仿人眼变焦透镜结构设计及其实验研究

作     者：汤峰 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宣银

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：仿生人眼 变焦透镜 机器视觉 有限元Ansys 

摘      要：机器视觉已经广泛应用于先进制造系统、智能监控、航天军工、机器人系统等领域,但大多数视觉系统与真实人眼功能差距较大,还只具备基本的视觉功能,很难实现人眼强大的视觉功能特性。因此深入分析人眼生理结构功能等特性,模拟人眼变焦功能特性,将使机器视觉更接近人眼视觉功能。此外,模拟人眼变焦特性,研制出一种能替代真实人眼的视觉假体,将具有突出的医学应用价值。本文针对人眼视觉变焦特性研究,模拟人眼挤压晶状体,研制出一种小型的变焦透镜,通过驱动器挤压使其曲率发生改变从而控制焦距大小变化,并进行了建模仿真与实验分析研究。具体研究内容主要包括以下几个方面： 第一章,介绍了本课题相关研究背景、目的与意义,针对国内外视觉假体、仿生机器视觉以及变焦透镜的研究内容和现状进行了阐述。最后,给出了本文的主要研究内容。 第二章,详细介绍了仿人眼装置总体方案设计。通过介绍人类视觉系统的变焦机理,对仿生眼系统进行整体建模,提出了系统研制目标。最后,对仿人眼装置进行了总体设计与选择,完成了装置的总体结构设计。 第三章,介绍了人眼光学系统结构与参数,根据几何光学基础理论知识,对变焦透镜进行了焦距计算设计与分析,获得了镜头理论焦距变化范围。基于焦距大小,对仿人眼装置光学结构参数进行了设计与总体布局。 第四章,扼要的阐述了变焦装置工作原理,通过介绍非线性弹性力学理论基础,对超弹体橡胶材料的本构关系有了深入理解,在有限元软件Ansys中建立仿真分析模型,获得了变焦系统特性仿真分析结果。 第五章,详细介绍了变焦透镜的制备过程,设计并介绍了实验装置,对课题中研制出的变焦透镜开展实验研究与测量,通过数据分析处理,获得了系统位移-曲率-焦距的关系曲线。 第六章,对整篇文章进行总结,扼要阐述了本文的主要研究内容与结论,并且对课题后续工作作出了展望。