本申請在35U.S.C.§119(e)下要求如下申請的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，即，2015年7月15日提交的題為“Remote Device Charging”、序列號為62/193,037的美國臨時申請，2015年8月26日提交的題為“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,Optical Signal Transceiver,Proximity Sensor”、序列號為62/210,303的美國臨時申請，2015年9月1日提交的題為“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,Optical Signal Transceiver,Proximity Sensor”、序列號為62/212,844的美國臨時申請，2015年9月4日提交的題為“LaserCharging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals”、序列號為62/214,362的美國臨時申請，2015年9月10日提交的題為“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,Optical Signal Transceiver,Proximity Sensor”、序列號為62/216,861的美國臨時申請，2015年7月22日提交的題為“Remote Device Charging”、序列號為62/195,726的美國臨時申請，以及2015年7月27日提交的題為“Device Communication,Charging and User Interaction”、序列號為62/197,321的美國臨時申請。

本申請還與如下申請相關(guān)，即，2015年11月10日提交的題為“Laser and Optical Charging and Communications Device and Method of Use”、序列號為14/937,553的美國專利申請，2015年11月16日提交的題為“LED and Laser Light Coupling Device and Method of Use”、序列號為14/942,210的美國專利申請，以及2016年4月20日提交的題為“Optical Communication and Charging Device and Method of Use”、序列號為15/134,084的美國專利申請，針對其所有教導(dǎo)和所有目的，其全部公開在此通過整體引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開總體涉及設(shè)備的遠程充電，例如通過光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號和諸如激光LED之類的LED進行遠程充電，以對諸如手表、珠寶、汽車面板、耳機和電話之類的設(shè)備進行充電，并且涉及音頻傳輸和充電，例如對音頻設(shè)備進行光充電以及利用音頻設(shè)備進行光傳輸。本公開還總體涉及光耦合，例如將從發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光與通過光纖所接收的光進行耦合的系統(tǒng)和方法。本公開還總體涉及光耦合，例如將從發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光與通過光纖所接收的光進行耦合的系統(tǒng)和方法，并且涉及光纖，例如擴散光纖傳感器和通信設(shè)備以及使用方法。另外本公開總體涉及對電子設(shè)備的充電以及利用電子設(shè)備的光通信，例如通過激光或光學(xué)部件提供充電以及提供光通信的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

電子設(shè)備要求定期充電。對電子設(shè)備(例如手表和珠寶)進行充電的現(xiàn)有手段要求接觸的(即物理的)解決方案用以充電，例如通過USB(Universal Serial Bus，通用串行總線)、電線等。目前不存在以非接觸的(例如無線的)方式提供充電的解決方案。允許非物理連接的解決方案能夠使充電無需與設(shè)備進行物理連接以及其它交互，例如軟件更新和配置更新。通過本公開的各方面、實施例和/或配置來提出這些以及其它需求。

將從LED或其它的很大程度上不相干的來源所發(fā)出的光耦合到光纖的現(xiàn)有系統(tǒng)具有較低的耦合效率。這種相當(dāng)大數(shù)值孔徑的光源的典型的耦合效率遠低于5％。相比之下，激光或其它的很大程度上不相干的光源的耦合效率通常在95％以上。使用LED而不是激光作為光纖光源是有利的，這是因為通常操作和維護LED的成本更低。然而，已經(jīng)限制了使用LED作為光纖中的光源，這是因為前述的耦合效率。因此，需要將從LED發(fā)出的光與通過光纖所接收的光進行耦合的系統(tǒng)和方法。本公開解決了這些需求。

傳統(tǒng)地采用光纖來沿著或在光纖端部之間引導(dǎo)以及傳導(dǎo)光波。常見的實現(xiàn)方式包含利用諸如LED或激光二極管的光源來裝配或耦合光纖的一端或兩端。傳統(tǒng)的光纖(又叫做“正?！惫饫w)，通常通過利用包層包住電介質(zhì)材料的圓柱形芯，來將光源的光子保持在光纖中。由于芯的折射率大于包層的折射率，因而光子保留在光纖中。

相比之下，擴散光纖能夠使一些光子通過包層中刻意的缺陷來逃逸出光纖芯。當(dāng)光纖的一端或兩端裝配有光源時，光纖則可以作用細線光源?？梢酝ㄟ^若干手段中的任意手段來形成包層缺陷，例如通過光纖表面的表面缺陷或者光纖的材料缺陷(例如由Corning Fibrance產(chǎn)品所提供的)。隨著漸增的缺陷的隨機性和數(shù)量，照明模式變得均勻全方位的。

除了光逃逸出或離開擴散光纖之外，擴散光纖的一個被忽視但卻重要的特征是外部光進入擴散光纖(借助于前述缺陷)的能力。通過光路可逆原理來提供這樣的推論。如果特定的擴散光纖產(chǎn)生了均勻全方位的照明，則相同的擴散光纖也會通過光纖表面(例如借助于包層中的缺陷)從周圍或外部環(huán)境全方位地將光信號、能量或光子接收到該擴散光纖中。認識到這一發(fā)現(xiàn)之后，可以將擴散光纖(又叫做光波導(dǎo)或光纖波導(dǎo))用作全方位周圍/外部光傳感器。在這樣的配置中，可以將光探測器放置于光纖端部以檢測來自周圍環(huán)境的光信號和/或能量。接收到的光能量或信號可以是包括可見光和紅外線的任意光波段；IR感應(yīng)可以尤其適于感應(yīng)火焰。

對電子設(shè)備進行充電的現(xiàn)有設(shè)備和方法通常體積龐大，具有相對較慢的速度或帶寬，并且與標準協(xié)議或硬件接口不兼容。因此，需要與現(xiàn)有USB、微型USB、迷你USB標準以及硬件接口兼容的、相對高速和高帶寬的設(shè)備和使用方法。本公開解決了這些需求。

借助于提供額外的背景、上下文，以及為了進一步滿足35U.S.C.§112的書面描述要求，以下參考文獻通過整體引用并入本文：美國專利公開號2013/0314028(Tseng)、2002/0186921(Schumacher)、2014/0132201(Tsang)和2007/0031089(Tessnow)；美國專利號7,621,677(Yang)和6,272,269(Naum)；以及在“International Lighting in Controlled Environments Workshop”(Tibbitts主編，NASA-CP-95-3309(1994))中發(fā)現(xiàn)的Kozai的“Use of Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting”。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開提供了用于與設(shè)備進行遠程交互的技術(shù)，例如提供了充電、通信和用戶交互等。具體而言，介紹了對設(shè)備提供充電的系統(tǒng)和方法，例如，通過光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號和諸如激光LED之類的LED進行遠程充電，以對諸如手表、珠寶、汽車面板、耳機和電話之類的設(shè)備進行充電。

在一個實施例中，公開了一種光通信和充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)射器/充電器，其被配置為從外部源接收第一通信信號和功率信號，該發(fā)射器/充電器包括被配置為發(fā)送該第一通信信號和功率信號的光源；透鏡，其被配置為接收該第一通信信號和功率信號；目標設(shè)備，其包括電池組和與該電池組進行通信的PV電池，該目標設(shè)備被配置為接收該第一通信信號和功率信號，該目標設(shè)備被配置為向該發(fā)射器/充電器發(fā)送第二通信信號；其中，由該目標設(shè)備所接收的功率信號使得PV電池能夠?qū)υ撾姵亟M進行充電。

在另一實施例中，公開了一種光通信和充電的方法，該方法包括：提供光通信和充電系統(tǒng)，其包括：發(fā)射器/充電器，其被配置為從外部源接收第一通信信號和功率信號，該發(fā)射器/充電器包括被配置為發(fā)送該第一通信信號和功率信號的光源；透鏡，其被配置為接收該第一通信信號和功率信號；目標設(shè)備，其包括電池組和與該電池組進行通信的PV電池，該目標設(shè)備被配置為接收該第一通信信號和功率信號，該目標設(shè)備被配置為向該發(fā)射器/充電器發(fā)送第二通信信號；將該發(fā)射器/充電器充電設(shè)備與外部源進行接合；從該外部源第一通信信號和功率信號中的至少一個提供給該發(fā)射器/充電器；從該發(fā)射器/充電器向目標設(shè)備發(fā)送第一通信信號和功率信號中的至少一個；確定該第一通信信號和功率信號中的至少一個是否包括功率信號；其中，在該第一通信信號和功率信號中的至少一個包括功率信號時，該PV電池接收該功率信號，并且該電池組被充電。

在另一實施例中，公開了一種光學(xué)激活的開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備包括：光源，其被配置為布置在電子設(shè)備內(nèi)，該光源被配置為發(fā)出光信號；以及表面阻擋部件，其被配置為布置在該電子設(shè)備的表面上，并且其被配置為接收該光信號，該表面阻擋部件具有內(nèi)部反射表面和外部表面；其中，該內(nèi)部反射表面在沒有外部源接觸該外部表面時反射該光信號以提供第一開關(guān)狀態(tài)，并且在外部源接觸該外部表面時提供第二開關(guān)狀態(tài)。

在另一實施例中，該設(shè)備、系統(tǒng)和/或方法包括以下特征：該光源是激光/LED二極管；經(jīng)由USB連接器和無線連接器中的至少一個接收由該發(fā)射器/充電器所接收的功率；該發(fā)射器/充電器和該透鏡是共同外殼結(jié)構(gòu)的組件；該共同外殼結(jié)構(gòu)還包括光子檢測器，其被配置為接收該第二通信信號；該目標設(shè)備向該光子檢測器輸出該第二通信信號；調(diào)制器，其被配置為管理該第一和第二通信信號；該第一通信信號包括能夠使該目標設(shè)備的軟件更新的數(shù)據(jù)；以及該目標設(shè)備和發(fā)射器/充電器的共同外殼結(jié)構(gòu)不進行物理通信，并且該光源無線地發(fā)射該第一通信信號和功率信號。

在其它實施例中，公開了一種音頻傳輸和充電的系統(tǒng)和方法，例如對音頻設(shè)備進行光充電和利用音頻設(shè)備進行光通信。具體地，介紹了對設(shè)備提供充電的系統(tǒng)和方法，例如，通過光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號和諸如激光LED之類的LED對諸如耳機之類的設(shè)備進行充電。

在一個實施例中，公開了一種音頻傳輸和充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)射器/充電器，其被配置為通過光源發(fā)送光信號；以及音頻設(shè)備，其包括電池組以及與該電池組進行通信的PV電池，該PV電池被配置為接收該光信號；其中，該PV電池將所接收的光信號轉(zhuǎn)換為電功率，其中該電功率被提供給該電池組，其中該電池組被充電。

在另一實施例中，一種音頻通信和充電的方法，該方法包括：提供音頻傳輸和充電系統(tǒng)，其包括：發(fā)射器/充電器，其被配置為通過光源發(fā)送光信號；音頻設(shè)備，其包括電池組以及與該電池組進行通信的PV電池，該PV電池被配置為接收該光信號；以及在該發(fā)射器/充電器與該音頻設(shè)備之間互連的至少一個光纖電纜；借助于該至少一個光纖電纜從該發(fā)射器/充電器向該音頻設(shè)備發(fā)送該光信號；通過該音頻設(shè)備接收該光信號；確定該音頻設(shè)備是否要求充電，其中如果該音頻設(shè)備要求充電，則將該光信號轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號被提供給該電池組，其中該電池組被充電。

在另一實施例中，公開了一種音頻光傳輸和光充電設(shè)備，該設(shè)備包括：光學(xué)發(fā)射器/充電器，其被配置為通過LED光源發(fā)射第一光信號，該第一光信號包括經(jīng)調(diào)制的第一通信信號；音頻設(shè)備，其包括電池組合與該電池組進行通信的PV電池，該PV電池被配置為接收該光信號，該PV電池還被配置為對該經(jīng)調(diào)制的第一通信信號進行解調(diào)；以及至少一個光纖電纜，該至少一個光纖電纜被互連到該發(fā)射器/充電器以及該音頻設(shè)備，該至少一個光纖電纜承載由該發(fā)射器/充電器向該音頻設(shè)備發(fā)送的該第一光信號；其中，該PV電池將所接收的光信號的至少一部分轉(zhuǎn)換為電功率，其中該電功率被提供給該電池組，其中該電池組被充電。

在另一實施例中，該設(shè)備、系統(tǒng)和/或方法包括其中該光源是激光/LED二極管；該光信號包括第一經(jīng)調(diào)制的通信信號；其中該第一經(jīng)調(diào)制的通信信號是音頻信號；其中該音頻信號還包括透鏡，其被配置為接收該光信號并將該光信號轉(zhuǎn)移給該PV電池；還包括至少一個光纖電纜，該至少一個光纖電纜承載由該發(fā)射器/充電器向該音頻設(shè)備發(fā)送的光信號；其中該音頻設(shè)備還被配置為提供該至少一個光纖電纜向該發(fā)射器/充電器發(fā)送第二經(jīng)調(diào)制的通信信號；其中該音頻信號包括能夠使該音頻設(shè)備的軟件更新的數(shù)據(jù)；其中該發(fā)射器/充電器還包括微處理器/控制器，其被配置為管理該第一和第二經(jīng)調(diào)制的通信信號；以及其中該音頻設(shè)備還包括解調(diào)器，以對該經(jīng)調(diào)制的第一通信信號進行解調(diào)。

在一個實施例中，公開了一種LED和光耦合設(shè)備，該設(shè)備包括：至少一個LED，其被配置為接收功率和控制信號，該至少一個LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；與該至少一個LED進行光通信的光耦合器，該光耦合器接收該第一光并發(fā)出第二光；以及光纖，其包括接受角，該光纖與該光耦合器進行光通信；其中該光耦合器將具有第一數(shù)值孔徑的第一光改變?yōu)榫哂行∮谠摰谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二光。

在另一實施例中，公開了一種LED光耦合的方法，該方法包括：提供LED光耦合設(shè)備，其包括：i)至少一個LED，其被配置為接收功率和控制信號，該至少一個LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；ii)與該至少一個LED進行光通信的光耦合器，該光耦合器接收該第一光并發(fā)出第二光；以及iii)以及光纖，其包括接受角，該光纖與該光耦合器進行光通信；將該LED光耦合設(shè)備與電源進行接合；從該電源向該至少一個LED供電；激活該至少一個LED；向該光耦合器發(fā)出該第一光；在該光耦合器中改變該第一光，其中將具有第一數(shù)值孔徑的第一光改變?yōu)榫哂行∮谠摰谝粩?shù)值孔徑的第二數(shù)值孔徑的第二光；以及提供具有該第二光的光纖。

在另一實施例中，公開了一種LED光纖設(shè)備，該設(shè)備包括：至少一個LED，其被配置為接收功率和控制信號，該至少一個LED發(fā)出具有第一發(fā)射圓錐的第一光；與該至少一個LED進行光通信的光耦合器，該光耦合器接收該第一光并發(fā)出第二光；以及包括接受角的光纖，該光纖與該光耦合器進行光通信；其中該光耦合器將具有第一發(fā)射圓錐的第一光改變?yōu)榫哂行∮谠摰谝话l(fā)射圓錐的第二發(fā)射圓錐的第二光；其中該第一光和該第二光之間的耦合效率至少為95％。

在一些可選的實施例中，該設(shè)備和/或使用方法還包括：對該至少一個LED進行控制的電子驅(qū)動器；其中對該至少一個LED進行的控制包括功率調(diào)制；其中該至少一個LED是表面發(fā)光LED；其中該至少一個LED是三表面發(fā)光LED；其中該第二光通過該光纖在該光纖的接受角內(nèi)被接收；其中該光耦合器包括光學(xué)積分球體；其中該光耦合器包括球型透鏡；其中該光耦合器是光學(xué)球體并且該三表面發(fā)光LED被安置在關(guān)于該光學(xué)球體的赤道周長的0度、90度和180度子午線上；其中該第一光和該第二光之間的耦合效率至少為95％。

在一個實施例中，公開了一種光纖傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：光纖，其包括第一端、第二端和在該第一端和該第二端之間形成孔徑的外部表面，該光纖被配置為沿著該外部表面在第一軸向距離通過該外部表面從外部光源接收外部光；第一檢測器，其被安置在該第一端并被配置為測量第一外部光的功率；第二檢測器，其被安置在該第二端并被配置為測量第二外部光的功率；以及處理器，其被配置為將該第一和第二外部光的功率測量進行比較并確定該第一軸向距離。

在另一實施例中，公開了一種光源的光纖傳感的方法，該方法包括：提供光纖傳感器系統(tǒng)，其包括：光纖，其包括第一端、第二端和在該第一端和該第二端之間形成孔徑的外部表面，該光纖被配置為沿著該外部表面在第一軸向距離通過該外部表面從外部光源接收外部光；第一檢測器，其被安置在該第一端；第二檢測器，其被安置在該第二端；以及處理器；沿著該外部表面在第一軸向距離通過該外部表面接收該外部光；通過該第一檢測器測量第一外部光的功率；通過該第二檢測器測量第二外部光的功率；通過該處理器將該第一和第二外部光的功率測量進行比較；以及通過由外部光功率測量比較使能的該處理器確定該第一軸向距離。

在一些可選的實施例中，該設(shè)備和/或使用方法還包括：該光纖是擴散光纖；該光纖形成圓軸橫截面；其中該第一端是該光纖的第一終點而該第二端是該光纖的第二終點；其中該光纖是圓軸橫截面的均勻光纖；第二光纖，其被配置為沿著第二外部表面在第二軸向距離通過第二外部表面接收外部光，一對檢測器被安置在該第二光纖的相對的終點，該對檢測器中的每個被配置為測量外部光的功率，該處理器還被配置為將該對檢測器的外部光功率測量進行比較，以確定該第二軸向距離；其中該第一光纖和該第二光纖中的每個都形成縱向直線結(jié)構(gòu)，并被安置為彼此正交，其中該外部光源的二維位置可以由該處理器確定；第三光纖，其被配置為沿著第三外部表面在第三軸向距離通過第三外部表面接收外部光，一對檢測器被安置在該第三光纖的相對的終點，該對檢測器中的每個被配置為測量外部光的功率，該處理器還被配置為將該對檢測器的外部光功率測量進行比較，以確定該第三軸向距離；其中該第三光纖形成縱向直線結(jié)構(gòu)，其被安置為與該第一和第二光纖中的每個正交，其中該外部光源的三維位置可以由該處理器確定；以及一對收發(fā)器，其被配置為從該外部光源接收光信號并將該光信號發(fā)射到該外部光源。

在一個實施例中，公開了一種充電和通信設(shè)備，該設(shè)備包括：發(fā)射器，其被配置為從外部光源接收電源，該發(fā)射器包括電源模塊、電源充電激光和擴散薄膜；以及接收器，其被配置為與該發(fā)射器互連，該接收器包括PV電池；其中該電源模塊控制該激光；其中該電源充電激光發(fā)出由該擴散薄膜擴散并被該PV電池接收的激光光線；其中該接收器輸出設(shè)備電源輸出。

在另一實施例中，公開了一種充電方法，該方法包括：提供充電設(shè)備，其包括：i)發(fā)射器，其被配置為從外部光源接收電源，該發(fā)射器包括電源模塊、激光、擴散薄膜和光子檢測器，以及ii)接收器，其被配置為與該發(fā)射器互連，該接收器包括PV電池和激光/LED二極管，其中該光子檢測器被配置為從該激光/LED二極管接收信號；將該充電設(shè)備與外部電源進行接合；從該外部電源向該充電設(shè)備供電；在接收到激光/LED二極管信號后，激活該激光；其中該激光發(fā)出由該擴散薄膜擴散并被該PV電池接收的激光光線；以及從該接收器輸出設(shè)備電源輸出。

在另一實施例中，公開了一種充電和通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：發(fā)射器，其被配置為從外部光源接收電源，該發(fā)射器包括電源模塊、電源充電激光和擴散薄膜；以及接收器，其被配置為與該發(fā)射器互連，該接收器包括PV電池；其中該電源模塊控制該激光；其中該電源充電激光發(fā)出由該擴散薄膜擴散并被該PV電池接收的激光光線；其中該接收器輸出設(shè)備電源輸出；其中該收發(fā)器還包括激光/LED二極管并且該發(fā)射器還包括光子檢測器，其被配置為從該激光/LED二極管接收信號，其中該接收器僅在該光子檢測器接收到該激光/LED二極管信號時輸出設(shè)備電源。

附圖說明

為了更為完整地理解本公開及其優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖參考以下描述，在附圖中相同的參考標號代表相同的部分：

圖1A提供了充電和光通信系統(tǒng)的一個實施例的代表；

圖1B提供了圖1A的充電和光通信系統(tǒng)的一個實施例的框圖；

圖1C是充電和光通信系統(tǒng)的另一實施例的代表；

圖2提供了使用圖1A-B的充電和光通信系統(tǒng)的方法的流程圖；

圖3提供了充電和光通信系統(tǒng)的另一實施例的代表；

圖4A提供了光觸發(fā)機制的代表，其中該觸發(fā)機制處于第一狀態(tài)；

圖4B提供了光觸發(fā)機制的代表，其中該觸發(fā)機制處于第二狀態(tài)；

圖5提供了音頻傳輸和充電系統(tǒng)的一個實施例的代表；

圖6提供了圖5的音頻傳輸和充電系統(tǒng)的實施例的框圖；

圖7提供了使用圖5和6的音頻傳輸和充電系統(tǒng)的方法的流程圖；

圖8提供了的光耦合系統(tǒng)的實施例的框圖；

圖9提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的一個實施例的代表；

圖10A提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖10B提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖10C提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11A提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11B提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11C提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11D提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11E提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11F提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖11G提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖12提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖13提供了圖8的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖組件的另一實施例的代表；

圖14提供了使用圖8的光耦合系統(tǒng)的方法的流程圖；

圖15(a)提供了現(xiàn)有技術(shù)的一般的光纖的代表；

圖15(b)提供了現(xiàn)有技術(shù)的擴散光纖的代表；

圖16提供了光纖傳感器系統(tǒng)的一個實施例的代表；

圖17提供了圖16的光纖傳感器系統(tǒng)的進一步的細節(jié)；

圖18提供了光纖傳感器系統(tǒng)的另一實施例的代表；

圖19提供了使用圖16的光纖傳感器系統(tǒng)的方法的流程圖；

圖20提供了充電和光通信系統(tǒng)的一個實施例的代表；

圖21A提供了圖20的充電和光通信系統(tǒng)的實施例的框圖；

圖21B提供了充電和光通信系統(tǒng)的另一實施例的框圖；

圖22提供了使用圖20的充電和光通信系統(tǒng)的方法的流程圖；

應(yīng)該理解，附圖并不一定是按照比例的。在某些情況下，可能省略了對于本發(fā)明的理解是不必要的或者使得其它細節(jié)難以理解的細節(jié)。當(dāng)然應(yīng)該理解，本發(fā)明并不一定局限于在此舉例說明的具體實施例。

具體實施方式

在下面的詳細描述中，闡述許多具體細節(jié)以提供對所公開的技術(shù)的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本實施例可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在其它實例中，沒有詳細描述公知的方法、過程、組件和電路，以便不模糊本發(fā)明。

盡管實施例不局限于這個方面，使用諸如，例如“處理”、“計算”、“估算”、“確定”、“建立”、“分析”、“檢查”等術(shù)語的討論可以指將在計算機的寄存器和/或存儲器內(nèi)表示為物理(例如，電子)量的數(shù)據(jù)操縱和/或轉(zhuǎn)換成在計算機的寄存器和/或存儲器或可存儲指令以執(zhí)行操作和/或處理的其它信息存儲介質(zhì)內(nèi)的類似地表示為物理量的其他數(shù)據(jù)的計算機、計算平臺、計算系統(tǒng)、通信系統(tǒng)或子系統(tǒng)、或其它電子計算設(shè)備的(多個)操作和/或(多個)處理。

盡管實施例不局限于這個方面，這里所使用的術(shù)語“多”、“多個”可以包括，例如，“若干”或“兩個或更多”。術(shù)語“多”或“多個”可以在整個說明書中用來描述兩個或更多組件、設(shè)備、元件、單元、參數(shù)、電路等。

術(shù)語“PV”是指光伏，并且通常是指將光或太陽能轉(zhuǎn)換成電能的部件或方法。

術(shù)語“PV陣列”是指在光伏電池或模塊組合件。

術(shù)語“USB”是指通用串行總線并且是指硬件，如電纜和連接器，以及在用于連接、通信和/或電力傳遞的總線中使用的通信協(xié)議。

術(shù)語“USB協(xié)議”是指USB通信協(xié)議。

術(shù)語“USB連接器”或“USB硬件連接器”是指物理USB連接器。

術(shù)語“無線USB”是指采用USB協(xié)議的無線通信。

術(shù)語“調(diào)制”是指使用包含要傳送的信息的調(diào)制信號改變波形或載波信號的屬性的處理。

術(shù)語“解調(diào)”是指從已調(diào)制波形或載波信號提取原始信息承載信號的處理。

術(shù)語“調(diào)制器”是指執(zhí)行調(diào)制的設(shè)備。

術(shù)語“解調(diào)器”是指執(zhí)行解調(diào)的設(shè)備。

術(shù)語“LED”指的是發(fā)光二極管，并且是指將電流轉(zhuǎn)換成光的半導(dǎo)體，并且包括所有可用的LED類型，如表面發(fā)射LED和邊緣發(fā)射LED。

術(shù)語“光耦合”指的是將光提供或供應(yīng)到或進入纖維。

術(shù)語“波導(dǎo)”指的是引導(dǎo)光的波的結(jié)構(gòu)。

術(shù)語“光導(dǎo)纖維”或“光纖”指的是通過拉伸玻璃/二氧化硅或塑料制成的柔性的、透明的纖維。

在進行下面實施例的描述之前，闡述在整個文件中使用的某些詞和短語的定義可能是有利的：術(shù)語“包括”和“包含”以及它們的衍生物，指的是沒有限制的包括；術(shù)語“或”是包含的，指的是和/或；短語“有關(guān)聯(lián)”和“與其相關(guān)聯(lián)”以及其衍生物，可以指包括、被包括在內(nèi)、與......互連、相互連接、包含、被包含在內(nèi)、連接到或與……連接、耦合到或與……耦合、可與……通信、與……協(xié)作、交錯、并列、接近、被綁定到或與……綁定、具有、等等；術(shù)語“控制器”指的是控制至少一個操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其部分，這樣的設(shè)備可以以硬件、電路、固件或軟件、或相同的至少兩個的組合來實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，與任何特定控制器有關(guān)的功能可以是集中式或分布式的，無論本地還是遠程。在整個文件中提供了某些詞和短語的定義，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在許多(如果不是大多數(shù))的情況下，這樣的定義適用于這樣定義的詞和短語的現(xiàn)有以及將來使用。

為了說明的目的，闡述了許多細節(jié)，以便提供對本技術(shù)的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容可以以這里闡述的具體細節(jié)以外的多種方式來實施。此外，雖然這里所示的示例性實施例示出系統(tǒng)的各種組件是并置的，但是應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)的各種組件可以位于分布式網(wǎng)絡(luò)(諸如通信網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點和/或因特網(wǎng))的遠離部分，或者位于專用的安全的、不安全的和/或加密系統(tǒng)內(nèi)、和/或在網(wǎng)絡(luò)操作內(nèi)或在位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部或外部的管理設(shè)備內(nèi)。作為示例，無線設(shè)備還可以被用于指代管理和/或配置或與網(wǎng)絡(luò)或通信環(huán)境的任何一個或多個方面和/或本文描述的(多個)收發(fā)器和/或基站和/或(多個)接入點進行通信的任何設(shè)備、系統(tǒng)或模塊。

因此，應(yīng)該理解的是，系統(tǒng)的組件可組合成一個或多個設(shè)備、或在設(shè)備之間分離。

此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，各種鏈接，包括連接元件的(多個)通信信道，可以是有線或無線鏈路或它們的任何組合，或是能夠供給和/或通信數(shù)據(jù)到所連接的元件以及從所連接的元件供給和/或通信數(shù)據(jù)的任何其它已知或以后開發(fā)的(多個)元件。本文所使用的術(shù)語模塊可以指能夠執(zhí)行與該元件相關(guān)聯(lián)的功能的任何已知的或以后開發(fā)的硬件、電路、線路軟件、固件、或其組合。本文所使用的術(shù)語確定、估算、計算及其變型，可互換使用，并且包括任何類型的方法、處理、技術(shù)、數(shù)學(xué)運算或者協(xié)議。

關(guān)注圖1-4，描繪充電和光通信系統(tǒng)100的實施例。

一般地，在一個實施例中，描述充電器和組件之間的雙向光通信和配置。在一個特定示例中，特征包括：ⅰ)當(dāng)設(shè)備(諸如珠寶、手表等)被放置在設(shè)備之間的視線內(nèi)時，非接觸地對該設(shè)備充電(雙向光通信和配置)；ⅱ)軟件更新，當(dāng)設(shè)備被放置在設(shè)備之間的視線內(nèi)時的信息上傳信息下載；和iii)用于用戶通過如個人計算機、移動電話、平板電腦等的通信設(shè)備來更新配置的場所。其它特征可以包括：a)充電器單元，其直接與“珠寶”組件通信以配置固件并發(fā)送信號，以及發(fā)送功率等；b)充電器也將有MCU和USB連接器以用于與PC等的WiFi、BT、4G通信；C)優(yōu)化用于空中接近光學(xué)臨近(close optical proximity)的低速協(xié)議；和d)同時適合充電器和組件的光學(xué)濾波器。

在另一個實施例中，提供了一種小型設(shè)備的光學(xué)遠程充電。也就是說，在一個示例中，可以提供一個空間受限的組件(即，手表、珠寶等)的PV電池充電。此外，光充電可以在靠近處使用紅外照明。

關(guān)注圖1A-C，提供了充電和光通信系統(tǒng)100的實施例。

一般地，系統(tǒng)100包括光發(fā)射器/充電器200、透鏡290、目標設(shè)備300和外部設(shè)備400。發(fā)射器/充電器200包括光子檢測器270，光發(fā)射器/充電器與端口226、微處理器/控制器250、發(fā)射器/充電器接收器276和發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260通信。發(fā)射器/充電器200發(fā)出功率一282和光通信一284中的一個或兩個。外部設(shè)備400包括外部設(shè)備通信端口410，并輸出外部設(shè)備功率482，通過外部設(shè)備調(diào)制的通信信號484的方式與發(fā)射器/充電器200通信。目標設(shè)備300包括太陽能電池312，其輸出解調(diào)信號320和功率三382信號到接收器電池組390和接收器調(diào)制器392。接收調(diào)制器392輸出光通信三384到光子檢測器270。

發(fā)射器/充電器200從一個或多個外部源，諸如標準墻上插座、個人計算機、或膝上型計算機，并且可以是無線連接，接收電力，即，外部設(shè)備功率482。外部設(shè)備功率482可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何標準接口的方式(諸如USB接口)來在發(fā)射器/充電器200處接收。發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以接收功率和分配發(fā)射器/充電器200內(nèi)的功率，以包括功率給發(fā)射器/充電器接收器276和發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260中的一個或多個。發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可控制發(fā)射器/充電器接收器276和發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260中的一個或多個。即，發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以遞送功率給目標設(shè)備300并控制用于供應(yīng)功率給目標設(shè)備300的光源(例如LED和/或激光)和/或與目標設(shè)備300進行通信。發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以發(fā)射功率信號功率一282至目標設(shè)備，如通過目標設(shè)備太陽能電池312接收。發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以通過(多個)光通信一284信號光學(xué)地與目標設(shè)備300進行單向或雙向通信。目標設(shè)備300可經(jīng)由目標設(shè)備控制器310處理/接收功率信號功率一282和/或(多個)光通信一284信號。目標設(shè)備控制器310可以控制和/或提供功率給目標設(shè)備LED370，其發(fā)射或廣播或傳送目標設(shè)備LED通信信號372給發(fā)射器/充電器200。目標設(shè)備控制器310和/或發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以包括LED驅(qū)動器電路以分別供應(yīng)功率給和/或控制LED或激光組件(例如目標設(shè)備LED370和發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260)，或其它組件。目標設(shè)備300和/或充電器/發(fā)射器200的LED或激光器將電能轉(zhuǎn)化為光能。

光發(fā)射器/充電器包括調(diào)制器以從外部設(shè)備400接受和/或接收經(jīng)調(diào)制的光通信信號。發(fā)射器/充電器調(diào)制器調(diào)制光通信功能，如從外部設(shè)備400接收經(jīng)調(diào)制的通信信號484。發(fā)射器/充電器調(diào)制器可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式調(diào)制接收的激光光，包括振幅調(diào)制、相位調(diào)制和/或極化調(diào)制。

目標設(shè)備300可以包括調(diào)制器以從發(fā)射器/充電器200(在一個實施例中，經(jīng)由透鏡290)接受和/或接收經(jīng)調(diào)制的光通信信號284。目標設(shè)備調(diào)制器調(diào)制的光通信功能，如從發(fā)射器/充電器200接收經(jīng)調(diào)制的通信信號284。目標設(shè)備調(diào)制器可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式調(diào)制接收的激光光，包括振幅調(diào)制、相位調(diào)制和/或極化調(diào)制。

光子檢測器270與發(fā)射器/充電器200互連，并且接收從目標設(shè)備300(更具體地說，在一些實施例中，從目標設(shè)備控制器310或由目標設(shè)備控制器310控制)發(fā)出的目標設(shè)備激光/LED二極管信號372。光子檢測器270與發(fā)射器/充電器200通信，并且可以向發(fā)射器/充電器200提供指示激光/LED二極管信號372的接收或未接收的信號。在一個實施例中，在發(fā)射器/充電器200從光子檢測器270接收到激光/LED二極管信號372已被確定接收的信號時，發(fā)射器/充電器200只操作激光230發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260(即，將信號發(fā)送到發(fā)射器/充電器LED發(fā)射器260，以激活和發(fā)射激光光)。

在一個實施例中，目標設(shè)備太陽能電池312通過散流膜接收從LED發(fā)射器260發(fā)射(在一些實施例中，穿過透鏡290之后)的激光光。

激光/LED二極管信號372除了光通信之外還可以起作用以建立發(fā)射器/充電器200與目標設(shè)備300之間的通信，并且還可以用作如上討論的安全設(shè)備(即，服務(wù)以激活或不激活LED/激光發(fā)射器260)。

目標設(shè)備太陽能電池312將接收到的(如由LED發(fā)射器260發(fā)射并且被標識為功率一282信號的)激光光轉(zhuǎn)換成電功率，輸出為功率二382。太陽能電池312的電功率輸出可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何格式，包括60赫茲的120伏和50赫茲的230伏。在一個實施例中，太陽能電池312的電功率輸出是用USB協(xié)議。

在一個實施例中，發(fā)射器/充電器200、目標設(shè)備300中的一個或兩個以及外部設(shè)備400可以包括USB接口，采用USB協(xié)議、無線USB、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何USB硬件接口，包括微型USB、迷你USB和標準USB硬件接口。

在另一實施例中，發(fā)射器/充電器200僅僅進行光(即，基于激光的)充電，其中通過外部設(shè)備400提供的功率包括通過任何市售電子設(shè)備，如膝上型計算機、個人計算機、以及手機提供的功率。

在一個實施例中，發(fā)射器/充電器200僅執(zhí)行發(fā)射器/充電器200與目標設(shè)備300之間的光(即，基于激光的)通信，或僅執(zhí)行經(jīng)由發(fā)射器/充電器200的外部設(shè)備400與目標設(shè)備300之間的光(即，基于激光的)通信。

在一個實施例中，發(fā)射器/充電器200包含其自身的電源，如電池組(例如鋰電池組)，以便供應(yīng)功率給激光器并提供上面公開的功能(如充電和光通信)的任意集合。

一個實施例中，發(fā)射器/充電器200可以以下三種可選擇模式中的任一個進行操作：僅功率充電，僅光通信，以及功率充電和光通信兩者。

在一個實施例中，發(fā)射器/充電器200輸出雙向光通信284給目標設(shè)備300，其中該光通信包括優(yōu)化用于可選擇的參數(shù)(例如發(fā)射器/充電器200與目標設(shè)備300之間的物理分離幾何結(jié)構(gòu)或目標設(shè)備400的能力)的通信協(xié)議。更具體地，可以調(diào)整專門或優(yōu)化的通信協(xié)議以與光學(xué)鄰近該發(fā)射器/充電器200的智能手表或其它珠寶通信。

具體參照圖1B，提供了系統(tǒng)100的進一步細節(jié)。外部設(shè)備400通過外部設(shè)備功率482的方式輸出功率，如電功率，給發(fā)射器/充電器200。發(fā)射器/充電器200接收外部設(shè)備功率482，也接收由目標設(shè)備發(fā)射或提供的經(jīng)調(diào)制的光通信信號，即，目標設(shè)備300的接收器調(diào)制器392發(fā)射的光通信三384信號。在一個實施例中，包括圖1B的實施例，透鏡290和發(fā)射器/充電器200形成物理外殼的一部分。透鏡290接收功率一282和光通信一284中的一個或多個，并傳送功率二292和光通信二294中的一個或多個到目標設(shè)備太陽能電池312。目標設(shè)備太陽能電池312將所接收的功率二292(即光或光學(xué)能)轉(zhuǎn)換成電能以對電池組390充電。目標設(shè)備太陽能電池312，與目標設(shè)備接收器組合，解調(diào)接收的經(jīng)調(diào)制的光信號并將解調(diào)信號傳送到目標設(shè)備300的接收器調(diào)制器392。

參考圖1A-C，圖2提供了示出充電和光通信系統(tǒng)100的使用的示例方法的流程圖。一般地，方法500開始于步驟504并在步驟544結(jié)束。方法500可以包括更多或更少的步驟，或可以以不同于圖2中所示的那些步驟順序來布置。

在步驟508，光發(fā)射器/充電器200從外部設(shè)備400接收功率。在步驟512，光發(fā)射器/充電器200從外部設(shè)備400接收經(jīng)調(diào)制的通信信號。(在一些實施例中，光發(fā)射器/充電器200生成其自己的經(jīng)調(diào)制的通信信號)。在步驟516，光發(fā)射器/充電器200發(fā)送功率信號(例如光能，如LED發(fā)射光功率信號)和經(jīng)調(diào)制的(光)通信信號中的一個或兩者到目標設(shè)備300。(在一些實施例中，光發(fā)射器/充電器200對接收到的經(jīng)調(diào)制的通信執(zhí)行信號處理，例如，降噪處理)。在步驟520，目標設(shè)備300接收功率信號和經(jīng)調(diào)制的通信信號中的一個或兩者。

在步驟532，作出關(guān)于目標設(shè)備是否已接收功率的查詢。如果答案是肯定的，則功率(光信號，即光功率信號)被提供到目標設(shè)備的太陽能(例如PV)電池，并且對該目標設(shè)備的電池組充電；該方法然后繼續(xù)到步驟536。如果該查詢的答案是否定的，則該方法前進到步驟532。

在步驟532，作出關(guān)于第一(光纖)通信信號是否已由目標設(shè)備接收的查詢。如果答案是肯定的，則該方法繼續(xù)到步驟536，其中解調(diào)接收到的通信信號，并且該方法前進到步驟540。如果答案是否定的，則該方法前進到步驟540。

在步驟540，目標設(shè)備傳送所希望的第二(光)通信信號。該方法在步驟544結(jié)束。

關(guān)注圖3，提供了充電和光通信系統(tǒng)的另一實施例的表示。一般地，提供了帶有PV陣列的激光和散流纖維充電、照明和通信設(shè)備。該實施例對于提供通過使用用于汽車面板的激光LED的光充電解決方案，和/或通過光纖(或LED或激光器)和/或照射面板的通信和數(shù)據(jù)傳輸可能是特別有用的。在圖3的實施例中，發(fā)射器/充電器200的LED發(fā)射器260通過散流纖維280發(fā)射(光)功率一282和/或光通信一284，散流纖維280繼而發(fā)射光能和/或(多個)光通信信號到太陽能電池陣列312和/或在太陽能電池陣列312內(nèi)發(fā)射光能和/或(多個)光通信信號，以便發(fā)射光通信二294信號。換言之，激光/LED信號通過散流纖維，該散流纖維對PV陣列和/或照明面板進行光充電；也可以提供光纖通信和/或總線結(jié)構(gòu)。需要注意的是，散流纖維擴散或分散接收的光以便由PV陣列/太陽能電池312接收。在一個實施例中，提供了一個或多個波導(dǎo)以接收和傳送激光光。

關(guān)注圖4A-B，在又一實施例中，公開了使用手指輕敲的光學(xué)激活觸發(fā)開關(guān)500。一般地，利用為了喚醒或激活電子設(shè)備的任何形式的光中斷(即手指，堵塞等)。在黑暗的環(huán)境中，采用受抑全內(nèi)反射原理。由本實施例解決的問題包括：產(chǎn)品往往具有用于電源和激活的按鈕，但該技術(shù)可以消除對按鈕機構(gòu)的需要。圖4A提供了一種光學(xué)觸發(fā)開關(guān)500機構(gòu)的表示，其可作為上面公開的充電和光通信系統(tǒng)100的組件，其中，觸發(fā)機構(gòu)處于第一狀態(tài)。圖4B提供了一種光學(xué)觸發(fā)開關(guān)500機構(gòu)的表示，其可作為充電和光通信系統(tǒng)的組件，其中，觸發(fā)機構(gòu)處于第二狀態(tài)。

觸發(fā)開關(guān)500包括光源510(如激光/LED，其發(fā)出光信號540)，包括內(nèi)反射表面524和外表面528的表面屏障520，以及與光源510和表面屏障520接合或包含光源510和表面屏障520的主機設(shè)備530。觸發(fā)開關(guān)可以至少工作在第一狀態(tài)(描繪為圖4A)和第二狀態(tài)(描繪為圖4B)。在任一狀態(tài)中，設(shè)置在主機設(shè)備530內(nèi)的光源510發(fā)射定向在內(nèi)反射表面524的光信號540。在圖4A的第一狀態(tài)中，光信號540從內(nèi)反射表面524反射并返回到主機設(shè)備530。在一個實施例中，該表面屏障被布置在主機設(shè)備530的邊界上或該邊界附近，如在主機設(shè)備530的側(cè)面或邊緣上或平行于該側(cè)面或邊緣。在觸發(fā)開關(guān)的第一操作狀態(tài)中，光信號540被基本或完全反射回主機設(shè)備；這被稱為“全內(nèi)反射”。在這種狀態(tài)下，光信號540向上行進，從該表面屏障520回落，并且可以被認為完成信號或提供一種“開啟”開關(guān)位置。(注意，在圖4A中，示出光信號540在由PV電池接收之前穿過透鏡。)與此相反，在圖4B中所描繪的觸發(fā)開關(guān)500的第二狀態(tài)中，外部源550(在此，人的手指)接合表面屏障外表面528，其中光信號540無法或顯著地受限于從內(nèi)反射表面524反射。在這種情況下，光信號540被稱為散射或遇到了“受抑全內(nèi)反射”。在這種情況下，光信號540向上行進，然后從表面屏障520散射，并且可以被認為是提供一種“關(guān)閉”開關(guān)位置。在一些實施例中，提供傳感器，以便建立可選擇的閾值光信號540強度(到，例如，所示的透鏡)，其中在上述閾值以上，開關(guān)被認為是“開啟”，在上述閾值以下，開關(guān)被認為是“關(guān)閉”。

關(guān)注圖5和6，描繪了音頻傳送和充電系統(tǒng)1000的實施例。一般地，系統(tǒng)1000包括充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000，充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000通過光纖電纜2100的方式相互連接。充電/通信設(shè)備2000發(fā)送光信號到音頻設(shè)備3000，該光信號由可包括PV電池的音頻設(shè)備太陽能電池3120接收。PV電池可將所接收的光信號的能量轉(zhuǎn)換成電能，其可以在音頻設(shè)備3000內(nèi)作為音頻設(shè)備內(nèi)部信號3060進行傳遞。轉(zhuǎn)換的電音頻設(shè)備內(nèi)部信號3060可被提供到音頻設(shè)備300的電池組用于充電。一個或多個光纖電纜2100從一個或多個充電/通信設(shè)備端口2260延伸到音頻設(shè)備3000(在一個實施例中，互連到一個或多個音頻設(shè)備端口3260)。圖6中將注定要被轉(zhuǎn)換為電(功率)信號的、由充電/通信設(shè)備2000發(fā)射或傳送的光信號描繪為光發(fā)射器功率2300。

可選地或者另外地，充電/通信設(shè)備2000的系統(tǒng)1000可以提供音頻反饋或信號到音頻設(shè)備3000。也就是說，充電/通信設(shè)備2000可以發(fā)送經(jīng)調(diào)制的光信號到音頻設(shè)備3000，該光信號由音頻設(shè)備太陽能電池3120和/或音頻設(shè)備組件一3040的組件接收，其中解調(diào)和采用經(jīng)調(diào)制的傳入的(或接收的)光通信一2840信號以驅(qū)動音頻設(shè)備3000的音頻。音頻設(shè)備組件一3040包括音頻設(shè)備太陽能電池3120(其可以包括PV電池)，音頻設(shè)備端口3260，音頻設(shè)備LED 3700和微處理器/控制器二3100。傳入的或接收的光通信信號的解調(diào)可以在音頻設(shè)備組件一3040的任何一個或其組件中發(fā)生，例如音頻設(shè)備太陽能電池3120可解調(diào)光音頻通信信號，和/或可以采用專用的解調(diào)器。音頻設(shè)備組件一3120可以對傳入的或接收的光通信一3040信號執(zhí)行額外的功能或操作，如放大信號處理以改善信噪比，以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何處理。注定用于通信目的(如傳送經(jīng)調(diào)制的音頻信號)的由充電/通信設(shè)備2000發(fā)射或傳送的光信號在圖6中被描繪為光通信一2840。

光通信一2840信號可以是雙向的，即，該信號可以提供充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000之間的2路光通信。因此，音頻設(shè)備3000和充電/通信的每一個可以包括發(fā)射器、接收器、收發(fā)器、調(diào)制器和解調(diào)器。充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000之間的雙向光通信的示例包括狀態(tài)查詢，諸如音頻設(shè)備的充電水平或如果需要充電的情況下的具體查詢，充電/通信設(shè)備2000到音頻設(shè)備3000的關(guān)于音頻設(shè)備200是否尋求接收光學(xué)音頻信號的，以及音頻設(shè)備將如何解調(diào)傳入的音頻或通信信號(例如，通過太陽能電池3120或?qū)Ｓ谜{(diào)制器，用于通信協(xié)議可能不同)的查詢。音頻設(shè)備3000可以經(jīng)由音頻設(shè)備LED 3700傳送光通信(例如，經(jīng)調(diào)制的光信號)，并且充電/通信設(shè)備2000可以從音頻設(shè)備3000借助于PV電池或其它太陽能電池接收光通信2840。

音頻設(shè)備3000的任何調(diào)制器和/或充電/通信設(shè)備2000可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式調(diào)制光信號，包括如幅度調(diào)制、相位調(diào)制和/或極化調(diào)制。

在一個實施例中，太陽能電池經(jīng)由散流膜接收(在一些實施例中在穿過透鏡之后)從LED發(fā)射的激光。

光通信一2840信號可以用作安全設(shè)備，其中，只有提供肯定的或確定的“握手”才激活一個或多個LED，在該肯定的或確定的“握手”中，LED信號的接收是可用的、預(yù)期的和/或期望的。

由太陽能電池3120輸出的電功率可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何格式，包括60赫茲120伏和50赫茲230伏。在一個實施例中，由太陽能電池3120輸出的電功率是用USB協(xié)議。

在一個實施例中，充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000中的一個或兩者包括USB接口，采用USB協(xié)議、無線USB和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何USB硬件接口，包括微型USB、迷你USB和標準USB硬件接口。

在另一個實施例中，充電/通信設(shè)備2000從外部設(shè)備，如任何市售的電子設(shè)備(諸如膝上型計算機、個人計算機、以及智能手機)接收功率。

在一個實施例中，充電/通信設(shè)備2000包含其自己的電源，如電池組(諸如鋰電池組)，從而為激光器/LED供應(yīng)功率和提供任何一組上面公開的功能，如充電和光通信。

在一個實施例中，充電/通信設(shè)備2000可以以下三種可選擇模式中的任一個進行操作：僅功率充電，僅光通信，以及功率充電和光通信兩者。

在一個實施例中，微處理器/控制器一2500管理和/或控制光信號輸出，以包括光信號通信和光信號輸出的調(diào)制，和/或接收的光通信以包括解調(diào)。在一個實施例中，微處理器/控制器二3100管理和/或控制光信號輸出，以包括光信號通信和光信號輸出的調(diào)制，和/或接收的光通信以包括解調(diào)。

在一個實施例中，充電/通信設(shè)備2000對音頻設(shè)備300輸出雙向光通信2840，其中該光通信包括優(yōu)化用于可選擇的參數(shù)(例如用于特定音頻設(shè)備3000的獨特的通信協(xié)議和/或設(shè)置，或音頻設(shè)備3000的能力)的通信協(xié)議。在一個實施例中，充電/通信設(shè)備包括可選的數(shù)據(jù)庫，其中基于所參與的音頻設(shè)備的類型建立獨特的通信協(xié)議和/或設(shè)置(這種協(xié)議或設(shè)置可以通過上面公開的充電/通信設(shè)備置2000和音頻設(shè)備3000之間的查詢來提供)。此外，可以調(diào)整專門或優(yōu)化的通信協(xié)議以通過充電/通信設(shè)備2000光學(xué)地與音頻設(shè)備通信(或?qū)σ纛l設(shè)備充電)。

該音頻設(shè)備3000可以是任何市售的音頻設(shè)備，諸如耳機、耳塞、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他設(shè)備。雖然已經(jīng)強調(diào)了與音頻設(shè)備3000的交互，該系統(tǒng)還可以與本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他外部設(shè)備，如智能電話和膝上型計算機進行交互，以尤其用于光通信、音頻的充電和驅(qū)動。

參考圖5和6，圖7提供了示出音頻傳送和充電系統(tǒng)1000的使用的示例性方法的流程圖。一般地，該方法3000開始于步驟3040并在步驟3320結(jié)束。該方法3000可以包括更多或更少的步驟，或可以以不同于圖7中所示的那些步驟順序來布置。

在步驟3080，充電/通信設(shè)備2000進行自充電，即，充電/通信設(shè)備2000確保它具有足夠的可用于對諸如音頻設(shè)備3000的外部設(shè)備充電的電力。在步驟3120，充電/通信設(shè)備2000關(guān)于目標設(shè)備(例如，音頻設(shè)備3000)是否需要充電而詢問目標設(shè)備?？梢越?jīng)由第一光通信2840提供這種詢問。如果詢問的結(jié)果是“是”，則方法3000進行至步驟3160。如果步驟3120的詢問的結(jié)果是“否”，則方法3000進行至步驟3240。

在步驟3160，充電/通信設(shè)備2000將光信號發(fā)送至目標設(shè)備。例如，充電/通信設(shè)備2000通過LED發(fā)送器/接收器2500將光信號發(fā)送至音頻設(shè)備3000，該光信號由太陽能電池3120接收并且被轉(zhuǎn)換為電信號，其中音頻設(shè)備3000的電池組被充電。

在步驟3240，充電/通信設(shè)備2000關(guān)于目標設(shè)備(例如，音頻設(shè)備3000)是否需要接收音頻光(調(diào)制)信號而詢問目標設(shè)備?？梢越?jīng)由光通信一2840提供這種詢問。如果詢問的結(jié)果是“是”，則方法3000進行至步驟3280。如果步驟3240的詢問的結(jié)果是“否”，則方法3000進行至步驟3320。

在步驟3280，充電/通信設(shè)備2000將光音頻信號發(fā)送至目標設(shè)備。例如，充電/通信設(shè)備2000通過LED發(fā)送器/接收器2600將光信號發(fā)送至音頻設(shè)備3000，該光信號由太陽能電池3120接收并且被解調(diào)，其中將音頻信號提供至音頻設(shè)備3000，以便“驅(qū)動”音頻設(shè)備3000。方法3000在步驟3320結(jié)束。

注意圖8-14，描繪了光耦合系統(tǒng)100的實施例。

通常，設(shè)備100包括電子器件200、LED模塊300、耦合器400和光纖500。電子器件200包括電子器件第一端210和電子器件第二端220。電子器件200可以包括LED驅(qū)動電路。電子器件200從電源600接收電源功率682。LED模塊300包括LED模塊第一端310、LED模塊第二端320，并且通過電子器件/LED輸入/輸出284與電子器件200通信。LED模塊300可以包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333。LED模塊300將LED模塊輸出330(又稱“第一光”)輸出至耦合器400。耦合器400包括耦合器第一端410和耦合器第二端420，并且將耦合器輸出486(又稱“第二光”)輸出至光纖500。光纖500包括光纖第一端510和光纖第二端520?；旧?，LED模塊310將具有大的發(fā)射錐的非相干光(例如“第一光”)發(fā)射到耦合器400中，其中耦合器400將接收的光轉(zhuǎn)變?yōu)檎蛐〉陌l(fā)射錐(例如，“第二光”)，以用于由光纖500接收。耦合器400將相對大的光發(fā)射錐的第一光轉(zhuǎn)變?yōu)樵诠饫w500的接受角內(nèi)的窄或小的發(fā)射錐。在耦合器400不對第一光進行操作的情況下，大部分第一光將不落在光纖500的接受角內(nèi)(從而產(chǎn)生非常低的耦合效率，例如低于5％)。相反，通過耦合器400，獲得高耦合效率，例如高于95％。

圖9-12提供圖1的光耦合系統(tǒng)100的各個實施例。大部分實施例通過使用一個或多個光學(xué)組件對一個或多個LED進行光耦合，以便將更聚焦的光提供至光纖。

在圖9的實施例中，采用兩個球透鏡的系列作為耦合器。更具體地，LED模塊300從LED第二端320發(fā)射LED模塊輸出330光，以便由第一球透鏡441接收，第一球透鏡441繼而將光輸出至第二球透鏡442。第二球透鏡442將作為耦合器輸出486的光發(fā)射至光纖500。

傳統(tǒng)地，在激光到光纖的耦合中，在激光源與光纖之間對稱地放置兩個相等尺寸的球透鏡。此配置與LED源配合不好，這是由于源與光纖纖芯的尺寸比以及不連續(xù)性導(dǎo)致的。在圖9中，來自LED源的光與拋光的金屬腔內(nèi)部的較小的球透鏡直接耦合。高度反射的金屬腔表面被用作第一級波束集中器，以將來自LED源的光纖朝著小的球透鏡反射。小的球透鏡由于其大的曲率而具有強光線彎曲力。小的球透鏡使用此高彎曲力以將光線粗略地朝著光纖纖芯聚焦。另一個具有較小彎曲力的大的球透鏡對光線提供朝向光纖纖芯區(qū)域的精細聚焦。兩個球透鏡之間的尺寸比與LED尺寸和光纖纖芯直徑的比具有直接關(guān)系。兩個球透鏡的光學(xué)材料不限于相同材料。

在圖10a的實施例中，LED模塊300包括微LED 351。更具體地，微LED351從LED模塊第二端320發(fā)射LED模塊輸出330光，以便直接由光纖500在光纖第一端510處接收。沒有耦合器400的這樣的配置稱為對接耦合布置。

注意，可以通過將LED尺寸從毫米水平減小到與多模光纖纖芯直徑具有相同量級的微米水平，來顯著提高LED至光纖的耦合效率。微米尺寸LED可以直接地(對接耦合)、或者通過使用LED頂部的微透鏡與多模光纖耦合。微米尺寸LED可以是單個LED、或任何配置的LED矩陣。微米尺寸LED到多模光纖的潛在耦合效率理論上可達到30％+。

在一些實施例中，微米尺寸LED的陣列可以以任意混合比配置有R、G和B顏色的微米尺寸LED。在光纖纖芯區(qū)域內(nèi)部可能發(fā)生混色?；旌蟁GB微米尺寸LED的耦合和混色機制可產(chǎn)生任何單色(RGB混合的)光輸出。

在圖10b的實施例中，示出光耦合設(shè)備100的橫截面視圖。在此實施例中，LED模塊300發(fā)射光，以便其在環(huán)繞的領(lǐng)圈或圓柱形狀耦合器400內(nèi)反射，其中更聚焦的光在光纖第一端510進入光纖500。

在圖10c的實施例中，三(3)個LED的集合，即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，對接耦合(即，被放置為在光纖第一端510與光纖500的入口相對或相鄰)，其中從三個LED發(fā)射的光進入光纖500，并且通過光嘴430聚焦、或轉(zhuǎn)變、或重定向。在離開光嘴(其可以包括金屬內(nèi)表面)時，所接收的光具有較低或窄的發(fā)射錐，以便由光纖以較大或提高的耦合效率接收。光嘴430外表面可以包括光擴散材料。光纖500的內(nèi)部可以包括涂層540，諸如透明包層材料，以促進光在光纖500內(nèi)的全內(nèi)反射。光嘴430可以包括波導(dǎo)和光學(xué)透明材料。在一個實施例中，從紅、綠、藍的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個LED，其每一個具有紅色、黃色和藍色的發(fā)射光。

傳統(tǒng)地，LED具有非常低的耦合效率，因為將來自源的光耦合到光纖的傳統(tǒng)方式基于保存光源的圖像空間信息的幾何成像映射。這樣的方法受到光學(xué)不變性或拉格朗日不變性原理限制，其中波束角和波束廢物(beam waste)的乘積是不變量。光學(xué)不變性示出LED源尺寸、接受角(在源和光纖兩者上)、以及光纖直徑之間的關(guān)系。為了解決此難題，必須打破源圖像的空間信息以提高耦合效率：使來自LED源的光通過一些無損擴散光學(xué)組件將是打破LED源空間模式、同時保持光照強度(能量)和光波長(顏色譜)的方式。一個這樣的無損擴散光學(xué)組件是積分球。

積分球是(幾乎)無損的擴散光學(xué)組件。積分球是光學(xué)中空(透明)球，其內(nèi)壁涂有高度擴散的白色涂料。擴散涂料還具有非常高的反射率(>95％～99％)。進入積分球的光(來自LED源)將在白色擴散球壁內(nèi)散射和反彈，直到其到達出口端口(插入的光纖)為止。此處理是(幾乎)無損的，并且顏色譜被保持。在光學(xué)透明球腔內(nèi)部，光照強度在每個方向上均勻分布。耦合到出口端口中的光僅涉及球尺寸與出口端口表面尺寸的比。積分球的擴散和顏色譜保持的性質(zhì)使得其為理想的光學(xué)混色室。

在圖11a的實施例中，積分球450是耦合器。更具體地，LED模塊300從LED模塊第二端320發(fā)射LED模塊輸出330光，以便其被積分球450接收。積分球450在光纖第一端510將作為耦合器輸出486的光發(fā)射到光纖500。

在一個實施例中，可以通過將量金屬片相組合來制成積分球，其中每個金屬片形成半球腔。一個半球具有大洞以擁有LED有源區(qū)，并且另一個半球具有小洞(出口端口)以擁有光纖。內(nèi)球表面涂有高度反射的且擴散的白色涂料。來自LED的光進入積分球，被擴散并混合，然后離開至出口端口以直接耦合到光纖中。

在一個實施例中，光錘(optical tapper)在出口端口取代光纖。光錘在出口端口端具有大的表面面積。光錘的小端具有與光纖纖芯表面相同的尺寸。光錘用于增大出口端口尺寸以提高耦合效率。

在圖11b的實施例中，積分球450是耦合器。更具體地，LED模塊300提供光以被積分球450接收，其中LED模塊300包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，它們各自分別發(fā)射第一LED輸出341、第二LED輸出342和第三LED輸出343。三個LED被配置為通常將光發(fā)射定向到LED模塊輸出330積分球450上的公共位置。積分球450在光纖第一端510將作為耦合器輸出486的光發(fā)射到光纖500。在一個實施例中，從紅、綠、藍的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個LED，其每一個具有紅色、黃色和藍色的發(fā)射光。

在圖11c的實施例中，積分球450是耦合器。更具體地，LED模塊300提供光以被積分球450接收，其中LED模塊300包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，它們各自分別發(fā)射第一LED輸出341、第二LED輸出342和第三LED輸出343。然而，與圖11b形成對比，將三個LED的每個置于圍繞積分球450的赤道軸的90度分離的射線處(例如，在0度、90度和180度射線處)。光纖500位于剩余的270度射線處。在一個實施例中，從紅、綠、藍的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個LED，其每一個具有紅色、黃色和藍色的發(fā)射光。

在一個實施例中，當(dāng)如圖11c中所描繪地安裝時，三個LED的集合用于使散熱效率最大。

在一個實施例中，積分球用作混合室以去除任何不必要的激光火花效應(yīng)。

在一個實施例中，當(dāng)與上述紅色/綠色/藍色LED(或彩色LED的任何集合)集成時，積分球用作光學(xué)混色室以在出口端口處產(chǎn)生到光纖中的任何顏色。通過電子地改變輸入彩色LED的各個強度，到光纖中的可變顏色輸出是可行的。

在圖11d的實施例中，積分半球470是耦合器并且被部署在PCB 230上。更具體地，部署在積分半球470的下平面(即，平坦表面)中的LED模塊300發(fā)射LED模塊輸出330光，以便其被積分半球470接收并且被輸出到光纖500。半球的平坦表面上的暴露區(qū)域?qū)⒈煌恳园咨?、高度反射的、且擴散的涂料。此配置減小積分球尺寸，并且增大所擁有的LED有源區(qū)表面、或平面表面上的LED的數(shù)目。此配置在散熱和LED的PCB布局上具有優(yōu)勢。

在圖11e的實施例中，積分球450是耦合器，并且三(3)個LED安裝在積分球450內(nèi)的LED架336上。三(3)個LED是第一LED 331、第二LED332和第三LED 333。從積分球450發(fā)射的光在通過第一球透鏡441之后被提供至光纖500。在一個實施例中，從紅、綠、藍的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個LED，其每一個具有紅色、黃色和藍色的發(fā)射光。

在一個實施例中，LED架336為透明PCB板結(jié)構(gòu)。

在一個實施例中，通過支撐桿將一個或多個LED放置在積分球的中心。該支撐桿用于對LED進行布線并且散熱。一個或多個LED可以垂直地安裝以使LED有源區(qū)最大。

在一些實施例中，將第一球透鏡441安裝到光纖第一端510，如圖11e中描繪的。換言之，將小的球透鏡放置在出口端口。將該光纖端放置在球透鏡的焦點。小的球透鏡用于增大出口端口表面尺寸，并且使光聚焦到該光纖端上。這可以增大出口端口到光纖的耦合效率。

在一些實施例中，由光纖第一端510接收的光基本上在光纖接受錐內(nèi)。在一些實施例中，由光纖第一端510接收的光全部在光纖接受錐內(nèi)。在一些實施例中，在LED模塊300的一個或多個LED與光纖第一端510之間的耦合效率(如由耦合器400實現(xiàn)的)優(yōu)選地大于90％。在更優(yōu)選的實施例中，耦合效率大于95％。在最優(yōu)選的實施例中，耦合效率大于97％。

在圖11f的實施例中，耦合器400包括衍射元件480和聚焦透鏡490。由LED模塊300發(fā)射的光被衍射元件480接收，衍射元件480通常使另外由LED模塊300發(fā)射的寬闊的光錐變直。聚焦透鏡490接收來自衍射元件480的光并且使所接收的光聚焦或變窄，以便將更窄或更緊密的光錐提供至光纖第一端510。

在圖11g的實施例中，一對LED，即，第一LED 331和第二LED 332，發(fā)射光，以便其從反射透鏡492反射，從而由聚焦透鏡490接收。聚焦透鏡490繼而在光纖第一端510將光發(fā)送至光纖500。

在圖12的實施例中，將三個球透鏡的集合配置為從三個LED接收三個光發(fā)射的集合。更具體地，三(3)個LED(即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333)的每個將相應(yīng)的第一LED輸出341、第二LED輸出342和第三LED輸出343發(fā)射至相應(yīng)的第一球透鏡461、第二球透鏡462和第三球透鏡463，其中在于光纖第一端510進入光纖510中之前，三個光發(fā)射被聚焦為一個合并耦合器輸出486。在一個實施例中，從紅、綠、藍的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個LED，其每一個具有紅色、黃色和藍色的發(fā)射光。

圖13提供對例如可用于光照和顯示目的的擴散光纖500的設(shè)計。任何以上討論的耦合設(shè)計都可以用在光纖500的成對的端處。在圖13中，當(dāng)由兩個相應(yīng)的LED模塊300的每個生成光時，兩個成對的積分球450的每個將光定向到光纖500的對端。這樣的配置增大耦合到光纖纖芯區(qū)域中的總光量，或者提供顏色的混合。在一個實施例中，將具有高反射率的反射鏡或其它光學(xué)元件(例如，球透鏡)部署在光纖的一個或多個端。過多的光照光可以反彈回以用于沿著光纖纖芯的第二擴散輻射。

電源600可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意電源，諸如，標準壁式插座、個人計算機、或膝上型計算機，并且可以是無線連接。電子器件200從使用的電源接收功率，以對LED模塊300的一個或多個LED進行供電和控制等。

在一個實施例中，設(shè)備100包括其自身的電源(諸如，如鋰電池組的電池)，以便對一個或多個LED進行供電并且提供以上討論的功能的任意集合。

在一個實施例中，拋光的(內(nèi)表面)金屬管/錐可以被插入到光纖/光錘中。錐形內(nèi)表面將把來自微米尺寸LED或LED陣列的光導(dǎo)引向光纖。此方法可以增大更多微米尺寸LED的容納量。

參考圖7-13，圖14提供圖示使用光耦合系統(tǒng)100的示例性方法的流程圖。通常，方法700在步驟704開始并且在步驟728結(jié)束。

在方法700的步驟708，設(shè)備100與電源600接合(engage)，并且接收電源功率682。該功率在電子器件第一端210被電子器件200接收。在步驟712，激活LED模塊300的一個或多個LED，其可以包括通電/斷電、頻率調(diào)制以及功率調(diào)制。在步驟716，由一個或多個LED將光發(fā)送至耦合器400。由LED發(fā)射的光通常具有大或?qū)挼陌l(fā)射錐、和/或大的數(shù)值孔徑。在步驟720，LED發(fā)送的光由耦合器400接收，并且被處理以使光聚焦到更窄或更緊密的發(fā)射錐、或者更小的數(shù)值孔徑等，其中發(fā)送經(jīng)處理的光。在步驟724，從耦合器400發(fā)射的經(jīng)處理的光由光纖500接收，并且通過光纖被發(fā)送。該方法然后在步驟728結(jié)束。

圖15A-B提供現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)光纖和擴散光纖各自的表示。在圖15A中，所有光線通過從包層一致且全面的內(nèi)反射而包含在光纖的纖芯內(nèi)。在圖15B中，一些光線從光纖的纖芯通過包層中的縫隙或缺陷出去。原則上，本公開涉及從與圖15B的方向相反的方向上行進或傳播的光，即，通過包層中的縫隙或缺陷進入光纖的光。

注意圖16-19，描繪光纖傳感器系統(tǒng)100和使用方法的實施例。

通常，光纖傳感器系統(tǒng)100包括光源200、擴散光纖300、部署在光纖300的每端的一對光檢測器400、以及信號處理器/控制器500。光源200發(fā)射光源光210(L)，其通過光纖外表面304中的縫隙或缺陷影響擴散光纖300、或由擴散光纖300接收(在圖16中，在光源光纖進入點FE接收光源光210)。并非從環(huán)境或外部光源發(fā)射的所有光都進入光纖300。常見地，大部分從光源發(fā)射的光以相對于光纖的法向入射角(即，與光纖角的縱軸成直角地)進入擴散光纖(例如，如由圖17中在FEX進入光纖的光源光210所示的)。

擴散光纖300可以從多于一個光源(例如，從光源200、以及從發(fā)射第二光源光230的第二光源220)接收光或光信號/能量。擴散光纖300通過表面缺陷(稱為“光源光纖進入點FE”)，從諸如光源200和/或第二光源220的外部(或環(huán)境)源接收光，其中光進入并行進至光纖300的每端。擴散光纖300包括光纖外表面304、光纖第一端310和光纖第二端320。一對光檢測器400部署在光纖第一端310和光纖第二端320的每個處；該對光檢測器400的每個測量或檢測光纖的相應(yīng)第一和第二端的光功率水平DX₁和DX₂。

注意圖17，描述光源200的光源X距離LSXD(和/或軸向位置FEX)的確定。光源200發(fā)射光源光210，至少其中的一些在光源光纖進入點X軸FEX到達光纖300并進入光纖。在FEX如此進入的光在每個(相反)方向上沿著光纖300行進或傳播，從而最終到達光纖第一端310和光纖第二端320的每個。光源光210從FEX行進至相應(yīng)的光纖第一端310和光纖第二端320的距離分別是光距離X₁(即LX₁)以及光距離X₂(即LX₂)。從光源200到光纖300的距離是光源X距離LSXD。為了估計LSXD(或FEX)，由光檢測器400獲得在第一和第二端310、320的每個處接收的功率的測量值。部署在光纖第一端310和光纖第二端320的光檢測器400的每個分別測量檢測光功率DX₁和檢測光功率DX₂。光的物理性規(guī)定：(LX₁)x(DX₁)與(LX₂)x(DX₂)成比例。光纖300的幾何性規(guī)定x軸光纖的總長度FX＝(LX₁)+(LX₂)。因此，可以對LX₁和LX₂的每個、以及因此位置FEX，求解這兩個等式。DX₁和DX₂的一個或多個的值(單獨地、求和地、或者作為比)可以用于計算LSXD。例如，LSXD可以與在光纖第一和第二端的每個接收的總功率相關(guān)?？梢酝ㄟ^對于給定FEX校準已知光源和已知距離LSXD，來確定這樣的相關(guān)性。通過處理器/控制器500執(zhí)行以上計算。

通過添加與第一光纖正交地布置或部署的兩個光纖，如關(guān)于圖17描述的在一個(X)方向上定位光源200的原理可以擴展到三個維度。即，形成卡迪爾參考系X-Y-Z的三個光纖的集合可以被配置為在三個維度上確定光源的位置。

更具體地，注意圖18，將三個光纖FX、FY和FZ彼此正交地布置，其每個具有相應(yīng)的光源軸向進入點FEX、FEY和FEZ。光進入每個相應(yīng)的軸向進入點，并且在軸向上傳播至光纖的每端，其中光到達測量光功率等的光檢測器。更具體地，光源200在幾個方向中的任何一個上發(fā)射光，其可以在數(shù)學(xué)上被構(gòu)造為在三個正交方向上的向量，即，x軸分量LSX、y軸分量LSY和z軸分量LSZ。這三個分量LSX、LSY和LSZ的每個在相應(yīng)位置FEX、FEY和FEZ進入相應(yīng)光纖FX、FY和FZ，并且分叉或分裂以傳播至每個相應(yīng)的光纖端。即，光源x軸分量LSX在光源光纖進入點x軸FEX進入光纖x軸FX并且傳播至每端，從而最終到達位于每端的光檢測器，其中測量檢測光功率DX₁和DX₂的相應(yīng)光功率測量值。類似地，光源y軸分量LSY在光源光纖進入點y軸FEY進入光纖y軸FY并且傳播至每端，從而最終到達位于每端的光檢測器，其中測量檢測光功率DY₁和DY₂的相應(yīng)光功率測量值。而且，光源z軸分量LSZ在光源光纖進入點z軸FEZ進入光纖z軸FZ并且傳播至每端，從而最終到達位于每端的光檢測器，其中測量檢測光功率DZ₁和DZ₂的相應(yīng)光功率測量值。

對于給定光纖FX、FY和FC，每對光功率測量值然后被用于確定相應(yīng)位置FEX、FEY和FEZ，如上對于圖16和圖17的一個軸的光纖實施例所述的。類似地，如上關(guān)于圖16和圖17的單個光纖配置所述的，在給定光檢測器測量值的情況下，可以執(zhí)行相關(guān)以確定光源x距離LSXD(從光源200到光纖x軸FX的垂直或正交距離)、光源y距離LSYD(從光源200到光纖y軸FY的垂直或正交距離)和光源z距離LSZD(從光源200到光纖z軸FZ的垂直或正交距離)。由信號處理器/控制器500執(zhí)行上述計算。

圖19提供圖示圖16和圖17的光纖傳感器系統(tǒng)的示例性使用方法的流程圖。通常，方法500在步驟504開始并且在步驟532結(jié)束。

在步驟508，將光纖置于用于檢測的潛在外部光源的視線內(nèi)。光纖可以安裝在外部結(jié)構(gòu)上，或者通過外部結(jié)構(gòu)安裝。在步驟512，校準光纖。校準包括幾何校準(諸如光纖的總長度的測量)、對部署在光纖的每端的成對的光檢測器的每個的校準、以及對于光源的已知位置和/或已知功率(諸如，距光纖的軸向距離)、以及已知類型的光源(例如，可見光波段光源、IR源等)的測量的光檢測器光功率的校準。

在步驟516，由擴散光纖以第一軸向距離接收光。所接收的光通過光纖包層并且傳播至光纖的每端。在步驟520，部署在光纖的每端的成對的光檢測器的每個測量檢測的光功率。在步驟524，將該對光檢測器測量值與校準數(shù)據(jù)(諸如光纖的總長度)進行比較。在步驟528，步驟524的比較數(shù)據(jù)用于確定外部光源的第一軸向距離。方法500在步驟532結(jié)束。

關(guān)注圖20-22，描繪了充電和光通信設(shè)備100的實施例。

通常，設(shè)備100包括發(fā)射器200和接收器300。發(fā)射器200包括發(fā)射器第一端210和發(fā)射器第二端220、激光器230、功率管理240、調(diào)制器250、漫射膜260和光子檢測器270。發(fā)射器第一端210包括發(fā)射器USB接口212。發(fā)射器200接收外部設(shè)備功率482并且可以借助于外部設(shè)備/設(shè)備功率通信484與一個或多個外部設(shè)備進行通信。發(fā)射器200提供與接收器300的光通信一284，并且從接收器300接收激光/LED二極管信號373。

接收器300包括接收器第一端310和接收器第二端320，接收器第一PV電池312以及發(fā)出激光/LED二極管信號372的激光/LED二極管370。接收器300發(fā)出功率二382和光通信二384。接收器第一PV電池312和激光/LED二極管370被布置在接收器第一端310。接收器300從發(fā)射器200接收光通信一284，并且從發(fā)射器200接收功率一282。接收器激光/LED二極管370發(fā)出指向發(fā)射器光子檢測器270的激光/LED二極管信號372。

設(shè)備100還可以包括適配器500。適配器500包括適配器第一端510和適配器第二端520。通常，適配器500在適配器第一端510處與接收器300進行裝配，并且還包括適配器USB接口522。適配器500在內(nèi)部從接收器300部分并且經(jīng)由適配器USB接口522接收功率二382和光通信二384，將功率二382和光通信二384中的一個或兩個轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議，以便經(jīng)由USB硬件接口提供功率二382和光通信二384中的一個或多個。

發(fā)射器200從一個或多個外部源(諸如，標準的墻式插座、個人計算機或膝上型計算機，并且可以是無線連接)接收電功率，即外部設(shè)備功率482。在發(fā)射器USB接口210接收外部設(shè)備功率482。發(fā)射器USB接口210是USB硬件接口并且按USB協(xié)議操作。發(fā)射器功率管理模塊240從發(fā)射器USB接口210接收電功率，并且將電功率傳遞給激光器230和調(diào)制器250。此外，發(fā)射器功率管理模塊240經(jīng)由一個或多個驅(qū)動器電路和/或控制器來控制激光器230。激光器230在從功率管理模塊240接收到電功率時，將電功率轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芰?。激光?30向漫射膜260發(fā)出光，該漫射膜260朝向接收器200漫射或傳播所接收的光，以便由接收器第一PV電池312進行接收。在一個實施例中，一個或多個波導(dǎo)被涉及以接收和發(fā)射激光光。

由功率管理模塊240供電的調(diào)制器250調(diào)制雙向光通信功能，在從外部源(諸如，膝上型計算機)給定輸入的情況下，向激光器230進行輸出，以便使能經(jīng)由激光器230輸出處的光通信。調(diào)制器250可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式來調(diào)制激光光，包括幅度調(diào)制、相位調(diào)制和/或極化調(diào)制。在一個其中設(shè)備100未被配置以執(zhí)行光通信的實施例中，調(diào)制器模塊250不是設(shè)備100的組件。

光子檢測器270被布置在發(fā)射器第二端220并且被定位以接收如從接收器激光/LED二極管370發(fā)出的激光/LED二極管信號372。光子檢測器270與功率管理模塊240進行通信，并且向功率管理模塊240提供指示接收或未接收激光/LED二極管信號372的信號。在一個實施例中，功率管理模塊240只有在功率管理模塊240從光子檢測器270接收到激光/LED二極管信號372已經(jīng)肯定被接收的信號時，才操作激光器230(也就是說，向激光器230發(fā)送信號以激活或發(fā)射激光光)。

接收器第一PV電池312借助于漫射膜260接收從激光器230發(fā)出的激光光。在一個實施例中，接收器第一PV電池312被布置在接收器第一端310，其中所述接收器第一端被配置為陽性(male)端，以便接合(engage)發(fā)射器第二220陰性(female)端。接收器激光/LED二極管370發(fā)出指向光子檢測器270的激光/LED二極管信號372。激光/LED二極管信號372運作以建立發(fā)射器220與接收器300之間的通信，并且還運作為如以上所討論的安全設(shè)備(也就是說，用于激活或不激活激光器230)。在一個實施例中，接收器激光/LED二極管370被布置為與接收器第一PV電池312相鄰/緊挨，或者被布置在接收器第一PV電池312的側(cè)邊。在一個實施例中，接收器激光/LED二極管370被布置為在接收器第一端310處與接收器300的外邊緣表面平行。

接收器第一PV電池312在輸出時將所接收的激光光轉(zhuǎn)換為電功率作為功率二382。由接收器300輸出的電功率被提供在接收器第二端320，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何格式，包含在60Hz的120Volt以及在50Hz的230Volt。在一個實施例中，由接收器300輸出的電功率是USB協(xié)議類型。

在一個實施例中，發(fā)射器USB接口212和適配器USB接口522中的一個或兩個包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何USB硬件接口，包含微型USB、迷你USB和標準USB硬件接口。

在一個實施例中，設(shè)備100是USB設(shè)備的近似物理尺寸，諸如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的USB存儲器存儲設(shè)備。

在一個實施例中，設(shè)備100的各元件之間的一個或多個互連包括無線USB。

在另一個實施例中，設(shè)備100單獨地執(zhí)行光學(xué)(即，基于激光的)充電，其中由第一外部設(shè)備(例如，膝上型計算機、個人計算機、智能手機)所提供的功率被提供給第二外部設(shè)備(例如，膝上型計算機、個人計算機、智能手機)。

在一個實施例中，設(shè)備100單獨地執(zhí)行第一外部設(shè)備(例如，膝上型計算機、個人計算機、智能手機)與第二外部設(shè)備(例如，膝上型計算機、個人計算機、智能手機)之間的光學(xué)(即，基于激光的)通信。

在一個實施例中，設(shè)備100包括其自己的電源，諸如電池組(諸如鋰電池組)，以便供電激光器并且提供以上所公開的功能的任何集合，諸如充電和光通信。

在一個實施例中，設(shè)備100可以在三種可選擇模式中的任何模式下操作：僅功率充電、僅光通信，以及功率充電和光通信二者。

參考圖20和21，圖22提供了示出使用充電和光通信系統(tǒng)100的示例性方法的流程圖。通常，方法600在步驟604開始并且在步驟632結(jié)束。

在方法600的步驟608，設(shè)備100借助于接收器第一端210與外部設(shè)備400接合。設(shè)備100接收外部設(shè)備功率482，并且在一些實施例中可以經(jīng)由外部設(shè)備/設(shè)備功率通信484與外部設(shè)備400進行通信。外部設(shè)備/設(shè)備功率通信484可以包括開/關(guān)接收或未接收信號以及功率調(diào)制信號，后者在一些實施例中由功率管理模塊240進行控制。

在步驟612，作出關(guān)于設(shè)備100是否已經(jīng)從接收器接收到二極管信號的查詢。更具體地，發(fā)射器200的光子檢測器270在與功率管理模塊240通信時向功率管理模塊240提供指示從接收器300接收或未接受到激光/LED二極管信號372的信號。如果查詢的結(jié)果為“是”或肯定的，則該信號已經(jīng)被接收，并且方法600前進到步驟616。如果查詢的結(jié)果為“否”或否定的，則該信號沒有被接收，并且方法600前進到步驟628。

在步驟616，由功率管理模塊240激活激光器230。然后方法600前進到步驟620。

在步驟620，如用戶所選擇的或者如設(shè)備100被配置的，激光器230發(fā)射功率和/或提供基于光學(xué)的雙向通信。然后方法600前進到步驟624。

在步驟624，作出關(guān)于設(shè)備100是否繼續(xù)從接收器接收二極管信號的查詢。更具體地，發(fā)射器200的光子檢測器270在與功率管理模塊240通信時向功率管理模塊240提供指示從接收器300接收或未接收到激光/LED二極管信號372的信號。如果查詢的結(jié)果為“是”或肯定的，則該信號繼續(xù)被接收，并且方法600前進到步驟620。如果查詢的結(jié)果為“否”或否定的，則該信號已停止被接收，并且方法600前進到步驟628。

在方法600的步驟628，由功率管理模塊240停用激光器230。然后方法600前進到步驟632，其中方法600結(jié)束。

在詳細描述中，列出許多具體細節(jié)以便提供對所公開的技術(shù)的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐本技術(shù)。在其它實例中，公知的方法、例程、組件和電路未被詳細描述，以便不模糊本發(fā)明。

雖然實施例并不局限于這個方面，使用諸如例如“處理”、“計算”、“估算”、“確定”、“建立”、“分析”、“檢查”等之類的術(shù)語的討論可以指代計算機、計算平臺、計算系統(tǒng)、通信系統(tǒng)或子系統(tǒng)或其它電子計算設(shè)備的操作和/或過程，所述操作和/或過程將在計算機的寄存器和/或存儲器內(nèi)被表示為物理(例如，電子)量的數(shù)據(jù)操縱和/或轉(zhuǎn)換成在計算機的寄存器和/或存儲器或者能夠存儲指令以執(zhí)行操作和/或過程的其它信息存儲介質(zhì)內(nèi)被類似地表示為物理量的其它數(shù)據(jù)。

雖然實施例并不局限于這個方面，如本文所使用的術(shù)語“多”和“多個”例如包括“復(fù)數(shù)個”或“兩個或更多個”?？梢栽谡麄€說明書中使用術(shù)語“多”或“多個”以描述兩個或更多個組件、設(shè)備、元件、單元、參數(shù)、電路等。例如，“多個站”可以包括兩個或更多個站。

列出在整個文件中所使用的一些詞語和短語的定義可能是有利的：術(shù)語“包含”和“包括”及其衍生物，是指沒有限制的包含；術(shù)語“或”是包含性的，是指和/或；短語“與......關(guān)聯(lián)”和“與其關(guān)聯(lián)”及其衍生物，可能是指包含、被包含在內(nèi)、與......互連、與......被互連、含有、被含有在內(nèi)、連接到或與......連接、耦合到或與......耦合、與......通信、與......協(xié)作、交錯、并置、接近、被綁定到或與......綁定、具有、具有......的屬性等；并且術(shù)語“控制器”是指控制至少一個操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其部分，這樣的設(shè)備可以以硬件、電路、固件或軟件或者硬件、電路、固件或軟件中的至少兩個的一些組合來實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，與任何特定控制器關(guān)聯(lián)的功能可以是集中式或分布式的，無論是本地還是遠程。在整個文件中提供了對于一些詞語和短語的定義，并且本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在許多實例中(如果不是大多數(shù)實例的話)，這些定義適用于現(xiàn)有技術(shù)以及這樣定義的詞語和短語的未來使用。

將關(guān)于通信系統(tǒng)以及用于在諸如無線網(wǎng)絡(luò)或一般地使用任何通信協(xié)議操作的任何通信網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行通信的協(xié)議、技術(shù)、裝置和方法來描述示例性實施例。這樣的示例是家庭網(wǎng)絡(luò)或接入網(wǎng)絡(luò)、無線家庭網(wǎng)絡(luò)、無線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，在一般情況下，本文所公開的系統(tǒng)、方法和技術(shù)對于其它類型的通信環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和/或協(xié)議將同樣工作良好。

為了解釋的目的，列出許多細節(jié)以便提供對本技術(shù)的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，可以以除了本文所闡述的具體細節(jié)以外的各種方式來實踐本公開。

此外，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，包含連接元件的通信信道的各種鏈路(其可以并未示出連接元件)可以是有線鏈路或無線鏈路或它們的任何組合，或者能夠向和從所連接的元件提供和/或傳達數(shù)據(jù)的任何其它已知的或以后開發(fā)的元件。如本文所使用的術(shù)語模塊，可以指代任何已知的或以后開發(fā)的硬件、電路、電子線路、軟件、固件或其組合，其能夠執(zhí)行與該元件關(guān)聯(lián)的功能。如本文所使用的術(shù)語確定、估算和計算及其變型可互換地使用，并且包括任何類型的方法學(xué)、過程、技術(shù)、數(shù)學(xué)運算或協(xié)議。

此外，雖然本文所描述的一些示例性實施例針對執(zhí)行某些功能的收發(fā)器的發(fā)射器部分或者執(zhí)行某些功能的收發(fā)器的接收器部分，但本公開意圖在同一收發(fā)器和/或另一收發(fā)器中均分別包括對應(yīng)且互補的發(fā)射器側(cè)或接收器側(cè)功能，并且反之亦然。

雖然上述的流程圖已經(jīng)關(guān)于事件的特定序列進行討論，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是，在沒有重大影響實施例的操作的情況下，可能會發(fā)生對該序列的改變。另外，如在示例性實施例中所闡述的，事件的準確序列不一定會發(fā)生。另外，本文所示出的示例性技術(shù)不限于具體示出的實施例，而是還可以與其它示例性實施例一起利用，并且每個所描述的特征是可以單獨地且分開地要求保護的。

此外，可以實現(xiàn)這些系統(tǒng)、方法和協(xié)議來改善專用計算機、編程微處理器或微控制器和外圍集成電路元件、ASIC或其它集成電路、數(shù)字信號處理器、硬連線電子或邏輯電路(諸如離散元件電路)、可編程邏輯設(shè)備(諸如PLD、PLA、FPGA、PAL)、調(diào)制解調(diào)器、發(fā)射器/接收器、任何可比較裝置等中的一個或多個。一般地，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)機進而能夠?qū)崿F(xiàn)本文示出的方法的任何設(shè)備都可以受益于根據(jù)本文所提供的公開的各種通信方法、協(xié)議和技術(shù)。

本文所描述的處理器的示例可以包括但不限于：800和801、具有4G LTE集成和64位計算的600和615、具有64位架構(gòu)的A7處理器、M7運動協(xié)處理器、系列、英酷睿^TM處理器家族、至強^TM處理器家族、凌動^TM處理器家族、安騰^TM處理器家族、i5-4670K和i7-4770K的22nm的Haswell、i5-3570K的22nm的Ivy Bridge、FX^TM處理器家族、FX-4300、FX-6300和FX-8350的32nm的Vishera、Kaveri處理器、Jacinto C6000^TM汽車信息娛樂處理器、OMAP^TM汽車級移動處理器、Cortex^TM-M處理器、Cortex-A和ARM926EJ-S^TM處理器、空軍BCM4704/BCM4703無線網(wǎng)絡(luò)處理器、AR7100無線網(wǎng)絡(luò)處理單元、其它業(yè)界等效處理器中的至少一個，并且可以執(zhí)行使用任何已知的或未來開發(fā)的標準、指令集、庫和/或架構(gòu)的計算功能。

此外，可以在提供能夠在各種計算機或工作站平臺上使用的可移植源代碼的使用對象的軟件或面向?qū)ο筌浖_發(fā)環(huán)境中容易地實現(xiàn)所公開的方法?？商娲?，可以在使用標準邏輯電路或VLSI設(shè)計的硬件中部分地或完全地實現(xiàn)所公開的系統(tǒng)。使用軟件還是硬件來實現(xiàn)根據(jù)實施例的系統(tǒng)取決于系統(tǒng)的速度和/或效率要求、特定功能，并且可以利用特定軟件或硬件系統(tǒng)或微處理器或微計算機系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)本文所提供的功能描述以及計算機和電信領(lǐng)域的一般基本知識、由可適用領(lǐng)域的普通技術(shù)人員使用任何已知的或以后開發(fā)的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)、設(shè)備和/或軟件、以硬件和/或軟件來容易地實現(xiàn)本文所示出的通信系統(tǒng)、方法和協(xié)議。

此外，可以以能夠在存儲介質(zhì)上存儲的軟件和/固件來容易地實現(xiàn)所公開的方法，以改善具有控制器和存儲器的協(xié)作的編程通用計算機、專用計算機、微處理器等的性能。在這些實例中，可以實現(xiàn)系統(tǒng)和方法作為嵌入在個人計算機上的程序(諸如，小應(yīng)用程序(applet)、JAVA.RTM或CGI腳本)、作為駐留在服務(wù)器或計算機工作站上的資源、作為嵌入在專用通信系統(tǒng)或系統(tǒng)組件中的例行程序等。還可以通過將系統(tǒng)和/或方法物理地并入到軟件和/或硬件系統(tǒng)(諸如通信收發(fā)器的硬件和軟件系統(tǒng))中來實現(xiàn)本系統(tǒng)。

還可以或可替代地以軟件和/或固件來完全地或部分地實現(xiàn)各種實施例。該軟件和/或固件可以采取被包含在非臨時性計算機可讀存儲介質(zhì)中或上的指令的形式。隨后可以由一個或多個處理器讀取和執(zhí)行這些指令，以使能本文所描述的操作的性能。所述指令可以是任何適當(dāng)?shù)男问?，諸如但不限于源代碼、編譯代碼、解釋代碼、可執(zhí)行代碼、靜態(tài)代碼、動態(tài)代碼等。這種計算機可讀介質(zhì)可以包括用于以一個或多個計算機可讀的形式存儲信息的任何有形非臨時性介質(zhì)，諸如但不限于只讀存儲器(ROM)；隨機存取存儲器(RAM)；磁盤存儲介質(zhì)；光存儲介質(zhì)；閃速存儲器等。

因此，顯然的是，至少已經(jīng)提供了用于激光和光充電和通信的系統(tǒng)和方法。雖然實施例已經(jīng)結(jié)合多個實施例進行了描述，顯而易見的是，許多替換、修改和變化對于可適用領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是很明顯的。因此，本公開旨在包含在本公開的精神和范圍內(nèi)的所有這些替換、修改、等同物和變型。