概论
`A o;xOJ ky5 gU[ 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。
9,;+B 8-A >`'>,n | 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。
^iwM(d]#5 j[o5fr)L 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。
t?j2Rw3f`I L u?)Rya [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。
vXi}B !saKAb}d7H 设计要求
/@\3#2; ]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：
Bt^];DjH DLrG-C3 3 I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
K\GIh8L I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
.cX,"2;n 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
P$|DiiH PX1Scvi 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
@5# RGM)5^ Y)L\*+
>"[ 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
t F d^5A* A *:(%! 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
UW[{Y|oE e[@
^UY 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
R.)U<`| | ljrA^P ,>P 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
7 #R&
OQ r,4V SyZF\ 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
?JD\pYg [/ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
[+st? ;"GF 5B<G;i f, db!2nImNu\ IK6XJsz$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：
C9}2 F{8 {&c%VVZb:Z 搜索宏
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uGQCW\!"4
&xqe 8!FeA # :68}f"$ 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Vy:ER 32IN;X| (;T; ?v`- ^IGTGY]s 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
m`c(J1Et lC1X9Op NwG&uc+Q ^~ 5tntb. 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。
LE Y Y{G? w
I@
lO\ 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）。
+ +13m* fA ]
}#
-N7=h b['TRYc=:
变焦优化
00G[ `a5 r`cCHZo/V 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。
V]PTAhc +WwQ!vWWd
Te> 7I kx1-.~)p(z 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
w'5~ GhnP+ jq["z<V )x l{Hi5x' H U &Ay3/ 得到结果：
^%d+nKx9nL hpXu3o7e &/\0_CoTR\ "eQ9 6^'J 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。
z PV/{)S 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
<UQ:1W8>B $vy.BY Fm
W{;!JI7;z mc(&'U8R0I 像差分析
oT|E\wj
查看畸变
VUF7-C*
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
-"a+<(Y i}<R >]S @-b}iP<T CsSB'+&{ 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
O:7y-r0i M 0 8 A P YA 1
_n}!1(xYa` S GIHT
v:6b&wS L3 M 0 5 A P YA .7
wKY6[ vvF MUL CONST 2
E7_^RWG S GIHT
o
JA 58/ 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
5[gkGKkf_ dIO\ lL
q]Q gg I;-{#OE, 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
2|% 30i,vV )cqhbR 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
>; W)tc, :z a!!^ 6!"15dPN x(b&r g.-0 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
2qr%xK'^B M 0.5 2 A M YMTF 1 72
mG@Q}Y( 专门优化这一条MTF。
@ ~sp:l 2tr2:PB` *q0N$}k tIr66'8 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。
Y*}Sq|y e ;6Sj 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
>Le
mTr H7SqM D*y9 优化宏
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f8&=D4)-w 再进行优化退火，50，2，50
\:=Phbn v ;$^1 I gN]`$==c[ k2@IJ~ 得到最终结构：
z{n=G yQx>h6 kv5Qxj} Ti)n(G9$ 各个像质结果：
XW#4C*5?d RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
-xcz+pHQ =;{S>P!I(t 变焦位置1：
Z?x]HB`r 2)8lJXM$L
u51/B:+
基本参数
变焦位置1：
vv 8$u3H Z0'3.D,l ~clWG-i uo{QF5z] 变焦位置8：
OKU P w}1)am &pD 'RA[_Z 畸变
^4fkZ h 2~@=ua[|=5 变焦位置1：
4YCGh VC+\RB#:- 95<:-?4C;W 1=D!C lcb 变焦位置8：
:qZ^<3+: @fK`l@ K ='JX_U`A^F MTF
)} #r"! <h}?0NA4 变焦位置1：
;PHnv5 x@f uJO*aA{K 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
fU}w81oe /0c&!OP 变焦位置8：
?~K2&eo 1)R)+ `y D[r M Q+ek4 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。
t}tKm v\ox:C 相对照度
6:!fyi a
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
<#Lw.;(U;k 变焦位置1：
g3Q #B7A ^
UzF
nW@a ,J ^Op
4
5lg&oO 变焦位置8：
%;5hHRA [Ok 8l=' $>UzXhf}\ 主光线角度
(wfg84
远心度都在1°以内
[GuDMl3hC 变焦位置1：
?MYD}`Cv >guQY I@4, qW Fg~s#+ o7+/v70D 变焦位置8：
-0`hJ_( Ae#6=]V+^ 39j d}]e 总结：
=gIYa 7q 2YsI 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。
f h^_=R(/ P1QJ'eC;T 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
