成像光谱仪是集精密光学技术、精密机械技术、微弱信号检测技术、探测器技术、信息处理技术于一体的综合性设备,是获取目标图像信息和光谱信息的必备设备,同时也是诸多领域进行科学研究的基础设备,如航空航天遥感、地质矿藏勘探、医药研究、农业检测,军事侦查等。成像光谱仪所采用的分光技术直接影响着仪器的结构复杂度、体积、重量及仪器性能,根据成像光谱仪的具体技术要求选择合适的分光技术极为重要。传统的棱镜色散型或平面光栅色散型成像光谱仪均存在较大的谱线弯曲和谱线色畸变,致使成像光谱仪三维图谱信息的准确提取难度增大。因此,本论文根据棱镜和平面光栅单独对平行光色散作用时,出射光线偏向角相反,谱线弯曲方向相反的特点,提出一种具有消谱线弯曲特性的棱镜-光栅组合色散元件,并对该棱镜-光栅组合色散元件的设计技术、应用技术进行了深入研究。主要研究工作如下:第一,提出一种具有消谱线弯曲特性的棱镜-光栅组合色散元件。采用矢量方法构建了棱镜-光栅组合色散元件的数值模型,根据数值模型定量分析出了棱镜、光栅的谱线弯曲特性及两者谱线弯曲互补特性,从而实现了棱镜-光栅组合色散元件结构参数的优化。第二,基于结构参数已被优化的棱镜-光栅组合色散元件,设计得到了一个光学性能优良的具有近似直视光路结构的棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪,并详细论述了棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪的光学设计方法及其公差分配方法。第三,根据棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪光学系统的基本特点,基于模块化思想提出了相应的装调方案,并完成了其机械结构设计和精密装调。根据装调方案,系统整体结构被分割为六个模块进行设计,各模块的设计不但保证了各自光学功能的实现又设计有必要的装调结构,并且模块间设计有相应的装调接口,从而确保了仪器后期的精确装调。根据装调方案,系统总体装调被分割为七个光学装调,各步骤的精确装调方法在文中均已详细论述,在装调过程中多次采用自准直法确定模块的装调姿态以确保装调的正确性。第四,设计了棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪的光谱定标系统,利用该光谱定标系统完成了棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪的光谱定标,获得了仪器的实际光谱响应函数。此外,对棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪进行了室内测试和室外测试,取得了预期的实验结果。由此证明,棱镜-光栅型高光谱成像光谱仪从核心色散元件的设计到仪器整体的光学设计、机械设计、装调工艺、定标方法均正确有效。