概论
h%}/Cmx[ %3NqS iMs 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。
3;S, 3 uwz)($~bp 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。
J5^'HU3 bFe+m1Q_ 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。
,lZB96r0 WI?oSE w [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。
4"gM <z GGnpjwXeH 设计要求
Q09[[ ]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：
yzqVz_Fi*W Z .92 y I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
U}[I
I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
\v'p/G)g 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
anXc| j#cYS*^H 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。
sBr_a5QQ# 9 FB19 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。
{ q"OM*L( !o:f$6EA~C 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
{phNds% 1v71rf&w 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
:A/d to mV3cp rRqv 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Pi]19boM. <StN%2WQ1 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
< 1uZa DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
Zl^\Q=*s B} l vr-c# #"@|f ~ _/(t'9 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
`{dm;j5/y 03q 5e 搜索宏
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R%?9z 8-
3yVMXK #qK:J;Sn3 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
G3Z)Z) N sS*3=Yh 4 o Fel.o ynthDE o 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
| ?,A]|j gEy ?s8_, 4y|BOVl 16 =sij%A 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
M/b Sud?@% ]s<[D$ <, 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）。
AE[b},-[ ]
_852H$H\ `sn^ysp
变焦优化
s~^5kgPA +S o4r A*9 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'=x|K#xj b,7k)ND1F T&6l$1J H?yK~bGQ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
ofm#'7P 0 h9}+l i@*{27t G<65H+)M\ 得到结果：
(A9Fhun *4\:8 geru=7 "\: `/k3 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。
(C\]-E> 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
]_ f_w 9] 0"<H;7K#W E(>=rD /+ , Vc6Gwm 像差分析
oH97=>
查看畸变
3l rT3a3vV
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。
glO^yZ s ~Y^+M* XO.jl" xu W=N+VqK 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
%~4M+r6T M 0 8 A P YA 1
-*1d! S GIHT
G#ZH.24Y M 0 5 A P YA .7
#NEE7'&S MUL CONST 2
"q3ZWNS'w S GIHT
Acez'@z 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
ha]VWt%} V(H1q`ao9 BtkOnbz8X Ua:}V n&! 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
KLST\ Ln: cua x;0{% 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
Dj"F\j 1 ER%^!xA g2+2%6m0 c[0}AG J 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：
Z@4Ar fl M 0.5 2 A M YMTF 1 72
Vr3Zu{&2 专门优化这一条MTF。
lU8l}Ndz" pC#E_*49 ; 5*&x z !z\h| wU+ 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`Go`v HY56"LZ$(} 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
E^ B'4 ?qb}?&1 优化宏
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ju8> :y8 再进行优化退火，50，2，50
LQ@"Xe]5 hZm"t/aKc \[;0 KV_ /ixp&Z|7 得到最终结构：
3(>B Ke 6_(&6]}66 on4HKeO t m|ZBM 各个像质结果：
Sj3+l7S? RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
z0 d.J1VW &T#;-`' 变焦位置1：
eb ?x9h D, k6$`
p/ ,=OaVU
基本参数
变焦位置1：
C"y(5U)d 0HZ{Y9] })'B<vq b !+hH Hv: 变焦位置8：
8=!D$t\3 Lc}LGq! 4VHn \ 畸变
u2tf F YX!iL6 ?~ 变焦位置1：
T~-ycVc t$` r4Lb9/ 49eD1h3'X[
\ __i 变焦位置8：
%:i7s-0w +V2F#fI/ &1Ok`_plO MTF
Kf3"Wf^q & w\{TZ{ 变焦位置1：
9p]QM)M !M(xG%M-V 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
~-k9%v` -uS!\ 变焦位置8：
TP*hd x5pdS: ?4Y GT F~-(:7j 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。
@@f"%2ZR[ e1yt9@k, 相对照度
+L $X v
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
a
.#)G[* 变焦位置1：
I{|O "8 Cp\6W[2+B { qk1_yP 10Q ]67 变焦位置8：
p%ki>p )E| PI { bmZ g b1V ~ 主光线角度
KYm0@O>;
远心度都在1°以内
%UrueMEO 变焦位置1：
}dX*[I U gat1Pz D\v+wp. hgG9m[?K 变焦位置8：
ic:zsuEm '@v\{ l s S+MqBh&I 总结：
gT. sj d &u."A3( 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。
zpn9,,~u 9c bd~mM{ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
