Microscope tomographique diffractif : simplification des acquisitions et reconstructions numériques associées

Diffractive tomographic microscope : simplification of acquisitions and associated digital reconstructions

• Auteur / Autrice : Ludovic Foucault
• Direction : Olivier Haeberlé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal
• Date : Soutenance le 27/08/2019
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (Mulhouse) - Institut de Recherche en Informatique Mathématiques Automatique Signal - IRIMAS - UR 7499 / IRIMAS

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diffraction

Tomographie

Holographie numérique

Mots clés libres

Holographie numérique

Tomographie diffractive

Rétropropagation

Indice 3D

Analyseur de front d’onde

Digital holography

Diffractive tomography

Retropropagation

3D index

Wave-front sensor

Résumé

Obtenir la carte 3D d’indice de réfraction d’un spécimen étudié peut être quantifiée à l’aide de la tomographie diffractive, une extension de l’holographie. L’inconvénient de cette méthode est la nécessité de réaliser plusieurs acquisitions à des angles d’illumination différents. Des voies de simplification du microscope tomographique diffractif (MTD) sont ainsi envisagées afin de diminuer les temps d’acquisitions et de reconstruction.Les spécimens axisymétriques sont très souvent reconstruits à l’aide de l’inversion de la transformée d’Abel. Cependant, cette technique ne permettant pas d’imager des objets microscopiques, une simple rotation numérique des données après acquisition holographique ou tomographique autour de l’axe de symétrie de l’objet permet d’obtenir une résolution quasi-isotrope.Il est aussi possible de tirer parti de la préparation de l’échantillon afin de simplifier les acquisitions. Après avoir placé le spécimen sur un polymère transparent, lui-même déposé sur un matériau réfléchissant, une acquisition tomographique en rotation d’illumination est réalisée. Cependant, une reconstruction traditionnelle ne permettant pas de séparer les informations, une démodulation s’appuyant uniquement sur des transformées de Fourier et inversant l’effet miroir est proposée.Finalement, la simplification du montage peut passer par l’utilisation d’un analyseur de front d’onde, permettant d’obtenir le front d’onde complexe sans bras de référence. Ainsi, la reconstruction de la carte d’indice en trois dimensions s’en trouve grandement simplifiée.

Getting the 3D-refractive index map of a specimen can be quantified using diffractive tomography, an extension of holography. The drawback of such method is its need for multiple acquisitions at various illumination angle. Hence, ways of simplification of tomographic diffractive microscopy (TDM) are discussed in order to diminish acquistion and reconstruction times.Axysymmetric samples are often reconstructed using inverse Abel transform. However, as this technique does not allow for imaging microscopic objects, a simple numerical rotation of holographic or tomographic data around the symmetry axis enables a quasi-isotropic resolution reconstruction.It is also possible to speed-up the acquisition process with a specific sample preparation. After placing the specimen onto a transparent polymer, itself deposited on a reflective material, a tomographic acquisition with illumination rotation is performed. But, as a conventional recontruction cannot separate the mixed information, a demodulation process based only on Fourier transforms and inverting the mirror effect is porposed.Lastly, the setup simplification can be performed using a wave-front sensor, allowing for the reconstruction of the complex wave-front without the need for a reference beam. Hence, the index map reconstruction in three dimensions is greatly simplified.