红外和可见光设计之间的最大区别是，在可见光中几乎都是物的反射光成像，而在红外则是物自身辐射成像。红外物镜与可见光物镜的主要区别在于材料。由于玻璃中含有羟基（OH-），在近红外有很强的吸收峰，普通光学玻璃最多只能工作到2.8um左右的近红外，中远红外光学系统则完全依赖红外材料
物体在常温下，在大气窗口8-12um 的辐射出射度比 3-5um波段的大30倍左右，信号则大了15倍
热成像探测器探测的是辐射通量而不是光子数
色差：阿贝数（V）大的是低色散材料，称为冕玻璃，否则是火石玻璃
在8-12um锗的折射率高且色散小（V大）。硒化锌和硫化锌可以作为校色差的负元件
一、单非球面锗透镜
几乎所有的 IR 应用，其物空间的视场角都很小，因此通常使用一两个锗元件设计的简单镜头就可以满足要求了。因为锗在8到12um的色散很小，所以不用校正色差，锗的V值为 1030。因为常规探测器单元大小为0.050mm×0.050mm，所以这个锗镜头显然可以不用校正色差。在较大的孔径范围内，单个锗透镜就可以校正球差和彗差，特别是加上一个非球面就可以用于非制冷探测器
光阑在透镜上，所以无法校正像散，像散值接近于薄透镜公式所给出的值
S3=H^2*K
我们把单透镜加一个非球面变量
Ray Fan和点列图，表明已经校正了球差和彗差，这两个图也说明了，这种类型的系统主要受轴向色差和像散影响
二、正负双片锗
用两个球面透镜替代单个非球面透镜。这样做明显的优点是避免制造非球面的困难，但是需要两个额外的空气-锗表面，需要研磨、抛光和镀膜，镜头也会更重
三、佩兹伐镜头（Petzval）
镜头处在光阑上，无法校正像散，而正是这个限制了镜头的视场角。为了校正像散，则要分离元件。最简单的方法是使用非球面 Petzval 镜头
四、锗三片式
用锗-锗球面双片式替换锗Petzval镜头的第一片非球面元件，就得到了锗三片式。这个设计的性能比较好，特别是视场边缘
五、硅锗硅三片（3-5um波段）
对于3-5um 波段，可以用硅做正透镜而锗、硒化锌或硫化锌做负透镜，来设计常规的消色差双片式。因为硒化锌和硫化锌的价格比锗贵多了，所以硅-锗双片式显然是个较好的初始选择。若需要更大的视场角，则可以使用硅-锗-硅三片式
3-5um硅的V比锗大，锗此时做火石具有一定光焦度的双胶合或双分离透镜组，只有用两种不同材料时（V1不等于V2），才可能消色差，两种玻璃V相差要大
