一种可见光通信装置

本实用新型涉及可见光通信
技术领域：
，特别涉及一种可见光通信装置。
背景技术：
：可见光通信(vlc)是无线光通信的一种，利用白光led的照明快速开关特性，将基带信号调制到白光led发出的光波上，使白光led在照明的同时能够进行数据传输。可见光通信传输可分为上行链路和下行链路，所谓上行链路是指用户终端发往基站的链路，所谓下行链路是指基站发往用户终端的链路。其中下行链路包括发射和接收两部分，其发射部分主要由白光led光源、聚焦透镜、滤光片和相应信号处理单元组成，白光led光源发出的已调制光以很大的发射角在空间中朝各个方向传播。led信号光源与pin光电接收器中间这部分元件叫做接收前端，其一般都是采用透镜加滤光片的结构。聚光透镜的作用是尽可能地多接收自由空间中微弱的信号光辐射，然后被探测器所探测并转换成电信号，从而可以相对减小探测器的接收面积，滤光片的作用主要是滤除杂散光。目前，室内vlc系统常采用一个简单的凸透镜或半球透镜作为接收前端。而我们本实用新型的研究重点也是在接收前端的光路设计方面。现有技术当中，将led发出的信号光通过聚光透镜聚集在pin光电接收器上，这种方法的缺点是需要不断调整聚光器件，从而造成对准速度比较慢，且led发出的光是发散的，所以光强的分布是不均匀的，这样会造成汇聚的信号光的光强时强时弱，致使接收信号很不稳定。现有技术中有将聚光透镜改成复合抛物面聚光器或者采用多次汇聚来提高信号光的聚集效果，但这种方法也没能解决快速对准和使接收信号强度保持稳定的问题。技术实现要素：基于此，本实用新型的目的是提供一种可见光通信装置，同时解决汇聚信号光的光强存在时强时弱而导致接收信号不稳定的问题，以及聚光器件不断调整而造成对准速度慢的问题。一种可见光通信装置，包括led信号光源、pin光电接收器，其特征在于，还包括汇聚凹面镜、菲涅尔透镜，所述led信号光源置于所述汇聚凹面镜的第一焦点，所述pin光电接收器置于所述菲涅尔透镜的第二焦点，所述菲涅尔透镜与所述汇聚凹面镜参照所述第一焦点于所述第二焦点同向相对设置。进一步地，包括激光准直器，所述激光准直器与所述led信号光源连线形成的虚拟延长线可达所述汇聚凹面镜上。进一步地，所述pin光接收器接收所述菲涅尔透镜聚集的光线，所述pin光接收器随光强不同产生相应强度的光生电流,光生电流经过放大器放大进而输出电信号。进一步地，所述led信号光源照射出的发散光由所述汇聚凹面镜折射出平行光，所述平行光照射至所述菲涅尔透镜上。进一步地，所述平行光由菲涅尔透镜进行汇聚在所述第二焦点上，由所述pin光电接收器接收。进一步地，所述激光准直器定向发射校准激光，所述校准激光途径所述led信号光源，所述校准激光作为准直基准线抵达所述汇聚凹面镜上。进一步地，所述校准激光由所述汇聚凹面镜折射出平行校准激光，所述平行校准激光照射至所述菲涅尔透镜上。进一步地，所述平行校准激光经菲涅尔透镜汇聚在所述第二焦点上，由所述pin光电接收器接收。本实用新型的有益效果是：采用激光准直提供汇聚参考光线，用汇聚凹面镜汇聚将led光转换成平行出射光，使得pin光电接收器接收到的光强稳定，同时通过激光准直器进行校准，便于光能的收集并达到快速对准的目的。其中转换而成的平行光只是led光源发出的小部分光，不会影响led灯的照明功能。用户端到基站的光路采用激光通信的方式，便于光路对准及节约能源，降低可见光通信系统的复杂度。另外通过设置汇聚凹面镜将可见光进行平行射出，最后由菲涅尔透镜进行汇聚，达到信号稳定，光能对准快的效果。本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。附图说明图1为本实用新型实施例中可见光通信装置的结构示意图；主要元件符号说明：led信号光源10pin光电接收器20汇聚凹面镜30菲涅尔透镜40激光准直器50平行光11校准激光51平行校准激光52如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。具体实施方式为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，所示为本实用新型提供可见光通信装置，包括led信号光源10、pin光电接收器20、汇聚凹面镜30、菲涅尔透镜40。所述led信号光源10置于所述汇聚凹面镜30的第一焦点处，所述pin光电接收器20置于所述菲涅尔透镜40的第二焦点处，所述菲涅尔透镜40与所述汇聚凹面镜30参照所述第一焦点于所述第二焦点同向相对设置。现有技术中，发射端led信号光源10是朗伯体辐射光源，因为其发光原理是自发辐射，所以其发出的光没有方向性，这就使pin光电接收器20接收到的光强很不稳定，也不利于光能量的汇聚。具体的，在本实用新型中，led信号光源10置于汇聚凹面镜30的第一焦点处，根据光学理论知识，设置在汇聚凹面镜30的第一焦点处led信号光源10发出的光经汇聚凹面镜30反射后将以平行光11的方式射出，这就将led信号光源10发出的一部分杂乱且无方向性的光转换成了平行光11，便于之后的光能汇聚，可以有效降低对准的复杂度。其中，本实施例中的第一焦点和第二焦点仅为方便标识，便于区分，并非限制特定的焦点位置，第一焦点可称为第二焦点，第二焦点也可称为第一焦点。传统可见光通信结构系统中，led信号光源10到用户接收端的光路没有参考光线使之准直，也就是说光路的对准只是凭感觉的大概对准，没有任何实际的东西可以参照，这会导致pin光电接收器20接收到的光强时强时弱，影响信号传输的稳定性，而且要想达到满意的对准效果要耗费大量的时间。具体的，在本实用新型中提供的可见光通信装置还包括激光准直器50，所述激光准直器50与所述led信号光源10连线形成的虚拟延长线可达所述汇聚凹面镜30上。激光准直器50定向发射出的可见光波长的校准激光51穿过凹面镜的焦点经汇聚凹面镜30反射后也将以平行校准激光52的方式射出，激光准直器50的平行校准激光52将和上述led信号光源10经汇聚凹面镜30反射后射出的平行光11平行，光电信号传输的保持稳定不会有太大的波动，提高了通信系统的稳定性。在本实施例中，校准激光51经菲涅尔透镜40聚焦后打在pin光电接收器20上，此时对pin光电接收器20转换的光电流进行检测，此时调整菲涅尔透镜40的角度，当pin光电接收器20接收到的电流达到某一范围值时，可认为光路完成对准，此时关闭激光准直器50，再固定菲涅尔透镜40。进一步地，能够通过调节汇聚凹面镜30的角度，使经汇聚凹面镜30反射的平行光11改变方向，从而达到了在不同位置稳定接收led光信号的功能，此时不需要调整激光准直器50，只需调整菲涅尔透镜40和pin光电接收器20的角度，就可达到光路快速对准的目的。因准直激光能量集中，便于确认方向，故可达到快速对准的目的，并且对led灯的光照度也不会有太大影响，也就是说不会影响led灯的照明功能。如果下位机要给上位机传信息，也就是用户传信息到基站，这时可通过激光传输信息，并且只有用户要发信息是，激光信号发射器才开始工作，其余情况用户到基站的传输链路保持静默状态，节约能耗。因用户到基站传输信息的下行链路采用的是能量集中，方向性极佳，且是肉眼可见的波段，所以上行链路的光路对准变得非常简单，而且这样也可使传输的信号保持稳定不会有太大的波动，提高了通信系统的稳定性。通过查找大量的文献资料可以发现，关于可见光通信系统的自动对准问题的研究重点都是放在信号检测器的设计上面，对于自动对准的前端光路设计并没有太多涉及，这几乎成了一个研究的真空区，而对于系统的前端光路的优化设计不但可以提高系统的稳定性，还可以进一步提高系统的对准精度，可以为后面的信号检测与处理部分减少不必要的麻烦，如信号不稳定的麻烦等，因此可见光通信自动对准系统的前端光路的优化设计是非常有意义的。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12