概论
r<$y= B !5!<C,U 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
Dw"\/p:-3 %(Icz ? 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
|DwZ{(R"W 8eRLy/`gd 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
Q,Eo mt Pg{J{gn [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
`WS&rmq &' D2O~kN d 设计要求
K (|}dl: ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
f6p/5]=J26 yf,z$CR I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
+ZX{>:vo I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
F"mmLao 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
EdX$(scu~B 7xR\ kL., 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。
;9#KeA _ o+VQ\1as?( 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。
fV~[;e;U. Iu6
确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
fN2lLn9/u 4I[P> 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
$:^td/p J 8 F hdN 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
2Khv>#l
ee=D1 qNu; 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
|':{lH6+1 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
_ e2=ado d_P` qA GA.8@3 1 -b_~DF 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
pK4)yu+ H,NF;QPPC 搜索宏
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.]K%G\*`:
@}Z Vtrz '<uq3?5 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
! `r$"}g (tO\)aS= ,fRq5"? &e3.:[~_? 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
_VXN#@y ")25
qZae 4Po_-4 8cQ'dL`( 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 d;T-wa} *z2s$EZ 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）。
Q59W#e ) ]
T8NxJmYqB z?//rXuO
变焦优化
: E?V. | f##5f B 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。
?h2}#wg 'B}qZCy W FgO)DQm V43H /hl 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
hv+zGID7 -F>jIgeC2v !!y a =R\]=cRbg 得到结果：
DTs;{c eDB ;cN w*Ihk) 2Rz 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。
H)&R=s 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
.
]M"#
\ azU"G(6y?+ ?fS9J 0BsYavCR 像差分析
mV m Gg,
查看畸变
cj@koA'
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。
H[|~/0?K -Qe Z#w| /7LR;>B j |'2d_vR 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
hzC >~Ub5 M 0 8 A P YA 1
},[}$m % S GIHT
C.QO#b M 0 5 A P YA .7
M: V_/@W. MUL CONST 2
F5#YOck&, S GIHT
zn(PI3+]! 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
6zn5UW#q F&Hrk|a F gI3 =":,.Ttq41 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
LIdF 0 3ANQaU C 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
,2)6s\]/b I O> yIU[ c "xK`%e Vq2$'lY 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
D3A/l M 0.5 2 A M YMTF 1 72
Cls%M5MH 专门优化这一条MTF。
A (0lM`X L.WljNo Xx(T">]vJ . [ mR M 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
wdZ/Xp9] PxE3K-S)G 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
L_s:l9!r 8.~kK<)! 优化宏
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0|b>I!_"g 再进行优化退火，50，2，50
Q5_o /wk nxHkv`s k Tb-F]lg$ J MM W 得到最终结构：
MJrR[h] ;S*}Wq P, <^uBoKB/f ]0\MmAJRn 各个像质结果：
8KNZ](Dj RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
4H<lm*! ^ ri.I pRe 变焦位置1：
V47 0C@ Qw)c $93
< d_!mKw
基本参数
变焦位置1：
eR" <33{ V2G 6Kw9gt !? gKqx'T$ /H==Hm/ 变焦位置8：
! v0LBe4 1sH&
sGy7 6MkP |vr6 畸变
B93+BwN>95 Tu 7QCr5* 变焦位置1：
-D $8 0K2`-mL WeiFmar >e"#'K0?\ 变焦位置8：
jalg5`PU0 ;d9QAN&0} XvlU*TO~(~ MTF
&JI8]JmU) _#h_: 变焦位置1：
1y4 7Rt9od<
)! 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
U ZsH9
o !I
Qck8Y 变焦位置8：
abLnI =W` xK\d4 " ,WB{i^TD iW /}# 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
5o8EC"
0 /~f'}]W 相对照度
/gk X 38
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
3kMf!VL 变焦位置1：
3jC_AO %T .h4 \Y A J
S_]FsxD KMjhZap% 变焦位置8：
<HVt
V9R <yFu*(Q C-[eaHJ'$ 主光线角度
'y3!fN =h
远心度都在1°以内
X(-4<B 变焦位置1：
';=O 0)u p2$P: !Y) ,>mrPtxN xx%j.zDI] 变焦位置8：
k{SAvKx= ~A T'[(6 (c
&mCJN 总结：
tHwMX1 IG "mvt>X 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。
cP_.& !T JB[~;nLlC 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
