เรื่องความคลาดสี การแก้หรือลด ความคลาดสี Chromatic Aberration

เรื่องของความคลาดสีคุยกันมานานนมเน…นักถ่ายภาพที่คร่ำหวอดกับการถ่ายภาพส่วนใหญ่จะเข้าใจกันดี แต่สำหรับนักถ่ายภาพรุ่นใหม่ๆ หลายคนรู้จัก แต่ก็มีอีกหลายต่อหลายคนที่อาจจะรู้จักแต่ยังไม่เข้าใจ วันนี้เรามาทำความเข้าใจกันอย่างชาวบ้านๆ กันดูนะครับ 

หลายคนคงได้ยินเรื่องการถ่ายภาพแล้วภาพที่ได้…มีขอบม่วง ขอบเขียว กันมาบ้างหรือเปล่า….แล้วอาการในภาพมันเป็นอย่างไร…อธิบายสั้นๆ ว่า…อาการนี้คือ…อาการที่เกิดการเหลือบสีขึ้นที่บริเวณขอบวัตถุที่ถ่ายภาพ มักจะเกิดที่บริเวณขอบภาพ จะเห็นได้ชัดเมื่อทำการขยายภาพใหญ่ มักจะเกิดในเลนส์เทเลโฟโต้ ซึ่งในเลนส์มุมกว้างก็มีโอกาสเกิดได้เหมือนกัน…

แล้วอาการนี้มันเกิดขึ้นได้อย่างไร…ตอบแบบง่ายๆ ก็คือ…เกิดจากการที่แสงแยกออกเป็น Spectrum ของสีเมื่อผ่านเลนส์ เป็นแสง Red Green Blue (RGB) เพื่อให้เห็นภาพความชัดเจนของเรื่องนี้ เรามาลองคิดเล่นๆ ดู…

ผมเชื่อว่าสมัยเป็นนักเรียน พวกเราคงเคยเล่นแท่งแก้วปริซึมล้อกับแสงแดดมากันบ้าง ซึ่งจะเห็นว่าแสงที่ส่องผ่านปริซึมจะเกิดการแตกตัวเป็นสีรุ้ง…อาการแบบนี้แหละที่จะเกิดในภาพถ่ายเมื่อแสงผ่านชิ้นเลนส์ของตัวเลนส์ มักจะเกิดการเหลือบสีบริเวณขอบภาพ เราเรียกอาการนี้ว่า…ความคลาดสี หรือ Chromatic Aberration 

ในเรื่องของความคลาดสี… เป็นที่รู้จักกันมากว่าร้อยปีแล้วตั้งแต่การทำเลนส์ที่ใช้กับกล้องจุลทรรศน์ และมีค้นคว้าพบว่า fluorite มีคุณสมบัติที่ดีในการแก้ปัญหานี้ได้ เนื่องจากมีดัชนีหักเหที่ต่ำมาก ทำให้อาการเหลือบสีแทบจะมองไม่เห็น จึงมีการพัฒนาชิ้นเลนส์ fluorite มาใช้แก้ความคลาดสีในกล้องจุลทรรศน์กันตั้งแต่ปี 1800 กันมาแล้ว แต่สำหรับกล้องถ่ายภาพ อาการคลาดสีในภาพถ่าย แม้จะเป็นอาการที่ไม่พึงประสงค์ แต่การแก้ปัญหาดังกล่าว ก็ใช้หลักการเดียวกัน ด้วยการพัฒนาชิ้นเลนส์ fluorite มาใช้งาน ซึ่งเป็นการพัฒนาในภายหลัง

การแก้ หรือ ลด ความคลาดสี

ความเข้าใจในเรื่องสาเหตุของความคลาดสี ที่เกิดจากการแตกตัวของแสงเมื่อผ่านชิ้นเลนส์เป็น Spectrum ของสี ทำให้เกิดอาการเหลือบสีที่ขอบภาพ และการค้นคว้าที่พบว่า ถ้านำ fluorite ที่เป็นผลึก Crystal นำมาผลิตเลนส์ สามารถแก้ไขปัญหาดังกล่าวได้อย่างมาก ทำให้วิศวกรออกแบบเลนส์สามารถออกแบบเลนส์โดยใช้ ชิ้นเลนส์ที่ผลิตจาก fluorite ซึ่งในธรรมชาติเป็นผลึก crystal มาแก้ปัญหาเรื่องดังกล่าว

Apo Chromatic Lens จัดเป็นเลนส์ที่ถือว่าได้รับการออกแบบทางวิศวกรรม เลนส์ที่สามารถแก้ความคลาดสีได้เป็นอย่างดีด้วยการนำชิ้นเลนส์พิเศษประเภท fluorite มาใช้งาน จำนวนชิ้นขึ้นกับโครงสร้างของเลนส์ และขนาดของเลนส์ที่ถูกออกแบบมาใช้งาน ทำให้อาการเหลือบสีของขอบภาพหายไปเกือบหมด แต่ปัญหาหนึ่งของชิ้นเลนส์ fluorite ก็คือ fluorite ที่เป็นผลึก crystal ในธรรมชาติมีจำนวนน้อย ทำให้มีราคาที่ค่อนข้างสูง จึงทำให้เลนส์ประเภทนี้มีราคาค่อนข้างสูงตามไปด้วย เมื่อมีการผลิตออกมาจำหน่ายในตลาด และยังเป็นปัญหาสำหรับการผลิตเลนส์จำนวนมากๆ 

อย่างไรก็ตามได้มีความพยายามในการพัฒนาคิดค้นหาวิธีที่จะผลิตชิ้นเลนส์ที่เป็น fluorite ในจำนวนมากๆ และมีราคาที่ต่ำลงอย่างต่อเนื่อง และ Canon ก็เป็นผู้หนึ่งที่พยายามคิดค้นหาวิธีการสังเคราะห์ fluorite crystal เพื่อนำมาผลิตชิ้นเลนส์ ด้วยการคิดค้นพัฒนาอย่างต่อเนื่อง จนถึงปี 1960 Canon ก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาสังเคราะห์ fluorite crystal ได้สำเร็จ และได้เริ่มใช้งานกับ ชิ้นเลนส์ fluorite crystal ที่เกิดจากการสังเคราะห์ในเลนส์ FL-F 300 mm. f5.6 ในปี 1969 ในตระกูล FD เลนส์ และยังถูกใช้มาถึงเลนส์ในตระกูล EF ในปัจจุบัน

ED lens & UD lens อย่างไรก็ตามแม้ว่ามีความพยายามในการสังเคราะห์ fluorite crystal นำมาใช้งานได้ก็จริง แต่ถึงกระนั้นก็ยังมีราคาที่ค่อนข้างสูงอยู่ดี ดังนั้นจึงได้มีความพยายามในการพัฒนาชิ้นเลนส์ให้มีคุณภาพที่สูงมากยิ่งขึ้น เพื่อจะใช้แก้ปัญหาในเรื่องความคลาดสี แต่ให้มีราคาที่ต่ำลง จนในที่สุดก็สามารถพัฒนาชิ้นเลนส์ที่มีคุณภาพสูงมากยิ่งขึ้นที่เรียกกันว่าชิ้นเลนส์ ED (Extra Low Dispersion) หรือ ชิ้นเลนส์ UD (Ultra-Low Dispersion) (ในตลาดของเลนส์ อาจจะมีเรียกชื่อต่างออกไปอีก) ชิ้นเลนส์ ED หรือ UD แม้ว่าจะไม่สามารถแก้ปัญหาในเรื่องความคลาดสีได้ดีอย่าง ชิ้นเลนส์ fluorite crystal แต่ก็มีความสามารถในการลดความคลาดสีได้ถึงครึ่งหนึ่งของชิ้นเลนส์แบบ fluorite crystal ทีเดียว การออกแบบเลนส์ให้ใช้ชิ้นเลนส์ ED หรือ UD 2 ชิ้นเลนส์ จึงเทียบเท่ากับการใช้ชิ้นเลนส์ fluorite crystal 1 ชิ้น แต่มีราคาที่ต่ำกว่า

DO lens ความคิดเรื่องการแก้ปัญหาความคลาดสีในปัจจุบันนี้ ได้มีความพยายามในการพัฒนาชิ้นเลนส์ให้สามารถแก้ไขความคลาดสีให้ได้มากที่สุด สูงสุดคือไม่มีความคลาดสีเกิดขึ้นเลย ได้มีความพยายามในการตั้งสมมุติฐานในแก้ปัญหา ด้วยความรู้ที่ว่า แสงจะเกิดการแตกเป็น spectrum สีเป็น R G B ทำให้เกิดการเหลือบสีแดงอมม่วง หรือขอบเหลือบสีเขียวในทิศทางตรงข้าม

ดังนั้นถ้าสร้างชิ้นเลนส์ที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวของ spectrum สีในทางตรงกันข้าม เป็น B G R แล้วให้ผ่านเลนส์ปกติในทิศทางตรงกันข้าม ก็จะเกิดการรวมกลับมาเป็นแสงปกติที่ไม่มีการคลาดสีได้ นั่นคือ สมมุติฐานที่จะให้แก้ปัญหาความคลาดสี Canon เป็นบริษัทที่ให้ความพยายามในการคิดค้นชิ้นเลนส์ที่จะให้ประสิทธิภาพดังกล่าว จนในที่สุดก็ได้พัฒนาชิ้นเลนส์ที่เรียกว่า DO lens (Multi-Layer Diffractive Optical Element) โดยอาศัยหลักการของ Fresnel lens นำมาพัฒนาใช้งาน และถือว่าเป็นนวัตกรรมใหม่ของการผลิตเลนส์ที่จะแก้ปัญหาในเรื่องความคลาดสี โดยได้ทำการผลิตเลนส์รุ่นแรกออกสู่ตลาด ในเลนส์ Super-Telephoto EF 400 mm. f4 DO IS USM ข้อดีของเลนส์ DO ก็คือ สามารถแก้ความคลาดสีได้ดี ทำให้เลนส์มีน้ำหนักเบาขึ้น และมีขนาดที่เล็กลง แต่ปัญหาที่ยังต้องมีการพัฒนาต่อไปก็คือ ในเรื่องความคมชัดของภาพ ที่ยังเป็นรองเลนส์ขนาดเดียวกัน แต่ใช้ชิ้นเลนส์ที่เป็นเทคโนโลยีชิ้นเลนส์แบบ fluorite และ UD ที่ผลิตออกสู่ตลาดที่ให้ภาพที่มีความคมชัดมากกว่า ความนิยมในเรื่องของเลนส์ DO จึงซาๆ ไป แต่ตามสมมุติฐานของการใช้ชิ้นเลนส์ DO ก็ต้องถือว่าเป็นเรื่องที่น่าสนใจ การทำให้เลนส์แก้ความคลาดสีได้  ขนาดเล็กลง น้ำหนักเบาลง ถือว่าเป็นจุดเด่นที่น่าสนใจ สิ่งที่ต้องพัฒนาต่อไปก็คือในเรื่องของความคมชัดเท่านั้นเอง