多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種成像裝置，特別是涉及多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置，主要用于飛行器前視紅外探測、夜視設(shè)備以及預(yù)警衛(wèi)星、雷達(dá)系統(tǒng)、艦艇搜索和跟蹤系統(tǒng)、戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈等武器精確制導(dǎo)系統(tǒng)中，此外，在大型紅外望遠(yuǎn)鏡、微型照相機(jī)以及指紋識別系統(tǒng)等民用工業(yè)中也有著廣泛的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]小型化的成像系統(tǒng)具有低能耗、大視角的優(yōu)點(diǎn)以及在體積上的顯著優(yōu)勢，因而越來越受到人們的青睞，其應(yīng)用前景十分廣闊。目前在手機(jī)、個人電腦上已經(jīng)有所應(yīng)用，將來甚至可能應(yīng)用在諸如信用卡等更小物體上，這為成像系統(tǒng)的體積提出了更高的要求，希望能從小型化過渡到微型化。由于受到衍射極限等因素的影響，在傳統(tǒng)的單孔徑成像結(jié)構(gòu)下，通過單純減小各組成部分的體積來實(shí)現(xiàn)其小型化已經(jīng)變得越來越困難。因此，近年來人們致力于以新的設(shè)計(jì)理念來實(shí)現(xiàn)微縮成像系統(tǒng)。自然界中的生物復(fù)眼由成千上萬個成像單元構(gòu)成，將每個成像單元定義為復(fù)眼的一個子眼，這些子眼排布在一個球面或橢球面基底上，每個子眼對不同方向物空間的成像使得復(fù)眼具有較大的視角。不同于傳統(tǒng)的單通道成像系統(tǒng)，生物復(fù)眼屬于多通道成像系統(tǒng)，通過對多通道子眼圖像信息融合，可實(shí)現(xiàn)大視角的成像以及對目標(biāo)物體的實(shí)時跟蹤。目前，實(shí)現(xiàn)大視角成像的方式有兩種:一是采用多套單孔徑成像裝置，分別安裝在物空間的不同方位，對物空間進(jìn)行成像。二是采用廣角鏡頭對物空間進(jìn)行成像。上述兩種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)大視角成像，但是卻有安裝復(fù)雜、成本高昂等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對目前大視角仿生復(fù)眼成像的安裝復(fù)雜、成本高昂不足，提供一種多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置，其設(shè)計(jì)原理是:采用球形陣列的方式布置子眼通道，由球面透鏡陣列、中繼光學(xué)元件(光纖面板FPFP)和(XD/CM0S傳感器組成多通道復(fù)眼攝像組件。裝置選用9個透鏡，透鏡的直徑為5_(透鏡的直徑參數(shù)可根據(jù)裝置總體成像范圍的要求作相應(yīng)的設(shè)計(jì)更改)，結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的非球面透鏡固定在金屬球殼的孔洞上。為使相同焦距的透鏡能夠?qū)⒛繕?biāo)像同時成像在平面?zhèn)鞲衅魃?，裝置采用含有小微平面的光纖面板(FOFP)作為中繼元件，該光纖面板的拋光形狀及拋光精度等要求，需要根據(jù)裝置總體視場角度要求而變。光纖面板將角度分離的圖像耦合到平面CM0S/CCD傳感器上。通過數(shù)據(jù)傳輸，利用計(jì)算機(jī)將采集的圖像實(shí)時進(jìn)行數(shù)字化處理，對各方向的圖像進(jìn)行拼接融合，得到完整的大視野圖像。
[0004]采用的技術(shù)方案是:
多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置，包括多通道子眼陣列、光學(xué)纖維面板(折轉(zhuǎn)元件)、CCD/CM0S光感元件及圖像處理裝置。所述的多通道子眼陣列為多個子眼透鏡陣列，多個子眼透鏡分別對各個方向進(jìn)行成像，通過光學(xué)纖維面板，將角度分離的圖像傳輸?shù)紺CD/CMOS光感元件的光感區(qū)域上，在同一片光感元件中成多角度圖像，再經(jīng)后期圖像處理，拼接完整大視角圖像，裝置視場角度2 120°，構(gòu)成多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置。
[0005]上述的多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置，其設(shè)計(jì)制作過程包括以下步驟:
a、設(shè)計(jì)單通道子眼透鏡-單通道鏡頭選用三片分離式庫克鏡頭作為基礎(chǔ)，通過采用凹凸透鏡的配合使用來進(jìn)行球差的校正，通過使用對稱結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)來降低慧差，建立優(yōu)化函數(shù)來結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。左右兩片鏡片的材料為SK16，中間鏡片的材料為F2，鏡頭設(shè)計(jì)尺寸直徑< 20mm,其焦距為1mm.設(shè)計(jì)視場角度為42°，在三個入射角度下，光斑的大小分別為3.365um其對應(yīng)入射角為0°、8.827um其對應(yīng)入射角度為14.7°、7.345um其對應(yīng)入射角度為21°，成像結(jié)果最大畸變量為1.44%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人眼可分辨的畸變量4%;
b、將光學(xué)纖維面板上下表面簡單拋光，以下底面為基面，拋出異形光學(xué)纖維面板的形狀，拋光后的異形光學(xué)纖維面板為對稱結(jié)構(gòu)，拋光后的外形尺寸為長6.4mm，寬4.8mm，高3_，各傾斜表面與基面的夾角分別為136°和123°，此角度根據(jù)各子眼通道的分布位置及分布角度而確定，子眼通道到拋光后光學(xué)纖維面板的距離為透鏡的焦距；
c、光線沿直線傳播，光線垂直入射光學(xué)纖維面板傾斜表面會有一定的光線發(fā)生反射，為減少入射光線的能量損失，在拋光后的光學(xué)纖維面板各工作表面鍍AR增透膜，減少反射光線的能量損失，使光學(xué)系統(tǒng)成像更清晰；
d、光學(xué)纖維面板與CCD/CM0S耦合:將拋光后的光學(xué)纖維面板與CCD/CM0S光感區(qū)域耦合連接，耦合件要滿足:光學(xué)纖維面板與CCD/CM0S芯片牢封接;耦合膠均勻、無氣泡產(chǎn)生，從而不影響光線傳輸;面板耦合件傳輸圖像清晰。
[0006]上述的圖像處理，裝置裝配準(zhǔn)確調(diào)整焦距，采集各角度的視覺圖像信息，通過編制好的圖像處理程序，對采集的各方向的信息進(jìn)行數(shù)字化處理，輸出完整清晰的大視野圖像。
[0007]本發(fā)明能夠采集全視角圖像，不需要機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)鏡頭，不存在視場盲區(qū)，能夠?qū)崟r高效的將各方向的信息顯示于一幅圖像中，具有結(jié)構(gòu)簡單，能耗低，大視角等優(yōu)點(diǎn)，且造價低廉、高效長壽特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的外觀主視圖。
[0009]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0010]圖3是1-CMOS工業(yè)相機(jī)中的光探測器陣列示意圖。
[0011]圖4是2-拋光后的光纖面板不意圖。
[0012]圖5是3-透鏡夾具保持架示意圖。
[0013]圖6是4-透鏡夾持器示意圖。
[0014]圖7是5-各通道透鏡示意圖。
[0015]圖8是本發(fā)明采用的三片分離式庫克鏡頭示意圖。
[0016]圖中標(biāo)注:1-多通道子眼陣列、2-拋光后的光纖面板、3-透鏡夾具保持架、4-透鏡夾持器、5-各通道透鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0017]多通道大視角仿生復(fù)眼成像探測裝置，由多通道子眼陣列1、拋光后的光纖面板2、透鏡夾具保持架3、透鏡夾持器4、各通道透鏡5、CCD/CMOS光感元件及圖像處理裝置組成。所述的多通道子眼陣列I為多通道子眼球面透鏡陣列，其特點(diǎn)是多套子眼鏡頭按照計(jì)算好的排布位置與角度陣列在中心子眼的周圍。單個子眼的成像視場角度為42°，通過光學(xué)纖維面板，將角