概论
>c @jl O~OM.:al& 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。
WkMB L2Fi/UWM 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。
*5KDu$'(e "rnVPHnQR 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
| /X+2K}3 "=Cjm`9~j [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
v05$"Ig NydF'N_1 设计要求
O %1uBc ]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：
`sLD>@m 7S{yKS I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
C/!7E: I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
c=f; 3N 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
>x*ef]aS `hDH7u!U. 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。
cS%;JV>C
@Yw >s9X 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。
,R}9n@JI^Y Aj*|r
确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
gn:&akg U E- 1p 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
0V+v)\4FE C ~Doj 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%。
b"y4-KV *&~(>gNF, 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。
wln"g,ct DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
EvptGM r<[G~n 39bw,lRPV TR9dpt +T 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：
'F^1)Ga$ r8>Qs RnU% 搜索宏
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1Q7]1 fRu
P@0J! z:; yx 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
:pLaxWus! ,rX|_4 n* <q`| ,mc s;#,c( 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
4t 0p!IxG GO3KKuQ= $lg{J$
h8 )
D5JA` 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。
\s6 VOR/ SM4'3d&mf 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）。
y$9XHubu ]
L|p+;ex ),lE8A{ H
变焦优化
IM_SZs i)(-Ad_ 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
%GGSd0
g jd.w7 .8 Zd]ua_)I%[ ~ E n'X4 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
PY#_$ C 63VgQ ;P^}2i[q>[ 0 *]Z C'pm 得到结果：
N7!(4|14 A#gy[.Bb l)f 2T@bHl h7PIF*7m
e 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。
q! WiX|P 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
cvC 7#i[G 4Mox P C_&ZQlgQ QO %;%p* 像差分析
cRWYS[ O?-
查看畸变
s0'6r$xj
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。
-HRa6 4JL]?7 5 u17 9! eC_i]q&o| 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
.SDE6nvbW M 0 8 A P YA 1
& X,6 v S GIHT
:Aj[#4-= M 0 5 A P YA .7
~BgNM O;| MUL CONST 2
n` D-?]* S GIHT
$\L=RU!c} 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
> 0c g rnC<(f22 7! ~)a 1cV0TUrz 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
b@B\2BT zANsv9R~ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
W(EN01d \ ZeH=]G4Zv7 >f p_$bjd ufN`=IJ% 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：
L(}/W~En M 0.5 2 A M YMTF 1 72
eIbz`|%3 专门优化这一条MTF。
SKo*8r @eP(j@(^ ]3
76F7 OKnpG*)u=g 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。
9
xFX"_J HFX,EE 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
;oOv~ YB7H "sed{? 优化宏
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~ sTn?~ 再进行优化退火，50，2，50
]: Pkh./ 8<
"lEL| 6>[J^k%~w) <<&SyP 得到最终结构：
{<Xl57w-Q c#a>> V )jMk ~;'r r|3<UR% 各个像质结果：
twp~#s:\z RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
RA}Y$ }^#' k"+/DK,: 变焦位置1：
Nk?L<' wpOM~!9R
|al'_s}I
基本参数
变焦位置1：
! ~+mf^D FB
O_B j:0<
tj E T5aeO^ x 变焦位置8：
VW :Voc Se [>z( M aP - 畸变
C+0BV~7J<< #^w8Y' {? 变焦位置1：
UM. Se(kS Pk:b:(4 D\ P-|} Xliw(B'\a4 变焦位置8：
N._^\FRyn W1[C/dDc avd`7eH2 MTF
@Dd3m WKq Gk)6ljL 变焦位置1：
U)SQ3*j2D &izk$~ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
XZxzw*Y1J z*WQ=l2 变焦位置8：
xS_ tB)C <4*)J9V^s= Xnxb.{C |q 0iX2W 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
1fV\84m^ 8%;]]{(B 相对照度
&IFXU2t}
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
>x${I`2w 变焦位置1：
)>! y7/3 sl*&.F,v= 2~@Cj@P] |w.5*]?H 变焦位置8：
8-)@q| y9 K'(/ lv& y<d; 主光线角度
@Cl1G
远心度都在1°以内
qhNYQ/ u S 变焦位置1：
?8$h%Ov- K}Lu1:~ : BUr8%l u@kr;^m 变焦位置8：
9<"l!noy Edl .R}&1 g m}zF%B" 总结：
+ $/mh <2fvEW/#v 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@ mP;K0 yu=(m~KX
好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
