Veröffentlichungen ohne Studienabschlussarbeiten

Selva Ginani, Luciano;
Optical scanning sensor system with submicron resolution. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVIII, 142 S., 10,00 MB). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; 24) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Laser-Scanning Mikroskopie ist eine im Bereich der Oberflächenmessung wichtige und vielversprechende Technologie für schnelle, genaue und wiederholbare Messungen. Es ist im Grunde eine Technik zur Erhöhung von Kontrast und Auflösung in optischen Abbildungssystemen. Ein Prüfling wird punktweise abgetastet und ein dreidimensionales Bild seiner Oberfläche mit Hilfe eines Rechners erfasst und rekonstruiert. In dieser Arbeit werden Autofokus- und optische Abtastverfahren in der Entwicklung und Konstruktion eines alternativen, vereinfachten Scanning Mikroskops für Oberflächenmessungen im Millimeterbereich mit Sub-Mikrometer Auflösung zusammengebracht. Das entwickelte System verwendet einen auf dem Foucault'sches Schneidenverfahren basierenden Autofokussensor um die Fokuslage zu bestimmen und einen Piezo-Linearantrieb für die Verschiebung des Objektivs entlang der optischen Achse und das Abtasten des Prüflings in der axialen Richtung. Die laterale Abtastung des Prüflings wird durch den Einsatz eines Piezo-Spiegels realisiert, der um zwei Achsen schwenkbar ist. Das entwickelte Mikroskop hat eine reduzierte Anzahl von optischen Komponenten und bietet einen einfachen und vielseitigen Versuchsaufbau zur Messung und Analyse von Fehlern, die durch die bewusste Verwendung von unkompensierten Optiken auftreten. Die damit verbundenen Abbildungsfehler erzeugen Asymmetrien in den Autofokussensoren und beeinträchtigen die Gesamtleistung. Die herkömmliche Lösung dieser Problematik ist das System durch Addition zusätzlicher Komponenten zu verbessern, sodass es wie ein paraxiales System wirkt. Diese Verbesserung bringt aber die Nachteile von Baugröße, Gewicht und Kosten mit sich. Durch das Brechen des Paradigmas der Verbesserung der Optik bis zu einem paraxialen System und die Betrachtung der Optik als Teil eines komplexen Systems ist es möglich, simplere Optik zu verwenden, und die resultierenden Fehler rechnerisch zu korrigieren. Diese Fehler sind systematisch und können - solange sie modelliert und gemessen werden können - vorhergesagt und korrigiert werden. Damit wird das Design des optischen Systems flexibler und die Aufgabe der Fehlerbehandlung zwischen Optimierung der Optik und rechnerischer Korrektur aufgeteilt. Baugröße, Gewicht und Kosten können dann reduziert werden und die Systemdynamik erhöht sich, ohne Einschränkung der Präzision. Das Ziel ist nicht jeden Abbildungsfehler individuell zu untersuchen, sondern deren Zusammenwirken auf die Messungen zu beobachten und zu modellieren. Verschiedene Strategien für die Behandlung dieser Messfehler werden in dieser Arbeit vorgeschlagen, diskutiert und experimentell validiert.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22505

Dobermann, Dirk;
Stabilisierung der Bildlage abbildener optischer Systeme. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2013. - Online-Ressource. - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; 21) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Enth. außerdem: Thesen

In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten für die Stabilisierung der Bildlage handgeführter terrestrischer Doppelfernrohre erläutert. Bevor die Erstellung eines Lösungskonzeptes erfolgt, werden wesentliche Kriterien bestimmt, die für die Auslegung der Bildstabilisierung von Bedeutung sind. Hierfür wird das Frequenzspektrum der Bewegungsunruhe bei Freihandbeobachtung für eine Probandengruppe analysiert, die sich aus Personen unterschiedlichen Alters und Geschlechts zusammensetzt. In einem weiteren Schritt wird eine Auswahl der zur Kompensation der Bewegungsunruhe (Störgröße) verwendeten Optik sowie deren Bewegungsfreiheitsgrade, bezogen auf die Ziellinie, getroffen. Dabei wird das Ziel verfolgt, die durch die Bildstabilisierung verursachten Abbildungsfehler gering zu halten. Auf Basis der erarbeiteten Kriterien werden potentielle Lösungswege für eine passive und aktive Bildstabilisierung sowie die Kombination aus beiden, die als hybride Stabilisierung bezeichnet werden kann, untersucht. Alle Lösungen besitzen eine Knickbrücke, welche die Gehäusehälften zur Anpassung an den Augenabstand des Beobachters drehbar miteinander verbindet. Diese Bauform ist für Doppelfernrohre üblich, jedoch für Doppelfernrohre mit Bildstabilisation bisher nicht umgesetzt. Für die Realisierung der Stabilisierungsfunktion werden bestehende Lösungen geprüft, erweitert und mit neuen Ansätzen kombiniert. Das Vorgehen wird stellvertretend am Beispiel der optischen Komponenten des Doppelfernrohres Zeiss Conquest 15x45 BT* erläutert. Diesem liegen die angestellten Berechnungen und Simulationen sowie die konstruktiven Gestaltungsvorschläge zugrunde. Das Hauptaugenmerk der Betrachtungen liegt auf der passiven Bildstabilisierung, die eine Trägheitsstabilisierung darstellt. Hierfür wird ein analytisches Modell erstellt, welches das Schwingungsverhalten durch einen fremderregten gedämpften Einmassenschwinger beschreibt. Die Anregung erfolgt dabei über eine Fußpunktbewegung, die gleichzeitig über Drehfeder und Dämpfer eingeleitet wird. Eine Bedämpfung des mechanischen Schwingers erfolgt durch eine Wirbelstromdämpfung, die eine Form der viskosen Dämpfung darstellt. Die theoretischen Annahmen werden anhand von Experimenten überprüft, in deren Ergebnis die Richtigkeit der Hypothesen nachgewiesen werden konnte. Eine genaue Vorhersage des Schwingungsverhaltens ist durch Einführen von Korrekturkoeffizienten möglich. Das gefundene "reale Schwingermodell" vereinfacht und verkürzt die Entwicklung zukünftiger Systeme zur Stabilisierung der Bildlage. Des Weiteren wird auf eine Anpassung der Stabilisierungseinrichtung eingegangen, die es ermöglicht, das Verhalten an die Beobachtungssituation anzupassen. Somit ist es denkbar, die Bildstabilisierung bei einer Nachführbewegung zur Objektverfolgung zu unterdrücken. Umfassende Überlegungen werden zur prinzipiellen Anordnung der Stabilisatorbaugruppe und zu deren fehlerarmer Montage und Justage angestellt. Für die Umsetzung in einem Funktionsdemonstrator wird die Ausführungsform des Duostabilisators gewählt, bei dem zwei voneinander unabhängige identische Stabilisatorbaugruppen in einem Fernrohrgehäuse erbaut sind. Dabei kann ein synchrones Schwingungsverhalten beider Stabilisatorbaugruppen nachgewiesen werden, wodurch sich ein geringer dynamischer binokularer Gerätefehler einstellt. Die bestehenden Erfahrungen im Fernrohrbau werden mit den neu gewonnenen Erkenntnissen dieser Arbeit kombiniert und fließen in die Entwicklung eines Konzeptes für ein die Bildlage stabilisierendes Doppelfernrohr mit klassischer Knickbrücke ein. Das Grundkonzept lässt sich sowohl auf eine passive wie auch eine aktive Bildstabilisierung übertragen und ermöglicht eine wirtschaftliche und zielgerichtete Entwicklung zukünftiger Produkte mit vorhersagbaren Resultaten. Aus dem vorgestellten Konzept gehen Richtlinien für die Konstruktion hervor, die auf ähnlich gelagerte Anwendungen, wie beispielsweise die Schwingungsdämpfung taktiler Messköpfe, übertragen werden können. Infolgedessen ist der Wissenszuwachs in weiteren technischen Gebieten nutzbar.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21532

Ginani, Luciano Selva; Theska, René
Model based error correction for optical aberrations in laser scanning microscopes. - In: Proceedings of the 12th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, (2012), S. 68-71

Schröter, Tobias J.; Johnson, Shane B.; John, Kerstin; Santi, Peter A.
Scanning thin-sheet laser imaging microscopy (sTSLIM) with structured illumination and HiLo background rejection. - In: Biomedical optics express, ISSN 2156-7085, Bd. 3 (2012), 1, S. 170-177

http://dx.doi.org/10.1364/BOE.3.000170

Selva Ginani, Luciano; Theska, René
A novel approach to optical aberrations correction in laser scanning microscopy for surface metrology. - In: Innovation in mechanical engineering - shaping the future, ISBN 978-3-86360-001-3, (2011), S. 23