概论
;wkoQ8FD9 h% T$m_ 成像镜头包括定焦镜头和变焦镜头，我们在日常生活中使用的
光学系统大多是可以变焦的，比如手机镜头、专业相机的镜头、显微镜等。
T2V#
fYCc ".R5K ? 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
8!uqR!M<C (1my9k5 C 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
nQW`X=Ku j*aYh^ [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
!\%0O`b^4 CH/*MA 设计要求
ssy+x;<x, ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
JZ L?c7M}vV I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
&J~%Nt I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
9 O/l{ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
k TLA["<m 6s"Erq5q 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
_4VS.~}/R @94_'i7\ 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
]JXpe ]B /:j9 #kj 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
1li1& D>c-h)2| 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
'"=Mw;p )@]Y1r4U 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
'h6Vj6 -
:0{
因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
:%?\Wj5HW DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
n?QpVROo\ !:[kS1s>M H...!c1M@ p?X`f# 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
:W/,V^x} T F !Lp: 搜索宏
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0-^wY8n-=
ZZa$ /q" J @{yWgLg 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
"KY9MBzPD GA {Q6]B jF'az l T J jCzCA:K_ 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
\@kY2,I V z 90=,wd aQ ~ U+!H/R)( 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。
_BcYS } 3 1z
35 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）。
8u::f`vi ]
(YjY=F 5Dy800.B2
变焦优化
a; Ihv#q =W9;r Qm 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。
N~ -N Q XV2 f|8d> <dTo-P ms=I lz 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
Riq5Au?*)
# #7, .L rdw3( LB1.N!q1 得到结果：
&Jj^)GBU * xs8/? p&F=<<C a$I;
L 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
Llf>C,) 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
_Gy*" ;E V#W(c_g %m a1LN[ ?-O(EY1E 像差分析
ZYBNS~Q
查看畸变
1$fA9u$
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。
VGBL<X &X^~%\F:2 wX7B&w8wV 0Bn $C, - 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
]?U:8 % M 0 8 A P YA 1
nX>k}&^L S GIHT
^HHJ.QR M 0 5 A P YA .7
p&b Q_ XOH MUL CONST 2
<;x+ ?j S GIHT
WJ\YKXG 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
+bd/*^ SDV} bN 3}$ L4U n$}c+1
优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
E/_=0t ?S!lX[#v 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
*D]/V U G:' -|h k+-u 4W XLFJ?$)Tro 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：
SR~~rD|V M 0.5 2 A M YMTF 1 72
<"CG%RGP 专门优化这一条MTF。
GVY_u@6 e&F,z=XJ} U,Z.MP Q t,R5FoV 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。
O" ['.b L4S Fu.J' 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
\rADwZm ep[ 7#\}5 优化宏
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L< QqQ"` 再进行优化退火，50，2，50
Lt H;#Q vyqlP;K ux VXnQQ o?^j1\ ^ 得到最终结构：
" S#0QH%5 a+zE`uY
ykl./uY' Z\i@Qa +r 各个像质结果：
~|Gtm[9Ru RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Dw;L=4F
| >F, ~ QHcz 变焦位置1：
|? ?uVA)\X |/Zp Z7
6P?
基本参数
变焦位置1：
r N$_(%m_N 1>57rx"l L4}C%c\p* =wU08} 变焦位置8：
E+>Qpy yZ 6560(q im%'S6_X4 畸变
)" A+T& gGe `w 变焦位置1：
+UHf&i/3 N\HOo-X N$> g )Ml? o*I=6`j 变焦位置8：
E;D9 S f]%$HfF @ gHvxmIG MTF
_hA p@?
M =|pQA~UU# 变焦位置1：
id&; z930Wi{@ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
@\z2FJ79w d1``} naNw 变焦位置8：
0z_e3H{P27 5RI" g f >F!2 ib8 O|?> rK 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
gI'4g ZH e6QUe.S 相对照度
j5G8IP_Wx
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Ngi$y> {Sq 变焦位置1：
L @t<%fy@ x<~ pqq8] oh :g t]2~aK<] 变焦位置8：
R4]t D| z6ArSLlZ NK$k9, 主光线角度
#fRhG^QKp
远心度都在1°以内
+0;6.PK 变焦位置1：
37 T<LU #
0 dN!l; 75jq+O_: ' n#;~ 变焦位置8：
(@p E >ys>Q) Ym8G=KA 总结：
r-9P&*1 ;Bat!K7W 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。
Ky8sLm@ |K,9EM3 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
