CN113746549B - 一种光信号接收复用系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种光信号接收复用系统，该系统包括：折返式光信号接收镜组、分光镜、光通信装置和摄像装置；折返式光信号接收镜组设置在所述光信号接收复用系统的入光口，用于接收入射光并将所述入射光折返射入至所述分光镜；光通信装置设置在分光镜的第一光路方向上，摄像装置设置在分光镜的第二光路方向上，分光镜用于将入射光分成两路光束，以分别输入至摄像装置和光通信装置。该方案避免了为光通信系统单独设计光信号接收装置，实现简单，可以实现降低终端设备的体积、重量、成本等。

Description

一种光信号接收复用系统

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种光信号接收复用系统。

背景技术

可见光通信系统根据接收端的不同分为两种，一种为基于光电二极管的非成像接收，接收端利用光电二极管检测并将可见光转换为电信号，并通过信号处理技术从中解调出相应信息。另一为基于摄像头的成像接收。是利用图像传感器作为可见光通信的接收端。图像传感器主要有CCD（电荷藕合器件）图像传感器和CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器。

可见光通信系统若采用终端设备的摄像头进行成像接收，此时设备中的成像系统被占用，处于一直工作状态，相当于一直在录制视频，因此在无线光通信与照相系统需要同时工作时，复杂的图像处理手段以及处理速度需要付出的成本还有成像系统的功耗是必须考虑的重要问题。

但光信号的接收问题是光通信技术必须解决的关键一步。与直接利用终端设备现有的摄像装置进行成像接收的另一不同点是，一般基于光电二极管的无线光通信系统若要在终端设备上使用，通常需为它特别设计良好的光信号接收装置（因为它不像利用设备的摄像头进行成像接收那样有现成的光路和接收系统可以使用）。故使用基于PD的无线光通信系统会明显造成终端设备体积和重量的增加，这与如今的智能终端设备的发展越来越追求小型化、轻便化的趋势相矛盾。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种光信号接收复用系统，包括：折返式光信号接收镜组、分光镜、光通信装置和摄像装置；

所述折返式光信号接收镜组设置在所述光信号接收复用系统的入光口，用于接收入射光并将所述入射光折返射入至所述分光镜；

所述光通信装置设置在所述分光镜的第一光路方向上，所述摄像装置设置在所述分光镜的第二光路方向上，所述分光镜用于将所述入射光分成两路光束，以分别输入至所述摄像装置和光通信装置。

进一步的，所述折返式光信号接收镜组包括中心位于同一轴线上的反射主镜、反射次镜、正场镜和负透镜，其中，所述反射次镜、所述反射主镜和所述负透镜依次设置，所述正场镜设于所述反射主镜的中心区域。

进一步的，所述反射次镜的反射面与所述反射主镜的反射面相对设置，所述反射主镜的反射面呈凹抛物状且朝向入光口，用于接收所述入射光并将所述入射光反射到所述反射次镜的反射面上。

进一步的，所述正场镜设置于所述反射主镜的反射面的正中心处，所述正场镜直径小于所述反射主镜的直径，所述正场镜用于将由所述反射次镜射入的光线聚焦到所述负透镜。

进一步的，所述负透镜位于所述反射主镜与所述分光镜之间，用于将所述正场镜汇聚的光线准直。

进一步的，所述反射主镜和所述负透镜之间还设有一光阑，所述光阑的中心与所述反射主镜的中心位于同一轴线上，用于过滤杂光。

进一步的，所述光阑的直径不大于所述反射次镜的直径。

进一步的，所述分光镜为中性分束镜。

进一步的，所述反射次镜为平面反光镜。

进一步的，所述摄像装置包括摄像透镜组和摄像传感器，所述光通信装置包括光通信透镜组和基于光电二极管的光通信接收模块；

所述摄像透镜组用于将光线聚焦至所述摄像传感器，所述摄像传感器用于光学成像；

所述光通信透镜组用于将光线聚焦至所述基于光电二极管的光通信接收模块，所述基于光电二极管的光通信接收模块用于将光信号转换成电信号。

本发明的光信号接收复用系统，采用折返式光信号接收镜组、分光镜、光通信装置和摄像装置的复合组合，其中所述折返式光信号接收镜组设置在所述光信号接收复用系统的入光口，用于接收入射光并将所述入射光折返射入至所述分光镜；所述分光镜将所述入射光分成两路光束，分别传输至所述光通信装置和摄像装置，所述光通信装置设置在所述分光镜的第一光路方向上，所述摄像装置设置在所述分光镜的第二光路方向上。以实现一个摄像头同时满足无线光通信和摄像的功能，并且在启用无线光通信功能时，设备的摄像系统也可以正常的使用。因为摄像系统是独立工作，故相较于一些终端设备无线光通信的成像接收技术，所述光通信装置不会占用摄像系统，也不用涉及到复杂图像处理，实现简单，更可以节省所使用的空间，实现终端设备的小型化与轻便化改进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了本申请实施例一种光信号接收复用系统结构示意图；

图2示出了本申请实施例又一种光信号接收复用系统结构示意图；

图3示出了本申请实施例反射主镜反射面结构示意图；

图4示出了本申请实施例反射主镜背面结构示意图。

主要元件符号标识：1-反射次镜、2-正场镜、3-反射主镜、4-光阑、5-负透镜、6-分光镜、7-光通信透镜组、8-基于光电二极管的光通信接收模块、9-摄像透镜组、10-摄像传感器，L1-第一光路，L2-第二光路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

基于现有技术的缺陷，本申请的实施例提供一种光信号接收复用系统，可参考图1至图4中的结构示意图来理解。

如图1所示，本实施例中的光信号接收复用系统包括折返式光信号接收镜组、分光镜、光通信装置和摄像装置，其中该折返式光信号接收镜组设置在该复用系统的入光口处，可以理解为摄像头的镜头，当外部的光线从折返式光信号接收镜组射入后经过相应处理后再输入至分光镜，其中光通信装置和摄像装置分别设置在分光镜的第一光路L1方向上和第二光路L2方向上，以接收外界的入射光。使得在使用一个摄像头的情况下，既可以支持光信号通信，也支持摄像拍照等功能。

具体的，请参照图2，本申请实施例中的光信号接收镜组由中心位于同一轴线上的反射主镜3、反射次镜1、正场镜2和负透镜5组成。其中，反射主镜3为一凹面镜，反射面面向入光口，如图2所示入光口在左侧，则反射面面向左侧，并且与反射次镜1的反射面相对，其中，在反射主镜3的正中心处设置了正场镜2，该正场镜2为一透镜，具体的可以是凸透镜，可以是玻璃或者聚合材料制作，从光线传播方向上的第一表面为凸面，第二表面为凸面，由图2可知光线经过反射次镜1反射后会聚光成像，此后的光线传播是发散的，为让光线能良好的通过反射主镜3的通光孔向后续装置传播，正场镜2负责起到聚光的作用。反射主镜3和正场镜2合为一体，正场镜2之外的区域为反射主镜3的反射面，不透光，只有正场镜2所处的中心位置透光。

负透镜5设置在反射主镜3和分光镜6之间，用于准直入射光，具体的根据需求，该负透镜可以为凹凸透镜、凹透镜和凸凹透镜中的一种，起到将由正场镜2聚焦而来的光线转为平行光线的功能。

其中，上述各个光学镜片表面还会进行镀膜处理，以进行保护，且反射主镜3和反射次镜1的反射面还会用金属银进行镀膜处理，以保证反射率。

如图2所示，图中左边为入光口，外部光线从左打入右边的光信号接收复用系统中。入射光首先在反射主镜3上反射，本实施例中，该反射主镜3的反射面成凹抛物状，为一凹面镜，可以由玻璃或者聚合材料等制成。光线在反射主镜3上反射后汇聚到反射次镜1上，反射次镜1为平光镜，可以由玻璃或者聚合材料等制成，并且反射次镜1的直径远小于反射主镜3，这样对光线的遮挡影响小，可以提高光信号接收效果。

根据图2中演示的光路可知，光线从反射次镜1反射出去并到达正场镜2之前会聚焦一次然后再射入正场镜2。其中，结合图3理解，该正场镜2以镶嵌的方式设置在反射主镜3的正中心，根据适当的调整正场镜2和反射次镜1之间的距离，以保证正场镜2可以完全囊括由反射次镜1反射而来的光线。

其中，在正场镜2中经过折射的光线会汇聚到负透镜5中进行准直，即使得入射光变成平行光束，该平行光束经过分光镜6时，基于分光原理，入射光会通过透射和反射的方式被分成两束光，这两束光的光路与分光镜6相对于水平面的夹角相关，如与水平面成45度角，则反射光与透射光程90度，根据光路的不同，以适应性的安装摄像装置和光通信装置。其中透射的光束射入到摄像装置中，反射的光束射入到光通信装置中。

进一步的，本申请的分光镜6为中性分束镜，例如分光棱镜或者平板分束镜，根据不同的分光镜，后续光路中对于相差和像散进行适当调整。

具体的，所述摄像装置包括摄像透镜组9和摄像传感器10，所述光通信装置包括光通信透镜组7和基于光电二极管的光通信接收模块8，被分光镜6分出的光束射入光通信透镜组7和摄像透镜组9，经过这两个透镜组进行相差调焦等必要调整后，将光线分别聚焦到基于光电二极管的光通信接收模块8上和摄像传感器10上，分别由这两个装置进行相应的光信号处理，使得本实施例的光信号接收复用系统可以同时支持摄像功能和光通信功能。

具体的，上述基于光电二极管的光通信接收模块8，用于将外界光信号转换成电信号，因其实现相对简单，相较于摄像头成像的方法，无需进行复杂的图像处理，也不会占用摄像系统，且在本申请的方案中无需再为其设置一个光信号接收装置，因此可以进一步减少设备体积。

具体的，摄像透镜组9类似于摄像机镜头，具有一般镜头所具备的调焦能力，以支持传统的摄像功能，摄像传感器10可以为CMOS传感器等用于照相系统成像的传感器，因为只要能实现摄像功能即可，因此本申请对此不做限定。

本实施例中的折返式光镜组中，在反射主镜3和负透镜5之间，还可以设有一个光阑4，具体的可结合图1和图4理解，光阑4类似于中心开孔的遮光片，通过设计特定大小的通光孔以实现对入射光中杂光的过滤，即非反射次镜1反射而来的其他光线，并且由于整个系统后续得到的最终幅面大小与反射主镜3的开孔大小无关，因此可以将反射主镜3的开孔和反射次镜1做的比较小，降低对入射光的遮挡，提升光接收效率。光阑4的中心也和反射主镜3的中心位于同一轴线上，被安置在反射主镜3的背面。

其中，上述光阑4的直径小于或等于反射次镜1的直径，设置恰当则可以在不影响中心遮光比的情况下实现挡住系统的大部分杂光，大大提高入射光的质量。

本申请实施例中的光信号接收复用系统，在实际应用中，通过接收由经过调制的LED灯发射的光信号，通过空间光信道传播，被光学反射主镜3汇聚到光学反射次镜1后，再由光学反射次镜1反射出去，并在到达正场镜2之前聚焦进行一次成像，再通过正场镜2和光阑4到达负透镜5。负透镜5将光线进行准直后通过分光镜6，将光信号打入基于光电二极管的光通信接收模块8中，实现了光信号通信，同时也会将入射光打入摄像传感器10中进行相应的光信号处理，进行光学成像，以实现照相和摄影的功能，并且有别于现有的光通信装置，只需要一个摄像头就可以同时支持两个功能，并且摄像头虽然持续的接收外界光信号，也不会一直占用成像系统，更不需要复杂的图像处理手段和大功耗需求，达到节省设备空间，降低终端设备的体积、重量、成本等优点，并且结构装配简单，针对现有的摄像结构也能进行简单的改进后进行适配。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块的一部分。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光信号接收复用系统，其特征在于，应用于智能终端设备，包括：折返式光信号接收镜组、分光镜、光通信装置和摄像装置；

所述折返式光信号接收镜组设置在所述光信号接收复用系统的入光口，用于接收入射光并将所述入射光折返射入至所述分光镜；

所述光通信装置设置在所述分光镜的第一光路方向上，所述摄像装置设置在所述分光镜的第二光路方向上，其中，所述光通信装置用于将外界光信号转换成电信号，不占用所述摄像装置，使得所述摄像装置独立运行；

所述分光镜用于将所述入射光分成两路光束，以分别输入至所述摄像装置和光通信装置进行相应处理；

所述折返式光信号接收镜组包括中心位于同一轴线上的反射主镜、反射次镜、正场镜和负透镜，其中，所述反射次镜、所述反射主镜和所述负透镜依次设置，所述正场镜设于所述反射主镜的中心区域；

所述反射次镜的反射面与所述反射主镜的反射面相对设置，所述反射主镜的反射面呈凹抛物状且朝向入光口，用于接收所述入射光并将所述入射光反射到所述反射次镜的反射面上。

2.根据权利要求1所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述正场镜设置于所述反射主镜的反射面的正中心处，所述正场镜直径小于所述反射主镜的直径，所述正场镜用于将由所述反射次镜射入的光线聚焦到所述负透镜。

3.根据权利要求2所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述负透镜位于所述反射主镜与所述分光镜之间，用于将所述正场镜汇聚的光线准直。

4.根据权利要求1所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述反射主镜和所述负透镜之间还设有一光阑，所述光阑的中心与所述反射主镜的中心位于同一轴线上，用于过滤杂光。

5.根据权利要求4所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述光阑的直径不大于所述反射次镜的直径。

6.根据权利要求1所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述分光镜为中性分束镜。

7.根据权利要求1所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述反射次镜为平面反光镜。

8.根据权利要求1所述的光信号接收复用系统，其特征在于，所述摄像装置包括摄像透镜组和摄像传感器，所述光通信装置包括光通信透镜组和基于光电二极管的光通信接收模块；

所述摄像透镜组用于将光线聚焦至所述摄像传感器，以使所述摄像传感器进行光学成像；

所述光通信透镜组用于将光线聚焦至所述基于光电二极管的光通信接收模块，以使所述基于光电二极管的光通信接收模块用于将接收到的光信号转换成电信号。

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