หลักการทำงานของแว่นขยาย

แว่นขยาย จะเป็นเรื่องของเลนส์นูนที่มีชื่อภาษาอังกฤษว่า Convex Lens โดยจะมีรูปร่างเหมือนในรูปด้านบน ซึ่งเลนส์นูนรูปร่างแบบนี้ เราจะเห็นได้ในอุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้สำหรับขยายภาพการมองเห็นต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นแว่นขยาย โคมไฟแว่นขยาย กล้องจุลทรรศน์ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้จะมีเลนส์นูนเป็นตัวแปรสำคัญในการขยายภาพ โดยจะสามารถขยายภาพได้มากน้อยเท่าใดนั้น ขึ้นอยู่กับ จำนวนเลนส์นูน และความหนาของเลนส์ที่ใช้ด้วย

การทำงานเลนส์นูน ทำให้เกิดการขยายภาพของแว่นขยาย

เรามาดูความหมายที่สำคัญในเรื่องของเลนส์นูนกันก่อนนะครับ

1.เมื่อแสง(จากวัตถุ)เดินทางผ่านเลนส์นูน จะเห็นว่าแสงในทุกๆเส้นจะถูกรวมตัวกันไว้ที่ Focal point หรือจุดโฟกัส 

2.โดยแสงในทุกๆเส้นที่เมื่อผ่านเลนส์นูนมาแล้ว และกำลังเดินทางก่อนที่จะเดินมาถึงจุดโฟกัส จะถูกเรียกว่า Focal length (ความยาวโฟกัส)  

ระยะ Focal Length ตรงนี้แหละครับ ที่เราจะสามารถมองเห็นวัตถุได้เป็นภาพเสมือนหัวตั้ง (ใช้กับพวกแว่นขยายหรือกล้องจุลทรรศน์)

เราลองมาดูความสัมพันธ์ของหลักการขยายภาพวัตถุกัน

u  คือ ระยะห่างระหว่างวัตถุกับเลนส์

F คือ ระยะโฟกัส(ระยะชัดของภาพ) โดยในที่นี่เราจะหมายถึง ระยะระหว่างเลนส์นูนกับฉากรับภาพหรือก็คือสายตาของเรานั่นเอง  (F ที่อยู่ด้านขวา)

เปรียบเทียบความสัมพันธ์ให้เห็นภาพกัน

คราวนี้เราลองมาดูรูปแบบของกล้องส่องดูดาวกัน

• จะเห็นว่าวัตถุ(ดวงดาว)อยู่ห่างจากเลนส์นูน(ที่ติดอยู่ตรงปลายกล้องส่องดูดาว)มากๆๆๆๆๆๆๆ ซึ่งก็คือค่า u
• ส่วนระยะระหว่างเลนส์นูน กับดวงตาที่รับภาพของเรา ก็คือ ความยาวของตัวกล้องส่องดูดาว ซึ่งจะแทนเป็นค่า f

ภาพที่ได้จากการมองผ่านกล้องส่องดูดาว เราจะเห็นเป็นภาพจริงหัวกลับ เนื่องจากระยะของ u > f มากๆๆๆ

ดังนั้นผมขอสรุปให้เข้าใจง่ายๆเลยนะครับ เมื่อแสงถ้าผ่านเลนส์นูนไปแล้ว ยังไงภาพที่ได้ก็จะขยายแน่นอน ขึ้นอยู่กับว่า ภาพมีกำลังขยายมากขึ้น หรือ พื้นที่มุมองในการเห็นมีขนาดขยายใหญ่ขึ้น ซึ่งทั้งสองรูปแบบจะอยู่ที่ว่าวัตถุที่เราจะมองอยู่ห่างจากเลนส์นูนมากน้อยเพียงใด

• ถ้าวัตถุอยู่ใกล้ๆเลนส์นูน ก็จะเป็นการขยายภาพในระยะใกล้ สามารถเห็นรายละเอียดของภาพที่มีการขยาย Magnification ได้มากขึ้น ซึ่งก็คือหลักการของแว่นขยาย
• ถ้าวัตถุอยู่ไกลจากเลนส์นูนมากๆ  ก็จะเป็นการขยายมุมมองของภาพ Field of View ที่มีการดึงภาพจากที่ไกลๆมาให้เราได้ดูกันใกล้ๆ ซึ่งก็คือ หลักการของกล้องส่องดูดาว

แต่ในที่นี้เราจะมาเน้นเฉพาะในเรื่องของหลักการทำงานของแว่นขยาย โดยใช้เลนส์นูนกันนะครับ

จากหลักการของเลนส์นูน ที่ว่าสามารถทำให้เกิดการขยายภาพได้แล้ว จึงมีคำถามว่า ถ้าอยากให้ภาพที่ขยายต้องการจะขยายภาพได้มากกว่าปกติจากการใช้เลนส์นูนในตอนแรกแล้ว เราจะสามารถทำได้ไหม แน่นอนครับสามารถทำได้โดยการใช้ เลนส์นูนซ้อนเข้าไปอีกชั้นนึง ทำให้เกิดภาพที่ได้จากการรวมแสงที่ผ่านเลนส์นูนถึงสองชั้น หรือแม้กระทั่งต้องการกำลังขยายที่มากๆ ก็สามารถซ้อนไปถึง 3 ชั้นเลยก็ได้

อย่างที่เราเห็นกันประจำในกล้องจุลทรรศน์หรือกล้องไมโครสโคปที่มีทั้งเลนส์ใกล้ตา Eyepiece(Eye Lens) , เลนส์ใกล้วัตถุ (Objective Lens) และถ้าต้องการจะเพิ่มกำลังขยาย ก็ยังมี Optional Len เสริมเข้าไปอีก ซึ่งการซ้อนเลนส์ลักษณะนี้ก็จะเป็นหลักการทำงานของแว่นขยาย โดยการใช้เลนส์นูนนั่นเอง

 สรุปหลักการทำงานของแว่นขยาย จะใช้เลนส์นูนในการรวมแสง เพื่อทำให้เราสามารถมองเห็นภาพที่มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ โดยภาพที่ได้จะเป็นภาพเสมือนหัวตั้ง และนอกจากนี้ถ้าต้องการกำลังขยายที่มากขึ้นไปอีกก็สามารถใช้เลนส์นูนมาซ้อนเสริมเพื่อเพิ่มกำลังขยายให้มากขึ้นได้