เลนส์ปรับโฟกัสได้
เลนส์วาริโฟกัสคือเลนส์กล้อง ที่มี ความยาวโฟกัสแปรผันได้ซึ่งโฟกัสจะเปลี่ยนไปตามความยาวโฟกัส (และกำลังขยาย ) ที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อเทียบกับเลนส์ซูมแบบพาร์โฟกัส ("แท้จริง") ซึ่งยังคงอยู่ในโฟกัสขณะที่เลนส์ซูม (ความยาวโฟกัสและกำลังขยายเปลี่ยนแปลง) เลนส์ "ซูม" ที่เรียกว่าหลายตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของกล้องเลนส์คงที่ แท้จริงแล้วคือเลนส์วาริโฟกัส[ 1 ]ซึ่งช่วยให้นักออกแบบเลนส์มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการแลกเปลี่ยนการออกแบบทางแสง (ช่วงความยาวโฟกัส รูรับแสงสูงสุด ขนาด น้ำหนัก ต้นทุน) มากกว่าเลนส์ซูมแบบพาร์โฟกัส เลนส์เหล่านี้ใช้งานได้จริงเนื่องจากระบบโฟกัสอัตโนมัติและเนื่องจากโปรเซสเซอร์ของกล้องสามารถปรับเลนส์โดยอัตโนมัติเพื่อให้เลนส์อยู่ในโฟกัสขณะเปลี่ยนความยาวโฟกัส ("ซูม") ทำให้เหมาะสำหรับการถ่ายภาพนิ่งซึ่งการเปลี่ยนแปลงกำลังขยายของวัตถุ ดังที่แสดงด้านล่าง ไม่ใช่ปัญหา การเปลี่ยนแปลงขนาดของวัตถุเป็นปัญหาสำคัญในวิดีโอ และจำเป็นต้องมีการออกแบบพาร์โฟกัสที่แท้จริงสำหรับงานวิดีโอคุณภาพสูง เลนส์วาริโฟกัสสามารถใช้สำหรับการแสดงภาพได้เช่นเดียวกับการจับภาพ และMeta's Reality Labsได้ยืนยันการพัฒนาจอแสดงผลวาริโฟกัสสำหรับความเป็นจริงเสมือน[ 2 ]
การออกแบบเชิงแสง
โครงสร้างภายในของเลนส์วาริโฟกัสประกอบด้วยกลุ่มองค์ประกอบทางแสงหลายกลุ่มที่เรียงตัวตามแกนแสง ทั่วไป การปรับความยาวโฟกัสทำได้โดยการเลื่อนกลุ่มองค์ประกอบตรงกลางหรือด้านหลังไปตามแกนนี้ ในขณะที่การเคลื่อนที่ของเซลล์ด้านหน้าแยกต่างหากจะควบคุมการโฟกัสอย่างอิสระ[ 3 ]กลไกการเคลื่อนที่สองแบบนี้ — แบบหนึ่งสำหรับความยาวโฟกัส อีกแบบหนึ่งสำหรับโฟกัส — คือสิ่งที่ทำให้เลนส์วาริโฟกัสแตกต่างจากเลนส์ซูมพาร์โฟกัสที่แท้จริง ซึ่งการเชื่อมโยงแบบขับเคลื่อนด้วยลูกเบี้ยวที่ซับซ้อนกว่าจะทำให้ระนาบภาพคงที่ตลอดช่วงการซูม
เนื่องจากการออกแบบแบบวาริโฟกัสไม่จำเป็นต้องใช้การเชื่อมต่อเชิงกลที่ซับซ้อนซึ่งจำเป็นต่อการรักษาโฟกัสในระหว่างการซูม โครงสร้างทางแสงและเชิงกลจึงง่ายกว่าและมีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าการออกแบบแบบพาร์โฟกัสที่เทียบเท่ากัน[ 4 ]ความเรียบง่ายนี้ช่วยให้นักออกแบบสามารถจัดสรรองค์ประกอบทางแสงให้กับกลุ่มซูมได้น้อยลง และใช้องค์ประกอบเหล่านั้นเพื่อให้ได้อัตราส่วนความยาวโฟกัสที่กว้างขึ้นรูรับแสง สูงสุดที่ใหญ่ขึ้น หรือรูปทรงโดยรวมที่กะทัดรัดมากขึ้น ซึ่งเป็นข้อดีที่ยากจะบรรลุได้พร้อมกันในการออกแบบแบบพาร์โฟกัส
ระยะโฟกัสที่ปรับได้ช่วยให้สามารถผสมผสานระยะการทำงานและกำลังขยายได้หลายแบบจากเลนส์ตัวเดียว อย่างไรก็ตาม ความสะดวกสบายนี้มาพร้อมกับข้อเสียบางประการในด้านคุณภาพของภาพ น้ำหนัก ขนาด และรูรับแสง เมื่อเทียบกับเลนส์ไพรม์ คงที่ ที่มีคุณสมบัติเทียบเท่ากัน[ 5 ]
เปรียบเทียบกับเลนส์คงที่และเลนส์ซูม
เลนส์หลักสามประเภทที่ใช้ในระบบกล้องถ่ายรูป ได้แก่ เลนส์คงที่ (prime), เลนส์ปรับระยะโฟกัสได้ (varifocal) และเลนส์ซูมปรับระยะโฟกัสได้ (parfocal zoom) นั้น แตกต่างกันหลักๆ อยู่ที่ว่าสามารถเปลี่ยนระยะโฟกัสได้หรือไม่ และอย่างไร:
- เลนส์ระยะโฟกัสคงที่จะมีระยะโฟกัสเดียวที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เนื่องจากมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่น้อยกว่า จึงมีความเรียบง่ายกว่า เบากว่า และโดยทั่วไปแล้วจะให้ประสิทธิภาพทางแสงที่ดีกว่าต่อหน่วยต้นทุนเมื่อเทียบกับการออกแบบระยะโฟกัสแบบปรับได้ เลนส์ระยะโฟกัสคงที่เหมาะสำหรับการใช้งานที่รูปทรงเรขาคณิตของฉากสามารถคาดเดาได้และมีความเสถียร[ 6 ]
- เลนส์วาริโฟกัสครอบคลุมช่วงความยาวโฟกัสต่อเนื่อง โดยระบุเป็นคู่ค่า เช่น 2.8–12 มม. หรือ 5–50 มม. โดยค่าแรกคือความยาวโฟกัสที่กว้างที่สุด (สั้นที่สุด) และค่าที่สองคือความยาวโฟกัสที่แคบที่สุด (ยาวที่สุด) [ 7 ]หลังจากการปรับความยาวโฟกัสแต่ละครั้ง จะต้องตั้งค่าตำแหน่งโฟกัสใหม่แยกต่างหาก
- เลนส์ซูมแบบพาร์โฟกัลครอบคลุมช่วงความยาวโฟกัสต่อเนื่องเช่นกัน แต่กลไกแคมภายในจะรักษาระนาบโฟกัสให้คงที่เมื่อความยาวโฟกัสเปลี่ยนแปลง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องปรับโฟกัสใหม่หลังจากซูม คุณสมบัตินี้เรียกว่าพาร์โฟกัลลิตี้หรือคอนโฟกัลลิตี้ซึ่งต้องการการออกแบบทางแสงและกลไกที่ซับซ้อนและมีราคาแพงกว่ามาก[ 8 ]
ประเภทของเลนส์ปรับโฟกัสได้
เลนส์ปรับโฟกัสสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักตามกลไกการปรับระยะโฟกัสและจุดโฟกัส:
เลนส์ปรับโฟกัสแบบแมนนวล
ในเลนส์ปรับโฟกัสแบบแมนนวล ผู้ใช้จะหมุนวงแหวนควบคุมสองวงแยกกันบนตัวเลนส์ — วงหนึ่งเพื่อตั้งค่าความยาวโฟกัสที่ต้องการ (ซูม) และอีกวงหนึ่งเพื่อปรับภาพให้คมชัด การออกแบบนี้พบได้ทั่วไปใน กล้อง วงจรปิดที่ติดตั้งในตำแหน่งคงที่ ซึ่งมุมมองจะถูกตั้งค่าเพียงครั้งเดียวระหว่างการติดตั้งและเปลี่ยนแปลงไม่บ่อยนัก เลนส์ปรับโฟกัสแบบแมนนวลโดยทั่วไปมีราคาถูกกว่าเลนส์แบบมอเตอร์ และไม่จำเป็นต้องใช้วงจรควบคุมอิเล็กทรอนิกส์[ 9 ]
เลนส์ปรับโฟกัสอัตโนมัติ
เลนส์ปรับโฟกัสอัตโนมัติใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนทั้งกลไกซูมและโฟกัสภายใต้การควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์[ 10 ]ผู้ใช้สามารถปรับความยาวโฟกัสและปรับโฟกัสเลนส์จากระยะไกลได้ — ผ่านทางเว็บอินเทอร์เฟซ แอปพลิเคชันบนสมาร์ทโฟน ซอฟต์แวร์การจัดการวิดีโอ หรือ ตัวควบคุม PTZ แบบจอยสติ๊ก — โดยไม่ต้องเข้าถึงกล้องโดยตรง[ 11 ]ความสามารถนี้ช่วยลดเวลาในการติดตั้งและใช้งานลงอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานขนาดใหญ่ที่การปีนขึ้นไปที่กล้องแต่ละตัวเพื่อปรับเลนส์นั้นทำได้ยาก เลนส์ปรับโฟกัสอัตโนมัติสมัยใหม่หลายตัวมี ระบบ โฟกัสอัตโนมัติที่ช่วยคืนความคมชัดของภาพโดยอัตโนมัติทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนแปลงความยาวโฟกัส ซึ่งเลียนแบบพฤติกรรมของเลนส์ปรับโฟกัสในระหว่างการใช้งานปกติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ยังคงโครงสร้างทางแสงแบบปรับโฟกัสอัตโนมัติที่ง่ายและราคาถูกกว่าไว้[ 12 ]
แอปพลิเคชัน
การถ่ายภาพสำหรับผู้บริโภคและมืออาชีพ
ในกล้องคอมแพคแบบพกพาและกล้องมิเรอร์เลส หลายรุ่น เลนส์ "ซูม" ที่มาพร้อมกับกล้องมักจะเป็นเลนส์แบบปรับโฟกัสได้ (varifocal) มากกว่าเลนส์แบบปรับโฟกัสคงที่ (parfocal) ระบบ ออโตโฟกัสจะชดเชยการเปลี่ยนแปลงโฟกัสที่เกิดขึ้นระหว่างการซูม ดังนั้นผู้ใช้ส่วนใหญ่จึงมองไม่เห็นความแตกต่างในระหว่างการถ่ายภาพนิ่ง ข้อเสียเปรียบในทางปฏิบัติจะเห็นได้ชัดเจนในการถ่ายวิดีโอ : วัตถุที่กำลังถ่ายทำในขณะที่ระยะโฟกัสเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง (เช่น การซูม) จะสูญเสียความคมชัดไปชั่วขณะขณะที่ระบบออโตโฟกัสพยายามหาจุดโฟกัสใหม่ ซึ่งเป็นปัญหาที่ไม่เกิดขึ้นกับเลนส์แบบปรับโฟกัสคงที่ อย่าง แท้จริง
ระบบกล้องวงจรปิดและระบบรักษาความปลอดภัย
เลนส์ปรับโฟกัสได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน การติดตั้ง กล้องวงจรปิดและกล้อง IPเนื่องจากเลนส์รุ่นเดียวสามารถรองรับสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การครอบคลุมมุมกว้างของพื้นที่เปิดโล่งขนาดใหญ่ เช่น ลานจอดรถหรือโกดัง ไปจนถึงมุมมอง ที่แคบลง ซึ่งเน้นไปที่จุดทางเข้าหรือจุดชำระเงินโดยเฉพาะ ช่วงความยาวโฟกัสทั่วไปสำหรับกล้องรักษาความปลอดภัยมีช่วงประมาณ 2.8–12 มม. สำหรับการใช้งานภายใน/ภายนอกอาคารทั่วไป และสูงถึง 4.5–60 มม. หรือมากกว่านั้นสำหรับการใช้งานระยะไกล เช่นการจดจำป้ายทะเบียนรถ [ 13 ] ความสามารถในการซูมแบบออปติคอลที่มีความละเอียดสูง ซึ่งแตกต่างจากการซูมแบบดิจิทัล (ซึ่งทำให้คุณภาพของภาพลดลงโดยการประมาณค่าพิกเซล) ทำให้เลนส์ปรับโฟกัสได้มีคุณค่าอย่างยิ่งเมื่อต้องบันทึกรายละเอียดปลีกย่อย เช่น ลักษณะใบหน้าหรือป้ายทะเบียนรถ[ 14 ]
ระบบวิชั่นสำหรับเครื่องจักรและการตรวจสอบทางอุตสาหกรรม
ใน ระบบ การมองเห็นด้วยเครื่องจักรเลนส์ปรับโฟกัสได้ช่วยให้การติดตั้งกล้องเพียงตัวเดียวสามารถรองรับวัตถุที่มีขนาดแตกต่างกัน หรือนำไปใช้งานใหม่ในขั้นตอนต่างๆ ของสายการผลิตโดยไม่ต้องเปลี่ยนเลนส์จริง ในการใช้งานเช่น สายการตรวจสอบหลายขั้นตอน สถานีประกอบหุ่นยนต์ หรือแท่นตรวจสอบแบบหมุน ซึ่งระยะทางหรือขนาดของวัตถุที่กำลังถ่ายภาพอาจเปลี่ยนแปลงบ่อยครั้ง ความสามารถในการปรับมุมมองภาพทางอิเล็กทรอนิกส์จะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานอย่างมาก[ 15 ]โครงสร้างเลนส์ประกอบด้วยกลุ่มขององค์ประกอบที่เคลื่อนที่ไปตามแกนแสง ทำให้สามารถเปลี่ยนมุมมองภาพตามขนาดและระยะทางของวัตถุได้ การปรับโฟกัสสามารถทำได้ด้วยตนเองหรือทางอิเล็กทรอนิกส์ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของระบบ
จอแสดงผลเสมือนจริง
นอกเหนือจากการจับภาพแล้ว เทคโนโลยีเลนส์ปรับโฟกัสได้ถูกนำไปใช้กับการแสดงภาพในชุดหูฟังเสมือนจริง (VR) ระบบแสดงผลแบบปรับโฟกัสจะปรับระยะโฟกัสของภาพที่แสดงให้ตรงกับระยะห่างของวัตถุเสมือนที่แสดง ซึ่งอาจช่วยลด ความขัดแย้งระหว่างการรวมสายตาและการปรับโฟกัสที่ทำให้เกิดอาการเมื่อยล้าทางสายตาในชุดหูฟัง VR ทั่วไปMeta's Reality Labs ได้สาธิตต้นแบบ VR แบบปรับโฟกัสได้ — ชุดหูฟัง Half Dome — โดยใช้หลักการนี้[ 16 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- "คำศัพท์เกี่ยวกับเลนส์" . บริษัท โทคินา อินดัสเทรียล จำกัด . เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 12 กุมภาพันธ์ 2547 . เรียกดูเมื่อ18 พฤศจิกายน 2550 .