アルバレスズームは、自由曲面レンズの横方向への移動によって光学ズームを実現する画期的な光学システムです。この記事では、アルバレスズームレンズの主な原理を説明し、Zemax OpticStudioでのアルバレスズームレンズの計算とモデリングのデモンストレーションを行います。

ルイス・ウォルター・アルバレス（Luis Walter Alvarez、1911年6月13日 - 1988年9月1日）は、アメリカの実験物理学者、発明家、教授である。1968年にはノーベル物理学賞を受賞しています。

歪曲収差のない可変レンズは、非常に望ましいものとして広く認識されていたが、先行技術者の失敗にもかかわらず、アルバレスは可変レンズとシステムを考え出した。

彼の特許（US3507565A 21.04.1970）は既に切れているが、DynaOpticsは自由曲面レンズの技術で彼の遺志を継いでいる。

アルバレスのズームレンズとは

従来のズームレンズの仕組みは、誰もが知っているでしょう。光学系の中にいくつかのレンズ群があり、それらが光軸に沿って決められた軌道で動くことで、光学系の焦点距離（ズームファクタ）を変化させることができます。

アルバレスズームレンズの場合、いわゆるアルバレスレンズのペアがあり、これらのレンズ素子が互いに横方向に移動することで、光学系の焦点距離を変化させています。

従来のズームレンズとアルバレスズームレンズの大きな違いは、従来のシステムレンズが光軸に沿って移動するのに対し、アルバレスシステムレンズは光軸に対して垂直方向に移動することです。この特徴から、アルバレスズームはスマートフォンのようなスリムな用途にも有効です。

図1. 従来の光学ズームレンズ(左)とアルバレスズームレンズ(右）

アルバレスペアの仕組み

まず、アルバレスズームの仕組みを理解するために、アルバレスペアについて説明します。アルバレスレンズは、1つの対称性を持つ自由形状の光学素子である。

図 3. アルバレスペア（写真 www.spiedigitallibrary.org より）

下の図でわかるように、それぞれのアルバレスペアは、光学的パワーの変化を持つ光学素子を表しています。各ペアのアルバレスレンズの横方向の移動により、アルバレスペアの光学的なパワーが変化します。

図4. アルバレスレンズペアの一般的な動作原理
 

図2．アルバレスズームの全体像と従来の光学ズームとの比較
 

アルバレスズームの核となるのは、アフォーカルガリレオシステムです。1組目のアルバレスはガリレオ式の対物レンズを、2組目のアルバレスは接眼レンズを表しています。

詳細はナレッジベースの記事をご覧ください :

How to Model Alvarez Zoom lens in OpticStudio and See a Real-Life Example!

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

参照:

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/