تعد العدسة المكبرة أحد أقدم الأجهزة البصرية التي عرفها العلم، ومنذ آلاف السنين، استخدم المصريون رقائق الكريستال لرؤية الأشياء الصغيرة بشكل أفضل، وفي روما، كان من المعروف أن الإمبراطور نيرون كان ينظر من خلال الأحجار الكريمة إلى الممثلين على خشبة المسرح البعيدة، ويعتقد أن المكبر الأول الذي تم إنشاؤه لأغراض علمية قد صممه الفيلسوف الإنجليزي روجر بيكون في وقت ما خلال القرن الثالث عشر، فما هي أهم استخدامات العدسة المكبرة، وما هي أهم خصائصها؟ تابعونا.
اخترع العدسة المكبرة روجر بيكون فى عام 1250، وتعرف العدسة المكبرة أيضا باسم عدسة اليد، وهي عدسة محدبة تستخدم للحصول على صورة مكبرة للشىء، وتتكون العدسة المكبرة من مقبض لسهولة التعامل معها وبعضها مزود بقاعدة، وعند تحريك القاعدة على الشىء المراد تكبيره نستطيع رؤية ذلك الشيء، وتستخدم العدسة المكبرة لتكبير الكائنات الصغيرة.
ويجب أن تكون المسافة بين العدسة والكائن أقصر من البعد البؤري للعدسة لكي يحدث التكبير وتظهر الصورة، وإن لم يحدث ذلك تظهر الصورة صغيرة ومقلوبة، ويوجد بعض العدسات المكبرة مثل فوردابل، وعدسة فريسنل التى تستخدم من قبل الجراحين وأطباء الأسنان، وصانعي الساعات، والمجوهرات، والحرفيين.
تاريخ اختراع العدسة المكبرة
العدسة المكبرة هي واحدة من الأجهزة البصرية القديمة المعروفة قبل آلاف السنين، حيث أن المصريون استخدموا رقائق من الكريستال أو البساط (نوع من الحجر اللامع) لتحسين عرض الأشياء الصغيرة، إلى أن قام الفيلسوف الإنجليزي روجر بيكون في عام 1250 باختراع العدسة المكبرة وهو محاضر في جامعة أكسفورد، وقد أجرى تجارب مختلفة على العدسات المكبرة والمرايا ووصف مبادئ الإنعكاس والإنكسار، وأهتم اليونانيون بعلم البصريات ووضعوا الأسس التي استخدمها علماء المسلمين بعد ذلك.
من الصعب الحصول على السجلات التاريخية للعدسة المكبرة مقارنة بسجلات تقنيات التكبير الحالية، وكانت بعض الأدوات البصرية الأولى إلى جانب العدسة المكبرة هي النظارات والمجاهر، التي استغلت البصريات لغرض محدد، ويمكن اعتبار المشهد بمثابة شكل من أشكال العدسة المكبرة، حيث يستخدم إطارا لتثبيت العدسة في مكانها لزيادة تكبير العينين.
وينسب الفضل تقليديا إلى أماتي في اختراع المشهد عام 1280 في فلورنسا، على الرغم من أن هذا غير مؤكد، وجاء ذلك بعد استخدام بيكون للكرات الزجاجية كمكبرات في عام 1267، وبحلول القرن السادس عشر، تطورت فكرة حمل عدسة على مسافة معينة من العين لإنتاج صورة مكبرة وبدأت تظهر في الأجهزة البصرية، وأول وصف لأداة بصرية، وتحديدا التلسكوب، كان من قبل ليونارد ديجز في طبعة 1571 من بانتوميتريا.
ومن الرائع الاستنتاجات التي يمكن تحقيقها بواسطة النظارات المقعرة والمحدبة ذات الأشكال الدائرية والمكافئة، ومن خلال هذه الأنواع من النظارات، أو بالأحرى إطاراتها، الموضوعة بزوايا مناسبة، لا يمكنك فقط تحديد نسبة المنطقة بأكملها، بل يمكنك تمييز أي شيء تافه أو قراءة أي حرف ملقاة هناك مفتوحا، بوضوح كما لو كنت حاضر جسديا، على الرغم من أنه يكون بعيدا عنك بقدر ما يمكن للعين أن تشجبه.
أحد المفاهيم الأولى لنظام التكبير متعدد العدسات كان من قبل فرانكاستورو من فيرونا في كتابه هوموسنتريكا عام 1535، حيث شرح بالتفصيل استخدام عدسات متعددة لزيادة خصائص التكبير، وبحلول عام 1590، من المحتمل أن تكون المجاهر المركبة قد تم تطويرها، وينسب اختراعهم إلى زكريا يانسن، واكتسب المجهر المركب رواجا تدريجيا (فورد 19)، وموجة من الاهتمام بالمجهر أعقبت نشر كتاب روبرت هوك ميكروجرافيا في عام 1665.
أنتوني فان ليوينهوك، غير المعروف وغير المدرب في عالم البصريات، طور مجهرا ذو عدسة واحدة في أواخر القرن السابع عشر والذي كان يتمتع بقوة تحليل أفضل من تلك الموجودة في المجاهر المركبة، وضعت العينات الجديدة والمثيرة للاهتمام متطلبات أكبر على المجاهر في القرن السابع عشر، وبحلول القرن الثامن عشر تم دفع الفحص المجهري إلى الأمام من خلال اختراع أدوات بصرية جديدة.
تم تعزيز قدرة الفحص المجهري من خلال اختراع تقنيات التكبير الجديدة، وأتاحت تقنيات مثل المجهر الضوئي المستقطب، والمجهر الضوئي المنعكس، والمجهر الضوئي، والمجهر الإلكتروني زيادة التكبير وتصورات جديدة للعينات، ومع ذلك، ظلت العدسة المكبرة ثابتة طوال تاريخ الأجهزة البصرية، وإنها ليست أداة قديمة ولكنها ظلت قيد الاستخدام لمئات السنين، وظلت ثابتة ولكنها تتوسع أيضا إلى أشكال ووظائف جديدة، وبما أن العدسة المكبرة قد تغيرت عبر التاريخ، فقد تأثرت بلا شك بالتقنيات المذكورة هنا لفترة وجيزة، والسؤال الذي تثيره هذه التقنيات هو لماذا استمرت العدسة المكبرة.
من هو مخترع العدسة المكبرة؟
حيث أن دراسة البصريات في الجزء الخامس من أوبوس ماجوس تعتمد على أعمال العلماء المسلمين، مثل الفيلسوف أبو يوسف الكندي والحسن (ابن الهيثم) وهم من العلماء الذين أسسوا علم البصريات، ويشمل علم البصريات دراسة فسيولوجيا البصر، وتشريح العين والدماغ، والنظر في الضوء والرؤية المباشرة والرؤية المنعكسة والانكسار و المرايا والعدسات، وكانت أبحاث ابن الهيثم وعلماء المسلمين هى الأساس الذى اعتمد عليه روجر بيكون فى أبحاثه، إلى أن توصل لاختراع العدسة المكبرة، وأبحاث المسلمين أيضا هى الأساس الذى اعتمد عليه علماء الغرب في فهم علم البصريات.
استخدامات العدسة المكبرة
تستخدم العدسة المكبرة فى أشياء كثيرة، فهى تستخدم لرؤية الأشياء الصغيرة التى لا ترى بالعين المجردة، وتستخدم فى النظارات الطبية حيث أن الأشخاص الذين يعانون من مشاكل بصرية غالبا ما يستفيدون من العدسات المكبرة لتحسين الرؤية وحل مشاكل البصر، حيث أدى استخدام العدسة المكبرة إلى تحسين القراءة، وتحسين الرؤية لدى الأشخاص الذين يعانون من ضعف البصر، وتستخدم أيضا العدسة المكبرة فى الكثير من الأجهزة مثل التلسكوب وآلات التصوير والمجهر وجميع الأدوات البصرية، كما أدت إلى اختراعات أخرى مثل المجاهر والنظارات.
* العثور على طابع نادر:
غالبا ما تكون الطوابع عبارة عن تصميمات مبهرة صغيرة جدا، مع رسومات جميلة وألوان زاهية رائعة، كل ذلك في مساحة بحجم طابع بريدي جيد، وأحيانًا تكون ذات قيمة كبيرة أيضا، أستمتع بها أكثر وربما تجد شيئا أكثر تقديرا من خلال فحص أحدها تحت عدسة مكبرة.
* اقرأ كتاب:
اجعل الكلمات تقفز من الصفحة باستخدام المكبر، واختر واحدا مزودا بالضوء لجعل هذا النص أكثر وضوحا، وتسلط مصابيح الليد الساطعة الضوء على التباين، مما يسمح لك بإنهاء هذا التقرير، أو قراءة الفصل الأخير في وقت متأخر من الليل دون إجهاد عينيك.
* الخياطة والتطريز:
اترك يديك حرتين للتطريز أو الغرز المتقاطعة أو خياطة اللحف أو الخياطة أو الإبرة باستخدام عدسة مكبرة حول الرقبة، واجلس بشكل مريح حتى تتمكن من التركيز وإكمال إبداعك عاجلا.
* هناك عالم كبير عظيم:
بمجرد أن تبدأ في النظر إلى الخريطة، فمن الصعب ألا تشعر بالإلهام ولا تحصل على أفكار حول الأماكن التي يمكنك الذهاب إليها، وتمنحك العدسات المكبرة الأكبر حجما رؤية أوسع وتضفي الحيوية على أسماء الأماكن التي ربما لم تكن لتبرز بطريقة أخرى، وشاهدها جميعا بشكل أكثر وضوحا وضعها في خط سير رحلتك القادم.
* أكمل الكلمات المتقاطعة المبهمة:
تعد الكلمات المتقاطعة أو الألغاز من أي نوع طريقة رائعة لتمديد عقلك وربما توسيع مفرداتك، وفي بعض الأحيان تعتقد أنك حصلت على الدليل ولكن هل هناك مثل هذه الكلمة؟ استخدم عدسة مكبرة للتحقق من إجابتك في القاموس أو الكتاب المرجعي.
* العثور على تلك القطعة بانوراما:
إذن لديك ما يصل إلى 1000 قطعة الآن ولكن الشركة المصنعة نسيت أن تخبرك بمدى صغر حجمها، ولا تستسلم، فقط قم بتسوية الملعب باستخدام عدسة مكبرة بدون استخدام اليدين عندما تحتاج إلى تكبيرها.
* انتبه لما تأكله:
لبعض الوقت، كانت الشركات المصنعة تحت ضغط لتقليل التغليف، لكن هذا يعني أن هناك الكثير من المعلومات محشورة في جزء كبير من النص صغير جدا بحيث لا يمكن قراءته، وإذا كنت تحسب السعرات الحرارية، أو لديك حساسية، فقد يكون المكبر مفيدا لك في السوبر ماركت تماما مثل قائمة التسوق الخاصة بك.
* إصلاح شيء ما:
ربما تم إلهامك لإصلاح شيء ما من خلال برنامج ترميم على شاشة التلفزيون، ولسوء الحظ، آخر مرة نظرت فيها إلى هذا العنصر كانت قبل 30 عاما، ولم يكن الوقت لطيفا على بصرك أيضا، ولا تقلق سوف يضيء المصباح المكبر الهدف ويعرض التفاصيل التي تحتاجها.
* علامة عين الحمامة:
ماذا؟ هيا، بالتأكيد يعلم الجميع أن عيون الحمام السوداء الشديدة هي من مؤشرات حسن البصر، ولهذا السبب غالبا ما يحمل مربو الحمام نظارات معهم لاكتشاف الفائزين المحتملين.
* استرجاع الذكريات:
يستخدم المصورون المحترفون دائما مكبرات صوتية عالية القوة لفحص الشرائح والصور السلبية والمطبوعات، وفي الوقت الحاضر، سيطرت التكنولوجيا الرقمية ولكن لا يزال لدى الكثير منا في المنزل ألبومات مليئة بالصور القديمة، ويا لها من متعة أن ننظر إليها، ونتذكر الأيام الخوالي بمساعدة عدسة مكبرة.
* العملات المعدنية:
هل لديك بعض العملات المعدنية القديمة في الدور العلوي ولكنك تتساءل عما إذا كانت هناك أي قيمة فيها؟ يمكن أن يكون كذلك، خاصة تلك التي تحتوي على محتوى فضي، ويمكن أن تساعدك العدسات المكبرة القوية على رؤية السنوات التي يمكن فيها جني الأموال.
تطبيقات شائعة على العدسات المكبرة
تعد العدسات المكبرة جزءا لا يتجزأ من حياتنا اليومية، بدءا من العدسات الموجودة في أعيننا وحتى الهواتف الموجودة في جيوبنا، وفيما يلي 5 تطبيقات على العدسات المكبرة بفضل صناعة البصريات والضوئيات:
1. النظارات المكبرة:
العدسة المكبرة ليست أكثر من عدسة محدبة كبيرة مثبتة في إطار، ربما يكون هذا هو أبسط تطبيق للعدسة شائعة الاستخدام، وتستخدم العدسة لتكبير الأشياء الصغيرة مثل الحشرات أو الأوراق الفردية على النباتات حتى يتمكن المشاهد من رؤيتها والتفاصيل الموجودة عليها بشكل أفضل، ويعتمد مقدار التكبير على قوة العدسة المستخدمة، وكذلك المسافة بين العدسة والجسم، وإذا كنت تريد رؤية التفاصيل الدقيقة لشيء صغير جدا، على سبيل المثال، فستحتاج إلى الحصول على عدسة مكبرة تحتوي على عدسة ذات طاقة أعلى وتأكد من إمساكها بالقرب بما يكفي من الموضوع لرؤية تلك التفاصيل.
2. الكاميرات:
تستخدم الكاميرات نظام العدسات المكبرة لعكس وتكبير الصورة التي تحاول التقاط صورة لها، وذلك باستخدام الضوء لعرض الصورة على فيلم أو بتنسيق رقمي، والفتحة هي فتحة تسمح بدخول الضوء إلى الكاميرا، ويتم بعد ذلك تحريك العدسات ذهابا وإيابا لمساعدة الكاميرا على التركيز على الصورة التي تحاول التقاطها، ثم يتم التقاط الصورة النهائية عند الضغط على زر الغالق.
يجب أن تعمل جميع العدسات المكبرة الموجودة داخل الكاميرا معا للتركيز على الصورة لإنشاء التمثيل الأكثر وضوحا وصدقا لأي شيء تلتقط صورة له، وإلا سينتهي بك الأمر بصورة ضبابية، وعندما تعمل العدسات معا بشكل صحيح، تحصل على صورة حادة وواضحة لمساعدتك على تذكر اللحظة.
3. العدسات التصحيحية:
على الرغم من أن لدينا جميعا عدسات في أعيننا تساعدنا على رؤية محيطنا، إلا أن هذه العدسات في بعض الأحيان لا تعمل بشكل صحيح، وفي هذه الحالات يتم إضافة عدسات تصحيحية سواء على شكل نظارات أو عدسات لاصقة أعلى العين للمساعدة على التركيز بشكل صحيح وتمثيل صور الأشياء من حولك.
اعتمادا على مدى ضعف رؤيتك، قد تحتاج إلى عدسات ذات طاقة أعلى لمساعدتك في القيادة والقراءة والطهي دون صعوبة كبيرة، وإذا كانت عيناك تحتاج إلى قوى عدسة مختلفة للتركيز على الأشياء البعيدة وتلك القريبة، فيمكن تحويل العدسات التصحيحية إلى عدسات ثنائية وثلاثية البؤر مما يسمح لك بالتبديل بين قوى التكبير دون الحاجة إلى أزواج متعددة من العدسات التصحيحية.
4. المجاهر:
في الأساس، المجهر عبارة عن سلسلة من العدسات المكبرة الموجودة في أنبوب، ونظرا لوجود عدد أكبر من العدسات، ولأن العدسات لديها قوة تكبير متنوعة، يمكن للمجاهر إظهار قدر لا يصدق من التفاصيل، وبفضل المجاهر، اكتشف العلماء كائنات مجهرية مثل البكتيريا، وتمكنوا من رؤية أجزاء صغيرة من الكائنات الحية الدقيقة، مثل تجاويف القلب للحشرات والكائنات الحية الدقيقة.
5. التلسكوبات:
في حين تقوم المجاهر بتكبير الأشياء الصغيرة القريبة إلى حد ما، تستخدم التلسكوبات نفس نظام العدسات لتظهر لنا الهياكل الكبيرة البعيدة جدا، وتحتوي التلسكوبات في أنابيبها الطويلة على عدسات ذات خصائص تكبير قوية تسمح للعلماء وعشاق الفضاء هنا على الأرض برؤية الكواكب والمجرات والأجسام البعيدة التي تطفو على بعد ملايين السنين الضوئية منا، ولولا اختراع التلسكوب، لكانت معرفتنا بالفضاء مقتصرة على النجوم والهياكل، مثل القمر، التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
خصائص العدسة المكبرة
لاختيار المكبر الصحيح للمهمة، حدد أولا الأدوات التي سيتم استخدامها في المهمة، ثم تحديد حجم وطبيعة الموضوع، وأخيرا، قم بتحليل طبيعة سطح الجسم، ثم قم بمراجعة الجوانب التالية للعدسة المكبرة:
- عدد العناصر:
عدسة واحدة مرضية للطاقة المنخفضة، حيث تتطلب المكبرات ذات الطاقة العالية عنصرين أو أكثر من عناصر العدسة لتحسين الدقة وتصحيح الانحرافات اللونية أو الانحرافات الأخرى.
- مسافة العمل:
المسافة من المكبر إلى الكائن الذي يتم عرضه هي مسافة العمل، وتعتبر هذه المسافة من الاعتبارات المهمة فيما يتعلق بنوع العمل الذي يجب القيام به تحت المكبر، وإذا كان عملك يتطلب استخدام الأدوات، فإن المكبر ذو مسافة العمل الطويلة سيتيح مساحة كافية لاستخدام الأدوات وعرض الكائن بشكل مريح، ويفضل استخدام مكبرات مسافة العمل الصغيرة ذات القدرات الأعلى في أعمال الفحص عن قرب.
- مجال الرؤية:
مجال الرؤية هو المنطقة التي يتم رؤيتها من خلال المكبر، مع زيادة الطاقة، ويقل قطر العدسة ومجال الرؤية، وعند 5 قوة (5X)، يكون مجال الرؤية حوالي 1.5 بوصة، وعند 10 قوة (10X)، يكون حوالي 0.5 بوصة، وعادة ما يكون من الأفضل استخدام طاقة منخفضة لمسح الأسطح الأكبر حجما وطاقة عالية للمناطق الصغيرة.
- راحة العين:
أقصى مسافة يمكن أن تكون عليها العين من المكبر ولا تزال توفر مجال رؤية كامل، وتوفر راحة العين الأطول عموما رؤية أكثر راحة.
- عمق الميدان:
المسافة بين أقرب وأبعد النقاط التي يظل عندها المكبر في موضع ثابت قيد التركيز، ويتناقص عمق المجال مع زيادة الطاقة.
- الطلاء:
ستعمل أسطح العدسات المطلية بطبقات خاصة مضادة للانعكاس على تقليل فقدان الضوء وتكون مفيدة بشكل خاص لتطبيقات الإضاءة منخفضة المستوى.
- التكبير:
من المفترض أن تكون 10 بوصة هي أقرب مسافة يمكن للعين البشرية التركيز عليها للحصول على رؤية مريحة، وأي جسم على بعد 1 بوصة فقط من عينك سيكون أكبر بـ 10 مرات، ولكنه خارج نطاق التركيز، وتتمثل وظيفة المكبر في مساعدة عينك على التركيز بشكل أقرب، ونظرا لأن العدسة ذات البعد البؤري مقاس 1 بوصة توفر رؤية واضحة حتى مسافة 1 بوصة من العين، فإن الجسم الموجود على هذه المسافة يرى بوضوح ويبدو أقرب 10 مرات مما هو عليه عند النظر إليه من مسافة 10 بوصات، وستختلف قوة التكبير الفعلية قليلا، اعتمادا على مسافة العمل ومسافة تخفيف العين وخصائص عين المراقب.
الحجم مقابل القوة في العدسة المكبرة
سيكون المكبر المثالي خفيف الوزن، وله قطر كبير، ويوفر مساحة عرض واسعة، ويقدم تكبيرا عاليا وخاليا من التشويه، ومع ذلك، فإن دمج كل هذه الميزات في وحدة واحدة أمر مستحيل بصريا، وتعتمد قوة تكبير العدسة على البعد البؤري (fl)، ويعتمد البعد البؤري بدوره على انحناء العدسة، وكلما زاد الانحناء، قل البعد البؤري وزادت القوة.
وفي تصميم عدسة مكبرة بسيطة وغير مكلفة، سينخفض قطر العدسة عادة مع زيادة الانحناء لتوفير طاقة أعلى، وعلى العكس من ذلك، مع تقليل الانحناء لتقليل الطاقة، يزداد القطر بشكل عام مع زيادة مساحة العرض الناتجة، بالإضافة إلى ذلك، يزداد التشوه بشكل عام مع زيادة الانحناء، وبالتالي، فإن المكبر ذو القطر الكبير يوفر عادة مساحة رؤية أكبر وطاقة أقل، لذلك، لا يمكن دمج مجال الرؤية الواسع وقوة التكبير العالية في تصميم واحد بدون عدسات معقدة وثقيلة وعالية التكلفة.
الأنظمة البصرية المكبرة الأساسية
1- العدسة المكبرة البسيطة
العدسة البسيطة هي عدسة موجبة واحدة، وتعتبر العدسات البسيطة مناسبة للعمل الذي يتطلب فقط مكبرات ذات طاقة منخفضة، مثل مكبرات القراءة 2X أو 3X، وتعمل العدسة المكبرة البسيطة على تشويه اللون على الأطراف الخارجية للصورة وبالتالي تفقد الحدة.
2- العدسة المكبرة المزدوجة
العدسة المكبرة المزدوجة عبارة عن عدستين بسيطتين تستخدمان مع بعضهما البعض ولكن لا يتم لصقهما معا، وينتج الثنائي صورة ذات جودة أفضل لأنه يصحح بعض التشوه اللوني للصورة الخارجية.
3- أكرومات
الأكرومات عبارة عن عدسة بسيطة موجبة مثبتة على عدسة بسيطة سلبية، والميزة الأساسية هي أنه تم تصحيحه للونين ويعمل بشكل جيد عند القوى العالية، وتستخدم معظم العدسات المكبرة عالية الجودة أكروماتس لإزالة تهديب الألوان عند حافة الكائنات.
4- الثلاثية
إن لصق ثلاث عدسات معا ينتج عدسة ثلاثية، وتنتج الثلاثيات صورة ذات جودة أفضل، ويتم تصحيحها لثلاثة ألوان، ولا تعطي تشويها كبيرا للصورة أو لا تشوها على الإطلاق، ومن الأفضل استخدامها للوظائف التي تتطلب قدرا كبيرا من العمل الدقة عند مستويات مكبرة عالية.
