概论
iJ n< ?O3E.!Q| 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。
IcmTF #{D ;NNYJqWd^] 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+G_rY "TW%-67 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 z Vb kN (*.Q|VZ [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。
6.%M:j0 0E K8[vJ7(!| 设计要求
w#|uR ^~ ]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：
iUDN m|e |a9d]^ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
fA"N5qQI( I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
BfZAK0+*$ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
BUcPMF%\y: to9~l"n.s 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。
E4;vC ?K{ '5xIisP 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。
4 WCWu} \fC)]QZ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
f_A'.oq+ %oPW`r 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
zT$-% s
Dq{h 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
h r@c 7/L - Q3jK)1 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
Y9V%eFY5E DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
O^|:q {qxFRi#\k iCd$gwA>F &CP0T:h 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：
o[=h=&@5p K4w %XVaH 搜索宏
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FPAy.cljJ
pXn(#n< ,uz+/K%OA5 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
)?_x$GKY @4sE H k
3 Xn:5pd;?B6 [l~Gwaul> 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
!9 7U2L4 |#OMrP+o i )|52B;yZx &Bn>
YFu 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
.T!R&#]n S
^5EG;[ 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
<HY K9{Q ]
3K)12x$.K j%w }hGW%,
变焦优化
jV W .=FK Z\1*g k 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。
cXcrb4IKD \/qo2'V
j` o<1a]M| {TmrWFo 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
@^q| C&j * :r6E |ZJ<J)y tr[(,kX 得到结果：
QmHj=s:x\ B7'rbc' %#AM }MWIa MKdS_&F;~ 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。
2YW| /o4 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
"c+j2f'f 6 b/UFO j<* hq[:U?!Tt 像差分析
!
.q,m>?+
查看畸变
\r.{Ru
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。
NE~R&ym9 ^ <$$h Y5dt/8Jo $Gy& 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
?'xw r )v M 0 8 A P YA 1
yuef84~ S GIHT
6np M 0 5 A P YA .7
^X?D4a|;#g MUL CONST 2
cr wui 8 S GIHT
;#i$5L!*B 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
tfAO#h tq q.}M^iDe V/t/uNm d*B^pDf 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
=/ #+, g +RgDt9 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
',_ E;( 6x.ZS'y 1WP(=7$. -J6G=+ s/ 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：
-% G}T}"_ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
dvc=<!"'S 专门优化这一条MTF。
nt:d,H<p DN X- \ ZFxa2J~ ;
t@#l0lu $ 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。
78MQ oG< mVs<XnA47 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
,N1I\f !
^ DQX=1 优化宏
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xHpB/P ~ 再进行优化退火，50，2，50
ahUc ;S:v# <i$ud&D H6oU Ne NZQl#ZJH: 得到最终结构：
L ,/(^0; , _iR RxB9c(s^@ e[($rsx 各个像质结果：
J1\H^gyW) RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
C f(g Chs#}=gzi 变焦位置1：
u}0 U! ?= R C?K
+EOd9.X\~
基本参数
变焦位置1：
IQ] tcSQl 3;'R F#VL x-@}x@n&[ s#*
D Y 变焦位置8：
{aoG60N + FBUB g;eoH 畸变
O/ ih9 , tj1M1s|a 变焦位置1：
gLzQM3{X9 T*"*##c t,IQ|B&0 ' 2: HBJ 变焦位置8：
0K:3 ?Ik y{#9&ct& !?aL_{7J MTF
&<Iz?AVr }1BpIqee 变焦位置1：
2JR$ -R BH5+SS2 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
n1Fp$ 9% v2KK%Qy 变焦位置8：
ZD#{h J- I=c}6 +6;1.5Tc yk 0#byW` 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。
=%ry-n G "eH.<& 相对照度
7\<}378/^
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
P^-daRb
变焦位置1：
di|5 |bn7 Y q (CD! V6a+VfH ;0JK>c
]# 变焦位置8：
"yG*Kh7ur PCX X[N ( SiwO.TZ 主光线角度
$/|2d4O:{
远心度都在1°以内
*U:0c
;h 变焦位置1：
S&z8-D=8k TYu(;~ h/xV;oj ?Vo/mtbY5X 变焦位置8：
k3VRa|Y") z$ b'y;k YJqbA?i 总结：
P0O=veCf 8=DZ; ]XD. 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。
b3^d!#KVM ~0T,_N 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
