Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion für Shack‐Hartmann‐Sensoren

  • Abstract zum Dissertationsfragment "Spotzuordnung und Wellenfront-Rekonstruktion für Shack-Hartmann-Sensoren" von Sascha Groening (20.04.1972 - 16.11.2001) Sascha Groening war nach seinem Studium der Informatik an der Universität Passau von 01.Oktober 1998 bis 16. November 2001 wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe Entscheidungsunterstützende Systeme innerhalb des Forschungsverbundes Wissensbasierte Systeme, die 2005 in das Institut für Softwaresystem in technischen Anwendungen der Informatik an der Universität Passau überging. Tragischerweise ist er am 16. November 2001 im Alter von nur 28 Jahren kurz vor der Fertigstellung seiner Dissertation völlig überraschend verstorben. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit Fragestellungen aus dem Teilprojekt „Entwicklung eines Messverfahrens mit hohem Dynamikbereich für die Qualitätssicherung von optischen Asphären für die in‐situ Messung von Wellenfronten (kurz Wellensensor)“ des Forschungsverbundes FORMIKROSYS II, der von der Bayerischen ForschungsstiftungAbstract zum Dissertationsfragment "Spotzuordnung und Wellenfront-Rekonstruktion für Shack-Hartmann-Sensoren" von Sascha Groening (20.04.1972 - 16.11.2001) Sascha Groening war nach seinem Studium der Informatik an der Universität Passau von 01.Oktober 1998 bis 16. November 2001 wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe Entscheidungsunterstützende Systeme innerhalb des Forschungsverbundes Wissensbasierte Systeme, die 2005 in das Institut für Softwaresystem in technischen Anwendungen der Informatik an der Universität Passau überging. Tragischerweise ist er am 16. November 2001 im Alter von nur 28 Jahren kurz vor der Fertigstellung seiner Dissertation völlig überraschend verstorben. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit Fragestellungen aus dem Teilprojekt „Entwicklung eines Messverfahrens mit hohem Dynamikbereich für die Qualitätssicherung von optischen Asphären für die in‐situ Messung von Wellenfronten (kurz Wellensensor)“ des Forschungsverbundes FORMIKROSYS II, der von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert wurde. Auf den Sicherungen des Instituts konnten wir nur eine relativ unvollständige elektronische Version seiner Dissertation „Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion für Shack‐Hartmann‐Sensoren“ finden, da er seine Arbeit auf einem privaten PC anfertigte.    Monika Groening, seine Mutter, hat dagegen im Jahr 2013 privat unten stehenden Ausdruck seiner schriftlichen Arbeit gefunden, die einem Stand etwa zwei Wochen vor der geplanten Abgabe entspricht und die nun hiermit als Scan der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt wird.    Am Institut wurden nach Abschluss des Projektes Wellensensor die Forschungen auf diesem Gebiet nicht weiter verfolgt, da die Problemstellung des Projektes für die Partner, die die Lösung von Sascha Groening angewendet haben, zufriedenstellend gelöst war. Im Rahmen des Projektes wurden die Leistungsgrenzen für ein Messgerät zur Vermessung von optischen Asphären (z.B. Gleitsicht‐Brillengläsern) und allgemeinen Wellenfronten (z.B. Strahlprofil eines Lasers, Wellenfront hinter einem optischen Subsystem) auf der Basis des Shack‐Hartmann‐Sensors erforscht. Das Prinzip beruht auf der geometrisch‐optischen Bestimmung lokaler Wellenfrontkrümmungen mit Hilfe eines Feldes von Mikrolinsen und einer CCD‐Kamera in der Fokalebene der Mikrolinsen. Sascha Groening entwickelte völlig neu konzipierte Auswertealgorithmen, die eine schnelle und zuverlässige Zuordnung von Fokuspunkten zu Mikrolinsen durchführen und damit eine hochgenaue Vermessung von Ashären bei stark aberranten Wellenfronten möglich machen. Eine einfallende Wellenfront erzeugt in der Fokalebene der Mikrolinsen ein charakteristisches Spotmuster. Durch die Analyse der lokalen Ablenkungen der Spots von ihren Idealpositionen, also den Positionen, die bei Einfall einer ebenen Wellenfront entstehen würden, können Aussagen über das lokale Steigungsverhalten der einfallenden Wellenfront getroffen werden. Je größer der Dynamikbereich des Messgerätes sein soll, desto schwieriger wird das Problem der Zuordnung von Spot zu Mikrolinse. Genau diese Herausforderung wurde von Sascha Gröning durch einen iterativen Spline‐Passungs‐Algorithmus schnell und elegant gelöst. Wenn dann die Spotzuordnung erfolgt ist, kann die Wellenfront aus den lokalen Ablenkungen der Spots rekonstruiert werden. Das Fragment der Dissertationsschrift ist vollständig bis auf Kapitel 1 Einleitung und Kapitel 7 Zusammenfassung. Außerdem fehlen in Kapitel 4 noch die Beschreibungen einiger untersuchter Verfahren zur Spotdetektion und in den Unterkapiteln von 5 und 6 fehlen die Verfahren zur Spotzuordnung und Wellenfrontrekonstruktion bei nicht stetig differenzierbaren bzw. unstetigen Wellenfronten. Ansonsten bietet die Arbeit aber einen guten Überblick über den Stand der Technik zur damaligen Zeit und erklärt die grundlegenden Verfahren, die von Sascha Groening erforscht und entwickelt wurden. In Kapitel 2 werden ausführlich das Funktionsprinzip des Shack‐Hartmann‐Sensors und die Wellenfrontvermessung erklärt, wobei speziell auf das Zuordnungsproblem von Spot zu Mikrolinse und auf die globale Wellenfrontrekonstruktion aus einem Feld partieller Ableitungen eingegangen wird.    Die mathematischen Grundlagen wie Tensorprodukt‐Splines oder die Lösungsverfahren für lineare Ausgleichsprobleme ohne und mit linearen Nebenbedingungen werden in Kapitel 3 gelegt. Einen ersten Schwerpunkt bildet Kapitel 4, das sich mit der Spotdetektion beschäftigt. Nach der Erläuterung der optischen Grundlagen wird die Spotentstehung mathematisch modelliert, um so geeignete Detektionsverfahren ableiten zu können.    Im zentralen Kapitel 5 der Dissertation geht es um die Spotzuordnung. Nach der Vorstellung bekannter Verfahren wird die neu entwickelte Spotzuordnung durch iterative Funktionspassung beschrieben. Nach einer initialen Zuordnung von einigen zentralen Spots, die unter Nutzung von Nebenwissen problemlos möglich ist, wird dann iterativ mit Hilfe von Splinepassungen vorgegangen. Bei einer vorhandenen Zuordnung wird durch Extrapolation der berechneten Splinepassung der Suchbereich für weitere, nicht zugeordnete Spots ausgedehnt, und diese werden dann wiederum korrekt zugeordnet. Diese Schritte werden iterativ wiederholt, bis alle Spots zugeordnet sind. Die Vorgehensweise, von bekanntem in unbekanntes Gebiet zu extrapolieren führt hier vortrefflich zum Ziel. Sascha Groening zeigt auch, dass der Erfolg vom gewählten Funktionsraum, hier Tensorprodukt‐Splines, abhängt. Schließlich runden die Verfahren zur Wellenfrontrekonstruktion, die ebenfalls auf Spline‐Passungen basieren, in Kapitel 6 die Arbeit ab. Mit der Bereitstellung dieses Fragments seiner Dissertation wollen wir die geleistete Arbeit von Sascha Groening an der Universität Passau würdigen und hoffen, dass seine Ergebnisse ihren Platz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft finden. Im Mai 2015, Dr. Erich Fuchsshow moreshow less

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Metadaten
Author:Sascha Groening
URN:urn:nbn:de:bvb:739-opus4-3110
Contributor(s):Monika Groening
Document Type:Other
Language:German
Year of Completion:2001
Date of Publication (online):2015/08/05
Year of first Publication:2015
Publishing Institution:Universität Passau
Release Date:2015/08/05
Tag:Wellenfront-Rekonstruktion
GND Keyword:Hartmann-Sensor; Wellenfront
Note:
Dissertationsfragment von Sascha Groening (20.04.1972 - 16.11.2001)
Institutes:Fakultät für Informatik und Mathematik
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
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