لماذا توجد البصريات اللاكروية في كل مكان في الكاميرات الحديثة؟
إذا قمت بتفكيك عدسة كاميرا حديثة، فهناك احتمال كبير أن تجد شيئًا يبدو مختلفًا قليلاً عن العناصر البصرية الأخرى.
قد يكون أكثر سمكا في المركز.
قد يكون لها انحناء غير عادي.
وعلى عكس سطح العدسة الكروية التقليدية، فإن انحناءها لا يتبع كرة بسيطة.
هذا هوعنصر العدسة شبه الكروية.
توجد الآن البصريات اللاكروية في كل شيء بدءًا من كاميرات الهواتف الذكية وكاميرات الأمان المدمجة وحتى أنظمة تصوير السيارات والطائرات بدون طيار وكاميرات الرؤية الآلية وعدسات التصوير الفوتوغرافي الاحترافية.
لم يكن هذا هو الحال دائما.
إذن ما الذي تغير؟
الإجابة المختصرة هي أن الكاميرات الحديثة تطلب من العدسات أن تفعل المزيد بينما تصبح أصغر حجمًا.
ولسوء الحظ، فإن الفيزياء لم توافق على جعل هذا الأمر سهلاً.
العدسة الكروية هي في الواقع حل وسط مناسب
لنبدأ بالنهج التقليدي.
يعتمد سطح العدسة الكروية على كرة.
وهذا يجعل السطح سهل التصنيع نسبيًا.
ولكن هناك مشكلة.
أشعة الضوء التي تمر عبر أجزاء مختلفة من عدسة كروية لا تتقارب دائمًا عند نفس النقطة تمامًا.
يمكن للأشعة القريبة من المحور البصري والأشعة التي تمر عبر الجزء الخارجي للعدسة أن تركز بشكل مختلف.
هذا ينتجانحراف كروي.
تصبح الصورة أقل وضوحًا، خاصة عند استخدام العدسة بفتحة كبيرة.
يمكنك إضافة المزيد من العناصر البصرية للتعويض عن المشكلة.
وتاريخيًا، هذا بالضبط ما فعله مصممو العدسات.
لكن الآن لديك مشكلة أخرى:
المزيد من العناصر يعني مساحة أكبر، ووزنًا أكبر، وأسطحًا أكثر، وتعقيدًا أكبر في التصنيع، وربما المزيد من التكلفة.
في النهاية يسأل أحدهم السؤال الواضح:
لماذا لا يتغير شكل سطح العدسة نفسه؟
وهنا تصبح البصريات اللاكروية مفيدة.
ما الذي يجعل السطح شبه الكروي مختلفًا؟
السطح الكروي له نصف قطر انحناء ثابت.
سطح شبه كروي لا.
يتغير انحناءها تدريجياً من المركز نحو الحافة.
قد يبدو هذا وكأنه اختلاف هندسي صغير.
بصريا، فهو مفيد للغاية.
ومن خلال التحكم الدقيق في شكل السطح، يستطيع المصممون جعل أشعة الضوء تتقارب بطريقة أكثر تحكمًا.
يسمح هذا للعنصر اللاكروي بتصحيح الانحرافات البصرية التي قد تتطلب عدة عناصر كروية تقليدية.
بعبارات بسيطة:
بدلاً من إضافة المزيد من الزجاج لإصلاح المشكلة، يمكنك في بعض الأحيان تغيير شكل الزجاج.
وهذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت البصريات اللاكروية في غاية الأهمية.
الميزة الحقيقية ليست مجرد "أكثر حدة"
غالبًا ما يصف الناس العدسات اللاكروية كوسيلة لتحسين الحدة.
وهذا صحيح، ولكنه غير كامل.
الميزة الأكبر هيحرية التصميم البصري.
يمكن أن يساعد السطح اللاكروي المهندسين في إدارة العديد من الخصائص البصرية، اعتمادًا على التصميم.
قد تشمل هذه:
الانحراف الكروي
غيبوبة
الاستجماتيزم
التشويه
الأداء الميداني
الحجم الكلي للعدسة
وهذا مهم للغاية في الكاميرات المدمجة.
غالبًا ما تحتاج وحدات الكاميرا الحديثة إلى أن تتلاءم مع المساحات الميكانيكية الضيقة جدًا مع الاستمرار في توفير ما يلي:
مجالات رؤية واسعة
فتحات كبيرة
دقة عالية
أداء حافة جيد
إن محاولة تحقيق كل هذا باستخدام العناصر الكروية التقليدية فقط يمكن أن تصبح صعبة للغاية.
البصريات اللاكروية تمنح المصمم أداة أخرى.
وفي بعض الأحيان، يمكن لسطح شبه كروي واحد مصمم جيدًا أن يقوم بالعمل الذي قد تحتاج العديد من الأسطح التقليدية إلى أدائه.
لماذا تحب الكاميرات ذات الزاوية الواسعة البصريات اللاكروية؟
تشكل العدسات ذات الزاوية الواسعة تحديًا خاصًا.
عندما يصبح مجال الرؤية أكبر، يدخل الضوء إلى النظام البصري من زوايا مختلفة بشكل متزايد.
ويصبح إبقاء تلك الأشعة تحت السيطرة أكثر صعوبة.
تصبح إدارة التشويه أكثر صعوبة.
يصبح الحفاظ على أداء الحافة أكثر صعوبة.
وهذا هو أحد أسباب ظهور العناصر اللاكروية بشكل متكرر في تصميمات الكاميرات ذات الزاوية الواسعة.
النظر في كاميرا أمنية مدمجة.
قد ترغب الشركة المصنعة في مجال رؤية واسع، وأبعاد عدسة صغيرة، ودقة عالية، وأداء جيد في الإضاءة المنخفضة.
هذه المتطلبات تسحب التصميم البصري في اتجاهات مختلفة.
تساعد الفتحة الأوسع على جمع الضوء.
مجال رؤية أوسع يزيد من التغطية.
تساعد الحزمة الأصغر على تكامل المنتج.
لكن كل قرار من تلك القرارات يخلق تحديات بصرية.
يمكن للأسطح غير الكروية أن تساعد المصممين على إيجاد توازن عملي.
لماذا جعلت الهواتف الذكية البصريات اللاكروية أكثر أهمية
ربما تكون الهواتف الذكية هي المثال الأسهل للفهم.
كاميرا الهاتف الذكي صغيرة الحجم.
ومع ذلك، يتوقع المصنعون أن تنتج هذه الكاميرا صورًا كانت ستبدو رائعة لو كانت كاميرا أكبر بكثير قبل عشرين عامًا.
ببساطة لا توجد مساحة مادية كافية لحل كل مشكلة بصرية عن طريق إضافة أعداد كبيرة من العناصر الزجاجية التقليدية.
الحل هو التصميم البصري الأمثل للغاية.
يمكن أن توفر الأسطح غير الكروية تصحيحًا كبيرًا ضمن حزمة مدمجة للغاية.
وينطبق نفس المبدأ على أنظمة التصوير المصغرة الأخرى.
تواجه الكاميرات الأمنية، ووحدات الرؤية المدمجة، وكاميرات السيارات، والطائرات بدون طيار، والروبوتات، والأجهزة الذكية ضغوطًا مماثلة:
المزيد من الأداء البصري في مساحة مادية أقل.
لكن الشكل غير الكروي لا يعني "الأفضل تلقائيًا"
هذه نقطة مهمة.
لا يتفوق عنصر العدسة شبه الكروية تلقائيًا على العنصر الكروي.
إنها أداة التصميم.
لا يزال من الممكن أن ينتج عن السطح شبه الكروي ذو التصميم السيئ أداءً بصريًا سيئًا.
واستخدام عنصر لا كروي لا يلغي الحاجة إلى إدارة:
انحراف لوني
التشويه
تصنيع التفاوتات
المحاذاة
أداء الطلاء
السلوك الحراري
لا يزال يتعين على النظام البصري بأكمله أن يعمل معًا.
في الواقع، يمكن للأسطح غير الكروية في بعض الأحيان أن تجعل التصنيع ومراقبة الجودة أكثر تطلبًا لأن هندسة السطح أكثر تعقيدًا.
لذا فإن الإنجاز الحقيقي ليس ببساطة:
"لقد استخدمنا عدسة شبه كروية."
إنها:
"لقد استخدمنا الهندسة البصرية الصحيحة لحل المشكلة الصحيحة."
التصنيع هو المكان الذي تصبح فيه النظرية مثيرة للاهتمام
هناك فرق كبير بين تصميم سطح شبه كروي على جهاز الكمبيوتر وتصنيع الآلاف منها باستمرار.
يجب أن يتم إنتاج ملف تعريف السطح المطلوب بدقة.
يجب بعد ذلك تجميع العنصر بشكل صحيح.
حتى التصميم البصري الجيد يمكن أن يفقد الأداء إذا تم التحكم في تفاوتات التصنيع بشكل سيء.
هذا هو السبب في أن الشركات المصنعة للبصريات مثلبصريات بوشيبحاجة إلى النظر في التصميم والتصنيع معا.
يمكن أن يشمل الإنتاج البصري الحديث القولبة الدقيقة، ومعالجة المكونات البصرية، والتجميع، وفحص الأبعاد، واختبار الأداء البصري.
كلما زاد الطلب على السطح البصري، أصبح التحكم في العملية أكثر أهمية.
السبب الأكبر هو وجود البصريات اللاكروية في كل مكان
فلماذا نرى بصريات شبه كروية في العديد من الكاميرات الحديثة؟
لأن الكاميرات تطورت.
هم أصغر.
أجهزة الاستشعار أكثر قدرة.
مجالات الرؤية أوسع.
الفتحات أكبر.
متطلبات القرار أعلى.
ويتم وضع الكاميرات في بيئات مقيدة بشكل متزايد.
لا يمكن للطائرة بدون طيار أن تحمل عدسة ضخمة.
يحتاج الروبوت إلى وحدات رؤية مدمجة.
تحتاج السيارة إلى كاميرات تتناسب مع المباني المصممة بعناية.
الهاتف الذكي ليس لديه مساحة كافية تقريبًا.
تمنح البصريات اللاكروية المهندسين البصريين درجة أخرى من الحرية لحل هذه المشكلات.
فهي ليست عنصرا سحريا.
إنها ببساطة واحدة من أكثر الأدوات المفيدة التي يمتلكها مصممو البصريات المعاصرون.
وبالنظر إلى حجم ما نطلبه الآن من هذه الكاميرات الصغيرة، ربما ينبغي لنا أن نكون ممتنين لها.
