[发明专利]基于光波的龙虾眼透镜

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于光波的龙虾眼透镜，能够实现光波的大视场、无色差、无轴外球差成像，属于仿生光学技术领域。

背景技术

龙虾眼透镜由若干微通道管1构成，见图1所示，每个微通道管1都有自己的光轴，微通道管1呈正四棱台状，正四棱台的四个等腰梯形侧面内壁为反射壁2，各微通道管1轴线为同一球体各个方位、俯仰方向的半径，各微通道管1构成的龙虾眼透镜是一个球体，该球体的某个球冠也是一种龙虾眼透镜，称为球冠龙虾眼透镜。龙虾眼透镜的成像过程如下，见图1、图2所示，入射光分三种情况通过龙虾眼透镜，第一种情况是入射光a、b经反射壁2一次反射，汇集在球面焦面3的十字焦线上，在成像器件4上形成十字像。第二种情况是入射光c经相邻反射壁2两次反射，汇集在球面焦面3上的十字焦线的中心，在成像器件4上形成理想的像点。第三种情况是入射光d未经反射直接透射到球面焦面3上，在成像器件4上形成背景光。并且，龙虾眼透镜成像为实像。一个龙虾眼透镜有若干光轴，任何位置的物点与龙虾眼透镜中心O的连线都可以看做是光轴，光线最终都会汇聚到球面焦面3上，所以龙虾眼透镜只有轴上像差，具体是轴上球差，无轴外球差。由于龙虾眼透镜成像为反射式，所以无任何色差。完整的龙虾眼透镜是一个球体，所以，能够大视场成像，视场达到360°。龙虾眼透镜作为光学成像器件具有单一结构的特征，结构简单、紧凑、重量轻。

现有技术将龙虾眼透镜用于x射线成像，其微通道管的宽纵比很小，呈细长状，以确保x射线以掠入射的方式接触反射壁，反射壁具有x射线反射膜，实现反射成像。

在现有基于光波的光学成像技术领域也有一些扩大视场、消除像差的方案，例如广角镜头的视场在60～85°，超广角镜头的视场在95～120°，鱼眼镜头的视场接近230°。然而，这些方案都是多结构光学部件或光学系统，结构复杂、成本高、装校困难、重量大。虽然视场较大，但是，尽管各种像差不同程度减小，但是，依然不同程度存在。并且，随视场角的增大其像差增大，原因是透镜只有一根光轴，如果入射光的角度与光轴之间的角度越大，单色像差和色差就越大。尤其其中的鱼眼镜头结构比较复杂，并且像差极大，图像还有桶形畸变，因此，鱼眼镜头只是在摄影等领域为了展示某些视觉冲击效果才使用，在通信、预警等方面几乎无法应用。

发明内容

为了控制龙虾眼透镜的球差，实现龙虾眼透镜的光波成像，实现光波成像的大视场、高质量，需要确定适合光波的微通道管宽纵比和反射膜，为此，我们发明了本发明之基于光波的龙虾眼透镜。

本发明是这样实现的，见图3、图4所示，龙虾眼透镜微通道管1的宽纵比m/n符合下式要求：

mn=sinθsin(θ+α)sin(2θ+α)cosα2]]>

公式中：m是反射壁2作用孔径；n是反射壁2等腰梯形的腰长；θ是边缘微通道管1反射边缘入射光e的反射壁2与入射光波光轴的夹角；α是微通道管1四棱台锥角。同时，反射壁2镀有光波反射膜。

所述方案的技术效果在于，光波成像涉及到几何光学，在龙虾眼透镜成像过程中，会产生轴上点球差，其中包括垂轴球差，垂轴球差通过在球面焦面3上所呈现的圆形的弥散斑表现出来。如果所采用的成像器件4为CCD或者CMOS，则要求这个弥散斑小于一个像素。另外，影响龙虾眼透镜的微通道管1宽纵比的因素还有光波某一入射方向的有效口径2d和龙虾眼透镜焦距f。