概论
S[g{
)p) Pyfj[m4+} 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。
;la sk4| );X &J:-l+ 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。
vV 5dW M@\A_x(Mas 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。
;jC}.]
_)w {*!L[) [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。
Rs *]I\ [Aqy%mbG 设计要求
DbDi n ]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：
X; [$yW9hE ?4 p\ujc I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
$,Q 0ay I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
PL*Mz(&bf 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
jx*jYil #6w \r&R6 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
jhU'UAn &d1|B`gL| 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
>/W , |:TM L 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
XEK% \o} U7GgGMw 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
Yi?X|"\` wrtJ8O( 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
S}QvG &c @D$^ -
S6 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。
yDmNPk/ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
# j!RbW =8`!Ph@( b@6hGiqx 5W%^g_I 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：
q.xt%`@ aA ^r4@C2#vzJ 搜索宏
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k
:KN32%
gXrXVv<)yw kBF.TGT[l 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
D cjF $E 32#|BBY Vr%>'XN>" yH YqJ|t 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
Gcu[G]D S}mZU! 'aj97b;lpG "e)C.#3 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
S_ELZO#7 c4\Nuy
设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
aHhr_.>X ]
WD`z\{hcom no~Yet+<"
变焦优化
}MW7,F ->H4!FS 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
`1O <UJX HV*D l$ 3c%dE rch DL*/h bG 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
\:7G1_o 7 IEG%FY
T /y2)<{{I "xr=:[n[ 得到结果：
\Uz7ar#, sN"JVJXi M&93TQU- @^O+ulLJ,] 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。
Bz7rf^H`Z 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
bi01] [wLK*9@& 6}q8%[l| W##~gq Z/ 像差分析
VM.4w.})_E
查看畸变
f!H~BMA+a
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。
goJK~d8M* c3L)!]kB L
lNd 97Z 3?n2/p
7= 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
2kXa M 0 8 A P YA 1
L\ GjG&Y5 S GIHT
OrG1Mfx&2% M 0 5 A P YA .7
2:8p>^g= MUL CONST 2
Oh&k{DWE$ S GIHT
P5$L(x%~ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
! 0}SZ d?9 b6k? OV.f+_LS y ;$
!J 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
I1Jhvyd?$ $'I-z.G V 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
9 SBVp 6' o*r
2T4 8 =sIkA)"!= y\C_HCU H 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
W Z_yaG$U M 0.5 2 A M YMTF 1 72
w4<n =k 专门优化这一条MTF。
$~h\`vF& ge[hAI2I 'ZiTjv ] CAJ]@P#Xj+ 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
rFJPeK7 R? D c*, 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
' v~%rhq3 lL$no7HBy 优化宏
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#X`qkW.T< 再进行优化退火，50，2，50
141G~@- >[qoNy; p~evPTHnrX Y9w^F_relL 得到最终结构：
UG,< \k& U;q GUqI YqEB%Y~N+ 2 {I(A2 各个像质结果：
8-_\Q2vG RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
LJ{P93aq`^ "<Q ,|Md 变焦位置1：
#Ave r]eK Tw]].|^f-
{Y6;/".DM
基本参数
变焦位置1：
"oLY";0(= T4e-Q EH I%b}qC"5M D\LXjEm e. 变焦位置8：
;3P~eeQR Er !s\(h R\MFh!6sn 畸变
')82a49eA qHf 8z;lc 变焦位置1：
a
j13cC$ WW[G ne p
O O4fc 6^#@y|. 变焦位置8：
<ZXK}5SZ# =hq+9 R8= ?rS m6V MTF
Xt$o$V XR@C^d 变焦位置1：
x:0n K, 1b LY1 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
C9Xj)5k@R NU/:jr.W# 变焦位置8：
.DN)ck:e; 7dq*e4z) T~G~M/ ;+NU;f/WM 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。
cP,bob] &Z%|H>+;T 相对照度
0~GtK8^B
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
2J1YrHj3 变焦位置1：
]R%+ Bf+7;4- dOx0'q"Z fb;y*-?# 变焦位置8：
d>k"#| tO8<N'TD ] IeyJ 主光线角度
Q3P*&6wA
远心度都在1°以内
#Ks2a):8 变焦位置1：
mZ! 1Vh KL^hYjC dHJ#xmE!pP r{
}&* Y 变焦位置8：
{OGv1\ol& W, -fnJk rhQv,F9 总结：
xu(N'l.7& s;!Tz) 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。
c_dg/ !Iu Lju)q6 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
