第38课展示了如何设计8X变焦镜头。现在我们做一个复杂的设计，以30X变焦为目标，来设计一款变焦镜头。

设计要求如下：

1. 变焦30倍 2. 半视场角14° 3. 最后一面的半孔径为3mm 4. 使用11个镜片 5. 四组镜片，其中两组是用来变焦 6. 像高5mm 7. 后焦距20mm 8. 总长600mm 9.物距从无穷远到5m范围内对焦清晰

ZSEARCH输入如下:

      LOG	! to keep track of things later ON 98
      TIME	! to see how long this run took CORE 14
      ZSEARCH 3 QUIET	! save results in library location 3

      SYSTEM
      ID ZSEARCH TEST
      OBB 0 14 3	! infinite object, 14 degrees semi field, 2.85 mm semi
      ! aperture.	This defines the wide-field object
      UNI MM WAVL CDF END

      GOALS ZOOMS 7
      GROUPS 2 3 4 2	! lens has four groups with 11 elements altogether
      ZGROUP 0 Z Z 0	! and groups 2 and 3 will zoom
      ZFOCUS 5000 4 90 5	! also correct range focus at 5 meters
      FINAL	! declare the desired object at the last zoom position,
      ! which is the narrow field zoom
      OBB 0 0.4666 90

      ZSPACE NONLIN 1.7 ! other zoom objects will be nonlinearly spaced between the
      ! first and last
      APS 19	! put the stop on the first side of the last group DELAY OFF
      GIHT 5 5 10 ! the image height is 5 mm for all zooms, with a weight of 10. BACK 20 .1
	! the back focus is 20 mm and will vary.	A target will be
      ! added to the merit function with a low weight.
      COLOR M	! correct all defined colors
      ANNEAL 50 10 Q	! anneal the lens as it is optimized in both modes QUICK 40 40	! 
 40 passes in quick mode, 40 in real-ray mode
      ASTART 22

      TSTART 12 END

      SPECIAL PANT CUL 1.75
      FUL 1.75 END

      SPECIAL AANT
      ACA 55 1 1	! monitor rays to keep away from the critical angle. AEC 2 1 1
      ACM 4 1 1
      ACC 35 1 1

      LUL 600 .1 10 A TOTL END
      GO	! start ZSEARCH
      TIME	! see how long the run took.

运行这个宏一段时间后，我们得到了一个有潜力的初始结构。

我们只纠正了7个变焦位置，在完成设计之前，可能还需要更多的变焦位置，但是前期选择少量的变焦位置做参考，会使ZSEARCH运行得更快。

打开工作表并将APS命令更改为APS -19。这将产生一个真实的光瞳。

运行ZSEARCH产生的宏。

现在让我们增加变焦组的数量。输入以下命令：

      CAM 15 SET

运行变焦滑块，会显示在变焦范围内设计得到了很好的纠正，但是在中间的位置会出现离焦。我们预设置为7个变焦位置。让我们看看变焦组是如何分布的。输入以下命令：

      CAM 100

在这张图的左端数据变化最快，所以在这一区域，需要分配更多的变焦位置，来控制像差和焦点。输入以下命令：

      CAM 100 APERT

现在这个图与前面的图片比例不再相同。我们可以看到左边的变焦位置比右边的变焦位置靠得更近。命令如下

      ZSPACE NONLIN 1.7

在ZSEARCH文件中，更大的非线性值会将它们分布的更广泛一些；而小于1.0的值会将它们聚集在图片的左边区域，这是我们不希望看到的情况。

现在镜头已经定义了15个变焦组，同样聚集在凸轮曲线的左边，因为镜头还没有被校正。变焦运动是从原来的凸轮曲线插值而来的，只有7个变焦组是准确的。

我们需要修改ZSEARCH的宏，原始的ZSEARCH宏如下：

    ZOOM		1
    M	0.500000E+01		0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000		5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000		3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000		1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	2
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	3
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	4
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	5
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	6
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL
    ZOOM	7
    M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
    GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
    LUL 600 .1 10 A TOTL

为了简化操作，我们将删除除第一个变焦组之外的所有内容，并将其更改为zoom group的设置。这将在所有变焦组中进行如下操作，在三个视场中创建光线像差操作。

      ZGROUP ALL
      M	0.500000E+01	0.100000E+02	A	GIHT
      GSR	0.000000	5.000000		4	M	0.000000
      GNR	0.000000	3.000000		4	M	0.750000
      GNR	0.000000	1.000000		4	M	1.000000
      LUL 600 .1 10 A TOTL
      END

该程序还向AANT文件中添加了ZFOCUS命令，然后是另一组变焦设置，我们再次用单个ZGROUP ALL命令替换它们。该部分更改物距参数，将第一组移动90毫米，并在所有已定义的变焦组中再次纠正像质。请注意，END命令将会关闭ZGROUP文件，另一个END命令将会关闭文件AANT部分。

    ZFOCUS	0.500000E+04	4	0.900000E+02	0.500000E+01
    ZGROUP	ALL
    GSR	0.000000	5.000000	4	M	0.000000
    GNR	0.000000	3.000000	4	M	0.750000
    GNR	0.000000	1.000000	4	M	1.000000
    END
    END

在我们运行这个宏之前，调整物距位置是个好主意。我们将数字从7增加到15，但是这个选项只是插入了之前的数据，这些数据很接近，但并不准确。输入命令

      CAM ZMAG 0.0333333 NONLIN 1.7

现在运行这个优化宏。镜头是合理的，但需要进一步改进。

让我们尝试添加镜片来检验是否对像质有帮助。在PANT文件之前，添加如下命令行

AEI 4 1 123 0 0 0 20 2

运行宏。程序建议在第4个镜片组中添加了一个镜片，像质得到很大的提高。

我们想进一步改进像质。我们发现第一个镜片中心较厚，但它的边缘很薄。现在的厚度是多少?

      SYNOPSYS AI>1 TH?

      The thickness or spacing of surface number	1	is	35.36316744

我们的评价函数里有一个监视器，可以防止中心厚度变得太大，我们已经指定了一个35毫米的默认控制。但这个透镜是一个体积相当大，显然我们需要增加允许的厚度。将ACC监视器更改为

      ACC 50 1 1

注释掉AEI命令行，再一次优化，模拟退火(22，2，50)。评价函数下降了。但是镜片2的厚度太薄，所以在MF中添加一个新的命令:

      ADT 7 .1 1

取消AEI命令行的注释，并重新优化。这将控制每个镜片的直径/厚度比，并添加一个镜片。现在系统看起来很好。

把这个设计分配给下一个ACON，我们要用它来查看物距5米处的像质。点击按钮;然后输入如下命令：

      ZFOCUS 5000 4 90 5

您已经设置物距为5米，并将第4个面的厚度调整为90毫米，调整物体高度，使高斯像高保持在5毫米。我们想看看它是如何工作的。运行变焦滑块，在缩放范围内查看此ACON的性能。它和无穷远处的性能很相似。在物距范围内聚焦不会有任何问题。最大的像差出现在zoom 15中，这是一种长焦设置，对于这种镜头来说是正常的

现在点击PAD Scan按钮，检查每个field point的像差是否得到控制。在变焦范围的两端都这样做，你会发现每个地方都得到了很好的控制。如果某个中间视场点出现较大的像差，我们将在出现问题的视场点向AANT文件添加另一个GNR命令，但在目前的结果下没有必要这样做。

变焦滑块显示了镜头在整个变焦范围内的焦点-但我们也需要进行调整 打开工作表并单击ZFILE按钮以显示当前变焦参数。滚动到编辑窗格的顶部并添加两个命令，如下面的红色字体所示:

      …
      OBB  0.000000	14.00000	3.00000    -60.69895	0.00000	0.00000	3.000
      ZFILE  2
      CAM RANK  9
      CAM EXPONENT  0.800000
      5 10
      11 18 DFOCUS RSOLVES CUBIC
      …

现在该程序将对凸轮曲线使用分段三次拟合(而不是目前默认使用的幂级数多项式)，并将调整第二组的变焦位置，以保持在所有变焦时近轴离焦的平稳过渡。再次运行变焦滑块，焦点处在正确的位置上!

打开MRG菜单(Menu, Real Glass)，选择Guangming材料库，点击OK。像质得到了改善。

在本课中，我们需要多次调整参数运行，直到得到满意的结果为止。例如，上面显示的ZSEARCH输入包含CUL和FUL命令，以限制玻璃模型变量允许的最高折射率。在这种情况下，我们限制它们为1.75。但也有其他玻璃品种的折射率高达1.9。为什么不用这些材料呢?

这些玻璃材料，尤其是燧石材料的玻璃，比折射率较低的玻璃更容易吸收蓝光。如果这款镜头是用于空中侦察任务，经常会添加一个黄色滤镜来透过雾霾，那么高折射率的材料将是首选，因为这样可以更好的校正像差，而蓝光则不重要。输入以下命令：

     XCOLOR

看看什么颜色的光线能通过镜头，你可以查看下面左边的图片。让折射率上升到1.9，重复整个过程，我们得到了更好的分辨率镜头，但是蓝色波长的光的传输更差，如右图所示。

我们现在有一个很好的变焦镜头。但我们能做得更好吗?

我们可能需要更好的分辨率镜头，这就需要在插入真正的玻璃材料之前，再次运行AEI命令。也许我们更喜欢短一点的镜头。这要求再次运行ZSEARCH，在TOTL上使用不同的设置。如果我们在快速模式下运行更多的循环会发生什么?很可能我们会得到一组不同的10个镜头。如果关闭98开关，我们再次运行相同的设置，结果可能会有所不同。

从一个简单的方法开始，了解什么可行，什么不可行，根据需要增加复杂性，SYNOPSYS为此目的提供了许多强大工具。