Untersuchung an Flüssigkristallinsen für variable Strahlaufweitung in einem optischen Abstandsmeßsystem:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1994
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| adam_text | Titel: Untersuchung an Flüssigkristallinsen für variable Strahlaufweitung in einem optischen Abstandsmeß
Autor: Schwabe, Florian
Jahr: 1994
IV Untersuchung an Flüssigkristallinsen Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...................................................................................................1 2. LIDAR-Abstandsmeßsystem und bekannte Scannerkonzepte.............4 2.1 Anforderungen an das Abstandsmeßsystem LIDAR 4 2.2 Scangeometrie der Aufgabenstellung 7 2.3 Laserscanner 9 2.4 Elektrooptischer und akustooptischer Effekt 10 2.4.1 Elektrooptischer Effekt 10 2.4.2 Akustooptlsche Ablenkmethoden 13 2.5 Elektromechanische Spiegelscanner 18 2.5.1 Selbstresonante Scanner 18 2.5.2 Galvanometerscanner 19 2.5.3 Piezoelektrische Ablenkeinheiten 20 2.5.4 Rotationsspiegelscanner (rotierendes Polygonrad) 20 2.5.5 Untersuchung der mechanischen Scanner 21 2.6 Zusammenfassung 24 3. Grundlagen derFlüssigkristallanzeigen................................................25 3.1 Flüssigkristalle 25 3.2 Nematische Flüssigkristalle 26 3.2.1 Elastische Kopplung der Moleküle 27 3.2.2 Energiedichte Im Flüssigkristall 28 3.2.3 Elektrische Feldenergie 29 3.2.4 Gesamtenergie des Systems: 29 3.3 Optische Wechselwirkung 29 3.4 Aufbau einer Flüssigkristallzelle 31 3.5 Der Fréederlckszeffekt 32 3.6 DAP- und TN-Effekt 34
Inhaltsverzeichnis V 4. Grundlagen der Flüssigkristallinsen............................................ 4.1 Flüssigkristalladaptierungslinsen 4.2 Flüssigkristallmikrolinsen 4.3 Brechzahlprofil einer Plankonvexlinse 4.4 Brennweitenbereich von Flüssigkristallinsen 4.5 Entwurf und Bau von Flüssigkristallinsen 4.5.1 FK-Mikrolinse 4.5.2 FK-Adaptierungslinse 4.5.3 FK-Fresnellinse 4.6 Kontaktierung der Zellen 4.7 Ansteuerung der Zellen 4.7.1 Ansteuerung der FK-Adaptierungslinsen 4.7.2 Ansteuerung der FK-Mikrolinsen 4.8 Messung der Phasenhub-Spannungs-Kennlinie 5. Untersuchungen an Flüssigkristallmikrolinsen.......................... 5.1 Berechnung der Molekülausrichtung 5.2 Untersuchung der berechneten Wellenfronten einer FK- Mikrolinse - Flüssigkristall senkrecht zum Spalt orientiert 5.2.1 Funktionsweise der FK-Mikrolinse 5.2.2 Berechnung des Phasenverlaufs hinter der FK- Mikrolinse 5.2.3 Berechnung der Wellenfronten hinter der FK-Linse 5.2.4 Anpassen eines Kreissegments an eine Parabel 5.2.5 Ableitung der Wellenfronten einer FK-Mikrolinse 5.3 Untersuchung der berechneten Wellenfronten einer FK- Mikrolinse - Flüssigkristall parallel zum Spalt orientiert 5.3.1 Die Jones-Matrix-Methode 5.3.2 Berechnete Wellenfronten - Moleküle parallel zum Spalt orientiert 5.4 Messung von Phasenprofilen mit Hilfe der Polarisationsmikroskopie 5.4.1 Meßprinzip der Polarisationsmikroskopie 5.4.2 Aufbau der Meßeinrichtung 5.4.3 Aufnahme der Interferenzbilder 5.4.4 Auswertung der Interferenzbilder 5.4.5 Experimentelle Untersuchung der Phasenprofile 5.4.6 Bewertung der Phasenprofile im Hinblick auf Fokussierung 5.5 Zusammenfassung der Berechnungen und Experimente 5.5.1 FK-Moleküle senkrecht zum Spalt orientiert 5.5.2 FK-Moleküle parallel zum Spalt orientiert .35 35 39 44 46 48 48 49 50 51 52 52 52 53 55 56 58 58 59 59 61 62 66 66 69 71 71 72 75 76 78 81 89 89 90
VI_ Untersuchung an Flüssigkristallinsen 6. FK-Adaptlerungslinsen: Modelle und Experimente.............................91 6.1 Analytisches Modell einer Stufenlinse 91 6.1.1 Die Aperturfunktion einer Linse 91 6.1.2 Berechnung der Lichtausbreitung hinter der Linse 92 6.1.3 Intensitätsverteilung in der Brennebene der Linse 94 6.1.4 Stufen-Fresnellinse 100 6.2 Numerische Simulationen von FK-Adaptierungslinsen 101 6.2.1 Berechnung der n(U)-Kennlinie des Flüssigkristalls 101 6.2.2 Bestimmung der Elektrodenspannungen 103 6.2.3 Simulation des Brechungsindexverlaufs 103 6.2.4 Berechnung der Lichtausbreitung hinter der FK-Linse 107 6.2.5 Berechnete Lichtintensität in der Brennebene 108 6.3 Experimentelle Untersuchungen an FK-Adaptierungslinsen 112 6.3.1 Beschreibung der verwendeten FK- Adaptierungslinsen 112 6.3.2 Messung der Phasenhub-Spannungs-Kennlinie von FK-Adaptierungslinsen 113 6.3.2 Ergebnisse der Kennlinienmessungen 114 6.3.3 Messung der Intensitätsverteilung in der Brennebene 115 6.4 Strahlaufweitung mit der FK-Adaptierungslinse 121 6.4.1 Lichtintensität außerhalb der Brennebene 121 6.4.2 Strahlaufweitungskonzept für das Abstandsmeßsystem 121 6.4.3 Bestimmung der Linsenparameter 123 6.5 Zusammenfassung: 126 6.5.1 Modell für Flüssigkristalladaptierungslinsen 126 6.5.2 Eignung der FK-Adaptierungslinsen für variable Strahlaufweitung im LIDAR-System 126 7. Zusammenfassung und Perspektiven.................................................127 7.1 Zusammenfassung 127 7.2 Perspektiven 130 Anhang A: Flüssigkristallparameter...........................................................131 Anhang B: n(U)-Kenniinien - Zahlenwerte................................................132 Anhang C: Scanwinkel................................................................................134 Literaturverzeichnis 136
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