一種用于可見光通信的多通道光學接收天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于可見光通信的光學接收天線，包括N個透鏡系統(tǒng)，每個透鏡系統(tǒng)包括光電探測器及四個光學表面，第一透射面接收可見光，第一反射面置于第一透射鏡的透射光路中，并將第一透射面會聚的可見光反射至第二反射面，第二反射面接收第一反射面的反射光后，將其反射至第二透射面，第二透射面將反射光透射后聚焦至位于像面的光電探測器上；每個透射系統(tǒng)接收可見光中不同波段的光波，透鏡系統(tǒng)中的光電探測器接收相應波段的光波；本發(fā)明的光學接收天線能夠?qū)崿F(xiàn)光學天線接收端的多通道接收，從而提高帶寬；同時，折反式離軸結(jié)構(gòu)的使用減小了系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)了光學接收天線的小型化。
【專利說明】一種用于可見光通信的多通道光學接收天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學設計領(lǐng)域，具體涉及一種用于可見光通信的光學接收天線。
【背景技術(shù)】
[0002]室內(nèi)可見光通信中信號光的特點是覆蓋面積大，視場寬。要保證所接收信號光的強度，如果直接使光電探測器的實際物理面積增加，則會增大探測器的內(nèi)部噪聲，同時因為等效電容的增加也會導致接收機的響應帶寬受到限制。因此，可在探測器前放置光學接收系統(tǒng)，來增加等效接收面積:使大視場信號光盡可能多地被光學接收系統(tǒng)接收到探測器內(nèi)，從而等效擴大接收面積和接收視場，增大接收到的光功率。
[0003]接收光學天線、耦合系統(tǒng)、濾波器和光電接收器四部分組成了室內(nèi)可見光通信接收系統(tǒng)前端。接收光學天線應該盡可能多地接收包含目標信號光在內(nèi)的室內(nèi)空間的微弱光輻射，然后經(jīng)過耦合系統(tǒng)將收集到的光耦合到濾波器的接收端，濾掉“噪聲”后保留目標信號光，被光電接收器接收后轉(zhuǎn)換成電信號。因此，只要接收光學天線在室內(nèi)空間中接收到的光能輻射足夠多，耦合系統(tǒng)的插入損耗少，濾波效果良好，則接收器就能接收到所需的信息。可見接收光學天線是整個接收系統(tǒng)前端的關(guān)鍵。
[0004]接收光學天線相當于一個能接收室內(nèi)空間可見光輻射的物鏡，要求具有大視場和高增益?，F(xiàn)在較為常用的接收光學天線如牛頓系統(tǒng)、格里高利系統(tǒng)和卡塞格倫系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)不易獲得較大視場，增大視場的同時會增大系統(tǒng)的體積，考慮到室內(nèi)可見光通信使用的便攜性，系統(tǒng)尺寸的增大會降低實用性；另外，上述系統(tǒng)存在中心遮擋的問題，而一般入射到次鏡上的光斑強度成高斯分布，遮擋比的存在使得中心部分能量損失。
[0005]因此需要一種大視場、高增益和小型化的接收光學天線。
[0006]波分復用(WDM)是指同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合即復用起來，并耦合到一起進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開即解復用，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。波分復用技術(shù)的突出優(yōu)點是能同時傳輸不同波長的幾個甚至幾百個光載波信號，不僅能充分利用帶寬資源，增加系統(tǒng)的傳輸容量，而且還能提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。
[0007]因此，多通道、可實現(xiàn)波分復用的接收光學天線也是未來的發(fā)展趨勢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于可見光通信的光學接收天線，能夠?qū)崿F(xiàn)光學天線接收端的多通道接收，從而提高帶寬；同時，折反式離軸結(jié)構(gòu)的使用減小了系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)了光學接收天線的小型化；透鏡系統(tǒng)中光學表面采用自由曲面，并對自由曲面參數(shù)進行特殊設計，使得該接收天線具有較大的視場角，并有效增大了光學增益。
[0009]本發(fā)明的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，包括N個透鏡系統(tǒng)，每個所述透鏡系統(tǒng)包括光電探測器及四個光學表面，其中四個光學表面為:
[0010]第一透射面；[0011]相對于參考軸傾斜并形成折反式反射結(jié)構(gòu)的第一反射面和第二反射面；
[0012]以及第二透射面；
[0013]所述第一透射面接收可見光，所述第一反射面置于第一透射鏡的透射光路中，并將第一透射面會聚的可見光反射至第二反射面，所述第二反射面接收第一反射面的反射光后，將其反射至第二透射面，第二透射面將反射光透射后聚焦至位于像面的光電探測器上；所述每個透射系統(tǒng)接收可見光中不同波段的光波，透鏡系統(tǒng)中的光電探測器接收相應波段的光波；
[0014]所述N為大于或等于I的整數(shù)；
[0015]當N大于I時，N個透鏡系統(tǒng)呈軸對稱分布，且N個透鏡系統(tǒng)中的所有光電探測器
(102)均位于同一個平面上，并且拼接在一起。
[0016]所述第一透射面上鍍有所在透鏡系統(tǒng)對應波段的透射膜。
[0017]所述透鏡系統(tǒng)還包括設置在第一透射面前的保護玻璃，所述保護玻璃上鍍有對應波段的透射膜。
[0018]所述兩個透射面 和兩個反射面采用球面、非球面或自由曲面。
[0019]四個光學表面所包圍的空間由折射率大于1.4的玻璃或樹脂光學材料填充。
[0020]所述接收天線滿足
【權(quán)利要求】
1.一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，包括N個透鏡系統(tǒng)，每個所述透鏡系統(tǒng)包括光電探測器(102)及四個光學表面，其中四個光學表面為: 第一透射面(103)； 相對于參考軸傾斜并形成折反式反射結(jié)構(gòu)的第一反射面(104)和第二反射面(105)； 以及第二透射面(106)； 所述第一透射面(103)接收可見光，所述第一反射面(104)置于第一透射鏡的透射光路中，并將第一透射面(103)會聚的可見光反射至第二反射面(105)，所述第二反射面(105)接收第一反射面(104)的反射光后，將其反射至第二透射面(106)，第二透射面(106)將反射光透射后聚焦至位于像面的光電探測器(102)上；所述每個透射系統(tǒng)接收可見光中不同波段的光波，透鏡系統(tǒng)中的光電探測器(102)接收相應波段的光波； 所述N為大于或等于I的整數(shù)； 當N大于I時，N個 透鏡系統(tǒng)呈軸對稱分布，且N個透鏡系統(tǒng)中的所有光電探測器(102)均位于同一個平面上，并且拼接在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所述第一透射面(103)上鍍有所在透鏡系統(tǒng)對應波段的透射膜。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所述透鏡系統(tǒng)還包括設置在第一透射面(103)前的保護玻璃(107)，所述保護玻璃(107)上鍍有對應波段的透射膜。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所述兩個透射面和兩個反射面的偏心和傾斜數(shù)據(jù)如下:
~y方向偏心 z方向偏心~~繞X軸的傾斜~ 表面序號
(mm)(mm)(° ) 第一透射面
1.87O-3.41
(103) 第一反射面
2.312.0527.38
(104) 第二反射面
039-0.5622.16
(105) 第二透射面
1.673.06-5.47
(106) 所述xyz軸的定義如下軸平行于參考軸向下，y軸垂直于z軸向右，X軸垂直于yz平面向里。
5.如權(quán)利要求4所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所述兩個透射面和兩個反射面采用球面、非球面或自由曲面。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所述兩個透射面和兩個反射面均采用自由曲面，其曲面方程為:
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，四個光學表面所包圍的空間由折射率大于1.4的玻璃或樹脂光學材料填充。
8.如權(quán)利要求1所述的一種用于可見光通信的多通道光學接收天線，其特征在于，所
述接收天線滿足:
【文檔編號】G02B17/08GK104020552SQ201410222704
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】程德文, 張凌云, 宋維濤, 王涌天, 劉越 申請人:北京理工大學