概论
_'"$,~ZWY CI~ll=9` 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
(vb8M k RqE|h6/ 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
U]W+ers ^E= w3g& 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
JsyLWv@6xa = 6^phZ( [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
}RN&w ]< u!D AeE 设计要求
tC4 7P [b ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
2}8xY:|@(U ,/6 aA7( I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
-9> oB I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
MO-)j_o-Z 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
xji2#S% a^QyYX}\qR 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
?R8wm E[ w J-)9>~[E< 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
X0e#w? 0VBbSn}Z< 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
yx&'W_Q@ P8=!/L2? 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
V Mb r@9 OjRJyhzS* 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
YMfjTt@ Q mOE%:xq9- 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
)%D>U DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
-
}2AXP2q 6im !v<1Qx +=&A1 {kR3 o:8*WCiqrN 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
YH ^h ?s Tye[ iJ 搜索宏
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+8~C&K:
e SlZAdK -`< KjS 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
N Q"`F,T Ihn+_H u l\%LT{$e %?WR 9}KU0 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
? OFl9%\ V E3==gYCe* -T+7u >Qg 9KGk' 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。
D` C#O
7.N 6 7{> x[ 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）。
By7? <A ]
jDwLzvM O k;W`6:Kjp
变焦优化
UoSzxL gvl3NQQ%t 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。
Vim*4^[#L V.U9Q{y" L/sMAB (;.wsz &K 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
MrGq{,6C )%T< Mw2u KqNbIw*sR * c1)x 得到结果：
MR{JMo=r LqA&@ yv2N5IQ>{V r3_O?b 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。
n^P~]1i 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
|1[3RnG S ]/klKqz o<Z G &LOjd 2 像差分析
~ WO
查看畸变
qVDf 98
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。
ccPTJ/%$ jF r[ T 7u|X
. X >ukn< 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
:ps P|7%| M 0 8 A P YA 1
ZD(VH6<g% S GIHT
Q O&{Jx.^[ M 0 5 A P YA .7
-)Zp" MUL CONST 2
1;8%\r[|5^ S GIHT
pSC\[%K 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
"xK#%eJjWd PDi]zp9>H "7X[@xX@ :kb2v 1{\ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
.%x%b6EI < Mq vGXI 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
,^K}_z\9f T>cO{I r|,_qNrw _< LJQ 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：
`k ]2*$% M 0.5 2 A M YMTF 1 72
RNMd,?dj 专门优化这一条MTF。
YQ7\99tj Ua 2wa A +$;* " o 6 18k- 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。
BJNZH# " A6Vb'Gqv{ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
q e3d,! dWK"Tkf\ 优化宏
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L#6!W 再进行优化退火，50，2，50
# X`t~Y' LyuA("xB# f]C`]qg pg9 feIW1 得到最终结构：
h; "pAE z55g'+Kab xMr=tU1C %5yP^BL0 各个像质结果：
s$D" RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
v i; yT. -%)S~ R 变焦位置1：
zc.r&(d lK%)a + 2
%+ : $uk[
基本参数
变焦位置1：
9~5LKg7Ac {\u6Cj x \TS.9 > \ 3\ 2^LILLO 变焦位置8：
Y~Z&h?H'} '(fzznRH 'Y22HVUX 畸变
Z/e^G f#i [O@U@bD9 变焦位置1：
q5G`N>"V O[j$ n vtw97 G }Dx5W9Ri" 变焦位置8：
aHkt K/ G{u(pC^ c1M *w9o MTF
">v- CSHY =: = s 变焦位置1：
:/\KVz'fw} gHox>r6.A 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
?Ll1B3 f '>: %n 变焦位置8：
`1i\8s&O6@ ;-quK%VO! ZfU &X{ ?.g="{5X 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。
jP31K{G? T?KM}<$(O 相对照度
M Ui#3o\f
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Sd *7jW? 变焦位置1：
"\O{ !Hj8 tpQ 8
m( <Q@{6 r"W<1H u 变焦位置8：
7e:7RAX YDaGr6y4i Q94p*]W" 主光线角度
, GMuq_H
远心度都在1°以内
+a|u,'u 变焦位置1：
6Tg'9|g rU_FRk %:.IG.`d 3A'9=h,lVK 变焦位置8：
Q(BM0n)f >K
7]G?+7E :auq#$B 总结：
Q5c13g2(c 6# Bg99c 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。
yJ2A!id IF kU8EK&B 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
