概论
_F/lY\v m GT\s!D;< 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。
tm36Lw m9<[bEO<$ 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。
LG@c)H74 LOb'<R\p 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。
ga1gd~a 5vh"PlK`s [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。
eze(>0\f 5t5S{aCDr 设计要求
FnQ_=b
]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$S
QhK5` m)]f J_ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
\|>` z,; I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
n.qxx zEN 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
&F*QYz[ !wb~A 0m 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
^(m6g &$( 1q233QSW) 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。
?VN]0{JSp Lv5
==w} 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
d_7Xlp@ , ZP3F+XKb 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
GqD! W8+ Py25k 0j! 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%。
rs<&x(=Hv W0T
i ^@ 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。
ch8w' DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
jUR # Qx,$ )|_
0S5C7df ut5 !2t$c 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
K,,@', s riq(A 搜索宏
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1 l*(8!_
lnC Wu@{ < VxpMF 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
FR6I+@ oX~ K#sb"x` GuY5 % wr @SG="L 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
%iS]+Sa.K XQY& 4tK < ^q" 31f # bZ=R 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
`8.32@rUB. .&} 4 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
g!Yh=kA'N ]
=
hX- jP hYv 6-5_
变焦优化
Aag) c~D jv=f@:[`I 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
IS4K$ A c. v4##(~Tu
nK'8Mo 2CgIY89O 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
NEou2y+} sr@Xum T bnY8.Lpf| 2 &K|~~ 得到结果：
<H@!Xw; {ro!OuA .'mC3E+ $ BCZnF
/Zo 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。
AG\ 852`1m 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
-&D6w9w ,zw=&)W1 ~(L + 4] %c/"A8{ eb 像差分析
y* Q-4_%,
查看畸变
9.#R ?YP$
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。
>37 }JUG (0m$W< )bU")
m9w
; a 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
E/P53CD M 0 8 A P YA 1
NWwtq&pz2 S GIHT
[#6Esy8| M 0 5 A P YA .7
xWb?i6)z& MUL CONST 2
LF.~rmPa S GIHT
!;C(pnE 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
n >PM_W Wc;D{p?Lb #&KE_ n (Ha}xwA~( 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
|/\1nWD VD`2lGdF 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
c
O >:n D c.W vUM `3P62M< S,v >*AF 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
n( O p< M 0.5 2 A M YMTF 1 72
V goKi 专门优化这一条MTF。
'wV26Dm J,KT c'[ rB|:r\Z(jG ~cj:AI F 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
(`/i1#nR ibUPd."W 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
Xtnmh)'K~# 9] ,"AjD 优化宏
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p: 再进行优化退火，50，2，50
{:OVBX i j;'4GzQL MtTHKp [z@RgDX v 得到最终结构：
VZ@@j[F( %-po6Vf usf(U> *]?YvY 各个像质结果：
D|'Z c & RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
J
uKaRR~ c}s 3c
>`d 变焦位置1：
lS*.?4zX 3edK$B51;
2;r^~:
基本参数
变焦位置1：
cty#@?" e jF85bb$ LgKEg9 0w( #wuE30d 变焦位置8：
HOb\Hn|6jq "z4E|s iqP0=(^m 畸变
W\Y
4%y} > &Lu0 oHH 变焦位置1：
IQY#EyTb [c )\?MWW k-0e# " B o%Q2. 变焦位置8：
RM$S|y{L scwlW
b<N k5CIU}H" MTF
IWnW(>V :Xr3 3 变焦位置1：
.W:], 5e kIo ?<=F8T 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
(I
g
*iJ%2 C MUphS-KE 变焦位置8：
Gl1$W=pR: #]^`BQ> t2 <(by! zx HfQ( 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。
&_gmQ;%t: 1h{_v!X 相对照度
FQ^uX]<3j
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
,aL"Wy( 变焦位置1：
w=2 X[V} Pfy;/}u^c BtZm_SeA cn{l
%6K 变焦位置8：
Q"uu&JC B`Pi\1H6% l>q .BG 主光线角度
$% t
远心度都在1°以内
0Z(b/f dS 变焦位置1：
5J3kQ;5Q? tJ3s#q 6 ?Kf@/jv 2 T a F7Jn 变焦位置8：
]ORat.*0[T VNPd L 2YQ$hL ~ 总结：
a[De gUQCKNw 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。
)qe o`4+y #kEdf0 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
