概论
1tB[_ $s N8v'70 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
Ue*C>F
|Ps% M|8~ 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
K=?VDN ar.AL' 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
W2Luz;(U ?m0IehI [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
Jq
]:<TQ 9b ;A 1gu 设计要求
Q7gY3flg ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
@]HXP_lyD/ 5,pSg I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
U47}QDh I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
8' K0L(3[ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
npp[@*~ d2S~)/@S 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
.>pgU{C`! UsQ4~e 4- 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
w$|l{VI pV(lhDNoQ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
Xm1[V& @}s$]i$|- 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
|3h Y6aty !@A#=(4R4 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%。
Y+~g\z-]c T ]T ;$ 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。
c+ dg_*^ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
b;GD/UI ,#]t$mzbQ( ~8T(>!hE1h -e u]:4 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：
&o3K%M;C? !? 5U| 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
$gpG%Qj
_7T@5\b :; j ZoNi 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
!0,Mp@ j/ 5S{7En~zUE 8}e,% {q kcie}Be 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
,m=4@ofX C1EtoOv K &w 8)* T RW$:9~ 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*%ixa ;Lm=dd@S: 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）。
x35cW7R}T_ ]
L I >(RMv +>~?m* $
变焦优化
&sXRN &Fp m o{MR:>) 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。
`#- P[q<v- F0vM0 e- OS|> t./U ^D`v3d 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
3bZIYF2@ Wo~vhv$E vIl+#9L0 >gwz,{ 得到结果：
(+<1*5BEkT @H>@[+S# I\~ G|B ?Iyo9&1& 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
G 0O#/%% 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
NLPkh,T: Uo12gIX #GDe0 8rOw + Q=1AXe 像差分析
]u l$*
查看畸变
`@[c 8j7
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。
B+C );WQ, Uy
? /&F,V+x '0y9MXRT 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
VvFC -r,=G M 0 8 A P YA 1
0;4t&v 7 S GIHT
#_ Z$2L"U M 0 5 A P YA .7
r:&` $8$ MUL CONST 2
o&AM2U/? S GIHT
8t@p @Td| 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
P0H 6 mn * <<=WY_m} /!^&;$A' o9xlu.QL{c 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
#ET/ = )ZrS{vY 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
O=SkAsim %AOja+ [aI]y =v / XnhmqWm% 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
jM-)BP6f4 M 0.5 2 A M YMTF 1 72
!RyO\>:q 专门优化这一条MTF。
c wg
!j!l WD Fjp ) ri}nL. VJ ^dY; 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
*(PL
_/: .h0b~nI>> 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
.9md~j:o^s 3}|'0(hYL 优化宏
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% IC73? 再进行优化退火，50，2，50
+f*O liMD f 2,jh}4 >^XBa*4;Y ;<G= M2 得到最终结构：
F(na{<g}; L\y;LSTU 6s0_#wZC 8,0YD #x 各个像质结果：
u7?$b!hG^C RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
22f`LoM [<'-yQ{l\ 变焦位置1：
5@^ dgq Q{B}ef
]4;PR("aU
基本参数
变焦位置1：
@+ a tBmt fN'HE#W1Xa 3;% 5Yu 71vky n@" 变焦位置8：
S"Zp D.XX =gcM%=*' kOh{l: 2-+ 畸变
$.9{if#o& )T;?^kho 变焦位置1：
6252N]* B '^:'uG sZW^ !z 2Ry1b+\ 变焦位置8：
dnj}AVfQx _E@ :O +K gUeuUj MTF
J!:SPQ 1KjU ]
r2 变焦位置1：
r k)##) sg+uBCGB 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
;vt8R=T %;.;>Y(- 变焦位置8：
3E 3HL7 ~#kT _*sw) e^ v. ) 6 ND`l5
不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
qL,tYJ<m% !"eIV@7 相对照度
W3iZ|[E;
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
OK\A</8r 变焦位置1：
`X3^ fg H"qOSf{ / ~ ^rr
f n 5{Xj: } 变焦位置8：
y.[Mnj U^Xm)lL . |/~op4; 主光线角度
W^s
;Bi+Nw
远心度都在1°以内
gB<3-J1R 变焦位置1：
^$ t7+g J_FNAdQt < P`u} K# Jk _"W 变焦位置8：
L(U"U#QZ ;& A SkI bR V+>;L0@ 总结：
! %c'$f/ VO"(" 7L 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。
C*` mM'# 8cA~R- 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
