概论
.:_'l)- >t+ ENYb 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。
e02Hf{eOfw s.1F=u 9a 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。
Y;w|Fv jj+ kUBE+a6# 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。
|mT% IR amm i4k/ [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。
_| ~Dj)z KGt: 设计要求
}i9:k kfq2 ]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：
UiU/p 14$%v;Su4 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
A %w9Da?B I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
,fj Y|ip 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
Q O@86{u#Y rfV'EjiM} 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
hs6pp/h> |# 0 '_ 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
U~
X 2gWR2 H@ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
t{;2$z 0 M)13'B. 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
WZa6*pF ! ~
o%KQt 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%。
Q Q?t^ ptv OvH:3 "Sdy 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。
&5
7c !) DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
V|Bwle @Y0ZW't Q#MB=:0 { qrMED_(D 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：
X5owAc6 &C'^YF_^0 搜索宏
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1dvP2E
|q3X#s72 m|NZ093d 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Dgz, Uad8f l a;*> jCY~W c j_C"O,WS 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
y;o - @] <F^9M L+' 2n.HmS 628iN%[- 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。
i]n2\v AG re*Zs}(N\ 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）。
<zCWLj3 ]
%P }H3;2 ~q`f@I
变焦优化
DE.].FD'
G#[A'tbKk 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。
,h=a+ja8 s.4+5rE A=kOSq 4Q ?22U0U F 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
cr;:5D%_ ILr=< j 1 b 7jNkQ k'r} @-X 得到结果：
Y. J!]| Mbc&))A a~Dk@>+P> }etdXO_^ 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。
? Uq"zq 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
:G>w MMv&z t]I9[5Pq\ gaN/
k p UIDeMz 像差分析
g} !{_z
查看畸变
9mxg$P4
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
t
U}6^ yc 1j<uFhi > N.mRay, u xyj6( 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
j-d&4,a:c M 0 8 A P YA 1
dC,C[7\ S GIHT
NCh-BinK@ M 0 5 A P YA .7
%%ouf06.| MUL CONST 2
xO_ >%F^? S GIHT
q\@_L.tc[ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
?j8!3NCl} fY^CI b$Y #czTX%+9(e t Cb34Wpf 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
_<RTes t Aq0Z) 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
j4, y+ 9U 0 g30nr) G_?U?:!AC 46]BRL2 G 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：
i.'"`pn_ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
4Q0ZY(2 EO 专门优化这一条MTF。
p _[,P7 w:lj4Z_ >3p~>;9sc M 6&=- 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。
<Q(E {c3" t T BDb 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
F%<*a,m6g N
;=z o-8 优化宏
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s .p>
?U 再进行优化退火，50，2，50
y5F+~z }{ Xk.OyQ @ ;@=3
@v |l8=z*v< 得到最终结构：
zc8^#D2y& mDK*LL5]W hYpxkco"4' F(n<:TvlK 各个像质结果：
Hrpz4E%\Aw RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Y Iwa = ^ [L X/O@ 变焦位置1：
8OZ asf P!Fy kg
_^Q!cB'~/`
基本参数
变焦位置1：
QTBc_Z AuK$KGCI= Eo2`Vr9g }0pp"[JU 变焦位置8：
~(v5p"]dj UstUPO (F f}Y.4 畸变
<[\I`kzq d7](fw@c 变焦位置1：
aC`>~uX##V VIdKe&, i [9yu- C<C$df
变焦位置8：
F}{%*EJ ]}lt^7\= N$kxf MTF
:0:Tl/)) ,2$<Pt; 变焦位置1：
'UhHcMh: QNOdt 2NN 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
beo(7,=& B?i # m^S 变焦位置8：
KGM__Z O. 0zNbux _ *gH]R*Q[Rt JWd[zJ[ 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。
]O@iT= *3 Lq5 xp< 相对照度
_M/N_Fm
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
d~qQ_2M[G 变焦位置1：
tgKr*8t{ _ cQ
'3@ 7 tlK'j' \"(?k>]E 变焦位置8：
5h/,*p6Nje 7iv o Q :W, S 主光线角度
_l9fNf!@
远心度都在1°以内
g0j)k6<6(Y 变焦位置1：
c +3`hVV P6.PjK!Ar g6%]uCFB ns> $ 变焦位置8：
q~
a FV<Q nRc\!4 r\Y , *e 总结：
0\XWdTj{ Fge%6hu 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。
7 2JwG7qh eR \duZ!` 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
