近年来,受动物界昆虫复眼的启发,科学家提出了相应的人工仿生复眼光学系统。将目前广泛使用的单孔径光学系统用象复眼一样的多孔径光学系统所代替,从而达到使整个系统小型化、轻量化、增大视场的目的。与并列复眼相比,重叠复眼有更高的光能量利用率和更高的灵敏度,但是,重叠型复眼结构复杂,特别是其晶锥部分的渐变折射率介质(GRIN),在建模仿真时,比均匀介质要复杂得多;而且在实际制作过程中,对微型化的GRIN介质的折射率控制也十分困难,将其精确地沿一曲面阵列排列也不易实现。这些问题大大阻碍了人工仿生重叠型复眼的研究与发展。针对以上问题,本文首先在研究生物界中存在的复眼结构及各自的工作原理的基础上,根据生物解剖学原理,建立了人工重叠型复眼的光学模型,并利用Zemax软件分析了人工重叠型复眼的光学特性;其次在研究GRIN介质特性的基础上,设计了由GRIN介质构成的重叠型复眼光学系统,并对其进行了优化,提高了光能量利用率。然后研究了利用曲面微透镜阵列代替GRIN介质的设计方法,并利用三层曲面微透镜阵列设计了重叠型复眼。最后,在平面微透镜制作工艺的基础上,提出在曲面基底上制作微透镜阵列的工艺流程,为下一步研制人工重叠型复眼光学系统打下良好的基础。本文工作使建模与分析过程大大简化,也使得人工仿生重叠复眼的各个组件在制作工艺上更容易实现。