概论
&YMVoy VD
11-uJVO~* 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。
^X;>?_Bk h =U 4 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。
*xjIl<`pK # xo&#FIH 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。
=& lYv C4cg,>P7 [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。
$7bmUQ| #62ww-E~ 设计要求
dk]ro~ [ ]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：
T6,lk1S'=
nm~ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
U D(#u 3z I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
2bC %P})m 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
a $|u!_)!h d!X?R} 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
UCWU|r<s, Arv8P
P^' 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
mT9\%5d3 0z xeA +U 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
[*<&]^ > k jJq]A2 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
{p\KB!Y- t8+93,*B 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
UmuFzw^ ,5? M RqCM 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
`j$d(+Gv
DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
.WPqK >79| _L72 Ae(_ .0Z vCv:> e+WVN5"ID> 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：
< KA@A} K!~ ](_W! 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
Uwk|M?94
;v'Y' !-J ~e8n yB 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
fpi6pcof *~L]n4- BYf" l8^, lTP02|eK 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
N-|Jj?c 19t *THgq k}.nH"AQ u2Obb`p S 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。
q}i 87a;m 4\3t 5n 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）。
A&'%ou ]
dp70sA!JF ` ahXn
变焦优化
AF}"
n}?G!ySg 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。
6KG 63`aQ LfApVU m }"Cn kg zJ`(LnV 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
buXG32; 6f!mk:\T. k]iS3+nD Gp+XM 得到结果：
h6N}sLM{0 bg}77Y'^ ^ym{DSx ;I'/.gW;{ 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。
>6 #\1/RP 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
!y?hn$w0 K;y\ &'E Gf\_WNrSE+ du,-]fF 像差分析
!X 8R
查看畸变
`qz5rPyZ
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
T7 ~v40jn| QO/7p]$_ E;H(jVZ |lwN!KVQ, 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
>}*jsqaVU M 0 8 A P YA 1
OvG0U XRU S GIHT
% U7f9 M 0 5 A P YA .7
s=
fKAxH MUL CONST 2
/ nF w S GIHT
A5ID I<a 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
L? +|%[ VBJ]d| EIQy?ig86 sLp
LY1X 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
YO0x68 |l(lrJ{ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
^)l@7XxD T+h{Aeg
(Nb1R"J ` U&$]?3? 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
MToQ8qKs M 0.5 2 A M YMTF 1 72
,{*f Opn 专门优化这一条MTF。
#!,`EU guXp HF= Bqlc+d: F$ p*G][ 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。
> %dAqYi $ RpP[ymMZJ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
"mDrJTWa u>6/_^iq 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
1>x@1Mo+K 再进行优化退火，50，2，50
u!k<sd_8B kQl cT"R hg'! 6XK`=ss? 得到最终结构：
HCkqh4 L)Ar{*xC V9+"CB^ bk9~63tN+> 各个像质结果：
-f|^}j? RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
S{7ik,Gdg Nw& }qSN 变焦位置1：
FXEfD" DB' KIw
I jztj
基本参数
变焦位置1：
OVSq8?L Mv`L F ||ZufFO 9O T 4j Am 变焦位置8：
p<fgU VR :f Kz^@mY4 P^m 6di 畸变
xj q7%R_, ~2DV{dyj 变焦位置1：
Q < -%jBP y & =19 A# [P c[{( l%U_iqL& 变焦位置8：
(My$@l973 yP9wYF^A\ ~nc([%!= MTF
8|qB 1fB N?{1'=Om 变焦位置1：
-hFyqIJW Cm<j*Cnl 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
bKMR7&e.Ep v; }`?@G 变焦位置8：
C9Z\G 3 pH l2!{z UK_aqB ^C)T M@+
不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
=>z tB w\ >aC\_Mc 相对照度
!a&SB*%^I3
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
8u5
'g1M 变焦位置1：
xm,`4WdG +\8 krA * :tjxC 9}jq`xSL 变焦位置8：
MAD}Tv\S7 1mVVPt^6 O:^L Q 主光线角度
3JZWhxkf[$
远心度都在1°以内
Xz .Y-5) 变焦位置1：
$7DcQ b9 pz35trW T<e7(= P&%eIgAOL 变焦位置8：
H~dHVQtJZ ZecvjbnVY J1]w*2 总结：
UUMdZ+7 =1
BNCKT< 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)C k8
;uC~L 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
