太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡的制作方法
【專利摘要】太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡，屬于光學(xué)元件【技術(shù)領(lǐng)域】，為了控制成像能量的分布，得到一個(gè)能量分布相對(duì)均勻的圖像，并且在有限的透鏡空間中更多的充填微通道管，使得收集能量的能力提高，該龍蝦眼透鏡具有多個(gè)微通道單元，每個(gè)微通道單元的中心在整個(gè)透鏡面上有各自的極坐標(biāo)，把每個(gè)微通道單元安置在各自的坐標(biāo)上：其中r為極坐標(biāo)半徑，θ為極坐標(biāo)角度，c為尺度常數(shù)；與現(xiàn)有龍蝦眼透鏡排列方式相比，太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡在同等的面積下可以排列更多的微通道管，有效地利用入射能量；并且由于微通道成螺旋形排列，在像面上可以得到更加均勻的能量分布，避免在成像面上產(chǎn)生十字像。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡，屬于光學(xué)元件【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)受限于單一的光軸，致使系統(tǒng)的視場(chǎng)有限，若增加視場(chǎng)范圍，像質(zhì)會(huì)急速下降。如何在不降低像質(zhì)的情況下盡可能大的放大光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)一直是光學(xué)領(lǐng)域的難題。
[0003]龍蝦眼是利用反射原理成像。龍蝦眼的結(jié)構(gòu)形式是矩形棱臺(tái)結(jié)構(gòu)。平行光入射后，經(jīng)過棱臺(tái)內(nèi)壁反射到焦面上。這樣的龍蝦眼結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)重要的特性:一是這種龍蝦眼型光學(xué)系統(tǒng)源于模仿龍蝦的視覺系統(tǒng)，有多個(gè)通道的略入射反射鏡構(gòu)成，此結(jié)構(gòu)的球?qū)ΨQ性決定該系統(tǒng)沒有特定的光軸，在任意方向上的聚焦能力都相同，可實(shí)現(xiàn)全方位的視場(chǎng)；二是對(duì)于任意給定的點(diǎn)，許多通道參與成像并且是由反射成像，這種反射成像是全譜段光波會(huì)聚到同一像點(diǎn)上，可使像更加明亮并且包含更加豐富的信息。根據(jù)龍蝦眼的以上兩種特性，研究發(fā)明出了龍蝦眼透鏡。
[0004]如圖1所示，龍蝦眼透鏡由若干微通道管構(gòu)成，每個(gè)微通道管都有各自的光軸。微通道管呈錐頂角為α的正四棱臺(tái)狀，正四棱臺(tái)的四個(gè)等腰梯形側(cè)面內(nèi)壁為反射壁，正四棱臺(tái)的底面四個(gè)邊構(gòu)成微通道管的外緣，各微通道管的外緣位于半徑為rl的球面上，正四棱臺(tái)的頂面四個(gè)邊構(gòu)成微通道管的內(nèi)緣，各微通道管的內(nèi)緣位于半徑為r2的球面上。各微通道管軸線為同一球體各個(gè)方位、俯仰方向的半徑，各微通道管構(gòu)成的龍蝦眼透鏡是一個(gè)球體，半徑為rl，該球體的某個(gè)球冠也是一種龍蝦眼透鏡，稱為球冠龍蝦眼透鏡。入射光直接入射或通過反射壁反射后在成像器件上成像。龍蝦眼透鏡通過反射進(jìn)行光傳輸，成像為實(shí)像，只有軸上像差，沒有色差，而且視場(chǎng)達(dá)到360°。
[0005]如圖2所示，a為圓形排列方式的龍蝦眼透鏡；b為方形排列方式的龍蝦眼透鏡。這兩種現(xiàn)有龍蝦眼透鏡微通道管的排列方式都不理想，方形排列方式會(huì)使像面上參與成像的光線分布不均勻，而圓形排列方式在透鏡空間中又會(huì)有較大的空隙，浪費(fèi)了透鏡上有限的空間。因此，現(xiàn)有的龍蝦眼結(jié)構(gòu)排列方式造成光成像時(shí)，能量分布不均勻以及能量較低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了控制成像能量的分布，得到一個(gè)能量分布相對(duì)均勻的圖像，并且在有限的透鏡空間中更多的充填微通道管，使得收集能量的能力提高，提供一種太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡具有多個(gè)微通道單元，每個(gè)微通道單元的中心在整個(gè)透鏡面上有各自的極坐標(biāo)，把每個(gè)微通道單元安置在各自的坐標(biāo)上:
[0009]r = cVη
[0010]θ = 1 K 360° η (η >= 1，η E N)
%Jt
[0011]其中！為極坐標(biāo)半徑，Θ為極坐標(biāo)角度，c為尺度常數(shù)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有龍蝦眼透鏡排列方式相比，太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡在同等的面積下可以排列更多的微通道管，有效地利用入射能量；并且由于微通道成螺旋形排列，在像面上可以得到更加均勻的能量分布，避免在成像面上產(chǎn)生十字像。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是入射光通過龍蝦眼透鏡成像示意圖。
[0014]圖2中a為圓形排列方式的龍蝦眼透鏡；b為方形排列方式的龍蝦眼透鏡。
[0015]圖3是太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是方形排列方式龍蝦眼透鏡在像面區(qū)域上能量分布圖。
[0017]圖5是太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡在像面區(qū)域上能量分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖3所示，太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡具有多個(gè)微通道單元，每個(gè)微通道單元的中心在整個(gè)透鏡面上有各自的極坐標(biāo)，把每個(gè)微通道單元安置在各自的坐標(biāo)上:
[0019]r = c'/n
[0020]
i= X 360° 11 (η >= I, π € N)
[0021]其中r為極坐標(biāo)半徑，Θ為極坐標(biāo)角度，c為尺度常數(shù)，尺度常數(shù)與微通道的邊緣尺寸d有關(guān)，其應(yīng)滿足c〈0.5966d的條件。
[0022]當(dāng)龍蝦眼透鏡按照太陽(yáng)花型排列方式排列時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與黃金分割比有關(guān)的特質(zhì)。
[0023]按照太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡的排列圖案符合斐波那契數(shù)列，在太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡上面，各微通道會(huì)從中心開始組成兩條曲線兩條曲線向相反方向延展，從中心開始一直延伸到邊緣，這兩條曲線形成一個(gè)恒定的角度，這個(gè)角度值是137.5°，
放在一起就形成了螺旋形。這個(gè)角度是這樣得到的:
[0024]
\ 5 '— I
B = 360° --X 360° ^ 137,-508°
, 2
[0025]其中為黃金分割比例。
[0026]用計(jì)算機(jī)模擬上述太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡的排列方法，若排列的發(fā)散角β為137.4°，該龍蝦眼透鏡上各微通道單元之間就會(huì)出現(xiàn)間隙，且只能看到一組順時(shí)針方向的螺旋線；若發(fā)散角β為137.6°，該龍蝦眼透鏡上各微通道單元之間也會(huì)出現(xiàn)間隙，會(huì)看到一組逆時(shí)針方向的螺旋線；而只有當(dāng)發(fā)散角等于137.5°時(shí)，該龍蝦眼透鏡上各微通道單元之間才呈現(xiàn)彼此緊密鑲合、沒有縫隙的兩組反向螺旋線。這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，只有選擇137.5°的發(fā)散角排列模式，該龍蝦眼透鏡上各微通道單元之間排列分布才最多、最緊密和最勻稱。
[0027]在計(jì)算機(jī)上同時(shí)對(duì)包括太陽(yáng)花型的三種龍蝦眼透鏡排列方式分別在直徑為IOOmm的圓面上進(jìn)行模擬時(shí)，采用太陽(yáng)花排列方式可以排列17711個(gè)微通道，比采用圓形排列方式的龍蝦眼透鏡多約15%，比采用方形排列方式的龍蝦眼透鏡多約2%。
[0028]從模擬中可以看出太陽(yáng)花式龍蝦眼透鏡在同等面積下明顯比圓形排列方式排列更多的微通道，即接收更多的能量。與方形排列方式對(duì)比，其排列密度無(wú)明顯提高，但方形排列方式的龍蝦眼透鏡的像面能量分布不均勻，圖4即為方形排列方式龍蝦眼透鏡在像面區(qū)域上能量分布圖，在圖中可以看出在對(duì)角線上能量大，其它區(qū)域能量少。如圖5所示，采用太陽(yáng)花排列方法的能量分布較為均勻。
【權(quán)利要求】
1.太陽(yáng)花型排列方式的龍蝦眼透鏡，具有多個(gè)微通道單元，其特征是，每個(gè)微通道單元的中心在整個(gè)透鏡面上有各自的極坐標(biāo)，把每個(gè)微通道單元安置在各自的坐標(biāo)上:
【文檔編號(hào)】G02B3/00GK103543480SQ201310478191
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】王加科, 付躍剛, 姜蘇倫, 歐陽(yáng)名釗, 賀文俊, 慈明儒 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)