ما هي أنواع الأجهزة البصرية؟

يعالج الجهاز البصري الضوء بغرض الحصول على صورة أوضح، كما تفعل العدسات المكبرة والميكروسكوب، أو كما تفعل العين ذاتها التي يمكن اعتبارها أولى الأجهزة البصرية إطلاقًا.

لطالما كانت العين هي المفتاح للعالم الخارجي، ولكنها وعلى الرغم من دقتها العالية لم تمكنك من رؤية خلايا الدم، كما لم ترصد ما يحويه سطح القمر من فجوات، فكيف استطعنا رؤية الكواكب البعيدة، أو كيف وصلنا لعرفة تركيب الفيروسات والجراثيم بأشكالها، إنها الأدوات والأجهزة البصرية، والعين التي صنعتها يد الرحمن أهمها، فدعني أعرفك بأنواع الأجهزة البصرية.

تستقبل العين بواسطة الحدقة (Pupil) الضوء المنعكس عن الأجسام، يتجمع الضوء في بقعة محددة على الشبكية (Retina) التي تغطي الجزء الخلفي للعين. يعمل الضوء على استثارة الخلايا العصبية في الشبكية، ليترجم المخ بعد ذلك المعلومات التي تصله عبر الألياف العصبية إلى صور.

أحد أعقد أعضاء جسم الإنسان، وبتشريحها أمكن معرفة بنيتها وتركيبها، فهي من الخارج تبدأ بالطبقة الخارجية البيضاء من مقلة العين والمتصلة بالقرنية والتي تدعى بالصلبة أو بياض العين، يليها القزحية الملونة، وفي المركز بؤبؤ العين، وخلفهما عدسة العين، ثم الشبكيّة المكونة من الخلايا البصرية العصي والمخاريط. تعمل القزحية على امتصاص أكبر كميّةٍ من الضوء، فتتسع وتضيق وفقًا لسطوعه، لينكسر الضوء لدى مروره عبر البؤبؤ، ومنه إلى عدسة العين التي تشكّل صورةً حادةً، تعمل الشبكية على إيضاحها.

تعمل الأجهزة الضوئية على تكبير الصورة، لذا تستخدم فيها العدسات المقربة (المحدبة). تحكم عدة قواعد تكون الصورة بواسطة العدسة المحدبة، فلو كان الجسم يقع على مسافة بعيدة عن العدسة تتكون الصورة صغيرة وقريبة من بؤرة العدسة، أما لو تحرك الجسم باتجاه العدسة ستتحرك الصورة مبتعدةً عن البؤرة. تتكون للجسم صورة مطابقة للأصل في الحجم عندما يوجد الجسم على مسافة تساوي ضعف البعد البؤري للعدسة.

هي جسمٌ زجاجيّ محدّب الوجهين، يعمل على تركيز الضوء لدى مروره خلاله، فتساعد في تكبير حجم الأجسام أو الكائنات الصغيرة، بوضعها في أقرب نقطةٍ ممكنةٍ من العين بين العين والجسم، وتحريك كلٍّ منهما للوصول إلى أكبر قوّة تكبيرٍ ممكنهٍ لها. فيستطيع الملاحظ رؤيتها بوضوح. تعرف القوة المكبرة العدسة بالنسبة بين أحجام الصور المتكونة على الشبكية مع وبدون العدسة المكبرة. يتوقف تكبير العدسة على شيئين، هما المسافة بين عين الملاحظ والجسم موضع الملاحظة، وموضع العدسة بين العين والجسم.

يتكوّن بشكلٍ أساسيٍّ من عدستين محدبتين، الأولى هي العدسة الشيئية القريبة من الجسم المراد رؤيته وتبعد عنه مسافةً أطول من البعد البؤري، وتعمل على تكوين صورةٍ معكوسةٍ ومكبرةٍ للجسم، والعدسة الثانية هي العدسة العينية القريبة من عين المراقب، والأقلّ مسافةً عن العدسة الشيئية من البعد البؤري، وتعمل على تكبير الصورة من العدسة الشيئية ليمكن رؤيتها في العين البشرية بشكلٍ مريحٍ.

يكبر المجهر أو الميكروسكوب الضوئي الصورة اعتمادًا على العدسات الزجاجية. قد يكون الميكروسكوب بسيطًا من عدسة واحدة أو مركبًا من عدة عدسات.

تستطيع بعض أنواع الميكروسكوب الضوئي المركب تكبير الصورة حتى 2000 مرة. يحتوى النوع الشائع من الميكروسكوب الضوئي على عدستين، تعرف إحداهما بالعدسة الشيئية (Objective) والأخرى بالعدسة العينية (Eyepiece). العدسة الشيئية تكون قريبة من الكائن وتشكل صورة مكبرة له داخل المجهر. أما العدسة العينية فهي التي ينظر من خلالها الشخص.

هو الأداة البصرية التي مكنتنا من رؤية الأجسام البعيدة بشكلٍ واضحٍ، وتعمل وفق مبدأ أساسيٍّ وهو تجميع الإشعاع الكهرومغناطيسي بجميع أنواعه من أشعةٍ سينية وضوءٍ مرئيٍّ وأشعةٍ حمراء وتحت الحمراء، بالشكل الذي لا يمكن للعين البشرية القيام به. وله أنواعٌ عديدةٌ وفقًا لأنواع العدسات المستخدمة بها، فمنها التليسكوب الإنكساري، ثم التليسكوب العاكس ويعتمد على استخدام المرايا العاكسة للضوء بدلًا من العدسات الإنكسارية، وجُمِعَ بين مزايا النوعين السابقين في نوعٍ آخر هو التليسكوب الانكساري الانعكاسي.

والتلسكوب الانكساري يستخدم في النظر للقمر وكواكب المجموعة الشمسية. التلسكوب العاكس يمتاز بقدرته على التقاط أطوال موجية أقصر وأطول من الطول الموجي للضوء.

أو الغرفة المظلمة، فأصل الكلمة لاتيني camera obscura، هي جهاز بصريٌّ، يعمل على تسجيلٍ لحظيٍّ للقطات أو ما يسمى بالصور، أو لسلسلةٍ من الصور وهو ما يعرف بالأفلام، سواء على فيلم أو بشكلٍ رقميٍّ، وتشابه عين الإنسان في عملها، فيعمل غالق الكاميرا أو المصراع على إمرار كمية الضوء المناسبة كما جفن الإنسان، ليمرّ عبر فتحة الكاميرا المشابهة لبؤبؤ العين، ومنه إلى العدسة المحدبة والتي تكبر الصورة وتركّزها وفقًا للبعد البؤري، فتعمل كما القزحية.

تلتقط الكاميرا الضوء لتكون صورة للجسم تسجلها على فيلم أو في هيئة رقمية. تتكون الصورة بالخطوات التالية:

كلمة  ليزر (LASER) اختصار لعبارة (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) أو تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المستحث للضوء.

لاحظ الصورة التالية، حيث يظهر الضوء العادي وأشعة الليزر. في حالة الضوء العادي تمتاز الفوتونات المنبعثة بمدى واسع من الأطوال الموجية ولا تكون مترابطة زمانيًا أو مكانيًا. فوتونات الليزر لها مدى ضئيل من الأطوال الموجية، وتكون مترابطة زمانيًا ومكانيًا. الفوتونات هي الجسيمات التي يتكون منها الضوء.

لإنتاج أشعة الليزر تستخدم مواد صلبة كالياقوت الصناعي أو أشباه موصلات كالسيليكون، أو غازات سواء في صورة ذرات كخليط الهيليوم والنيون، أو في صورة غازات متأينة كغاز الأرجون المتأين، أو في صورة جزيئات غازية كثاني أكسيد الكربون. تسمى هذه المواد بالوسط الفعال، وتوضع بين مرآتين مقعرتين إحداهما عاكسة والأخرى شبه منفذة.

 اُستخدم للرؤية في الأماكن التي لا يمكن لعين الإنسان الوصول إليها، ويعتمد بشكلٍ أساسيٍّ على الاختلاف في الكثافة بين الأجسام، فالأكثر كثافةً قادرٌ على امتصاص كميةٍ أكبر من الأشعة السينية المسلّطة عليه، فيترافق الجهاز مع كاشفٍ لتشكيل الصورة على الفيلم، وجهاز كمبيوتر، ولها عدة أنواع منها التصوير بالأشعة السينية أو المقطعية أو المتراكب.

 كما ورد فالمجاهر تعمل بشكلٍ رئيسيٍ على تكبير الأجسام التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ويعتمد هذا النوع من المجاهر على التباين بين الصورة والخلفية، أي الاختلاف في السطوع مما يُمكّن التمييز بين لونين مختلفين. ومن أنواعها المجاهر الإلكترونية الناقلة، والمجاهر الإلكترونية الماسحة، ومجاهر المسح.