概论
WJ25fTsG #cu{AdK 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。
A^>@6d $2 MLu!8dgI 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
} #r TUX lL:a}#qx U 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
Dz( \ ? NO o? [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
z# ^fS
| .9 r YBy 设计要求
5 wrRtzf ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
|o i+|r ^_;'9YD I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
WVdV :vJ - I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
}OpU G 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
+?$J8Paf >u?.gJm ~ 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。
rm8Ys61\= QQM: [1;RT 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。
P>V oA Aqmpo3P[+ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
tWIs
|n 2'DCB{Jv 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
jYHn J}< ^#H a 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%。
>fH0>W+! >R+-mP!nj 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。
j
u A@"SG DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
~U0%}Bbh -&Z!b!jN eDJnzh83 / jG?PZ =m 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：
xB
*b7-a VJ~D.ec 搜索宏
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m+<&NDj.
HwUaaK
ipu!{kJ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
H9mN nZ_k S6<o?X9,I P`biHs8O srVWN:uuH 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
LwC?t3n 9>)b6)J D uUI#^ A k=]e7~! 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。
(Q*q# U >jW **F 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）。
\ 'm7un ]
x MJ -= Kh]es,$D
变焦优化
a*P v^Np-v _3` G ZeGV 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。
~H}Z;n]H d@Z DIy yu;EL>G_AY Bhv;l/K]) 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
q" VmuQ Y&6 jFT_ QVT0.GzR w
<r*& 得到结果：
E`)e
;^ ,} t%7I T|~5dZL E{,Wp U 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。
k79OMf<v 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
-H6 0 T,o
v;(cJ,l {sw|bLo|+ ygz2bHpD~ 像差分析
[<@L`ki
查看畸变
OxJ HhF
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。
>WZ.Dj0n jJ 2rfdfj If&))$7u zA#pgX[# 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
* ). M 0 8 A P YA 1
u>'0Xo9R S GIHT
$ . tT M 0 5 A P YA .7
zZ[kU1Fyv MUL CONST 2
CEj_{uf| S GIHT
!zK"y[V 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
gW~YB2 $ q,[;AHb (Aw@}! 0*MUe1{ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
8$uq60JK o "r 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
2 7Gff(
zTue(Kr
nS]e BsA4/Bf 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
5YrzOqg= M 0.5 2 A M YMTF 1 72
PS~_ a 专门优化这一条MTF。
*$cx7y J R(}<W$(TV V dJ HL{aqT2 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
DlzL(p@r K -'uE) 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
>_Tyzl>z |K. I%B 优化宏
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~vYFQKrb 再进行优化退火，50，2，50
` 0 @m, Lum=5zDo Lq3<&$ ;-JF1p 7; 得到最终结构：
U9BhtmY I!!cA?W -medD G /\,3AInLb 各个像质结果：
:H>I`)bw RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
C#[P<= v *lDVV,T'}w 变焦位置1：
NP3
e^ Q0-gU+ig
rrC\4#H[??
基本参数
变焦位置1：
;QVTb3Th ?0 cv zn/>t-Bc /QB;0PrE 变焦位置8：
-V2f.QE% #)L}{mHLM- papMC"<g$ 畸变
8i^
./P n"?*"Ya 变焦位置1：
|A68 +(3u |J@
&lBlq yd VDjE
Y SWtqp(h]' 变焦位置8：
<0Y<9+g! j 0LZ )V ~zZOogM< MTF
qQf NT. JS03B Itt 变焦位置1：
O=LW[h! le_a IbB"P 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
W$7H "tg CY':'aWfa< 变焦位置8：
h}tC +_"D W2%@}IDm ;I@\}!%H Y9-F\t=~ 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
7z{N} P ( -
相对照度
{\k }:)
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
#Mk3cp^Yl 变焦位置1：
o;
6^: G]$E If' o P
T)vN? T++q.oFc
变焦位置8：
wQ/.3V[ yIr0D 6L s;l"'6:_ 主光线角度
M* c F'go
远心度都在1°以内
cDYO Ju. 变焦位置1：
uF[*@N Ul NiH [jCYj0Qf8 _B ^X3EOc 变焦位置8：
,o0Kev z 0t(c84o5 4o ";p}[b 总结：
@*|UyK. .nNZ dta&= 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。
K }
T=j+ #=0 BjW* 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
