[发明专利]一种基于自由曲面的光学接收装置

说明书

本发明属于光学天线技术领域，具体为一种基于自由曲面的光学接收装置。本发明光学接收装置包括依次同轴固置于镜筒中的第一正透镜、负透镜、第二正透镜、光阑、红外滤光片；其中，第一正透镜的第二表面类型和第二正透镜的第一表面类型为八阶XY多项式自由曲面；光学接收装置系统总长L为18‑22mm，光学接收面相对照度大于0.95，全视场角W为70‑72°，焦距f为6.5‑7.5mm，光学增益为11.5‑13.5。本发明光学接收装置采用XY多项式自由曲面设计，在保证结构紧凑、镜片数少的情况下实现70‑72°大视场且11.5‑13.5高增益的光学接收特性，且镜片全采用光学塑料材料，可大大降低加工难度，节约加工成本。

技术领域

本发明属于光学天线技术领域，具体涉及一种基于自由曲面的光学接收装置。

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。可见光通信技术，作为一种利用LED发光设备发出人眼感觉不到的高速明亮闪烁的光信号来实现信息传输的新兴无线通信技术，与传统射频通信和其他光无线通信方式相比，可见光通信未受带宽限制，不受电子设备的电磁干扰，安全保密性高，且LED照明通信设备易于安装，具有极大的发展潜力。

在可见光通信系统中，目前主要的研究范畴包括通信信道模型、调制解调技术以及光源的布局优化等，但是对于可见光接收技术的研究甚少。而光学性能优越的接收天线能够有效提高光接收功率、光学增益和信噪比。在光学接收天线的研究中存在着随视场角增加光学增益降低的问题，国内外业界提出了各种光学天线的设计思路，其研究工作主要是新型天线结构的提出，然而目前所公布的研究结果其光斑尺寸仍旧较大、光学增益较低，且均匀性差，光能难以有效利用。

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结构紧凑、光学增益高、视场角大、信道性能好的基于自由曲面的光学接收装置。

本发明提供的基于自由曲面的光学接收装置，其结构参见图1所示，设计过程中引入了XY多项式自由曲面，在保证结构紧凑、镜片数少的情况下实现大视场、高增益的光学接收特性，且所有镜片均采用光学塑料材料，大大降低了加工难度，节约了加工成本。

本发明提供的基于自由曲面的光学接收装置，包括：第一正透镜1、负透镜2、第二正透镜3、镜筒4、光阑7、红外滤光片8；所述第一正透镜1、负透镜2、光阑7、第二正透镜3、红外滤光片依次同轴固置于镜筒4的内壁；第一正透镜1与负透镜2之间通过镜片隔圈5分隔，光阑7通过光阑隔圈6固定于镜筒4内壁；其中，所述第一正透镜1包括面向物面的第一表面11和面向接收面的第二表面12；所述负透镜2包括面向物面的第三表面21和面向接收面的第四表面22；所述第二正透镜3包括面向物面的第五表面31和面向接收面的第六表面32。

进一步地，所述第一正透镜1的光焦度在0.060-0.070mm^-1之间，所述第一表面11为凸球面，曲率半径在10.866-11.066mm之间；所述第二表面12为XY多项式自由曲面，曲率半径在-27.690—-27.890mm之间；所述第一正透镜1的中心厚度在2.659-2.859mm之间。

进一步地，所述负透镜2的光焦度在-0.143—-0.163mm^-1之间，所述第三表面21为凹球面，曲率半径在-6.602—-6.802mm之间；所述第四表面22为凹球面，曲率半径在6.315-6.515mm之间；所述第一负透镜2的中心厚度在1.014-1.214mm之间。

进一步地，所述第二正透镜3的光焦度在0.141-0.161mm^-1之间，所述第五表面31为XY多项式自由曲面，曲率半径在16.006-16.206mm之间；所述第六表面32为凸球面，曲率半径在-4.001—-4.201mm之间；所述第二正透镜3的中心厚度在3.853-4.053mm之间。