概论
Fx3CY W @U 6jd4?) 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。
yMd< <:Ap or8`.h EHI 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。
]UMt 6XFLWN-) 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。
PX x:JZsju B%.vEk) * [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。
a7? )x])e [J{M'+a 设计要求
Q| 6lp ]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：
?_@_NV MY k(]R;`f$W I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
# hQ#_7 I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
\U?$ r[P 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
#B^A"?*S cm'`u&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。
, S
} q;)+O#CR 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。
TdCC,/c 3 & >xd6- 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
G2[? b2)8 g0Ff$-#7 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
m-v0=+~& Gk r] 8J 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%。
(*K=&e0O +NT8dd 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。
)&") J}@ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
k vQ]
}`a YaT 6vSz S=@bb$4-T yU{Q`6u T 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
gic!yhs S_ XH`W( 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
[Nw%fuB
( Ev=k O J6C/`)+w 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
_no;B_m~ DTMoZm <Crbc$!OeX h RFm]q 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
v.q`1D1=t I" hlLP /)-OK7x _pN:p7l( 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。
SmUj8?6" 2N}U B=J 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）。
E |K|AdL ]
1Uaj}= @M Oj,v88=
变焦优化
!K %8tr4 gy*c$[NS$ 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。
!SP u9: N87)rhXSo, ec sQshR >>b <)?3Rv 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
6g-Q Rh :|ij>B !x $6wzKa >|1$Pv? 得到结果：
_g 2"D [I% G&z^AV bP)( 4+t~ 1$#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。
xa[)fk$6 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
oWb\T
2!m xiy=D5N.= fW z=bJ"V 0Lx,qZ' 像差分析
*w
OU =1+
查看畸变
Ju@8_ ?8=
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
gjL+8Rk )_a;xB` S( WS6;ad;| Xx+eG V";` 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
Qv}TUX4 M 0 8 A P YA 1
)&s9QBo {b S GIHT
5kik+ M 0 5 A P YA .7
`Fx+HIng, MUL CONST 2
QX+Xi<YE - S GIHT
2Bz\Tsp 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
Ly q[gQjr {l9g YA
1}Th@Vq 9U 4 D$M 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
:ggXVwpe {HtW`r1)Tt 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
TXS{= tN G[|Bi# Vj[hT~{f KsSIX 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：
bk|?>yd M 0.5 2 A M YMTF 1 72
~5>k_\ G8 专门优化这一条MTF。
QmC#1%@a A=+1PgL66 {_R{gpj' qH4+i STnV 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。
`4-N@h
eX$RD9
H 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
+Kp8X 53 6>gm!6` 优化宏
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:(YFIW`59 再进行优化退火，50，2，50
&fW'_, - w v ~7w LnB /V }Z,'+ 得到最终结构：
ny} _^3 jbe_r<{ *G8Z[ht%r &S3 9SV 各个像质结果：
/5X_gjOL, RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
~t<uX "K v ty:@?3\ 变焦位置1：
7l4}b^>/` &ZL4/e
@D$ogU,#
基本参数
变焦位置1：
|j 4p ?-'GbOr! 1} ~ZsrF 0|kH0c,T- 变焦位置8：
gnadx52FP m^ /s}WEqp #~4;yY\$I 畸变
A{Qo}F<* <tW/9}@p9 变焦位置1：
|S]T,`7u 'vV+Wu#[ ]*D~>q"#\ 4|UtE<<b 变焦位置8：
}:S}j o7 +LlAGg]Z h0C>z2iH MTF
)<$<9!L4x !AG oI7W} 变焦位置1：
8Vy/n^3) U#%+FLX@w 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
S{Zf}8?6$ )d >Dcne 变焦位置8：
S0 ReT*I L)
UCVm !DD4Bqez `O!yt 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。
`Ue5;<K-/ g>g*1oS 相对照度
U?ZWDr"*`w
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
-XnOj2 变焦位置1：
?@<Tzk]a. ] G^9PZ- ^a$L9p( :m 36{# 变焦位置8：
`NNP}O2 %r&36d' $W9dUR0 主光线角度
g1 =>u
远心度都在1°以内
R,fAl"wMu 变焦位置1：
^>^h|$ 8U n0<+b Gzwb< e
y |v<4= /. 变焦位置8：
DQ&\k'"\ ! %B-y 9\ d$8K,-M 总结：
mex@~VK P<;Puww/ 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。
^gkKk&~A5? Htfq?\ FD 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
