- Canon ผลิต ฟลูออไรต์ที่มีพื้นฐานจากฟลูออไรต์แร่ เป็นผลึกสังเคราะห์ความบริสุทธิ์สูง และนำมาใช้เป็นวัสดุเลนส์เพื่อแก้ความคลาดสีที่ลดได้ยากด้วยกระจกออปติคัลทั่วไปเพียงอย่างเดียว
- ความคลาดสีคือปรากฏการณ์ที่จุดโฟกัสของแต่ละสีคลาดเคลื่อนกันเพราะการหักเหต่างกันตามความยาวคลื่น และยากที่จะกำจัด ความคลาดสีตกค้าง ได้หมดด้วยการจับคู่เลนส์แก้วเว้าและนูนเพียงอย่างเดียว
- ฟลูออไรต์มีดัชนีหักเหต่ำ การกระจายแสงต่ำ และมี การกระจายย่อยแบบผิดปกติ จึงให้ผลในการแก้ความคลาดสีตกค้างได้มากเมื่อใช้ร่วมกับเลนส์เว้ากระจกที่มีการกระจายแสงสูง
- Canon เริ่ม F Project ในเดือนสิงหาคม 1966 สร้างผลึกสังเคราะห์ขนาดใหญ่สำหรับเลนส์กล้องได้ในปี 1968 และเปิดตัว FL-F300mm f/5.6 ในเดือนพฤษภาคม 1969
- เลนส์ฟลูออไรต์ถูกใช้เพื่อเพิ่มความคมชัดและคอนทราสต์ในการถ่ายภาพซูเปอร์เทเลโฟโต้ และ ณ เดือนพฤษภาคม 2021 Canon ได้ผลิตเลนส์ที่ใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์เพิ่มอีก 39 รุ่นหลังจาก FL-F300mm
เหตุใดฟลูออไรต์จึงกลายเป็นวัสดุสำหรับเลนส์
- หนึ่งในวัสดุที่สนับสนุนคุณภาพภาพอันสูงของเลนส์ Canon คือ ฟลูออไรต์ ซึ่งเป็นรูปผลึกของแคลเซียมฟลูออไรด์
- เมื่อใช้ร่วมกับเลนส์แก้ว จะสามารถลดความคลาดสีลงได้ในระดับที่ต่ำมาก
- ฟลูออไรต์จากธรรมชาติมีขนาดเล็ก จึงเหมาะเพียงกับอุปกรณ์ออปติคัลขนาดเล็ก เช่น เลนส์ใกล้วัตถุของกล้องจุลทรรศน์
- Canon จึงพัฒนาเทคโนโลยีสร้าง ผลึกฟลูออไรต์สังเคราะห์ ขนาดใหญ่และความบริสุทธิ์สูงจากแร่ฟลูออไรต์ เพื่อให้สามารถนำไปใช้กับเลนส์ถ่ายภาพได้
- FL-F300mm f/5.6 ที่เปิดตัวในเดือนพฤษภาคม 1969 เป็นเลนส์เทเลโฟโต้สำหรับผู้บริโภครุ่นแรกของโลกที่ใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์
ความคลาดสีและหลักการแก้ไข
- ความคลาดสีอาจปรากฏในรูปขอบสีตามแนวเส้นขอบของวัตถุ หรือทำให้ภาพทั้งภาพดูพร่ามัว
- เมื่อแสงผ่านผิวกระจก แสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน เช่น แดง เขียว และน้ำเงิน จะหักเหด้วยมุมต่างกัน และตำแหน่งโฟกัสของแต่ละสีก็จะแตกต่างกัน
- โดยทั่วไป ความคลาดสีจะแก้ด้วยการจับคู่ เลนส์เว้าและเลนส์นูน ที่หักเหแสงไปในทิศทางตรงข้ามกัน
- อย่างไรก็ตาม การใช้เพียงกระจกออปติคัลทั่วไปไม่สามารถกำจัดความคลาดสีของทุกความยาวคลื่นได้ จึงยังเหลือ ความคลาดสีตกค้าง อยู่ที่บางความยาวคลื่น
- เนื่องจากกระจกออปติคัลแต่ละชนิดมีดัชนีหักเหตามความยาวคลื่นแตกต่างกัน การลดความคลาดสีตกค้างด้วยการเลือกชนิดและการจับคู่กระจกเพียงอย่างเดียวจึงมีข้อจำกัด
คุณสมบัติทางออปติคัลของฟลูออไรต์
- ฟลูออไรต์เป็นวัสดุที่แตกต่างจากกระจกออปติคัลแบบเดิมโดยพื้นฐาน จึงแก้ความคลาดสีได้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นเมื่อใช้ร่วมกับกระจก
- โดยเฉพาะใน เลนส์เทเลโฟโต้ ที่มีทางยาวโฟกัสยาวและทำให้ความคลาดสีเด่นชัดขึ้น ผลลัพธ์จะยิ่งชัดเจน
- ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์ของ Canon ใช้ฟลูออไรต์ธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ และมีคุณสมบัติดัชนีหักเหต่ำกับการกระจายแสงต่ำซึ่งยากจะได้จากเลนส์แก้ว
- ฟลูออไรต์มีแนวโน้ม การกระจายย่อยแบบผิดปกติ ที่เป็นเอกลักษณ์
- ตั้งแต่ความยาวคลื่นสีแดงถึงสีเขียว มีการกระจายแสงในแนวโน้มเดียวกับกระจก
- ตั้งแต่ความยาวคลื่นสีเขียวถึงสีน้ำเงิน มีการกระจายแสงมากกว่ากระจก
- เมื่อนำชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์แบบนูนมาใช้ร่วมกับชิ้นเลนส์เว้ากระจกที่มีการกระจายแสงสูง จะสามารถกำจัดความคลาดสีตกค้างและสร้างภาพที่คมชัดคุณภาพสูงได้
ความแตกต่างระหว่างการหักเหและการกระจายแสง
- การหักเห คือปรากฏการณ์ที่ทิศทางของแสงเปลี่ยนไปเมื่อผ่านผิวของวัสดุอย่างกระจก
- ระดับของการเปลี่ยนทิศทางนี้เรียกว่า ดัชนีหักเห
- ดัชนีหักเหเปลี่ยนไปตามองค์ประกอบของสีของแสง หรือก็คือความยาวคลื่น จึงทำให้แต่ละสีเบนไปคนละทิศทาง
- ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การกระจายสี
- ในกระจกออปติคัล การกระจายจะเกิดขึ้นในอัตราที่คงที่โดยไม่ขึ้นกับความยาวคลื่น แต่ในฟลูออไรต์ อัตราการกระจายตามความยาวคลื่นจะแตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่า การกระจายย่อยแบบผิดปกติ
Canon F Project และการผลิตผลึกสังเคราะห์
- จุดกำเนิดของเลนส์ฟลูออไรต์อยู่ที่ Canon F Project ซึ่งเริ่มขึ้นในเดือนสิงหาคม 1966
- นักพัฒนาเลนส์ของ Canon เห็นว่าหากต้องการสร้างเลนส์ที่เหนือกว่ารุ่นเดิม จำเป็นต้องสร้างวัสดุใหม่ก่อน
- ปัญหาหลักของการผลิตผลึกฟลูออไรต์สังเคราะห์คือ การตกผลึก
- คำว่าแก้วหมายถึงสถานะของสสารชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นอสัณฐาน โดยอะตอมจะตรึงอยู่แบบสุ่ม และเมื่อหลอมก็สามารถขึ้นรูปเป็นรูปร่างอื่นได้
- ในทางตรงกันข้าม ฟลูออไรต์เป็นสสารผลึก จึงต้องมีการจัดเรียงอะตอมตามแบบแผนเฉพาะจึงจะเกิดการตกผลึก
- การบดและทำให้ฟลูออไรต์ธรรมชาติบริสุทธิ์ แล้วฟื้นโครงสร้างอะตอมอย่างแม่นยำเพื่อให้ตกผลึกใหม่จนมีขนาดใหญ่พอสำหรับใช้กับเลนส์กล้องนั้น แทบเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้
- นักพัฒนาจึงต้องสร้างสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่ควบคุมอย่างแม่นยำและรักษาอุณหภูมิอย่างน้อย 1,000℃ พร้อมออกแบบอุปกรณ์สำหรับผลิตผลึกขนาดใหญ่ความบริสุทธิ์สูงแบบสังเคราะห์
- สองปีหลังเริ่ม F Project ในปี 1968 Canon ประสบความสำเร็จในการสร้างผลึกฟลูออไรต์สังเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่พอสำหรับใช้ในเลนส์กล้อง
การขัดผิวและการทำตลาดเชิงพาณิชย์
- อีกหนึ่งความท้าทายในการผลิตเลนส์ฟลูออไรต์คือ การขัดผิว
- ฟลูออไรต์นุ่มและบอบบางกว่ากระจก จึงไม่เหมาะกับวิธีการขัดที่ใช้กับกระจก
- Canon พัฒนาเทคโนโลยีการขัดเฉพาะสำหรับฟลูออไรต์ ซึ่งใช้เวลานานกว่าการขัดกระจกออปติคัลทั่วไปสูงสุด 4 เท่า
- เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้เชิงพาณิชย์ในเดือนพฤษภาคม 1969
- FL-F300mm f/5.6 ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์รุ่นแรกที่ใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์ ได้รับการยกย่องอย่างสูงจากภาพที่สดใสและมีคอนทราสต์สูง และถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานระดับมืออาชีพ เช่น ภาพข่าว
- หลังจากนั้น เมื่อเทคโนโลยีสุญญากาศอุณหภูมิสูง การควบคุมอุณหภูมิ และการขัดผิวพัฒนาขึ้น ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์ก็ถูกนำไปใช้กับเลนส์จำนวนมากขึ้น
กระบวนการผลิตเลนส์ฟลูออไรต์
- วัตถุดิบ: วัตถุดิบของเลนส์ฟลูออไรต์คือแร่ฟลูออไรต์จากธรรมชาติ
- การบดและการทำให้บริสุทธิ์: บดแร่ฟลูออไรต์ดิบและกำจัดสิ่งเจือปน ก่อนนำใส่เบ้าหลอมกราไฟต์ที่หลอมละลายได้ยาก
- การตกผลึก: นำเบ้าหลอมเข้าเครื่องปลูกผลึกที่มีฮีตเตอร์ด้านบน แล้วให้ความร้อนที่ 1,400℃
- หลังจากฟลูออไรต์วัตถุดิบหลอมละลายแล้ว ค่อย ๆ ลดระดับเบ้าหลอมลง การตกผลึกจะเริ่มจากก้นเบ้าหลอม
- การอบคลายความเค้น: เป็นกระบวนการกำจัดความบิดเบี้ยวภายในผลึก
- ให้ความร้อนสูงในระดับที่ไม่ถึงกับทำให้ผลึกหลอม แล้วค่อย ๆ ทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้องตลอดหลายสัปดาห์ เพื่อขจัดความบิดเบี้ยวที่อาจนำไปสู่การแตกร้าว
- การตัดแต่งและการขึ้นรูปหยาบ: ตัดส่วนที่ไม่จำเป็นบนผิวผลึกออก ขึ้นรูปหยาบให้ได้ขนาดที่ต้องการ แล้วตรวจสอบความผิดปกติภายใน
- การเจียร: เจียรพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของผลึกให้เป็นทรงกลมที่มีลักษณะเหมือนกระจกฝ้า
- การขัดผิว: ขัดพื้นผิวให้มีสภาพกึ่งโปร่งใสและได้ขนาดตามข้อกำหนดด้วยเม็ดขัดที่แข็งตัว แล้วใช้สารขัดพิเศษกำจัดรอยขีดข่วนขนาดเล็ก
- การเคลือบ: ระเหยความร้อนวัสดุเคลือบภายใต้สภาวะสุญญากาศสูงระดับ 1 ในล้านถึง 1 ในร้อยล้านของความดันบรรยากาศ เพื่อสร้างฟิล์มบางบนเลนส์ที่ผ่านการขัดแล้ว
- การตรวจสอบขั้นสุดท้าย: ช่างผู้ชำนาญตรวจสอบความบริสุทธิ์ด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ และมีเพียงชิ้นเลนส์ที่ผ่านการตรวจเท่านั้นจึงจะถูกส่งต่อไปยังกระบวนการประกอบเลนส์
เลนส์ที่ใช้งานและกลุ่มผู้ใช้
- ณ เดือนพฤษภาคม 2021 Canon ได้ผลิตเลนส์ที่ใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์เพิ่มอีก 39 รุ่น หลังจาก FL-F300mm
- ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์ไม่เพียงช่วยแก้ความคลาดสี แต่ยังช่วยลดขนาดและน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ด้วย
- ด้วยคุณสมบัตินี้ จึงถูกนำไปใช้เชิงรุกในเลนส์เทเลโฟโต้ขนาดใหญ่
- เลนส์ฟลูออไรต์ถูกใช้โดยช่างภาพที่ต้องการคุณภาพภาพสูงในช่วงทางยาวโฟกัสซูเปอร์เทเลโฟโต้
- ช่างภาพกีฬามืออาชีพ
- ช่างภาพข่าว
- ผู้ชื่นชอบการถ่ายภาพนกป่า รถไฟ เครื่องบิน และอื่น ๆ
- เลนส์ที่เปิดตัวในปี 2021 ได้แก่ RF400mm F2.8 L IS USM และ RF600mm F4 L IS USM ซึ่งแต่ละรุ่นใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์ 2 ชิ้น
1 ความคิดเห็น
ความเห็นจาก Hacker News
ถ้ายังไม่เจอสรุปที่ถูกใจ ขอลองสรุปเอง: ดัชนีหักเห ของวัสดุปกติไม่ได้เป็นค่าคงที่ค่าเดียวแถว ๆ 1.5 แต่เปลี่ยนไปตามความยาวคลื่น
การเลี้ยวเบนก็เหมือนการแทรกสอดเชิงควอนตัม คือบางทิศทางเสริมกันและบางทิศทางหักล้างกัน ดังนั้นกราฟความยาวคลื่น-ดัชนีหักเหจึงเป็นเส้นโค้งลดลงแบบโมโนโทนิกคล้ายเอ็กซ์โพเนนเชียล/เส้นกำกับ เมื่อไล่จากอัลตราไวโอเลตไปอินฟราเรด
เพราะอย่างนี้ เลนส์นูนจึงให้กำลังขยายสูงกว่าที่ตั้งใจไว้ในสีน้ำเงิน และยังสูงในสีเขียว ส่วนสีแดงค่อยดูพอดี และถ้าพูดให้เป๊ะจริง ๆ จะพอดีแค่กับสีเหลืองของไอโซเดียมเท่านั้น จึงเกิดภาพความคลาดที่สีบนระนาบโฟกัสเหลื่อมกัน
เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงเอาเลนส์นูน/เลนส์เว้าที่มีองค์ประกอบซึ่งอัตราการลดลงของดัชนีหักเหต่างกัน เช่น Schott BK7 กับ F2 มาจับคู่กัน เพื่อหักล้างกำลังหักเหบวกที่มากเกินไปของสีน้ำเงินจากเลนส์นูนตัวแรก ด้วยกำลังหักเหลบที่มากเกินไปของสีน้ำเงินจากเลนส์เว้าตัวถัดมา
ถ้าเพิ่มชุดเลนส์ต่อกันมากขึ้น ก็สามารถแก้เพิ่มได้ทั้งความยาวคลื่นอื่น ๆ ผลข้างเคียง และความบกพร่องชนิดอื่นตามต้องการ
ในบริบทนี้ สิ่งที่ทำให้ ฟลูออไรต์ (CaF2) สำคัญ คือมันมี “การกระจายแบบผิดปกติ” ที่กราฟความยาวคลื่น-ดัชนีหักเหเกือบแบน จึงรวมแสงสีเกือบทั้งย่านที่ตามองเห็นให้ไปอยู่ใกล้จุดเดียวกันได้ และช่วยลดจำนวนเลนส์ชดเชยที่ต้องใช้ลงมาก
แต่การผลิตผลึก calcium fluoride ที่โปร่งใสเชิงแสงในขนาดระดับกล้องถ่ายรูปให้ได้จำนวนมากนั้นทำได้ยาก และเป็นสิ่งที่ Canon พยายามทำมาหลายสิบปี
https://en.wikipedia.org/wiki/Folk_etymology
https://en.wiktionary.org/wiki/aberro#Latin
ปัญหาเรื่องการเติบโตของผลึกถูกแก้ได้ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 และตอนนี้เป็นเทคโนโลยีทั่วไป
ฟลูออไรต์ถูกใช้ในเลนส์ของ Fuji ด้วย และ Nikon/Sony ก็มีแก้วพิเศษของตัวเองเพื่อจัดการปัญหาเดียวกัน
ดัชนีหักเหไม่ใช่มุม แต่เป็นค่าที่คำนวณได้จากมุมตกกระทบและมุมหักเห: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Snell%27s_law
และเพิ่มเติมอีกนิดว่า ดัชนีหักเหอาจขึ้นกับโพลาไรซ์ของแสงด้วย ไม่ได้ขึ้นกับแค่ความยาวคลื่น ซึ่งทำให้เกิด การหักเหคู่: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Birefringence
โดยทั่วไป anomalous dispersion หมายถึงกรณีที่ดัชนีหักเหไม่ได้ลดลงเมื่อความยาวคลื่นยาวขึ้นแบบการกระจายปกติ แต่กลับเพิ่มขึ้นแทน: https://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_(optics)#Material_dispersion_in_optics
ถ้ามีวัสดุที่ไม่มีการกระจายอยู่จริง ก็เอาวัสดุนั้นมาทำเลนส์เพื่อหลีกเลี่ยงความคลาดสีได้เลย แต่ในโลกความจริงไม่มี จึงต้องอาศัยการจับคู่การกระจายของวัสดุต่างชนิดเพื่อหักล้างกัน
ฟลูออไรต์ไม่ได้แสดง anomalous dispersion ในย่านแสงที่มองเห็น แต่มี การกระจายต่ำ
ดูเหมือนว่า Canon จะผลิตผลึก calcium fluoride ขนาดระดับกล้องได้สำเร็จในระดับอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 และบริษัทอื่น ๆ ก็เช่นกัน
ตาม https://en.wikipedia.org/wiki/Fluorite calcium fluoride โปร่งใสทั้งในย่านอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต และมีการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหตามความยาวคลื่นน้อยมาก จึงมักถูกใช้เป็นวัสดุหน้าต่างในห้องปฏิบัติการ ขณะที่ Canon และบริษัทอื่น ๆ ใช้ผลึก calcium fluoride ที่ปลูกแบบสังเคราะห์ในเลนส์เพื่อช่วยการออกแบบแบบ apochromatic และลดการกระจายของแสง
อีกอย่าง sodium, fluorite, calcium, fluoride ไม่ใช่ชื่อแบรนด์หรือชื่อเฉพาะ ดังนั้นในภาษาอังกฤษจึงไม่ควรเขียนขึ้นต้นด้วยตัวพิมพ์ใหญ่แบบภาษาเยอรมัน
ระหว่างหาคำอธิบายแบบเข้าใจง่ายว่าเหตุใด การกระจายแสง จึงสำคัญ ก็พบว่าบทความนี้ช่วยได้มาก: https://www.targettamers.com/guides/apochromatic-lenses/
เลนส์ apochromatic เป็นเลนส์ที่ปรับให้เหมาะกับความยาวคลื่น 3 ช่วง ต่างจากเลนส์ achromatic ที่ปรับให้เหมาะเพียง 2 ช่วง
สมัยก่อนต้องคำนวณกันด้วยมือ ซึ่งไม่ใช่ว่าแค่นั้นจะน่าทึ่ง แต่ที่น่าทึ่งคือยังสามารถออกแบบเลนส์ได้ยอดเยี่ยมขนาดนั้น
ทุกวันนี้คอมพิวเตอร์ช่วยทำ optimization ได้เร็วมาก แต่การคำนวณก็ยังอิงกับคุณสมบัติทางกายภาพจริงของวัสดุกระจก และคุณสมบัติเหล่านั้นก็สัมพันธ์กับต้นทุน ความทนทาน ฯลฯ ด้วย
เพราะฉะนั้นคอมพิวเตอร์จึงไม่ได้ optimize ช่วงค่าดัชนีหักเห/การกระจายแสงแบบต่อเนื่องได้ตามใจ แต่ทำงานได้เฉพาะกับวัสดุจริงแบบไม่ต่อเนื่องที่ผู้ผลิตกระจกทำรายการไว้ และผู้ออกแบบระบุให้โปรแกรมใช้เท่านั้น
ฟลูออรีนก็มีคุณสมบัติพิเศษเมื่อใช้เป็นสารเคลือบด้วย: https://www.digitalcameraworld.com/features/this-is-why-your-camera-lens-needs-a-fluorine-coating
เพื่อให้ลดความแม่นยำที่ต้องใช้ตอนประกอบลง จนสามารถใส่ชิ้นเลนส์เข้ากับกระบอกเลนส์แล้วส่งออกจากโรงงานได้แทบไม่ต้องปรับจูน
โดยเฉพาะในเลนส์คิทที่อ่อนไหวต่อราคามากจะใช้แนวทางนี้บ่อย
แม้กับฟิล์มขาวดำแบบ panchromatic โดยทั่วไปก็น่าพอใจ แต่เมื่อเป็นฟิล์มสีก็เริ่มเห็นความคลาดสี
เลนส์ apochromatic ถูกแก้ความคลาดสำหรับสีน้ำเงิน สีเขียว และสีแดง
ยังสามารถทำเลนส์ที่แก้ความคลาดสำหรับสเปกตรัมที่กว้างกว่านั้นรวมถึงรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดได้ และ Nikon ก็เคยทำเลนส์อย่าง UV 105mm f4.5 เพื่อใช้งานด้านเทคนิค/วิทยาศาสตร์
ความคลาดสีมีอยู่ 2 แบบ และทั้งคู่เกิดจากการกระจายแสง
ความคลาดสีตามแกนเกิดเมื่อระยะโฟกัสต่างกันไปตามความยาวคลื่น ทำให้โฟกัสได้ไม่สมบูรณ์แบบ ถ้าโฟกัสที่สีเขียว สีแดงกับสีน้ำเงินก็จะหลุดโฟกัส ส่งผลต่อทั้งภาพและแก้ยากมากด้วย post-processing
ความคลาดสีตามขวางเกิดเมื่อกำลังขยายเปลี่ยนไปตามความยาวคลื่น จนไม่เกิดภาพเอกลักษณ์เพียงภาพเดียว ภาพสีน้ำเงินจะใหญ่กว่าสีเขียวนิดหน่อย และสีเขียวก็ใหญ่กว่าสีแดง ทำให้เกิดสีฟุ้งตามขอบและมุมที่ไกลจากแกนแสง สามารถแก้เชิงอัลกอริทึมได้ด้วยการปรับขนาด sub-image สีแดง/สีน้ำเงินให้ตรงกับสีเขียว
เคยเห็นทั้งเลนส์ fractal แปลก ๆ และเลนส์ผสมที่ซับซ้อนมาก
เลนส์ฟลูออไรต์นั้นน่าทึ่งก็จริง แต่ยังไม่ใช่ข้อได้เปรียบที่ชี้ขาดจนกว่าจะเป็นเลนส์กำลังขยายสูง หรือเข้าใกล้ขีดจำกัดความเร็วของระบบ
ความต่างที่แท้จริงจะเห็นชัดเมื่อใช้ร่วมกับ ระบบกันสั่น VR แล้วได้ความเร็วชัตเตอร์เพิ่มขึ้นเกิน 4 สต็อป
เมื่อวัตถุคมชัดได้ถึงระดับนั้น ความคลาดสีก็จะรู้สึกได้มาก หรือไม่ก็ไม่เกิดขึ้นเพราะได้ฟลูออไรต์ช่วยไว้
ที่น่าสนใจคือเครื่องมือแต่งภาพสมัยใหม่สามารถแก้ทั้งอาการมืดขอบ ภาพบิดแบบ pincushion และความคลาดสีได้ด้วยซอฟต์แวร์ทั้งหมด
เมื่อเทียบกับตอนเริ่มต้นด้วย Nikkor 70-210 f/4 และฟิล์มราวปี 1989 ภาพที่ถ่ายได้ในวันนี้น่าทึ่งมากจริง ๆ
สำหรับผม ปัญหาที่แท้จริงคือมีช็อตดี ๆ มากจนต้องคัดให้เหลือเท่าที่รับไหว
เด็กสมัยนี้อาจไม่ได้รู้สึกตื่นเต้นอะไรเป็นพิเศษ แต่ก็อดรู้สึกถ่อมตัวต่อวิศวกรรมมหาศาลที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีการถ่ายภาพไม่ได้
ขอแค่ถ่ายเป็น RAW การแก้อัตโนมัติใน post-processing ก็เป็นเรื่องเล็กน้อย
เพราะแบบนี้จึงพบได้บ่อยใน เลนส์เทเลยาวขนาดใหญ่ ที่ขนาดและน้ำหนักกลายเป็นภาระจริง ๆ
ผมมีเลนส์ FD 300/2.8 S.S.C. Fluorite ที่ออกในปี 1975 อยู่ตัวหนึ่ง เป็นเลนส์ที่ยอดเยี่ยมจริง ๆ
แม้เปิดกว้างสุดที่ f/2.8 ก็ยังคมถึงขอบ และเหมาะมากกับการถ่ายภาพดาราศาสตร์
ภาพเดียวเก็บได้ทั้งเนบิวลานายพราน เนบิวลาหัวม้า และรายละเอียดแขนกังหันของดาราจักรแอนโดรเมดา
ใช้ถ่ายภาพบุคคลกลางแจ้งก็ยอดเยี่ยม และละลายฉากหลังได้เนียนมาก แต่ก็ต้องยืนไกลจนถ้าจะคุยกับแบบคงต้องใช้ลำโพงโทรศัพท์
ราคาป้ายตอนนั้นคือ 420000 เยน คิดเป็นมูลค่าปัจจุบัน 5364 ดอลลาร์ และผมซื้อมือสองมาในราคา 400 ดอลลาร์
ตอนนั้นราคาเลนส์เมาท์ FD ตกลงไปมาก เพราะระยะ flange สั้นเกินกว่าจะดัดแปลงใช้กับ DSLR ได้
สุดท้ายผมต้องถอดชิ้นส่วนด้านท้ายเลนส์ออกทั้งชุด แล้วกลึงเมาท์แปลงให้ใช้กับ DSLR ได้ วงแหวนอะแดปเตอร์ทำไม่ได้เพราะเพิ่มความหนาเกินไป
หลังจาก mirrorless ออกมา เลนส์ FD ก็กลับมาใช้งานได้อีกครั้งด้วยอะแดปเตอร์ริงธรรมดา ทำให้ราคามือสองกลับขึ้นมา
ถึงอย่างนั้นเมื่อเทียบประสิทธิภาพเชิงออปติกกับเลนส์ออโต้โฟกัสรุ่นใหม่ระดับเดียวกัน ก็ยังคุ้มค่ามาก เลนส์ของผมตอนนี้อยู่ราว 600~1000 ดอลลาร์บน eBay ขณะที่ Sony 300/2.8 GM ของใหม่ราคา 6000 ดอลลาร์
ถ้ากำลังหาเลนส์เทเลไวแสงรูรับแสงกว้าง ผมแนะนำเลนส์ FD ที่มีชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์อย่างมาก โดยมีเงื่อนไขว่าคุณโอเคกับการโฟกัสมือ
ผมซื้อมา 750 ดอลลาร์ จึงถือว่าเป็น bargain มหาศาลเหมือนกัน
แต่เพราะการใช้งานหลักของเลนส์เทเลขนาดใหญ่รูรับแสงกว้างคือกีฬาและสัตว์ป่า ออโต้โฟกัสที่เร็ว จึงเป็นคุณสมบัติชี้ขาด
ยิ่งไปกว่านั้น การ optimize ด้วยคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ยังช่วยลดน้ำหนักเลนส์ได้มาก ปรับสมดุลน้ำหนักดีขึ้น และให้คุณภาพภาพที่ไร้ที่ติ จึงทำให้หลายคนมองว่า 6000 ดอลลาร์นั้นสมเหตุสมผลมาก
ไม่เคยรู้มาก่อนว่า Canon ใช้ ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์
เหมือนได้เรียนรู้อะไรใหม่ทุกวันเลย เจ๋งมาก
ในเลนส์เทเลโฟโต้ของ Canon ยังมีชิ้นส่วนแบบโฮโลกราฟิกด้วย และราวปี 1990 เคยฟังนักออกแบบเลนส์คนหนึ่งบรรยายถึงวิธีอันชาญฉลาดในการใช้คู่ลำดับการเลี้ยวเบน (n และ n+1) มาชดเชยกันเอง
วิธีนี้ทำให้สามารถใช้ การกระจายจากการเลี้ยวเบน มาช่วยแก้สีได้ โดยไม่สร้าง stray light (ghost) จากลำดับการเลี้ยวเบนที่ไม่ต้องการ นอกเหนือจากการใช้แก้วและฟลูออไรต์
เลนส์แบบนี้เป็นงานศิลปะ
เพิ่งได้รู้ไม่นานมานี้ว่าองค์ประกอบเชิงแสงในเลนส์สมัยนี้ไม่ได้มีแค่ “แก้วธรรมดา” แต่ก็มักมี ชิ้นส่วนพลาสติก ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษรวมอยู่ด้วย
วิดีโอของ Gordon Laing “Canon lens TEARDOWN! What's INSIDE a new lens?”: https://youtube.com/watch?v=YH5_nVRWHZ0
มีบทความแยกชิ้นส่วนแบบนี้ด้วย: https://www.lensrentals.com/blog/2021/01/the-secret-of-the-broken-element-a-canon-rf-100-500mm-f4-7-7-1-teardown/
ชิ้นเลนส์แอสเฟอริคัลแบบทำซ้ำผลิตโดยใช้แม่พิมพ์ผิวแอสเฟอริคัลและเรซินแข็งตัวด้วยรังสี UV เพื่อสร้างชั้นผิวแอสเฟอริคัลบนเลนส์แก้วทรงกลม
ตอนอ่านบทความนี้คาดหวังว่าจะอธิบายว่าทำไมฟลูออไรต์ถึงช่วยลด ความคลาดสี แต่ก็น่าเสียดายที่บอกแค่ว่า “มันช่วยได้” โดยไม่ได้ลงรายละเอียดว่าทำไม
ตอนแรกคิดว่าอาจเป็นเพราะดัชนีหักเหพอดีกัน แต่จริง ๆ แล้วก็แทบไม่ต่างจากแก้ว
สิ่งที่ดูน่าเป็นไปได้ที่สุดเท่าที่หาเจอจนถึงตอนนี้คือการที่การกระจายความเร็วกลุ่มมีทิศตรงข้ามกัน แต่ถ้าเข้าใจว่ามันหมายถึงอะไร ก็คงอธิบายได้ดีกว่านี้
ถ้าใช้แก้วชนิดคล้าย ๆ กันอย่างเดียว ตัว optimizer มักหาคำตอบที่แก้ความคลาดสีได้ตลอดทั้งสเปกตรัมยาก
เช่น ปรับเพื่อแก้ความคลาดของสีเขียวแล้วสีน้ำเงินกลับแย่ลง
แต่ถ้าใช้วัสดุอย่างฟลูออไรต์ที่มีรูปแบบการกระจายสีต่างออกไป ก็จะเพิ่ม องศาอิสระ ให้กับตัว optimizer ทำให้ควบคุมความคลาดของแต่ละสีได้แยกกันมากขึ้นและสร้างเลนส์ที่ให้ประสิทธิภาพดีกว่าได้
ฟลูออไรต์มีการกระจายรวมต่ำจึงมีความคลาดน้อย และในขณะเดียวกัน รูปทรงของเส้นโค้งการกระจาย ก็มีเอกลักษณ์ ทำให้มีพื้นที่ในการควบคุมมากขึ้น
โดยทั่วไปแก้วธรรมดาจะมีเส้นโค้งการกระจายคล้าย ๆ กัน แต่รูปทรงเส้นโค้งที่แปลกของฟลูออไรต์ให้คันโยกเพิ่มกับฟังก์ชัน optimization
คำอธิบายคือ “ถ้ามีแต่แก้วบน glass line ก็สามารถสร้างเลนส์ที่มีระยะโฟกัสเท่ากันได้ในสองความยาวคลื่น แต่จะยากสำหรับสามความยาวคลื่น จึงต้องใช้วัสดุที่ออกนอก glass line และหนึ่งในนั้นคือ calcium fluoride”
พลาสติกบางชนิด เช่น อะคริลิกหรือโพลิสไตรีน ก็ใช้ได้เช่นกัน แต่มีปัญหาเฉพาะตัวอย่างการขยายตัวด้วยความร้อน
การมีระยะโฟกัสเท่ากันในสองความยาวคลื่นหมายความว่ากราฟระยะโฟกัสเทียบกับความยาวคลื่นมีลักษณะประมาณพาราโบลา และถ้าเท่ากันในสามความยาวคลื่นกราฟจะคล้ายเส้นโค้งกำลังสาม
แก้วต้องคุ้มค่า ขัดเงาได้ดี โปร่งใส เสถียรทางเคมี ไม่เกิดคราบ และแข็งแรงเชิงกล
ยิ่งเป็นแก้ว “แปลกพิเศษ” ที่มีคุณสมบัติการหักเหสุดโต่ง ก็มักยิ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพโดยรวมแย่ลงด้วย จึงไม่ใช่ปัญหาการออกแบบที่ง่าย
เพราะ การกระจายย่อย ทำให้มีอิสระเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งระดับ
ใจความคือ “ความยาวคลื่นแดง-เขียวกระจายในแนวโน้มเดียวกับแก้ว แต่ความยาวคลื่นเขียว-น้ำเงินกระจายมากกว่าแก้ว ดังนั้นเมื่อใช้ชิ้นเลนส์ฟลูออไรต์นูนร่วมกับเลนส์เว้าจากแก้วกระจายสูง ก็จะกำจัดความคลาดสีตกค้างได้”
Super UD และ UD เป็นหนึ่งในมาตรฐานอ้างอิงระดับสูงของวงการเลนส์มานาน และฟลูออไรต์ก็มีบทบาทสำคัญมากในเรื่องนั้น
บทความอ่านต่อที่ดี: https://www.canon-europe.com/pro/infobank/fluorite-aspherical-ud-lenses/
ตอนแรกนึกว่าพูดถึงเลนส์แว่น เสียดายเลย
ตอนที่ใส่แว่นอยู่หลายปีไม่ค่อยสนใจความคลาดสีเท่าไร แต่พอเริ่มใส่คอนแทคเลนส์แล้วกลับมาใส่แว่นอีกครั้ง จะเห็นชัดมากโดยเฉพาะบริเวณขอบเลนส์
ถ้าอยากให้คุณภาพภาพในแง่ความบิดเบือนใกล้กับระดับคอนแทคเลนส์ เลนส์แว่นก็ต้อง คุณภาพสูงมากพอสมควร
ไม่ค่อยเข้าใจว่าทำไมไม่ แก้ด้วยซอฟต์แวร์ ไปเลย
ถ้ารู้ว่าภาพสีแดง เขียว น้ำเงินมีตำแหน่งโฟกัสและขนาดต่างกันเล็กน้อย ก็น่าจะดูแก้ไม่ยาก
ถ้าเป็นฉากนิ่ง ก็ถ่าย 3 ภาพโดยโฟกัสแยกตามสี แล้วรีสเกลให้ขนาดตรงกันก็น่าจะได้
ถ้าเป็นฉากเคลื่อนไหวคณิตศาสตร์อาจซับซ้อนขึ้น แต่ก็น่าจะแก้ปัญหาส่วนใหญ่ได้อยู่ดี
ปัญหาจริงคือแสงที่มีความยาวคลื่นอยู่ระหว่างสีต่าง ๆ เช่น “สีเหลือง”
ทางออกที่สมบูรณ์แบบมีเพียงให้แต่ละพิกเซลเป็นสเปกโตรมิเตอร์ ซึ่งถ้าใช้เซนเซอร์แบนด์แกปแปรผันก็ดูเหมือนจะพอเป็นไปได้
หลายเครื่องมือมีฐานข้อมูลเลนส์ที่จับคู่กับข้อมูล EXIF ของเลนส์ที่ใช้ถ่าย เพื่อช่วยปรับภาพโดยอัตโนมัติในระดับที่เหมาะสม
ความคลาดสีทำให้ ความละเอียดเชิงพื้นที่ ลดลง