概论
w(L4A0K[ ,y#Kv|R 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 ~ytl< {z{bY\ 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。
[ TmIVQ!B p>huRp^w 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。
:;9F>?VN>0 a^I\ /&aw' [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。
)P
sY($ & .:F%_dS D 设计要求
9P+-#B ]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：
9w7n 1k. u I )6M I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
]Gsv0Xk1 I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
Y^wW2-,m 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
{ttysQ- A
PEE ~ 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。
C&(N
I do>wwgr 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。
.[ICx D9H?:pmv? 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
^'PWI{ O m+]K;}.}R 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
NXrJ fp 3EPv"f^V 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%。
N2;B-U F
7 o6.^*%kM' 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。
rC ^WPW DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
[M=7M}f; (@fHl=! Za z7fp#>uw AP 2_MV4W 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：
UM"- nZ>[ R {S F(g3 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
4O^xY
6m
-(;26\lE %]} 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
A P?R"% G3Hx! YW ;U+3w ~ 12b(A+M
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
Yg||{ 4V)kx[j @@Kp67Iv 3YOq2pW72G 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。
KPKt^ C vXrx{5 gz 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）。
U:0m p" ]
NJWA3 zz
z]_wjYn Z
变焦优化
$9_xGfx} *a v<E 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
; F"g$_D0 h+g_rvIG* *v !9MU9[( |4;Fd9q^m 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
/[
5gX^A ) j#`r/ \/r}]Vz H)kwQRfu 得到结果：
BLQ 6A< X9W@& zQ un mJbY;t KOk4^#h@ 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。
'}53f2%gKa 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
'uS n}hm -A^ _{4X !C ': d VtG/0 像差分析
4yy>jXDG
查看畸变
/$Nsd
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。
5IGX5x H(A Rw'M _Eo[7V{NY {T$9?`h~M 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
q_[o" wq/ M 0 8 A P YA 1
G:<aB S GIHT
k_#ak%m/ M 0 5 A P YA .7
]g 3JZF- MUL CONST 2
{I%cx Q#y S GIHT
gV's=cQ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
=7=]{Cx[ pK>N-/?a {BN#h[#B{ GY'%+\*tj 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
O3,jg |, U)o-8OEZ9 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
h n
G Z= JX;<F~{. 8b& /k8i: 5{X<y#vAC0 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
oWT 3apGO M 0.5 2 A M YMTF 1 72
IVY]Ek EG~ 专门优化这一条MTF。
Qz1E 2yJ
=4YhG;% 0
1rK8j X 6xx ?A>: 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
\ ;B iq` v0{i0%d,? 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
<dtGK~_ k(nW#*N_ 优化宏
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& '`g#N 再进行优化退火，50，2，50
"%w u2%i pz}.9 yI8 m+[Ux{$ IFL*kB 得到最终结构：
EI%8 9i`3^ S9y} .uZ3odMlx 6<QQ@5_ 各个像质结果：
$qnZl'O> RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
&U#|uc!+ sY&IquK^ 变焦位置1：
i-_mTY&M +7.',@8_V
=8.
,43+
基本参数
变焦位置1：
T.BW H2gRP ![=yi
tB *] )
`z8Ox pz*3N 变焦位置8：
G5 WVr$ uw_Y\F-$ \ ~$#1D1f 畸变
yNBfUj -L "<1{9 变焦位置1：
VlsnL8DV #q=Efn' Wd: uV *. t 7G 变焦位置8：
u&7[n_ q>+k@>bk @ }S-O& Z MTF
_Y;W0Z + =</&Tm 变焦位置1：
H<,gU`&R 7Ak6,BuI% 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
n{mfn *r. gjD Ho$ 变焦位置8：
0aB;p7~& H*CW1([ ] (8[}CeL !%c\N8<>GD 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。
<0!):zraS 2 FJ*f/ 相对照度
BRiE &GzrF
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
NC(~l 变焦位置1：
@Jw-8Q{ (O 3 nL. t'ql[ @\#td5' 变焦位置8：
%Q|At gp cV F "!. vXje^>_6 主光线角度
U>N1Od4vTO
远心度都在1°以内
MQ6KN(?\ZL 变焦位置1：
0 @oJFJrO y}|s&4Sq f NFY$:4X
}.6[qk 变焦位置8：
g}c~ :p
.?$gpM?i k9L;!TH~1K 总结：
]c'A%:f< 4Fr
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。
/j.9$H'y Y }wyw8g/ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
