变焦光学系统中为什么F数不变呢？

OD小萌新

今天看了下变焦光学系统的设计，有篇文章说变焦系统要与探测器系统匹配就要求F数恒定不变，这是为什么呢？有的地方提到了“光阑匹配”这个概念？但是百度了下解释的不是很清楚，有大神能解释下吗？

hs123xxx

F数，可以表征这个物镜的像面亮度。因为F=f/D。D是入瞳大小，限制对光的收集能力。f是焦距，会影响入瞳收集的光分散到多大的像面上。（f越大，放大倍率越大）。
所以F数与探测器匹配，是亮度的匹配。不然变焦过程中，画面亮度会变化。

至于光阑匹配，指的是目镜的入瞳和物镜出瞳匹配。不然物镜出来的光会被后续目镜的光阑挡住，反而进不去。通俗而言，拼接系统时，要考虑前系统的出射光能入射到后系统，避免光进不去导致画面暗，或者进去的光不是设计时的光，则像差很大。

yisheng123

你说的探测器应该是制冷型红外探测组件，由于其光敏面需要在低温条件下工作，探测组件具有制冷结构，内部设置冷光阑。由于光阑的尺寸和相对光敏面的位置是固定的，其限制了探测器件可接收的光线的角度和口径，决定了探测组件的F数，且是不可改变的。当光学系统F数与探测器件的F不匹配时，会导致探测器件受到杂光的影响，所以在设计制冷红外系统时，需要光学系统与探测器件光阑匹配。

seer11

对于可见光光学变焦系统，F数都是要变的；如果变焦光学系统中F数不变，应该就是对应的制冷型红外探测器，因为存在冷光阑匹配要求，所以必须保证F数不变；不过，现在也有变F数设计的制冷光学系统了。

hhhddd

seer11 发表于 2023-2-18 10:24
对于可见光光学变焦系统，F数都是要变的；如果变焦光学系统中F数不变，应该就是对应的制冷型红外探测器，因 ...

前辈您好，那对于可见光变焦距系统，我的GEN怎么设置呢？比如要求变焦距是4mm～12mm，光圈要求是2.0＜F＜4.0，那我要给入瞳直径吗？入瞳直径给2mm吗

Xichen

变焦系统要与探测器系统匹配就要求F数恒定不变，主要是因为光学系统的F数对于光线的聚焦和进入探测器的光强度有着重要的影响。F数是指光学系统中透镜口径和透镜焦距的比值，通常用来表示光学系统对入射光线的聚焦能力。如果在变焦的过程中F数改变，那么进入探测器的光强度也会随着发生变化。这样就会导致拍摄的画面亮度不均匀或者探测器感受不到全部的光线信号，从而影响成像质量。因此，为了使变焦系统与探测器系统匹配，需要保持F数恒定不变，从而保证光强度的稳定和均匀。
此外，变焦系统中的光学元件在变焦时也会对光线的相位和波前进行调节，如果F数的改变过大，还可能会引起像差等光学问题，影响成像的清晰度和准确性。所以保持F数恒定不变是保证变焦系统与探测器系统匹配的重要条件之一。

举个栗子

变焦镜头是像面位置、成像大小保持恒定，通过光学镜组的移动来完成放大率变化的镜头。在变焦镜头中，当光阑与光阑之后的镜组是恒定不变的时候，那么F数恒定