Master's Thesis

Automatization of method of surface structure measurement by means of reflection mode digital holographic microscope.

Final Thesis 5.07 MB

Author of thesis: Ing. Daniel Vacula

Acad. year: 2009/2010

Supervisor: Ing. Luděk Lovicar, Ph.D.

Reviewer: Ing. Mojmír Šerý, Ph.D.

Abstract:

Reflected-light digital holographic microscope developed at IPE FME BUT uses off-axis holography principle and low spatial and temporal coherence illumination. Microscope allows reconstruction of the image amplitude and the image phase, which can be handled in real time. The only limiting factors are imaging speed of the detector and computer performance when processing holograms. Reconstruction of image phase and amplitude allows high-resolution profilometric measurements in the vertical axis direction.
This thesis deals with the automatization of profilometric measurement method proposed in [2]. Proposed method uses the combination of the image phase and the image amplitude for the measurement of specimens with surface structure the vertical size of which cause the uncertainty of the image phase by a factor of 2pí. Futher the thesis deals with the construction design of the illumination system of the microscope and its realization together with experimental verification of functionality of proposed method automatization.

Keywords:

Digital holographic microscope, profilometry, illuminating system, coherence of illumination light

Date of defence

16.06.2010

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M5I-P)

Field of study

Precise Mechanics and Optics (M-PMO-5)

Composition of Committee

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

Supervisor’s report
Ing. Luděk Lovicar, Ph.D.

Práce splnila veškeré požadavky a cíle zadání a jejím výsledkem je osvětlovací systém pro reflexní digitální holografický mikroskop. Osvětlovací systém je zcela řízený počítačem, což umožňuje automatické provádění profilometrických měření. Při řešení zadaného úkolu prokázal diplomant konstruktérské znalosti, které uplatnil při návrhu osvětlovacího systému. Součástí konstrukčního návrhu je i analýza účinnosti osvětlovacího systému pomocí programu ZEMAX. Funkčnost nového počítačem řízeného osvětlovacího systému otestoval diplomant na konkrétním experimentu, který je v práci popsán a vyhodnocen. V závěru práce diplomant analyzuje realizovaný osvětlovací systém a navrhuje jeho další optimalizaci.
       Slabší stránkou práce je její stylistická úprava. V mnoha případech se v textu objevují formulace, které nepřesně a těžko srozumitelně popisují danou skutečnost. Nezřídka by textu prospěl podrobnější popis daného problému. Z grafického hlediska práci škodí především nedokončené stránky, kdy je vlivem zařazení obrázku do textu posunut následující text až za obrázek, což vytváří dojem neuspořádanosti. Rovněž některé obrázky by mohli mít menší velikost, aniž by ztratili na názornosti. 
       Výsledky práce prokázal Dan Vacula své inženýrské schopnosti a schopnost vyřešit zadaný úkol. Přes výše zmíněné stylistické a grafické nedostatky převažují kladné stránky jeho práce a jako vedoucí hodnotím diplomovou práci známkou velmi dobře/B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Mojmír Šerý, Ph.D.

Předložená práce je formálně rozdělena do sedmi kapitol. Druhá kapitola uvádí princip digitálního holografického mikroskopu (DHM) a vliv koherence osvětlení na osovou intenzitní odezvu. Následuje kapitola popisující reflexní DHM a jeho jednotlivé části. Ve čtvrté kapitole je popsán postup měřící metody pro získání fázové mapy vzorku. Nejrozsáhlejší kapitola je věnována konstrukčním úpravám DHM pro automatizování měřící metody. Jedná se o opticko-mechanický návrh úpravy osvětlovače DHM. V předposlední kapitole je navržená konstrukce ověřena měřením. V závěru shrnuje autor dosažené výsledky a navrhuje vylepšení prezentované konstrukce. Členění diplomové práce a sled jednotlivých kapitol jsou logické, práce je pěkně a přehledně zpracována. Po typografické stránce bych ji vytkl používání spojek na koncích řádků. Po věcné stránce je v práci chybný odkaz na obrázek 3.5 (v textu uvedeno 3.2), chybný odkaz na rovnici 3.1 (v textu odkaz na rovnici 1). Práce je místy stručná s uvedením odkazu na literaturu. Srozumitelnosti by pomohlo vysvětlení rozdílů mezi obrázky 3.3 a  3.4. K vlastní opticko-mechanické konstrukci osvětlovače bych měl několik připomínek. V kapitole Clona je rozebráno použití krokového motoru pro pohon irisové clony, které je zamítnuto z důvodu velké vůle. Nešlo by adaptovat pro ovládání clony "galvanický mechanizmus" ovládající zvolenou, nevhodnou dvou lamelovou clonu? V návrhu kolektoru je použit "dostupný dublet", u kterého nebyly známy křivosti optických ploch. Jeho nahrazení ideální čočkou v optické analýze práci do jisté míry degraduje. Z textu není zřejmé co znamenají "nejlepší výsledky z hlediska konstrukčního i optického", ke kterým autor optimalizací v programu Zemax dospěl. V kapitole Měnící systém spektrálních filtrů souhlasím s autorovým názorem a nahradil bych úhlové natáčení filtrů krokovým motorem umožňujícím z konstrukce rotační pohyb o definovaný úhlový krok. Vlastní mechanickou konstrukci považuji za dobrou. Autorovi bych vytkl pouze použití závitu M22 s 2 mm stoupáním, které opticko-mechanickým konstrukcím nesluší. Do budoucna doporučuji používat třídy uložení v soustavě jednotné díry, které snižuje četnost omylů při tolerování rozměrů součástí. V souhrnu lze říci, že práce je zdařilá a vyvážená.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V kapitole Matnice je zmíněna skutečnost, že slouží pro vylepšení homogenity osvětlení z optického kabelu. Je toto nutné při použití Köhlerova osvitu? Jaký byl optimalizační parametr pro výpočet vzdálenosti čočky od optického kabelu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová