概论
Nb~dw;t -kbm$~P 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
(0W}e(D 8
_wNPA1q0J 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
JtpY][}"~3 7 Zt\G-QV 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
,g_onfY 5L}>+js2 [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
|xZcT4 SDHc[66' 设计要求
R: <@+z^A[ ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
xn@0pL3B~ z,FTsR$x I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
v Q"s I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
.vS6_ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
]TgP!M&q O[)]dD&' 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。
`t0f L \T 3]<re{)J9O 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。
(YHvGGr
}m%?&c 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
=5~F6 t o -,VhS I 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
ceZ8} Sh Pzp+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%。
oL'1Gm@ X? s;2/Nc 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。
.l+~)$ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
?[VpN2* V.ji
_vX ]A72) 1 eQFb$C]R}y 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
UIOEkQ\Wl 8ts+'65|F 搜索宏
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{M r~%y4
zLQ#GF ,p!B"#
ot 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
yd ND$@; Z ]}[Yf j;20JA/b +K%pxuVh 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
nS+FX& _ 'B (eMnLg $54=gRo^ 0<@KDlF 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。
Vp $wHB& tB7K&ssi 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）。
/Pn.)Lxfl ]
) p<fL d)0LVa(
变焦优化
^'&iY V yYToiW * 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。
)ojx_3j8 J4G> E.8
dGsS<@G e" E qi- 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
8nIMZV K2xH'v
O ( 1a&/ Zlr HX3D*2v": 得到结果：
drENkS=, VJN/#
1iJ0Hut}d `u#;MUg 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。
l* K I 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
> ;
&s['H K
lli$40 )C>}"#J > > 'aG /( 像差分析
=Y &9
qt
查看畸变
x*me'?q
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
m!5HRjOO 9D OkQnnc &@YFje6Lcm eQU-&-wt0 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
-,QKTxwo> M 0 8 A P YA 1
\ fK47oV S GIHT
qGnPnQc M 0 5 A P YA .7
#%? FM> MUL CONST 2
3s` V)aXP S GIHT
-ca7x`yo 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
|*^8~u3J" L#` 2.nU /"""z=q &|Lh38s@$# 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
m$fQ `XzU t_jyyHxoZ: 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
+ "cRhVR UrO=!G k s0cs'Rg 59{;VY81 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
PXw|
L M 0.5 2 A M YMTF 1 72
XkPv*%Er8 专门优化这一条MTF。
1.'(nKoq MV:W@)rg - #LjI . gtD 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
iv:,fkwG 9p <:=T 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
NWEhAj<w (y1$MYZ Q 优化宏
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9s!
2 wwh 再进行优化退火，50，2，50
.#*D !;f HSNOL :?HSZocf m8'@UzB 得到最终结构：
8
AFMn[{ Hx$.9'Oq\Q sffhPX\I jm+ V$YBP 各个像质结果：
}@d>, 1DU RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
`9/ 0J-7* d 9O:,DKf 变焦位置1：
SOVj Eo4'3 ~gP7s_ qr{
m ge#YV::
基本参数
变焦位置1：
~?gzq~~t E W`W~h[ jz*0`9&_ hjkL VL 变焦位置8：
zm> >} 5R z .
'Fv7 >-b& v $ 畸变
G\R*#4cF kP@H G<~ 变焦位置1：
` 1 9qq] Uo~T'mA" eNtf#Rqym z)
:ka"e 变焦位置8：
vd`O aM}#U 6,X+1EXY 1Pm4.C) MTF
@ K\o4\ .46#`4 av 变焦位置1：
CphFv!k'Z E, GN| l 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
?ty>}.c t P$ _&
变焦位置8：
~(P&g7 u 5$kdgFq( )>V?+L5M =J](.78 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
Hfh!l2P xYPxg! 相对照度
:5J_5,?;`
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
eIH$"f;L 变焦位置1：
vwmBUix $E\^v^LW h$> wv` zEj#arSE4 变焦位置8：
{{\ce;hN eNb pwne yI&9\fn 主光线角度
sef]>q
远心度都在1°以内
nBkh:5E5% 变焦位置1：
&kzj?xK=(j (!3;X"l `<U5z$^QTw &n:{x}U c 变焦位置8：
_|A+ ) K b5<okICD y \D=Z
N@ 总结：
DN_W.o ?{6s58Q{ 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。
D<>@
%"% wksl0:BL 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
