♦ ชนิดและประสิทธิภาพของเลนส์ใกล้ตา
♦ การหักเหของแสงและการเกิดสีรุ้ง
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางซึ่งเปลี่ยนชนิดไป แสงจะเกิดการหักเหขึ้น ตามกฎของเสนลล์ ( Snell's Law) ค่าดัชนีการหักเหของแสงจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่แสงนั้นผ่านเข้าไป ซึ่งจะทำให้มุมการหักเหของแสงนั้นไม่เท่ากัน ยกตัวอย่างในรูปที่ 1 เป็นการเปรียบเทียบมุมการหักเหของแสงในแก้ว และในอากาศซึ่งจะเห็นได้ว่าแก้วสามารถหักเหแสงได้มากกว่าน้ำ ซึ่งค่าดัชนีการหักเหของแก้วก็จะมากกว่าน้ำตามไปด้วย
.jpg)
รูปที่ 1 ลักษณะการหักเหของแสงที่เกิดขึ้นเมื่อแสงเดินทางผ่านแก้ว และน้ำ [1]
ยิ่งไปกว่านั้น แสงซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นต่างกัน จะมีมุมของการหักเหที่ต่างกัน ตัวอย่างซึ่งสามารถเห็นได้ชัดเจนที่สุดคือปริซึม ( Prism) เมื่อแสงสีขาวเดินทางผ่านแท่งปริซึม แสงที่ออกมาจากปริซึมจะมีสีที่ต่างกันออกไปดังแสดงในรูปที่ 2
.jpg)
รูปที่ 2 แสงสีขาวซึ่งส่องผ่านปริซึมจะถูกแยกสีออกมาได้หลายสี [1]
และเมื่อทำการในช่วงแสงซึ่งตาเราสามารถเห็นได้ (แดงไปจนถึงน้ำเงิน) ดัชนีการหักเหของแสงซึ่งมีช่วงความยาวคลื่นต่างกันในวัสดุต่างชนิดกันจะมีค่าซึ่งแสดงในตารางที่ 1
♦ การเกิดสีรุ้งในภาพจากเลนส์
จากพฤติกรรมตามธรรมชาติของการหักเหแสงในวัสดุต่าง ๆ ข้างต้น ส่งผลให้ภาพที่เกิดขึ้นจากเลนส์เป็นสีรุ้งขึ้นดังแสดงในรูปที่ 3 แสงเดินทางตั้งฉากกับเลนส์ทางด้านซ้าย แล้วผ่านเลนส์ออกไปทำให้เกิดจุดโฟกัสของแสงในด้านขวา แต่เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงในช่วงความยาวคลื่นแสงมีความต่างกัน จึงทำให้จุดโฟกัสของแสงในช่วงความยาวคลื่นต่าง ๆ ต่างมีจุดโฟกัสของตัวเอง โดยจากรูปจะเห็นว่าแสงสีน้ำเงินมีความยาวโฟกัสสั้นสุดเมื่อเทียบกับสีอื่น และแสงสีแดงจะมีความยาวโฟกัสที่มากสุด เราเรียกความคลาดเคลื่อนของสีแบบนี้ว่าความคลาดเคลื่อนสีตามแนวแกน (Longitudinal Chromatic Aberration)
.jpg)
รูปที่ 3 การเกิดจุดโฟกัสของแสงที่มีความยาวคลื่นแสงต่างกันในแนวแกน [2]
เมื่อยกตัวอย่างจากภาพของจริงในภาพที่ 4 ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบภาพที่ถ่ายโดยมีจุดโฟกัสที่ดีที่สุด (ภาพด้านซ้าย) กับภาพที่มีจุดโฟกัสสั้นกว่าความเป็นจริงไปเล็กน้อย จะเห็นว่าสีที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนไปอยู่ในโทนสีที่ใกล้สีน้ำเงินมากขึ้น
.jpg)
รูปที่ 4 ภาพเปรียบเทียบระหว่างภาพที่มีการโฟกัสในจุดที่ดีที่สุด (ภาพทางซ้าย)
และภาพที่มีการโฟกัสสั้นกว่าความเป็นจริงเล็กน้อย (ภาพทางขวา) [2]
ในขณะที่เมื่อภาพที่เราสังเกตไม่ได้อยู่กึ่งกลางของเลนส์ แต่อาจอยู่ตรงมุมของเลนส์จะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนสีตามแนวตั้งฉาก (Lateral Chromatic Aberration) ดังแสดงในรูป
.jpg)
รูปที่ 5 การเกิดจุดโฟกัสของแสงที่มีความยาวคลื่นแสงต่างกันในแนวตั้งฉาก [2]
โดยลักษณะอาการดังกล่าวสามารถสังเกตได้จากรูปตัวอย่าง รูปที่ 6 (ก) ซึ่งเป็นรูปที่ถ่ายให้เห็นมุมกว้าง โดยเมื่อสังเกตที่ไม้กางเขนที่อยู่ด้านบนขวาของรูป ภาพที่ได้จากการขยาย (รูปที่ 6 ( ข )) จะเห็นสีซึ่งคลาดเคลื่อนโดยมีสีในโทนสีเขียวอยู่ด้านนอกจากจุดศูนย์กลางของภาพและมีสีม่วงอยู่ด้านใน
.jpg)
(ก)
.jpg)
(ข)
รูปที่ 6 ภาพที่เกิดการคลาดเคลื่อนของสีในแนวตั้งฉาก [2]
♦ การแก้สีรุ้งของเลนส์
การแก้สีรุ้งของภาพที่เกิดจากเลนส์สามารถแก้ได้โดยการใช้แก้วซึ่งมีค่าดัชนีการหักเหต่างกัน 2 ชิ้นมาประกอบเข้าด้วยกัน โดยใช้เลนส์นูนซึ่งมีดัชนีการหักเหแสงที่น้อยกว่าเป็นตัวรับแสง แล้วทำการส่งแสงต่อไปยังเลนส์เว้าซึ่งมีดัชนีการหักเหแสงที่มากกว่า ซึ่งจะสามารถทำให้จุดรวมแสงของแสงในคลื่นความยาวต่าง ๆ มารวมจุดเดียวกัน ดังแสดงในรูปที่ 7
รูปที่ 7 การแก้สีรุ้งด้วยเลนส์นูนและเลนส์เว้าซึ่งมีค่าดัชนีการหักเหแสงต่างกัน [3]
♦ ชนิดและประสิทธิภาพของเลนส์ใกล้ตา[3]
เลนส์ใกล้ตาอันแรกได้ถูกสร้างขึ้นนอกเหนือจากแว่นตาทั่วไป ในช่วงปี 1608-1609 โดย ฮานส์ ลิเปอร์ชี่ ( Hans Lipershy ) มันเป็นเลนส์นูน แต่ก็ยังไม่เป็นที่เข้าใจถึงหลักการทำงานของเลนส์ใกล้ตานั้นดีนัก ซึ่งหลังจากนั้น 5-6 ปี ฮานส์ได้สร้างเลนส์ใกล้ตาที่ใช้อย่างจริงจังขึ้น
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Galilean (Negative)
|
|
|
• เลนส์ใกล้ตาแบบกาลิเลี่ยน ( Galilean) (เลนส์ใกล้ตาแบบเนกาทีฟ ( Negative)) ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย Galileo Galilie ในปี 1610 เลนส์ใกล้ตานี้สร้างขึ้นโดยใช้เลนส์เว้า พบปัญหาทางระบบการหักเหแสงซึ่งทำให้ภาพบิดเบี้ยวไป
|
|
แต่อย่างไรก็ตาม ข้อดีของเลนส์ใกล้ตานี้คือให้ภาพหัวตั้ง แต่อย่างไรก็ตามเลนส์ใกล้ตานี้ได้มักจะใช้ในกล้องส่องทางไกลเด็กเล่นทั่วไป และรวมถึงกล้องดูโอเปรา ( opera glasses) ซึ่งมีราคาไม่แพง
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Positive
|
|
|
• เลนส์ใกล้ตาแบบโพสิทีฟ ( Positive) ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย ฮาลล์ (Hall) ในปี 1615 เลนส์ใกล้ตานี้ใช้เลนส์ นูนสองด้านในการประดิษฐ์ และการค้นพบครั้งนี้ทำให้ผู้คนสนใจการใช้กล้องดูดาวเพิ่มขึ้น และเป็นรากฐานสำคัญในการออกแบบเลนส์ใกล้ตาในยุคต่อ ๆ มา
|
|
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Huygens
|
|
|
• หลายสิบปีต่อมา ในปี 1703 เลนส์ใกล้ตาแบบไฮเกนส์ (Huygens) ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย คริสเตียน ไฮเกนส์ (Christian Hygens)
|
|
ซึ่งเป็นเลนส์ใกล้ตาที่มีราคาไม่แพง มีลักษณะการออกแบบ และสร้างได้ง่าย โดยใช้เลนส์นูนด้านเดียว 2 ตัวเรียงต่อกัน แต่ใช้งานได้ไม่ดีเมื่อใช้กับกล้องดูดาวซึ่งมีขนาด F ratio ที่ต่ำกว่า f/10 โดยจะพบความคลาดเคลื่อนในหลายๆ อย่างของภาพที่ได้
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Mittenzway
|
|
|
• โมริทซ์ มิทเทนซ์เวย ( Moritz Mittenzway) ได้ปรับปรุงการออกแบบเลนส์ใกล้ตาแบบ ไฮเกนส์ ในปี 1865
|
|
โดยได้เปลี่ยนการใช้เลนส์นูนด้านเดียวไปเป็นการใช้เลนส์นูนแกมเว้า ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการใช้งานเหมาะขึ้นกับกล้องซึ่งมี F ratio ประมาณ f/8
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Ramsden
|
|
|
• และในปี 1782 เจซซี่ แรมส์เดน ( Jesse Ramsden) ได้ประดิษฐ์เลนส์ใกล้ตาขึ้นโดยใช้เลส์นูนด้านเดียว 2 ชิ้น หันด้านนูนเข้าหากัน ข้อดีของเลนส์ใกล้ตาประเภทนี้
|
|
คือจะไม่มีการบิดเบี้ยวของรูปขึ้นและเป็นต้นแบบพื้นฐานซึ่งใช้ในการผลิตเลนส์ใกล้ตาประเภท เคลเนอร์ ( Kellner) และ พลอซเซิล ( Plossl) ในยุคถัดมา โชคไม่ดีที่เลนส์ใกล้ตาประเภทนี้มีปัญหาเรื่องของระยะห่างในการมองเห็น ( eye relief) ซึ่งสั้นมาก นั่นหมายความว่าถ้าคุณต้องการมองภาพจากกล้องดูดาว
|
|
คุณจะต้องส่องผ่านเลนส์ใกล้ตาในระยะใกล้มาก ยิ่งไปกว่านั้น เลนส์ใกล้ตาประเภทนี้ยังพบปัญหาจากการคลาดของสี ( chromatic aberration) และความคลาดเนื่องจากทรงโค้ง ( spherical aberration)
|
|
นั่นหมายความว่า ภาพที่ได้จะเกิดทั้งสีรุ้ง และความคมชัดของภาพจะไม่สม่ำเสมอเท่ากันทั้งมุมมองของเลนส์ใกล้ตา(อันเนื่องมาจากจุดโฟกัสที่เหมาะสมของภาพเป็นทรงโค้งจึงทำให้เมื่อปรับความคมชัดของภาพที่อยู่ตรงกลางชัด ภาพที่ขอบก็จะไม่ชัด และในทางตรงข้ามกัน เมื่อปรับความคมชัดของภาพที่อยู่ขอบให้ชัด ภาพที่จุดตรงกลางก็จะไม่ชัด)
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Kellner
|
|
|
• คาร์ล เคลล์เนอร์ ( Carl Kellner) ได้ปรับปรุงเลนส์ใกล้ตาในรูปแบบของ Ramsden ขึ้นใหม่ในปี 1849 ซึ่งการปรับปรุงครั้งนี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นของเลนส์ใกล้ตาสมัยใหม่
|
|
สิ่งที่เกิดความเปลี่ยนแปลงอย่างมากคือการใช้เลนส์ใกล้ตาซึ่งเป็นเลน์อะโครมาติก ( achromatic ) ที่ต่อกัน 2 ตัว
|
|
ซึ่งระบบนี้สามารถแก้อาการสีรุ้งได้ดี โดยจุดเด่นของเลนส์ใกล้ตานี้คือ มีระยะห่างในการมองเห็นที่ดี และแทบจะขจัดปัญหาเรื่องของความคลาดเคลื่อนต่าง ๆ ได้เกือบหมด
|
|
เลนส์ใกล้ตานี้ยังสามารถใช้ได้ดีเมื่อใช้กับกล้องดูดาวซึ่งมี F ratio ที่ต่ำถึง f/6 ข้อเสียหลักของเลนส์ใกล้ตาประเภทนี้คือการที่มีแนวโน้มจะเกิดการกระเจิงของภาพภายในเลนส์ใกล้ตา ( ghost) ซึ่งราคาอยู่ในระดับปานกลาง
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Plossl
|
|
|
• ซิมอน พอลซเซิล ( Simon Plossl) ได้ดัดแปลงลักษณะการออกแบบของเคล์ลเนอร์ในปี 1860 เลนส์ใกล้ตาแบบนี้ใช้เลนส์อะโครมาติก
|
|
สองชุดซึ่งจะช่วยลดความคลาดต่าง ๆ ได้มากกว่าเลนส์ใกล้ตาแบบ เคลล์เนอร์ ยิ่งไปกว่านั้น เลนส์ใกล้ตานี้สามารถใช้กับกล้องดูดาวซึ่งมีอัตราส่วน F ratio ได้สั้นถึง f/4 ซึ่งเลนส์ใกล้ตานี้เป็นระบบซึ่งแพร่หลายแม้แต่ในกล้องขนาดใหญ่เช่น Meade LX200 16” SCT
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Orthoscopic
|
|
|
• เอร์นิสต์ คาร์ล แอบเบ ( Ernst Karl Abbe) ได้ประดิษฐ์เลนส์ใกล้ตาแบบ orthoscopic ขึ้นในปี 1880 ลักษณะการออกแบบหลักของเลนส์ใกล้ตาได้เปลี่ยนไปโดยการใช้เลนส์ประกบกัน 3 ตัว ( triplet)
ซึ่งการออกแบบเลนส์ประเภทนี้สามารถ พูดได้ว่าเป็นการออกแบบที่ดีที่สุดในศตวรรษที่ 20 ก็ว่าได้ ซึ่งเลนส์ใกล้ตาประเภทนี้รวมเอาคุณสมบัติที่ดีของระยะห่างในการมองเห็นผนวกกับการไร้ซึ่งการบิดเบี้ยวของภาพที่ขอบของเลนส์ใกล้ตา (อาการโคมา ( coma aberration )) รวมถึงความคลาดอื่น ๆ ซึ่งแก้ไว้ในระดับที่ดี
|
|
ราคาของเลนส์ใกล้ตาประเภทนี้อยู่ในระดับกลาง สิ่งที่ทำให้เลนส์ใกล้ตาประเภทนี้น่าจดจำคือการออกแบบให้มุมภาพที่มองเห็น ( field of view) ที่อยู่ระหว่าง 30 ถึง 50 องศา ซึ่งเป็นที่นิยมจวบถึงปัจจุบัน
|
|
เลนส์ใกล้ตาแบบ Erfles และ Konigs
|
|
|
• เลนส์ใกล้ตาแบบเออร์เฟิลส์ ได้ถูกคิดค้นขึ้นในปี 1917 โดย เฮียนริช เออร์เฟิลส์ ( Heinrich Erfle) โดยมีจุดเด่นที่มุมของภาพที่มองเห็นที่กว้างเป็นพิเศษ (ประมาณ 60 ถึง 70 องศา) แต่เลนส์ใกล้ตาประเภทนี้มีข้อเสีย
|
|
คือคุณภาพของภาพที่มองเห็นตรงขอบจะด้อยกว่าตรงกลาง และในปี 1930 อัลเบอร์ท โคนิก ( Albert Konig) ได้พัฒนาการออกแบบของ เออร์เฟิลส์ ให้สามารถผลิตเลนส์ใกล้ตาซึ่งมีความยาวโฟกัสได้สั้นลง
|
| |
ขณะนี้มีผู้เข้าใช้
ผู้เข้าชมในวันนี้
.jpg)
