概论
2y;vX|lX] =RRv&
"2r 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。
,(K-;Id4 <,n:w[+!`P 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。
#G F.M,O/h &?H$-r1/?V 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
k_wcol,W Xo~q}(ze^ [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
1 Ga3[ g }8aqSD<: 设计要求
zb!1o0, J ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
_0'X! 1" 6fo" k+S I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
ln=fq: I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
2 (l0 Lq* 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
E7? n'!= B; e<.M)e 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
js <Up/1 >Jx=k"Kv+ 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
6LGl]jHf M57<e`m 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
sRT H_]c _",(!( 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
q6C`hVM l YA RL/V 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
"49dsKIOH *P`wuXn}
因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
#\Rxqh7 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
l:UKU ! 1 @t.J> ?yq= c HB5-B XBU 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
.Hqq!& g1[BrT, 搜索宏
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,;w ~ VZ4
T:{r*zLSN #.HnO_sK_ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
59l9_yFJ tR'RB@k J nTr ]NBR _1G/qHf^S 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
Ul]7I Uzsu /Z^a, %1 L@AFt )U l_:P | 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
bRm;d_9zC r.#r!.6 q 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
<Y}m/-sD5 ]
<af#
C2`B -sJD:G,%
变焦优化
s a o & mL`8CO A 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
{X(nn.GpC w$f_z*/ 6X h7Bx1 ?|W3R K ; 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
W )Y`8&, 1%B9xLq 4uoZw 3O `I wZVz 得到结果：
]YhQQH1> ] EDgtn)1 kGAg XtE :K 2
X~Ty 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。
+CBN[/Z^i 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
:h34mNU `Pj7:[."[ a}NB6E)- n8;L_43U 像差分析
qfJ2iE|o2.
查看畸变
V 9"R8*@-
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。
eUN aq&M dNt^lx uVU)LOx &M?b 08 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
LZ_VLW9w E M 0 8 A P YA 1
6 1k SCu S GIHT
-9{N7H M 0 5 A P YA .7
@Drl5C}+ MUL CONST 2
%4!^AA% S GIHT
:~8@fEKb{ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
06AgY0\ BE@(| U COHBju fmR A8mc+ Bf( 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
]m 3c m Y2l;NSWU 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
0g: q%P0 nn:'<6"oV ya~;Of 5 v4|TQ8!wR 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[K4/91 M 0.5 2 A M YMTF 1 72
au50%sA~
专门优化这一条MTF。
Gy):hGgN &K'*67h `W)?d I?#M FNLS=4 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。
z-gMk@l }W 5ks-L6 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
oc,I, v LBD],Ba! 优化宏
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hE=xS:6 再进行优化退火，50，2，50
T :{&e WH gk xHf m P/ 6$TgQ "0 PsCr}! 得到最终结构：
NYHK>u/5c Rf`_q7fm 1gBLJ0q N}n3 +F 各个像质结果：
J7",fb RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
%eofG ]VM< (S W6?5 变焦位置1：
&D{!zF *Lz'<=DLoW
%"(HjanH
基本参数
变焦位置1：
*8,W$pe3 P]^OSPRg GNM>hQ)h: |k}L =oWE 变焦位置8：
D
ON.)F :X}SuM ?c 3]kM&lK5\ 畸变
5%9Uh'y# UVl B= 变焦位置1：
gd#R7[ AVi /77cjesZ9 @ :CM< + #Swc >jYc 变焦位置8：
^cPVnl en{p<]H |(W wh$ MTF
Ag\RLJ.KD !4+Die X 变焦位置1：
"Ua-7Q&A xa'U_]m 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
vzfMME17 H?;+C/-K`_ 变焦位置8：
L`<#vi q['D?)sy 7Dssr [ ;0kAm
Vy 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。
T'7>4 MT( +~G:z| k 相对照度
(Q ||5
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
%fS1g Sf h 变焦位置1：
<7ANXHuSW ] H;E(1iU qk'&:A N
e{=KdzT 变焦位置8：
dL4VcUS. gh[q*%# 'q;MhnU+ 主光线角度
vgtAJp+p*
远心度都在1°以内
i0 3S9J 变焦位置1：
|*J;X<Vm N9d^;6;i y_ [VhZ% < HJLs+C 变焦位置8：
H(n
fHp.3 "Y^Fn, c R h6CV 总结：
Q`J U[nY @e Bo7# Zr 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。
[ V?HK_~ bt1 bTo 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
