为什么某些变焦镜头在焦距范围的两端都“柔和”？
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警告：这是我的另一本“书本长度”答案... :-)
让我们首先快速回顾一下变焦镜头的工作原理。考虑最简单的镜头设计-一个元素。单片透镜的一个大问题是透镜的焦距决定了元件必须与胶片平面/传感器相距的距离才能使场景聚焦，因此必须使用300 mm的透镜（例如）距离传感器300mm，聚焦于无限远。相反，广角镜必须真正靠近胶片平面/传感器才能聚焦于无限远处。
镜头设计师很快就发现了一个很酷的技巧：他们可以通过在前面放置一个短焦距元素，在后面放置一个（稍弱的）负元素来创建一个较长的有效焦距。有了负片，光就以与长透镜折射的完全相同的角度射入胶片平面。夸大一点（或很多），我们得到如下的替换：
两个镜头的有效焦距都相同，但是（很明显），第二个镜头的物理焦距要短得多-它不必伸出相机的正面。
但是，第二个设计中的上限线加倍了，这使我们到达了第二点：色差。“内部”线代表穿过镜片的蓝光，而“外部”线代表穿过镜片的红光。由于其较短的波长，蓝光在穿过镜头时总是比红光折射（弯曲）更多。然而，取决于玻璃，红光和蓝光的折射之间的差异可能很大或相对较小。
如果我们为前部和后部元素选择合适的玻璃，则可以大致实现图中所示的效果-前部元素中的额外弯曲量将由第二个元素中的额外弯曲量完全补偿，因此红光和蓝光完全聚焦在一起。
但是，使用变焦镜头时，事情变得不那么容易了。为了获得变焦镜头，我们采用第二种设计，但是相对于前部元件移动后部元件。在这种情况下，如果我们向前移动前部元素，则当蓝色光进入第二个元素时，蓝色光线与红色的光线发散较少，并且由于第二个元素后面没有更多空间，因此它会弯曲得更多—结果，蓝光将不会完全聚焦在一起，而最终会在红光“外部”结束，而红光将在图像中显示为色差。
相反，如果将后部元件移回更靠近传感器的位置，则当到达第二个元件时，蓝光将与红光进一步分开。然后，由于第二个元素距离传感器更近，它不会与红色会聚，因此到达红色时，它仍将停留在“红色”内部-再次是色差（但方向相反） ）。
如果我们留在这一点，变焦镜头都将是很可怕-在焦距的每一个变化将给予巨大的 CA.量 为了解决这个问题，将元素分组。您将拥有两组元素，而不仅仅是前元素和第二元素，其中一个元素补偿了另一元素引入的CA，而每个元素又补偿了它们自己的CA，并且相对于彼此移动这些元素组不会完全更改CA。
它仍然不是那么简单。一组元素在物理上完全无法补偿CA。元素总是将蓝光弯曲某个角度，该角度大于它使红光弯曲的角度。最好的情况是，如果将元素真的紧密地放置在一起，则可以使红色和蓝色的光非常靠近并且几乎平行，但仍然稍微分开。如果将它们向后弯曲，它们只会在一个精确的距离处收敛；在任何其他距离上，您将最终在一个方向或另一个方向上使用CA。
但是，如前所述，对于变焦镜头，所涉及的距离必须改变。镜头设计人员通常要做的是尽量减少最坏情况下的CA。做到这一点非常容易（至少在理论上如此）：他查看后部元素移动的范围，并弄清楚将在该范围的中间产生收敛的角度。通过这种方式，他可以拆分事物，因此，当后部元素移近传感器时，它将在一个方向上获得CA，而当其后移更远时，它将在另一个方向上获得CA。当然，它实际上不只是后部元素-他必须查看所有元素组的所有运动的组合（当然还要考虑每个元素组所引入的分散性）。
但是，一旦确定了范围，他通常会通过平分差异来最大程度地减少最坏的情况-在范围的大约中间进行优化，因此在各个方向上都会变得更糟。例外是预期主要在一端或另一端使用的镜头。在这种情况下，有必要针对大约预期的使用范围进行优化，并忍受最坏情况比实际情况更糟的事实。
当然，这也仅是对镜片设计重要的几个因素之一-设计师还必须考虑（至少）昏迷，散光，渐晕，畸变和球差-更不用说一些小的细节，例如尺寸，重量，成本，以及仅仅能够制造出与他设计的镜片相同的真实镜片。
变焦镜头的设计与定焦（单固定焦距）镜头的设计不同，它往往相当复杂。对于定焦镜头，更容易校正光学像差，例如色差，球面像差，畸变等，因此使用较少的镜头即可。镜头元件（用于复杂相机镜头的单个玻璃镜头）越少，由于每块玻璃都会影响光线的聚焦，因此通常图像质量会更好。
变焦镜头通常具有比定焦镜头更多的镜头元件，有时更多。当需要更宽的焦距时，某些变焦镜头要比其焦距更长，并且在背面需要一个“反焦”组。所有这些额外的透镜元件均增加了光学像差，从而校正了其他透镜元件的像差。在变焦镜头中，必须以在整个变焦范围内都能产生最佳整体质量的方式进行光学校正，这通常意味着必须在某处做出折衷（不能再吃蛋糕了。）
变焦镜头通常具有“更锋利”的点和“更柔和”的点。它并不总是处于焦距范围的极端，有时恰好在中间。有时，折衷是以图像“边缘”锐度与“中心”锐度为代价的，这在一个焦距处可能比在另一个焦距处差。无论哪种方式，由于必要的复杂性，适应可变的焦距都需要折衷。
更高质量的镜头通常会使用更先进的光学元件来校正像差，通常需要付出可观的成本。中档镜头可能只是使用更多镜头来校正像差，而忽略像差在整个焦距范围内如何变化。顶级专业镜头将解决像差的变化，使用高级光学元件，如高密度玻璃，低色散玻璃，非球面镜片，萤石镜片，复消色差镜片，额外的校正组等，以在整个焦点范围内保持最高质量变焦镜头的范围。仍然必须相对于定焦镜头做出折衷，但是折衷的程度往往要小得多。
镜片需要对异常情况进行重大矫正。这些异常称为像差。有多种像差，更常见的是球差，像散，色差，彗差，镜筒，枕形，像场弯曲和焦点不清晰。
如果不存在这些像差，则镜头设计将非常容易。只需将一两个镜头成一直线，就可以得到完美的图像。但是，我们知道这些像差存在。除了一点之外，不可能完全校正这些像差。这些像差越多，图像看起来就越“柔和”。
通常可以通过制造更昂贵的镜片来最大程度地减少失真。较昂贵的镜片来自制造较难制造的非球形镜片。
您越远离镜头甜蜜点，它将越柔软。焦距，光圈和焦距的变化都是影响最佳点的因素。因此，更改三个中的任何一个都会降低质量。如果镜头质量足够高，则退化几乎不会引起注意。