التصنيف: تعلم معنا

يمكننا ان نشبه فكرة عمل العين بالكاميرا التي نستخدمها في التصوير الفوتوغرافي، تلك العملية التي تقوم فيها الكاميرا بتجميع الضوء المنعكس عن الجسم بواسطة عدسة الكاميرا على الفيلم وبعدها تتم العملية الكيميائية لتحويل الصورة المختزنة في الفيلم إلى صورة يمكن طباعتها على الورق لنحصل على صورة بين ايدينا لمشهد معين تم تصويره، والعين تقوم أيضا بتجميع الضوء المنعكس عن الجسم او المشهد الذي ننظر اليه وتركزه في داخل العين. ولتوضيح كيف تتم عملية الرؤية دعنا ننظر إلى تركيب العين.

الأجزاء الرئيسية في العين

تقوم الشبكية بدور رئيسي في عملية الرؤية حيث تتفاعل الشبكية مع الضوء الساقط عليها وتحوله الى معلومات ترسل إلى الدماغ. ويعمل الدماغ على ترجمة هذه المعلومات وتحويلها الى صورة. تحتوى الشبكية على خلايا عصبية تسمى مجسات الابصار وهي نوعان هما المخاريط cones والعصي rods وتكون وظيفة هذه المجسات هو تحويل فوتونات الضوء إلى اشارات كهربية ترسل عبر الالياف العصبية البصربة المتصلة بها لترسل بعدها إلى مركز الابصار في الدماغ لتتم الترجمة والرؤية.

التفاصيل السابقة لتركيب العين مختصرة ويمكن ان نخصص لها موضوع منفصل لشرح كيف تعمل العين بالتفصيل في مقالات اخرى ان شاء الله.
تعتمد دقة الرؤية ووضوحها على المرحلة الاولي للجزء الامامي للعين والتي يتم فيها تركيز الضوء بواسطة القرنية وعدسة العين على الشبكية، وبالتالي فإن شكل كلاً من القرنية والعدسة بالاضافة إلى مرونة حركتهما ومرونة العضلات التي تتحكم بحركة العين ككل كلها تلعب دوراً متكاملاً في تركيز الضوء على شبكية العين.
فعندما ننظر إلى جسم ما فإن ثلاثة اشياء تحدث فوراً وتلقائياً وهي:
1. تصغير حجم الصورة لتناسب حجم شبكية العين.
2. تجميع الضزء المتشتت عن الجسم وتركزه focus على الشبكية
3. الصورة المتكونة على الشبكية يجب ان تكون منحنية لتناسب شكل الشبكية تماماً.
وكما هو موضح في الشكل التالي فإن الضوء المار خلال القرنية وحدقة العين ينحني وفيزيائيا نقول انه ينكسرrefractive بواسطة العدسة ليصل إلى نقطة على الشبكية نقول عنها نقطة التركيز او التبئير focus حيث تتشكل الصورة (تماماً كما نقوم بذلك في الكاميرا فاهم خطوة للحصول على صورة واضحة ان نضبط التركيز focusing والذي يتم اوتوماتيكياً في معظم الكاميرات العادية).

ولعمل كل ذلك فإن العين تمتلك عدسة تقع في مركز العين بين الشبكية والحدقة وتغطي العدسة طبقة شفافة تسمى القرنية تعمل كنافذة لحماية العدسة. كلا من العدس والقرنية تعملان مع بعضهما البعض لتركيز الصورة على الشبكية.

العين الطبيعية الخاليةمن العيوب تتميز بوجود تناسب بين قوة القرنيةوالعدسة وموقع الشبكية التي تقع على مسافة 24 مليمتراً خلف القرنية. وهذا التناسب يجعل الضوء الساقط على العين يتركز على الشبكية تماماً، وأياختلال فيه يؤدي إلى حدوث عيوب البصر والتي تسمى في الكثير من الأحيان بالعيوب الانكسارية دلالة على الخاصية الفيزيائية لعدسة والقرنية في عملية انكسار الضوء وان كل هذه العيوب منشؤها خلل في القوة الانكسارية التي تتمثلفي:
1. قصر النظر (mypopia)
2. طول النظر (Hyperopia)
3. انحراف البصر (Astigmatism)
4. مد البصر أو قصو البصر (Presbyopia)
وفيمايلي لمحة موجزة عن كلٍّ من هذه العيوب:
قصر النظر mypopia وهو أشهر أنواعالعيوب الانكسارية وأكثرها شيوعاً، والسبب الرئيسي له تجمع الأشعةالضوئية قبل وصولها إلى شبكية العين. مما يسبب زيغ في الصورة المتكونة، وتحدث هذه الحالة بسبب زيادة قوة تركيز عدسة العين ولذلك نرى هؤلاء الاشخاص يتمتعون بقدرة على القراءة والنظر بوضوح للاجسام القريبة.

في قصر النظر تتكون صورة الاجسام البعدة امام الشبكية

طول النظر (Hyperopia) على عكس قصر النظر تماماً، يحدث أن تتجمع الأشعة الضوئيةبعد شبكة العين فتسبب فيما يسمى بطول النظر، وفي هذه الحالة يعاني طويلالنظر من عدم الرؤية بوضوح عن قرب، وقد يستطيع ذلك ولكنه يصاب بإجهادشديد من شدة التركيز والضغط على العين لزيادة قوة العدسة. ولكن الاجسام البعيدة فهو يراها بوضوح.

في طول النظر تتكون صورة الاجسام خلف الشبكية

انحراف البصر (Astigmatism) تحدث مشكلة انحراف البصر عندما يحدث تشوه في عدسة العين أو القرنية مما ينتج عنه تكون نقطتين للبؤرة مما ينتج عنه قوة انكسارية غير متساوية في جميع الاتجاهات فينتج انحراف البصر أوالاستجماتيزم.

قصو البصر (Presbyopia)تستطيع عدسة العين الطبيعية بقدرة الله عز وجل أن تغيرقوتها التكبيرية خلال لحظة من الزمن، الأمر الذي يجعلنا قادرين علىتحويل نظرنا من البعيد جداً إلى القريب جداً، وفي لمح البصر نرى كل شيءبوضوح وعلى مختلف المسافات. وحين تفقد عدسة العين مرونتها وقدرتها على تغيير قوتها التكبيريةيصبح الإنسان غير قادر على رؤية الأشياء القريبة بوضوح خاصةالقراءة.
ويتم معالجة كل هذه المشاكل باستخدام انواع مختلفة من العدسات الطبية والتي تحسب قوتها ودرجتها ونوعها حسب تشخيص دقيق يخضع له الشخص المصاب.
عملية الليزك مفيدة جداً في حالات قصر النظر وفي الكثير من الحالات تتمكن من تصحيح العيب والتخلص من النظارة وتعطي عملية الليزك نتائج جيدة في حلات طول النظر وانحراف النظر ولكن حالة قصو النظر تحتاج إلى عملية جراحية بالليزر laser eye surgery.

سوف نقوم بشرح فكرة عملية الليزك من خلال تصحيح مشكلة قصر النظر.

تقنية الليزك اكتشفت بواسطة العالم Jose Barraquer في العام 1960 عندما طور الة التشريط microkeratomeلقطع جزء من القرنية وتعديل شكلها بواسطة تقنية تسمى keratomileusis، وفي العام 1981 وبعد اكتشاف الاكسيمر ليزر الذي يعمل في مجال الاشعة فوق البنفسجية وقدرته على انتزاع طبقات من الأغشية الرقيقة بدون اي اثار حرارية للمناطق المحيطة تمكن العالم Srinivasan من استخدام الاكسيمر ليزر قطع جزء من القرنية وبدون اثار جانبية بالمقارنة باشعة ليزر اخرى تعمل في مجال الضوء المرئي. وبعد العديد من التجارب تم تطوير تقنية الليزك في العام 1991 بواسطة العالم الايطالي Lucio Buratto والعالم اليوناني Ioannis Pallikaris لتصبح اكثر دقة لتحل محل الطريقة القديمة keratomileusis.

وخلال إجراء العمليةبالليزر هناك من يرصد العملية ويرقبها، وذلك من خلال جهاز كمبيوتر موجودضمن جهاز الإكسيمر ليزر مهمته تحديد المقدار المراد إزالته من أنسجةالقرنية بالضبط.

1. قياس ضغط العين
2. التصوير الطبوغرافي للعين
3. قياس سماكة القرنية
4. قياس الانحراف الانكساري مع توسيع الحدق
5. فحص الجزء الأمامي من العي
6. فحص قاع العين
7. قياس رؤية الألوان
8. فحص الحول
9. قياس تحدب القرنية
10. قياس قطر الحدقة
11. قياس الانحرافات الانكسارية الدقيقة
ولكل فحص من هذه الفوحوصات الاجهزة الخاصة به وتبين نتائج الفحص اذا ما كان من المناسب ان يخضع المصاب للعملية أم ان هناك عامل مهم لم يتحقق مثل ان تكون القرنية رقيقة السمك أو ان تكون ذات شكل مخروطي.

كيف تتم عملية الليزك
1
تبدأ عملية الليزك بوضع المشرط الإلكتروني على العين وتثبيته بدقة.

2
بتحريك المشرط الإلكتروني في اتجاه السهم يتم ازالة الغشاء الرقيق الذي يغطي القرنية.

3
يقوم الطبيب بازالة الغشاء بواسطة ملقط معقم ووضعه جانباً لتكون القرنية معرضة لاشعة الليزر للمرحلة التالية.

4
يتم تسليط أشعة الإكزيمر ليزر داخل أنسجة القرنية والتي تكون محسوبة بعدد محدد لازالة السمك المطلوب من سطح القرنية.

5
تتم العملية بإعادة الغشاء الرقيق مكانه كما كان قبل العملية.

في هذه الموقع عرض فيديو لعملية ليزك تتضمن مرحلة ازالة الغشاء وتسليط الليزر واعادة الغشاء.

تعتبر شاشات العرض الوسيلة التي تمكن الانسان من الاستفادة من التكنولوجيا وقد نقصد بشاشات العرض هنا الشاشات بمختلف انواعها فهناك الشاشات التي تعتمد على شعاع الإلكتروني أو الشاشات التي تعتمد شاشت البلازما وكل نوع من هذه الأنواع له فكرة عمل فيزيائية مختلفة ولكن في هذا الموضوع سنركز على شاشات البلورات السائلة. ولهذا فإن شاشات العرض تحيط بنا من كل جانب وتدخل في تركيب العديد من الأجهزة الإلكترونية وتكون بأحجام صغيرة مثل شاشات الساعات أو شاشات السي دي او الجوال وقد تكون بأحجام كبيرة مثل شاشات أجهزة الكمبيوتر المحمول أو شاشات التلفزيون التي يصل حجمها إلى 60 انش. تنوع احجام شاشات البلورات السائلة وتميزها بصغر سمكها ساهم على انتشارها بشكل كبير وجعلها تدخل في العديد من التطبيقات التكنولوجية.

شاشة من البلورات السائلة كجزء من آلة حاسبة

نعلم أن المواد في الطبيعة اما في الحالة الصلبة أو السائلة أو الغازية. فالحالة الصلبة تكون فيها جزيئات المادة مرتبة باتجاه محدد وفي مواقع محددة بالنسبة لبعضها البعض أي لا تتحرك. أما في الحالة السائلة فإن جزيئاتها تكون في حالة حركة مستمرة ولا يجمعها اتجاه ترتيب محدد. ولكن هناك بعض المواد تكون في حالة وسطية أي بين السائل والصلب حيث تحافظ جزيئات المادة في هذه الحالة على اتجاه ترتيبها كما في جزيئات المادة الصلبة ولكن في نفس الوقت تتحرك مثل جزيئات الحالة السائلة، وهذا يعني أن البلورات السائلة هي ليست حالة صلبة وليست حالة سائلة ولكن بين الحالتين معا ومن هنا جائت التسمية بالبلورات السائلة.
إذا هل يمكن ان نعتبر أن البلورات السائلة تتصرف مثل المواد الصلبة أو المواد السائلة؟ في الحقيقة ان البلورات السائلة اقرب إلى المواد السائلة منها إلى المواد الصلبة. باعتبار ان ارتفاع بسيط في الحرارة بحولها الى سائل. ولهذا فإن البلورات السائلة حساسة للتغيرات في درجان الحرارة.

كما يوجد العديد من المواد السائلة أو العديد من المواد الصلبة، فإن هناك العديد من أنواع البلورات السائلة، تتواجد البلورات السائلة في عدة اطوار مختلفة تعتمد على درجة الحرارة وطبيعة المواد التي تصنع منها والنوع المخصص لصناعة الشاشات هو من الطور الدوار او المتحرك nematic phase ، ويمتاز هذا الطور في ان البلورات السائلة تتأثر بالتيار الكهربي. وهناك نوع محدد من البلورات السائلة ذات الطور الدوار يستخدم في شاشات العرض هو الطور الدوار الملتوي twisted nematics ويرمز له TN . وعندما تتعرض البلورات ذات الطور الدوار الملتوي إلى تيار كهربي فإنها تصبح غير ملتوية وتعتمد درجة الإلتواء على شدة التيار الكهربي. تستخدم تكنولوجيا شاشات البلورات السائلة هذه الخاصية (خاصية الإلتواء) في التحكم في مرور الضوء خلالها.

صورة توضح البلورات السائلة عند تكبيرها بواسطة ميكروسكوب

• الحقيقة الأولى ظاهرة استقطاب الضوء.
• الحقيقة الثانية ان البلورات السائلة تسمح بمرور الضوء وتغير من استقطابه.
• الحقيقة الثالثة طبيعة تركيب البلورات السائلة تتغير بتغير التيار الكهربي.
• الحقيقة الرابعة وجود مواد شفافة موصلة للكهرباء.

لتصنيع شاشة عرض من البلورات السائلة نستخدم لوحين من الزجاج المستقطب للضوء وهو عبارة عن مواد من البوليمر تحتوي على شرائح ميكروسكوبية (لا ترى بالعين المجردة) تغطي احد سطحي لوح الزجاج الذي لا يحتوي على شريحة الاستقطاب. يتم ضبط الشرائح الميكروسكوبية لتكون في نفس اتجاه الاستقطاب الشريحة المثبتة على السطح المقابل. تتم بعد ذلك اضافة طبقة رقيقة من البلورات السائلة ذات الطور الدوار. تعمل طبقة الشرائح الميكروسكوبية على توجيه البلورات السائلة لتصطف في اتجاه تلك الشرائح. يتم وضع الطبقة الأخرى من الزجاج ولكن مع التأكد ان شريحة الاستقطاب عمودية على اتجاه استقطاب الشريحة الأولي. تترتب الطبقات المتعاقبة من البلورات السائلة ذات الطور الدوار الملتوي بعضها فوق بعض من بدوران تدريجي يصل إلى 90 درجة بالنسبة لترتيب الطلقة الأولى.

عندما يسقط الضوء على الشريحة الزجاجية الأولي فإنها تعمل على استقطاب الضوء، ومن ثم تعمل جزيئات البلورات السائلة في كل طبقة على توجيه الضوء إلى الطبقة التي تليها مع تغير مستوى استقطاب الضوء. وعندما يصل الضوء للطبقة الأخيرة من طبقات البلورات السائلة فإنه يكون مستقطب في نفس اتجاء جزيئات تلك الطبقة وبالتالي ينفذ الضوء منها.
عند تطبيق مجال كهربي على جزيئات البلورات السائلة فإنها لا تلتوي وبالتالي فإن الضوء لا يمكن ان ينفذ من الجهة الأخرى.

• Light Waves شعاع ضوئي.
• Polarized Panels طبقة الزجاج المغطي بشريحة رقيقة من مواد مستقطبة للضوء.
• Electrods طبقة رقيقة من مادة شفافة موصلة للتيار الكهربي.
• Liquid Crystals طبقات جزيئات البلورات السائلة.

بعد ان فهمنا الفكرة الفيزيائية لعلم شاشات العرض التي تعتمد على البلورات السائلة والتي تتلخص في تمرير الضوء وحجبه عن طريق التحكم في ترتيب البلورات السائلة من خلال مجال كهربي. اذا كيف يمكن ان نصنع شاشة بلورات سائلة.
نبدأ بتوفير شريحتين متقابلتين من الزجاج بينهما طبقة من البلورات السائلة ويضاف إليهما طبقتين من مادة شفافة موصلة للكهرباء electrodes. وتكون ترتيب الطبقات كما هو موضح في الشكل التالي:

الطبقة A عبارة عن القاعدة او الطبقة الخلفية وهي مرآة عاكسة لضوء.
الطبقة B عبارة عن طبقة من الزجاج عليه طبقة رقيقة تعمل على استقطاب الضوء.
الطبقة C عبارة عن طبقة شفافة موصلة من مادة indium-tin oxide لتوصيل التيار الكهربي.
الطبقة D عبارة عن طبفة البلورات السائلة وتكون فوق الطبقة الموصلة تماماً.
الطبفة E طبقة من الزجاج وعليه ايضا طبقة رقيقة من مادة مستقطبة للضوء ولكن في اتجاه عمودي على محور استقطاب الطبقة الأولى.

يوصل الالكترود بمصدر تيار كهربي مثل بطارية وعندما لا يمر تيار فإن الضوء يعبر من الطبقة الاول لشاشة البلورات السائلة سيصل إلى المرآة وينعكس عنها. ولكن عندما يمر التيار الكهربي من خلال الالكترود فإن البلورات السائلة الموجودة بين الالكترود والجهة المقابلة لها والتي تشكل مستطيل ستمنع الضوء من الوصول الى المرآة مما يظهر منطقة معتمة على شاشة العرض.
لاحظ أن شاشة البلورات السائلة LCD تتطلب مصدر ضوء خارجي. حيث أن مادة البلورات السائلة لاتصدر الضوء بنفسها. الشاشات الصغير في الأغلب تكون عاكسة بمعنى انها تعرض الصورة من خلال انعكاس ضوء من مصدر خارجي. فمثلا لو نظرنا إلى شاشة بلورات سائلة في ساعة اليد الرقمية فإن الأرقام تظهر عندما يمر تيار كهربي من خلال الإلكترود إلى مجموعة معينة من البلورات السائلة فتلتف لتعمل على حجب الضوء فتظهر منطقة معتمة تعطينا صورة الرقم كما في الشكل الموضح أدناه.
أما في شاشات الكمبيوتر المحمول أو الشاشات الحديثة من نوع الـ LCD فإنها تستخدم مصابيح فلوريسنت فوقها أو على الجوانب أو في خلف الشاشة نفسها. وتعمل لوحة تشتيت للضوء مثبتة خلف شاشة البلورات السائلة لضمان توزيع منتظم لشدة الضوء على مساحة شاشة العرض. وحيث أن الطبقات التي تأتي فوق المصدر الضوئي هي عبارة عن شاشة البلورات السائلة بما تحتويه من طبقات مختلفة مثل طبقة الالكترود وطبقة البلورات السائلة نفسها وغيرها يعمل على امتصاص كمية كبيرة من ضوء المصدر الضوئي قد تصل إلى 50%!
في المثال الموضح في عرض الفلاش أدناه نشاهد لوحة الإلكترود وكيف أن إلكترود مفرد يتحكم في استجابة البلورات السائلة من خلال تمرير شحنة كهربية. وإذا تخيلنا أن هناك من يتحكم في ارسال الشحنات الكهربية التي تمر عبر الالكترود فإنه يمكن تكوين صورة من خلال قيام البلورات السائلة بحجب الضوء ومنعه من الوصول إلى الشاشة الخارجية وبالتالي يمكن أن نعرف الآن لماذا تكون معالم الصورة على شاشة البلورات السائلة تكون سوداء.
أنظمة شاشات البلورات السائلة
النظام البسيط يسمى common-plane-based LCD أي شاشة عرض البلورات السائلة ذات القاعدة المشتركة، وهي تستخدم في الحالات التي تتطلب عرض مكرر للمعلومات مثل شاشات الساعات أو شاشات المثبتة على لوحة تحكم فرن الميكروويف.
النظام الأكثر تعقيداً وهو المستخدم في شاشات الكمبيوتر وهناك نظامين هما passive matrix والثاني active matrix .

يستخدم هذا النظام شبكة بسيطة تمثل عناصر الصورة على الشاشة والتي تعرف بالبكسيل pixel لتزويد عنصر صورة محدد بالشحنة الكهربية. تتركب الشبكة من طبقتين من الزجاج تسمى القاعدة substrate . احد هاتين القاعدتين يحتوي على مجموعة من أعمدة والقاعدة الزجاجية الثانية تحتوي على مجموعة من الصفوف وكلاً من الاعمدة والصفوف عبارة عن مواد موصلة للكهرباء وفي الأغلب هي indium-tin oxide . يتم توصيل الأعمدة والصفوف بدائرة متكاملة integrated circuits تتحكم في توقيت ارسال الشحنة الكهربية إلى عنوان محدد برقم العامود ورقم الصف الذي يجب أن تصل له الشحنة الكهربية. تكون طبقة البلورات السائلة بين هاتين القاعدتين الزجاجيتين وتثبت طبقة الاستقطاب خرج القاعدتين. ولتشغيل احد عناصر الصورة pixel يتم ارسال شحنة كهربية عبر الدائرة المتكاملة إلى العمود والصف المحددين لعنصر الصورة فيعملان على التأثير على البلورات السائلة بينهما فتعمل تلك البلورات السائلة على منع الضوء من المصدر الخلفي للشاشة عند تلك الـ pixel .

تم تطور النظام السابق لتلافي عدة عيوب منها بطء الاستجابة للحركة السريعة خصوصاً إذا قمت بتحريك مؤشر الماوس على الشاشة بسرعة كبيرة فكانت الصورة تظهر حركة المؤشر مع ظهور خيالات لها، ولكن في النظام الجديد الذي يعرف بنظام الـ active matrix فلا يوجد مثل هذا العيب حيث يعتمد نظام العرض هذا على شريحة رقيقة من الترانسيستورات thin film transistors وتختصر بـ TFT ، ويظهر هذا الرمز عند وصف مواصفات الشاشة. وببساطة فإن مجموعة كبيرة من التراتسيستورات والمكثفات المتناهية في الدقة مرتبة على شكل شبكة على قاعدة زجاجية substrate . يتم توجيه الشحنة الكهربية ايضا من خلال دوائر متكاملة تربط شبكة الترانسيستورات والمكثفات التي تمثل عناصر الصور وتكون وظيفة المكثفات هو الاحتفاظ بالشحنة لحين دورة المسح refresh cycle . كما انه إذا تم التحكم بدقة بكمية الشحنة التي يجب ان تصل إلى المكثف فيكن التأثير على دورات البلورات السائلة بزواية محددة مما تعمل على حجب الضوء بنسب متفاوتة وتعتمد على كمية الشحنة المرسلة لمكثف البكسيل المحدد. مما تستطيع هذه الشاشات من عرض 256 درجة رمادية متفاوتة بين الأبيض والاسود في حين أن النظام السابق لا يظهر مكونات الصورة إلا بلونين هما اللون الأبيض واللون الأسود.

نحصل على الألوان في شاشات البلورات السائلة من خلال استخدام ثلاثة طبقات مرشحة filter للألوان الأساسية وهي الأحمر والأخضر والأزرق. وبتحكم دقيق لكمية الشحنة يمكن الحصول على 256 درجة مختلفة لكل لون، وبدمج كافة الدرجات لكل الألوان يمكن أن نحصل على 16.8 مليون لون مختلف وهي عبارة عن حاصل ضرب 256 درجة للون الأحمر في 256 درجة للون الأخضر في 256 درجة للون الأزرق. كما في الشكل التوضيحي أدناه.

كل هذه الألوان تتطلب عدد هائل من الترانسيستورات، وعلى سبيل المثال فإن شاشة جهاز كمبيوتر محمول تدعم دقة عرض resolution تصل إلى 1024×768 . يعني أنها تحتوي على عدد من الترانسيستورات يساوي حاصل ضرب 1024 عمود في 768 صف في 3 لكل لون ليساوي2,359,296 ترانسيستور على مساحة الشاشة!
أي خلل يحدث لواحد من هذه الترانسيستورات يظهر مباشرة على الشاشة في شكل نقطة معتمة ولهذا تخضع الشاشات من هذا النظام لفحص دقيق قبل استخدامها وتسويقها.

لازالت الأبحاث مستمرة لتطوير هذه التكنولوجيا التي من المتوقع خلال السنوات القليلة القادمة ان تستبدل شاشات الكاثود التقليدية لخفة وزنها وقلة سمكها وقلة استهلاكها للطاقة ووضوح صورتها، وتم عمل الابحاث العلمية على تطوير البلورات السائلة نفسها لتشمل البلورات الدوارة الفائقةsuper twisted nematics (STN) وكذلك البلورات الدوارة المزدوجة المسح dual scan twisted nematics (DSTN) وغيرها الكثير (اعتمد على التسمية الانجليزية لان الترجمة للمصطلحات غير معربة)، وكذلك يجري البحث العلمي على انتاج شاشات البلورات السائلة بمساحات عرض كبيرة ويجب على القارئ ان يدرك سبب ارتفاع ثمن شاشات البلورات السائلة التي تزيد مساحة العرض عن 40 انش وذلك لصعوبة تصنيعها مع العلم ان الشاركات المنتجة لتلك الشاشات تتلف 50% منها لفشلها بعد عملية التصنيع ولذلك يتم تحميل ثمن التالف على ثمن السليم، وجدير يالذكر ان زيادة مساحة الشاشة يزيد من عرضت وجود كمية كبيرة من الترانسيستورات لا تعمل مما يسبب في استبعاد تلك الشاشات واتلافها.

حسنًا إذن الزُّجــاج .. تلك المــادة القاسية …

قبل أن يتعلّم الناس أسرار صناعة الزجاج ، وجدوا زجاجًا متكوِّنًا بطريقتين مختلفتين .. فعندما كان البرق يرتطم بالرمل ، كانت الحرارة أحيانًا

عندما يتحدث الناس عن الزجاج فإنهم عادة يعنون تلك المادة الشفافة اللامعة التي تتكسر بسهولة .. وربما يُظنّ أن الزجاج الذي يستعمل في النوافذ

وهو عبارة عن سيليكات الصوديوم والكالسيوم ..

وهو يصلح لعمل العدسات والمرايا ، ويستخدم فيه أكسيد الرصاص بدلاً من أكسيد الكالسيوم ..

ينصهر زجاج الكوارتز عند درجة حرارة عالية ويقاوم الفعل الكيميائي .. ولكن القلويات والمعادن وأكاسيدها تهاجمه .. لا ينكسر بسهولة عند

تركيبه :

لا يلين مثل الزجاج العادي ويقاوم الفعل الكيميائي ..

الزجاج الذي لا يتناثر ( Laminated ) أو ” زجاج الأمان ( safety glass )

وهو من طبقتين من الزجاج بينهما طبقة من أسيتات السيليوز أو السيليويد ..

والزجاج رغم مظهر الصلب وقساوته إلا أنه من الناحية البنائية سائل ..

زجاج الأمان المصفّح :

هي عبارة عن شطائر تُصنع عن طريق إلصاق شرائح من مادة بلاستيكية بأخرى من زجاج مسطح ، الواحدة بعد الأخرى بالتبادل لتكوين هذا

وهو عبارة عن زجاج سميك مصنوع من طبقات متعددة مصفحة .. ويمكن لهذا النوع من الزجاج أن يوقف حتى الطلقات ذات العيار الثقيل التي

ويختلف هذا النوع عن الزجاج المصفّح في أنه قطعة واحدة عولجت حراريًا بطريقة خاصة وهي في مظهرها وملمسها ووزنها تشبه الزجاج

به نسبة عالية من السيلكا كما أنه يحتوي في العادة حمض البوريك ، ويمكِّن معامل تمدده منخفض من تحمل تغيرات كبيرة في درجة الحرارة دون

للزجاج العادي خواص معينة تجعله مفيدًا في الأعمال الكهربائية .. ومن هذه الخواص الشفافية والقدرة على مقاومة الحرارة ، ومقاومة سريان

للزجاج العادي فائدته كعازل ممتاز للحرارة وليس كموصِّل لها .. ويمكن رش الزجاج بطبقة خفيفة غير مرئية من بعض الكيميائيات ، وستؤدي

يمكن من خلاله صنع سخانات طعام كهربائية وأجهزة تدفئة للغرف ..

زجاج الألياف الضوئية ” Optical fiber ”

وهي عبارة عن ألياف زجاجية مطلية بمادة خاصة يمكن أن تنثني لنقل الضوء حول الزوايا أو في أماكن أصغر من أن يدخل فيها المصباح

كل ليف زجاجي عبارة عن قضيب من زجاج رقيق إلا أنه صلب ، وفي معظم الأحيان يبلغ سمكه أقل من واحد على عشرين من سمك شعرة

صناعة أجسام السيارات .. وتعتبر هذه الألياف مادة مرغوبة لعمل الستائر لأنها غير قابلة للاحتراق ..
الزجاج الحساس للضوء :

يمكن تعريضه للضوء الفوق بنفسجي ، كما يمكن تعريضه للحرارة حتى يمكن لأي نموذج أو صورة فوتوغرافية أن يُعاد إظهارها داخل جسم

تركيبة خاصة من الزجاج الحساس للضوء الذي يمكن أن يقطع بالحامض .. ويمكن إظهار أي تصميم على الزجاج من قلم فوتوغرافي ..

يعتم هذا الزجاج في الضوء الساطع ، ولكنه يعود إلى صفائه وشفافيته في الضوء غير الساطع .. وهو يحتوي على كلوريد الفضة أو بروميد الفضة

تقريباً 70% وهو الذي يعطي السيليكا التي تكون المادة الزجاجية ، وفي بعض الحالات الخاصة للزُّجاج ، تستخدم مواد أخرى كما في حالة إحلال حامض البوريك محل جزء من السيليكا في صناعة الزُّجاج المقاوم للحرارة …

الصودا ” كربونات الصوديوم ”

5% تقريبًا ، وهي تُضاف لإعطاء خواص معينة للزجاج ..
وهذه الإضافات مثل : أكاسيد الفلزات التي قد تساعد على إزالة الشوائب كالحديد أو تُكسب الزجاج ألوانًا معيّنة ..

مكوناته :

زجاج لين ، ناعم سهل الانصهار ، تكلفته أكثر بكثير من زجاج الصودا والحجر الجيري ..

: زجاج البوروسليكات ” زجاج بايركس Pyrex ” :

يستخدم فيه أكسيد البورون … وهو ذو معامل تمدد حراري منخفض .. كما أن درجة اللين له عالية ( 800 (

وتصنع منه أوعية المختبرات .. وهو ممتاز في الاستعمالات الكهربائية .. وهذا الزجاج يمكِّن من إنتاج أوعية الخبز وخطوط الأنابيب الزجاجية ..

: زجاج السيلكا المنصهر :

مكوناته

مكوناته :

الفكرة والنشأة
كلمة فاكس FAX جاءت من كلمة Facsimile اي عمل نسخة عن مستند وارساله عبر خطوط الهاتف إلى مكان اخر. ومخترع الفاكس هو العالم الاسكتلندي Alexander Bain في عام 1843 وحصل على براءة أختراع سجل بأسمه للفكرة البسيطة التي صممها والتي تتلخص في تعليق مجس في بندول ليقوم بمسح سطح معدني عليه صورة بمعالم بارزة وسجل تفاصيل الصورة. ولكن لم يتم ادخال هذا الاختراع للاستخدام في البريد والاتصالات مثل ما حدث مع جهاز التيليكس Telegraph الذي اخترعه العالم Samuel Morse بعد سبع سنوات من أختراع الفاكس. إلا ان جهاز التيليكس كان يعتمد على ارسال البيانات باستخدام اشارات موريس واصبح احد الخدمات المعتمدة في البريد والاتصالات لفترة من الزمن إلى ان حل محله جهاز الفاكس للمزايا العديدة التي لا تقارن بجهاز التيليكس الذي يتطلب معرفة باشارة موريس لترجمة الرسائل ولعدم قدرة جهاز التليكس من ارسال صورة طبق الاصل عن المستند الأصلي. إلا انه يجب الا ننكر ان Alexander Bain قام بتطوير جهازه باضافة فكرة عمل جهاز التيليكس إلى جهازه.

صور لبعض اجهزة الفاكس الاولية

طرأت عدة تطورات على جهاز الفاكس اهمها ما قام به العالم Arthur Korn في عام 1902 في ادخال نظام الفوتوديود لتطوير عملية المسح ونقل البيانات ومن ثم قيام العالم Edouard Belin في عام 1914 بارسال بعض الصور لاسلاكيا من مكان لاخر، إلى ان تبنت شركة الاتصالات الامريكية AT&T تطوير تكنولوجيا عمل الفاكس عام 1924 واطلقت على المشروع اسم تكنولوجيا ارسال المستندات بالتلفون telephone facsimile technology وصممت جهاز اسمته telephotography machine اي جهاز ارسال الصور عن بعد وهو ما يعرف حالياً بالفاكس، وكانت اول استخدامات هذا الجهاز هو في ارسال الصور من موقع الحدث إلى مسافات بعيدة حيث دور الطباعة والنشر.

لمزيد من المعلومات عن نشأة جهاز الفاكس تجدها على الموقع

فكرة عمل جهاز الفاكس القديم
اجهزة الفاكس القديمة تحتوي على اسطوانة Drum تدور حول محورها. ولارسال فاكس يتم تثبيت المستند على الاسطوانة ويقوم جهاز الفاكس بالعمليات التالية:
يتم تسليط ضوء ابيض ساطع على الورقة والضوء المنعكس عن الورقة يجمع بواسطة عدسة ليسقط على مجس ضوئي photo sensor مثبت على ذراع متحرك يمسح المستند من اليمين إلى اليسار بينما تدور الاسطوانة لتعرض باقي المستند للمسح الضوئي.
يستطيع المجس الضوئي التقاط بيانات المستند بدقة تصل إلى 0.25mm2، وحيث ان البيانات المسجلة على المستند أما صور أو نصوص فإنها عبارة عن مناطق بيضاء وأخرى سوداء، يتم تجميع هذه البيانات بواسطة الضوء المنعكس من المناطق البيضاء أما المناطق السوداء فلا ينعكس منها ضوء.

صورة جهاز فاكس قديم

فكرة عمل جهاز الفاكس الحديث
تطورت فكرة عمل جهاز الفاكس كلياً بالتحول إلى العصر الرقمي وتطور تكنولوجيا الاتصالات فتحولت فكرة عمله من الفكرة التماثلية analog لتصبح فكرة عمله رقمية digital، واجهزة الفاكس الحديثة لا تحتوي على اسطوانة مما جعله يقوم بعمله بسرعة اكبر ودقة أعلى.
يتم تثبيت المستند على سطح زجاجي مثل ماكنة تصوير المستندات وبعض اجهزة الفاكس تحتوي على حاوية لتمكن من ادخال مستند تلو الآخر لتسهل عملية ارسال عدة مستندات تلقائياً.

صورة جهاز فاكس حديث

يستخدم في مسح المستند بواسطة شريحة الكترونية CCD وهي المستخدمة في الكاميرات الرقمية والتي سبق شرحها، تحتوي شريحة الـ CCD على مصفوفة من الفوتوديود يصل عددها إلى 1728 مجس ضوئي (فوتوديود) اي ما يعادل 203 بكسيل لكل انش، وبهذا تتمكن الشريحة من مسح سطر كامل من المستند مرة واحدة بعد اضاءة المستند بمصباح فلورسنت. البيانات المستقبلة على شريحة الـ CCD تشفر encoded بطريقة خاصة ترسل عبر خطوط الهاتف ويتم فك التشفير بواسطة جهاز الفاكس المستقبل والذي يظهر المناطق السوداء على الورقة البيضاء.

كل اجهزة الفاكس اليوم تعرف رسمياً بـ CCITT (ITU-T) Group 3 Facsimile machine اي اجهزة المجموعة 3 و CCITT هي مؤسسة الاتصالات العالمية التي تحدد المقاييس العالمية للاتصالات وكل اجهزة الفاكس التابعة لهذه المجموعة تعكس عدة مواصفات هي:

• الاتصال وتبادل المعلومات مع أجهزة نفس المجموعة Group 3.
• تصل الدقة الافقية إلى 203 بيكسل لكل انش.
• ثلاثة درجات من الدقة العمودية هي:
  • الدقة القياسية: أي 98 خط كل انش
  • الدقة العالية: أي 196 خط لكل انش
  • الدقة الفائقة: 391 خط لكل انش

• سرعة تراسل البيانات يصل إلى 14430bps ويمكن ان تقل إلى 12000bps، 9600bps، 7200bps، 4800bps أو قد تصل إلى 2400bps حسب الخط الهاتفي وقيمة التشويش فيه.

ولتوضيح فكرة قراءة وتشفير البيانات دعنا نفترض ان المستند المراد ارساله عبر الفاكس يحتوي على النص الموضح في الشكل ادناه.

تستقبل شريحة الـ CCD البيانات الضوئية الناتجة عن انعكاس الضوء من خط محدد من المستند يسمى خط المسح ويظهر هنا باللون الأحمر. وتكون البيانات التي تنعكس إلى شريحة الــ CCD عبارة عن مجموعات من النقاط السوداء والبيضاء. تظهر في اسفل الشكل مستطيل يعكس البيانات التي حصلت عليها الشريحة والتي تقابل خط المسح، هذه البيانات تشفر وترسل عبر خطوط الهاتف بينما يتم مسح خط اخر من المستند وهكذا حتى تتم عملية مسح المستند بالكامل. ولا شكل ان تجميع بيانات خط المسح مرة واحدة وارسالها جعلت من عملية الفاكس اسرع.

ما هو حجم البيانات المرسل في كل مستند فاكس؟
يقوم المجس الضوئي CCD بالنظر إلى المناطق البيضاء والسوداء في المستند. وعليه فإن كل خط مسح يتم تخزين بياناته في 1728bits حجم مصفوفة الفوتوديود في شريحة الـ CCD. واذا افترضنا ان المستند يحتوي على 1145 خط فإن الحجم الكلي لبيانات المستند عبارة عن

ولتقليل حجم البيانات عند ارسالها فإن فاكس المجموعة 3 يقوم بضغط وتشفير هذه البيانات باستخدام ثلاثة طرق مختلفة تعرف بـ Modified Huffman (MH) و Modified Read (MR) و Modified Modified Read (MMR) .

تتلخص فكرة ضغط البيانات في تطبيق الغوريثم رياضي يقوم بعدم ارسال البيانات اذا كان خط المسح كله ابيض بالكامل مما يقلل من الحجم الكلي للمستند الذي يحتوي على مناطق بيضاء كثيرة حيث نلاحظ ان ارسال المستند اسرع كلما كانت مساحة المنطقة البيضاء اكبر بينما تحتاج عملية الارسال وقتاً اطول اذا كان المستند يحتوي صور.

استقبال الفاكس المرسل
تصل البيانات المرسلة من جهاز الفاكس عبر خطوط الهاتف الى جهاز الفاكس المستقبل. فيتم فك تشفير البيانات وفك الضغط وتجميع البيانات لتجهيزها للطباعة. وهناك عدة طرق لاخراج البيانات هي: