概论
++"PPbOe&D 9W$)W 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
YH9] T, z1s"C[W2T 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
J3+8s [oJ> {U-EBXV 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
BmX Gk L(8dK [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
F
&}V65 Z"+!ayA7D 设计要求
cSk}53 ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
K.m[S[cy /z :K# I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
:XZ
pnjj I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
TeqsP1{? 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
pk1M.+ F| Q#KwN 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
jMbK7
1K% V1A3l{>L 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
Ngnjr7Q={T =LnAM l #9 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
)aSkUytg"
cyNLe g+O* 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
m5{SPa,y `oBzt |f5 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Kjw\SQ)2~ qDAjW)w
Jp 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
lZ_k307 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
UI;{3Bn BUyA] E : k?*l F9W5x= EK\ 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
4 PQWdPv; R 0}% 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
kM`#U
*j
T 1=M6iJ ,qB081hPG 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
oV W?d]R lV'83 &) -?=M :^a$ve3(Jq 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
2-84 G2D<LRWt4 ( Ie w%U )3sb 2
# 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。
"#jKk6{I0 YSyW '~!b 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）。
W6Pg:Il7 ]
=P{RHhWy; 9OUhV [D
变焦优化
h#
8b # NO ^(D+9 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。
)A%Y
wI$ c&&UT-Z &bQ^J%\ e-mlvi^- 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
4a-wGx #h ^MUM04l ^iNR(cwgX 0P(}e[~Z 得到结果：
rNc>1}DDS 7[L C*nrr B|v
fkX2f CR<l"~ X 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。
qM+T Wp 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
xh0!H|
R EcU9Tm`h \X!!(Z;6A $`%.Y&A 像差分析
'mF}+v^
查看畸变
I /g]9
y
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
[ z\*Zg 1a<~Rmcil F/8y p<_r +Q.[W`goV 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
A@UnrbX : M 0 8 A P YA 1
pN[i%\vh
S GIHT
i+}M#Y-O M 0 5 A P YA .7
e
6*=S i}V MUL CONST 2
''G @ n* S GIHT
aC*J=_9o # 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
8Ex0[ e \;}dS SB1 ;6?K&}J)- 8Xr"4;}f+ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
OR3TRa XD
Xma0k3;- 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
ZD3S|1zSQ W8)GT`\ 4"{q|~&=:$ - Db( 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：
6*$N@>8& M 0.5 2 A M YMTF 1 72
2bqwnRT} 专门优化这一条MTF。
; ?!sU 95}"AIi ,M9'S;&^ rie1F, 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。
F XbNmBXF F)C8 LH 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
fI6F};I5}T so;aN'{6@ 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
\>+gZc]an 再进行优化退火，50，2，50
=3FXU{"Qi4 PqfH}d0l `+U-oqs 8 _>R 'u[ 得到最终结构：
`| fF)kI `|gCbs 95 X]N8 'Yt H]cCyuCdH 各个像质结果：
1UOFTI2S| RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
\o/oM,u 7JbN WN 变焦位置1：
Xh ?{%?2 mV-MJ$3r
cng 1k
基本参数
变焦位置1：
NS\'o
)J 1_A< nt?'R .69{GM? @rE>D 变焦位置8：
{L# Pd j{ 'E9\V\bi cEe>Lyt 畸变
(u *-( &TKB8vx=# 变焦位置1：
W )\~T :Kn .2`S07Z ;#AV~Y-
s dD=dPi# 变焦位置8：
|',Gy\Sj J5429Soo 0 j6/H?OT MTF
vuHqOAFNs h W(Mf 变焦位置1：
0N md*r zI&oZH^v n 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
+g(QF 9%|!+!j 变焦位置8：
<J\z6+,4E 8!1vsEqv Ok9XC <Xu L \pe 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
^dQ#\uy {@k5e)
Q 相对照度
?,]25q
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
;'*"(F=D6 变焦位置1：
kA fkQy(~ *U8Pjb1 l9\
*G; -Zkl\A$> 变焦位置8：
t;{/Q&C ;8H
m#p7, >osY?9 主光线角度
YHl6M&*@
远心度都在1°以内
@jX[Ho0W' 变焦位置1：
2ACN5lyUS }PD? x4 ml\A)8O]j/ Y`w+?}(M 变焦位置8：
y^?7de} >HXT:0 .hXxh)F 总结：
k68\ _ NUL
}/Pz1,/ 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。
"1t%J7c_ wUv
Zc 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
