outline.org

   1 * Introduction
   2   - motivate fluorescence microscopy
   3   - explain its drawbacks (usually only 5s exposure without changing biology)
   4 * Methods and Results
   5 ** The optical system
   6 # /data/floh-junk/0117/final/kielhorn-ssi2011_0120.pdf
   7    - distance between consecutive lenses always sum of both focal lengths
   8    - source is output of integrator rod
   9    - if mirrors are flat, image of source on B1
  10    - if mirrors are tilted, light no longer passes through the aperture
  11    - mma is imaged into bfp, tilted mirrors are dark there
  12    #+CAPTION: Thin lens model of the optical system. L{1..5} lenses, M{1,2,3} mirrors, B1 adjustable aperture, PBS polarizing beam splitter, D1 dichroic beam splitter
  13    [[./img/sketch.jpg]]
  14    #+CAPTION: Photograph and drawing of the system.
  15    [[./img/setup.jpg]]
  16    - give examples how it can be used to improve illumination
  17      for c. elegans samples
  18 ** mma simulation
  19    - first order in b1 is at an angle FIXME
  20    - aperture stop should have FIXME diameter
  21      - ideally half orders should be blocked
  22    - this leads to an image diameter on the lcos, in the sample plane FIXME
  23 ** light homogenization
  24    - fiber illuminated under an angle
  25    - rotating microlenses with 5 degree divergence FIXME
  26    - 250mm light tunnel, needs to be rectangular for mixing effect,
  27      caustics in round tunnels prevent homogenization FIXME paper
  28 ** Other approaches of light control
  29    - other approaches in the literature:
  30      - SPIM
  31      - HiLo
  32      - CLEM, feedback loop paper
  33      - Levoy
  34   - comparison of the different approaches
  35     - SPIM and HiLo only do angular control
  36     - SPIM doesn't seem to have any real disadvantage, its sectioning (1 .. 3 um?)
  37       isn't as good as CLEM but usually sufficient for embryos
  38     - CLEM only works with coherent light and can do good sectioning with a confocal
  39     - Levoy spatial resolution is limited and fixed (depending on what
  40       microlenses he uses), our system has high spatial resolution but
  41       we shouldn't make use of it otherwise the angular control
  42       doesn't work
  43     - Levoy is the only one, that can instantaneously illuminate
  44       different regions of the sample with different angles. We (and
  45       Holo and Kino) could multiplex in time, though.
  46     - Holo is an approach that we tried using a different phase
  47       gratings in the image plane.
  48     - Kino would be an approach where several phase SLM would act as a
  49       Kinoform element and redistribute light from dark areas into the
  50       bright ones (hasn't been tried to my knowledge).
  51
  52
  53 | Approach | Angular | Spatial | Sectioning | Throughput | Incoherent | Advantage        | Disadvantage    |
  54 |----------+---------+---------+------------+------------+------------+------------------+-----------------|
  55 | SPIM     | ++      | -       | +          | ++         | +          | even drosophilia | sample mount    |
  56 | HiLo     | ++      | -       | o          | o ?        | +          |                  | untilt          |
  57 | CLEM     | -       | ++      | ++         | ++         | -          |                  |                 |
  58 | Levoy    | +       | +       | - .. o ?   | o          | ++         |                  | adaptive        |
  59 | Holo     | +       | +       | -          | -          | --         | only one SLM     | discrete angles |
  60 | Kino     | +       | +       | -          | + or ++ ?  | --         |                  |                 |
  61 | Our      | +       | ++      | - .. ++ ?  | -          | -          |                  | adaptive        |
  62
  63 ** The electronic system
  64    - explain how devices are synchronized
  65 *** Liquid crystal on Silicon Display
  66   - maybe describe how it works (but there isn't much information available)
  67 *** Micro mirror array
  68    #+CAPTION: MMA images, left: SEM image, middle: optical reflective , right: exaggerated rendering of how a 8x8 checker pattern would be displayed on the device
  69    [[./img/mma.jpg]]
  70    - 256x256 mirrors with 16 um pitch
  71    - angle continously adjustable from 0 to 2 degree (blazed condition
  72      for full visible range)
  73    - use fourier filter to convert into intensity device
  74    - Fraunhofer contrast measurement
  75      - tilt all mirrors, keep frame flat
  76      - measure intensity at three areas in the filtered image
  77      - plot intensity versus deflection, find minimum
  78 *** Camera
  79 ** The optimization system
  80 *** Illumination optimization via Raytracing
  81 *** Expected improvement with controlled light exposure (lack of Simulation will make that hard to write)
  82 *** Expected improvement with angular illumination
  83 *** Experimental results
  84 * Summary
  85 * Appendix
  86 ** Simulating the microscope
  87 *** Raytracing through immersion objective
  88 *** On locating nuclei
  89 *** On tracking nuclei
  90 *** Angular point spread function
  91 *** Comparison of widefield and spatio-angular illumination
  92     src/memi-sim-austria/*.m
  93 *** Optimization of illumination
  94 ** Camera calibration
  95    compare performance of different cameras (SNR agains light
  96    intensity), support our choice of camera
  97 ** On measuring light intensity in the focal plane
  98 ** On the choice of the objective
  99    explain our choice of the objective
 100 ** Controlling the micro-mirror array
 101 ** Synchronizing electronics by microcontroller
 102 ** Preparing C. elegans embryos for imaging
 103
 104 * List of all documents I have written parts of
 105 ** Simulation of the Spatio-Angular Illumination Microscope
 106    -  ./cyberpower/safed/0806/doc/control.pdf
 107    - angular psf
 108    - ray-sphere intersection model
 109    - downhill simplex
 110    - ref:
 111      - 1953Wolf2
 112      - 2008Wang
 113      - 2005Wolf
 114      - 2007Press
 115 ** Equidistant spiral sampling
 116    - ./cyberpower/safed/0914/spiral/spiral.pdf
 117    - idea to sample a round region with a 1d array
 118 ** angular PSF
 119    - ./uffz/safed/0628/drawing.pdf
 120    - 2010-07-30
 121 ** D6.7 Fully integrated and operational system
 122   - 14-12-2010
 123   - MEMI alignment
 124   - synchronization (only a note that i use V-SYNC now)
 125   - code:
 126     - for arduino
 127     - microscope control with z and OpenGL, IPMS-ffi
 128     - raytracer for the whole memi system
 129 ** Spatioangular Microscopy
 130    - ./torben/safed/0123/anim2.pdf
 131    - 2010-01-25
 132    - first raycasting images
 133    - polarization theory to describe DIC images
 134    - construction of nomarski
 135    - quartz
 136 ** Description of the Hologram experiment (Draft)
 137    -  ./torben/safed/0525/hologram.pdf
 138 ** D6.8a Integration of initial MMA optics
 139    - ./torben/safed/0708/D8pt6a_mk3_sc1_rh1.pdf
 140    - images of MMA and LCoS
 141    - I later had to replace the MMA image (pixel defects)
 142    - triggering (fast)
 143 ** Simple Raytracer in Common Lisp
 144   - ./torben/safed/0821/lens/doc/build/lens.pdf
 145   - 2010-09-05
 146   - vector operations
 147   - with-gui
 148   - immersion objective
 149 ** The DIC method
 150    - ./torben/safed/0321/talk/kielhorn-21month-meeting.pdf
 151    - 2010-03-23
 152    - intro to lenses
 153    - DIC
 154    - Nomarski construction
 155    - Shift direction
 156    - gray levels
 157    - Holography method
 158 ** 9month-report: Spatio-angular controlled light exposure microscopy
 159    - ./torben/safed/y2009/0411/inhalt.pdf
 160    - intro fluorescence microscopy with Jablonski
 161    - noise
 162    - CLEM, SPIM, HILO, OPM (Dunsby)
 163    - oblique illumination with MMA
 164    - ref:
 165      - 2000Amos protein localization
 166      - 1999Amos book review
 167      - 2006Bao cell lineage tracking
 168      - 2005Born
 169      - 2007Botcherby aberration free refocusing
 170      - 2008Bozinovic (Mertz) sectioned endomicroscopy
 171      - 2006Corsi c elegans guide
 172      - 1990Denk 2photon
 173      - 2008Dunsby OPM
 174      - 2004e2v datasheet ccd
 175      - 1996Fisher quantum yield
 176      - 2008Forthdd spec
 177      - 1996Goodman
 178      - 2006Haken Quantenchemie
 179      - 1983Hamai quantum yield
 180      - 2006Heintzmann structured illumination
 181      - 2008Hirvonen thesis
 182      - 2008Hoebe
 183      - 2004Holoeye LC-R2500 manual and spec
 184      - 2004Huisken SPIM
 185      - 2008Konopka variable angle
 186      - 2004Krueger diffractive optics
 187      - 2008Machu D6.2 biological paradigm
 188      - 1997Neil apotome
 189      - Photometrics datasheet
 190      - 2007Stuurman micromanager
 191      - 2008Tokunaga HiLo
 192      - 1998van-Vliet CCD
 193      - 2008Vogelsang blinking
 194 ** CLEM PAM
 195    - ./torben/safed/y2009/0807/clempam.pdf
 196    - simulate apotome, hilo and 2-grating method
 197    - ref:
 198       - 2008Lim speckle sectioning
 199       - 1997Neil apotome
 200       - 2009Santos sectioning through fibre bundle
 201 ** Measuring EM excess noise factor
 202    - ./torben/safed/y2009/0414/excess-noise-factor.pdf
 203    - compare the noise in the two readout registers for the same image
 204 ** Holoeye Phase Only Characterization
 205    - ./torben/safed/y2009/0512/kielhorn_heo.pdf
 206    - where I first observed timing issues
 207 ** Micromanager
 208    - ./torben/safed/y2009/0427/mm_mk3.pdf
 209    - documentation how to write device adapters
 210    - camera driver for bluefox
 211    - SDL SLM display
 212    - some thoughts on using graphics cards with sync input
 213 ** Improved setup for testing the DIC idea
 214    - ./torben/safed/1104/kielhorn_dic.pdf
 215    - short talk with 8 pages
 216    - data for the two shift directions
 217 ** Wollaston
 218    - ./torben/safed/0417/uni.pdf
 219    - construction of refraction through Wollaston
 220    - only ray directions for now
 221    - thats where I found the error from the company
 222    - needs propagation distance to be a useful simulation
 223    - intensities of reflected and transmitted beams are potentially in there
 224    - Maxima code
 225    - the papers I used are attached
 226      - 1991Lekner
 227      - 2008Weidlich
 228      - 1999Ghosh (data)
 229      - 1960Nomarski (patent)
 230 ** D6.5 Holography Method
 231    - ./torben/safed/0624/doc/D6pt5_sc1_mk7_rh1_js1.pdf
 232 ** Getting more with less (Randall Retreat poster)
 233    - ./torben/safed/0831/doc/build/retreat2010.pdf
 234    - Daniel simulation
 235    - Susan sectioning / Controlled Light exposure
 236    - Spatio-Angular
 237 ** /home/martin/ftp.ipms.fraunhofer.de/MEMI_PPR_Y2_Deliverables_and_Milestones/
 238 *** MMA evaluation version
 239     - MEMI_PPR_Y2_D6_10_v2_0.pdf
 240     - Susan wrote it
 241     - white light interferometer image
 242     - first images of fourier plane
 243     - very crude angular illumination experiment
 244     - ref: Fraunhofer manual
 245 *** Report on the DIC Experiments
 246     - MEMI_PPR_Y2_D6_06_v2_0.pdf
 247     - deflection curve fit
 248     - compare piston and tilt mirror
 249     - compare the two shear directions
 250     - measure split angle of nomarski
 251     - refraction at a birefringent surface
 252     - code:
 253       - DIC gray image generator
 254       - raytracing construction with conic functions
 255     - ref: 1960Nomarski_patent`, (1996Goodman, 1991Saleh)
 256 ** Monday PhD meeting
 257    - /data/safe-with-time/torben/safed/0301/kielhorn-phd.pdf
 258    - images from poster
 259 ** Preliminary Installation Manual for MEMI system
 260    - /data/floh/0219/memi-alignment/align.pdf
 261    - just before I visited France
 262 ** Analysis of improvements of CLEM with angular control
 263    - /data/floh/0207/D6p8a_sc2_rh1_mk2.pdf
 264    - written by Susan based on my description
 265    - shows angular illumination on beads
 266    - describes model generation
 267    - describes ray model for objective
 268    - describes sphere-intersection model with the orange images
 269    - describes projection model but not for extended in-focus parts
 270    - references: 2008Hwang, (2005Wolf, 2006Celis)
 271 ** Spatio-angular Microscopy
 272    - /data/floh/0117/final/kielhorn-ssi2011_0120.pdf
 273      - for proceedings of smart systems integration conference
 274      - introduction, description of MMA, description of light path
 275    - /home/martin/0315/ssi_poster.pdf
 276      - smooth projection model
 277      - widefield vs. spatio-angular
 278    - code: generate thin lens model
 279    - references: 2004Huisken, 2008Tokunaga, 2007Hoebe, 2010Berndt, 2010Schmidt
 280
 281 * Interesting other Documents
 282 ** Susan
 283 *** D6.2 Physical and biological test samples for MEMI
 284   - torben/safed/0320/D6pt2_final.pdf
 285   - phototoxicity, H2B-GFP
 286   - many papers referenced
 287 *** Analysis of improvement of CLEM over standard microscopy
 288     - MEMI_PPR_Y2_D6_04A_v1_1.pdf
 289     - no input from me
 290     - noise estimation by comparison with 2D polynomial fit
 291     - S/N improved with CLEM in sectioned image
 292     - ref:
 293       - 1998Murray Performance eval
 294       - 2007Murray 3D eval
 295       - 2008Hoebe CLEM quantitative
 296       - 2007Hoebe CLEM
 297 * Not directly related
 298 ** Journal Club talks
 299 ** Phase retrieval in Hubble Space Telescope
 300   - ./torben/safed/0308/kielhorn_jc-fienup-phase-retrieval.pdf
 301
 302 ** Optoacoustic tomography
 303    - ./torben/safed/y2009/0727/journal_club.pdf