概论
TSP%5v;Dh zg<-%r'$ 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。
h.>SVQ zU !g]5y= 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。
Bxm ,?=h ^ b +>r 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。
)FQ"l{P H/O.h@E4X [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。
DQXUh#t\(] lWId
0eNS 设计要求
_ Ncbo#G ]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：
W%g*sc *+ ls
5iE I=f×tan(θ) I = f × tan(\theta) I=f×tan(θ)
yv[j
Pbe I为像高，f为焦距，θ为视场角度。
2@zduL'do_ 这个关系也很容易理解，一个三角形即可。
D9oNYF-V :jl*Y- mM 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。
+{I_%SsG Z ;.-UXat 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。
Pq om i!1 yXR1 NYg 确定设计目标
参数，以下为本次设计的目标：
9b+jT{Tg -XV,r<'' 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
@N>7+
4 m;OvOc, 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%。
BY6#dlDi &$~fz":1! 因为变焦投影镜头的变倍比比较小（25-33），可以先用 DSEARCH 搜符合变焦位置1的定焦镜头，然后设置 ZFILE 修改为变焦镜头，再进行优化，会比直接搜14片 ZSEARCH 变焦镜头更加快捷简便。
&n k)F< DSEARCH 输入：参数为短焦处的投影镜头
jfxNV2[ K|7"YNohfG Kq")\Ha,f 8v"rM
>[ 以上为 DSEARCH 直接搜出的结果，中间的空气间隔太小，没有留给变焦的空间，总长才120，远没有到240的限制。因此在 AANT 中限制总长最小值 LLL 200，元件厚度 ACC 711，进行优化，留出足够的变焦空间。以下为新的初始宏：
x4'@U< At(88(y-W 搜索宏
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dEoIVy _9R
Zo3!Hs ZA dDa V2:4E 运行搜索宏可以得到10个初始结构：
\HeJc:^ d/7fJ8y8 Pp8S\%z~h 1X?ro; 从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:
F(G..XJQ }\"EI<$s 7* 5 B /Y7^!3uM 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。
Ma^jy. vhrf 89-q 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）。
gmL~n7m:K ]
a1cX+{W v ccH(T
变焦优化
k"N>pjgd$ [ RyV R 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。
uBm"Xkxe|w ]&*POri& fzSkl`K} /G||_Hc 输入 MRG ，插入真实玻璃，选择成都光明玻璃库。
oB:7 R^a NdXHpq; Ebnb-Lze, 8Y`Lq$u 得到结果：
hY"eGaoF" 3<xE_ \DR h,{m{Xh K.Xy:l*z 插入真实玻璃后的结构有些太薄了，加工非常困难且昂贵，需要再进行优化，增加边缘厚度的限制 AEC 311，ACM 311。
8em'7hR9 再设置光阑，在 WS 里设置 CSTOP 和 WAP ，得到结构：
V%,,GmiU] Kr}RFJ"d ng1E'c]0@ B>2=IZ 像差分析
%_!/4^smE
查看畸变
|+cz\+
注释掉优化光阑的 VY 指令，继续优化。然后查看成像质量，发现其他所有参数都已经满足，但是畸变有6%左右，没有达到要求。
V._-iw]v &[ } )FI km %r{ ~;"eNg{ T 因此在优化宏中添加控制畸变的指令
aHhLz>H' M 0 8 A P YA 1
A(y6]E! S GIHT
W{,fpm M 0 5 A P YA .7
a5a
;Fp MUL CONST 2
omfX2Oa2 S GIHT
A4j ,]hOD 从0.7视场到1视场，用实际像高减理想像高控制畸变：
|~9rak, l )u%`Hcn mv9D{_,pD } z]d] 优化之后的畸变控制得非常好，但是查看 MTF 有些下降。
nW=6n Cyvo YU,zQ V' 在优化宏中减少控制畸变的权重到3，进行优化退火。
e ,(Vy {cdICWy(F3 :5kDc"
=Z| WB jJ)vCA. 优化后，发现只有1视场的 YMTF 这一条没有满足要求。在优化宏中添加指令：
WIWo4[( M 0.5 2 A M YMTF 1 72
,N$Q']Td 专门优化这一条MTF。
0#|Jhmv-zL ,EQ0""G! }?m0bM @nH3nn 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。
`,O7S9]R+ Y.m1d ?H 1 最终经过多轮优化退火调整后的镜头结构和优化宏。
dle\ }Sy= 2C C"Z 优化宏
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O"\4[HE^ 再进行优化退火，50，2，50
|!o C7!+0^ { 4+/0\ [if(B\& D0J{pAJ 得到最终结构：
?V`-z#y7 i4YskhT r\m{;Z#LJm AbNr]w&pXC 各个像质结果：
FK BRJ 5O RMS 各视场 RMS 弥散斑直径小于 8.5 μm
-Mo4`bN 4~
x> ] 变焦位置1：
l0&Fm:))k yzEyOz @Q
Uz ;^R@
基本参数
变焦位置1：
?>7\L'n=5I (j>`+F5f 5bb#{?2i DN^+"_:TB 变焦位置8：
u^Cl s!C MJX
ny4n
R &1>\t 畸变
05F/&+V $mxG-'x %K 变焦位置1：
>V.?XZ nt 0d[O/Q` KXMf2)p a J_F\cM 变焦位置8：
1n8y4k) MTt8O+J?P~ i~x]!! MTF
k3&68+ ]Mq -67 变焦位置1：
$.C \H,H F qyx vL. 已满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4。
jJ"(O-<)D ` U0XvWPr[ 变焦位置8：
nZiwR4kM Q'U! [(
xPX sssw (F 不太能满足各视场 MTF 值在 72 lp/mm 处不低于 0.4，但继续优化加高权重会导致其他像差质量变差。
XK~ HfA? gwNZ`_Q 相对照度
](I||JJa9f
短焦边缘视场照度均匀性大于 85%。
# 2|biTJ 变焦位置1：
*v#V%_ o o0AT & <K :V$\y up &fRz6Hd 变焦位置8：
O<fy^[r:` CeU=A9 x7B;\D#`i/ 主光线角度
.Z]hS7t
远心度都在1°以内
YuuTLX%3 变焦位置1：
b 1^wK"# .{eMN[ n@ xd `MEOY _an 0G?7 变焦位置8：
C D6 N8n] #6~KO7} { $t*XTY6R 总结：
=XYc2. t w\[l4|g ` 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
?p,Ci, iWWtL 好了，本节课到此完毕，期待与您的再次相遇，下周见！
