2021年7月8日

基於 Alvarez自由曲面透鏡的光學變焦

Category: Product News
基於 Alvarez自由曲面透鏡的光學變焦

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)

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。

Fig 3. Alvarez 鏡組 (圖片來源: www.spiedigitallibrary.org)

  Fig 3. Alvarez 鏡組 (圖片來源: www.spiedigitallibrary.org) 

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

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。

要了解更多資訊,您可以在 MyZemax.com 找到以下文章,這些文章將介紹如何在 OpticStudio 中對 Alvarez 變焦鏡頭進行建模並查看真實範例!

作者: Ted Churlyaev, Vadim Vlakhko, Li Han Chan (DynaOptics LCC)

參考文獻

  1. Patent US10082652B2“Miniaturized optical zoom lens system” https://patents.google.com/patent/US10082652B2
  2. Paul J. Smilie, Thomas J. Suleski, Brian Dutterer, Jennifer L. Lineberger, Matthew A. Davies,“Design and characterization of an infrared Alvarez lens”. https://www.spiedigitallibrary.org/ContentImages/Journals/OPEGAR/51/1/013006/FigureImages/OE_51_1_013006_f001.png
  3. https://www.dynaoptics.com/