概论
[?<"SJ ,` *f~X wy" 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。
q|,I\H5} TxhTK5#f 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。
'|0Dt|$ vgzNT4o 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。
=nEl m*E WV5gH*uUa [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。
"HW~|M7>( .`!|^h%0 设计要求
k--.g(T ]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：
q P@4KH} e W:uIG-y~ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
?op6_a-wm I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
rN)T xH&*p 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
I"E5XVC); im^G{ 3z 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。
%-+lud @]Ye36v0#L 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。
0X\,!FL Hw34wQX 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
x`^~| Q *-bR~ 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
06I'#: ] E9 QA<w 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%。
ZoB?F xW{_c[oA 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。
z3b8 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
2. Ym lhAwTOn`Q -^8gZk/(W _;J7#j~} 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：
o@_pV O qDLb 搜索宏
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|jW82L+!N%
Wx"bW ICc yqqP7 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
i% k`/X; )`Tny]M )Y @ GVZ/`^ndM 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
*&>1A A $O&P@8:Z +Ij>\;vM" .l5y !? 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。
8QDRlF:;< vk+TWf 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）。
BCF- lrZ & ]
r 4jW =?| <FmrYwt
变焦优化
d c_^ {<&I4V@+ 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。
F<X)eO]tk 3*64)Ol7t] { Q^P< 5) o-$1s A 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
lRnst-inlI L~Ep d.,Dt r#rQ3&Vn g^"",!J/ 得到结果：
(7`&5m d 7Q} P}9n w``t"v4 |vA3+kG 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
_;$VH4(BI 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
{<ymL} !)ey~Suh 5NbI Vz #
SV*6 像差分析
d~uK/R-KD
查看畸变
$@+\_f'bU>
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
?s #DD, 3D +>NB i 4lR$]@ ItHKpTe r 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
V :)k@W?P M 0 8 A P YA 1
vLJ<_&6 S GIHT
] 3xnq< M 0 5 A P YA .7
EU
TTeFp MUL CONST 2
Fe %Q8RIh_ S GIHT
8Z :NT_Ss 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
.
[+ObF9= /"tVOv# ;2 @MPx u2y?Wc Mv 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
.VuZ= 6cVaO@/( 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
' wvZnb {l.) *#O :D} xT] h|m h_T{+ 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：
.@JXV
$Z M 0.5 2 A M YMTF 1 72
i ;y<gm" 专门优化这一条MTF。
kM*f9x ueZ `+g~gg #?YQ&o~ gZ L{N9h1 ] 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
"]JE]n}Ulg GfD!Z3 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
[{ K$sd nORm7sa9 优化宏
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!FZb3U@ 再进行优化退火，50，2，50
O1Ey{2Q >e($T!}Z %L}9nc%~eP ^;$a_eR 得到最终结构：
Pb Jn8 o >1T=Aw2Z. Jj*XnL* r^n%PH < 各个像质结果：
<`9Q{~*=t RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
~A}"s-Kq5 ]MfT5#(6h 变焦位置1：
X2(TuR*t J1YP-:
L0qo/6 |C
基本参数
变焦位置1：
(ST />")L qm4 Ejc< fBR,Oneo :@KWp{ D7 变焦位置8：
\'&:6\-fw b4Zkj2L he8y 畸变
<QQgOaS`2 I?lQN$A.E 变焦位置1：
BR8z%R xv]P-q0 15 x~[?! k+ 5:fB)z 变焦位置8：
|+mhYq|`
,u-i9`B J~V ` "uo MTF
eY"y[ U`ey7
变焦位置1：
RvZi %) 2shr&M fp[ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
QY 8I_VF r4@!QR<h 变焦位置8：
5 ]:fkx w [I%Id;E R{NmWj['Mg x op9*Z$ 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。
QzT ) PtX 0\qbJ 相对照度
?y> xC|kt
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Fx~= mYU 变焦位置1：
*^bqpW2$q h$)!eSu F2: +i#lE sOa`T k 变焦位置8：
{# ; e{v rtS(iD@B" Q!7Er 主光线角度
tbJB 0T|G
远心度都在1°以内
b7E= u0 变焦位置1：
sg;G k/] /0s1q kG[ u$[B \m1r(*Ar 变焦位置8：
HDvj{ sw6]Bc 3;Kv9i<~LE 总结：
.e!dEF)D R9f*&lj 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。
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[J, j +\I4oFN 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
