概论
%=aKW[uq] .hl_zc# 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。
?E([Nc0T Ww7Ya]b.k 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 ,QsE{ A]z*#+Sl 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。
V'vR(Wx Mb i]EZ [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 zM:z, WgtLKRZ\ 设计要求
<)VgGjZ-H ]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：
'0+* CXl btpK2k I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
/DYyl/ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
g68p9#G 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
(`tRJWbdz ScPVjqG2{ 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。
#oUNF0L@6 @R[{ 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。
m#7(< # l:85 _E 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
y~SVD@ ag=d6q 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
?"B] "% M& rpR${%jc 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
n>M`wF> &gXh:. 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
%q {q.(M# DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
R@vcS=m7 %Sr+D{B X\|! )BP*| URc 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
FfoOJzf ~o G95,J/ w 搜索宏
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-3 I3 X
V2MOD{Maat c`;\sW-_W 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
D Ez,u^ CD|[PkjW C-'hXh;hQ }lJ;|kx$
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
:GHv3hn5 Fn w:alWr +X}i%F' k+3qX'fd 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。
O7K.\ A4K.,bZ 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）。
uV/5f#) ]
xO~ ElzGm 0#q=-M/?`
变焦优化
'rQ"Dc1D B /?
L$m 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
"q@m6 fs MK$u }G gq?:n.;TY I[ \~ pi, 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
}aCa2 % F L0uY0K 5j%G7.S\ ,$P,x 得到结果：
b F)G+IH 6*OL.~WE 39 pG-otJ k9|5TLXq?
插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
eim +oms 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
C@rGa7 .R9Z$Kbq c\bL_ )G? qX. D 像差分析
!xM5
A[f
查看畸变
v9$!v^U"D
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
=W(*0"RM <=uYfi 3, l6viP}R Mf}M/Fh 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
: Mf" M 0 8 A P YA 1
6Rd4waj_,U S GIHT
G)3I+uxn M 0 5 A P YA .7
M[u WX= MUL CONST 2
5{Cz!ut;tE S GIHT
!<b w g 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
+SJ.BmT 4 #U}bN D} -.< 9g9 2eKS 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
W&z jb>0b0 *O?c~UJhhV 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
)P$ (]{ `i7r] Bq0 \T
0, U ZZJtQt 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：
s -i|P M 0.5 2 A M YMTF 1 72
\-<BU G]= 专门优化这一条MTF。
DwD$T%kF t [QD#; h}bfZL KKeMi@N 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
\P\Z<z7jy qnm_#!&uHT 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
JAbUK[:K ,d
G. 67 优化宏
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#-hO\
QdC 再进行优化退火，50，2，50
nHK(3Z4G eH&F gmU f| RmAP;X, OvdT* g=8* 得到最终结构：
rk= D5E7 %Bq~b$ }r}*= ; Ea J3 $>~ ?^1 各个像质结果：
Iq$| ?MH
RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
I[z:;4W}L^ M .# } 变焦位置1：
k.T=&0J_1 37AVk`a
8\"<t/_
W
基本参数
变焦位置1：
D0.
)% U 'jt'( 1/_g36\l$ z^Q'GBoBA 变焦位置8：
lFBdiIw rTD +7
)E _ 0/unJl` 畸变
tjdPi a b
F=M Q 变焦位置1：
Hq@+m! 'o$ j~Mr MJn-] E }nx)|J*p 变焦位置8：
pP<8zTLn %L|fTndKH .?>Cav9: MTF
HB07 n 4 |
'g v0;L 变焦位置1：
X 1o",,N^M ;p`1Y<d-O 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
mvn- QP~" XqH@3Ehk 变焦位置8：
"~KDm(D X cR=4q|7 yR[6s#F/h 0 b& # w 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。
Pwh}hG1s a l1KMEGmG 相对照度
U S^% $Z:
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
l{ By]S 变焦位置1：
js$R^P 0T j,TF /ViY:-8s LF| 0lAr 变焦位置8：
4,RPidv%O `[ZswLE D
0Xl`0"' 主光线角度
^F^g(|(K
远心度都在1°以内
n,I3\l9 变焦位置1：
lyn%r oE Ipv;:_ {!,K[QwcI T"wg/m T 变焦位置8：
x}G:n[B7_V hBgE%#`s h nydH-;cz 总结：
H oI6(t yT ^x0?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。
=m.Nm -g 1tuvJ+`{ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
