一種自動聚焦系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及可見光通信領域，特別涉及一種自動聚焦(Continuous automaticfocus，簡稱AFC)系統及方法。
【背景技術】
[0002]白光LED (Light-Emitting D1de，發光二極管)作為一種固態光源具有發光效率高、尺寸小、壽命長等優點，將取代傳統的照明設備成為下一代環保照明光源。作為一種半導體光子器件，白光LED的快速響應特性使其具有高速調制的特點，可以將信號以人眼無法感知的速度調制到LED光源上進行數據傳輸。基于LED的上述特點，產生了一種深度耦合照明與數據傳輸的新技術，即可見光通信技術(Visible Light Communicat1n,簡稱VLC)。VLC技術作為一種光無線通信技術具有發射功率高、無需頻譜申請、帶寬高、無電磁干擾并且安全可靠等優點，可以作為頻譜日益緊張的無線射頻通信技術的補充。
[0003]相比紅外無線光通信系統，VLC系統中白光LED發出的光101對人眼安全，因此發射功率可以很高，但是，由于LED的發光模式遵循朗伯發散模式，在離光源較遠距離處，即便有較高的發射功率，光強依然很弱。其中，VLC系統框圖如圖1所示。而且，VLC系統大多設計成光強度調制、直接檢測系統(Intensity Modulat1n/Direct Detect1n，簡稱IM/DD)，接收機的光電檢測芯片接收到的光信號的強弱將直接決定整個系統能否正常的工作。當接收機的光電檢測芯片接收到的光信號很弱時，后續的處理電路將會發生較大的偏差，不能保證信息的準確傳輸。為了解決這個問題，在光電檢測芯片前置一個集光元件，利用該集光元件將光信號會聚到光電檢測芯片上，以增強光電檢測芯片接收到的光強，保證信息的準確傳輸。
[0004]然而，在可見光通信中，通常把信號調制到LED發出的白光中的某一個波段中，比如可以將信號調制到藍光中，其中藍光的波長范圍為450-460nm，也可以將信號調制到其他波段中，比如，紅色:622?597nm，橙色:597?577nm，黃色:577?492nm，綠色:492?455nm，藍靛色:455?350nm。而集光元件的焦距會隨著入射光的波長的變化而變化，若集光元件的位置固定的話，只能將某一波段的光信號聚焦在光電檢測芯片上，而對其他波段的光信號效果則不佳，兼容性差，應用受到限制。而且，就算只對某一波段的光信號奏效，因為波段具有一定的波長范圍，集光元件的集光效果也會因不同的光信號源受到影響，從而影響系統的準確性和可靠性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種自動聚焦系統及方法，使得可見光通信系統可以自動獲取最強的可見光信號，提高系統的準確性與可靠性，且兼容性強。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種AFC系統，包含:集光元件、測量光電檢測單元、測量直流積分電路、微處理器MCU與步進馬達；
[0007]在LED燈開啟時，所述集光元件，用于將接收的光信號會聚在所述測量光電檢測單元上；其中，所述光信號包含LED燈發出的信號光；
[0008]所述測量光電檢測單元，用于將接收的所述光信號轉換為測量電信號；其中，所述測量電信號包含測量交流電信號和測量直流電信號；
[0009]所述測量直流積分電路，用于從所述測量電信號中獲取所述測量直流電信號并將對所述測量直流電信號的積分結果輸出至所述MCU ;
[0010]所述MCU，用于根據接收的所述測量直流電信號的積分結果，通過所述步進馬達控制所述集光元件在游程內進行往復移動，直至所述集光元件停在與所述測量直流電信號的積分結果為最大值對應的位置；
[0011]其中，所述游程的范圍為從所述集光元件遠離所述測量光電檢測單元的最小位置到最大位置。
[0012]本發明還提供了一種AFC方法，包含以下步驟:
[0013]在所述LED燈開啟時，由AFC系統內置的集光元件將接收的光信號會聚在測量光電檢測單元上；其中，所述光信號包含LED燈發出的信號光；
[0014]由所述測量光電檢測單元將接收的所述光信號轉換為測量電信號；其中，所述測量電信號包含測量交流電信號和測量直流電信號；
[0015]由測量直流積分電路從所述測量電信號中獲取所述測量直流電信號并將對所述測量直流電信號的積分結果輸出至微處理器MCU ;
[0016]由所述MCU根據接收的所述測量直流電信號的積分結果，通過步進馬達控制所述集光元件在游程內進行往復移動，直至所述集光元件停在與所述測量直流電信號的積分結果為最大值對應的位置；
[0017]其中，所述游程的范圍為從所述集光元件遠離所述測量光電檢測單元的最小位置到最大位置。
[0018]本發明實施方式相對于現有技術而言，是利用集光元件將包含LED燈發出的信號光的光信號會聚在測量光電檢測單元上，增強測量光電檢測單元檢測到的光信號的強度，以提高光信號處理電路的準確性與可靠性；當集光元件所在的初始位置到測量光電檢測單元的距離不是集光元件的焦距(即集光元件的焦點不在測量光電檢測單元上)時，也就是，測量光電檢測單元檢測到的光信號的強度不是最大值時，利用微處理器(MCU)根據測量直流積分電路輸出的測量直流電信號的積分結果控制步進馬達，步進馬達在微處理器的控制下驅動集光元件在游程內進行往復移動直至測量直流電信號的積分結果為最大值，此時，測量光電檢測單元檢測到的光信號的強度最大，其中，測量直流電信號的積分結果表征光信號的強度；而且，對于可見光中任意波長的光信號都可以使測量光電檢測單元檢測到的光強最大。這樣，使得可見光通信系統可以自動獲取最強的可見光信號，提高系統的準確性與可靠性，且兼容性強。
[0019]另外，所述集光元件的預設的初始位置為遠離所述測量光電檢測單元的最小位置或者最大位置。當集光元件的預設的初始位置為遠離測量光電檢測單元的最大位置時，即集光元件距離測量光電檢測單元最遠時，則微處理器則通過步進馬達控制集光元件由遠及近地移動至遠離測量光電檢測單元的最小位置，即集光元件距離測量光電檢測單元最近處，微處理器根據集光元件在移動過程中測量直流電信號的積分結果的變化(即測量光電檢測單元檢測到的光強的變化)找出與測量直流電信號的積分結果最大值(即測量光電檢測單元檢測到的光強的最大值)對應的集光元件的位置Xtl,并通過步進馬達控制集光元件由近及遠返回該位置Xtl，也就是測量光電檢測單元檢測到的光信號的強度達到了最大值；當集光元件的預設的初始位置為遠離測量光電檢測單元的最小位置時，則反之。這樣，通過這兩個集光元件的預設的初始位置都可以通過微處理器控制步進馬達使集光元件處在使測量直流電信號的積分結果為最大值的位置上，保證了本發明實施方式的靈活性。
[0020]另外，在所述LED燈開啟前，所述AFC系統用于檢測環境光，并記錄所述環境光的檢測結果；在所述LED燈開啟時，所述光信號包含所述環境光與所述信號光；所述AFC系統用于從所述光信號的檢測結果中減去所述環境光的檢測結果，獲取所述信號光的檢測結果，并根據所述信號光的檢測結果，通過所述步進馬達控制所述集光元件在游程內進行往復移動，直至所述集光元件停在與所述信號光的檢測結果為最大值對應的位置。
[0021]由于考慮到在實際應用中還存在環境光，在開啟LED燈之前，利用測量光電檢測單元檢測集光元件在游程范圍內移動時全程中環境光的強度(即參比直流電信號的積分結果)；在開啟LED燈之后，利用MCU從光信號的檢測結果中減去環境光的檢測結果，獲取信號光的檢測結果，即從測量光電檢測單元檢測到的光信號中對應地消除環境光，獲取純凈的LED燈發出的信號光；根據信號光的檢測結果，使集光元件處在與測量光電檢測單元檢測到的信號光的強度為最大值對應的位置上，這樣，消除了環境光對系統的影響，進一步提高了系統的準確性與可靠性。
[0022]另外，還包