หลักการทำงานของเลนส์เหลวและข้อแตกต่างจากเลนส์แบบธรรมดา

เลนส์เหลวคือ การออกแบบ การออกแบบโดยได้รับแรงบันดาลใจจากหลักการทางชีวภาพ มีความคล้ายคลึงกับเลนส์แก้วตาของมนุษย์อย่างน่าทึ่ง เปรียบเสมือนดวงตาของมนุษย์ที่ใช้กล้ามเนื้อซิลิแอรีในการควบคุมกำลังขยายของเลนส์เพื่อการโฟกัส ด้วยหลักการเดียวกัน เลนส์เหลวทำงานโดยการปิดผนึกของเหลวทางแสงไว้ภายในเยื่อหุ้มโพลิเมอร์ที่ยืดหยุ่น เมื่อมีกระแสไฟฟ้าเข้ามา จะเกิดแรงดันภายในระบบปิดนี้ ทำให้รูปทรงของเยื่อหุ้มเปลี่ยนไป และสามารถปรับโฟกัสได้ในเวลาอันรวดเร็ว

หนึ่งในเทคนิคการผลิตเลนส์ของเหลวที่พบได้บ่อยคือวิธี "อิเล็กโทรเวตติ้ง (electrowetting)" เทคนิคนี้จำเป็นต้องใช้ของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถรวมกันได้ เช่นเดียวกับน้ำมันและน้ำ เมื่อของเหลวทั้งสองสัมผัสกัน พื้นผิวโค้งที่เกิดขึ้นระหว่างพวกมันจะทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบทางแสง และทำหน้าที่เสมือนเลนส์ โดยการประจุกระแสไฟฟ้าเข้าไป จะช่วยปรับรัศมีของพื้นผิวทางแสงนี้ (ผ่านแรงดันไฟฟ้าสถิตที่เพิ่มขึ้น) ซึ่งส่งผลให้ความโค้งของ "เลนส์" เปลี่ยนแปลงไป

ยิ่งไปกว่านั้น แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นจะสร้างความโค้งที่มากขึ้น ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความยาวโฟกัสของเลนส์ ที่น่าประหลาดใจคือ เลนส์ของเหลว (บางครั้งเรียกว่าเลนส์ปรับได้ด้วยไฟฟ้า หรือ "เลนส์อัจฉริยะ") สามารถเปลี่ยนผ่านระหว่างโครงสร้างแบบนูนและเว้าได้ ความสามารถในการปรับตัวอย่างรวดเร็วนี้ทำให้เลนส์เหล่านี้มีคุณค่ามหาศาลในหลากหลายการใช้งาน ด้วยความสามารถในการโฟกัสจากวัตถุที่อยู่ใกล้มากจนถึงระยะอนันต์ภายในเสี้ยววินาที ทำให้เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องมีการปรับระยะห่างอย่างต่อเนื่อง เช่น การตรวจสอบวัตถุที่มีขนาดแตกต่างกัน หรืออยู่ห่างจากเลนส์เป็นระยะต่างๆ เลนส์ของเหลวแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายในการใช้งานที่เหนือกว่าเลนส์ทั่วไป

เมื่อเทียบกับเลนส์แบบดั้งเดิม เลนส์ของเหลวมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนดังต่อไปนี้:

ความเร็วในการโฟกัส:

 เลนส์ของเหลว: ให้โฟกัสอัตโนมัติอย่างรวดเร็วด้วยความเร็วระดับมิลลิวินาที เลียนแบบความสามารถในการปรับตัวของดวงตาคนต่อสภาพและระยะทางที่เปลี่ยนแปลง ระบบเหมาะสำหรับการใช้งานที่ความเร็วสูง เช่น การจับภาพวัตถุที่เคลื่อนที่เร็ว หรือการถ่ายภาพในกระบวนการผลิตภาคอุตสาหกรรม โดยสามารถให้อัตราการจับภาพที่ประสบความสำเร็จเกือบ 100%

เลนส์แบบ conventional: พึ่งพาชิ้นส่วนกลไก (เช่น มอเตอร์และเฟือง) เพื่อขยับองค์ประกอบเลนส์เพื่อปรับโฟกัส ความเร็วในการโฟกัสค่อนข้างช้ากว่า โดยเฉพาะเมื่อใช้โหมด autofocus ต่อเนื่อง หรือขณะซูมอย่างรวดเร็ว กลไกที่สึกหรอตามกาลเวลาอาจทำให้การโฟกัสคลาดเคลื่อน และประสิทธิภาพการสร้างภาพลดลง

การออกแบบกลไกซูม:

 เลนส์ของเหลว: ปรับความยาวโฟกัสโดยการเปลี่ยนรูปทรงของของเหลวภายในหรือควบคุมแรงดัน – โดยไม่จำเป็นต้องขยับชิ้นส่วนทางกายภาพ สิ่งนี้ช่วยให้ครอบคลุมช่วงซูมได้กว้างขึ้น และทำ optical zoom ที่กำลังขยายสูงได้ สามารถควบคุมความยาวโฟกัสได้อย่างแม่นยำผ่านการปรับแรงดันไฟฟ้า

 เลนส์แบบ conventional: ใช้ชุดเลนส์หลายองค์ประกอบที่เคลื่อนที่ทางกลตามแนวเส้นทางแสง สถาปัตยกรรมที่ซับซ้อนนี้ก่อให้เกิดข้อจำกัดด้านโครงสร้าง จำกัดระยะซูมและความแม่นยำในขณะที่เพิ่มความซับซ้อนในการออกแบบ

ประสิทธิภาพการใช้พื้นที่:

เลนส์ของเหลว: มีโครงสร้างที่เรียบง่ายโดยธรรมชาติปราศจากชิ้นส่วนเครื่องจักรขนาดใหญ่ ส่งผลให้มีขนาดเล็กลงมาก ข้อได้เปรียบนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่บางเฉียบเช่นสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ช่วยลดการยื่นออกของกล้องและทำให้ออกแบบทางอุตสาหกรรมมีความล้ำสมัยมากขึ้น

เลนส์แบบ conventional: ต้องการพื้นที่มากเนื่องจากประกอบด้วยหลายชิ้นส่วนทางแสงและระบบขับเคลื่อนเชิงกล จึงไม่เหมาะสำหรับการประยุกต์ใช้งานที่จำกัดด้านพื้นที่

ความทนทานและความน่าเชื่อถือ

เลนส์ของเหลว: กำจัดการสึกหรอทางกลทั้งหมด เนื่องจากกระบวนการโฟกัสอาศัยหลักพลศาสตร์ของไหล ด้วยเหตุนี้จึงมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า ในขณะเดียวกันยังคงไว้ซึ่งความเสถียรและความน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนาน

เลนส์แบบ conventional: ประสบกับการเสื่อมสภาพทางกลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ (การสึกหรอและการคลายตัว) ตามกาลเวลา จำเป็นต้องบำรุงรักษาเป็นประจำเพื่อรักษาประสิทธิภาพทางแสงและป้องกันการเกิดความล้มเหลวก่อนวัย

ต้นทุนการผลิต:

เลนส์ของเหลว: ทำให้กระบวนการผลิตง่ายขึ้นโดยการกำจัดขั้นตอนการกลึงความแม่นยำสูงและการประกอบที่ซับซ้อน ใช้วัสดุที่ประหยัดได้ เช่น ของเหลวสำหรับใช้ในทางแสง ช่วยลดต้นทุนได้มาก โดยเฉพาะในกรณีของการผลิตจำนวนมาก

เลนส์แบบ conventional: ต้องใช้เทคนิคการผลิตที่มีความแม่นยำสูงและวัสดุที่มีราคาแพง (แก้ว/พลาสติกชนิดพิเศษสำหรับงานด้านแสง) การออกแบบที่ละเอียดซับซ้อนของชิ้นงานเพิ่มระดับความยากและความใช้จ่ายในการผลิตอย่างมาก

ประสิทธิภาพแสง:

เลนส์ของเหลว: ปรับเปลี่ยนค่าดัชนีหักเหและคุณสมบัติการกระจายตัวแบบไดนามิกในของเหลวสำหรับใช้ในทางแสง ความสามารถในการปรับตัวได้นี้มอบคุณสมบัติทางแสงที่ยอดเยี่ยมกว่ารวมถึงการส่งผ่านแสงที่ดีขึ้นและค่าการกระจายตัวต่ำมาก ซึ่งส่งผลให้คุณภาพของภาพสูงขึ้น

เลนส์แบบ conventional: มีคุณสมบัติการหักเหของแสงที่คงที่ ซึ่งถูกกำหนดไว้ตั้งแต่ขั้นตอนการผลิต เมื่อวัสดุและรูปทรงของเลนส์ถูกกำหนดแล้ว พฤติกรรมการกระจายแสงและความสามารถในการส่งผ่านแสงจะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

ทั้งหมดข้างต้นคือความแตกต่างระหว่างเลนส์แบบเหลวกับเลนส์ธรรมดา ขอขอบคุณและรอคอยการสนับสนุนจากท่าน