概论
"3@KRb4f ha_@Yqg h 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。
"VV914*z +jcdf } 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。
^[en3aQ NeY"6!;k 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。
:OHSxb>[ >[K0=nA [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。
<E"*)Oi 0HjJaML 设计要求
.SG0}8gW ]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：
@|^jq ] yo_wGiwY I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
(%i!% {!] I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
B9wp*:. 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
fzl=d_ K~U SK?Q% 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。
N vcHv7, 6!Qknk$ 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。
-zprNQW :#Ty^-"]1 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
"s% 686Vz r WJ*e Y 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
p[u4, 0"TgLd 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%。
g+.0c=G( ~fBex_.o* 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。
U>oW~Z DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
N9pw Wg&<+ fO #?k<p ^ZR8s^X D
0 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：
# aa1<-&H $1~c_<DN 搜索宏
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zFOL(s.h|0
W;.{]x.0 *y{+W 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
O'OFz}x), t|.Ft<c# _1P`]+K\D$ oQ{cSTh j 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
qT$ )Rb& uN y!< u r4EoJyt V7BsE w 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。
cg{Gc]'1# >zFD $ 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）。
zMr&1*CDX ]
Mo_$b8i 4Ppop
变焦优化
W=3? x } #qQ2NCH 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。
4b=Gg w
[L &* L $SMfx AxEc^Cof 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
{d,?bs) pUGN!3 $D}"k!H 3
&Sp@, 得到结果：
-qfnUh u (AA`S" 8A!'I< S1 wh*:\_!0\ 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。
BtzYA" 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
js
-2"I I )5<DZB9 #hy+ L nSHNis 像差分析
%W&1`^Jl
查看畸变
qEZ!2R^`G
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。
me:iQ.g V,vc_d?,_o 4dD2{M Ok,HD7 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
s*.3ZS5 M 0 8 A P YA 1
I3PQdAs~&h S GIHT
9>;} /*:H M 0 5 A P YA .7
9*DEv0}a^ MUL CONST 2
G1/Gq.< S GIHT
,WGc7NN` 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
bJPJ.+G7 f 7
wm w2 ']h
IfOD"r ;t!9 ]1 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
!vVT]k[N u-:MVEm 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
ly=a>} F_ #"<?_fao~ MOeoU1Hn (-J<Vy] 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：
GL`tOD:P" M 0.5 2 A M YMTF 1 72
gs>A=A(VYf 专门优化这一条MTF。
nd.hHQ N8QH*FX/F1 F 3s?&T)[G >: $"a 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
}jiK3?e j_V/GnEQ 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
&o Eyixe TL'0T,Jo 优化宏
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}^ ,q#' 再进行优化退火，50，2，50
5NFRPGYX WL:0R> 0 _ Mn6 L= 1]Lh'.1^ 得到最终结构：
-;/
Y V:>`*tlh Yt*vqm[WV Zw24f1iY 各个像质结果：
NNp}|a9 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
lQ$+JX;n(y `2e_ L 变焦位置1：
="2/\*.SL 0
u2Ny&6w
#9,=Owup
基本参数
变焦位置1：
D2] ZMDL. vpV$$=Qwp zi.mq&,]R EBwK 7c 变焦位置8：
TzY *; WUY,. 8 bl$j%gI%, 畸变
.<.#aY;N (
OXY^iq 变焦位置1：
;W6-i2? | *fNH(8&H x W0Z'== Z /h|\SyJ 变焦位置8：
,5w]\z ~#4~_d.=L 10O3Z9 MTF
K:a3+k d 3a^)u-9,x 变焦位置1：
1a* 6ZGk. u GAh7Sop 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
dQK`sLChv yKlU6t&`
G 变焦位置8：
hLo>R'@uN j/'
g $ uQ^hV%|" gi1j/j7 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。
)ji@k(x27q gs fhH0 相对照度
Bj8<@~bX:L
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
9t0Cj/w} 变焦位置1：
:$2Yg[Zc3 \ j:AR4 69iM0X!'u F1J#Y$q~L
变焦位置8：
0O[l?e4,8{ <5k&)EoT qCQu^S' iD 主光线角度
;:?*t{r4#
远心度都在1°以内
ki3 HcV 变焦位置1：
%p*`h43; bM5CDzH(#X @Kp1k> ov /3F<=zi kO 变焦位置8：
#@E(<Pu4` +dM.-wW SM$\;)L 总结：
0Nt%YP ee^4KKsh\ 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。
BvQUn@ XE %z2oDAjX 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
