概论
19u? ^w qU
n> 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。
oCYD@S>h y 4L9Cxvs 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。
kZ9pgdI j1kc&( 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。
%S#"pKE6 R 7dJaWD:& [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。
*]6dV ' 4"{wga~%/ 设计要求
%nh'F6bNgv ]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：
$bosGG k >CtWV5B I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
swFOh5z I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
pb
Ie)nK 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
$I T9@}*{ uP]o39b;V 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
1W[(+TZ&s w0Y %}7 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
;/T-rVND :a@z53X@M 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
<pUou )x &@j4, 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
Rk[ * p 3raA^d3!? 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
>NA7,Z2. [1^wy# 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
Vb 9N~v DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
D s_
"m, *$C[![ k& s7 -yY !y~b;>887 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：
E0]h| /A] X2YOD2<v 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
%:?Q E
;
H;|:r[d! CZR o{2!?U 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
2] G$6H "@w%TcA b_Jq= Gk` i?dKmRp(@y 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
=>\-ma+ B!ibE<7, >wO$Vu
`t h)^A3;2F 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。
gCr|e}w- =L),V~b 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）。
S!W/K!wf
]
\N , ' + s[@>uP
变焦优化
+JS/Z5dl+} xcvr D 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。
/JubiL EK &Z!K]OSY &MZy;Sq 'Sy *'& 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
65#:2,s poYAiq_3T 2qMsa>~ 33'lZ ubV 得到结果：
v#]v,C-* L"!ZY TT ZxkK 7Ljj#!`lUp 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。
'R d*X6dv 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
# 3 yw
Vy^yV|`v FEZ"\|I| =l2Dm 像差分析
J2<
QAX
查看畸变
ViwpyC'v
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。
9 me}&Fdr .A7tq zB6u -4^wT -N8cj r4l 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
sC5uA
.?>9 M 0 8 A P YA 1
-N7L #a S GIHT
hdr}! w V M 0 5 A P YA .7
3 E!<p MUL CONST 2
Jhsv2,8
{ S GIHT
j H.Ju|nO 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
SAG` ^t d9-mWz(V+ ?(/j< ,m^ O(D5A?tv! 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
B(\r+" PB yI.}3y{^5 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
G tM(
Y :x""E5H Awa|rIM `!omzE*bk5 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：
_h1 HuL M 0.5 2 A M YMTF 1 72
^\[LrPq e 专门优化这一条MTF。
}>; ht5/i/ YF! &*6m UGmuX:@y76 juCG?}di; 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。
|ON&._ `LH h-La'}>? 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
fEj9R@u+h _[TH@fO6: 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
pdi=6<?bd 再进行优化退火，50，2，50
S0N2rU 'z-;* !A}j &8]#RQy{f 9'n))%CZ. 得到最终结构：
S~k 0@ r}oURy,5 'n^2|"$sH &N"'7bK6n 各个像质结果：
QOT) x4 !) RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
\m=-8KpU [arTx ^ 变焦位置1：
H ~[LJ5x aJ6#=G61l
[;?"R-V"z
基本参数
变焦位置1：
msc 1^2 C{UF ~ ,pyQP^u- b8N[. "~: 变焦位置8：
(!ZQ <AI>8j6#B O->_/_ 畸变
9Qzjqq:"Li DO&+=o`" 变焦位置1：
_/,SZ-C#L4 <$jKy 3@ _{6,.TN :cc[Jco@w 变焦位置8：
RDs,sj/Y9? Kajkw>z ~@T+mHny MTF
8pYyG
| \ ^oQekga\l 变焦位置1：
87^ :<\pp T&1-eq >l 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
SkiJ pMN klgv{_b 变焦位置8：
;W7 hc! 5%<TF .;-J \f(Y:}9 / <JY:1| 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。
j\2] M m_M wg 相对照度
{UB%(E[Mr
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
a(8>n
Z,V 变焦位置1：
C
_8j:Z& E fKM*;A <fNGhmL DVObrL)znL 变焦位置8：
( "_Q 3YR *
^ sf Dg/ a 主光线角度
C@%iQ ]=
远心度都在1°以内
Ns'FH(: 变焦位置1：
"
Wp
x.I][(} K<c2PFo)Q 7egq4gN]2Y 变焦位置8：
D899gGe z4 CJn[m9 1|W2 s\ 总结：
vx'l> @]k XmP;L(wa 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。
>f> V5L%1 V
{p*z 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
