[發(fā)明專利]一種用于可見光通信的多通道光學接收天線

有效

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• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN104020552A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 程德文;張凌云;宋維濤;王涌天;劉越
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;H04B10/116
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

技術領域

本發(fā)明涉及光學設計領域，具體涉及一種用于可見光通信的光學接收天線。?

背景技術

室內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，從而等效擴大接收面積和接收視場，增大接收到的光功率。?

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的室內空間的微弱光輻射，然后經過耦合系統(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換成電信號。因此，只要接收光學天線在室內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)前端的關鍵。?

接收光學天線相當于一個能接收室內空間可見光輻射的物鏡，要求具有大視場和高增益。現(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。?

因此需要一種大視場、高增益和小型化的接收光學天線。?

波分復用(WDM)是指同時傳輸多波長光信號的一項技術。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)的經濟效益。?

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)明內容

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，能夠實現(xiàn)光學天線接收端的多通道接收，從而提高帶寬；同時，折反式離軸結構的使用減小了系統(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。?

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：?

第一透射面；?

相對于參考軸傾斜并形成折反式反射結構的第一反射面和第二反射面；?

以及第二透射面；?

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；?

所述N為大于或等于1的整數(shù)；?

當N大于1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。?

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。?

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。?

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。?

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。?

所述接收天線滿足：其中L是光學接收天線的總長度，ID是光電探測器的對角線長度。?

本發(fā)明具有如下有益效果：?

1)、本發(fā)明采用多套透鏡系統(tǒng)分別接收多波段可見光波，在實現(xiàn)多通道接收并保證帶寬的前提下，采用離軸的折反式反射結構的透鏡系統(tǒng)，可實現(xiàn)接收天線的小型化；?

2)、本發(fā)明將多個透鏡系統(tǒng)設置成軸對稱分布，便于安裝，同時縮小天線體積；將多個透鏡系統(tǒng)中的光電探測器進行同平面拼接，使得光電探測器所占體積最小化，達到節(jié)省天線空間的目的；?