[發明專利]一種光學接收裝置及其優化設計方法

在審

• 申請號: 202010154417.9
• 申請日: 2020-03-07
• 公開（公告）號: CN111490820A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 孔令豹;彭星
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04B10/116
• 分類號: H04B10/116;H04B10/60;H04B10/67
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于天線技術領域，具體為一種光學接收裝置及其優化設計方法。本發明提供的光學接收裝置為杯狀旋轉曲面體；包括內、外曲面和底面，具有三個結構參數：旋轉角β，裝置的整體高度L’，底部厚度H；本發明對這三個結構參數進行優化處理，優化方法包括Taguchi正交實驗法和ANOVA數據分析法。本發明設計的光學接收裝置，光學視場角可達100°；光學增益高達11.29，光學接收端的光學接收功率可達6.7496dBm以上，且光斑能量分布均勻。優化方法極大地簡化了設計過程，能有效獲取光學接收裝置的最優化結構參數組合。本發明光學接收裝置綠色環保、安裝方便、成本低，能夠滿足室內可見光通信系統的通信需求。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種光學接收裝置及其優化設計方法。

背景技術

發光二極管(LED)相比于傳統照明方式具有低功耗、高亮度與長壽命等優勢，目前已被廣 泛應用于信息顯示、視覺傳輸、照明等多種領域。與此同時，因為LED具備有高開關頻率和高 響應靈敏度的特點，其被應用于一種新興的通信技術，即可見光通信(VLC)。

在可見光通信系統中，對于光接收機而言，光學接收裝置的設計是可見光通信系統的一個 重要部分。設計好的光學接收裝置可以有效提高光接收功率、光學增益和信噪比。然而目前關 于光學接收裝置地研究較少。為了提高可見光通信系統光學接收端的光學增益、光接收功率和 信噪比，同時提供較大的視場角，國內外業界提出了各種光學接收裝置的設計思路，但是光學 接收裝置的設計與優化過程總會存在很多的局限性。

參考文獻

[1]Y.C.Chen,S.S.Wen,Y.X.Wu,Y.Y.Ren,W.P.Guan,Y.L.Zhou,“Long-rangevisible light communication system based on LEDcollimating lens,”OpticsCommunications,377(2016):83–88(2016).

[2]C.F.Lin,C.C.Wu,P.H.Yang and T.Y.Kuo,“Application of TaguchiMethodin Light-Emitting Diode Back light Design for Wide ColorGamut Displays,”Journal of Display Technology,5:323-330(2009)。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提供一種光學接收裝置及其優化 方法。

本發明提供的光學接收裝置，為杯狀旋轉曲面體，參見圖1所示；包括內、外曲面和底面， 記裝置外曲面(旋轉曲面)的軸截面的曲線為AC、BD，該截面曲線滿足復合拋物面聚光器截 面曲線的基本特性；AB為裝置上口(光線入射口)寬度，CD為下口(光線出射口)寬度，記裝置 中心軸線到上口(A或B)的距離為a，裝置中心軸線到底部邊緣(C或D)的距離為b，記內、 外曲面在杯狀上端部處的切線夾角為β，亦稱旋轉角，裝置的整體高度為L’，底部厚度為H； 記AC和BD所圍成復合拋物面聚光器的半視場角為θmax；

所述裝置高度L’是經過截短處理后的高度，其大小與截短比k有關。這里，所謂“截短 處理”：是指裝置外曲面的軸截面曲線AC、BD，繞中心軸線旋轉得到旋轉對稱體，對該旋轉 對稱體的上部進行截斷，得到本發明裝置的本體。所述截短比是指本發明裝置高度L’與旋轉 對稱體的高度之比。

進一步地，所述光學接收裝置的材料為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

進一步地，所述旋轉角度β的大小在4°-8°之間；所述高度L’的大小在12mm-16mm之間；所述底部壁厚H的大小在3mm-8mm之間。