自然界中昆蟲復眼是天然存在的多孔徑曲面光學系統(tǒng)，具有視場大、體積小、靈敏度高、對運動物體敏感，且能夠實時對進行圖像分析和處理等優(yōu)點。模擬昆蟲復眼設計和制作的仿生復眼系統(tǒng)在照明系統(tǒng)、工業(yè)檢測、自主導航、醫(yī)學、安防設備等領域都具有廣闊的應用前景與良好的發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼�，有關仿生復眼系統(tǒng)的研究引起了國內外科研工作者的廣泛關注。然而，現(xiàn)有的仿生復眼系統(tǒng)大多是采用固定焦距的子眼透鏡陣列，一旦復眼系統(tǒng)的結構確定，系統(tǒng)的成像焦平面隨之確定，即只能對景深范圍內物體進行清晰成像，不利于對景深范圍外目標物的探測和接收。

為解決這一問題，可變焦仿生復眼系統(tǒng)應運而生。南京郵電大學電子與光學工程學院微流控光學技術研究中心梁忠誠教授團隊設計了一種基于介電潤濕液體透鏡曲面陣列的仿生復眼光學系統(tǒng)，運用介電潤濕液體透鏡的自適應變焦能力，解決由于物體或者系統(tǒng)成像接收器移動造成的系統(tǒng)離焦像差；分析曲面基底的曲率半徑及液體透鏡子單元的尺寸對系統(tǒng)成像質量的影響，計算系統(tǒng)接收器可移動范圍。結果表明：系統(tǒng)成像的視場角隨著基底曲率的增大而增大。相比于非均勻透鏡陣列，均勻透鏡陣列可明顯降低系統(tǒng)的離焦像差。適當減小子透鏡單元尺寸，也可以達到降低邊緣透鏡離焦像差的目的。當物距或者接收器位置發(fā)生改變時，通過調整子透鏡單元焦距降低系統(tǒng)的離焦像差。系統(tǒng)接收器可移動范圍為 1.9 mm~15 mm。相關研究將推動仿生復眼系統(tǒng)的應用發(fā)展，也為合理利用液體透鏡提供理論依據(jù)。

基于液體透鏡的仿生復眼光學系統(tǒng)主要由雙液體透鏡、曲面基底、光闌和平面探測器組成，如圖1(a)所示。透鏡曲面陣列均勻排布如圖1(b)所示，分為4環(huán)(位于曲面基底正中心為第一環(huán))，環(huán)與環(huán)之間以及同一環(huán)子透鏡尺寸相同且緊密相切排布，則每環(huán)子眼透鏡的個數(shù)依次為 1、 6、 12、 18。該仿生復眼系統(tǒng)的子眼透鏡單元為基于介電潤濕效應的雙液體可變焦透鏡，其結構如圖1(c)所示。子透鏡側壁由外到內依次為腔體、絕緣層和疏水層。其中透鏡的腔體和基底都采用導電 PET (polyethyleneterephthalate)材料，這種 PET 材料是涂覆有導電ITO(indium tin oxide)的柔性材料。絕緣層是通過在透鏡腔體上蒸鍍一定厚度的派瑞林(Parylene)來實現(xiàn)的，最后涂覆一層氟化聚合物作為疏水層。腔內為兩種密度相同且折射率不同的液體組合，其中上層液體為導電液體，下層為絕緣液體。根據(jù)Young-Lippman 方程，控制工作電壓可以改變雙液體界面曲率，調節(jié)液體透鏡子眼單元焦距，從而使得每個子眼透鏡單元成像于同一接收平面上。圖1(d)給出了仿生復眼系統(tǒng)的成像示意，物體經(jīng)液體透鏡曲面陣列成像在探測接收器上。當物距或像距發(fā)生移動時，光線聚焦位置將偏離探測器接收面，此時只需調整工作電壓，改變子眼透鏡焦距，使得光線重新聚焦于探測接收器上。由于液體透鏡曲面陣列均勻排布，相鄰液體透鏡夾角( Δφ )相等，故可得第n環(huán)透鏡主光軸與透鏡陣列主光軸之間的夾角αn為αn=(n–1) Δφ，其中Δφ = 2arcsin(D/2R)，整個復眼系統(tǒng)的視場角為2αn。

圖1.基于介電潤濕液體透鏡的仿生復眼系統(tǒng)設計原理 (a) 側面圖；(b) 透鏡單元排列方式；(c) 透鏡結構圖；(d) 成像原理示意圖