仿生復(fù)眼的光學(xué)設(shè)計(jì)與模擬仿真.pdf

1、仿生復(fù)眼作為一種新型的光學(xué)成像系統(tǒng),具有成像視場角大、體積小、重量輕、靈敏度高等特點(diǎn)。隨著超精密加工工藝的不斷發(fā)展,設(shè)計(jì)合理的仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)對于仿生復(fù)眼系統(tǒng)的加工以及應(yīng)用至關(guān)重要。本文設(shè)計(jì)了三種不同結(jié)構(gòu)的仿生復(fù)眼成像系統(tǒng),詳細(xì)的探討了這三種結(jié)構(gòu)的成像原理以及光學(xué)特性,給出三種仿生復(fù)眼系統(tǒng)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。通過光學(xué)軟件對所設(shè)計(jì)的復(fù)眼結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬仿真,驗(yàn)證了其成像特性。
　　本文的主要工作:
　　1、對平面型仿生復(fù)眼系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的分

2、析與探討,通過分析與計(jì)算,得到了整體厚度為2.4mm的平面型仿生復(fù)眼系統(tǒng)。通過加入孔徑光闌與視場光闌的方式消除了串?dāng)_的產(chǎn)生,利用非球面透鏡代替球面透鏡來提高子眼的成像質(zhì)量。最后利用光學(xué)軟件進(jìn)行光線追跡來驗(yàn)證平面仿生復(fù)眼的成像原理與特性。
　　2、針對平面復(fù)眼視場角較小的缺點(diǎn),提出了一種曲面仿生復(fù)眼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)了一套外側(cè)曲面復(fù)眼系統(tǒng),通過軟件模擬以及實(shí)驗(yàn)分析,得到這種系統(tǒng)的視場角可達(dá)到60°。為了進(jìn)一步擴(kuò)大視場角,提出了內(nèi)側(cè)曲面復(fù)眼透

3、鏡,詳細(xì)的分析了其成像原理,通過光線追跡證明內(nèi)側(cè)曲面復(fù)眼的視場角明顯大于外側(cè)曲面復(fù)眼的視場角,視場角增大了近50％左右。
　　3、提出了一種多層曲面復(fù)眼系統(tǒng),通過七個(gè)子眼通道實(shí)現(xiàn)了180°的大視場成像,并且改善了曲面復(fù)眼由于增大視場而帶來的成像質(zhì)量下降的問題。詳細(xì)的分析了子眼視場角與子眼間光軸夾角對系統(tǒng)成像盲區(qū)與視場利用率的影響。通過分析對比,得到了當(dāng)子眼視場角為68.5°,相鄰子眼光軸間夾角為63.8°時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的盲區(qū)降到1%