diplomová práce

Možnosti trojrozměrného zobrazování v transmisním holografickém mikroskopu

Text práce 5.08 MB Příloha 692.58 kB

Autor práce: Ing. Lucia Sládková

Ak. rok: 2012/2013

Vedoucí: Ing. Pavel Kolman, Ph.D.

Oponent: Ing. Petr Jákl, Ph.D.

Abstrakt:

Digitálna holografická mikroskopia (DHM) je neinvazívna metóda vhodná pre získavanie obrazu i u vzoriek s nízkym konstrastom. V súčasnej dobe konštrukcia DHM umožňuje vzorku osvetliť plošným zdrojom svetla, halogénovou lampou. Plošný zdroj sa zobrazuje do prednej ohniskovej roviny kondenzora tak, aby bolo dosiahnuté Köhlerovo osvetlenie vzorky. Každému bodu zdroja odpovedá v predmetovom priestore objektívu rovinná vlna osvetľujúca celé zorné pole, avšak z iného smeru. Poloha bodu plošného zdroja určuje smer osvetlenia. Mikroskop umožňuje teda rekonštruovať nielen intenzitu, ale i fázu predmetovej vlny. Novo navrhnutá a skonštruovaná výmenná dierková clona pri rotácii okolo optickej osi upravuje plošné osvetlenie. Clona je umiestnená excentricky vzhľadom k optickej osi mikroskopu. Dopad zväzku svetla na vzorku je pod definovaným uhlom. Po rekonštrukcii snímok fázy z jednotlivých uhlov osvetlenia by malo byť možné získať trojdimenzionálnu štruktúru vzorky.

Klíčová slova:

Koherenciou kontrolovaná holografická mikroskopia, CCHM, výmenná rotačná dierková clona

Termín obhajoby

18.6.2013

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaCznamka

Klasifikace

C

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Pavel Kolman, Ph.D.

Zvolené téma lze zpracovat z mnoha směrů a velmi obsáhle. Vyžaduje to však dobré znalosti z několika oborů. Touto prací vzniklo základní experimentální zařízení nutné pro pokračování výzkumu možností trojrozměrného zobrazování zejména fázových objektů.
Sestrojené zařízení umožňuje rotovat aperturní clonou mikroskopu kolem optické osy. Rotace je řešena krokovým motorem a je řiditelná počítačem. Samotná clona je výměnná, takže lze použít clony různých tvarů a velikostí s různou excentricitou.
Návrh zařízení byl vytvořen pomocí 3D počítačového modelování, následně byla vytvořena výrobní výkresová dokumentace a vyrobeny součásti. Zařízení bylo zkompletováno a jako blok je připojitelné k mikroskopu na místo původního karuselu s aperturními clonami. Tím byly splněny požadavky a cíle týkající se návrhu, konstrukce a výroby rotující clony. Mechanická funkčnost zařízení byla také ověřena.
V textové části bych očekával alespoň zmínku o metodách používaných v tomografii k rekonstrukci z projekcí a stručné pojednání o rozdílech pro geometrii dosažitelnou v transmisním holografickém mikroskopu.
Úvodním experimentem v odst. 3.6 bylo provedeno měření s proměnnou velikostí kruhové aperturní clony centrované na optickou osu. Výsledná fázová zobrazení jsou na str. 24 (obr. 3.4). Chybí však analýza experimentu.
Experimenty s rotující clonou se podařilo provést pouze na zkušební sestavě na mikroskopu P3 (CCHM II) s objektivy nízké numerické apertury (0,25). Výsledky získané numerickou rekonstrukcí ze série nasnímaných průmětů proto nemohou být dokonalé. Živé biologické objekty se nasnímat a zrekonstruovat nepodařilo.
Výkresová dokumentace obsahuje několik chyb, které prozrazují autorčinu nezkušenost. Součásti jsou vesměs jednoduché a chyby jsou opravitelné, takže zařízení by mělo být plně funkční.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu D

Známka navržená vedoucím: C

Posudek oponenta
Ing. Petr Jákl, Ph.D.

    Diplomová práce slečny Lucie Sládkové se zabývá konstrukcí mimoosové clonky osvětlovače digitálního holografického mikroskopu a měřením vzorku s úhlovým osvětlením. Práce je členěna do šesti kapitol, z nichž první tři se zabývají úvodem do holografické mikroskopie, popisem funkce koherencí řízeného digitálního holografického mikroskopu a principu trojrozměrného zobrazení. Vlastní práce se nachází zejména v kapitolách 4 a 5. V kapitole 4 jsou popsána měření s první verzí mechanismu, kde je poloha clonky nastavena manuálně rotací mezikruží a úhel je odečítán na milimetrové stupnici. Kapitola 5 obsahuje mechanickou konstrukci druhé verze rotačního mechanismu, který je již řízen elektronicky a umožňuje snímání vzorku automatizovat. Pozornost je věnována rovněž zapojení krokového motoru a ovládací elektroniky. Diplomová práce obsahuje dvě přílohy – výkresovou dokumentaci k motorickému rotačnímu mechanismu a kompaktní disk s digitální verzí diplomové práce a výkresy.
    Uspořádání práce je spíše chronologické než tématické, takže je někdy trošku těžší rozeznat, kde začíná vlastní práce diplomantky (např. určení vlivu velikosti clonky na kvalitu zobrazení se nachází již v kapitole „3. Možnosti trojrozmerného zobrazovania“, která je věnována vysvětlení principů pozorování). Z grafického hlediska lze práci vytknout časté použití schémat a obrázku s velice nízkým rozlišením (např. obrázky 1.1, 2.2, 2.4 atd. mají viditelné jednotlivé pixely a reliéf na obrázku 4.4 je prakticky nerozeznatelný). Číselné údaje neberou ohled na přesnost odečítání – úhel natočení je udáván v desetinách stupně (např. obrázek 4.5 je vytvořen pod úhlem 22.2o, 164.4o a 266.7o), přičemž jeden dílek na stupnici manuálního mechanismu je 4.4o. Počet překlepů je minimální a text práce je srozumitelný. Výkresová dokumentace druhé verze rotačního mechanismu je postačující pro dílenskou výrobu.
    Diplomantka úspěšně naměřila trojrozměrný reliéf pomocí manuálního mechanismu rotace clonky a ověřila vliv úhlové polohy zdroje osvětlení na výsledný hologram. Při zpracování hologramů z různých směrů osvětlení ověřila možnost numerického přeostření obrazu v řádu desítek mikrometrů, takže lze získat trojrozměrnou topologii i bez znalosti indexu lomu materiálu. Snímání živých organismů se nezdařilo pomocí manuálního mechanismu uskutečnit. Navrhla a zkonstruovala zařízení pro automatické rotování clony před osvětlovačem a hardware ovladače pro připojení k řídicímu počítači.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: B