概论
<-0]i_4sK FPTK`Gd0 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。
|K~Nw&rZ] I 2DpRMy 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。
DL.!G d!{r v 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。
L=h'Qgk% T
1t6p& [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。
=Runf
+} PRT +mT 设计要求
^}C \zW ]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：
eiOW#_"\ @|)Z "m7 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
^W@5TkkBQq I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
P>6{&( 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
D#z :()VT( F<w/PMb 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。
@lt#Nz 3mni>*q7d 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。
::F|8 O1kl70,`R 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
(9h`3# )_NO4`ejs/ 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
\C1nZk?3 E!AE4B1bd 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%。
5M_H
NWi4 07 $o;W @ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
fn !KQ`,# DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
39jG8zr=Z[ R FH0 2px|_)i .{ KVMc 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
lHIM}~#;nd KY N0 搜索宏
请评论区留言联系工作人员获取代码
3k?X-|O8AZ
~v"L!=~G;a C8 \^#5 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
bJ;'`sw1 -`t^7pr b YPK h YAmb `CP 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
m#F`] { 3D(0=$ W RX5dO% b_):MQ1{ 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。
OU XR Qw)c $93 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
k;L6R!V ]
@OHm#`~ ;({W#Wa
变焦优化
4a]P7fx- 40<m rVl 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
*WT`o > >dG[G> O7IJ%_A& NN`uI 6= 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
\'bzt"f$j w1DV\Ap* O8.5}>gDn. C2Tyoza 得到结果：
xZv# Es%# _ORvo{[: ?S$P9^ii' Wiu"k%Qsh 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。
@{O`E^}-D 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
E\,-XH :4%k9BGAj" |H+Wed| 8 *T=Xei8 像差分析
Y.r+wc]
查看畸变
o .l - 7
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。
\;"=QmRD%: (*)hD(C5 $ DSZO!pB ,nB5/Lx 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
Per1IcN M 0 8 A P YA 1
& 9 ?\b7 S GIHT
cp J|w3x B M 0 5 A P YA .7
.h4 \Y A MUL CONST 2
>&5DsV.B S GIHT
0=E]cQwh 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
R!N%o~C 2- Tyf`j,= X*Prl l( hFl^\$Re 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
w=J3=T@TD v Op K Np 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
.=jay{ pD#rnp>WWt d4c8~L
H- ;x@~A^< el 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：
m-"w0Rl1T M 0.5 2 A M YMTF 1 72
~ 1vDV>dpE 专门优化这一条MTF。
UQ@L V~6{R ^RtIh-Z.9 c|@bwat4 d,n 'n 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。
wT8DSq g~A`N=r;h 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
DX
K?Cv71z 6MMOf\
优化宏
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DG:Z=LuJr 再进行优化退火，50，2，50
&AbNWtCV+G zv,j M 0- oEKvl3Hz_
=.]4;z 得到最终结构：
@8r pD"x D2B%0sfl~ s{\8om '-
DwE[D]7o 各个像质结果：
S2GxV/E RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
F%D.zvKN ]* [ 2$ 变焦位置1：
R3&Iu=g { go; C}
iN8zo:&Z
基本参数
变焦位置1：
'XP7"
N47O V7f q4O^: IE/^\ M A1>OY^p3% 变焦位置8：
]{ mPh\ G.a b ql l$pm_%@2] 畸变
mQ 26K~ 1 +{{EOZ4 变焦位置1：
Y;^l%eP uW Mc_YPR:C k],Q9 HjD8u`qQ 变焦位置8：
0 e ~JMUb ;m{1 _ 1 Ep3N&Imp MTF
J({Xg? " h~Z u 变焦位置1：
']z{{UNUN gS]@I0y8
. 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
q" sed] ] i ,{ 变焦位置8：
4,gK[ d c O6a<`]F < ?}-$ <~'"<HwtK 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。
rt~d6|6 Pz |>"' 相对照度
/dQl)tL
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
QIvVcfM^ 变焦位置1：
O{G?;H$ 1&evG-#<: bj0G5dc= m6&~Hf wN 变焦位置8：
?; +1)> { a /l)qB# 1AfnzGv A 主光线角度
>j(_ [z|v3
远心度都在1°以内
e~[/i\ 变焦位置1：
" H&W}N 3 7 , x_6[P2"PP lVR~Bh 变焦位置8：
Qu"\wE^.` JG!m c7 )Y 6 + 总结：
G"U9E5O w/S%YW3* 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。
A8fOQ eH3JyzzP, 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
