概论
]<q}WjXD' !eR-Kor 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。
z9M.e. CzSZ>E $%U 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
If-,c^i om} /f` 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
GOf`Z'\xt o9ctJf=qn [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
oSn! "<x
x7.QL?qR. 设计要求
hD_5~d ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
={`CH CI V#NG+U.B I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
zj > aaY I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
K$G RJ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
F!gNt< fZ eyT>wma0 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。
pcy<2UV tlV &eN 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。
w;
4jx(
C,A!t j7@ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
6 Wpxp\ GIm
" )}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
U@6jOZ sdJ%S*)5G$ 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%。
ebN(05ZV 4M}|/?<Br 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。
{~bIA!kAFI DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
p}3NJ V ZfPd0 p 9u,8q:I.? 0#oBXu 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：
VL+N: wb> 90/v JN 搜索宏
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q,B3ru.?d
I^ ~=,D A4G,}r *n 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
n /QfdAg \q~w<%9Dq .'|mY$U~] d0(Cn}m"c 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
fb\DiKsW QyPg
|#T2> ao#!7F Q%ruQ# 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。
P|e`^Frxt OJAx:& ]3 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）。
5|ic3 ]
=/FF1jQ ''IoC j
变焦优化
}N3V5cab 0$6* o}N% 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
s ]U4 B<q #(C/Cx54 pb#mg^8 IU@_)I+6 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
V vu(`9u] No)
m/17y F|9+ +) -G9|n#zCU 得到结果：
;DuXS y!g S t@l]u9 k#O,j pbB l&Z
Sm 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
#, L ~w 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
845
W>B ~-TOsRvxR J$ F nm\ 38~PWKt 像差分析
Y d:Q`#7A
查看畸变
I&Jt> O4
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。
\fZiL!E^7 jd 1jG2=f jin db#)bz B5ea(j 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
$X \va?( M 0 8 A P YA 1
j!\dn!Xwt S GIHT
XphE loL M 0 5 A P YA .7
h N MUL CONST 2
Qzqc .T S GIHT
s)zJT 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
vE%s, E, {uU 2)5i2- |;+qld[4z ExVDkt0 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
}7eh F6 0:"2MSf> 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
7(bQ}mHl\ k$N0lR4:p <8!
Tq }# 1/fok 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：
VfSj E.| M 0.5 2 A M YMTF 1 72
^C/ 专门优化这一条MTF。
5G[x }4U ,\YAnKn6_ {u"8[@@./ fE]XWA4U 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。
LlHa5]E@6 * 27*>W1 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
>|g?wC}V; "l7NW qfB 优化宏
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eF~dQ4RZ 再进行优化退火，50，2，50
!m;H@KR{ 8)L*AdDAW! SmhG Z d$t40+v 得到最终结构：
\ ?**2{9&) N I aFI( ALc`t(..}A Z
hd#:d 各个像质结果：
cA)[XpQ:+W RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
NX [4PKJ0C M f~}/h 变焦位置1：
;Hmp f0$ zmI] cD@G
W$0 ^(FH[
基本参数
变焦位置1：
s58 C2 Q >Qibr 1yQej w [P~hjmJ(y 变焦位置8：
l +*&:Q/ jYRP8 Yi pav'1d% 畸变
*.#oxcll r V6/Tdy 变焦位置1：
Djq!P ;G\8jP '
tM4 Cx *v
?m6R=)h 变焦位置8：
H+E$:)gN lf(`SYQnOY 6eFp8bANN# MTF
-I.d}[ w[tmCn+ 变焦位置1：
M_g ?<rK 3 ZEB 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
f>`dF?^6 #@HF<'H}mu 变焦位置8：
YNwp/Y M(x$xAiD _{<seA kQ1w5mCh 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
kF(n!2"W >/ [GTqi 相对照度
]^'@ [<
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
a=cvCf 变焦位置1：
oND@:>QBF 86]p#n_>Fv 7xRl9 A, 3bC 变焦位置8：
wE+${B03 wLK07e( }\J2?Et{ 主光线角度
'5&s=M_
远心度都在1°以内
4=<tWa|@9 变焦位置1：
`x%'jPP1 ^ y; _% W UMAgA!s }=c85f~i 变焦位置8：
,) J~ ,^f6 X}+>!%W!} h1'\:N` 总结：
EoK~S\dS M#(+c _(r 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。
'yMF~r3 J dFKM
8_jH 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
