コノスコピー

コノスコピーは、収束光線の円錐内で透明な標本を観察する光学技術です。光の伝播のさまざまな方向を同時に観察できます。

コノスコープは、コノスコープ観察および測定を行う装置であり、方向の像を観察するためのベルトランレンズを備えた顕微鏡によって実現されることが多い。液晶相の光学特性（すなわち、光軸の方向）を評価するためにコノスコープ（すなわち、ベルトランレンズを備えた偏光顕微鏡による収束光の観察）を使用することに関する最も古い言及は、1911年にシャルル・ビクター・モーガンがネマチック相とキラルネマチック相の配列を調べるために使用したことである。^[1]

収束（または発散）光線は、立体角の円錐上の多数の平面波の線形重ね合わせであることが知られています。図 1 の光線追跡は、コノスコピーの基本概念を示しています。つまり、前方焦点面の光線の方向分布を、後方焦点面（多かれ少なかれ湾曲している）に現れる横方向分布（方向画像）に変換することです。入射する基本平行ビーム（青、緑、赤で示されています）は、レンズの後方焦点面で収束し、その焦点から光軸までの距離は、ビーム傾斜角の（単調な）関数です。

この変換は、薄い正レンズの 2 つの単純なルールから簡単に推測できます。

• レンズの中心を通る光線は変化せず、
• 前方の焦点を通過する光線は平行光線に変換されます。

測定対象は通常、レンズの前焦点面にあります。対象物上の特定の関心領域を選択するために (つまり、測定スポットまたは測定フィールドを定義するために)、対象物の上に絞りを配置することができます。この構成では、測定スポット (絞り) からの光線のみがレンズに当たります。

絞りの像は無限遠に投影され、絞りを通過する光の方向分布の像（つまり、方向像）はレンズの後焦点面に生成されます。絞りをレンズの前焦点面、つまり物体上に配置することが適切でないと考えられる場合、測定スポット（測定フィールド）の選択は、2 番目のレンズを使用して行うこともできます。物体の像（最初のレンズの前焦点面にある）は、2 番目のレンズの後焦点面に生成されます。この画像の拡大率 M は、レンズ L ₁と L ₂の焦点距離の比、M = f ₂ / f ₁によって決まります。

3 番目のレンズは、開口部 (物体の像の平面に位置) を通過する光線を、画像センサー (電子カメラなど) によって分析できる第 2 方向の画像に変換します。

機能シーケンスは次のとおりです。

• 最初のレンズは方向画像を形成します（方向を場所に変換します）。
• 2番目のレンズは1番目のレンズと一緒に物体の像を投影し、
• 絞りにより、対象物上の関心領域（測定スポット）を選択できる。
• 3 番目のレンズは 2 番目のレンズと連携して、方向の画像を 2 次元光学センサー (電子カメラなど) に画像化します。

このシンプルな配置は、すべてのコノスコープ デバイス (コノスコープ) の基礎となります。ただし、次の機能を組み合わせたレンズ システムを設計および製造するのは簡単ではありません。

• 光の入射角を可能な限り高くする（例：80°）、
• 測定スポットの直径は最大数ミリメートル、
• あらゆる傾斜角で無彩色な性能を発揮
• 入射光の偏光の影響を最小限に抑えます。

この種の複雑なレンズ システムの設計と製造には、数値モデリングと高度な製造プロセスによる支援が必要です。

現代の高度なコノスコープ装置は、LCD スクリーンの電気光学特性(例:視線方向による輝度、コントラスト、色度の変化) を迅速に測定および評価するために使用されます。^{[引用が必要]}

• Pochi Yeh、Claire Gu：「液晶ディスプレイの光学」、John Wiley & Sons 1999、4.5. Conoscopy、pp. 139
• ハーツホーン＆スチュアート：「結晶と偏光顕微鏡」、アーノルド、ロンドン、1970年、8：結晶の顕微鏡検査、（ii）コノスコープ観察（収束光）
• C. ブッリ：「Das Polarisationsmikroskop」、Verlag Birkhäuser、バーゼル 1950

• 偏光鏡/コノスコープ - 宝石学プロジェクト