概论
; a XcGa *rK}Ai 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。
d11 ~ mU\ N{tNe-5 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。
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U! Q7J TV#pUQ3K 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。
x;99[C!$ =" #O1$ [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。
u8v;O}# gb|C592R5C 设计要求
vkOCyi? c ]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：
BYyR-m ib0M$Y1tIS I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
=m:xf&r# I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
*@ S:f"i 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
,H2[["1DH R^<li;Km 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。
G}&B{Ir 4)!aYvaER 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。
PzWhB* iBR 1CU-^ j 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
']4b}F : } c]v $C&FX 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
93$'PwWgiF 0WaC.C+2i 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%。
t4/d1qW0 >Olg
lUzA 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。
mQhI"3! f DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
7](,/MeGG W Id"2W3M L%}k.)yev lRF04 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 QJ szu!*w c9 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
Wl/oun~o
] +<[D2f p #wQW[6 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
>\ y|}|? l E=(6Q oDogM`T` rU= qr&f"B 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
(/UW}$] h 'G;y!<a -~ \R.<+ ~[l6; bn 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
b
R> G%*a VNBf2Va 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
S<#>g
s4 ]
?{[ IS k) UmUw>+A
变焦优化
2#1"(m{ B9^ @d 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
mSF>~D1_ Q>Voa&tYn K X D&FDkF yB0xa% 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
XVr>\T4 Q#w mS&$f GOr DDp `Sgj!/! F 得到结果：
{9:[nqX $c"byQ[3S E[q:65xl 2[!#Xf 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。
w=Ai ?u 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
$cjwY$6 ;w>Dq em B=14
hY@` 8_ byS<b8 像差分析
;e
Iqxe>
查看畸变
Q+@/.qJ
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
O&BNhu W2 7q \& DEJ0<pnQr 1<|\df. 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
[bM$n
m M 0 8 A P YA 1
5&A{I N S GIHT
:kU#5Aj gK M 0 5 A P YA .7
DBTeV-G9~R MUL CONST 2
vge4&H3a & S GIHT
VWhq +8z 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
wHx@&Tp ox:m;-Ml?_ 9dS <^E(ZF CCoT 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
qZQB"Q.* ?e=3G4N 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
55O_b)$ )R
%>g-dw s Zn@y e^ oZ]^zzoEcg 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：
t =LIkwD M 0.5 2 A M YMTF 1 72
{7d(B1[1 专门优化这一条MTF。
VT ikLuH up _Qv#`Q pW4O[ v` #*;G8yV 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。
D[jPz 0 n[[2<s*YJ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
UP<B>Y1a Rtywi}VV2 优化宏
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r4MPs-}oF 再进行优化退火，50，2，50
DP@F- Q4 ZNfQM&<d y@XE ! L i tYTV?bd 得到最终结构：
cQzUR^oq, G^1 5V'* F)8M9%g5m 2^aXXPC 各个像质结果：
yC&u^{~BC RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
f]sc[_n] .@KI,_X6, 变焦位置1：
aHR+4m~) }[;{@Zn
c`Q#4e]%_
基本参数
变焦位置1：
bU4l|i;j bV xbQ $ O[Yc-4 L l$,"}0T 变焦位置8：
BbIg]E/G PenkqDc} 4s@oj 畸变
S^Mx=KJ G fK/|0 @B8 变焦位置1：
zhZ!!b^6< H |%'$oWp >PS`;S!( 2F&VG|" 变焦位置8：
Xk>Yi V",? )+ ( GE ]q`'l_O MTF
<Z
j>} 6DuA 变焦位置1：
(jI _Dk; 230ijq3Y G 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
s&d!+-\6_ dbG902dR 变焦位置8：
'T+v&M Lk lD^AJA b"JX6efnN \o}=ob 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。
,p' ;Xg6ez _T.T[%-&= 相对照度
]G}:cCpd+a
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
v"YaMbu 变焦位置1：
cGM?r}zJ (zml704dI) Sa9p#OQ ' OXL'_Xl 变焦位置8：
h f{RI 4Jc bH}?DMq]O Yln[ZmK9g 主光线角度
uskJ(!
远心度都在1°以内
/0YO`])" 变焦位置1：
^&7gUH*v @[v 4[yq- q uL+UFuM @(CJT-Ak 变焦位置8：
lob C G MLvd6tIv, :Aa5,{v _ 总结：
O`f[9^fN ==npFjB 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。
|. ?$:D&6 R*O<( 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
