1.一种自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述光谱仪包括自由曲面凹面光栅，所述自由曲面凹面光栅具有一自由曲面，所述自由曲面凹面光栅同时作为色散元件和成像元件，所述方法包括以下步骤：S1，选取从狭缝不同位置入射的一系列光线作为特征光线；S21，计算所述特征光线与所述自由曲面交点处特征数据点的坐标；将变线距自由曲面凹面光栅的面形设定为球面，特征光线与球面的交点为特征数据点，各特征数据点处球面法向R已知，此时公式 中除了d以外都是已知量，从而求解出该特征数据点处的光栅线距d，当所有特征数据点处的光栅线距都求解完成后，按照公式 拟合得到光栅线距随坐标y变化的函数d(y)；S22，根据公式 求解出R的值，其中，n表示衍射级次，λ表示光线的波长，G表示光栅生成面的法向方向，R表示变线距自由曲面凹面光栅面上各个特征数据点的法向，d表示光线入射点处光栅线距，S表示变线距自由曲面凹面光栅面上相应的特征数据点处入射光线的方向矢量，S'表示变线距自由曲面凹面光栅面上相应的特征数据点处出射光线的方向矢量；S3，通过拟合得到所述自由曲面凹面光栅的自由曲面面形，得到一初始结构，其中所述自由曲面的上不同特征数据点处的光栅线距不同；以及S4，优化所述初始结构。
2.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括以下步骤：S31，将求得的自由曲面面形固定，重复所述步骤S21，计算得到一个新的光栅线距的变化函数；S32，再重复所述步骤S22，得到一个相应的新的自由曲面面形；以及S33，反复重复所述步骤S31和所述步骤S32进行迭代。
3.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用光学设计软件来优化所述初始结构。
4.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法在步骤S4之后进一步包括一根据步骤S4中输出的参数进行加工的步骤，从而得到一所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪的物理元件。
5.如权利要求1所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪包括一狭缝、一自由曲面凹面光栅和一像面，从物出发的光线通过所述狭缝照射到所述自由曲面凹面光栅上并反射形成一反射光束，该反射光束照射到所述像面成像。
6.如权利要求5所述的自由曲面凹面光栅成像光谱仪的设计方法，其特征在于，所述自由曲面凹面光栅成像光谱仪仅含有所述自由曲面凹面光栅一个光学元件。
