在生物圈中,各种生物的眼睛均有着不同的特点,在视觉成像方面,不同生物的眼睛成像方式均不同。生物复眼具有视场大、体积小、动态灵敏度高等特点。科研工作者们基于生物复眼的特点在仿生复眼方面做出了重大的贡献。目前,仿生复眼领域的快速发展,在军事、医疗、照明、无人驾驶等领域均具有着重要应用。仿生复眼作为一种多孔径光学成像系统,能够在大视场下对目标进行识别成像等功能。本文针对曲面仿生复眼与平面图像传感器的匹配问题和六边形拼接结构的非均一型曲面仿生复眼的光阑问题进行了深度研究,提出了一种环形阵列的曲面非均一型仿生复眼结构,通过Zemax软件对所设计的仿生复眼结构进行了仿真模拟,验证了其成像特性,并基于该系统提出了一种该复眼的支撑方式和图像拼接的方法。本论文主要的研究内容包含了以下三个方面:1)通过对生物复眼的结构组成和各功能特性分别进行了深入研究,了解了生物复眼的成像原理。此后,基于生物复眼的中各部分功能组织,对应的设计出各个光学器件,建立了仿生复眼的数学模型。2)由于平面型仿生复眼视场角较小的缺点,设计了一种六边形拼接结构的非均一型曲面仿生复眼光学系统。通过提出了一种全新的六边形模型阵列算法,并在Zemax中建立了该仿生复眼模型,该结构提高了曲面仿生复眼的光能利用率。光学系统须通过光阑解决系统中的光线串扰问题,所以对该复眼结构的光阑进行了分析计算,经理论分析,六边形光阑添加在复眼结构的内侧和外侧均不成立,所以该系统不能解决光线串扰问题。3)基于六边形拼接结构无法解决光阑问题,设计了另一款曲面环形阵列的非均一型仿生复眼光学系统,该系统中各级子眼焦距不同,通过优化设计使得物面经复眼之后可成像于平面探测器上。该复眼系统视场达到了102.8°,由13个环带的子眼组成,其中1-9级子眼采用标准透镜设计,在截止频率68 lp/mm处,各视场MTF值均大于0.29;10-13级子眼采用非球面设计,通过改变边缘子眼口径和视场的方法改善像质,使10-13级子眼各视场的MTF值均大于0.28。各级子眼在全视场范围内畸变均小于4%,点列图的RMS半径均小于探测器像素尺寸7.4μm×7.4μm。为避免各子眼间的光束串扰问题,设计了复眼的单通道成像锥形孔阵列,并针对高精度增材制备技术,完成了曲面复眼的结构设计。公差分析后,该系统像质仍满足使用要求。