Lens Clock: หลักการทำงาน วิธีการใช้ และ การนำไปใช้ประโยชน์

25 มิถุนายน 2563

Lens clock หรือที่เรียกกันทั่วไปว่านาฬิกาวัดโค้งเลนส์ เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับช่างแว่นตา ส่วนใหญ่ใช้สำหรับในการหาค่าของ Base curve หรือความโค้งด้านหน้าของเลนส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการประกอบกรอบแว่นตาที่มีความโค้งสูงๆ เช่น กรอบแว่นตาสำหรับกิจกรรมกลางแจ้ง หรือกรอบแว่นตาโลหะที่มีความเป็นสปริง หรือกรอบแว่นตาพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นสูง เป็นต้น บทความนี้เรามาดูกันว่านอกจากที่กล่าวข้างต้นแล้ว ประโยชน์ของ Lens clock ยังมีอะไรอีกบ้างและวิธีการใช้งานที่ถูกต้องนั้นเป็นอย่างไร

การกำหนดความโค้งของเลนส์คู่ใหม่ที่ต้องการในกรอบแว่นตาเหล่านี้ จึงมีความจำเป็นเพื่อให้เลนส์ที่ได้มามีความโค้งที่เหมาะสม สามารถที่จะฝนและประกอบลงบนกรอบแว่นตาได้พอดีและมีความสวยงาม ไม่จำเป็นต้องมาทำการดัดกรอบแว่นตาในภายหลัง ซึ่งอาจทำได้ค่อนข้างยากและอาจทำให้กรอบแว่นตาสูญเสียคุณสมบัติของวัสดุได้ หรือในกรณีที่ต้องการเปลี่ยนเลนส์คู่ใหม่บนกรอบแว่นตาอันเดิม และต้องการให้ได้ Base curve เท่ากับเลนส์คู่เดิมเพื่อลดเวลาในการปรับตัวให้เข้ากับเลนส์คู่ใหม่ เป็นต้น

หลักการทำงานของ Lens clock
Lens clock ทำงานโดยอาศัยการวัดค่า Sagitta หรือค่า Sag ของเลนส์ ซึ่งเป็นขนาดของความโค้งหรือความลึกของผิวเลนส์ในแต่ละด้าน แล้วจึงนำค่า Sag นั้นมาทำการคำนวณให้มาเป็นกำลังผิวของโค้งด้านนั้นๆ เครื่องวัด Lens clock มีด้วยกันสามขา โดยที่มีขาตรงกลางสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้ เป็นตัวใช้สำหรับวัด  Sag ของเลนส์ ส่วนสองขาด้านข้างที่เหลือเป็นขาที่อยู่กับที่ มีไว้สำหรับเป็นตัวเทียบความต่างกับขากลางที่เคลื่อนที่ ค่า Sag ที่ได้เมื่อนำไปคำนวณร่วมกับดัชนีหักเหแสงของวัสดุเลนส์ก็จะได้ออกมาเป็นค่ากำลังของผิวโค้งด้านนั้นๆ และนำค่า Sag ต่างๆ ที่วัดได้มาคำนวณเป็นค่ากำลังเลนส์ แล้วนำค่ากำลังผิวโค้งมาทำเป็นสเกลในลักษณะวงกลมหน้าปัดนาฬิกาในแต่ละดัชนีหักเหแสงของวัสดุต่างๆ
สูตรในการคำนวณค่า Sag, s
    r2 = y2 + (r - s)2               
    r = (y2 / 2s) + (s / 2)       
    r = y2 / 2s        เมื่อ s มีค่าน้อยๆ ดังนั้น s / 2 จึงเข้าใกล้ศูนย์

สูตรในการคำนวณหากำลังผิวโค้งบนเลนส์แว่นตา
    F = (n - 1) / r           

ชนิดของ Lens clock
Lens clock ที่เห็นมีใช้กันอยู่ทั่วไปจะมีอยู่ 2 รูปแบบ
1.    มี 1 สเกล โดยอ้างอิงค่าดัชนีหักเหที่ 1.53 ซึ่งเทียบเคียงกับดัชนีหักเหของเลนส์กระจกที่ 1.523 ซึ่งปัจจุบันมีใช้น้อยมาก Lens clock ชนิดนี้ค่าที่วัดได้จะต้องทำการคำนวณตามดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่เราต้องการใช้อีกครั้งจึงจะได้ค่า Base curve ที่ถูกต้อง  
2.    มี 2 สเกล อ้างอิงค่าดัชนีหักเหแสงที่ 1.49 และ 1.60 ซึ่งเครื่องวัดชนิดนี้สามารถใช้วัดและอ่านค่า Base curve ได้โดยตรงบนสเกลสำหรับเลนส์ดัชนีหักเหแสง 1.49 และ 1.60 ตามที่ต้องการ หากเป็นเลนส์ดัชนีหักเหแสงอื่นๆ เช่น 1.59, 1.67 จะต้องทำการคำนวณเปลี่ยนค่าอีกครั้ง
ประโยชน์ในการใช้ค่า Base curve ของเลนส์
1.    ใช้เพื่อสั่งเลนส์คู่ใหม่ที่มี Base curve เท่าเดิมทดแทนลงบนกรอบแว่นตาเดิม
2.    ใช้เพื่อสั่งเลนส์ให้ได้ Base curve เหมาะสมกับกรอบแว่นตาคู่ใหม่
3.    ใช้เพื่อคำนวณหาค่ามุมโค้งหน้าแว่นสำหรับชดเชย Decentration
4.    ใช้เพื่อหาค่ากำลังเลนส์
5.    อื่นๆ เช่น aniseikonia lens

วิธีการใช้ Lens clock วัดหาค่า Base curve ของเลนส์
Lens clock ใช้ในการหาค่า Base curve ของเลนส์ที่มีโครงสร้าง Sphere ได้ดี ส่วนเลนส์ที่มีโครงสร้าง Ashpere นั้น ถ้าเป็นเลนส์สต็อคส่วนใหญ่จะมี Base curve ที่ค่อนข้างแบน แต่ถ้าเป็นเลนส์ขัดแล็ปสามารถสั่งให้ขัด Base curve ตามที่ต้องการได้

Lens clock จะมีสเกลสองด้าน ด้านหนึ่งเป็นสเกลบวกและอีกด้านหนึ่งเป็นสเกลลบ สเกลบวกจะเป็นกำลังของผิวโค้งที่นูน (Convex surface) เช่น ผิวโค้งด้านหน้าของเลนส์หรือ Base Curve ส่วนสเกลด้านลบจะเป็นกำลังของผิวโค้งที่เว้า (Concave surface) เช่น ด้านหลังของเลนส์ลบ โดยเข็มจะเริ่มหมุนจากด้านสเกลลบไปทางด้านสเกลบวก และจะอ่านค่าได้เป็นศูนย์เมื่อวัดบนพื้นผิวเรียบ เช่น กระจก ใช้สำหรับการสอบเทียบเครื่องวัดก่อนใช้งาน

การใช้ Lens clock หาค่า Base curve ไม่จำเป็นต้องทราบดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่เราวัด เพราะเราจะวัดค่า Sag ของเลนส์ชิ้นนั้นๆ เท่านั้น เพื่อที่จะนำค่าที่วัดได้ไปคำนวณหาค่าเลนส์ชิ้นใหม่ที่มี Sag หรือมีรัศมีความโค้งเท่ากับเลนส์ที่เราวัดเท่านั้น แต่ Sag ที่เท่ากันนั้นหากเลนส์มีดัชนีหักเหแสงที่ต่างกันก็จะให้ค่า Base curve ที่ต่างกัน ดังนั้นทุกครั้งที่ใช้ Lens curve จึงจำเป็นต้องใช้ค่าของดัชนีหักเหแสงของเลนส์คู่ใหม่ที่ต้องการเสมอโดยไม่คำนึงถึงดัชนีหักเหแสงของเลนส์เดิม ดังนั้นการอ่านค่าบนสเกลจึงต้องเลือกให้ตรงกับดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่ต้องการ และหากไม่มีสเกลดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่ต้องการ ก็จำเป็นต้องทำการคำนวณเทียบค่าเพื่อให้ได้ค่าบนดัชนีหักเหแสงที่ต้องการอีกครั้ง

วิธีการใช้งาน Lens clock 
1.    ทำการสอบเทียบโดยวางเครื่องบนพื้นผิวเรียบ กดลงเล็กน้อย สังเกตสเกลต้องอยู่ที่ 0 เสมอ
2.    หากเป็นการวัดบนเลนส์ใช้งานจริงให้หาพลาสติกบางๆ มาวางรองกันผิวเลนส์เป็นรอย
3.    วางให้ขาทั้งสามแตะบริเวณกึ่งกลางกรอบแว่นตาตามแนวนอน หากเป็นเลนส์ที่มีค่าสายตาให้วางผ่านตำแหน่ง Optical center ของเลนส์
4.    ให้ตัวเครื่องตั้งฉากกับผิวเลนส์ขณะทำการวัดเสมอ
5.    กดตัวเครื่องลงเล็กน้อยตัวเข็มที่หน้าปัดจะหมุนจากด้านลบไปบวกและหยุดนิ่ง
6.    อ่านค่าบนสเกล (หนึ่งขีดเท่ากับ 0.25D) ที่ได้
7.    ทำการจดบันทึกค่าพร้อมตัวเลขดัชนีหักเหแสงบนสเกลที่ใช้
8.    ในกรณีที่เครื่องมีสองสเกลให้อ่านสเกลของดัชนีหักเหแสงที่ตรงกับเลนส์คู่ใหม่ที่ต้องการ ถ้าไม่มีให้เลือกสเกลใดสเกลหนึ่ง
9.    ในกรณีที่เป็นเลนส์สองชั้น ให้วางสามขาชิดเส้นแบ่งด้านบนพื้นที่ของส่วนมองไกล

การเทียบค่า Base curve สำหรับเลนส์ดัชนีหักเหแสงที่ต่างกัน
สูตรการคำนวณเทียบค่า Base curve ตามดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่ต้องการ
    BC index     = (n2 - 1) * (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัด) / (n1 - 1)   
                                                    BC index    Base curve เลนส์ดัชนีหักเหแสงคู่ใหม่ที่ต้องการ
                                                    n1    ค่าดัชนีหักเหแสงที่อ่านค่าได้บนเครื่อง
                                                    n2    ค่าดัชนีหักเหแสงของเลนส์คู่ใหม่ที่ต้องการ
                                                                                   
ตัวอย่างที่ 1 ต้องการสั่งเลนส์ดัชนีหักเห 1.60 ด้วย Base curve ที่เท่าเดิม
-    เครื่องสเกลดัชนีหักเหแสง 1.53 อ่านได้ +5.25 D
    BC index    = (n2 - 1) * (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัด) / (n1 - 1)       
    BC 1.60      = (1.60 - 1) * (+5.25) / (1.53 - 1)
            = +5.94 D
-    ทำการสั่งเลนส์ดัชนีหักเหแสง 1.60 ที่มี Base curve +6.00 D

ตัวอย่างที่ 2 ต้องการสั่งเลนส์ใหม่มาใส่บนกรอบแว่นตา ic! berlin ด้วยวัสดุโพลีคาร์บอเนต
-    เลนส์ Polycarbonate มีดัชนีหักเหแสง1.59 เมื่อวัด glazed lens บนกรอบแว่นตาด้วย Lens clock บนสเกล 1.53 อ่านค่าได้ +6.50 D
    BC index    = (n2 - 1) * (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องวัด) / (n1 - 1)   
    BC 1.59      = (1.59 - 1) * (+6.50) / (1.53 - 1)
                       = +7.24 D
-    ทำการสั่งเลนส์ Polycarbonate ที่มี Base curve +7.25 D

การใช้ Lens clock เพื่อหาค่ากำลังบนเลนส์
นอกจากที่กล่าวมาแล้ว Lens clock ยังสามารถใช้ในการหากำลังบนเลนส์ค่าสายตาได้อีกด้วย เราทราบแล้วว่าค่ากำลังของเลนส์แว่นตาเกิดจากผลรวมของกำลังผิวโค้งด้านหน้าและผิวโค้งด้านหลังของเลนส์ ดังนั้นหากเราทราบค่า Base curve ของผิวโค้งด้านหน้า ด้านหลัง และดัชนีหักเหแสงของเลนส์ที่วัด เราก็พอจะสามารถหาค่ากำลังเลนส์คู่นั้นได้เช่นกัน

ในกรณีที่เป็นเลนส์มีเอียงร่วม (Spherocylinder lens) ที่ผิวโค้งด้านหลังจะมีมากกว่าหนึ่งโค้ง จำเป็นต้องวัดค่า Base curve ในแต่ละแกนองศาเพื่อหาค่ากำลังสูงสุดและต่ำสุด และนำค่าที่ได้ทั้งหมดไปเขียนและรวมกันบน Optical cross จากนั้นจึงนำค่าที่ได้บน Optical cross มาเขียนเป็นค่ากำลังเลนส์อีกทีหนึ่ง

ตัวอย่างที่ 1
เลนส์ชิ้นหนึ่งวัด Base curve ด้านหน้าได้ +6.00 D และ Base curve ด้านหลังได้ -8.00 D บนสเกลดัชนีหักเหแสง 1.49 และเลนส์มีดัชนีหักเหแสง 1.49
    ค่ากำลังเลนส์    = F หน้า + F หลัง
            = +6.00 + (-8.00)
            = -2.00 D

Lens clock นับว่าเป็นอุปกรณ์หนึ่งที่จำเป็นในการใช้งานสำหรับช่างแว่นตา การใช้งานในบางกรณีอาจจะซับซ้อนบ้าง การนำค่า Base curve มาใช้ประโยชน์นอกจากการเลือกโค้งเลนส์ที่เหมาะสมกับกรอบแว่นตาแล้ว ยังสามารถนำค่า Base curve มาหามุมโค้งหน้าแว่นตาที่เหมาะสมเพื่อชดเชยในกรณีของ Decentration ทำให้ได้แว่นตาที่ดี

สุดท้ายหวังว่าบทความนี้จะทำให้มีการนำ Lens clock หรือนาฬิกาวัดโค้งไปใช้ได้อย่างถูกต้องและมีประโยชน์มากยิ่งขึ้น



 วิชัย ลัคนาทิน
 นักทัศนมาตร