الألياف الضوئية والماسح الضوئي

[_BabY LoVe_]

الألياف الضوئية هي عبارة عن شعيرات طويلة من زجاج على درجة عالية من النقاء يصل رفعها إلى حد أن تماثل شعرة رأس الانسان.

تصطف هذه الشعيرات معا في حزمة تسمى الحبل الضوئي optical cable

* تتكون هذه الألياف الضوئية من :
1 - اللب ( Core ) : وهو قلب من الزجاج الفائق النقاء يمثل المسار الذي ينتقل من خلاله الضوء.
2 - الغطاء ( Cladding ) : و هو المادة الخارجية التي تحيط بالقلب الزجاجي و هي مصنوعة من زجاج يختلف معامل انكساره عن معامل انكسار الزجاج الذي يصنع منه القلب ويعكس الضوء باستمرار ليظل في داخل القالب الزجاجي .
3 - الغطاء الواقي ( Buffer coating ) : و هو غلاف بلاستيكي يحمي القلب من الضرر .

يتم تجميع المئات أو الآلاف من هذه الألياف في حزم في الكابلات الضوئية. يتم حماية هذه الحزم بوساطة الغلاف الخارجي للكبل المسمى jacket.

* يوجد نوعين من الألياف الضوئية :
- الآلياف الضوئية ذات النمط الاحادي single mode fiber : تنتقل من خلالها إشارة ضوئية واحدة فقط في كل ليفة ضوئية من ألياف الحزمة و هي تستخدم في شبكات التلفون و كوابل التلفزيون. هذا النوع من الألياف يتميز بصغر نصف قطر القلب الزجاجي حيث يصل إلى حوالي micron 9 و تمر من خلاله أشعة الليزر تحت الحمراء ذات الطول الموجي 1.3-1.55 nm.

- الآلياف الضوئية ذات النمط المتعدد multi -mode fibers : و بها يتم نقل العديد من الإشارات الضوئية من خلال الليفة الضوئية الواحدة مما يجعل استخدامها أفضل لشبكات الحاسوب. هذا النوع من الألياف يكون نصف قطره اكبر حيث يصل إلى 62.5micron و تنتقل من خلاله الأشعة تحت الحمراء .

* كيف ينقل الضوء ضمن الليف الضوئي ؟
لنفرض أنك تريد نقل شعاع ضوئي تصدره من بيل في يدك عبر ممر طويل و مستقيم. ببساطة سوف تقوم بتوجيه البيل نحو نهاية الممر و ستقوم الأشعة الضوئية بالانتقال عبر خطوط مستقيمة و سيصل الضوؤ إلى الهدف المطلوب. أما وجد منعطف في هذا الممر ! سيمكنك التغلب على هذه المشكلة عن طريق وضع مرآة في المنعطف لعكس الضوء و توجيهيه ليكمل طريقه الصحيح. و كذلك هو الأمر إذا وجد عدة منعطفات في الممر فسيمكنك نقل الضوء إلى نهاية الممر عبر الاستعانة بمجموعة من المرايا الموضوعة عند كل منعطف و التي تؤمن عكس الضوء و إعادة توجيهه ليكمل طريقه.

ينتقل الضوء داخل اللب في الليف الضوئي ، و الانعكاس يتم عن طريق الغطاء ( Cladding )، حسب مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي " total internal reflection " ، و بما أن الغطاء لا يمتص شيئاً من الضوء و إنما يعكسه فقط فإن الضوء سينتقل مسافات طويلة بتخامد ضئيل ، هذا التخامد الضئيل عائد إلى عدم نقاوة الزجاج في اللب.

* مميزات الألياف الضوئية:
لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي :

1- أكثر قدرة على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى 50THZ في حين إن اكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6 MHZ .

2- اقل حجما حيث أن نصف قطرها اقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635سم و هذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.

3- اخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6كجم.

4- فقد اقل للإشارات المرسلة .

5- عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما إنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.

6- غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق .

7- تحتاج إلى طاقة اقل في المولدات لان الفقد خلال عملية التوصيل قليل .

* استعمالات الألياف البصرية :
للألياف البصرية استعمالات كثيرة. منها ما يستعمل في أنظمة اتصالات الألياف البصرية، حيث يقوم جهاز ليزر خاص بنقل الرسائل المُشفَّرة عن طريق ومضات ضوئية عالية السرعة. وتنتقل الرسائل عبر الألياف البصرية إلى نبائط حل شفرة الرسائل التي تحولها إلى الإشارة الأصلية.
وكذلك فإن الألياف البصرية مناسبة جدًا للاستعمالات الطبية؛ حيث يمكن صناعتها على شكل خيوط مرنة ودقيقة جدًا لإدخالها في الأوردة الدموية والرئتين، وفي الأجزاء المجوفة الأخرى من الجسم.كما أنها تُستعْمَل في كثير من الأدوات التي تساعد الأطباء على رؤية الأجزاء الداخلية من الجسم دون حاجة إلى إجراء جراحة.
كما تُستخدم الألياف البصرية في جراحة الليزر أو أجهزة قياس درجة الحرارة أو الضغط.

الماسح الضوئي


يشكل جهاز الماسح الضوئي (scanner) أحد الملحقات الضرورية للحاسوب , كذلك يعد من الأجهزة الهامة في الأعمال المكتبية , وتكنولوجيا الماسح الضوئي انتشرت في كل مكان كوسيلة إدخال للحاسب الآلي .
من أنواع الماسحات الضوئية :

(1) الماسح الضوئي المسطح Flatbed scanners : وهذا النوع الأكثر استخداماً ويعمل من خلال تثبيت الورقة المراد إدخالها للحاسوب داخل الماسح وتبقى ثابتة مكانها حيث يقوم ضوء الماسح الضوئي بمسح الورقة .

(2) الماسح الضوئي ذو التغذية اليدوية Sheet-fed scanners : وهو يعمل من خلال سحب الورقة داخل الماسح لتتعرض لمصدر ضوئي ثابت وتيتميز هذا النوع بصغر حجمه ويستخدم مع الكمبيوترات المحمولة.

(3) الماسح الضوئي اليدوي Handheld scanners : وهو الأصغر حجما ويقوم بالمسح بطريقة يدوية. هذا النوع من الماسحات لا يعطي صورة عالية الجودة مثل تلك التي توفرها الماسحات المسطحة، إلا أنه قد يكون ذا جدوى في المسح السريع للنصوص.

(4) الماسح الضوئي الاسطواني Drum scanners : يستخدم في مؤسسات النشر وتفوق دقته كل الأنواع السابقة الذكر وتختلف فكرة عمله عن الماسحات الضوئية حيث تثبت الورقة على اسطوانة زجاجية ويسطع ضوء من داخل الاسطوانة ليضئ الورقة ويقوم جهاز حساس للضوء يسمى انبوبة تكبير الفوتونات photomultiplier tube ويرمو له PMT ليحول الضوء المعكس إلى تيار كهربي.

تأتي أهمية الماسحات الضوئية في تمكين المستخدمين من تحويل الوثائق والصور إلى ملفات يتعامل معها الكمبيوتر ليتم معالجتها وحفظها وطباعتها أو نشرها على الأنترنت وتعد الماسحات الضوئية من الأجهزة التي تحول المعلومات التناظرية analog إلى رقمية digital. في هذه المقالة سوف نقوم بشرح فكرة عمل الماسحات الضوئية المسطحة ويمكن تعميم هذا الشرح على الأنواع الأخرى.

* مكونات جهاز الماسح الضوئي :
- جهاز مزدوج الشحنة Charge-coupled device (CCD) .
- مجموعه من المرايا (Mirrors) .
- مجموعه من العدسات (Lens) .
- فلاتر (Filters) .
- لوح زجاجي .
- مصباح .
- Stepper motor موتور المسئول عن تحريك مجموعة المسح .
- ADC (analogue to digital converter) محول يحول الاشارة التناظريه الي اشارة رقمية .
- منافذ توصيل .

* كيف يلتقط الماسح الضوئي الصورة :
- يتم وضع الوثيقة ووجها لأسفل علي اللوح الزجاجي الشفاف .
- يقوم مصدر الضوء بتسليط ضوء أبيض علي الوثيقة.
- تقوم المرايا بعكس الصورة المنعكسة من الوثيقة من مراَه لأخري.
- تنقل المراَه الاخيرة الصورة الي عدسه.
- تقوم العدسة بدورها بتسليط الصورة علي مجموعه من الفلاتر.
- تُنتقل الصورة من الفلاتر الي ال CCD وتقوم ال CCD باصدار اشارة كهربيه تعبر عن الضوء الساقط عليها .
- تنتقل الشحنة الكهربيه الناتجة من ال CCD الي ال ADC الذي يقوم بتحويل الاشارة الكهربيه المستقبلة الي مجموعه من الوحايد و الاصفار لكي تنقل للكمبيوتر.
- يتم تحريك مجموعة المسح كلها (المصدر الضوئي و العدسات و المرايا و ال CCD ) حتي تمر علي الوثيقه بأكملها باستخدام ال Stepper Motor .
- يتم ارسال مجموعه الوحايد و الاصفار الناتجة من ال ADC الي الكمبيوتر.

# بالنسبة لمجموعة العدسات و الفلاتر فهي تختلف من سكانر لاَخر , بعض الماسحات الضوئية تستخدم ما يعرف بطريقة ال Three pass , حيث يتم مسح الوثيقة بأكملها ثلاث مرات و في كل مرة يتم استخدام أحد الفلاتر الثلاثة (أحمر , أخضر , أزرق) , وبعد الانتهاء من الثلاث عمليات يتم تجميع الثلاث نتائج مع بعضها لتكوين الصورة الحقيقه.

# ولكن مجموعه أخري من الماسحات الضوئية تستخدم ما يعرف بطريقة ال Single pass , في هذه الطريقة يتم مسح الوثيقة مرة واحدة فقط , تقوم العدسه بتكوين ثلاث نسخ من الصورة الأصليه , نسخه تمر من الفلتر الأحمر و اخري عبر الأخضر و اخري عبر الأزرق , ثم تمر الثلاث نسخ الي ال CCD حيث يتم تجميعهم لتكوين الصورة الأصليه بعد ذلك و هنا يتم استخدام نوع خاص من ال CCD حيث تتكون ال CCD من ثلاث اجزاء كل جزء يستقبل واحدة من الثلاث نسخ .

* دقة الماسح الضوئي :
أهم ما يميز أنواع الماسحات الضوئية عن بعضها هو مدي دقة التقاطها Resolution للصورة و حدة الصورة الملتقطة Sharpness .
يتم تعريف دقة الماسح الضوئي كالاتي : مثلا لدينا ماسح الضوئي دقته 300*300 dpi , فماذا يعني ذلك ؟
dpi هي اختصار ل" Dots Per Inche " ويقصد بها عدد النقاط الضوئية التي توجد في البوصه الواحدة .
هذه ال dpi تقاس باحداثيين :
- أولهما الاحداثي الافقي و هو عدد الخلايا الحساسه للضوء التي توجد في صف أفقي واحد في ال CCD أو في ال CIS .
- وثانيهما هو الاحداثي الرأسي و هو يتأثر بدقة ال Stepper motor الذي يحرك مجموعه المسح , أو الخطوة التي يمكن أن يتحرك بها الموتور.

مثلا لدينا ماسح ضوئي بدقة 300*300 dpi و بامكانه أن يمسح ورقه من مقاس ال Letter size,اذن تتكون ال CCD من صف أفقي واحد فيه عدد 2550 خليه ضوئية , واذا كان الماسح الضوئي يستخدم طريقه ال Single Pass فسيكون لدينا ثلاث صفوف وليس صف واحد, و كل صف منها يكون به 2550 خلية ضوئية .

وتكون الخطوة التي يستطيع ال Stepper موتور أن يخطوها في تلك الحالة = 1/300 من البوصه .

* أما حدة الصورة Sharpness فتعتمد علي جودة المرايا و العدسات المستخدمة في نقل الضوء داخل الماسح الضوئي , و أيضا علي شدة الضوء الصادر من المصدر الضوئي فكلما زاد المصدر الضوئي سطوعاً زادت حدة الصورة الناتجه و كانت النتائج أفضل.

* في الغالب نجد معظم الماسحات الضوئية تكون بدقة 4800*4800 أو 9600*9600 , وهذه الماسحات الضوئية تجد مكتوبا علي مواصفاتها "software-enhanced, interpolated resolution" , فماذا يعني ذلك ؟

معني المصطلح Interpolation هو: أن يتم خلق أو اضافة pixels اضافيه توضع بين ال pixles الاساسية التي يتم استقبالها من ال CCD وذلك لزيادة الدقة, و تكون شده ال PIXELS المضافة هي متوسط شدة الPIXELS الاساسية المجاورة لها , وتتم هذه العملية بمعرفة السوفت وير الخاص بالسكانر , مثلا اذا كانت الدقة الأصليه (Hardware resolution) الخاصة بالماسح الضوئي هي 300*300 و كانت ال Interpolated resolution 600*300 فمعني هذا أن السوفت وير يقوم بأضافة بكسل واحدة بجانب كل بكسل أصلية وبالتالي تزداد الدقة للضعف.

* عامل اخر يحدد جودة الماسح الضوئي و هو ال Bit Depth أو ال Colour Depth , ويعني هذا عدد الألوان التي يستطيع الماسح الضوئي اصدار صورة ما بها , أو بمعني أوضح عدد الالوان التي يستطيع أن يخرج الصورة بها , و لكي يكون لدينا لون حقيقي True colour يجب أن تحتوي البكسل الواحدة علي 24 بت و معظم الماسحات الضوئية تدعم ذلك حاليا.

[alex_staf]

شكرا لك

[mobes]

الف شكرا :giljotiini:

[omar007]

مكرررر