概论
m'P,:S)= V,qc [*_3 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。
P85@G
2 jjrhl 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。
?#0 |A?U 2[qlEtvQ 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。
.y~vn[q N Uc?#E $X [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
8Cw+<A* }L.&@P< 设计要求
J"Z=`I)KON ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
lboi\GP| 1f zHmD I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
f Nnemn@> I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
ht 1d[ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
HM(S}> n6Qs ug$z 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。
t/T WLhx/ GnzKDDH
' 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。
mWPA]g( OEFAL t 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
p\ }Ep ? ]]d
s] 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
k6?;D_dm R# x~f 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%。
.!pr0/9B ]F 4 .m 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。
k ED1s's DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
shAoib?Kw: U$,W/G}m }; ;Thfd yxx'g+D* 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
y]e[fZ`L 2aR <xcSg 搜索宏
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e
1$< ,.>
88l\8k4r t.`&Q|a 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
L"
GQ Q ?8G ggJC XDdF7i} /eO :1c
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
>{HQ"{Q y`| 86`
Y &x YO6_. KW1b #g%Z 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。
%A^V@0K3 O ;dtz\ 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）。
[ <,i}z ]
FP_q?=~rFs Ap<kK0#h
变焦优化
_ / >JM0 lIUaGz| 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。
-$2a@K,i p" UdD $"P[nNW3 9{KL^O?g 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
<1 %(%KdN[ fR$_=WWN>h N r,Q u8 A 6IrA/b 得到结果：
d^(7\lw| qbsmB8 rh J^V}%N". {T L.2 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。
o^ zrF 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
31^Jg Ht9QINo je`Ysbe n W2Ik!wEe& 像差分析
8= kwc
查看畸变
ki 6L t
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。
.US=fWyrb R0 g^0K. F(?O7z"d n muzTFs= 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
,`
64t'g M 0 8 A P YA 1
!*1 $j7`tP S GIHT
v8} vk]b M 0 5 A P YA .7
@u @~gEt MUL CONST 2
[o"<DP6w S GIHT
('k9X cTPP 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
\_]X+o; Iz^vt#b H[_i=X3-~ F Mi:2.E 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
C<Z{G% Qm lHUd<kEC 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
~NMx:PP QdrZi.qKH Xwo%DZKN awv$ }EFo 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：
sg8[TFX@Z M 0.5 2 A M YMTF 1 72
p9>1a j2a 专门优化这一条MTF。
uc>":V Vak\N)=u \i'Z(1 X- ZZLl# 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。
u*T( n s
l ~].?8C.>* 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
[=Bcc T: b J%u,qF}h 优化宏
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v YJ9G"E 再进行优化退火，50，2，50
Zz1nXUZ ]9N&I/- a$j ~YUG_ Y b=77(Q V 得到最终结构：
iInWw"VbKe F8S>L d |M&4[ka} ,v<7O_A/e 各个像质结果：
RR+{uSO,t RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Q5^ #:uZ
l*?_ @ 变焦位置1：
]"&](e6* <2E|URo, #
-.B lj<2ah
基本参数
变焦位置1：
gYCr,-_i VsJiE0'% ~Pj q3etk Cz)&R^ 变焦位置8：
v \[+ w_f.\\1r <iA\ZS: 畸变
a%A!Dz S Mk L) 变焦位置1：
Khb Ku0Z 6`@b@Kd ftG3!} ;=7K*npT 变焦位置8：
&s(J:P$! d:k n%L6k_ lm6hFvEZ MTF
/Kd7# @ |his8\C+x 变焦位置1：
L
R\LC6kM J#48c' 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
?!K6")SE M.K^W ` 变焦位置8：
9b/Dswxjx PcBD;[cn j.ucv hL bWqF 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。
cT(6>@9@ WR3,woo 相对照度
m`l9d4p
w?
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
*5 +GJWKN 变焦位置1：
A#6zI NK#B {vGJ}q?Sd" NJ)Dw`|%|) @zC6` 变焦位置8：
Z4EmRa30 p 4 Wp5[(bg =C2sl;7~* 主光线角度
s(nT7x +W
远心度都在1°以内
>v %js!`f 变焦位置1：
*X ( :vET D3 yTN" =KUmvV*\ mwo:+^v( 变焦位置8：
v,S5C S~i9~j A y-db CYMc 总结：
v ! 8=B21 N(Ru/9!y"
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。
~g\~x 6,A|9UX=` 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
