概论
_vV&4> OX/.v?c 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。
y9li<u<PF )K>@$6H +2 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
x,gE$dNzy }~r6>7I 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。
-==qMrKP [=6~"!P} [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。
!muYn-4M IW o~s 设计要求
`L#?eQ{ ]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：
iv+jv2ZF% B8AzN9v&"N I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
)?&kQ^@v I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
@ ) ZO$h 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
(Q8 ? ) <-:@} |br 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
#S%Y; ilq `uZv9 I" 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
+`zi>= YOV4)P" 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
;c-
]bhBB !LIfeL.4h 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
G7A bhb, g~c|~u(W 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
NJ)2+ /rxltF 3 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
Eu/y">;v# DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
mzE$aFu8 ^ ]qV8 D5!K<G?-K fj-pNl6Gf 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：
?QS x8d [s{r$!Gl 搜索宏
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Z1$];Q\cX
) @bH" rW~?0 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
c Z6p^ Sm$j:xw < '"w}gx vDW&pF_eI> 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
] \RSHz Km9}^*Mo%
r=DHt&x= <L/M`(:=k 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
A?Nn>xF9X `[@^m5?b- 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
PG6 L]o^ ]
97 4eY UOu6LD/|h
变焦优化
i9;27tT~< uGa (_ut 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
VPM|Rj:d nGx ~) T Bzu(XQ y)p$_.YFF 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
cK|rrwa0 WbQhl sc: E5*-;>2c i<#h]o
C} 得到结果：
gp$EXJ= ApG'jN m)@Q_{ =6M @1<o msl 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。
dv^e 9b| 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
6;
5)/ q ,b6kTQq 5 6Sh p*pn@z 像差分析
0
OAqA?Z
查看畸变
|"CJ
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。
MUbhEau? wi\z>'R uX<+hG.n} (| g").L 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
C~ZE95 g M 0 8 A P YA 1
VLh%XoQx[ S GIHT
t7|MkX1 M 0 5 A P YA .7
9 m\ )\/V MUL CONST 2
|.b%rVu S GIHT
0 W~.WkD 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
H\)gE> <#xrrRhm} c8#T:HM|` Zk]k1]u*5 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
+"YTCzv;t 3D
9N: c 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
F~z_>1lpP& UvPp~N 7, @+?+6sS qs!>tw 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：
OlEpid'Z M 0.5 2 A M YMTF 1 72
,'FD}yw4v 专门优化这一条MTF。
5U0ytDZ2/( E x_L!9>! R(: 4s D3 %l4.h 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。
pNp^q/- yB 13ipaz 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
xik` W!1S t-!Rgg$9 优化宏
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i[^k.W3gf 再进行优化退火，50，2，50
UskZ%J Ab*] dn`z X!T|0 7#c |.j^G2x 得到最终结构：
;e&! M$,Jg5Dc (JevHdI*V dKU5 ; 各个像质结果：
>4Iv[ D1 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
iH[E=
6* d2ohW | 变焦位置1：
d O+kPC PPN q:,
DXK yRkn6e
基本参数
变焦位置1：
!\aV 0, a|UqeNI{ a
]>V ZOet 9#u }^t 变焦位置8：
lNHNL
a>W {b(rm,% * !X4&#xP 畸变
Z%Vr+)!4 F\JLbY{x] 变焦位置1：
=h(7rU"Yz 'w}p [( FnY$)o; _=uviMuE 变焦位置8：
Y]~IY?I 9 >%+bA( 1sD~7KPg? MTF
Pfm*<,'x"[ vsH3{:&;"P 变焦位置1：
n-d:O\] VW {,:Ya 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
Ga.0Io&}C Cgo9rC~] 变焦位置8：
S:#e8H_7m] M ]1; Q ]/B/ $iwIF7,\P 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
+B# qu/B y #7+]%;h 相对照度
\OP9_J(*
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
uw_H: -J 变焦位置1：
jSB'>m] #L\ o;p( {f-XyF1` k9 l^6#<? 变焦位置8：
z<t>h zl 7 ^eo bp.U yu =piP 主光线角度
`T=1<Tw c
远心度都在1°以内
B.}cB' | 变焦位置1：
zLL)V FCJW ]Ym=+lgi S4)A6z$ I
:@|^PYw 变焦位置8：
:Z[(A"dA $5x]%1 R 5\&]J7( 总结：
O)`Gzx*ShU l**3%cTb 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。
3 tF: ?&6Q%IUW1 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
