CN108287380A - 一种360°大视场集成仿生复眼 - Google Patents

一种360°大视场集成仿生复眼 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种360°大视场集成仿生复眼，具体为：以未安插光纤的曲面光纤面板为衬底制作微凸透镜光波导阵列，并使二者分离。然后利用光敏树脂将分离的微凸透镜阵列与安插有光纤的曲面光纤面板进行胶合。光纤的另一端与紫外光源相连接，通光后紫外光线对曲面光纤面板表面的光敏树脂进行曝光、后烘，形成与微凸透镜自对准的仿生“晶锥”；而后将光纤与紫外光源断开，连接至光电探测器，光电探测器置于曲面光纤面板内部，将曲面光纤面板拼接，闭合，形成球形的360°大视场集成仿生复眼。或者直接制备端面有微凸透镜结构的光纤，然后将其***到曲面光纤面板中，再将光纤连接至光电探测器，最后将曲面光纤面板拼接，闭合形成球形的360°大视场集成仿生复眼。该仿生复眼利用光纤制作仿生“视神经”，光纤端面的微凸透镜为仿生“角膜”，自对准光敏材料形成仿生“晶锥”，光电探测器为仿生“视网膜”，与外部电脑采用无线通信的方式。整个仿生复眼具有高度集成化、360°大视场、重量轻、大小可控、无线通信的特点。

Description

一种360°大视场集成仿生复眼
(一)技术领域
本发明涉及光学仿生复眼领域，具体是一种360°大视场集成仿生复眼的制备。
(二)背景技术
复眼是一种由很多小眼组成的眼睛，多出现于昆虫及甲壳类等动物之中。虽然一个小眼的辨识度十分有限，但许多小眼组合在一起组成的复眼在各方面的能力都要远远胜过人眼，比如，人眼每秒只能分辨24幅图像，而复眼则能达到成千上百，因此我们日常生活中拍打苍蝇往往是失败的。
仿生复眼具有重量轻、体积小、灵敏度高、视场大的优点，虽然发展历史短，但是在军事、医学等领域都已有极好的表现。仿生复眼的结构主要分为平面型和曲面型等，平面型主要由微凸透镜平面阵列和光隔离层组成，曲面型则是微凸透镜曲面阵列和光隔离层。由于制作工艺受限，且制作成本的关系，目前的研究多以平面仿生复眼为多。然而曲面的仿生复眼的视角大于平面的仿生复眼，效果更好。
曲面仿生复眼的制作一般是先采用滴液法或者曲面光刻技术在基底上做出微凸透镜阵列，再将其与波导阵列或光阑阵列对准耦合。
美国Ki-Hun Jeong等人通过气压变化将平面PDMS微凸透镜阵列变为曲面PDMS微凸透镜阵列，成功得到曲面SU-8胶微凸透镜阵列。SU-8胶具有自聚焦效应，曝光后得到与透镜自对准的波导阵列。
目前的人造仿生复眼，需要用聚合体材料在两个相邻的小眼之间构造保护用的透明墙，从而减少像元的重叠，以此获得较高的分辨率。光纤具有重量轻、体积小、抗电磁干扰、通信容量大、信号衰减小等优点，在信号传输***中就像是动物视觉***的视觉神经，因此在仿生复眼领域受到了高度重视。
英国BAE***公司于2007年提出的可用机载平台的多孔径成像***采用的是球面微凸透镜阵列，CCD传感器和光纤面板F0FP构成的微型多孔径复眼摄像机。我国谭学春等于2011 年设计的新型光学复眼接受***，也是采用光纤来传导的。
本发明结合曲面仿生复眼和光纤传导优点，提出一种360°大视场集成仿生复眼。该产品可以实现精准定位、良好成像，有利于推动光纤和复眼在实际生活中的应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于制备一种全方位精准定位、高耦合光功率的360°大视场集成仿生复眼。可以实现全方位图像拍摄或视频监控等功能。该***可用于各类安防***，甚至可用于外太空取景等。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
技术方案1：
利用没有安插光纤的曲面光纤面板做衬底，制作微凸透镜光波导阵列，固化分离后得到用来构成仿生角膜的微凸透镜阵列。
仿生角膜的制备步骤：
首先准备没有安插光纤的曲面光纤面板，以光纤面板作为衬底，在其上沉积聚二甲基硅氧烷，固化分离，得到聚二甲基硅氧烷微凸透镜阵列，以此微凸透镜阵列构造的仿生“角膜”制作完成，该制作方法具有简单易行、对准度高的特点。
重复上述步骤，得到针对不同曲面光纤面板的微凸透镜阵列。
上述的微凸透镜阵列做好后需与相同大小、形状安插有光纤的曲面光纤面板对接，实现微凸透镜阵列与光纤，即仿生角膜与仿生视神经的对接集成。对接时采用光敏树脂进行胶合，胶合后将光纤面板中的光纤另一端与紫外光源相连接，对光纤端面的光敏树脂进行紫外曝光，然后对光敏树脂进行后烘，这样就能得到光敏聚合物贯通的自对准波导阵列，且使仿生角膜与仿生视神经高度集成一体化。
将上述集成了仿生角膜与仿生视神经的光纤面板拼接成360°球形，拼接前将光纤与紫外光源分离，与内部放置的光电探测器连接。
技术方案2：
利用光纤研磨技术、激光微刻、化学腐蚀、化学沉积等方法对光纤端面处理，制作出端面具有微凸透镜结构的光纤。
将特殊光纤插到曲面光纤面板中，得到集成了仿生角膜与仿生视神经的光纤面板。
将光纤与内部放置的光电探测器连接，再将制得的光纤面板拼接成360°球形。
本发明中，所制备的微凸透镜阵列(光纤端面的微凸透镜结构)相当于视觉***中的“角膜”，而光纤相当于“视觉神经”，光照射外界物体，由微凸透镜汇聚到光纤中进行传输。球形仿生复眼中心的光电探测器相当于“视网膜”对光信号进行信号采集、转换。
本发明具有以下优点：
(1)由于光纤具有重量轻、体积小、传光效率好、抗干扰能力强的特点，所以本发明中的曲面仿生复眼重量轻、体积小、重复性高、阵列均匀的优点。
(2)本发明可实现360度大视场、全方位成像。
(3)仿生角膜(微凸透镜)与仿生视神经(光纤)及仿生视网膜(光电探测器)完全一体化，具有高集成度的特点。
(4)光电探测器置于球形仿生复眼内部，固定后与外界通过无线通信传输信号。整个仿生复眼质量轻，没有庞大的冗余装置，体积可小至厘米量级。
(5)本发明是一款集成一体化的***，在监控、目标成像等方面有非常好的前景。
(四)附图说明
图1为本发明实施案例1步骤的流程图
图2为实施案例1中制备的微凸透镜阵列
图3为实施案例1制作的一种360°大视场集成仿生复眼简易剖视图
图4为实施案例2中一根端面具有微凸透镜结构的特殊光纤结构图
图5为实施案例2制作的一种360°大视场集成仿生复眼简易剖视图
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明做更详细的描述：
本发明是一种360°大视场集成仿生复眼的制备，该***包括曲面仿生复眼，光纤成像***和光电探测器件。实施案例1步骤如图1所示，制作的360°大视场集成仿生复眼如图3 所示。实施案例2采用的光纤是如图4所示的端面具有微凸透镜结构的单芯光纤，制作的360°大视场集成仿生复眼如图5所示。
实施案例1
仿生角膜的的制备方法如下：
利用没有安插光纤的曲面光纤面板做衬底，在其上沉积聚二甲基硅氧烷，固化分离，得到聚二甲基硅氧烷微凸透镜阵列，如图2所示，以此微凸透镜阵列构造的仿生“角膜”制作完成。
上述的微凸透镜阵列做好后需与相同大小、形状安插有光纤的曲面光纤面板对接，实现微凸透镜阵列与光纤，即仿生角膜与仿生视神经的对接集成。对接时采用光敏树脂进行胶合，胶合后将光纤面板中的光纤另一端与紫外光源相连接，对光纤端面的光敏树脂进行紫外曝光，然后对光敏树脂进行后烘，这样就能得到光敏聚合物贯通的自对准波导阵列，且使仿生角膜与仿生视神经高度集成一体化。
制备微凸透镜阵列以未安插光纤的曲面光纤面板为衬底模板，微凸透镜可采用聚二甲基硅氧烷制作，也可用其它光敏聚合物固化得到。光敏树脂采用SU-8胶。紫外光通过光纤传输，通过微凸透镜聚焦，对SU-8胶进行曝光。
球形光纤面板由大小不同的曲面光纤面板拼接而成，拼接前将光纤与内部放置的光电探测器连接。拼接后得到第一种360°大视场集成仿生复眼如图4所示。
实施案例2
利用光纤研磨技术、激光微刻、化学腐蚀、化学沉积等方法对光纤端面处理，制作出端面具有微凸透镜结构的特殊光纤，特殊光纤结构如图4所示。将特殊光纤插到曲面光纤面板中，得到集成了仿生角膜与仿生视神经的光纤面板。
球形光纤面板由大小不同的曲面光纤面板拼接而成，拼接前将光纤与内部放置的光电探测器连接。拼接后得到第二种360°大视场集成仿生复眼如图5所示。
在图3图5所示的360°大视场集成仿生复眼(由于画图需要，对仿生复眼上的小眼个数进行了大量删减，实际应用时，仿生复眼上的小眼数目要远远多于图像上)中，每个小眼都接着一根光纤，光纤的出射端都连接到复眼中心的光电探测器上。无论复眼位于何处，总有一部分小眼能接受到外界物体的反射光，这些反射光通过微凸透镜端面进入纤芯，通过全反射原理在光纤纤芯中进行传输，最后在光纤的出射端射出。CCD或其他光电探测器接收到光信号之后，可以进行成像。外界物体的反射光通过多个小眼最终到光电探测器中成像，对于外界物体而言，仿生复眼可以接受它任何方向的反射光，光电探测器置于球形仿生复眼内部，与外界计算机或处理器采用无线通信进行信号传递。
尽管具体介绍了本发明的实施案例，但本领域内的技术人员应该容易明白，这并不用于限制本发明，在不若离所述权利要求书的精神和原则之内，在形式和细节上所做的任何的修改、改进、同意替换等，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种360°大视场集成仿生复眼，其特征在于该仿生复眼包括：仿生角膜，仿生视神经，仿生视网膜；三者集成为一体，可大视场成像，与外界计算机通过无线通信进行信号传递。
2.根据权利要求1所述的仿生角膜，其特征在于：采用微凸透镜阵列作为仿生角膜。
3.根据权利要求1所述的仿生视神经，其特征在于：采用光纤作为仿生视神经。
4.根据权利要求1所述的仿生视网膜，其特征在于：采用CCD或其他光电探测器作为仿生视网膜。
5.根据权利要求1所述的360°大视场集成仿生复眼，其特征在于：所制备的仿生复眼是一个球体，全方位包含仿生小眼，每个小眼由微凸透镜构成的仿生角膜、光纤构成的仿生视神经构成，所有光纤连接到CCD或其他光电探测器上。
6.根据权利要求2，权利要求5所述的微凸透镜阵列可由光纤研磨技术、激光微刻、化学腐蚀、化学沉积等方法处理得到。
7.根据权利要求3所述的光纤，其特征在于：光纤具有重量轻、体积小、传光效率好、抗干扰能力强的特点。
8.根据权利要求4所述的CCD或其他光电探测器，其特征在于：光电探测器与构成仿生视神经的光纤直接相连，与外界计算机或处理器通过无线通信进行信号传递。
9.根据权利要求5所述的球体仿生复眼，其特征在于：本发明制备的球形光纤面板可由大小不同的曲面光纤面板拼接而成。
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