概论
oFb~ |>d 'g tcy 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。
*X5<]{7c KV)if' 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。
bc gXpP Zi?:< H} 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。
,8.$!Zia "TI>_~ [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
j&u/T LGK&& srJs 设计要求
| |L^yI~_d ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
fK _uuw4 '|<r[K I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
]N2!
'c I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
AJ3%Z$JJ;s 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
z=TO G P( #KNl<V+c}1 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。
p, T4BO OdpHF~(Y/ 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。
Wecxx^vtv6 W&k@p9 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
0NK|3]p c^r WS&)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
^/V nRpU UxxX8N 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%。
==UYjbuU S O Zs!9oi 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。
=W&m{F96 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
7GTDe'T I$ R1#s .4ZOm'ko{ (d/!M
n6L 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：
[mQdc?n\ PC HKH 搜索宏
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mE=Ur
IT7],pM +f%"O? 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
}g@
' ^v M.xZU\'ty h$}PQ %ZcS"/gf 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
S dN&%(ZE @ l q)L Ex Q\qp3 CiGXyhh 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\h4-dJn xHqF_10 S# 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）。
8rx|7 ]
"h #/b}/ 93Zij<bH?e
变焦优化
[2YP V\= 9 ^9-\DG 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。
~ g-( 0b/@QgJ LF
@_|o I
WzoI0E` 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
7r 50y > OrYN-A 4{ V2|By,. C/Qm tT~`e 得到结果：
yX oNfsv Mk0x#-F nF_q{e7 8{QCW{K 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。
.k-6 LR 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
-`D YDIr E p; i],} d:w/{m% # o& &`_"18 像差分析
Yku6\/^
查看畸变
\|9B:y'y
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。
NJ+$3n om _"Z?O)d* ;Ce?f=4 t0jE\6r 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
LT
Pr8^ M 0 8 A P YA 1
k*n~&y: O S GIHT
Fw lD P M 0 5 A P YA .7
qJ(u ak MUL CONST 2
2$kB^g!:o S GIHT
/8Y8-&K 0 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
{@iLfBh5 <tBT?#C9+ j6EF0/_ |e $ZGup"z ) 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
qD4s?j-9 yf0v,]v[ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
Y JMs9X~3 R6BbkYWrX BO4;S/ O wM4{\ f\ 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：
C3Q #[ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
2I}+AW!!= 专门优化这一条MTF。
Z^2SG_pD ?4U4o<
.:f ao' \1gAWUt(' 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。
>qB`0 3> $x`HmL3Sb 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
i+mU(/l2{ JZ`SV}\` 优化宏
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sZCK? 再进行优化退火，50，2，50
>!@D^3PPA 2w3LK2`ZL s|H7;. 3gp G #e]J;
得到最终结构：
8^+|I, x%r$ /= nvf5a-C+q JyTETf,y 各个像质结果：
Ycm .qud
? RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
'%t$m f!nV @,e o* 变焦位置1：
2<5LQr ?_d>-NC
|(*btdqy3
基本参数
变焦位置1：
Z(c
SM rh Q+ylt8I #*.4Jv<R Z(tJd , 变焦位置8：
Q2E y RFT -s2)!Iko& -XL? n/M 畸变
(^FMm1 @T ?m2FN< S 变焦位置1：
d*Su
c [&*irk d+v| &y N yN{ **?b 变焦位置8：
*~6]IWN` NAE | iyw 9 c9$cnQ MTF
hfL e<, g]HxPq+O 变焦位置1：
~FYC'd flqr["czwK 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
D9NR M;v G@D;_$a 变焦位置8：
0 fT* O ym6Emf] \R@}X cqZ *8a[M{-X 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
/_cpS q Udk Nb}L 相对照度
"~=}&
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
"7+^ ` ? 变焦位置1：
YK8l#8K M^ WoV
}' Th%w-19,8 adoK-bS t 变焦位置8：
9mM Q l>`S<rGe %1;Y`> 主光线角度
:jTbzDqQ
远心度都在1°以内
qfFa" a 变焦位置1：
s!YX<V 2xuU[ ]A- LgDsS Bt:M^ b^ 变焦位置8：
6@^
?dQ Iu~(SKr=|$ SP2";,%/9 总结：
J^` pE^ S ]nIVP 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。
0[ n;ZL~ fF/;BSq' 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
