Conoscopy - Conoscopy

Conoscopy (z Starořečtina κῶνος (konos) „kužel, káča, šiška“ a σκοπέω (skopeo) „zkoumat, kontrolovat, dívat se do nebo do, uvažovat“) je optická technika pro pozorování transparentního vzorku v kuželu sbíhajících se paprsků světla. Různé směry šíření světla jsou pozorovatelné současně.

A conoscope je přístroj k provádění conoskopické pozorování a měření, často realizovaná a mikroskop s Bertrandovým objektivem pro pozorování obrázek směru. Nejstarší zmínka o použití conoskopie (tj. pozorování v konvergentním světle polarizačním mikroskopem s a Bertrandova čočka ) pro hodnocení optických vlastností kapalné krystalické fáze (tj. orientace optických os) je v roce 1911, kdy byl používán Charles-Victor Mauguin zkoumat vyrovnání nematic a chirálně-nematic fáze.[1]

Je známo, že paprsek konvergentního (nebo divergentního) světla je lineární superpozicí mnoha rovinných vln přes kužel plných úhlů. Raytracing na obrázku 1 ilustruje základní koncept conoskopie: transformace směrového rozložení paprsků světla vpředu ohnisková rovina do boční distribuce (obrázek směru) objevující se vzadu ohnisková rovina (který je víceméně zakřivený). Příchozí elementární paralelní paprsky (ilustrované barvami modrá, zelená a červená) se sbíhají vzadu ohnisková rovina z objektiv se vzdáleností jejich ohniska od optická osa je (monotónní) funkcí úhlu sklonu paprsku.

raytracing pro ilustraci tvorby směrových obrazů v zadní ohniskové rovině pozitivní tenké čočky
Obrázek 1: Zobrazování svazků elementárních rovnoběžných paprsků pro vytvoření směrového obrazu v zadní ohniskové rovině pozitivní tenké čočky.

Tuto transformaci lze snadno odvodit ze dvou jednoduchých pravidel pro tenkou pozitivní čočku:

  • paprsky procházející středem čočky zůstávají nezměněny,
  • paprsky procházející předním ohniskem jsou transformovány do paralelních paprsků

Objekt měření je obvykle umístěn v přední části ohnisková rovina z objektiv. Za účelem výběru konkrétní oblasti zájmu na objektu (tj. Definice měřicího místa nebo pole měření) an clona lze umístit na horní část objektu. V této konfiguraci dopadají na čočku pouze paprsky z měřicího bodu (clony).

Obraz clona se promítá do nekonečna, zatímco obraz směrového rozložení světla procházejícího otvorem (tj. obraz směrů) se generuje v zadní ohniskové rovině objektivu. Pokud se nepovažuje za vhodné umístit clona do přední ohniskové roviny čočky, tj. na objektu, lze výběr měřicího bodu (pole měření) dosáhnout také použitím druhé čočky. Obraz objektu (umístěný v přední ohniskové rovině první čočky) je generován v zadní ohniskové rovině druhé čočky. Zvětšení, M, tohoto zobrazení je dáno poměrem ohniskových vzdáleností čoček L1 a L.2, M = f2 / f1.

tvorba obrazu objektu (clony) přidáním druhé čočky. Pole měření je určeno clonou umístěnou v obraze objektu.
Obrázek 2: Vytvoření obrazu objektu (clony) přidáním druhé čočky. Pole měření je určeno clonou umístěnou v obraze objektu.

Třetí čočka transformuje paprsky procházející otvorem (umístěným v rovině obrazu objektu) na obraz ve druhém směru, který lze analyzovat obrazovým snímačem (např. Elektronickou kamerou).

schematické raytracing kompletního conoskopu: tvorba směrových obrazů a zobrazování objektu
Obrázek 3: Schematické sledování paprsku kompletního conoskopu: tvorba směrových obrazů a zobrazování objektu.

Funkční sekvence je následující:

  • první čočka tvoří obraz směrů (transformace směrů na místa),
  • druhá čočka spolu s první promítá obraz objektu,
  • clona umožňuje výběr oblasti zájmu (měřicí místo) na objektu,
  • třetí objektiv společně s druhým obrazem směruje obraz na dvourozměrném optickém senzoru (např. elektronická kamera).

Toto jednoduché uspořádání je základem pro všechny conoscopic zařízení (conoscopes). Není však přímočaré navrhovat a vyrábět systémy čoček, které kombinují následující vlastnosti:

  • maximální úhel dopadu světla co nejvyšší (např. 80 °),
  • průměr měřicího bodu až několik milimetrů,
  • achromatický výkon pro všechny úhly sklonu,
  • minimální účinek polarizace dopadajícího světla.

Návrh a výroba tohoto typu komplexního systému čoček vyžaduje pomoc numerického modelování a propracovaného výrobního procesu.

Moderní pokročilé conoskopické přístroje se používají pro rychlé měření a hodnocení elektrooptických vlastností LCD obrazovky (např. variace jas, kontrast a chromatičnost s směr pohledu ).

Reference

  1. ^ Mauguin, C .: Sur les cristaux liquides de Lehmann. Býk. Soc. Fr. Horník. 34, 71–117 (1911)

Literatura

  • Pochi Yeh, Claire Gu: „Optics of Liquid Crystal Displays“, John Wiley & Sons 1999, 4.5. Conoscopy, s. 139
  • Hartshorne & Stuart: „Krystaly a polarizační mikroskop“, Arnold, Londýn, 1970, 8: Mikroskopické zkoumání krystalů, ii) Konoskopická pozorování (v konvergentním světle)
  • C. Burri: „Das Polarisationsmikroskop“, Verlag Birkhäuser, Basilej 1950

externí odkazy