概论
`r':by0M M `M5'f 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。
FUb\e-Q= nEy& >z 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。
X-Kh(Z ~&{S<Wl 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。
RJ&RTo MUc$ 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。
7"x;~X rfJz 8uF% 设计要求
j0aXyLNX ]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：
h"Q8b}$^) iC~^)-~H=w I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
N!=v4f I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
]|a g 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
=v&hWj P 7U"g3 a)= 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
O+]ZyHnB
#A/ 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
>\#*P'y` d "m8^zg hL 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
q`7PhA &` r-.&Y 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
/Iokf@5 & h)yro 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
"Gzz4D v{N`.~,^ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
*OsQ}onv DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
Y\P8 v M
FMs[+2_o |aS.a&vwR U9 s& 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
xm~ `7~nFR 3jU&zw9 搜索宏
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bsli0FJSh'
s!zx}
5 '<)n8{3Q5w 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
;ef}}K my1@41
H r Z$O?K I$G['` XX/ 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
V2EUW!gn
2 K@]4g49A/j iWkWR"ys y \*?~Yj # 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
_;y9$"A VCkq"f7c w 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）。
Q3~H{)[Kq ]
>Cp0.A:UC# +Kc
变焦优化
0Mm)`!TLSW K5h 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。
BDDlQci38 ^{`exCwM x >]TWXmx/w Sz`,X0a 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
|HQW0 2F.;;Ab T7%S
#0,p Wn2NMXK 得到结果：
}($5k]]clP q3!bky\ KV *#T2 0T =UQ3HQD 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
ZMlm )?m 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
+ &Eqk [9L:),&u
&p@O _0nF ZLejcYS 像差分析
#c!lS<z
查看畸变
M%m4i9~!?
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
g3y ~bf TD0
B% 9Y9GwL]T n-;`Cy`k 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
wP@(?z M 0 8 A P YA 1
N4!O.POP S GIHT
n 7[V &`e_ M 0 5 A P YA .7
=:pJ MUL CONST 2
24eLB? H S GIHT
q<1 ~ vA9 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
Y:[ u1~a V)25$aKW7 )ez9"# MH' a`>B Ly5o 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
0GeTS Fj rV#ch ( 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
onzxx4bax 3s#N2X;Bc ;e *!S}C, D p9+HA9t 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：
U Cj ld M 0.5 2 A M YMTF 1 72
=7eV/3 专门优化这一条MTF。
O\ r0bUPE YOO+R{4( S,he6zS xy;;zOh` 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。
4V`G,W4^J /\n- P'} 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
3!]rmZ-W ` Sz}`+E 优化宏
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' `Hr} 再进行优化退火，50，2，50
VOLj>w NzvXN1_% tR$NRMZ. lThB2/tV\ 得到最终结构：
(4nq>;$3 #H~6 4/ |sE'XT4ag vFmZ<C'
) 各个像质结果：
]Y&VT7+Z RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
e a U "w<#^d_6 变焦位置1：
W "{N Bi BI@[\aRLQ
w7L) '9
基本参数
变焦位置1：
$XH^~i; y6BAH ~k5W@`"W C3g_! dUs 变焦位置8：
Nh + H 9 dM@1l1h/ 4*;MJ [| 畸变
F#E3q|Q"BS {' H(g[k 变焦位置1：
W(p_.p"
8 &dF T)_hpt. J 'r^/ 变焦位置8：
$*m-R*kt wMN]~|z> 1$ {SRU7l MTF
COlaD"Y Xch~
1K 变焦位置1：
veECfR; 5"H=zJ=r 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
K*d Cc}:` BY*8ri^u 变焦位置8：
klhtKp_p \_f v7Fdp{ `Q,H|hp;k; j] [,J49L 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。
],].zlN }Y 4qS 相对照度
Dvln/SBk
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
*X}`PF 变焦位置1：
&%Tj/ Qx hE-M$LmN@ w4Z'K& d= =Fl^` *n 变焦位置8：
9gZ $
d'sZxU akQ7K 主光线角度
A+{VG P^
远心度都在1°以内
2J;g{95z 变焦位置1：
=vhm} bZV/l4TU Kc(FX%3LU ?
=+WRjF 变焦位置8：
:M5l*sIO2 TS5Q1+hWHV T6k0 >[3xf 总结：
?bu>r=oIO] LOJAWR9$^U 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。
{l >hMxij e(G |;a 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
