مبدأ عمل العدسات السائلة والاختلافات بينها وبين العدسات التقليدية

العدسات السائلة هي تصميم مصنوعة بناءً على مبادئ حيوية، وتُظهر تشابهًا ملحوظًا مع عدسة العين البشرية البلورية. تمامًا كما تعتمد العين البشرية على العضلات الزجاجية للتحكم في قوة انكسار عدستها من أجل التركيز، تعمل العدسات السائلة عن طريق إغلاق سائل بصري داخل غشاء بوليمر مرن. عندما يُطبق تيار كهربائي، فإنه يولّد ضغطًا داخل هذا النظام المغلق، وبالتالي يغيّر من منحنى الغشاء ويحقق ضبطًا فوريًا تقريبًا في التركيز.

تُعتبر طريقة "الرطوبة الكهربائية" (electrowetting) واحدة من التقنيات الشائعة في تصنيع العدسات السائلة. تتطلب هذه الطريقة وجود سائلين غير قابلين للامتزاج - تمامًا مثل الزيت والماء. عندما يتصادم هذان السائلان، فإن interface المنحني الناتج بينهما يعمل كعنصر بصري، ويعمل بشكل فعال كعدسة. ومن خلال تطبيق تيار كهربائي، نقوم بتعديل نصف قطر هذا interface البصري (عبر زيادة الضغط الكهروستاتيكي)، وبالتالي تغيير منحنى "العدسة."

علاوة على ذلك، تؤدي الجهود الكهربائية الأعلى إلى إنشاء انحناءات أكبر، مما يعدل بشكل مباشر طول بُعد العدسة البؤري. ومن الجدير بالذكر أن العدسات السائلة (والتي تُعرف أحيانًا بأنها عدسات قابلة للتعديل الكهربائي أو عدسات "ذكية") يمكنها حتى التحول بين التكوينات المحدبة والمقعرة. تجعل هذه القابلية للتكيّف السريع منها ذات قيمة استثنائية عبر مجموعة واسعة من التطبيقات. وبما أنها قادرة على التركيز بدءًا من الأجسام القريبة للغاية وحتى ما لا نهاية خلال جزء ضئيل من الثانية، فهي مثالية للحالات التي تتطلب تعديلات مستمرة للمسافات. على سبيل المثال، عند فحص أجسام مختلفة الأحجام أو الموجودة على مسافات متباينة من العدسة، فإن العدسات السائلة تُظهر تنوعًا لا يُضاهى.

مقارنةً بالعدسات التقليدية، توفر العدسات السائلة المزايا المميزة التالية:

سرعة التركيز:

 العدسات السائلة: تحقيق تركيز تلقائي سريع مع زمن استجابة يُقاس بالمللي ثانية، حيث يقلد قابلية تكيف العين البشرية للscenes والأبعاد المتغيرة. فهي متفوقة في التطبيقات عالية السرعة مثل التقاط الأجسام المتحركة بسرعة أو التصوير الصناعي على خطوط الإنتاج، وتوفر معدلات نجاح في التقاط الصور تقترب من 100%.

العدسات التقليدية: تعتمد على مكونات ميكانيكية (مثل المحركات والتروس) تقوم بتحريك عناصر العدسة فيزيائيًا لضبط التركيز. سرعة التركيز لديها أبطأ نسبيًا، خاصة أثناء التركيز التلقائي المستمر أو عمليات الزوم السريعة. قد يؤدي البلى الميكانيكي بمرور الوقت إلى عدم دقة في التركيز وتدهور الأداء التصويري.

تصميم آلية الزوم:

 العدسات السائلة: تعديل طول البؤرة من خلال إعادة تشكيل السائل الداخلي أو تنظيم الضغط – دون الحاجة إلى إزاحة فيزيائية للمكونات. هذا يسمح بمدى أوسع للزوم ويدعم تحقيق زوم بصري عالي التكبير. يتم التحكم بدقة طول البؤرة من خلال تنظيم الجهد الكهربائي.

 العدسات التقليدية: استخدم مجموعات عدسات متعددة العناصر تتحرك ميكانيكيًا على طول المسارات البصرية. تُدخل هذه البنية المعقدة قيودًا هيكلية، مما يقيّد مدى الزوم والدقة في حين تزداد تعقيدات التصميم.

كفاءة المساحة:

العدسات السائلة: تتميز ببنية بسيطة بشكل جوهري دون الحاجة إلى مجموعات ميكانيكية كبيرة الحجم، مما يؤدي إلى تقليل كبير في الحجم الكلي. هذه الميزة بالغة الأهمية للأجهزة الإلكترونية ذات الهيكل الرفيع مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، حيث تقلل من بروز الكاميرا وتمكن من تصميم صناعي أكثر أناقة.

العدسات التقليدية: تحتاج إلى مساحة كبيرة نسبيًا بسبب وجود عناصر بصرية متعددة ومحركات ميكانيكية، مما يجعلها غير عملية في التطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة.

المتانة والموثوقية:

العدسات السائلة: تُلغي تمامًا الاهتراء الميكانيكي لأن التركيز يعتمد على الديناميكا السائلة. وبالتالي، توفر عمرًا افتراضيًا أطول مع الحفاظ على استقرار وموثوقية ثابتة على مدى الاستخدام الطويل.

العدسات التقليدية: تتعرض للتدهور الميكانيكي الحتمي (الاهتراء، والارتخاء) بمرور الوقت، مما يستدعي الصيانة الدورية للحفاظ على الأداء البصري ومنع الفشل المبكر.

تكاليف التصنيع:

العدسات السائلة: تبسيط عملية الإنتاج من خلال إلغاء عمليات التشغيل الدقيقة والإجراءات المعقدة. استخدام مواد اقتصادية مثل السوائل البصرية يقلل التكاليف أكثر، خاصة أثناء الإنتاج الكمي.

العدسات التقليدية: تتطلب تقنيات تصنيع عالية الدقة ومواد مكلفة (الزجاج/البلاستيك البصري المتخصص). إن تركيبتها المعقدة تزيد بشكل كبير من تعقيد الإنتاج وتكالفة.

الأداء البصري:

العدسات السائلة: تمكّن من ضبط ديناميكي لمؤشر الانكسار وخصائص التشتت في السوائل البصرية. هذه القابلية للتعديل توفر خصائص بصرية متفوقة تتضمن نقلًا محسنًا للضوء واختراقًا منخفضًا للغاية، مما يعزز جودة الصورة.

العدسات التقليدية: تتميز بخصائص بصرية ثابتة تُحدد أثناء التصنيع. بمجرد الانتهاء من اختيار مواد العدسة وانحناءاتها، يظل سلوكها في التشتت وقدرتها على نقل الضوء دون تغيير.

أعلاه هي جميع الاختلافات بين العدسات السائلة والعدسات العادية. نتطلع إلى إعجابكم.