光场显微技术作为一种无需扫描、可伸缩的方法,可以以高分辨率观察跨越多个时空尺度的各种解剖和功能信息,从而实现从单细胞标本到哺乳动物大脑的高速、体积成像,但重建伪影的出现和复杂的计算成本大大限制了光场显微技术的广泛应用。因此研究人员通过两个方面对光场显微系统不断进行优化和改进。一方面通过调整微透镜阵列的相对位置,得到了较高分辨率的光场显微镜,并有效避免了重建伪影;另一方面,通过将微型显微镜平台和光场显微镜进行结合,实现了光场显微镜的微型化,之后通过改进光路结构,使微型化显微镜的分辨率不断提高,解决了光场微型化和成像分辨率不能同时兼顾的矛盾。但有关傅里叶光场显微镜和微型化集成技术的结合,还有待研究。能否在实现光场微型化的前提下尽可能缩短重建时间,是目前光场领域研究的重点。针对上述问题,本课题“微型化傅里叶光场显微成像技术”利用自聚焦透镜GRIN LENS折射率梯度变化和外形小巧的特点,通过将大物镜更换成GRIN LENS,显著缩小了物镜成像系统的光学尺寸,实现了微型化;同时通过在微型化系统中引入一个新的光学透镜,将光场变换由时域转向频域,根本上减轻了伪影,同时减少了计算成本,实现了傅里叶光场和微型化技术的结合。根据理论计算后得出,本次课题所设计的微型化傅里叶光场显微镜能够实现横向和轴向分辨率<10μm,放大倍数为5×的精度指标。具体开展以下工作:第一步,对微型化傅里叶光场显微系统（FLFM）进行参数设计。通过对光场理论知识进行了解和学习,建立了光场传播和成像的主要模型,并初步确定了FLFM成像系统的主光路结构;之后结合傅里叶变换光学理论,推导出傅里叶光场成像的主要特性;最后结合之前初步设计好的光路结构,深入分析计算了光路系统的各个参数,形成了一套完整的FLFM系统参数设计原则。第二步,对微型化傅里叶光场显微镜的硬件系统进行设计。根据FLFM系统参数的设计原则,确定光学系统的性能参数和各元器件的尺寸参数,完成光路设计和器件选型;结合设计好的光路结构和微型化的实际需要,利用机械设计软件Solidworks,对硬件系统中的各元器件进行布局,完成光学系统外壳的机械结构设计;最后学习3D打印技术并能够熟练应用3D打印机,完成对外壳结构的制作,进而搭建实物系统。第三步,对微型化傅里叶光场显微镜的软件系统进行设计。FLFM的软件系统主要包括两部分:第一部分是光学系统的仿真设计,主要利用的软件是光学仿真软件Zemax,通过输入系统参数并定义发射源和视场,可以对光路各部分结构进行仿真设计,进而建立整个光学系统的仿真模型;第二部分是对傅里叶光场系统进行重建恢复的算法设计,通过学习光场重建的理论知识,设计重建算法流程图。最后,搭建微型化傅里叶光场显微系统的实验装置,并进行实验研究与分析。通过对光场显微镜进行光路调试,得到待测样品的二维图像信息;通过观测系统的成像指标,包括点扩展函数（PSF）、光学传递函数（MTF）、垂轴像差和波前图等,评估光学系统的成像质量,并与实验结果进行分析比对。