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紅外成像光學系統是實現高畫質紅外／熱成像的重要環節。與可見光成像光學系統相比，光學系統更復雜也更困難。紅外輻射的波長比可見光的大一個數量級，容易發生衍射；紅外光學材料的折射率大且種類較少，用不同材料組合進行光學像差校正的選擇范圍小；因此對光學系統與元件面形的設計與加工要求更高。
紅外熱成像儀的工作原理，是利用紅外探測器和光學成像物鏡接收被測目標的紅外輻射能量分布圖形，反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。簡單來說紅外熱像儀就是將物體發出的不可見紅外能量輻射轉變為可見的熱圖像，熱圖像上不同顏色代表被測物體的不同溫度。目前紅外熱成像技術已經較多應用于電力、冶金、石化、機械、醫療、質量控制、監控等領域。
在紅外顯微鏡和紅外成像系統測試中，通過特殊設計的光學系統將測量光束直徑縮小到微米甚至亞微米量級，從而可測試尺寸非常小的樣品或者是大尺寸樣品中非常小的區域，顯然此時光通量遠遠小于常規紅外光譜儀，若要獲得高的信噪比，對整體光學系統的光路系統要求相應也有很大的很高，通常需要多個光學聚焦鏡(卡塞格林鏡)聯合使用，才能保證紅外光同軸，且能量損失zui小。
在紅外顯微鏡和系統的光通量遠低于常規紅外光譜儀，且掃描速度較快，常規紅外檢測器不能滿足要求，無論是單點還是圖像分析，均需要使用液氮冷卻的MCT檢測器以保證在快速測量時的高信噪比。此處需要說明，雖然測試速度比較慢，但是單點檢測器的信噪比更高、測量光譜范圍更寬。
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