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眼底血管是人体全身唯一可以借助仪器直接观察到的活体血管，观察它不仅有利于眼科疾病的诊断，而且对全身性血液、代谢等许多疾病有重要的医学参考价值。因此，多年来，人们发明使用过多种眼底检测设备，其中眼底相机是目前应用最广泛的仪器之一。
然而迄今的眼底相机设计中，只单方面地对外部摄影系统进行像差校正，没有考虑被测人眼引入的像差，特别是色差，对成像质量的影响。本文引入普适的Gullstrand-Le Grand 眼模型以模拟成像光路中的被测人眼，矫正了人眼自身的色差问题，实现了高分辨率眼底相机的设计。
本文结合不同光学器件的特性、不同眼底相机的结构要求和光学、电学设计的理论基础，研究设计了一系列眼底相机，具体工作内容如下：
1.基于眼模型的手持式免散瞳眼底相机的光学设计。本设计引入了Gullstrand-Le Grand 眼模型，校正了人眼光学结构对成像的影响，特别是解决了人眼引入的色差对系统成像分辨率的影响，达到了全视场200万像素的高清晰眼底成像。为避免角膜中心曲率大的区域反射引入杂散光，还专门设计了环形光阑和共轴照明相结合的照明系统。该系统所用的光学元件均为普通的球面玻璃，可以有效降低实际的制作成本。设计结果为：视场角 30°，成像分辨率高于1201p/mm，场曲值小于0.86mm，畸变仅为7.2％，色差值小于3.5μm，并且具有较大调焦能力，对-10D至7D屈光度人眼普遍适用。
2.基于眼模型的折/衍混合眼底相机的光学设计。在保证像差质量的前提下，在已设计的手持式眼底相机中，引入二元衍射光学元件，利用其独特的负色散性质，将原有系统简化至5片式透镜，并给出了具体地简化设计过程。此系统视场角为28°，成像分辨率高于1201p/mm，场曲值小于0.75mm，畸变仅为7.0％，色差小于3.5μm。结果证明，衍射光学元件的引入，有效地简化了系统，减小了重量和体积。
3.基于眼模型的台式眼底相机的光学设计。本设计实现了更大视场的眼底检测。结合摄影系统和照明系统的要求，重新设计了可容许大视场入射的接目物镜。将Gullstrand-Le Grand 眼模型加入到设计光路中，从Petzval 透镜组出发，经过将系统复杂化的优化过程，完成了摄影系统的设计。照明系统加入新设计的接目物镜重新优化，得到符合条件的环形光阑。此系统视场角为40°，成像分辨率高于1201p/mm，场曲值最大为0.32mm，畸变为5.0％，色差仅有较大视场（0.85视场以上）处超出了艾里斑，对成像质量影响不大。
4.CCD电路设计。为了匹配眼底相机高像素的成像要求，通过合适的芯片选择，自行设计了CCD摄像机的驱动电路和电压转换电路，具体包括 CCD 图像传感器模块、驱动模块、前端处理器模块和电源模块的电路设计。