概论
ye&;(30Oq RZLq]8 pM 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。
P:c w|Q ^q5#i hM 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。
K?;DMUSY\ <~)P7~$d?p 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
o!Zb0/AP) )nkY_' BV [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
x 5Bk/e' Z@HEj_n 设计要求
D*jM1w_` ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
/uf lpV| }2jn[${ pr I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Wr
4,Y QM I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
/uc>@!F 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
I7onX,U + {: /}NpA$ 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。
4hB]vY\T 2 /?|&[ 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。
Nn6%9PX_) -?\D \\+t 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
O - wzz *dQSw)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
G|Ti4_w
&C}*w2]0S 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%。
"oyo#-5z /ZX }Nc g 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。
=X }J6|>X DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
vM={V$D& UQsN'r\tS hrk r'3lv E .h*g8bXe 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
F ,kZU$
a?1Wq 搜索宏
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KNl$3nX
>*bvw~y , l1I#QB@5n 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
@7 }W=HB PCA4k.,T mpyt5 #f h[ ZN+M 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
4eu O1= gGYKEq{j( JF]JOI6.e *CMx- _ 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
bA 2pbjg= i b m4fa 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
7zMr:J mV ]
:RYTL'hes 4H/OBR
变焦优化
u*R_\ *j@ MV"=19] 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
+ZYn? #IQ ]e3Ax(i) =4!m Ao} KvS G; 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
HW|IILFB jPeYmv ] x-c"%Z| M|-)GvR$J 得到结果：
Kw}'W
8` c z s;JJk^ }]Tx lSp!; Dq xs+ 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。
1 YA% -~ 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
IV-{ve6 |Z Bw<f g0H[*"hj p_ =z# 像差分析
:gT4K-O j
查看畸变
RSds8\tk
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。
i4Jc.8^9$ J4utIGF \v{=gK $kgV a ^ 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
- &f$GUTJ M 0 8 A P YA 1
(hsl~Jf S GIHT
^aQ"E9 M 0 5 A P YA .7
K,]=6 Rj MUL CONST 2
j pOp. S GIHT
+p^u^a 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
<#.g=ay J1kM\8%b\ !w NO8;( e )ZUO_Q$ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
fVwU e _Y iE{&*.q_}> 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
2:R+tn(F .pq%?& 598i^z{~0% >7r!~+B"9' 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：
*=n:- M 0.5 2 A M YMTF 1 72
X 8|EHb< 专门优化这一条MTF。
+V+a4lU14 bcR_E5x$ ':W[ A *A< 5*Db:F 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。
&zs$x?/ 7rA ;3?p) 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
*H122njH+T hcc/=_hA 优化宏
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W m|lSisY 再进行优化退火，50，2，50
t
Pf40`@ 6RM/GM 1cGmg1U ; ~Z+%d9ode 得到最终结构：
3F0 N^)@ ]?)TdJ` 2%> FR4a -+5 >|N# 各个像质结果：
uMv1O { RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
P$sxr @6d[=!9 变焦位置1：
8_tQa^.n\ S$k&vc(0
2(nlJ7R
基本参数
变焦位置1：
I |J/F}@p 9Ee'Cm w:l"\Tm s7EinI{^ 变焦位置8：
T KjFp% @H<q"-J 3[&C g 畸变
<1 pEwI~ J= L5=G7( 变焦位置1：
]HdCt 3X KU;9}!# or]IZ2^n ? q&T$8zc4 变焦位置8：
V$~9]*Wn mqJ_W [y7 aoTP [Bp MTF
_~pbqa,
" Jr-J#gg 变焦位置1：
}`"6aM MW{8VH6+ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
Sc
Tf)*4O 4@' 变焦位置8：
_
J[ B ZxvJQ :L;a:xSpn= !Uc T RI 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。
z ] Ue|%K l(q , <[O 相对照度
`XB
9Mi=
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Z/K{A` 变焦位置1：
n(|^SH4$b 5Ph4<f` L~ wf $s*|z Rh |nP&6 变焦位置8：
V>
bCKtf& eY\y E"3 Y<rU#Z #T 主光线角度
]7mt[2 Cd
远心度都在1°以内
3Y~>qGQwh 变焦位置1：
:eg4z ) '=6\v!
^I)N. 5 63A.@mL 变焦位置8：
hL5|69E BSMwdr `p7=t)5k 总结：
3 9|MX21k )Beiu* 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。
u4_9)P`]0 ${)b[22": 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
