在自然界中,广泛存在着两种视觉系统,一种是类似于人眼的单眼视觉系统;另一种是复眼视觉系统,其本身具有很多优势,如大视场观测、时间分辨率高、结构紧凑、可利用偏振光进行精确导航等,因此吸引了国内外众多学者的研究。随着柔性材料和微纳制备技术的发展,复眼系统也逐渐从平面型复眼发展到曲面复眼系统,尺寸和结构也在向着小型化、轻量化迈进,在飞行器和机器人导航、3D成像和大视场探测等光学领域有着巨大的发展潜力和价值。本文分析了昆虫复眼的组成及各组成部分功能,对复眼系统的原理进行了研究。通过将复眼结构抽象成数学几何模型,推导出复眼光学参数之间的制约关系,确定复眼光学参数。根据并列型仿生复眼的光学原理,设计出单个微透镜,利用Zemax的非序列模式和Soildworks,对单微透镜进行阵列。通过设计中继系统,使曲面阵列所成的曲面像转换成平面像,从而被平面探测所接收。将微透镜阵列与中继系统组合并对其进行优化,得到了满足参数要求的复眼结构。为满足复眼系统的3D增材制造工艺需求,对其进行了公差分析和机械结构设计。所设计的复眼系统的视场为123.7°,总长度为6.65mm。优化后的中继系统仅由4片透镜组成,结构简单,其材料均为PMMA。其前端的复眼球壳由2437个紧密拼接的正六边形微透镜组成,每个微透镜的视场为4°,通光口径为110μm。该复眼系统在120lp/mm处,各视场的MTF值均大于0.3,各视场点列图的RMS半径均小于艾里斑半径,成像质量良好。公差设计具有增材制备的工艺可实现性,公差分析结果表明,所设计的公差满足成像质量要求。