افتح القائمة الرئيسية

جهاز بصري

An illustration of some of the optical devices available for laboratory work in England in 1858.

الأجهزة البصرية Optical instrument جمل ضوئية محورية في أغلبها، أو تكافئ المحورية، تتألف من سطوح كاسرة (هي غالباً كروية) يضم إليها أحياناً سطوح عاكسة، وتمر بها الأشعة الضوئية سطحاً بعد سطح وعبر مواد شفافة.[1]

تستعمل هذه الأدوات للتصوير أو لفحص الأجسام الصغيرة، كالمجهر أو لفحص الأجرام البعيدة كالنظارات الفلكية. وهي تشكل للجسم المدروس خيالاً حقيقياً أو وهمياً تتخذ جميع الاحتياطات لتخليصه من الزيوغ aberrations اللونية والهندسية ليكون محاكياً للجسم بقدر الإمكان.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

فهرست

التصنيف

وتنتمي الأجهزة البصرية إلى صنفين رئيسيين هما:

  • أدوات الإبصار وتهدف إلى مساعدة العين البشرية في فحص الأشياء، فتعطي للجسم المدروس خيالاً وهمياً تكون له العين خيالاً حقيقياً يرتسم على شبكيتها؛ وعلى هذا الأساس، تتوقف مزايا هذه الأدوات على خواص العين الفاحصة. وتنتمي إلى هذا الصنف المكبرة والمجهر والنظارات الأرضية وأجهزة الرصد الفلكي.
  • أدوات الإسقاط وتعطي للجسم المدروس خيالاً حقيقياً يستقبل على لوح تصوير (فلم film) كما في آلة التصوير الشعاعية، أو على شاشة كما في أدوات السينما، أو على كاشف آخر حساس بالضوء المرئي.


المزايا

وتختلف مزايا الأجهزة البصرية، في ظروف استخدام واحدة، من أداة لأخرى، وتتم مقارنتها فيما بينها على صعيد المفاهيم الأربعة الآتية:

  1. التكبير grandissement والتجسيم grossissement والاستطاعة، وتفيد كلها في تعيين أبعاد الجسم الهندسية من قياس أبعاد خياله.
  2. الحقل champ وهو المنطقة الفراغية التي تشكل لها الأداة خيالاً حسناً.
  3. الضياء clarté وهو يعبر عن مدى إنارة الخيال بدلالة إنارة الجسم.
  4. مقدرة الفصل pouvoir de resolution وتفيد في معرفة مدى دقة التفاصيل التي تشعر بها الأداة.

التكبير والاستطاعة والتجسيم

 
(الشكل 1) تتعلق قيمتا الاستطاعة والتجسيم بمكاني العين والخيال بالنسبة للأداة.

يفترض أن تعمل الأداة دوماً في شروط گاوس Gauss من النقطية stigmatisme التقريبية ليكون الخيال محاكياً للجسم.

التكبير وهو نوعان

التكبير العرضاني أو الخطي: وهو نسبة طول الخيال بَ حـَ على طول الجسم ب حـ (الشكل -1)، حيث هـ وهـَ النقطتان الأصليتان points principaux، وهو يساوي:


حيث ن: قرينة انكسار وسط الجسم، ونَ: قرينة انكسار وسط الخيال.

التكبير الطولاني أو المحوري axial: وهو نسبة انتقال تفاضلي تفا طَ للخيال على الانتقال التفاضلي تفا ط للجسم وفق محور الأداة، وهو يساوي:


وليس لهذا المفهوم فائدة ذات شأن في أدوات الإسقاط.

الاستطاعة

إن لهذا المفهوم أهمية خاصة في أدوات الإبصار، التي تفحص بها أجسام صغيرة قريبة، كالمجهر. وهي تعرف بالقيمة المطلقة للنسبة


حيث تمثل يهَ الزاوية التي ترى العين ضمنها الجسم من خلال الآلة، وعلى هذا الأساس، تتوقف عموماً قيمة الاستطاعة على مكان العين من الآلة (وهي في وسط الخيال طبعاً)، ويلاحظ أيضاً في الشكل -1 أن يهَ متناسبة مع طول الخيال المرتسم على شبكية العين؛ فإذا كان


(حيث م مكان العين، وقَ محرق الآلة الخيالي، و

 
خريطة منطقة غرب القاهرة.


)، كان:


حيث هـَ قَ=قَ: البعد المحرقي الخيالي.


ويطلق عادة على النسبة

 
خريطة منطقة غرب القاهرة.

: اسم الاستطاعة الذاتية intrinseque للأداة، وهي تساوي تقريب الأداة convergence عندما يكون الهواء هو وسط الخيال (نَ=1) كما هو الحال عادة. وتعمل الآلة باستطاعتها الذاتية هذه عندما تكون العين في المحرق الخيالي (أي ص معدوم)، أو عندما يكون الجسم في محرق الأداة الجسمي، فيكون خياله في اللانهاية (د كبير جداً)، وهذه الحالة الأخيرة لها الأفضلية الشائعة بغريزة العين، لأنها تجنب العين تعب المطابقة لدى استعمال الأداة.

وتقاس الاستطاعة بالكسيرة dioptre عندما تقاس الأطوال بالمتر والزوايا بالراديان.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التجسيم

لهذا المفهوم أهمية خاصة في الأدوات التي تفحص بها أجسام بعيدة لا يقاس منها سوى قطرها الظاهري يه، أي الزاوية التي يرى ضمنها الجسم بالعين المجردة ؛ فإذا كانت يهَ القطر الظاهري للجسم كما يرى من خلال الأداة، فإن التجسيم، وهو عدد محض، هو النسبة


؛ أما إذا كان الجسم قريباً فإن يه تمثل عندئذ قطره الظاهري وهو في نقطة كثب العين المجردة، أي على مسافة د منها، فيكون


، وعندئذ يكون: تج=عه.د ويحصل على التجسيم الذاتي عندما تعمل الأداة باستطاعتها الذاتية، فيكون


ولمقارنة الأدوات المنتمية لاستخدام معين يصطلح تجارياً على اعتماد د=0.25متر، فيكون التجسيم التجاري تجت مساوياً ربع الاستطاعة مقدرة بالكسيرة، أي


الحقل

هو مجموعة النقاط التي تشكل لها الأداة أخيلة مقبولة، ويمكن أن يطلق على هذه المجموعة اسم الحقل الجسمي، وبالمقابل تسمى مجموعة خيالات هذه النقاط الحقل الخيالي، ويدرس على التوالي الحقل عرضاً، أي عمودياً على محور الأداة، وعمقاً، أي على طول هذا المحور.

 
(الشكل 2) الكوى في الأجهزة البصرية.

دراسة الحقل عرضاً

أن الكوى diaphragmes المستعملة لتحقيق شروط غوص وتحاشي الزيوغ، تكون دائرية متمركزة على المحور، وعلى هذا فإن حقل الأداة يكون ذا تناظر دوراني حول محور الأداة، ولذلك تدرس أبعاده العرضية في مستوى الورقة (الشكل -2)

كوة الفتحة ouverture

لكي يتشكل للجسم العمودي على المحور خيال في الأداة يجب أن يصل قسم من الأشعة المنطلقة من كل نقطة حـ إلى خيالها حـَ، لكن الحزمة المنطلقة من حـ ينحجب قسم منها بالإطارات الحاملة للعدسات أو بجدران الكوى المستعملة لتحاشي الزيوغ. لتكن ف1، ف2، ف3، ... الفتحات التي يمر منها الضوء عبر الأداة، وخ1، خ2، خ3، .... خيالات هذه الفتحات في منطقة الجسم (أي فقط في القسم الذي يقع على يسار الكوة المعتبرة). يطلق اسم بؤبؤ الدخول pupille على الخيال الذي يرى من النقطة الجسمية ب، الواقعة على المحور، ضمن أصغر زاوية ويرمز لها فيما يلي بـ هـ.

ليكن خ1 مثلاً بؤبؤ الدخول، يطلق عندئذ على الكوة ف1 المتعلقة به اسم كوة الفتحة، كما يطلق اسم بؤبؤ الخروج على خَ1، خَ2، خَ3، ... وتصح عندئذ علاقة لاغرانج - هلمهولتز التالية: ن هـ=نَ هـَ تكع لأن خَ1، خَ2 مترافقان حتماً في الأداة كلها، كما تصح علاقة آبه Abbe ن جب هـ=نَ جب هـَ تكع إذا كانت هـ كبيرة كما في المجهر.

 
(الشكل 3) حقل الضوء التام دائرة نصف قطرها ب ج كل الحزمة البؤبؤية المنطلقة مننقطة من هذه الدائرة هي حزمة مقيدة
 
الشكل (5) عندما تكون النقطة الجسم أبعد عن /ب/ من /جـ ت/ لا توجد حزمة مفيدة.
 
(الشكل 4) الحقل الكلي دائرة نصف قطرها (ب جـ ت) الحزمة المنطلقة من نقطة بين ج جـ م ليست كلها مفيدة.
 
(الشكل 6) موجز خواص الحقل العرضانية في الأجهزة البصرية.

وواضح أن كل شعاع، يرد على الأداة من ب ماراً من نقطة من حافة البؤبؤ خ1، يمر، لدى اختراقه الأداة، من النقطة المرافقة لها من حافة الكوة ف1 ويبرز ماراً من نقطة من حافة البؤبؤ خَ1. وينتج من ذلك أن الأشعة المنطلقة من ب لا تسهم في الخيال بَ إلا إذا مرت داخل بؤبؤ الدخول، أما الأشعة التي لا تحقق هذا الشرط فتنحجب وضوحاً،خلال الآلة، بجدار كوة الفتحة ف1 ولا تصل إلى بَ. ويطلق اسم الحزمة المفيدة على مجموعة الأشعة التي تسهم، بعد انطلاقها من ب في تشكيل الخيال بَ، ويطلق اسم الحزمة البؤبؤية على الحزمة التي تمر من بؤبؤ الدخول.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

كوة الحقل

إذا كانت الأداة البصرية لا تحوي أكثر من كوة واحدة ف2 بالإضافة إلى كوة الفتحة ف1، فإنه يطلق عندئذ على ف2 اسم كوة الحقل، وعلى خيالها خ2 في منطقة الجسم اسم نافذة الدخول lucarne وعلى خيالها خَ2 في منطقة الخيال اسم نافذة الخروج.

لتكن في الشكل -3 ي نقطة من حافة بؤبؤ الدخول و ص نقطة من حافة نافذة الدخول، وج نقطة تقاطع المستقيم ي ص مع مستوي الجسم. واضح أن جميع الحزم البؤبؤية المنطلقة من نقاط واقعة بين ب وج (ومن النقاط المناظرة لها بالنسبة إلى ب) هي حزم مفيدة لأنها تمر كلها من نافذة الدخول فلا تصطدم، لدى اختراقها الآلة، لا بجدار كوة الفتحة ولا بجدار كوة الحقل؛ وعلى هذا الأساس يطلق على الدائرة الموجودة في مستوي الجسم والتي مركزها ب ونصف قطرها ب ج اسم حقل الضوء التام.

وإذا كانت النقطة الجسمية حـ أبعد عن ب من ج (الشكل -4)، فإن قسماً من الحزمة البؤبؤية الواردة منها يصطدم، لدى اختراقه الأداة، بجدار نافذة الدخول فينحجب بجدار كوة الحقل، أما القسم الباقي فهو الحزمة المفيدة التي تشكل خيال حـ. وتتصاغر الحزمة المفيدة تدريجياً كلما ابتعدت حـ عن ب حتى تصل إلى مكان حـت (الشكل -5)، تصطدم فيه الحزمة البؤبؤية كلها بجدار نافذة الدخول، أي أن جميع الحزم الضوئية الواردة من نقاط أبعد عن ب من حـ ت، يحجبها، لدى اختراقها الأداة الضوئية، جدار كوة الحقل فلا تبرز من الآلة. وعلى هذا الأساس تسمى الدائرة الموجودة في مستوي الجسم التي مركزها ب ونصف قطرها ب حـت الحقل الكلي، وتسمى الحلقة التي عرضها ج حـت الحقل المحيطي، وتسمى الدائرة التي نصف قطرها ب حـم الحقل الوسطي، حيث حـم هي منتصف القطعة ج حـت.

ولكل حقل من الحقول المذكورة مرافق يقع في مستوي الخيال صَ الذي تشكله الأداة لمستوى الجسم ص، ومجموع هذه الحقول يشكل الحقل الخيالي. إن الحقول الخيالية حقيقية في أدوات الإسقاط، كما في الشكل (6)، لكنها وهمية في آلات الإبصار فتقع في منطقة الجسم على مسافة كبيرة عموماً، وعندئذ يتعين اتساعها بالزوايا التي ترى ضمنها عبر الآلة من نقطة وجود العين بصورة مشابهة لما سبق ذكره، كما أن الجسم نفسه قد يقع في اللانهاية فتتعين حقوله بالزوايا الظاهرية أيضاً بدلاً من الأبعاد الخطية.

ويمكن كذلك استعمال كوة ثالثة لحجب الحقل المحيطي لأنه مزعج بسبب تناقص إنارة خياله، كما هو واضح في الشكل 6، لكن وجود كوة الحقل أمر ضروري لكيلا يصبح الحقل عريضاً لدرجة تستفحل فيها الزيوغ الهندسية فتفسد جودة الخيال.

 
(الشكل 7) بؤبؤ العين ف1 هو كوة الفتحة فيها وتنطبق على بؤبؤي الدخول والخروج

وأخيراً يمكن في آلات الإبصار اعتبار الأداة والعين جهازاً واحداً إسقاطياً شاشته الشبكية، ومن المفيد عندئذ أن يكون بؤبؤ العين في مستوى بؤبؤ خروج الأداة (الشكل -7) لكي يستقبل أكبر كمية ممكنة من الضوء الذي سيشكل الخيال الشبكي؛ ولهذا السبب يطلق على بؤبؤ الخروج في أدوات الإبصار اسم القرص العيني، فإذا كان القرص العيني أوسع من بؤبؤ العين فإن هذا البؤبؤ يؤدي دور بؤبؤ الخروج الفعلي لأنه هو الذي يحدد باتساعه فتحة الحزمة البارزة، وبالتالي فتحة الحزمة الواردة المفيدة، ولا حاجة عندئذ لكوة حقل خاصة ضمن الأداة.

دراسة الحقل عمقاً

إن امتداد حقل الأجهزة البصرية على المحور يتعلق أساساً بخواص اللاقط الذي يستقبل الخيال، وعلى هذا الأساس يميز بين صنفي الأدوات: أدوات الإسقاط وأدوات الإبصار.

 
(الشكل 8) يتمثل عمق الحقل الخيال في أدوات الإسقاط بمدى الإحكام بَ1 وبَ2.

أدوات الإسقاط

يستعمل أكثرها ألواح التصوير كلاقط للخيال، فإذا رمزنا بـ ص لمستوي الجسم (الشكل -8) فإن عملية الإحكام mise aupoint على ص تتلخص بوضع لوح التصوير (الفلم) في مستوى الخيال الحقيقي صَ الذي يسمى مستوي الإحكام. إن حبات الفلم الحساسة بالضوء هي بلورات من بروم الفضة Br Ag شبه كروية قطرها من مرتبة 30مكروناً، فخيال أي نقطة له على الأقل حجم حبة اللاقط إذا أهملنا إصابة الحبات المجاورة بما ينتثر من الضوء عن الحبة المصابة مباشرة. فإذا رمزنا بالحرف ε لقطر أصغر خيال يحصل في اللاقط (ويسمى قطر الحبة) فإن كل خيال قطره أصغر من ε يبدو كخيال قطره ε، فأداة الإسقاط س تشكل للنقطة ب خيالاً في بَ. ومن أجل جميع المستويات المجاورة لمستوي الإحكام صَ نحصل على خيال قطره يساوي ε وإذا تحرك الفلم بين المستويين صَ1 وصَ2 اللذين يقطعان الحزمة البارزة وفق دائرتين قطراهما ε، فإن قطر الخيال لا يتغير وعلى هذا يتمثل عمق الحقل الخيالي بالقطعة بَ1 بَ2 بين هذين المستويين وتسمى مدى الإحكام؛ وتسمى هذه القطعة عمق المحرق عندما تكون ب في اللانهاية.

 
(الشكل 9) يتمثل عمق الحقل الجسم في أدوات الإسقاط بعمق الوضوح ب1 ب2

يبين الشكل (9) أن النقطتين ب1 وب2 المرافقتين للنقطتين بَ1 وبَ2 ترسلان على الآلة حزمتين بؤبؤيتين تقتطعان على مستوي الإحكام المتعلق بالنقطة ب قرصاً قطره يساوي ε؛ فإذا تحركت ب بين ب1 وب2 فإن خيالها يبقى موجوداً على الفلم صَ ولا يتعدى قطره القيمة ε، وبذلك يتمثل عمق حقل الجسم بالقطعة ب1. ب2 التي تسمى عمق الوضوح nettete من أجل مستوي الإحكام صَ والحبة ε.

 
(الشكل 10) يتمثل عمق الحقل الخيال في أدوات الإبصار بمجال الرؤية الواضحة ك م ويتمثل عمق الحقل الجسم بعمق المطابقة ك0م0=ع(كم= خيال ك0م0 في الآلة س)

أدوات الإبصار

اللاقط الفعلي فيها هو العين البشرية، ولكي ترى العين الجسم بوضوح من خلال الأداة يجب أن يقع خياله الوهمي بين نقطة كثبها ك ونقطة مداها م (الشكل -10)؛ فلو رمز بالحرفين ك0 وم0 للنقطتين اللتين خيالاهما الوهميان في الأداة هما ك وم لوجب أن يقع الجسم على القطعة ك0م0 التي تمثل إذن عمق حقل الجسم،ويسمى هنا عمق المطابقة accommodation (أو مدى الإحكام أيضاً). أما عمق حقل الخيال فهو مجال الرؤية الواضحة ك م للعين التي تستخدم الأداة؛ فإذا كان


سعة مطابقة العين المفروضة أنها في المحرق الخيالي قَ للأداة، فإن دستور نيوتن في الجمل الضوئية يعطي:


حيث ق وقَ البعدان المحرقيان للأداة وحيث ق وقَ محرقاها. وعندئذ يكون عمق حقل الجسم على الشكل:


وعندما تكون الآلة محاطة في طرفيها بوسط واحد (الهواء عموماً) يكون:


وينتج أن:


، فمدى الإحكام في آلات الإبصار يتناسب عكسياً مع مربع الاستطاعة الذاتية عهذ0 للأداة، وهذا ما يفسر صغره في المجاهر القوية.

ضياء الأجهزة البصرية

يميز بخصوص هذا الضياء بين صنفي الأدوات: أدوات الإسقاط وأدوات الإبصار.

أدوات الإسقاط

يطلق اسم ضياء الأداة (س) على حاصل قسمة إنارة الخيال ن eclairement على لمعان الجسم (لم) luminance:


حيث هـَ فتحة الحزمة البؤبؤية البارزة من الأداة، وف: معامل نفوذ عدسات الآلة coefficient de transmission (وهو يتعلق بنسبة ما تمتصه الأداة من التدفق الضوئي flux الوارد عليها). فمن أجل العين البشرية كأداة إسقاط على شبكيتها تكون هـَ صغيرة (الشكل -7). ليكون ن قرينة انكسار الخلط الزجاجي وف معامل نفوذ العين، ون إنارة الخيال على الشبكية، ور نصف قطر بؤبؤ العين، ول البعد بينه وبين الشبكية؛ فحيث أن نَ =1 و


يكون:


حيث


ثابت تتوقف قيمته فقط على مميزات العين التي تستخدم الأداة؛ فإنارة الخيال على شبكية العين وكذلك ضياء العين كأداة إسقاط يتناسب مع مربع نصف قطر بؤبئها.

أدوات الإبصار

يعرف الضياء في هذه الأدوات بحاصل قسمة إنارة الخيال الشبكي نَ للجمس كما يرى من خلال الأداة على إنارة الخيال الشبكي ن للجسم كما يرى بالعين المجردة، أي:


ـ فإذا كان القرص العيني للآلة أوسع من بؤبؤ العين فإن هذا الأخير يقوم بوظيفة بؤبؤ الخروج لجملة العين والأداة معاًن ويكون عندئذ ن= ك لم ر2

وبالتالي:


وإذا كانت الأداة محاطة من طرفيها ب وسط واحد (الهواء عموماً) يكون س =ف، وإذا كان ف قريباً من الواحد يقال عن الأداة إنها وضيئة أو جلية clair.

ـ وإذا كان القرص العيني للأداة أصغر من بؤبؤ العين فإن هذا القرص يقوم بوظيفة البؤبؤ الفعلي؛ فإذا كان نقَ نصف قطره، كان ن= ك لم نق2 ويكون:


وإذا كانت الأداة محاطة من طرفيها بوسط واحد فإنه يكون:


وجدير بالذكر أخيراً أنه إذا كان الجسم نقطياً فإن الضياء يعرف بحاصل قسمة التدفق الضوئي تدَ الذي يدخل العين المزوَّدة بالأداة على التدفق تد الذي يدخل العين المجردة.

مقدرة الفصل

يعبر هذا المقدار عن مقدرة الأداة على تمييز التفاصيل المتجاورة خطياً أو زاوياً في الجسم المدروس، وهو أصغر بعد خطي أو زاوي بين نقطتين يمكن أن تريا منفصلتين من خلال الأداة، وكلما كان هذا الحد صغيراً كانت الأداة أحسن.

ويقال عن الأداة البصرية إنها مثالية إذا كانت تعطي خيالات خالية من الزيوغ، فيتحقق عندئذ شرط الاستوائية من أجل أزواج النقاط المترافقة وخصوصاً من أجل بؤبؤي الدخول والخروج. وفي هذه الظروف تتحدد مقدرة الفصل بحوادث الانعراج التي تدخل بسبب الكوى المستعملة لتصغير فتحة الحزم المفيدة.

لكن استعمال اللاقط اللازم للآلة يجعل مقدرة فصل جملة اللاقط والأداة معاً متعلقة عملياً ببنية اللاقط، إما لأن هذا اللاقط يحوي كوى ضيقة أو يتسبب في حدوث الزيوغ (كالعين البشرية) أو لأن بنيته ليست ذات استمرار كاف (كالعين وأفلام التصوير).

أما مقدرة الفصل المثالية للأداة البصرية فتتعين كما يلي:

 
(الشكل 11)

لتكن أداة مثالية تعطي للنقطتين المتجاورتين ب وحـ بقعتي انعراج مركزاهما الخيالان الهندسيان بَ وحـَ، فيكون منحني توزع الإنارة الكلية ناتجاً من مجموع المنحنيين المتعلقين بالبقعتين (الشكل -11). ومن المعقول عندئذ أن يعد الخيالان مفصولين إذا كان هذان المنحنيان يظهران مفصولين، أي إذا كانت المسافة بَ حـَ لا تقل عن نصف قطر الحلقة المظلمة الأولى من بقعة الانعراج. وهناك حالتان بحسب بعد الجسم عن الأداة.

الجسم في اللانهاية

يجب عندئذ أن يكون البعد الزاوي بين بَ وحـَ أكبر من نصف القطر الزاوي يهَ لبقعة الانعراج مرئية من خلال الأداة، وهو يتوقف على λ طول موجة الضوء الداخل في الأداة، وعلى نقَ نصف قطر بؤبؤ الخروج، وذلك وفق العلاقة:


ويتم الانتقال من الخيال إلى الجسم بوساطة دستور لاغرانج - هلمهولتز وهو: ن نق يه =نَ نقَ يهَ الذي يعطي عندئذ حد الفصل الزاوي المثالي للأداة:


ويسمى مقلوبه


مقدرة الفصل الزاوي المثالية pouvoir separateur.

الجسم على بعد محدود

يبلغ عندئذ نصف قطر بقعة الانعراج في مستوي الخيال القيمة


حيث هـَ: فتحة الحزمة البؤبؤية البارزة (الشكل -12)، وباستخدام شرط الاستوائية:


يتعين حد الفصل الخطي المثالي للأداة بدلالة هـ فتحة الحزمة البؤبؤية الواردة، كما يلي:


ويسمى المقلوب


مقدرة الفصل الخطي المثالية للأداة. وهكذا يتضح أن الإشعاع لا يحمل عن تفاصيل بنية الجسم معلومات أدق من نصف طول موجته.

 
(الشكل 12)

وتجدر الإشارة إلى أن مقدرة الفصل المحسوبة هنا هي قيمة مثالية يصعب الحصول عليها لأن مقدرة الفصل العلمية تتوقف على دقة بنية اللاقط، فلو كان الضوء المستخدم لإنارة الجسم ضوء مصباح الصوديوم الأصفر ( مكرون)، وكان اللاقط فلماً تصويرياً لما تمت الإفادة من هذا الفصل المثالي إلا إذا كان قطر حبة بروم الفضة في الفلم أقل من 0.6×0.61 #0.36 مكرون؛ أما العين البشرية التي لا تقل المسافة بين خليتين عصبيتين متجاورتين من شبكيتها عن خمس مكرونات فلا تستطيع الإفادة من هذا الفصل المثالي، ويبقى أن يذكر شيء عن معامل نفوذ الأداة وعن تصحيح الأداة.

معامل نفوذ الأداة

تتألف الأداة في كل الأحوال من عدد من العدسات والمرايا. ويعرف معامل الانعكاس ξ، بنسبة التدفق المنعكس تدَ، إلى التدفق الوارد تد:


وتحسب قيمته، من أجل زجاج حديث الصقل قرينة انكساره ن، بدستور فرينل Fresnel الصالح من أجل زاوية ورود في الهواء أقل من نحو 40 درجة:


فهو يساوي 0.04 عندما ن=1.5 وعندما يراد الحصول على قيمة عظمى لهذا المعامل يلجأ لتغطية المرآة بطريقة التبخير في الخلاء، بقشرة معدنية رقيقة (ألمنيوم أو كروم أو فضة... أو أي مادة أخرى تختار بما يلائم طيف الضوء المستخدم). ففي مجال الضوء المرئي شاع استخدام الألمنيوم حيث ξ =0.9 تقريباً، وللحصول على عامل أكبر تستخدم طبقات منضدة من مواد عازلة [انظر التداخل (مقاييس)] يمكن الوصول فيها إلا ξ=0.99 أي بامتصاص مهمل. وتصنع العدسات والمواشير من مادة شفافة، وفيها تتصرف السطوح الفاصلة بين الزجاج والهواء بمعامل انعكاس من رتبة 0.04 فإذا كان عدد السطوح الفاصلة كبيراً فإن قسماً كبيراً من الضوء الساقط على الأداة لا يصل إلى اللاقط. فلو وجدت مثلاً خمس عدسات بين الجسم واللاقط (10 سطوح فاصلة بين الزجاج والهواء) فإن عامل النفوذ يصبح مساوياً:


ويكون القسم الضائع من الضوء كبيراً.

 
(الشكل 13)

لكن الأخطر من هذا هو أن هذه الطاقة الضوئية تلتقطها سطوح العدسات السابقة فتجمعها من جديد مشكلة خيالات طفيلية، كما هو واضح في الشكل 13، مما يولد في مستوى الخيال إنارة إضافية طفيلية تنتقص من تباين الخيال contraste. ولتحسين جودة الخيال كثيراً يسعى إلى أكبر خفض ممكن لقيمة ξ عند السطوح الفاصلة بين الزجاج والهواء، وهذا يتم عادة بتبخير (في الخلاء) قشرة رقيقة من مادة كاسرة للضوء قرينة انكسارها ن، فتزول بسبب التداخل الطاقة المنعكسة عندما يكون (ن قرينة انكسار الزجاج). ومعالجة السطوح بهذه الطريقة أصبحت عملية صناعية شائعة وأدت إلى الحصول على نتائج جيدة.

على أن للضوء الطفيلي في الأجهزة البصرية مصدراً آخر هو انعكاس الأشعة عن أطر العدسات وعن جدران الأنابيب الحاملة لها. ويلجأ إلى تحاشي عاكسيتها باستخدام سواتر غير لماعة أو محزومة ميكانيكياً بكثافة. وقد تستخدم أيضاً كوى إضافية تمنع وصول الأشعة الطفيلية إلى اللاقط.

تصحيح الأداة

تتلخص وظيفة الأداة البصرية عموماً بتركيز تدفق ضوئي على لاقط إشعاعات يفيد في عمليات القياس بتحويل الطاقة الكهرمغنطيسية إلى شكل آخر من أشكال الطاقة قابل للقياس: (تيار كهربائي في الخلايا الكهرضوئية، اسوداد في أفلام التصوير، سيالة عصبية في العين). وقد تستخدم الأداة لتشكيل صورة فراغية يفسرها اللاقط مباشرة وفي كلتا الحالتين يجب استخدام أداة تأتلف مع مميزات اللاقط وتتيح الإفادة المرتقبة من جودة الأداة واللاقط معاً. وهذه المسألة تشبه مسألة إعادة توليد الأصوات المسجلة. فخواص الأذن معروفة، وعلى أساسها يجب أن تدرس خصائص المضخمات والسماعات والأدوات القارئة للتسجيل كي لا يضيع سوى كمية أصغرية من المعلومات لدى انتقالها من القرص (الاسطوانة) إلى الأذن. وعمل اللاقط يتعين بما يلي:

  1. البنية الحبيبية (المنفصلة) للطبقة الحساسة من اللاقط (تحبحب مستحلب التصوير emulsion).
  2. الانتثار diffusion ضمن الطبقة الحساسة (الوسط العكر لمستحلب التصوير)، وتتجمع مميزاته من معرفة الجواب المتقطع للاقط أو من معرفة منحني نقله لعمليات التعديل modulation.

ولابد من إجراء موازنة بين مزايا الجهاز ومزايا اللاقط، ومن تثبيت ما يمكن احتماله من الزيوغ في الأداة: وعندها يمكن الاضطلاع بإجراء الحسابات (انظر الزيْغ).

وأخيراً يجب أن لا يغيب عن البال أن الأجهزة البصرية تعمل في جو واقعي، وأن طبقة الهواء التي تقع غالباً بين الجسم والأداة تؤلف بحد ذاتها أداة بصرية تحد كثيراً من مزايا المجموعة. ففي أجهزة الرصد الفلكي مثلاً، قد يبدو أن ازدياد قطر الراصدة Telescope النقطية يكفي لتحسين مقدرة الفصل النظري، وهذا غير صحيح. فجو الأرض وهو وسط مضطرب تتغير فيه قرينة الانكسار بشكل فوضوي زمنياً ومكانياً، يشوه الموجة التي تنتشر فيه.

فالأبعاد الأصغرية لخيال أحد النجوم لا تتعين، في الراصدات الكبيرة، بقطر النجم بل بجودة الجو التي تتعلق هي الأخرى بالمناخ وبالموقع الذي تقام فيه الراصدة.

أجهزة بصرية أخرى

انظر أيضا

المصادر

  1. ^ أدهم السمان. "الأدوات البصرية". الموسوعة العربية. Retrieved 2012-04-01.

مراجع للإستزادة

  • أدهم السمان، الضوء الهندسي (منشورات جامعة دمشق 1982).
  • DEVORE et ANNEQUIN, Optique. Tomes I&II (Librairie Vuibert, Paris 1962).
  • JENKINS &WHITE, Fundamentals of Optics (Mc Graw- Hill 1957).