प्रकाशिक विभेदन और इमेजिंग प्रणालियाँ
विवर्तन एक प्रकाशीय प्रणाली द्वारा विभेदित किए जा सकने वाले सबसे सूक्ष्म विवरण पर एक मौलिक सीमा निर्धारित करता है, जिसे रेले और एब्बे मानदंडों द्वारा व्यक्त किया जाता है।
Definition
निकट स्थित विशेषताओं को अलग करने की एक प्रकाशीय प्रणाली की क्षमता, जो अंततः प्रणाली के छिद्र पर विवर्तन द्वारा सीमित होती है और सबसे छोटे विभेदनीय पृथक्करण को तरंग दैर्ध्य और छिद्र के आकार से संबंधित मानदंडों द्वारा परिमाणित किया जाता है।
Scope
यह विषय इमेजिंग प्रणालियों के विभेदन और विवर्तन द्वारा इसे सीमित करने के तरीके को शामिल करता है। इसमें एक वृत्ताकार छिद्र का एयरी पैटर्न, दो बिंदु स्रोतों को विभेदित करने के लिए रेले और स्पैरो मानदंड, संख्यात्मक छिद्र और तरंग दैर्ध्य के संदर्भ में एब्बे विवर्तन सीमा, स्थानिक आवृत्ति बनाम कंट्रास्ट का ऑप्टिकल-ट्रांसफर-फंक्शन विवरण, और शास्त्रीय सीमा को पार करने वाली तकनीकों के सिद्धांत शामिल हैं। यह छिद्रों के विवर्तन सिद्धांत को सूक्ष्मदर्शी, दूरबीन, कैमरे और आँख के व्यावहारिक प्रदर्शन से जोड़ता है।
Core questions
- एक प्रणाली दो बिंदुओं के बीच सबसे छोटे पृथक्करण को कैसे विभेदित कर सकती है?
- तरंग दैर्ध्य और संख्यात्मक छिद्र विभेदन सीमा को कैसे निर्धारित करते हैं?
- ऑप्टिकल ट्रांसफर फ़ंक्शन छवि कंट्रास्ट का वर्णन कैसे करता है?
- शास्त्रीय सीमा से परे विभेदन किस माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है?
Key concepts
- एयरी डिस्क
- रेले मानदंड
- एब्बे सीमा
- संख्यात्मक छिद्र
- ऑप्टिकल ट्रांसफर फ़ंक्शन
- कटऑफ स्थानिक आवृत्ति
- पॉइंट-स्प्रेड फ़ंक्शन
- सुपर-रिज़ॉल्यूशन
Key theories
- रेले और एब्बे विभेदन सीमाएँ
- दो बिंदु स्रोत तब ही विभेदित होते हैं जब एक एयरी पैटर्न का केंद्रीय अधिकतम दूसरे के पहले न्यूनतम पर पड़ता है; समतुल्य रूप से, एब्बे की सीमा सबसे छोटी विभेदनीय विशेषता को लगभग तरंग दैर्ध्य को संख्यात्मक छिद्र के दोगुने से विभाजित करने के रूप में देती है।
- ऑप्टिकल ट्रांसफर फ़ंक्शन
- एक असंगत इमेजिंग प्रणाली वस्तु की प्रत्येक स्थानिक आवृत्ति को ऑप्टिकल ट्रांसफर फ़ंक्शन द्वारा दिए गए कंट्रास्ट और चरण के साथ पुनरुत्पादित करती है, जो विवर्तन-सीमित कटऑफ आवृत्ति पर शून्य हो जाती है।
Clinical relevance
विभेदन सीमाएँ नैदानिक सूक्ष्मदर्शी और ऊतक विकृति विज्ञान में तथा रेटिना की नेत्र संबंधी इमेजिंग में दिखाई देने वाली सबसे छोटी संरचनाओं को निर्धारित करती हैं; सुपर-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी उपकोशिकीय विवरण को देखने के लिए विवर्तन सीमा से नीचे जैव चिकित्सा अनुसंधान इमेजिंग का विस्तार करती है।
History
रेले और एब्बे ने 1870 और 1880 के दशक में स्वतंत्र रूप से विभेदन पर विवर्तन सीमा स्थापित की, एब्बे ने ज़ीस वर्क्स में माइक्रोस्कोप डिज़ाइन के संदर्भ में ऐसा किया। इक्कीसवीं सदी की शुरुआत में, 2014 के रसायन विज्ञान के नोबेल पुरस्कार द्वारा मान्यता प्राप्त प्रतिदीप्ति-आधारित सुपर-रिज़ॉल्यूशन विधियों ने दिखाया कि उपयुक्त परिस्थितियों में शास्त्रीय सीमा को दरकिनार किया जा सकता है।
Key figures
- Lord Rayleigh
- Ernst Abbe
- Stefan Hell
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Seminal works
- bornwolf1999
- goodman2017
Frequently asked questions
- एक पूर्ण लेंस मनमाने ढंग से छोटा स्थान क्यों नहीं बना सकता है?
- एक विपथन-मुक्त लेंस भी अपने छिद्र पर प्रकाश को विवर्तित करता है, इसलिए एक बिंदु स्रोत को परिमित आकार की एयरी डिस्क के रूप में चित्रित किया जाता है; तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष छिद्र जितना बड़ा होगा, डिस्क उतनी ही छोटी होगी, लेकिन यह कभी भी एक बिंदु तक सिकुड़ नहीं सकती है।
- संख्यात्मक छिद्र बढ़ाने से विभेदन में कैसे सुधार होता है?
- एक उच्च संख्यात्मक छिद्र कोणों के एक विस्तृत शंकु पर प्रकाश एकत्र करता है, वस्तु के महीन स्थानिक-आवृत्ति घटकों को कैप्चर करता है और इस प्रकार सबसे छोटे विभेदनीय पृथक्करण को कम करता है, यही कारण है कि उच्च-शक्ति वाले माइक्रोस्कोप उद्देश्य इसे बढ़ाने के लिए इमर्शन ऑयल का उपयोग करते हैं।