光学

光学包含对光的产生、传输、相互作用和检测的研究。当这些原理应用于工程流程时，该领域通常被称为光子学。透镜和反射镜等光学元件对于将辐射引导和聚焦到探测器上至关重要。这一过程是包括温度测量在内的各种应用中使用的成像系统不可或缺的一部分。

为了控制光的轨迹，需要使用光学元件对辐射进行塑形，并将其主要聚焦在探测器上。成像过程通常由透镜或反射镜系统完成。在温度测量中，反射镜通常带有反射金属涂层。这与设备的波段关系不大，因此不会造成主要的色差。带有集成反射部件的仪器主要存在复杂的离轴设计，或者二级反射镜对光线的阻挡降低了图像对比度。

除反射元件外，还可使用透镜来塑造辐射。光束穿过光学元件，通过折射聚焦到图像平面上。当光线通过透镜的每个表面时，会发生意外反射，造成传输损耗。透镜材料本身会吸收和散射光，通常会在所有应用波段产生色差。为了减少色差，必须选择最合适的材料，结合具有不同色散特性的材料，将色差降到最低。集成的透镜越多，减少色差的自由度就越大。过去开发红外光学器件时使用的是球面透镜，而如今则普遍采用非球面透镜形状来进行热成像，以减小光学器件的尺寸和重量，并促进衍射极限光学器件的开发。在中波红外（MWIR）波段，硅是常用晶体，而锗则是长波红外（LWIR）应用的首选。技术的进步使红外钙化玻璃在热成像应用中越来越受欢迎。

光学系统由透镜或反射元件以及控制辐射传播的孔径组成。光学系统最重要的参数是焦距、F 值和使用的波段。焦距与热像仪的视场有关，而 F 数则对高光学分辨率和高 D:S 比非常重要。F 数 N 还与热像仪的 NETD 有关。如果 NETD 与 F 数 N=1 相关联，那么将 F 数改为 N =2 后，NETD 将增加 4 倍。 在实践中，与 F 数较高的光学器件相比，低 F 数（大光圈）的镜头设计更为复杂，体积也更大。对于先进的温度测量，热成像应用无法绕过较低的 F 数。由于传感器制造商的像素尺寸不断缩小，只有具有竞争力的 F 数和适度的光学像差才能实现良好的光学分辨率。这两者的结合会导致温度测量系统出现衍射限制。