由于传统光学显微镜是基于光学透镜的成像机制,不仅结构复杂、体积较大、成本较高而且系统空间带宽积有限,使其难以在医疗资源相对匮乏的偏远地区普及,同时也难以满足大视场观测等应用场景。无透镜显微成像技术的发展为解决上述问题提供了可能,图像传感器芯片作为无透镜显微系统的核心器件,其像元尺寸和钝化保护层厚度直接影响了系统的单帧分辨率性能。VPS作为一种新型图像传感器芯片,超小的像元尺寸和超薄的钝化层厚度使其在无透镜显微中具有独特的优势,因此基于VPS芯片的显微应用研究具有较为重要的意义。本文首先对VPS芯片进行了系统性的调试优化,确保了VPS芯片能够工作在最佳状态,为后续应用奠定基础;然后基于调试完成的VPS芯片设计了无透镜芯片显微系统,并从仿真和实验标定两个角度分析了VPS芯片显微系统的单帧分辨率性能,结果表明在cm~2级的超大视场面积下系统能够实现与20X物镜(0.4NA)下的光学显微镜相接近的分辨能力,这使得VPS芯片显微系统能够有效满足大视场观测等应用场景,紧接着通过对小鼠病变肠组织切片的成像观测实验,进一步验证了VPS芯片显微系统在大视场病理组织检测应用中的可行性以及相比传统光学显微镜检测的巨大优势;最后对VPS芯片在无透镜相位恢复方面的可行性进行了探索,并从仿真和实验的角度初步论证了VPS芯片具有编码相位差信息的能力,为无透镜相位恢复的实现提供了可能。