多焦点仿生复眼光学元件的微尺度多级结构一体化成型方法研究

Bionic compound eye optical element in miniaturization, integration, can effectively reduce the volume and weight of an imaging system, improving the imaging capability of the system. Therefore, the study of the forming method for the bionic compound eye with numerous sub-eye lenses arranged on a curved surface densely and the research of the imaging range and depth of the sub-eye lens become very important. Because of the same focal length of the sub-eye lenses in the traditional bionic compound eye, the image information acquired in the optical imaging process of different objects in different depths is limited. Aiming at this problem, “Research of the micro-scale integration of forming method for the multifocal bionic compound eye optical element with multi-level structure” has been presented. Through the design of sub-eye lenses with micro-scale and multi-level band structure in the bionic compound eye optical element, the optimal structure model can be obtained by the optimization of the structure parameters including aperture, curvature radius and the vector height to obtain the optimal structure model. Study of the photoresist exposure model to control the surface shape and the multifocal compound eye of plane distribution structure can be prepared. By the introduction of new material and processing technology, the transformation relationship between the two-dimensional plane and three-dimensional structure should be studied. Then, the multifocal bionic compound eye optical element can be integrated molding with uniformity over 95%. The real-time imaging of different objects in different depths can be realized. The method, which is low cost and wide range of applications, can be implemented in an ordinary laboratory and does not involve expensive equipments and instruments.

小型化、集成化的仿生复眼光学元件，可有效地降低光学成像系统体积和重量，提高系统的探测成像感知能力。因此子眼数多、曲面密集排布的仿生复眼的构造成型以及子眼微透镜单元成像范围、成像景深等研究极为重要。由于传统的仿生复眼中子眼微透镜的焦距唯一，限制了光学成像过程中不同景深处目标物图像信息的获取。针对该问题，本项目提出“多焦点仿生复眼光学元件的微尺度多级结构一体化成型方法研究”。通过设计仿生复眼光学元件子眼微透镜单元为微尺度、多级环带结构，优化各级结构口径、曲率半径以及矢高等参数，获得最优结构模型；研究光刻胶曝光模型面形控制方法，制备平面分布多焦点复眼结构；通过引入新材料、新工艺，研究二维平面结构与三维曲面结构之间变换关系，一体化成型均匀性高于95%的曲面分布的多焦点仿生复眼光学元件，实现对多个不同景深处的目标即时成像。该方法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。

小型化、集成化的仿生复眼光学元件，可有效地降低光学成像系统体积和重量，提高系统的探测成像感知能力。因此子眼数多、曲面密集排布的仿生复眼的构造成型以及子眼微透镜单元成像范围、成像景深等研究极为重要。由于传统的仿生复眼中子眼微透镜的焦距唯一，限制了光学成像过程中不同景深处目标物图像信息的获取。针对该问题，本项目提出“多焦点仿生复眼光学元件的微尺度多级结构一体化成型方法研究”。.项目按照年度计划执行，2017年主要细化研究工作计划和研究工作内容，确定整体研究方案；建立多焦点复眼结构模型，对其参数进行优化设计，仿真验证，获得最优结构参数。2018年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；开展一体化成型微尺度、多级环带、连续面形子眼微透镜结构面形控制技术研究，在平面上成型多焦点微透镜结构。2019年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，制备完成曲面分布多焦点仿生复眼结构，并搭建实验系统进行验证。.经过三年的努力，课题组完成了多焦点仿生复眼光学元件的微尺度多级结构一体化成型方法研究。实现了仿生复眼结构单个子眼具有2个焦平面的多景深成像功能，并能够利用现有的设备快速、低成本的提供一种可在曲面基底上成型高精度、集成化、多焦点仿生复眼结构的新方法、新技术；通过该技术，最终在曲面上成型的复眼结构整体大小约为4厘米，其中单个子眼的尺寸为600微米和1000微米，子眼焦距分别为44.4mm以及190mm；复眼结构在可见光波段透过率大于90%，视场角大于100°。实现了本课题立项任务书规定的目标。同时，研究成果发表论文17篇，申请发明专利2项，培养研究生2名，完成了课题任务书规定的全部内容。