概论
~^u#Q\KE" R ?K[O
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。
r{~@hd'Aj 6%&RDrn 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。
4H\+vJPM 4:Bpz;x 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。
E5y\t_H KASw3!.W [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。
c 8
xZT gU^2;C 设计要求
R#Q cQx ]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：
KW~fW r8 7P2?SW^ I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
:)9 ^T< I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
(.DX</f/4 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
V9"?}cR/W; Ef2#} %> 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。
[qEd`8V ( [ sT}hYh+ 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。
D\ H) uV` V u`O%[Q/ 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
cI Byv I- l"-F<^
U 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
eT|"6WJ:{ Ap fs&{Uy
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%。
9W[ ~c"Ku ;1&7 v 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。
du:%{4 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
l]GUQcN= A]FjV~PB 8@f=GJf < CJ`A5N 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：
u= 5~^ 9 !VfP#B6. 搜索宏
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r^$4]@Wn
u\J YxNj1 NzP5s&,C69 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
*
@QC:1k fs=W(~" o y'GAc/ Y_}DF.>I P 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
;U^7 ]JO; ;3D[[* n9 f [b x|6 7:h8b/9 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
;D kX"X + ftqi >^i 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
b\U p( ] ]
"[*W=6m0 2JV,A Zf
变焦优化
{y[T3(tt oA _,jsD4 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
wjr1 ?c c%|18dV ?G#T6$E8 m ),3J4(q 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
Ny.s
u?E w<3g1n7R RK*ZlD< V=@M!;'< 得到结果：
<R6$ kom` Qo!/n`1 9 ,DHiM-v pm*6&, 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。
Mpm#a0f 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
{!B^nCSL hY?x14m$3 6+MZ39xC yH<^txNF 像差分析
483BrF V
查看畸变
SLa\F
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
9K>$ 5df~] -=0Y Wm5/>Cu, *o/ Q# 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
pN[G ?A M 0 8 A P YA 1
)V}u}5 S GIHT
DL ^}?Ve M 0 5 A P YA .7
L
y!!+UM\ MUL CONST 2
%lw!4Z\gg S GIHT
PF,|Wzx 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
8( ^;h 2O! a8#6}`|C? f?iQ0wv) RtrESwtR 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
PKT/U^2X] %n3lm(-0U 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
Z;^UY\&X ; 7`y## 2BU%4IG Yy4? |wVl 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：
n]/7UH}(<& M 0.5 2 A M YMTF 1 72
o; +J 3\ 专门优化这一条MTF。
k+au42:r 6#/Riu% S$!)Uc\)A a'LM6A8~x 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。
,FvBZ.4c3= YQzs0t , 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
0L
"+, z@lUaMm:F 优化宏
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&></l| hY 再进行优化退火，50，2，50
+H[G D! 3Z * ' FbMX?T"yH GW_@hYIqD 得到最终结构：
HWFI6N L {K:XiPn OY'490 IK%fX/tDyc 各个像质结果：
&;~x{q]3 RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
|2 2~.9S
'CqWF" 变焦位置1：
5B [k Z?> -5Qsc/ s&
2;@#i*\Y
基本参数
变焦位置1：
MLV_I4o CU3 [{a 2TN+ (B#Z! 2k,!P6fgl 变焦位置8：
fmDU nRpZ;X)'. :NL.#!>/ 畸变
6~Y-bn"%D5 9 kcp( 变焦位置1：
IfHB+H
:T5p6: -G<$wh9~3 {/]Ks8`Dm 变焦位置8：
v3w5+F Y [ =Gv6Fr \Uun2.K MTF
Ol4 )*/oZ -1ke3 变焦位置1：
zi~_[l- M6E.!Cs 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
6,j6,Q(67 |A_ yr/f 变焦位置8：
%k 8} IBL uJ<sa; M{S7tMX 73?ZB+\)0A 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。
>W,1s -Dw qoWZ 相对照度
&P>wIbE
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
@q9uU9c 变焦位置1：
L1 "y5HJ .d:sQ\k~= |r"1
&ow5 @,i_
KN6C 变焦位置8：
^Z7])arA jIx5_lFe = :rR%L!a 主光线角度
un qX<6hu
远心度都在1°以内
MR$Bl"d 变焦位置1：
+:4J~Cuf ,?;q$Xoi ($^XF: #5 g_Wf3o857J 变焦位置8：
/ g3U,?qP kd9rvy0oK ^ g`1SU` 总结：
vS %r_gf( -[?q?w!? 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。
YC\~PVG ye1kI~LO( 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
