概论
p,fin?nW c ma~`&\xE 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 4;6Oi) D bJ(N h 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。
JTJ4a8DE } J`Gm 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。
2XpGgG`2`C ".4^?d_^VF [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。
g!uhy} 10 ^=1@U 设计要求
70~]J8T+u ]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：
Mt`.|N;y! J)]W[N k I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
3u<2~!sR I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
gy.;
"W 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
R,lr&;a8 &s5*akG 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。
=JkSq J)? WY L.J5O 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。
I%Z &i-33y Iq *7F5B 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
J/Li{xp)Lg JAK*HA 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
dXhV]xK (%1*<6ka 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%。
AXFVsZH"zi BlCKJp{m$ 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。
HZNX1aQ|Q# DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
4Ki'r&L\ t{9Ph]e QHK$ sr4K-|@ 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：
M=%p$\x ,bJx|
K 搜索宏
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Sk- Ti\
bm L NR <Bwu N,} 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
Up:#Zs2 NNX/ 2 =*pu+o,? IftPN6(Z 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
H;8(y4; SWt"QqBU We|*s2! O1A*-G:X 设置光阑，优化之后，观察镜头结构，选择第3/4片为前变焦组，5/6/7片为后变焦组，光阑设置在表面15上。在 WS 中设置APS -15，然后注释掉 VY 再次进行优化退火。
@gd-lcMYW @47TDCr 设置 ZFILE 数组,运行 ZFILE 宏文件，按照角度分布的八个变焦位置分配给原镜头，使其变成一个变焦镜头（以下为 ZFILE 宏指令）。
h!.(7qdd ]
kI] 1J p\AS f
变焦优化
o?>)CAo Y+E@afsKs 修改优化宏，增加 ZDATA 的变量， AANT 里用 ZGROUP 到 END 覆盖原来的评价函数，增加 AZA 指令控制变焦间隔，然后进行多次优化退火。
*T3"U|0_ y lWR Y:wds=lA .s+e
hZ 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
?~$ y3<[ P VPwYmte C /XOI > Tb[GZ,/%; 得到结果：
V}( "8L /Wa +mp #Xc~3rg9 " H({kmR 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。
$ 8s&=OW 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
^m~=<4eX z}5XLa^ rpvm ].4 (HEjmQjE 像差分析
, ?}TSJKC
查看畸变
Cs$g]&a
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
8 n56rOW! .]"
o-(gB ji1A>jepF TZ/u"' ZS 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
&CS= *)>$ M 0 8 A P YA 1
!U91 S GIHT
\(u P{,ML M 0 5 A P YA .7
tl W}lN} MUL CONST 2
Gce![<|ph S GIHT
zd}"8 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
^t| %!r
G I;No++N0 ;gF"o 5/Q 4)`{ L$ 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
qRr;&M &t_ yVW )DQ 4? 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
\d6A<(!=v 6K,AQ.=V2 -1@kt<Es R_-.:n%.z 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：
,Rf<6 /A M 0.5 2 A M YMTF 1 72
3o1j l2n 专门优化这一条MTF。
|{$Vk%cUE Wg#> 2)> H7uW|'XWz 9Gy1T3y5" 优化后 MTF 变得比较平均，没有特别低的某条，但整体 MTF 有些下降。把 YMTF 的权重降为1，添加 GSO 和 GNO 的指令优化波像差，来提升总体 MTF。
M; V2O; T3 b Bc 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
I!{5* ~ 3 c+q4sNnE 优化宏
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Baq&>] 再进行优化退火，50，2，50
}^=J] s8R.?mhH= PJ);d>tz NZv1dy`fa 得到最终结构：
1%>/%eyn5 Y gg+*z
vzfWPjpKW O5E \#*<K 各个像质结果：
,}J(& RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
\h :$q E7 i7iL[+f]Q 变焦位置1：
@xmL?wz h ]I ^%7
hivWQ$6%
基本参数
变焦位置1：
}LOAT$]XI KZ&{Ya Fvg>>HVu h/5.>[VwDh 变焦位置8：
>]FRHJo_ K1jE _]@Z r q>@ 0i 畸变
,|D<De\v& L\o-z NY 变焦位置1：
g%Eb{~v WSUU_^ . 7V?TLGgd$ ih~ R?W 变焦位置8：
ttgb"Wb%S JT!-Q!O}O [$$i1%c%Z< MTF
\Gg6&:Ua Ubv<3syR' 变焦位置1：
R e-4y5f kyMWO*>| 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
z`XX[9 $qm Rjt]^gb!* 变焦位置8：
`5:b=^'D / ibha` yHe%e1 n2cb,b/7 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
(}
?")$. ]sB-}n) 相对照度
5NH NnDhuL
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
^O}` i 变焦位置1：
Q3T@=z2j% t[ cHdI d[=~- [ B^nE^"b 变焦位置8：
d#NG]V/
^\KZE|^3@ WS6'R 主光线角度
NH~\kV
远心度都在1°以内
muc6gwBp 变焦位置1：
l$
^LY)i >cJf D9-<h Yv >kToa\^ (l}W\iB' d 变焦位置8：
F! ZE4S_ +VT/ c @L0xU??"| 总结：
UU'0WIbY6 juIi-*R! 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。
_Oc5g5_{ O/ybqU\7 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
