隨著(zhù)現今微光機電系統技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對光學(xué)成像系統的要求越來(lái)越高,如導航系統、微型廣角監視設備、內視鏡等領(lǐng)域,希望整個(gè)系統的體積小、重量輕、視場(chǎng)大以及靈敏度高。新型的仿生復眼成像系統,利用光電元件代替昆蟲(chóng)復眼中的對應結構,將對系統的探測感知能力帶來(lái)革命性提高,從而為導航系統、微型廣角監視設備、內視鏡等裝置提供全新的技術(shù)手段。
仿生復眼成像系統的核心器件之一為小型化、集成化的仿生復眼光學(xué)元件。通過(guò)在基底上陣列化、密集排布微透鏡單元,仿造生物復眼,可形成對大視場(chǎng)空間、不同方位內目標進(jìn)行光學(xué)信息捕獲的仿生復眼光學(xué)元件。
傳統的復眼光學(xué)元件的微透鏡的焦距唯一,限制了光學(xué)成像過(guò)程中圖像信息的獲取,只能對單一景深處的目標物清晰成像,卻嚴重丟失不同景深范圍內目標物的信息,不利于對未知不同距離處目標物進(jìn)行探測。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所四室微光學(xué)組在傳統的仿生復眼結構基礎上,設計子眼透鏡為多焦點(diǎn)的結構,那么位于不同距離處的目標物可以被具有不同焦距的子眼透鏡所捕獲,形成多景深成像功能。該元件通過(guò)與后續的探測結構以及電路裝置等互聯(lián)之后,可以進(jìn)一步成型光、機、電一體化的復眼成像系統,為大視場(chǎng)成像、高精度定位提供新的技術(shù)手段。該技術(shù)中不涉及昂貴的加工設備以及苛刻的實(shí)驗條件,是一種低成本、普適性強的技術(shù)。該項目的研究有望提升我國在復眼仿生領(lǐng)域的制備技術(shù)水平,為其進(jìn)一步應用打下基礎。
圖1 多焦點(diǎn)仿生復眼(MBCE)設計原理(a)子眼透鏡陣列化排布方式;
(b)成像原理示意圖,目標物字母“F”,可被MBCE成像到不同的像平面;
(c)子眼結構放大示意圖,此結構具有兩個(gè)不同的焦距.
圖2 制備實(shí)驗流程(a)石英襯底的選擇;(b)旋膠;(c)移動(dòng)掩模曝光;(d)顯影;(e)刻蝕.
圖3 制備結果(a)灰度掩模板;(b)制備實(shí)物圖;(c)白光干涉儀測量三維面形分布;(d)臺階儀測量剖面面形分布.