概论
jUy $aGX A]OVmw 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。
ehQ~+ x 1'9YY")# 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。
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UW.$1l JAI ; 7 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
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x<JG| HH'5kE0;d [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
j'|`:^
Sy 4 AuJ 1Z 设计要求
& BQ%df<y\ ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
f}+8m .g2 |BA<> WE I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
p`3$NCJN I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
XnV$}T:?X 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
#[NNb?`F hOIk6}r4X 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
s@5r}6?M x|<89o
L 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
#nJ&`woZt !7aJfs2 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
qn~ :B7f
7VAet 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
k^r-~q+NV# 5tl uS 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
}
OAH/BW ?$A WY\ 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。
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a `< DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
K!_''Fg =E'
.T0v +@5*_n\e` xsSX~` 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：
JM Ikr9/$ x>~.cey 搜索宏
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A0 1 D-)
^Ts8nOGMh U Zc%XZ`"V 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
2q* aq% vP {;'R s+XDtO 1PjqXgN5p 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
gVI2{\a f/RDo4 d3K-| Ve^rzGU 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。
7c.LyvM
]<?7Cp P 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）。
WHvU|rJ ]
.>{I S 4
e&J_uG
变焦优化
R
SqO$~ zV"oB9\9O 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
x$Tf IFy 'ai!6[|SD F_C_K"[s ;m cu(J 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
vQIN#;m4 !E |k#c9 >g LLr1L\ ;IX*4E'4s 得到结果：
B!zqvShF O)Mf/P' ?sm@lDZ\ e3b|z.^ 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。
W^AY:#eX~Q 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
s;4r)9Uvx |8YP 8o ' 5%`[& {f<\` 像差分析
Ps_q\R
查看畸变
h1 ( MvEt
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。
OlF5~VAbfb C ^ hCT iu(+
N~ b &1-tYV 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
j}$Up7pW
M 0 8 A P YA 1
~ok i s S GIHT
Om=*b#k M 0 5 A P YA .7
`[z d MUL CONST 2
4]/i0\Vbam S GIHT
;&%G)f 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
d$(>=gzBQ XTOZ]H*^ 9 x40 2>bV+[@B 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
gYy9N=f+ J$Q m:DC5 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
0{
;[k ]9}T)D f' b- XC\ !(wH}ti 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：
]
336Fg T M 0.5 2 A M YMTF 1 72
P.;S6i
n 专门优化这一条MTF。
@\UoZv( \1p5$0z ax)j$ }_{QsPx9 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。
pt!Q%rXm '#b7Z?83C 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
FTg4i\Wp 7JNy;$] / 优化宏
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6Q6l?!|W4 再进行优化退火，50，2，50
KtFxG6a 9I RvbE~2 !dW77kLTg 2%DleR 'i 得到最终结构：
EdPN= 8uO@S*)0 *I(g~p k<M~co;L 各个像质结果：
_ >moza RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Q#i^<WUpg > Lo!8Hen 变焦位置1：
G{cTQH| weOzs]uc
D-8>?`n\
基本参数
变焦位置1：
IHg)xZ ffQ%GV_ ($oO,
c'z ]/ +qM)F 变焦位置8：
G D$jP? #89h}mp' p ]zYj >e 畸变
; YaR|)B Qjj:r~ l 变焦位置1：
W].P(A>m Jb~ -)n2 P'Fy,fNg e<> Lr 变焦位置8：
>t"]gQHtx p.2>- L 5g- apod MTF
,qRSB>5c O8+[ )+6^ 变焦位置1：
bw7!MAXd bmAgB}Ior 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
f$E66yG }eX_p6bBw 变焦位置8：
v}IP%84 '^l/e: (H3 vII8>x%* 0NSn5Hq 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。
]
%*970 ^g Fjm~2I 相对照度
sQ^>.yG
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
'D-#,X
C 变焦位置1：
j8os6I LoG@(g&) B-[SU mHr ucj )t7O 变焦位置8：
4[3T%jA oQD OwM, $ Yz &x%Lb 主光线角度
c
3@SgfKmk
远心度都在1°以内
ZW2#'$b 变焦位置1：
b,a\`% m} B>?Y(" E {I 7pk6Qd LM'` U-/e$ 变焦位置8：
}bznx[4?I ; _i0@@J IQ{Xj3;?y 总结：
i,")U) b V8Q#%#)FHe 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。
@` .u"@ eq/5$b( 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
