[发明专利]面向收端小型化的可见光通信双凸透镜天线及其设计方法

权利要求书

1.一种面向收端小型化的可见光通信双凸透镜天线的设计方法，其特征在于，该设计方法包括：在发端使用双凸透镜成像结构，利用第一级透镜在第一级透镜、第二级透镜之间成一缩小的实像，同时起到汇聚光强的作用，所成缩小的实像视为新的等效光源用于第二级成像，第二级透镜在远距离接收平面处呈现相对等效光源放大的实像，总的成像放大比例由第一、二级透镜的成像特点共同决定，由于第一级光学系统有效减小了成像尺寸，在长距离通信场景下，在接收端得到清晰成像的小尺寸分离光斑，

透镜成像公式：

其中，f_i表示第i级透镜的焦距，x_i1表示第i级透镜的物距，x_i2表示第i级透镜的像距，第一级透镜通过调整合适的物距参数，在距离第二级透镜f₂+e₁处成一个缩小倒立的实像，所成实像视作新的等效光源经过第二级透镜最终在接收平面处呈现清晰的分离光斑，用于可见光通信的并行接收，第一级透镜成像尺寸比例公式如下所示：

第二级透镜成像尺寸比例公式如下所示：

其中，第二级透镜在远距离接收平面处呈现清晰的分离光斑，也即有第二级透镜的像距x₂₂远大于物距x₂₁，第二级透镜会在远距离接收平面处得到清晰的分离光斑实像，为了达到收端小型化的目的，利用第一级透镜首先在两级透镜之间呈现一个缩小的实像，然后通过第二级透镜进行二次成像，最终在收端平面得到清晰分离光斑用于可见光并行高速通信，也即对于第一级透镜，设定物距参数x₁₁大于2倍的焦距f₁，经过第一级透镜后得到缩小的实像，然后经过第二级透镜实现远距离成像的目的，总的系统成像比例参数为：

其中，通过选择焦距参数分别为f₁和f₂的两个凸透镜，其中f₁f₂，第一级透镜和发端LED之间的距离大于2倍焦距f₁，用于在第一级透镜、第二级透镜之间呈现一个缩小的实像，第二级透镜与所成实像的距离大于第二级透镜的焦距f₂，从而在收端平面能够得到尺寸较小的分离光斑，通过空分复用结构能够实现并行高速可见光通信。

2.一种面向收端小型化的可见光通信双凸透镜天线，其特征在于：利用权利要求1所述的面向收端小型化的可见光通信双凸透镜天线的设计方法设计得到。