本申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C.§119(e)下要求如下申請(qǐng)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(hào)為62/193,037的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，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(hào)為62/210,303的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，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(hào)為62/212,844的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，2015年9月4日提交的題為“LaserCharging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals”、序列號(hào)為62/214,362的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，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(hào)為62/216,861的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，2015年7月22日提交的題為“Remote Device Charging”、序列號(hào)為62/195,726的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)，以及2015年7月27日提交的題為“Device Communication,Charging and User Interaction”、序列號(hào)為62/197,321的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)。

本申請(qǐng)還與如下申請(qǐng)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(hào)為14/937,553的美國(guó)專利申請(qǐng)，2015年11月16日提交的題為“LED and Laser Light Coupling Device and Method of Use”、序列號(hào)為14/942,210的美國(guó)專利申請(qǐng)，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(hào)為15/134,084的美國(guó)專利申請(qǐng)，針對(duì)其所有教導(dǎo)和所有目的，其全部公開(kāi)在此通過(guò)整體引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)總體涉及設(shè)備的遠(yuǎn)程充電，例如通過(guò)光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號(hào)和諸如激光LED之類的LED進(jìn)行遠(yuǎn)程充電，以對(duì)諸如手表、珠寶、汽車(chē)面板、耳機(jī)和電話之類的設(shè)備進(jìn)行充電，并且涉及音頻傳輸和充電，例如對(duì)音頻設(shè)備進(jìn)行光充電以及利用音頻設(shè)備進(jìn)行光傳輸。本公開(kāi)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(guò)光纖所接收的光進(jìn)行耦合的系統(tǒng)和方法。本公開(kāi)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(guò)光纖所接收的光進(jìn)行耦合的系統(tǒng)和方法，并且涉及光纖，例如擴(kuò)散光纖傳感器和通信設(shè)備以及使用方法。另外本公開(kāi)總體涉及對(duì)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(guò)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(duì)電子設(shè)備(例如手表和珠寶)進(jìn)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(guò)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(wú)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(wú)需與設(shè)備進(jìn)行物理連接以及其它交互，例如軟件更新和配置更新。通過(guò)本公開(kāi)的各方面、實(shí)施例和/或配置來(lái)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(lái)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(yuǎn)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?yàn)橥ǔ２僮骱途S護(hù)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?yàn)榍笆龅鸟詈闲?。因此，需要將從LED發(fā)出的光與通過(guò)光纖所接收的光進(jìn)行耦合的系統(tǒng)和方法。本公開(kāi)解決了這些需求。

傳統(tǒng)地采用光纖來(lái)沿著或在光纖端部之間引導(dǎo)以及傳導(dǎo)光波。常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式包含利用諸如LED或激光二極管的光源來(lái)裝配或耦合光纖的一端或兩端。傳統(tǒng)的光纖(又叫做“正常”光纖)，通常通過(guò)利用包層包住電介質(zhì)材料的圓柱形芯，來(lái)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(kuò)散光纖能夠使一些光子通過(guò)包層中刻意的缺陷來(lái)逃逸出光纖芯。當(dāng)光纖的一端或兩端裝配有光源時(shí)，光纖則可以作用細(xì)線光源?？梢酝ㄟ^(guò)若干手段中的任意手段來(lái)形成包層缺陷，例如通過(guò)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(jī)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(kāi)擴(kuò)散光纖之外，擴(kuò)散光纖的一個(gè)被忽視但卻重要的特征是外部光進(jìn)入擴(kuò)散光纖(借助于前述缺陷)的能力。通過(guò)光路可逆原理來(lái)提供這樣的推論。如果特定的擴(kuò)散光纖產(chǎn)生了均勻全方位的照明，則相同的擴(kuò)散光纖也會(huì)通過(guò)光纖表面(例如借助于包層中的缺陷)從周?chē)蛲獠凯h(huán)境全方位地將光信號(hào)、能量或光子接收到該擴(kuò)散光纖中。認(rèn)識(shí)到這一發(fā)現(xiàn)之后，可以將擴(kuò)散光纖(又叫做光波導(dǎo)或光纖波導(dǎo))用作全方位周?chē)?外部光傳感器。在這樣的配置中，可以將光探測(cè)器放置于光纖端部以檢測(cè)來(lái)自周?chē)h(huán)境的光信號(hào)和/或能量。接收到的光能量或信號(hào)可以是包括可見(jiàn)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(duì)電子設(shè)備進(jìn)行充電的現(xiàn)有設(shè)備和方法通常體積龐大，具有相對(duì)較慢的速度或帶寬，并且與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)以及硬件接口兼容的、相對(duì)高速和高帶寬的設(shè)備和使用方法。本公開(kāi)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(jìn)一步滿足35U.S.C.§112的書(shū)面描述要求，以下參考文獻(xiàn)通過(guò)整體引用并入本文：美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2013/0314028(Tseng)、2002/0186921(Schumacher)、2014/0132201(Tsang)和2007/0031089(Tessnow)；美國(guó)專利號(hào)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(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)提供了用于與設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)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(duì)設(shè)備提供充電的系統(tǒng)和方法，例如，通過(guò)光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號(hào)和諸如激光LED之類的LED進(jìn)行遠(yuǎn)程充電，以對(duì)諸如手表、珠寶、汽車(chē)面板、耳機(jī)和電話之類的設(shè)備進(jìn)行充電。

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)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(hào)和功率信號(hào)，該發(fā)射器/充電器包括被配置為發(fā)送該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)的光源；透鏡，其被配置為接收該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)；目標(biāo)設(shè)備，其包括電池組和與該電池組進(jìn)行通信的PV電池，該目標(biāo)設(shè)備被配置為接收該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)，該目標(biāo)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(hào)；其中，由該目標(biāo)設(shè)備所接收的功率信號(hào)使得PV電池能夠?qū)υ撾姵亟M進(jìn)行充電。

在另一實(shí)施例中，公開(kāi)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(hào)和功率信號(hào)，該發(fā)射器/充電器包括被配置為發(fā)送該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)的光源；透鏡，其被配置為接收該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)；目標(biāo)設(shè)備，其包括電池組和與該電池組進(jìn)行通信的PV電池，該目標(biāo)設(shè)備被配置為接收該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)，該目標(biāo)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(hào)；將該發(fā)射器/充電器充電設(shè)備與外部源進(jìn)行接合；從該外部源第一通信信號(hào)和功率信號(hào)中的至少一個(gè)提供給該發(fā)射器/充電器；從該發(fā)射器/充電器向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送第一通信信號(hào)和功率信號(hào)中的至少一個(gè)；確定該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)中的至少一個(gè)是否包括功率信號(hào)；其中，在該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)中的至少一個(gè)包括功率信號(hào)時(shí)，該P(yáng)V電池接收該功率信號(hào)，并且該電池組被充電。

在另一實(shí)施例中，公開(kāi)了一種光學(xué)激活的開(kāi)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(hào)；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(hào)，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(méi)有外部源接觸該外部表面時(shí)反射該光信號(hào)以提供第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且在外部源接觸該外部表面時(shí)提供第二開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

在另一實(shí)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(wú)線連接器中的至少一個(gè)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(cè)器，其被配置為接收該第二通信信號(hào)；該目標(biāo)設(shè)備向該光子檢測(cè)器輸出該第二通信信號(hào)；調(diào)制器，其被配置為管理該第一和第二通信信號(hào)；該第一通信信號(hào)包括能夠使該目標(biāo)設(shè)備的軟件更新的數(shù)據(jù)；以及該目標(biāo)設(shè)備和發(fā)射器/充電器的共同外殼結(jié)構(gòu)不進(jìn)行物理通信，并且該光源無(wú)線地發(fā)射該第一通信信號(hào)和功率信號(hào)。

在其它實(shí)施例中，公開(kāi)了一種音頻傳輸和充電的系統(tǒng)和方法，例如對(duì)音頻設(shè)備進(jìn)行光充電和利用音頻設(shè)備進(jìn)行光通信。具體地，介紹了對(duì)設(shè)備提供充電的系統(tǒng)和方法，例如，通過(guò)光伏(PV)電池、紅外(IR)照明、音頻信號(hào)和諸如激光LED之類的LED對(duì)諸如耳機(jī)之類的設(shè)備進(jìn)行充電。

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)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(guò)光源發(fā)送光信號(hào)；以及音頻設(shè)備，其包括電池組以及與該電池組進(jìn)行通信的PV電池，該P(yáng)V電池被配置為接收該光信號(hào)；其中，該P(yáng)V電池將所接收的光信號(hào)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(shí)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(guò)光源發(fā)送光信號(hào)；音頻設(shè)備，其包括電池組以及與該電池組進(jìn)行通信的PV電池，該P(yáng)V電池被配置為接收該光信號(hào)；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(gè)光纖電纜；借助于該至少一個(gè)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(hào)；通過(guò)該音頻設(shè)備接收該光信號(hào)；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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)被提供給該電池組，其中該電池組被充電。

在另一實(shí)施例中，公開(kāi)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(guò)LED光源發(fā)射第一光信號(hào)，該第一光信號(hào)包括經(jīng)調(diào)制的第一通信信號(hào)；音頻設(shè)備，其包括電池組合與該電池組進(jìn)行通信的PV電池，該P(yáng)V電池被配置為接收該光信號(hào)，該P(yáng)V電池還被配置為對(duì)該經(jīng)調(diào)制的第一通信信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；以及至少一個(gè)光纖電纜，該至少一個(gè)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(gè)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(hào)；其中，該P(yáng)V電池將所接收的光信號(hào)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(shí)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(hào)包括第一經(jīng)調(diào)制的通信信號(hào)；其中該第一經(jīng)調(diào)制的通信信號(hào)是音頻信號(hào)；其中該音頻信號(hào)還包括透鏡，其被配置為接收該光信號(hào)并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)移給該P(yáng)V電池；還包括至少一個(gè)光纖電纜，該至少一個(gè)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(hào)；其中該音頻設(shè)備還被配置為提供該至少一個(gè)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(hào)；其中該音頻信號(hào)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(hào)；以及其中該音頻設(shè)備還包括解調(diào)器，以對(duì)該經(jīng)調(diào)制的第一通信信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種LED和光耦合設(shè)備，該設(shè)備包括：至少一個(gè)LED，其被配置為接收功率和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；與該至少一個(gè)LED進(jìn)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(jìn)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(shí)施例中，公開(kāi)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(gè)LED，其被配置為接收功率和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；ii)與該至少一個(gè)LED進(jìn)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(jìn)行光通信；將該LED光耦合設(shè)備與電源進(jìn)行接合；從該電源向該至少一個(gè)LED供電；激活該至少一個(gè)LED；向該光耦合器發(fā)出該第一光；在該光耦合器中改變?cè)摰谝还?，其中將具有第一?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(shí)施例中，公開(kāi)了一種LED光纖設(shè)備，該設(shè)備包括：至少一個(gè)LED，其被配置為接收功率和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一發(fā)射圓錐的第一光；與該至少一個(gè)LED進(jìn)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(jìn)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(shí)施例中，該設(shè)備和/或使用方法還包括：對(duì)該至少一個(gè)LED進(jìn)行控制的電子驅(qū)動(dòng)器；其中對(duì)該至少一個(gè)LED進(jìn)行的控制包括功率調(diào)制；其中該至少一個(gè)LED是表面發(fā)光LED；其中該至少一個(gè)LED是三表面發(fā)光LED；其中該第二光通過(guò)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(zhǎng)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(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)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(guò)該外部表面從外部光源接收外部光；第一檢測(cè)器，其被安置在該第一端并被配置為測(cè)量第一外部光的功率；第二檢測(cè)器，其被安置在該第二端并被配置為測(cè)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(cè)量進(jìn)行比較并確定該第一軸向距離。

在另一實(shí)施例中，公開(kāi)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(guò)該外部表面從外部光源接收外部光；第一檢測(cè)器，其被安置在該第一端；第二檢測(cè)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(guò)該外部表面接收該外部光；通過(guò)該第一檢測(cè)器測(cè)量第一外部光的功率；通過(guò)該第二檢測(cè)器測(cè)量第二外部光的功率；通過(guò)該處理器將該第一和第二外部光的功率測(cè)量進(jìn)行比較；以及通過(guò)由外部光功率測(cè)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(shí)施例中，該設(shè)備和/或使用方法還包括：該光纖是擴(kuò)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(diǎn)而該第二端是該光纖的第二終點(diǎn)；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(guò)第二外部表面接收外部光，一對(duì)檢測(cè)器被安置在該第二光纖的相對(duì)的終點(diǎn)，該對(duì)檢測(cè)器中的每個(gè)被配置為測(cè)量外部光的功率，該處理器還被配置為將該對(duì)檢測(cè)器的外部光功率測(cè)量進(jìn)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(gè)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(guò)第三外部表面接收外部光，一對(duì)檢測(cè)器被安置在該第三光纖的相對(duì)的終點(diǎn)，該對(duì)檢測(cè)器中的每個(gè)被配置為測(cè)量外部光的功率，該處理器還被配置為將該對(duì)檢測(cè)器的外部光功率測(cè)量進(jìn)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(gè)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(duì)收發(fā)器，其被配置為從該外部光源接收光信號(hào)并將該光信號(hào)發(fā)射到該外部光源。

在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)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(kuò)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(kuò)散薄膜擴(kuò)散并被該P(yáng)V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(shí)施例中，公開(kāi)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(kuò)散薄膜和光子檢測(cè)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(cè)器被配置為從該激光/LED二極管接收信號(hào)；將該充電設(shè)備與外部電源進(jìn)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(hào)后，激活該激光；其中該激光發(fā)出由該擴(kuò)散薄膜擴(kuò)散并被該P(yáng)V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(shí)施例中，公開(kāi)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(kuò)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(kuò)散薄膜擴(kuò)散并被該P(yáng)V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(cè)器，其被配置為從該激光/LED二極管接收信號(hào)，其中該接收器僅在該光子檢測(cè)器接收到該激光/LED二極管信號(hào)時(shí)輸出設(shè)備電源。

附圖說(shuō)明

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

圖1A提供了充電和光通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例的框圖；

圖1C是充電和光通信系統(tǒng)的另一實(shí)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(shí)施例的代表；

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

圖4B提供了光觸發(fā)機(jī)制的代表，其中該觸發(fā)機(jī)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(gè)實(shí)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(shí)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(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(kuò)散光纖的代表；

圖16提供了光纖傳感器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的代表；

圖17提供了圖16的光纖傳感器系統(tǒng)的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)；

圖18提供了光纖傳感器系統(tǒng)的另一實(shí)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(gè)實(shí)施例的代表；

圖21A提供了圖20的充電和光通信系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖；

圖21B提供了充電和光通信系統(tǒng)的另一實(shí)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(duì)于本發(fā)明的理解是不必要的或者使得其它細(xì)節(jié)難以理解的細(xì)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(shuō)明的具體實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在下面的詳細(xì)描述中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)所公開(kāi)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(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在其它實(shí)例中，沒(méi)有詳細(xì)描述公知的方法、過(guò)程、組件和電路，以便不模糊本發(fā)明。

盡管實(shí)施例不局限于這個(gè)方面，使用諸如，例如“處理”、“計(jì)算”、“估算”、“確定”、“建立”、“分析”、“檢查”等術(shù)語(yǔ)的討論可以指將在計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)器或可存儲(chǔ)指令以執(zhí)行操作和/或處理的其它信息存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)的類似地表示為物理量的其他數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)、計(jì)算平臺(tái)、計(jì)算系統(tǒng)、通信系統(tǒng)或子系統(tǒng)、或其它電子計(jì)算設(shè)備的(多個(gè))操作和/或(多個(gè))處理。

盡管實(shí)施例不局限于這個(gè)方面，這里所使用的術(shù)語(yǔ)“多”、“多個(gè)”可以包括，例如，“若干”或“兩個(gè)或更多”。術(shù)語(yǔ)“多”或“多個(gè)”可以在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中用來(lái)描述兩個(gè)或更多組件、設(shè)備、元件、單元、參數(shù)、電路等。

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

術(shù)語(yǔ)“PV陣列”是指在光伏電池或模塊組合件。

術(shù)語(yǔ)“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(yǔ)“USB協(xié)議”是指USB通信協(xié)議。

術(shù)語(yǔ)“USB連接器”或“USB硬件連接器”是指物理USB連接器。

術(shù)語(yǔ)“無(wú)線USB”是指采用USB協(xié)議的無(wú)線通信。

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

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

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

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

術(shù)語(yǔ)“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(yǔ)“光耦合”指的是將光提供或供應(yīng)到或進(jìn)入纖維。

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

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

在進(jìn)行下面實(shí)施例的描述之前，闡述在整個(gè)文件中使用的某些詞和短語(yǔ)的定義可能是有利的：術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以及它們的衍生物，指的是沒(méi)有限制的包括；術(shù)語(yǔ)“或”是包含的，指的是和/或；短語(yǔ)“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(cuò)、并列、接近、被綁定到或與……綁定、具有、等等；術(shù)語(yǔ)“控制器”指的是控制至少一個(gè)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(gè)的組合來(lái)實(shí)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(wú)論本地還是遠(yuǎn)程。在整個(gè)文件中提供了某些詞和短語(yǔ)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(yǔ)的現(xiàn)有以及將來(lái)使用。

為了說(shuō)明的目的，闡述了許多細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)本技術(shù)的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本公開(kāi)內(nèi)容可以以這里闡述的具體細(xì)節(jié)以外的多種方式來(lái)實(shí)施。此外，雖然這里所示的示例性實(shí)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(diǎn)和/或因特網(wǎng))的遠(yuǎn)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(wú)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(gè)或多個(gè)方面和/或本文描述的(多個(gè))收發(fā)器和/或基站和/或(多個(gè))接入點(diǎn)進(jìn)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(gè)或多個(gè)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(gè))通信信道，可以是有線或無(wú)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(kāi)發(fā)的(多個(gè))元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)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(kāi)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(yǔ)確定、估算、計(jì)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(yùn)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(shí)施例。

一般地，在一個(gè)實(shí)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(gè)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(shí)，非接觸地對(duì)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(shí)的信息上傳信息下載；和iii)用于用戶通過(guò)如個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、平板電腦等的通信設(shè)備來(lái)更新配置的場(chǎng)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(hào)，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(shí)適合充電器和組件的光學(xué)濾波器。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種小型設(shè)備的光學(xué)遠(yuǎn)程充電。也就是說(shuō)，在一個(gè)示例中，可以提供一個(gè)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(shí)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(biāo)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(cè)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(gè)或兩個(gè)。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(guò)外部設(shè)備調(diào)制的通信信號(hào)484的方式與發(fā)射器/充電器200通信。目標(biāo)設(shè)備300包括太陽(yáng)能電池312，其輸出解調(diào)信號(hào)320和功率三382信號(hào)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(cè)器270。

發(fā)射器/充電器200從一個(gè)或多個(gè)外部源，諸如標(biāo)準(zhǔn)墻上插座、個(gè)人計(jì)算機(jī)、或膝上型計(jì)算機(jī)，并且可以是無(wú)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(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何標(biāo)準(zhǔn)接口的方式(諸如USB接口)來(lái)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(gè)或多個(gè)。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(gè)或多個(gè)。即，發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以遞送功率給目標(biāo)設(shè)備300并控制用于供應(yīng)功率給目標(biāo)設(shè)備300的光源(例如LED和/或激光)和/或與目標(biāo)設(shè)備300進(jìn)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(hào)功率一282至目標(biāo)設(shè)備，如通過(guò)目標(biāo)設(shè)備太陽(yáng)能電池312接收。發(fā)射器/充電微處理器/控制器250可以通過(guò)(多個(gè))光通信一284信號(hào)光學(xué)地與目標(biāo)設(shè)備300進(jìn)行單向或雙向通信。目標(biāo)設(shè)備300可經(jīng)由目標(biāo)設(shè)備控制器310處理/接收功率信號(hào)功率一282和/或(多個(gè))光通信一284信號(hào)。目標(biāo)設(shè)備控制器310可以控制和/或提供功率給目標(biāo)設(shè)備LED370，其發(fā)射或廣播或傳送目標(biāo)設(shè)備LED通信信號(hào)372給發(fā)射器/充電器200。目標(biāo)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(dòng)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(biāo)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(biāo)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(hào)。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(hào)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(biāo)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(gè)實(shí)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(hào)284。目標(biāo)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(hào)284。目標(biāo)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(cè)器270與發(fā)射器/充電器200互連，并且接收從目標(biāo)設(shè)備300(更具體地說(shuō)，在一些實(shí)施例中，從目標(biāo)設(shè)備控制器310或由目標(biāo)設(shè)備控制器310控制)發(fā)出的目標(biāo)設(shè)備激光/LED二極管信號(hào)372。光子檢測(cè)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(hào)372的接收或未接收的信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，在發(fā)射器/充電器200從光子檢測(cè)器270接收到激光/LED二極管信號(hào)372已被確定接收的信號(hào)時(shí)，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(hào)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(gè)實(shí)施例中，目標(biāo)設(shè)備太陽(yáng)能電池312通過(guò)散流膜接收從LED發(fā)射器260發(fā)射(在一些實(shí)施例中，穿過(guò)透鏡290之后)的激光光。

激光/LED二極管信號(hào)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(biāo)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(biāo)設(shè)備太陽(yáng)能電池312將接收到的(如由LED發(fā)射器260發(fā)射并且被標(biāo)識(shí)為功率一282信號(hào)的)激光光轉(zhuǎn)換成電功率，輸出為功率二382。太陽(yáng)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(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池312的電功率輸出是用USB協(xié)議。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器/充電器200、目標(biāo)設(shè)備300中的一個(gè)或兩個(gè)以及外部設(shè)備400可以包括USB接口，采用USB協(xié)議、無(wú)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(biāo)準(zhǔn)USB硬件接口。

在另一實(shí)施例中，發(fā)射器/充電器200僅僅進(jìn)行光(即，基于激光的)充電，其中通過(guò)外部設(shè)備400提供的功率包括通過(guò)任何市售電子設(shè)備，如膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、以及手機(jī)提供的功率。

在一個(gè)實(shí)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(biāo)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(biāo)設(shè)備300之間的光(即，基于激光的)通信。

在一個(gè)實(shí)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(kāi)的功能(如充電和光通信)的任意集合。

一個(gè)實(shí)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(gè)進(jìn)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(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器/充電器200輸出雙向光通信284給目標(biāo)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(biāo)設(shè)備300之間的物理分離幾何結(jié)構(gòu)或目標(biāo)設(shè)備400的能力)的通信協(xié)議。更具體地，可以調(diào)整專門(mén)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?qǐng)D1B，提供了系統(tǒng)100的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。外部設(shè)備400通過(guò)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(biāo)設(shè)備發(fā)射或提供的經(jīng)調(diào)制的光通信信號(hào)，即，目標(biāo)設(shè)備300的接收器調(diào)制器392發(fā)射的光通信三384信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，包括圖1B的實(shí)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(gè)或多個(gè)，并傳送功率二292和光通信二294中的一個(gè)或多個(gè)到目標(biāo)設(shè)備太陽(yáng)能電池312。目標(biāo)設(shè)備太陽(yáng)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(duì)電池組390充電。目標(biāo)設(shè)備太陽(yáng)能電池312，與目標(biāo)設(shè)備接收器組合，解調(diào)接收的經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)并將解調(diào)信號(hào)傳送到目標(biāo)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(kāi)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(lái)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(hào)。(在一些實(shí)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(hào))。在步驟516，光發(fā)射器/充電器200發(fā)送功率信號(hào)(例如光能，如LED發(fā)射光功率信號(hào))和經(jīng)調(diào)制的(光)通信信號(hào)中的一個(gè)或兩者到目標(biāo)設(shè)備300。(在一些實(shí)施例中，光發(fā)射器/充電器200對(duì)接收到的經(jīng)調(diào)制的通信執(zhí)行信號(hào)處理，例如，降噪處理)。在步驟520，目標(biāo)設(shè)備300接收功率信號(hào)和經(jīng)調(diào)制的通信信號(hào)中的一個(gè)或兩者。

在步驟532，作出關(guān)于目標(biāo)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(hào)，即光功率信號(hào))被提供到目標(biāo)設(shè)備的太陽(yáng)能(例如PV)電池，并且對(duì)該目標(biāo)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(jìn)到步驟532。

在步驟532，作出關(guān)于第一(光纖)通信信號(hào)是否已由目標(biāo)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(hào)，并且該方法前進(jìn)到步驟540。如果答案是否定的，則該方法前進(jìn)到步驟540。

在步驟540，目標(biāo)設(shè)備傳送所希望的第二(光)通信信號(hào)。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(shí)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(shí)施例對(duì)于提供通過(guò)使用用于汽車(chē)面板的激光LED的光充電解決方案，和/或通過(guò)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(shí)施例中，發(fā)射器/充電器200的LED發(fā)射器260通過(guò)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(gè))光通信信號(hào)到太陽(yáng)能電池陣列312和/或在太陽(yáng)能電池陣列312內(nèi)發(fā)射光能和/或(多個(gè))光通信信號(hào)，以便發(fā)射光通信二294信號(hào)。換言之，激光/LED信號(hào)通過(guò)散流纖維，該散流纖維對(duì)PV陣列和/或照明面板進(jìn)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(kuò)散或分散接收的光以便由PV陣列/太陽(yáng)能電池312接收。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)以接收和傳送激光光。

關(guān)注圖4A-B，在又一實(shí)施例中，公開(kāi)了使用手指輕敲的光學(xué)激活觸發(fā)開(kāi)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(shí)施例解決的問(wèn)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(duì)按鈕機(jī)構(gòu)的需要。圖4A提供了一種光學(xué)觸發(fā)開(kāi)關(guān)500機(jī)構(gòu)的表示，其可作為上面公開(kāi)的充電和光通信系統(tǒng)100的組件，其中，觸發(fā)機(jī)構(gòu)處于第一狀態(tài)。圖4B提供了一種光學(xué)觸發(fā)開(kāi)關(guān)500機(jī)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(jī)構(gòu)處于第二狀態(tài)。

觸發(fā)開(kāi)關(guān)500包括光源510(如激光/LED，其發(fā)出光信號(hào)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(jī)設(shè)備530。觸發(fā)開(kāi)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(jī)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(hào)540。在圖4A的第一狀態(tài)中，光信號(hào)540從內(nèi)反射表面524反射并返回到主機(jī)設(shè)備530。在一個(gè)實(shí)施例中，該表面屏障被布置在主機(jī)設(shè)備530的邊界上或該邊界附近，如在主機(jī)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(kāi)關(guān)的第一操作狀態(tài)中，光信號(hào)540被基本或完全反射回主機(jī)設(shè)備；這被稱為“全內(nèi)反射”。在這種狀態(tài)下，光信號(hào)540向上行進(jìn)，從該表面屏障520回落，并且可以被認(rèn)為完成信號(hào)或提供一種“開(kāi)啟”開(kāi)關(guān)位置。(注意，在圖4A中，示出光信號(hào)540在由PV電池接收之前穿過(guò)透鏡。)與此相反，在圖4B中所描繪的觸發(fā)開(kāi)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(hào)540無(wú)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(hào)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(hào)540向上行進(jìn)，然后從表面屏障520散射，并且可以被認(rèn)為是提供一種“關(guān)閉”開(kāi)關(guān)位置。在一些實(shí)施例中，提供傳感器，以便建立可選擇的閾值光信號(hào)540強(qiáng)度(到，例如，所示的透鏡)，其中在上述閾值以上，開(kāi)關(guān)被認(rèn)為是“開(kāi)啟”，在上述閾值以下，開(kāi)關(guān)被認(rèn)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(shí)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(guò)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(hào)到音頻設(shè)備3000，該光信號(hào)由可包括PV電池的音頻設(shè)備太陽(yáng)能電池3120接收。PV電池可將所接收的光信號(hào)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(hào)3060進(jìn)行傳遞。轉(zhuǎn)換的電音頻設(shè)備內(nèi)部信號(hào)3060可被提供到音頻設(shè)備300的電池組用于充電。一個(gè)或多個(gè)光纖電纜2100從一個(gè)或多個(gè)充電/通信設(shè)備端口2260延伸到音頻設(shè)備3000(在一個(gè)實(shí)施例中，互連到一個(gè)或多個(gè)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(hào)的、由充電/通信設(shè)備2000發(fā)射或傳送的光信號(hào)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(hào)到音頻設(shè)備3000。也就是說(shuō)，充電/通信設(shè)備2000可以發(fā)送經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)到音頻設(shè)備3000，該光信號(hào)由音頻設(shè)備太陽(yáng)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(hào)以驅(qū)動(dòng)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(yáng)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(hào)的解調(diào)可以在音頻設(shè)備組件一3040的任何一個(gè)或其組件中發(fā)生，例如音頻設(shè)備太陽(yáng)能電池3120可解調(diào)光音頻通信信號(hào)，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(duì)傳入的或接收的光通信一3040信號(hào)執(zhí)行額外的功能或操作，如放大信號(hào)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(hào))的由充電/通信設(shè)備2000發(fā)射或傳送的光信號(hào)在圖6中被描繪為光通信一2840。

光通信一2840信號(hào)可以是雙向的，即，該信號(hào)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(gè)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(hào)的，以及音頻設(shè)備將如何解調(diào)傳入的音頻或通信信號(hào)(例如，通過(guò)太陽(yáng)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(hào))，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(yáng)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(hào)，包括如幅度調(diào)制、相位調(diào)制和/或極化調(diào)制。

在一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能電池經(jīng)由散流膜接收(在一些實(shí)施例中在穿過(guò)透鏡之后)從LED發(fā)射的激光。

光通信一2840信號(hào)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(gè)或多個(gè)LED，在該肯定的或確定的“握手”中，LED信號(hào)的接收是可用的、預(yù)期的和/或期望的。

由太陽(yáng)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(gè)實(shí)施例中，由太陽(yáng)能電池3120輸出的電功率是用USB協(xié)議。

在一個(gè)實(shí)施例中，充電/通信設(shè)備2000和音頻設(shè)備3000中的一個(gè)或兩者包括USB接口，采用USB協(xié)議、無(wú)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(biāo)準(zhǔn)USB硬件接口。

在另一個(gè)實(shí)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(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、以及智能手機(jī))接收功率。

在一個(gè)實(shí)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(kāi)的功能，如充電和光通信。

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

在一個(gè)實(shí)施例中，充電/通信設(shè)備2000對(duì)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(dú)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(gè)實(shí)施例中，充電/通信設(shè)備包括可選的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中基于所參與的音頻設(shè)備的類型建立獨(dú)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(guò)上面公開(kāi)的充電/通信設(shè)備置2000和音頻設(shè)備3000之間的查詢來(lái)提供)。此外，可以調(diào)整專門(mén)或優(yōu)化的通信協(xié)議以通過(guò)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(jī)、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(qiáng)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(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，以尤其用于光通信、音頻的充電和驅(qū)動(dòng)。

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(kāi)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(lái)布置。

在步驟3080，充電/通信設(shè)備2000進(jìn)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(duì)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(biāo)設(shè)備(例如，音頻設(shè)備3000)是否需要充電而詢問(wèn)目標(biāo)設(shè)備?？梢越?jīng)由第一光通信2840提供這種詢問(wèn)。如果詢問(wèn)的結(jié)果是“是”，則方法3000進(jìn)行至步驟3160。如果步驟3120的詢問(wèn)的結(jié)果是“否”，則方法3000進(jìn)行至步驟3240。

在步驟3160，充電/通信設(shè)備2000將光信號(hào)發(fā)送至目標(biāo)設(shè)備。例如，充電/通信設(shè)備2000通過(guò)LED發(fā)送器/接收器2500將光信號(hào)發(fā)送至音頻設(shè)備3000，該光信號(hào)由太陽(yáng)能電池3120接收并且被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(biāo)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(hào)而詢問(wèn)目標(biāo)設(shè)備。可以經(jīng)由光通信一2840提供這種詢問(wèn)。如果詢問(wèn)的結(jié)果是“是”，則方法3000進(jìn)行至步驟3280。如果步驟3240的詢問(wèn)的結(jié)果是“否”，則方法3000進(jìn)行至步驟3320。

在步驟3280，充電/通信設(shè)備2000將光音頻信號(hào)發(fā)送至目標(biāo)設(shè)備。例如，充電/通信設(shè)備2000通過(guò)LED發(fā)送器/接收器2600將光信號(hào)發(fā)送至音頻設(shè)備3000，該光信號(hào)由太陽(yáng)能電池3120接收并且被解調(diào)，其中將音頻信號(hào)提供至音頻設(shè)備3000，以便“驅(qū)動(dòng)”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(shí)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(dòng)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(guò)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(duì)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(duì)第一光進(jìn)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(guò)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(gè)實(shí)施例。大部分實(shí)施例通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)組件對(duì)一個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行光耦合，以便將更聚焦的光提供至光纖。

在圖9的實(shí)施例中，采用兩個(gè)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(duì)稱地放置兩個(gè)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(lái)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(jí)波束集中器，以將來(lái)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(qiáng)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(gè)具有較小彎曲力的大的球透鏡對(duì)光線提供朝向光纖纖芯區(qū)域的精細(xì)聚焦。兩個(gè)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(gè)球透鏡的光學(xué)材料不限于相同材料。

在圖10a的實(shí)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(méi)有耦合器400的這樣的配置稱為對(duì)接耦合布置。

注意，可以通過(guò)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(jí)的微米水平，來(lái)顯著提高LED至光纖的耦合效率。微米尺寸LED可以直接地(對(duì)接耦合)、或者通過(guò)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(gè)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(dá)到30％+。

在一些實(shí)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(jī)制可產(chǎn)生任何單色(RGB混合的)光輸出。

在圖10b的實(shí)施例中，示出光耦合設(shè)備100的橫截面視圖。在此實(shí)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(jìn)入光纖500。

在圖10c的實(shí)施例中，三(3)個(gè)LED的集合，即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，對(duì)接耦合(即，被放置為在光纖第一端510與光纖500的入口相對(duì)或相鄰)，其中從三個(gè)LED發(fā)射的光進(jìn)入光纖500，并且通過(guò)光嘴430聚焦、或轉(zhuǎn)變、或重定向。在離開(kāi)光嘴(其可以包括金屬內(nèi)表面)時(shí)，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(kuò)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(jìn)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(gè)實(shí)施例中，從紅、綠、藍(lán)的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個(gè)LED，其每一個(gè)具有紅色、黃色和藍(lán)色的發(fā)射光。

傳統(tǒng)地，LED具有非常低的耦合效率，因?yàn)閷?lái)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(lái)自LED源的光通過(guò)一些無(wú)損擴(kuò)散光學(xué)組件將是打破LED源空間模式、同時(shí)保持光照強(qiáng)度(能量)和光波長(zhǎng)(顏色譜)的方式。一個(gè)這樣的無(wú)損擴(kuò)散光學(xué)組件是積分球。

積分球是(幾乎)無(wú)損的擴(kuò)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(kuò)散的白色涂料。擴(kuò)散涂料還具有非常高的反射率(>95％～99％)。進(jìn)入積分球的光(來(lái)自LED源)將在白色擴(kuò)散球壁內(nèi)散射和反彈，直到其到達(dá)出口端口(插入的光纖)為止。此處理是(幾乎)無(wú)損的，并且顏色譜被保持。在光學(xué)透明球腔內(nèi)部，光照強(qiáng)度在每個(gè)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(kuò)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(shí)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(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)將量金屬片相組合來(lái)制成積分球，其中每個(gè)金屬片形成半球腔。一個(gè)半球具有大洞以擁有LED有源區(qū)，并且另一個(gè)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(kuò)散的白色涂料。來(lái)自LED的光進(jìn)入積分球，被擴(kuò)散并混合，然后離開(kāi)至出口端口以直接耦合到光纖中。

在一個(gè)實(shí)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(shí)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(gè)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(gè)實(shí)施例中，從紅、綠、藍(lán)的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個(gè)LED，其每一個(gè)具有紅色、黃色和藍(lán)色的發(fā)射光。

在圖11c的實(shí)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(duì)比，將三個(gè)LED的每個(gè)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(gè)實(shí)施例中，從紅、綠、藍(lán)的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個(gè)LED，其每一個(gè)具有紅色、黃色和藍(lán)色的發(fā)射光。

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

在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，當(dāng)與上述紅色/綠色/藍(lán)色LED(或彩色LED的任何集合)集成時(shí)，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(guò)電子地改變輸入彩色LED的各個(gè)強(qiáng)度，到光纖中的可變顏色輸出是可行的。

在圖11d的實(shí)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(kuò)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(shì)。

在圖11e的實(shí)施例中，積分球450是耦合器，并且三(3)個(gè)LED安裝在積分球450內(nèi)的LED架336上。三(3)個(gè)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(guò)第一球透鏡441之后被提供至光纖500。在一個(gè)實(shí)施例中，從紅、綠、藍(lán)的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個(gè)LED，其每一個(gè)具有紅色、黃色和藍(lán)色的發(fā)射光。

在一個(gè)實(shí)施例中，LED架336為透明PCB板結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)支撐桿將一個(gè)或多個(gè)LED放置在積分球的中心。該支撐桿用于對(duì)LED進(jìn)行布線并且散熱。一個(gè)或多個(gè)LED可以垂直地安裝以使LED有源區(qū)最大。

在一些實(shí)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(diǎn)。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(shí)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(shí)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(shí)施例中，在LED模塊300的一個(gè)或多個(gè)LED與光纖第一端510之間的耦合效率(如由耦合器400實(shí)現(xiàn)的)優(yōu)選地大于90％。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，耦合效率大于95％。在最優(yōu)選的實(shí)施例中，耦合效率大于97％。

在圖11f的實(shí)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(lái)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(shí)施例中，一對(duì)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(shí)施例中，將三個(gè)球透鏡的集合配置為從三個(gè)LED接收三個(gè)光發(fā)射的集合。更具體地，三(3)個(gè)LED(即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333)的每個(gè)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(jìn)入光纖510中之前，三個(gè)光發(fā)射被聚焦為一個(gè)合并耦合器輸出486。在一個(gè)實(shí)施例中，從紅、綠、藍(lán)的原色選擇第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三個(gè)LED，其每一個(gè)具有紅色、黃色和藍(lán)色的發(fā)射光。

圖13提供對(duì)例如可用于光照和顯示目的的擴(kuò)散光纖500的設(shè)計(jì)。任何以上討論的耦合設(shè)計(jì)都可以用在光纖500的成對(duì)的端處。在圖13中，當(dāng)由兩個(gè)相應(yīng)的LED模塊300的每個(gè)生成光時(shí)，兩個(gè)成對(duì)的積分球450的每個(gè)將光定向到光纖500的對(duì)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(gè)實(shí)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(gè)或多個(gè)端。過(guò)多的光照光可以反彈回以用于沿著光纖纖芯的第二擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)壁式插座、個(gè)人計(jì)算機(jī)、或膝上型計(jì)算機(jī)，并且可以是無(wú)線連接。電子器件200從使用的電源接收功率，以對(duì)LED模塊300的一個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行供電和控制等。

在一個(gè)實(shí)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(duì)一個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行供電并且提供以上討論的功能的任意集合。

在一個(gè)實(shí)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(lái)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(kāi)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(gè)或多個(gè)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(gè)或多個(gè)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(guò)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(kuò)散光纖各自的表示。在圖15A中，所有光線通過(guò)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(guò)包層中的縫隙或缺陷出去。原則上，本公開(kāi)涉及從與圖15B的方向相反的方向上行進(jìn)或傳播的光，即，通過(guò)包層中的縫隙或缺陷進(jìn)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(shí)施例。

通常，光纖傳感器系統(tǒng)100包括光源200、擴(kuò)散光纖300、部署在光纖300的每端的一對(duì)光檢測(cè)器400、以及信號(hào)處理器/控制器500。光源200發(fā)射光源光210(L)，其通過(guò)光纖外表面304中的縫隙或缺陷影響擴(kuò)散光纖300、或由擴(kuò)散光纖300接收(在圖16中，在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)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(jìn)入光纖300。常見(jiàn)地，大部分從光源發(fā)射的光以相對(duì)于光纖的法向入射角(即，與光纖角的縱軸成直角地)進(jìn)入擴(kuò)散光纖(例如，如由圖17中在FEX進(jìn)入光纖的光源光210所示的)。

擴(kuò)散光纖300可以從多于一個(gè)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(hào)/能量。擴(kuò)散光纖300通過(guò)表面缺陷(稱為“光源光纖進(jìn)入點(diǎn)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(jìn)入并行進(jìn)至光纖300的每端。擴(kuò)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(duì)光檢測(cè)器400部署在光纖第一端310和光纖第二端320的每個(gè)處；該對(duì)光檢測(cè)器400的每個(gè)測(cè)量或檢測(cè)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(jìn)入點(diǎn)X軸FEX到達(dá)光纖300并進(jìn)入光纖。在FEX如此進(jìn)入的光在每個(gè)(相反)方向上沿著光纖300行進(jìn)或傳播，從而最終到達(dá)光纖第一端310和光纖第二端320的每個(gè)。光源光210從FEX行進(jìn)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(jì)LSXD(或FEX)，由光檢測(cè)器400獲得在第一和第二端310、320的每個(gè)處接收的功率的測(cè)量值。部署在光纖第一端310和光纖第二端320的光檢測(cè)器400的每個(gè)分別測(cè)量檢測(cè)光功率DX₁和檢測(cè)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(zhǎng)度FX＝(LX₁)+(LX₂)。因此，可以對(duì)LX₁和LX₂的每個(gè)、以及因此位置FEX，求解這兩個(gè)等式。DX₁和DX₂的一個(gè)或多個(gè)的值(單獨(dú)地、求和地、或者作為比)可以用于計(jì)算LSXD。例如，LSXD可以與在光纖第一和第二端的每個(gè)接收的總功率相關(guān)。可以通過(guò)對(duì)于給定FEX校準(zhǔn)已知光源和已知距離LSXD，來(lái)確定這樣的相關(guān)性。通過(guò)處理器/控制器500執(zhí)行以上計(jì)算。

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

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

對(duì)于給定光纖FX、FY和FC，每對(duì)光功率測(cè)量值然后被用于確定相應(yīng)位置FEX、FEY和FEZ，如上對(duì)于圖16和圖17的一個(gè)軸的光纖實(shí)施例所述的。類似地，如上關(guān)于圖16和圖17的單個(gè)光纖配置所述的，在給定光檢測(cè)器測(cè)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(hào)處理器/控制器500執(zhí)行上述計(jì)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(kāi)始并且在步驟532結(jié)束。

在步驟508，將光纖置于用于檢測(cè)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(guò)外部結(jié)構(gòu)安裝。在步驟512，校準(zhǔn)光纖。校準(zhǔn)包括幾何校準(zhǔn)(諸如光纖的總長(zhǎng)度的測(cè)量)、對(duì)部署在光纖的每端的成對(duì)的光檢測(cè)器的每個(gè)的校準(zhǔn)、以及對(duì)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(jiàn)光波段光源、IR源等)的測(cè)量的光檢測(cè)器光功率的校準(zhǔn)。

在步驟516，由擴(kuò)散光纖以第一軸向距離接收光。所接收的光通過(guò)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(duì)的光檢測(cè)器的每個(gè)測(cè)量檢測(cè)的光功率。在步驟524，將該對(duì)光檢測(cè)器測(cè)量值與校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(諸如光纖的總長(zhǎng)度)進(jìn)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(shí)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(cè)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(gè)或多個(gè)外部設(shè)備進(jìn)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(hào)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(hào)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(cè)器270的激光/LED二極管信號(hào)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(jìn)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(gè)或兩個(gè)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(gè)或多個(gè)。

發(fā)射器200從一個(gè)或多個(gè)外部源(諸如，標(biāo)準(zhǔn)的墻式插座、個(gè)人計(jì)算機(jī)或膝上型計(jì)算機(jī)，并且可以是無(wú)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(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路和/或控制器來(lái)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(shí)，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(jìn)行接收。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)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(jì)算機(jī))給定輸入的情況下，向激光器230進(jìn)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(lái)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(gè)其中設(shè)備100未被配置以執(zhí)行光通信的實(shí)施例中，調(diào)制器模塊250不是設(shè)備100的組件。

光子檢測(cè)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(hào)372。光子檢測(cè)器270與功率管理模塊240進(jìn)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(hào)372的信號(hào)。在一個(gè)實(shí)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(cè)器270接收到激光/LED二極管信號(hào)372已經(jīng)肯定被接收的信號(hào)時(shí)，才操作激光器230(也就是說(shuō)，向激光器230發(fā)送信號(hào)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(gè)實(shí)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(yáng)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(cè)器270的激光/LED二極管信號(hào)372。激光/LED二極管信號(hào)372運(yùn)作以建立發(fā)射器220與接收器300之間的通信，并且還運(yùn)作為如以上所討論的安全設(shè)備(也就是說(shuō)，用于激活或不激活激光器230)。在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(gè)實(shí)施例中，由接收器300輸出的電功率是USB協(xié)議類型。

在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器USB接口212和適配器USB接口522中的一個(gè)或兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)USB硬件接口。

在一個(gè)實(shí)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(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備。

在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備100的各元件之間的一個(gè)或多個(gè)互連包括無(wú)線USB。

在另一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備100單獨(dú)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(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī))所提供的功率被提供給第二外部設(shè)備(例如，膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī))。

在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備100單獨(dú)地執(zhí)行第一外部設(shè)備(例如，膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī))與第二外部設(shè)備(例如，膝上型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、智能手機(jī))之間的光學(xué)(即，基于激光的)通信。

在一個(gè)實(shí)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(kāi)的功能的任何集合，諸如充電和光通信。

在一個(gè)實(shí)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(kāi)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(shí)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(jìn)行通信。外部設(shè)備/設(shè)備功率通信484可以包括開(kāi)/關(guān)接收或未接收信號(hào)以及功率調(diào)制信號(hào)，后者在一些實(shí)施例中由功率管理模塊240進(jìn)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(hào)的查詢。更具體地，發(fā)射器200的光子檢測(cè)器270在與功率管理模塊240通信時(shí)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(hào)372的信號(hào)。如果查詢的結(jié)果為“是”或肯定的，則該信號(hào)已經(jīng)被接收，并且方法600前進(jìn)到步驟616。如果查詢的結(jié)果為“否”或否定的，則該信號(hào)沒(méi)有被接收，并且方法600前進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hào)的查詢。更具體地，發(fā)射器200的光子檢測(cè)器270在與功率管理模塊240通信時(shí)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(hào)372的信號(hào)。如果查詢的結(jié)果為“是”或肯定的，則該信號(hào)繼續(xù)被接收，并且方法600前進(jìn)到步驟620。如果查詢的結(jié)果為“否”或否定的，則該信號(hào)已停止被接收，并且方法600前進(jìn)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(jìn)到步驟632，其中方法600結(jié)束。

在詳細(xì)描述中，列出許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)所公開(kāi)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(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本技術(shù)。在其它實(shí)例中，公知的方法、例程、組件和電路未被詳細(xì)描述，以便不模糊本發(fā)明。

雖然實(shí)施例并不局限于這個(gè)方面，使用諸如例如“處理”、“計(jì)算”、“估算”、“確定”、“建立”、“分析”、“檢查”等之類的術(shù)語(yǔ)的討論可以指代計(jì)算機(jī)、計(jì)算平臺(tái)、計(jì)算系統(tǒng)、通信系統(tǒng)或子系統(tǒng)或其它電子計(jì)算設(shè)備的操作和/或過(guò)程，所述操作和/或過(guò)程將在計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)器或者能夠存儲(chǔ)指令以執(zhí)行操作和/或過(guò)程的其它信息存儲(chǔ)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(shí)施例并不局限于這個(gè)方面，如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“多”和“多個(gè)”例如包括“復(fù)數(shù)個(gè)”或“兩個(gè)或更多個(gè)”?？梢栽谡麄€(gè)說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“多”或“多個(gè)”以描述兩個(gè)或更多個(gè)組件、設(shè)備、元件、單元、參數(shù)、電路等。例如，“多個(gè)站”可以包括兩個(gè)或更多個(gè)站。

列出在整個(gè)文件中所使用的一些詞語(yǔ)和短語(yǔ)的定義可能是有利的：術(shù)語(yǔ)“包含”和“包括”及其衍生物，是指沒(méi)有限制的包含；術(shù)語(yǔ)“或”是包含性的，是指和/或；短語(yǔ)“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(cuò)、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(yǔ)“控制器”是指控制至少一個(gè)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(gè)的一些組合來(lái)實(shí)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(wú)論是本地還是遠(yuǎn)程。在整個(gè)文件中提供了對(duì)于一些詞語(yǔ)和短語(yǔ)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(shí)例中(如果不是大多數(shù)實(shí)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(yǔ)和短語(yǔ)的未來(lái)使用。

將關(guān)于通信系統(tǒng)以及用于在諸如無(wú)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(lái)描述示例性實(shí)施例。這樣的示例是家庭網(wǎng)絡(luò)或接入網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，在一般情況下，本文所公開(kāi)的系統(tǒng)、方法和技術(shù)對(duì)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(xì)節(jié)以便提供對(duì)本技術(shù)的透徹理解。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，可以以除了本文所闡述的具體細(xì)節(jié)以外的各種方式來(lái)實(shí)踐本公開(kāi)。

此外，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)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(wú)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(dá)數(shù)據(jù)的任何其它已知的或以后開(kāi)發(fā)的元件。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)模塊，可以指代任何已知的或以后開(kāi)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(yǔ)確定、估算和計(jì)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(guò)程、技術(shù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算或協(xié)議。

此外，雖然本文所描述的一些示例性實(shí)施例針對(duì)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(kāi)意圖在同一收發(fā)器和/或另一收發(fā)器中均分別包括對(duì)應(yīng)且互補(bǔ)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(jìn)行討論，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)的是，在沒(méi)有重大影響實(shí)施例的操作的情況下，可能會(huì)發(fā)生對(duì)該序列的改變。另外，如在示例性實(shí)施例中所闡述的，事件的準(zhǔn)確序列不一定會(huì)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(shí)施例，而是還可以與其它示例性實(shí)施例一起利用，并且每個(gè)所描述的特征是可以單獨(dú)地且分開(kāi)地要求保護(hù)的。

此外，可以實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)、方法和協(xié)議來(lái)改善專用計(jì)算機(jī)、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(hào)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(gè)或多個(gè)。一般地，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)機(jī)進(jìn)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(kāi)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(jì)算的600和615、具有64位架構(gòu)的A7處理器、M7運(yùn)動(dòng)協(xié)處理器、系列、英酷睿^TM處理器家族、至強(qiáng)^TM處理器家族、凌動(dòng)^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(chē)信息娛樂(lè)處理器、OMAP^TM汽車(chē)級(jí)移動(dòng)處理器、Cortex^TM-M處理器、Cortex-A和ARM926EJ-S^TM處理器、空軍BCM4704/BCM4703無(wú)線網(wǎng)絡(luò)處理器、AR7100無(wú)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(gè)，并且可以執(zhí)行使用任何已知的或未來(lái)開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)、指令集、庫(kù)和/或架構(gòu)的計(jì)算功能。

此外，可以在提供能夠在各種計(jì)算機(jī)或工作站平臺(tái)上使用的可移植源代碼的使用對(duì)象的軟件或面向?qū)ο筌浖_(kāi)發(fā)環(huán)境中容易地實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的方法?？商娲兀梢栽谑褂脴?biāo)準(zhǔn)邏輯電路或VLSI設(shè)計(jì)的硬件中部分地或完全地實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的系統(tǒng)。使用軟件還是硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)?？梢愿鶕?jù)本文所提供的功能描述以及計(jì)算機(jī)和電信領(lǐng)域的一般基本知識(shí)、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(kāi)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(lái)容易地實(shí)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(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的軟件和/固件來(lái)容易地實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)的方法，以改善具有控制器和存儲(chǔ)器的協(xié)作的編程通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、微處理器等的性能。在這些實(shí)例中，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和方法作為嵌入在個(gè)人計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)。

還可以或可替代地以軟件和/或固件來(lái)完全地或部分地實(shí)現(xiàn)各種實(shí)施例。該軟件和/或固件可以采取被包含在非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中或上的指令的形式。隨后可以由一個(gè)或多個(gè)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(dòng)態(tài)代碼等。這種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括用于以一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的形式存儲(chǔ)信息的任何有形非臨時(shí)性介質(zhì)，諸如但不限于只讀存儲(chǔ)器(ROM)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；磁盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)；光存儲(chǔ)介質(zhì)；閃速存儲(chǔ)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(shí)施例已經(jīng)結(jié)合多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，顯而易見(jiàn)的是，許多替換、修改和變化對(duì)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(kāi)旨在包含在本公開(kāi)的精神和范圍內(nèi)的所有這些替換、修改、等同物和變型。