概论
I4kN4*d!N, "oX @Z^ 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。
{O-,JCq / kK2x';21 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。
)J& 1uMp{ F0O"rN{ 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。
%/17 K2g eqK6`gHa 6 [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。
Z `FqC tL68
u[ 设计要求
irSdqa/ ]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：
\'I->O] Zvd^<SP<? I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
mAkR<\?iTF I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
f!;4 -.p` 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
e;:~@cB,c ^J3\
U{B 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。
ZOGH.` L 4I1n l 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。
Fw!CssW (J( JB}[X, 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
deR2l(0%yr u(B0X=B 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
J,ZvaF 3dG[ dYj 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%。
\M>}-j`v tmF->~| 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。
"Gx( -NH+ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
X(F 2 5 j8*fa o*7`r ~ #Jt9U1WbF 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：
h~rSM#7m fMaUIJ:Q9 搜索宏
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z_vFf 0
<$)F_R~T3 oTj9 /r 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
P#5&D*`}h J1kG'cH05 |I L..C Iuk!A?XV 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
(rV#EA+6[` .du FMJl >gqM|-uY CO!K[ q# 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
)0Av:eF-+ q~9Y &>D 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
c`
^I% i ]
ndEW$? W, L=W8Q8hf
变焦优化
z>$AZ>t%J$ *I 7$\0Q 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
L1;IXCc= A;E7~qOG 1DPgiIG~ Jybx'vZj 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
71i".1l{K kWs "v6B KF&1Y>t= J R='c)6: 得到结果：
ajFSbi)l S ~auwY ,< S'"( zc3 = 5nL,sF d 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
u`Kj s}F' 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
zRDBl02v$T _bp9UJ zx 03aa>I O 像差分析
ao>`[-
查看畸变
K1c@]]y)
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。
r9@4-U7v& ye Q6\yi "Xq.b"N{* HS!O;7s' 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
I6}ine ps M 0 8 A P YA 1
Z3Le?cMt^ S GIHT
>P*wK9 |( M 0 5 A P YA .7
NIn# MUL CONST 2
gGl}~ S GIHT
*3 _@#Uu7 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
G|5M~zP ~ x`BV+R 7I>@PV N C FqteY" 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
'yG9Rt u* /. 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
M7rVH\:[- a!ao{8# E>xd*23+\ Ik_u34U 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：
>q{E9.~b M 0.5 2 A M YMTF 1 72
k`H#u, & 专门优化这一条MTF。
Zi$v- b*< U2 0@B`< E;7vGGf] D;%(Z! 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
IyvJwrO jr$]kLY 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
+ D
,Nd=/ .32]$vx 优化宏
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wGf U@!m 再进行优化退火，50，2，50
$`L!2 md8r " : ]&O CT1)tRN 得到最终结构：
L[4Su;D rv/O^aL`Y tz{W69k+ tE"aNA#= 各个像质结果：
} [a RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
$ekJs/I& tz0_S7h 变焦位置1：
rSGp]W| o /uA_19
UOTM>d1P
基本参数
变焦位置1：
(7 i@ @ 1_}* aQ D@5Ud )_ 7aAT 变焦位置8：
!KiN} p >0yx!Iao 6 wk/ IJ` 畸变
e))fbv&V Qs24b
变焦位置1：
Q2wEt
>0a q cYF& 2 , bo *_Y{wNF * 变焦位置8：
gJYB)LjH" :Osw4u]JXd P GTi-o} MTF
E A@p]+P J b.
V4 变焦位置1：
O5^!\j.WR @f<q&K%FJ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
^HpUbZpat) 9 d7`R' 变焦位置8：
]Puu: IG gmG
M[c \ _M.7%k/U8 KMFvi_8 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
Ja$Ple*XU8 ~j}7Fre 相对照度
n}NO"eF>-s
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
y7)s0g>%H 变焦位置1：
rGPFPsMQ] zoFCHs r t[L0kF9en \UKr|[P 变焦位置8：
-oSfp23u Qx$C oY 4~;x(e@S 主光线角度
}bwH(OOS
远心度都在1°以内
I)@b#V= 变焦位置1：
xiv1y4(% -)S(eqq1 `tmd' Yv="oG!xL 变焦位置8：
:T aequk |7
.WP; 1 ,yZvT7 总结：
KW&5&~)2 fU@{!;|Pz 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。
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好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
