|
|
Coherence-gate assisted three-dimensional imaging by holographic microscope
Maršíková, Barbora ; Heintzmann, Rainer (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This master thesis covers the primary research on the influence of spatially incoherent illumination on the axial localization of small details in a three-dimensional sample. The imaging is done by the coherence-controlled holographic microscope (CCHM). The necessary theory of imaging and scattering is summarized in the theoretical part. The fundamental principle as well as the actual setup of the microscope is described in detail and a mechanical adaptation is designed for the use of condenser optics with high numerical aperture and low aberration. For the experimental part, a model sample has been prepared and measured. The relationship between the spatial incoherence of illumination and the axial localization is demonstrated on simulations and verified experimentally using the model sample. The experiments prove the basic idea of the theory. In the end, some improvements are suggested for the future research on this topic.
|
|
|
Koherencí řízený holografický mikroskop
Kolman, Pavel ; Křupka, Ivan (oponent) ; Kozubek, Michal (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Byl navržen, zkonstruován a ověřen koherencí řízený transmisní holografický mikroskop (CCHM) s mimoosovým achromatickým a prostorově invariantním interferometrem s difrakčním děličem svazku. Tento interferometr umožňuje zobrazení světlem plošného, časově i prostorově nekoherentního zdroje. Mimoosové holografické zobrazení předmětu je zaznamenáno a numericky je fourierovskými metodami rekonstruována komplexní amplituda předmětové vlny, tedy její intenzita a fáze. Fázové zobrazení představuje rozdíl optických drah mezi předmětovou a referenční větví způsobený vloženým předmětem. Jde tedy o kvantitativní fázový kontrast. Intenzitní zobrazení je při osvětlení prostorově nekoherentním zdrojem ekvivalentní zobrazení rastrovacím konfokálním mikroskopem. Lze tedy zobrazovat předměty překryté rozptylující vrstvou nebo vnořené v rozptylujícím prostředí. Při současném použití prostorově a časově nekoherentního osvětlení jsou optické řezy tenčí než v případě konfokálního mikroskopu. K rekonstrukci zobrazení stačí jediný snímek hologramu, což zaručuje vysokou odolnost systému vůči rychlým změnám podmínek pozorování, zejména turbulencím okolního prostředí. Frekvence snímkování není omezena žádnou částí optické soustavy. Je omezena pouze rychlostí záznamového zařízení. Je tedy možné pozorování velmi rychlých dějů. V rámci koherenčního objemu lze mikroskop ex post numericky přeostřovat. Stupeň koherence osvětlení lze přizpůsobit charakteru vzorku a požadovaným vlastnostem zobrazení. Vyšší stupeň koherence osvětlení poskytuje možnost numerického přeostřování v osově rozsáhlejší oblasti. Omezení koherence tuto oblast zužuje a současně ztenčuje optický řez, potlačuje koherenční šum a umožňuje zobrazení pouze balistickým světlem. Kromě separace balistického světla umožňuje CCHM separovat také světlo difúzní. Paralelní holografický záznam obrazu v mnoha barvách v jediném okamžiku umožňuje v některých případech překonat destruktivní interferenci světla ve vzorku na některé vlnové délce a zachovat tím fázovou informaci z tohoto pozorovaného místa. Příčná rozlišovací schopnost odpovídá nekoherentnímu zobrazovacímu procesu a je dvojnásobná oproti rozlišovací schopnosti při koherentním osvětlení. Je popsáno optické uspořádání mikroskopu a jsou uvedeny podmínky, jejichž splněním se dosáhne achromatičnosti interferometru. Na základě zvolené metody rekonstrukce komplexní amplitudy zobrazení a na základě analýzy spektra prostorových frekvencí hologramu ve výstupní rovině interferometru je odvozena jedna z podmínek pro stanovení hustoty vrypů difrakčního děliče svazku. Je určena účinná spektrální propustnost mikroskopu, je pojednáno o vlivu vyšších difrakčních řádů na výsledné holografické zobrazení a o vlivu velikosti plošného zdroje na kontrast interferenčních proužků hologramu. Dále jsou odvozeny podmínky pro zvětšení a numerickou aperturu výstupního objektivu, je určena velikost zorného pole a ta je porovnána s běžným světelným mikroskopem. Součástí práce je výrobní výkresová dokumentace mikroskopu. Podrobně je popsán způsob nastavení všech optických prvků mikroskopu, a to jak v průběhu montáže, tak při běžném provozu při výměně objektivů. Na zobrazení modelových vzorků jsou demonstrovány a diskutovány vlastnosti holografického zobrazení.
|
|
|
Teoretický popis zobrazení digitálním holografickým mikroskopem
Slabá, Michala ; Komrska, Jiří (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá teorií zobrazení transmisním digitálním holografickým mikroskopem s částečně koherentním osvětlením. V práci je řešen vliv stavu prostorové a časové koherence osvětlení na vznik optických řezů. Dále je proveden výpočet koherentní funkce přenosu mikroskopu a z této funkce jsou následně odvozeny vybrané vlastnosti zobrazení týkající se přenosu prostorových frekvencí dvojrozměrného rozptylového objektu optickým systémem mikroskopu v závislosti na rozostření. Výpočet je proveden pro dvě různé konstrukce mikroskopu vyvinutých v Laboratoři optické mikroskopie ÚFI FSI VUT v Brně.
|
|
|
Coherence-gate assisted three-dimensional imaging by holographic microscope
Maršíková, Barbora ; Heintzmann, Rainer (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
This master thesis covers the primary research on the influence of spatially incoherent illumination on the axial localization of small details in a three-dimensional sample. The imaging is done by the coherence-controlled holographic microscope (CCHM). The necessary theory of imaging and scattering is summarized in the theoretical part. The fundamental principle as well as the actual setup of the microscope is described in detail and a mechanical adaptation is designed for the use of condenser optics with high numerical aperture and low aberration. For the experimental part, a model sample has been prepared and measured. The relationship between the spatial incoherence of illumination and the axial localization is demonstrated on simulations and verified experimentally using the model sample. The experiments prove the basic idea of the theory. In the end, some improvements are suggested for the future research on this topic.
|
|
|
Koherencí řízený holografický mikroskop
Kolman, Pavel ; Křupka, Ivan (oponent) ; Kozubek, Michal (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Byl navržen, zkonstruován a ověřen koherencí řízený transmisní holografický mikroskop (CCHM) s mimoosovým achromatickým a prostorově invariantním interferometrem s difrakčním děličem svazku. Tento interferometr umožňuje zobrazení světlem plošného, časově i prostorově nekoherentního zdroje. Mimoosové holografické zobrazení předmětu je zaznamenáno a numericky je fourierovskými metodami rekonstruována komplexní amplituda předmětové vlny, tedy její intenzita a fáze. Fázové zobrazení představuje rozdíl optických drah mezi předmětovou a referenční větví způsobený vloženým předmětem. Jde tedy o kvantitativní fázový kontrast. Intenzitní zobrazení je při osvětlení prostorově nekoherentním zdrojem ekvivalentní zobrazení rastrovacím konfokálním mikroskopem. Lze tedy zobrazovat předměty překryté rozptylující vrstvou nebo vnořené v rozptylujícím prostředí. Při současném použití prostorově a časově nekoherentního osvětlení jsou optické řezy tenčí než v případě konfokálního mikroskopu. K rekonstrukci zobrazení stačí jediný snímek hologramu, což zaručuje vysokou odolnost systému vůči rychlým změnám podmínek pozorování, zejména turbulencím okolního prostředí. Frekvence snímkování není omezena žádnou částí optické soustavy. Je omezena pouze rychlostí záznamového zařízení. Je tedy možné pozorování velmi rychlých dějů. V rámci koherenčního objemu lze mikroskop ex post numericky přeostřovat. Stupeň koherence osvětlení lze přizpůsobit charakteru vzorku a požadovaným vlastnostem zobrazení. Vyšší stupeň koherence osvětlení poskytuje možnost numerického přeostřování v osově rozsáhlejší oblasti. Omezení koherence tuto oblast zužuje a současně ztenčuje optický řez, potlačuje koherenční šum a umožňuje zobrazení pouze balistickým světlem. Kromě separace balistického světla umožňuje CCHM separovat také světlo difúzní. Paralelní holografický záznam obrazu v mnoha barvách v jediném okamžiku umožňuje v některých případech překonat destruktivní interferenci světla ve vzorku na některé vlnové délce a zachovat tím fázovou informaci z tohoto pozorovaného místa. Příčná rozlišovací schopnost odpovídá nekoherentnímu zobrazovacímu procesu a je dvojnásobná oproti rozlišovací schopnosti při koherentním osvětlení. Je popsáno optické uspořádání mikroskopu a jsou uvedeny podmínky, jejichž splněním se dosáhne achromatičnosti interferometru. Na základě zvolené metody rekonstrukce komplexní amplitudy zobrazení a na základě analýzy spektra prostorových frekvencí hologramu ve výstupní rovině interferometru je odvozena jedna z podmínek pro stanovení hustoty vrypů difrakčního děliče svazku. Je určena účinná spektrální propustnost mikroskopu, je pojednáno o vlivu vyšších difrakčních řádů na výsledné holografické zobrazení a o vlivu velikosti plošného zdroje na kontrast interferenčních proužků hologramu. Dále jsou odvozeny podmínky pro zvětšení a numerickou aperturu výstupního objektivu, je určena velikost zorného pole a ta je porovnána s běžným světelným mikroskopem. Součástí práce je výrobní výkresová dokumentace mikroskopu. Podrobně je popsán způsob nastavení všech optických prvků mikroskopu, a to jak v průběhu montáže, tak při běžném provozu při výměně objektivů. Na zobrazení modelových vzorků jsou demonstrovány a diskutovány vlastnosti holografického zobrazení.
|
|
|
Teoretický popis zobrazení digitálním holografickým mikroskopem
Slabá, Michala ; Komrska, Jiří (oponent) ; Chmelík, Radim (vedoucí práce)
Diplomová práce se zabývá teorií zobrazení transmisním digitálním holografickým mikroskopem s částečně koherentním osvětlením. V práci je řešen vliv stavu prostorové a časové koherence osvětlení na vznik optických řezů. Dále je proveden výpočet koherentní funkce přenosu mikroskopu a z této funkce jsou následně odvozeny vybrané vlastnosti zobrazení týkající se přenosu prostorových frekvencí dvojrozměrného rozptylového objektu optickým systémem mikroskopu v závislosti na rozostření. Výpočet je proveden pro dvě různé konstrukce mikroskopu vyvinutých v Laboratoři optické mikroskopie ÚFI FSI VUT v Brně.
|
host ::
RSS.