概论
?v}S9z UX@8 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。
!]l;n
Fd Q&8epO |J 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。
}E#1Z\) 3.w &e0Es 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。
!n|4w$t"V ".sRi [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
O] 80";Uv _6] c f!H 设计要求
Y%Tm
`$^V ]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：
bj7r"_ BoP,MpF I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Oj#/R?%,X I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
<Y+>a#T 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
#r'S@:[ B jV;/<bt 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。
v%;Ny ab6$ [ ]42$5eof 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
!XQ)>T^G5 ,"?xy-6 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
iHlee=}od N7-LgP 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
E{]PfUfFY Jp-6]uW 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
BQL](Y " %s ">: 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
}TRVCF1 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
1; JH0~403 z9JZV`dNgz 5Y r$tl\k 1ZO/R %[ 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：
:Hj #1-U |vgYi 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
7',WLuD
TnJJ& "~3b 2q ~y\fe 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
k;Ask#rs M?QX'fia G3j'A{ Le*gdoW . 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
hE;BT>_dn '1rO&F ;TulRx]EA 4nKlW_{, 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。
}Apn.DYbbf y=LN| vkQ 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）。
PG@6*E ]
,P^4??' o .~fov8
变焦优化
tg C)vZ&a :5_394v 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。
I}u&iV` qv3% v3\4 N1 D r'aw* J
}|6m9k! 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
eDY)i9"W [Nu py,v t^"8
v3'h vfdTGM`3 得到结果：
c{[ lT2yxU 1!Afq}| lH/7m;M -
*v)sP"@ 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。
G$VE
o8Blb 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
q``:[Sz YR u#JYti NR98]X L u1pxL 像差分析
WkDXWv\{,{
查看畸变
bU$M)
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。
nhRpb9f`1@ id [caP=` ~8U 0(n:^ # #nC@h@ 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
RKy! =#;17 M 0 8 A P YA 1
qm< mw"] S GIHT
CTJwZY7 M 0 5 A P YA .7
mX[J15 MUL CONST 2
k,-0OoCL-! S GIHT
Yb4%W-5 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
d fSj= 4 OM81$Xo= $'3'[Nr(;t }z5u^_-m 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
=s&ycc;-5} 7sU,<Z/D 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
@.L /HXu-P a"^rOiXR{ #wp~lW9!s9 R p0^Gwa 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
+!)_[ zo M 0.5 2 A M YMTF 1 72
Y(=A HmR 专门优化这一条MTF。
[F
24xC+ 6N[X:F
3`, r! ~6 . *
'Bu-1{ 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
!o\e/ HGc! *z&hXYm 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
yw >Frb5p 6pbtE] 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
" -S@R=bi 再进行优化退火，50，2，50
J~AmRo0!k A45! hhf *d9RD~Ee ~l]g4iEp 得到最终结构：
G\K!7k`)! ]I\9S{? vbf Qy2q 38GZ_ z}r 各个像质结果：
B_* Ayk
RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
sfk;c#K 9-!G Ya'Z 变焦位置1：
bu{dT8g'U 9I(00t_
biENRJQ.
基本参数
变焦位置1：
gv1y%(`|n( }=|pl z} Cv [1 HO< <`WcI`IA b 变焦位置8：
g} pD% AWi+xo| +
]iK^y-.r 畸变
bnJ4Edy tV h"C%Vkr 变焦位置1：
& Bqu2^^ yW&ka3j\ A9MTAm{ z0Z1J8Qq6. 变焦位置8：
FH%M5RD 'mZQ}U =< qfjUJ/ MTF
r1 b"ta FIUQQQ\3 变焦位置1：
eJeL{`NS d.HcO^ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
k8r1)B4ab ]CPF7Hf 变焦位置8：
mF4y0r 0 = .w~qL h/6^>setz : (@P
*"j 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
LqNyi "BZ@m:I6hy 相对照度
Wg2 0H23XW
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
PkLNIp1 变焦位置1：
wD4[UU? h1l%\ 3ZH `Y qXF=- pw`'q(ad 变焦位置8：
6b9J3~d\E ,RW`9+gx =- ,'LOE 主光线角度
M &)\PbMc
远心度都在1°以内
N, l"9>CF 变焦位置1：
~@(C+ 3, M93*"j A Cc;8+Z=a?G mxpj<^n} 变焦位置8：
t#3 _M=L Ay PtbrO )@P*F) g~ 总结：
E(vO^)# #Ge_3^' 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
kW1w;}n$ uB#U(
jl 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
