สายตาคนปกติอย่างเก่งจะเห็นวัตถุเล็กๆ ชัดได้แค่ความหนาของเส้นผมเท่านั้น (ประมาณ 0.1 มิลลิเมตร)

หากอยากดูอะไรที่เล็กกว่านี้ก็ต้องมีอุปกรณ์ช่วย การที่เราเห็นเซียนพระเครื่องและหมอดูลายมือแม่นๆ ใช้แว่นขยายก็เพราะเหตุนี้

แต่ถ้าแว่นขยายธรรมดาเอาไม่อยู่ก็ต้องพึ่งกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ซึ่งช่วยให้เห็นรายละเอียดในระดับ 0.001 มิลลิเมตร (เล็กกว่าความหนาของเส้นผมไปอีก 100 เท่า)

แต่กล้องแบบแสงก็มีข้อจำกัด นั่นคือ ถ้าวัตถุมีพื้นผิวขรุขระ มีเว้ามีนูนเยอะๆ ภาพก็จะชัดเฉพาะในบางบริเวณเท่านั้น

กล่าวคือ หากปรับโฟกัสจนเห็นส่วนนูนชัด ส่วนเว้าก็จะเบลอๆ แต่หากปรับให้ส่วนเว้าชัด ส่วนนูนก็กลับไม่ชัดแทน

ลักษณะแบบนี้เองที่นักวิทยาศาสตร์พูดว่า กล้องจุลทรรศน์แบบแสงมีความชัดลึกต่ำ

คำว่า “ความชัดลึก” ตรงกับภาษาอังกฤษว่า depth of field หรือ depth of focus

กล้องจุลทรรศน์แบบหนึ่งซึ่งให้ความชัดลึกดีกว่าแบบแสง คือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนนิ่ง (Scanning Electron Microscope) ฝรั่งเรียกย่อๆ ว่า SEM ออกเสียงว่า “เอสอีเอ็ม” ตัวย่อ SEM นี้ยังอาจหมายถึงเทคนิคจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนนิ่ง (Scanning Electron Microscopy) ได้อีกด้วย

กล้อง SEM ใช้อนุภาคอิเล็กตรอนแทนแสง โดยเริ่มจากการระดมดึงอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาลออกมาจากแหล่งกำเนิด หรือปืนอิเล็กตรอน (electron gun) ด้วยศักย์ไฟฟ้า จากนั้นก็ใช้ทั้งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเพื่อนำพาอิเล็กตรอนเหล่านี้ไปพุ่งตกกระทบลงบนผิวของวัตถุเป้าหมาย

เมื่อวัตถุโดนกระหน่ำด้วยอิเล็กตรอนก็จะเกิดอันตรกิริยาหลายอย่าง แต่ที่เกี่ยวข้องกับบทความนี้คือ การที่อิเล็กตรอนในเนื้อของวัตถุบางตัวโดนชนจนหลุดกระเด็นออกมาจากผิว และถูกอุปกรณ์ตรวจจับนำไปสร้างเป็นภาพของพื้นผิวให้เราเห็น อิเล็กตรอนที่นำไปสร้างเป็นภาพพื้นผิว เรียกว่า อิเล็กตรอนทุติยภูมิ (secondary electron) หรืออิเล็กตรอนลำดับที่สอง

การที่เรียกเช่นนี้ก็เพราะมองว่า อิเล็กตรอนที่พุ่งเข้าไปชนวัตถุเป็นพวกปฐมภูมิ หรือลำดับที่หนึ่งนั่นเอง

ในการสร้างภาพของบริเวณที่ต้องการ กล้องจะระดมกราดอิเล็กตรอน (ลำดับที่หนึ่ง) เป็นเส้นสั้นๆ หลายเส้นขนานกันไปจนเต็มพื้นที่ พอถึงเส้นล่างสุด ก็ย้อนกลับไปเริ่มกราดตรงเส้นแรกสุดใหม่ แล้วทยอยไล่ลงมาซ้ำแล้วซ้ำอีก

ตามปกติแล้ว ภาพที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นภาพขาว-เทา-ดำ เพราะใช้อุปกรณ์ตรวจจับอิเล็กตรอนลำดับที่สองเพียงตัวเดียว กล่าวคือ ตรงไหนจับสัญญาณได้มาก ภาพก็จะสว่างมาก ตรงไหนจับได้น้อย ภาพก็จะสว่างน้อย

แต่แม้จะเป็นเพียงแค่ภาพขาว-ดำ ก็มีประโยชน์มากมายแล้ว เพราะภาพที่ได้ ‘คม-ชัด-ลึก’ มาก กล่าวคือ มีความชัดลึกสูง น่ารู้ด้วยว่า กล้อง SEM ในปัจจุบันยังคงให้ภาพขาวดำแทบทั้งสิ้น

ในปี ค.ศ.1991 เดวิด ชาร์ฟ (David Scharf) วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ เกิดปิ๊งไอเดียว่า แทนที่จะใช้อุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณเพียงตัวเดียว (ซึ่งทำให้ได้แค่ภาพขาว-ดำ) ทำไมไม่ใช้ 3 ตัว ให้เหมือนแม่สี 3 สี ซึ่งน่าจะได้ภาพที่งดงามกว่าเดิม

เดวิด ชาร์ฟ จึงลงมือดัดแปลงกล้องด้วยความรู้ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ร่ำเรียนมา เพิ่มอุปกรณ์ตรวจจับอิเล็กตรอน หรือดีเทกเตอร์ เข้าไปอีก 2 ตัว โดยสัญญาณที่ได้จากอุปกรณ์ตรวจจับแต่ละตัวจะนำไปใส่สีตามใจชอบ ใช้แม่สี Red, Green และ Blue ในสัดส่วนต่างๆ กัน เสร็จแล้วนำภาพจากอุปกรณ์ทั้ง 3 ตัวมา มารวมกัน และปรับแต่งอีกที

และแล้ว…โลกก็ต้องตะลึงกับผลลัพธ์ เพราะภาพถ่ายด้วยเทคนิคของเดวิด ชาร์ฟ ดูละม้ายคล้ายภาพ 3 มิติ มีแสงเงา และที่สำคัญคือ สีสันแจ่มจรัสอย่างน่าตื่นตาตื่นใจ

เขาเรียกอุปกรณ์นี้ว่า S.E.M. Multi-Detector Color Synthesizer หรือเครื่องสังเคราะห์สีซึ่งใช้อุปกรณ์ตรวจจับหลายตัว สิ่งประดิษฐ์ของเขาได้ร้บสิทธิบัตร U.S. Patent No. 5,212,383 และอื่นๆ

เห็นภาพถ่ายคุณภาพระดับนี้แล้ว คงไม่แปลกใจว่าเหตุใดเขาจึงได้รับเชิญให้ไปโชว์ผลงานในการจัดแสดงทางวิทยาศาสตร์และศิลปะนับครั้งไม่ถ้วน ภาพถ่ายบางภาพของเขา เช่น ภาพยุงสีสันสดใส ยังได้ขึ้นปกของนิตยสาร National Geographic ฉบับ July, 2007 มาแล้ว

จริงๆ แล้ว ก่อนหน้าที่เขาจะดัดแปลงกล้อง SEM ให้มีสีสันนั้น เขายังเคยดัดแปลงกล้องนี้ให้สามารถถ่ายภาพสิ่งมีชีวิต เช่น แมลงหรือพืชขณะที่มันยังมีชีวิตอยู่เป็นคนแรก รวมทั้งยังพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพเคลื่อนไหวแบบความละเอียดสูงในกล้อง SEM ได้เป็นคนแรกอีกเช่นกัน

ผมเคยไปฟังเดวิด ชาร์ฟ ตัวเป็นๆ บรรยาย ตอนที่ไปเข้าคอร์สอบรมเรื่องกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ Lehigh University ตอนนั้นเขายังหนุ่มแน่น ไว้ผมยาวสลวยดูติสต์เหลือเกิน

ช่วงนำเสนอผลงานเป็นตอนเย็นก่อนอาหารค่ำ มีผู้ฟังนับร้อยคน จำได้แม่นยำว่าบางภาพน่าตื่นตะลึงยิ่ง เช่น ภาพแมลงกำลังออกไข่! ทำเอาคนฟังทั้งห้องร้องอื้อฮือกันกระหึ่มด้วยความทึ่งสุดๆ เมื่อสัมมนาสิ้นสุดลง เดวิด ชาร์ฟ ก็ได้รับเสียงปรบมือดังกึกก้อง

ในบทความชื่อ The Lab of an Electron Microscopy Photographer เผยแพร่บนเว็บเมื่อวันที่ 3 พฤษภาคม ค.ศ.2013 นักข่าวชื่อ แม ไรอัน (Mae Ryan) ได้เขียนเล่าเรื่องที่เธอและเพื่อนนักข่าวชื่อ เควิน เฟอร์กูสัน (Kevin Ferguson) ไปเยี่ยมเดวิด ชาร์ฟ ที่บ้านพักในเอโค่ พาร์ก เมืองลอสแองเจลิส รัฐแคลิฟอร์เนีย

เขาบอกกับแม ไรอัน ว่า

“เมื่อเราเริ่มได้เห็นความซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตทั้งหลายบนโลก มันน่าพิศวงอย่างที่สุด สิ่งต่างๆ เหล่านี้ยังคงทำให้ผมรู้สึกอัศจรรย์ใจอยู่เสมอ”

 

เดวิด ชาร์ฟ นับถือศาสนาพุทธ ชอบรถยนต์ เล่นเครื่องดนตรีได้หลายอย่าง เช่น กีตาร์โปร่ง ฮาร์โมนิกา และแบนโจ ชอบร่วมงานปาร์ตี้ที่มีการร้องเพลงและการเล่นสนุกสนาน เขารักหมาและแมว (โดยเฉพาะลูกหมาลูกแมว) ปกติเขาจะตื่นราวบ่าย 3 และทำงานตลอดค่ำคืน โดยช่วงหนึ่งของชีวิตจะมีหมาชื่อ เลย์ลา นอนหมอบอยู่ใกล้ๆ

ในแง่วิชาการ เขาสนใจหลากหลายสาขา ตั้งแต่ดาราศาสตร์ จักรวาลวิทยา ชีววิทยา กีฏวิทยา วิทยาศาสตร์บรรยากาศ ตลอดจนถึงวิศวกรรมเสียง

ผลงานการดัดแปลงกล้อง SEM ให้มีสีสันอย่างน่าทึ่งนี้ เขาบอกว่าที่ทำได้เนื่องจากเขาหัดถ่ายภาพมาตั้งแต่อายุ 9 ขวบ เข้าใจอิเล็กทรอนิกส์จากการเรียนวิศวะ และคุ้นเคยกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจากการทำงานในช่วงทศวรรษที่ 1970

หากสนใจผลงานของเดวิด ชาร์ฟ เพิ่มเติม ให้ไปที่เว็บของเขาที่ http://www.scharfphoto.com ได้ครับ

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022