概论
qB_s<cpn> ($<&H>j0 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。
X);'[/]E* $s}w23nB 成像镜头在很多实际应用中通常也要求具备变焦的能力，如 CCTV 监控镜头，红外探测镜头，摄影镜头，双筒
望远镜等等，镜头具备变焦的能力便可以应用于多种环境条件，放大缩小或局部特写，这是一个定焦镜头所无法完成的。
jq] 5Y^e o?/H<k\5 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
^ wZx=kas R[\1Kk(Zo [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
}U'9 d#N hzqgsmT) 设计要求
N,XjZ2 6 ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
xF3FY0U[ ,\
1X\ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
S+.>{0!S" I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
U 5j4iz' 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
&8i$`6wY t=}]4&Yp 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。
*ilVkV"U CB>W# P% 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。
"__)RHH:8 vde!k_,wZ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
$}b)EMMM Ump Hae 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
l* hWws[ `,~'T [ 像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
@0EY 5{& 0# 'MR., 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
HP*{1Q@5 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
:](#W@ r }XUI1H]jk i^:#*Q-co M1/(Xla3 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
/8]K}yvR Q}\\0ajS) 搜索宏
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9xJtDdy-O
%k?/pRv$> y,rdyt 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
p9G+la~;VM V[%IU'{: W Pr :d #w5%^ HwO 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
sb VEA &Hf%Va[B /0k'w%V{n _VgFuU$h 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
=pmG.>Si !.# g 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
U9PI#TX
&O ]
~eP~c"L }@
U}c6/
变焦优化
HhC FAq"j Q~f]?a` 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
)O*h79t^Q ,if~%'9j {G3Ok++hc pheu48/f 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
l{3zlXk3z cr0 /.Zv) C[TjcHoA njJTEUd"> 得到结果：
lBG=jO S KRd'!bG=1 | *ZM{$ ]==7P;_- 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。
9k62_]w@6 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
< <0[PJ &
\5 Ur^t
nXy" !W&|kvT^ 像差分析
daA&!vnbH*
查看畸变
L?a4>uVY
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。
F&7Z( kda*rl~c &09~ D8f' )iIsnM 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
i,RbIZnJ M 0 8 A P YA 1
01
+#2~S S GIHT
BUi,+NdIk M 0 5 A P YA .7
NODg _J~ T MUL CONST 2
RJ 4=AA| S GIHT
@pJ;L1sn 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
9ec#'i= 2XUIC^<@s K4|fmgcy. {9P(U\]e]k 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
SMB &sl *<{hLf 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
7r(c@4yPI b/T k$& ~(c<M>Q8 -zt*C&)b 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
N7 _rVcDe M 0.5 2 A M YMTF 1 72
+ Swl$ab 专门优化这一条MTF。
0#Q]>V@rO4 E\Iz:ES^ p@DVy2,EY :zfMRg 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。
9zBt
a A2PeI"y 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
d[;&2Jz* Xk/:a}-l 优化宏
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\Yv4 4*I` 再进行优化退火，50，2，50
X`E}2|q' 3$_- 0> 'wBOnGi6 IY}GU 2# 得到最终结构：
-4J.YF> `X& d:!}F #~ |esr/wf La7}zXx 各个像质结果：
&d!ASa RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
& =Y%4 vq j a{x}n*5 变焦位置1：
L&5zr_ hJ4 A5m.
B.b sU
基本参数
变焦位置1：
3c` op&j4R .lz= MUR _$}@hD*R~ 变焦位置8：
PUd/|Rc/} rb>2l3g* 8-O : e 畸变
d-8g .b2%n;_>. 变焦位置1：
%~Ymb&ugg ypA 9WF ${t$:0R,h Us>n`Lj@ 变焦位置8：
Sn;q:e3i{A 2:[G4 p5nrPL MTF
ZGd7e.u= Yka>r9wr 变焦位置1：
`V[ hE
r| [Fd [( 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
M?ElD1#Z q6
4bP4K 变焦位置8：
PB{5C*Y7^k 2m&?t_W [s-!t E3- . Eb=KG 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。
Ao *{#z U RyY^+s 相对照度
* ^\u%Ir"
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
}O gZZ8-_M 变焦位置1：
B@vup {Kg &e4EZ {\k:?w4 (rf8"T!" 变焦位置8：
vrsOA@ee3H '&y+,2?;Y[ ,fs>+ ]UY3 主光线角度
Hg[AulNna
远心度都在1°以内
`9G1Bd8k 变焦位置1：
g$Ns u:L 73E[O5?b - s:NF;" !R$ t>X 变焦位置8：
:\#/T,K" =I)Ex) cvnRd.& 总结：
iM{aRFL @IBU{{ 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。
EMS$?"K 'n!Sco)C 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
