概论
. 5xM7, %-CC_R|0$ 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。
06$9Uz9 oMbCljUC 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。
Ls{fCi/2F }1dh/Cc` 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。
H_FhHX.2( 8 >9+w/DL [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。
{9MYEN}FO %?jf.p*kY 设计要求
V^i3 :' ]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：
e hq6.+l lOui{QU I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
L')zuI I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
Y')+/<Q2E 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
,+&j/0U t/g}cR^Q 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。
}0G Ab2 SH.'E Hd 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。
*&D=]fG BR'|h G 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
f]}F_] e
j9G[ 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
'\Ub*m((1O 85mQHZ8aR 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%。
$BY{:# a] O]>`B{ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
;l'I. j DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
)-@EUN0E>5 )[1m$> =j0V/= ( EX 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：
p98lu'?@ &%lh ov 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
v6:DA#0
)zN
)7 y^Lw7 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
XHr{\/4V o2~x '*A0I FyEl @ }W N 5\<w> 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
yl}Hr* N+\*:$>zt6 9M<? *8) |j,Mof 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
s@$AYZm_ zkMQ= ,[ 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）。
Ij+zR>P8=\ ]
7XNfH @ D&shrKFx
变焦优化
,>$#e1!J Hpt )(Nz: 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。
!4E:IM63 NQAnvX; $spf=t"nh Cv| :.y
输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
( ; "ICk& K +~ %_
~[+ ~# JG[+e*8 得到结果：
Q%7EC>V Ol? 2Qy.2) R/#*~tPi8 (\}I OCNS 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
Z|W=.RdA; 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
% Y @3)
=9c 2 4j SCjACQ}- *M"wH_cd 像差分析
rnr7t \a~]
查看畸变
? sO_c3^7z
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
AKpux,@xB qb_V
,b9 r#XDgZtI p})&Zl)V 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
8.,PgS M 0 8 A P YA 1
2d._X$fx7 S GIHT
4 =9F1[ M 0 5 A P YA .7
I$Z"o9" MUL CONST 2
Rww KPE S GIHT
p k/#+r; 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
D ir We 4MM# \ z+ 4R[+[ b &JPLUr 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
4nY2v['m0 {M$1?j"7 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
+LUL-d yR`-rJb V 1kpI?Plki @ +7'0[y? 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
%=]{~5f> M 0.5 2 A M YMTF 1 72
1t)6wk
N 专门优化这一条MTF。
>$?Z&7Lv rdK.*oT #NqA 5QR tly:$;K 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。
$exu}% A $5T3j' 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
[p <L*3< +?c&Gazi 优化宏
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8\yH 7H 再进行优化退火，50，2，50
?LZ)r^ger X)yTx8v4 34oC285yc Rn}+l[] jC 得到最终结构：
lyib+Sa ?` Z FRKh:| U'\\(m| y,%w` 各个像质结果：
^)SvH RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
sO H h&e H[Qh* pq2 变焦位置1：
>uQ!B/C! ^iGIF~J9
1D*e u
基本参数
变焦位置1：
H
fRxgA @ - Wmpj ` xtN+y F v!x=fjr< 变焦位置8：
eQ*gnV}rE% C6Kz6 _DQZ uU<Yf5 畸变
_gc2h@x1O v.\&gn ( 变焦位置1：
_z}d yp"I { }>"f]3 !Zs;m`j&9 L\b$1U!i 变焦位置8：
>z( 6ADq t rHj 7Nw -5Ccuk>6 MTF
A\=:h AQ ;B7>/q;g 变焦位置1：
c*3ilMP\4 ln3.TR* 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
02S Uyv(Mt 87*R#(( 变焦位置8：
r*WdD/r| p HWo l! #|'8 O % D&FnTa 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
<H$ CCo $CXqkK<6 相对照度
| o+ vpy
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
5uu{f&?u) 变焦位置1：
1z8.wdWJ} ZI5UQH/ 7C&`i}/t ,x_g|J _Y 变焦位置8：
s$RymM q6osRK*20 yLI=&7/e@ 主光线角度
|ejrE,~1vb
远心度都在1°以内
0ai4%=d- 变焦位置1：
9%)'QDVGLf F`Pu$>8C &*0!$ { B y{kXd1, 变焦位置8：
H 9&? <j1n 6_9w1
,W E >;HXH^q 总结：
IPJs$PtKok <@Ew-JU 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。
v}iJ :' >+8mq ]8^ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
