视网膜黄斑的细胞密度最高,对人眼视觉分辨力、色觉和注视能力起着决定性作用,一旦黄斑出现病变,病症直接表现在黄斑部位视细胞上,直接破坏视力,引起视觉障碍从而严重影响视觉功能,往往导致不可治愈的致盲。现有临床诊断技术能够发现黄斑病变的病灶特征,受限于检测设备的分辨率,往往只能对中晚期病变进行观察,其实对于该类疾病的治疗与干预已经错过了最佳时机。随着自适应光学技术被应用于人眼像差的实时探测与校正,成功获取了在体视网膜视细胞级别的高分辨率成像图像。目前,自适应光学高分辨率成像技术对视网膜疾病的早期诊断已经成为研究热点,本论文以疾病人眼的高分辨率成像需求出发,针对高精度像差测量与疾病人眼大像差校正的现实问题,开展用于疾病人眼视网膜高分辨率成像的自适应光学共焦扫描成像系统研究。本论文在实验室第一代自适应光学共焦扫描成像系统的基础上,针对大规模正常人眼和疾病人眼像差的统计特性,设计了高精度的哈特曼波前传感器,结合大行程、小型化Bimorph变形镜,研制出第二代高分辨率视网膜活体成像系统样机,并在医院开展了正常人眼和疾病人眼的高分辨率成像实验,对自适应光学核心部件、光机系统设计与研制、性能测试与标定、以及视网膜病变实验研究等多个方面进行了深入研究。1、描述了视网膜黄斑的结构与功能特性,黄斑疾病的产生将直接影响视力,往往会导致不可逆的致盲;对黄斑疾病的临床检查方法进行了详细调研,着重论述了现有诊断技术的局限;从对黄斑疾病早期诊断的现实需求出发,介绍了自适应光学成像技术在活体视网膜高分辨率成像方面的成功应用。2、介绍了人眼的基本结构和光学特性,重点对人眼像差进行了描述,论文采用基于哈特曼波前测量技术的人眼像差测量仪,对正常人群和眼科疾病患者进行大规模像差数据采集,并对像差数据进行统计分析,为后续高分辨率成像系统的自适应光学组件设计提供依据。3、介绍了自适应光学系统的基本组成和工作原理,确定了本系统的自适应光学组件构成;根据人眼像差统计特性,对哈特曼波前传感器性能需求进行了详细优化设计,并确定了哈特曼波前传感器的研制参数;结合实验室的波前校正器研制情况,选取大行程、小口径的Bimorph变形镜作为波前校正器,通过对常见眼科疾病像差的校正能力分析,确定了Bimorph变形镜的空间分辨率参数。4、对哈特曼波前传感器进行了详细的光机结构设计,接着采用反射式结构,对成像系统主光路进行Zemax建模与优化设计,通过像质评价与低阶像差校正能力分析,以及光学系统的公差分析,确定了成像系统的光学元件参数;最后利用机械建模软件完成对成像系统主体机械结构建模与设计,并对影响系统稳定的振动问题进行了有限元分析与初步探讨。5、采用球面波标定方法完成对哈特曼波前传感器的高精度标定,通过与干涉仪进行比对确认了哈特曼波前传感器的测量精度;分别对Bimorph变形镜的面形精度、行程量、影响函数以及动态响应特性展开了测试;在项目合作单位完成样机结构设计的基础上,搭建了一套自适应光学共焦扫描成像系统。6、对自适应光学共焦扫描成像系统的成像视场、横向分辨率、纵向分辨率以及像差校正能力进行了测试与标定;完成正常人眼的视网膜视细胞高分辨率成像实验,并对视网膜不同偏心度的视细胞密度进行定量分析;最后,招募常见的眼科疾病患者,完成对高度近视、遗传性视网膜变性、黄斑变性患者的视网膜视细胞高分辨率成像实验,发现不同程度的视网膜疾病患者,其视细胞形态、功能、数目密度均有区别。