מאת: עודד שמיר
עדשות נוזליות, בהשראת עיני בעלי חיים, נמצאות בחזית הטכנולוגיה בתחום האופטיקה.
מה נראה כמו תכנון אופטי נכון יותר, תמונה א' או ב'?
כנראה שתמונה ב', לפחות מהסיבה הפשוטה שהיא כוללת קצת פחות עדשות.
העין האנושית כוללת עדשה קשיחה חיצונית (קרנית) בעלת השפעה קבועה על האובייקט הנראה, ועדשה נוזלית פנימית שיש לה יכולת לשנות את קימורה. פעולה זו מתרחשת בהתאם לנקודה אליה אנו מתבוננים, באמצעות שריר טבעתי המותח את העדשה ומרפה אותה. פעולה זו נקראת אקומודציה, מעין שילוב של זום ופוקוס בפעולה אחת.
למעשה, כמעט כל חיה זקוקה למנגנון אקומודציה כדי לעבור במהירות ממבט קרוב לרחוק או להפך, ולשם כך רובן משתמשות במנגנון הכולל עדשה נוזלית בקונפיגורציות שונות.
חברות אופטיקה קלאסיות, המייצרות כוונות טלסקופיות, משקפות, מצלמות וכו' משתעשעות שנים ברעיון, הן מודעות ליתרונות העצומים של עדשות נוזליות, שיוכלו, כמו בטבע, לעבור במהירות ממצב ראיה אחד לאחר, שיהיו עמידות לרעידות ושברים, בעלות שחיקה נמוכה, חסכוניות מאוד באנרגיה, יכילו מעט חלקים נעים ויהיו זולות מאוד לייצור.
העדשה המושתלת נלחצת כנגד טבעת פלסטיק המעוגנת לגלגל העין, ובכך נוצרת עדשה המופעלת כמו העדשה המקורית ע"י השריר הטבעתי שדוחף אותה קדימה.
Hooded Merganser מאת Makcolm תחת רישיון cc 2.0
תמונת עדשה באדיבות חברת NuLens
עולם האופטיקה התפתח לאורך עשרות שנים בכיוון של ריבוי עדשות, מכניקה מדויקת, עדשות משונות וציפויים מיוחדים. כשנכנסה המהפכה הדיגיטלית ביצע השוק קפיצת מדרגה באמצעות עיבוד תמונה, סנסורים מתוחכמים, מחשוב מהיר ואלגוריתמים מורכבים, אבל גם כוח המחשוב החזק ביותר תמיד ידרוש אופטיקה בסיסית.
נראה ששוק הסלולר מעמיד סף גבוה של דרישות טכנולוגיות בפני מגמת מיזעור המצלמה הכלולה במכשירי הטלפון הניידים, עובדה שתסייע לעדשות הנוזליות לפרוץ לתודעה – ולשוק.
חברת Varioptic פיתחה עדשה נוזלית המשנה את זווית הקימור שלה באמצעות שינוי מתח חשמלי במקום על ידי תזוזה מכנית, ובכך העלתה את דיוק המערכות והוסיפה ממד של יציבות (Stabilization) לתמונה. עדשותיה נמצאות בטלפונים החכמים של רבים מאתנו. ראו סרטון מצורף בקישור המדגים את מנגנון העדשה.
לאורך השנים הצעידה האקדמיה את תחום העדשות הנוזליות קדימה.
דוגמא אחת יכולה להמחיש לאילו כוונים עשוי התחום הזה להתפתח בעתיד. בדוגמא זו נחזור להתחלה, לטבע ולביומימקרי, ונראה כיצד הצליחו באוניברסיטת אוהיו לשלב בין יתרונותיה של העין האנושית, המאפשרת ראיית עומק ופוקוס מהיר, ועיניהם של חרקים, שאינם יכולים לשנות את ראיית העומק אולם יש להם זווית ראייה רחבה ביותר, בזכות עדשות קטנות ורבות על גבי העין. בפרויקט זה שולבו עדשות קטנות רבות על גבי עדשה נוזלית אחת ובכך התקבלה זווית ראיה רחבה במיוחד, יחד עם מנגנון שינוי פוקוס מהיר.
תמונה מאת Sam Droege תחת רישיון cc 2.0
תחום העדשות הנוזליות הוא אחד התחומים המובילים של פיתוחים טכנולוגיים, המאפשרים לעולם האופטיקה להתפתח בקצב מהיר, היום בסלולר ומחר ברכבים אוטונומיים ומיחשוב לביש.
עדשות נוזליות, בהשראת עיני בעלי חיים, נמצאות בחזית הטכנולוגיה בתחום האופטיקה.
מה נראה כמו תכנון אופטי נכון יותר, תמונה א' או ב'?
תמונה א מאת Neon Tommy's תחת רישיון cc 3.0
כנראה שתמונה ב', לפחות מהסיבה הפשוטה שהיא כוללת קצת פחות עדשות.
העין האנושית כוללת עדשה קשיחה חיצונית (קרנית) בעלת השפעה קבועה על האובייקט הנראה, ועדשה נוזלית פנימית שיש לה יכולת לשנות את קימורה. פעולה זו מתרחשת בהתאם לנקודה אליה אנו מתבוננים, באמצעות שריר טבעתי המותח את העדשה ומרפה אותה. פעולה זו נקראת אקומודציה, מעין שילוב של זום ופוקוס בפעולה אחת.
למעשה, כמעט כל חיה זקוקה למנגנון אקומודציה כדי לעבור במהירות ממבט קרוב לרחוק או להפך, ולשם כך רובן משתמשות במנגנון הכולל עדשה נוזלית בקונפיגורציות שונות.
מזה עשרות שנים מפורסמים מאמרים ונרשמים פטנטים בתחום צר באופטיקה,
המכונה "עדשות נוזליות", בהשראת העדשה האקומודטיבית שבעין האנושית, אולם
מעטים המוצרים שיצאו לשוק.
נאס"א לדוגמא, פיתחה משקפיים לאסטרונאוטים המאפשרים אקומודציה
ידנית באמצעות עדשה נוזלית, למקרה שחל שיבוש בראייה של האסטרונאוט בחלל או שהוא
נמצא בזווית עבודה קשה.חברות אופטיקה קלאסיות, המייצרות כוונות טלסקופיות, משקפות, מצלמות וכו' משתעשעות שנים ברעיון, הן מודעות ליתרונות העצומים של עדשות נוזליות, שיוכלו, כמו בטבע, לעבור במהירות ממצב ראיה אחד לאחר, שיהיו עמידות לרעידות ושברים, בעלות שחיקה נמוכה, חסכוניות מאוד באנרגיה, יכילו מעט חלקים נעים ויהיו זולות מאוד לייצור.
בין השימושים העיקריים של עדשות נוזליות כיום ניתן למצוא גלאי ברקוד ומכשור
ביומטרי אשר דורשים פוקוס במהירות גבוהה.
חברת NuLens הישראלית פיתחה עדשה נוזלית
להשתלה תוך עינית, המחליפה את העדשה הטבעית אצל אנשים שלקו בקטרקט, כלומר העדשה
שלהם הפכה עם השנים לעכורה וצמיגותה נפגעה. החברה קיבלה השראה מעיניהן של ציפורי
מים* אשר צריכות לראות במים היטב כמו באוויר, וברגע שהן צוללות אל תוך המים העדשה
שלהן נלחצת כנגד הקשתית ומייצרת עדשה קטנה יותר, בעלת רדיוס קטן בהרבה המתאים
לסביבה המימית. העדשה המושתלת נלחצת כנגד טבעת פלסטיק המעוגנת לגלגל העין, ובכך נוצרת עדשה המופעלת כמו העדשה המקורית ע"י השריר הטבעתי שדוחף אותה קדימה.
*
כדוגמת ה- Hooded Merganser הנראה בתמונה הבאה יחד עם
חתך העין שלו באויר ובמים:
עולם האופטיקה התפתח לאורך עשרות שנים בכיוון של ריבוי עדשות, מכניקה מדויקת, עדשות משונות וציפויים מיוחדים. כשנכנסה המהפכה הדיגיטלית ביצע השוק קפיצת מדרגה באמצעות עיבוד תמונה, סנסורים מתוחכמים, מחשוב מהיר ואלגוריתמים מורכבים, אבל גם כוח המחשוב החזק ביותר תמיד ידרוש אופטיקה בסיסית.
נראה ששוק הסלולר מעמיד סף גבוה של דרישות טכנולוגיות בפני מגמת מיזעור המצלמה הכלולה במכשירי הטלפון הניידים, עובדה שתסייע לעדשות הנוזליות לפרוץ לתודעה – ולשוק.
חברת Varioptic פיתחה עדשה נוזלית המשנה את זווית הקימור שלה באמצעות שינוי מתח חשמלי במקום על ידי תזוזה מכנית, ובכך העלתה את דיוק המערכות והוסיפה ממד של יציבות (Stabilization) לתמונה. עדשותיה נמצאות בטלפונים החכמים של רבים מאתנו. ראו סרטון מצורף בקישור המדגים את מנגנון העדשה.
לאורך השנים הצעידה האקדמיה את תחום העדשות הנוזליות קדימה.
דוגמא אחת יכולה להמחיש לאילו כוונים עשוי התחום הזה להתפתח בעתיד. בדוגמא זו נחזור להתחלה, לטבע ולביומימקרי, ונראה כיצד הצליחו באוניברסיטת אוהיו לשלב בין יתרונותיה של העין האנושית, המאפשרת ראיית עומק ופוקוס מהיר, ועיניהם של חרקים, שאינם יכולים לשנות את ראיית העומק אולם יש להם זווית ראייה רחבה ביותר, בזכות עדשות קטנות ורבות על גבי העין. בפרויקט זה שולבו עדשות קטנות רבות על גבי עדשה נוזלית אחת ובכך התקבלה זווית ראיה רחבה במיוחד, יחד עם מנגנון שינוי פוקוס מהיר.
תמונה מאת Sam Droege תחת רישיון cc 2.0
תחום העדשות הנוזליות הוא אחד התחומים המובילים של פיתוחים טכנולוגיים, המאפשרים לעולם האופטיקה להתפתח בקצב מהיר, היום בסלולר ומחר ברכבים אוטונומיים ומיחשוב לביש.
