概论
D]LFX/hlH DkF@XK0c3 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。
)l 4>=y Azdz3/ 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。
M+;!]tbc3 ImT+8p a 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。
\]~kyy S>vVjq?~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。
tq4"Q BIKh ouu-wQ|(mM 设计要求
xC=3| ,U ]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：
R?={{+O d =c1WK I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
;OT#V,}r I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
? fqkM 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
!)l%EJ ngL t2!$IHE: 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
m,"cbJ
/ o q'J*6r 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
v"Ud mv " yC&b-y 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
p8}5x 2F H*:r>Lm= 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
z wniS6R1 S9F] !m^i 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
X<@y*?D9D sWpRX2 {5, 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
JE8p5WaR DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
V K@i#/jm `hQ!*f6 \8@[bpI@g 4.J aw+ 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
9< 0$mE^: ]J"+VZ_"I 搜索宏
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Vg C9' "|
Pc\4 QvQ8 b`={ s 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
dB D4ogo1 v#YS`];B 59% f|.Z) KWuj_.; 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
TckR_0LNV ?T% K + /w0v5X7 hvv>UC/ 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。
0z<]\a4 kAe-d 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）。
/{ #_Um0. ]
q0KXu MK K:mL%o2J
变焦优化
H*
JC`: S|5 lx 7 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。
=~2 Uv>YG \ ]e w@C 7.1E mJ +/UXy2VRt$ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
BNKo6:wy YC,.Y{oY{ p(b1I+! 5Z>pa`_$2 得到结果：
:
1f 5;]%N HBf8!\0|/ `] dx% i:N^:% 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
YPJx/@Z` 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
CR8r|+(8 ~[/c'3+4qn t-gNG!B :@807OYzy 像差分析
p(&o'{fb
查看畸变
QRG )~
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
a D3F!Sn VNEZBy"F D"XQ!1B% \ f Fy$ 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
2P> za\ M 0 8 A P YA 1
CR PE?CRQF S GIHT
Mh/>qyS *2 M 0 5 A P YA .7
`g:^KCGMM MUL CONST 2
$j2)_(<A%Q S GIHT
E#F9<=mA) 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
/Rcd}rO la{ :RlW I ) /7M}t` %oKc?'L0 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
V +<AG*[ {-]HYk 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
b2-|e_x v2X0Px_ _*B~ESC0 Lj* =*V 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
r@ *A M 0.5 2 A M YMTF 1 72
+=04X F: 专门优化这一条MTF。
ymVd9 4L nVA'O \ #c+vfq w^6N
:]d 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
){|Lh( #$rT 4N c; 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
*H<g9<Dn J kDZl?x5 优化宏
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H D ^~4\% 再进行优化退火，50，2，50
!w\;Q8irN f]65iE?x jY6=+9 Jz5 e>9{36~jh 得到最终结构：
d?X6x &Zy=v k* $ttr_4= \@"
.
GM% 各个像质结果：
A;HKR4p;8 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
c)YGwkY,, 4J| t} 变焦位置1：
BCB/cB E t|"d#5'
#IA(*oM
基本参数
变焦位置1：
QHz 76i!=> yj9 gN}+ )L("t Z"K uS 变焦位置8：
*fX)=?h56 1h0ohW A'R sy6 畸变
Io X 9yGq o*BI^4 变焦位置1：
y9 ' 3vZ ADUI@#vk Nn\\}R L%Hm# eFx 变焦位置8：
aJ@qB9(ZBe ~[,TLg
6 N Uml" MTF
a-5$G vG bx6}zkf& 变焦位置1：
jd'R2e WF0>R^SpZ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
kS 9 $QnfpM%+= 变焦位置8：
"& |2IA 7[ji,.7 <a3XV Y>~zt - 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
4(ZV\}j1 Im#$iPIvT 相对照度
)j*qGsOg
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
,Ou)F;r 变焦位置1：
_xsY cw~) g"f^YEQ_ aoX$,~oI5 i i
Y[ 变焦位置8：
gC- 0je y9<Fv|Ric $
7!GA9Bn 主光线角度
t]XJ q
远心度都在1°以内
oc Uu 变焦位置1：
n4,J#h/ ?sE21m?b- `6su_8Hno 2M p;/b! 变焦位置8：
mD3#$E!A1 " Xc=<rX .}s a2- 总结：
_aYQ( F O y
6< tV. 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。
qMOD TM~+ $_kU)<e3 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
