الاستبانة البصرية وأنظمة التصوير
يضع الحيود حدًا أساسيًا لأدق التفاصيل التي يمكن لنظام بصري استبانتها، ويعبر عن ذلك بمعياري رايلي وآبي.
Definition
قدرة النظام البصري على تمييز الميزات المتقاربة، والتي يحدها في النهاية الحيود عند فتحة النظام، ويتم تحديدها كميًا بواسطة معايير تربط أصغر فصل قابل للاستبانة بالطول الموجي وحجم الفتحة.
Scope
يغطي هذا الموضوع استبانة أنظمة التصوير وكيف يحدها الحيود. ويشمل نمط إيري لفتحة دائرية، ومعياري رايلي وسبارو لاستبانة مصدرين نقطيين، وحد آبي للحيود من حيث الفتحة العددية والطول الموجي، ووصف دالة النقل البصري للتباين مقابل التردد المكاني، ومبادئ التقنيات التي تتجاوز الحد الكلاسيكي. ويربط نظرية حيود الفتحات بالأداء العملي للمجاهر والتلسكوبات والكاميرات والعين.
Core questions
- ما هو أصغر فصل بين نقطتين يمكن للنظام استبانته؟
- كيف يحدد الطول الموجي والفتحة العددية حد الاستبانة؟
- كيف تصف دالة النقل البصري تباين الصورة؟
- بأي وسيلة يمكن تحقيق استبانة تتجاوز الحد الكلاسيكي؟
Key concepts
- قرص إيري
- معيار رايلي
- حد آبي
- الفتحة العددية
- دالة النقل البصري
- تردد القطع المكاني
- دالة انتشار النقطة
- الاستبانة الفائقة
Key theories
- حدود استبانة رايلي وآبي
- يتم استبانة مصدرين نقطيين للتو عندما يقع الحد الأقصى المركزي لأحد أنماط إيري على الحد الأدنى الأول للآخر؛ وبالمثل، يعطي حد آبي أصغر ميزة قابلة للاستبانة على أنها تقريبًا الطول الموجي مقسومًا على ضعف الفتحة العددية.
- دالة النقل البصري
- يعيد نظام التصوير غير المتماسك إنتاج كل تردد مكاني للكائن بتباين وطور تعطيهما دالة النقل البصري، والتي تنخفض إلى الصفر عند تردد القطع المحدود بالحيود.
Clinical relevance
تحدد حدود الاستبانة أصغر الهياكل المرئية في الفحص المجهري السريري وعلم الأنسجة المرضي وفي التصوير العيني للشبكية؛ ويمتد الفحص المجهري فائق الاستبانة تصوير الأبحاث الطبية الحيوية إلى ما دون حد الحيود لتصوير التفاصيل تحت الخلوية.
History
وضع رايلي وآبي بشكل مستقل حد الحيود للاستبانة في سبعينيات وثمانينيات القرن التاسع عشر، وقد فعل آبي ذلك في سياق تصميم المجهر في مصانع زايس. وفي أوائل القرن الحادي والعشرين، أظهرت طرق الاستبانة الفائقة القائمة على الفلورة، والتي حازت على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2014، أنه يمكن تجاوز الحد الكلاسيكي في ظل ظروف مناسبة.
Key figures
- Lord Rayleigh
- Ernst Abbe
- Stefan Hell
Related topics
Seminal works
- bornwolf1999
- goodman2017
Frequently asked questions
- لماذا لا يمكن لعدسة مثالية أن تشكل بقعة صغيرة بشكل تعسفي؟
- حتى العدسة الخالية من الانحرافات تحيد الضوء عند فتحتها، لذلك يتم تصوير مصدر نقطي كقرص إيري ذي حجم محدود؛ كلما كانت الفتحة أكبر بالنسبة للطول الموجي، كان القرص أصغر، لكنه لا يمكن أن يتقلص إلى نقطة أبدًا.
- كيف يؤدي زيادة الفتحة العددية إلى تحسين الاستبانة؟
- تجمع الفتحة العددية الأعلى الضوء عبر مخروط أوسع من الزوايا، وتلتقط مكونات تردد مكاني أدق للكائن، وبالتالي تقلل من أصغر فصل قابل للاستبانة، وهذا هو السبب في أن عدسات المجهر عالية التكبير تستخدم زيت الغمر لرفعها.