概论
EUuSN| a n]'
r3 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。
eN,9N]K }8Y! -qX 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。
N=< `|I "nu]3zcd 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。
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d S
\]O8#OX [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。
ftxL-7y% ,.QJ S6Yv 设计要求
&=kv69v ]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：
F6[F~^9D <z,)4z++ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
" Esl I I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
#Z2 'Y [@. 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
Dc-K08 c } jJKE 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。
N:| :L:<1 ]5f;Kz) 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。
37zB X~ Z5 IWoY 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
r9_ O N| -[-oz0`Sl{ 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
y ;[~(Yg[ p!YK~cH[ 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%。
>[;@
[4} ~hvj3zC5xz 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。
)DXt_leLg DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
?lsK?>u U IHO*%3mA/ J#Hh4Kc W`G bo
uxd 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：
H 1kI+YJ@ [G|. 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
uxU -N
`;6M|5G Z?'CS|u d 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Ol }5ry k=mQG ~ 5Z!$?J4Rl ~rBFP) 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
Qt+D ,X )sm9%|.& l w9jk`7^ Ea@0>_U| 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。
ZR}v_]l^ et
1HbX 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）。
o7!A(Eu ]
;]-08lzO<4 gt}Atr6>_
变焦优化
I+& T}R
{:gx*4}q8 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。
FTZ=u0 d*^JO4' I_ ZJ nu< {zcG%b WJ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
U7 g`R@ k={D!4kKz J -z. %1A8m-u]M 得到结果：
"mJo<i} *B|hRZka1A u;q
Q/Ftb MeBTc&S< 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。
]vQa~ } 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
aH6j, R% daKZ *B| E D>7 {A0F/#M] 像差分析
#g6 _)B=S
查看畸变
bPFGQlmIO
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。
NRx 7S 9W 9Ad%~qciY eQ[akVMk MM32\}Y6 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
V4 R s M 0 8 A P YA 1
Sn-#Y(>]o0 S GIHT
IE \RP! M 0 5 A P YA .7
nN{DO:_o MUL CONST 2
$JO z7j( S GIHT
>k"O3Pc@ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
i\IpS@/{-v bKS/T^UQ ]x
metv|7 H j
>fg2/ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
3J" `mQ q<E7q Y+ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
k5\V:P=# Ja3#W
K Zl3l=x h L8D=F7 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
9\!&c<i= M 0.5 2 A M YMTF 1 72
c: K/0zY 专门优化这一条MTF。
\5 }PF+)| 1^$hb Rq c_qox ^IiA(?8 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。
28^/By:J h:pgN,W} 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
z\tY A 5]*lH t 优化宏
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Byj fPb# 再进行优化退火，50，2，50
A/=cGE (Yj6 |` md L T7 k`>qb8 , 得到最终结构：
zk$h71<{. yam'LF -!+i
^r \Nik`v*Pd 各个像质结果：
=Jl\^u%H(x RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
&H # l* 4mY^pQ1=L 变焦位置1：
9ls1y=M8J e[x,@P`
eW.qMx#:od
基本参数
变焦位置1：
J L_(%._J 60 ~*$` \KJTR0EB:> X{xkX g8h 变焦位置8：
27gHgz}} / w dvm4 5%( 畸变
(1S9+H>g * g+v*q X 变焦位置1：
;woK96"{t dh]Hf,OLF gm]q<~eMW k7:ISj J 变焦位置8：
fPN/Mxu d.ywH; (Ajhf}zJ MTF
<2 j$P Y9 ,FYA*}[ 变焦位置1：
J8FzQ2 mn1!A`$ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
xz@*V>QT miBCq l@x 变焦位置8：
`&a8Wv M97+YM Y) o r ~@! rfdA?X{Q0 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。
m q<:^ oVuIHb0w 相对照度
+Rd\*b
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
LVP6 vs 变焦位置1：
4myikeUR_ :n <l0 ;,/G*`81B 6UN{Vjr%` 变焦位置8：
L ) _ VdB E]{0lG` l *s1o?'e 主光线角度
8f? o?c|
远心度都在1°以内
ZnbpIJ8cV 变焦位置1：
j}h%,
7 HE4S%#bH> ,iiI5FR :'H}b*VWx 变焦位置8：
]w)uo4<^J < 1sUK4nQ, f:t5`c. 总结：
,^iT,MgNNf dg N #" 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。
qk&BCkPT H b!A\; > 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
