导论： 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CMOS或其他探测面），在基础光学理论中，像面大小，视场和焦距三者有如下关系：H=f*tan（theta），H为像高，f为焦距，theta为视场角度。 变焦镜头的变焦倍数为长焦距和短焦距的比值，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。 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，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）。 设计要求：设计一个简单的变焦镜头：入瞳直径25mm，焦距75~125mm，像面直径34mm，波段为可见光，玻璃最小中心与边缘厚度4mm，最大中心厚度18mm，要求优化最小的RMS Spot Diagram。
设计流程： （1）Zemax设计与优化： 1）系统建模 首先输入系统特性参数，如下： 在General系统通用对话框中设置孔径。 在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“25”；
在视场设定对话框中设置3个视场（0， 12，17视场），要选择“Paraxial Image Height”，如下图：
在波长设定对话框中，选择F，d，C（visible）自动加入三个波长，如下图：
然后在LDE中输入系统的初始结构，该系统由3组透镜组成，每组透镜均为双胶合透镜，如下图：
观察系统的二维结构图，如下图：
初始结构的点列图，如下图：
此时系统焦距为98.5mm，为定焦系统。 2）设置多重结构实现变焦 为了实现75mm~125mm变焦，我们选取3个采样焦距点：75，100，125。通过改变系统中所有空气厚度来实现变焦。 按F7打开MCE，单击组合键“Ctrl+Shift+Insert”增加2个组态，按“Insert”插入3个面，如下图：
在这3个组态下，我们通过分别改变第3面，第4面，第7面，第10面这4个面的厚度达到实现3个焦距的目的，所以要插入4个厚度组态操作数（THIC）。
设置完成后，系统便有了3种状态，只是目前3中状态完全相同。 我们可以将3个组态全部显示在视图中，但一定要让这3个组态在空间有一定错位，这里给Y方向向上偏移60，如下图：
3）系统优化 首先建立评价函数。 打开MFE，选择“Tools-Default Merit Function”，在评价函数设置对话框中，选择默认的评价函数构成为“RMS+Spot Radiust+Centroid”。设置如下图：
点击OK后，系统已经根据上述设置自动生成了3个组态下的一系列控制像差的操作数，组态操作数CONF表示此操作数下所有操作数作用在此组态序号下，直到遇到新的CONF操作数。 在每个组态下指定焦距值，在每个CONF下插入1个空白操作数，输入EFFL操作数，分别控制系统焦距为75，100，125，权重都为1； 在每个CONF下再插入1个空白操作数，输入MNCA操作数，控制每个透镜之间的最小中心空气厚度，输入“2”，权重为5。 再在每个CONF下再插入1个空白操作数，输入TOTR操作数，控制系统总长都是195mm，输入“195”，权重为1。 如下图所示：
先返回LDE，为系统设置变量。将透镜所有曲率半径都设置为变量，如下图所示：
再返回MCE，将多重组态中的所有厚度设为变量，如下图所示：
点击opt按钮执行5cycles优化。 优化后系统的结构图，如下图：
从上图看出，3个组态中同一镜片口径大小却不相同，对于所有透镜口径，在不同组态下相当于不同系统中，ZEMAX中的元件口径是自动跟随光线变化的，也就是始终保持着最小口径，为了直观描述变焦系统是使用同一组镜头，我们将所有透镜口径设置为Maximum解，如下图所示：
再次查看3D视图，此时各组态对应的透镜口径都相同了，如下图：
点击opt按钮再次执行优化。 查看此时的系统结构图，如下图：
从上图可以看出，第3组双胶合的边缘厚度不合理，我们使用“Edge thickness”解进行优化，优化后的结构图，如下图：
至此有关变焦系统的优化已经完成，有关像质的评价及进一步提高修改方法就不再演示了。
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