概论
*EFuK8 ; ./ CD W 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。
2F/oWt|w? QvlV jDIy 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。
~ e686L0j m1RjD$fM 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
"!:)qVL^ ?BU?c:"f [由于一个系统的焦距在某一范围可变，相当于由无数多个定焦系统组成的，在设计变焦镜头时也是使用类似定焦镜头的分析
优化方法。
Xc<Hm RAA,%rRhu( 设计要求
6|1*gl1_LD ]设计好的一组镜头如果变化镜片与镜片之间的空气厚度，镜头的焦距会随之变化，通常来说一个系统的接收面尺寸大小是固定不变的(像面：CCD 或COMS 或其它探测面)，在基础光学理论中像面大小、视场和焦距三者有如下关系：
lr)9 U 7 qCm8R@ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
i({MID)/_ I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
'N\nJz} 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
FaKZ|~Y
e +9. GNu 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距比值，也称为“倍率”。理论定义下，在变焦过程中镜头的相对孔径保持不变，但对于实际的高变倍比系统，由于外形尺寸不希望过大或二级
光谱校正等问题，通常在变焦时采取相对孔径（即F/#） 也跟随变化的方案。
*` t3z-L -gv[u ,R 通过改变镜片与镜片之间的间隔达到设计的焦距要求，当系统的入瞳直径 D 固定时，即系统接受的光束大小一定时，根据 F/#=f/D 可知，f变化将引起F/#的变化，也就是我们调焦距也就是调光圈大小 (F/#也称为光圈)，此时光阑大小随焦距变化而变化（非固定值）。这里也有人把调光阑大小称为调光圈。
PVrNS7 Rk/ `_OB_F 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
Q>WnSm5R dA0o{[o= 光学参数：
Optical system parameters Values
Spectral region/nm 420-650
Focus/mm 25-32
FOV/(°) 30.11×19.08-23.73×14.96
Image size/mm 15.4×9.6
F/# 2.4
Telecentricity/(°) ＜1
Mz;KXP 72= 4#
像质要求：该投影镜头在连续变焦过程中各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm，畸变小于 2%，短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
QiNLE'19^ zT'(I6 S:) 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
<m%ZD OMa DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
03!#99 |A2o$H 'K| F{K 5IbCE.>iU 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：
^j2z\yo u`pw'3hY 搜索宏
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VgS2_TU
lN_b &92 _Bhd@S! 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
5oo6d4[ xN6}4JB R4 S))EHg ~31-)*tJ] 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
G9CL}=lJ, 0" i QH i r|ogF8YN 5[P^O6' 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。
h@Ix9!?+ Q;kl-upn~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）。
'
?EG+o8 ]
hfs QAa _$KkSMA~_
变焦优化
3(1UI u X rut[)H 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
kWgrsN+Z LWV^'B_X- fF. +{-. Xet}
J@C 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
VgMuX3= Cf@N>N#t) ,n$HTWa@0 M+7jJ ?n 得到结果：
u89Q2\z~"M dDl_P yg4K >skl-f +l<;?yk:; 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。
|j 4;XaG) 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
0I*{CVTQj 'N/u< `) y~ wN: N'?#g`*KW 像差分析
}L>0}H
查看畸变
kuv + TN
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。
cZAf?,>u BuS [( MFqb_q+ Nk?/vMaw 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
/=KEM gI? M 0 8 A P YA 1
4"Mq]_D S GIHT
3G Xmyo:o$ M 0 5 A P YA .7
KnUVR!H| MUL CONST 2
e)|5 P S GIHT
hdY d2
j 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
SI7r `'7A' JC7:0A^ / & yc?Ui i L'j9_w, 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
Om2w+yU m|PJwd6 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
}zrapL"9X RIFTF
R n{"a 0O w+hpi5OH 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：
P5v;o9B & M 0.5 2 A M YMTF 1 72
Gl9 ,!"A 专门优化这一条MTF。
K/8T wB?I @E=77Jn[px Y$W)JWMY` Lg|]|,%e 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
Ce} m_ kk}_AZ0eK 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
i \kDb= lO HW9Z 优化宏
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lDZ~ 再进行优化退火，50，2，50
[$Jsel<T= dHt EyF H"wIa8A )<.y{_QUN 得到最终结构：
NBA`@K~4 2h1P!4W85 J#\oc@ |?ZNGPt 各个像质结果：
Xi!e=5&Pa RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
u"DE? @ su!9 ]o 变焦位置1：
@ 6 H 7 *C.Kdf3w
bl#6B.* =
基本参数
变焦位置1：
)QI#szv6 mBQpf/PG .d+zF ,02Z ow#8oUf= 变焦位置8：
=tl~@~pqI Ei89Ngp\} z</^q y 畸变
-:B gp*S T75N0/teS 变焦位置1：
"_:6v64Gx \+k~p:d_8 {HjJ9ZGQ SUD~@]N1 变焦位置8：
6Y9<| . {"db1Gbfg w7f)v\p MTF
kkXe= f% m",G;V N 变焦位置1：
tMyM A} ` IH.EvierJ 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
LVd tI G^#? ~ 变焦位置8：
8tz L.P^ { a(<E8-^ }Ggn2 X Is9.A_0h 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。
@2TfW]6 (R(NEN 相对照度
Z
4c^6v
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
15MKV=?oY 变焦位置1：
AnpO?+\HF %1)J Rc Hro)m" W!1
B~NH# 变焦位置8：
V@ K^9R,| >L$ 9fn/J He&A> bA)z 主光线角度
c*R18,5-
远心度都在1°以内
<"av /`; 变焦位置1：
#;UoZJ B qBZ ;S3 *Zn,v-d ER:K^
Za 变焦位置8：
'Y]<1M>.g v+CW([zAx# a~zh5==QD 总结：
!>Q{co' 6mjD@ 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。
b(> G nWUau:% 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
