自适应光学眼底相机，由于较高的成像分辨率和人眼等晕角的存在，单次成像的视场被限制在1°左右。必须实现单个视场的精确定位和多个视场的图像拼接，才能得到完整的眼底图像。为了精确定位，文中分析视标引导成像视场的原理，设计了新型的视标引导系统。平行光照明视标，并通过透镜聚焦于人眼瞳孔中心，这样能够精确测量眼底成像视场的位置。基于此搭建的自适应光学系统可在22.6°的眼底范围内成像，精度达到0.003°。这套系统成功实现了单个细胞的追踪和眼底血管的大视场拼接，这将有益于液晶自适应光学系统在临床眼科的应用和推广。

为获得高分辨率视网膜血管图像，在自适应成像系统中，采用双光源照明模式。由于人眼存在色差，采用双光源照明模式会导致探测到的波前与实际需校正波前不一致。采用36 项Zernike 多项式拟合人眼波前，利用Liou &Brenann、Navarro 模型眼和真实人眼分析了人眼色差对夏克-哈特曼波前探测器的影响：对于Liou & Brenann 和Navarro 模型眼，561 nm 和785 nm 光的波前色差均方根值(RMS)分别为0.09λ 和1.44λ ，去除离焦项后的波前色差RMS 值分别为0.0025λ 和0.01λ ；对于真实人眼，两光源的波前色差RMS 值为1.92λ ，去除离焦项后的波前色差RMS值为0.04λ 。根据Maréchal 判据，除离焦项外，色差对其他波前像差的影响均方根值小于衍射极限(1/14λ) ，故波前像差的影响可忽略。由色差造成的离焦量可通过移动成像相机进行补偿。从结果可以看出采用双光源照明的视网膜血管自适应光学成像方案是可行的。

利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼探测器为核心器件搭建了一套液晶自适应光学(AO)视网膜成像系统。通过计算哈特曼光斑图和视网膜图像的调制传递函数（MTF）定量分析了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响，结果表明哈特曼光斑图的MTF优于视网膜图像的MTF，说明眼内杂散光降低了视网膜的成像质量。根据眼内散射光偏振状态改变的特点，系统采用偏振光照明，抑制眼内散射光；利用补偿镜和位于眼前1 m位置处的视标，使照明光准确聚焦在视网膜血管层上，抑制视网膜多层组织反射杂光。通过对比实验，证明以上方法在一定程度上抑制了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响。最后对4名志愿者进行了视网膜血管自适应成像实验，均获得了清晰的眼底视网膜血管图像。

为提高自适应光学人眼波像差校正和视网膜成像效果，研究了人眼动态波像差的特性。利用采样频率为300 Hz、曝光时间为3 ms的哈特曼传感器，搭建波像差探测系统。误差分析和模拟人眼实验表明，该系统对动态波像差的测量误差均方根（RMS）均值仅为0.01λ。人眼波像差探测结果表明，人眼存在150 Hz以上的波像差，可能对自适应波像差校正造成影响。这种影响可通过延长探测和成像曝光时间的方法来抑制。为了达到衍射极限，对于稳定盯视状态下的人眼，3 ms探测曝光、探测校正周期不超过45 ms的自适应系统，其校正残差均方根在λ/14以下；当曝光时间增加到6 ms时，该周期可放宽至62 ms。研究了倾斜像差的波动对成像的影响，确定了高分辨率人眼眼底成像中，成像曝光时间最长不能超过9 ms。上述结果表明，将自适应光学视网膜成像的探测曝光与成像曝光时间均定在6 ms左右，可获得更好的校正和成像效果。

为了实现对人眼视网膜的高分辨率成像，解决偏振能量损失、成像视场小和普适性差等问题，对液晶自适应光学技术及其在人眼视网膜成像中的应用进行了研究。通过开环光路的设计方案，避免了闭环液晶自适应系统的偏振光能量损失; 在光路中加入可变视场光阑，利用小视场照明进行波前探测、大视场照明进行像差校正和成像的方法扩大了成像视场; 使用脉冲光照明的方案减小曝光量; 通过偏振光照明提高能量利用率、等效无穷远视标配合补偿镜以及改进后的视标提高盯视稳定性等一系列方法，提高系统普适性。校正后成像的清晰度和对比度获得了明显提高; 高分辨率眼底成像视场直径从200 μm扩大到500 μm; 曝光量减小到原来的1/2~1/3; 对前期难以获得清晰成像的样本，取得了效果良好的视网膜视觉细胞自适应图像。

为了减小人眼离焦像差对液晶自适应光学视网膜成像系统的过大压力, 设计了一种基于液体变焦透镜的离焦补偿机构。该离焦补偿机构能连续调焦, 且无需任何组件平移运动, 有利于小型化。根据该液体透镜的曲率压变的变焦原理, 选择适当传动比的蜗杆传动作为旋转进动“放大”机构, 放大了外压环旋转角度与屈光度的对应关系, 设计出步长为0.2D的离焦补偿机构, 为液晶自适应光学视网膜成像系统的高对比度成像提供了保障。

利用液晶空间光调制器和夏克哈特曼波前探测器作为核心器件搭建了一套开环双光源液晶自适应光学视网膜成像系统。系统采用人眼屈光0D基准设计并使用动态视标定位人眼，提高了人眼在测试时的稳定性，有效降低了由不同人眼个体差异带来的影响。通过补偿镜预补偿，配合微调照明光焦面，使照明光聚焦在眼底视觉细胞层，保证了像差探测精度和成像质量。利用人眼的偏振特性，采用偏振光照明的方式，将系统的能量利用率提高了20%。优化了系统的工作流程，优化后系统连续工作频率可超过20 Hz。对4名志愿者进行了实验，均获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。

为了获得高分辨率视网膜图像，利用液晶空间光调制器作为波前校正器建立了一套开环液晶自适应光学视网膜成像系统。与闭环模式相比，采用开环模式后，系统的能量利用率提高了1倍。系统采用双脉冲照明方式，以减少人眼曝光量，保护人眼安全。在照明光学系统中加入了大小视场切换装置使成像视场由之前的0.8°增至1.7°。同时优化了系统的时序控制流程，对人眼像差连续校正的同时快速调节成像相机的前后位置至最佳像面。对于开环模式对动态人眼像差的校正精度进行了测量，实验测得，经开环校正后，残差波面的均方根值约为0.09λ；相应的斯特雷尔(Strehl)比高于0.70，系统分辨率接近光学衍射极限的分辨率。对两名志愿者进行了实验，获得了清晰的眼底视网膜细胞图像。

采取平场校正的方法消除薄型背照式电荷耦合器件(CCD)相机在对视网膜细胞成像时由于多光束干涉效应在输出图像上产生了干涉条纹。在分析CCD芯片多光束干涉效应产生机理的基础上，根据视网膜细胞成像的特点，提出将未进行像差补偿的视网膜图像作为平场校正的参考图像对像差补偿之后的图像进行校正，解决了标准反射率白板图像作为平场校正参考图像时残留有干涉条纹的问题。通过计算平场校正前后视网膜细胞图像的平均功率谱验证消除干涉条纹的效果，在空间频率70~90 lp/(°)范围内，校正之后图像的功率谱的平均值比校正之前提高了132.1%。实验结果表明，利用未进行像差补偿的眼底图像作为平场校正参考图像可以有效地消除视网膜细胞图像上的干涉条纹，提高视觉细胞的对比度，所获得的图像质量有了明显的改善。

提出Mask相位法校准出厂标定波长在532 nm的液晶空间光调制器(LC-SLM)在561 nm处的相位调制特性曲线。首先基于傅里叶光学模拟计算得出棋盘型二维相位光栅相位对比度与零级衍射光斑光强之间的对应关系，然后搭建实验光路测量计算机所发灰度图所对应的零级衍射光斑光强值。根据前面两组结果最后得到相位延迟量与计算机灰度级之间的关系曲线，从而得到LC-SLM在561 nm处的相位调制特性曲线。用4λ的离焦对光斑进行调制，校准之后光斑光强分布与理论计算值之间的偏差为45.7，比校准之前的偏差110.4减少了64.7；用10λ的倾斜对光斑进行调制，校准之后零级衍射光斑和二级衍射光斑的强度分别是校准前的32.3%和64.1%。实验结果表明，使用Mask相位法对LC-SLM的相位调制特性曲线进行校准之后，LC-SLM的调制效果有了明显的改进。