成像光谱仪将光学成像技术与光谱仪技术的融合，能同时探测二维空间信息和一维光谱信息，在地质分析、矿产勘探、地面测绘、军事监测、医疗器械、自然灾害预警等方面有着广泛的应用，是现代遥感技术科学研究中十分重要的探测仪器。棱镜-光栅型成像光谱仪具有结构简单、易装调、光通量大的特点，但传统P-G-P光谱成像系统存在谱线弯曲，严重影响其探测精度。鉴于此，本文对棱镜-光栅型光谱成像技术进行了较为深入的研究。首先，介绍了光谱成像系统的原理、分类以及研究现状，基于成像光谱仪重要的系统参数，分析影响其探测精度的因素并提出改进方法。然后，着重介绍了棱镜和光栅分光原理，从理论上推导了棱镜和光栅产生谱线弯曲的公式，并建立模型推导出棱镜-光栅组合分光器件的光谱弯曲公式。在光谱成像系统的设计中，利用棱镜和光栅谱线弯曲方向相反的特性，提出通过校正中心波长的谱线弯曲使全工作谱段谱线弯曲对称分布；再利用物镜的畸变补偿校正全工作谱段的谱线弯曲和光谱弯曲。优化系统设计后，成像光谱仪系统的谱线弯曲和光谱弯曲均在1μm以下，小于1/6像元大小；系统成像质量优于目前商用同种仪器的相关性能。结合机械3D建模与杂散光分析软件对系统进行杂光分析，并利用光阑和消光螺纹消除系统杂散光，提高了光学系统信噪比。为了满足实际加工和生产要求，文中对系统进行公差分析，并制定出详细的系统装调方案。结合实际加工水平，完成光学结构和机械结构的设计。最终，加工并组装出实验原理样机。本文研究设计的棱镜-光栅型成像光谱仪系统，具有探测精准、体积小的特点，更利于提高系统的分辨率，可望用于超光谱显微成像、野外科研、车间质检和航空航天遥感光谱成像等方面。