微型头戴式荧光显微镜可以对自由移动活体动物大脑中的神经活动进行实时成像，是近些年兴起的脑科学研究新仪器。然而，目前大多数微型荧光显微镜为了做到更小巧、更轻便，视场都比较小，这使得可用于观测的神经细胞数量受限，虽然有大视场系统的报道，但重量都比较大，对动物的自由行为会产生一定的影响。为了提高微型荧光显微镜成像性能，同时降低其重量，光学系统采用超轻、超薄、成像质量高的超构透镜。本文首先推导了双曲相位超构透镜的像差公式，并以此为指导，完成了一款视场为4 mm×4 mm、NA为0.14的微型荧光显微镜设计，实现了7种初级像差的校正。装配完成的样机重量仅为4.11 g，全视场范围内分辨率为7.8 μm，对自由移动小鼠大脑中的神经活动进行成像观测能够达到单细胞分辨率。