概论
Wap\J7NY M9~'dS'XI 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。
d}Y#l}!E6 A%&lW9z7 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。
Zm6jF 5UK}AkEe&x 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。
KRP6b:+4L +J
A\by [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。
UxMe i H3iYE~^# 设计要求
d5{R IM| ]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：
u'T>Y1I h{jm I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
AL InJ{X I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
am| 81 )|a 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
Ar_ Yl| a F`Z?$ 1 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。
hX-^h2eV ' fzJw 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.feW$i or7l} X 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
c@j3L23B LJ z6)kz 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
w-@6qMJ ir|L@Jj, 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
lX 50JJwk IkGM ~3 e 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
oIE3 `\xS DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
1n.F`%YG ^ 0I" ChNT; G<6$ 6]HM hv 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：
-&%!
4(Je ]4lC/ &nm 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
X @A8~ kj1
]2@lyG#<< s4=EyBI
运行搜索宏可以得到10个初始结构：
gS|6,A9 "b)E H/ s dn_l#$ U Q5 o0!w 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
YWk+}y}^d 6J -=6t| *d 4A3| l @E
{K| 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。
^7*zi_Q Tj6Czq=*%T 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）。
(H]NL ]
CRNt5T>qH T*(mi{[T
变焦优化
>LVGNicQ diKl}V#u 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。
/f=31<+MtF $KoGh_h nH+w U;M
LGYg@DR 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
G//hZwf0 \@{T F((Y $L'[ _J |2jA4C2L} 得到结果：
,"?8 A":cS }Ui emT/H 95|, >` ` 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。
#aE>-81SS& 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
Y44[2 :m Dh68=F0 CX] L ' ' 'p<C)Q 像差分析
{]4Zpev
查看畸变
y7Hoy.(
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。
`"#hhKG ~L_1&q^4!i !&{"tL@ . q{xF7}i 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
#w!ewC vt M 0 8 A P YA 1
K}Q:L(SSr\ S GIHT
TALiH'w6|e M 0 5 A P YA .7
5YgT*}L+, MUL CONST 2
py wc~dWvz S GIHT
1 q|iw 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
L=I;0Ip9y 79+i4(H {} H/N ~sNBklK 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
)E^Pn |H =tGRy@QV'\ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
`r %lB {r#uD5NJ/ "EZpTy}Ee Ieh<|O,-C 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：
xO4"" / n M 0.5 2 A M YMTF 1 72
$3cZS 专门优化这一条MTF。
HNLr}
Y j !L2!:_ mH)8A+us UMK9[Iy$<M 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。
Bc'Mj=>; xZVZYvC,t 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
#@E:|^ $1y I*n]8c 优化宏
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S Erh"~[ 再进行优化退火，50，2，50
~ ^fb`f+% I]WvcDJ}C UQbk%K2 .S]*A b 得到最终结构：
hd`jf97* j rX`_Y #JN4K>_4 ( #]9{ C; 各个像质结果：
*aGJ$ P0 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
ZWKvz3Wt U6 YHq2< 变焦位置1：
uI I! ? *] !r T&E
e2L >"/
基本参数
变焦位置1：
7JBr{3;eS gJ>#HEkMB U(%6ny HmH M#~5(` 变焦位置8：
d<w]>T5VW 9~y:K$NO $lA dh 畸变
;jBS:k? S WyJ` 变焦位置1：
N: %Nq8I}: alBnN <UM Q% ^_<u hDc2T 变焦位置8：
'lOQb) n Q{~D5y,, bH!_0+$P MTF
mE &SAm5#d b1%w+* d<z 变焦位置1：
\[%_ : 9eq !/X>k{ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
dV-6 l6 PH'n`D # 变焦位置8：
+RnWeBXAT 6P)D M *^CN2tm ~yA^6[a = 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。
8G3.bi'q qxYCT$1 相对照度
TP)o0 U
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
:)FNhx3 变焦位置1：
7p>T6jK) MM( ,D&
Z 5xU}} [|~- >ul&x!?@ 变焦位置8：
J/PK #< XinKG< 3! dTte4lh 主光线角度
ft0tRv(s:
远心度都在1°以内
Cu<' b'%; 变焦位置1：
U!YoZ? !)05,6WQ f"^t~q[VS j HObWUX 变焦位置8：
@X=sfyg k L x iN9 Mgu9m8
`J 总结：
u LNOhgSUf k0TQFx.A 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。
)Lk2tvr o ,xy' 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
