Коноскопия

Коноскопия — оптическая техника наблюдения прозрачного образца в конусе сходящихся лучей света. Различные направления распространения света наблюдаются одновременно.

Коноскоп — это аппарат для проведения коноскопических наблюдений и измерений, часто реализуемый с помощью микроскопа с линзой Бертрана для наблюдения за направлением изображения . Самое раннее упоминание об использовании 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 ее использовал Шарль-Виктор Моген для исследования выравнивания нематических и хирально-нематических фаз. ^[1]

Известно, что пучок сходящегося (или расходящегося) света представляет собой линейную суперпозицию многих 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 пучки (изображенные синим, зеленым и красным цветами) сходятся в задней фокальной плоскости линзы, причем расстояние их фокусной точки от оптической оси является (монотонной) функцией угла наклона пучка.

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

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

• лучи, проходящие через центр линзы, остаются неизменными,
• лучи, проходящие через переднюю фокусную точку, преобразуются в параллельные лучи.

Объект измерения обычно располагается в передней фокальной плоскости объектива . Для выбора определенной области интереса на объекте (т. е. определения точки измерения или поля измерения) сверху объекта может быть размещена апертура . В этой конфигурации на объектив попадают только лучи из точки измерения (апертуры).

Изображение апертуры проецируется в бесконечность, в то время как изображение направленного распределения света, проходящего через апертуру (т. е. изображение направлений), формируется в задней фокальной плоскости линзы. Когда считается нецелесообразным 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) формируется в задней фокальной плоскости второй линзы. Увеличение, M, этого изображения задается отношением фокусных расстояний линз L ₁ и L ₂ , M = f ₂ / f ₁ .

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

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

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

Функциональная последовательность следующая:

• первая линза формирует изображение направлений (преобразование направлений в местоположения),
• вторая линза вместе с первой проецирует изображение объекта,
• апертура позволяет выбрать интересующую область (точку измерения) на объекте,
• Третья линза вместе со второй формирует изображение направления на двумерном оптическом датчике (например, электронной камере).

Эта простая конструкция является основой для всех коноскопических устройств (коноскопов). Однако не так просто спроектировать и изготовить системы линз, которые сочетают в себе следующие характеристики:

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

Проектирование и изготовление такого типа сложной системы линз требует применения численного моделирования и сложного производственного процесса.

Современные усовершенствованные коноскопические приборы используются для быстрого измерения и оценки электрооптических свойств ЖК-экранов (например, изменения яркости , контрастности и цветности в зависимости от направления просмотра ). ^{[ необходима цитата ]}

• Pochi Yeh, Claire Gu: "Оптика жидкокристаллических дисплеев", John Wiley & Sons 1999, 4.5. Коноскопия, стр. 139
• Хартшорн и Стюарт: «Кристаллы и поляризационный микроскоп», Арнольд, Лондон, 1970, 8: Микроскопическое исследование кристаллов, (ii) Коноскопические наблюдения (в сходящемся свете)
• К. Бурри: «Поляризационный микроскоп», Verlag Birkhäuser, Базель, 1950 г.

• Полярископ/Коноскоп - Геммологический проект