概论
&&C70+_po \a;xJzc9 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。
GV1Ol^ -d4 v:Jab 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。
18F}3t?? )YEAk@h@ 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。
+:jonN9d ya~;Of 5 [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。
v4|TQ8!wR I[K4/91 设计要求
bv]SR_Tiq ]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：
A r >JQ@0 P<&bAsje I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
<CO_JWD I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
? eX$Wc{ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
zC)JOykI% >&+V[s rfD 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
wMCg` rk -n|>U: 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
iLBORT !; FvVC 2Z 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
r?[[.zm"7 [Y* >x2X 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
hq {{XQ xf;>o$oN0P 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%。
ZPE- m0^ "fMV 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。
J7",fb DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
%eofG ]VM< %D#&RS fTR6]i; 00i MU 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：
&':C"_|&r yN`hW&K 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
qVfn(rZ
]3,9 ."^ L$O\fhO? 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
;Z0&sFm g9 ^\Q Yh! 8k:^( kByF R3og]=uFzm 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
o[KZm 17 y[l{
UBue: (Ox&B+\v+v 1QA/ ! 2 E 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
ly34aD/p~, .^=I&X/P 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
Heh&;c ]
E-Xz @ a]c I
变焦优化
XZk%5t|t x^)?V7[t 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
{:"<E? + j~\FDcG*ed ,sc#l<v 53aJnxX 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
M x, 5 C TG^lms W f "$ '+$r7?dKP 得到结果：
T=pP )vOBF5 %K3U`6kHcd .?g=mh79( 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。
"2C}Pr ,p8 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
d_$0 Lct_6? S_Nm?;P J&h59dm- 像差分析
: 9 (kU
查看畸变
3C!|!N1Hn
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。
Aa B1H7r- lGp:rw` 1&e8vVN y_ [VhZ% 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
,^mEi M 0 8 A P YA 1
; 8vB7|54. S GIHT
"Y^Fn, c M 0 5 A P YA .7
:
^}!"4{ MUL CONST 2
@ ^F { S GIHT
{}'Jr1 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
|b='DJz2 GN mP_N e^\(bp+83
2Q(ZW@0 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
|j'@no_rv YG*<jKcX 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
,ynN801\m o-_,l
J7o^ w_`;Mn%p r`FTiPD. C 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：
n3V$Xtxw M 0.5 2 A M YMTF 1 72
9({ 9 r[U 专门优化这一条MTF。
2<0".5+I `xv Uq\ ]S?G]/k} R3_;!/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。
[m< jM[w{ 1=+S'_j 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
U"@p3$2QW |I"&Z+m 优化宏
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@f o(#i& 再进行优化退火，50，2，50
JM0+-,dl[ bSI*`Dc"! !T)_(}|6} ' '9K(p6 得到最终结构：
ixM#|Yq *R4=4e2#S V0,5c`H c yP-$@Ry 各个像质结果：
m#Z9w f] F RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
JT6Be8
&?@U_emLi 变焦位置1：
4M>]0%3.D kW%wt1",
[}Rs
基本参数
变焦位置1：
""V\h Hdp
<Cs 9$J B B1_EdoG }|=Fnyj 变焦位置8：
&kWT<*;J) 3M[d6@a 'R$/Qt; uA 畸变
V.Lk70 \ o4rf[.z 变焦位置1：
`7`` 1TL /NPx9cLW^ i[3 3u p 5K|`RzZ`B$ 变焦位置8：
ij?]fXf:)y 4|j Pr J
0Iyb} MTF
= =KDr 0|G
NQ '|M 变焦位置1：
<Z1m9O "sy ms&5Bq+9 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
vl s+E o] !Y M:?%B 变焦位置8：
2B6y1" B gz:US 77 ? v+el, 0|\A5
eG 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。
M6Ik 'r"M {>ghX_m | 相对照度
|F =.NY
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
W$D:mw7 变焦位置1：
70R_O&f-k uXGAcUx( 2R3)/bz-SV +9;6]4 变焦位置8：
ob)c0Pz PC,I"l ?%>S5,f_ 主光线角度
>T14
J'\
远心度都在1°以内
7Sycy#D 变焦位置1：
IS{>(XT{ u3 4.
9~r8$,e ZoqE,ucH 变焦位置8：
.g_Kab3?L > IS BK[=H y&F&Z3t 总结：
%:-2P uH} }z ! 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。
2;SiH ]HNS 8(:O5# 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
