[發明專利]基于光波的龍蝦眼透鏡

無效

• 申請號: 200910217986.7
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN101738729A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發明（設計）人: 付躍剛;林澎;劉韜
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 長春科宇專利代理有限責任公司 22001
• 代理人: 曲博

技術領域

本發明涉及到一種基于光波的龍蝦眼透鏡，能夠實現光波的大視場、無色差、無軸外球差成像，屬于仿生光學技術領域。

背景技術

龍蝦眼透鏡由若干微通道管1構成，見圖1所示，每個微通道管1都有自己的光軸，微通道管1呈正四棱臺狀，正四棱臺的四個等腰梯形側面內壁為反射壁2，各微通道管1軸線為同一球體各個方位、俯仰方向的半徑，各微通道管1構成的龍蝦眼透鏡是一個球體，該球體的某個球冠也是一種龍蝦眼透鏡，稱為球冠龍蝦眼透鏡。龍蝦眼透鏡的成像過程如下，見圖1、圖2所示，入射光分三種情況通過龍蝦眼透鏡，第一種情況是入射光a、b經反射壁2一次反射，匯集在球面焦面3的十字焦線上，在成像器件4上形成十字像。第二種情況是入射光c經相鄰反射壁2兩次反射，匯集在球面焦面3上的十字焦線的中心，在成像器件4上形成理想的像點。第三種情況是入射光d未經反射直接透射到球面焦面3上，在成像器件4上形成背景光。并且，龍蝦眼透鏡成像為實像。一個龍蝦眼透鏡有若干光軸，任何位置的物點與龍蝦眼透鏡中心O的連線都可以看做是光軸，光線最終都會匯聚到球面焦面3上，所以龍蝦眼透鏡只有軸上像差，具體是軸上球差，無軸外球差。由于龍蝦眼透鏡成像為反射式，所以無任何色差。完整的龍蝦眼透鏡是一個球體，所以，能夠大視場成像，視場達到360°。龍蝦眼透鏡作為光學成像器件具有單一結構的特征，結構簡單、緊湊、重量輕。

現有技術將龍蝦眼透鏡用于x射線成像，其微通道管的寬縱比很小，呈細長狀，以確保x射線以掠入射的方式接觸反射壁，反射壁具有x射線反射膜，實現反射成像。

在現有基于光波的光學成像技術領域也有一些擴大視場、消除像差的方案，例如廣角鏡頭的視場在60～85°，超廣角鏡頭的視場在95～120°，魚眼鏡頭的視場接近230°。然而，這些方案都是多結構光學部件或光學系統，結構復雜、成本高、裝校困難、重量大。雖然視場較大，但是，盡管各種像差不同程度減小，但是，依然不同程度存在。并且，隨視場角的增大其像差增大，原因是透鏡只有一根光軸，如果入射光的角度與光軸之間的角度越大，單色像差和色差就越大。尤其其中的魚眼鏡頭結構比較復雜，并且像差極大，圖像還有桶形畸變，因此，魚眼鏡頭只是在攝影等領域為了展示某些視覺沖擊效果才使用，在通信、預警等方面幾乎無法應用。

發明內容

為了控制龍蝦眼透鏡的球差，實現龍蝦眼透鏡的光波成像，實現光波成像的大視場、高質量，需要確定適合光波的微通道管寬縱比和反射膜，為此，我們發明了本發明之基于光波的龍蝦眼透鏡。

本發明是這樣實現的，見圖3、圖4所示，龍蝦眼透鏡微通道管1的寬縱比m/n符合下式要求：

mn=sinθsin(θ+α)sin(2θ+α)cosα2]]>

公式中：m是反射壁2作用孔徑；n是反射壁2等腰梯形的腰長；θ是邊緣微通道管1反射邊緣入射光e的反射壁2與入射光波光軸的夾角；α是微通道管1四棱臺錐角。同時，反射壁2鍍有光波反射膜。

所述方案的技術效果在于，光波成像涉及到幾何光學，在龍蝦眼透鏡成像過程中，會產生軸上點球差，其中包括垂軸球差，垂軸球差通過在球面焦面3上所呈現的圓形的彌散斑表現出來。如果所采用的成像器件4為CCD或者CMOS，則要求這個彌散斑小于一個像素。另外，影響龍蝦眼透鏡的微通道管1寬縱比的因素還有光波某一入射方向的有效口徑2d和龍蝦眼透鏡焦距f。