概论
AoL4#.r3H Mf%0Cx ` 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。
5bX
SN$7|
z%;b-PpS 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。
]' =]=o~4 t K6z#) 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。
s<[%7 6Y! ozF>2`K
} [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。
S,Boutd 7jT]J 设计要求
N;7Xt9l ]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：
zlZ $t{[, Rz1&(_Ps I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
wQ qI@ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
yf+M 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
~U#afGH$ *{8K b>D 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。
VS<E?JnbFV Zf }]sW$H 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
,qV8(`y_ k/YEUC5 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
W}bed],l "tB"C6b 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
R>U0W{1NO \ Q<c Y< 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Ro$'|}(+A W"+*%x 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。
l=U@j
T DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
:zZK%} G< ~~k_A|& %Kx:'m%U | ?3\xw 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：
xtYX}u E&P'@'Yk 搜索宏
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5mUHk]W
-hw^ 3Af MW8GM }Ho[ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
9 o6ig>C nS)U+q-x&o T1jAY^^I g-"@%ps 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
L\}o(P( Z`<S_PPz {/G ~HoY1i j'FSd*5m 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。
QNn\ wz_) <QFT>#@T 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）。
^WQ.' G5Q ]
3maiBAOKz .dX ^3
变焦优化
w%R(*,r6 A@x a$!4} 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
L,c@Z @ P_6oMR U;u@\E@2 UZ7Zz c#g 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
esU9 "C %<R =V~p QbZ cO%-Av~P 得到结果：
0w 9)#e+JS P} hHx<L c hk1tFV _|re o6 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
F,+nj?i! 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
jWk1FQte 5e=9~]. 7 ? cU9~= @v &h r 像差分析
K}7E;O5m"
查看畸变
l# u$w&
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。
r(WR= D{ ?D ?_D,"C vYb. Ub+ a!rU+ h iC 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
Em8q1P$tm> M 0 8 A P YA 1
=y+gS%o$ S GIHT
G y 0 m M 0 5 A P YA .7
>dO1) MUL CONST 2
1;8=,& S GIHT
zA/ tHlK c 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
$Y'}wB{pc *UBukn MiHa'90{K W;%$7&+0 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
&h^E_]P WOBL gM,| 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
I!sh+e &w1 5 GO;4 \ %& BK.t ;;>hWAS 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
CVUA7eG+ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
*UL++/f 专门优化这一条MTF。
96G8B62 WEy$SN+P O_=2{k ~s0 y ,&'nk} 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。
iM
\3~3' @ ;T|`Y=7 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
RHO | g0 mQL8ec_c 优化宏
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_A]8l52pt 再进行优化退火，50，2，50
S +wy^x@@ >}~\ *Y\8@ .+ezcG4q bsCl w 得到最终结构：
Nk
JOD3>U `G /%U~ & ~4;HjS oV ZI ([O 各个像质结果：
b0VEMu81k RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
GgT 5'e;N 1`6kc9f. 变焦位置1：
|:7
^ K Eda6zZH
M[ eq)a $
基本参数
变焦位置1：
l<3 X:) WZ@hP'Zc ;*{"|l qe "rl(%~Op 变焦位置8：
/$[9- G? 6DkFI kS \p4>onGI 畸变
>b;o&E`\ d9=i{i3 变焦位置1：
bwR$9 10b ,|}}Ml xdLMy#U2 P^3`znq{ 变焦位置8：
cMU"SO *;ehSg9 [,bra8f[C MTF
@5RbMf{ i Y,Ffu E 变焦位置1：
C (%b!Q,2 Ei HQ&u* 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
AONEUSxJ r5,V-5b 变焦位置8：
qkbGM-H%U REg&[e+% Sj'Iz #
N%f%
U 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。
.IU\wN *SK`&V 相对照度
"M;aNi^B
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
P.y06^
X}A 变焦位置1：
PQd*)6K:A MD):g @ p3,m), &wa2MNCG8 变焦位置8：
@fQvAok `VrQ? s $ucDz f=o 主光线角度
FoQy@GnM5
远心度都在1°以内
>d3`\(v- 变焦位置1：
ZX8 AB %y{'p: M!wa } v]GQb 变焦位置8：
\1He 9~6 V8hmfV~=]P oh0*b h 总结：
/:;"rnvq aGAeRF 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。
)61X, z *B)J(^M!q 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
