概论
@6co\.bv @sHw+to|p) 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。
n+qVT4o S%X\ ,N 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。
6eT'[Umx 0['"m^l0S 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。
FMd LkyK; #a | ch6B [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。
!e'0jf-~ egvy#2b@ 设计要求
UY-IHz;&O- ]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：
7+a%ehwU ;hA7<loY I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
~'2r&?=\ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
[b.'3a++ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
>I&
jurU# K@P`_yxN 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。
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F <] T sk
?'^6Xh 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。
Yv>BO K ^ Y7 /Ow 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
ZJ9Jf2 c `8(h,aj; 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
h Y}/Y So=nB} b[? 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%。
lW$&fu DHF e[QxFg0E 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
tw/#ENo DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
5eOj, [? qggk:cN1 8 b(1ut{ V[Rrst0yo 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
P-+M,>vNy[ [2'm`tZL 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
FKo x0Jmh=
(]Ye[j^"7 n#>. \F 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
7w Q+giu ojx'g8yO V3mjb H>F sm;E2BR$
` 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
m-ph } #P%1{l5m E69:bQ94u TF=k(@9J? 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。
#P u @Wx ])V2}g H 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）。
l
Io9,Ke ]
0+}EA[ (Pv`L
变焦优化
oWp}O? m_m8c8{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。
rFmKmV StU 4{ Vvm=MBgN ,-(T"Ph < 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
=.36y9Mfo K`QOU-M@} lt{lpH Y=vVxVI\ 得到结果：
R"U/RS XM6".eF)M v i]r *jM_ wwG 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。
=db'#m{$ 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
C8IkpAD M{?zvq?d ,3 Wb4so iq"ob8. 像差分析
#l*a~^dhqC
查看畸变
TB7>s~)47E
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。
0xJ7M. 4_PCq Ep) {=UFk-$= fdlvn*H 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
6'xomRpYN M 0 8 A P YA 1
5D,.^a1 A S GIHT
GX4QaT% M 0 5 A P YA .7
Y^52~[w~ MUL CONST 2
Rn`ld@=p[ S GIHT
*cbeyB{E 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
y ND"bF9 '_:(oAi,C lVPOYl% +I t#Z3 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
g;pR^D'M5C !^m%O0DT 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
CuH2E>wz Ntb:en !X &&=[Ivv dj'm, k
b 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
TG}d3ZU
! M 0.5 2 A M YMTF 1 72
@;vNX*-J 专门优化这一条MTF。
|%
z ^N* !p9)CjQ " ! Tx&vtq 96d~~2p 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
HcRa`Sfc]/ [J^ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
@@I7$* vT|`%~Be 优化宏
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z h\p 再进行优化退火，50，2，50
uG!:Z6 %p C{ EAmv ' K]c4"JJ F^QQ0h]2 得到最终结构：
vw2`:]Q+ ' +j<n[JLC -$ (Jk< j~;;l!({i 各个像质结果：
MJ `N,E[ RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
UXT
p *U;'O WE[ 变焦位置1：
dBSbu=^$ ) LxLy+yC#p
FmEc`N9\v
基本参数
变焦位置1：
_A98 T .REq4< J'b<z.OW -(i(02PX 变焦位置8：
=-N iO@5o &?0: v`4Y *wuqa) q2 畸变
%f j+70 O~!T3APGU 变焦位置1：
{`(>O"_[Q t 42u b -'`TL $ $<nCXVqL, 变焦位置8：
\ \06T ` S4N(cn& oRM)% N# MTF
FS6<V0pil ~g E:- 变焦位置1：
5!I4l1 eSEq { ?> 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
&;E5[jO^D k|vI<:'p, 变焦位置8：
'm3t|:nMU jCioE AH#4wPx F 4jNG^@O 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
b>\?yL/%+? Aw5pd7qKL 相对照度
R'}95S<
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
qJPT%r 变焦位置1：
P`$!@T0= &Lm-()wb |TsE-t*E} 2f>PO +4S{ 变焦位置8：
2 PqS%`XiS aAE>)#f( gU&%J4O 主光线角度
j} 1zdA
远心度都在1°以内
yWDTjY/ 变焦位置1：
6at1bQ$ ^EELaG '3 33Ctxy =<}<Ny 变焦位置8：
({s6eqMhDd 0AK,&nbF mLh kI!4[ 总结：
2P#=a?~[ /E;y,o75 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。
#[{3 } %b S! Rc|6y% 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
