概论
j% nd 5Z:HCp-aG 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。
^j`
vk 0nS6<: 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。
W+#?3s[ FV GgtL./m 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。
`{/=i| 6 m$^7sFD$ [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。
>#ou8}0 N
8OPeY 设计要求
Y /+ D4^ L ]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：
p)oW'#@a _)|!.r&)63 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
*0U(nCT&m I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
O []+v 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
OLi;/(g {T IGPK 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。
rQWft r^ 7+y sE 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。
\u*,~J)z V7^?jck 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
{R#nGsrt; ka'M F;!rc 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
2vXMrh\ BoXCc"q[ 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%。
^;2L` U@5 iZ:-V8{ 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。
M *}$$Fe| DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
i2*nYd`K t.w?OyO sJD"u4#y " JRlj 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：
jIl-}/2 /i"EVN`t 搜索宏
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i .< }X
+vuW 9 M$GD8|*e 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
6 R<%. -qr :G-1VtE n QZ` <+"a0 *be+x RY 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
]_Qc}pMF& jPd<h{js dlU=k9N- %>bwpN 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。
v`fU Am/ /x-t - } 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）。
t_N
`e(V ]
J]N}8 0 Q-0[l/A}a
变焦优化
@s/ q Oq? b:J OR@O 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。
HP8pEo0Y 4[#.N
3Y4* ,Q:dAe[ZsX 7KEGTKfW 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
oacY-& - (2-zznZ n Ye} d! 7%<jZ = 得到结果：
f8j^a?d| 0TNz Vsu7 E,X,RM~
+D ygPZ kvZ 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。
Gnw>%f1@u 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
q8D1MEBL` ,|H!b%ZW M}vPWW cl :K~7BJ(HO 像差分析
\<8!b {F
查看畸变
Hq g H\
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。
u>eu47"n! uqn Z ?( '%QfT Y}6)jzBV 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
M{H&5 9v M 0 8 A P YA 1
3l^pY18H ' S GIHT
aJF `rLm M 0 5 A P YA .7
H0HYb\TX ? MUL CONST 2
Fzu{,b S GIHT
BE2{qO{ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
0(kp>%mbB E%e-R6gl jyC6:BNust )Ga6O2: 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
S 6QG:|#P
c[I,Sveq 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
YszhoHYh &-zI7@! W1s|7 3:gk:j # 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：
9+:Trc\%N M 0.5 2 A M YMTF 1 72
V;V9_qP, 专门优化这一条MTF。
*"
)[ Srbg :uEp7Y4 (07d0 <<[ *G^]j
)/ 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。
^#o.WL%4/B O rBFe *2y 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
GZ={G2@=I l0_V-|x 优化宏
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j;3o9!.s: 再进行优化退火，50，2，50
YV
msWuF |2# Ro* V*aTDU%-. 3XRG" 得到最终结构：
$enh4 5Wy 9 2EMDKJ R<=t{vTJ5 [wR8q,2
各个像质结果：
eBB
D9 SI RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
($s{em4L 2Ki dbf 变焦位置1：
Oc.>$ = N
c`hP
3Z0\I\E
基本参数
变焦位置1：
rXPXO=F1/ >MT)=4
9q v4$,Vt:7 `9-Zg??8r 变焦位置8：
wOOPWwk b ~gF,^w
T!PX? 畸变
kQ8 WO|bA 5IK@<#wE 变焦位置1：
3fPv71NVtt zMKL: Um" ~'3% Qr `2PT 8UM 变焦位置8：
Q)>'fZ) Vz*'^=(o& 0h#M) Ft MTF
u i1m+ \Hd B 变焦位置1：
9[ D7 N UZra'+Wb 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
*$VurqLn M6 iKl 变焦位置8：
6qlr +f 3:Wr)>l}# ;>N ~ ,Q @ni~ij 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。
S41>VbtEp S<~nk-xr*h 相对照度
3)Y: c2
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
; \+0H$ 变焦位置1：
>gJWp@6V T# 7^6Ks+1 OB 22P % LS ' =>s" 变焦位置8：
mI#; pO2 Y=Qf!Cq] vuBA&j0C 主光线角度
sA}R!
远心度都在1°以内
'Aj> +H<B 变焦位置1：
|T *qAJ8c <J-Z;r(gQN ISew]R2 `x)bw 变焦位置8：
lvi:I+VgA U I C? S xQap44KPZ 总结：
u7WM6X )AX H^& 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。
L0tKIpk WmUW
i{ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
