基于mems的曲面仿生复眼设计与制作

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandFabricationofCurvedBionicCompoundEyesbasedonMEMSTechnologyCandidate:LuoHuanMajor:OpticalEngineeringSupervisor:Prof.XiYanpingHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWu

2、han,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查

3、阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月华中科技大学硕士学位论文摘要本文以昆虫复眼为原型，以制作出具有体积小、质量轻、具有大视场角并且对运动速度敏感等特点的曲面仿生复眼为目的,对外形以及成像特性均与昆虫相近的曲面仿生复眼进行了研究。本文的研究主要分为结构设计与MEMS工艺制作两个部分。结构设计借助于

4、光学设计软件Zemax，工艺制作涉及到曲面微透镜阵列的制作以及晶锥波导阵列的制作。其中晶锥波导阵列的制作以自聚焦效应为基础，借助Matlab平台进行辅助计算。本文所涉及的主要工作以及取得的主要成果有：(1)对曲面仿生复眼的结构、成像特性、应用以及研究现状进行了简单的阐述，指出了其潜在研究价值，并确定了以SU-8光刻胶为材料，基于自聚焦原理的MEMS制作方案；(2)对SU-8光刻胶的光学特性进行了研究，发现其折射率随曝光剂量的变化符合自聚焦效应所需的非线性材料要求，为晶锥波导制作方案的确定打下了基础；(3)通过Zemax软件对单个

5、小眼的光学特性，以及曲面微透镜阵列与平面探测器的耦合特性进行了研究；(4)借助于Matlab数学平台编写程序，以时域有限差分方法对SU-8光刻胶紫外曝光过程中光强的变化进行了研究，证实了采用自聚焦方法制作晶锥波导方案的可行性，同时给后续工艺制作提供了参考；(5)设计了一套完备的曲面复眼制备方案，成功制作出曲面微透镜阵列的模板和曲面微透镜阵列的样品。经测试，曲面微透镜阵列形貌良好，结构与昆虫复眼极为相似，小眼的光学特性良好，具有很好的发展前景。关键词：复眼SU-8光刻胶曲面微透镜阵列自聚焦效应FDTDI华中科技大学硕士学位论文Ab

6、stractWithuniqueimagingcharacteristics,compoundeyesofinsectshaveattractedlotsofresearchinterestinbionics.Thispapermainlyfocusesonthestudyoffabricationmethodofartificialcompoundeyeswithsimilarprofileandopticalfeatureasthenaturalcompoundeyes,aimingatthefabricationofcom

7、poundeyeswithsmallsize,lightweight,largefieldofview(FOV)andhighsensitivitytovelocity.Thefabricationschemeinthispaperconsistsoftwoparts,structuraldesignandfabrication.WiththehelpofZemax,theopticaldesignsoftware,thestructureofthedeviceisoptimized.Asthefabricationofthew

8、aveguidearrayisbasedontheself-focusingofSU-8,programminginMatlabisemployedtohelpsimulatetheformingprocess.Themainworkandoutcomingin