概论
7,Z%rqf\) ds7I .Q' 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。
C=9|K`g5 R r7w&p.? 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。
Ybd){Je"z D!)'c(b 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。
52-^HV g-')|0py [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。
&\c$s (lEWnf=2h 设计要求
p~=%CG^5 ]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：
\]y$[\F> 1z[WJ}$u I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
C{A eud #5 I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
6>bKlYl&9 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
1N:eM/a }t"!I\C 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。
hQHV ]xW 80:na7$)# 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
S}*#$naK mN ~;MR; 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
}Y< (1 w _ Se>X= 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
C{e:xGJK KOw Ew~ 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%。
QN*'MA"M U/{cYX 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。
=o+t_.)N DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
& 8~U&g6C {e>}.R |A5]h L 6;5}%
B:#h 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：
:) mV-(+o `? `\!uP" 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
b"{7f
=`.9 V< kj+AsQC , 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
KA%tVBl "4Anh1,js B#sc!eLmU& rS 6iZp, 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
]Alu~ Dw uXtfP?3Vy YwHnDVV+ K;S&91V)= 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。
N[r@Y{ Mt-y{* 6!k 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）。
F~<$E *&h@ ]
iTxn )lH?XpfTjm
变焦优化
W 6 ~<7 7r*>? ]y+ 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。
*/?L_\7 X9zTz2 Fy q;Qpd]H @{XN}tWDOp 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
|
M-@Qvgh | ql!@M(p @AVx4,!>[ H+_oK
]/ 得到结果：
4zfgtg( SLZv` 7Zr j U { uA \A4 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。
qY#*zx 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
f ~W.i] eYR/kZ %< Wpj.G 8v(Xr}q,r 像差分析
0@3g'TGl
查看畸变
cDE?X o'!
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。
=> -b?F0(c tk_y~-xz @0B<b7Jv X(E f=:
因此在优化宏中添加控制畸变的指令
F
\} Kh3 M 0 8 A P YA 1
I|iI
,l/9 S GIHT
x2|DI)J1' M 0 5 A P YA .7
oJXZ}>>iT MUL CONST 2
AO ^F6Y/ S GIHT
AZ!G-73 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
kv `x jzzVZ%t Jz3 q
Pr K HF5Nt 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
>@]E1Qfe w8> T ~Mv 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
T
0^U
]C ?\^u},HnE| _> 3GNvS Z\dILt:#z 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：
QRt(?96
M 0.5 2 A M YMTF 1 72
q{KRM\ooYs 专门优化这一条MTF。
GI6 EZ}.MZ YK"({ Z>U rEddX 5HOhk"
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。
TXrC5AJx D0"+E* 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
a?+) K gB
kb0 优化宏
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FK
mFjqY 再进行优化退火，50，2，50
XtQ3$0{*% yChC&kX
Z+ ZE}m\|$ >8>. o[Q& 得到最终结构：
S!.xmc\ xn6E f" iB]kn(2C Q t@~y'O 各个像质结果：
"rAm6b-` RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
v,>q]!
|a <GoE2a4Va 变焦位置1：
UejG$JyHP Dvx"4EA{7{
;$|+H"g|
基本参数
变焦位置1：
t^h>~o' \ TFM}P ?m~x%[Vn WP}_ _1!%u 变焦位置8：
h\.UUC&< /&kTVuN"( KDn`XCnk, 畸变
FE_n+^|k< pwu5Fxn) 变焦位置1：
w$& 10 4vy!'r@ y:W$~<E`p G1P m!CM= 变焦位置8：
my04>6 j0 {8UBxFIM( 8:0l5cZE MTF
!CsoTW9C: > iG` 变焦位置1：
1"!<e$ &$X A\: =p 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
: ;d &m k_y@vW3 变焦位置8：
}"3L>%Q5 }K &K { 9} zlXkD~GV H9 't;Do 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。
k:d'aP3 *1>XlVx, 相对照度
=fRP9`y
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
n JLr]` _ 变焦位置1：
JBg",2w |C .[CXW 2k os#j;C]l !H.&" ~w@ 变焦位置8：
(]iw#m{ BD9` +9 <' s1+^LC 主光线角度
RtF_p
{s
远心度都在1°以内
GR|Vwxs<@P 变焦位置1：
xat)9Yb}0 gA .G:1v BT`6v+,h7k N| Rlb5\ 变焦位置8：
[KCh,'& v&uIxFCR 6 !+"7r 6 总结：
ko ~iDT PJb_QL!9 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。
LsBDfp5/ 2t[inzn=E 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
