光谱成像技术是一种利用多通道对目标光谱进行探测及成像的技术,可根据不同物体的光谱特性对目标进行识别。中波红外光谱成像系统更广泛应用于军事、民用以及医疗等领域。为了在获得光谱信息的同时适应不同视场的使用需求,实现大视场追踪,小视场瞄准,并且能够对目标的中波红外光谱信息进行探测,本文设计了一款中波红外光谱成像系统。系统工作波段为3~5μm,F#=4.0,该系统由前置变焦系统、光谱成像系统和中继系统三部分组成。前置变焦系统实现60~300mm连续变焦,光谱成像系统采用光栅型offner同心结构进行光谱分光及成像。系统选用制冷型中波红外探测器,采用二次成像中继系统实现光学系统与探测器的冷光阑匹配。根据物像交换原则及光焦度分配原理对前置变焦系统和中继系统的初始结构进行计算。采用波像差理论与Zemax的宏语言功能相结合的方法,提出小像差系统设计理论,应用宏语言构建了小像差系统的优化模型,实现对系统波像差的精确控制。完成各子系统设计后,对其进行组合得到中波红外光谱成像系统,光谱分辨率达到25nm,设计结果显示系统在各焦距位置及各谱段下,系统的调制传递函数在探测器截止频率33lp/mm处接近衍射极限,点列斑均方根半径小于探测器一个像元尺寸,系统成像质量良好,满足了设计指标要求。最后对光学系统各元件公差进行分析,并获得合理的公差分配。