可变形透镜实现单像素显微镜图像像差实时校正

西班牙卡斯特利翁海梅一世大学光学研究组利用新兴的可编程变形透镜技术，成功实时校正了单像素显微镜中的图像像差问题。该团队在《自然·通讯》近期发表的开放获取文章中描述了这一新方法，该成果属于欧洲CONcISE项目的研发进展。

自适应透镜技术原理

研究团队提出的方案将自适应透镜（可实时"塑造"光波前）与一种无传感器方法结合，后者直接从数据评估图像清晰度，无需复杂算法。该方法能校正由系统和样本本身引起的畸变，生成更清晰、接近物理分辨率极限的图像，且不增加显微镜的复杂性。

这种自适应透镜被称为"多致动器自适应透镜"，可轻松集成到系统中，无需大幅改动基于结构光照明的传统单像素显微镜配置。此类透镜由光学透明且可变形的薄膜（类似薄玻璃片或聚合物）构成，通过分布在周围或后方的致动器改变形状。

实现变形的致动器类型多样：最常见的是压电式（将电信号转换为精密机械形变），以及利用电场或磁场使透镜变形的静电式或电磁式。每个致动器在透镜表面施加微小的局部力，实现高空间分辨率的波前调控——其原理类似于可变形反射镜，但以透射方式工作。

单像素显微镜的优势

该技术不使用数百万像素的相机，而是用一系列光图案照射样本，并通过单像素传感器收集信号。该显微镜技术的挑战之一在于：生成图案的微镜芯片及样本本身会产生微小畸变，导致图像细节模糊。而新方案通过可变形透镜校正这些误差，提供了迄今分辨率最高的显微图像。

该方法为未来发展奠定基础，主要应用于以下领域：生物样本像差补偿的自适应显微术、眼科视网膜诊断仪器或视觉模拟器、天文自适应光学、工业成像系统、以及生物医学和材料科学等领域的增强现实技术。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-65940-4