概论
WNF=NNO-R +Zty}fe 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。
wt_?B_nR "R\\\I7u 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。
i"r.>X'Z
WL]Wu.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。
Kc-A-P &Ry q w
Kh,[] [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。
`0n 7Cyed ~,`\D7Z3 设计要求
fx tYo,;$ ]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：
#Kb)>gz T O) =73e\ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Hm8EYPr J I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
};VGH/}&s 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
D/!eov4" 4/mj"PBKL 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。
q)z1</B- =`7)X\i@z 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。
(`uC"M Lk T^= Ee?e 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
u1pYlu9IW 4%c7#AX[T 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
zYgK$u^H *fuGVA 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
46.q a nh 8en#PH } 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
!z4Hj{A_ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
0F;(_2V- Tr}$Pb1 Ik@Q@ T" "#eNFCo7k 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：
Jj^<:t5{rN 5sV/N] ! 搜索宏
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Ph7(JV{
}mT%N eS 2dV\=vd 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
,[K) E W<Vz d4hR x x`8>2T#e 7 gR; 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
"ppb%= c_8 m Q %Cbc@=k XKPt[$ab 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
Y[8co<p krnk%ug 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
oe_[h] Hgl ]
8Q)mmk I\= tU~ H@'
变焦优化
F# 37Qv m LxwJ 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
`))J8j" |EEz>ci yOCcp+`T} F+m4 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
uL2 {v R 7;rBEt8 z&yb_A:> p$!+2=)gY 得到结果：
DSG +TA" a! J ow?( ) eGu4iEPM ^9V8 M9 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。
G|Yp <W%o 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
Vi - !E uc (yos Q{|'g5(O p 2f
WL 像差分析
eq 1 4
查看畸变
DBh/V#* D
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。
d~f0]O QO`Sn N} LGg x.Z MVU'GHv 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
O}iKPY8K M 0 8 A P YA 1
` &Of82*w S GIHT
.1q~,}toX M 0 5 A P YA .7
bFdg '_ MUL CONST 2
-bb 7Y S GIHT
S$_Ts1Ge6 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
Sw9mrhzJfe exMPw ;8 X1PlW8pd U,3K6AZA 7 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
!rmo* -=^= )^@V* $ D 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
f7AJSHe `0vy+ T5 RuEnr7gi P# #( V!YR 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：
EjCzou M 0.5 2 A M YMTF 1 72
Hw. @Le> 专门优化这一条MTF。
Y%cA2V\#m - OGy-" Evgq}3 7 ( iRz 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。
#Lt+6sa]2@ s Ei.f(WA 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
?U[nYp}"v ~=]@], { 优化宏
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Gkvd{G?F 再进行优化退火，50，2，50
_[Wrd?Z 3T^dgWXEG
0
9'o &zDFf9w2 { 得到最终结构：
p"
W0$t. %SFR.U0}yK ' "p*FN d33Nx)N o 各个像质结果：
Q"_T040B RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Y-k~ 7{7 f;dU72]q+ 变焦位置1：
gx
R|S
d(tf: @
mK/P4]9g
基本参数
变焦位置1：
mK&9p{4#U :u+#:8u 9rc
n*sm D??/=`|8 变焦位置8：
5!fW&O i Y eTHh mV]g5>Q\ 畸变
]Y!
Vyn ai9,4 变焦位置1：
$F$R4?_ 4?uG> ;V [<$d@}O `;GGuJb \ 变焦位置8：
'0rwNEg r}Av" O Ei9
)I MTF
,1+_k ="Z 4u7>NQUDu 变焦位置1：
cYS+XBz <7) 6*u 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
DMW:%h{ GQWTQIl] 变焦位置8：
a}hM}U! b;ZAz
S*:w\nXP~ (j"MsCwE 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。
%W@IB8]Vr _ @76eZd 相对照度
c17==S
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
6%1o<{(%f 变焦位置1：
`vBa. )u X.| 0E 87 =1Jo-!{{ l]&)an 变焦位置8：
essW,2,rjC NWj@iyi< mr.DP~O:9p 主光线角度
4/_|Qy
远心度都在1°以内
*?Y6qalSy 变焦位置1：
eQj/)@B:V GrC")Z|3u rfpxE>_|G "
z {w^k 变焦位置8：
:LG%8Z{R ObzlZP
r@ U 7?ez 总结：
;_\P;s \>k+Oyj 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。
# w 6CL { VO4""m 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
