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 ** /data/floh/0207/D6p8a_sc2_rh1_mk2.pdf
 106    - written by Susan based on my description
 107    - shows angular illumination on beads
 108    - describes model generation
 109    - describes ray model for objective
 110    - describes sphere-intersection model with the orange images
 111    - describes projection model but not for extended in-focus parts
 112    - references: 2008Hwang, 2005Wolf, 2006Celis
 113 ** /data/floh/0117/final/kielhorn-ssi2011_0120.pdf
 114    - for proceedings of smart systems integration conference
 115    - introduction, description of MMA, description of light path
 116    - references: 2004Huisken, 2008Tokunaga, 2007Hoebe, 2010Berndt, 2010Schmidt