大脑是人体最复杂的器官之一。近年来,全脑光学显微成像技术实现了小鼠全脑神经元水平分辨率的结构信息获取,这有助于小鼠脑功能机制的研究。为进一步对思考、学习和认知等高级脑功能进行研究,需要对进化上与人更为接近的非人灵长类动物大脑样本进行信息获取。这些样本的体积远远大于鼠脑,猕猴脑的体积约为小鼠脑体积的200倍,获取其三维高分辨数据通常会导致成像时间大幅度增加,同时对样本的长时间稳定保存以及系统长时间稳定成像都有较高要求。基于此,本文提出了平推式树脂薄切片技术结合宽场结构光照明显微成像的方案,高精度快速切削和光学显微层析成像交替进行,用于高效获取大体积样本三维精细结构。本文研制的系统分为机械切削和光学显微成像两部分,机械切削部分采用平推式切片技术,结合长刀刃碳化钨刀具解决了用金刚石刀具切削大体积样本耗时的问题,实现了大面积表面的快速薄切片。光学显微成像部分采用结构光照明和马赛克拼接成像技术,实现了大面积表面的精细成像。同时,利用滴液染色装置实现了样本细胞构筑信息的实时复染和绿色荧光信号的激活。通过滴液环的设计在不浸泡样本的情况下使用了高数值孔径的水浸物镜成像,使系统分辨率达到了亚微米水平。最后,利用采集工作站对高精度三维位移台,面阵相机,数字微镜阵列等器件协调控制实现了大体积样本的高分辨率三维连续成像。本文所设计的系统最终实现了猕猴脑等大体积样本的自动切片成像。切削方面,碳化钨刀以200 mm/min的切削速度,获取的样本表面平整度在2μm以内,满足样本表面的成像要求。并且切削50mm×50mm大面积表面所需时间与金刚石刀具切削相比节省了94%。在成像方面,系统体素分辨率达到了0.32μm×0.32μm×5μm,满足神经元分辨水平。并对雪貂全脑和猕猴半脑等大体积样本进行了连续采集成像实验获取了其细胞构筑信息,验证了该系统的大体积样本成像能力。