CN113796027A - 经由波导的多通道光通信 - Google Patents

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Abstract

实现光通信的设备使用波导来有效地收集用于光通信的波长特定的光并将所收集的光传播到传感器。更特别地，包括多个波长并且从一个或多个入口收集的光沿着TIR波导传播直到被散射元件扰乱，该散射元件有效地将传播的光引导到一个或多个传感器。每个传感器检测多个波长的子集。这样做时，例如通过将从多个不同的位置收集的光提供给单个传感器，本文提出的解决方案增加了可用于光通信的光量和/或减少了光通信所需的传感器数量。本文提出的波导解决方案可以在设备的内部和/或沿着设备的外表面(例如，外壳或外罩)实现。

Description

经由波导的多通道光通信
背景技术
WiFi是一种使用电磁波使特定区域内的多个设备彼此无线连接和/或将特定区域内的一个或多个无线设备连接到因特网的无线技术。虽然近年来WiFi已经非常有用和流行，但是预计对更多带宽的需求将很快导致用替代的无线技术来代替WiFi或对WiFi进行补充。
使用特定波长范围内的光进行局域无线通信的光保真(LiFi)表示一种可以代替或补充WiFi的替代的无线技术。LiFi系统依赖于可见光、红外和/或近紫外光谱波。通过调制光源(例如，发光二极管)，LiFi发射器发送光电检测器可检测的高速信号。光电检测器将所检测到的光转换为电流，其由接收器进一步处理以解释所检测到的光。
可见光谱比无线电频率光谱大～10,000倍。因此，预计LiFi将WiFi可单独实现的带宽提高100倍。此外，LiFi往往更适合于高密度和/或高干扰环境，例如，飞机、办公楼、医院、发电厂等。因此，最近相当关注改进LiFi技术和/或调适LiFi技术以用于特定应用和/或设备。
发明内容
本文提出的解决方案使用波导来有效地收集用于光通信的光(特别是波长特定光)，并将所收集的光传播到传感器以实现波长特定检测。这种波长特定光收集可以涉及在波导入口处对光进行滤波以将波长特定光引导到传感器，将所收集的光引导到波长特定传感器，和/或在传感器处对光进行过滤以使得传感器仅检测所期望的波长。如本文中所使用的，“波长特定”是指具有波长范围的最大幅度的一个或多个峰值波长。因此，将理解，除了峰值波长之外，对“波长特定”的引用通常包括一些数量的波长，例如，在每个峰值波长周围的波长。
本文提出的解决方案增加了可用于光通信特别是波长特定光通信的光量，即使当与光通信相关联的光以一定角度进入设备时也是如此。此外，因为多个波导可以将来自多个收集点的光引导到单个传感器，所以本文提出的解决方案减少了光通信所需的传感器数量。本文提出的波导解决方案可以在设备的内部和/或沿着设备的外表面(例如，外壳或外罩)实现。如此，本文提出的解决方案还使能光通信用于各种各样的设备(例如，蜂窝电话、平板计算机、智能手机、智能手表、智能眼镜等)和/或各种各样的场景中的实现。
一个示例性实施例包括用于光通信的检测系统。该检测系统包括全内反射(TIR)波导和一个或多个光传感器。该TIR波导包括第一结构、散射元件、以及一个或多个波导入口。该第一结构具有第一折射率，其中，邻近该第一结构的第二折射率小于第一折射率，以使得输入到TIR波导的用于光通信的光在第一结构内沿着TIR波导传播，并且其中，该光包括多个波长。该散射元件沿着第一结构的内边缘被布置在TIR波导的第一位置处，并且被配置为扰乱光沿着TIR波导的传播。该一个或多个波导入口中的每个波导入口在对应的第二位置处，其中，每个第二位置沿着TIR波导偏离第一位置。该一个或多个波导入口中的每个波导入口被配置为收集与光通信相关联的光，并将所收集的光在对应的第二位置处输入到第一结构。该一个或多个光传感器被布置为邻近第一结构的与第一位置相对的边缘，并且每个光传感器与散射元件间隔第一结构的厚度。该一个或多个光传感器中的每个光传感器检测被扰乱的光的多个波长的子集，其中，该多个波长的所述子集包括总共少于该多个波长的一个或多个波长。
一个示例性实施例包括一种检测与光通信相关联的光的方法。该方法包括经由一个或多个波导入口收集被配置用于光通信的光，其中，该一个或多个波导入口沿着全内反射(TIR)波导被布置在不同的第一位置处，该光包括多个波长。该TIR波导包括具有第一折射率的第一结构，其中，邻近该第一结构的第二折射率小于第一折射率，以使得进入TIR波导的光在第一结构内沿着TIR波导传播。该方法还包括使用散射元件来扰乱光沿着TIR波导的传播，该散射元件沿着第一结构的内边缘被布置在TIR波导的第二位置处，其中，该第二位置沿着TIR波导偏离一个或多个第一位置中的每个第一位置。该方法还包括使用一个或多个光传感器来检测被扰乱的光，其中，该一个或多个光传感器被布置为邻近第一结构的与第二位置相对的边缘，并且与散射元件间隔第一结构的厚度，该一个或多个光传感器中的每个光传感器检测被扰乱的光的多个波长的子集，并且其中，该多个波长的子集包括总共少于该多个波长的一个或多个波长。
根据示例性实施例，所检测的光根据任何已知的手段被处理以确定在由检测系统所收集的光中传输的信息，并将该信息(在适合时)传达给用户。
附图说明
图1示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统。
图2示出适用于本文中所公开的光检测系统的示例性多个波长。
图3A-3B示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统的俯视图。
图4A-4B示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的另外的示例性基于波导的光检测系统。
图5示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的另一个示例性基于波导的光检测系统的俯视图。
图6示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统。
图7示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统。
图8示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统。
图9示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的示例性基于波导的光检测系统。
图10示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的用于检测用于光通信的光的示例性方法。
图11A-11C示出根据本文提出的解决方案的示例性实施例的包括光检测系统的示例性设备。
图12示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的包括光检测系统的示例性设备。
图13示出根据本文提出的解决方案的另一示例性实施例的包括光检测系统的示例性设备。
具体实施方式
光通信的使用(例如，LiFi，与WiFi一起或作为WiFi的替代)已经扩展了局域无线通信的能力。然而，通常优选用于这种通信的设备很小，并且具有有限的空间可用于用于这种通信的检测器/接收器。此外，由于这些设备的尺寸不断减小和/或不断将新特征和/或硬件添加到这些设备中，因此，这些设备中的可用空间也不断减少。例如，可穿戴设备(例如，眼镜、手表等)被设计为具有最小的尺寸以提高其可穿戴性(例如，使它们更轻、更舒适等)。许多设备的有限物理尺寸对可以被包括在设备中以用于光通信的光传感器的位置和/或尺寸和/或数量施加了限制，尤其是在与旨在被包含在这种设备中的所有功能相结合时。
常规解决方案需要用于设备的每个光捕获/入口位置的传感器。例如，实现光通信的设备可以在设备的外壳上包括三个开口，其中，这种开口旨在或被用于接收与光通信相关联的外部光。在常规解决方案中，这种设备必须包括三个传感器，一个传感器被布置在这三个开口中的每个开口的下方，以捕获进入每个开口的光。因为许多设备可用于这种传感器的空间有限，所以这种常规解决方案严重限制了可用于光通信的传感器数量，并因此限制了可以被收集以用于光通信和/或光通信的有效性的光量。此外，关于传感器的位置和/或传感器与对应的开口的对齐以便使传感器能够尽可能多地捕获进入开口的光，常规解决方案通常具有挑战性的机械要求。这些机械限制可严重限制针对开口的位置选择。
本文提出的解决方案通过使用波导来将光从一个或多个开口引导到传感器以便于波长特定光通信而解决了与常规解决方案相关联的许多问题。这样做时，本文提出的解决方案减少了用于光通信的传感器数量，使每个传感器能够捕获更多与光通信相关联的光，和/或使能关于传感器尺寸、设备中的传感器位置、和/或传感器与任何特定开口的对齐的灵活性。特别地，本文提出的解决方案使任意数量的开口能够被放置在设备上的任何位置处，同时还使一个或多个传感器能够被放置在设备内的任何合适位置处，这提高了信号质量并且减少了与LiFi相关联的机械限制。
图1示出了根据本文提出的解决方案的实施例的用于光通信的一个示例性光检测系统100，其中，用于光通信的光包括多个峰值波长，例如，λ1-λN，例如，如图2中所示。光检测系统100包括波导110和一个或多个光传感器130。波导110包括光传播通过的全内反射(TIR)结构112、散射元件114、以及一个或多个波导入口116。TIR结构112具有第一折射率n1，其中，围绕/邻近TIR结构112的折射率(例如，n2和/或n3)小于第一折射率n1，以使得输入到波导110的光在TIR结构112内沿着波导110传播。散射元件114沿着TIR结构112的内边缘被布置在波导110的预定位置处，以扰乱光沿着TIR结构112的传播。一个或多个波导入口116中的每个波导入口116是在沿着波导110横向偏离散射元件114的位置的位置处，其中，每个波导入口116收集与光通信相关联的光140，并在对应的输入位置处将所收集的光140输入到TIR结构112中。一个或多个光传感器130中的每个光传感器130检测多个波长λ1-λN的子集λm-λM，其中，((M-m)+1)＜N。为此，光传感器130被布置为邻近TIR结构112的与散射元件114的位置相对的内边缘，并且通常与散射元件114间隔TIR结构112的厚度t，以使得光传感器130检测被散射元件114扰乱的光。例如，一个或多个光传感器130中的每个传感器130可以包括被配置为检测被散射元件114扰乱的波长特定光的光敏接收器(PSR)。
光通过TIR结构112的传播至少部分地被TIR结构112的折射率n1相对于周围的一个或多个折射率控制。当TIR结构112周围的材料具有比TIR结构112低的折射率时，TIR结构112用作TIR层，这使得以TIR角度进入TIR结构112的光能够以全内反射沿着TIR结构112进行传播，并因此损失最小甚至没有损失。虽然在一些实施例中，TIR结构112周围的折射率全部相同，但是本文提出的解决方案不要求TIR结构112周围的折射率相等。相反，本文提出的解决方案只需要TIR结构112的折射率n1大于周围材料的每个折射率，以使得输入到TIR结构112中的光以全内反射沿着TIR结构112进行传播。
TIR结构112和周围的结构/材料之间的预期折射率关系可以通过多种方式来实现。例如，当TIR结构112是具有第一折射率n1的圆柱形管时，管周围的第二折射率n2小于第一折射率n1(n2<n1)导致在TIR结构112中预期的全内反射。在另一个示例中，当TIR结构112是具有第一折射率n1的直角矩形棱镜时，如图1中所示，在TIR结构112的一侧的第二折射率n2小于第一折射率(n2<n1)，并且在TIR结构112的相对侧的第三折射率n3也小于第一折射率(n3<n1)，导致在TIR结构112中全内反射。在另一个示例中，波导110可以使用一组涂层或层来实现，其中，每个层/涂层表示波导110的不同部分。在此示例中，一个层可以表示TIR层(即，TIR结构112)，而围绕TIR层的一个或多个层具有比TIR层低的折射率，并因此表示“反射”层。这种反射层还可以用作保护TIR结构112免受划痕、碎屑和/或其他异物的保护层。可替代地，可以在TIR结构112与反射层之间应用与反射层分离的保护层，其中，该保护层具有与反射层相同或更低的折射率。保护层还可以被用于添加印刷物(例如，文本、图像等)，当印刷物对于设备200的用户可见时标识与设备200有关或关于设备200的任何所需信息，例如，品牌名称、型号名称/编号、团队隶属关系、学校隶属关系等。
散射元件114包括扰乱TIR结构112内光的传播的任何材料或结构。在一些实施例中，散射元件114可以将被扰乱的光引导到传感器130。在其他实施例中，散射元件114可以散射光，以使至少一些最初传播的光被传感器130捕获。在一个示例性实施例中，散射元件114包括被应用于TIR结构112的内边缘传感器130的上方的白色或彩色涂料。在另一个示例性实施例中，通过更改散射元件114的位置处的材料来构造散射元件114，因此TIR结构112的该位置不再平坦和/或光滑。例如，机械加工点可以被放置在散射区域114的位置处或者散射区域114的位置可以被蚀刻或粗糙化。
如上所述，一个或多个光传感器130中的每个光传感器130检测多个波长λ1-λN的子集λm-λM，其中，((M-m)+1)＜N。该多个波长包括适用于光通信的多个峰值波长，例如，429nm、509nm、564nm、611nm、656nm、703nm、以及753nm，如图2中所示。在一些实施例中，多个波长λ1-λN的每个子集λm-λM可以包括多个峰值波长中的一个峰值波长、或者多个峰值波长中的多个峰值波长。例如，第一子集可以包括429nm，第二子集可以包括509nm和564nm等。进一步将理解，一些子集可以重叠，以使得特定峰值波长是两个或更多个子集的一部分。进一步地，将理解，该子集可以包括附加的非峰值波长，例如，在峰值波长周围的波长，并且本文提出的解决方案是按照一个或多个峰值波长的子集来描述的和/或被描述为波长特定的，其中，“波长特定”是指特定子集中的一个或多个峰值波长，但并不排除其他周围的非峰值波长的存在。
本文提出的解决方案中的一个或多个传感器130中的每个传感器130可以以任意数量的方式来检测多个波长的特定子集。在一个示例性解决方案中，每个传感器130可以是波长特定的，以使得每个传感器130被配置为检测多个波长的特定子集。例如，如图3A-3B的俯视图中所示，用于多个波长的每个子集的一个传感器可以与散射元件114相对地被布置，以使得每个传感器130仅检测对应的峰值波长。在图3A的示例中，每个传感器检测图2的峰值波长中的一个，例如，传感器1301检测429nm，传感器1302检测509nm，传感器1303检测564nm，传感器1304检测611nm，传感器1305检测656nm，传感器1306检测703nm，传感器1307检测753nm。将理解，如果存在更多的峰值波长，则可以使用更多的传感器130，而如果有更少的峰值波长要检测或者如果每个子集包括多个峰值波长，则可以使用更少的传感器130。例如，图3B示出了包括四个传感器的一个示例性实施例，其中，这四个传感器中的每个传感器被与散射元件114相对地布置，并且其中，传感器1301检测429nm，传感器1302检测509nm和564nm，传感器1303检测611nm和656nm，传感器1304检测703nm和753nm。因此，将理解，本文提出的解决方案允许更多或更少的传感器，这取决于波长子集的数量。
虽然用于说明本文提出的解决方案的实施例的附图示出了六边形的传感器130，但是将理解，传感器130并不限于六边形形状。每个传感器130可以是任何形状和/或尺寸，其中，形状和/或尺寸通常是基于空间限制和/或制造商参数来定义的。进一步地，用于本文提出的解决方案的传感器130不需要全部都具有相同的尺寸或形状。更进一步地，将理解，本文提出的解决方案不需要每个传感器130邻接其他传感器130中的一个或多个，如图3A-3B中所示；传感器130可以以任何合适的方式与散射元件114相对地布置，以使得每个传感器130检测多个波长的其对应的子集。
在另一个示例性实施例中，去往每个传感器130的光可以首先例如在波导入口116处(如图4A中所示)和/或在传感器130的位置处(如图4B中所示)穿过波长特定元件117，以使得输入到传感器130的光仅包括对应的子集中的波长。在这种示例性实施例中，用于收集被散射元件114扰乱的光的传感器130也可以是波长特定的，或者可以能够检测任意数量的波长，包括但不限于对应的子集中的波长。
图4A示出了一个示例性实施例，其中，波长特定元件117是被布置在波导入口116处的滤波器117，其中，该滤波器117被配置为使特定波长子集中的峰值波长λm-λM通过，同时阻挡多个波长中剩余的峰值波长。在此实施例中，波长λm-λM沿着波导110传播直到它们被散射元件114扰乱并被对应的传感器130检测。如图4B中所示，滤波器117可以可替代地或附加地被布置得邻近传感器130，其中，在波导入口116处捕获的波长沿着波导110传播，但只有波长子集λm-λM通过到达传感器130并被传感器130检测。
图5示出了本文提出的解决方案的另一个示例性实施例，其中，波长特定元件117是棱镜117。示例性棱镜包括但不限于色散棱镜(例如，折射棱镜或衍射光栅)或反射棱镜。在此实施例中，棱镜117将输入光分离成单独的波长子集，其中，每个子集被输入到子集特定波导110中。例如，如果输入光具有七个峰值波长λ1-λN，则棱镜117可以将输入光分离成七个不同的方向，其中，每个方向与峰值波长中的一个相对应，以使得每个峰值波长被输入到单独的波导110中以由传感器130检测。对于图5中的示例，这会导致λ1被输入到波导1101中以由传感器1301检测，λ2被输入到波导1102中以由传感器1302检测，λ3被输入到波导1103中以由传感器1303检测，λ4被输入到波导1104中以由传感器1304检测，λ5被输入到波导1105中以由传感器1305检测，λ6被输入到波导1106中以由传感器1306检测，λ7被输入到波导1107中以由传感器1307检测。将理解，如果存在多于七个的峰值波长，则可以使用附加的波导110和传感器130，而如果存在少于七个的峰值波长和/或一个或多个子集包括多个峰值波长，则可以使用更少的波导110和传感器130。此外，虽然图5示出了一种示例性棱镜解决方案(其中，棱镜117在一个平面中扇出每个子集)的俯视图，但是将理解，棱镜117可以被配置为以任何合适的方式和/或在任何合适的方向上分离波长，并且本文提出的解决方案将视情况而定地配置波导110相对于棱镜117和波导入口116的定向，以使得波导110接收对应的波长子集并将其引导到对应的传感器130。
下面提供了关于光如何进入设备并被引导到传感器130的进一步的细节。将理解，这些细节适用于任何单独的峰值波长、峰值波长子集、和/或在检测系统100中某点处(例如，在波导入口116处、在传感器130处等)被分开的多个峰值波长。如此，以上所描述的波长特定方面适用于在下面进一步讨论的多个开口、多个传感器、多个方向、光导元件等方面中的每一个。
如上所述，光在首先进入波导入口116之后进入波导110。每个波导入口116包括在设备200的外壳上的开口，其被配置为收集例如与光通信相关联的光140并将所收集的光输入到波导110的TIR结构112中。每个波导入口116横向偏离散射元件114/传感器130的位置，其中，在一个入口处收集的光140沿着波导110进行传播以到达传感器130。在一些实施例中，波导入口116可以只包括开口。在其他实施例中，波导入口116可以包括收集元件124，例如，透镜或透镜系统(例如，图7)，其中，收集元件124被配置为增加输入到波导110中的外部光140的量。当波导入口116包括收集元件124时，通常收集元件124将具有宽视场(FoV)以增加所收集的光的量。示例性透镜包括但不限于菲涅耳透镜124a(图8)、平凸透镜124b(图8)等。将理解，在一个或多个波导入口116中任何收集元件124的使用是可选的。
波导110还可以包括与对应的波导入口116相对的光导元件118，其被配置为促进从波导入口116收集的光沿着TIR结构112的传播。在一个示例性实施例中，光导元件118包括反射器，其被配置为以全内反射角度反射由对应的波导入口116所收集的光，以促进所收集的光沿着TIR结构112的传播。一个示例性反射器包括成角度的镜子118，如图6中所示，其以与入射角θ相等的角度θ反射入射光。为了实现全内反射，此角度θ可以等于针对波导110的全内反射角度。附加的反射器包括但不限于多个蚀刻表面(如图8中所示)、镜面印刷或具有更低折射率的材料，以使离开光导元件118的光的角度θ与光导元件118上的入射角度相同。在另一个示例性实施例中，光导元件118包括靠近对应的波导入口116的弯曲部，例如图7中所示，其中，该弯曲部被配置为以全内反射角度引导所收集的光，以促进所收集的光沿着TIR结构112的传播。
图1和图3-7的示例性光检测系统100示出了向单个传感器130提供光的单个波导入口116。然而，本文提出的解决方案不限于此。替代的实施例可以包括多个波导入口116，它们收集光以沿着一个或多个对应的波导110传播到传感器130。在一些实施例中，多个波导入口116使用同一波导110将光传播到单个传感器130。在其他实施例中，多个波导110将光从一个或多个波导入口116传播到单个传感器130。另外，可以选择一个或多个波导入口116相对于传感器的位置以降低噪声和/或增加信号强度。例如，可以配置多个波导入口116与对应的传感器130之间的横向间距，以使得进入传感器130的光建设性地增加。可替代地或附加地，可以配置多个波导入口116与对应的传感器130之间的横向间距，以使得在所收集的光中存在的干涉破坏性地或中立性地增加。
图8-9示出了具有将光引导到单个传感器130的多个波导入口116的示例性实施例。如图8中所示，光传感器130可以检测源自多个波导入口116(例如，位于从光传感器130来看TIR波导110的相对侧的第一波导入口116a和第二波导入口116b)的光。在此示例性实施例中，波导入口116a和透镜124a收集光140a，光导元件118a针对所收集的光建立TIR角度以将所收集的光在第一方向上沿着TIR结构112向传感器130进行传播126a。此外，波导入口116b和透镜124b收集光140b，光导元件118b针对所收集的光建立TIR角度以将所收集的光在与第一方向相反的第二方向上沿着TIR结构112向传感器130进行传播126b。散射元件114扰乱由波导入口116a、116b所收集的光从这两个方向的传播126a、126b以由传感器130检测。
在图9中，光传感器130检测源自三个波导入口116a、116b、116c的光。在此示例性实施例中，TIR波导110包括多个分支110a、110b、110c，每个分支分别在不同的方向上从对应的入口116a、116b、116a向光传感器130传播126a、126n、126v光，其中，散射元件114扰乱传播的光以使能光传感器130的检测。将理解，图9的多个分支110a、110b、110c可以表示不同的波导110，它们共同将所收集的光引导到单个传感器130。
虽然示例性检测系统100被示出为仅具有一个到三个波长入口116，但是将理解，本文公开的检测系统100可以包括任意数量的波导入口116。一般地，检测系统100可以包括任意数量的波导入口116和/或波导110，其中，每个入口116位于从传感器130和散射元件114横向位移的波导110的位置处，以使得使用比波导入口116和/或波导110更少的传感器130来实现光通信。这样做时，本文提出的解决方案减少了与光通信相关联的传感器130的数量，同时例如通过增加所检测的光的幅度来提高光通信的质量。此外，通过使用波导110来将来自多个入口116的光引导到传感器130，本文提出的解决方案放宽了先前对传感器130施加的限制，例如，尺寸、功率等，因为传感器130现在可以被放置在设备200中任何合适的位置处。
图10示出了检测与光通信相关联的光的示例性方法300。该方法300包括经由一个或多个波导入口116收集被配置用于光通信的光，该一个或多个波导入口116沿着全内反射TIR波导110被布置在不同的第一位置处(框310)，其中，该光包括多个波长λ1-λN。TIR波导110包括具有第一折射率n1的TIR结构112，其中，邻近TIR结构112的第二折射率n2和/或n3小于第一折射率n1，以使得进入TIR波导110的光沿着TIR结构112进行传播。该方法300还包括使用散射元件114来扰乱光沿着TIR波导110的传播，该散射元件114沿着TIR结构112的内边缘被布置在TIR波导110的第二位置处(框320)。该第二位置沿着TIR波导110偏离(横向)一个或多个第一位置中的每个第一位置。该方法300还包括使用一个或多个光传感器130来检测被扰乱的光，该一个或多个光传感器130被布置为邻近TIR结构112的与第二位置相对的边缘，并且与散射元件114间隔TIR结构112的厚度t(框330)。该一个或多个光传感器130中的每个光传感器130检测被扰乱的光的多个波长λ1-λN的子集λm-λM，其中，该多个波长λ1-λN的子集λm-λM包括总共少于该多个波长的一个或多个波长，即，((M-m)+1)＜N。
如上所提及的，本文提出的解决方案的光检测系统100可以在实现光通信的任意数量的无线设备200中实现和/或作为其一部分实现。示例性设备200可以由用户穿戴和/或携带，其中，本文公开的光检测系统100可以在设备200的外壳内部，部分被布置在设备200的内部并且部分地与设备200的外壳集成/被布置在设备200的外壳上，或者被实现在设备200的外壳的外表面上。
图11A-11C示出了示例性智能电话设备200。智能电话设备200可以包括在显示器220周围沿着外壳210的周边的波导入口116，如图11A和图11C中所示。可替代地或附加地，设备200可以包括在智能电话设备200的背面上的波导入口(如图11B中所示)，和/或与显示器220集成的波导入口(如图11C中所示)。将理解，波导入口116与显示器220的集成可以包括将波导入口116放置在透明类型的显示器220(例如，有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)屏幕/显示器)的下方。将进一步理解，除了那些明确示出的之外，本文提出的波导解决方案使多个波导入口116能够被放置在智能电话设备200上的任何合适的位置处，同时使单个传感器130(或比存在的波导入口116更少的传感器130)能够被放置在设备200中适合于传感器130的任何位置处，以检测来自多个入口116的光，从而使能光通信。
在另一个示例性实施例中，设备200包括手表，如图12中所示。对于手表实施例，波导入口116可以被放置在任何合适的位置处，例如，在手表的表面230周围和/或在手表的表圈中，与手表的显示器集成(未示出)，作为手表的表面的一部分(未示出)等。在图13中所示的又一示例性实施例中，设备200包括眼镜，其中，波导入口116沿着眼镜的框架240被布置。除了本文讨论的智能电话、手表和眼镜的实现之外，本文提出的解决方案还适用于任何实现光通信的无线设备。例如，其他示例性设备200包括但不限于助听器、健身监视器、蜂窝电话、膝上型计算机、平板计算机等。
当然，在不背离本发明的基本特性的情况下，本发明可以以与本文具体阐述的方式不同的其他方式来实现。本文的实施例在所有方面都被认为是说明性的而并非限制性的，并且来自所附权利要求的含义和等效范围内的所有变化都旨在被包含在其中。

Claims (18)

1.一种用于光通信的检测系统，所述检测系统包括：
全内反射TIR波导，其包括：
第一结构，所述第一结构具有第一折射率，其中，邻近所述第一结构的第二折射率小于所述第一折射率，以使得输入到所述TIR波导的用于光通信的光在所述第一结构内沿着所述TIR波导传播，所述光包括多个波长；
散射元件，所述散射元件沿着所述第一结构的内边缘被布置在所述TIR波导的第一位置处，所述散射元件被配置为扰乱所述光沿着所述TIR波导的传播；以及
一个或多个波导入口，每个波导入口在对应的第二位置处，其中，每个所述第二位置沿着所述TIR波导偏离所述第一位置，所述一个或多个波导入口中的每个波导入口被配置为：
收集与所述光通信相关联的光；以及
将所收集的光在对应的第二位置处输入到所述第一结构；以及
一个或多个光传感器，所述一个或多个光传感器被布置为邻近所述第一结构的与所述第一位置相对的边缘，并且每个光传感器与所述散射元件间隔所述第一结构的厚度，其中，所述一个或多个光传感器中的每个光传感器检测被扰乱的光的所述多个波长的子集，所述多个波长的所述子集包括总共少于所述多个波长的一个或多个波长。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其中：
所述一个或多个光传感器包括一个或多个波长特定光传感器；以及
所述一个或多个波长特定光传感器中的每个波长特定光传感器被配置为检测所述多个波长的不同子集。
3.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述一个或多个波导入口中的至少一个波导入口包括波长特定元件，所述波长特定元件被配置为收集与所述多个波长的一个子集对应的波长特定光，以将所述波长特定光输入到所述第一结构中。
4.根据权利要求3所述的检测系统，其中，所述一个或多个光传感器包括一个或多个波长特定光传感器，其中，所述一个或多个波长特定光传感器中的每个波长特定光传感器被配置为检测所述多个波长的所述一个子集中的所述一个或多个波长中的不同波长。
5.根据权利要求3所述的检测系统，其中，所述波长特定元件包括波长特定滤波器。
6.根据权利要求3所述的检测系统，其中，所述波长特定元件包括棱镜，所述棱镜被配置为分离所收集的光，以便将所述波长特定光输入到所述第一结构中。
7.根据权利要求1所述的检测系统，其中：
所述TIR波导包括一个波导入口和多个路径，所述多个路径在所述一个波导入口处起始并且彼此在物理上间隔开；
所述多个路径中的每个路径与所述多个波长的不同子集相对应；
所述一个波导入口包括波长特定元件，所述波长特定元件被配置为将与所述不同子集中的每一个子集对应的波长特定光输入到所述TIR波导的所述多个路径中的对应路径中。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其中：
所述不同子集中的每一个子集包括所述多个波长中的不同波长；
所述波长特定元件包括棱镜，所述棱镜被配置为将在所述一个波导入口处收集的光分离成所述多个波长中的每个不同波长；以及
其中，所述多个路径中的每个路径在所述一个波导入口处起始并且彼此在物理上间隔开以便与所述棱镜的输出角对齐，以使得所述多个路径中的每个路径接收与所述多个波长中的不同波长相关联的波长特定光。
9.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述TIR波导被配置为收集、传播并扰乱与所述多个波长的一个子集对应的波长特定光。
10.根据权利要求1所述的检测系统，其中，所述检测系统是被配置为由用户穿戴的便携式设备的一部分。
11.一种检测与光通信相关联的光的方法，所述方法包括：
经由一个或多个波导入口收集被配置用于所述光通信的光，所述一个或多个波导入口沿着全内反射TIR波导被布置在不同的第一位置处，所述光包括多个波长，并且所述TIR波导包括第一结构，所述第一结构具有第一折射率，其中，邻近所述第一结构的第二折射率小于所述第一折射率，以使得进入所述TIR波导的光在所述第一结构内沿着所述TIR波导传播；
使用散射元件来扰乱所述光沿着所述TIR波导的传播，所述散射元件沿着所述第一结构的内边缘被布置在所述TIR波导的第二位置处，所述第二位置沿着所述TIR波导偏离所述一个或多个第一位置中的每个第一位置；以及
使用一个或多个光传感器来检测被扰乱的光，所述一个或多个光传感器被布置为邻近所述第一结构的与所述第二位置相对的边缘，并且与所述散射元件间隔所述第一结构的厚度，其中，所述一个或多个光传感器中的每个光传感器检测被扰乱的光的所述多个波长的子集，所述多个波长的所述子集包括总共少于所述多个波长的一个或多个波长。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述一个或多个光传感器包括一个或多个波长特定光传感器；以及
所述检测被扰乱的光包括：使用所述一个或多个波长特定光传感器中的每个波长特定光传感器来检测所述多个波长的不同子集。
13.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述一个或多个波导入口中的至少一个波导入口包括波长特定元件，所述波长特定元件被配置为收集与所述多个波长的一个子集对应的波长特定光；以及
所述收集所述光包括：将所述波长特定光输入到所述第一结构中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述一个或多个光传感器包括一个或多个波长特定光传感器；以及
所述检测被扰乱的光包括：使用所述一个或多个波长特定光传感器中的每个波长特定光传感器来检测所述多个波长的所述一个子集中的所述一个或多个波长中的不同波长。
15.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述波长特定元件包括波长特定滤波器；以及
所述收集所述光包括：对被配置用于所述光通信的所述光进行滤波，以将所述波长特定光输入到所述第一结构中。
16.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述波长特定元件包括棱镜，所述棱镜被配置为将被配置用于所述光通信的所述光分离成波长特定光；以及
所述收集所述光包括：将所述波长特定光输入到所述第一结构中。
17.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述TIR波导包括一个波导入口和多个路径，所述多个路径在所述一个波导入口处起始并且彼此在物理上间隔开；
所述多个路径中的每个路径与所述多个波长的不同子集相对应；
所述收集所述光包括：将与所述不同子集中的每一个子集对应的波长特定光输入到所述TIR波导的所述多个路径中的对应路径中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述不同子集中的每一个子集包括所述多个波长中的不同波长；
所述输入所述波长特定光包括：
在所述一个波导入口处，将被配置用于光通信的所述光分离成所述多个波长中的每个不同波长；以及
将所述多个波长中的每个不同波长输入到所述TIR波导的所述不同的路径中的对应路径中。
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