[发明专利]一种光学接收装置及其优化设计方法

说明书

本发明属于天线技术领域，具体为一种光学接收装置及其优化设计方法。本发明提供的光学接收装置为杯状旋转曲面体；包括内、外曲面和底面，具有三个结构参数：旋转角β，装置的整体高度L’，底部厚度H；本发明对这三个结构参数进行优化处理，优化方法包括Taguchi正交实验法和ANOVA数据分析法。本发明设计的光学接收装置，光学视场角可达100°；光学增益高达11.29，光学接收端的光学接收功率可达6.7496dBm以上，且光斑能量分布均匀。优化方法极大地简化了设计过程，能有效获取光学接收装置的最优化结构参数组合。本发明光学接收装置绿色环保、安装方便、成本低，能够满足室内可见光通信系统的通信需求。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种光学接收装置及其优化设计方法。

背景技术

发光二极管(LED)相比于传统照明方式具有低功耗、高亮度与长寿命等优势，目前已被广 泛应用于信息显示、视觉传输、照明等多种领域。与此同时，因为LED具备有高开关频率和高 响应灵敏度的特点，其被应用于一种新兴的通信技术，即可见光通信(VLC)。

在可见光通信系统中，对于光接收机而言，光学接收装置的设计是可见光通信系统的一个 重要部分。设计好的光学接收装置可以有效提高光接收功率、光学增益和信噪比。然而目前关 于光学接收装置地研究较少。为了提高可见光通信系统光学接收端的光学增益、光接收功率和 信噪比，同时提供较大的视场角，国内外业界提出了各种光学接收装置的设计思路，但是光学 接收装置的设计与优化过程总会存在很多的局限性。

参考文献

[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)。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种光学接收装置及其优化 方法。

本发明提供的光学接收装置，为杯状旋转曲面体，参见图1所示；包括内、外曲面和底面， 记装置外曲面(旋转曲面)的轴截面的曲线为AC、BD，该截面曲线满足复合抛物面聚光器截 面曲线的基本特性；AB为装置上口(光线入射口)宽度，CD为下口(光线出射口)宽度，记装置 中心轴线到上口(A或B)的距离为a，装置中心轴线到底部边缘(C或D)的距离为b，记内、 外曲面在杯状上端部处的切线夹角为β，亦称旋转角，装置的整体高度为L’，底部厚度为H； 记AC和BD所围成复合抛物面聚光器的半视场角为θmax；

所述装置高度L’是经过截短处理后的高度，其大小与截短比k有关。这里，所谓“截短 处理”：是指装置外曲面的轴截面曲线AC、BD，绕中心轴线旋转得到旋转对称体，对该旋转 对称体的上部进行截断，得到本发明装置的本体。所述截短比是指本发明装置高度L’与旋转 对称体的高度之比。

进一步地，所述光学接收装置的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

进一步地，所述旋转角度β的大小在4°-8°之间；所述高度L’的大小在12mm-16mm之间；所述底部壁厚H的大小在3mm-8mm之间。