ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเลนส์โฟกัสในระบบออพติคอล

ผู้แต่ง: Bryan Ng – ผู้จัดการฝ่ายการตลาด

บรรณาธิการ: Qu Yingli – ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและพัฒนา

1. เลนส์โฟกัสคืออะไร?

เลนส์รวมแสงเป็นส่วนประกอบทางแสงที่หักเหแสงจากพื้นผิวโค้ง ทำให้แสงที่ผ่านเข้ามานั้นรวมหรือกระจายออก คุณสมบัติทางแสงของเลนส์มีความสำคัญอย่างยิ่งในหลายๆ การใช้งาน ตั้งแต่เลนส์ในแว่นตาไปจนถึงระบบเลเซอร์ที่ซับซ้อนซึ่งใช้ในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม วัสดุและรูปทรงของเลนส์รวมแสงเป็นกุญแจสำคัญต่อประสิทธิภาพของระบบทางแสง สามารถเลือกใช้วัสดุทางแสงที่แตกต่างกันสำหรับช่วงแสงที่มองเห็นได้ ในขณะที่ซิลิกาหลอมเหลว แคลเซียมฟลูออไรด์ แซฟไฟร์ ฯลฯ อาจใช้สำหรับช่วงอินฟราเรดใกล้ถึงอินฟราเรดคลื่นสั้นได้เช่นกัน

2. ประเภทของเลนส์โฟกัส

โดยทั่วไปแล้ว เลนส์โฟกัสมี 6 ประเภท โดยแต่ละประเภทมีคุณสมบัติและการใช้งานพิเศษของตัวเอง เราจะแนะนำสี่รายการด้านล่างนี้สั้นๆ

2.1 เลนส์นูน

เลนส์นูนหรือที่เรียกว่าเลนส์บรรจบหรือเลนส์บวกคือเลนส์ที่มีความหนากว่าตรงกลางและเรียวไปทางขอบ ดังที่เห็นในภาพด้านล่าง เลนส์เหล่านี้มักใช้ในทัศนศาสตร์เพื่อความสามารถในการรวมรังสีของแสง เมื่อรังสีคู่ขนานผ่านเลนส์นูน จะหักเหและมาบรรจบกันที่จุดโฟกัส จุดโฟกัสนี้คือจุดที่รังสีหรือคลื่นมาบรรจบกันหลังจากการหักเหของแสง

2.2 เลนส์เว้า

เลนส์เว้าหรือที่เรียกว่าเลนส์ไดเวอร์จจิ้งหรือเนกาทีฟ เป็นเลนส์ที่แยกลำแสงตรงจากแหล่งกำเนิดไปยังภาพเสมือนแนวตั้งที่ลดขนาดลง ภาพจริงเกิดจากการตัดกันของรังสีแสงที่เกิดขึ้นจริง ในขณะที่ภาพเสมือนจริงเกิดจากการตัดกันของรังสีแสงในจินตนาการ เลนส์เว้าสามารถสร้างได้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน ดังที่เห็นจากภาพด้านบน เลนส์โฟกัสเหล่านี้มีจุดกึ่งกลางที่บางกว่าและมีขอบที่หนากว่า โดยโค้งเข้าด้านใน

เลนส์เว้าทำให้รังสีที่ขนานกันส่องผ่านเลนส์เหล่านั้นแยกออก และหักเหออกจากจุดร่วมที่อยู่ฝั่งตรงข้ามของเลนส์ จุดโฟกัสของเลนส์เว้าคือจุดที่รังสีเบี่ยงเบนเหล่านี้ปรากฏขึ้นเมื่อขยายไปด้านหลัง เลนส์เว้ามีประโยชน์หลายอย่างในการแก้ไขความบกพร่องทางการมองเห็น เช่น สายตาสั้น (สายตาสั้น) โดยที่ภาพจะโฟกัสไปที่ด้านหน้าของเรตินา นอกจากนี้ เลนส์เว้ายังใช้ในระบบออพติคอลโดยมีเป้าหมายเพื่อกระจายหรือแยกแสงที่เข้ามา เช่น เครื่องขยายลำแสง

2.3 เลนส์พลาโน-นูน

เลนส์ระนาบนูน (Plano-Convex lens) คือเลนส์ที่มีด้านหนึ่งเรียบและอีกด้านหนึ่งโค้งออกด้านนอก คล้ายกับแว่นขยาย ดังแสดงในรูปด้านบน ด้านที่เรียบเรียกว่าด้าน "ระนาบ" (Plano) ส่วนด้านที่โค้งออกด้านนอกเรียกว่าด้านนูน (Convex) การออกแบบเลนส์แบบนี้จะรวมรังสีแสงขนานที่ผ่านเข้ามาให้มาบรรจบกันที่จุดโฟกัสบนด้านตรงข้าม เลนส์ระนาบนูนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานต่างๆ เช่น ระบบถ่ายภาพ โปรเจ็กเตอร์ และแว่นขยาย ซึ่งคุณสมบัติการรวมแสงของพื้นผิวด้านนูนมีบทบาทสำคัญ อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเลนส์ ระนาบนูน

1 ตาราง: Wavelength Opto-Electronic เลนส์พลาโนนูนมาตรฐาน

2.4 เลนส์พลาโน-เว้า

เลนส์ระนาบเว้า (Plano-Concave lens) คือเลนส์ที่มีด้านหนึ่งเรียบและอีกด้านหนึ่งโค้งเข้าด้านในเป็นพื้นผิวเว้า ด้านที่เรียบเรียกว่าด้าน "ระนาบ" (Plano) ส่วนด้านที่โค้งเข้าด้านในเรียกว่าด้านเว้า เลนส์ชนิดนี้มีทางยาวโฟกัสเป็นลบ และสามารถใช้สำหรับการฉายแสง การขยายลำแสง หรือเพื่อเพิ่มทางยาวโฟกัสของระบบทางแสงอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเลนส์ระนาบเว้าได้ที่นี่

2 ตาราง: Wavelength Opto-Electronic เลนส์พลาโนเว้ามาตรฐาน

3. หลักการของเลนส์โฟกัส

3.1 การหักเหของแสง

เมื่อแสงเคลื่อนที่จากตัวกลางไอโซโทรปิกหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง แสงจะเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายและความเร็ว ดังที่เห็นในภาพด้านล่าง

กฎของสเนลล์ระบุว่า สำหรับสื่อคู่หนึ่ง อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบ ทีตา 1 และมุมการหักเหของแสง ทีต้า 2 เท่ากับอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงของสื่อทั้งสอง หรือเทียบเท่ากับ อัตราส่วนของความเร็วเฟสในสื่อทั้งสอง (v1 และ v2) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการหักเห เลนส์นูนที่มีความโค้งด้านนอกจะบรรจบกันของแสงที่ขนานกันเข้าหาจุดโฟกัสที่อยู่ฝั่งตรงข้าม ในทางกลับกัน เลนส์เว้าที่มีความโค้งด้านใน ทำให้เกิดรังสีคู่ขนานที่แยกออก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างรูปร่างของเลนส์และคุณสมบัติการหักเหของแสงถือเป็นหัวใจสำคัญของการโฟกัส

3.2 ทางยาวโฟกัส

ทางยาวโฟกัสของเลนส์เป็นตัวแปรสำคัญในการทำความเข้าใจหลักการโฟกัส คือระยะห่างจากเลนส์ถึงจุดที่รังสีคู่ขนานมาบรรจบกัน (สำหรับเลนส์นูน) หรือดูเหมือนจะเบี่ยงเบนไป (สำหรับเลนส์เว้า) เลนส์โฟกัสที่มีความยาวโฟกัสสั้นกว่าจะพาแสงมาบรรจบกันมากขึ้น ในขณะที่ทางยาวโฟกัสยาวจะทำให้แสงมาบรรจบกันแบบค่อยเป็นค่อยไป

3.3 หมายเลขรูรับแสง (F-Number)

F-number คือการวัดความเร็วและความคมชัดของระบบออพติคัล คืออัตราส่วนของระยะโฟกัสต่อขนาดรูรับแสง ระบบที่รวดเร็วจะมีค่า F ต่ำ เช่น F/1, F/2 หรือ F/3 ระบบที่ช้าจะมี F จำนวนมาก เช่น F/8, F/15 หรือแม้แต่ F/20 ค่า f ที่เร็วขึ้นหมายถึงรูม่านตาทางเข้าที่กว้างขึ้น ส่งผลให้รูรับแสงกว้างขึ้น รูรับแสงที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้แสงเข้ามาในระบบออพติคอลได้มากขึ้น ทำให้เลนส์โฟกัสค่า f ต่ำเหมาะกับสภาพแสงน้อยมากกว่า

ค่า f ยังส่งผลต่อระยะชัดลึก ซึ่งเป็นช่วงระยะห่างของภาพที่ดูคมชัดจนเป็นที่ยอมรับได้ ค่า f ที่สูงขึ้น (รูรับแสงแคบลง) ส่งผลให้ระยะชัดลึกมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าฉากต่างๆ จะอยู่ในโฟกัสมากขึ้น ในขณะที่ค่า f ต่ำลง (รูรับแสงกว้างขึ้น) จะทำให้ระยะชัดลึกตื้นขึ้น

4. ช่วงความยาวคลื่นและความคลาดเคลื่อน

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น กฎของสเนลล์ระบุว่ามุมการหักเหจะได้รับผลกระทบจากดัชนีการหักเหของแสงของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในดัชนีการหักเหของแสง ซึ่งเรียกว่าการกระจายตัว ความคลาดเคลื่อนคือความไม่สมบูรณ์ในการสร้างภาพ ความคลาดเคลื่อนประเภทต่างๆ เช่น ความคลาดเคลื่อนสีและความคลาดเคลื่อนทรงกลม อาจทำให้ภาพบิดเบี้ยวได้ ความคลาดเคลื่อนสีเกิดขึ้นเนื่องจากเลนส์เดี่ยวไม่สามารถโฟกัสความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกันที่จุดเดียวกันได้ ระบบการโฟกัสขั้นสูงใช้มาตรการแก้ไข รวมถึงเลนส์แก้ความคลาดทรงกลมและชิ้นเลนส์หลายชิ้น เพื่อลดความคลาดเคลื่อนเหล่านี้และปรับปรุงคุณภาพของภาพให้เหมาะสม

5. กำลังมองหาผู้จำหน่ายเลนส์โฟกัสที่เชื่อถือได้อยู่ใช่ไหม

ด้วยสิ่งอำนวยความสะดวกอันล้ำสมัยและประสบการณ์มากมายของเรา Wavelength Opto-Electronic ออกแบบและผลิตอย่างมีคุณภาพ เลนส์โฟกัส ในรูปแบบต่างๆ ตั้งแต่เลนส์เว้า พลาโน-เว้า นูน พลาโนนูน วงเดือน และเลนส์บอล แม้ว่าโซลูชันที่มีจำหน่ายทั่วไปจะพร้อมใช้งาน (ดังที่แสดงในตารางผลิตภัณฑ์ด้านบน) เราก็ยังสามารถ ปรับแต่ง เลนส์โฟกัสตั้งแต่ข้อกำหนดมาตรฐานไปจนถึงข้อกำหนดที่มีความแม่นยำสูง และใช้วัสดุด้านการมองเห็นที่แตกต่างกัน ตั้งแต่แก้ว คริสตัล และโลหะไปจนถึงพลาสติก