CN110275294A - 阿基米德双螺线型排列方式的龙虾眼透镜 - Google Patents
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Abstract
阿基米德双螺线型排列方式的龙虾眼透镜，属于光学元件技术领域，为了解决现有龙虾眼透镜像平面内能量分布不均匀，产生十字焦臂；像平面内焦点处聚集的能量较低的技术问题，该龙虾眼透镜具有多个微通道单元，每个微通道单元的中心在整个透镜面上有各自的极坐标，每个通道在其极坐标所在的位置按照通道轴线产生一个自身的旋转排布，把每个微通道单元安置在各自的坐标上：r＝±a+bθ其中a和b均为实数，r为极坐标半径，θ为极坐标角度。本发明微通道成螺旋形排列，即XY平面沿Z轴产生一个倾角，这种旋转打破了矩孔阵列的龙虾眼透镜形成的十字焦臂，且该龙虾眼透镜在像平面的焦点处聚集了更高的能量，从而提高了成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及阿基米德双螺线型排列方式的龙虾眼透镜，属于光学元件技术领域。
背景技术
现有光学系统受限于单一的光轴，致使系统的视场有限，若增加视场范围，像质会急速下降。如何在不降低像质的情况下尽可能大的放大光学系统的视场一直是光学领域的难题。
龙虾眼成像是基于掠入射反射成像原理。基于这一原理龙虾眼成像有两个重要的特性：一是当光线进入到小眼通道时，经过内壁的反射而将光线折转至焦点位置，每一个微通道就相当于一个“角反射器”。当每个“角反射器”按照自身中心对称轴指向球心的形式构成三维结构体时，整个龙虾眼透镜没有中心对称轴，因而此结构的球对称性决定该系统没有特定的光轴，在任意方向上的聚焦能力都相同，可实现全方位的视场。二是像平面内的任意给定的点，是由许多微通道通过反射所成的像，这种反射成像是全谱段光波会聚到同一像点上，可使像更加明亮并且包含更加丰富的信息。根据龙虾眼成像的以上两种特性，研究发明出了龙虾眼透镜。
龙虾眼透镜的反射成像机理决定了其无色差，同时其完全对称的空间结构决定了其无轴外像差，如图1所示，为龙虾眼透镜从一维方向上的成像光路的简化图。
如图2所示，为矩孔阵列方式的一般龙虾眼透镜。这种排列方式的龙虾眼透镜存在的缺点：1、像平面内能量分布不均匀，产生十字焦臂；2、像平面内焦点处聚集的能量较低。
发明内容
本发明为了解决现有龙虾眼透镜像平面内能量分布不均匀，产生十字焦臂；像平面内焦点处聚集的能量较低的技术问题，提出了一种阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜。本发明能控制成像能量的分布，消除十字焦臂，得到一个能量分布相对均匀的图像，进而提高成像质量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜，其特征是，其具有多个微通道单元，每个微通道单元的中心在整个透镜面上有各自的极坐标，每个通道在其极坐标所在的位置按照通道轴线产生一个自身的旋转排布，把每个微通道单元安置在各自的坐标上：
r＝±a+bθ
其中a和b均为实数，r为极坐标半径，θ为极坐标角度。
本发明的有益效果：与现有龙虾眼透镜排列方式相比，阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜由于微通道成螺旋形排列，各通道按照通道轴线产生一个自身的旋转，即XY平面沿Z轴产生一个倾角，这种旋转打破了一般龙虾眼透镜的矩孔阵列形成的十字焦臂，且阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜在像平面的焦点处聚集了更高的能量从而提高了成像质量。
附图说明
图1：龙虾眼透镜从一维方向上的成像光路的简化图。
图2：矩孔阵列方式的龙虾眼透镜的结构示意图。
图3：本发明阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜的结构示意图。
图4：矩孔阵列方式的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图。
图5：本发明阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图3所示，阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜，其具有多个微通道单元，每个微通道单元的中心在整个透镜面上有各自的极坐标，每个通道在其极坐标所在的位置按照通道轴线产生一个自身的旋转排布，把每个微通道单元安置在各自的坐标上：
r＝±a+bθ
其中a和b均为实数，r为极坐标半径，θ为极坐标角度。当θ＝0时，a为起点到极坐标原点的距离。b为螺旋线每增加单位角度r随之对应增加的数值。改变参数a相当于旋转螺线，而参数b则控制相邻两条曲线之间的距离。
用计算机模拟上述阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜与矩孔阵列的龙虾眼透镜对平行光的聚焦效果。其中两个透镜的口径、曲率半径、微通道深度、微通道个数和各微通道口径均相同。
从模拟中可以看出，阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜由于微通道成螺旋形排列，各通道按照通道轴线产生一个自身的旋转排布，即XY平面沿Z轴产生一个倾角，这种旋转打破了矩孔阵列的龙虾眼透镜形成的十字焦臂，且阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜在像平面的焦点处聚集了更高的能量，从而提高了成像质量。如图4所示，即为矩孔阵列方式的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图。如图5所示，即为阿基米德双螺旋线型排列方法的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图。对比可以看出，阿基米德双螺旋线型排列方法的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图中的峰值能量要远高于矩孔阵列方式的一般龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图中的峰值能量；且阿基米德双螺旋线型排列方法的龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图中没有产生矩孔阵列方式的一般龙虾眼透镜在像面区域上的能量分布图中的十字焦臂。
Claims (1)
1.阿基米德双螺旋线型排列方式的龙虾眼透镜，其特征是，其具有多个微通道单元，每个微通道单元的中心在整个透镜面上有各自的极坐标，每个通道在其极坐标所在的位置按照通道轴线产生一个自身的旋转排布，把每个微通道单元安置在各自的坐标上：
r＝±a+bθ
其中a和b均为实数，r为极坐标半径，θ为极坐标角度。
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| CN201910564873.8A CN110275294A (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 阿基米德双螺线型排列方式的龙虾眼透镜 |
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