拓扑映射制作成像级人工曲面复眼结构方法及面形控制研究

Artificial compound eye structure consists of densely arranged on the surface of the sub-eyes , of which the sub- surface of the eye -shaped structures typically quadratic surface or surface to obtain higher quality imaging results. This small volume, large number of sub-eyes, dense surface arrangement, strict surface shape demand structure has brought great challenges to the fabrication technology. To.solve this problem , the project propose" the study of a topology-mapping method and profile control technology used to fabricate imaging artificial compound eye." Through the introduction of new materials, new technology , the two-dimensional plane microlens array structure formed on the plane surface is topology transferred to the curvature surface to fabricate artificial compound eye. By studying the topology-mapping relationship between the two-dimensional structure and the three-dimensional structure, the amount of deformation generated in the topology transfer process is research to calibrate the shape deform and realize shape control. Finally a technology will developed for preparing the integration , miniaturization , lightweight artificial compound eye with surface.error of less than 5% and the imaging results MTF curved approaches the diffraction limit . The compound eyes with the back-end of the probe and the circuit structure of interconnectedness can be further achieved with the large field of exploration, high-precision positioning and other functions of optical ,mechanical and electrical integration of compound eye imaging system. The technology can be implemented in an ordinary laboratory, does not involve expensive equipment and instruments, which is low cost, wide range of.applications.

人工复眼结构由曲面上密集排布的子眼组成，其中子眼结构的面形通常为二次曲面或者高次曲面以获取高质量的成像效果。这种体积小，子眼数多，曲面密集排布，面形要求严格的结构给制备技术带来了极大的挑战。针对该问题，本项目提出“拓扑映射法制备成像级人工曲面复眼结构及面形控制研究”。通过引入新材料新工艺，将二维平面微透镜列阵结构拓扑转移到曲面上成型人工复眼结构。通过研究二维平面结构与三维曲面结构之间的拓扑映射关系，并对拓扑转移过程中产生的变形量进行研究和标定，实现面形控制，最终在曲面基底上制备出集成化、小型化、轻量化的成像级人工复眼结构，使其面形误差小于5%，成像效果MTF曲面趋近衍射极限。该复眼通过与后端的探测器及电路结构相互联，可进一步实现具备大视场探测、高精度定位等功能的光、机、电一体化复眼成像系统的研制。该技术可在普通实验室实施完成，不涉及昂贵的设备和仪器，研制成本低，普适性强。

复眼是自然界昆虫经过数千万年进化而形成的一种特殊视觉器官，该结构由分布在曲面上的多个子眼组成，子眼由晶锥、角锥、色素细胞和感杆束构成。该结构实际上可以看作是一种高集成的智能光学成像系统，曲面上多方位分布的子眼对其对应视场内的物体进行成像，所有的像经过影像嵌合，可实现大视场空间感知。人工复眼结构由曲面上密集排布的子眼组成，其中子眼结构的面形通常为二次曲面或者高 次曲面以获取高质量的成像效果。这种体积小，子眼数多，曲面密集排布，面形要求严格的结构给制备技术带来了极大的挑战。针对该问题，本项目通过引入新材料新工艺，将二维平面微透镜列阵结构拓扑转移到曲面上成型人工复眼结构。通过研究二维平面结构与三维曲面结构之间的拓扑映射关系，并对 拓扑转移过程中产生的变形量进行研究和标定，实现面形控制，最终在曲面基底上制备出集成化、小型化、轻量化的成像级人工复眼结构。.本项目按照年度计划，2016年主要细化研究工作计划和研究工作内容，确定研究方案，确定所要制备的人工复眼结构模型；建立二维结构曝光模型，对曝光模型中的关键影响因素进行分析，并对二维结构与三维结构之间的拓扑映射关系建立方程； 2017 年主要开展三维结构成型制备技术研究，对引入的紫外光固化材料、热固化材料的特性进行研究，以及三维定型方法进行研究；2018 年制备完成满足要求的人工复眼结构。并搭建实验系统对其成像效果进行验证。.本项目经过三年的研究，完成了所要求的研究目标。目前能够利用现有的设备快速、低成本的在曲面基底上成型高精度、集成化、小型化、轻量化人工复眼结构； 最终在球面上成型了子眼面形精度误差、整体球面面形精度误差、一致性误差 均小于 5%的人工复眼结构；该复眼结构整体大小约为几厘米，其中单个子眼的大小为几十至几百微米； 该复眼结构在可见光波段透过率大于90%，同时其成像效果良好。