概论
DPgm%Xq9(! nwI3| & 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。
=HDI \LD< h+~P"i}&\ 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。
iO w3MfO RF}X
ER 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。
[4Ll0GSp V)M1YZV{ [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。
<z+:j!~ )>\}~s 设计要求
4p`XG1Pt ]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：
.\Fss(Zn 9 ;t]Hp_+K I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
yGBQ0o7E I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
`NRH9l>B7 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
8 3~ i:+; l U]un&[N 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。
FjfN3#qlg @~
Dh'w2q 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。
shC; hR&; |f( ~@Q: 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
NLd` `=& qNgd33u1 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
7v}x?I \{\M xXW 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%。
V ~MiO.B b Uy,5gk- 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。
. \3`2 DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
eJ8]g49mD6 l3o#@sz: 4DWwbO l.)}t)my} 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：
e;YW6}'} 4E P<tV 搜索宏
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1$lh"fHU
4NR@u\S }u{gR:l Z 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
A~ (l {g u`:hMFTID ,8G {]X) hjx) D 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
B tt]R 9.O8/0w7LV Bvjl-$m!v ygZ #y L 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。
`\Ku]6J]5 f7de'^t9 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）。
=nUW' ]
S]3Ev#> Rhzn/\)|
变焦优化
i7[uLdQ g&/p*c_ 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。
l7[7_iB&E Oeya%C5' rEZ8eeB[3 C&\5' [* 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
8euZTfK9e qAkx<u n}-3o]ku Br>Fpe$q4 得到结果：
36m5bYMd) xgsjm) ) 7\
SUr9[ gieJ}Bv 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。
^,Ydr~|T 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
s Wjy6; cF T 9Lnz $WQq? 1.9 cFd
> oDS 像差分析
oSb, :^Wl
查看畸变
L?&'xzt B
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。
Ma-\^S= a)-FG P^ 2N c>6 1 [nG} 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
}}{!u0N},V M 0 8 A P YA 1
1{"llD S GIHT
;+ "f M 0 5 A P YA .7
iP~ , n8W MUL CONST 2
5wt TP ;P S GIHT
vW,snxK6y& 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
5m $2Ku q!'rz c/W=$ 3
^{@![' 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
Vsq8H}K }w-wSkl1 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
Doze8pn +';>=hha {0\,0*^p r4_eTrC, 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：
)n7l'}o?+ M 0.5 2 A M YMTF 1 72
-#`c5y}P 专门优化这一条MTF。
z;u>
Yz+3 DLE8+NV8
[^H"FA[ F-Z%6O,2 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。
"H MP$)d C}g9'jY 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
Aez2*g3 Tq<2`*Qs 优化宏
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"+ "{+k5t 再进行优化退火，50，2，50
`A%^UCd ~IVd vm7 { Ng oYl [ANuBNF 得到最终结构：
&`|:L(+ iSK+GQ~ wy1X\PJjH X##1!
ad 各个像质结果：
^[:9fs RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
EER`?Sa( M
s9E@E 变焦位置1：
3 {Nbp 2pHR_mr b
P'@<:S|
基本参数
变焦位置1：
}`VDD?M wHjLd$ +o 4\t1mocCSN BI[JATZG 变焦位置8：
aAvsb$ +H/jK @ RNVbcd 畸变
/{2*WI; SM 0M% 变焦位置1：
8cx=#Me fpyz' Ko>&)%))$X eg+!*>GaX 变焦位置8：
VvbFp =tTqN+4 |iFVh$N MTF
tL
SN`6[: \/7i-B]G7 变焦位置1：
3CjL\pIC W|k0R4K]] 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
B DY}* cX gCd`pi
8 变焦位置8：
|xr%6 [Ff yj 6@7@l>A ?{ "mP 'dD _STB$cZ 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。
ExSe=4q# m %+IPZ2m 相对照度
PALl sGlf
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
kyh_9K1 变焦位置1：
Ax 3W 2 s y]..= z_ql .UCt|> $ `;,Pb&W~ 变焦位置8：
jkAAqR R RI M `omM ? ]sM8Bd} 主光线角度
BIaDY<j90
远心度都在1°以内
QlFZO4 P3| 变焦位置1：
B
(/U3}w- PMs z` +eQ e%U *x~xWg9^ 变焦位置8：
:Br5a34q %H Q.| $ZPX]2D4B# 总结：
_fFU#k:MU gV1[3dW 该变焦投影镜头所有指标已经基本满足要求，使用了13 片球面
透镜加保护玻璃。对于片数比较多但变倍比比较小的变焦镜头，直接用 ZSEARCH 搜索花的时间太长或者搜不出好的结果，可以先用 DSEARCH 搜索一个变焦位置的结构，然后用 ZFILE 把它变为变焦镜头再优化。
b/$km?R wyx(FinIH 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
