光学复眼

人工复眼研究进展

作者：肖啸

来源：《学园》2014年第25期

【摘 要】人工复眼成像系统具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点，在国防尖端装备和诸多民用领域有着良好的应用前景。本文对人工复眼结构的研究现状进行了介绍，并对其发展前景及趋势进行了展望。

【关键词】人工复眼 成像系统 微透镜阵列

【中图分类号】TH74 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）25-0014-02 目前，光学成像和探测系统被广泛应用于工业生产和日常生活中。与此同时，随着应用领域的拓展与应用市场的细分，对光学探测系统的性能提出了越来越高的要求，比如在军事、监测等方面，需要光学成像系统在满足大视场角的同时尚需小型化甚至微型化。而传统单孔径、单光轴成像系统满足大视场角要求是以牺牲系统体积和复杂性为代价，难以同时兼顾。近年来，受昆虫独特复眼结构的启发，国内外的一些学者已经开始进行了仿昆虫自然复眼的人工复眼研究工作。目前，一些人工复眼的研究成果已应用于雷达系统、微型飞行器、舰艇搜索与跟踪系统、精确制导武器、夜视设备、微型复眼相机、运动机器人等国防和民用领域中。本文对人工复眼的研究现状进行了综述，并展望了其发展前景。

一 生物复眼的基本类型

根据成像

人工复眼研究进展

作者：肖啸

来源：《学园》2014年第25期

【摘 要】人工复眼成像系统具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点，在国防尖端装备和诸多民用领域有着良好的应用前景。本文对人工复眼结构的研究现状进行了介绍，并对其发展前景及趋势进行了展望。

【关键词】人工复眼 成像系统 微透镜阵列

【中图分类号】TH74 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）25-0014-02 目前，光学成像和探测系统被广泛应用于工业生产和日常生活中。与此同时，随着应用领域的拓展与应用市场的细分，对光学探测系统的性能提出了越来越高的要求，比如在军事、监测等方面，需要光学成像系统在满足大视场角的同时尚需小型化甚至微型化。而传统单孔径、单光轴成像系统满足大视场角要求是以牺牲系统体积和复杂性为代价，难以同时兼顾。近年来，受昆虫独特复眼结构的启发，国内外的一些学者已经开始进行了仿昆虫自然复眼的人工复眼研究工作。目前，一些人工复眼的研究成果已应用于雷达系统、微型飞行器、舰艇搜索与跟踪系统、精确制导武器、夜视设备、微型复眼相机、运动机器人等国防和民用领域中。本文对人工复眼的研究现状进行了综述，并展望了其发展前景。

一 生物复眼的基本类型

根据成像

昆虫复眼的仿生研究进展

第32卷增刊Vol.32Suppl.

2006年8月OPTICALTECHNIQUEAugust 2006

光学技术

0010 03 文章编号:1002 1582(2006)S

昆虫复眼的仿生研究进展

徐琰,颜树华,周春雷,张军

对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。

关

键

词:生物光学;昆虫复眼;人工仿生

中图分类号:Q63 文献标识码:A

(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073)

摘 要:作为生物光学发展的一个重要部分,对昆虫复眼的研究越来越重要,从结构、分类、人工仿生及应用等方面

Advancesinbionicstudyoninsects compoundeyes

XUYan,YANShu hua,ZHOUChun lei,ZHANGJun

(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha 410073,China)

Abstract:Asoneimportantpartofbiologicalopticstheresearchoninse

苍蝇我们随处可见，一只一只的苍蝇在你头顶盘旋，你们一定很厌烦，但是我却发现了一个很特别的秘密。

每年夏天都是苍蝇们的诞生季，在窗外，一只苍蝇悄悄地飞入我的房间，我瞄见，赶紧把窗户锁牢，以免其它苍蝇飞入。只见那只苍蝇在我的屋内灵巧地飞了一圈，发出嗡嗡”声，随后便像滑翔机一样慢慢地落在了我的手臂上，我仔细观察了一下，它和别的苍蝇没什么两样。心想：你敢到我的手上来撒野！”便一个巴掌拍了下去，不可思议的事发生了，它竟然躲过了。

我气急败坏地想：它怎么能看见我的手？难道是我吱声了？还是它第六感太强？成堆成堆的问题在我脑海中迸了出来，我便冲着这个问题去破案。

为了找到真正的答案作文，我不得不再试几次。第一次，我把手放在了它的面前，它飞走了。可这并不稀奇，它当然看的见。第二次，我用手挡住了它的退路，它又飞快溜了。最后一次，我把乎做成C”字形从它的后面逐渐靠近它的后背，它丝毫没有察觉，再近一些，更近一些了！苍蝇还是迅雷不及掩耳之势逃出了我的五指山”。

多次实验后，我终于知道苍蝇有一对复眼，可以看见许多不同影像。人们便仿制了蝇眼透镜”是用几百或者几千块小透镜制成的，用它制作镜头可制成蝇眼照相机”一

昆虫复眼的仿生研究进展

第32卷增刊Vol.32Suppl.

2006年8月OPTICALTECHNIQUEAugust 2006

光学技术

0010 03 文章编号:1002 1582(2006)S

昆虫复眼的仿生研究进展

徐琰,颜树华,周春雷,张军

对昆虫复眼的研究近况进行了综述,并展望了其发展趋势。

关

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词:生物光学;昆虫复眼;人工仿生

中图分类号:Q63 文献标识码:A

(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙 410073)

摘 要:作为生物光学发展的一个重要部分,对昆虫复眼的研究越来越重要,从结构、分类、人工仿生及应用等方面

Advancesinbionicstudyoninsects compoundeyes

XUYan,YANShu hua,ZHOUChun lei,ZHANGJun

(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha 410073,China)

Abstract:Asoneimportantpartofbiologicalopticstheresearchoninse

2-1 一个直径为20mm的玻璃球，折射率为1.53，球内有两个小气泡，看起来一个恰好在球心，另一个在球表面和中心之中间，求两气泡的实际位置。

提示：将玻璃球的表面看作一个折射球面，球内气泡为物，眼睛看到的是气泡经球面折射所成像。

2-2 一平行细光束垂直入射在曲率半径为100mm的玻璃半球的平面上，试求在下列情况下光束会聚点的位置：（1）球在空气中；（2）球浸在水中。假设水和玻璃的折射率分别为4/3和3/2。

提示：由于平行光垂直于半球的平面入射，故该平面的折射可不于考虑。将半球看作一个折射球面，物方为玻璃，像方为空气或水，求出该光具组的像方焦点，即光束会聚点。

2-3 一玻璃球半径为R，折射率为n，若以平行光入射，问当玻璃的折射率为何值时，会聚点恰好落在球的后表面上？

提示：物方介质（空气）折射率等于1，像方焦距等于玻璃球的直径。

2-4 一个实物放在曲率半径为R的凹面镜前的什么地方，才能成横向放大率为：（1）4倍的实像，（2）4倍的虚像？

提示：凹面镜的焦距为正，且等于其曲率半径的一半；物、像方焦点重合，且位于曲率中心到顶点之间的中点。

2-5 一平面物在凹球面镜前310mm时成实像于镜前190mm处；若物为虚物并且在

4、有一双平面镜系统，光线以与其中的一个镜面平行入射，经两次反射后，出射光线与另一镜面平行，问二平面镜的夹角为多 少？

7、一个折反射系统，以任何方向入射并充满透镜的平行光束，经系统后，其 出射的光束仍为充满透镜的平行光束，并且当物面与透镜重合时，其像面 也与之重合。试问此折反射系统最简单的结构是怎样的。

8、一块厚度为15mm的平凸透镜放在报纸上，当平面朝上时，报纸上文字的虚 像在平面下10mm处。当凸面朝上时，像的放大率为β＝3。求透镜的折射 率和凸面的曲率半径。

9、有一望远镜，其物镜由正、负分离的二个薄透镜组成，已知f1’=500mm, f2’=－400mm, d=300mm，求其焦距。若用此望远镜观察前方200m处的物体时，仅用第二个负透镜 来调焦以使像仍位于物镜的原始焦平面位置上，问该镜组应向什么方向移动多少距离， 此时物镜的焦距为多少？

10、已知二薄光组组合，f’=1000，总长（第一光组到系统像方焦点的 距离） L=700，总焦点位置lF’=400, 求组成该系统的二光组焦距 及其间隔

12、有一焦距140mm的薄透镜组，通光直径为40mm，在镜组前50mm处有一直径为30mm的 圆形光孔，问实物处于什么范围时，光

第三章 光现象

一、光源：自身能发光的物体叫做光源。光源可分为

1、天然光源（水母、太阳、恒星）

2、人造光源（灯泡、火把）;注意：电影屏幕不是光源，而正在播放的电视机屏幕是光源。 二、光的色散：（牛顿）

1、太阳光通过三棱镜后，依次被分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色，这种现象叫色散；（牛顿）

2、白光是由各种色光混合而成的复色光； 3、天边的彩虹是光的色散现象；

4、色光的三原色是：红、绿、蓝；其它色光可由这三种色光混合而成，白光是红、绿、蓝三种色光混合而成的；世界上没有黑光。

5、透明体的颜色由它透过的色光决定（什么颜色透过什么颜色的光）；不透明体的颜色由它反射的色光决定（什么颜色反射什么颜色的光，吸收其它颜色的光，白色物体反射所有颜色的光，黑色物体吸收所有颜色的光）

例：一张白纸上画了一匹红色的马、绿色的草、红色的花、黑色的石头，现在暗室里用绿光看画，会看见黑色的马，黑色的石头，还有黑色的花在绿色的纸上，看不见草（草、纸都为绿色）

三、看不见的光：

1、红外线：红外线位于红光之外，人眼看不见；

（1）一切物体都能发射红外线，温度越高辐射的红外线越多； （2）红外线穿透云雾的本领强（遥控

1-1. 在杨氏双缝实验中，设两缝之间的距离为0.2 mm，在距双缝远的屏上观察干涉条纹，若入射光是波长为400 nm至760 nm的白光，问屏上离零级明纹20 mm处，那些波长的光最大限度地加强？

1-2. 薄钢片上有两条紧靠的平行细缝，用波长λ=5416?的平面光波正入射到薄钢片上。屏幕距双缝的距离为D=2.00m，测的中央明条纹两侧的第五级明条纹间的距离为Δx=12.0mm。

（1）求两缝间的距离。

（2）从任一明条纹（记作0）向一边数到第20条明条纹，共经过多大距离？ （3）如果使广播斜入射到钢片上，条纹间距将如何变化？

1-3. 白光垂直照射置于空气中的厚度为0.50 μm的玻璃片，玻璃片的折射率为1.50，在可见光(4000 ? ~7600 ?)范围内哪些波长的反射光有最大限度的增强？

1-4. 用波长λ=5000 ?的平行光垂直照射折射率n=1.33的劈尖薄膜，观察反射光的等厚干涉条纹，从劈尖的棱算起，第5条明纹中心对应的膜厚度是多少？

1-5. 用迈克尔孙干涉仪的实验中所用单色光的波长为λ=5893?，在反射镜M2转动过程中

在观察的干涉区域宽度L=12 mm内干涉条纹从N1=12条增加到N2=20条，求M2转过的角度。

1-

0448在折射率n＝1.50的玻璃上，镀上n?＝1.35的透明介质薄膜．入射光波垂直于介质膜表面照射，观察反射光的干涉，发现对?1＝600 nm的光波干涉相消，对?2＝700 nm的光波干涉相长．且在600 nm到700 nm之间没有别的波长是最大限度相消或相长的情形．求所镀介质膜的厚度．(1 nm = 10-9 m)

解：设介质薄膜的厚度为e，上、下表面反射均为由光疏介质到光密介质，故不计附加程差。当光垂直入射i = 0时，依公式有： 对?1： 2n?e?12?2k?1??1 ① 1分 n?=1.35n =1.00按题意还应有： 0

e对?2： 2n?e?k?2 ② 1分 由① ②解得： k??12??2??1??3 1分

n =1.50将k、?2、n?代入②式得 e?

3181白色平行光垂直入射到间距为a＝0