概论
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w%~Mg3| 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。
+m1*ou' K jR"ACup( 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。
y)T|1) 6f&qtJQ<A 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。
uM2 .?>`X oA4<AJ2 [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。
),I g u ):nC&M\W~ 设计要求
~X,ZZ 9H ]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：
zZiga q" s[}cj+0 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
~y1k2n I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
Lu W Y}ste 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
l:j>d^V*&x '19kP. 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。
!gj_9"< ]>,Lw=_[_ 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。
?,
c I!c` v8\pOI }c 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
v(^;% Nh+XlgXG 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
&+df@U6i f&?
8fB8{ 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%。
7%i6zP /a ?e[]UO 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。
,ZvlK N DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
Zi. w+V Go PK. E$ ZC9S 0Z TJs ~}&L 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：
W=2#Q2) ]_2<uK}fg 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
$aj:\A0f
V(OD^GU _q`f5*Z[ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
#<yKG \X? '|nA GkA @ "0n8y [[KIuW~ot 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
H~?p ,h 92M_Z1_w[ [W=6NAd B)s%B' 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。
b#:!b XO}v8nWV 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）。
&\<?7Qj3U| ]
$rH}2 PRN%4G
变焦优化
g>-u9%aa R^Y _i 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。
[+b&)jN*2 :6W * ;<o }N@+bNh~ E 7"`D\* 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
^Dys#^ n4
J*04 K J mbWEX| Kj* $'(' 得到结果：
-{eI6#z|\A Ia-nA|LBxI ; a`I8F j Mgg m~|9) 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。
\(ju0qFqH 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
n4/Jx* I=&Kn@^ ^q/_D%]C A(wuRXnVWK 像差分析
F^X:5g~K
查看畸变
)%~<EJ*&Z
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。
y\< \P8X
U$j?2|v-x Dh .<&ri
P#qQde/y 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
@+! u{ M 0 8 A P YA 1
p-B
|Gr| S GIHT
/t_AiM,( M 0 5 A P YA .7
"i; " MUL CONST 2
$
1v'CT S GIHT
q 1+{MPJ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
7SjWo fv zl@hg<n `_>44!M N3?hu} 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
oPR?A r YUQKy2 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
N6%M+R/Q td(4Fw||1y #\gx.2W7 gt Rs|| 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：
yIma 7H@=L M 0.5 2 A M YMTF 1 72
CG[04 y 专门优化这一条MTF。
%lS jC%Z'd 'Sjt*2blq ^_JByB D wZKEUJpQ 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。
qBqh>Wo bSS=<G9 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
(sx,Ol & _mp!&5XV 优化宏
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kr>F=|R] 再进行优化退火，50，2，50
< /9@RO 4' ` y5E jQ 9i<-zc i|QL6e*0 得到最终结构：
, nz3S5~ qt4^e7 o ;@V1*7 y 7q'T,'[ 各个像质结果：
vJ0Zv>
n- RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
: 5<u!-}
Fps:6~gD 变焦位置1：
)1o<} 7 y~;w`5;|
|J ^$3RX
基本参数
变焦位置1：
> PONu]^ Y@Ti2bI`v $gysy!2}. #w&N)
c> 变焦位置8：
=JfSg'7 \#q|.d$ u p
_q]Rt 畸变
4 -Cca ~<q^4w.=7C 变焦位置1：
hO0g3^ X!!3>`| %M
u$0~ct" L5A?9zum/! 变焦位置8：
N_| '`] D zE1=*zO` <K
GYwLk MTF
zb& 3{, ^=7XA894 变焦位置1：
c`xgz#]v EN{o3@ O' 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
_Sn45h@" \2VYDBi?| 变焦位置8：
,BE4z2 a E% d3}@
w[Q)b() 8N9X1Mb | 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
d .t$V RO j /uu&\e 相对照度
o2W^!#]=
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
22FHD4 变焦位置1：
i;mA | 0t(js_ C] >?YR4 'O[0oi& 变焦位置8：
"]ZDs^7 OO*2>Qy~z @ tg4rl 主光线角度
] 8dzTEjk
远心度都在1°以内
C9L_`[9DO 变焦位置1：
"ot# g" >m# bj^F \ y rQf PR sglH =0MP 变焦位置8：
9N V.<&~ <Xl/U^B u?I 2|}# 总结：
<db>~@;X! y87oW_"h 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。
R/Z
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2C /#8F 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
