曲面复眼成像系统的研究
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从苍蝇的复眼说起什么是复眼?复眼是昆虫和某些节肢动物的一种广泛存在的眼睛结构,它们通常包含几十个或几百个单眼,每个单眼都有自己的光学系统和感光器官。
复眼的形态和功能与人类和其他脊椎动物的眼睛迥然不同,但它们在昆虫的行为和生存中扮演着至关重要的角色。
苍蝇的复眼苍蝇是一种常见的两翅目昆虫,它们的复眼非常有名。
苍蝇的复眼通常由几千个六边形单眼组成,每个单眼称为ommatidium。
每个ommatidium有一个透镜、一个感光器官和一系列细胞,这些细胞可以感知光线并将其转换为神经信号,传递到苍蝇的大脑。
苍蝇的复眼中的单眼排列有规律,每个单眼都覆盖了一个面积。
这些面积相互重合,从而形成了苍蝇的复杂视觉系统。
由于复眼的特殊结构,苍蝇可以感知和处理来自多方向的光线,因此它们对运动和光的变化有很敏锐的感知能力。
这种视觉系统使得苍蝇能够在空中捕食猎物、避免障碍物和完成其他复杂的任务。
复眼的进化昆虫的复眼最早出现在石炭纪末期,大约是3亿2千万年前。
最初的复眼可能只有几个单眼,但是随着时间的推移,单眼数量逐渐增多,并且开始出现一些复杂的结构。
这表明复眼已经成为昆虫进化的关键一环。
复眼的进化可能与昆虫对不同光谱的光线的感知有关。
不同类型的单眼可以分别感知不同波长的光线,从而创建出更加丰富和复杂的视觉画面。
复眼中心的单眼通常较大,可以感知周围的物体,而边缘的单眼较小,可以感知远处的物体。
复眼的进化也可能与昆虫对生存环境的适应有关。
例如,有些昆虫在寻找食物或伴侣时需要依靠视觉,因此复眼可以帮助它们更有效地完成任务。
复眼与工程复眼的特殊结构和功能一直吸引着科学家和工程师的注意。
复眼的透镜和感光器官可以为昆虫提供完整的视觉画面,而同时保持了昆虫眼球轻盈小巧的体积。
这样的设计也吸引了人类工程师的注意,在机器视觉和光学领域探索着更加轻便、生物学和智能的图像传感器和成像系统。
复眼的结构和功能还启发了设计新型软件算法,这些算法可以处理昆虫所使用的独特视觉信号。
第12卷 第4期2019年8月 中国光学 ChineseOptics Vol.12 No.4 Aug.2019 收稿日期:2018 12 12;修订日期:2019 01 27 基金项目:吉林省科技发展计划项目(No.20170309001GX);吉林省重点科技研发项目(No.20180201043GX)SupportedbyJilinProvinceScienceandTechnologyDevelopmentPlanProject(No.20170309001GX);JilinProvinceKeyTechnologyR&DProject(No.20180201043GX)文章编号 2095 1531(2019)04 0880 08仿生复眼系统的子眼安装孔对准误差检测方法张 广1,王新华1,2,李大禹1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.吉林大学计算机科学与技术学院,长春130012)摘要:仿生复眼系统是一种多子眼拼接的大视场高分辨率成像系统,由一级同心物镜和二级子眼镜头阵列组成。
为实现大视场无缝隙拼接成像,必须严格保证所有子眼镜头的光轴与同心物镜球心的对准误差在光学设计允许的公差范围内。
首先,基于PSM(pointsourcemicroscope)定位仪的自准直原理确定PSM的基准参考零位,然后通过转接器将PSM分别固定在所有子眼镜头安装孔中,计算经同心物镜反射后像点质心位置与子眼安装孔轴线对准误差的几何关系式,最后用Lighttools软件仿真检测光路并对所有安装孔对准误差进行检测。
实验结果表明:所有安装孔轴线与同心物镜球心的对准误差均小于30μm。
满足光学设计中子眼镜头光轴与同心物镜球心对准误差小于50μm的公差要求,从而保证了仿生复眼成像系统大视场高分辨率无缝拼接影像的获取。
关 键 词:仿生复眼;大视场;高分辨率;自准直;对准误差中图分类号:TH741 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20191204.0880Alignmenterrordetectionmethodofsub eyemountingholeforbioniccompoundeyesystemZHANGGuang1,WANGXin hua1,2,LIDa yu1(1.ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;2.CollegeofComputerScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130012,China)Correspondingauthor,E mail:zhangguang0920@163.comAbstract:Thebioniccompoundeyesystemisamulti sub eyeimagingsystemwithlarge fieldandhigh resolu tion,whichconsistsofamonocentricobjectivelensandsub eyelensarray.Inordertoachievelarge fieldseamlessstitchingimages,itmustbestrictlyensuredthatthesub eyeopticalaxesareproperlyalignedtothecenterofmonocentricobjectivelenssuchthatthealignmenterroriswithinthetolerancesoftheopticaldesign.Copyright©博看网 . All Rights Reserved.First,thereferencezeropositionofPSMwasdeterminedbasedontheauto collimationprinciple.ThenthePSMwasfixedtoallthesub eyemountingholeswiththeadapter.Ageometricequationfortherelationshipbetweenthedistanceofimagecentroidafterreflectionbythemonocentricobjectivelensrelativetotherefer encezeropointandthealignmenterrorofthesub eyemountingholeswascalculated.Finally,theopticalde tectionsystemwassimulatedwithLighttoolsandthealignmenterrorsofallthemountingholesweredetected.Experimentalresultsindicatethatthealignmenterrorsofallthemountingholesarelessthan30μm.Itcansatisfytheopticaltolerancerequirementsoflessthan50μm,whichensurestheacquisitionoflarge fieldandhigh resolutionseamlessstitchingimagesofbioniccompoundeyeimagingsystems.Keywords:bioniccompoundeye;large field;high resolution;auto collimation;alignmenterror1 引 言 随着光学成像技术的不断发展,实现大视场和高分辨率的信息收集与记录一直是光电成像系统追求的目标。
复眼阵列用于光学数字投影仪的均匀照明导言在数字投影仪的设计中,当我们要显示数字光源均匀辐射的一张照片或者一段视频的时候,我们希望投射在屏幕上相应的图片也是均匀辐射的。
为了达到投影图像照度的均匀性,我们需要有一个空间光调制器,比如均匀照明的LCD板。
由于从灯光装配处发出的光源的发光剖面是一个典型的高斯类型的发光剖面,所以空间光调制器平面不能由光源直接得到。
我们必须设法使发光剖面“消高斯型”,或者在空间域把它从不均匀转化为均匀的发光剖面,这可以通过一对复眼阵列排列的空间光线调制器来实现,现在我们就通过本文介绍,来看一下这些设置是怎样工作的。
什么是复眼阵列?复眼阵列就是一个用各独立光学元器件的二维阵列组合成一个单独的光学元件,它用来完成光线在照明板上由不均匀分布到均匀分布的空间转换。
在使用复眼阵列的数字投影仪上,它们几乎总是和具有可提供半准直光的抛物面镜的灯具装配一起应用。
就目前来看,在照明领域,它们主要应用在LCD数字投影仪灯光引擎上,用来把空间均匀光传递到空间光调制器光照面上。
复眼阵列从上图中可以看出来。
这幅图是由In Vision友情提供的,详情请查看网址www.in-vision.at。
阵列中每一个独立的光学元件的形状可以是长方形或矩形的,而它们的表面形状可能是球形或有一定的变形(垂直和水平方向上具有不同的光强),通常光焦度只分布在阵列的一面,另一面往往是平的。
根据在ZEMAX软件中模拟这些元件,或许最简单的方法就是使用物体类型Lenslet Array1,它包含一排矩形物体,每一个矩形物体都有一个扁平的前表面和一个用户自定义数量的重复性弯曲表面。
阵列表面可以是平面,球面,圆锥面或多项式非球面;或者说一个球形的、圆锥形的或多项式非球面形的复曲面。
这样,在定义、优化阵列中透镜元件的精确表面时就有了很好的灵活性。
上图为我们展示的是一个单独的Lenslet Array 1物体,它由矩形透镜7 x 5阵列组成,每一个矩形透镜其实是球形透镜的矩形区域。
猫头鹰白天常是一眼闭一眼张,对眼前的一切熟视无睹,夜间在暗弱的光线下飞行,能看到离地面几尺的老鼠。
蝙蝠是睁眼瞎子,它在飞行中不断从口、鼻里发出高频率的超声波,超声波遇到障碍和猎物以后反射回来,被它的耳朵所吸收,它是用“耳朵”来代替眼睛的。
鲨鱼是近视眼,它用嗅觉灵敏的鼻子,对猎物进行气味追踪,搜捕猎物,它是用鼻子来代替眼睛的。
夜间活动的壁虎,眼睛十分敏锐,在微光下能看到虫子在活动。
猫眼早晚像枣核,中午眯成线,夜里像满月,这是光线照射的关系。
兔子的眼睛长在头部两侧,可以看到前面、后面、空中的敌人。
蜥蜴类动物捕物时一只眼睛可上可下,能左能右,时前时后,探测着捕捉猎物的最佳途径,另一只眼睛则盯住目标不放。
水中没有灰尘,所以鱼没有眼皮,也难判断它是醒着还是睡着。
鲮鱼的眼皮是透明的,盖住眼睛,仍能看清水中的一切。
海豹在海底,瞳孔放大,回到陆上,瞳孔收缩,眼力都很好。
比目鱼长期侧卧在海底,下面那只眼睛向上移动,与上面那只并列了。
蜘蛛有八只眼睛,同时活动,才能看得清东西和判断距离。
苍蝇的复眼是4000个小眼组成的,头颈转动,四面看得清楚。
蜻蜓的眼睛由2.8万个小眼组成的复眼,小眼汇集成完整的形象。
鹰的眼睛立体感较强,在几百米高空能看到地面上的猎物。
青蛙的眼睛,对静体的物体视而不见,对运动着的昆虫,看得清清楚楚,百发百中。
蟹的眼睛能伸能缩,弄断一只,又能长出新的来。
动物的眼睛,千奇百怪,真的十分有趣。
能再生的眼睛:螃蟹的眼睛能够再生。
它的眼球下面连着一根眼柄,能伸能缩,运动自如。
如果坏了一只眼球,眼柄上又能长出新的来;如果把眼柄切断,眼窝里还能长出触角,以弥补缺眼的不足。
数目最多的眼睛:蜻蜓的两只大复眼由近3万只小眼组成。
复眼内上半部的小眼专看远处的物体,下半部的小眼专看近处的物体。
除了复眼外,蜻蜓头上还长有3只单眼专门负责前方的目标。
看得最全面的眼睛:蜘蛛的8只眼睛分别长在头部的前方和左右两侧,互相配合,几乎可以同时在360度的空间里准确察知物体的形态。
螳螂虾视觉成像的特点及其仿生技术研究综述张旭;金伟其;裘溯【摘要】The mantis shrimp has the most complex eyes in the animal kingdom, its visual system has 16 types of different photoreceptors and the ability to detect and analyze the visible light, ultraviolet light, linear polarized and circular polarized light. The mantis shrimp’s visual system provides a model to design better imaging device. At present, bionic mantis shrimp visual imaging technology is at the initial stage and has broad applied prospects. This paper reviews the research progress of mantis shrimp’s visual characteristics and bionic techniques both in China and abroad, analyzing the mantis shrimp’s visual imaging advantages and pointing out the prospects of bionic mantis shrimp’s visual imaging technology.%螳螂虾是目前发现的拥有世界上最复杂眼睛的动物,其视觉系统有16种不同的光感受器类型,能够探测并分析可见光、紫外光、线偏振光以及圆偏振光。
基于UVLED光源的平行光曝光设备开发分析发布时间:2023-02-07T03:13:54.797Z 来源:《中国电业与能源》2022年9月17期作者:吴清清[导读] 本文主要研究紫外线平行光曝光设备,此类设备主要由光源组件和光源系统组成。
吴清清珠海紫翔电子科技有限公司 519060摘要:本文主要研究紫外线平行光曝光设备,此类设备主要由光源组件和光源系统组成。
在光源组件方面,主要由六个部分组成,六个部分相互配合才可发挥出自身作用。
其中涉及到的电路板需要安排在基座上,电路板上还需设置LED芯片,LED芯片中应该应用光学透镜。
但是在研究过程中,需要将光学透镜和LED芯片之间的距离结合实际需要进行调整处理,此时将上述组件和系统应用在平行光曝光设备中,可以让其自身能力高于传统光源。
由于传统设备自身损耗较大,并且后期维护的成本较高,主要形成此类特点的原因是自身组成部分问题,此类问题与现代节能环保需求不匹配,因此需要对其进行改进,从而达成绿色环保需要。
关键词:UVLED光源;平行光曝光设备;开发引言:UVLED光源的平行光曝光设备的开发是新一代环保紫外线光源,此类光源应用领域较为广泛,因此也成为了现代设备革命性的变化。
在UVLED光源的平行光曝光设备设计过程中,需要结合光学的特性进行分析,尽可能选择符合UVLED光源的系统,才可提高利用率,最终满足光照的均匀性,从而改变传统设备结构中的弊端,并且让其整体结构简化,此类设计元件可以达到直接安装的需求。
紫外线平光曝光设备中所选择的光源为高压球形汞灯,此类光源寿命比定义上的时间要少,主要是预热环节、生产过程中持续亮灯造成的灯泡消耗和电力能源的浪费,同时由于自身的特殊性,长期使用还会造成涂层方面的破坏。
为了控制热量问题还需安排冷却系统,此时整体能耗逐步加大,因此现已不符合当下社会节能减排发展需求,也具备一定局限性,所以需要对其进行创新。
一、UV-LED光源替代传统紫外线光源的优势和特点(一)优势UV-LED光源是一种紫外光LED二极管,此类设备波长最长可以达到450nm,表面所形成光源可以达到发光的需求,此时结合实际需要可以根据工艺要求发出连续、频繁启动/关闭紫外线的需求。
用于DLP投影系统的自由曲面TIR准直透镜设计刘雁杰;惠彬;李景镇;丁金妃;朱天龙【摘要】In order to improve the collimation efficiency of illumination system of DLP projector and simplify the optical path, a free-form TIR lens is used as the collimating component. The coordinates of profile curve of the transmitting part and total reflecting part are calculated by Matlab according to the Snell's law and iterative method at first. Then the TIR lens model is established with Pro/E. The ideal point source and surface source are also used to do t he simulation. The view angle is collimated to±7°by the TIR lens. Finally, the suitable parameter of TIR lens is set according to DMD chip and LED source. The final uniformity of DLP illumination is about 90%, which can meet the related standard.%为了提高 DLP 投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路,采用一种自由曲面的 TIR透镜作为 DLP 投影照明系统的准直器件.首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系,并采用迭代的方法使用 Matlab 软件计算出母线上各个点的坐标并绘制出曲线图形,然后利用Pro/Engineer对TIR准直透镜进行建模得到TIR准直透镜的模型.分别用理想点光源和扩展光源进行模拟,经过TIR透镜准直后光束发散角在±7°以内,并根据选用的DMD芯片和LED光源选择合适的TIR透镜参数,建立DLP投影照明系统后进行模拟仿真,最终均匀度达到了90%,满足了投影照明系统的需求.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2015(037)007【总页数】6页(P582-587)【关键词】自由曲面;DLP;投影照明;准直透镜;光学设计【作者】刘雁杰;惠彬;李景镇;丁金妃;朱天龙【作者单位】深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060;深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060;深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060;深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060;深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060【正文语种】中文【中图分类】TN321.8现代投影技术按照投影显示芯片的不同可以分为LCD投影技术、LCOS投影技术和DLP投影技术。
复眼的解释及造句导读:复眼拼音【注音】:fuyan复眼解释【意思】:昆虫主要的视觉器官,由许多六角形的小眼构成,例如蚂蚁一个复眼由50个小眼构成。
复眼造句1、蜘蛛的眼睛是单眼,而不是像昆虫那样特有的复眼。
2、果蝇眼睛的结果,和许多其他昆虫的眼睛一样,被称为复眼,这是生物界最精确地组织形式。
3、这就说明苍蝇必须整合来自复眼的视觉信息和来自脚下的触觉信息,并根据这些信息,在起飞逃跑前将身体调整到最佳姿势。
4、蚂蚁能成群结队地穿过田野,并在田野上找到上佳食物,仿佛它们就是一只巨大的复眼。
5、它们头部有一对大复眼,它们有三对脚。
6、复眼是高等甲壳动物重要的光感受器,对甲壳动物的生理和行为具有重要的影响。
7、用光镜研究了日本沼虾胚胎及幼体复眼外形和组织结构发育过程。
8、用激光笔照射一只苍蝇的复眼。
9、与传统曲面复眼结构不同,提出了在曲面基底上设计非均一微透镜阵列的构想。
10、它们的单传感器复眼群不露出丝毫感情,双肩上架设的孪生炮让他们看来战无不胜。
11、它们的头部有触角和复眼吗?12、东方扁虾胚胎复眼的色素斑随胚胎发育的进程而增大。
13、昆虫(如家蝇)的复眼实际上是一束丝状的锥形光学纤维丝束。
14、本文根据复眼的视觉机制和自聚焦透镜的成象原理,对运动目标进行了成象与测定实验。
15、从形态学、生理学、光学、仿生学和计算机模拟、分子生物学等方面对昆虫复眼研究的现状进行了简要综述。
16、科博克人是一个昆虫形种族,皮肤呈黄绿色,前臂带尖刺,头上有三只复眼。
17、在相同条件下,棉铃虫复眼表现出更强的敏感性;18、本文就果蝇复眼病变图像识别的自动调焦技术进行了系统的研究。
19、复眼在现生的节肢动物如昆虫中非常常见,这些复眼对运动的物体非常敏感,对于一些食肉的三叶虫来说这种相似的构造非常重要。
20、它吃飞蛾、蜂和蚊子。
它有由28000只小眼睛组成的一个对复眼。
21、本文还讨论了憎黄虻复眼角膜透镜的作用以及该复眼对视觉信憎黄息抽样方式与适应状态的关系。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net第14卷 第3期2006年6月
光学精密工程
OpticsandPrecisionEngineering
Vol.14 No.3
Jun.2006
收稿日期:2006202228;修订日期:2006204205.
基金项目:国家自然科学基金(No.60577004)。
文章编号 10042924X(2006)0320346205
曲面复眼成像系统的研究
张红鑫1,2,卢振武1,王瑞庭3,李凤有1,刘 华1,2,孙 强1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,吉林长春130033;
2.中国科学院研究生院,北京100039;3.吉林大学数学学院,吉林长春130022)
摘要:研究了两种曲面复眼成像系统,并首次将曲面场镜阵列引入曲面复眼成像系统,使其边缘视场的成像质量进一步提高,视场角进一步加大。进行了成像系统的建模以及光线追迹,两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9mm×0.9mm×0.5mm和0.9mm×0.9mm×0.75mm。文中给出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。关 键 词:复眼成像系统;视场角;曲面微透镜阵列;光刻中图分类号:TH703 文献标识码:A
StudyoncurvedcompoundeyeimagingsystemZHANGHong2xin1,2,LUZhen2wu1,WANGRui2ting3,LIFeng2you1,LIUHua1,2,SUNQiang1(1
.StateKeyLaboratoryofAppliedOptics,ChangchunInstituteofOptics,Fine
MechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;2.GraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences,Beijing100039,China;
3.CollegeofMathematics,JilinUniversity,Changchun130012,China
)
Abstract:Twokindsofcurvedcompoundeyeimagesystemswerestudied.Itisthefirsttimethatacurvedfieldlensarraywasintroducedintothecurvedcompoundeyeimagesystemtoimprovetheim2agequalityofthemarginalFieldofView(FOV)andenlargetheFOV.ThemodelofaimagesystemwasdesignedandtheraytracewascompletedbasedthesoftwareLIGHTTOOLS.TheFOVsofthetwosystemsare60°and88°;thevolumeare0.9mm×0.9mm×0.5mmand0.9mm×0.9mm×0.75mm,respectively.Thelithographytechniquetofabricatethecurvedmicrolensarrayonthecurvedsubstratebyusinglaserdirectwritingsystemwasalsogiven.Keywords:compoundeyeimagingsystem;FieldofView(FOV);curvedmicrolensarray;lithography
1 引 言 随着光学成像系统应用领域的扩展,人们对其要求也不断提高,如智能武器的光学传感器、机器人视觉和微型飞行器等期望光学系统的质量更轻、体积更小、视场角更大以及对运动物体更敏感等,显然,目前我们广泛使用的单孔径光学系统已© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
经无法同时满足上述要求。生物界中昆虫复眼的光学结构可以通过多个小眼把视场分隔为若干部分分别成像,然后经过对各个像的接合,形成最后完整的像。这样的系统分辨率比较低,但是它有质量轻、体积小、视场大以及对运动物体敏感等优点。受到昆虫复眼的启发[123],有人陆续提出过一些仿生复眼的光学系统[427],但受制作工艺的限制,有关人工复眼的研究仍然停留在平面系统的水平上,这无疑丧失了复眼的许多优点,例如复眼的大视场特性显然受到了很大的限制。本文研究了两种曲面复眼成像系统:单层曲面复眼成像系统和三层曲面复眼成像系统。在三层曲面复眼成像系统中,首次引入了曲面场镜阵列,使系统的边缘视场成像质量进一步提高,视场角进一步加大。文中给出了这两种曲面复眼成像系统的实例,并用LIGHTTOOLS软件进行建模和光线追迹。两种结构的视场角分别达到60°和88°,整个系统的体积分别为0.9mm×0.9mm×0.5mm和0.9mm×0.9mm×0.75mm。最后还对曲面微透镜阵列的制作工艺进行了初步讨论,提出了用激光直写设备在曲面基底上进行光刻来制作曲面微透镜阵列的方法。2 曲面复眼成像系统的结构及其工作原理 曲面复眼成像系统的工作原理是将物空间分为若干个小视场,每个成像通道对应一个小视场,将这个小视场的像成在像面上,在像面上得到由多个小像组合而成的完整物空间的像。该系统的工作原理与生物界中昆虫复眼的工作原理十分相似,昆虫复眼的每一个小眼相当于这里的每一个成像通道,各个通道也像昆虫小眼那样沿球面分布。最简单直观的曲面复眼成像系统由一层曲面分布的微透镜阵列组成,每一个微透镜相当于一个小眼,构成了一个成像通道。图1为单层曲面复眼成像系统示意图。这种结构与昆虫复眼的形态很相似,工作原理也完全一样。由于目前的探测器绝大多数是平面结构,所以对单层曲面复眼成像系统来说,边缘视场的成像质量会大大下降。为了提高边缘视场的成像质量,使整个系统的视场进一步扩大,我们引入一个曲面场镜阵列得到三层曲面复眼成像系统。
图1 单层曲面复眼成像系统Fig.1 Single2layercurvedcompoundeyeimagesystem
图2为三层曲面复眼成像系统示意图。它由周期不同的三层曲面分布的微透镜阵列组成,
上下相对应的三个小透镜组成了一个成像通道,
分别对相应的视场范围进行成像。中间一层微透镜阵列的作用与场镜相似,可以将这里的离轴光线改变方向传播到下面的微透镜阵列上。
图2 三层曲面复眼成像系统Fig.2 Three2layercurvedcompoundeyeimagesystem
3 曲面复眼成像系统的设计与分析 在曲面复眼成像系统中,各个成像通道的成像质量由相对应的微透镜决定,由于微透镜的尺寸很小,所以每个成像通道的数值孔径很小,分辨率不高。另外,在实际制作中,微透镜阵列是位于玻璃基底之上的,相对于尺寸很小的透镜来说,玻璃基底的厚度对系统的影响不可忽视。为了进一步了解曲面复眼成像系统的成像情况和曲面场镜阵列对整个系统的影响,采用了LIGHTTOOLS
软件对以上两种不同的结构分别设计实例模型,
并且进行光线追迹。图3是单层曲面复眼成像系统模型,材料为Schott—BK7玻璃。选取了中间一列的6个透镜构成的6个成像通道对其所对应的主视场进行光
743第3期
张红鑫,等:曲面复眼成像系统的研究© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net图3 单层曲面复眼成像系统模型Fig.3 Modelofsingle2layercurvedcompoundeyeimagesystem
图4 单层曲面复眼成像系统的结构参数Fig.4 Parametersofsingle2layercurvedcompoundeyeimagesystem
线追迹,各个参数如图4中所示:
图4中,各个参数的取值如下:r0=0.2mm、R0=1.435mm、h0=0.011mm、d0=0.079mm、
l0=0.359mm。其中,r0为小透镜的曲率半径;R0为基底外侧曲率半径;h0为小透镜的矢高;d0
为基底厚度;l0为对0度视场成像的小眼下面的
基底内侧与探测器之间的距离;两小眼之间的夹角a0=6°。
图5 单层曲面复眼成像系统光线追迹Fig.5 Raytraceofsingle2layercurvedcompoundeyeimagesystem
此系统的视场角达到60°,光线追迹的结果如图5所示。可见,单层曲面复眼成像系统虽然结构简单,但是受到平面探测器的限制,系统边缘
视场的成像质量大大下降,这样也阻碍了整个系统视场的进一步扩大。为了解决这个问题,我们引入一个曲面场镜阵列,得到三层曲面复眼成像系统。图6是三层曲面复眼成像系统模型,材料为Schott—BK7玻璃。我们选取每层中间一列的6个透镜构成的6个成像通道对其所对应的主视场进行光线追迹,各个参数如图7中所示:
图6 三层曲面复眼成像系统模型Fig.6 Modelofthree2layercurvedcompoundeyeimagesystem
图7 三层曲面复眼成像系统的结构参数Fig.7 Parametersofthree2layercurvedcompoundeyeimagesystem
图7中,各个参数的取值如下:r1=0.2mm、r2=0.06mm、r3=0.03mm、R1=1.435mm、R2
=0.995mm、R3=0.837mm、h1=0.011mm、h
2
=0.015mm、h3=0.013mm、d1=0.079mm、d
2
=0.045mm、d3=0.017mm、l1=0.359mm、l
2
=0.113mm、l3=0.087mm。其中,r1、r2、r
3
为
三层微透镜阵列每一层的小透镜曲率半径;R1、R2、R3为三层基底每一层的外侧曲率半径;h1
、
h2、h3
为三层微透镜阵列中每一层小透镜的矢
高;d1、d2、d3为三层基底每一层的厚度;l1、l2、
843 光学 精密工程 第14卷