概论
CdFr
YL+F `& rt>Bk / 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。
X7~AqG __Tg 1A 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。
99]&Xj Q&d"uLsx 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。
=4H"&E u{ <T0+-]i [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。
'nR'o /! IBY(wx[5S 设计要求
k #Bq8d ]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：
+_E\Omcw kd3vlp I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
41'|~3\X I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
q=+AN</ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
x+V @f~2F 0Ia8x?80V 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。
fSL' +l3 sE Rm+x< 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。
='"h B~[ JXa5snh{h 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
)?zlhsu}1; =iEQE 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
U<"@@``+ N ( ;(DI^Un8 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%。
9R6]OL)p F4xXJ"vc 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。
+uD4$Wt_F DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
y ))) {X X":T>) J- Qe6'W
F#S )))#
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：
]@rt/ eX 3gcDc~~= 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
0zC mU)ng
w$2Z7S %0< -5&GE 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
XX:?7:j}[8 c<c " n' ~s[St0 [IgB78_ $ 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
P
nxx W? QwaAGUA
?8O %k<? ;*Z.|?3 MM 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。
mTsl"A> VYj*LiR 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）。
`BA,_N |6 ]
jwe^(U E7K(I ?
变焦优化
bx 5f\) F z 6&.f 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。
l^$8;$Rq
X^!1 Mp EQ Zc<fopi h @2>j4S c 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
2Y` C \u 3S97h n{|= ~$PQ8[= ha%3%O8Z 得到结果：
v j ?6,Ae "{&?t}rj+ Bn5O;I13 9P M\D@A{ 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。
1lJY=`8qa 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
!&ly :v! A{3?G -]* " 0&+ `7 ]0+ 5@c 像差分析
Y5Ub[o
查看畸变
fF\s5f#:
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。
kp4(_T7R \U0p?wdr: zh<[ /'l sUki|lP 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
b\dzB\,& M 0 8 A P YA 1
*&m{)cTs S GIHT
%O! ~!'
M 0 5 A P YA .7
[ ; $(; MUL CONST 2
k!^Au8Up? S GIHT
_Kw<4 $0<p 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
u$"dL=s! has \W\( (eOzntp8 vwlPFr Ll 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
T/A[C TCC([ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
qNH=
W?T8. .BWCGb2bH CfSpwkg CflGj0oy8 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：
BaLvlB M 0.5 2 A M YMTF 1 72
\R6 D'Yt 专门优化这一条MTF。
_aR_ [ \U D:9g" aQzu[N ?(up!3S'x 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。
+~E;x1&' \KGi54&Y 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
g^V4+3v|a' Ed(6% kd 优化宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
Gs2| #*6 再进行优化退火，50，2，50
TT'sO[ N[ LFi 8@ tqnvC
UIE 7B|ddi7Q> 得到最终结构：
.??[qBOTE ,:Q+>h VS W:h fO ;#;p. 各个像质结果：
<|Pw*L$ RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
* m zJ)4 A xXCSaBS~ 变焦位置1：
y)s+ /Teb '_f]qNy
j J}3WJ
基本参数
变焦位置1：
Y [hTO.LF E 3):8>R;1 0gI^GJN%Y! GW]b[l 变焦位置8：
V<ZohB?y
q&j4PR { hzT,0<nw 畸变
<"93 f.Uvf^T}2 变焦位置1：
r+4<Lon~ $P9'"a)Lm D*Cn!v$ 0/1Ay{ns 变焦位置8：
Nq$Xe~,* rF/k$_bFt :sf(=Y.qA MTF
@w8MOT$ S? -6hGA
j 变焦位置1：
[VD)DO5 (?G?9M#7_ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
zNZ"PYh<u tX<.
Ud 变焦位置8：
C
EzTErn ?)8OC(B8q ;;A8TcE
' %\ifnIQ 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。
Y-0o>:SM _a~uIGN 相对照度
p41TSALq
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
) A @i2I 变焦位置1：
ODggGB` H` ^an 3& ~ AU!Gm. 6N6}3J5 变焦位置8：
7U@;X~c &Z.zem?n 2feiD?0 主光线角度
*0*1.> V g
远心度都在1°以内
)L,.K O 变焦位置1：
[m}58?0~x c{qo ASc? q|;Sn -Um|: [*I 变焦位置8：
F$| Ec9 MPexc5_ y<Z-f. 总结：
7sC8|+ sh n{]Y 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。
THFzC/~ Q mYE 8]4 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
