环形孔径超薄成像系统是一种新型轻薄成像光学系统,与常规光学系统相比,环形孔径超薄成像系统具有总长短、重量轻、高分辨率等特点。由于环形孔径超薄成像系统仅由单一基底材料构成,系统无法实现消色差,进而严重影响成像质量。成像衍射光学元件具有特殊色散特性,将其引入环形孔径超薄成像系统设计中,可以在不增加系统复杂度的情况下消除色差影响,实现高质量成像。本文分别设计了含有传统折射式衍射光学元件和新型反射式衍射光学元件的折衍射混合环形孔径超薄成像系统,研究了这两种折衍射混合光学系统的成像性能。对于折射式衍射光学元件的情况,本文先讨论了环形孔径超薄成像光学系统的设计方法,设计了以光学塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基底材料的四次反射环形孔径超薄成像系统,并在系统出射面引入折射式衍射光学元件,实现了混合光学系统的消色差。此外,对该系统进行了公差分析和热分析,验证了设计结果的可行性。对于反射式衍射光学元件的情况,本文推导了其微结构高度表达式,给出了衍射效率表达式和带宽积分平均衍射效率表达式,为含有反射式衍射光学元件的折衍射混合环形孔径超薄成像系统的像质评价奠定了理论基础。本文设计了含有反射式衍射光学元件的四次和六次反射折衍射混合环形孔径超薄成像系统,对这两个光学系统的成像性能进行了分析。