一種基于可見光通信的光學天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型設及一種Lm)準直透鏡技術，特別設及一種基于可見光通信的光學天 線，該光學天線是一種超遠距離的可見光通信光學天線，適用于遠距離的無線通信傳輸系 統。
【背景技術】
[0002] 可見光通信技術，作為一種利用發光設備發出人眼感覺不到的高速明亮閃爍的光 信號來實現信息傳輸的新興無線通信技術，具有綠色環保、無電磁干擾、數據傳輸速率大、 功耗低等特點，并且，與現有無線電波傳輸手段不同，可見光通信只有在光到達的地方才能 接收到信號，因此其安全性能高，不容易泄露信息。
[0003] 在遠距離的可見光通信中，需要對光線進行匯聚，達到各個部分能量均勻分布，使 信號傳輸更為高效、穩定，而現有技術的光學天線的角度比較大，難W實現遠距離的無線通 信傳輸系統，因此，開發一種適用于遠距離的無線通信傳輸系統的光學天線成了目前亟待 解決的技術問題。 【實用新型內容】
[0004] 為了克服現有技術的缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種基于可見光通 信的光學天線，該光學天線實現了超遠距離的可見光通信，適用于遠距離的無線通信傳輸 系統，該光學天線采用開關方法調制電路，使禪合深度達到最大化，更適合遠距離的傳輸； 設計的L邸準直透鏡，有效地對Lm)光源發出的光線進行了匯聚，使發光角度小，而且在任何 位置能量分布均勻;高禪合深度的調制方法與準直透鏡的設計為光信號遠距離傳遞信息提 供了條件。
[0005] 本實用新型的目的通過W下技術方案實現:一種基于可見光通信的光學天線，所 述光學天線具有小于5°發光角度的Lm)準直透鏡;將Lm)看作點光源0, WO為原點建立空間 直角坐標系O-XYZ，所述L抓準直透鏡包括內表面11與拋物線面外表面12;所述內表面11包 括第一內表面111與第二內表面112;所述拋物線面型外表面12焦點位于光源0;所述第一內 表面111、第二內表面112、拋物面型外表面12均W點光源0為中屯、，并且關于Z軸呈旋轉對 稱;所述第一內表面111處于L邸準直透鏡頂部內部的底部，所述第一內表面111包括部分半 球形面1111和自由曲面一 1112;在W光源0為球屯、，所述Lm)準直透鏡底面半徑為球徑所構 成的半球面上的所有點中，與W光源0為頂點，Z軸為一邊所構成的角度大于等于發光角度 0M的點的集合構成所述部分半球形面1111;所述第一內表面111除部分半球面1111W外的 部分為自由曲面一 1112,所述第二內表面112是位于L邸準直透鏡頂部的一個自由曲面；
[0006] 所述Lm)準直透鏡將光線分成中間部分和側邊部分分別進行配光，中間部分的發 光角度小于等于％，光線由光源0發出，經過自由曲面1112折射后，再經過第二內表面112折 射后匯聚;側邊部分發光角度大于0M，光線經過部分半球形面1111折射后，再經過拋物面型 外表面12反射匯聚。
[0007] L抓準直透鏡對所述中間部分的配光方法為：由于朗伯型L抓光源發光強度為I = Iocos0，lo為沿Z軸方向光強，目標面均勻照度為E，根據能量守恒可得：
[000引 i0/E = ；ri2/sin 白 m2;
[0009]光源發光角度0M與目標區域半徑ri的坐標關系為：
[OOW 從而確定了 Qi(ri，zi)的橫坐標;其中Q功光線進入第二內表面112的坐標，?為整 個L邸準直透鏡目標區域的半徑。
[0012]而馬呂斯定律指出垂直于波面的光線束經過任意多次反射和折射W后，出射光束 仍垂直于出射波面，并且入射波面與出射波面對應點之間的光程均為定值。根據馬呂斯定 律，若把Lm)看作點光源，在經過準直之后，出射波面為平面波，點光源發出的所有光線到達 平面波對應點時經過的光程恒定。因此光源發出01角的光線到達目標點以所經過的光程等 于軸上光線由0點到目標面點Oi所經過的光程，因此有：
[0014]其中，no為自由曲面一 1112的折射率，m為第二內表面112的折射率，h為光線在自 由曲面一1112的光程，d為光線在第二內表面112的光程，Z功化的橫坐標，Pi為光線在第一 部分11中的起始點。
[001引由自由曲面切面迭代法的原理可知，根據起始點Pi和Qi的坐標與S肥LL定律即可求 出折線對應的切平面，而偏角為01+1的點Pw又在Pi的切平面上，因此Pw可得，再根據方程， Qw也可得，通過運種方式迭代，即可算出2條曲線的點坐標，由Pi可W確定所述自由曲面一 1112的結構，由化可W確定所述第二內表面112結構。
[0016] Lm)準直透鏡對所述側邊部分的配光方法為:對于大于0M的光線，先經過部分半球 形面1111折射，折射光線到達拋物面型外表面12,經拋物面型外表面12反射，形成平行于Y 軸的光線，達到L邸準直配光的效果。
[0017] 相對于現有技術，本實用新型具有如下的優點與效果：
[0018] 本實用新型的光學天線設計了一種小角度配光，發光角度小于5%在任何角度能 量分布均勻的準直透鏡，由內表面與拋物線面外表面構成。L邸光源發出可見光經過該光學 天線形成小角度光束，到達光接收模塊實現超遠距離可見光傳輸，克服了可見光通信中光 信號傳遞距離有限，各個位置能量、信號分布不均勻的缺點，應用于多種可見光通信場合， 具有綠色節能，無電磁波干擾，安裝方便等優點。并且，該系統具有高速通信的基礎，能實現 網絡接入，為多媒體平臺的搭建提供了可能。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本實用新型的開關法控制L邸部分示意圖。
[0020] 圖2為本實用新型的L邸準直透鏡示意圖。
[0021] 圖3為本實用新型的高調制禪合深度的電路部分示意圖。
[0022] 圖4為本實用新型在電梯井道內超遠距離可見光通信具體應用示意圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實 施方式不限于此。
[0024] 實施例
[0025] 如圖1所示，報文二進制電信號輸入到使能端，W開關方法控制LED,使信號的禪合 深度達到最大化，將報文二進制電信號轉換為光信號傳輸。
[00%]如圖2所示，L抓光源發出的光信號經過一種基于可見光通信的光學天線，實現小 角度配光。所述光學天線特點在于具有發光角度小于5°的LED準直透鏡。將Lm)看作點光源 0，Wo為原點建立空間直角坐標系O-XYZ，所述L抓準直透鏡包括內表面11與拋物線面外表 面12。所述內表面11包括第一內表面111與第二內表面112