CN106357347B - 光通信、音频传输和充电系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于与设备的远程交互的技术，诸如充电、通信和用户交互。具体地，提出了通过光伏(PV)电池、红外线(IR)照射、音频信号、以及诸如激光LED之类的LED来提供设备的诸如远程充电之类的充电来对诸如手表、珠宝、汽车面板、耳机和电话之类的设备进行充电的系统和方法。此外，提供了用于充电以及与诸如耳机之类的电子设备进行通信的技术。具体地，公开了通过光伏(PV)电池、红外线(IR)照射、音频信号、以及诸如激光LED之类的LED提供对音频设备的充电以及与音频设备的通信的系统和方法。此外，提供了用于光纤光感测和通信技术。具体地，公开了提供漫射光纤传感器和通信设备及其使用方法的系统和方法。

Description

光通信、音频传输和充电系统

相关申请的交叉引用

本申请在35U.S.C.§119(e)下要求如下申请的权益和优先权，即，2015年7月15日提交的题为“Remote Device Charging”、序列号为62/193,037的美国临时申请，2015年8月26日提交的题为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,OpticalSignal Transceiver,Proximity Sensor”、序列号为62/210,303的美国临时申请，2015年9月1日提交的题为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,OpticalSignal Transceiver,Proximity Sensor”、序列号为62/212,844的美国临时申请，2015年9月4日提交的题为“LaserCharging and Optical Bi-Directional Communications UsingStandard USB Terminals”、序列号为62/214,362的美国临时申请，2015年9月10日提交的题为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors,Optical SignalTransceiver,Proximity Sensor”、序列号为62/216,861的美国临时申请，2015年7月22日提交的题为“Remote Device Charging”、序列号为62/195,726的美国临时申请，以及2015年7月27日提交的题为“Device Communication,Charging and User Interaction”、序列号为62/197,321的美国临时申请。

本申请还与如下申请相关，即，2015年11月10日提交的题为“Laser and OpticalCharging and Communications Device and Method of Use”、序列号为14/937,553的美国专利申请，2015年11月16日提交的题为“LED and Laser Light Coupling Device andMethod of Use”、序列号为14/942,210的美国专利申请，以及2016年4月20日提交的题为“Optical Communication and Charging Device and Method of Use”、序列号为15/134,084的美国专利申请，针对其所有教导和所有目的，其全部公开在此通过整体引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及设备的远程充电，例如通过光伏(PV)电池、红外(IR)照明、音频信号和诸如激光LED之类的LED进行远程充电，以对诸如手表、珠宝、汽车面板、耳机和电话之类的设备进行充电，并且涉及音频传输和充电，例如对音频设备进行光充电以及利用音频设备进行光传输。本公开还总体涉及光耦合，例如将从发光二极管(LED)发出的光与通过光纤所接收的光进行耦合的系统和方法。本公开还总体涉及光耦合，例如将从发光二极管(LED)发出的光与通过光纤所接收的光进行耦合的系统和方法，并且涉及光纤，例如扩散光纤传感器和通信设备以及使用方法。另外本公开总体涉及对电子设备的充电以及利用电子设备的光通信，例如通过激光或光学部件提供充电以及提供光通信的系统和方法。

背景技术

电子设备要求定期充电。对电子设备(例如手表和珠宝)进行充电的现有手段要求接触的(即物理的)解决方案用以充电，例如通过USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、电线等。目前不存在以非接触的(例如无线的)方式提供充电的解决方案。允许非物理连接的解决方案能够使充电无需与设备进行物理连接以及其它交互，例如软件更新和配置更新。通过本公开的各方面、实施例和/或配置来提出这些以及其它需求。

将从LED或其它的很大程度上不相干的来源所发出的光耦合到光纤的现有系统具有较低的耦合效率。这种相当大数值孔径的光源的典型的耦合效率远低于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而不是激光作为光纤光源是有利的，这是因为通常操作和维护LED的成本更低。然而，已经限制了使用LED作为光纤中的光源，这是因为前述的耦合效率。因此，需要将从LED发出的光与通过光纤所接收的光进行耦合的系统和方法。本公开解决了这些需求。

传统地采用光纤来沿着或在光纤端部之间引导以及传导光波。常见的实现方式包含利用诸如LED或激光二极管的光源来装配或耦合光纤的一端或两端。传统的光纤(又叫做“正常”光纤)，通常通过利用包层包住电介质材料的圆柱形芯，来将光源的光子保持在光纤中。由于芯的折射率大于包层的折射率，因而光子保留在光纤中。

相比之下，扩散光纤能够使一些光子通过包层中刻意的缺陷来逃逸出光纤芯。当光纤的一端或两端装配有光源时，光纤则可以作用细线光源。可以通过若干手段中的任意手段来形成包层缺陷，例如通过光纤表面的表面缺陷或者光纤的材料缺陷(例如由CorningFibrance产品所提供的)。随着渐增的缺陷的随机性和数量，照明模式变得均匀全方位的。

除了光逃逸出或离开扩散光纤之外，扩散光纤的一个被忽视但却重要的特征是外部光进入扩散光纤(借助于前述缺陷)的能力。通过光路可逆原理来提供这样的推论。如果特定的扩散光纤产生了均匀全方位的照明，则相同的扩散光纤也会通过光纤表面(例如借助于包层中的缺陷)从周围或外部环境全方位地将光信号、能量或光子接收到该扩散光纤中。认识到这一发现之后，可以将扩散光纤(又叫做光波导或光纤波导)用作全方位周围/外部光传感器。在这样的配置中，可以将光探测器放置于光纤端部以检测来自周围环境的光信号和/或能量。接收到的光能量或信号可以是包括可见光和红外线的任意光波段；IR感应可以尤其适于感应火焰。

对电子设备进行充电的现有设备和方法通常体积庞大，具有相对较慢的速度或带宽，并且与标准协议或硬件接口不兼容。因此，需要与现有USB、微型USB、迷你USB标准以及硬件接口兼容的、相对高速和高带宽的设备和使用方法。本公开解决了这些需求。

借助于提供额外的背景、上下文，以及为了进一步满足35U.S.C.§112的书面描述要求，以下参考文献通过整体引用并入本文：美国专利公开号2013/0314028(Tseng)、2002/0186921(Schumacher)、2014/0132201(Tsang)和2007/0031089(Tessnow)；美国专利号7,621,677(Yang)和6,272,269(Naum)；以及在“International Lighting in ControlledEnvironments Workshop”(Tibbitts主编，NASA-CP-95-3309(1994))中发现的Kozai的“Useof Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting”。

发明内容

本公开提供了用于与设备进行远程交互的技术，例如提供了充电、通信和用户交互等。具体而言，介绍了对设备提供充电的系统和方法，例如，通过光伏(PV)电池、红外(IR)照明、音频信号和诸如激光LED之类的LED进行远程充电，以对诸如手表、珠宝、汽车面板、耳机和电话之类的设备进行充电。

在一个实施例中，公开了一种光通信和充电系统，该系统包括：发射器/充电器，其被配置为从外部源接收第一通信信号和功率信号，该发射器/充电器包括被配置为发送该第一通信信号和功率信号的光源；透镜，其被配置为接收该第一通信信号和功率信号；目标设备，其包括电池组和与该电池组进行通信的PV电池，该目标设备被配置为接收该第一通信信号和功率信号，该目标设备被配置为向该发射器/充电器发送第二通信信号；其中，由该目标设备所接收的功率信号使得PV电池能够对该电池组进行充电。

在另一实施例中，公开了一种光通信和充电的方法，该方法包括：提供光通信和充电系统，其包括：发射器/充电器，其被配置为从外部源接收第一通信信号和功率信号，该发射器/充电器包括被配置为发送该第一通信信号和功率信号的光源；透镜，其被配置为接收该第一通信信号和功率信号；目标设备，其包括电池组和与该电池组进行通信的PV电池，该目标设备被配置为接收该第一通信信号和功率信号，该目标设备被配置为向该发射器/充电器发送第二通信信号；将该发射器/充电器充电设备与外部源进行接合；从该外部源第一通信信号和功率信号中的至少一个提供给该发射器/充电器；从该发射器/充电器向目标设备发送第一通信信号和功率信号中的至少一个；确定该第一通信信号和功率信号中的至少一个是否包括功率信号；其中，在该第一通信信号和功率信号中的至少一个包括功率信号时，该PV电池接收该功率信号，并且该电池组被充电。

在另一实施例中，公开了一种光学激活的开关设备，该设备包括：光源，其被配置为布置在电子设备内，该光源被配置为发出光信号；以及表面阻挡部件，其被配置为布置在该电子设备的表面上，并且其被配置为接收该光信号，该表面阻挡部件具有内部反射表面和外部表面；其中，该内部反射表面在没有外部源接触该外部表面时反射该光信号以提供第一开关状态，并且在外部源接触该外部表面时提供第二开关状态。

在另一实施例中，该设备、系统和/或方法包括以下特征：该光源是激光/LED二极管；经由USB连接器和无线连接器中的至少一个接收由该发射器/充电器所接收的功率；该发射器/充电器和该透镜是共同外壳结构的组件；该共同外壳结构还包括光子检测器，其被配置为接收该第二通信信号；该目标设备向该光子检测器输出该第二通信信号；调制器，其被配置为管理该第一和第二通信信号；该第一通信信号包括能够使该目标设备的软件更新的数据；以及该目标设备和发射器/充电器的共同外壳结构不进行物理通信，并且该光源无线地发射该第一通信信号和功率信号。

在其它实施例中，公开了一种音频传输和充电的系统和方法，例如对音频设备进行光充电和利用音频设备进行光通信。具体地，介绍了对设备提供充电的系统和方法，例如，通过光伏(PV)电池、红外(IR)照明、音频信号和诸如激光LED之类的LED对诸如耳机之类的设备进行充电。

在一个实施例中，公开了一种音频传输和充电系统，该系统包括：发射器/充电器，其被配置为通过光源发送光信号；以及音频设备，其包括电池组以及与该电池组进行通信的PV电池，该PV电池被配置为接收该光信号；其中，该PV电池将所接收的光信号转换为电功率，其中该电功率被提供给该电池组，其中该电池组被充电。

在另一实施例中，一种音频通信和充电的方法，该方法包括：提供音频传输和充电系统，其包括：发射器/充电器，其被配置为通过光源发送光信号；音频设备，其包括电池组以及与该电池组进行通信的PV电池，该PV电池被配置为接收该光信号；以及在该发射器/充电器与该音频设备之间互连的至少一个光纤电缆；借助于该至少一个光纤电缆从该发射器/充电器向该音频设备发送该光信号；通过该音频设备接收该光信号；确定该音频设备是否要求充电，其中如果该音频设备要求充电，则将该光信号转换为电信号，该电信号被提供给该电池组，其中该电池组被充电。

在另一实施例中，公开了一种音频光传输和光充电设备，该设备包括：光学发射器/充电器，其被配置为通过LED光源发射第一光信号，该第一光信号包括经调制的第一通信信号；音频设备，其包括电池组合与该电池组进行通信的PV电池，该PV电池被配置为接收该光信号，该PV电池还被配置为对该经调制的第一通信信号进行解调；以及至少一个光纤电缆，该至少一个光纤电缆被互连到该发射器/充电器以及该音频设备，该至少一个光纤电缆承载由该发射器/充电器向该音频设备发送的该第一光信号；其中，该PV电池将所接收的光信号的至少一部分转换为电功率，其中该电功率被提供给该电池组，其中该电池组被充电。

在另一实施例中，该设备、系统和/或方法包括其中该光源是激光/LED二极管；该光信号包括第一经调制的通信信号；其中该第一经调制的通信信号是音频信号；其中该音频信号还包括透镜，其被配置为接收该光信号并将该光信号转移给该PV电池；还包括至少一个光纤电缆，该至少一个光纤电缆承载由该发射器/充电器向该音频设备发送的光信号；其中该音频设备还被配置为提供该至少一个光纤电缆向该发射器/充电器发送第二经调制的通信信号；其中该音频信号包括能够使该音频设备的软件更新的数据；其中该发射器/充电器还包括微处理器/控制器，其被配置为管理该第一和第二经调制的通信信号；以及其中该音频设备还包括解调器，以对该经调制的第一通信信号进行解调。

在一个实施例中，公开了一种LED和光耦合设备，该设备包括：至少一个LED，其被配置为接收功率和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；与该至少一个LED进行光通信的光耦合器，该光耦合器接收该第一光并发出第二光；以及光纤，其包括接受角，该光纤与该光耦合器进行光通信；其中该光耦合器将具有第一数值孔径的第一光改变为具有小于该第一数值孔径的第二数值孔径的第二光。

在另一实施例中，公开了一种LED光耦合的方法，该方法包括：提供LED光耦合设备，其包括：i)至少一个LED，其被配置为接收功率和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；ii)与该至少一个LED进行光通信的光耦合器，该光耦合器接收该第一光并发出第二光；以及iii)以及光纤，其包括接受角，该光纤与该光耦合器进行光通信；将该LED光耦合设备与电源进行接合；从该电源向该至少一个LED供电；激活该至少一个LED；向该光耦合器发出该第一光；在该光耦合器中改变该第一光，其中将具有第一数值孔径的第一光改变为具有小于该第一数值孔径的第二数值孔径的第二光；以及提供具有该第二光的光纤。

在另一实施例中，公开了一种LED光纤设备，该设备包括：至少一个LED，其被配置为接收功率和控制信号，该至少一个LED发出具有第一发射圆锥的第一光；与该至少一个LED进行光通信的光耦合器，该光耦合器接收该第一光并发出第二光；以及包括接受角的光纤，该光纤与该光耦合器进行光通信；其中该光耦合器将具有第一发射圆锥的第一光改变为具有小于该第一发射圆锥的第二发射圆锥的第二光；其中该第一光和该第二光之间的耦合效率至少为95％。

在一些可选的实施例中，该设备和/或使用方法还包括：对该至少一个LED进行控制的电子驱动器；其中对该至少一个LED进行的控制包括功率调制；其中该至少一个LED是表面发光LED；其中该至少一个LED是三表面发光LED；其中该第二光通过该光纤在该光纤的接受角内被接收；其中该光耦合器包括光学积分球体；其中该光耦合器包括球型透镜；其中该光耦合器是光学球体并且该三表面发光LED被安置在关于该光学球体的赤道周长的0度、90度和180度子午线上；其中该第一光和该第二光之间的耦合效率至少为95％。

在一个实施例中，公开了一种光纤传感器系统，该系统包括：光纤，其包括第一端、第二端和在该第一端和该第二端之间形成孔径的外部表面，该光纤被配置为沿着该外部表面在第一轴向距离通过该外部表面从外部光源接收外部光；第一检测器，其被安置在该第一端并被配置为测量第一外部光的功率；第二检测器，其被安置在该第二端并被配置为测量第二外部光的功率；以及处理器，其被配置为将该第一和第二外部光的功率测量进行比较并确定该第一轴向距离。

在另一实施例中，公开了一种光源的光纤传感的方法，该方法包括：提供光纤传感器系统，其包括：光纤，其包括第一端、第二端和在该第一端和该第二端之间形成孔径的外部表面，该光纤被配置为沿着该外部表面在第一轴向距离通过该外部表面从外部光源接收外部光；第一检测器，其被安置在该第一端；第二检测器，其被安置在该第二端；以及处理器；沿着该外部表面在第一轴向距离通过该外部表面接收该外部光；通过该第一检测器测量第一外部光的功率；通过该第二检测器测量第二外部光的功率；通过该处理器将该第一和第二外部光的功率测量进行比较；以及通过由外部光功率测量比较使能的该处理器确定该第一轴向距离。

在一些可选的实施例中，该设备和/或使用方法还包括：该光纤是扩散光纤；该光纤形成圆轴横截面；其中该第一端是该光纤的第一终点而该第二端是该光纤的第二终点；其中该光纤是圆轴横截面的均匀光纤；第二光纤，其被配置为沿着第二外部表面在第二轴向距离通过第二外部表面接收外部光，一对检测器被安置在该第二光纤的相对的终点，该对检测器中的每个被配置为测量外部光的功率，该处理器还被配置为将该对检测器的外部光功率测量进行比较，以确定该第二轴向距离；其中该第一光纤和该第二光纤中的每个都形成纵向直线结构，并被安置为彼此正交，其中该外部光源的二维位置可以由该处理器确定；第三光纤，其被配置为沿着第三外部表面在第三轴向距离通过第三外部表面接收外部光，一对检测器被安置在该第三光纤的相对的终点，该对检测器中的每个被配置为测量外部光的功率，该处理器还被配置为将该对检测器的外部光功率测量进行比较，以确定该第三轴向距离；其中该第三光纤形成纵向直线结构，其被安置为与该第一和第二光纤中的每个正交，其中该外部光源的三维位置可以由该处理器确定；以及一对收发器，其被配置为从该外部光源接收光信号并将该光信号发射到该外部光源。

在一个实施例中，公开了一种充电和通信设备，该设备包括：发射器，其被配置为从外部光源接收电源，该发射器包括电源模块、电源充电激光和扩散薄膜；以及接收器，其被配置为与该发射器互连，该接收器包括PV电池；其中该电源模块控制该激光；其中该电源充电激光发出由该扩散薄膜扩散并被该PV电池接收的激光光线；其中该接收器输出设备电源输出。

在另一实施例中，公开了一种充电方法，该方法包括：提供充电设备，其包括：i)发射器，其被配置为从外部光源接收电源，该发射器包括电源模块、激光、扩散薄膜和光子检测器，以及ii)接收器，其被配置为与该发射器互连，该接收器包括PV电池和激光/LED二极管，其中该光子检测器被配置为从该激光/LED二极管接收信号；将该充电设备与外部电源进行接合；从该外部电源向该充电设备供电；在接收到激光/LED二极管信号后，激活该激光；其中该激光发出由该扩散薄膜扩散并被该PV电池接收的激光光线；以及从该接收器输出设备电源输出。

在另一实施例中，公开了一种充电和通信系统，该系统包括：发射器，其被配置为从外部光源接收电源，该发射器包括电源模块、电源充电激光和扩散薄膜；以及接收器，其被配置为与该发射器互连，该接收器包括PV电池；其中该电源模块控制该激光；其中该电源充电激光发出由该扩散薄膜扩散并被该PV电池接收的激光光线；其中该接收器输出设备电源输出；其中该收发器还包括激光/LED二极管并且该发射器还包括光子检测器，其被配置为从该激光/LED二极管接收信号，其中该接收器仅在该光子检测器接收到该激光/LED二极管信号时输出设备电源。

附图说明

为了更为完整地理解本公开及其优点，现结合附图参考以下描述，在附图中相同的参考标号代表相同的部分：

图1A提供了充电和光通信系统的一个实施例的代表；

图1B提供了图1A的充电和光通信系统的一个实施例的框图；

图1C是充电和光通信系统的另一实施例的代表；

图2提供了使用图1A-B的充电和光通信系统的方法的流程图；

图3提供了充电和光通信系统的另一实施例的代表；

图4A提供了光触发机制的代表，其中该触发机制处于第一状态；

图4B提供了光触发机制的代表，其中该触发机制处于第二状态；

图5提供了音频传输和充电系统的一个实施例的代表；

图6提供了图5的音频传输和充电系统的实施例的框图；

图7提供了使用图5和6的音频传输和充电系统的方法的流程图；

图8提供了的光耦合系统的实施例的框图；

图9提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的一个实施例的代表；

图10A提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图10B提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图10C提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11A提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11B提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11C提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11D提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11E提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11F提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图11G提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图12提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图13提供了图8的光耦合系统的LED/耦合器/光纤组件的另一实施例的代表；

图14提供了使用图8的光耦合系统的方法的流程图；

图15(a)提供了现有技术的一般的光纤的代表；

图15(b)提供了现有技术的扩散光纤的代表；

图16提供了光纤传感器系统的一个实施例的代表；

图17提供了图16的光纤传感器系统的进一步的细节；

图18提供了光纤传感器系统的另一实施例的代表；

图19提供了使用图16的光纤传感器系统的方法的流程图；

图20提供了充电和光通信系统的一个实施例的代表；

图21A提供了图20的充电和光通信系统的实施例的框图；

图21B提供了充电和光通信系统的另一实施例的框图；

图22提供了使用图20的充电和光通信系统的方法的流程图；

应该理解，附图并不一定是按照比例的。在某些情况下，可能省略了对于本发明的理解是不必要的或者使得其它细节难以理解的细节。当然应该理解，本发明并不一定局限于在此举例说明的具体实施例。

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述许多具体细节以提供对所公开的技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，本实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以便不模糊本发明。

尽管实施例不局限于这个方面，使用诸如，例如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的讨论可以指将在计算机的寄存器和/或存储器内表示为物理(例如，电子)量的数据操纵和/或转换成在计算机的寄存器和/或存储器或可存储指令以执行操作和/或处理的其它信息存储介质内的类似地表示为物理量的其他数据的计算机、计算平台、计算系统、通信系统或子系统、或其它电子计算设备的(多个)操作和/或(多个)处理。

尽管实施例不局限于这个方面，这里所使用的术语“多”、“多个”可以包括，例如，“若干”或“两个或更多”。术语“多”或“多个”可以在整个说明书中用来描述两个或更多组件、设备、元件、单元、参数、电路等。

术语“PV”是指光伏，并且通常是指将光或太阳能转换成电能的部件或方法。

术语“PV阵列”是指在光伏电池或模块组合件。

术语“USB”是指通用串行总线并且是指硬件，如电缆和连接器，以及在用于连接、通信和/或电力传递的总线中使用的通信协议。

术语“USB协议”是指USB通信协议。

术语“USB连接器”或“USB硬件连接器”是指物理USB连接器。

术语“无线USB”是指采用USB协议的无线通信。

术语“调制”是指使用包含要传送的信息的调制信号改变波形或载波信号的属性的处理。

术语“解调”是指从已调制波形或载波信号提取原始信息承载信号的处理。

术语“调制器”是指执行调制的设备。

术语“解调器”是指执行解调的设备。

术语“LED”指的是发光二极管，并且是指将电流转换成光的半导体，并且包括所有可用的LED类型，如表面发射LED和边缘发射LED。

术语“光耦合”指的是将光提供或供应到或进入纤维。

术语“波导”指的是引导光的波的结构。

术语“光导纤维”或“光纤”指的是通过拉伸玻璃/二氧化硅或塑料制成的柔性的、透明的纤维。

在进行下面实施例的描述之前，阐述在整个文件中使用的某些词和短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及它们的衍生物，指的是没有限制的包括；术语“或”是包含的，指的是和/或；短语“有关联”和“与其相关联”以及其衍生物，可以指包括、被包括在内、与......互连、相互连接、包含、被包含在内、连接到或与……连接、耦合到或与……耦合、可与……通信、与……协作、交错、并列、接近、被绑定到或与……绑定、具有、等等；术语“控制器”指的是控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以以硬件、电路、固件或软件、或相同的至少两个的组合来实现。应当注意，与任何特定控制器有关的功能可以是集中式或分布式的，无论本地还是远程。在整个文件中提供了某些词和短语的定义，本领域普通技术人员应当理解，在许多(如果不是大多数)的情况下，这样的定义适用于这样定义的词和短语的现有以及将来使用。

为了说明的目的，阐述了许多细节，以便提供对本技术的透彻理解。然而，应当理解，本公开内容可以以这里阐述的具体细节以外的多种方式来实施。此外，虽然这里所示的示例性实施例示出系统的各种组件是并置的，但是应当理解，该系统的各种组件可以位于分布式网络(诸如通信网络、节点和/或因特网)的远离部分，或者位于专用的安全的、不安全的和/或加密系统内、和/或在网络操作内或在位于网络内部或外部的管理设备内。作为示例，无线设备还可以被用于指代管理和/或配置或与网络或通信环境的任何一个或多个方面和/或本文描述的(多个)收发器和/或基站和/或(多个)接入点进行通信的任何设备、系统或模块。

因此，应该理解的是，系统的组件可组合成一个或多个设备、或在设备之间分离。

此外，应当理解的是，各种链接，包括连接元件的(多个)通信信道，可以是有线或无线链路或它们的任何组合，或是能够供给和/或通信数据到所连接的元件以及从所连接的元件供给和/或通信数据的任何其它已知或以后开发的(多个)元件。本文所使用的术语模块可以指能够执行与该元件相关联的功能的任何已知的或以后开发的硬件、电路、线路软件、固件、或其组合。本文所使用的术语确定、估算、计算及其变型，可互换使用，并且包括任何类型的方法、处理、技术、数学运算或者协议。

关注图1-4，描绘充电和光通信系统100的实施例。

一般地，在一个实施例中，描述充电器和组件之间的双向光通信和配置。在一个特定示例中，特征包括：ⅰ)当设备(诸如珠宝、手表等)被放置在设备之间的视线内时，非接触地对该设备充电(双向光通信和配置)；ⅱ)软件更新，当设备被放置在设备之间的视线内时的信息上传信息下载；和iii)用于用户通过如个人计算机、移动电话、平板电脑等的通信设备来更新配置的场所。其它特征可以包括：a)充电器单元，其直接与“珠宝”组件通信以配置固件并发送信号，以及发送功率等；b)充电器也将有MCU和USB连接器以用于与PC等的WiFi、BT、4G通信；C)优化用于空中接近光学临近(close optical proximity)的低速协议；和d)同时适合充电器和组件的光学滤波器。

在另一个实施例中，提供了一种小型设备的光学远程充电。也就是说，在一个示例中，可以提供一个空间受限的组件(即，手表、珠宝等)的PV电池充电。此外，光充电可以在靠近处使用红外照明。

关注图1A-C，提供了充电和光通信系统100的实施例。

一般地，系统100包括光发射器/充电器200、透镜290、目标设备300和外部设备400。发射器/充电器200包括光子检测器270，光发射器/充电器与端口226、微处理器/控制器250、发射器/充电器接收器276和发射器/充电器LED发射器260通信。发射器/充电器200发出功率一282和光通信一284中的一个或两个。外部设备400包括外部设备通信端口410，并输出外部设备功率482，通过外部设备调制的通信信号484的方式与发射器/充电器200通信。目标设备300包括太阳能电池312，其输出解调信号320和功率三382信号到接收器电池组390和接收器调制器392。接收调制器392输出光通信三384到光子检测器270。

发射器/充电器200从一个或多个外部源，诸如标准墙上插座、个人计算机、或膝上型计算机，并且可以是无线连接，接收电力，即，外部设备功率482。外部设备功率482可以通过本领域技术人员已知的任何标准接口的方式(诸如USB接口)来在发射器/充电器200处接收。发射器/充电微处理器/控制器250可以接收功率和分配发射器/充电器200内的功率，以包括功率给发射器/充电器接收器276和发射器/充电器LED发射器260中的一个或多个。发射器/充电微处理器/控制器250可控制发射器/充电器接收器276和发射器/充电器LED发射器260中的一个或多个。即，发射器/充电微处理器/控制器250可以递送功率给目标设备300并控制用于供应功率给目标设备300的光源(例如LED和/或激光)和/或与目标设备300进行通信。发射器/充电微处理器/控制器250可以发射功率信号功率一282至目标设备，如通过目标设备太阳能电池312接收。发射器/充电微处理器/控制器250可以通过(多个)光通信一284信号光学地与目标设备300进行单向或双向通信。目标设备300可经由目标设备控制器310处理/接收功率信号功率一282和/或(多个)光通信一284信号。目标设备控制器310可以控制和/或提供功率给目标设备LED370，其发射或广播或传送目标设备LED通信信号372给发射器/充电器200。目标设备控制器310和/或发射器/充电微处理器/控制器250可以包括LED驱动器电路以分别供应功率给和/或控制LED或激光组件(例如目标设备LED370和发射器/充电器LED发射器260)，或其它组件。目标设备300和/或充电器/发射器200的LED或激光器将电能转化为光能。

光发射器/充电器包括调制器以从外部设备400接受和/或接收经调制的光通信信号。发射器/充电器调制器调制光通信功能，如从外部设备400接收经调制的通信信号484。发射器/充电器调制器可以以本领域技术人员已知的任何方式调制接收的激光光，包括振幅调制、相位调制和/或极化调制。

目标设备300可以包括调制器以从发射器/充电器200(在一个实施例中，经由透镜290)接受和/或接收经调制的光通信信号284。目标设备调制器调制的光通信功能，如从发射器/充电器200接收经调制的通信信号284。目标设备调制器可以以本领域技术人员已知的任何方式调制接收的激光光，包括振幅调制、相位调制和/或极化调制。

光子检测器270与发射器/充电器200互连，并且接收从目标设备300(更具体地说，在一些实施例中，从目标设备控制器310或由目标设备控制器310控制)发出的目标设备激光/LED二极管信号372。光子检测器270与发射器/充电器200通信，并且可以向发射器/充电器200提供指示激光/LED二极管信号372的接收或未接收的信号。在一个实施例中，在发射器/充电器200从光子检测器270接收到激光/LED二极管信号372已被确定接收的信号时，发射器/充电器200只操作激光230发射器/充电器LED发射器260(即，将信号发送到发射器/充电器LED发射器260，以激活和发射激光光)。

在一个实施例中，目标设备太阳能电池312通过散流膜接收从LED发射器260发射(在一些实施例中，穿过透镜290之后)的激光光。

激光/LED二极管信号372除了光通信之外还可以起作用以建立发射器/充电器200与目标设备300之间的通信，并且还可以用作如上讨论的安全设备(即，服务以激活或不激活LED/激光发射器260)。

目标设备太阳能电池312将接收到的(如由LED发射器260发射并且被标识为功率一282信号的)激光光转换成电功率，输出为功率二382。太阳能电池312的电功率输出可包括本领域技术人员已知的任何格式，包括60赫兹的120伏和50赫兹的230伏。在一个实施例中，太阳能电池312的电功率输出是用USB协议。

在一个实施例中，发射器/充电器200、目标设备300中的一个或两个以及外部设备400可以包括USB接口，采用USB协议、无线USB、以及本领域技术人员已知的任何USB硬件接口，包括微型USB、迷你USB和标准USB硬件接口。

在另一实施例中，发射器/充电器200仅仅进行光(即，基于激光的)充电，其中通过外部设备400提供的功率包括通过任何市售电子设备，如膝上型计算机、个人计算机、以及手机提供的功率。

在一个实施例中，发射器/充电器200仅执行发射器/充电器200与目标设备300之间的光(即，基于激光的)通信，或仅执行经由发射器/充电器200的外部设备400与目标设备300之间的光(即，基于激光的)通信。

在一个实施例中，发射器/充电器200包含其自身的电源，如电池组(例如锂电池组)，以便供应功率给激光器并提供上面公开的功能(如充电和光通信)的任意集合。

一个实施例中，发射器/充电器200可以以下三种可选择模式中的任一个进行操作：仅功率充电，仅光通信，以及功率充电和光通信两者。

在一个实施例中，发射器/充电器200输出双向光通信284给目标设备300，其中该光通信包括优化用于可选择的参数(例如发射器/充电器200与目标设备300之间的物理分离几何结构或目标设备400的能力)的通信协议。更具体地，可以调整专门或优化的通信协议以与光学邻近该发射器/充电器200的智能手表或其它珠宝通信。

具体参照图1B，提供了系统100的进一步细节。外部设备400通过外部设备功率482的方式输出功率，如电功率，给发射器/充电器200。发射器/充电器200接收外部设备功率482，也接收由目标设备发射或提供的经调制的光通信信号，即，目标设备300的接收器调制器392发射的光通信三384信号。在一个实施例中，包括图1B的实施例，透镜290和发射器/充电器200形成物理外壳的一部分。透镜290接收功率一282和光通信一284中的一个或多个，并传送功率二292和光通信二294中的一个或多个到目标设备太阳能电池312。目标设备太阳能电池312将所接收的功率二292(即光或光学能)转换成电能以对电池组390充电。目标设备太阳能电池312，与目标设备接收器组合，解调接收的经调制的光信号并将解调信号传送到目标设备300的接收器调制器392。

参考图1A-C，图2提供了示出充电和光通信系统100的使用的示例方法的流程图。一般地，方法500开始于步骤504并在步骤544结束。方法500可以包括更多或更少的步骤，或可以以不同于图2中所示的那些步骤顺序来布置。

在步骤508，光发射器/充电器200从外部设备400接收功率。在步骤512，光发射器/充电器200从外部设备400接收经调制的通信信号。(在一些实施例中，光发射器/充电器200生成其自己的经调制的通信信号)。在步骤516，光发射器/充电器200发送功率信号(例如光能，如LED发射光功率信号)和经调制的(光)通信信号中的一个或两者到目标设备300。(在一些实施例中，光发射器/充电器200对接收到的经调制的通信执行信号处理，例如，降噪处理)。在步骤520，目标设备300接收功率信号和经调制的通信信号中的一个或两者。

在步骤532，作出关于目标设备是否已接收功率的查询。如果答案是肯定的，则功率(光信号，即光功率信号)被提供到目标设备的太阳能(例如PV)电池，并且对该目标设备的电池组充电；该方法然后继续到步骤536。如果该查询的答案是否定的，则该方法前进到步骤532。

在步骤532，作出关于第一(光纤)通信信号是否已由目标设备接收的查询。如果答案是肯定的，则该方法继续到步骤536，其中解调接收到的通信信号，并且该方法前进到步骤540。如果答案是否定的，则该方法前进到步骤540。

在步骤540，目标设备传送所希望的第二(光)通信信号。该方法在步骤544结束。

关注图3，提供了充电和光通信系统的另一实施例的表示。一般地，提供了带有PV阵列的激光和散流纤维充电、照明和通信设备。该实施例对于提供通过使用用于汽车面板的激光LED的光充电解决方案，和/或通过光纤(或LED或激光器)和/或照射面板的通信和数据传输可能是特别有用的。在图3的实施例中，发射器/充电器200的LED发射器260通过散流纤维280发射(光)功率一282和/或光通信一284，散流纤维280继而发射光能和/或(多个)光通信信号到太阳能电池阵列312和/或在太阳能电池阵列312内发射光能和/或(多个)光通信信号，以便发射光通信二294信号。换言之，激光/LED信号通过散流纤维，该散流纤维对PV阵列和/或照明面板进行光充电；也可以提供光纤通信和/或总线结构。需要注意的是，散流纤维扩散或分散接收的光以便由PV阵列/太阳能电池312接收。在一个实施例中，提供了一个或多个波导以接收和传送激光光。

关注图4A-B，在又一实施例中，公开了使用手指轻敲的光学激活触发开关500。一般地，利用为了唤醒或激活电子设备的任何形式的光中断(即手指，堵塞等)。在黑暗的环境中，采用受抑全内反射原理。由本实施例解决的问题包括：产品往往具有用于电源和激活的按钮，但该技术可以消除对按钮机构的需要。图4A提供了一种光学触发开关500机构的表示，其可作为上面公开的充电和光通信系统100的组件，其中，触发机构处于第一状态。图4B提供了一种光学触发开关500机构的表示，其可作为充电和光通信系统的组件，其中，触发机构处于第二状态。

触发开关500包括光源510(如激光/LED，其发出光信号540)，包括内反射表面524和外表面528的表面屏障520，以及与光源510和表面屏障520接合或包含光源510和表面屏障520的主机设备530。触发开关可以至少工作在第一状态(描绘为图4A)和第二状态(描绘为图4B)。在任一状态中，设置在主机设备530内的光源510发射定向在内反射表面524的光信号540。在图4A的第一状态中，光信号540从内反射表面524反射并返回到主机设备530。在一个实施例中，该表面屏障被布置在主机设备530的边界上或该边界附近，如在主机设备530的侧面或边缘上或平行于该侧面或边缘。在触发开关的第一操作状态中，光信号540被基本或完全反射回主机设备；这被称为“全内反射”。在这种状态下，光信号540向上行进，从该表面屏障520回落，并且可以被认为完成信号或提供一种“开启”开关位置。(注意，在图4A中，示出光信号540在由PV电池接收之前穿过透镜。)与此相反，在图4B中所描绘的触发开关500的第二状态中，外部源550(在此，人的手指)接合表面屏障外表面528，其中光信号540无法或显著地受限于从内反射表面524反射。在这种情况下，光信号540被称为散射或遇到了“受抑全内反射”。在这种情况下，光信号540向上行进，然后从表面屏障520散射，并且可以被认为是提供一种“关闭”开关位置。在一些实施例中，提供传感器，以便建立可选择的阈值光信号540强度(到，例如，所示的透镜)，其中在上述阈值以上，开关被认为是“开启”，在上述阈值以下，开关被认为是“关闭”。

关注图5和6，描绘了音频传送和充电系统1000的实施例。一般地，系统1000包括充电/通信设备2000和音频设备3000，充电/通信设备2000和音频设备3000通过光纤电缆2100的方式相互连接。充电/通信设备2000发送光信号到音频设备3000，该光信号由可包括PV电池的音频设备太阳能电池3120接收。PV电池可将所接收的光信号的能量转换成电能，其可以在音频设备3000内作为音频设备内部信号3060进行传递。转换的电音频设备内部信号3060可被提供到音频设备300的电池组用于充电。一个或多个光纤电缆2100从一个或多个充电/通信设备端口2260延伸到音频设备3000(在一个实施例中，互连到一个或多个音频设备端口3260)。图6中将注定要被转换为电(功率)信号的、由充电/通信设备2000发射或传送的光信号描绘为光发射器功率2300。

可选地或者另外地，充电/通信设备2000的系统1000可以提供音频反馈或信号到音频设备3000。也就是说，充电/通信设备2000可以发送经调制的光信号到音频设备3000，该光信号由音频设备太阳能电池3120和/或音频设备组件一3040的组件接收，其中解调和采用经调制的传入的(或接收的)光通信一2840信号以驱动音频设备3000的音频。音频设备组件一3040包括音频设备太阳能电池3120(其可以包括PV电池)，音频设备端口3260，音频设备LED 3700和微处理器/控制器二3100。传入的或接收的光通信信号的解调可以在音频设备组件一3040的任何一个或其组件中发生，例如音频设备太阳能电池3120可解调光音频通信信号，和/或可以采用专用的解调器。音频设备组件一3120可以对传入的或接收的光通信一3040信号执行额外的功能或操作，如放大信号处理以改善信噪比，以及本领域技术人员已知的任何处理。注定用于通信目的(如传送经调制的音频信号)的由充电/通信设备2000发射或传送的光信号在图6中被描绘为光通信一2840。

光通信一2840信号可以是双向的，即，该信号可以提供充电/通信设备2000和音频设备3000之间的2路光通信。因此，音频设备3000和充电/通信的每一个可以包括发射器、接收器、收发器、调制器和解调器。充电/通信设备2000和音频设备3000之间的双向光通信的示例包括状态查询，诸如音频设备的充电水平或如果需要充电的情况下的具体查询，充电/通信设备2000到音频设备3000的关于音频设备200是否寻求接收光学音频信号的，以及音频设备将如何解调传入的音频或通信信号(例如，通过太阳能电池3120或专用调制器，用于通信协议可能不同)的查询。音频设备3000可以经由音频设备LED 3700传送光通信(例如，经调制的光信号)，并且充电/通信设备2000可以从音频设备3000借助于PV电池或其它太阳能电池接收光通信2840。

音频设备3000的任何调制器和/或充电/通信设备2000可以以本领域技术人员已知的任何方式调制光信号，包括如幅度调制、相位调制和/或极化调制。

在一个实施例中，太阳能电池经由散流膜接收(在一些实施例中在穿过透镜之后)从LED发射的激光。

光通信一2840信号可以用作安全设备，其中，只有提供肯定的或确定的“握手”才激活一个或多个LED，在该肯定的或确定的“握手”中，LED信号的接收是可用的、预期的和/或期望的。

由太阳能电池3120输出的电功率可包括本领域技术人员已知的任何格式，包括60赫兹120伏和50赫兹230伏。在一个实施例中，由太阳能电池3120输出的电功率是用USB协议。

在一个实施例中，充电/通信设备2000和音频设备3000中的一个或两者包括USB接口，采用USB协议、无线USB和本领域技术人员已知的任何USB硬件接口，包括微型USB、迷你USB和标准USB硬件接口。

在另一个实施例中，充电/通信设备2000从外部设备，如任何市售的电子设备(诸如膝上型计算机、个人计算机、以及智能手机)接收功率。

在一个实施例中，充电/通信设备2000包含其自己的电源，如电池组(诸如锂电池组)，从而为激光器/LED供应功率和提供任何一组上面公开的功能，如充电和光通信。

在一个实施例中，充电/通信设备2000可以以下三种可选择模式中的任一个进行操作：仅功率充电，仅光通信，以及功率充电和光通信两者。

在一个实施例中，微处理器/控制器一2500管理和/或控制光信号输出，以包括光信号通信和光信号输出的调制，和/或接收的光通信以包括解调。在一个实施例中，微处理器/控制器二3100管理和/或控制光信号输出，以包括光信号通信和光信号输出的调制，和/或接收的光通信以包括解调。

在一个实施例中，充电/通信设备2000对音频设备300输出双向光通信2840，其中该光通信包括优化用于可选择的参数(例如用于特定音频设备3000的独特的通信协议和/或设置，或音频设备3000的能力)的通信协议。在一个实施例中，充电/通信设备包括可选的数据库，其中基于所参与的音频设备的类型建立独特的通信协议和/或设置(这种协议或设置可以通过上面公开的充电/通信设备置2000和音频设备3000之间的查询来提供)。此外，可以调整专门或优化的通信协议以通过充电/通信设备2000光学地与音频设备通信(或对音频设备充电)。

该音频设备3000可以是任何市售的音频设备，诸如耳机、耳塞、以及本领域技术人员已知的任何其他设备。虽然已经强调了与音频设备3000的交互，该系统还可以与本领域技术人员已知的其他外部设备，如智能电话和膝上型计算机进行交互，以尤其用于光通信、音频的充电和驱动。

参考图5和6，图7提供了示出音频传送和充电系统1000的使用的示例性方法的流程图。一般地，该方法3000开始于步骤3040并在步骤3320结束。该方法3000可以包括更多或更少的步骤，或可以以不同于图7中所示的那些步骤顺序来布置。

在步骤3080，充电/通信设备2000进行自充电，即，充电/通信设备2000确保它具有足够的可用于对诸如音频设备3000的外部设备充电的电力。在步骤3120，充电/通信设备2000关于目标设备(例如，音频设备3000)是否需要充电而询问目标设备。可以经由第一光通信2840提供这种询问。如果询问的结果是“是”，则方法3000进行至步骤3160。如果步骤3120的询问的结果是“否”，则方法3000进行至步骤3240。

在步骤3160，充电/通信设备2000将光信号发送至目标设备。例如，充电/通信设备2000通过LED发送器/接收器2500将光信号发送至音频设备3000，该光信号由太阳能电池3120接收并且被转换为电信号，其中音频设备3000的电池组被充电。

在步骤3240，充电/通信设备2000关于目标设备(例如，音频设备3000)是否需要接收音频光(调制)信号而询问目标设备。可以经由光通信一2840提供这种询问。如果询问的结果是“是”，则方法3000进行至步骤3280。如果步骤3240的询问的结果是“否”，则方法3000进行至步骤3320。

在步骤3280，充电/通信设备2000将光音频信号发送至目标设备。例如，充电/通信设备2000通过LED发送器/接收器2600将光信号发送至音频设备3000，该光信号由太阳能电池3120接收并且被解调，其中将音频信号提供至音频设备3000，以便“驱动”音频设备3000。方法3000在步骤3320结束。

注意图8-14，描绘了光耦合系统100的实施例。

通常，设备100包括电子器件200、LED模块300、耦合器400和光纤500。电子器件200包括电子器件第一端210和电子器件第二端220。电子器件200可以包括LED驱动电路。电子器件200从电源600接收电源功率682。LED模块300包括LED模块第一端310、LED模块第二端320，并且通过电子器件/LED输入/输出284与电子器件200通信。LED模块300可以包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333。LED模块300将LED模块输出330(又称“第一光”)输出至耦合器400。耦合器400包括耦合器第一端410和耦合器第二端420，并且将耦合器输出486(又称“第二光”)输出至光纤500。光纤500包括光纤第一端510和光纤第二端520。基本上，LED模块310将具有大的发射锥的非相干光(例如“第一光”)发射到耦合器400中，其中耦合器400将接收的光转变为窄或小的发射锥(例如，“第二光”)，以用于由光纤500接收。耦合器400将相对大的光发射锥的第一光转变为在光纤500的接受角内的窄或小的发射锥。在耦合器400不对第一光进行操作的情况下，大部分第一光将不落在光纤500的接受角内(从而产生非常低的耦合效率，例如低于5％)。相反，通过耦合器400，获得高耦合效率，例如高于95％。

图9-12提供图1的光耦合系统100的各个实施例。大部分实施例通过使用一个或多个光学组件对一个或多个LED进行光耦合，以便将更聚焦的光提供至光纤。

在图9的实施例中，采用两个球透镜的系列作为耦合器。更具体地，LED模块300从LED第二端320发射LED模块输出330光，以便由第一球透镜441接收，第一球透镜441继而将光输出至第二球透镜442。第二球透镜442将作为耦合器输出486的光发射至光纤500。

传统地，在激光到光纤的耦合中，在激光源与光纤之间对称地放置两个相等尺寸的球透镜。此配置与LED源配合不好，这是由于源与光纤纤芯的尺寸比以及不连续性导致的。在图9中，来自LED源的光与抛光的金属腔内部的较小的球透镜直接耦合。高度反射的金属腔表面被用作第一级波束集中器，以将来自LED源的光纤朝着小的球透镜反射。小的球透镜由于其大的曲率而具有强光线弯曲力。小的球透镜使用此高弯曲力以将光线粗略地朝着光纤纤芯聚焦。另一个具有较小弯曲力的大的球透镜对光线提供朝向光纤纤芯区域的精细聚焦。两个球透镜之间的尺寸比与LED尺寸和光纤纤芯直径的比具有直接关系。两个球透镜的光学材料不限于相同材料。

在图10a的实施例中，LED模块300包括微LED 351。更具体地，微LED351从LED模块第二端320发射LED模块输出330光，以便直接由光纤500在光纤第一端510处接收。没有耦合器400的这样的配置称为对接耦合布置。

注意，可以通过将LED尺寸从毫米水平减小到与多模光纤纤芯直径具有相同量级的微米水平，来显著提高LED至光纤的耦合效率。微米尺寸LED可以直接地(对接耦合)、或者通过使用LED顶部的微透镜与多模光纤耦合。微米尺寸LED可以是单个LED、或任何配置的LED矩阵。微米尺寸LED到多模光纤的潜在耦合效率理论上可达到30％+。

在一些实施例中，微米尺寸LED的阵列可以以任意混合比配置有R、G和B颜色的微米尺寸LED。在光纤纤芯区域内部可能发生混色。混合RGB微米尺寸LED的耦合和混色机制可产生任何单色(RGB混合的)光输出。

在图10b的实施例中，示出光耦合设备100的横截面视图。在此实施例中，LED模块300发射光，以便其在环绕的领圈或圆柱形状耦合器400内反射，其中更聚焦的光在光纤第一端510进入光纤500。

在图10c的实施例中，三(3)个LED的集合，即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，对接耦合(即，被放置为在光纤第一端510与光纤500的入口相对或相邻)，其中从三个LED发射的光进入光纤500，并且通过光嘴430聚焦、或转变、或重定向。在离开光嘴(其可以包括金属内表面)时，所接收的光具有较低或窄的发射锥，以便由光纤以较大或提高的耦合效率接收。光嘴430外表面可以包括光扩散材料。光纤500的内部可以包括涂层540，诸如透明包层材料，以促进光在光纤500内的全内反射。光嘴430可以包括波导和光学透明材料。在一个实施例中，从红、绿、蓝的原色选择第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三个LED，其每一个具有红色、黄色和蓝色的发射光。

传统地，LED具有非常低的耦合效率，因为将来自源的光耦合到光纤的传统方式基于保存光源的图像空间信息的几何成像映射。这样的方法受到光学不变性或拉格朗日不变性原理限制，其中波束角和波束废物(beam waste)的乘积是不变量。光学不变性示出LED源尺寸、接受角(在源和光纤两者上)、以及光纤直径之间的关系。为了解决此难题，必须打破源图像的空间信息以提高耦合效率：使来自LED源的光通过一些无损扩散光学组件将是打破LED源空间模式、同时保持光照强度(能量)和光波长(颜色谱)的方式。一个这样的无损扩散光学组件是积分球。

积分球是(几乎)无损的扩散光学组件。积分球是光学中空(透明)球，其内壁涂有高度扩散的白色涂料。扩散涂料还具有非常高的反射率(>95％～99％)。进入积分球的光(来自LED源)将在白色扩散球壁内散射和反弹，直到其到达出口端口(插入的光纤)为止。此处理是(几乎)无损的，并且颜色谱被保持。在光学透明球腔内部，光照强度在每个方向上均匀分布。耦合到出口端口中的光仅涉及球尺寸与出口端口表面尺寸的比。积分球的扩散和颜色谱保持的性质使得其为理想的光学混色室。

在图11a的实施例中，积分球450是耦合器。更具体地，LED模块300从LED模块第二端320发射LED模块输出330光，以便其被积分球450接收。积分球450在光纤第一端510将作为耦合器输出486的光发射到光纤500。

在一个实施例中，可以通过将量金属片相组合来制成积分球，其中每个金属片形成半球腔。一个半球具有大洞以拥有LED有源区，并且另一个半球具有小洞(出口端口)以拥有光纤。内球表面涂有高度反射的且扩散的白色涂料。来自LED的光进入积分球，被扩散并混合，然后离开至出口端口以直接耦合到光纤中。

在一个实施例中，光锤(optical tapper)在出口端口取代光纤。光锤在出口端口端具有大的表面面积。光锤的小端具有与光纤纤芯表面相同的尺寸。光锤用于增大出口端口尺寸以提高耦合效率。

在图11b的实施例中，积分球450是耦合器。更具体地，LED模块300提供光以被积分球450接收，其中LED模块300包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，它们各自分别发射第一LED输出341、第二LED输出342和第三LED输出343。三个LED被配置为通常将光发射定向到LED模块输出330积分球450上的公共位置。积分球450在光纤第一端510将作为耦合器输出486的光发射到光纤500。在一个实施例中，从红、绿、蓝的原色选择第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三个LED，其每一个具有红色、黄色和蓝色的发射光。

在图11c的实施例中，积分球450是耦合器。更具体地，LED模块300提供光以被积分球450接收，其中LED模块300包括第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，它们各自分别发射第一LED输出341、第二LED输出342和第三LED输出343。然而，与图11b形成对比，将三个LED的每个置于围绕积分球450的赤道轴的90度分离的射线处(例如，在0度、90度和180度射线处)。光纤500位于剩余的270度射线处。在一个实施例中，从红、绿、蓝的原色选择第一LED331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三个LED，其每一个具有红色、黄色和蓝色的发射光。

在一个实施例中，当如图11c中所描绘地安装时，三个LED的集合用于使散热效率最大。

在一个实施例中，积分球用作混合室以去除任何不必要的激光火花效应。

在一个实施例中，当与上述红色/绿色/蓝色LED(或彩色LED的任何集合)集成时，积分球用作光学混色室以在出口端口处产生到光纤中的任何颜色。通过电子地改变输入彩色LED的各个强度，到光纤中的可变颜色输出是可行的。

在图11d的实施例中，积分半球470是耦合器并且被部署在PCB 230上。更具体地，部署在积分半球470的下平面(即，平坦表面)中的LED模块300发射LED模块输出330光，以便其被积分半球470接收并且被输出到光纤500。半球的平坦表面上的暴露区域将被涂以白色的、高度反射的、且扩散的涂料。此配置减小积分球尺寸，并且增大所拥有的LED有源区表面、或平面表面上的LED的数目。此配置在散热和LED的PCB布局上具有优势。

在图11e的实施例中，积分球450是耦合器，并且三(3)个LED安装在积分球450内的LED架336上。三(3)个LED是第一LED 331、第二LED332和第三LED 333。从积分球450发射的光在通过第一球透镜441之后被提供至光纤500。在一个实施例中，从红、绿、蓝的原色选择第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三个LED，其每一个具有红色、黄色和蓝色的发射光。

在一个实施例中，LED架336为透明PCB板结构。

在一个实施例中，通过支撑杆将一个或多个LED放置在积分球的中心。该支撑杆用于对LED进行布线并且散热。一个或多个LED可以垂直地安装以使LED有源区最大。

在一些实施例中，将第一球透镜441安装到光纤第一端510，如图11e中描绘的。换言之，将小的球透镜放置在出口端口。将该光纤端放置在球透镜的焦点。小的球透镜用于增大出口端口表面尺寸，并且使光聚焦到该光纤端上。这可以增大出口端口到光纤的耦合效率。

在一些实施例中，由光纤第一端510接收的光基本上在光纤接受锥内。在一些实施例中，由光纤第一端510接收的光全部在光纤接受锥内。在一些实施例中，在LED模块300的一个或多个LED与光纤第一端510之间的耦合效率(如由耦合器400实现的)优选地大于90％。在更优选的实施例中，耦合效率大于95％。在最优选的实施例中，耦合效率大于97％。

在图11f的实施例中，耦合器400包括衍射元件480和聚焦透镜490。由LED模块300发射的光被衍射元件480接收，衍射元件480通常使另外由LED模块300发射的宽阔的光锥变直。聚焦透镜490接收来自衍射元件480的光并且使所接收的光聚焦或变窄，以便将更窄或更紧密的光锥提供至光纤第一端510。

在图11g的实施例中，一对LED，即，第一LED 331和第二LED 332，发射光，以便其从反射透镜492反射，从而由聚焦透镜490接收。聚焦透镜490继而在光纤第一端510将光发送至光纤500。

在图12的实施例中，将三个球透镜的集合配置为从三个LED接收三个光发射的集合。更具体地，三(3)个LED(即，第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333)的每个将相应的第一LED输出341、第二LED输出342和第三LED输出343发射至相应的第一球透镜461、第二球透镜462和第三球透镜463，其中在于光纤第一端510进入光纤510中之前，三个光发射被聚焦为一个合并耦合器输出486。在一个实施例中，从红、绿、蓝的原色选择第一LED 331、第二LED 332和第三LED 333，即，提供三个LED，其每一个具有红色、黄色和蓝色的发射光。

图13提供对例如可用于光照和显示目的的扩散光纤500的设计。任何以上讨论的耦合设计都可以用在光纤500的成对的端处。在图13中，当由两个相应的LED模块300的每个生成光时，两个成对的积分球450的每个将光定向到光纤500的对端。这样的配置增大耦合到光纤纤芯区域中的总光量，或者提供颜色的混合。在一个实施例中，将具有高反射率的反射镜或其它光学元件(例如，球透镜)部署在光纤的一个或多个端。过多的光照光可以反弹回以用于沿着光纤纤芯的第二扩散辐射。

电源600可以是本领域技术人员已知的任意电源，诸如，标准壁式插座、个人计算机、或膝上型计算机，并且可以是无线连接。电子器件200从使用的电源接收功率，以对LED模块300的一个或多个LED进行供电和控制等。

在一个实施例中，设备100包括其自身的电源(诸如，如锂电池组的电池)，以便对一个或多个LED进行供电并且提供以上讨论的功能的任意集合。

在一个实施例中，抛光的(内表面)金属管/锥可以被插入到光纤/光锤中。锥形内表面将把来自微米尺寸LED或LED阵列的光导引向光纤。此方法可以增大更多微米尺寸LED的容纳量。

参考图7-13，图14提供图示使用光耦合系统100的示例性方法的流程图。通常，方法700在步骤704开始并且在步骤728结束。

在方法700的步骤708，设备100与电源600接合(engage)，并且接收电源功率682。该功率在电子器件第一端210被电子器件200接收。在步骤712，激活LED模块300的一个或多个LED，其可以包括通电/断电、频率调制以及功率调制。在步骤716，由一个或多个LED将光发送至耦合器400。由LED发射的光通常具有大或宽的发射锥、和/或大的数值孔径。在步骤720，LED发送的光由耦合器400接收，并且被处理以使光聚焦到更窄或更紧密的发射锥、或者更小的数值孔径等，其中发送经处理的光。在步骤724，从耦合器400发射的经处理的光由光纤500接收，并且通过光纤被发送。该方法然后在步骤728结束。

图15A-B提供现有技术的常规光纤和扩散光纤各自的表示。在图15A中，所有光线通过从包层一致且全面的内反射而包含在光纤的纤芯内。在图15B中，一些光线从光纤的纤芯通过包层中的缝隙或缺陷出去。原则上，本公开涉及从与图15B的方向相反的方向上行进或传播的光，即，通过包层中的缝隙或缺陷进入光纤的光。

注意图16-19，描绘光纤传感器系统100和使用方法的实施例。

通常，光纤传感器系统100包括光源200、扩散光纤300、部署在光纤300的每端的一对光检测器400、以及信号处理器/控制器500。光源200发射光源光210(L)，其通过光纤外表面304中的缝隙或缺陷影响扩散光纤300、或由扩散光纤300接收(在图16中，在光源光纤进入点FE接收光源光210)。并非从环境或外部光源发射的所有光都进入光纤300。常见地，大部分从光源发射的光以相对于光纤的法向入射角(即，与光纤角的纵轴成直角地)进入扩散光纤(例如，如由图17中在FEX进入光纤的光源光210所示的)。

扩散光纤300可以从多于一个光源(例如，从光源200、以及从发射第二光源光230的第二光源220)接收光或光信号/能量。扩散光纤300通过表面缺陷(称为“光源光纤进入点FE”)，从诸如光源200和/或第二光源220的外部(或环境)源接收光，其中光进入并行进至光纤300的每端。扩散光纤300包括光纤外表面304、光纤第一端310和光纤第二端320。一对光检测器400部署在光纤第一端310和光纤第二端320的每个处；该对光检测器400的每个测量或检测光纤的相应第一和第二端的光功率水平DX₁和DX₂。

注意图17，描述光源200的光源X距离LSXD(和/或轴向位置FEX)的确定。光源200发射光源光210，至少其中的一些在光源光纤进入点X轴FEX到达光纤300并进入光纤。在FEX如此进入的光在每个(相反)方向上沿着光纤300行进或传播，从而最终到达光纤第一端310和光纤第二端320的每个。光源光210从FEX行进至相应的光纤第一端310和光纤第二端320的距离分别是光距离X₁(即LX₁)以及光距离X₂(即LX₂)。从光源200到光纤300的距离是光源X距离LSXD。为了估计LSXD(或FEX)，由光检测器400获得在第一和第二端310、320的每个处接收的功率的测量值。部署在光纤第一端310和光纤第二端320的光检测器400的每个分别测量检测光功率DX₁和检测光功率DX₂。光的物理性规定：(LX₁)x(DX₁)与(LX₂)x(DX₂)成比例。光纤300的几何性规定x轴光纤的总长度FX＝(LX₁)+(LX₂)。因此，可以对LX₁和LX₂的每个、以及因此位置FEX，求解这两个等式。DX₁和DX₂的一个或多个的值(单独地、求和地、或者作为比)可以用于计算LSXD。例如，LSXD可以与在光纤第一和第二端的每个接收的总功率相关。可以通过对于给定FEX校准已知光源和已知距离LSXD，来确定这样的相关性。通过处理器/控制器500执行以上计算。

通过添加与第一光纤正交地布置或部署的两个光纤，如关于图17描述的在一个(X)方向上定位光源200的原理可以扩展到三个维度。即，形成卡迪尔参考系X-Y-Z的三个光纤的集合可以被配置为在三个维度上确定光源的位置。

更具体地，注意图18，将三个光纤FX、FY和FZ彼此正交地布置，其每个具有相应的光源轴向进入点FEX、FEY和FEZ。光进入每个相应的轴向进入点，并且在轴向上传播至光纤的每端，其中光到达测量光功率等的光检测器。更具体地，光源200在几个方向中的任何一个上发射光，其可以在数学上被构造为在三个正交方向上的向量，即，x轴分量LSX、y轴分量LSY和z轴分量LSZ。这三个分量LSX、LSY和LSZ的每个在相应位置FEX、FEY和FEZ进入相应光纤FX、FY和FZ，并且分叉或分裂以传播至每个相应的光纤端。即，光源x轴分量LSX在光源光纤进入点x轴FEX进入光纤x轴FX并且传播至每端，从而最终到达位于每端的光检测器，其中测量检测光功率DX₁和DX₂的相应光功率测量值。类似地，光源y轴分量LSY在光源光纤进入点y轴FEY进入光纤y轴FY并且传播至每端，从而最终到达位于每端的光检测器，其中测量检测光功率DY₁和DY₂的相应光功率测量值。而且，光源z轴分量LSZ在光源光纤进入点z轴FEZ进入光纤z轴FZ并且传播至每端，从而最终到达位于每端的光检测器，其中测量检测光功率DZ₁和DZ₂的相应光功率测量值。

对于给定光纤FX、FY和FC，每对光功率测量值然后被用于确定相应位置FEX、FEY和FEZ，如上对于图16和图17的一个轴的光纤实施例所述的。类似地，如上关于图16和图17的单个光纤配置所述的，在给定光检测器测量值的情况下，可以执行相关以确定光源x距离LSXD(从光源200到光纤x轴FX的垂直或正交距离)、光源y距离LSYD(从光源200到光纤y轴FY的垂直或正交距离)和光源z距离LSZD(从光源200到光纤z轴FZ的垂直或正交距离)。由信号处理器/控制器500执行上述计算。

图19提供图示图16和图17的光纤传感器系统的示例性使用方法的流程图。通常，方法500在步骤504开始并且在步骤532结束。

在步骤508，将光纤置于用于检测的潜在外部光源的视线内。光纤可以安装在外部结构上，或者通过外部结构安装。在步骤512，校准光纤。校准包括几何校准(诸如光纤的总长度的测量)、对部署在光纤的每端的成对的光检测器的每个的校准、以及对于光源的已知位置和/或已知功率(诸如，距光纤的轴向距离)、以及已知类型的光源(例如，可见光波段光源、IR源等)的测量的光检测器光功率的校准。

在步骤516，由扩散光纤以第一轴向距离接收光。所接收的光通过光纤包层并且传播至光纤的每端。在步骤520，部署在光纤的每端的成对的光检测器的每个测量检测的光功率。在步骤524，将该对光检测器测量值与校准数据(诸如光纤的总长度)进行比较。在步骤528，步骤524的比较数据用于确定外部光源的第一轴向距离。方法500在步骤532结束。

关注图20-22，描绘了充电和光通信设备100的实施例。

通常，设备100包括发射器200和接收器300。发射器200包括发射器第一端210和发射器第二端220、激光器230、功率管理240、调制器250、漫射膜260和光子检测器270。发射器第一端210包括发射器USB接口212。发射器200接收外部设备功率482并且可以借助于外部设备/设备功率通信484与一个或多个外部设备进行通信。发射器200提供与接收器300的光通信一284，并且从接收器300接收激光/LED二极管信号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电池312以及发出激光/LED二极管信号372的激光/LED二极管370。接收器300发出功率二382和光通信二384。接收器第一PV电池312和激光/LED二极管370被布置在接收器第一端310。接收器300从发射器200接收光通信一284，并且从发射器200接收功率一282。接收器激光/LED二极管370发出指向发射器光子检测器270的激光/LED二极管信号372。

设备100还可以包括适配器500。适配器500包括适配器第一端510和适配器第二端520。通常，适配器500在适配器第一端510处与接收器300进行装配，并且还包括适配器USB接口522。适配器500在内部从接收器300部分并且经由适配器USB接口522接收功率二382和光通信二384，将功率二382和光通信二384中的一个或两个转换为USB协议，以便经由USB硬件接口提供功率二382和光通信二384中的一个或多个。

发射器200从一个或多个外部源(诸如，标准的墙式插座、个人计算机或膝上型计算机，并且可以是无线连接)接收电功率，即外部设备功率482。在发射器USB接口210接收外部设备功率482。发射器USB接口210是USB硬件接口并且按USB协议操作。发射器功率管理模块240从发射器USB接口210接收电功率，并且将电功率传递给激光器230和调制器250。此外，发射器功率管理模块240经由一个或多个驱动器电路和/或控制器来控制激光器230。激光器230在从功率管理模块240接收到电功率时，将电功率转变为光能量。激光器230向漫射膜260发出光，该漫射膜260朝向接收器200漫射或传播所接收的光，以便由接收器第一PV电池312进行接收。在一个实施例中，一个或多个波导被涉及以接收和发射激光光。

由功率管理模块240供电的调制器250调制双向光通信功能，在从外部源(诸如，膝上型计算机)给定输入的情况下，向激光器230进行输出，以便使能经由激光器230输出处的光通信。调制器250可以以本领域技术人员已知的任何方式来调制激光光，包括幅度调制、相位调制和/或极化调制。在一个其中设备100未被配置以执行光通信的实施例中，调制器模块250不是设备100的组件。

光子检测器270被布置在发射器第二端220并且被定位以接收如从接收器激光/LED二极管370发出的激光/LED二极管信号372。光子检测器270与功率管理模块240进行通信，并且向功率管理模块240提供指示接收或未接收激光/LED二极管信号372的信号。在一个实施例中，功率管理模块240只有在功率管理模块240从光子检测器270接收到激光/LED二极管信号372已经肯定被接收的信号时，才操作激光器230(也就是说，向激光器230发送信号以激活或发射激光光)。

接收器第一PV电池312借助于漫射膜260接收从激光器230发出的激光光。在一个实施例中，接收器第一PV电池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为阳性(male)端，以便接合(engage)发射器第二220阴性(female)端。接收器激光/LED二极管370发出指向光子检测器270的激光/LED二极管信号372。激光/LED二极管信号372运作以建立发射器220与接收器300之间的通信，并且还运作为如以上所讨论的安全设备(也就是说，用于激活或不激活激光器230)。在一个实施例中，接收器激光/LED二极管370被布置为与接收器第一PV电池312相邻/紧挨，或者被布置在接收器第一PV电池312的侧边。在一个实施例中，接收器激光/LED二极管370被布置为在接收器第一端310处与接收器300的外边缘表面平行。

接收器第一PV电池312在输出时将所接收的激光光转换为电功率作为功率二382。由接收器300输出的电功率被提供在接收器第二端320，并且可以包括本领域技术人员已知的任何格式，包含在60Hz的120Volt以及在50Hz的230Volt。在一个实施例中，由接收器300输出的电功率是USB协议类型。

在一个实施例中，发射器USB接口212和适配器USB接口522中的一个或两个包括本领域技术人员已知的任何USB硬件接口，包含微型USB、迷你USB和标准USB硬件接口。

在一个实施例中，设备100是USB设备的近似物理尺寸，诸如本领域技术人员已知的USB存储器存储设备。

在一个实施例中，设备100的各元件之间的一个或多个互连包括无线USB。

在另一个实施例中，设备100单独地执行光学(即，基于激光的)充电，其中由第一外部设备(例如，膝上型计算机、个人计算机、智能手机)所提供的功率被提供给第二外部设备(例如，膝上型计算机、个人计算机、智能手机)。

在一个实施例中，设备100单独地执行第一外部设备(例如，膝上型计算机、个人计算机、智能手机)与第二外部设备(例如，膝上型计算机、个人计算机、智能手机)之间的光学(即，基于激光的)通信。

在一个实施例中，设备100包括其自己的电源，诸如电池组(诸如锂电池组)，以便供电激光器并且提供以上所公开的功能的任何集合，诸如充电和光通信。

在一个实施例中，设备100可以在三种可选择模式中的任何模式下操作：仅功率充电、仅光通信，以及功率充电和光通信二者。

参考图20和21，图22提供了示出使用充电和光通信系统100的示例性方法的流程图。通常，方法600在步骤604开始并且在步骤632结束。

在方法600的步骤608，设备100借助于接收器第一端210与外部设备400接合。设备100接收外部设备功率482，并且在一些实施例中可以经由外部设备/设备功率通信484与外部设备400进行通信。外部设备/设备功率通信484可以包括开/关接收或未接收信号以及功率调制信号，后者在一些实施例中由功率管理模块240进行控制。

在步骤612，作出关于设备100是否已经从接收器接收到二极管信号的查询。更具体地，发射器200的光子检测器270在与功率管理模块240通信时向功率管理模块240提供指示从接收器300接收或未接受到激光/LED二极管信号372的信号。如果查询的结果为“是”或肯定的，则该信号已经被接收，并且方法600前进到步骤616。如果查询的结果为“否”或否定的，则该信号没有被接收，并且方法600前进到步骤628。

在步骤616，由功率管理模块240激活激光器230。然后方法600前进到步骤620。

在步骤620，如用户所选择的或者如设备100被配置的，激光器230发射功率和/或提供基于光学的双向通信。然后方法600前进到步骤624。

在步骤624，作出关于设备100是否继续从接收器接收二极管信号的查询。更具体地，发射器200的光子检测器270在与功率管理模块240通信时向功率管理模块240提供指示从接收器300接收或未接收到激光/LED二极管信号372的信号。如果查询的结果为“是”或肯定的，则该信号继续被接收，并且方法600前进到步骤620。如果查询的结果为“否”或否定的，则该信号已停止被接收，并且方法600前进到步骤628。

在方法600的步骤628，由功率管理模块240停用激光器230。然后方法600前进到步骤632，其中方法600结束。

在详细描述中，列出许多具体细节以便提供对所公开的技术的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本技术。在其它实例中，公知的方法、例程、组件和电路未被详细描述，以便不模糊本发明。

虽然实施例并不局限于这个方面，使用诸如例如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等之类的术语的讨论可以指代计算机、计算平台、计算系统、通信系统或子系统或其它电子计算设备的操作和/或过程，所述操作和/或过程将在计算机的寄存器和/或存储器内被表示为物理(例如，电子)量的数据操纵和/或转换成在计算机的寄存器和/或存储器或者能够存储指令以执行操作和/或过程的其它信息存储介质内被类似地表示为物理量的其它数据。

虽然实施例并不局限于这个方面，如本文所使用的术语“多”和“多个”例如包括“复数个”或“两个或更多个”。可以在整个说明书中使用术语“多”或“多个”以描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数、电路等。例如，“多个站”可以包括两个或更多个站。

列出在整个文件中所使用的一些词语和短语的定义可能是有利的：术语“包含”和“包括”及其衍生物，是指没有限制的包含；术语“或”是包含性的，是指和/或；短语“与......关联”和“与其关联”及其衍生物，可能是指包含、被包含在内、与......互连、与......被互连、含有、被含有在内、连接到或与......连接、耦合到或与......耦合、与......通信、与......协作、交错、并置、接近、被绑定到或与......绑定、具有、具有......的属性等；并且术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以以硬件、电路、固件或软件或者硬件、电路、固件或软件中的至少两个的一些组合来实现。应当注意，与任何特定控制器关联的功能可以是集中式或分布式的，无论是本地还是远程。在整个文件中提供了对于一些词语和短语的定义，并且本领域普通技术人员应当理解，在许多实例中(如果不是大多数实例的话)，这些定义适用于现有技术以及这样定义的词语和短语的未来使用。

将关于通信系统以及用于在诸如无线网络或一般地使用任何通信协议操作的任何通信网络中执行通信的协议、技术、装置和方法来描述示例性实施例。这样的示例是家庭网络或接入网络、无线家庭网络、无线企业网络等。然而，应当领会的是，在一般情况下，本文所公开的系统、方法和技术对于其它类型的通信环境、网络和/或协议将同样工作良好。

为了解释的目的，列出许多细节以便提供对本技术的透彻理解。然而，应当领会的是，可以以除了本文所阐述的具体细节以外的各种方式来实践本公开。

此外，应当领会的是，包含连接元件的通信信道的各种链路(其可以并未示出连接元件)可以是有线链路或无线链路或它们的任何组合，或者能够向和从所连接的元件提供和/或传达数据的任何其它已知的或以后开发的元件。如本文所使用的术语模块，可以指代任何已知的或以后开发的硬件、电路、电子线路、软件、固件或其组合，其能够执行与该元件关联的功能。如本文所使用的术语确定、估算和计算及其变型可互换地使用，并且包括任何类型的方法学、过程、技术、数学运算或协议。

此外，虽然本文所描述的一些示例性实施例针对执行某些功能的收发器的发射器部分或者执行某些功能的收发器的接收器部分，但本公开意图在同一收发器和/或另一收发器中均分别包括对应且互补的发射器侧或接收器侧功能，并且反之亦然。

虽然上述的流程图已经关于事件的特定序列进行讨论，但是应当领会的是，在没有重大影响实施例的操作的情况下，可能会发生对该序列的改变。另外，如在示例性实施例中所阐述的，事件的准确序列不一定会发生。另外，本文所示出的示例性技术不限于具体示出的实施例，而是还可以与其它示例性实施例一起利用，并且每个所描述的特征是可以单独地且分开地要求保护的。

此外，可以实现这些系统、方法和协议来改善专用计算机、编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其它集成电路、数字信号处理器、硬连线电子或逻辑电路(诸如离散元件电路)、可编程逻辑设备(诸如PLD、PLA、FPGA、PAL)、调制解调器、发射器/接收器、任何可比较装置等中的一个或多个。一般地，能够实现状态机进而能够实现本文示出的方法的任何设备都可以受益于根据本文所提供的公开的各种通信方法、协议和技术。

本文所描述的处理器的示例可以包括但不限于：

800和801、具有4GLTE集成和64位计算的

600和615、具有64位架构的

A7处理器、

M7运动协处理器、

系列、英

酷睿^TM处理器家族、

至强^TM处理器家族、

凌动^TM处理器家族、

安腾^TM处理器家族、

i5-4670K和i7-4770K的22nm的Haswell、

i5-3570K的22nm的Ivy Bridge、

FX^TM处理器家族、

FX-4300、FX-6300和FX-8350的32nm的Vishera、

Kaveri处理器、

Jacinto C6000^TM汽车信息娱乐处理器、

OMAP^TM汽车级移动处理器、

Cortex^TM-M处理器、

Cortex-A和ARM926EJ-S^TM处理器、

空军BCM4704/BCM4703无线网络处理器、AR7100无线网络处理单元、其它业界等效处理器中的至少一个，并且可以执行使用任何已知的或未来开发的标准、指令集、库和/或架构的计算功能。

此外，可以在提供能够在各种计算机或工作站平台上使用的可移植源代码的使用对象的软件或面向对象软件开发环境中容易地实现所公开的方法。可替代地，可以在使用标准逻辑电路或VLSI设计的硬件中部分地或完全地实现所公开的系统。使用软件还是硬件来实现根据实施例的系统取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能，并且可以利用特定软件或硬件系统或微处理器或微计算机系统。可以根据本文所提供的功能描述以及计算机和电信领域的一般基本知识、由可适用领域的普通技术人员使用任何已知的或以后开发的系统或结构、设备和/或软件、以硬件和/或软件来容易地实现本文所示出的通信系统、方法和协议。

此外，可以以能够在存储介质上存储的软件和/固件来容易地实现所公开的方法，以改善具有控制器和存储器的协作的编程通用计算机、专用计算机、微处理器等的性能。在这些实例中，可以实现系统和方法作为嵌入在个人计算机上的程序(诸如，小应用程序(applet)、JAVA.RTM或CGI脚本)、作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源、作为嵌入在专用通信系统或系统组件中的例行程序等。还可以通过将系统和/或方法物理地并入到软件和/或硬件系统(诸如通信收发器的硬件和软件系统)中来实现本系统。

还可以或可替代地以软件和/或固件来完全地或部分地实现各种实施例。该软件和/或固件可以采取被包含在非临时性计算机可读存储介质中或上的指令的形式。随后可以由一个或多个处理器读取和执行这些指令，以使能本文所描述的操作的性能。所述指令可以是任何适当的形式，诸如但不限于源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码等。这种计算机可读介质可以包括用于以一个或多个计算机可读的形式存储信息的任何有形非临时性介质，诸如但不限于只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪速存储器等。

因此，显然的是，至少已经提供了用于激光和光充电和通信的系统和方法。虽然实施例已经结合多个实施例进行了描述，显而易见的是，许多替换、修改和变化对于可适用领域的普通技术人员将是很明显的。因此，本公开旨在包含在本公开的精神和范围内的所有这些替换、修改、等同物和变型。

Claims (38)

1.一种光通信和充电系统，包括：

发射器/充电器，其被配置为从外部源接收第一通信信号和功率信号，所述发射器/充电器包括光源，其中所述发射器/充电器被配置为在包括仅功率充电模式、仅光通信模式、以及功率充电和光通信两者模式的不同可选择模式下操作，并且其中所述光源被配置为基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式发射所述第一通信信号和/或所述功率信号的光源；

透镜，其被配置为接收所述第一通信信号和/或所述功率信号；以及

目标设备，其包括：

电池组；以及

与所述电池组进行通信的PV电池，所述目标设备被配置为在所述PV电池处接收由所述光源发射的所述第一通信信号和/或所述功率信号，所述目标设备被配置为向所述发射器/充电器发送第二通信信号；

其中，由所述目标设备所接收的功率信号使得所述PV电池能够对所述电池组进行充电，并且其中由所述目标设备接收的所述第一通信信号经由所述PV电池而被解调。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述光源是激光/LED二极管。

3.如权利要求2所述的系统，其中，经由USB连接器和无线连接器中的至少一个接收由所述发射器/充电器所接收的功率。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述发射器/充电器和所述透镜是共同外壳结构的组件。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述共同外壳结构还包括光子检测器，所述光子检测器被配置为接收所述第二通信信号。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述目标设备向所述光子检测器输出所述第二通信信号。

7.如权利要求1所述的系统，还包括调制器，所述调制器被配置为管理所述第一通信信号和所述第二通信信号。

8.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一通信信号包括使能所述目标设备的软件更新的数据。

9.如权利要求4所述的系统，其中，所述目标设备和发射器/充电器的共同外壳结构不进行物理通信，并且所述光源无线地发送所述第一通信信号和/或所述功率信号。

10.一种光通信和充电的方法，所述方法包括：

提供一种光通信和充电系统，所述光通信和充电系统包括：

发射器/充电器，其被配置为从外部源接收第一通信信号和功率信号，所述发射器/充电器包括：光源，其中所述发射器/充电器被配置为在包括仅功率充电模式、仅光通信模式、以及功率充电和光通信两者模式的不同可选择模式下操作，并且其中所述光源被配置为基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式发送所述第一通信信号和/或所述功率信号的光源；透镜，其被配置为接收所述第一通信信号和/或所述功率信号；目标设备，其包括电池组以及与所述电池组进行通信的PV电池，所述目标设备被配置为在所述PV电池处接收由所述光源发射的所述第一通信信号和/或所述功率信号，所述目标设备被配置为向所述发射器/充电器发送第二通信信号；

将发射器/充电器充电设备与外部源进行接合；

从所述外部源将第一通信信号和/或功率信号提供给所述发射器/充电器；

基于不同可选择模式中特定的所选的模式，从所述发射器/充电器的光源向所述目标设备发送第一通信信号和/或功率信号；以及

确定第一通信信号和/或功率信号是否包括所述功率信号；

其中，当确定所发送的第一通信信号和/或功率信号包括功率信号时，所述PV电池接收所述功率信号，并且所述电池组被充电；并且

其中，当确定所发送的第一通信信号和/或功率信号包括第一通信信号时，由所述目标设备接收的所述第一通信信号经由所述PV电池而被解调。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述光源是激光/LED二极管。

12.如权利要求10所述的方法，其中，经由USB连接器和无线连接器中的至少一个接收由所述发射器/充电器所接收的功率。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述发射器/充电器和所述透镜是共同外壳结构的组件。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述共同外壳结构还包括光子检测器，所述光子检测器被配置为接收所述第二通信信号。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述目标设备向所述光子检测器输出所述第二通信信号。

16.如权利要求10所述的方法，还包括调制器，所述调制器被配置为管理所述第一通信信号和所述第二通信信号。

17.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一通信信号包括使能所述目标设备的软件更新的数据。

18.如权利要求13所述的方法，其中，所述目标设备和发射器/充电器的共同外壳结构不进行物理通信，并且所述光源无线地发送所述第一通信信号和所述功率信号。

19.一种音频传输和充电系统，包括：

发射器/充电器，其被配置为通过光源发射光信号，其中所述发射器/充电器被配置为在包括仅功率充电模式、仅光通信模式、以及功率充电和光通信两者模式的不同可选择模式下操作，且其中所述光源被配置为基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式发送第一通信信号和/或功率信号；

音频设备，其包括电池组以及与所述电池组进行通信的PV电池，所述PV电池被配置为接收所述第一通信信号和/或功率信号；

其中，所述PV电池将所接收的功率信号转换为电功率，其中所述电功率被提供给所述电池组，其中所述电池组被充电。

20.如权利要求19所述的系统，其中，所述光源是激光/LED二极管。

21.如权利要求20所述的系统，其中，所述光信号包括第一调制通信信号。

22.如权利要求21所述的系统，其中，所述第一调制通信信号是音频信号。

23.如权利要求22所述的系统，其中，所述音频设备还包括透镜，所述透镜被配置为接收所述光信号并且将其传送给PV电池。

24.如权利要求21所述的系统，还包括至少一个光纤电缆，所述至少一个光纤电缆承载由所述发射器/充电器向所述音频设备发送的所述光信号。

25.如权利要求24所述的系统，其中，所述音频设备进一步被配置为通过所述至少一个光纤电缆将第二调制通信信号发送到所述发射器/充电器。

26.如权利要求19所述的系统，其中，所述光信号包括使能所述音频设备的软件更新的数据。

27.如权利要求25所述的系统，其中，所述发射器/充电器还包括微处理器/控制器，所述微处理器/控制器被配置为管理所述第一调制通信信号和所述第二调制通信信号。

28.一种音频通信和充电的方法，所述方法包括：

提供一种音频传输和充电系统，所述音频传输和充电系统包括：发射器/充电器，其被配置为通过光源发送光信号，其中所述发射器/充电器被配置为在包括仅功率充电模式、仅光通信模式、以及功率充电和光通信两者模式的不同可选择模式下操作，且其中所述光源被配置为基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式发送第一通信信号和/或功率信号；音频设备，其包括电池组以及与所述电池组进行通信的PV电池，所述PV电池被配置为接收所述功率信号；以及在所述发射器/充电器与所述音频设备之间互连的至少一个光纤电缆；

借助于所述至少一个光纤电缆从所述发射器/充电器向所述音频设备发送基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式的所述第一通信信号和/或功率信号；

由所述音频设备接收所述第一通信信号和/或功率信号；以及

确定所述音频设备是否要求充电，其中如果所述音频设备要求充电，则将所述功率信号转换为电信号，所述电信号被提供给所述电池组，其中所述电池组被充电。

29.如权利要求28所述的方法，其中，所述光源是激光/LED二极管。

30.如权利要求29所述的方法，其中，所述光信号包括第一调制通信信号。

31.如权利要求30所述的方法，其中，所述第一调制通信信号是音频信号。

32.如权利要求31所述的方法，其中，所述PV电池将所接收的光信号转换为电信号。

33.如权利要求32所述的方法，其中，所述音频设备进一步被配置为通过所述至少一个光纤电缆将第二调制通信信号发送到所述发射器/充电器。

34.如权利要求28所述的方法，其中，所述光信号包括使能所述音频设备的软件更新的数据。

35.如权利要求33所述的方法，其中，所述发射器/充电器还包括微处理器/控制器，所述微处理器/控制器被配置为管理所述第一调制通信信号和所述第二调制通信信号。

36.一种音频光传输和光充电设备，包括：

光学发射器/充电器，其被配置为通过LED光源发射第一光信号，所述第一光信号包括调制的第一通信信号，其中所述发射器/充电器被配置为在包括仅功率充电模式、仅光通信模式、以及功率充电和光通信两者模式的不同可选择模式下操作，且其中所述光源被配置为基于所述不同可选择模式中特定的所选的模式发送调制的第一通信信号和/或功率信号；

音频设备，其包括电池组以及与所述电池组进行通信的PV电池，所述PV电池被配置为接收调制的第一通信信号和/或功率信号，所述PV电池进一步被配置为对所述调制的第一通信信号进行解调；以及

至少一个光纤电缆，所述至少一个光纤电缆被互连到发射器/充电器以及音频设备，所述至少一个光纤电缆承载由发射器/充电器向音频设备发送的调制的第一通信信号；

其中，所述PV电池将所述功率信号转换为电功率，其中所述电功率被提供给所述电池组，其中所述电池组被充电。

37.如权利要求36所述的设备，其中，所述调制的第一通信信号是音频信号。

38.如权利要求37所述的设备，其中，所述音频设备还包括解调器，所述解调器对所述调制的第一通信信号进行解调。

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