概论
bt3v`q+V $'D|}=h<Y 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
9 ?"]dEM Cf@~W)K 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
5yPw[
EY M V dX 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
,PH ;j_ S?p WxHR] [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
l{ tpFu9v 1<y(8 C6 设计要求
X|!Vt O ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
+ ]I7]
s PMCN's I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
nr qr p I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
)C^Z zmB 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
.Cq'D. F+yu[Dh: 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
V$U#'G>m D@9adwQb 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。
l /?Jp+ ] jK`b6:#(, 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
W&E?# =*X OW}ny 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
N l~' W J~.8.]gXW 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%。
Ph@hk0dgr/ {4B {~Qe; 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。
TmI~P+5w DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
Mr/;$O{ (jj= CLe ~z;G$jd WdQR^'b$ 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：
n*twuB/P 1 y 5>X0tT 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
0hJ,l.
] 70V ^FO& GM2a 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
jVA|Vi_2 A7 U]wW9 Ife/:v ;UU`k k 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
,x (?7ZW> l1_hD ,4 ngmHiI W *@; Pns]L- 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。
KK-}&N8 .J?cV;:` 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）。
&E& _Z6# ]
_]oNbcbt( Mk-zeq<2z
变焦优化
3MqyHOOv ^ l;N;5L 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。
4i]h0_ ] 1}=@';cK* x:wv#Wh:l7 ,)u1r3@I^ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
f2*e&+LjTP GXk]u E\/J& . TzSEQ S{ 得到结果：
zCz"[9k 3Gk\3iU! o5h *sQ9 5rX_85 ] 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。
|3]#SqX 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
uT#4"G9A[ ~DJ I Lc _P}wO8 {JGXdp:SB 像差分析
7T69tQZ<
查看畸变
(&o|}"kRq
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。
m#Y[EPF=| & x"hM 0bz':M#k & &s0_^5B0 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
I+GP`=\ M 0 8 A P YA 1
FE=vUQXE2 S GIHT
5K# <VU*: M 0 5 A P YA .7
X$A[~v MUL CONST 2
JHJIjYG>P S GIHT
{ POfT
m} 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
2G&H[ ` M&SY2\\TB <^n@q f} r?%,# 1|$$ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
Nu,t,&B
x'iBEm 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
M+l~^E0Wj n!?^:5=s D b&=
N E0t%]?1 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
` p#u9M> M 0.5 2 A M YMTF 1 72
q,>- 4Cm 专门优化这一条MTF。
KN< KZM VJbn/5+P f\u5=!kjN Yu+;vjbK- 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
c~)H" n M < K}H8? 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
70F(`; Iy;bzHXs 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
dTVh{~/ 再进行优化退火，50，2，50
GhC%32F 4<btWbk5u* ~Q2,~9Dkc :F.eyA|#@G 得到最终结构：
Hdda/?{b WNp-V02l _edT+ r>+ W 61nJ7@ 各个像质结果：
y{9<>28 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
HV[ *=Qi [&5%$ T 变焦位置1：
1$v1: 6 xX~;
/e&,
l0BYv&tu
基本参数
变焦位置1：
rrrn8b6
}kF*I @:g ! {S HlS BDcA_= ^R& 变焦位置8：
evE$$# 6R !glGW[r/7 8z`Ne(h; 畸变
l~#%j( Yo 1 z-Q~m@@ 变焦位置1：
%Hpz ^<` m%.7l8vT 9t"/@CH{ ]cP$aixd 变焦位置8：
_8s1Wh G kWxcB7)uk KF f6um MTF
;#n +$Q#: T?EFY}f 变焦位置1：
8]A`WDO3 Pi'[d7o 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
D`@*udn= ^ j T1q_0 变焦位置8：
Wu
U_R E JAS!eF 0 ChdFf7 ?T7ndXX 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。
&DX 95^-ptO{1` 相对照度
-n]E\"
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
tRmH6
变焦位置1：
$|H7fn(r f4lC*nCN b:YyzOqEu T)#eaz$4W 变焦位置8：
3vRBK?Q.y #]e](j>] J/ZC<dkYQ 主光线角度
h G
qZB
远心度都在1°以内
[a\>"I\[ 变焦位置1：
#_4 JTGJ |<w
Z;d +I_p\/J?w/ Fy-|E>@]D 变焦位置8：
ca?;!~%zA 9/4Bx!~A "6xTh0D
总结：
zR6^rq* { ,
zg 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。
="AJ &BqHd WoX,F1 o 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
