可见光通信装置的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种可见光通信装置。

背景技术：

可见光通信(visiblelightcommunication，vlc)是在发光二极管(lightemittingdiode，led)或激光光源等技术上发展起来的一种新型、短距离、高速的无线通信技术。虽然激光光源方向性好、亮度高，但是其成本较大，因此，目前主要以led作为可见光通信系统中的发射光源。以led作为发射光源的可见光通信装置，以大气或水作为传授媒介，通过发出肉眼察觉不到的、高速明暗闪烁的可见光信号来传输信息，在接收端利用发光二极管(photodiode，pd)完成光电转换，然后进行电信号的接收、再生、解调来实现信息的传递。与传统无线射频通信技术相比，vlc具有：耗能低、购置设备少等优势，符合国家节能减排战略；无电磁污染，可见光波段和射频信号不相互干扰，对人眼安全，频谱无需授权即可使用的优点；同时，适合信息安全领域使用，只要遮挡住可见光，vlc通信网络中的信息就不会外泄，具有高度保密性。基于上述原因，可见光通信被公认为最具发展前景的通信技术，已成为国内外的研究热点。

但是，在采用led作为发射光源时，由于led的扩散角度较大(一般在100°～120°)、传输距离较短，导致可见光通信装置中光损耗较大，降低了可见光通信的效率。

因此，如何减小可见光通信装置中发射光源的扩散角度，提高可见光通信装置的通信效率，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种可见光通信装置，用于解决现有的可见光通信装置中发射光源发出的光线的扩散角度较大的问题，以提高可见光通信装置的通信效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种可见光通信装置，包括收发模块；所述收发模块包括：

发射单元，包括光源和第一透镜；所述第一透镜位于所述光源的出光面，用于汇聚所述光源发射的第一光信号；所述光源包括多个子光源；

接收单元，包括光电探测器；多个所述子光源环绕所述光电探测器的外周设置，所述光电探测器用于接收来自于外界的第二光信号并将所述第二光信号转换电信号。

优选的，所述接收单元还包括第二透镜；所述第二透镜覆盖于所述光电探测器的入光面，用于汇聚所述第二光信号至所述光电探测器。

优选的，所述第一透镜包括与多个所述子光源一一对应的多个第一子透镜，所述第一子透镜覆盖于与其对应的所述子光源的出光面。

优选的，多个所述子光源呈环形排布，所述光电探测器位于所述环形的中心。

优选的，所述光源包括相互并联的多个子光源组，每个所述子光源组中包括相互串联的若干所述子光源，所述光源中的所有子光源排布成所述环形。

优选的，多个所述子光源组中所述子光源的数量均相同，且多个所述子光源组关于所述光源的中心对称设置。

优选的，所述光源包括两个所述子光源组，每个所述子光源组中包括相互串联的三个所述子光源。

优选的，所述第一透镜为非球面透镜，以将所述光源发出的第一光信号的发散角限制在-10°～10°范围内。

优选的，所述子光源为发光二极管，所述光电探测器为雪崩光电二极管。

优选的，所述发光二极管的尺寸与所述雪崩光电二极管的尺寸相同。

本发明提供的可见光通信装置，通过在发射单元的光源的出光面设置第一透镜，对所述光源发出的第一光线进行准直，从而减小所述第一光线的发散角，进而改善所述可见光通信装置的发射性能及接收性能；同时，采用多个子光源构成所述光源，且多个所述子光源环绕光电探测器的外周设置，简化了收发模块的结构，提高了可见光通信装置内部的空间利用率，有助于进一步降低可见光通信装置的体积；同时，改善了所述光源的频率响应性能，提高了所述光源的整体发射功率，延长了所述可见光通信装置的通信距离，扩大了所述可见光通信装置的应用领域。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中收发模块的结构框图；

附图2是本发明具体实施方式中子光源与光电探测器的结构示意图；

附图3是本发明具体实施方式中收发模块的截面示意图；

附图4a-4b是对未设置第一透镜的光源采用zemax仿真的结果图；

附图5a-5b是在一子光源的出光面设置第一透镜之后采用zemax仿真的结果图；

附图6a-6b是对设置有第一透镜的光源整体采用zemax仿真的结果图；

附图7是本发明具体实施方式中对光电探测器的入光面设置第二透镜之后采用zemax仿真的结果图；

附图8是本发明具体实施方式中可见光通信装置的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的可见光通信装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种可见光通信装置，附图1是本发明具体实施方式中收发模块的结构框图，附图2是本发明具体实施方式中子光源与光电探测器的结构示意图，附图3是本发明具体实施方式中收发模块的截面示意图。

如图1、图2、图3所示，本具体实施方式提供的可见光通信装置，包括收发模块10；所述收发模块10包括：

发射单元11，包括光源111和第一透镜112；所述第一透镜112位于所述光源111的出光面，用于汇聚所述光源111发射的第一光信号；所述光源111包括多个子光源21；

接收单元12，包括光电探测器121；多个所述子光源21环绕所述光电探测器121的外周设置，所述光电探测器121用于接收来自于外界的第二光信号并将所述第二光信号转换电信号。

具体来说，所述发射单元11用于向外界发射所述第一光信号。通过设置所述第一透镜112，对所述光源111发射的所述第一光信号进行角度控制，使得准直之后的所述第一光信号的发散角减小，从而改善所述可见光通信装置的发射性能。发射性能的改善也有助于接收端更好的接收所述第一光信号，使得接收端的接收性能也同步得到提高。而且，相较于现有技术中采用单颗光源的方式，本具体实施方式采用多个子光源21构成所述光源111，能够提高所述光源111的整体发射功率，提高所述发射单元11的频率响应特性，使得本具体实施方式提供的可见光通信装置的通信距离得以延长，例如通过合理设置多个所述子光源21的排布方式以及每一个所述子光源21的发射功率，可以使得所述可见光通信装置的通信距离达到50米。

优选的，多个所述子光源21呈环形排布，所述光电探测器121位于所述环形的中心。

具体来说，如图2所示，多个所述子光源21以用于接收外界光线的所述光电探测器121为中心，呈圆环状的排布在所述光电探测器121的外周。采用这种设置方式，一方面，所述子光源21发射的所述第一光信号可以均匀发射；另一方面，简化了收发模块的结构，提高了可见光通信装置内部的空间利用率，有助于进一步降低可见光通信装置的体积。

优选的，所述光源111包括相互并联的多个子光源组，每个所述子光源组中包括相互串联的若干所述子光源21，所述光源111中的所有子光源21排布成所述环形。

具体来说，多个所述子光源21可以划分为若干个子光源组，每个所述子光源组中包括多个相互串联的所述子光源，各所述子光源组之间相互并联。其中，若干个所述子光源组中的子光源数量可以相同、也可以不同，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。采用这种设置方式，可以在提高所述光源111的整体发射功率的同时，确保所述子光源21的调制带宽不受影响，从而进一步改善所述可见光通信装置的性能。

优选的，多个所述子光源组中所述子光源21的数量均相同，且多个所述子光源组关于所述光源111的中心对称设置。

举例来说，本具体实施方式中的所述光源111包括两个相互并联的子光源组，每个所述子光源组中包括3个相互串联的所述子光源31，所述光电探测器121位于所述光源111的中心，两个所述子光源组关于所述光电探测器121对称分布，即6个所述子光源21呈圆环状均匀分布于所述光电探测器121的外周。

优选的，所述接收单元12还包括第二透镜122；所述第二透镜122覆盖于所述光电探测器121的入光面，用于汇聚所述第二光信号至所述光电探测器121。

具体来说，所述第二透镜122的设置，能够将来自于外界的所述第二光信号最大程度的聚焦到所述光电探测器121的入光面，从而提高所述接收单元12的感应灵敏度以及所述收发模块10的可靠性。附图7是本发明具体实施方式中对光电探测器的入光面设置第二透镜之后采用zemax仿真的结果图。

为了进一步简化所述收发模块10的结构，优选的，所述第一透镜112包括与多个所述子光源21一一对应的多个第一子透镜31，所述第一子透镜31覆盖于与其对应的所述子光源21的出光面。

其中，通过对每个所述子光源21设置与其对应的一个所述第一子透镜31，从而可以对每一所述子光源21进行发射光线的汇聚，从而最大限度的减小所述光源111整体的发散角。

优选的，所述第一透镜112为非球面透镜，以将所述光源111发出的第一光信号的发散角限制在-10°～10°范围内。具体来说，所述第一子透镜31为非球面透镜，通过每一所述第一子透镜31对与其对应的所述子光源21发射的光线进行汇聚、准直，从而可以将来自于所述光源111的所述第一光信号的发散角限制在-10°～10°范围内。

附图4a-4b是对未设置第一透镜的光源采用zemax仿真的结果图，图4a中的ⅰ表示未设置第一透镜时所述子光源发射的光线分布；附图5a-5b是在一子光源的出光面设置第一透镜之后采用zemax仿真的结果图，图5a中的ⅱ表示一子光源发射的光线经一第一子透镜准直之后的光线分布；附图6a-6b是对设置有第一透镜的光源整体采用zemax仿真的结果图，图6a中的ⅲ表示你所述光源整体经所述第一透镜准直之后的光线分布。

优选的，所述子光源21为发光二极管，所述光电探测器121为雪崩光电二极管。更优选的，所述发光二极管的尺寸与所述雪崩光电二极管的尺寸相同。

本具体实施方式中，所述子光源21与所述光电探测器121均安装于电路板20上。作为所述子光源21的所述发光二极管与作为所述光电探测器121的所述雪崩光电二极管在所述电路板20上的投影的直径可以均为5mm。

附图8是本发明具体实施方式中可见光通信装置的整体结构示意图。本具体实施方式可以包括发射端81和接收端82，所述发射端81包括第一收发模块811，所述接收端82包括第二收发模块821，所述发射端81与所述接收端82之间通过信道80进行通信。所述第一收发模块811与所述第二收发模块821的结构均可与图1、图2和图3所示的所述收发模块10的结构相同。

具体来说，所述第一收发模块811中的光源向所述接收端82发射第一光信号，所述第一光信号经过所述第一收发模块811中的第一透镜汇聚、准直之后经所述信道80传输至所述接收端82；所述第二收发模块821中的第二透镜将接收到的所述第一光信号聚焦到所述第二收发模块821中的光电探测器，实现所述第一光信号的接收。通过所述第一透镜的汇聚、准直，使得所述第二收发模块821对所述第一光信号的接收性能也相应得到改善。

所述第二收发模块821中的光源向所述发射端81发射第二光信号，所述第二光信号经过所述第二收发模块821中的第一透镜汇聚、准直之后经所述信道80传输至所述发射端81；所述第一收发模块811中的第二透镜将所述第二光信号聚焦到所述第一收发模块811中的光电探测器，实现所述第二光信号的接收。

本具体实施方式提供的可见光通信装置，通过在发射单元的光源的出光面设置第一透镜，对所述光源发出的第一光线进行准直，从而减小所述第一光线的发散角，进而改善所述可见光通信装置的发射性能及接收性能；同时，采用多个子光源构成所述光源，且多个所述子光源环绕光电探测器的外周设置，简化了收发模块的结构，提高了可见光通信装置内部的空间利用率，有助于进一步降低可见光通信装置的体积；同时，改善了所述光源的频率响应性能，提高了所述光源的整体发射功率，延长了所述可见光通信装置的通信距离，扩大了所述可见光通信装置的应用领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。