光学衍射层析技术作为一种非侵入式无标记成像技术,同时兼有超分辨和三维成像的特点,开辟了三维生物组织成像的新方法。随着计算能力的持续增长,该方法逐渐成为一个灵活可行的现代成像工具。然而在现行方案中,存在高分辨率与各向同性分辨率不兼容,以及较大频谱缺失影响重构精度的问题。这些制约了光学衍射层析技术在分辨率和重构精度上的进一步提高。本课题“基于椭球反射镜大角度光束扫描的光学衍射层析技术的研究”针对这一问题现状,开展了将大数值孔径椭球反射镜引入光学衍射层析系统的探索研究,以在获得高分辨的情况下,仍然保持分辨率各向同性,并大幅减小频谱缺失范围,提高重构精度。主要研究工作如下:首先,根据对基于椭球反射镜的光学衍射层析系统的建模讨论的需要,给出了一种更简洁的椭球反射镜切趾因子模型,建立了光束振幅变化与入射角度之间关系的模型。然后提出了一种将反射面微元分割并使其独立分时工作的光束扫描方法,将椭球反射镜与光学衍射层析系统相结合,在波恩一级近似的情况下建立起该系统对三维频率分量收集能力的理论模型及其三维传递函数理论模型,并据此对系统三维传递函数的截止范围进行了仿真分析。与传统方案的相关性能相比,本系统在轴向频谱带宽上有较大提升效果,显著地减小了频谱缺失范围;而横向分辨率的提升效果与使用的物镜数值孔径有关,物镜数值孔径越小提升效果越明显。最后,将大数值孔径椭球反射镜应用到光学衍射层析成像系统的具体实现方案进行研究和设计,并搭建基于大数值孔径椭球反射镜的光学衍射层析成像系统,对扫描功能的实现情况进行了实验验证。装调过程中,针对大数值孔径椭球反射镜,提出了一种简便有效地对椭球反射镜上下焦点的准确定位方法。最终实现了照明光束在Xθ、Zθ方向上的可控扫描且获得20μm×20μm×20μm的视场。这证实了利用微面元分割思想实现基于椭球反射镜的大照明角的光束扫描成像方案的可行性,提供了一种将椭球反射镜引入光学衍射层析系统难题的有效解决方案。