概论
L$ T2 bul [v1$L p 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
+)c<s3OCE @rhS[^1wi+ 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
\' O/3Y7?X _S_,rTf& 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
uP9b^LEoN Bc=(1ty) [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
O"\4[HE^ o$ @/@r 设计要求
l+;S$evY ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
'(K4@[3t `xM*cJTZ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
jOhAXe;~X{ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
2 a@X-Di 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
^gVQ6=z% b: (+d"S 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
~ <1s[Hu &v:zS$m> 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。
<:-4GJH= MR
"f) 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
0Gu77& Sct 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
b^R:q7ea SFg4}*"C / 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\L'n=5I ;adZ*'6u 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。
$HwF:L)* DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
d.}65{F,x . {gD w =p|IWn{P @<K<"`~H 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：
Bo:epus}\ j+!u=E 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
T4x%3-4 ;
t__f=QB/ kQI'kL8> 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
$mxG-'x %K >V.?XZ nt }w)}=WmD KXMf2)p a 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
**P P Ry[7PLn] &pK0>2 +.djC3^: 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
EG4~[5[YgI #~Xj=M % 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
d8Vqmrc~ ]
km>ZhsqD ?z &n I#
变焦优化
M8lw;
( ` U0XvWPr[ 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
@ws&W=NQ .XpuD,^;@ W.
d',4) #Q2s3 "X[ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
U ]pE{ ^\w Xf ^_y( ? ~_ BjcY *~U*:>hS 得到结果：
*v#V%_ o "3_X$`v"! :V$\y up Jd `Q a+ 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
( x%
4* 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
b~ )@e9 j hRr! "E<+id oz i dHI)6! 像差分析
nK< v
查看畸变
g
mWwlkf9
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
3'p 1m`8 C}9GrIi kjQW9QJ< }r1 8 Y6 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
U8aVI M 0 8 A P YA 1
1q=Q/L4P S GIHT
;E{jn4B' M 0 5 A P YA .7
cK[=IE5 MUL CONST 2
7oZ Pb S GIHT
/0>'ZzjV, 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
XD8Cf! ?(zCv9Pg U6|T<bsOl >/RFff]Fh0 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
P cbhylKd Z@Q/P (t 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
|[r7B*fw 5{W Aw ! YXTV$A+lW Slo^tqbG 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：
K%`]HW@I{ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
;jx[ + 专门优化这一条MTF。
| )
cJ yQ^, >eh 5'DY)s-K Uufig )6 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。
I lO,Ql 0N)DHD?U 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
PI$i_3N QSzht$ 8 优化宏
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izcjI.3e, 再进行优化退火，50，2，50
,gpEXU p\ MrUjqv6a[ k$5l kP. 4V{&[ Z 得到最终结构：
m< #^c?u hl0X, G+@ t@R n#(~" UsA fZg8 各个像质结果：
lq.]@zlS O RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
2 ::YR? I*N v|HST 变焦位置1：
/?
d)01 I.Catm2
@J>JZ7m]\
基本参数
变焦位置1：
g - ! S W6oaa81 aso8,mpZuA 7jxx,#I: 变焦位置8：
sMVk]Mb x'?p?u~[ wA 7\K~fHV 畸变
+-),E. &N= vs 变焦位置1：
tBJ4lb [\eVX`it o(DG 3qk 1_!?wMo:f 变焦位置8：
IS!OO< ZDL1H3;R qAd=i0{N MTF
9MO=f^f- S"?fa)~ 变焦位置1：
8 3/WWL } 2?6]Xbs{ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
_OjZ>j<B. w
oIZFus 变焦位置8：
'wYIJK~1
YL!{oHs4 32H F&P+0% JF~9efWe> 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
Lj GZp"&{ |By[ev"Kh% 相对照度
ZI1]B944ni
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
7T6Zlp 变焦位置1：
cNwH Y
Z' xk/-TXB
0 ?aWVfX!+G5 gjz-CY.hz 变焦位置8：
2ry@<88 :Cx|(+T /W*Z. 主光线角度
ORF:~5[YS`
远心度都在1°以内
z7sDaZL?_ 变焦位置1：
VJTO:}Q 7$g$p&,VX |kvH`&s iSoQ1#MP)2 变焦位置8：
Dj c- f AIn/v`JeX [mjie1j/< 总结：
=9 )k:S( Q 318a0 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。
M!i|,S (57!{[J 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
