Коноскопия

Коноскопи́я (от др.-греч. ϰῶνος — конус и …скопия) — метод изучения оптических кристаллов с помощью интерференционных картин, получаемых в сходящемся свете при скрещённых или параллельных поляризаторе и анализаторе, помещённых в заднюю фокальную плоскость объектива поляризационного микроскопа.

Физические основы

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

Для исследования кристаллов методами коноскопии используют специальное устройство — коноскоп, предназначенное для наблюдения коноскопических фигур. Поскольку сходящиеся или расходящиеся лучи света можно представить как суперпозицию множество плоских волн, локализованных в телесном угле распространения луча, можно преобразовать распределение лучей в передней фокальной плоскости в боковое распределение, т. н. изображение направлений, формирующееся в задней фокальной плоскости. На рисунке 1 видно, что входящие лучи (обозначенные синим, зелёным и красным цветом) сходятся в задней фокальной плоскости линзы. Поскольку использовалась тонкая положительная линза, ясно, что лучи, проходящие через переднюю фокальную точку, преобразуются в параллельные.

Техническая реализация

Коноскопические фигуры состоят из тёмных полос, соответствующих направлениям колебаний в поляризаторе, называемыми изогирами, и полос различных цветов, образующихся в результате интерференции, называемых изохромами, причём каждая из них соответствует направлениям в кристалле с одинаковой разностью хода.

Рис. 2. Формирование изображения объекта (апертуры) путём добавления второй линзы. Поле измерения определяется апертурой, расположенной на изображении объекта

На рисунке 2 показана более сложная схема, включающая в себя дополнительную линзу. В этом случае изображение объекта, расположенного в передней фокальной плоскости первой линзы, генерируется в задней фокальной плоскости второй линзы. Увеличение $M$ изображения объекта определяется отношением фокусных расстояний входящих в оптическую систему линз:

$M={\frac {f_{2}}{f_{1}}}$.

Если добавить в оптическую систему третью линзу, которая преобразует лучи, проходящие через апертуру (расположенную в плоскости изображения объекта), в изображение второго направления, то его можно фиксировать с помощью фоточувствительного элемента или видеокамеры. В результате первая линза формирует изображение направлений (преобразование направлений в местоположения), вторая — проецирует изображение объекта, апертура позволяет выбрать интересующую область (место измерения) на объекте, а третья линза вместе со второй отображает изображение направлений на двумерном оптическом датчике (например, электронной видеокамере). Недостатком такой оптической системы является трудность расчётов при её разработке и построении.

Однако, оптическая схема, представленная на рисунке 3, является основой всех коноскопических устройств (коноскопов).

Применение

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

Современные усовершенствованные коноскопические устройства используются для быстрого измерения и оценки электрооптических свойств ЖК-экранов (например, изменения яркости, контрастности и цветности в зависимости от направления обзора), а также свойств обычных кристаллов, создания оптических затворов, ячеек и модуляторов, а также коноскопических прицелов.

Форма и поведение изогир и изохром позволяет определить оптический знак кристалла и его количество осей, направление индикатрисы, угол между оптическими осями кристалла, направление поляризации, и др.

Литература

• Заказнов Н. П. Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
• Апенко М. И. Дубовик А. С. Прикладная оптика. — М. : Наука, 1982.
• Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
• Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Ч. 1. Введение в теорию оптических систем. — М. : Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии, 2017.
• Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — М. : Физматлит, 2003.
• Михеенко А. В. Геометрическая оптика : учебное пособие. — Хабаровск : Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2018.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. — М. : Физматлит, 2014.
• Шубников А. В. Основы оптической кристаллографии. — М. : Издательство Академии наук СССР, 1958.
• Константинова А. Ф., Гречушников Б. Н., Бокуть Б. В., Валяшко Е. Г. Оптические свойства кристаллов. — Минск : Навука, 1995.
• Ньюнхем Р. Свойства материалов. Анизотропия, симметрия, структура. — М., Ижевск : Институт компьютерных исследований, 2007.

Ссылки

• Коллективная линза

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Коноскопия», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Коноскопия» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».