概论
>Fk `h=Wd yt: V+qdv 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。
@rE )xco o;_bs~}y 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。
q|l|mO w{x(YVS H 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。
Ik Nt!
2s_ $IZZ`Z]B [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。
"m;]6B." =2)t1 H 设计要求
^QR'yt3e ]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：
)uu EOF"w 8;&S9'ci I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
x]cZm^ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
1t=X: ]0j 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
q *TKs#3 G11.6]?Gg 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。
r ;8z"* F>(#Af9 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。
i9k]Q(o ]pTw]S K 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
~( OIo7#; ]Ja8i%LjOG 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
%kFELtx 7qK0!fk5 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%。
M 8j(1&(: < `UG#6z8 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。
@Qjl`SL%O^ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
^|i\d \ mX.3R+t _Ge ^
-7 #_\M D, ( 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：
]O=S2Q $"{3yLg 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
jNG?2/P6&
VN-#R=D uPC qO+f 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
X+E\]X2 L[Yp\[ #-q Y\Qxdq Dq%r
! ) 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
^ lc}FN
QXxLe* cm 9oG i,Wm{+H-O 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。
iVi3 :7* )cqDvH 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）。
ngY+Ym ]
$:B K{,\
:e<`U~8m
变焦优化
h$7Fe +#I# H"q`k5R 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
]pR fY9w <+-Yh_D qz=#;&ZU jFNs=D&( 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
< \d |=>; <.=#EV^i H (NT| k#E z 得到结果：
qM1)3.)[: Jm (&G &I}T<v{f "?e H=! 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
_L4<^Etfm 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
B=gsd0^ ] NrJ_6sjF0g gF,[ u k$-~_^4m 像差分析
}6CXJ+-UR
查看畸变
"0H56#eW
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。
[UJEU~XC si^4<$Nr%j gVnws E 1]
%W\RHxo 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
?bt `fzX{l M 0 8 A P YA 1
qF{DArc S GIHT
||=[k jG~ M 0 5 A P YA .7
6@?aVM~ MUL CONST 2
KZrMf77= S GIHT
$W/+nmb)@K 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
i[2bmd !H k'@7ZH A{aw<
P|+ Xb= 2/\}|f 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
&SjHrOG? *, W!FxJ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
0i5y(m&7 so!w !O@@ 5?5- ;H : WK"-v 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
~[| V3h4v M 0.5 2 A M YMTF 1 72
N p|'7D 专门优化这一条MTF。
P.LuF(?$ Q%& _On 80?6I%UB< wC(vr.,F 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。
j\`EUC t['k%c 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
Ew
%{ i(d axK 6sIxx 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
sK`~Csb
iB 再进行优化退火，50，2，50
~K~b`|1 *xE"8pN/ m]Fa EQVoE O{k89 { 得到最终结构：
-?< Ww{ w4e%-Ln t&GA6ML#s 0?lp/|K 各个像质结果：
K*R)V/B/l RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
NP K#].F 0'?V|V=v 变焦位置1：
#XTY7,@ P E rop9T1
P%zH>K
基本参数
变焦位置1：
}P <Qz^sr_ de> ?*%< RAIV dQ}.Z L`9TB"0R+ 变焦位置8：
$%7I: dB@Wn !Y #yW.o'S + 畸变
([:]T$0 # qbS'|--wH 变焦位置1：
v5(q) h J=I:T2bV&s uYFMv=>j ry.;u*F 变焦位置8：
*#3*;dya] C=fsJ=a 5; 9 YP*f MTF
s %eyW _ iM:yX=>a 变焦位置1：
CzYGq P DRnW 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
s K+
(v 8 1~Kpx 变焦位置8：
LmP qLH'(Q NF6X- ,c d Z +g1~ \ k* 5'L<& 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。
=E QJqj1T B?+ .2 相对照度
JkZ50L
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
_eGT2,D5r 变焦位置1：
k! 5m@'f Mr-DGLJ pX@Si3G` )h#]iGVN} 变焦位置8：
Bd{4Ae\_+g _w 5RK( {J (R 主光线角度
/ /'Tck
远心度都在1°以内
{9L 5Q 变焦位置1：
*myG"@P4hW j`O7=- c! @F gw"~RV0 变焦位置8：
#? d Uv# eqq`TT#Z 'l~6ErBSg 总结：
r!7 Y' | zF8'i=b& 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。
&uv0G'"\ x[QZ@rGIW 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
