概论
Bq;1^gtpe DN<M ?u] 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。
FB_NkXR \OY}GR Kt 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 Eyixe TL'0T,Jo 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。
QXY}STs @k9Pz<ub [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。
WL:0R> 0 -yl;3K]l 设计要求
#D0 ~{H ]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：
p#=;)1 B:nK)"{ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Yt*vqm[WV I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
U!Mf]3
这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
mV;3I LO m1V- %kU I 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。
,cD 1{T\ ="2/\*.SL 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。
!-,Ww[G> x_W3sS]ej 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
Wc\+x1 :8 K ~3Ebr 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
Cm410 =b C`EY5"N r 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%。
%qi%$ yW`e |! 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。
O5OXw] DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
(V ap7.6;_ cmIT$?J ;W6-i2? | *fNH(8&H 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
AK;^9b-}q: 3.FR C 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
y !hi"!
j%WY ,2P }DHUTP2;yz 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Y;g% e3nu
#Qsk}Gv ^Et ,TF\ +4HlRGH 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
H:{?3gk.P3 C5;wf3 !t% Q{`p .R\p[rv& 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
uQ^hV%|" ThiN9! Y 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
lvPpC AXY ]
B/G3T
u uG y;r"+bS8
变焦优化
r," 7%1I O:, =xIXR 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
zb?kpd} r 3sb 5E]P B\/ 7^{i5 f B 7ljg 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
k :mlt : !xymoiArp ;:?*t{r4# ki3 HcV 得到结果：
%p*`h43; bM5CDzH(#X nzWQQ ra|? L^)qe^%3 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
s 6/cL|Ex 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
+dM.-wW PLdf_/]- 0Nt%YP ee^4KKsh\ 像差分析
_jo$)x+'x
查看畸变
c&b/Joi7@
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。
&urb!tQ>&
WAv@F[ *0\k
Z,#BJ ,#
eO& 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
s&0*'^'O[S M 0 8 A P YA 1
R}hlDJ/m- S GIHT
jceHK l M 0 5 A P YA .7
,O2q+' & MUL CONST 2
c8q G\\t[ S GIHT
]| z")gOE 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
~T7\8K+ $ a}w&dE$!- C[g&F 0 6 Xj(>.E{~H 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
8 TI#7 pj+tjF6Np 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
9!cW B]i+,u 6kC)\ uy sZT VM9<) 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：
7F~xq#Wi# M 0.5 2 A M YMTF 1 72
f)WPOTEY 专门优化这一条MTF。
4 #G3ew sE}sE=\ ${e -ffyy S`4e@Z$ 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。
u$\Tg3du2 ypxC1E 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
h|)2 ' 07 >|(WS.n 3C 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
jD<9=B(g 再进行优化退火，50，2，50
27$\sG|g {<"[D([ 8XgVY9]Qm 7@3M]5:3g 得到最终结构：
"1AjCHZ ddl 3 fl#f 3EAX] *SWv *s D 各个像质结果：
Gtf1}UJC RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
qgh]@JJh -g~iE]x6Y 变焦位置1：
Af$0 o=". +h9`I/R
S|tA[klh
基本参数
变焦位置1：
-0/=k_q_ bl6':m+ Idt@Hk5<& +W!'B
r 变焦位置8：
H)-L%l|9 n vw NjN ;I[ . 畸变
, 80jMs 1i ?gvzrq 变焦位置1：
HdDo&# NWaI[P 2nVuz9h \z<ws&z3`$ 变焦位置8：
K%o6hBlk_ ':9%3Wq]j mOABZ#+Fk MTF
% j YQ N. ItyV 变焦位置1：
9_I[o.q O(b" F?
w 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
*)2x&~T*| `kI?Af*; v 变焦位置8：
)cf p(16 |E>v~qD8I ;F"
kD $yP'k&b! 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。
wR`w@ 5,d \k2C 5f 相对照度
v)X[gt
tf
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
$fq-wl-= 变焦位置1：
<T4 7kL I ^^20v wq 'M]CZ } AI IBd 变焦位置8：
I_R5\l}O+D o +PQ;Dl eWqVh[ 主光线角度
b7F3]W<`&
远心度都在1°以内
zM3H@;}m 变焦位置1：
0`aHwt/F \{Ox@ 4okHAv8; I\F=s-VVY 变焦位置8：
y&KoL\ v ]( G?L9b KBUAdpU8 总结：
giA~+m~fN Rz])wBv e 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
~Sn5;g8+\ Cz$H k;3\6 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
