近日，bat365在线平台生物医学工程研究院文刚副研究员团队联合宁波东方理工大学、香港城市大学等机构，成功开发出一种基于定制化六棱锥透镜（Pyramidal lens）与空间光调制器（SLM）协同调控的创新技术，实现了介观尺度高精度结构光照明，为突破领域核心瓶颈提供全新路径。该研究成果以“Pyramidal lens enables mesoscale structured illumination by surpassing the spatial bandwidth limit of spatial light modulators”为题，在线发表于光学领域国际顶级期刊《Optica》。
结构光照明作为机器视觉与生物医学成像领域的一项关键技术，广泛应用于3D表面轮廓测量、相位重建、光学层切及超分辨率显微成像。该技术通过投射高精度结构光条纹以提取超/高分辨目标信息，其中空间光调制器（SLM）凭借高速、精准和灵活的调控能力成为核心器件。然而，商用SLM有限的像素数严重制约了其空间带宽积（SBP），迫使系统在视场（FoV）与空间分辨率之间艰难权衡。现有解决方案，如光栅机械扫描存在灵活性差、速度慢等问题；而光子芯片等新兴技术则面临条纹方向固化等瓶颈。因此，如何突破SLM的SBP固有极限，实现大视场高分辨率的结构光动态调制，成为领域亟待攻克的关键挑战。
针对这一难题，研究团队从摄影分影镜头中汲取灵感，创新性提出了“SLM+六棱锥透镜”协同调控的介观尺度结构光照明方法：通过将定制化六棱锥透镜置于SLM后方，可将±1级衍射光束偏折至更大角度，使原本仅能生成数百根条纹的SLM即刻产生成千上万根精细条纹。棱锥透镜的这种“放大”效应，将SLM的等效像素数提升了2-5个数量级。与此同时，该方案完整保留了SLM对条纹方向、周期和相移进行快速、精准、灵活调控的能力。实验证实，仅使用短边1024像素的SLM，即可生成包含约5357根条纹、实现6步移相的大视野结构光照明，系统SBP较传统方法提升高达246倍。这种介观尺度的结构光照明传统方法需使用具有数万像素的SLM，远非当前商用产品所能企及
图1 基于“SLM+六棱锥透镜”的介观尺度结构光照明
进一步，研究团队将该方案部署至结构光照明超分辨显微镜（SIM）系统，构建了新型大视野SIM显微镜——PyramidalSIM。该系统仅利用SLM上直径约609像素的小光斑，即可实现充满2K像素sCMOS相机全靶面的有效SIM照明，最终获得具有两倍分辨率的4K级多色超分辨图像。
图2 PyramidalSIM超分辨显微镜原理及成像示例
bat365在线平台文刚副研究员（宁波东方理工大学访问学者）和香港城市大学李虹瑾博士为论文共同第一作者，宁波东方理工大学张昊助理教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.564223
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文刚团队长期致力于超分辨/高分辨显微成像技术的创新研究、生物医学应用探索以及配套开源软件工具开发，并在该领域取得系列重要成果，代表性技术包括：高保真线性SIM技术(HiFi-SIM)、高保真非线性SIM技术(HiFi-NL-SIM)、无参数估计直接重建SIM技术(direct-SIM)，以及基于“空间光调制器+棱锥透镜”的介观尺度结构光照明技术与PyramidalSIM技术。
课题组负责人文刚博士为bat365在线平台生物医学工程研究院高层次引进人才（四层次），硕导、博导。现因科研发展需要，拟招聘：机械电子方向和深度学习方向科研助理各1名，要求具有机械工程、电子工程、自动化、计算机科学或人工智能等相关专业背景的硕士及以上学历；责任心强、动手实践能力或编程能力突出，对前沿显微成像技术及生物医学应用有浓厚兴趣者优先。
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