眼见为实！人们在追求更远距离太空观测的同时也追求着对更小物体的观察。物理学突破与相关工程技术的革新催生着新型技术的诞生，推动着人类观感能力的极限提升，促进着人类认知水平向广度和深度的拓展。　　微透镜由于在实现超分辨成像的同时可以保留传统光学显微镜无损、穿透、实时和环境兼容等优势，成为极具发展潜力的超分辨成像技术。但是目前基于微透镜的超分辨成像研究依然处于起步阶段，物理学成像机理解释不完善限制了其分辨率进一步提升，相关工程使能技术未得到充分研发制约着其在诸如半导体产业、生命科学领域等复杂环境中的实际应用。　　本文针对微透镜在大范围、三维超分辨成像中所面临的问题，结合微纳光学、机器人学和自动化技术，在理论分析的基础上开展了以下研究:　　(1)超分辨成像机理:关于微透镜超分辨成像机理的解释一直存在争议。本文在系统研究微透镜成像特性的基础上，证明了倏逝波在微透镜超分辨成像中的作用，揭示了微透镜超分辨能力的来源。基于谱分析定量估计了微透镜分辨率并与实验所得分辨率具有很好的一致性，对成像机理进行了解释。以此为基础提出并解释了光照条件对微透镜分辨率的影响。　　(2)近场白光干涉三维超分辨成像:目前可以在三维上实现纳米形貌观测的方法主要局限于扫描探针显微镜。在对基于微透镜的近场白光干涉进行理论分析，深入研究基于微透镜所成超分辨实像与虚像的基础上，本文提供了另外一条实现三维超分辨成像的途径。　　(3)大范围扫描成像:深入研究两种成像模式对微透镜与样品间距和相互作用力的控制，系统阐述白光荧光共成像模式，实现了大范围、高速、无损的超分辨扫描成像。　　(4)微纳透镜阵列成像:提出两种通过调制界面不稳定来实现微纳结构/透镜制造方法，开展了相关理论和实验研究。在系统研究控制参量对所制造出的微纳透镜结构影响的基础上，实现了基于微透镜阵列的大范围成像。　　(5)超分辨成像系统集成:在研究基于微透镜近场白光干涉三维超分辨成像、扫描超透镜大范围成像、白光荧光共成像的光路系统、机械系统和控制系统的基础上实现最终系统集成。　　本文通过对理论和相关使能技术的研究，为进一步提高微透镜超分辨成像能力和应用提供理论基础，拓展了微透镜超分辨成像技术的应用范围，为其真正走向实际应用提供了技术支持。