Коноскопия

Коноскопия — это оптический метод наблюдения прозрачного образца в конусе сходящихся лучей света. Различные направления распространения света наблюдаются одновременно.

Коноскоп с — аппарат для проведения коноскопических наблюдений и измерений, часто реализуемый в виде микроскопа линзой Бертрана для наблюдения за изображением направления . Самая ранняя ссылка на использование коноскопии (т. е. наблюдения в сходящемся свете с помощью поляризационного микроскопа с линзой Бертрана ) для оценки оптических свойств жидкокристаллических фаз (т. е. ориентации оптических осей) относится к 1911 году, когда она была использована. Шарль -Виктор Моген для исследования выравнивания нематических и хирально-нематических фаз.

Известно, что луч сходящегося (или расходящегося) света представляет собой линейную суперпозицию множества плоских волн над конусом телесных углов. Трассировка лучей на рисунке 1 иллюстрирует основную концепцию коноскопии : преобразование направленного распределения лучей света в передней фокальной плоскости в боковое распределение ( изображение направлений ), появляющееся в задней фокальной плоскости (которая более или менее изогнута). Входящие элементарные параллельные лучи (показаны синим, зеленым и красным цветами) сходятся в задней фокальной плоскости линзы, при этом расстояние их фокуса от оптической оси является (монотонной) функцией угла наклона луча.

raytracing to illustrate the formation of a directions image in the back focal plane of a positive thin lens

Рисунок 1: Изображение пучков элементарных параллельных лучей для формирования изображения направлений в задней фокальной плоскости положительной тонкой линзы.

Это преобразование легко вывести из двух простых правил для тонкой положительной линзы:

• лучи, проходящие через центр линзы, остаются неизменными,
• лучи, проходящие через передний фокус, преобразуются в параллельные лучи.

Объект измерения обычно располагается в передней плоскости объектива фокальной . Чтобы выбрать конкретную область интереса на объекте (т. е. определить точку измерения или поле измерения), апертуру сверху объекта можно разместить . В этой конфигурации на линзу попадают только лучи из точки измерения (апертуры).

Изображение апертуры проецируется на бесконечность, в то время как изображение направленного распределения света, проходящего через апертуру (т.е. изображение направлений), создается в задней фокальной плоскости линзы. Когда нецелесообразно размещать апертуру в передней фокальной плоскости линзы, т. е. на объекте, выбор точки измерения (поля измерения) также может быть достигнут с помощью второй линзы. Изображение объекта (расположенного в передней фокальной плоскости первой линзы) создается в задней фокальной плоскости второй линзы. Увеличение M этого изображения определяется соотношением фокусных расстояний линз L ₁ и L ₂ , M = f ₂ / f ₁ .

formation of an image of the object (aperture) by addition of a second lens. The field of measurement is determined by the aperture located in the image of the object.

Рисунок 2: Формирование изображения объекта (апертуры) путем добавления второй линзы. Поле измерения определяется апертурой, расположенной на изображении объекта.

Третья линза преобразует лучи, проходящие через апертуру (расположенную в плоскости изображения объекта), в изображение второго направления, которое может анализироваться датчиком изображения (например, электронной камерой).

schematic raytracing of a complete conoscope: formation of the directions image and imaging of the object

Рисунок 3: Схематическая трассировка лучей полного коноскопа: формирование изображения направлений и визуализация объекта.

Функциональная последовательность следующая:

• первая линза формирует изображение направлений (преобразование направлений в локации),
• вторая линза вместе с первой проецирует изображение предмета,
• апертура позволяет выбрать интересующую область (пятно измерения) на объекте,
• третий объектив вместе со вторым отображает изображение направлений на двухмерном оптическом датчике (например, электронной камере).

Это простое устройство является основой всех коноскопических устройств (коноскопов). Однако разработать и произвести системы линз, сочетающие в себе следующие характеристики, непросто:

• максимальный угол падения света как можно выше (например, 80°),
• диаметр пятна измерения до нескольких миллиметров,
• ахроматическое исполнение для всех углов наклона,
• минимальный эффект поляризации падающего света.

Проектирование и производство этого типа сложной системы линз требует помощи с помощью численного моделирования и сложного производственного процесса.

Современные усовершенствованные коноскопические устройства используются для быстрого измерения и оценки электрооптических свойств ЖК-экранов (например, изменения яркости , контрастности и цветности в зависимости от направления просмотра ).

Литература

• Почи Йе, Клэр Гу: «Оптика жидкокристаллических дисплеев», John Wiley & Sons 1999, 4.5. Коноскопия, стр. 139.
• Хартсхорн и Стюарт: «Кристаллы и поляризационный микроскоп», Арнольд, Лондон, 1970, 8: Микроскопическое исследование кристаллов, (ii) Коноскопические наблюдения (в сходящемся свете)
• К. Бурри: «Поляризационный микроскоп», издательство Birkhäuser, Базель, 1950 г.

Внешние ссылки

• Полярископ/Коноскоп - Проект по геммологии