소비자 전자제품의 지속적인 업그레이드와 함께, 사용자들은 고성능 소형 줌 광학 이미징 시스템에 대한 요구가 점점 더 커지고 있다. 줌 시스템의 구성 요소 광초점 분포와 운동 곡선과 같은 1차 구성은 이미징 성능에 큰 영향을 미치지만, 1차 구성 방안을 간단한 해석 방법으로 선택하기 어렵기 때문에 경량 줌 렌즈 설계가 더욱 까다로워졌다. 줌 렌즈 1차 구성의 잠재 성능을 전역적으로 평가하고, 줌 렌즈 경량화 설계 방법을 탐구하기 위해, 본 논문은 몬테카를로 탐색 프로그램을 사용하여 줌 시스템 최적 1차 구성 방안을 찾는다. 우선, 몬테카를로를 기반으로 각 구성 요소의 초점을 생성하고, 줌 제약 방정식을 만족하는 유효 배분 방안을 선별한다. 그 후, 유효 방안에 따라 렌즈 설계 파일을 생성하여 실제 광선 추적 및 빠른 최적화를 통해 방안 성능을 평가하고 성능이 우수한 광초점 조합 방안을 선별한다. 마지막으로 휴대폰 줌 렌즈를 예로 들어, 성능이 우수한 방안을 초기 구조로 사용하여 F값이 2.9로 고정되고 등가 초점 거리가 61~183 mm이며 전체 길이가 90 mm인 콤팩트 줌 렌즈를 설계하였다. 줌 곡선이 부드럽고 각 시야와 각 초점 거리의 MTF가 0.45@80 lp/mm 및 0.15@160 lp/mm 이상이며 왜곡률은 4% 미만, 상대 조도는 20% 이상으로, 기존 줌 렌즈와 비교할 때 경량화에 뚜렷한 이점을 가진다. 설계 결과는 본 논문에서 제안한 몬테카를로 기반 1차 구성 생성과 실제 광선 추적 평가 방법의 유효성을 보여주며, 콤팩트 줌 렌즈 설계에 새로운 해결책을 제공한다.

광학 설계; 줌 렌즈; 몬테카를로; 자동화 설계