昆虫复眼的仿生研究进展(2)

昆虫复眼的仿生研究进展

增刊徐琰,等: 昆虫复眼的仿生研究进展

成并列型复眼和重叠型复眼,而重叠型复眼又包括光学折射重叠、神经重叠和光学反射重叠三类,所以复眼总共可分为四大类:并列型复眼、光学折射重叠复眼、神经重叠眼和光学反射重叠眼,不同类型复眼的成像原理[5]如图2所示。

不同类型的复眼的网膜像形成方式不同,而不同的成像方式在某些条件下又可以相互转变,详细情况见文献[6]

。

孔径的各个像元在成像面上重新!镶嵌 成目标像。 3.2 重叠型复眼的仿制

重叠型复眼也可以通过在玻璃胶片上紫外线光刻印刷进行仿制,但它与并列型复眼的成像原理不同,所以结构也很不相同。其成像原理如图4(a)所示,它由三层透镜阵列和成像面传感器组成,第一阵列的每个通道只对一定角度范围内的目标进行成像,第二阵列孔径的大小决定了各个像元的交叠程度,然后利用第三阵列对各个像元进行空间合并,在成像面将得到一个独立的正像。图4(b)就是通过光刻技术仿制并进行集成包装的侧面示图。对于重叠型复眼,为了矫正由斜入射光引起的色散,通常将透镜按一定参数制成椭圆形[9],而不是常见的圆

[8]

图2 不同类型复眼成像原理图解

形透镜,如图4(c)

所示。

3 复眼的人工仿生

大量证据表明,昆虫复眼不论在结构上还是在功能上都是非常巧妙的,因此复眼仿生学为科学研究提供了许多新的方法和思路。

复眼里小眼的仿生问题已经基本上解决了,人们已能从熔盐法或双坩埚法制作自聚焦玻璃纤维或者通过胶片紫外线光刻印刷方法,制成微透镜。抛物线形折射率分布的圆柱形微透镜的光学性质已有理论总结,圆锥形微透镜的理论计算公式也已公布,因此可以设计并仿制昆虫复眼系统。 3.1

并列型复眼的仿制

并列型复眼的仿制是在一块很薄的玻璃胶片上利用紫外线进行光刻印刷,将玻璃的一面刻成微透镜阵列,另一面刻成孔径阵列。玻璃的厚度与透镜在玻璃中的焦距是相关的,通过对孔径位置的调整就能实现每个小眼通道的不同视角。图3(a)是并列型复眼的侧截面图,其中 是相邻小眼之间的夹角,D是微透镜的直径,L是薄玻璃的厚度。

(b)复眼的前端示图

[7]

图4

3.3 仿制单孔径眼与复眼性能比较

各种类型的仿制眼都有其优点和缺点,它们的性能比较见表1。

表1 仿制单孔径眼与复眼的性能比较

特征F/#成像系统的长度

放大倍率分辨率敏感度视场

单孔径眼

低#4mm低高高小一个完整像(经典原理)

重叠型复眼

高0.5-3mm

高低低大一个完整像(光学合并)

并列型复眼

低0.05-1mm

低低高大能通过孔径的图案

(a)并列型复眼的侧截面图

成像信息

3.4 改进复眼分辨率的方法

通过上面比较可看出:仿复眼具有同昆虫复眼一样的大视场、高时间分辨率、高敏感性等特性,但其空间分辨率都很低[10,11]。如何提高仿复眼的成像分辨率成为复眼仿生的一个重要问题,以下提出几个改进复眼分辨率的方法:

(1)对复眼分辨率影响最基本的因素就是相邻两小眼光轴的夹角 。从图3(a)可看出,由每个小眼的直径D和整个复眼的曲率半径R,可得D=R 。因为复眼的分辨率随着 的减小而增加,而小眼的敏感度随着直径D的增加而加强,从中可看出,只要加大复眼的曲率半径R,可同时获得分

图3

图3(b)是复眼的前端示图,从图中可看出,可以将微透镜的直径做的很小(可达到100 m)。

并列型复眼的每个小眼只在一个固定的小角度对目标的一小部分进行采样成像,然后将通过光学

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新高中教育昆虫复眼的仿生研究进展(2)全文阅读和word下载服务。