概论
fn9#>~vrD @<_`2eW'/R 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。
F3ZxhkF NE"jh_m- 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。
'Zk<l#"} | )@N-f:E 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=v]:TOu M+s j} [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。
! ;>(i e\ # nfI% 设计要求
^ua12f ]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：
"u u)2Xe GoE#Mxh xo I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
|Vx~fK S\ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
\Kd7dK9&] 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
/ hdf{4 [V@yRWI 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。
xKp0r1} F ,G, b 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。
rbk< z\pc ~uPk 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
L(WOet( ' \iMyo 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
2
X<nn |#TXE|#ux 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%。
MWq$AK] ]Sta]}VQ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
N4 [E~ - DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
I$ N7pobh v`{:~ q* GhnE>d;i 8wi A 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：
?^3B3qqh9 "2h5m4 搜索宏
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}(=ml7 )v
5fHYc0 *1;23BiH - 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
`=!p$hg($ rrQ0qg ci7~Ke wJ* \ j]~>9 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
w 67x l *4#on> (G5T%[/U Y}/jR6hK 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。
?1m ,SK \r]('x3S 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）。
q<}PM ]
TczXHT}G '?R =P
变焦优化
# J.u Z90Fcp:R 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。
(^S5 Sc = X'2 Gi #5d8?n -ddOh<U> 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
{@\/a n49s3|#)G -eYL*Pa NhtEW0xCr 得到结果：
w?;b7 i jmPp-} tS7 Q}z{AZ QAXYrRu 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。
9<qx!-s2rr 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
-CElk[u _&mc8ftT Ko-QR( Rc%PZ}es 像差分析
g!5#,kJM
查看畸变
ULbP_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。
O &\< F T5 7`+UB>8 .ftUhg %((cFQ9 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
)Jz !U t M 0 8 A P YA 1
cB36p&% S GIHT
573~-Jvx M 0 5 A P YA .7
8"pA9Mr MUL CONST 2
]Qy,#p'~&H S GIHT
" D!Dr1 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
,"C&v~ |>[X<>m 2?pM5n [sptU3,2U 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
v5gQ9 mlmnkgl
] 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
2q$X>ImI$ 6z`8cI+LRw nO%<;-=u\ u4xA'X'~R 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：
3_@G{O)e M 0.5 2 A M YMTF 1 72
td`wNy\ 专门优化这一条MTF。
J
b|mXNcL (F_7%!g1d 0YHYx n ~JT lPU' 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。
V? o&])?[ 5Wj5I S/ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
/ . f! \J\vp0[nO} 优化宏
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Q9nu"x
% 再进行优化退火，50，2，50
q
w"e0q% ) 6l=M;B7:i (''$' 5~ -1#e^9Ve\ 得到最终结构：
X ^9t jeyaT^F(
Z|f^nH #-C !/[AQ{**T! 各个像质结果：
_GRv RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
b<48#Qy~l pq@$&G 变焦位置1：
;Ce 2d+K >hh"IfIZ4
xU: PhhS
基本参数
变焦位置1：
I(F1S,7 `<bCq\+` o (vZ*^\ ,[+ZjAyG}# 变焦位置8：
%Tk}s fx 5Xla_@WLW >V 3W>5 X 畸变
P2s^= J0@ =#J 9 变焦位置1：
\=TWYj_Ah xy2eJJq ,|=iv H 7 o$O 变焦位置8：
'Sm/t/g"| +G>aj '\M| 2-/YYe;C MTF
k0Oc,P`'* w4 >:uyE 变焦位置1：
L|vaTidc0 :z}~U3,JE 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
e{d_p %( \L&qfMjW"Z 变焦位置8：
,5%aP% 4p0IBfVG =t <:zLe ]&; G\9$y 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。
u ^;s x/ ]*t*/j;N 相对照度
u:p:*u_^I
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
BUboP?#%) 变焦位置1：
as\)S?0`. C[HE4xF6 H znI R _r^G%Mvy| 变焦位置8：
RJ7/I/yD| U{.+*e18 =!Baz&#} 主光线角度
zYN M<W;
远心度都在1°以内
(>kBmK1Aj 变焦位置1：
Z\o AE<$ 5Od(J5` _dB0rsCnU% 0n =9TmE 变焦位置8：
gs<qi'B +"fM &F] ^y;OHo 总结：
)PanJHtU 5Rt0h$_J 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{7S (urfaZ;@+ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
