Konoskopi
Konoskopi är en optisk teknik för att göra observationer av ett genomskinligt exemplar i en kon av konvergerande ljusstrålar. De olika riktningarna för ljusutbredning är observerbara samtidigt.
Ett konoskop är en apparat för att utföra konoskopiska observationer och mätningar, ofta realiserade av ett mikroskop med en Bertrand-lins för observation av riktningens bild . Den tidigaste hänvisningen till användningen av konoskopi (dvs observation i konvergent ljus med ett polarisationsmikroskop med en Bertrand-lins ) för utvärdering av de optiska egenskaperna hos flytande kristallina faser (dvs. orienteringen av de optiska axlarna) är 1911 när den användes av Charles-Victor Mauguin för att undersöka anpassningen av nematiska och kiral-nematiska faser.
En stråle av konvergent (eller divergent) ljus är känd för att vara en linjär överlagring av många plana vågor över en kon med solida vinklar. Strålspårningen i figur 1 illustrerar det grundläggande konceptet för konoskopi : transformation av en riktningsfördelning av ljusstrålar i det främre fokalplanet till en sidofördelning ( riktningsbild ) som uppträder i det bakre fokalplanet (som är mer eller mindre krökt). De inkommande elementära parallella strålarna (illustrerade med färgerna blå, grön och röd) konvergerar i linsens bakre fokalplan med avståndet för deras brännpunkt från den optiska axeln som en (monoton) funktion av strålens lutningsvinkel.
 |
Figur 1: Avbildning av buntar av elementära parallella strålar för att bilda en riktningsbild i det bakre fokalplanet av en positiv tunn lins. |
Denna transformation kan lätt härledas från två enkla regler för den tunna positiva linsen:
- strålarna genom linsens mitt förblir oförändrade,
- strålarna genom den främre brännpunkten omvandlas till parallella strålar.
Mätobjektet är vanligtvis placerat i linsens främre fokalplan . För att välja ett specifikt område av intresse på objektet (dvs definition av en mätpunkt eller mätfält) kan en bländare placeras ovanpå objektet. I denna konfiguration träffar endast strålar från mätpunkten (öppningen) linsen.
Bilden av bländaren projiceras till oändlighet medan bilden av den riktningsfördelningen av ljuset som passerar genom bländaren (dvs. riktningsbilden) genereras i linsens bakre fokalplan. När det inte anses lämpligt att placera en bländare i linsens främre fokalplan, dvs på objektet, kan valet av mätpunkten (mätfältet) också uppnås genom att använda en andra lins. En bild av objektet (beläget i det främre fokalplanet av den första linsen) genereras i det bakre fokalplanet av den andra linsen. Förstoringen, M, för denna avbildning ges av förhållandet mellan linsernas brännvidder L 1 och L 2 , M = f 2 / f 1 .
 |
Figur 2: Bildande av en bild av objektet (öppning) genom tillägg av en andra lins. Mätfältet bestäms av bländaren som finns i bilden av objektet. |
En tredje lins omvandlar strålarna som passerar genom bländaren (belägen i planet för bilden av objektet) till en andra riktningsbild som kan analyseras av en bildsensor (t.ex. en elektronisk kamera).
 |
Figur 3: Schematisk raytracing av ett komplett konoskop: bildandet av riktningsbilden och avbildning av objektet. |
Den funktionella sekvensen är som följer:
- den första linsen bildar riktningsbilden (omvandling av riktningar till platser),
- den andra linsen tillsammans med den första projicerar en bild av objektet,
- bländaren tillåter val av intresseområde (mätpunkt) på objektet,
- den tredje linsen tillsammans med den andra avbildar riktningsbilden på en 2-dimensionell optisk sensor (t.ex. elektronisk kamera).
Detta enkla arrangemang är grunden för alla konoskopiska enheter (konoskop). Det är dock inte okomplicerat att designa och tillverka linssystem som kombinerar följande egenskaper:
- maximal ljusinfallsvinkel så hög som möjligt (t.ex. 80°),
- diameter på mätpunkten upp till flera millimeter,
- akromatisk prestanda för alla lutningsvinklar,
- minimal effekt av polarisering av infallande ljus.
Design och tillverkning av denna typ av komplexa linssystem kräver assistans genom numerisk modellering och en sofistikerad tillverkningsprocess.
Moderna avancerade konoskopiska enheter används för snabb mätning och utvärdering av de elektrooptiska egenskaperna hos LCD-skärmar (t.ex. variation av luminans , kontrast och kromaticitet med betraktningsriktning ).
- ^ Mauguin, C.: Sur les cristaux liquides de Lehmann. Tjur. Soc. Fr. Gruvarbetare. 34, 71–117 (1911)
Litteratur
- Pochi Yeh, Claire Gu: "Optics of Liquid Crystal Displays", John Wiley & Sons 1999, 4.5. Conoscopy, s. 139
- Hartshorne & Stuart: "Crystals and the Polarizing Microscope", Arnold, London, 1970, 8: The Microscopic Examination of Crystals, (ii) Konoskopiska observationer (i konvergent ljus)
- C. Burri: "Das Polarisationsmikroskop", Verlag Birkhäuser, Basel 1950