基于低光损伤、高分辨率等优点,光片荧光显微成像技术已经广泛应用到细胞生物学、临床医学等领域。为实现厚生物样品的三维成像,将液体变焦透镜应用到光片荧光显微成像系统当中,通过调谐液体变焦透镜的光焦度改变系统物方主平面位置,以探测样品的不同层面。本文主要研究工作如下:1.建立了基于液体变焦透镜的光片荧光显微成像系统模型,探究了液体变焦透镜对系统性能的影响。利用光线追迹法,分析了透镜光焦度对系统放大倍率的影响以及透镜变焦过程中引入的像差对系统横向分辨率的影响;同时,探究了透镜口径对系统视场的影响;解析了系统轴向分辨率和系统景深、光片厚度的关系。通过上述分析发现,当液体变焦透镜主平面位于4f系统频谱面时,系统放大倍率保持不变,且系统物方主平面位移量与透镜光焦度成线性关系;透镜变焦过程中,引入的透镜像差会使系统分辨率降低。针对上述分析,结合厚生物样品三维成像需求,得出适用于光片荧光显微成像系统的液体变焦透镜应具有大口径、大光焦度调谐范围特性。2.为分析不同口径液体变焦透镜的性能,利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics在柱坐标系下建立了电润湿变焦透镜模型。求解透镜系统力平衡方程,获取了半月板界面曲线方程。为探究电润湿变焦透镜的性能,在光线追迹软件Zemax中建立透镜模型,分别建立透镜焦距、波前像差与口径、外加电压的关系,发现透镜光焦度与接触角余弦值成正比、与透镜口径成反比,且接触角随着外加电压的增加而减小;随着口径的增加,透镜的光焦度调谐范围逐渐减小。为扩展透镜的光焦度调谐范围,建立了双液体变焦透镜组合的透镜系统,包含两个可独立调谐的半月板;当透镜口径为6 mm时,其光焦度调谐范围扩展为（-4.00 D,+2.03 D）。3.为解决柱坐标系下液体变焦透镜焦距受限于接触角的问题,同时减小透镜厚度,提出了三相接触点处切线角和接触角多因素作用于半月板界面的单液体变焦透镜,它包含凝胶/液体和液体/空气这两个界面。在外加电压作用下,凝胶/液体界面不发生形变,可看作透镜的腔室;而液体/空气界面发生连续变化,使透镜具有可调谐性。随着外加电压升高,透镜接触角变小,三相接触点处切线角同时变小,使透镜光焦度调谐范围得到了有效扩展;该单液体变焦透镜的光焦度调谐范围扩展为（-4.43 D,+4.79 D）,其门槛驱动电压约为22 V。4.针对上述液体变焦透镜门槛驱动电压高、能源消耗大等问题,本文提出了电荷极化作用驱动的双液体变焦透镜,其由PVC/DBA凝胶、去离子水和白油组成。为验证该透镜的驱动机理,本文实验分析了不同体积去离子水液滴润湿性能变化情况,发现:在外加电压作用下,凝胶中的电荷发生极化,并朝阳极移动,产生麦克斯韦力,引起凝胶的非对称性变形,凝胶表面粗糙度增加,表观接触角随之呈反余弦变化,使得透镜的门槛驱动电压降低。当去离子水体积为80μl时,其门槛驱动电压为10 V,此透镜口径为11 mm,其光焦度可在（-14.93 D,+6.54 D）内调谐。