本实用新型专利技术公开了一种基于可见光通信的光学天线，所述光学天线具有小于5°发光角度的LED准直透镜；所述LED准直透镜包括内表面与抛物线面外表面；所述内表面包括第一内表面与第二内表面；所述抛物线面型外表面焦点位于光源O；所述第一内表面、第二内表面、抛物面型外表面均以点光源O为中心，并且关于Z轴呈旋转对称；所述第一内表面处于LED准直透镜顶部内部的底部，所述第一内表面包括部分半球形面和自由曲面一；所述第一内表面除部分半球面以外的部分为自由曲面一，所述第二内表面是位于LED准直透镜顶部的一个自由曲面；本实用新型专利技术具有绿色节能、无电磁波干扰和安装方便等优点。
【技术实现步骤摘要】
本技术设及一种Lm)准直透镜技术，特别设及一种基于可见光通信的光学天 线，该光学天线是一种超远距离的可见光通信光学天线，适用于远距离的无线通信传输系 统。
技术介绍
可见光通信技术，作为一种利用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，具有绿色环保、无电磁干扰、数据传输速率大、 功耗低等特点，并且，与现有无线电波传输手段不同，可见光通信只有在光到达的地方才能 接收到信号，因此其安全性能高，不容易泄露信息。 在远距离的可见光通信中，需要对光线进行汇聚，达到各个部分能量均匀分布，使 信号传输更为高效、稳定，而现有技术的光学天线的角度比较大，难W实现远距离的无线通 信传输系统，因此，开发一种适用于远距离的无线通信传输系统的光学天线成了目前亟待 解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本技术的目的在于提供一种基于可见光通 信的光学天线，该光学天线实现了超远距离的可见光通信，适用于远距离的无线通信传输 系统，该光学天线采用开关方法调制电路，使禪合深度达到最大化，更适合远距离的传输； 设计的L邸准直透镜，有效地对Lm)光源发出的光线进行了汇聚，使发光角度小，而且在任何 位置能量分布均匀;高禪合深度的调制方法与准直透镜的设计为光信号远距离传递信息提 供了条件。 本技术的目的通过W下技术方案实现:一种基于可见光通信的光学天线，所 述光学天线具有小于5°发光角度的Lm)准直透镜;将Lm)看作点光源0, WO为原点建立空间 直角坐标系O-XYZ，所述L抓准直透镜包括内表面11与抛物线面外表面12;所述内表面11包 括第一内表面111与第二内表面112;所述抛物线面型外表面12焦点位于光源0;所述第一内 表面111、第二内表面112、抛物面型外表面12均W点光源0为中屯、，并且关于Z轴呈旋转对 称;所述第一内表面111处于L邸准直透镜顶部内部的底部，所述第一内表面111包括部分半 球形面1111和自由曲面一 1112;在W光源0为球屯、，所述Lm)准直透镜底面半径为球径所构 成的半球面上的所有点中，与W光源0为顶点，Z轴为一边所构成的角度大于等于发光角度 0M的点的集合构成所述部分半球形面1111;所述第一内表面111除部分半球面1111W外的 部分为自由曲面一 1112,所述第二内表面112是位于L邸准直透镜顶部的一个自由曲面； 所述Lm)准直透镜将光线分成中间部分和侧边部分分别进行配光，中间部分的发 光角度小于等于％，光线由光源0发出，经过自由曲面1112折射后，再经过第二内表面112折 射后汇聚;侧边部分发光角度大于0M，光线经过部分半球形面1111折射后，再经过抛物面型 外表面12反射汇聚。 L抓准直透镜对所述中间部分的配光方法为：由于朗伯型L抓光源发光强度为I = Iocos0，lo为沿Z轴方向光强，目标面均匀照度为E，根据能量守恒可得：[000引 i0/E = ；ri2/sin 白 m2;光源发光角度0M与目标区域半径ri的坐标关系为：[OOW 从而确定了 Qi(ri，zi)的横坐标;其中Q功光线进入第二内表面112的坐标，?为整 个L邸准直透镜目标区域的半径。而马吕斯定律指出垂直于波面的光线束经过任意多次反射和折射W后，出射光束 仍垂直于出射波面，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。根据马吕斯定 律，若把Lm)看作点光源，在经过准直之后，出射波面为平面波，点光源发出的所有光线到达 平面波对应点时经过的光程恒定。因此光源发出01角的光线到达目标点以所经过的光程等 于轴上光线由0点到目标面点Oi所经过的光程，因此有：其中，no为自由曲面一 1112的折射率，m为第二内表面112的折射率，h为光线在自 由曲面一1112的光程，d为光线在第二内表面112的光程，Z功化的横坐标，Pi为光线在第一 部分11中的起始点。[001引由自由曲面切面迭代法的原理可知，根据起始点Pi和Qi的坐标与S肥LL定律即可求 出折线对应的切平面，而偏角为01+1的点Pw又在Pi的切平面上，因此Pw可得，再根据方程， Qw也可得，通过运种方式迭代，即可算出2条曲线的点坐标，由Pi可W确定所述自由曲面一 1112的结构，由化可W确定所述第二内表面112结构。 Lm)准直透镜对所述侧边部分的配光方法为:对于大于0M的光线，先经过部分半球 形面1111折射，折射光线到达抛物面型外表面12,经抛物面型外表面12反射，形成平行于Y 轴的光线，达到L邸准直配光的效果。 相对于现有技术，本技术具有如下的优点与效果： 本技术的光学天线设计了一种小角度配光，发光角度小于5%在任何角度能 量分布均匀的准直透镜，由内表面与抛物线面外表面构成。L邸光源发出可见光经过该光学 天线形成小角度光束，到达光接收模块实现超远距离可见光传输，克服了可见光通信中光 信号传递距离有限，各个位置能量、信号分布不均匀的缺点，应用于多种可见光通信场合， 具有绿色节能，无电磁波干扰，安装方便等优点。并且，该系统具有高速通信的基础，能实现 网络接入，为多媒体平台的搭建提供了可能。【附图说明】 图1为本技术的开关法控制L邸部分示意图。 图2为本技术的L邸准直透镜示意图。 图3为本技术的高调制禪合深度的电路部分示意图。 图4为本技术在电梯井道内超远距离可见光通信具体应用示意图。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实 施方式不限于此。 实施例 如图1所示，报文二进制电信号输入到使能端，W开关方法控制LED,使信号的禪合 深度达到最大化，将报文二进制电信号转换为光信号传输。如图2所示，L抓光源发出的光信号经过一种基于可见光通信的光学天线，实现小 角度配光。所述光学天线特点在于具有发光角度小于5°的LED准直透镜。将Lm)看作点光源 0，Wo为原点建立空间直角坐标系O-XYZ，所述L抓准直透镜包括内表面11与抛物线面外表 面12。所述内表面11包括第一内表面111与第二内表面112当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于可见光通信的光学天线，其特征在于，所述光学天线具有小于5°发光角度的LED准直透镜；将LED看作点光源O，以O为原点建立空间直角坐标系O‑XYZ，所述LED准直透镜包括内表面(11)与抛物线面外表面(12)；所述内表面(11)包括第一内表面(111)与第二内表面(112)；所述抛物线面型外表面(12)焦点位于光源O；所述第一内表面(111)、第二内表面(112)、抛物面型外表面(12)均以点光源O为中心，并且关于Z轴呈旋转对称；所述第一内表面(111)处于LED准直透镜顶部内部的底部，所述第一内表面(111)包括部分半球形面(1111)和自由曲面一(1112)；在以光源O为球心，所述LED准直透镜底面半径为球径所构成的半球面上的所有点中，与以光源O为顶点，Z轴为一边所构成的角度大于等于发光角度θM的点的集合构成部分半球形面(1111)。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：文尚胜，周云麟，陈颖聪，关伟鹏，吴玉香，彭星，张恒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44
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