概论
5k)QjZo yAy~|1 } 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
@i'RIL} YiJnh 47 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
6 NPCp/ 1p[C5j3 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
JF!JY( U , q6bi{L@/R [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
,|D_? D)U umaF}}-Q{ 设计要求
Nj$3Ig"l ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
k @L},Td N7Kq$ G2O I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
JR8 b[Oj.S I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
"1FPe63\*O 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
{_&'t XL
EiQX* v 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
0x7F~%%2 n+Q UT 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
)e(Rf!P{ PI R# M(' 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
@<=x fs VkTdpeBV 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
K1>X%f^ > Akrbmh5 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
mFfw*,M @}eEV[Lli 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
6i|5`ZO DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
{; #u~e(W _0N=~`' #5)0~4%l 7r;7'X5 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
7#d>a=$h TUHm.!+a 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
rH*1bDL
F*m^AFjs $mdmuUIy-3 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
zmH8 ^:-x 7ss Y*1b 4<}!+X7m ,)/gy) ~# 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
jr[(g:L R=
,jqW< kt`_n+G '!eg9}< 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
~puXZCatN Loz5[L 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
XJg8-)T# ]
G>Fk
) 9 {[I|
变焦优化
ffo L]u\ wcr3ugvT 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
Z| 3 fhaT H<_BnT #
&
-r^Q gJa48 pi 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
%+ln_lgD: w`BY>Xft0 #1Zqq([@ m=Mb'< 得到结果：
<PLQY o;'E("!<Z
Lk%`hsv I0iTa99K 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
(rKyX:Vsy 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
X0:V5
e M3XG s |gw /x%h@Cn! z<_&4)2{ 像差分析
OaTnQ|*
查看畸变
jej.!f: H
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
HQp \0NC] zM+4<k_dH] %G0J]QY{(x 5Zf^co u 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
j1zrjhXI M 0 8 A P YA 1
_V2^0CZ S GIHT
ATQw=w
3W M 0 5 A P YA .7
0Q7teXRM MUL CONST 2
7e NLs
S GIHT
T`?7z+2A 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
}K .Rv(m .7 K)' #ovausK[7 kM6i{{Q 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
dU}Cb?]7s $- D }y: 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
P"(VRc6x WC T mf8f ^C=dq(i=[ ]?<
wUd 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
BGd# \2 M 0.5 2 A M YMTF 1 72
6|mHu2qXm 专门优化这一条MTF。
FR9w0{o
=oE(ur ?^whK<"] Ux,?\Vd 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
eOoqH$
i U[0x\~[$K 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
^4b;rLfk@ zG0]!A 优化宏
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[psZ c'q 再进行优化退火，50，2，50
z @g%9 |U !>:SPt l ]'NL-8x"> `@q\R-` 得到最终结构：
hv p4F% FS:` F?z:[1(: (*M* muk 各个像质结果：
`q9n`h1 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
&6^ --cc $`A{-0=x\U 变焦位置1：
xfF;u9$; GE8.{P
vbD""
基本参数
变焦位置1：
3'Hz,qP eB&.keO
(@ 1>G
^% *HsA.W~2W 变焦位置8：
BM~6P|&qD ew \WV " *rgF[
: 畸变
_l"=#i@ L {Rdh4ZKh 变焦位置1：
dWx@<(`OC d,b]#fj 4@+']vN4 )oALB vX 变焦位置8：
P L7(0b% A<]
$[2qPj X
}` o9]y MTF
v.- r %j{I > ~0~h:M+ 变焦位置1：
'yosDT2{# <PFF\N E9 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
y!dw{Lz <O1os"w 变焦位置8：
A^E 6)A= [8<0Q_?, y"Pd>61h
)7{r8a 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
i)] f0F ]H aX.Z< 相对照度
S &'?L0
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
(j~T7og 变焦位置1：
@M OaXe 1 0zw}1x UlWm).
b;v HOx+umjxW 变焦位置8：
:L {*B$c z9:yt5ar P:_bF>r ? 主光线角度
M}j[{wW3
远心度都在1°以内
Yi]`"\ 变焦位置1：
=k* XGbU =W;e9 6# Go!{@ xx> '7pzw>E=: 变焦位置8：
c5| sda{ x#5vdBf "hQGk 总结：
Ud Vf/ PGx z` YC3_d 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
0Vrs bkS ${E^OE 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
