[发明专利]八瓣式龙虾眼透镜

说明书

技术领域

本发明涉及八瓣式龙虾眼透镜，属于光学元件技术领域。

背景技术

现有光学系统受限于单一的光轴，致使系统的视场有限，若增加视场范围，像质会急速下降。如何在不降低像质的情况下尽可能大的放大光学系统的视场一直是光学领域的难题。

龙虾眼是利用反射原理成像。龙虾眼的结构形式是矩形棱台结构。平行光入射后，经过棱台内壁反射到焦面上。这样的龙虾眼结构具有两个重要的特性：一是这种龙虾眼型光学系统源于模仿龙虾的视觉系统，有多个通道的略入射反射镜构成，此结构的球对称性决定该系统没有特定的光轴，在任意方向上的聚焦能力都相同，可实现全方位的视场；二是对于任意给定的点，许多通道参与成像并且是由反射成像，这种反射成像是全谱段光波会聚到同一像点上，可使像更加明亮并且包含更加丰富的信息。根据龙虾眼的以上两种特性，研究发明出了龙虾眼透镜。

如图1所示，龙虾眼透镜由若干微通道管构成，每个微通道管都有各自的光轴。微通道管呈锥顶角为α的正四棱台状，正四棱台的四个等腰梯形侧面内壁为反射壁，正四棱台的底面四个边构成微通道管的外缘，各微通道管的外缘位于半径为r1的球面上，正四棱台的顶面四个边构成微通道管的内缘，各微通道管的内缘位于半径为r2的球面上。各微通道管轴线为同一球体各个方位、俯仰方向的半径，各微通道管构成的龙虾眼透镜是一个球体，半径为r1，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。入射光直接入射或通过反射壁反射后在成像器件上成像。龙虾眼透镜通过反射进行光传输，成像为实像，只有轴上像差，没有色差，而且视场达到360°。

红外成像领域中龙虾眼型光学系统不在受限于传统的红外光学材料，对环境的适应力更强。折射式的龙虾眼系统更可以满足X光反射成像，在医学领域有着更广阔的用途。与传统的成像元件与仿生系统来比较，龙虾眼透镜具有单一结构的特征，结构简单、紧凑、重量轻。

入射光通过龙虾眼透镜中微通道管反射后能量有所减弱，影响到了成像的质量。如何提高龙虾眼透镜的能量传输效率是亟待解决的问题。

发明内容

为了减少入射光通过龙虾眼透镜时的能量损失，提高龙虾眼仿生光学系统的能量传输效率，进而提高成像质量，本发明提出了一种新型八瓣式龙虾眼透镜。

八瓣式龙虾眼透镜，龙虾眼透镜由若干微通道管构成，微通道管呈锥顶角为a的正四棱台状，正四棱台的四个等腰梯形侧面内壁为反射壁，正四棱台的底面四个边构成微通道的外缘，各微通道管的外缘位于半径为R1的球面上，正四棱台的顶面四个边构成微通道管的内缘，各微通道管的内缘位于半径R2的球面上，将龙虾眼透镜内晶格按照坐标编号为（x，y），当x，y满足以下关系式时构成四个高效区域：

n为龙虾眼透镜瓣数；n取8，将龙虾眼透镜的其它四个低效区域替换成高效区域形状，拼接构成八瓣式龙虾眼透镜。

高效区晶格边缘分别与x，y轴成45°角，其它四个低效区域替换成高效区域形状的晶格轴线分别与x，y轴重合。

本发明的有益效果是：本发明所述八瓣式龙虾眼透镜通过实验，检定传统龙虾眼透镜不同区域能量传递效率，将四个低效区域替换成高效区域形状，最终设计出八瓣式龙虾眼透镜，八瓣式龙虾眼透镜相较与传统龙虾眼透镜明显的提高了入射光能量传递效率，提高了成像质量。

附图说明

图1是现有龙虾眼透镜结构示意图。

图2中a为现有技术多个微通道拼接成的龙虾眼透镜示意图；b为现有技术多个微通道拼接成的龙虾眼透镜高效区效果图。

图3是本发明八瓣式龙虾眼透镜结构示意图。

图4是现有技术多个微通道拼接成的龙虾眼透镜在像面区域上能量分布图。

图5是本发明八瓣式龙虾眼透镜在像面区域上能量分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

龙虾眼透镜由若干微通道管构成，微通道管呈锥顶角为a的正四棱台状，正四棱台的四个等腰梯形侧面内壁为反射壁2，正四棱台的底面四个边构成微通道的外缘，各微通道管的外缘位于半径为R1的球面上，正四棱台的顶面四个边构成微通道管的内缘，各微通道管的内缘位于半径R2的球面上，各个微通道管组装在一起后如图2a、b所示，由实验得出，图中在X轴与Y轴附近的微通道管能量传输效率最低，在Y=X，与Y=-X这两条线周围的微通道管能量传输效率最高且传输效率几乎相等，将龙虾眼透镜内晶格按照坐标编号为（x，y），当x，y满足以下关系式时构成四个高效区域1：