一种自动聚焦系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及可见光通信领域，特别涉及一种自动聚焦(Continuous automaticfocus，简称AFC)系统及方法。
【背景技术】
[0002]白光LED (Light-Emitting D1de，发光二极管)作为一种固态光源具有发光效率高、尺寸小、寿命长等优点，将取代传统的照明设备成为下一代环保照明光源。作为一种半导体光子器件，白光LED的快速响应特性使其具有高速调制的特点，可以将信号以人眼无法感知的速度调制到LED光源上进行数据传输。基于LED的上述特点，产生了一种深度耦合照明与数据传输的新技术，即可见光通信技术(Visible Light Communicat1n,简称VLC)。VLC技术作为一种光无线通信技术具有发射功率高、无需频谱申请、带宽高、无电磁干扰并且安全可靠等优点，可以作为频谱日益紧张的无线射频通信技术的补充。
[0003]相比红外无线光通信系统，VLC系统中白光LED发出的光101对人眼安全，因此发射功率可以很高，但是，由于LED的发光模式遵循朗伯发散模式，在离光源较远距离处，即便有较高的发射功率，光强依然很弱。其中，VLC系统框图如图1所示。而且，VLC系统大多设计成光强度调制、直接检测系统(Intensity Modulat1n/Direct Detect1n，简称IM/DD)，接收机的光电检测芯片接收到的光信号的强弱将直接决定整个系统能否正常的工作。当接收机的光电检测芯片接收到的光信号很弱时，后续的处理电路将会发生较大的偏差，不能保证信息的准确传输。为了解决这个问题，在光电检测芯片前置一个集光元件，利用该集光元件将光信号会聚到光电检测芯片上，以增强光电检测芯片接收到的光强，保证信息的准确传输。
[0004]然而，在可见光通信中，通常把信号调制到LED发出的白光中的某一个波段中，比如可以将信号调制到蓝光中，其中蓝光的波长范围为450-460nm，也可以将信号调制到其他波段中，比如，红色:622?597nm，橙色:597?577nm，黄色:577?492nm，绿色:492?455nm，蓝靛色:455?350nm。而集光元件的焦距会随着入射光的波长的变化而变化，若集光元件的位置固定的话，只能将某一波段的光信号聚焦在光电检测芯片上，而对其他波段的光信号效果则不佳，兼容性差，应用受到限制。而且，就算只对某一波段的光信号奏效，因为波段具有一定的波长范围，集光元件的集光效果也会因不同的光信号源受到影响，从而影响系统的准确性和可靠性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种自动聚焦系统及方法，使得可见光通信系统可以自动获取最强的可见光信号，提高系统的准确性与可靠性，且兼容性强。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供了一种AFC系统，包含:集光元件、测量光电检测单元、测量直流积分电路、微处理器MCU与步进马达；
[0007]在LED灯开启时，所述集光元件，用于将接收的光信号会聚在所述测量光电检测单元上；其中，所述光信号包含LED灯发出的信号光；
[0008]所述测量光电检测单元，用于将接收的所述光信号转换为测量电信号；其中，所述测量电信号包含测量交流电信号和测量直流电信号；
[0009]所述测量直流积分电路，用于从所述测量电信号中获取所述测量直流电信号并将对所述测量直流电信号的积分结果输出至所述MCU ;
[0010]所述MCU，用于根据接收的所述测量直流电信号的积分结果，通过所述步进马达控制所述集光元件在游程内进行往复移动，直至所述集光元件停在与所述测量直流电信号的积分结果为最大值对应的位置；
[0011]其中，所述游程的范围为从所述集光元件远离所述测量光电检测单元的最小位置到最大位置。
[0012]本发明还提供了一种AFC方法，包含以下步骤:
[0013]在所述LED灯开启时，由AFC系统内置的集光元件将接收的光信号会聚在测量光电检测单元上；其中，所述光信号包含LED灯发出的信号光；
[0014]由所述测量光电检测单元将接收的所述光信号转换为测量电信号；其中，所述测量电信号包含测量交流电信号和测量直流电信号；
[0015]由测量直流积分电路从所述测量电信号中获取所述测量直流电信号并将对所述测量直流电信号的积分结果输出至微处理器MCU ;
[0016]由所述MCU根据接收的所述测量直流电信号的积分结果，通过步进马达控制所述集光元件在游程内进行往复移动，直至所述集光元件停在与所述测量直流电信号的积分结果为最大值对应的位置；
[0017]其中，所述游程的范围为从所述集光元件远离所述测量光电检测单元的最小位置到最大位置。
[0018]本发明实施方式相对于现有技术而言，是利用集光元件将包含LED灯发出的信号光的光信号会聚在测量光电检测单元上，增强测量光电检测单元检测到的光信号的强度，以提高光信号处理电路的准确性与可靠性；当集光元件所在的初始位置到测量光电检测单元的距离不是集光元件的焦距(即集光元件的焦点不在测量光电检测单元上)时，也就是，测量光电检测单元检测到的光信号的强度不是最大值时，利用微处理器(MCU)根据测量直流积分电路输出的测量直流电信号的积分结果控制步进马达，步进马达在微处理器的控制下驱动集光元件在游程内进行往复移动直至测量直流电信号的积分结果为最大值，此时，测量光电检测单元检测到的光信号的强度最大，其中，测量直流电信号的积分结果表征光信号的强度；而且，对于可见光中任意波长的光信号都可以使测量光电检测单元检测到的光强最大。这样，使得可见光通信系统可以自动获取最强的可见光信号，提高系统的准确性与可靠性，且兼容性强。
[0019]另外，所述集光元件的预设的初始位置为远离所述测量光电检测单元的最小位置或者最大位置。当集光元件的预设的初始位置为远离测量光电检测单元的最大位置时，即集光元件距离测量光电检测单元最远时，则微处理器则通过步进马达控制集光元件由远及近地移动至远离测量光电检测单元的最小位置，即集光元件距离测量光电检测单元最近处，微处理器根据集光元件在移动过程中测量直流电信号的积分结果的变化(即测量光电检测单元检测到的光强的变化)找出与测量直流电信号的积分结果最大值(即测量光电检测单元检测到的光强的最大值)对应的集光元件的位置Xtl,并通过步进马达控制集光元件由近及远返回该位置Xtl，也就是测量光电检测单元检测到的光信号的强度达到了最大值；当集光元件的预设的初始位置为远离测量光电检测单元的最小位置时，则反之。这样，通过这两个集光元件的预设的初始位置都可以通过微处理器控制步进马达使集光元件处在使测量直流电信号的积分结果为最大值的位置上，保证了本发明实施方式的灵活性。
[0020]另外，在所述LED灯开启前，所述AFC系统用于检测环境光，并记录所述环境光的检测结果；在所述LED灯开启时，所述光信号包含所述环境光与所述信号光；所述AFC系统用于从所述光信号的检测结果中减去所述环境光的检测结果，获取所述信号光的检测结果，并根据所述信号光的检测结果，通过所述步进马达控制所述集光元件在游程内进行往复移动，直至所述集光元件停在与所述信号光的检测结果为最大值对应的位置。
[0021]由于考虑到在实际应用中还存在环境光，在开启LED灯之前，利用测量光电检测单元检测集光元件在游程范围内移动时全程中环境光的强度(即参比直流电信号的积分结果)；在开启LED灯之后，利用MCU从光信号的检测结果中减去环境光的检测结果，获取信号光的检测结果，即从测量光电检测单元检测到的光信号中对应地消除环境光，获取纯净的LED灯发出的信号光；根据信号光的检测结果，使集光元件处在与测量光电检测单元检测到的信号光的强度为最大值对应的位置上，这样，消除了环境光对系统的影响，进一步提高了系统的准确性与可靠性。
[0022]另外，还包