使系统结构满足运输过程中的复杂环境[4].1光学系统光学系统指标如下：工作波段为3～5 μm时，中心波长为4 μm；工作波段为8～12 μm 时，中心波长为10 μm；相对孔径D/f=1：2（F#=2）；口径为200 mm；焦距f为400 mm.望远系统包括折射式、反射式和折反式等3种类型.通过比较，选择反射式望远系统，不仅能保证较高的探测能量、物镜口径大、光能损失少，而且有利于探测设备的小型轻量化设计[5].本文探测设备应用卡塞格林望远系统，光学路径模拟示意见图1.入射光经过主反射镜和次反射镜到达三镜，三镜是对中波红外透射、长波红外反射的半反半透镜.在25线对下光学系统MTF曲线见图2，可知，均大于0.3.为减少环境温度对系统的影响，系统采用光学材料组合来减小系统热差的影响.红外材料反射镜采用热膨胀系数几乎为0的微晶玻璃，分光镜选择ZnSe，其他透镜用Ge和Si，对于本文设计所做的结构关键技术在于，卡塞格林望远系统结构稳定、次镜调整结构以及分光组件结构装调方便.2机械结构2.1整体结构红外双波卡塞格林望远系统整体结构剖视图见图3，其由主反射镜部件、次反射镜部件和分光镜部件等组成，各个部件之间采用柱面配合、螺钉紧固的方式连接.主镜筒及其他连接件选择金属材料45号钢[6].对于杂散光的处理，通过在主镜筒内设消杂光螺纹、在各压圈及内壁涂消杂光漆，并在主镜内和次镜前加遮光罩等，最大限度地消除杂光[7].2.2主镜结构在卡塞格林望远系统中，反射镜面形变化对系统成像质量的影响要比折射镜大得多.如图4所示，主反射镜的口径为200 mm，为保证反射镜的面形，主镜支撑结构与镜筒柱面配合，并用4个螺钉连接，使用压圈固定主镜位置，镜筒外的加强筋保证运输过程中主镜筒的结构稳定.主镜中心孔处加装带有消杂光螺纹的遮光罩，避免杂散光直接入射到三镜.4结束语详细介绍一种用于红外双波段共孔径光学系统结构，采用的卡塞格林望远系统实现小型轻量化设计.次镜的调整机构保证系统反射镜与三镜的间距，系统装调简易、方便.根据野外工作的运输要求，对系统结构进行动力学分析，利用Patran与MSC Nastran对简化后的卡塞格林式望远系统结构进行模态分析.金属材料选取45号钢时，1阶固有频率只有23.591 Hz，小于50 Hz，在运输中会产生共振，无法运输；改用铝合金材料，1阶固有频率大于50 Hz，说明铝合金材料满足野外复杂的运输要求，减少系统结构设计初期的缺陷.为提高结构可行性，还应对其进行更全面的模拟仿真分析和试验.参考文献：[1]黄志立，李波，李奇，等. 现代光电瞄准系统[J]. 光机电信息， 2011， 28（3）： 58-64.HUANG Zhili， LI Bo， LI Qi， et al. Modern optical targeting systems[J]. OME Information， 2011， 28（3）： 58-64.[2]王海涛，安兵. 一体化红外双波段成像光学系统[J]. 红外与激光工程， 2008， 37（3）： 489-492.WANG Haitao， AN Bing. Unified infrared imaging optical system of dual spectral[J]. Infrared and Laser Engineering， 2008， 37（3）： 489-492.[3]许中胜，徐邦荃. 红外系统波段特性比较[J]. 电光与控制， 2001（3）： 43-46.XU Zhongsheng， XU Bangquan. Performance comparison of two infrared wave bands[J]. Electronics Optics &Control， 2001（3）： 43-46.[4]秦琴，顾永杰，陶津平，等. 望远镜系统的结构设计及有限元分析[J]. 光电工程，2008， 35（6）： 130-134.QIN Qin， GU Yongjie， TAO Jinping， et al. Finite element analysis of R-C telescope system[J]. Opto-Electronic Engineering， 2008， 35（6）： 130-134.[5]王富国，杨飞，陈宝刚，等. 大口径主焦点式光学系统轻量化结构设计、分析与试验[J]. 红外技术， 2011， 33（1）： 4-8.WANG Fuguo， YANG Fei， CHEN Baogang， et al. Lightweight structure design， analysis and test of lager aperture and prime focus optical system[J]. Infrared Technology， 2011， 33（1）： 4-8.[6]Jr YODER P R. Opto-mechanical systems design[M]. 周海宪，程云芳，译. 北京：机械工业出版社， 2008： 103-131.[7]杨锐，苏毅. 卡塞格伦望远镜系统杂散光分析[J]. 光电工程， 2003， 30（5）： 48-65.YANG Rui， SU Yi. Analysis for stray light of a Cassegrain telescope[J]. Opto-Electronic Engineering， 2003， 30（5）： 48-65.[8]LIU Shubin， GAO Tianyuan. Structure design and finite element analysis of receiving system for optical communication[J]. Key Engineering Materials， 2013， 552（1）： 548-553.[9]张书瀚. 大口径平行光管野外适应性研究[D]. 长春：长春理工大学， 2012.[10]胡于进，王璋奇. 有限元分析及应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2009： 195-198.（编辑陈锋杰）。
大口径红外离轴三反光学系统设计及公差分析孙永雪;夏振涛;韩海波;王珂;陈刚义【摘要】在空间光学领域中,光学系统的发展趋势为长焦距、大视场、轻量化、大相对孔径、高成像质量等.为适应该发展趋势,对大口径反射式光学系统进行研究,在共轴三反系统的成像理论基础上,为避免中心遮拦,提高成像质量,采用视场离轴方式,设计了一款大口径离轴三反式光学系统.该光学系统在奈奎斯特空间频率17lp/mm处,光学传递函数MTF大于0.75,成像质量接近衍射极限.此外,光学系统公差的合理分配是影响相机总体性能的主要因素,运用公差灵敏度分析和反转灵敏度分析,计算各公差对光学系统成像质量的影响,给出了合适的公差分配,经过模拟分析,按照给定的公差加工装调,系统光学传递函数大于0.55.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】6页(P803-808)【关键词】红外系统;光学设计;公差分析;离轴三反系统;红外光学材料【作者】孙永雪;夏振涛;韩海波;王珂;陈刚义【作者单位】上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TN216引言在航天遥感领域中，长焦距、高分辨率的红外相机发挥着越来越重要的作用。
相机的地面分辨率与光学系统的角分辨率有关，由于衍射极限限制，要实现高分辨率就要求光学系统具有大的口径。
在光学系统设计中，由于材料、重量和价格等的限制，长焦距、大口径的光学系统多采用反射式结构。
反射式光学系统以其无色差，光路可折叠，便于缩短筒长，结构紧凑，易于轻量化，口径和焦距都可以做的很大，以及对温度变化不敏感等优点，在航天遥感领域备受关注[1-2]。
反射系统一般分为双反射镜系统和三反射镜系统，其中双反射镜系统由于优化变量少，不能满足大视场、大相对孔径要求；三反射镜系统有3个半径、2个间隔、3个非球面系数共8个参数，在满足焦距和主要像差后有充分的变量来满足外形尺寸的要求，也可降低系统高级像差。
双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计姚 波，袁立银，亓洪兴，舒 嵘（中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室上海 20083）摘要：提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统，该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成，设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统，不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求，而且提高了系统的光学效率，使系统结构更加紧凑，双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光，实现了宽光谱分光，提高了衍射效率，系统实现光谱范围覆盖450～2500 nm，全视场达23.9°。
关键词：光学系统设计；双通道成像光谱仪；离轴三反射；棱镜-全息透射光栅-棱镜中图分类号：TH744.1 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2013)07-0419-06Optical Design of a Dual-channel Imaging Spectrometer Sharing theOff-axis TMA SystemYAO Bo，YUAN Li-yin，QI Hong-xing，SHU Rong(Key Laboratory of Space Active Opto-Electronics Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, CAS, Shanghai 200083, China)Abstract：This paper presents an optical system for a dual-channel pushbroom hyperspectral imaging spectrometer which shared a main optics. This optical system consists of the main optics, slit, collimator, dichroic mirror and the optical components of VISNIR and SWIR. The two channels sharing off-axis Three-Mirror Anastigmatic (TMA) telescope system is designed, which is not only to meet the requirements of the imager about field of view, wide spectra, but also to improve the optical efficiency and make the system more compact. Prism Grating-Prism (PGP) components are used to achieve a wide spectrum spectrophotometry and high diffraction efficiency, whose response covers the range from 450 to 2500nm with a 23.9° field of view.Key words：optical design，imaging spectrometer，off-axis three-mirror system，Prism Grating-Prism(PGP)0引言近年来随着对地观测的需求和光电技术的进步，成像光谱仪已发展成为新一代遥感仪器，它将传统二维成像技术与光谱仪技术有机结合，能在获取地物二维空间几何信息的同时，以高光谱分辨率获取目标的光谱信息，具有超多波段、高光谱分辨力、高空间分辨力的特点，比多光谱图像包含了更丰富的地物目标信息。
因此，高光谱成像在地质地理、植被调查、大气探测、海洋遥感、农业科技，环境监测、减灾防灾及军事应用等方面具有广泛应用前景[1]。
国内外比较典型的高光谱成像仪仪器有美国JPL实验室的A VIRIS[2]，中国的OMIS[3]，PHI[4]，德国的DAIS[5]等。
星载高光谱成像仪主要以美国为主，典型的如EO-1卫星的Hyperion[6]，海军NEMO 卫星的岸带高光谱成像仪COIS[7]，以及火星勘探成像光谱仪CRISM[8]和月球矿物制图仪Moon Mineralogy Mapper[9]等，谱段主要集中在可见近红外-短波红外，这些高光谱成像仪提供的丰富高光谱数据已在多个应用领域发挥了重要作用。
在高光谱成像仪的研制过程中，研制成败的一个关键环节就是光学系统的选择和设计，直接影响着仪器的性能、体积和质量。
对于传统的望远系统设计，有折射系统和反射系统2种选择，其中折射系统需要采用特殊的材料和结构来消除二级光谱色差，反射系统不产生色差，孔径、焦距都可以做得很大，且宜于轻量化。
现有的两反系统虽然结构形419420 式简单，但系统自变量少，只有轴上点成像符合理想，视场不能做得很大。
不能满足大视场、大相对孔径的要求。
在三反系统中，同轴三反射系统虽然结构比较简单，但成像质量受次镜的遮拦影响较大，辐射利用率也不高，降低了光学系统的分辨率，一方面不能有很大的视场，另一方面还要增加口径来保证有一定的接收辐射能量。
针对这些问题，本文对高光谱成像仪光学系统的选择进行说明，给出了一个共用离轴三反射光学系统的双通道高光谱成像仪设计结果。
1 应用要求及主要技术指标本推帚式高光谱成像仪要求对450～2500 nm 光谱范围内的地物特性进行高光谱成像探测，并开展在水、土、农、林、矿等资源、环境、海洋领域的初步应用。
系统的主要技术指标如表1所示。
表1 主要技术指标 Table 1 Primary specifications可见近红外短波红外光谱范围 450～950 nm 950～2500 nm焦距 40 mm 37.5 mm 全视场 23.9° 23.9°F 数 3.4 3.4 狭缝尺寸 16 mm ×30 μm 16 mm ×30 μm物镜共用离轴三反射镜 FPA 像元尺寸 16 μm 30 μm空间维 1024元 500元波段数 128 256 光谱分辨率4.6 nm 6.1 nm2 设计思想该系统由离轴三反射镜（TMA ）主光学望远系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外（VISNIR ）光谱仪后光学和短波红外（SWIR ）光谱仪后光学组成，光谱仪采用棱镜-全息透射光栅-棱镜（PGP ）分光方式。
2.1 工作原理地物辐射信号经过离轴三反射主光学系统会聚，成像在狭缝平面上，经准直镜、转折镜后，由分色镜分成VISNIR 波段和SWIR 波段。
VISNIR 波段透射进入VISNIR 通道经PGP 分光后会聚成像到可见近红外探测器上。
SWIR 波段透射进入SWIR 通道经PGP 分光后会聚成像到短波红外探测器上。
此时，面阵探测器中的一维完成空间成像，称为空间维，另一维完成光谱成像，称为光谱维，再经由平台向前（Y 方向）运动而完成大范围的推帚成像，如图1。
2.2 离轴三反系统离轴三反射镜（TMA ）望远系统采用视场离轴的三反系统[10-11]，TMA 系统根据离轴方式不同分为光阑离轴和视场离轴两种类型。
光阑离轴的TMA 系统，孔径光阑在主镜上，一般有中间像面，光学系统很不对称，所以视场角不能做太大。
视场离轴的三反系统，孔径光阑放在次镜上，使光学系统比较对称，视场角可以设计成很大，成像质量好，并且容易实现像方远心。
因此根据高光谱成像仪的望远系统的特点，选择视场离轴的TMA 系统作为其图1 推帚式成像光谱仪原理图 Fig.1 Sketch of pushbroom imaging spectrometer2013年7月 姚 波等：双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计 July 2013421结构型式，用无中间像的共轴三反系统作为初始结构，主镜和三镜同为二次非球面，次镜用凸球面，无中心遮拦通过倾斜视场来实现，这样设计像差校正能力较强。
该望远系统共有8个变量，包括3个半径、2个间隔和3个二次曲面系数，满足焦距、像散、球差、彗差、场曲后，还剩余3个可变参数用于光学系统结构要求，实现完全无遮拦，光学系统的视场问题解决了，同时成像质量也得到了极大地改善。
2.3 PGP 分光原理棱镜-全息透射光栅-棱镜（PGP ）分光方式是一种较为新颖的组合分光技术[12-13]，能保证整个分光系统为同轴系统，对光校和系统的结构设计比较有利，这种分光方式使光谱的线性度和衍射效率均能达到很高，采用折射光学元件并且光学系统同轴后，对入射光线的偏振特性不敏感，色散图像的空间维和光谱维几何象差几乎没有。
其原理如下：在全息透射光栅前面加一块折转棱镜，使主光轴不偏转的情况下，满足布拉格条件，使衍射效率最高；在光栅后面再加一块棱镜，目的是使光束经组件分光后，其光谱的长波和短波光束相对于光轴成中心对称。
3 设计过程及结果3.1 主光学设计从温度适应性和宽波段的角度考虑，选用离轴三反射镜系统作为主光学，在主光学之后对接双通道光谱仪。
由于主光学系统的后截距比较短，并方便视场配准，双通道共用反射式准直镜，再用分色镜分光成VISNIR 通道和SWIR 通道。
望远物镜设计为TMA 望远物镜形式，遵循仪器紧凑轻小、与光谱仪光瞳匹配的原则，如图2。
由于光谱仪采用离轴视场，为避免仪器结构件之间相互干扰，望远镜选用了较大的离轴视场，而像面畸变是随视场的增大而加大。
但现阶段简易的图像处理技术可以消除这一影响，因而设计中不需要考虑这种畸变的消除。
设计结果见表2。
表2 望远物镜的设计指标Table 2 Specifications of the designed telescope指 标 设计结果 焦距 40 mm图2 TMA 主光学望远镜光路图 Fig.2 TMA telescope raytrace图3为主光学望远镜MTF 图，从望远物镜的点列图（图4）可知，全视场物镜的弥散斑RMS 半径在3 μm 以内，接近衍射极限。
远小于可见近红外的探测器像元16 μm 和短波红外探测器的像元30 μm 。
3.2 光谱仪设计光谱仪采用折反射式结构，准直镜为一块凹球面反射镜，会聚镜采用透镜组，分光器件采用直视型的PGP 分光器件，将三者对接组成光谱仪的初始结构，通过设定keystone 和smile ，进行光谱仪的优图3 主光学望远镜MTF 图 图4 主光学望远镜弥散斑图 Fig.3 Telescope MTP diagrams Fig.4 Telescope RMS diagrams2013年7月 Infrared Technology July 2013422 化。
