CN103312412A - 可见光通信收发器与系统 - Google Patents

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Abstract

一种可见光通信收发器与系统。可见光通信收发器包括基板、透镜模块以及多个通道单元。这些通道单元呈阵列配置于基板上以提供不同的双向通信通道。其中，每一个通道单元各自包含至少一个可见光发射器与至少一个可见光接收器。这些通道单元可以利用空间多工或时间多工等调变技术来提高通信频宽。透镜模块配置于这些通道单元的光径上。透镜模块主动追踪可见光接收器的接收状况，以提升多工高速通信的信号品质。

Description

可见光通信收发器与系统
技术领域
本发明是关于一种通信收发器与系统，且特别是有关于一种可见光通信收发器与可见光通信系统。
背景技术
随着发光二极体(Light Emitting Diode,LED)照明逐渐普及，LED的高速调变特性促使LED在可见光通信(Visible Light Communications,VLC)上的应用潜力已引起广泛关注。传统可见光通信系统只能提供约Kb/s等级的单向(或称下传、Downstream)传输通信。
可见光通信系统具有较短传输距离、较小覆盖范围(Cell Coverage)、信息安全性、不受EMI干扰、不需频带使用执照、同时又能够提供室内照明(Lighting)用等多项优势。因此，如何提供双向、高速(例如大于100Mb/s)的可见光通信系统将是一个急待解决的研究议题。
发明内容
为解决上述问题，本揭露实施例提出一种可见光通信收发器，包括基板、透镜模块以及多个通道单元。透镜模块配置于这些通道单元的光径上。这些通道单元呈阵列配置于基板上。这些通道单元分别提供不同的双向通信通道。其中，每一个通道单元各自包含至少一可见光发射器与至少一可见光接收器。
本揭露实施例更提出一种可见光通信收发器，包括下传通道阵列、透镜模块、透镜致动模块以及控制器。下传通道阵列包含多个下传通道单元，以分别提供不同的下传通道。其中，每一个下传通道单元各自包含至少一可见光接收器。透镜模块配置于下传通道阵列的光径上。透镜致动模块耦接至透镜模块。控制器耦接至这些下传通道单元与该透镜致动模块。依据这些可见光接收器的接收状况，控制器控制透镜致动模块而调整透镜模块的位置、光轴方向或焦距。
本揭露实施例提出一种可见光通信系统，包括第一可见光通信收发器以及第二可见光通信收发器。第一可见光通信收发器包括至少一上传通道单元。其中，上传通道单元包含至少一可见光发射器。第二可见光通信收发器包括下传通道阵列、透镜模块、透镜致动模块以及控制器。下传通道阵列包含多个下传通道单元，以分别提供不同的下传通道。每一个下传通道单元各自包含至少一可见光接收器。至少一个下传通道单元接收该第一可见光通信收发器所发射的可见光。透镜模块配置于这些下传通道单元的光径上。透镜致动模块耦接至透镜模块。控制器耦接至这些下传通道单元与透镜致动模块。依据这些可见光接收器的接收状况，控制器控制透镜致动模块去调整透镜模块的位置、光轴方向或焦距。
附图说明
图1图1是依照本发明实施例说明一种可见光通信系统的功能方块示意图；
图2是依照本发明另一实施例说明可见光通信系统的应用情境示意图；
图3是依照本发明实施例说明图1所示可见光通信晶片的布局示意图；
图4为依照本揭露另一实施例说明以微型LED取代大晶粒LED的布局示意图；
图5说明将可见光通信晶片的上传通道阵列与下传通道阵列整合成双向通道阵列的实施范例示意图；
图6为依照本揭露实施例说明图3所示可见光通信晶片的双向通道阵列的电路示意图；
图7是依照本揭露实施例说明图6中通道单元的电路示意图；
图8与图9是依照本揭露实施例说明图1中透镜致动模块的功能方块示意图；
图10是依照本揭露再一实施例说明图1或图2所示可见光通信系统主动追踪可见光信号的应用情境示意图；
图11是依照本揭露另一实施例说明图3所示通道单元的电路示意图；
图12是依照本揭露又一实施例说明图3所示通道单元的电路示意图；
图13是依照本揭露又一实施例说明图3所示通道单元的电路示意图。
附图标记
10、20：电子装置
11、21：通信调变电路
12、22：可见光通信收发器
70：读取端
121、221：可见光通信晶片
122、222：透镜模块
123、223：透镜致动模块
200：房间
510：LED基板
511：金属接触层
520：控制电路基板
521：凸块下金属化层
522：导电凸块
610、620：驱动电路
611、612、621~623：电晶体
613：电容
820：控制器
1001：光信号
1101~1107：直流发光二极体
1130：AC弦波电源
1130’：交流信号
CH(1,1)、CH(1,2)、CH(1,M)、CH(2,1)、CH(N,1)：通道单元
DT：暗时槽
IT：亮时槽
LE：可见光发射器
LEDA：发光单元数据线
LES：发光单元选择线
PD：可见光接收器
PDS：光感测单元选择线
PDR：光感测单元重设线
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
图1是依照本发明实施例说明一种可见光通信系统的功能方块示意图。可见光通信系统至少包括第一电子装置10与第二电子装置20。第一电子装置10至少包括通信调变电路11以及第一可见光通信收发器12，而第二电子装置20至少包括通信调变电路21以及第二可见光通信收发器22。通信调变电路11通过第一可见光通信收发器12将传输数据转换为可见光通信信号，而第一可见光通信收发器12将可见光通信信号经由通信通道传输至第二电子装置20的第二可见光通信收发器22。依据实际产品的设计需求，第一可见光通信收发器12与第二可见光通信收发器22之间的通信通道可以是封闭式通道(例如光纤)或是开放式通道。
第二可见光通信收发器22可以将第一可见光通信收发器12的可见光通信信号转换为电信号，然后将此电信号输出给通信调变电路21。第二电子装置20的通信调变电路21可以解调此电信号而获得来自于第一电子装置10的传输数据。
依据实际产品的设计需求，第一可见光通信收发器12与第二可见光通信收发器22之间的通信通道可以是单向通信通道或双向通信通道。在此假设第一可见光通信收发器12与第二可见光通信收发器22之间的通信通道是单向通信通道。第一可见光通信收发器12包括可见光通信晶片121、透镜模块122与透镜致动模块123。可见光通信晶片121具有至少一个上传通道单元以提供至少一个上传通道，其中该上传通道单元包含至少一个可见光发射器。依据实际产品的设计需求，所述可见光发射器包括发光二极体(Light Emitting Diode,LED)、光发射器(light emitter)或是其他可见光发射元件。
透镜致动模块123耦接至透镜模块122。透镜模块122配置于可见光通信晶片121的光径上。透镜致动模块123可以调整透镜模块122的位置、光轴方向或焦距。可见光通信晶片121的可见光发射器可以依据通信调变电路11的驱动而发射对应的可见光通信信号。此可见光通信信号通过透镜模块122而被传送至第二可见光通信收发器22。
第二可见光通信收发器22包括可见光通信晶片221、透镜模块222与透镜致动模块223。可见光通信晶片221具有下传通道阵列，其中该下传通道阵列包含多个下传通道单元以分别提供不同的下传通道(输入通道)，且每一个下传通道单元各自包含至少一可见光接收器。这些可见光接收器包括光电二极体(photodiode)、光子检测器(photon detector)或是其他可见光感测元件。第一可见光通信收发器12的可见光通信信号通过透镜模块222而被可见光通信晶片221所接收。可见光通信晶片221可以将第一可见光通信收发器12的可见光通信信号转换为电信号，然后将此电信号输出给通信调变电路21。可见光通信晶片221的实施细节容后详述。
另一方面，透镜致动模块223耦接至透镜模块222与可见光通信晶片221。依据可见光通信晶片221上多个可见光接收器的接收状况，透镜致动模块223可以主动地控制/调整透镜模块222的位置、光轴方向或焦距。上述透镜致动模块223(或123)驱动透镜模块222(或122)的手段可以视实际产品的设计需求来决定。例如，上述透镜致动模块223(或123)驱动透镜模块222(或122)的手段可以类似于光碟机中光学读写头（Optical Pickup Head）的驱动手段。又例如，上述透镜致动模块223(或123)驱动透镜模块222(或122)的手段可以类似于数码相机中透镜组的驱动手段。
在另一实施例中，若应用环境/设计条件许可，则上述透镜致动模块223(或123)可能被省略，而透镜模块222(或122)则被固定地配置在光径上的最佳位置。在其他实施例中，在实际产品的设计需求考量下，上述透镜致动模块223(或123)与透镜模块222(或122)可能被省略。
上述实施例所述可见光通信系统是被假设为单向通信。然而，本揭露的实施方式不限于此。例如，第二可见光通信收发器22的光通信晶片221还包括上传通道阵列，而此上传通道阵列包含多个第二上传通道单元以分别提供不同的上传通道(输出通道)。每一个上传通道单元各自包含至少一个可见光发射器。所述可见光发射器包括LED、光发射器或是其他可见光发射元件。透镜模块222更配置于光通信晶片221的这些第二上传通道单元的光径上。第一可见光通信收发器12的实施方式可以相似于第二可见光通信收发器22的实施方式，使得图1所示可见光通信系统可以进行双向通信。
图2是依照本发明另一实施例说明可见光通信系统的应用情境示意图。图2所示实施例可以参照图1的相关说明。请同时参照图1与图2，不同于图1所示实施例之处，在于图2所示可见光通信系统配置了多个第一电子装置10。图2绘示了一个房间200，其中此房间200配置了二个第一电子装置10与一个第二电子装置20。这些第一电子装置10可以是智慧型电视(smart TV)、个人电脑、或其他电子装置。第二电子装置20可以是通信网络的存取点(access point)、中继器(repeater)、路由器(router)或是其他电子装置。此应用范例说明第一电子装置10与一个第二电子装置20之间的通信通道可以是开放式通道。可见光通信系统有具不受EMI干扰、不需频带使用执照、同时又能够提供室内照明(Lighting)用等多项优势。因此，第二电子装置20可以被当作房间200的照明装置(室内灯具)。也就是说，第二电子装置20所发出的可见光通信信号同时又能够提供室内照明。
图3是依照本发明实施例说明图1所示可见光通信晶片221的布局示意图。于本实施例中，可见光通信晶片221的上传通道阵列与下传通道阵列被整合成如图3所示双向通道阵列。请参照图3，高速可见光通信收发器22的可见光通信晶片221包括基板以及多个通道单元。这些通道单元呈阵列(array)配置于该基板上。于图3所示实施例中，可见光通信晶片221具有M*N个通道单元，例如通道单元CH(1,1)、CH(1,2)、CH(1,M)、CH(2,1)、CH(N,1)等。图1所示透镜模块222配置于这些通道单元的光径上。这些通道单元分别提供不同的双向通信通道，其中每一个通道单元各自包含至少一个可见光发射器LE与至少一个可见光接收器PD。于图3所示实施例中，每一个通道单元各自包含三个可见光发射器LE与一个可见光接收器PD，然而本揭露的实现方式不限于此。通道单元内的可见光发射器LE数量与可见光接收器PD数量可以视实际产品的设计需求来决定。
这些可见光发射器LE包括LED或其他可见光发射元件。这些可见光发射器LE作为可见光信号上传(uplink)。这些可见光接收器PD包括光电二极体、光子检测器或其他可见光感测元件。这些可见光接收器PD用于可见光信号下载(downlink)。在相同的通道单元中，例如在通道单元CH(1,1)中，这些可见光发射器LE可以依照设计需求而串联、并联及/或单独连接至通信调变电路21。也就是说，依照设计需求，通信调变电路21可以同时点亮在相同的通道单元中的所有/部份可见光发射器LE以提高光通量；或者，通信调变电路21可以分别独立驱动在相同的通道单元中的所有/部份可见光发射器LE，以增加信号调变自由度。例如，可见光通信晶片221的这些通道单元可以利用空间调变(空间多工)或时间分工调变(时间多工)等调变技术来提高通信频宽。此外，此第二可见光通信收发器22可以透过多个通道单元以平行通信架构(parallelcommunication)进行多通道同时通信，提高通信速率。
例如，在另一实施例中，图3所示这些通道单元各自具有不同色光。例如，在通道单元CH(1,1)中可见光发射器LE与可见光接收器PD适于发出与接收蓝光，而在通道单元CH(1,2)中可见光发射器LE与可见光接收器PD适于发出与接收红光。如此，可见光通信晶片221的这些通道单元可以利用空间调变(空间多工)及/或分波多工调变技术来提高通信频宽。
图3所绘示每一个可见光发射器LE可以是大晶粒(例如大于1mm2)LED。相较于微型LED，大晶粒LED存在较大的电容值。电容值愈大，则LED反应时间愈慢。因此，采用大晶粒LED的可见光通信收发器22的频宽约略为10MHz左右。降低电容值的方法就是直接缩小LED晶粒面积。图4为依照本揭露另一实施例说明以微型LED取代大晶粒LED的布局示意图。每一个可见光发射器LE各自包括多个微型发光二极体LE’。一个微型发光二极体LE’的面积可以是0.1mm*0.1mm，然而本实施例不以此为限。图3中每一个可见光发射器LE的大晶粒LED均各自被彼此并联的多个微型LED所取代。这些微型发光二极体呈阵列配置于基板上。用彼此并联的多个微型LED取代单一个大晶粒LED可提高响应速率，增加通信频宽/传输率，以及避免单一大晶粒LED光亮过暗的缺点。
图5说明将可见光通信晶片221的上传通道阵列与下传通道阵列整合成双向通道阵列的实施范例示意图。图5左部说明上传通道阵列的可见光发射器LE与下传通道阵列的可见光接收器PD分别被制作于不同的基板上。例如，可见光发射器LE被制作于LED基板510上，其中在每一个可见光发射器LE上配置了金属接触(metal contact)层511。可见光发射器LE可为III-V族，如GaN、GaAs等材料。另一方面，可见光接收器PD被制作于控制电路基板520上。控制电路基板520在每一个可见光发射器LE的对应位置处被配置了对应的导电凸块(conductive bump)522，以及在导电凸块522与控制电路基板520之间配置了凸块下金属化(Under-Bump Metallization,UBM)层521。控制电路基板520可以用硅基半导体技术制作。在上传通道阵列与下传通道阵列制作完后，再以晶圆贴合方式(wafer bond)将上传通道阵列(即LE阵列)转贴至包括下传通道阵列(即PD阵列)的控制电路基板520。将LED基板510移除后，即完成上传通道阵列与下传通道阵列的整合工作，如图5右部所示双向通道阵列部份剖面示意图。
图6为依照本揭露实施例说明图3所示可见光通信晶片221的双向通道阵列的电路示意图。可见光通信晶片221包括多条发光单元选择线LES、多条发光单元数据线LEDA、多条光感测单元选择线PDS以及多条光感测单元重设线PDR。这些发光单元选择线LES与这些光感测单元选择线PDS排列成多行，而这些发光单元数据线LEDA与这些光感测单元重设线PDR排列成多列。每一条发光单元选择线LES电性连接至上传通道阵列中一行的可见光发射器LE的驱动电路610，而每一条发光单元数据线LEDA电性连接至一列的可见光发射器LE的驱动电路610。每一驱动电路610电性连接至一个通道单元的可见光发射器LE。来自发光单元选择线LES的信号决定哪一行驱动电路610要开始驱动通道单元中的可见光发射器LE发光，而来自发光单元数据线LEDA的信号决定与其对应的那一列通道单元的可见光发射器LE要以多大的电流驱动。例如，发光单元选择线LES可以控制通道单元CH(1,1)的驱动电路610，使得发光单元数据线LEDA可以通过通道单元CH(1,1)的驱动电路610去驱动通道单元CH(1,1)的可见光发射器LE。
另外，光感测单元重设线PDR决定要命令哪一列通道单元中的驱动电路620要驱动可见光接收器PD至高电压。经重设后的可见光接收器PD可以将光信号转换成电信号。光感测单元选择线PDS选择哪一行通道单元的驱动电路620，并经由被选择的驱动电路620读取可见光接收器PD所转换成的电信号。
图7是依照本揭露实施例说明图6中通道单元CH(1,1)的电路示意图。可见光通信晶片221的其他通道单元可以参照图7的相关说明。请参照图7，驱动电路610包括电晶体611、电晶体612与电容613，而驱动电路620包括电晶体621、电晶体622与电晶体623。当发光单元选择线LES为高电压时，电晶体611会开启(turn on)，而此时发光单元数据线LEDA的电压便可输入至电晶体612的栅极，并保存于电容613。被保存于电容613的电压可以调整电压源VDD输入至通道单元CH(1,1)中的可见光发射器LE的能量，进而调整可见光发射器LE的发光量(或发光状态)。当发光单元选择线LES处于低电压时，则电晶体611关闭(turn off)，而可见光发射器LE则维持发光量(或发光状态)。
另一方面，当光感测单元重设线PDR处于高电压时，电晶体621会开启，而使得电压源VDD输入至可见光接收器PD的阴极，即形成逆向偏压。此时，电晶体622亦会开启，而使电压源VDD的电压可输入至电晶体623。当光感测单元重设线PDR处于高电压时，若光感测单元选择线PDS亦处于高电压，则此时读取端70会读到来自电压源VDD的电信号而处于高电压。接着，当光感测单元重设线PDR转态至低电压而光感测单元选择线PDS仍处于高电压时，电晶体621会关闭而电晶体623会保持开启。当电晶体621刚关闭时，可见光接收器PD的阴极仍处于高电位，因此读取端70仍读到来自电压源VDD的电压。然而，在可见光照射可见光接收器PD的过程中，可见光接收器PD的阴极的电压会逐渐下降。此时，电晶体622可视为将可见光接收器PD的阴极电压放大的放大器，因此当可见光接收器PD的阴极电压逐渐下降时，读取端70所读取到的电压亦逐渐下降。接着，当光感测单元选择线PDS处于低电压时，则电晶体623会关闭，此时读取端70的电压亦掉落至低电压。
可见光接收器PD的阴极电压的下降速度是相关于照射在可见光接收器PD的光亮度。当可见光接收器PD所检测到的光的强度越强，则光电流越大，而使得阴极电压下降得越快，进而使读取端70的电压下降得越快。控制器(controller)及/或通信调变电路21凭借量测读取端70的电压下降的速率（例如下降的斜率的绝对值），或量测在光感测单元选择线PDS由高电压切换至低电压的前一刻的读取端70的电压，则可将可见光接收器PD检测到的光的强度转换成电压信号。
图8与图9是依照本揭露实施例说明控制透镜模块222的位置、光轴方向的示意图。于本实施例中，透镜致动模块223受控于控制器820。透镜致动模块223耦接至透镜模块222。透镜致动模块223包含伺服微马达与相关传动机构，以控制透镜模块222的位置、光轴方向及/或焦距。例如，图8绘示透镜模块222的剖面示意图。透镜致动模块223可以控制透镜模块222的光轴方向，即透镜模块222方向角θ。又例如，图9绘示透镜模块222的正视示意图。透镜致动模块223可以控制透镜模块222的位置，例如使透镜模块222沿x轴方向移动Δx，以及/或是使透镜模块222沿y轴方向移动Δy。
控制器820耦接至可见光通信晶片221的通道单元(例如CH(1,1)、CH(1,2)与CH(2,1)等)与透镜致动模块223。依据各通道中可见光接收器PD的接收状况(例如可见光接收器PD阵列信号的空间均匀度)，控制器820控制透镜致动模块223调整透镜模块222的位置、光轴方向及/或焦距，以使可见光通信晶片221的这些通道单元获得最大传输/接收信号。也就是说，透镜模块222可以主动追踪可见光通信晶片221的光接收器阵列的信号强度，以提升多工高速通信的信号品质。
图10是依照本揭露再一实施例说明图1或图2所示可见光通信系统主动追踪可见光信号的应用情境示意图。透镜模块122可与另一收发模块的透镜模块222之间形成一个自由空间信号传输通道。透镜模块122配置于可见光通信晶片121的这些上传通道单元的光径上。透镜模块222配置于可见光通信晶片221的这些下传通道单元的光径上。透镜模块122与222可主动调整焦距及指向性，以确保最佳光信号品质。
可见光通信晶片121的光信号1001透过透镜模块122发射给电子装置20。光信号1001透过透镜模块222由可见光通信晶片221的下传通道阵列接收。下传通道阵列的电信号馈入控制器，而控制器将下传信号传送给通信调变电路21。另外，该控制器进行类似于图8与图9的操作，计算可见光接收器PD阵列信号的空间均匀度，可提供控制信号给透镜致动模块223来调整透镜模块222的指向性及焦距。此外，可见光接收器PD阵列信号可透过自动对焦机制提供回馈信号，以控制透镜模块222进行信号源追踪，最佳化信号强度。透过数次调整后，可见光通信晶片221可获得最佳信号均匀度及最佳信号强度。
上述实施例中每一个通道单元各自具有可见光发射器LE与可见光接收器PD，然而本揭露不应以此为限。例如，图11是依照本揭露另一实施例说明图3所示通道单元CH(1,1)的电路示意图。可见光通信晶片221的其他通道单元可以参照通道单元CH(1,1)的相关说明。请参照图11，通道单元CH(1,1)包括一个交流发光二极体(AC-LED)，此AC-LED包含五个直流发光二极体(DC-LED)1101~1105。每一个DC-LED由一个或多个LED相互串接而成。
DC-LED 1101的阴极与DC-LED 1102的阳极耦接至控制器820。DC-LED1103的阳极与DC-LED 1105的阴极耦接至DC-LED 1102的阴极。DC-LED1104的阳极与DC-LED 1103的阴极耦接至DC-LED 1101的阳极。DC-LED1105的阳极与DC-LED 1104的阴极耦接至控制器820。控制器820依照AC弦波电源1130的驱动而输出交流信号1130’以驱动图11所示发光二极体。本实施例是以正弦波来实现交流信号1130’，如图11的右部所示。
当交流信号1130’为正电压时，DC-LED 1102、1103与1104为顺向偏压，而DC-LED 1101与1105为逆向偏压。在此期间，当交流信号1130’大于DC-LED的临界电压Vth1时，DC-LED 1102、1103与1104才会发光，因此将DC-LED 1102、1103与1104发光期间称为亮时槽(illuminationtime slot)IT。在亮时槽IT中，DC-LED 1102、1103与1104可以做为可见光发射器LE，则控制器820于该亮时槽IT中将上传数据加载至交流信号1130’。在亮时槽IT中控制器820不撷取交流信号1130’的下传数据。当交流信号1130’小于DC-LED的临界电压Vth1并大于0V时，所有DC-LED均不发光，因此将AC-LED不发光期间称为暗时槽(dark timeslot)DT。在暗时槽DT中且当交流信号1130’大于0V时，处于逆向偏压的DC-LED 1101与1105可以做为可见光接收器PD，因此控制器820可以于该暗时槽DT中撷取交流信号1130’的下传数据。在暗时槽DT中控制器820不会将上传数据加载至交流信号1130’。
当交流信号1130’为负电压时，DC-LED 1105、1103与1101为顺向偏压，而DC-LED 1102与1104为逆向偏压。在此期间，当交流信号1130’小于DC-LED的负临界电压Vth2时，DC-LED 1105、1103与1101才会发光，因此将DC-LED 1105、1103与1101发光期间称为亮时槽IT。在亮时槽IT中，DC-LED 1105、1103与1101可以做为可见光发射器LE。因此，控制器820于亮时槽IT中将上传数据加载至交流信号1130’，而不撷取交流信号1130’的下传数据。当交流信号1130’大于DC-LED的负临界电压Vth2并小于0V时，所有DC-LED均不发光。在AC-LED处于暗时槽DT中且当交流信号1130’小于0V时，处于逆向偏压的DC-LED 1102与1104可以做为可见光接收器PD。因此，控制器820可以于该暗时槽DT中撷取交流信号1130’的下传数据，而不会将上传数据加载至交流信号1130’。
换句话说，当交流信号1130’的振幅趋近于零时，透过控制器820的零穿越检测器(zero crossing detector)检知暗时槽DT，此时控制器820停止加载信号至光源电路，同时开始撷取光源电路中的数据信号。利用此特性，在亮时槽IT内AC-LED做为照明及乘载信号通信的可见光发射器LE；在暗时槽DT内，则AC-LED内承受逆偏压的LED做为接收信号的可见光接收器PD。如此，以时间区隔同一个AC-LED元件作为可见光发射器LE及可见光接收器PD的功能，达成积体化的通信收发器。在此架构下DC-LED 1101~1105作为可见光接收器PD，其半导体磊晶结构可透过最佳化设计提高光感测器的光电转换效率。
再例如，图12是依照本揭露又一实施例说明图3所示通道单元CH(1,1)的电路示意图。图12的实施细节可以参照图11的相关说明而类推之。不同于图11所示实施例之处，在于图12所示实施例是以多个反向并联的DC-LED形成AC-LED。在此是以DC-LED 1106与1107形成AC-LED，其中每一个DC-LED由一个或多个LED相互串接而成。控制器820的第一端耦接至DC-LED 1106的阴极与DC-LED 1107的阳极，而控制器820的第二端耦接至DC-LED 1106的阳极与DC-LED 1107的阴极。
DC-LED 1106与DC-LED 1107在不同偏压方向下将交替发光。在控制器820输出交流信号1130’为正电压而使DC-LED 1107为顺向偏压且DC-LED 1106为逆向偏压的期间，当DC-LED 1107点亮时(于该亮时槽IT中)可作为可见光发射器LE(照明及传讯用)，此时控制器820于该亮时槽IT中将上传数据加载至交流信号1130’。在交流信号1130’为正电压期间，当于该暗时槽DT中DC-LED 1106则承受逆向偏压而作为可见光接收器PD(接受光信号)。反之，在控制器820输出交流信号1130’为负电压而使DC-LED 1106为顺向偏压DC-LED 1107为逆向偏压的期间可以类推之。如此，以时间区隔同一个AC-LED元件作为可见光发射器LE及可见光接收器PD的功能，达成积体化的通信收发器。
又例如，图13是依照本揭露又一实施例说明图3所示通道单元CH(1,1)的电路示意图。图13的实施细节可以参照图11的相关说明而类推之。不同于图11所示实施例之处，在于图13所示实施例是以一个或多个DC-LED形成可见光通信晶片221的通道单元CH(1,1)，而每一个DC-LED由一个或多个LED相互串接而成。例如，图13绘示单一个DC-LED，其中此DC-LED是由多个LED相互串接而成。控制器820的第一端耦接至此DC-LED的阳极，而控制器820的第二端耦接至此DC-LED的阴极。
在图13所示单串LED(即DC-LED)可直接承受高电压。在处于顺向偏压时，图13所示DC-LED可以被点亮以作为可见光发射器LE(照明及传讯用)；而在承受逆向偏压时，图13所示DC-LED作为可见光接收器PD(接受光信号)。如此，以时间区隔同一个AC-LED元件作为可见光发射器LE及可见光接收器PD的功能，达成积体化的通信收发器。
综上所述，顺应频宽及上传通信技术需求，本揭露实施例提出一种双向通信的高速可见光通信收发器，包括以可见光发射器LE阵列及可见光接收器PD阵列积体化整合成为单一光信号收发晶片，以及透镜模块将光信号聚焦投射于可见光接收器PD上。上述诸实施例满足目前可见光通信技术发展上所面临的需求：高频宽(大于10MHz)及双向通信架构(uplink+downlink)。该单一收发晶片中的可见光发射器LE阵列可以利用空间多工或时间多工调变来提高通信频宽。此外，若可见光发射器LE阵列为多色阵列光源，则此多色阵列光源可提供波长多工调变而提高通信频宽。上述诸实施例整合了可以主动追踪信号强度的透镜模块，确保多工高速通信的信号品质。
本发明的技术内容及技术特点已如上公开，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (21)

1.一种可见光通信收发器，其特征在于，包括：
基板；
多个通道单元，呈阵列配置于该基板上，这些通道单元分别提供不同的双向通信通道，其中每一个通道单元各自包含至少一个可见光发射器与至少一个可见光接收器；以及
透镜模块，配置于这些通道单元的光径上。
2.如权利要求1所述的可见光通信收发器，其中该可见光发射器包括发光二极体，而该可见光接收器包括光电二极体或光子检测器。
3.如权利要求1所述的可见光通信收发器，其特征在于，每一个通道单元各自包含至少一个发光二极体；在亮时槽中该发光二极体做为该可见光发射器；以及在暗时槽中该发光二极体做为该可见光接收器。
4.如权利要求3所述的可见光通信收发器，其特征在于，该发光二极体为交流发光二极体。
5.如权利要求4所述的可见光通信收发器，其特征在于，该交流发光二极体包括：
第一直流发光二极体，该第一直流发光二极体的阴极耦接至控制器；
第二直流发光二极体，该第二直流发光二极体的阳极耦接至该第一直流发光二极体的阴极；
第三直流发光二极体，该第三直流发光二极体的阳极耦接至该第二直流发光二极体的阴极，该第三直流发光二极体的阴极耦接至该第一直流发光二极体的阳极；
第四直流发光二极体，该第四直流发光二极体的阳极耦接至该第一直流发光二极体的阳极，该第四直流发光二极体的阴极耦接至该控制器；以及
第五直流发光二极体，该第五直流发光二极体的阳极耦接至该第四直流发光二极体的阴极，该第五直流发光二极体的阴极耦接至该第二直流发光二极体的阴极；
其中在该控制器输出交流信号为正电压而使该第二、该第三与该第四直流发光二极体为顺向偏压且该第一与该第五直流发光二极体为逆向偏压的期间，若于该亮时槽中，则该第二、该第三与该第四直流发光二极体做为该可见光发射器，而该控制器于该亮时槽中将上传数据加载至该交流信号，以及若在该暗时槽中，则该第一与该第五直流发光二极体做为该可见光接收器，而该控制器撷取该交流信号的下传数据。
6.如权利要求4所述的可见光通信收发器，其特征在于，该交流发光二极体包括：
第一直流发光二极体，该第一直流发光二极体的阴极耦接至控制器第一端，该第一直流发光二极体的阳极耦接至该控制器第二端；以及
第二直流发光二极体，该第二直流发光二极体的阳极耦接至该第一直流发光二极体的阴极，该第二直流发光二极体的阴极耦接至该第一直流发光二极体的阳极；
其中在该控制器输出交流信号为正电压而使该第二直流发光二极体为顺向偏压且该第一直流发光二极体为逆向偏压的期间，若于该亮时槽中，则该第二直流发光二极体做为该可见光发射器，而该控制器于该亮时槽中将上传数据加载至该交流信号，以及若在该暗时槽中，则该第一直流发光二极体做为该可见光接收器，而该控制器撷取该交流信号的下传数据。
7.如权利要求3所述的可见光通信收发器，还包括：
控制器，耦接至该发光二极体，并输出交流信号以驱动该发光二极体；
其特征在于，该控制器于该亮时槽中将上传数据加载至该交流信号，以及于该暗时槽中撷取该交流信号的下传数据。
8.如权利要求1所述的可见光通信收发器，其特征在于，该可见光发射器包括多个微型发光二极体，而这些微型发光二极体呈阵列配置于该基板上。
9.如权利要求1所述的可见光通信收发器，其特征在于，这些通道单元具有不同色光。
10.如权利要求1所述的可见光通信收发器，其特征在于，还包括：
透镜致动模块，耦接至透镜模块；以及
控制器，耦接至这些通道单元与该透镜致动模块，其中该控制器依据这些可见光接收器的接收状况，控制该透镜致动模块调整该透镜模块的位置、光轴方向或焦距。
11.一种可见光通信收发器，其特征在于，包括：
下传通道阵列，包含多个下传通道单元以分别提供不同的下传通道，其中每一个下传通道单元各自包含至少一个可见光接收器；
透镜模块，配置于该下传通道阵列的光径上；
透镜致动模块，耦接至透镜模块；以及
控制器，耦接至这些下传通道单元与该透镜致动模块，以及依据这些可见光接收器的接收状况，控制该透镜致动模块而调整该透镜模块的位置、光轴方向或焦距。
12.如权利要求11所述的可见光通信收发器，其特征在于，该可见光接收器包括光电二极体或光子检测器。
13.如权利要求11所述的可见光通信收发器，其特征在于，这些下传通道单元接收不同色光。
14.如权利要求11所述的可见光通信收发器，其特征在于，还包括：
上传通道阵列，包含多个上传通道单元以分别提供不同的上传通道，其中每一个上传通道单元各自包含至少一个可见光发射器；
其中这些上传通道单元的光径通过该透镜模块至该可见光通信收发器外。
15.如权利要求14所述的可见光通信收发器，其特征在于，该可见光发射器包括发光二极体。
16.如权利要求14所述的可见光通信收发器，其特征在于，该可见光发射器包括呈阵列配置的多个微型发光二极体。
17.如权利要求14所述的可见光通信收发器，其特征在于，这些可见光发射器具有不同色光。
18.一种可见光通信系统，其特征在于，包括：
第一可见光通信收发器，包括至少一个第一上传通道单元，其中该第一上传通道单元包含至少一个可见光发射器；以及
第二可见光通信收发器，包括下传通道阵列、透镜模块、透镜致动模块以及控制器；其中该下传通道阵列包含多个下传通道单元以分别提供不同的下传通道，且每一个下传通道单元各自包含至少一个可见光接收器；这些下传通道单元中至少一者接收该第一可见光通信收发器所发射的可见光；该透镜模块配置于这些下传通道单元的光径上；该透镜致动模块耦接至透镜模块；该控制器耦接至这些下传通道单元与该透镜致动模块；以及该控制器依据这些可见光接收器的接收状况，控制该透镜致动模块调整该透镜模块的位置、光轴方向或焦距。
19.如权利要求18所述的可见光通信系统，其特征在于，该可见光发射器包括发光二极体，而该可见光接收器包括光电二极体或光子检测器。
20.如权利要求18所述的可见光通信系统，其特征在于，该可见光发射器包括呈阵列配置的多个微型发光二极体。
21.如权利要求18所述的可见光通信系统，其特征在于，该第二可见光通信收发器还包括：
上传通道阵列，包含多个第二上传通道单元，其中每一个第二上传通道单元各自包含至少一个可见光发射器；
其中该透镜模块更配置于这些第二上传通道单元的光径上。
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