红外成像技术日趋成熟,使得机载跟踪瞄准设备的性能不断提高。由于机载跟踪瞄准系统在跟踪过程中相对载体的转动,造成图像旋转,不稳定,所以针对机载CCD图像进行实时消旋是十分必要的。在本课题中,针对采用机械消旋方法的红外制冷型CCD平台图像消旋系统,设计了对其消旋量进行检测的长波红外光学成像系统。制冷型CCD探测器本身携带有冷光阑,对热辐射敏感,光学系统设计时必须保证系统出瞳和探测器冷光阑位置一致且口径大小相等,达到100%的冷光阑效率；由于探测器的工作温度与环境温度相差很大,极易在探测器上形成冷反射像,因此设计中必须要考虑到抑制系统的冷反射；本系统在综合分析了设计要求以及制冷型CCD的特点之后,决定选择二次成像的结构,有利于减小系统径向孔径,抑制杂散光辐射。由于红外光学材料较高的折射率温度系数和热膨胀系数,工作环境温度大大影响着红外光学系统的成像质量,因此需要对系统进行消热差设计。本系统设计只用了两种光学材料,通过在系统中引入衍射元件,利用其特殊的温度和色散特性,同时合理分配光焦度,最终实现了光学被动式消热差的目的。利用ZEMAX软件进行优化设计,设计结果表明系统调制传递函数在空间截止频率(211p/mm)处,轴上与轴外视场均接近衍射极限；系统的点列斑均方根值接近艾里斑大小,点列斑直径不超过24μm,小于系统CCD一个像元尺寸；经过-40℃～60℃温度范围内消热差之后,系统像质稳定,离焦量控制在了焦深以内。光学系统共有7片透镜组成,其中第三面设计为衍射面。衍射面以非球面为基底,可以校正包括色差、球差在内的各项像差,在减小系统的体积和重量,简化系统结构方面起着至关重要的作用。本文利用补偿非球面基底的方法,加工了系统设计衍射面,分析了衍射元件的面型精度对系统成像的影响,通过理论分析和加工实验讨论了影响衍射元件加工精度的工艺因素。