ZEMAX软件技术专题：Alvarez自由曲面透镜在光学变焦中的应用

Alvarez變焦是一個了不起的光學系統，其中光學變焦是由自由曲面鏡頭的橫向位移提供的。這篇解釋了 Alvarez 變焦鏡頭的主要原理，並包括在 Zemax OpticStudio 中對 Alvarez 變焦鏡頭計算和建模的演示。

Luis Walter Alvarez（生於1911 年 6 月 13 日 – 卒於1988 年 9 月 1 日）是美國實驗物理學家、發明家和教授。他還是 1968 年諾貝爾物理學獎獲得者。

沒有過度失真的可變焦距鏡頭被廣泛認為是非常理想和廣泛適用的，但儘管現有技術工作人員失敗了，Alvarez還是設法提出了可變焦距鏡頭和系統。

他的專利 (US3507565A 21.04.1970) 早已過期，但 DynaOptics 繼續使用我們的自由曲面透鏡技術。

什麼是Alvarez 變焦鏡頭

人們可能知道傳統變焦鏡頭的工作原理。我們在一個光學系統中有幾組透鏡元件，它們沿著光軸沿著預定義的軌跡移動，從而提供了光學系統最終焦距（變焦係數）的變化。

在 Alvarez變焦鏡頭的情況下，我們有一對所謂的Alvarez鏡頭，這些鏡頭元件相互之間的橫向位移提供了光學系統焦距的變化。

傳統變焦鏡頭與 Alvarez變焦鏡頭的主要區別在於，傳統系統鏡頭沿光軸運動，而Alvarez系統鏡頭則沿垂直於光軸的方向運動。由於此功能，Alvarez 變焦在智慧型手機等纖薄應用中非常有用。

圖1. 傳統光學變焦鏡頭（左）和Alvarez變焦鏡頭（右）

Alvarez 鏡組如何運行

要首先了解 Alvarez 縮放的工作原理，我們應該看看 Alvarez 鏡組。每個 Alvarez 透鏡都是一個自由曲面光學元件，只有一個對稱平面。

如下圖所示，每個 Alvarez 鏡組代表一個具有光功率變化的光學元件。每對中Alvarez鏡片的橫向位移會改變Alvarez鏡組的光焦度。

圖4. Alvarez鏡組的一般工作原理。

圖2. Alvarez變焦的一般表示及其與傳統光學變焦的比較

我們的 Alvarez 變焦鏡頭的核心是無焦伽利略系統。第一對Alvarez鏡組代表伽利略系統的物鏡，而第二對Alvarez鏡組代表目鏡。

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