概论
ZACn_gd[5 F= lj$?4{ 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。
KWkT
9[H Msdwv.jM 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。
D7oV&vXg +w /o 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。
` OK
}q oz r+6z [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。
?Io2lFvI@Y 3@A k6Uh 设计要求
VdrF=V&] O ]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：
G]4+ Qr? [C#pMLp,~ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
&wvv5Vd I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
B) iJH 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
jV 8><5C u -<s@^YG 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。
r#}%sof m/h0J03'T 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。
~-zC8._w3r ZaV@}=Rd8 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
)HHzvGsL) ]+S QS^4 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
/267Q;d
C)
]YKWa" 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%。
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L|I s=n !Hg#c!eOg 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。
p*,mwKN: DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
R[" 7%|RV &c !-C_L 2 #v<+G=r*O f# + h_1# 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：
2y,wN"qH* woKdI)f $ 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
M>j)6?n`_
.})8gL7 V L i^V?
运行搜索宏可以得到10个初始结构：
XUHY.M D.} b<kDD N"{o3QmA e%\K I\u 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
,%^0 4sl pQ i - SfR_#"Uu l +,rc*-j0 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。
3@J wL{C y.2 SHn0 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）。
Os;\\~e5 ]
o =}?aC3I 4{=Em5`HbO
变焦优化
FE.:h'^h wim}}^H 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。
jC=_>\<|X* R<U <Y'Y ijfT!W :>z0m 0nI\ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
~yV0SpL j~0hAKHG
B N0 ))p _'Z@ < ,L 得到结果：
!xSGZ D=AD ;nbvn coBxZyM 1} x.I-z@\E 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。
=:DNb( 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
}N NyUwFa
I`7[0jA~ fsu'W]f B s*s8}6 像差分析
C|+ 5F,D
查看畸变
:HC{6W`$
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。
,fbO} % O-wMl ugz1R+f_4{ d{ Z 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
H3JWf
MlW M 0 8 A P YA 1
TX;|g1K S GIHT
>i '3\ M 0 5 A P YA .7
(Xx
@_ MUL CONST 2
MEE]6nU S GIHT
| jlR] , 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
xJ4T7 )* Kgcg:r : ) 57OZ -<.>jX 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
7J)-WXk 7J\I%r 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
)<+Z,6 2HUoT\M 3=z'Ih` vg<_U&N=-r 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：
<=p" c k@ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
,MdCeA%` 专门优化这一条MTF。
3.soCyxmc eb7`R81G w1.~N`g$ zk?lN s 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。
!9-dS =:Y o9JJ_-O" 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
"p<f#s} {oO!v}] 优化宏
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$OmtN" 再进行优化退火，50，2，50
Rzz*[H 7:]I@Gc' /#blXI <w[)T `4N 得到最终结构：
gZ 9<H q :[F w c /@q_`tU #;+GNF}0mG 各个像质结果：
_T H'v:C RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
*5wb8 [ 5'@}8W3b 变焦位置1：
{ 2-w<t Hh,\>= ':
_bW#*
Y5
基本参数
变焦位置1：
o d!TwGX RE*;nSVFt ="MG>4j3.F PM ,I?lJ , 变焦位置8：
[(]uin+9Q w<>B4m\ &r jMGk"& 畸变
lBl`R|Gt I/t2 c =f 变焦位置1：
s(-$|f+s L\!Pa+Iod ho 4~-xmN r-=#C1eY& 变焦位置8：
C4ge_u# nD|Bo 9 rcAx3AK. MTF
{o AJL z;D[7tT 变焦位置1：
8H;yrNL
dCN4aY[d 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
g\GuH?| <$R'y6U : 变焦位置8：
KftZ ^mk+p n }0[EE! iU5M_M$G (6! W8x7 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。
>E6w,Ab ??)IPRv?yF 相对照度
VM88#^
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
?` lIsd 变焦位置1：
)$XcO] =HH}E/9z Gu-6~^Km9 "]B:QeMeF! 变焦位置8：
w`x4i fZ0q !UD TNF?1 SN' j?- 主光线角度
`B-jwVrN(
远心度都在1°以内
A63=$ 变焦位置1：
2Jm#3zFYz3 }}G`yfs}r "w7wd5h k> SPtiAs 变焦位置8：
t}w<xe Qv~lH&jG usc"m huQ 总结：
{Dup k0'( sQwRl x 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。
n.F^9j+V w kc)2z 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
