概论
BRS#Fl: 0;<)\Wt=i9 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。
XNehPZYS -Z0+oU(?YE 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。
v^N`IJq $t }<85YCQ 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。
f> polxB%N ;65D [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。
?o*I9[Z) PuL<^aJ 设计要求
=*Z5!W'd ]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：
;_O)p,p vLT0ETHg6 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
upy\gkpnGO I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
!H@0MQ 7 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
u92^(| zMi; A6 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。
(MLwQ iop -/P \"c 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。
S( ^.?z :A 1: 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
5!X1G8h)uy Oy57 $ 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
%NHkDa! 3g~' 5Ao 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%。
"IQ/LbOqm_ ;30 nd= 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。
z (?=Iv3 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
k8AW6oO/i 72W
s
K" `= lc<T^ IZ/m4~ 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：
nkfZiyx m908jI_So 搜索宏
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E>|: D
Jl 3g{a S! v(+| 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
c0 & Rg# T .FI'wy 7&qy5 y-Ap 1KM`i 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
W2FD+ wt (xHf4[[u 0'YG6( h c2t=_aAIPQ 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。
pi<TFe@eG eqw0]U\pv 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）。
Zwz& rIQpT ]
, EGQ@:3/ d?`ny#,G B
变焦优化
1i[FY?6`dh mpP dG 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。
ojvj}ln /='. 4 v /DQaGq/Ld ydRC1~f0 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
Y2o?gug p$ Ox'A4 26&'X+n& F
*F wRj
得到结果：
OxI/%yv-c "j;4
k.`h a,2'+Tlo EkgE_8 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。
={K`4BD 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
'EDda ]QzGE8jp* [<DZ*|+ R"
;x vo* 像差分析
P"B0_EuR<T
查看畸变
Tb3J9 q+ya
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。
S S2FTb-m & |f@$ff H,Z;=N_ 0 stc9_O 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
\,u_7y2 c M 0 8 A P YA 1
f7m%|v! S GIHT
X!e[GJ M 0 5 A P YA .7
M$Zcn# A MUL CONST 2
+L7n< U3 S GIHT
s2Mb[#:a" 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
$2W%2rZ *:ZDd !%"8|)CAr 0g0i4IV 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
N[s}qmPha a)wJT`xu 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
WZ.@UN, ^J$2?!~ 0aG ni| &*+'>UEe5 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
&l!4mxwr` M 0.5 2 A M YMTF 1 72
5H*\t 7 专门优化这一条MTF。
_lamn }(x0 xai*CY@cQ eEuvl`& zd @m~V 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
\ExMk<y_& ,6-:VIHQ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
Tj:B!>> 0*f)=Q' 优化宏
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U4d:] z 再进行优化退火，50，2，50
Qk:Y2mL XD.)Dl8 <
jJ Xu%'Z".>: 得到最终结构：
wOU_*uY@6' @7IIM{ |5lk9<z <g"{Wv: h 各个像质结果：
e )d`pQ6 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
sS*3=Yh #d6)#:uss 变焦位置1：
8X[:j&@ 1`=nWy='
E|iQc8gr&
基本参数
变焦位置1：
f4fvrL h2G$@8t}I 9Z4nA c ,Q 变焦位置8：
8Vr%n2M 3LOdj T
J )Y"+,$$>Y` 畸变
`sn^ysp '=b/6@& 变焦位置1：
5IE#\FITO| Ayxkv)%:@) b,7k)ND1F b3=rG(0f 变焦位置8：
F3On?x) l9{hq/V -|$@-fY; MTF
Hj^1 or3R] H\ F :95 变焦位置1：
0X6YdW _2X ;U/&I3dzV 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
ztcp/1jIvS +r2+X:#~T 变焦位置8：
:CG`t?N9M +$ 'Zf0 U hOjk3
k ZMQ Zs~;~d 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。
(7wc *#} M ?1Y,5 相对照度
,wQ5.U,
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
W+I!q:p4H 变焦位置1：
Ag-(5: (KjoSN(
K <? q?Mn Cio
1E-4 变焦位置8：
V5+=e^pa2 D+ l AhEN UXJ eAE- 主光线角度
}bb;~
远心度都在1°以内
]C!gQq2'a 变焦位置1：
kMIcK4.MH zu_8># i- o_izl \ 3#3n!( 变焦位置8：
^UP`%egR 0yk] o5a++ X8Bd3-B 总结：
Dj"F\j 1 ;AG8C#_ 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。
01 }D,W` h79}qU 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
