光电所在多焦点仿生复眼光学元件设计和制备方面上取得进展

  随着现今微光机电系统技术的迅猛发展,人们对光学成像系统的要求越来越高,如导航系统、微型广角监视设备、内视镜等领域,希望整个系统的体积小、重量轻、视场大以及灵敏度高。新型的仿生复眼成像系统,利用光电元件代替昆虫复眼中的对应结构,将对系统的探测感知能力带来革命性提高,从而为导航系统、微型广角监视设备、内视镜等装置提供全新的技术手段。 

  仿生复眼成像系统的核心器件之一为小型化、集成化的仿生复眼光学元件。通过在基底上阵列化、密集排布微透镜单元,仿造生物复眼,可形成对大视场空间、不同方位内目标进行光学信息捕获的仿生复眼光学元件。 

  传统的复眼光学元件的微透镜的焦距唯一,限制了光学成像过程中图像信息的获取,只能对单一景深处的目标物清晰成像,却严重丢失不同景深范围内目标物的信息,不利于对未知不同距离处目标物进行探测。中国科学院光电技术研究所四室微光学组在传统的仿生复眼结构基础上,设计子眼透镜为多焦点的结构,那么位于不同距离处的目标物可以被具有不同焦距的子眼透镜所捕获,形成多景深成像功能。该元件通过与后续的探测结构以及电路装置等互联之后,可以进一步成型光、机、电一体化的复眼成像系统,为大视场成像、高精度定位提供新的技术手段。该技术中不涉及昂贵的加工设备以及苛刻的实验条件,是一种低成本、普适性强的技术。该项目的研究有望提升我国在复眼仿生领域的制备技术水平,为其进一步应用打下基础。 

 1 多焦点仿生复眼(MBCE)设计原理(a)子眼透镜阵列化排布方式;

b)成像原理示意图,目标物字母“F”,可被MBCE成像到不同的像平面;

c)子眼结构放大示意图,此结构具有两个不同的焦距. 

  

2 制备实验流程(a)石英衬底的选择;(b)旋胶;c)移动掩模曝光;(d)显影;(e)刻蚀.     

  3 制备结果(a)灰度掩模板;(b)制备实物图;(c)白光干涉仪测量三维面形分布;(d)台阶仪测量剖面面形分布. 

    

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中国科学院光电技术研究所

光电所主要研究领域及学科方向包括:光电跟踪测量、光束控制、自适应光学、天文目标光电观测与识别、先进光学制造、航空航天光电设备、微纳光学及微电子光学、生物医学光学等。

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