Plenoptic cameras use arrays of microlenses to capture multiple views of the same scene in a single compound image. They enable refocusing on different planes and depth estimation. However, until now, all types of plenoptic computational imaging processes have been limited to visible light. We demonstrate an x-ray plenoptic microscope that uses a concentrating microcapillary array instead of a microlens array and can simultaneously acquire from one hundred to one thousand x-ray projections of imaged volumes that are located in the focal spot region of the microcapillary array. Hence, tomographic slices at various depths near the focal plane can be reconstructed in a way similar to tomosynthesis but from a single x-ray exposure. The microscope enables the depth-resolved imaging of small subvolumes in large samples and can be used for the imaging of weakly absorbing artificial and biological objects by means of propagation phase-contrast.

1.
A. C.
Kak
and
M.
Slaney
,
Principles of Computerized Tomographic Imaging
(
Society of Industrial and Applied Mathematics
,
2001
).
2.
A.
Sakdinawat
and
D.
Attwood
,
Nat. Photonics
4
,
840
(
2010
).
3.
T.
Shearer
,
R. S.
Bradley
,
L. A.
Hidalgo-Bastida
,
M. J.
Sherratt
, and
S. H.
Cartmell
,
J. Cell Sci.
129
,
2483
(
2016
).
4.
T.
Wu
,
A.
Stewart
,
M.
Stanton
,
T.
McCauley
,
W.
Phillips
,
D. B.
Kopans
,
R. H.
Moore
,
J. W.
Eberhard
,
B.
Opsahl-Ong
,
L.
Niklason
, and
M. B.
Williams
,
Med. Phys.
30
,
365
(
2003
).
5.
J. T.
Dobbins
,
Med. Phys.
36
,
1956
(
2009
).
6.
S.
Gondrom
,
J.
Zhou
,
M.
Maisl
,
H.
Reiter
,
M.
Kröning
, and
W.
Arnold
,
Nucl. Eng. Des.
190
,
141
(
1999
).
7.
V. B.
Neculaes
,
P. M.
Edic
,
M.
Frontera
,
A.
Caiafa
,
G.
Wang
, and
B.
De Man
,
IEEE Access
2
,
1568
(
2014
).
8.
N.
Viganò
,
H. D.
Sarkissian
,
C.
Herzog
,
O.
de la Rochefoucauld
,
R.
van Liere
, and
K. J.
Batenburg
,
Opt. Express
26
,
22574
(
2018
).
9.
N.
Viganò
,
P. M.
Gil
,
C.
Herzog
,
O.
de la Rochefoucauld
,
R.
van Liere
, and
K. J.
Batenburg
,
Opt. Express
27
,
7834
(
2019
).
10.
G.
Lippmann
,
J. Phys. Théor. Appl.
7
,
821
(
1908
).
11.
E.
Adelson
and
J.
Wang
,
IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.
14
,
99
(
1992
).
12.
R.
Ng
,
M.
Levoy
,
M.
Bredif
,
G.
Duval
,
M.
Horowitz
, and
P.
Hanrahan
, “
Light field photography with a hand-held plenoptic camera
,”
Stanford Technical Report No. CTSR 2005-02
(
2005
).
13.
T.
Georgiev
and
A.
Lumsdaine
,
J. Electron. Imaging
19
,
021106
(
2010
).
14.
E. Y.
Lam
,
J. Opt. Soc. Am. A
32
,
2021
(
2015
).
15.
M.
Levoy
,
Z.
Zhang
, and
I.
Mcdowall
,
J. Microsc.
235
,
144
(
2009
).
16.
M.
D'Angelo
,
F. V.
Pepe
,
A.
Garuccio
, and
G.
Scarcelli
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
223602
(
2016
).
17.
A.
Snigirev
,
V.
Kohn
,
I.
Snigireva
, and
B.
Lengeler
,
Nature
384
,
49
(
1996
).
18.
D.
Paganin
,
Coherent X-Ray Optics
(
Oxford University Press
,
2006
).
19.
D. H.
Bilderback
,
S. A.
Hoffman
, and
D. J.
Thiel
,
Science
263
,
201
(
1994
).
20.
L.
Vincze
,
K.
Janssens
,
F.
Adams
,
A.
Rindby
, and
P.
Engström
,
Rev. Sci. Instrum.
69
,
3494
(
1998
).
21.
H. N.
Chapman
,
K. A.
Nugent
, and
S. W.
Wilkins
,
Rev. Sci. Instrum.
62
,
1542
(
1991
).
22.
M.
Kumakhov
and
F.
Komarov
,
Phys. Rep.
191
,
289
(
1990
).
23.
C. A.
MacDonald
,
Annu. Rev. Mater. Res.
47
,
115
(
2017
).
24.
K. M.
Dabrowski
,
D. T.
Dul
,
A.
Wrobel
, and
P.
Korecki
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
224104
(
2013
).
25.
E. E.
Fenimore
and
T. M.
Cannon
,
Appl. Opt.
17
,
337
(
1978
).
26.
M.
Nadjmi
,
H.
Weiss
,
E.
Klotz
, and
R.
Linde
,
Neuroradiology
19
,
113
(
1980
).
27.
K. M.
Dabrowski
,
D. T.
Dul
, and
P.
Korecki
,
Opt. Express
21
,
2920
(
2013
).
28.
K. M.
Sowa
,
A.
Last
, and
P.
Korecki
,
Sci. Rep.
7
,
44944
(
2017
).
29.
K. M.
Sowa
,
B. R.
Jany
, and
P.
Korecki
,
Optica
5
,
577
(
2018
).
30.
P.
Korecki
,
K. M.
Sowa
,
B. R.
Jany
, and
F.
Krok
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
233902
(
2016
).
31.
P.
Korecki
,
T. P.
Roszczynialski
, and
K. M.
Sowa
,
Opt. Express
23
,
8749
(
2015
).
32.
A.
Snigirev
,
I.
Snigireva
,
V.
Kohn
,
S.
Kuznetsov
, and
I.
Schelokov
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
5486
(
1995
).
33.
P.
Cloetens
,
R.
Barrett
,
J.
Baruchel
,
J.-P.
Guigay
, and
M.
Schlenker
,
J. Phys. D
29
,
133
(
1996
).
34.
A.
Pogany
,
D.
Gao
, and
S. W.
Wilkins
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
2774
(
1997
).
35.
T. E.
Gureyev
,
S.
Mayo
,
S. W.
Wilkins
,
D.
Paganin
, and
A. W.
Stevenson
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
5827
(
2001
).
36.
D. G.
Grant
,
IEEE Trans. Biomed. Eng.
19
,
20
(
1972
).
37.
T. E.
Gureyev
,
S. C.
Mayo
,
D. E.
Myers
,
Y.
Nesterets
,
D. M.
Paganin
,
A.
Pogany
,
A. W.
Stevenson
, and
S. W.
Wilkins
,
J. Appl. Phys.
105
,
102005
(
2009
).
38.
V. R.
Franceschi
and
P. A.
Nakata
,
Annu. Rev. Plant Biol.
56
,
41
(
2005
).
39.
L. M.
da Costa
,
J.
Tronto
,
V. R. L.
Constantino
,
M. K. A.
Fonseca
,
A. P.
Oliveira
, and
M. R.
da Costa
,
Rev. Bras. Ciênc. Solo
33
,
729
(
2009
).
40.
J.
Ackerfield
,
Edinburgh J. Bot.
58
,
259
(
2001
).
41.
J.
Kirz
,
C.
Jacobsen
, and
M.
Howells
,
Q. Rev. Biophys.
28
,
33
130
(
1995
).
42.
S.
Daniels
and
P.
Brennan
,
Radiography
2
,
99
(
1996
).
43.
S.
Vedantham
,
A.
Karellas
,
G. R.
Vijayaraghavan
, and
D. B.
Kopans
,
Radiology
277
,
663
(
2015
).
44.
D.
Paganin
,
S. C.
Mayo
,
T. E.
Gureyev
,
P. R.
Miller
, and
S. W.
Wilkins
,
J. Microsc.
206
,
33
(
2002
).
45.
D. A.
Thompson
,
Y. I.
Nesterets
,
K. M.
Pavlov
, and
T. E.
Gureyev
,
J. Synchrotron Radiat.
26
,
825
(
2019
).
46.
M.
Du
,
Y. S. G.
Nashed
,
S.
Kandel
,
D.
Gursoy
, and
C.
Jacobsen
, preprint arXiv:1905.10433 (
2019
).
47.
M.
Dehlinger
,
C.
Fauquet
,
F.
Jandard
,
A.
Bjeoumikhov
,
S.
Bjeoumikhova
,
R.
Gubzhokov
,
A.
Erko
,
I.
Zizak
,
D.
Pailharey
,
S.
Ferrero
,
B.
Dahmani
, and
D.
Tonneau
,
X-Ray Spectrom.
42
,
456
(
2013
).
48.
L.
Brombal
,
G.
Kallon
,
J.
Jiang
,
S.
Savvidis
,
P.
De Coppi
,
L.
Urbani
,
E.
Forty
,
R.
Chambers
,
R.
Longo
,
A.
Olivo
, and
M.
Endrizzi
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
034004
(
2019
).
49.
L.
Bauer
,
M.
Lindqvist
,
F.
Förste
,
U.
Lundström
,
B.
Hansson
,
M.
Thiel
,
S.
Bjeoumikhova
,
D.
Grötzsch
,
W.
Malzer
,
B.
Kanngießer
, and
I.
Mantouvalou
,
J. Anal. At. Spectrom.
33
,
1552
(
2018
).
50.
J.
Graf
,
T.
Stuerzer
,
H.
Ott
,
M.
Mrosek
,
M.
Benning
,
B.
Noll
,
R.
Durst
,
P.
Radcliffe
, and
C.
Michaelsen
,
Acta Crystallogr., Sect. A
74
,
a200
(
2018
).
51.
A.
Casanas
,
R.
Warshamanage
,
A. D.
Finke
,
E.
Panepucci
,
V.
Olieric
,
A.
Nöll
,
R.
Tampé
,
S.
Brandstetter
,
A.
Förster
,
M.
Mueller
,
C.
Schulze-Briese
,
O.
Bunk
, and
M.
Wang
,
Acta Crystallogr., Sect. D
72
,
1036
(
2016
).
52.
P.
Villanueva-Perez
,
B.
Pedrini
,
R.
Mokso
,
P.
Vagovic
,
V. A.
Guzenko
,
S. J.
Leake
,
P. R.
Willmott
,
P.
Oberta
,
C.
David
,
H. N.
Chapman
, and
M.
Stampanoni
,
Optica
5
,
1521
(
2018
).
53.
J.
Duarte
,
R.
Cassin
,
J.
Huijts
,
B.
Iwan
,
F.
Fortuna
,
L.
Delbecq
,
H.
Chapman
,
M.
Fajardo
,
M.
Kovacev
,
W.
Boutu
, and
H.
Merdji
,
Nat. Photonics
13
,
449
(
2019
).
54.
C. K.
Egan
,
S. D. M.
Jacques
,
M. D.
Wilson
,
M. C.
Veale
,
P.
Seller
,
A. M.
Beale
,
R. A. D.
Pattrick
,
P. J.
Withers
, and
R. J.
Cernik
,
Sci. Rep.
5
,
15979
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.