เลนส์ซูมคือระบบของ ชิ้น เลนส์กล้องที่ สามารถปรับ ระยะโฟกัส (และมุมมองภาพ ) ได้ ซึ่งแตกต่างจากเลนส์ที่มีระยะโฟกัสคงที่ (FFL) ( เลนส์ไพรม์ )

เลนส์ซูมจริงหรือเลนส์ซูมแบบออปติคอล เป็น เลนส์ประเภท พาร์โฟกัส ซึ่งรักษาโฟกัสไว้ได้เมื่อระยะโฟกัสเปลี่ยนไป^{[ 1 ]}เลนส์ซูมสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ไม่ได้รักษาโฟกัสได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่ก็ยังเกือบจะเป็นพาร์โฟกัสอยู่ดีกล้องโทรศัพท์มือถือ ส่วนใหญ่ ที่โฆษณาว่ามีซูมแบบออปติคอลนั้น จริงๆ แล้วใช้กล้องหลายตัวที่มีระยะโฟกัสคงที่แต่แตกต่างกัน รวมกับซูมดิจิทัลเพื่อสร้างระบบไฮบริด

ความสะดวกสบายของระยะโฟกัสที่ปรับได้นั้นมาพร้อมกับความซับซ้อน และข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับคุณภาพของภาพ น้ำหนัก ขนาด รูรับแสง ประสิทธิภาพการโฟกัสอัตโนมัติ และต้นทุน ตัวอย่างเช่น เลนส์ซูมทุกตัวจะสูญเสียความละเอียดของภาพอย่างน้อยเล็กน้อย หากไม่มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระยะโฟกัสสุดขั้วผลกระทบนี้เห็นได้ชัดในมุมของภาพ เมื่อแสดงผลในรูปแบบขนาดใหญ่หรือความละเอียดสูง ยิ่งเลนส์ซูมมีช่วงระยะโฟกัสมากเท่าใด ข้อจำกัดเหล่านี้ก็ยิ่งต้องชัดเจนมากขึ้นเท่านั้น^{[ 2 ]}

เลนส์ซูมมักถูกอธิบายด้วยอัตราส่วนของทางยาวโฟกัสที่ยาวที่สุดต่อทางยาวโฟกัสที่สั้นที่สุด ตัวอย่างเช่น เลนส์ซูมที่มีทางยาวโฟกัสตั้งแต่ 100 มม. ถึง 400 มม. อาจถูกเรียกว่าเลนส์ซูม 4:1 หรือ "4×" คำว่าซูเปอร์ซูมหรือ ไฮเปอร์ซูม ใช้เพื่ออธิบายเลนส์ซูมสำหรับการถ่ายภาพที่มีปัจจัยทางยาวโฟกัสขนาดใหญ่มาก โดยทั่วไปมากกว่า 5× และอยู่ในช่วงสูงสุดถึง 19× ใน เลนส์ กล้อง SLRและ 22× ในกล้องดิจิทัล สำหรับมือสมัครเล่น อัตราส่วนนี้อาจสูงถึง 300× ในเลนส์กล้องโทรทัศน์ระดับมืออาชีพ^{[ 3 ]}ณ ปี 2009 เลนส์ซูมสำหรับการถ่ายภาพที่เกินประมาณ 3× โดยทั่วไปไม่สามารถสร้างคุณภาพของภาพได้เทียบเท่ากับเลนส์ไพรม์ เลนส์ซูมที่มีรูรับแสงคงที่และเร็ว (โดยปกติฟ /2.8 หรือฟ /2.0) โดยทั่วไปจะถูกจำกัดไว้ที่ช่วงซูมนี้ การลดคุณภาพจะสังเกตได้ยากขึ้นเมื่อบันทึกภาพเคลื่อนไหวที่ความละเอียดต่ำ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเลนส์วิดีโอและโทรทัศน์ระดับมืออาชีพจึงมีอัตราส่วนซูมสูง เลนส์โทรทัศน์ที่มีอัตราส่วนซูมสูงมีความซับซ้อน มีองค์ประกอบทางแสงหลายสิบชิ้น และมักมีน้ำหนักมากกว่า 25 กก. (55 ปอนด์) ^{[ 4 ]}การถ่ายภาพดิจิทัลยังสามารถรองรับอัลกอริทึมที่ชดเชยข้อบกพร่องทางแสงได้ ทั้งภายในโปรเซสเซอร์ในกล้องและซอฟต์แวร์หลังการผลิต

เลนส์ซูมสำหรับถ่ายภาพบางชนิดเป็นเลนส์ระยะโฟกัสยาวซึ่งมีทางยาวโฟกัสยาวกว่าเลนส์ปกติบางชนิดเป็นเลนส์มุมกว้าง (กว้างกว่าปกติ ) และบางชนิดครอบคลุมช่วงตั้งแต่เลนส์มุมกว้างไปจนถึงเลนส์ระยะโฟกัสยาว เลนส์ในกลุ่มหลังของเลนส์ซูม ซึ่งบางครั้งเรียกว่าเลนส์ซูม "ปกติ" ได้เข้ามาแทนที่เลนส์ระยะโฟกัสคงที่ในฐานะเลนส์ตัวเลือกยอดนิยมสำหรับกล้องรุ่นใหม่หลายรุ่น เครื่องหมายบนเลนส์เหล่านี้มักจะเขียนว่าWและTสำหรับ "Wide" และ "Telephoto" คำว่า Telephoto ถูกกำหนดขึ้นเนื่องจากทางยาวโฟกัสที่ยาวกว่าซึ่งได้จากเลนส์กระจายแสงเชิงลบนั้นยาวกว่าชุดเลนส์โดยรวม (เลนส์กระจายแสงเชิงลบทำหน้าที่เป็น "กลุ่มเลนส์เทเลโฟโต้") ^{[ 5 ]}

กล้องดิจิทัลบางรุ่นอนุญาตให้ตัดและขยายภาพที่ถ่ายได้ เพื่อเลียนแบบเอฟเฟกต์ของเลนส์ซูมที่มีทางยาวโฟกัสยาวขึ้น (มุมมองแคบลง) โดยทั่วไปเรียกว่าการซูมดิจิทัลและให้ภาพที่มีความละเอียดเชิงแสง ต่ำ กว่าการซูมแบบออปติคอล อย่างไรก็ตาม สามารถสร้างเอฟเฟกต์เดียวกันได้โดยใช้ ซอฟต์แวร์ ประมวลผลภาพดิจิทัลบนคอมพิวเตอร์เพื่อตัดภาพดิจิทัลและขยายส่วนที่ตัดแล้ว กล้องดิจิทัลหลายรุ่นมีทั้งสองแบบ โดยผสมผสานการใช้งานเข้าด้วยกัน คือใช้การซูมแบบออปติคอลก่อน แล้วจึงใช้การซูมดิจิทัล

เลนส์ซูมและเลนส์ซูมกำลังขยายสูงมักใช้กับกล้องถ่ายภาพนิ่ง กล้องวิดีโอกล้องถ่ายภาพยนตร์โปรเจ็กเตอร์กล้องส่องทางไกลบางรุ่นกล้องจุลทัศน์กล้องโทรทัศน์ กล้องเล็งและเครื่องมือทางแสงอื่นๆนอกจากนี้ ส่วนที่ไม่มีจุด โฟกัส ของเลนส์ซูม ยัง สามารถใช้เป็นกล้องโทรทัศน์ ที่มี กำลังขยายแปรผันได้เพื่อสร้างตัวขยายลำแสง ที่ปรับได้ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เพื่อเปลี่ยนขนาดของ ลำแสง เลเซอร์เพื่อให้ความเข้มของลำแสงสามารถเปลี่ยนแปลงได้

เลนส์ซูมรุ่นแรกๆ ถูกนำมาใช้ในกล้องโทรทัศน์แบบออปติคอลเพื่อปรับกำลังขยายของภาพได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีการรายงานครั้งแรกในวารสารของราชสมาคมในปี ค.ศ. 1834 สิทธิบัตร แรกๆ สำหรับเลนส์เทเลโฟโต้ยังรวมถึงชิ้นส่วนเลนส์ที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งสามารถปรับเพื่อเปลี่ยนความยาวโฟกัสโดยรวมของเลนส์ได้ เลนส์ชนิดนี้ในปัจจุบันเรียกว่าเลนส์วาริโฟกัสเนื่องจากเมื่อความยาวโฟกัสเปลี่ยนไป ตำแหน่งของระนาบโฟกัสก็จะเปลี่ยนไปด้วย ทำให้ต้องปรับโฟกัสเลนส์ใหม่ทุกครั้งหลังการเปลี่ยนแต่ละครั้ง

เลนส์ ซูมตัวแรกที่แท้จริงซึ่งยังคงรักษาความคมชัดใกล้เคียงเดิมไว้ได้ แม้ว่าระยะโฟกัสที่มีประสิทธิภาพของชุดเลนส์จะเปลี่ยนไป ก็ได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2445 โดยClile C. Allen ( สิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา 696,788 ) ^{[ 7 ] : 155} การใช้งานเลนส์ซูมในยุคแรกๆ ในภาพยนตร์ สามารถเห็นได้จากฉากเปิดเรื่องของภาพยนตร์เรื่อง "It" ที่นำแสดงโดย Clara Bow ในปี พ.ศ. 2460 การผลิตเชิงอุตสาหกรรมครั้งแรกคือ เลนส์ "Varo" 40–120 มม. ของ Bell and Howell Cookeสำหรับกล้องถ่ายภาพยนตร์ 35 มม. ซึ่งเปิดตัวในปี พ.ศ. 2475 ^{[ 7 ] : 156} เลนส์ซูมสำหรับโทรทัศน์ในยุคแรกๆ ที่น่าประทับใจที่สุดคือ VAROTAL III จากRank Taylor Hobsonจากสหราชอาณาจักร ซึ่งผลิตในปี พ.ศ. 2496

• 
  เลนส์ Voigtländer Zoomarโดย Kilfitt, 36–82 มมฟ /2.8
• 
  ภาพตัดขวางของเลนส์ซูมFujinon XF100-400 มม.
• 
  กล้อง Canon พร้อมเลนส์ 35-70f /2.8~3.5เลนส์ซูม ข้อดีของเลนส์ซูมคือความยืดหยุ่น แต่ข้อเสียคือคุณภาพของภาพ เลนส์ฟิกซ์มีคุณภาพของภาพที่ดีกว่าเมื่อเทียบกัน

เลนส์Kilfitt 36–82 มม./2.8 Zoomarที่เปิดตัวในปี 1959 เป็นเลนส์ปรับโฟกัสได้ตัวแรกที่ผลิตอย่างสม่ำเสมอสำหรับการถ่ายภาพนิ่งด้วยฟิล์ม35 มม . ^{[ 8 ]}เลนส์ซูมฟิล์มสมัยใหม่ตัวแรกคือ Pan-Cinor ซึ่งออกแบบโดยRoger Cuvillierวิศวกรชาวฝรั่งเศสที่ทำงานให้กับSOM-Berthiot ในช่วงประมาณปี 1950 โดยมีระบบซูมชดเชยทางแสง ในปี 1956 Pierre Angénieuxได้แนะนำระบบชดเชยทางกล ซึ่งช่วยให้สามารถโฟกัสได้อย่างแม่นยำขณะซูม ในเลนส์ 17-68 มม. สำหรับฟิล์ม 16 มม. ที่วางจำหน่ายในปี 1958 ในปีเดียวกันนั้นเอง ต้นแบบของเลนส์ ซูม 4x Angénieux เวอร์ชัน 35 มม. หรือ 35-140 มม. ถูกใช้ครั้งแรกโดยผู้กำกับภาพRoger Fellousในการผลิตภาพยนตร์เรื่อง Julie La Rousse อองเจนิเยอซ์ได้รับรางวัลทางเทคนิคจากสถาบันภาพยนตร์ในปี 1964 สำหรับการออกแบบเลนส์ซูม 10 ต่อ 1 ซึ่งรวมถึงเลนส์ 12-120 มม. สำหรับกล้องฟิล์ม 16 มม. และเลนส์ 25-250 มม. สำหรับกล้องฟิล์ม 35 มม.

เนื่องจากขนาดที่ค่อนข้างใหญ่ ทำให้จนกระทั่งปี 1986 เลนส์ซูมที่มีขนาดกะทัดรัดเพียงพอจึงได้รับการออกแบบและนำมาใช้ในกล้องคอมแพค (กล้องเล็งและถ่ายภาพ) สำหรับผู้บริโภค ซึ่งก็คือ Pentax Zoom 70 นั่นเอง

นับตั้งแต่นั้นมา ความก้าวหน้าในการออกแบบเลนส์ออปติคอลโดยเฉพาะการใช้คอมพิวเตอร์สำหรับการติดตามรังสี ออปติคอล ทำให้การออกแบบและการสร้างเลนส์ซูมง่ายขึ้นมาก และปัจจุบันมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการถ่ายภาพระดับมืออาชีพและมือสมัครเล่น^{[ 7 ] : 167}

เลนส์ซูมมีดีไซน์ได้หลากหลาย แบบที่ซับซ้อนที่สุดอาจมีชิ้นเลนส์มากกว่าสามสิบชิ้นและชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้หลายชิ้น อย่างไรก็ตาม ส่วนใหญ่จะใช้ดีไซน์พื้นฐานเดียวกัน โดยทั่วไปแล้วจะประกอบด้วยเลนส์หลายชิ้นที่อาจจะยึดอยู่กับที่หรือเลื่อนไปตามแกนของตัวเลนส์ เมื่อกำลังขยายของเลนส์ซูมเปลี่ยนแปลง จำเป็นต้องชดเชยการเคลื่อนที่ของระนาบโฟกัสเพื่อให้ภาพที่โฟกัสคมชัด การชดเชยนี้อาจทำได้โดยวิธีทางกล (การเคลื่อนชุดเลนส์ทั้งหมดขณะที่กำลังขยายของเลนส์เปลี่ยนแปลง) หรือโดยวิธีทางแสง (การจัดตำแหน่งของระนาบโฟกัสให้เปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดขณะที่เลนส์ซูม)

แผนผังอย่างง่ายของเลนส์ซูมแบ่งส่วนประกอบออกเป็นสองส่วน: เลนส์โฟกัสซึ่งคล้ายกับเลนส์ถ่ายภาพมาตรฐานที่มีความยาวโฟกัสคงที่ โดยมีระบบซูมแบบอะโฟกัส อยู่ด้านหน้า ซึ่งเป็นการจัดเรียงชิ้นเลนส์คงที่และเลนส์ที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งไม่ได้โฟกัสแสง แต่จะเปลี่ยนขนาดของลำแสงที่เดินทางผ่าน และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนกำลังขยายโดยรวมของระบบเลนส์

_{ในเลนส์ซูม แบบ}ชดเชยทางแสงอย่างง่ายนี้ ระบบโฟกัสแบบไร้จุดโฟกัสประกอบด้วยเลนส์นูน (เลนส์รวมแสง) สองตัวที่มีความยาวโฟกัสเท่ากัน (เลนส์_L1 และ L3 )โดยมีเลนส์เว้า (เลนส์กระจายแสง) ( L2 ₎อยู่ตรงกลาง ซึ่งมีความยาวโฟกัสสัมบูรณ์น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของเลนส์นูน เลนส์L3 _นั้นอยู่กับที่ แต่เลนส์L1และL2 สามารถเคลื่อนที่ตามแนวแกนได้ในความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นแบบเฉพาะ การเคลื่อนที่นี้มักจะทำโดยการจัดเรียงเฟืองและลูกเบี้ยว _{ที่ ซับซ้อนในตัวเรือนเลนส์ แม้ว่าเลนส์ซูมสมัยใหม่บาง รุ่น จะใช้} เซอร์โวที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ในการกำหนดตำแหน่งนี้ก็ตาม

ขณะที่เลนส์ลบ_L2 เคลื่อนที่จากด้านหน้าไปด้านหลังของเลนส์ เลนส์L1 จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าแล้วถอยหลังเป็นรูปโค้งพาราโบลา _การเคลื่อนที่เช่นนี้ทำให้กำลังขยายเชิงมุมโดยรวมของระบบเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้ความยาวโฟกัสที่มีประสิทธิภาพของเลนส์ซูมทั้งหมดเปลี่ยนไป ที่จุดทั้งสามจุดที่แสดง ระบบเลนส์สามตัวจะไม่มีจุดโฟกัส (ไม่ทำให้แสงกระจายหรือรวมแสง) ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนแปลงตำแหน่งของระนาบโฟกัสของเลนส์ ระหว่างจุดเหล่านี้ ระบบจะไม่มีจุดโฟกัสอย่างสมบูรณ์ แต่การเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งระนาบโฟกัสอาจมีขนาดเล็กพอ (ประมาณ ±0.01 มม. ในเลนส์ที่ออกแบบมาอย่างดี) ที่จะไม่ทำให้ความคมชัดของภาพเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ

ประเด็นสำคัญในการออกแบบเลนส์ซูมคือการแก้ไขความคลาดเคลื่อนทางแสง (เช่นความคลาดเคลื่อนสีและโดยเฉพาะอย่างยิ่งความโค้งของระนาบภาพ ) ตลอดช่วงการทำงานทั้งหมดของเลนส์ ซึ่งทำได้ยากกว่าในเลนส์ซูมเมื่อเทียบกับเลนส์คงที่ที่ต้องแก้ไขความคลาดเคลื่อนเฉพาะที่ทางยาวโฟกัสเดียวเท่านั้น ปัญหานี้เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้การใช้งานเลนส์ซูมเป็นไปอย่างช้าๆ โดยการออกแบบในยุคแรกๆ นั้นด้อยกว่าเลนส์คงที่ในปัจจุบันอย่างมาก และใช้งานได้เฉพาะในช่วงค่าf-number ที่แคบเท่านั้น เทคนิคการออกแบบทางแสงสมัยใหม่ทำให้สามารถสร้างเลนส์ซูมที่มีการแก้ไขความคลาดเคลื่อนที่ดีในช่วงทางยาวโฟกัสและรูรับแสงที่หลากหลายได้

เลนส์ที่ใช้ในการถ่ายทำภาพยนตร์และวิดีโอจำเป็นต้องรักษาความคมชัดของภาพขณะเปลี่ยนระยะโฟกัส แต่เลนส์สำหรับถ่ายภาพนิ่งและเลนส์ซูมที่ใช้เป็นเลนส์ฉายภาพนั้นไม่มีข้อกำหนดดังกล่าว เนื่องจากเป็นการยากที่จะสร้างเลนส์ที่ไม่เปลี่ยนโฟกัสโดยให้คุณภาพของภาพเท่าเดิมกับเลนส์ที่เปลี่ยนโฟกัสได้ ดังนั้นเลนส์ที่ใช้ฉายภาพจึงมักต้องปรับโฟกัสใหม่เมื่อเปลี่ยนระยะโฟกัส (และในทางเทคนิคแล้วจึงเรียกว่าเลนส์ปรับโฟกัสได้ไม่ใช่เลนส์ซูม) เนื่องจากกล้องถ่ายภาพนิ่งส่วนใหญ่ในปัจจุบันมีระบบโฟกัสอัตโนมัติจึงไม่ใช่ปัญหา

นักออกแบบเลนส์ซูมที่มีอัตราส่วนการซูมสูงมักยอมแลกความคลาดเคลื่อนอย่างใดอย่างหนึ่งหรือมากกว่านั้นกับความคมชัดของภาพที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น เลนส์ที่มีช่วงทางยาวโฟกัสตั้งแต่เลนส์มุมกว้างไปจนถึงเลนส์เทเลโฟโต้ที่มีอัตราส่วนการซูม 10 เท่าขึ้นไป จะยอมรับ ความบิดเบี้ยว แบบบาร์เรลและ พินคูชั่นได้มากกว่าเลนส์ที่มีทางยาวโฟกัสคงที่หรือเลนส์ซูมที่มีอัตราส่วนต่ำกว่า แม้ว่าวิธีการออกแบบสมัยใหม่จะช่วยลดปัญหานี้ลงอย่างต่อเนื่อง แต่ความบิดเบี้ยวแบบบาร์เรลที่มากกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์ก็ยังพบได้ทั่วไปในเลนส์ที่มีอัตราส่วนสูงเหล่านี้ อีกราคาที่ต้องจ่ายคือ ที่การตั้งค่าเทเลโฟโต้สุดขั้วของเลนส์ ทางยาวโฟกัสที่แท้จริงจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากในขณะที่เลนส์โฟกัสวัตถุที่อยู่ใกล้ ทางยาวโฟกัสที่ปรากฏอาจลดลงมากกว่าครึ่งในขณะที่เลนส์โฟกัสจากระยะอนันต์ไปจนถึงระยะใกล้ปานกลาง ในระดับที่น้อยกว่า ผลกระทบนี้ยังพบได้ในเลนส์ที่มีทางยาวโฟกัสคงที่ซึ่งเคลื่อนที่ชิ้นส่วนเลนส์ภายในแทนที่จะเคลื่อนที่เลนส์ทั้งหมดเพื่อเปลี่ยนแปลงกำลังขยาย

เลนส์ซูมที่เรียกกันทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของกล้องที่มีเลนส์คงที่ มักจะเป็นเลนส์ปรับโฟกัสได้ (varifocal lens ) ซึ่งช่วยให้นักออกแบบเลนส์มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการแลกเปลี่ยนข้อดีข้อเสียในการออกแบบทางด้านออปติก (ช่วงทางยาวโฟกัส รูรับแสงสูงสุด ขนาด น้ำหนัก ต้นทุน) มากกว่าเลนส์ซูมแบบพาร์โฟกัสแท้ๆ และใช้งานได้จริงเนื่องจากระบบออโตโฟกัส และเนื่องจากโปรเซสเซอร์ของกล้องสามารถขยับเลนส์เพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของระนาบโฟกัสขณะเปลี่ยนกำลังขยาย ("ซูม") ทำให้การทำงานโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับเลนส์ซูมแบบพาร์โฟกัสแท้ๆ

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับเลนส์ซูม

• การซูม (การสร้างภาพยนตร์)
• กล้องแพน-ทิลท์-ซูม (PTZ)
• กล้องวิดีโอระดับมืออาชีพ
• เลนส์ซูม
• ซูเปอร์ซูม

โดยระยะโฟกัส

• เลนส์มุมกว้าง
• เลนส์ปกติ
• เลนส์เทเลโฟโต้