概论
U"SH
fI: |"gg2p 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。
q 4R vr[ |IN{8 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。
)Id.yv}_ Ll2yJ
.C4 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。
*#{V ^} '3<AzR2
[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。
&>jSuvVT 9i^dQV.U= 设计要求
7dg2-4 ]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：
bi01] [wLK*9@& I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
> ^fpQG I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
5*~]=(BE 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
s|cL
mL[ Xyz w.%4c 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。
t9C.|6X ;$il_xA)\> 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
_"4u?C# N*B_ or 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
{ /u} k Q
Sx65 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
OrG1Mfx&2% 2:8p>^g= 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
Oh&k{DWE$ [?Q U'[ 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。
h?D>Dfeg% DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
8lNkY`P7s Hv3<gyD F{'l F^Dc P{2ue`w[ 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：
)iU @P7W= ]cKxYX)J 搜索宏
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Ra!Br6
G\PFh& .)Wqo7/Gx 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
*)8!~Hs 8Ry%HV9VE '0jjoZ: ]b+Nsr~ 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
llK7~uOC T F[8r[93 U3 -cH n2p(@
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。
DwNEq Hi X< 8 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）。
57S!X|CE ]
M hwuh`v% |[ 3%^!f \
变焦优化
a3wk#mH
JtbwY@R 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。
?c6`p3p3L U;q GUqI ]Ju m(1Bo 2 {I(A2 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
8-_\Q2vG LJ{P93aq`^ |z
8 W h 4~DW 7 ( 得到结果：
P2t9RCH <l`xP)] X Z'cL"n\9R] N ,0&xg3 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。
GU,ztO.w 3 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
b MvHA tp R[b I4| t >S[NI<=8S Zk*!,, P! 像差分析
<?E~Qc t
查看畸变
D>`lN
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。
_9 B ^@~ 5f- eWW]! ;X }!;S%K ;W2Rl%z88 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
CY H o~VIK M 0 8 A P YA 1
l WRRB&8 S GIHT
[IRWm N- M 0 5 A P YA .7
o'*7I|7a MUL CONST 2
nN*:"F/^ S GIHT
~}@cSv'(1 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
4.& hV?Kxz k%TjRf{p 8Ben}j)H e:T8={LU2W 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
[R%Pf/[Fr Zm Kxs^5S 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
ZGgM- O1 3j } @}2D #
M18&ld,r Ef"M e( 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：
56l1&hp8In M 0.5 2 A M YMTF 1 72
gBPYGci2F 专门优化这一条MTF。
o4Hp|iK&0 xL#UMvZ>;h G5hh$Nmpi fKkH
[ 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。
svj0; x5 2)^gd 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
fb;y*-?# 7]pi .1i 优化宏
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tO8<N'TD 再进行优化退火，50，2，50
WcZck{ehd VqBb=1r%o7 >u/ T` $ N79 9@:. 得到最终结构：
M_ii a%NSL6 m6iQB\ \ 5fuB((fd( 各个像质结果：
[W,} & RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
k r{eC/Q" g|V md 变焦位置1：
(N/KP+J$n U_l#lGA(H
M_Z(+k{Gy
基本参数
变焦位置1：
DD^ iEhG k*"FMJG_ )4CF*>*6V 's7 (^1hH 变焦位置8：
'rSP@ \`N<0COP R8n/QCeY{ 畸变
KoF_G[m n[tES6u 变焦位置1：
-JwwD6D #}|g8gh uX8yS|= * Lcow2 SbH 变焦位置8：
ReZ&SNJ V 0)F/qY
~uRL+<.c MTF
r.#"he_6!. <o:|0=Sw b 变焦位置1：
= k7}[!T EI!e0 V1! 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
OK \F ,d~6LXr<fM 变焦位置8：
{ZR>`'^: wbA<G&h~ o{I]c#W H% ^j yGS 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。
`S+B-I0 l VR
a{._m 相对照度
gK+/wTQ%
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
o'auCa,N 变焦位置1：
Yj/[I\I"m 29~Bu5 NU{ ` eM ocDAg<wo 变焦位置8：
MF]EX F!pgec%]' NpN-''B\ 主光线角度
nLc Oz3h
远心度都在1°以内
<V_P)b8$1 变焦位置1：
.M zAkZ= R[T94U l
%M0^d6M +% : /!T@@ 变焦位置8：
3Lw&HtH
u/S{^2`b w4%yCp[, 总结：
(>usa|| <-rw> , 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
uE%$<o*# O[RivHCY 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
