CN106526761A

CN106526761A - Led和激光光束耦合装置及其使用方法

Info

Publication number: CN106526761A
Application number: CN201610922498.6A
Authority: CN
Inventors: A·J·卢克雷西奥; 马嘉因; M·W·J·伯迈斯特; P·切斯特
Original assignee: Flextronics International USA Inc
Current assignee: Flextronics International USA Inc
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明提供一种光耦合技术。特别是提供一种使从一个或多个LED发出的光与通过光纤而接收的光进行耦合的系统和方法。

Description

LED和激光光束耦合装置及其使用方法

技术领域

相关的申请的交叉参考

按照35U.S.C.§119(e)的规定，本申请要求申请日为2015年8月26日，临时申请号为62/210303，发明名称为“作为环境光传感器的扩散光纤，光学信号发送器，邻近传感器”；申请日为2015年9月1日，申请号为62/212844，发明名称为“作为环境光传感器的扩散光纤，光学信号收发器，邻近传感器”；申请日为2015年9月4日，申请号为62/214362，发明名称为“激光充电和采用标准USB端子的光学双向通信”；其请日为2015年9月10日，申请号为62/216861，发明名称为“作为环境光传感器的扩散光纤，光学信号收发器，邻近传感器”美国专利申请的优先权，并且要求享受这些申请的权益，针对它们教导的所有内容和针对所有的目的，这些申请的整体公开内容在这里供参考而引入。

本申请还与临时申请号为62/214362，申请日为2015年9月4日，发明名称为“激光充电和采用标准USB端子的光学双向通信”；申请号为62/193037，申请日为2015年7月15日，发明名称为“远程装置充电”；申请号为62/195726，申请日为2015年7月22日，发明名称为“远程装置充电”；申请号为62/197321，申请日为2015年7月27日，发明名称为“装置通信，充电和用户交互”的美国专利申请有关。

本申请也与申请号为14/937553，申请日为2015年11月10日，发明名称为“激光，光学充电和通信装置以及使用的方法”；申请号为15/172411，申请日为2016年6月3日，发明名称为“扩散光纤传感器和通信装置以及及其使用方法”；申请号为15/134084，申请日为2016年4月20日，发明名称为“光通信和充电装置以及使用的方法”；申请号为15/134138，申请日为2016年4月20日，发明名称为“音频发送和充电系统和使用的方法”的美国专利申请有关。

针对它们所教导的全部内容和针对全部的目的，在整体上，上面所列的申请的整体的公开内容在这里供参考而引入。

本发明一般涉及光耦合，比如，将从发光二极管(LED)发出的光与由光纤接收的光进行耦合的方法。

背景技术

将LED或其它非相干光源发出的光耦合到光纤的现有系统具有低的耦合效率。对于这样具有较大数值孔径的光源，典型的耦合效率远低于5％。与此相比，激光或其它相干性较强的光源，耦合效率通常高于95％。但是，相对于激光来说，有利的是采用LED作为光纤的光学光源，因为通常来说，LED在操作和维护方面上成本较低。但是，因为前述的耦合效率，将LED用于光纤(fiber optics)这一点已受到限制。于是，需要提供将从LED发出的光与由光纤接收的光进行耦合的系统和方法。本发明可解决这些需求。

通过提供附加的背景，上下文语境(context)，并且进一步满足35U.S.C.§112的撰写描述的要求，下面的参考文献在整体上供参考而引入：专利权人为Tessnow，公开号为US2007/0031089的美国专利公开申请文本，以及专利权人为Yang，专利号为US7621677的美国专利文本。

通常，采用光纤使得光波沿着光纤或在光纤端部之间进行导向和传播。普通的实施方式涉及将光纤的一个或2个端部与光源，比如，LED或激光二极管进行配合或耦合。传统的光纤，也称为“普通(normal)”光纤，作为典型方式，使用包层包裹电介质材料的柱状芯层，将光源的光子保持在光纤的内部。该光子保持在光纤内部的原因在于该芯层的折射率大于包层。

相比之下，扩散光纤允许一些光子通过包层中故意设置的缺陷，从光纤芯层中泄漏。于是，当光纤的一个或2个端部与光源配合时，该光纤可用作细线光源。上述包层的缺陷可由几种机制中的任意者形成，比如，由光纤表面上的表面缺陷或由光纤(比如，由康宁Fibrance产品所提供的那样)的材料缺陷形成。通过增加随机性和缺陷的量，照明图案在各方向可变得均匀。

扩散光纤的一个没有受到注意的，但是重要的特征是外部光能够进入扩散光纤(通过上述的缺陷)以及能够脱离或离开上述扩散光纤的能力。通过光路可逆原理，可得出这样的推论。如果特定的扩散光纤产生各向均匀的照明，则该扩散光纤还可通过光纤表面(比如，通过包层中的缺陷)从外界或外部环境，全方向地将能量或光子接收到扩散光纤中。在认识到该发现时，扩散光纤(也称为“光波导”或“光纤波导”)可用作全向外界/外部光传感器。在这样的结构中，光学探测器可放置于光纤端部，以便检测来自周围环境的光信号和/或能量。接收的光能量或信号可为任何的光波段，其包括可见的和红外的波段；IR检测特别适合于火焰的检测。

提供一种光纤光检测和通信的技术。特别是，公开了设置扩散光纤传感器的系统和方法以及通信装置和使用的方法。

通过提供附加的背景技术，上下文语境(contex)，进一步满足35U.S.C.§112的撰写描述的要求，下面的参考文献在整体上供参考而引入：申请人为Tessnow，公开号为US2007/0031089的美国专利公开申请文本，申请人为Schumacher，公开号为US2002/0186921的美国专利公开申请文本，以及专利权人为Naum，专利号为US6272269的美国专利文本，专利权人为Yang，专利号为US7621677的美国专利文本，以及在“InternationalLighting in Controlled Environments Workshop，”Tibbitts，Editor，NASA-CP-95-3309(1994)中发表的，作者Kozai所撰写的“Use of Diffusive Optical Fibers for PlantLighting”。

发明内容

本发明提供将从一个或多个LED发出的光与由光纤所接收的光进行耦合的系统和方法。本发明还公开了一种用于提供扩散光纤传感器和通信装置的系统和方法以及使用的方法。

在一个实施方式中，公开了一种LED光耦合装置，该装置包括至少一个LED，其被构造为接收电源和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；光耦合器，该光耦合器与上述至少一个LED光通信，该光耦合器接收上述第一光并发出第二光；光纤，该光纤具有接收角度，该光纤与上述光耦合器光通信，其中，上述光耦合器将具有第一数值孔径的第一光，改变为具有第二数值孔径的第二光，其中第二数值孔径小于第一数值孔径。

在另一实施方式中，公开一种LED光耦合的方法，该方法包括：提供LED光耦合装置，该LED光耦合装置具有i)至少一个LED，其被构造为接收电源和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；ii)光耦合器，该光耦合器与上述至少一个LED光通信，该光耦合器接收上述第一光并发出第二光；iii)光纤，该光纤具有接收角度，该光纤与上述光耦合器光通信；使上述LED光耦合装置与电源连接；从上述电源向上述至少一个LED提供电力；启动上述至少一个LED；向上述光耦合器发出上述第一光；在上述光耦合器的内部，将具有第一数值孔径的第一光改变为具有第二数值孔径的第二光，其中第二数值孔径小于第一数值孔径；将第二光提供给光纤。

在还一实施方式中，公开一种LED光纤装置，该装置包括：至少一个LED，其被构造为接收电源和控制信号，该至少一个LED发出具有第一发光锥的第一光；光耦合器，该光耦合器与上述至少一个LED光通信，该光耦合器接收上述第一光并发出第二光；光纤，该光纤具有接收角度，该光纤与上述LED光耦合器光通信，其中，上述光耦合器将具有第一发光锥的第一光改变为具有第二发光锥的第二光，其中第二发光锥小于第一发光锥，第一光和第二光之间的耦合效率至少为95％。

在一些替换实施方式中，上述装置和/或使用的方法还包括：电子驱动器，其控制上述至少一个LED；其中，上述至少一个LED的控制包括功率调制；其中，上述至少一个LED为表面发射型LED；其中，上述至少一个LED为三个表面发射型LED；其中，上述第二光在上述光纤的接收角的范围内被光纤接收；其中，上述光耦合器包括光学积分球；其中，上述光耦合器包括球透镜；上述光耦合器为光学球以及上述三个表面发射型LED相对于上述光学球的赤道圆周径向设置在0度、90度和180度位置上；其中，第一光和第二光之间的耦合效率至少为95％。

在一个实施方式中，公开了一种光纤传感器系统，该系统包括：光纤，该光纤具有第一端部，第二端部，以及外部表面，该外部表面在第一端部和第二端部之间形成有孔，该光纤以通过外部表面在沿外部表面的第一轴向距离处接收来自外部光源的外部光的方式构成；第一探测器，该第一探测器设置于上述第一端部，用于测量第一外部光功率；第二探测器，该第二探测器设置于上述第二端部，用于测量第二外部光功率；处理器，该处理器被构造为比较该第一和第二外部光功率测量值，并确定上述第一轴向距离。

在另一实施方式中，公开了一种光源的光纤检测方法，该方法包括：提供光纤传感器系统，该系统具有第一端部，第二端部，以及外部表面，该外部表面在该第一端部和第二端部之间形成有孔，该光纤以通过外部表面在沿外部表面的第一轴向距离处接收来自外部光源的外部光的方式构成；第一探测器，该第一探测器设置于上述第一端部；第二探测器，该第二探测器设置于上述第二端部；以及处理器；通过外部表面，在沿外部表面的第一轴向距离处接收外部光；通过第一探测器，测量第一外部光功率；通过第二探测器，测量第二外部光功率；通过上述处理器，比较该第一和第二外部光功率测量值；上述处理器，通过上述外部光功率测量值的比较而确定上述第一轴向距离。

在一些替换实施方式中，上述装置和使用的方法还包括：上述光纤为扩散光纤；上述光纤形成圆形轴向横截面；其中，上述第一端部为上述光纤的第一终端，上述第二端部为上述光纤的第二终端；其中，上述光纤为圆形轴向横截面的均质光纤；第二光纤，该第二光纤被构造为通过第二外部表面在沿第二外部表面的第二轴向距离处接收外部光；成对的探测器，设置于第二光纤的相对终端，该成对的探测器中的每一个按照测量外部光功率的方式构成；上述处理器还按照比较该成对的探测器的外部光功率测量值以便确定上述第二轴向距离的方式构成；其中，上述第一光纤和第二光纤中的每个形成为纵向直线型结构，并且相互正交地设置，其中，上述外部光源的两维位置可通过上述处理器而确定；第三光纤，该第三光纤被构造为通过第三外部表面在沿第三外部表面的第三轴向距离处接收外部光；成对的探测器，设置于第三光纤的相对终端，该成对的探测器中的每个按照测量外部光功率的方式构成；上述处理器还按照比较该成对的探测器的外部光功率测量值，以便确定上述第三轴向距离的方式构成；其中，上述第三光纤形成为纵向直线型结构，并且与上述第一光纤和第二光纤中的每个相互正交地设置，其中，上述外部光源的三维位置可通过上述处理器而确定；成对的收发器，其设置于上述光纤的每个终端，该对收发器按照从上述外部光源接收光信号以及将光信号发送给上述外部光源的方式构成。

附图说明

为了更加全面地理解本发明和其优点，现在参考结合附图的下面的描述，在该附图中，相同的标号表示相同部件：

图1为光耦合系统的实施方式的方框图；

图2表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的一个实施方式；

图3a表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的另一实施方式；

图3b表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的还一实施方式；

图3c表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的又一实施方式；

图4a表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的再一实施方式；

图4b表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的另一实施方式；

图4c表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的还一实施方式；

图4d表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的又一实施方式；

图4e表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的再一实施方式；

图4f表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的另一实施方式；

图4g表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的还一实施方式；

图5表示图1的光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的又一实施方式；

图6表示光耦合系统的LED/耦合器/光纤部件的又一实施方式；

图7表示图1的光耦合系统的使用的方法的流程图；

图8A表示已有技术的标准光纤；

图8B表示已有技术的扩散(diffusive)光纤；

图9表示光纤传感器系统的一个实施方式；

图10表示图9的光纤传感器系统的更加细节的部分；

图11表示上述光纤传感器系统的另一实施方式；

图12为图9的光纤传感器系统的使用的方法的流程图。

应理解到，附图不必符合比例。在某些场合，可省略对于理解本发明来说不是必要的，或给出难以意识到的其它的细节。应理解到，显然，本发明不必限于在这里说明的特定的实施方式。

具体实施方式

在下面的具体的描述中，提出许多具体的细节，以便提供所公开的技术的全面的理解。但是，本领域的技术人员理解到，在没有这些具体的细节的情况下也可以实施本实施方式。在其它的场合，没有具体地描述熟知的方法，步骤，部件和电路，以避免使得本发明难以理解。

虽然在此方面，没有限制实施方式，但是，采用术语，比如，“处理”，“计算机计算”，“计算”，“确定”，“建立”，“分析”，“检查”，或类似术语的讨论可指计算机，计算平台，计算系统，通信系统，子系统，或其它的电子计算装置的(多个)操作和/或(多个)处理，该(多个)操作和/或(多个)处理对作为位于计算机的寄存器和/或存储器的内部的物理(比如，电子)量而表示的数据处理操作和/或转变为作为位于计算机寄存和/或存储器，或可存储执行操作和/或处理的指令的其它的信息存储介质的内部的物理量而类似表示的其它数据。

虽然在此方面，没有限制实施方式，但是，在这里所采用的术语“复数”和“多个”可包括比如，“多个”或“两个或更多个”。术语“复数”和“多个”可在本说明书的通篇中使用，以便描述2个或更多个部件，装置，元件，单元，参数，电路，或类似物。

术语“LED”指发光二极管，其指将电流转变为光的半导体，其包括所有可获得的LED的类型，比如，表面发射型LED和边缘发射型LED。

术语“光耦合”指对光纤，提供或供给光，或将光提供或供给到光纤中。

术语“波导”指对光波进行导向的结构。

术语“耦合效率”指在2个光学部件之间的功率传递的效率。

术语“非相干光”指下述的光，该光的光子之间具有随机变化的频率和相位，从而导致光的分散。“相干光”指具有相同频率和全部处于相同频率的光子束，其产生光流或光束。

术语“数值孔径”指无量纲的数，其特征在于上述系统可接收或发出光的角度的范围。

术语“发光锥”或“发射锥”或“接收锥”指确定的几何锥，在其范围内，接收光，在其外侧，不接收光。

术语“接收角度”指确定的几何角度，在该角度范围内，接收光，在该角度的外侧，不接收光。

术语“光纤”或“光学纤维”指柔性的，透明的光纤，其通过对玻璃/石英或塑料进行拉制而制成。

在理解下面的实施方式的描述之前，最好给出在本文件中通篇采用的某些词和术语的定义：术语“包括”和“包含”以及它们的派生词指没有限定的包括；术语“或者”是包括在内的含义，其指和/或的含义；术语“与......有关”和“与此有关”以及它们的派生词可指包括，包括在内，与......相互连接，通过......相互连接，包含，包含在内，与或通过......连接，与或通过......结合，与......连通，与......配合，交错，并列，紧接于，与或通过......系结，具有，具有......的特性，或类似术语；术语“控制器”指控制至少一个操作的它们的任何装置，系统中的部分，比如，装置可通过硬件，电路，固件，或软件或上述中的至少2者的一些组合而实施。应注意到，可对与任何特殊的控制器有关的功能进行集中化或分布化处理，无论是当地或远程。在本文件的通篇的范围内，提供某些词和术语的定义，本领域的技术人员应理解到，在许多场合，如果不是多数场合的话，这样的定义应用于这样定义的词和术语的过去的，以及未来的使用。

为了进行说明，给出许多的具体细节，以便对本技术的全面理解。但是，应理解到，本发明可按照超出在这里给出的特定的具体细节的多种方式而实现。另外，虽然在这里说明的列举性的实施方式给出了所搭配的系统的各种部件，但是应理解到，该系统的各种部件可定位于分布式网络，比如，通信网络，节点，和/或互联网中的远距离的部分处；或定位于指定的受到保护的，不保护的，和/或加密的系统的内部；和/或定位于位于上述网络的内侧或外侧的网络操作或管理装置的内部。作为例子，可采用无线装置，以便适用于下述的任何的装置，系统或模块，该任何的装置，系统或模块管理和/或构成在这里描述的上述网络或通信环境和/或(多个)收发器和/或站和/或(多个)访问点中的任何一个或多个方面，或与该任何一个或多个方面通信连接(communicate with)。

于是，应理解到，上述系统的部件可组合成一个或多个装置，或在装置之间分裂开。

另外，应知道，各种链接包括连接部件的(多个)通信通道，其可为有线或无线的链接，或任何它们的组合，或能够将数据提供给和/或通过通信而发送给已连接的部件和从已连接的部件而提供和/或通过通信而发送数据的任何其它的已知的，或之后研发的(多个)部件。在这里所采用的术语“模块”可指能够实现与上述部件有关的功能的，任何已知的或之后研发的硬件，电路，电路系统，软件，固件，或它们的组合。如在这里所采用的那样的术语确定，计算，计算机计算和它们的变化形式可相互交换地使用，其包括方法，处理，技术，数学运算或协议。

关注图1～6，描述光耦合系统100的实施方式。

一般来说，该装置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部210和电子器件第二端部220。电子器件200可包括LED驱动电路。电子器件200从电源600接收电源电力682。LED模块300包括LED模块第一端部310，LED模块第二端部320，LED模块300通过电子器件/LED输入/输出284与电子器件200联通。LED模块300可包括LED一331，LED二332，LED三333。LED模块300将LED模块输出330(也称为“第一光”)输出给耦合器400。耦合器400包括耦合器第一端部410和耦合器第二端部420，该耦合器400将耦合器输出486(也称为“第二光”)输出给光纤(也称为“光学纤维”)500。光纤500包括光纤第一端部510和光纤第二端部520。广义地说，LED模块300将大的发射锥的非相干光(比如，“第一光”)发射到耦合器400中，在这里该耦合器400将所接收的光改变为由光纤500接收的较窄的或较小的发射锥(比如，“第二光”)。上述耦合器400将第一光的较大的发光锥改变为较窄的或较小的发光锥，后者在光纤500的接收角范围内。在没有耦合器400对第一光进行处理的情况下，第一光的大部分不落入光纤500的接收角的范围内(产生非常低的耦合率，比如小于5％)。相比之下，通过上述耦合器400，获得高的耦合效率(比如，高于95％)。

图2～5提供图1的光耦合系统100的各种实施方式。实施方式中的多数通过采用一个或多个光学部件对一个或多个LED而进行光耦合，以便将更加聚焦的光提供给光纤。

在图2的实施方式中，两个球透镜的组用作耦合器。更具体地说，LED模块300从LED模块第二端部320发出LED模块输出光330，从而被球透镜一441所接收，该球透镜进而将光输出给球透镜二442。球透镜二442向光纤500发出作为耦合器输出486的光。

一般来说，在激光与光纤的耦合中，两个尺寸相同的球透镜在激光源和光纤之间对称地放置。因为光源与光纤芯层的尺寸比和非相干性，在采用LED光源时该结构工作性能不好。在图2中，来自LED光源的光直接地与位于经抛光的金属腔内的较小球透镜耦合。高反射率的金属腔表面用作第一级光束汇聚器，以便将来自LED光源的光线朝向小球透镜反射。由于其大的曲率，该小球透镜具有大的光线弯曲力。该小球透镜采用该高弯曲力，从而大致地将光线朝向光纤芯层聚焦。另一大球透镜具有小弯曲力，其将光线精细地朝向上述光纤芯层聚焦。上述两个球透镜之间的尺寸比与LED尺寸和光纤芯层直径比具有直接相关性。两个球透镜的光学材料不限于相同的材料。

在图3a的实施方式中，LED模块300包括微型LED351。更具体地说，微型LED351从LED模块第二端部320发出LED模块输出光330，从而在光纤第一端部510处被光纤500直接接收。没有耦合器400的这样的结构称为对接(butt)耦合结构。

应注意到，可通过将LED尺寸从毫米等级降低到与多模光纤芯层直径相同等级的微米等级的方式，显著地改善LED与光纤的耦合效率。微米尺寸的LED可与多模光纤直接耦合(对接耦合)或通过采用位于LED的顶部上的微型透镜而耦合。微米尺寸的LED可为单个LED或任何结构的LED阵列。从理论上说，微米尺寸的LED与多模光纤的潜在的耦合效率可达到30％+。

在一些实施方式中，微米尺寸的LED的阵列可通过R，G和B颜色的微米尺寸的LED以任何的混合比例而构成。R，G和B颜色光一起地耦合到多模光纤中。颜色混合可在光纤芯层区域内进行。混合的RGB微米尺寸的LED耦合和颜色混合机制能够产生任何单一颜色(RGB混合的)光输出。

在图3b的实施方式中，给出光耦合器100的剖视图。在本实施方式中，LED模块300发出光，该光在环绕项圈或柱状耦合器400的内部中被反射，其中更加聚焦的光在光纤第一端部510处进入光纤500中。

在图3c的实施方式中，3个LED组成一组，即，LED一331，LED二332，LED三333对接(butt)耦合(即，紧靠或在光纤第一端部510处而邻近光纤500的入口处放置)，其中该3个LED发出的光进入光纤500中并且通过光学管嘴430而聚焦或改变或重新导向。在离开光学管嘴(其可包括金属的内部或内表面)时，所接收的光具有较小的或较窄的发光锥，从而以较大或增加的耦合效率被光纤接收。光学管嘴430外表面可包括光学扩散材料。光纤500的内部可包括涂层540，比如透明包覆材料，以便于在光纤500内部中的光的全内反射。光学管嘴430可包括波导和光学透明材料。在一个实施方式中，LED一331，LED二332，LED三333选自红，绿，蓝的主色，即提供3个LED，各自分别发出红光，黄光，蓝光。

传统上，LED具有非常低的耦合效率，这是因为将来自光源的光与光纤耦合的传统方式基于维持光源的图像空间信息的几何成像映射(mapping)关系。这样的方法受到光学不变性或拉格朗日不变性原理的限制，在该原理中，光束孔径角(beam angle)和光腰(beamwaste)的乘积是不变量。上述光学不变性表明LED光源尺寸，接收角度(光源和光纤这两者上的)以及光纤直径之间的关系。为了解决该困境，必须破坏光源图像的空间信息，以便改善耦合效率：使来自LED光源的光穿过某些无损失的扩散性的光学元件这一点会成为破坏LED光源空间图案的方式，而同时保持照明强度(能量)和光学波长(光谱颜色)。一个这样的无损失的扩散性的光学部件为积分球。

积分球为(几乎)无损失的扩散光学元件。积分球在光学上是中空的(透明的)球，其内壁涂有高扩散性的白色涂料。该扩散性涂料还具有非常高的反射率(＞95％～99％)。(来自LED光源的)进入该积分球的光发生散射，在白色扩散性的球壁内部回弹，直至其到达(嵌入有光纤的)出口端。该过程是(几乎)无损失的，并且维持光谱颜色。在光学透明球腔内，上述照明强度均匀地在每个方向分布。耦合到该出口端中的光仅仅与下述比例有关，该比例为球的尺寸与出口端的表面尺寸的比。积分球的扩散性和维持光谱颜色的性质使其成为理想的光学混色腔。

在图4a的实施方式中，积分球450为耦合器。更具体地说，LED模块300从LED模块的第二端部320发出LED模块输出光330，从而由积分球450接收。积分球450将作为耦合器输出的光486在光纤第一端部处510发射给光纤500。

在一个实施方式中，上述积分球可通过将两个金属件组合而制成，每个金属件构成半个球腔。一个半球具有大孔，以便接纳LED的有源区域，另一者具有小孔(出口端)，以便接纳光纤。上述球内表面涂有高反射性的、扩散性的白色涂料。来自LED的光进入该积分球被扩散和混合，然后从出口端射出，从而直接耦合到光纤中。

在一个实施方式中，光学锥状体代替位于上述出口端处的上述光纤。该光学锥状体在出口端部具有大的表面区域。该光学锥状体的小端部具有与光纤芯层表面相同的尺寸。该光学锥状体用于增加出口端尺寸，以便改善耦合效率。

在图4b的实施方式中，积分球450为耦合器。更具体地说，LED模块300包括LED一331，LED二332，LED三333，每个LED分别发出LED一输出341，LED二输出342，LED三输出343，该LED模块300提供的光被积分球450接收。该3个LED一般被构造为将光的发射指向到积分球450上的共同位置处。积分球450将作为耦合器输出486的光发射到在光纤第一端部510处的光纤500。在一个实施方式中，LED一331，LED二332，LED三333选自红，绿，蓝的主色，即提供3个LED，各自分别发出红，黄，蓝光。

在图4c的实施方式中，积分球450为耦合器。更具体地说，LED模块300包括LED一331，LED二332和LED三333，每个LED分别发出LED一输出341，LED二输出342和LED三输出343，LED模块300提供的光被积分球450接收。但是，相对于图4b，三个LED中的每一个按照围绕积分球450的赤道轴线径向分开90度间隔而定位(比如，按照0度，90度，与180度径向)。光纤500定位在剩余的270度径向位置。在一个实施方式中，LED一331，LED二332，LED三333选自红，绿，蓝的主色，即提供3个LED，各自分别发出红，黄，蓝光。

在一个实施方式中，在如图4c所示的那样安装时，一组3个LED用于使散热效率达到最大。

在一个实施方式中，积分球用作混合腔，以便去除任何的不想要的激光闪耀效果。

在一个实施方式中，在与在上面描述的红/绿/蓝LED(或有色的LED的任何组)集成时，上述积分球用作光学混色腔，以便在出口端处形成任何颜色的光并进入光纤中。进入光纤的可变颜色输出可通过改变颜色LED的各自的电输入强度而实现。

在图4d的实施方式中，积分半球470为耦合器，其设置于PCB230上。更具体地说，设置于上述积分半球470的底平面(即，平的表面)上的LED模块300发出LED模块输出光330，从而由积分半球470所接收并输出给光纤500。半球的平的表面上的曝露的区域涂有白色的、高反射性的扩散涂料。该结构可降低积分球尺寸，增加所设置(hosted)的LED有源区域表面或增加位于平面上的LED的数量。该结构的优点在于散热和LED的PCB布置。

在图4e的实施方式中，积分球450为耦合器，三个LED安装于位于积分球450的内部的LED支架336上。该3个LED为LED一331，LED二332以及LED三333。从积分球450发出的光在通过球透镜一441后被提供给光纤500。在一个实施方式中，LED一331，LED二332，LED三333选自红，绿，蓝的主色，即提供3个LED，各自分别发出红，黄，蓝光。

在一个实施方式中，LED支架336为透明的PCB板结构。

在一个实施方式中，LED/多个LED通过支承杆而设置于积分球的中心。该支承杆用于为上述LED配备电线以及进行散热，LED/多个LED可竖直地安装，以便使LED的有源面积达到最大化。

在一些实施方式中，球透镜一441与光纤第一端部510配合，如图4e所示的那样。换种说法，小的球透镜设置于出口端。上述光纤端部设置于该球透镜的焦点处。该小的球透镜用于增加出口端表面尺寸并且将光聚焦在光纤端部。这会增加出口端的光纤的耦合效率。

在一些实施方式中，通过光纤第一端部510接收的光基本上位于光纤接收锥的内部。在一些实施方式中，通过光纤第一端部510接收的光全部位于光纤接收锥的内部。在一些实施方式中，由上述耦合器400能够实现的上述LED模块300中的一个或多个LED和上述光纤第一端部510之间的耦合效率优选大于90％。在更优选的实施方式中，上述耦合效率大于95％。在最优选的实施方式中，上述耦合效率大于97％。

在图4f的实施方式中，耦合器400包括扩散元件480和聚焦透镜490。由LED模块300发出的光由扩散元件480接收，其一般使由LED模块300发出的宽光锥准直化。聚焦透镜490从扩散元件480接收光并且使所接收的光聚焦或变窄，以便将较窄的或较紧凑的光锥提供给光纤第一端部510。

在图4g的实施方式中，成对的LED，即，LED一331和LED二332发光，以便从反射透镜492处反射，从而由聚焦透镜490接收。聚焦透镜490进而将光在光纤第一端部510处发送给光纤500。

在图5的实施方式中，一组3个球透镜按照从3个LED而接收3个发射光的方式构成，该3个发射光为一组。更具体地说，3个LED中的每个，即，LED一331，LED二332，LED三333将相应的LED一输出341，相应的LED二输出342，相应的LED三输出343发射到相应的球透镜一461，球透镜二462，球透镜三463，其中3个发射光在光纤第一端部510处进入光纤500之前聚焦成一个合并的耦合器输出光486。在一个实施方式中，LED一331，LED二332，LED三333选自红，绿，蓝的主色，即提供3个LED，各自分别发出红，黄，蓝光。

图6提供一种扩散光纤500的设计，其可以例如用于照明和显示目的。在上面公开的任何耦合设计可用在光纤500的成对的端部。在图6中，通过两个相应的LED模块300中的每一个产生光，两个成对的积分球450中的每一个将该光引导到光纤500的相对端部。这样的结构使耦合到光纤芯层区域中的光的总量增加或者提供颜色混合。在一个实施方式中，高反射的反射镜或其它的光学元件(比如，球透镜)设置于该光纤的一个或多个端部。过量的照明光可被反射回来用于沿着光纤芯层进行二次扩散辐射。

电源600可以是对于本领域的技术人员所知晓的任何电源，比如，标准壁装电源插座，个人计算机，或手提电脑，并且可为无线连接。对于其它的事项，电子器件200从所采用的电源接收电力，以便对LED模块300的一个或多个LED进行供电，并对其进行控制。

在一个实施方式中，上述装置100包括其本身的电源，诸如锂电池的电池，以便对一个或多个LED进行供电，并且提供在上面公开的任何组的功能。

在一个实施方式中，可将经抛光的(内表面)金属管/锥嵌入光纤或锥形件中。该锥状的内表面将光从微米尺寸的LED或LED阵列导向到光纤。该方法可增加多个微米尺寸的LED的容量。

参照图1～6，图7表示说明光耦合系统100的列举性使用方法的流程图。一般来说，该方法700开始于步骤704，结束于步骤728。

在上述方法700中的步骤708，上述装置100与电源600接合并且接收电源中的电力682。该电力在电子器件第一端部210处由电子器件200所接收。在步骤712，启动LED模块300中的一个或多个LED，该模块可包括电源开/关，频率调制和功率调制。在步骤716，该一个或多个LED将光发送给耦合器400。LED发出的光一般具有大或宽的发光锥和/或大的数值孔径。

在步骤720，除了其他光学处理外，LED发送的光由耦合器400接收并经过处理，该光被聚焦成具有较窄的或较紧凑的发光锥或较小的数值孔径，然后发送该经处理的光。在步骤724，从该耦合器400发出的经处理的光由光纤500接收并通过该光纤而发送。然后，该方法在步骤728结束。

在具体的描述中，给出大量的具体细节，以便对公开的技术进行全面的理解。但是，本领域的技术人员理解到，本技术可在没有这些具体细节的情况下实施。在其它的场合，没有具体地描述熟知的方法，步骤，部件和电路，以避免使本发明难以理解。

图8～12公开了一种近程(proximity)传感器，其用于检测一个维度，两个维度或三个维度中的光源位置，该传感器包括一个或多个扩散的光纤，以及位于(多个)光纤的每个端部处的成对的经校准的光电探测器，该光纤具有均质的扩散介质。光从光源而开始传播，通过光纤表面而进入特定的扩散光纤。然后通过在上述光纤介质的内部的光扩散过程，光最终到达每个光纤端部。从上述光源到两个光纤端部的投射距离与在两个探测器处接收的光功率成比例，即距第一光纤端部的距离与第一光纤处的光功率的乘积等于距第二光纤端部的距离与第二光纤处的光功率的乘积。已知光纤端部的位置，可计算光源的投射位置。上述方法可应用于两维或三维，其中多个光纤处于正交的取向。对于多个光纤和设计为非均质的扩散光纤，可将多个光源位置与它们的相对运动一起地检测。可采用本发明的应用包括，比如，要求光学传感器为分布式阵列的应用，其按照传统方式采用大量的光电二极管或CCD器件。

图8A～图8B分别表示已有技术中的普通光纤和扩散光纤。在图8A中，所有光线通过相对于包层的连续性全内反射而包含在光纤的芯层的内部。在图8B中，一些光线通过包层的缺陷或间隙而从光纤的芯层射出。从原理上说，本发明涉及与图8B的方向相反的方向行进或传播的光，即，光通过包层中的缺陷或间隙而进入光纤。

关注图9～12，对光纤传感器系统100和使用方法的实施方式进行描述。

一般来说，光纤传感器系统100包括光源200，扩散光纤300，设置于光纤300的每个端部处的成对的光电探测器400，信号处理器/控制器500。光源200发出光源光210(L)，该光通过光纤外表面304中的间隙或缺陷而入射到扩散光纤300或由扩散光纤300所接收。(在图9中，光源光210在光源光纤进入点FE处被接收)。不是所有的从外界或外部光源发出的光都进入光纤300。一般来说，从光源发出的大部分光以相对于光纤的垂直(normal)入射角而进入扩散光纤300，也就是以相对于光纤纵向轴线的直角(如图所示，比如，在图10中，光源光210在FEX处进入光纤的角度)。

扩散光纤300可从一个以上的光源，比如光源200以及第二光源220而接收光或光信号/能量，第二光源220发出第二光源的光230。扩散光纤300从外部(或外界)光源，比如，光源200和/或第二光源220，通过表面缺陷(为光源光纤进入点FE的术语)接收光，其中光从该位置进入并行进到光纤300的每个端部。扩散光纤300包括光纤外表面304，光纤第一端部310和光纤第二端部320。一对光电探测器400设置于光纤第一端部310和光纤第二端部320中的每一处；该对光电探测器400中的每一个测量或检测光纤的相应第一和第二端部的DX1和DX2的光功率水平。

关注图10，描述了如何确定光源200的光源X距离LSXD(和/或FEX的轴线位置)。光源200发出光源光210，该光中的至少一部分入射到光纤300并且在光源光纤进入点X轴FEX处进入光纤。这样在FEX处进入的光在每个(相对的)方向上沿光纤300而行进或传播，最终到达光纤第一端部310和光纤第二端部320中的每一处。光源光210从FEX到相应的光纤第一端部310和光纤第二端部320而行进的距离分别为光距离X₁，即LX₁，和光距离X₂，即LX₂。从光源200到光纤300的距离为光源X距离LSXD。为了估计LSXD(或FEX)，在第一和第二端部310，320中的每一处接收的功率(power)的测量值是通过光电探测器400而获得的。设置于光纤第一端部310和光纤第二端部320处的光电探测器400中的每一个分别测量经检测的光功率DX₁和经检测的光功率DX₂。光的物理性表明：(LX₁)×(DX₁)与(LX₂)×(LX₂)成比例。光纤300的几何形状表明x轴光纤的总长度FX＝(LX₁)+(LX₂)。于是，这两个公式可解出LX₁和LX₂中的每一个，以及因此解出FEX的位置。可采用DX₁和DX₂(单独，之和，或比值)中的一个或多个值来计算LSXD。比如，LSXD可与在第一和第二光纤端部每个处接收的总功率(power)相关。这样的相关性可通过已知的光源和给定FEX的已知距离LSXD的校准而确定。上述计算通过信号处理器/控制器500而进行。

如图3所描述的那样，将光源200定位于一个(X)方向的原理可通过添加相对第一光纤而正交地定位或设置的两个光纤而扩展到3个维度。这就是说，构成笛卡尔参考系统X-Y-Z的一组3个光纤可按照于3个维度而确定光源的位置的方式构成。

更具体地说，聚焦于图11，3个光纤，FX，FY和FZ相互正交地设置，每个光纤具有相应的光源轴线进入点FEX，FEY和FEZ。光进入每个相应的轴线进入点并且在轴线上传播到光纤的每个端部，其中光入射到光电探测器上，此外该光电探测器测量光功率。更具体地说，光源200沿几个方向中的任何方向而发出光，其可作为矢量而在3个正交方向，即，在数学上由x轴分量LSX，y轴分量LSY以及z轴分量LSZ构成。该3个轴分量LSX，LSY，LSZ中的每个在相应的位置FEX，FEY，FEZ处进入相应的光纤FX，FY，与FZ，然后分叉或分束，以便传播到每个相应的光纤端部。也就是说，光源的x轴分量LSX在光源光纤进入点x轴的FEX处进入x轴光纤FX，并传播到每个端部，最终入射到定位于每个端部处的光电探测器，在此处，分别测量探测到的光功率DX1和DX2的光功率值。类似地，光源的y轴分量LSY在光源光纤进入点y轴的FEY处进入y轴线光纤FY，并传播到每个端部，最终入射到定位于每个端部处的光电探测器，在此处，分别测量探测到的光功率DY1和DY2的光功率值。另外，光源的z轴分量LSZ在光源光纤进入点z轴的FEZ处进入z轴光纤FZ，并传播到每个端部，最终入射到定位于每个端部处的光电探测器，在此处，分别测量探测到的光功率DZ1和DZ2的光功率值。

对于给定的光纤FX，FY和FZ，每对光功率测量值用于确定FEX，FEY和FEZ的相应位置，如针对图9和图10的一个轴线光纤实施方式而在上面所描述的那样。类似地，如针对图9和图10的单个光纤结构而在上面描述的那样，可在给定光电探测器测量值的情况下，建立相关性，以便确定光源的x距离LSXD(光源200到x轴光纤FX的垂直或正交距离)，光源的y距离LSYD(光源200到y轴光纤FY的垂直或正交距离)，光源的z距离LSZD(光源200到z轴光纤FZ的垂直或正交距离)。上述的计算可通过信号处理器/控制器500来完成。

图11表示图9和图10的光纤传感器系统例举性的使用方法。一般来说，该方法500开始于步骤504，结束于步骤532。

在步骤508，将光纤定位于将被探测的目标外部光源的视线范围内。该光纤可安装在外部结构上或通过该外部结构而安装。在步骤512，对光纤进行校准。该校准包括几何校准(比如，光纤的总长度的测量)，对设置在光纤的每个端部处的成对的光电探测器中的每一个进行校准，以及针对已知位置和/或已知光源功率(例如到光纤的轴向距离)和已知光源类型(比如，可见波段光源，IR光源，等等)，校准光电探测器的测量光功率。

在步骤516，通过扩散光纤以第一轴向距离而接收光。该接收的光通过光纤的光学包层并且传播到光纤的每个端部。在步骤520，设置于光纤的每个端部处的成对的光电探测器中的每一个测量所探测到的光功率。在步骤524，将该对光电探测器的测量值连同校准数据(比如，光纤的总长度)一起而进行比较。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。上述方法500在步骤532结束。

在一些实施方式中，光收发器(transceiver)代替位于光纤端部的光学检测器。在一些实施方式中，扩散光纤作为全向自由空间光收发器(transceiver)模块而构成，以便在视线范围内在光纤端部和任何其它的光学信号模块之间发送/接收光学信号；这样的实施方式可应用于比如Li-Fi，光学远程控制装置等等。

在一些实施方式中，上述接收的或检测的外部或外界光包括一个以上的波长，比如，可见光波段和IR波段。在一些实施方式中，上述扩散光纤具有确定的，或限定的扩散轴向部分，其保持为常规的或标准的(非扩散的)光纤。在一些实施方式中，采用一个或多个外部传感器，以便协助或帮助外部光的检测和/定位计算。比如，温度传感器或湿度传感器可有助于接收的光的处理，以便比如，通过上述系统100的信号处理器/控制器500改善信噪比阈值和/或改善信号处理。在一些实施方式中，上述系统100被构造为确定光源的动态数据，比如，速度和加速度。

在一个实施方式中，上述系统100包括其自己的电源，诸如锂电池的电池，以便对光电探测器400和/或信号处理器/控制器500进行供电。

虽然实施方式不限于此方面，但是采用术语，比如，“处理”，“计算机计算”，“计算”，“确定”，“建立”，“分析”，“检查”，或类术语的讨论可指计算机的(多个)操作和/或(多个)处理，计算平台，计算系统，通信系统或子系统，或其它的电子计算装置，其将计算机的寄存器和/或存储器内部的作为物理(比如，电子的)量而表示的数据操作和/或转换成其它的数据，该其它的数据以类似的方式作为物理量而在计算机的寄存器和/或存储器内部，或可存储执行操作和/或处理的其它的信息存储介质的内部进行表示。

虽然实施方式不限于此方面，但是象在这里所采用的那样的术语“多个”和“复数”可包括比如，“若干”或“两个或更多个”。术语“多个”和“复数”可在本说明书的通篇中使用，以便描述两个或更多个部件，装置，元件，单元，参数，电路，或类似物。比如，“多个站”可包括两个或更多个站。

给出在通篇文件中使用的某些词和术语的定义这一点是有益的，这些词和术语的定义为：术语“包括”和“包含”，以及它们的派生词指没有限定的包括；术语“或者”是包括在内的含义，和/或；术语“与......有关”和“与此有关”以及它们的派生词可指包括，包括在内，与......相互连接，通过......相互连接，包含，包含在内，与或通过......连接，与或通过......结合，与......连通，与......配合，交错，并列，紧接于，与或通过......系结，具有，具有......的特性，或类似术语；术语“控制器”指任何装置，系统，或控制至少一部分的它们的部分，比如，装置可通过硬件，电路，固件，或软件或上述中的至少2者的一些组合而实施。应注意到，可对与任何特殊的控制器有关的功能进行集中化或分布化处理，无论是当地或远程。

贯穿本文件而提供某些词和用语的定义，本领域的技术人员应理解到，在许多场合，如果不是多数场合，这样的定义应用于这样定义的词和用语的过去，以及将来的使用。为了说明的目的，提供许多细节，以便对本发明的全面的理解。但是，应知道，本发明可以超出在这里给出的特定的细节之外的多种方式而实施。

另外，应理解到，各种链接(针对它，在图中没有示出连接部件的场合)包括连接部件的通信通道(多个)，其可为有线或无线的链接，或任何它们的组合，或能够将数据提供给和/或通过通信而发送给已连接的部件和从已连接的部件而提供和/或通过通信而发送数据的任何其它的已知的，或之后研发的部件(多个)。在这里所采用的术语“模块”可指能够实现与上述部件有关的功能的，任何已知的或之后研发的硬件，电路，电路系统，软件，固件，或它们的组合。如在这里所采用的那样的术语“确定”，计算，计算机计算和它们的变化形式可相互交换地使用，其包括方法，过程，技术，精确操作或协议。

另外，在这里描述的列举性的实施方式中的一些面对实现某些功能的发送器的发送器部分，或现某些功能的发送器的接收器部分，但是本发明打算包括分别在上述相同发送器和/或另一接收器中或反之中的相应的和互补的发送器侧或接收器侧的功能。

虽然已相对于事件的特别程序，对上述的流程图进行了描述，但是应理解到，该程序的变化可不确实地实现上述实施方式(多个)的操作的情况下发生。另外，事件的确实的程序不需要象在上述例举性的实施方式中提出的那样发生。还有，在这里描述的上述例举性的技术不限于上述特别说明的实施方式，还可用于其它的例举性的实施方式，每个描述的特征可单独地和分别地要求权利要求的保护。

还有，上述系统，方法和协议(protocol)可实施，以便改善特殊目的的计算机，经过编程的微型计算机或微型控制器和(多个)周边集成电路元件，ASIC或其它的集成电路，数字信号处理器，硬布线电子或逻辑电路，比如，扩散的元件电路，经过编程的逻辑装置，比如，PLD，PLA，FPGA，PAL，调制解调器，发送器/接收器，任何比较器，或类似物中的一个或多个。一般，能够实现状态设备的任何装置可从在这里描述的本发明的各种通信方法，协议(protocol)，技术而获益，其中，该状态设备进而能够实现在这里描述的方法。

在这里描述的上述处理器的例子可包括不限于此的，下述类型的处理器中的至少一者，该下述处理器为：高通骁龙800和801；高通骁龙610和615，其带有4G LTE集成和64比特计算；苹果A7处理器，其具有64比特结构；苹果M7运动协处理器；三星Exynos系列；英特尔酷睿处理器系列，英特尔至强处理器系列；英特尔凌动处理器系列；英特尔安腾处理器系列英特尔酷睿i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell；英特尔酷睿i5-3570K 22nm Ivybridge；AMD的FX处理器系列；AMD的FX-4300，FX-6300，和FX-8350 32nm Vishera，AMD的Kaveri处理器；德州仪器Jacinto C6000TM车用影音娱乐系统处理器；德州仪器OMAP汽车级移动处理器；ARMCortex-M处理器，ARM的Cortex-A和ARM926EJ-S处理器，博通的AirForce BCM4704/BCM4703无线路由处理器；AR7100无线网络处理单元，其它的产业等同的处理器，上述处理器的例子可采用任何已知的，或未来研发标准，指令组，库，和/或结构而执行计算功能。

此外，上述公开的方法可通过软件而容易实施，该软件采用对象，对象取向的软件发展环境，该环境提供可用于多种计算机或工作站平台的可移动源代码。作为替换方式，上述公开的系统可局部或全部地通过采用标准逻辑电路或VLSI设计而硬件而实施。软件或固件是否用于实施该实施方式的系统取决于该系统的速度和/或效率要求，特殊功能，正在使用的特殊软件或硬件系统或微处理器或微型计算机系统。在这里说明该通信系统，方法和协议(protocol)可容易通过硬件和/或软件而由本应用的领域的普通技术人员，根据在这里提供的功能描述，借助计算机和通信技术的普通基本知识来实施，该硬件和/或软件采用任何已知的，或之后研发的系统或结构，装置和/或软件。

另外，上述公开的方法可容易通过软件和/或固件而容易实施，其可存储于存储介质中，以便改善与控制器和存储器配合的经过编程的普通目的的计算机，特殊目的的计算机，微处理器，或类似装置的性能。在这些场合，上述系统和方法可作为装载于个人计算机中的程序，作为位于服务器或计算机工作站中的资源，作为装载于指定的通信系统或系统部件，或类似物而实施，该装载于个人计算机中的程序为比如，Java程序，JAVA.RTM.或CGI脚本(script)。该系统还可通过以物理方式将该系统和/方式组合到软件和/或固件系统中，比如，通信收发器的硬件和软件系统的方式设施。

可通过软件和/或固件完全地或部分地还实施各种实施方式或作为替换方式实施各种实施方式。该软件和/或固件可采取指令的形式，该指令包含于非临时的计算机可读取的存储介质中。然后，这些指令可通过一个或多个处理器而读取和执行，以便能够实现在这里描述的操作的性能。该指令可以为任何的适合的形式，比如但是不限于此的源代码，编译代码，解释代码，可执行代码，静态代码，动态代码和类似代码。这样的计算机可读取的介质可包括任何确实的非临时的介质，比如不限于此的只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存，等等，该任何确实的非临时的介质用于以可通过一个或多个计算机而读取的形式存储信息。

于是，显然，至少提供了光耦合用的系统和方法。虽然结合多个实施方式，对上述实施方式进行了描述，但是，显然的是，对于本领域的技术人员来说，许多替换方案，改进方案与多个变换方案是显然而见的。因此，本发明打算包括位于本发明的实质和范围内的所有这样的替换方案，改进方案以及多个变换方案。

Claims

1.一种LED光耦合装置，其包括：

至少一个LED，其被构造为接收电源和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；

光耦合器，该光耦合器与上述至少一个LED光通信，该光耦合器接收第一光并且发出第二光；

光纤，该光纤具有接收角度，该光纤与上述光耦合器光通信；

其中上述光耦合器将具有第一数值孔径的第一光改变为具有第二数值孔径的第二光，其中第二数值孔径小于第一数值孔径。

2.根据权利要求1所述的LED光耦合装置，还包括电子驱动器，该电子驱动器控制上述至少一个LED。

3.根据权利要求2所述的LED光耦合装置，其中，对于至少一个LED的控制包括功率调制。

4.根据权利要求1所述的LED光耦合装置，其中，上述至少一个LED为表面发射型LED。

5.根据权利要求1所述的LED光耦合装置，其中，上述至少一个LED为三个表面发射型LED。

6.根据权利要求4所述的LED光耦合装置，其中，第二光在光纤的接收角范围内被上述光纤接收。

7.根据权利要求1所述的LED光耦合装置，其中，上述光耦合器包括光积分球。

8.根据权利要求1所述的LED光耦合装置，其中，上述光耦合器包括球透镜。

9.根据权利要求5所述的LED光耦合装置，其中，上述光耦合器为光学球并且三个表面发射型LED相对于上述光学球的赤道圆周径向设置在0度、90度和180度位置上，其中，上述第一光和第二光之间的耦合效率至少为95％。

10.一种LED光耦合的方法，该方法包括：

提供LED光耦合装置，该LED光耦合装置具有：i)至少一个LED，其被构造为接收电源和控制信号，该至少一个LED发出具有第一数值孔径的第一光；ii)光耦合器，该光耦合器与上述至少一个LED光通信，该光耦合器接收第一光且发出第二光；iii)光纤，该光纤具有接收角度，该光纤与上述光耦合器光通信；

使上述LED光耦合装置与电源连接；

从上述电源向上述至少一个LED提供电力；

启动上述至少一个LED；

向上述光耦合器发出上述第一光；

在上述光耦合器的内部，将具有第一数值孔径的第一光改变成具有第二数值孔径的第二光，其中第二数值孔径小于第一数值孔径；

将第二光提供给光纤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，还包括控制上述至少一个LED的电子驱动器。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，对于至少一个LED的控制包括功率调制。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，对于至少一个LED的控制包括功率调制。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，上述至少一个LED为表面发射型LED。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，上述至少一个LED为三个表面发射型LED。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，上述第二光在光纤的接收角的范围内被光纤接收，上述第一光和第二光之间的耦合效率至少为95％。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，上述光耦合器包括光学积分球。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，上述光耦合器包括球透镜。

19.根据权利要求10所述的方法，其中，上述光耦合器为光学球并且三个表面发射型LED相对于上述光学球的赤道圆周径向设置在0度、90度和180度位置上。

20.一种LED光纤装置，包括：

至少一个LED，被构造为接收电源和控制信号，至少一个LED发射具有第一发光锥的第一光；

与至少一个LED光通信的光耦合器，光耦合器接收第一光并发射第二光；以及

具有接收角度的光纤，光纤与光耦合器光通信；

其中光耦合器将具有第一发光锥的第一光改变为具有第二发光锥的第二光，其中第二发光锥小于第一发光锥；

其中第一光和第二光之间的耦合效率至少为95％。