概论
$v+t ~b s:#\U!>0` 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
' #0'_9} )}jXC 4 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
*f$wmZ5A F]~>qt<ia 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。
&\GB_UA [D%5Fh\0 [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。
4&([<gyR< 7{e*isV 设计要求
QGQ> shIeZ ]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：
S&Y C" Do 5)ilt I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Qtpw0 t" I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
\`M8Mu9~w 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
ri k0F 7B,a xkr 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。
y6nPs6kR O
o+pi$W 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
s!j[Ovtx UL.x*@o 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
%Cz&7 qf" 7U\ GX 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
0xYPK7a=L\ <wZ2S3RNA 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
xMu[#\ Vc Th6xwMq
因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
^xwnX=Np DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
Yq?FiE0 aqk0+ ]e+88eQ LJ Aqk2k 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
:_FnQ hzg (/r l\I 搜索宏
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&6`h%;a /&
T!*lTzNHm \' gb{ JO 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
hY@rt,! 8 U\
Et AD=vY DR+ N1 }#6YNw 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
MM*B.y~TxZ 8(Ab
NQ ShV# XnQ U2u\Q1 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
,MxTT!9Su 5HZ t5="+ 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
/uM;g9 m ]
|ZAR!u&0 ? %9-5"U[
变焦优化
-<[MM2Y }j /($, 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。
Ip0~ s?8vs%(l Nj<}t/ e i*We kr3Wo 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
a9ko3L d@a FW <GbF4\ue I0
78[3b 得到结果：
G>/Gw 90E 0GtL6M@pP \<}4D\qz =o@CCUKpj 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。
(|<e4HfZL 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
3~I|KF7x ,dTRM =r3 %jWH6 \pXs&}%1,F 像差分析
b1 (7<o
查看畸变
J3F-Yl|
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。
6QwVgEnSf ET_a>]<mv Nq`@ > Ml PgeC\#;9 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
"0Wi-52=V M 0 8 A P YA 1
eDh]uKg S GIHT
~$GRgOn M 0 5 A P YA .7
Tq\S-K}4! MUL CONST 2
-VqZw&" S GIHT
kK27h fsw 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
g>m)|o' cjf 8N:4N0 M.|cl# RObo4 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
iYqZBLf{S I~'% 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
KW* 2'C& iP7
Cku}l Gb=pQ ( n4 c>_tV3TDA 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
D5o[z:V7" M 0.5 2 A M YMTF 1 72
P=.yXirm? 专门优化这一条MTF。
O%g
Q L}E~CiL0 n :bh#,]' 0rt@4"~~w 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
_ JVFn= n{d0}N = 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
{X8 5 U9 <AL. 优化宏
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KASuSg+ 再进行优化退火，50，2，50
{|KFgQ'\ ',7LVT7 e -!6m #0 #\|Ac*> 得到最终结构：
r{cefKJHg ( Dy6I;S R`[jkJrc 5r&bk` 各个像质结果：
-0QoVGw RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
z\d{A7 wbIgZ]o!/; 变焦位置1：
50s1o{xwc iS p +~
I_ 1(jaY
基本参数
变焦位置1：
(yx^zW7 1@dB*Jt 9HsiAi* q,i&% 变焦位置8：
T*Dd%
f 4YV 0v, z f`$F^= 畸变
2)~`.CD?L [P'"|TM[ ~ 变焦位置1：
-w dbH`2Z" t5| }0ID- (#&-ld6 {Jna'
eS 变焦位置8：
= 9Ow !(!@ 6"h,0rR ?*zDsQ MTF
u PT2ga ] u c<JF= 变焦位置1：
|)+ s, LT5 X[ 6#J 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
bu ? 4$O !K8Kw
W|X 变焦位置8：
)>=!</@ xekU2u}WE 'mELW)S d-sT +4o} 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
&G|^{!p/G ( < e q[( 相对照度
7es<%H
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
zA>LrtyK(= 变焦位置1：
0! Vza?9 |JL ?"cc y}F;~H~P k-Z :z?M 变焦位置8：
4St-Q]Y _
Ki\\yK kR+7JUq] 主光线角度
QZ m7
Q4
远心度都在1°以内
9Q.@RO$%C 变焦位置1：
45,): U5 Op'&c0l '8yC wk k-N}tk/5 变焦位置8：
q^DQ9B -d. i4X3j ri`; 总结：
dC<2%y L>Y3t1= 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。
2 oF1do ; j "s 7P% 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
