概论
6SwHl_2% |bh:x{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。
|V& k1{V %lxo?s@GE 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。
|(fWT}tg E =E 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。
%-dGK)? ]!QeJ 'BLM [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。
T&%>/7I> &uM?DQ`o8 设计要求
@`{UiTN 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：
mP-+];gg J =sQ].EK I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
S=Zjdbd I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
V}*b^<2o 5 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
k"6^gup(U $8Zw<aEJ 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。
wR KGJ "o1/gV 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。
{`: != 1/z1~:Il
确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
$]9d((u4 2Y,s58F 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
O/-xkzR* ;Wr$hDt^ 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%。
7 ]Z*]GRX q+z,{K 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。
~7*H Z:. DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
gaJS6*P# r8qee$^M i9\Pks#l% R_lNC]b0 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
7YsFe6D" ^E9@L ?? 搜索宏
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(C!f IRY
MRs8l T+\BX$w/4e 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Qt k'^Fc Qr/?tMALc 2oN lQiE_ Y$N|p{Z 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
E\ QSU88^ I(2ID + bBZvL _onHe"%{ 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
v^e[`]u( c;j]/R$i 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）。
fUa`Y ryQ ]
$jm'u Dvm Dhq7qz
变焦优化
;$86.2S>B y&iLhd!p 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。
)sW1a /GEqU^
B I qma vnM# iJ~p X\FKO 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
& fW;;> [}FP_Su$6 Jg7IGU(dct *G=n${' 得到结果：
wTO B' Bs^W0K$uBO E;%{hAD{ "3Ec0U \s 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
pxP7yJL` 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
8,%y`tUn>u q+SDJ?v M 5D,YC3<
!Qn:PSk 像差分析
>b/Yg:t
查看畸变
olh|.9Kdj}
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
:V`q;g jLZ+HYyG9 M[N|HsI8? HgbJsv$ 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
7pkc*@t M 0 8 A P YA 1
yfYAA*S!z S GIHT
eqXW|,zUm M 0 5 A P YA .7
$.v5G>- )3 MUL CONST 2
pS51fF9 S GIHT
bw+~5pqM 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
t:W`=^ 1& wLNZXH <TDgv%eg0 >:8GU f* 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
: wb\N'b az7L0pp 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
,OG sx *S*;rLH9c {n{
j*+ xqLLoSte 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
)0!hw|0| M 0.5 2 A M YMTF 1 72
}KJ/WyYW 专门优化这一条MTF。
7(Z I]< .,-t}5(VSq %WdA I, ZCV&v47\p_ 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
mR?OS eeB : QB Wy 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
.DI Hd/wA izOtt^#DZt 优化宏
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y1FS?hSD0 再进行优化退火，50，2，50
vA"yy"B+ V (7&[!PS !c'a<{d@ BIS5u4 得到最终结构：
A03,X;S+ C {gYrz) LBbk] I KGFmC[ 各个像质结果：
D<C ZhYJ RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
|-=^5q5 Cz8=G;\ 变焦位置1：
89?AcZ.D D'c, z[
Tgc)'8A;BN
基本参数
变焦位置1：
!Zlvz%X /a(xUm @. NDm3kMa FlgK:=Fmj 变焦位置8：
=; `+^ 9g|o17 K9 :I8E < 畸变
vrLI`3n ] < Pg4> 变焦位置1：
k[&+Iy ok iI: q!t_qX7u 58 ev (f 变焦位置8：
-[^aWNqyJ uF/l,[0v E0o= MTF
L?23Av0W %n SLe~b 变焦位置1：
YP5V~-O/ gR
)xw) ! 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
37Q9goMov %lF}! 变焦位置8：
^`!5!| VK5| w: MR} GxI Lp`q[Z* 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
[y F>W$Bn% j |N;&s` 相对照度
Ml@,xJ/aia
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
w z}BH 变焦位置1：
}`FC'!( 1Y' 9|+y+ <DxUqCE UC"<5z
lcu 变焦位置8：
ZaIlo5 c!{v/zOz Ei2hI 主光线角度
[7]Kvb2t
远心度都在1°以内
3C =ON.1eg 变焦位置1：
0p YO-@E :OT~xU==H $[x2L
s~ ,HO~N qmB4 变焦位置8：
Oc8]A=M12 sN]O]qYXJ Lf`LFPKb 总结：
3GqvL_ -HutEbkjx 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。
$iu{u|VSu #+I)<a7\ 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
