概论
LxcC5/@\~( ry2ZVIFa 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。
_~=qByD
G(n
e8L8 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。
AxsTB9/ Hw(_l,Xf 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。
8~~*/oCoJt pr;z>|FgA> [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。
m#^ua^JV 2%|0c\y|z= 设计要求
HVq02 Z ]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：
) Ekd {`Jr$*; I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
yqY nd<K4 I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
; F/yS2p 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
EINjI:/D 08+cN T 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
lVw77bZ h W<fu 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
x3`b5 ^ MHm=X8eg 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
;VL v2J* FK^JCs^ 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
w,,QXJe{Z_ b,k%n_&n 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
%/K' VE6pb =Fd !wkB'{ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
4Z& i\#Q DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
iK(G t6w 6r x%>\UkS s%{8$> 8V.
v4pFts$J 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
~"Kf+eFi D^[}:O{ 搜索宏
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>BDK?YMx
BJ
c'4> E!,+#%O> 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
e13{G @ &?#,rEw<x D)]U+ Qk u(Y! _ 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
1feZ`P ; %X--`91|u d-W@/J >I~$h , 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。
iq25|{1$ 8Moe8X#3 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）。
h6yXW! 8 ]
]d}h`!: ^tw\F 7
变焦优化
ir72fSe FuWMVT`Y 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。
HFtl4P F7FUoew< 86bRfW' ? ^8CD.| 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
,C=Lu9 GH6 HdZ 2/T4. [`t TL29{'4V 得到结果：
_7)>/YK?}4 aB=&X GV9 o ~aK[
Xs cm>.di 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。
up# R9
d| 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
5$ <\ ^ B>B A Wk0"U
V K4r"Q*h 像差分析
Gr&)5hm$
查看畸变
\!+#9sq0
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。
n^a&@?( + 8)NQt$lWp RS8t E( a/ k0( 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
<] SI - M 0 8 A P YA 1
$X>$)U'p&- S GIHT
]12ypcf M 0 5 A P YA .7
_3;vir%) MUL CONST 2
DCv=*=6w S GIHT
]c Or$O* 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
V5.=08L r Ljb'\<* 0xSWoz[i6~ <\9M+ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
fMRv:kNAt qwERy{]Sp; 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
AjW5H* /OX;3" +1 cnm*&1EzV mmJ$+$JEk 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：
1-h"1UN2E M 0.5 2 A M YMTF 1 72
l2&s4ERqSm 专门优化这一条MTF。
c=^A3[AM %6%Q E'D (]Pr [xB t&oNC6 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。
Z{MR#.I HW@r1[Y 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
ik;S!S\v u>K(m))5W3 优化宏
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# },4m 再进行优化退火，50，2，50
|e]2 >NjQa "u H VX|` &>YdX$8x :Sd"~\ N+ 得到最终结构：
4GL-3e ri]"a?Rm L] syD n /'ukeK+' 各个像质结果：
5, j&-{ 0W RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
Yu`KHvur BM }{};p6 变焦位置1：
4e0 /Q!o, g.V{CJ*V
}(y X$ 3?`
基本参数
变焦位置1：
Y\e8oIYu7 H[u[3 gQ0W>\xz z0v|%&IK 变焦位置8：
Q&@~<!t :
U Yn 1B5 ]1&M 畸变
H T a]T' hb,G'IU 变焦位置1：
e*Y>+*2y G|LJOq7QB n{@^ne4 m n6 VX0R 变焦位置8：
gE}+`w /X mjI
$z3 "A>/m"c]* MTF
fPj *qi ?S~@Ea8/M 变焦位置1：
kzb%=EI k/`WfSM\. 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
}23#z #% 1|$V*: 变焦位置8：
Pi !3wy Z'V"nhL Bm\OH# ,Qw\w, 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。
iDdmr3 2E tw*n+{]hi 相对照度
1k:s~m?!
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
t#eTn"; 变焦位置1：
pn._u`xMV $YPQi. 8K;wX%_, +'!4kwT R 变焦位置8：
B'U;i5u4' 7k==?,LG 3 h{BO\^6x 主光线角度
H"n@=DMLm
远心度都在1°以内
C>0='@LB@r 变焦位置1：
F VVpyB| uA1D Tr?z B+pJWl8u n#fc=L1U 变焦位置8：
c8=@ s# }w%W A&"W I~f8+DE ) 总结：
a=%QckR * .o_?n.H'& 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
d$O)k+j BGSqfr1F 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
