OEA | 可调谐同轴叠层透镜复眼实现协同双焦成像【吉林大学张永来教授团队】

昆虫的复眼是经过亿万年进化形成的高效视觉系统，它们由成千上万个紧密排列的小眼组成，分布在半球形表面，能够实现大视场、高时间分辨率和动态的感知能力，为人工微光学系统的研发提供了绝佳的仿生灵感。复眼的核心优势在于“多点协同成像”：每一个小眼都是一个独立的感光单元，它们并行处理视觉信息，既能捕捉广阔范围内的场景，又能快速响应动态变化的目标，这是传统单孔径成像设备难以企及的能力。现有仿生复眼技术长期面临多重瓶颈：视场范围受限，难以实现大范围场景捕捉；焦距固定，无法同时清晰成像不同距离的目标；结构复杂、体积庞大，难以适配微型化与柔性化的应用需求。这些困境恰恰凸显了人工复眼与天然昆虫复眼的差距——以秋赤蜻为例，其复眼呈现显著的区域分化特征：背部小眼尺寸较大、对短波（360 nm）敏感，腹部小眼尺寸较小、光谱感光范围更广（360 nm与520 nm双峰响应），这种精妙的结构-功能耦合远非简单模仿所能实现。现有方案多采用均匀小眼设计，既未能复刻天然复眼的区域分化优势，又普遍存在视场不可调谐、焦点单一等局限，难以适应复杂环境下的多尺度成像需求。因此，突破均匀构型束缚、研发兼具可调视场与多焦成像能力的新型仿生复眼，成为该领域亟待攻克的关键方向。

基于上述研究背景，吉林大学张永来教授团队提出了一种具有同轴叠层透镜单元的可调谐仿生复眼系统，有效突破了传统人工复眼在性能上的局限，为仿生微光学成像领域提供了一条新的技术路径，该团队创新性地采用叠层透镜（Lens-on-Lens, LoL）结构作为复眼的基本单元，每个单元由两个同轴排列、大小不一的凸面透镜组成。两层透镜协同工作，可形成两个独立的焦距，实现双焦协同成像，从而打破传统均匀小眼设计的局限，进一步挖掘了人工复眼的成像潜力，使其能够更好地适配成像需求。

在制备工艺方面，结合飞秒激光直写、湿法刻蚀与软光刻技术。首先利用飞秒激光对石英玻璃进行改性处理，再通过湿法刻蚀制备出高精度的凹面LoL阵列模板；随后，采用软光刻技术将该模板复刻为柔性的PDMS LoL透镜阵列，保证了阵列结构的均匀性与稳定性。此后，团队将柔性透镜阵列与微流控芯片精准集成，通过调控注入微流控腔室的液体压力，实现了对复眼曲率与视场的动态调控。该调控过程精准可控，并具有良好的重复性。

测试结果表明，该可调谐复眼能够实现稳定的双焦成像，两个独立焦距可分别清晰捕捉目标信息；同时，其视场角可在一定范围内连续调节，以满足多样化场景下的成像需求。此外，该系统还能顺利完成大视场多目标成像与运动目标轨迹监测等任务。

该工作以“Tunable compound eyes with coaxial lens-on-lens ommatidia for cooperative bi-focal imaging”为题发表在Opto-Electronic Advances 2026年第4期上