Nová koncepční a konstrukční řešení pro zobrazení s PMS

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Nová koncepční a konstrukční řešení pro zobrazení s PMS"

Jiřina Janečková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Nová koncepční a konstrukční řešení pro zobrazení s PMS P. Bouchal (FSI VUT Brno) a Z. Bouchal (KO PřF UP Olomouc) PB 4 Zobrazování s podporou technologie PMS Garant: R. Chmelík Program PB4: Metody a systémy pro jednocestnou nekoherentní korelační holografii (VUT a UP) Metody pokročilé rekonstrukce obrazu v holografickém mikroskopu (VUT) Měření optických ploch pomocí PMS (Meopta) Obsah příspěvku: Nekoherentní korelační mikroskopie metody, ověřovací experimenty, laboratorní systémy - přehled výsledků dosažených v CDO - nové výsledky za období Mechanický konstrukční návrh korelačního mikroskopu (M. Antoš, VUT samostatný příspěvek) Náměty pro využití korelačního zobrazení mimo mikroskopii (holografický korelační teleskop, vírová metrologie)

ploch pomocí PMS (Meopta) Obsah příspěvku: Nekoherentní korelační mikroskopie metody, ověřovací experimenty, laboratorní systémy - přehled výsledků dosažených v CDO - nové výsledky za

2 Základní princip korelační mikroskopie Stav na počátku řešení projektu CDO Mikroskopový objektiv Prostorový modulátor světla I 1, I 2, I 3 CCD Korelační intenzitní záznamy Zpracování záznamů metodou fázových posunutí + Fresnelova transformace T 1, T 2, T 3 Fázové mapy pro rozdělení světla O Digitálně rekonstruovaný 3D obraz 2 2 * * u j Sj + urj + usjurj + usj u Rj Výpočetní model pro základní geometrii vln. Ověření záznamu a rekonstrukce testovacích objektů v základním režimu zobrazení. Používáno záření s úzkým spektrem (1-5 nm). Nízké rozlišení (MO nevyužit). Malé zorné pole (MO nevyužit).

Digitálně rekonstruovaný 3D obraz 2 2 * * u j Sj + urj + usjurj + usj u Rj Výpočetní model pro základní geometrii vln.

3 Pokročilá korelační mikroskopie Přehled hlavních výsledků PB4 : Návrh a realizace systému s rozšířeným zorným polem. Optimalizace geometrie experimentu z hlediska rozlišení. Ověření možnosti sub-difrakčního rozlišení. Návrh a realizace korelačního zobrazení se spirálním zvýrazněním hran. Výsledky za období : Stanovení podmínek pro širokospektrální korelační zobrazení. Achromatické PMS zobrazení v bílém světle. Korelační holografické zobrazení ve fluorescenční mikroskopii. Princip rotujícího zobrazení a vírové lokalizace polohy v digitální holografii. Experimentální lokalizace polohy částic v korelační mikroskopii.

Návrh a realizace korelačního zobrazení se spirálním zvýrazněním hran.

4 Systém s plným korelačním překrytím Přínos vložené optiky: perfektní překrytí interferujících vln výrazné rozšíření zorného pole zachování rozlišení v celém zorném poli přenos prostorového spektra na modulátor

výrazné rozšíření zorného pole zachování rozlišení v

5 Korelační zobrazení se spirálním kontrastem Standardní rekonstrukce Bodový záznam Optický spirální záznam Přímý obraz Standardní rekonstrukce Spirální rekonstrukce Digitální spirální rekonstrukce Vírová a standardní PSF

Přímý obraz Standardní rekonstrukce Spirální

6 Korelační zobrazení v bílém světle Cesta k sub-difrakčnímu rozlišení v bílém světle Fyzikální limity rozlišení Koherenční délka (šířka spektra) Disperze OPD (geometrie vln) Disperzní odolnost Standardní geometrie λ: 1 nm 20 nm λ: 1 nm 20 nm Disperzní citlivost Dvoučočková geometrie

spektra) Disperze OPD (geometrie vln) Disperzní odolnost Standardní

7 Refraktivní a difraktivní disperze Refraktivní prvek Difraktivní prvek V ref V V dif = < < 65 n glass D 1 =, Abbeovo nf nc číslo 17 < V LC < 40 V V dif = λ F λ D λ n C λ, D D ref dif =, V / dif = 3. 7 nfλf ncλ ref C Projevy difraktivní disperze: chromatická vada chromatická změna difrakční účinnosti Podélná chromatická vada λ f = λd f D 0. 3 f D λ λ F C η Spektrální difrakční účinnost m 2 λ ( λ) = sin c π m 0 ηm λ λ Integrální difrakční účinnost C 1 = ηm η λ λ C F λ F ( λ) dλ,

7 nfλf ncλ ref C Projevy difraktivní disperze: chromatická vada chromatická změna difrakční účinnosti Podélná chromatická

8 Korekce difraktivní disperze PMS Princip achromatické korekce Podmínka achromatické korekce 1 V 1 1 V κv dif = 0, κ = f dif f L ( λ0 ) ( λ ) 0 Sekundární spektrum Apochromatizace δf ( λ λ ) P 0, 1 n = f f 2 L ( λ0 ) P P ( ) 1 P2 dif + λ0 V1 V2 κvdif ( λ1 ) n1 ( λ0 ) λ1 λ0, P = ( λ1 ) n1 ( λ2 ) λ1 λ2 1 j = dif n1 P P = V 1 V 1 2 = 2 P dif V P1 P = P P 2 dif dif dostupná skla nesplňují

P 0, 1 n = f f 2 L ( λ0 ) P P ( ) 1 P2 dif + λ0 V1 V2 κvdif ( λ1 ) n1 ( λ0 ) λ1 λ0, P = ( λ1 ) n1

9 Achromatický korektor pro PMS Hamamatsu Návrh a dokumentace KO Realizace Meopta-optika, s.r.o.

10 Achromatická korekce PMS

11 Achromatické PMS zobrazení λ=80 nm

12 Konstrukce pro korelační fluorescenční mikroskopii zdroj Xe výbojka excitační / emisní filtr 365 nm / 550 nm 543 nm / 582 nm 628 nm / 680 nm ověřovací experimenty fluorescenční USAF test fixované fluorescenční kuličky 500 nm

nm 543 nm / 582 nm 628 nm / 680 nm ověřovací

13 Vírová lokalizace polohy v digitální holografii Axiální lokalizace v optické mikroskopii změna tvaru nebo otočení rozostřeného obrazu omezený podélný rozsah (hloubka ostrosti MO) nutnost použít 4f systém komplexní modulace malá účinnost Axiální lokalizace v digitální holografii nižší přesnost než v OM větší rozsah než v OM nutnost opakovaných záznamů předmětu ( phase shifting ) vysoká časová náročnost algoritmů pro vyhodnocení polohy (peak searching, quantification of image sharpness, 3D deconvolution, inverse problem approach) E FT 1 S FT { FrT { H } 1 z Optický záznam předmět Holografický systém Digitální rekonstrukce CCD z rekonst. rovina holografický obraz Virtuální rotace Spirální zpracování obrazu Φ= Φ( z)

předmětu ( phase shifting ) vysoká časová náročnost algoritmů pro vyhodnocení polohy (peak searching, quantification of image sharpness, 3D deconvolution, inverse problem approach)

14 Lokalizace pomocí elektrického pole vírového svazku Originalita a výhody návrhu spojení optické rotace s holografickou rekonstrukcí nová metoda rotace pro intenzitní detekci (vírová analogie pro self-imaging ) nová metoda rotace pro elektrickou intenzitu (nedifrakční vírový svazek) stabilní profil obrazu (při rozostření rotace bez změny tvaru) velký rozsah axiální lokalizace vyhodnocení rotace z jediného standardního korelačního záznamu (odpadá phase shifting ) přímé (neiterační) vyhodnocení polohy všech částic z jediné rekonstrukce (možnost sledování pohybu částic) vyšší citlivost lokalizace (cca 2x proti jiným metodám dig. mikroskopie)

rozostření rotace bez změny tvaru) velký rozsah axiální lokalizace vyhodnocení rotace z jediného standardního korelačního záznamu (odpadá phase shifting ) přímé

15 Experimentální vírová rotace se změnou periody Experimentální záznam (rovinná referenční vlna, NA=0.25, f m =400 mm, 2 = 600mm) Ovládání velikosti stopy Ovládání rychlosti rotace Změna radiální frekvence vírového filtru

25, f m =400 mm, 2 = 600mm) Ovládání velikosti stopy

16 Experimentální vírové rotace se změnou dosahu Experimentální záznam (rovinná referenční vlna, NA=0.25, f m =400 mm, 2 = 600mm)

17 Axiální rotační lokalizace fluorescenčních kuliček Fluorescenční uspořádání korelačního mikroskopu: fluorescenční filtry 543 nm / 582 nm, MO NA=0.9, fixované fluorescenční kuličky Invitrogen 500 nm

mikroskopu: fluorescenční filtry 543 nm / 582 nm,

18 Axiální lokalizace polystyrenových kuliček Záznam a vírová rekonstrukce polystyrenových kuliček 1 µm (rovinná referenční vlna, NA=0.25, f m =400 mm, 2 = 600mm)

19 Lokalizace pohyblivých polystyrenových kuliček

20 Podíl na prezentovaných výsledcích VUT Brno Petr Bouchal návrh nových metod korelačního zobrazení návrh a realizace laboratorního korelačního mikroskopu princip vírové lokalizace objektů v digitální holografii realizace prezentovaných experimentů Martin Antoš mechanická konstrukce korelačního mikroskopu Meopta-optika, s.r.o. realizace 3 kusů afokálních korektorů disperze PMS (v rámci PB4 CDO TA ČR) UP Olomouc Zdeněk Bouchal teoretické zázemí experimentů výpočetní model pro širokospektrální korelaci koncepční návrh disperzní korekce PMS, spolupráce na ověření funkce korektoru Vladimír Chlup návrh a optimalizace korektoru pro PMS, příprava dokumentace, spolupráce na ověření funkce Radek Čelechovský měření chromatické vady a rozlišení korigovaného PMS Michal Baránek metody rotace obrazu pro optickou mikroskopii Děkuji za pozornost

ČR) UP Olomouc Zdeněk Bouchal teoretické zázemí experimentů výpočetní model pro širokospektrální korelaci koncepční návrh disperzní korekce PMS, spolupráce na ověření funkce korektoru Vladimír Chlup

Podobné dokumenty

Konstrukční varianty systému pro nekoherentní korelační zobrazení

Konstrukční varianty systému pro nekoherentní korelační zobrazení Technický seminář Centra digitální optiky Vedoucí balíčku (PB4): prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. Zpracoval: Petr Bouchal Řešitelské organizace: