概论
C Z;6@{ o +%'( !A?*` 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。
L,\Iasv q m}@!z^ 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。
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P V 88p;K$+ 所谓变焦，即镜头的焦距在一定范围可调节，通过改变焦距从而改变系统视场大小，达到不同距离不同范围景物的成像。我们通常所说的变焦镜头一般指摄像镜头，即在不改变拍摄距离的情况下通过改变焦距来改变拍摄范围，因此非常利于画面构图。
hb$Ce'}N jp,4h4C^) [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。
4dlGxat TbU#96"~. 设计要求
A^g(k5M* ]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：
TOt dUO ;l+Leex
I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
Xvu(vA I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
!0+JbZ<%r| 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
ll^#JpT[S {c'lhUB 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。
? 9/G[[( c{|p.hd 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。
%J(:ADu] e
,(mR+a8 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
:TbgFQ86~ jA1 +x:Wq 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
.#gzP2 [q Ui ~>SN>s 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%。
79gT+~z Hl"N} 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。
+(Ae4{z"1+ DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
0mE 0 j js(pC@<q5 t Q)qCk07 ftb\0,- 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：
t.<i:#rj>l Z.,MV cd 搜索宏
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i1UsIT
/uc>@!F 7!1S)dup 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
{: /}NpA$ 4hB]vY\T oH@78D 0A { 6il`>=C 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
Ok etwa 2y4bw i O.? JmE G|Ti4_w
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。
z{
dEC % MgZ/ (X E 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）。
1 MFbQs^ ]
}BEB1Q}L '1[Ft03
变焦优化
vM={V$D& UQsN'r\tS 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
hrk r'3lv E .h*g8bXe F ,kZU$ U{mYTN*:j$ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
!
nx{
X w0.
u\ tQVVhXQ7 Pz7XAcPQ( 得到结果：
4g/dP ^ *~`(RV F| 8 & Wwo0%< 2y 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。
u8^lB7! e/ 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
T{ "(\X$ A/(a`"mK|' k6^Z~5
Sy }p
V:M{Nu& 像差分析
~*7] r`6\@
查看畸变
0RfZEG)
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);FoVa6 z:O8Ls^\T @EA bF>> qs6 aB0ln 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
f$( e\+ + M 0 8 A P YA 1
ooGM$ U S GIHT
jPeYmv ] M 0 5 A P YA .7
xno\s.H%] MUL CONST 2
N`i/mP S GIHT
nN;u,}e 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
=N@t'fOr ~[: 2I /reX{Y CLSK'+ l 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
Ac6=(B & kIFcd@ 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
1M-pr 8:6s 9uY'E'm* $>gFf}#C z Dp 2g) 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：
49P 4b<1 M 0.5 2 A M YMTF 1 72
8t`?#8D} 专门优化这一条MTF。
B!yr!DWv 9L9sqZUB !k%# R4*> s{++w5s 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。
m|# y
>4 ]_Xlq_[/r 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
Vi}_{
Cy 0V]s:S 优化宏
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"b[5]Y {
U 再进行优化退火，50，2，50
zT/\Cj68 wBzC5T%, l0]
EX>"E Q\)F;: | 得到最终结构：
{*KEP Q?T]MUY(L E4!Fupkpf Al'3 ? 各个像质结果：
!BI;C(,RL RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
u>$t' %S I'BJ 变焦位置1：
z2c6T.1M Je @v8{][|
ckn~#UE=
基本参数
变焦位置1：
'|4!5)/K 8Y3I0S F/Pep? ' N7_"H>O$0U 变焦位置8：
eFAnFJ][L fh{`Mz,o C?Ucu]cW 畸变
J;%Xfx] GL JMP^p 变焦位置1：
mTh]PPo Ah<+y\C -+5 >|N# s(^mZ
-i 变焦位置8：
j4b4!^fV &R siVBA V:27)]q MTF
4=.so~9odX I |J/F}@p 变焦位置1：
| ' . s r}E +qf 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
vj*%Q(E6Pt
9a kH 变焦位置8：
m3ff;, <1 pEwI~ J= L5=G7( ]HdCt 3X 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
KU;9}!# +> 9Q/E 相对照度
rH>)oThA#
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
[r-p]"R 变焦位置1：
s 79r@])= LF7SS;&~f Ve=b16H 1U\z5$V 变焦位置8：
2-b6gc7 kN>!2UfNS T>GM%^h,7- 主光线角度
N<-Gk6`C/
远心度都在1°以内
fAmz4
变焦位置1：
# [a*rD%m fT{Yg /j pNIf=lA =2 kG%9 变焦位置8：
\;-|-8Q 2
FFD%O05 ;$tSb ~K+ 总结：
|CzSU1ma !a<ng&H^U 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。
\L\b $4$d ;GI&lpKK 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
