概论
{O`w,dMOI X .5aMm 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。
zN:K%AiGxe P)MDPI+~ 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。
ZsOIH< }S '-"/ =j&d[ 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。
oWC@w YtfVD7m [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。
/x[jQM\ Nd cg/ d 设计要求
@ vrV*! ]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：
P:aJ # @qn D=mE I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
86mp=6@ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
9)gC6 IiW 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
,}))u0q+:
By9*1H2R 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。
IuRmEL_Q_ <c,u3cp 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。
A3S<.. g2 52,m:EhL 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
)8UWhl= fIwV\ ,s 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
Hqn#yInA7~ /gu%:vq 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%。
(;57 Vw CCWg{*og 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。
0#S W! b|% DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
T<w5vqFDu tP2qK_\e= Qe5U<3 {JZ ^,;z|f'% * 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：
,;Hu=; %d(^d 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
p-zXp K"
u( wGl_ y?a
Acn$ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
(Xq )p y9 PV4( hj TT4./R: L.1_(3NG 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
( 2n>A D_ d\61; C u*tN)f3 C~N/A73gF 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。
fbL\?S,w ae0>
W 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）。
R@6zGZ1 ]
SOi*SwQ8 ~YRDyQ:%T
变焦优化
,XIz?R>;c !2'jrJGc
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。
x-AZ %)N9 7"w2$*4 '0 %_{tzXim #z2rzM@/: 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
" 9^j. k?z98 >4 K!'AkTW+- &b?LP] 得到结果：
rZfN +S,g DiEluA&w9 O km{ Xx 6 C]1Q.f; 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
]Qfn(u=o 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
@ *Wh 0em# -*|2" *hQTO=WF kRTwaNDOD 像差分析
I rcp``g
查看畸变
|/2y-[;:
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
|iR T!
] }p!HT6 tZ )~+ e`q =7 C%P%yt 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
:bWU uXVtJ M 0 8 A P YA 1
Q`rF&)Q5 S GIHT
&%s8L\? M 0 5 A P YA .7
-|Y(V5] MUL CONST 2
;B?DfWX S GIHT
%c
[F;ug 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
3$m4q`J <HJl2p N 7G\\{ F6K4#t+9 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
d8m6B6
CW E/09hD Q 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
u6MzRC #ssN027 XP1~d>j F@* +{1R 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：
.h&
.K M 0.5 2 A M YMTF 1 72
*3& f qBg 专门优化这一条MTF。
u6_@.a} @EDs~ lPv RgGyoZ }t ;(VynV) 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 :, m qR8u$2}NY 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
.>mr%#p 5e}A@GyC 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
.'rW .'Ft 再进行优化退火，50，2，50
x)JOClLr 9:!gI|C xritonG/F OI?K/ rn 得到最终结构：
A5H3%o(6k h?f>X"*|( wo3w tx >^Yq|~[ 各个像质结果：
Y=
]dvc RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
r.T<j .\ 2Y>~k{AN% 变焦位置1：
b
L]erYm q~5 9F@
PmR~ c,
基本参数
变焦位置1：
w,Lvt
} T`9u!#mT= ^m /oDB- {XW Z<OjG 变焦位置8：
g(Io /hyj ZWm8*}3]7_ A)~X , 畸变
Ht-t1q Qq@G\eRo 变焦位置1：
d~?X/sJ t v NeCpf =1u@7Bh h@@nR(<i 变焦位置8：
a3VM ' 3 AH Y| PT^c^{V MTF
8srBHslI % \kOLE2` 变焦位置1：
v|ck>_"
. Wfz\ `y 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
.iQT5c >^ OC{~Az 变焦位置8：
N~ ?{UOZd ;=9
>MS} O 0:)X)b xEltwuDd? 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
e|rg;`AW O$g_@B0E1 相对照度
sjM;s{ gy
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
"iM~Hy 变焦位置1：
%+F"QI1~0 >z %Q>(F S#b-awk rFZrYm 变焦位置8：
Pa^A$fy\ k78Vh$AA6% g'l?~s`SB 主光线角度
z**hD2R!
远心度都在1°以内
S/`%Q2za4 变焦位置1：
{i*2R^5 Otz E:qe x-'~Bu |T4kqW{ 变焦位置8：
]O`
{dnP &(a(W22O QI!F6pGF 总结：
s 1ge0~p3 $2MAZGJV 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。
c DrebU hAqg Iu* 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
