北京萤火虫复眼的光学成像

本文利用光学成像方法,研究了不同适应状态下的北京萤火虫Phrococelia pekinensis复眼所成的光学重叠像以及复眼的视场角。不同适应状态的晶体柱都能在距离复眼表面300—350μm之处形成光学重叠像。经过暗适应的晶体柱可以对不同物距的目标形成清晰的正重叠像,像的大小随物距的增大而减小;经明适应的晶体柱,成像物距范围变小,重叠像的像面亮度降低;经过漂白处理的晶体柱只能对一定的物距成像,像面亮度最低。不同数目的晶体柱都能形成一重叠像,并随着其数目的增加,像面亮度也逐渐增强。根据对局部复眼视场范围的观察和其结构特征的了解,认为萤火虫单个复眼的视场角大于180度。

北京萤火虫复眼的模型小眼设计与光线追迹

以实际的北京萤火虫复眼结构与生理参数与依据，基于已知的ＧＲＩＮ透镜特征，把小眼的整个光学系统分成几个部分被模型化。模型中，在晶体柱部分使用了一个径向梯度折射率透镜柱具有的抛物线轮廓折射率公式；在晶锥末端所接的半椭球ＧＲＩＮ透镜部分，使用了一个径向梯度和纵向梯度分布都存在的折射率公式．模型的尺寸与折射率的大小根据实际晶锥的测量值．通过对模型小眼的光线追迹，证明模型小眼基本上是一个平行光入射，年行光出射的望远镜系统．小眼光学系统的前半部分把入射的平行光束聚焦到中间焦点，而这个点的位置恰好位于实际晶锥的腰的部位，而光线再次经过晶锥近端以后又以大致平行光束从晶锥末端出射。此模型小眼的最大入射角为３０度，在这个入射角内其角放大率基本上是相同的。随着对平行入射光束与小眼光轴的角度的增加，所产生的中间像越来越远离晶锥光轴。

北京萤火虫复眼的梯度折射率光学和光线追迹

Exner论述了昆虫复眼的重叠原理.70年代,Horridge等人提出了光学重叠眼的特征是必须存在宽的透明带,把小眼的角膜透镜和晶锥与复眼的光感受器层分开.光学重叠眼中的透明带允许多个小眼的光线通过并一直到达光感受器层.在理想的重叠眼中,一束平行光线最后被聚焦在小眼光轴与光线的初始方向一致的那个小眼的光感受器细胞上.但对于萤火虫复眼的研究现在仍存在有不同的结论,有研究认为它是光学重叠型复眼。