传统光学成像系统因结构复杂、体积庞大、加工及装配精度要求严苛等缺陷,在航天、军事、民用等多个领域的应用受到极大的限制。相位型衍射成像透镜是一种衍射光学元件,它是基于标量衍射理论,通过调整透镜材料的微结构形状及分布引入相位差,实现对入射光波前的调控,从而实现聚焦成像的功能。然而,由于其成像过程严格遵循干涉和衍射成像原理,衍射成像透镜受色差和轴外像差的影响十分严重,只能工作在单一波长和近零视场处,极大地限制了其在成像中的应用。针对上述缺陷,本文提出了基于相位编码的高效率宽谱段衍射成像方法,并基于该方法设计了一种宽光谱、大视场和高衍射效率的相位编码衍射透镜(Phase coded diffractive lens,PCDL)。通过改变传统衍射透镜(Conventional diffractive lens,CDL)圆对称式的相位分布,结合图像复原算法,有效克服了 CDL色差及轴外像差大的缺陷,仅采用单片衍射器件即可实现宽光谱、大视场和高衍射效率的高分辨率成像。同时,对衍射微结构制造过程中的典型面型公差进行了分析,并对PCDL在误差影响下的成像效果进行了模拟,结果表明PCDL具有优异的误差容忍性,相较于CDL,可大大降低制备难度。本文的主要研究内容和结果如下:首先,介绍了波前编码技术及衍射透镜的成像原理,并从标量衍射理论出发,建立衍射透镜在焦平面处的光场分布模型。介绍了波前编码衍射成像系统并将波前编码技术引入CDL中,详细论述了单片式PCDL的编/解码理论。其次,基于相位编码理论,设计了口径D=10 mm,焦距f=100 mm,相位编码系数α=30π的PCDL。对设计的PCDL进行了仿真成像研究,结果表明该器件的有效工作带宽和视场分别达到50 nm和±8°。随后,利用激光直写技术制备了上述PCDL和相同参数的CDL(α=0)。设计并搭建检测光路,对衍射透镜进行了成像测试和衍射效率测试。实验结果表明,PCDL可以在宽光谱(50 nm)、大视场(-8°～8°)范围内清晰成像,且具有较高的衍射效率(82%)。相比于CDL只能在单波长、近零视场处成像,PCDL的光谱工作带宽和工作视场都得到了极大地拓展。最后,分析了在衍射成像器件的实验制备过程中的纵向和横向加工误差对点扩散函数、调制传递函数和衍射效率的影响。结果表明,相较于CDL,PCDL具有优异的误差容忍性,即使在偏离理论值很大的情况下(随机高度误差±36%,整体高度误差68%,环带宽度误差2.5%),仍可实现高质量成像,具有显著的实际工程应用价值。