تفکیکپذیری نوری و سیستمهای تصویربرداری
پراش، محدودیت اساسی را برای ریزترین جزئیاتی که یک سیستم نوری میتواند تفکیک کند، تعیین میکند که با معیارهای ریلی و آبه بیان میشود.
Definition
ظرفیت یک سیستم نوری برای تمایز ویژگیهای نزدیک به هم، که در نهایت توسط پراش در روزنه سیستم محدود میشود و با معیارهایی که کوچکترین جدایی قابل تفکیک را به طول موج و اندازه روزنه مرتبط میکند، کمیسازی میشود.
Scope
این موضوع به تفکیکپذیری سیستمهای تصویربرداری و نحوه محدود کردن آن توسط پراش میپردازد. این شامل الگوی ایری یک روزنه دایرهای، معیارهای ریلی و اسپارو برای تفکیک دو منبع نقطهای، حد پراش آبه بر حسب گشودگی عددی و طول موج، توصیف تابع انتقال نوری کنتراست در برابر فرکانس فضایی، و اصول تکنیکهایی است که از حد کلاسیک فراتر میروند. این موضوع نظریه پراش روزنهها را به عملکرد عملی میکروسکوپها، تلسکوپها، دوربینها و چشم مرتبط میکند.
Core questions
- کوچکترین فاصله بین دو نقطه که یک سیستم میتواند تفکیک کند چقدر است؟
- طول موج و گشودگی عددی چگونه حد تفکیکپذیری را تعیین میکنند؟
- تابع انتقال نوری چگونه کنتراست تصویر را توصیف میکند؟
- با چه وسایلی میتوان به تفکیکپذیری فراتر از حد کلاسیک دست یافت؟
Key concepts
- دیسک ایری
- معیار ریلی
- حد آبه
- گشودگی عددی
- تابع انتقال نوری
- فرکانس فضایی قطع
- تابع گسترش نقطه
- فوقتفکیکپذیری
Key theories
- محدودیتهای تفکیکپذیری ریلی و آبه
- دو منبع نقطهای زمانی به سختی تفکیک میشوند که حداکثر مرکزی یک الگوی ایری بر روی اولین حداقل دیگری قرار گیرد؛ به طور معادل، حد آبه کوچکترین ویژگی قابل تفکیک را تقریباً برابر با طول موج تقسیم بر دو برابر گشودگی عددی میدهد.
- تابع انتقال نوری
- یک سیستم تصویربرداری غیرهمدوس، هر فرکانس فضایی شیء را با کنتراست و فازی که توسط تابع انتقال نوری داده میشود، بازتولید میکند، که در فرکانس قطع محدود به پراش به صفر میرسد.
Clinical relevance
محدودیتهای تفکیکپذیری، کوچکترین ساختارهای قابل مشاهده در میکروسکوپ بالینی و بافتشناسی و در تصویربرداری چشمی از شبکیه را تعیین میکنند؛ میکروسکوپ فوقتفکیکپذیر، تصویربرداری تحقیقات زیستپزشکی را به زیر حد پراش گسترش میدهد تا جزئیات زیرسلولی را تجسم کند.
History
ریلی و آبه به طور مستقل حد پراش را بر روی تفکیکپذیری در دهههای ۱۸۷۰ و ۱۸۸۰ میلادی تعیین کردند، آبه این کار را در زمینه طراحی میکروسکوپ در کارخانه زایس انجام داد. در اوایل قرن بیست و یکم، روشهای فوقتفکیکپذیری مبتنی بر فلورسانس، که با جایزه نوبل شیمی ۲۰۱۴ به رسمیت شناخته شد، نشان داد که حد کلاسیک را میتوان تحت شرایط مناسب دور زد.
Key figures
- Lord Rayleigh
- Ernst Abbe
- Stefan Hell
Related topics
Seminal works
- bornwolf1999
- goodman2017
Frequently asked questions
- چرا یک لنز کامل نمیتواند یک نقطه به طور دلخواه کوچک ایجاد کند؟
- حتی یک لنز بدون انحراف نیز نور را در روزنه خود پراش میدهد، بنابراین یک منبع نقطهای به عنوان یک دیسک ایری با اندازه محدود تصویر میشود؛ هرچه روزنه نسبت به طول موج بزرگتر باشد، دیسک کوچکتر است، اما هرگز نمیتواند به یک نقطه کوچک شود.
- چگونه افزایش گشودگی عددی تفکیکپذیری را بهبود میبخشد؟
- گشودگی عددی بالاتر، نور را در یک مخروط زاویهای وسیعتر جمعآوری میکند، اجزای فرکانس فضایی ظریفتر شیء را به دست میآورد و بنابراین کوچکترین جدایی قابل تفکیک را کاهش میدهد، به همین دلیل است که عدسیهای شیئی میکروسکوپ با قدرت بالا از روغن غوطهوری برای افزایش آن استفاده میکنند.