概论
5;a*Xf%V :X0L6y)u 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。
f"ezmZI kBo:)Vej4 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。
cLtVj 2Wb b#VtPn] 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。
5n@YNaoIb 2Rk}ovtD[ [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。
<tr]bCu} 7r:h_r- 设计要求
,Bk5( e ]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：
/ F0q8j0 idI w7hi4 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
+9_Y0<C I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
^CkMk 1 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
I 3 t5S;_8 j ZXa
R 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。
owAO& "C $L/ `nd 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
( 80 m '.X W2vL< 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
{ 9x_E { mWp>E`l 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
qN!oN* a|ufm^ F 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
zx.qN B8@mL-Z-; 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
&LLU@ | DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
uFkl^2 + :MSY p fQ<sq0' e\ v] m/$X2 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：
]M?i: A$B R N$vKJk 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
TGCB=e
>xFvfuyC }`tSRB7 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
`^M]|7 ?
wS}' &o:5lxR{ R/hf"E1 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
3jx%]S^z| HbTVuf o W`>|OiuF Rh=" <'d 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。
6!<I'M'[e P>/:dt'GJ} 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( ,S~
]
]J7qsMw +f3Rzx]
变焦优化
i5e10 @Q{ R"nB4R0Uh 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。
h]4xS?6O 1T^WMn:U |XyX%5p* FYAEM!dyy 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
6= ?0&Bx& ]!hjKu" I68u%fCv ;UdM8+^/V] 得到结果：
oF%m 8_ Oeui(i J
En jc/ o m G2p 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。
u0C: q`;z 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
d4Uw+3ikW g6M>S1oOO R7::f\I DB v M.'b$ 像差分析
bWFa{W5!
查看畸变
Ob0sB@
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。
]7HR
U6$
@|gG3 fc#9e9R 85 <k'>~L 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
XC<fNK M 0 8 A P YA 1
l+ }=D@l S GIHT
$AK
^E 6 M 0 5 A P YA .7
6 @f > MUL CONST 2
T KZtoQP% S GIHT
a&s34Pd 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
6H#: rM F `D$bE;| *C*J1JYp+ pW] j.JM 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
KzHN|8 $o Mh%{cLM 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
; lMv xt: J0sD?V|{1~ E$"NOR >X~B1D,SV7 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：
) 5|9EXh M 0.5 2 A M YMTF 1 72
T?3Q<[SmI 专门优化这一条MTF。
Nd(,oX a~ 0]d;)_`@ }?[];FB V,r~ %p 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。
E ,i^rA m . ,|C>^ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
^t0!Dbx3SE ( 5LCy?-6 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
u]ms~rO 再进行优化退火，50，2，50
Wn<?_}sa|z 8h]
TI_ 6[m~xegG BM :x`JY 得到最终结构：
d1~#@6CIz F^l1WX6 "L>'X22ed =, XCjiBeC 各个像质结果：
80nE QT
y RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
r S@/@jKZE CJ<nU Iy'z 变焦位置1：
=2!p>>t,d; %&L1 3:
-2.7Z`*(
基本参数
变焦位置1：
XoN~d :zL )O Y3 $jNuV QE] 'Dc% 变焦位置8：
]J Yz(m[ BlJi Hz! CCTU-Xz/ 畸变
dGZie .Zx V%-hP~nyBx 变焦位置1：
fe\lSGmf Us`=^\ 0)&!$@HW 93*csO?Db 变焦位置8：
J3yK^@&& Y"FV#<9@7E eo+<@83 MTF
B.N#9u-vW EL,k z8 变焦位置1：
w$
8r<?^3 #*h\U]=VS 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
TPp]UG GDLw_usV 变焦位置8：
SVU>q:ab rbvk.:"^w UytMnJ 8 8 7I3_$uF 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
JM7mQ'`Ud Lc!2'Do; 相对照度
tF;0P\i
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
ny-:%A 变焦位置1：
G+dq
*/ :T-DxP/ xsa `R^5/c 53t_#Y te 变焦位置8：
7)2K6<q 2yA)SGri o[>d "Kp 主光线角度
wR%Ta -
远心度都在1°以内
um,f!ho-U 变焦位置1：
cC~RW71 B4.:
9Od3 D:T]$<=9 !q\8`ss 变焦位置8：
+a5F:3$ H )ej]DXy w/|&N>ZOx 总结：
fo ~uI(rk 'AA 9F$Dz 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。
>.meecE?Q B=0^Rysg 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
