仿生作为人们观察和模仿生物功能的一种行为，使得人们可以从无数生物身上汲取灵感，通过对自然界筛选出的各种生物奇特的光学能力进行研究，诞生出我们今天所要讨论的主题——仿生光学，一门古老而又带有新生活力的交叉学科。

对于人类来说，眼睛是认识世界的重要窗口。世界在人类眼中所呈现的是一幅幅绚烂的彩色图画，我们站在高山上，大海边，时常为自己所窥见到的广袤世界所慨叹！然而大千世界中的我们是否认真思考过，其他动物眼中的世界是否如我们所见到的一样呢？当面对千万种我们并不熟悉的生物时，即便是对大多数生物学家来说，他们所能列举出来的眼睛形式也可能只有几种而已。实际上这远远低估了动物眼睛的种类：目前已知动物眼睛的成像方式至少有十多种截然不同的类型。眼睛类型的多样性是自然进化过程的结果，眼睛的起源和进化方式的研究已经达到前所未有的阶段。

▲ 不同生物的眼睛外形

从达尔文研究进化论开始，动物眼睛独特的成像方式便不断被人们所发现、理解。每一种动物的眼睛都具有独特的作用，仿生动物的眼睛会给一些特殊应用的光学系统带来启发，光学仿生最初从鱼眼镜头的光学设计开始，模仿鱼眼的大视场成像，进而形成了鱼眼镜头设计的一整套理论。我们熟知的还有：昆虫的复眼微透镜形式，贝类的凹面镜成像形式，等等。其中一些眼睛类型在光学技术中找到了新的具体应用，有些则仍处在寻找阶段。比如，基于镜盒的龙虾复眼的光学系统，被用于广角X 射线透镜的聚焦；再如，模仿昆虫复眼的仿生复眼光学系统可以充分发挥光学并行处理能力，其独特的光学性能在工业生产和国民生活中具有重要的研究意义，同时也为国防军事提供了新型的光学成像系统以及光学解决方案。

▲?复眼类型

科研工作者在大自然中发现的复眼结构有很多不同的类型，并列型和重叠型是根据其排列方式区分出来的两种复眼类型。并列型复眼与重叠型复眼根据其工作机理和结构的不同，又可以分别分出很多种类

这些非同寻常的成像形式及其新型应用便是仿生光学所研究的内容。鉴于其种类繁多的结构类型，这些研究内容宽泛而难以用一个统一的标准来度量。因此，《仿生光学技术与应用》（付跃刚，欧阳名钊, 胡源著. 北京：科学出版社,2020.12）一书基于作者多年在仿生光学领域的研究成果，对仿扇贝环景带光学系统、仿生复眼光学系统、仿生龙虾眼透镜、仿生蛾眼减反射微纳结构表面、仿生虾蛄眼偏振成像系统等几种仿生光学技术的研究成果进行了汇总介绍。

?第1 章介绍了仿生光学的研究意义及研究现状。

??第2 章介绍了仿生于扇贝眼的全景环带成像系统，这是一种新颖结构形式的光学系统，该类系统能够在保证系统结构紧凑小巧的前提下，同时实现多视场成像，实时地获取多场景图像信息，在安防监测、遥感、导航、森林消防与防护等多个领域中具有广阔的应用前景。

▲?双通道全景环带光学系统光路示意图

??第3 章介绍了仿生复眼光学系统，针对单孔径系统在大视场和高分辨率之间的矛盾成为制约仪器性能的关键问题，利用仿生复眼大视场凝视成像技术，实现了55± 的凝视视场，并且可以克服子眼小孔径、视距短的缺陷。同时介绍了相邻子眼系统视场的计算方法，给出了子眼系统的空间排布方法与布局原则。

▲?TOMBO 系统的三维重构过程

著名的TOMBO(thin observation module by bound optics) 复眼成像系统是由日本科学家Tanida 带领的研究团队在21 世纪初提出的，该系统只有纽扣般大小，实现了3 维高分辨率成像。

??第4 章介绍了仿生龙虾眼透镜，它是区别于传统光学透镜的一种结构仿生元件，由矩形微通道构成的球型对称结构可以实现辐射通量的高效反射汇聚，对高能射线具有较高的收集效率，是天文物理学、宇宙学研究的重要工具。本章着眼于未来空间探索的任务需求，针对软X 射线谱段的龙虾眼透镜介绍了其工作机理及应用研究情况。

▲?二维龙虾眼透镜平行光能量聚焦

??第5 章介绍了仿生蛾眼微纳结构表面，它是仿生于飞蛾眼表面的六边形排列的微纳结构阵列，这种表面微纳结构周期小于可见光波长，使得光波无法辨认出该微纳结构，可减少折射率急剧变化所造成的光反射现象，使得飞蛾眼睛对光具有极低的反射系数。仿生蛾眼抗反射微纳结构具有宽入射角和宽光谱段的抗反增透特点，使其在诸多领域具有广阔的应用前景。

文章来源：《CT理论与应用研究》 网址: http://www.ctllyyyyj.cn/zonghexinwen/2021/0328/825.html