CN105629439A

CN105629439A - 应用于无线光通信接收的镜头组件

Info

Publication number: CN105629439A
Application number: CN201610035397.7A
Authority: CN
Inventors: 刘璐; 陈特; 郑重; 潘申富; 胡薇薇
Original assignee: Peking University; CETC 54 Research Institute
Current assignee: Peking University; CETC 54 Research Institute
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN105629439B

Abstract

本发明实施例提供了一种应用于无线光通信接收的镜头组件，包括：依次放置的负透镜组件、光阑以及正透镜组件；所述负透镜组件包括至少一片负透镜；所述正透镜组件包括至少一片正透镜；所述至少一片负透镜的光轴、所述至少一片正透镜的光轴、以及所述光阑的中心位于同一直线；当所述负透镜组件包括一片负透镜时，所述负透镜用于，接收光信号，并减小入射光与光轴的夹角；所述光阑用于控制光信号的通过量；当所述正透镜组件包括一片正透镜时，所述正透镜用于，将光信号汇聚到靶面上。本发明的镜头组件能够实现超宽视场光学接收、具有较高的成像质量，并且结构比较简单。

Description

应用于无线光通信接收的镜头组件

技术领域

本发明涉及光信号接收领域，尤其涉及一种应用于无线光通信接收的镜头组件。

背景技术

室内无线光通信系统大多数工作在直射光条件下，当室内有人走动或者在直射通道上有障碍物时，将会在接收机处形成“阴影”效应，影响通信性能，甚至出现通信盲区，使通信无法继续。采用大视场的广角光学接收系统可以解决这一矛盾，其大视场角的特性可以保证同时接收直射和散射光信号，这样就避免了“阴影”和“盲区”现象的发生。同时，室内无线光通信系统采用MIMO技术，要求接收机能够接收到发端光源阵列发出的光信号，以解析出多个独立的通信信道。这也需要接收光学系统具有大视场和较高成像特性。

为了获得尽可能大的光学视场，可以采用角度分集的阵列光学接收或者用单个光学元件实现。

角度分集阵列光学接收由多个较小视场的光学系统按一定的空间顺序排列，形成光学阵列结构，获得大视场覆盖能力，不足之处在于：结构较复杂，对机械固定要求高。

单个光学元件亦可获得半球空间的光学覆盖能力。鱼眼镜头是一种运用仿生学原理模仿鱼眼的生理构造设计制造的广角光学成像镜头。单个鱼眼镜头可获得180°的视场角，与鱼眼镜头中心主光轴夹角近90°的光线，也能通过鱼眼镜头的各光学组件汇聚至焦平面。但是，鱼眼镜头本身是设计为成像镜头的，为了实现很高的成像质量，通常需要十几片透镜来严格纠正像差，因此，它的光通量很小，光透过率也较低，这与通信系统对大的接收能量的要求是相悖的。此外，由于鱼眼镜头结构复杂，成本很高，并不适合直接用于实际的无线光通信系统中。

发明内容

本发明的实施例提供了一种应用于无线光通信接收的镜头组件，结构简单。

一种应用于无线光通信接收的镜头组件，包括：依次放置的负透镜组件、光阑以及正透镜组件；

所述负透镜组件包括至少一片负透镜；

所述正透镜组件包括至少一片正透镜；

所述至少一片负透镜的光轴、所述至少一片正透镜的光轴、以及所述光阑的中心位于同一直线；

当所述负透镜组件包括一片负透镜时，所述负透镜用于，接收光信号，并减小入射光与光轴的夹角；

所述光阑用于控制光信号的通过量；

当所述正透镜组件包括一片正透镜时，所述正透镜用于，将光信号汇聚到靶面上。

当所述负透镜组件包括两片负透镜时，所述负透镜组件中的第一负透镜用于，接收光信号，并减小入射光与光轴的夹角；所述负透镜组件中的第二负透镜用于，减小入射光与光轴的夹角。

当所述正透镜组件包括两片正透镜时，所述正透镜组件的第一正透镜用于提高相对孔径和矫正像差；所述正透镜组件的第二正透镜用于将光信号汇聚到靶面上。

所述镜头组件采用金属管壳封装。

所述负透镜为由BK7材料制成；所述正透镜为由LAKN7材料制成。

当光信号从左边进入，且所述负透镜组件包括两片负透镜，所述正透镜组件包括两片正透镜，所述正透镜的序号为从左到右排序，所述正透镜的界面为从左到右排序时，

第一负透镜的第一界面的曲率半径为3.226cm,第一负透镜的第二界面的曲率半径为1.437cm；第一负透镜的厚度为0.403cm；第一负透镜的孔径半径为2.717cm；所述第一负透镜与第二负透镜之间的间距为1.830cm；

第二负透镜的第一界面的曲率半径为2.555cm,第二负透镜的第二界面的曲率半径为0.954cm；第二负透镜的厚度为0.565cm；第二负透镜的孔径半径为0.765cm；所述第二负透镜与光阑之间的间距为1.210cm；

光阑的孔径半径为0.5cm；光阑与所述第三负透镜之间的间距为0.163cm；

第三负透镜的第二界面的曲率半径为-1.328cm；第三负透镜的厚度为0.278cm；第三负透镜的孔径半径为0.679cm；所述第三负透镜与第四负透镜之间的间距为1.210cm；

第四负透镜的第一界面的曲率半径为4.032cm,第四负透镜的第二界面的曲率半径为-4.032cm；第四负透镜的厚度为0.369cm；第四负透镜的孔径半径为1.205cm；所述第四负透镜与靶面之间的间距为1.290cm。

第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四负透镜的厚度、孔径半径、间距、光阑的孔径半径、光阑与所述第三负透镜之间的间距以等比例缩放。

第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四负透镜的曲率半径、厚度、孔径半径、间距、光阑的孔径半径、光阑与所述第三负透镜之间的间距的参数容差为5％。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明的镜头组件可以实现大视场的光信号接收，又具有一定的成像质量，并且结构简单。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的光线示意图。

图3为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的相对光照度曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的光线像差曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的点列图。

图6为本发明实施例提供的一种应用于无线光通信接收的镜头组件的镜头参数范例。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明针对室内无线光通信对大视场和高成像质量接收的需求，提供一种超宽视场光学接收、较高成像质量的小型化无线光通信接收镜头，结构比较简单。

如图1所示，为一种应用于无线光通信接收的镜头组件，包括：依次放置的负透镜组件、光阑以及正透镜组件。

所述负透镜组件包括至少一片负透镜；所述正透镜组件包括至少一片正透镜。也就是说，本发明中，所述负透镜组件可以包括一片或者多片负透镜；所述正透镜组件可以包括一片或者多片正透镜。

图1中，以负透镜组件包括两片负透镜，正透镜组件包括两片正透镜为例。假设光信号从左边过来，负透镜和正透镜的序号从左到右依次增加。也就是说，当所述负透镜为两片，所述正透镜为两片时，负透镜的序号为从左到右排序，负透镜的界面为从左到右排序，正透镜的序号为从左到右排序，正透镜的界面为从左到右排序。

所述光阑5用于控制光信号的通过量；

当所述正透镜组件包括一片正透镜时，所述正透镜用于，将光信号汇聚到靶面6上。

当所述负透镜组件包括两片负透镜时，所述负透镜组件中的第一负透镜1用于，接收光信号，并减小入射光与光轴的夹角；所述负透镜组件中的第二负透镜2用于，减小入射光与光轴的夹角。

当所述正透镜组件包括两片正透镜时，所述正透镜组件的第一正透镜3用于提高相对孔径和矫正像差；所述正透镜组件的第二正透镜4用于将光信号汇聚到靶面6上。

所述镜头组件采用金属管壳封装。也就是说，镜头组件采用金属管壳进行金属化封装。具体为：采用金属管同轴集成封装技术进行集成封装，形成一体化的接收标准组件。具有体积小，工艺成熟，性能稳定可靠，适用于批量生产等优势，另外，可以在此基础上，通过减小各个组件的尺寸，进一步缩小体积，可应用于移动终端。

所述负透镜和所述正透镜为由BK7、LAKN7、SF3、SF8、SSKN5、或K5材料制成，本透镜组件对玻璃材料的选取较为宽松。

第一负透镜1的第一界面的曲率半径为3.226cm,第一负透镜的第二界面的曲率半径为1.437cm；第一负透镜的厚度为0.403cm；第一负透镜的孔径半径为2.717cm；所述第一负透镜与第二负透镜之间的间距为1.830cm；

第二负透镜2的第一界面的曲率半径为2.555cm,第二负透镜的第二界面的曲率半径为0.954cm；第二负透镜的厚度为0.565cm；第二负透镜的孔径半径为0.765cm；所述第二负透镜与光阑之间的间距为1.210cm；

光阑5的孔径半径为0.5cm；光阑与所述第三负透镜之间的间距为0.163cm；

第三负透镜3的第二界面的曲率半径为-1.328cm；第三负透镜的厚度为0.278cm；第三负透镜的孔径半径为0.679cm；所述第三负透镜与第四负透镜之间的间距为1.210cm；

第四负透镜4的第一界面的曲率半径为4.032cm,第四负透镜的第二界面的曲率半径为-4.032cm；第四负透镜的厚度为0.369cm；第四负透镜的孔径半径为1.205cm；所述第四负透镜与靶面之间的间距为1.290cm。

第一负透镜1、第二负透镜2、第三负透镜3、第四负透镜4的厚度、孔径半径、间距、光阑的孔径半径、光阑与所述第三负透镜之间的间距以等比例缩放。

以下描述本发明的应用场景。

如图1所示，一种用于无线光通信的超宽视场接收的镜头组件，该镜头组件由四片透镜组成，包括沿着光轴方向依序排列的第一负透镜1、第二负透镜2、第一正透镜3和第四正透镜4。

其中，第一负透镜1为具有负光焦度的弯月形透镜，它的功能是实现超大视场接收的光学性能，并有效减小大角度入射光与光轴的夹角；

第二负透镜2进一步减小光线与光轴的夹角，同时有效减小系统场曲；

具有正光焦度的第一正透镜3用于提高相对孔径和矫正像差，从而实现较高质量的成像；

第二正透镜4则将光信号汇聚到接收平面(靶面)上。

本发明具有以下有益效果：

超宽接收视场，实现对超宽视场范围内不同空间方位光信号的接收，可以实现超过150°的广角接收。

较高成像质量，实现多路信号源在成像空间的有效分割，形成多个独立光学子通道，以提高通信系统的容量；

该组件的结构简单，仅由四片透镜组成。相比于现有鱼眼广角成像镜头，有效减少透镜数量，提高光通量和光信号的透过率；

系统具有集成度高，易于小型化等优点，有较高的实用价值。

每个透镜具有一定的曲率半径、厚度、孔径、玻璃材料和间距。作为其中的一个具体范例，图6给出了其具体参数。在图6所示的参数基础上，可以通过等比例改变各个参数来设计不同尺寸的接收镜头，此外，该镜头结构对参数的容差较大(～5％)，因此，该镜头组件具有很好的可行性和实用价值。

本发明的镜头组件可以应用于无线光通信的超宽视场接收。一方面，本发明镜头组件可以实现大视场的光信号接收，另一方面又具有一定的成像质量，有利于提高接收系统的空间分集度。

图3至图5分别为该镜头组件的相对光照度曲线、光线像差曲线和点列图。由以上结果可以看到，该镜头组件能够在150°的视场范围内具有良好的照度均匀性，并且具有一定的成像质量，能够满足无线光通信系统对大视场和高成像质量接收的要求。因此，该镜头组件有很大的潜力应用于无线光通信接收系统中。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种应用于无线光通信接收的镜头组件，其特征在于，包括：依次放置的负透镜组件、光阑以及正透镜组件；

所述负透镜组件包括至少一片负透镜；

所述正透镜组件包括至少一片正透镜；

所述光阑用于控制光信号的通过量；；

2.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，所述镜头组件采用金属管壳封装。

5.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，

所述负透镜和所述正透镜为由BK7、LAKN7、SF3、SF8、SSKN5、或K5材料制成。

6.根据权利要求1所述的镜头组件，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的镜头组件，其特征在于，第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四负透镜的厚度、孔径半径、间距、光阑的孔径半径、光阑与所述第三负透镜之间的间距以等比例缩放。

8.根据权利要求6所述的镜头组件，其特征在于，第一负透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四负透镜的曲率半径、厚度、孔径半径、间距、光阑的孔径半径、光阑与所述第三负透镜之间的间距的参数容差为5％。