红外成像光学系统是实现高画质红外／热成像的重要环节。与可见光成像光学系统相比，光学系统更复杂也更困难。红外辐射的波长比可见光的大一个数量级，容易发生衍射；红外光学材料的折射率大且种类较少，用不同材料组合进行光学像差校正的选择范围小；因此对光学系统与元件面形的设计与加工要求更高。
红外热成像仪的工作原理，是利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。简单来说红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量辐射转变为可见的热图像，热图像上不同颜色代表被测物体的不同温度。目前红外热成像技术已经较多应用于电力、冶金、石化、机械、医疗、质量控制、监控等领域。
在红外显微镜和红外成像系统测试中，通过特殊设计的光学系统将测量光束直径缩小到微米甚至亚微米量级，从而可测试尺寸非常小的样品或者是大尺寸样品中非常小的区域，显然此时光通量远远小于常规红外光谱仪，若要获得高的信噪比，对整体光学系统的光路系统要求相应也有很大的很高，通常需要多个光学聚焦镜(卡塞格林镜)联合使用，才能保证红外光同轴，且能量损失zui小。
在红外显微镜和系统的光通量远低于常规红外光谱仪，且扫描速度较快，常规红外检测器不能满足要求，无论是单点还是图像分析，均需要使用液氮冷却的MCT检测器以保证在快速测量时的高信噪比。此处需要说明，虽然测试速度比较慢，但是单点检测器的信噪比更高、测量光谱范围更宽。
