مستشعر جبهة الموجة من نوع شاك-هارتمان

الموسوعة الحرة

نظام شاك-هارتمان في البصريات السريرية: يقوم الليزر بإنشاء مصدر ضوء افتراضي في شبكية العين. وتُنشئ مصفوفة العدسات بقعًا في المستشعر وفقًا للجبهة الموجية الخارجة من العين.
عكس نظام شاك-هارتمان في البصريات السريرية: يتم عرض مجموعة من الأنماط على الشاشة، ويقوم المستخدم بمحاذاتها/تراكبها في صورة واحدة عن طريق الضغط على الأزرار.
رسم تخطيطي توضيحي لنظام SHWFS.
عمليات عدسة واحدة في نظام SHWFS.

مستشعر جبهة الموجة شاك-هارتمان (أو هارتمان-شاك ) ( SHWFS ) هو كاشف بصري يُستخدم لقياس جبهات الموجات الكهرومغناطيسية. [ 1 ] وهو مستشعر جبهة موجة شائع الاستخدام في أنظمة البصريات التكيفية وكأداة قياس غير تداخلية. [ 2 ] يتكون من مصفوفة عدسات (تُسمى عدسات صغيرة) ذات بُعد بؤري متساوٍ. تُركز كل عدسة على مستشعر فوتوني (عادةً ما يكون مصفوفة CCD أو مصفوفة CMOS [ 3 ] أو خلية رباعية [ 4 ] ). يقوم مستشعر SHWFS بأخذ عينات من جبهات الموجة باستخدام مصفوفات العدسات الصغيرة لتقدير مراكز الصورة المتكونة، والتي تُعرف باسم حقل البقعة. [ 5 ] إذا وُضع المستشعر في المستوى البؤري الهندسي للعدسة الصغيرة، [ 6 ] وتم إضاءته بشكل منتظم، [ 7 ] فإن التدرج المتكامل لجبهة الموجة عبر العدسة الصغيرة يتناسب مع إزاحة المركز. يتم الكشف عن الجبهات الموجية التي تحتوي على تشوه من خلال إزاحة البقع في حقل البقع، مما يسمح بإعادة بناء كاملة للجبهة الموجية. لا يستطيع نظام SHWFS الكشف عن التغيرات المفاجئة في الجبهة الموجية لأنه يقيس التشوه فيها. [ 8 ]

تاريخ

يبدو أن المبدأ الأساسي موثق حتى قبل هيغنز على يد الفيلسوف اليسوعي كريستوفر شاينر في النمسا . كان قرص شاينر اختبارًا بسيطًا يستخدم قرصًا به فتحتان لمراقبة عدم وضوح الرؤية في العينين. يقوم شخص يعاني من ضعف البصر برؤية شمعة من مسافة بعيدة ثم يتحرك نحوها. نتيجةً لعدم وضوح الرؤية، يرى الشخص شمعتين، وإذا اندمجت هاتان الشمعتان في شمعة واحدة مع تناقص المسافة، يكون الشخص مصابًا بقصر النظر. تم تطوير هذا المفهوم الأساسي لاحقًا في عام 1904 على يد يوهانس فرانز هارتمان . ابتكر قناعًا به مجموعة من الثقوب. كان هذا القناع وسيلة لتتبع أشعة الضوء الفردية عبر النظام البصري لتلسكوب كبير، وبالتالي اختبار جودة الصورة. [ 9 ] في أواخر الستينيات، قام رولاند شاك وبن بلات بتعديل شاشة هارتمان عن طريق استبدال الفتحات في شاشة معتمة بمجموعة من العدسات الصغيرة. [ 2 ]

التطبيقات

علم الفلك

تُستخدم أنظمة جبهة الموجة الفائقة (SHWFS) في علم الفلك للحصول على صور عالية الدقة. ومن أبرز التحديات التي تواجه التصوير الفلكي الغلاف الجوي المحيط بالأرض، حيث يُحدث اضطرابًا داخل التلسكوبات، مما يؤدي إلى فقدان جودة الصورة نتيجة نقص الفوتونات. وتتيح أنظمة جبهة الموجة الفائقة قياس هذا الاضطراب وتصحيحه. [ 10 ] إضافةً إلى ذلك، تُعد التلسكوبات أنظمة بصرية معقدة، ومن الضروري أن يكون الضوء الداخل إليها خاليًا من التشوهات الناتجة عن البصريات. وتتيح أنظمة جبهة الموجة الفائقة معايرة الأنظمة في الوقت الفعلي لقياس جبهات الموجة الأساسية حتى يتم ضمان درجة معينة من الدقة من الجهاز. [ 11 ]

طب العيون

تُستخدم مجسات شاك-هارتمان ذات الموجة البصرية المجسمة (SHWFS) في الطب لتوصيف العيون تمهيدًا لعلاج القرنية لأخطاء الانكسار المعقدة. [ 12 ] [ 13 ]  مؤخرًا، طوّر بامبلونا وزملاؤه نظامًا معكوسًا لنظام شاك-هارتمان وحصلوا على براءة اختراع له لقياس انحرافات عدسة العين. فبينما تقيس مجسات شاك-هارتمان الميل الموضعي لخطأ الموجة البصرية باستخدام إزاحة البقعة في مستوى المجس، استبدل بامبلونا وزملاؤه مستوى المجس بشاشة عرض مرئية عالية الدقة (مثل شاشة الهاتف المحمول) تعرض بقعًا يراها المستخدم من خلال مصفوفة عدسات صغيرة. ثم يقوم المستخدم بتحريك البقع المعروضة يدويًا (أي الموجة البصرية المتولدة) حتى تتطابق. يوفر مقدار هذا التحريك بيانات لتقدير معلمات الدرجة الأولى، مثل نصف قطر الانحناء، وبالتالي الخطأ الناتج عن عدم التركيز والانحراف الكروي . [ 14 ] تتطور طرق قياس الانحرافات داخل العين البشرية بدقة بسرعة. وتُعد مجسات شاك-هارتمان ذات الموجة البصرية المجسمة (SHWFS) أداة بالغة الأهمية لقياس الموجات البصرية التي تحتوي على معلومات من العين بدقة. [ 12 ] يجري العمل على تصحيح عيوب الإبصار باستخدام جراحة الليزك (LASIK)، وجراحة استئصال القرنية الانكساري الضوئي (PRK)، والعدسات العينية. وتعتمد هذه التقنيات المتقدمة جميعها على نظام SHWFS كأساس للكشف عن العيوب بهدف إجراء التعديلات اللازمة. [ 9 ]

مراجع

  1. ↑ حساني، خسرو؛ خاجيه حسنيرابوري، فيانا (1 مارس 2025). "مستشعر شاك-هارتمان التعليمي لجبهة الموجة" . المجلة الأمريكية للفيزياء . 93 (3): 264-271 . Bibcode : 2025AmJPh..93..264H . doi : 10.1119/5.0230503 . ISSN 0002-9505 . 
  2. 1 2 بلات، بن سي؛ شاك، رولاند (سبتمبر 2001). "تاريخ ومبادئ استشعار جبهة الموجة شاك-هارتمان" . مجلة جراحة الانكسار . 17 (5): S573-7. doi : 10.3928/1081-597X-20010901-13 . ISSN 1081-597X . PMID 11583233. مؤرشف من الأصل في 24 فبراير 2023. تم الاسترجاع في 17 مايو 2026 .  
  3. ↑ نيرماير، توماس؛ بوداسيني، جوبال؛ بيل، جوزيف (20 أكتوبر 2003). "قياسات سريعة جدًا لجبهة الموجة عند العين البشرية باستخدام مستشعر هارتمان-شاك مخصص قائم على تقنية CMOS" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 11 (21): 2704-2716 . رمز Bibcode : 2003OExpr..11.2704N . doi : 10.1364/OE.11.002704 . ISSN 1094-4087 . PMID 19471385. مؤرشف من الأصل في 16 أبريل 2024. تم الاطلاع عليه في 17 مايو 2026 .  
  4. ↑ ساليس، لوسيانا بيدروسا؛ دي ليما مونتيرو، ديفيز ويليام (فبراير 2010). "تصميم استجابة خلية رباعية بصرية ككاشف حساس للموقع". مجلة IEEE للمستشعرات . 10 (2): 286-293 . Bibcode : 2010ISenJ..10..286S . doi : 10.1109/JSEN.2009.2033806 . ISSN 1530-437X . 
  5. ↑ أكندي، فياس؛ دوبرا، ألفريدو (15 مارس 2021). "النطاق الديناميكي البصري لمستشعر جبهة الموجة من نوع شاك-هارتمان" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 29 (6): 8417-8429 . رمز Bibcode : 2021OExpr..29.8417A . doi : 10.1364/OE.419311 . ISSN 1094-4087 . PMC 8237929. PMID 33820289 .   
  6. ↑ أكندي، فياس؛ دوبرا، ألفريدو (1 سبتمبر 2019). "مراعاة انزياح البؤرة في مستشعر جبهة الموجة شاك-هارتمان" . رسائل البصريات . 44 (17): 4151-4154 . Bibcode : 2019OptL...44.4151A . doi : 10.1364/OL.44.004151 . ISSN 0146-9592 . PMC 7535119. PMID 31465350 .   
  7. ↑ أكندي، فياس؛ ستيفن، صموئيل؛ دوبرا، ألفريدو (1 سبتمبر 2019). "خطأ مركز الثقل الناتج عن إضاءة العدسات غير المنتظمة في مستشعر جبهة الموجة شاك-هارتمان" . رسائل البصريات . 44 (17): 4167-4170 . Bibcode : 2019OptL...44.4167A . doi : 10.1364/OL.44.004167 . ISSN 0146-9592 . PMC 7535117. PMID 31465354 .   
  8. ↑ "Thorlabs" . www.thorlabs.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 مايو 2026. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2026 .
  9. 1 2 شويغرلينغ، جيم (5 سبتمبر 2014). "تاريخ مستشعر جبهة الموجة شاك هارتمان وتأثيره في البصريات العينية" . في باريت، هاريسون هـ.؛ غريفينكامب، جون إي.؛ ديرينياك، يوستاس ل. (محررون). خمسون عامًا من العلوم البصرية في جامعة أريزونا . المجلد 9186. الصفحات 91860U. doi : 10.1117/12.2064536 .  
  10. ↑ ويلسون، ر. و. (نوفمبر 2002). "SLODAR: قياس ارتفاع الاضطراب البصري باستخدام مستشعر جبهة الموجة من نوع شاك-هارتمان" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 337 (1): 103-108 . Bibcode : 2002MNRAS.337..103W . doi : 10.1046/j.1365-8711.2002.05847.x .
  11. ↑ رومر، نيكولاس؛ تشاو، نان؛ كارسي، أوزغور؛ رولاند، جانيك ب. (30 ديسمبر 2024). "محاذاة تلسكوب ريتشي-كريتيان مع خطأ شكل المرآة الرئيسية الموجه بالقياس السريع للاستجماتيزم الثنائي" . أوبتكس إكسبرس . 32 (27): 48525-48540 . Bibcode : 2024OExpr..3248525R . doi : 10.1364/OE.541050 . ISSN 1094-4087 . PMID 39876155 .  
  12. 1 2 مورينو-باريوسو، إستر؛ نافارو، رافائيل (1 يونيو 2000). "مقارنة بين تتبع الأشعة الليزرية ومستشعر هارتمان-شاك لقياس الانحرافات البصرية في العين البشرية" . مجلة الجمعية البصرية الأمريكية أ . 17 (6): 974-985 . Bibcode : 2000JOSAA..17..974M . doi : 10.1364/JOSAA.17.000974 . hdl : 10261/61848 . ISSN 1084-7529 . PMID 10850467 .  
  13. ↑ كوهنين، توماس؛ كوخ، دوغلاس د.، محرران. (2006). جراحة الساد وجراحة تصحيح النظر . أساسيات طب العيون. برلين ؛ نيويورك: سبرينغر. ISBN  978-3-540-30795-2.
  14. ↑ بامبلونا، فيتور ف.؛ موهان، أنكيت؛ أوليفيرا، مانويل م.؛ راسكار، راميش (26 يوليو 2010). "نيترا: شاشة تفاعلية لتقدير أخطاء الانكسار والمدى البؤري" . معاملات ACM في الرسومات . 29 (4): 1. doi : 10.1145/1833351.1778814 . مؤرشف من الأصل في 17 مايو 2011. تم الاسترجاع في 17 مايو 2026 .

انظر أيضاً