DE102016113142B4 - Optische Kommunikation, Audioübertragung und Ladesystem, sowie Verfahren einer Audiokommunikation und Aufladung - Google Patents

Optische Kommunikation, Audioübertragung und Ladesystem, sowie Verfahren einer Audiokommunikation und Aufladung Download PDF

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Abstract

Optisches Kommunikations- und Ladesystem umfassend:einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet zum Empfangen eines ersten Kommunikationssignals und eines Energiesignals von einer externen Quelle, wobei der Transmitter/das Ladegerät eine Lichtquelle umfasst, wobei der Transmitter/das Ladegerät ausgebildet ist, in drei Modi, umfassend nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation zu arbeiten, wobei einer der drei Modi ausgewählt wird, und die Lichtquelle das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal basierend auf dem ausgewählten Modus der auswählbaren Modi überträgt;eine Linse, welche ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal durchzulassen;eine Zielvorrichtung umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal, welche mittels der Lichtquelle übertragen wurden, an der PV-Zelle zu empfangen, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, ein zweites Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät zu übertragen;wobei das Energiesignal, welches durch die Zielvorrichtung empfangen wurde, es der PV-Zelle ermöglicht, die Batterie zu laden, und wobei das erste Kommunikationssignal, welches von der Zielvorrichtung empfangen wurde, durch die PV-Zelle demodulierbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung beansprucht die Vorteile und die Priorität, gemäß 35 U.S.C. § 119(e), der vorläufigen US-Anmeldenummern 62/193,037 , eingereicht am 15. Juli 2015 mit dem Titel „Remote Device Charging;“ 62/210,303, eingereicht am 26. August 2015 mit dem Titel „Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor,“ 62/212,844, eingereicht am 01. September 2015 mit dem Titel „Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor,“ 62/214,362, eingereicht am 04. September 2015 mit dem Titel „Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standadrd USB Terminals,“ 62/216,861, eingereicht am 10. September 2015 mit dem Titel „Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors, Optical Signal Transceiver, Proximity Sensor,“ 62/195,726, eingereicht am 22. Juli 2015 mit dem Titel „Remote Device Charging,“ und 62/197,321 eingereicht am 27. Juli 2015 mit dem Titel „Device Communication, Charging and User Interaction“.
  • Diese Anmeldung bezieht sich auch auf die U.S. Anmeldenummern 14/937,553, eingereicht am 10. November 2015 mit dem Titel „Laser and Optical Charging and Communications Device and Method of Use“, 14/942,210, eingereicht am 16. November 2015 mit dem Titel „LED and Laser Light Coupling Device and Method of Use,“ und 15/134,084, eingereicht am 20. April 2016 mit dem Titel „Optical Communication and Charging Device and Method of Use,“
  • Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Fernladen von Vorrichtungen, wie zum Beispiel Fernladen durch photovoltaische (PV) Zellen, Infrarot (IR) Beleuchtung, Audiosignale und LEDs wie zum Beispiel Laser LEDs zum Laden von Vorrichtungen wie Uhren, Schmuck, Fahrzeugpanels, Kopfhörer und Telefone, und zur Audioübertragung und -ladung, wie zum Beispiel optisches Laden von Audiogeräten und optische Übertragungen mit Audiogeräten. Die Offenbarung bezieht sich allgemein auch auf Lichtkopplung, wie zum Beispiel Systeme und Verfahren zum Koppeln von Licht, welches von Licht emittierenden Dioden (LEDs) emittiert wird, mit Licht, welches durch einen Glasfaserleiter empfangen wird. Die Offenbarung bezieht sich allgemein weiter auf Lichtkopplung, wie zum Beispiel Systeme und Verfahren zum Koppeln von Licht, welches von Licht emittierenden Dioden (LEDs) emittiert wird, mit Licht, welches durch einen Glasfaserleiter empfangen wird, und auf Faseroptik, wie zum Beispiel diffusive Glasfaserleitersensoren und Kommunikationsvorrichtungen und Verfahren zur Verwendung. Die Offenbarung bezieht sich zusätzlich allgemein auf das Laden und optische Kommunikation mit elektrischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Systeme und Verfahren, um ein Laden durch Laser oder optische Mittel bereitzustellen und um eine optische Kommunikation bereitzustellen.
  • Elektronische Vorrichtungen erfordern regelmäßige Energieaufladung. Bestehende Mittel zum Laden von elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Uhren und Schmuck, erfordern eine kontaktierte (also physische) Lösung zum Laden, zum Beispiel durch USB, ein elektrisches Kabel, etc. Es gibt derzeit keine Lösungen, die ein Aufladen in einer kontaktlosen Art bereitstellen, zum Beispiel die kabellos sind. Eine Lösung, welche eine nicht-physische Verbindung gewährleistet, ermöglicht das Laden ohne physische Verbindung, wie auch andere Interaktionen mit einer Vorrichtung, zum Beispiel Softwareupdates und Konfigurationsupdates. Diese und andere Bedürfnisse werden durch die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen und/oder Konfigurationen der vorliegenden Offenbarung behandelt.
  • Bestehende Systeme zum Koppeln von Licht, welches durch eine LED oder andere weitgehend inkohärente Quellen emittiert wird, an einen Glasfaserleiter weisen eine niedrige Kopplungseffizienz auf. Typische Kopplungseffizienzen von solchen relativ großen numerischen Aperturlichtquellen sind gut unter 5%. Im Gegensatz dazu sind die Kopplungseffizienzen von Lasern oder anderen weitgehend kohärenten Lichtquellen gewöhnlich über 95%. Es ist vorteilhaft, LEDs anstelle von Lasern als Glasfaserlichtquelle zu verwenden, da LEDs üblicherweise weniger teuer zum Betreiben und Unterhalten sind. Die Verwendung von LEDs als Lichtquelle in der Faseroptik wurde jedoch aufgrund der zuvor genannten Kopplungseffizienzen begrenzt. Deswegen gibt es einen Bedarf für ein System und ein Verfahren zum Koppeln von Licht, welches von LEDs emittiert wird, mit Licht, welches durch einen Glasfaserleiter empfangen wird. Diese Offenbarung löst diese Bedürfnisse.
  • Ein Glasfaserleiter wird gewöhnlich verwendet, um optische Wellen entlang oder zwischen Faserenden zu leiten oder zu verbreiten. Eine übliche Anwendung beinhaltet die Montage oder das Koppeln eines oder beider Enden eines Glasfaserleiters mit einer Lichtquelle, wie zum Beispiel einer LED oder Laserdiode. Übliche Glasfasern, auch bekannt als „normaler“ Glasfaserleiter, halten Photonen einer Lichtquelle innerhalb des Glasfaserleiters, üblicherweise durch Umhüllen eines zylindrischen Kerns eines dielektrischen Materials mit einer Ummantelung. Die Photonen bleiben in der Faseroptik, da der Brechungsindex des Kerns größer ist als der der Ummantelung.
  • Im Gegensatz dazu ermöglicht es eine diffusive Glasfaser einigen Photonen aus dem Faseroptikkern durch vorsätzliche Mängel an der Ummantelung auszutreten. Die Faseroptik kann dann als eine Dünnleitungslichtquelle dienen, wenn eine oder beide Enden des Glasfaserleiters mit einer Lichtquelle verbunden sind. Die Ummantelungsmängel können durch eines von mehreren Mitteln, wie zum Beispiel durch Oberflächenmängel an der Faseroberfläche oder durch Materialmängel der Faser (zum Beispiel wie durch das Corning Fibrance™ Produkt bereitgestellt) gebildet werden. Mit einem Anstieg der Zufälligkeit und der Menge der Mängel wird das Beleuchtungsmuster einheitlich omnidirektional.
  • Ein unbemerktes aber wichtiges Merkmal einer diffusiven Glasfaser ist die Fähigkeit von äußerem Licht, in die diffusive Faseroptik einzudringen (durch die zuvor genannten Mängel) zusätzlich dazu, dass Licht aus der diffusiven Faseroptik austritt oder diese verlässt. Solch ein Resultat wird durch das Lichtwegumkehrprinzip bereitgestellt. Wenn eine bestimmte diffusive Glasfaser eine einheitliche omnidirektionale Beleuchtung erzeugt, dann wird dieselbe diffusive Glasfaser auch optische Signale, Energie oder Photonen omnidirektional von der Umgebung oder der externen Umwelt in dem diffusiven Glasfaserleiter durch die Faseroberfläche (zum Beispiel durch Mängel in der Ummantelung) empfangen. Unter Berücksichtigung dieser Entdeckung kann ein diffusiver Glasfaserleiter (auch bekannt als Lichtwellenleiter oder Faserwellenleiter) als ein omnidirektionaler Umgebungs-/externer Lichtsensor verwendet werden. In einer solchen Ausgestaltung könnten optische Detektoren an den Faserenden platziert werden, um ein optisches Signal und/oder Energie von der umgebenden Umwelt zu detektieren. Die empfangene optische Energie oder das empfangene optische Signal kann irgendein optischer Bereich sein, um sichtbar und infrarot einzuschließen; IR-Erfassung könnte insbesondere zum Erfassen von Feuern geeignet sein.
  • Bestehende Vorrichtungen und Verfahren zum Laden von elektrischen Geräten sind in der Regel unhandlich, weisen eine relativ niedrige Geschwindigkeit oder Bandbreite auf und sind inkompatibel mit Standardprotokollen oder Hardwareinterfaces. Deshalb gibt es einen Bedarf an einer Vorrichtung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit und hoher Bandbreite und ein Verfahren zur Verwendung, welches kompatibel mit bestehenden USB, Mikro-USB, Mini-USB-Standards und Hardwareinterfaces ist. Diese Offenbarung löst diese Bedürfnisse.
  • Die US 2004/ 0 266 367 A1 beschreibt ein Verfahren zum Übertragen von Daten in einem drahtlosen Energieübertragungssystem, das einen Leistungssender mit einer ersten und einer zweiten Lichtquelle und Mittel zum Richten des emittierten Lichts umfasst. Die zweite Lichtquelle dient zur Übertragung von Licht, das um das von der ersten Lichtquelle emittierte Licht herum angeordnet ist, wobei Datenbits in den Impulsen kodiert werden, um ein maximales Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zu bestimmen. Mindestens ein Leistungsempfänger des Systems besteht aus einem ersten und einem zweiten Photodetektor zum Empfang des emittierten Lichts und zur Umwandlung in elektrischen Strom. Der zweite Photodetektor dient zur Anzeige von Lichtimpulsen und darin enthaltenen Daten sowie der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen.Ein Steuersignal zum störungsfreien Empfang von Daten wird an den Sender gesendet, wenn die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen ein vorgegebenes maximales Zeitintervall nicht überschreitet.
  • Aus der US 2007/ 0 069 684 A1 ist ein lichtemittierendes Ladegerät bekannt. Das lichtemittierende Ladegerät liefert Lichtenergie an ein tragbares elektronisches Gerät mit wiederaufladbarem Akku. Das elektronische Gerät ist mit einem photovoltaischen Energiewandler ausgestattet, der das übertragene Licht in einen elektrischen Strom umwandelt, der zum Laden der Batterie verwendet werden kann. Durch wechselnde Kommunikationsmechanismen kann das elektronische Gerät das Ladegerät informieren, wann die Lichtquellen zu beleuchten und welche Lichtquellen zu beleuchten sind. Das Ladegerät ist mit Fotodetektoren für den Empfang der Fotokommunikation vom elektronischen Gerät ausgestattet.
  • US 2013/ 0 314 028 A1 zeigt ein drahtloses Ladesystem, welches aus einer Stromversorgungseinrichtung besteht, die elektrische Energie überträgt, mit einem Endgerät zum Laden, einem Laser-Ladesendemodul und einem Laser-Ladeempfangsmodul. Das Laser-Ladesendemodul ist elektrisch mit dem Stromversorgungsgerät verbunden, um die vom Stromversorgungsgerät übertragene elektrische Energie zu empfangen und in Lichtenergie umzuwandeln. Das Laserladeempfangsmodul ist elektrisch mit dem Endgerät verbunden, um Lichtenergie zu empfangen, die vom Laserlade-Sendemodul umgewandelt wird, Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln und elektrische Energie an das Endgerät zum Laden zu übertragen, um das Endgerät zum Laden aufzuladen.
  • DE 696 34 441 T offenbart ein System zur Übertragung optischer Leistung von einem ersten zu einem zweiten Standort. Das System enthält eine erste Lichtquelle an der ersten Stelle, die einen ersten Lichtstrahl erzeugt. Ein Stromrichter erfasst den ersten Lichtstrahl an der zweiten Stelle. Eine erste Steuerschaltung, die mit dem Stromrichter gekoppelt ist, betreibt eine zweite Lichtquelle an der zweiten Stelle, um nach der Erfassung des ersten Lichtstrahls einen Sicherheitsrückstrahl zu erzeugen. Ein Photodetektor erfasst den Rückstrahl des Sicherheitslichts an der ersten Stelle. Zwischen dem Photodetektor und der ersten Lichtquelle ist eine zweite Steuerschaltung geschaltet. Der zweite Steuerkreis erkennt das Vorhandensein des Sicherheits-Rücklichtstrahls und betreibt die erste Lichtquelle zur Erzeugung des ersten Lichtstrahls bei einem ersten Leistungspegel vor der Erfassung des Sicherheits-Rücklichtstrahls und bei einem zweiten Leistungspegel, der höher als der erste Leistungspegel ist, nach der Erfassung des Sicherheits-Rücklichtstrahls.
  • DE10 2012 018 616 A1 beschreibt, dass zwei Laserlichtquellen in einem Sendemodul angeordnet sind. Das Empfängermodul ist mit zwei Detektoren zur Aufnahme der Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen ausgestattet. Die Korrelation der Signale beider Wellenlängen wird genutzt, um festzustellen, ob die Daten von den beiden Detektoren an das Empfängermodul gesendet werden. Die Solarzellen sind um die mit dem Differenzverstärker verbundenen Detektoren angeordnet.
  • WO 2009/ 045 188 A1 offenbart ein Energiegewinnungssystem umfassend einen optischen Konzentrator zum Fokussieren von Licht, einen optischen Filter zum Aufteilen von Licht in eine Vielzahl von Strahlen als Funktion der Wellenlänge und eine Vielzahl von photovoltaischen Zellen. Das Licht durchdringt den optischen Konzentrator und das optische Filter, bevor es die Vielzahl von Photovoltaikzellen erreicht. Eine erste der mehreren photovoltaischen Zellen ist so konfiguriert, dass sie Licht von einem ersten der mehreren Strahlen in einem ersten Wellenlängenbereich empfängt, und eine zweite der mehreren photovoltaischen Zellen ist so konfiguriert, dass sie Licht von einem zweiten der mehreren Strahlen in einem zweiten Wellenlängenbereich empfängt.
  • US 2014/ 0 217 955 A1 weist ein Ladegerät mit einem Energieumwandlungsmodul, einem Energiewandler, einem Energiesender, einem Energieempfänger und einem Stromspeicher auf. Das Energieumwandlungsmodul empfängt die Energie und wandelt diese in eine erste elektrische Energie um. Der Energiewandler ist elektrisch mit dem Energiewandlermodul verbunden und wandelt die erste elektrische Energie in eine drahtlose Energie um. Der Energiesender ist elektrisch mit dem Energiewandler verbunden und überträgt die drahtlose Energie. Der Energieempfänger empfängt die drahtlose Energie und wandelt sie in eine zweite elektrische Energie um, um ein externes Gerät zu laden. Der Energiesender überwacht den aktuellen Ladezustand des externen Geräts, um die Übertragung der drahtlosen Energie einzustellen. Der Stromspeicher ist elektrisch mit dem natürlichen Energieumwandlungsmodul verbunden, um die erste elektrische Energie zu speichern.
  • Auf dem Wege der Bereitstellung von zusätzlichem Hintergrund, Kontext und um weiter die schriftlichen Beschreibungsvoraussetzungen gemäß 35 U.S.C. § 112 zu erfüllen, wird auf die folgenden Schriften verwiesen: U.S. Patentveröffentlichungsnummern 2013/0314028 von Tseng; 2002/0186921 von Schumacher; 2014/0132201 von Tsang; und 2007/0031089 von Tessnow; U.S. Patentnummern 7,621,677 von Yang und 6,272,269 von Naum; und „Use of Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting" von Kozai, wie in „International Lighting in Controlled Environments Workshop," Tibbitts, Editor, NASA-CP-95-3309 (1994)
  • Die Offenbarung stellt Techniken zur Ferninteraktion mit Vorrichtungen, wie zum Beispiel Laden, Kommunikation und Benutzerinteraktion, bereit. Insbesondere werden Systeme und Verfahren, um das Laden von Vorrichtungen bereitzustellen, vorgeschlagen, wie zum Beispiel Fernladen durch photovoltaische (PV) Zellen, Infrarot (IR) Beleuchtung, Audiosignale und LEDs, wie zum Beispiel Laser-LEDs, um Vorrichtungen, wie zum Beispiel Uhren, Schmuck, Fahrzeugpanels, Kopfhörer und Telefone zu laden.
  • In einer Ausführungsform wird ein optisches Kommunikations- und Ladesystem offenbart, wobei das System umfasst: einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet zum Empfangen eines ersten Kommunikationssignals und eines Energiesignals von einer externen Quelle, wobei der Transmitter/das Ladegerät eine Lichtquelle umfasst, wobei der Transmitter/das Ladegerät ausgebildet ist, in drei Modi, umfassend nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation zu arbeiten, wobei einer der drei Modi ausgewählt ist, und die Lichtquelle das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal basierend auf dem ausgewählten Modus der auswählbaren Modi überträgt; eine Linse, welche ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal durchzulassen; eine Zielvorrichtung umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal, welche mittels der Lichtquelle übertragen wurden, zu empfangen, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, ein zweites Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät zu übertragen; wobei das Energiesignal, welches durch die Zielvorrichtung empfangen wird, es der PV-Zelle ermöglicht, die Batterie zu laden, und wobei das erste Kommunikationssignal, welches von der Zielvorrichtung empfangen wurde, durch die PV-Zelle demodulierbar ist.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren einer optischen Kommunikation und Aufladung offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines optischen Kommunikations- und Ladesystems umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet, um ein erstes Kommunikationssignal und ein Energiesignal von einer externen Quelle zu empfangen, wobei der Transmitter/das Ladegerät eine Lichtquelle umfasst, wobei der Transmitter/das Ladegerät ausgebildet ist, in drei Modi, umfassend nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation zu arbeiten, wobei die Lichtquelle ausgestaltet ist, um das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal zu übertragen; eine Linse, welche ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal durchzulassen; und eine Zielvorrichtung umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, um das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal, welche durch die Lichtquelle übertragen wurden, zu empfangen und wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, ein zweites Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät zu übertragen; Verbinden der Transmitter-/Ladegerätladevorrichtung mit einer externen Quelle; Bereitstellen von zumindest einem von einem ersten Kommunikationssignal und einem Energiesignal an dem Transmitter/Ladegerät von der externen Quelle; Übertragen des zumindest einen wenigstens eines von einem ersten Kommunikationssignal und einem Energiesignal von dem Transmitter/Ladegerät an die Zielvorrichtung; Bestimmen, ob das zumindest eine von einem ersten Kommunikationssignal und einem Energiesignal ein Energiesignal umfasst; wobei in dem zumindest einen von einem ersten Kommunikationssignal und einem Energiesignal ein Energiesignal umfasst ist, wobei die PV-Zelle das Energiesignal empfängt und die Batterie geladen wird, wobei bei Bestimmung, dass das übertragene erste Kommunikationssignal und das Energiesignal das erste Kommunikationssignal umfassen, das erste Kommunikationssignal, welches von der Zielvorrichtung empfangen wurde, durch die PV-Zelle demodulierbar ist.
  • In noch einer anderen und nicht beanspruchten Ausführungsform wird eine optisch-aktivierte Schaltvorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Lichtquelle, welche ausgestaltet ist, um in einer elektronischen Vorrichtung angeordnet zu werden, wobei die Lichtquelle ausgestaltet ist, ein optisches Signal zu emittieren; und eine Oberflächenbarriere, welche ausgestaltet ist, um auf einer Oberfläche der elektronischen Vorrichtung angebracht zu werden und ausgestaltet ist, um das optische Signal zu empfangen, wobei die Barriereschicht eine innere reflektierende Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist; wobei die innere reflektierende Oberfläche das optische Signal reflektiert, um einen ersten Schaltzustand bereitzustellen, wenn keine externe Quelle die externe Oberfläche berührt und stellt einen zweiten Schaltzustand bereit, wenn eine externe Quelle die äußere Oberfläche berührt.
  • In weiteren Ausführungsformen umfassen die Vorrichtung, das System und/oder das Verfahren die folgenden Merkmale: die Lichtquelle ist eine Laser/LED-Diode; die Energie, welche durch den Transmitter/das Ladegerät empfangen wird, wird über zumindest einen aus einem USB-Anschluss und einem kabellosen Anschluss empfangen; der Transmitter/das Ladegerät und die Linse sind Bestandteile eines gemeinsamen Gehäuseaufbaus; der gemeinsame Gehäuseaufbau umfasst weiter einen Photonendetektor, welcher ausgestaltet ist, das zweite Kommunikationssignal zu empfangen; die Zielvorrichtung gibt das zweite Kommunikationssignal an den Photonendetektor aus; einen Modulator, welcher ausgestaltet ist, die ersten und die zweiten Kommunikationssignale zu steuern; das erste Kommunikationssignal umfasst Daten zum Ermöglichen eines Softwareupdates der Zielvorrichtung; und die Zielvorrichtung und der gemeinsame Gehäuseaufbau des Transmitters/Ladegeräts weisen keine physische Verbindung auf, und die Lichtquelle überträgt das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal kabellos.
  • In anderen Ausführungsformen werden Systeme und Verfahren zur Audioübertragung und zum Laden, wie zum Beispiel optisches Laden von Audiogeräten und optische Übertragungen mit Audiogeräten, offenbart. Insbesondere Systeme und Verfahren, um das Laden von Vorrichtungen bereitzustellen, wie zum Beispiel Laden durch photovoltaische (PV) Zellen, Infrarot (IR) Beleuchtung, Audiosignale und LEDS, wie zum Beispiel Laser LEDs zum Laden von Vorrichtungen wie Kopfhörer, werden aufgeführt.
  • In einer ebenso nicht beanspruchten Ausführungsform werden ein Audioübertragungssystem und ein Ladesystem offenbart, wobei das System umfasst: einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet zum Übermitteln eines optischen Signals durch eine Lichtquelle; und ein Audiogerät umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle in Verbindung mit der Batterie, wobei die PV-Zelle ausgestaltet ist, das optische Signal zu empfangen; wobei die PV-Zelle das empfangene optische Signal in elektrische Energie umwandelt, wobei die elektrische Energie der Batterie zur Verfügung gestellt wird, wodurch die Batterie geladen wird.
  • In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Audiokommunikation und Ladung offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Audioübertragungs- und Ladesystems umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät, welches ausgestaltet ist, ein optisches Signal durch eine Lichtquelle zu übertragen, wobei das optische Signal ein Audiosignal und ein Energiesignal beinhaltet; ein Audiogerät, umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die PV-Zelle ausgestaltet ist, das optische Signal, welches durch die Lichtquelle übertragen wurde, zu empfangen; und zumindest ein Glasfaserkabel, welches zwischen dem Transmitter/Ladegerät und dem Audiogerät verbunden ist; Übertragen des optischen Signals von dem Transmitter/Ladegerät an das Audiogerät mittels zumindest eines Glasfaserkabels; Empfangen des optischen Signals durch die PV-Zelle des Audiogeräts; und Bestimmen, ob das Audiogerät ein Aufladen erfordert, wobei, wenn das Audiogerät eine Aufladung erfordert, Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, wobei das elektrische Signal der Batterie bereitgestellt wird, wodurch die Batterie geladen wird; und Bestimmen, ob das übertragene optische Signal ein Audiosignal umfasst, wobei, falls das übertragene optische Signal das Audiosignal umfasst, das Audiosignal mittels der PV-Zelle demoduliert wird und das demodulierte Audiosignal einen Ton des Audiogeräts abspielt.
  • In noch einer weiteren nicht beanspruchten Ausführungsform werden eine audiooptische Übertragungs- und optische Ladevorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: einen optischen Transmitter/ein optisches Ladegerät, welches ausgestaltet ist, ein erstes optisches Signal durch eine LED-Lichtquelle zu übertragen, wobei das erste optische Signal ein moduliertes erstes Kommunikationssignal umfasst; ein Audiogerät umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle in Verbindung mit der Batterie, wobei die PV-Zelle ausgestaltet ist, das optische Signal zu empfangen und wobei die PV-Zelle weiter ausgestaltet ist, das modulierte erste Kommunikationssignal zu demodulieren; und zumindest ein Glasfaserkabel, wobei das zumindest eine Glasfaserkabel mit dem Transmitter/Ladegerät und dem Audiogerät verbunden ist, und wobei das zumindest eine Glasfaserkabel das erste optische Signal leitet, welches von dem Transmitter/Ladegerät an das Audiogerät übertragen wird; wobei die PV-Zelle zumindest einen Anteil des empfangenen optischen Signals in elektrische Energie umwandelt, wobei die elektrische Energie der Batterie bereitgestellt wird, wodurch die Batterie geladen wird.
  • In weiteren Ausführungsformen umfassen die Vorrichtung, das System und/oder das Verfahren, wobei die Lichtquelle eine Laser/LED-Diode ist; wobei das optische Signal ein erstes moduliertes Kommunikationssignal umfasst; wobei das erste modulierte Kommunikationssignal ein Audiosignal ist; wobei das Audiogerät weiter eine Linse umfasst, welche ausgestaltet ist, das optische Signal zu empfangen und zu der PV-Zelle zu übertragen; weiter umfassend zumindest ein Glasfaserkabel, wobei das zumindest eine Glasfaserkabel das optische Signal, welches durch den Transmitter/das Ladegerät an das Audiogerät übertragen wird, leitet,
    wobei das Audiogerät weiter ausgestaltet ist, ein zweites moduliertes Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät durch das zumindest eine Glasfaserkabel zu übertragen; wobei das optische Signal Daten umfasst, um ein Softwareupdate des Audiogeräts zu ermöglichen; wobei der Transmitter/das Ladegerät weiter einen Mikroprozessor/eine Steuerung umfasst, welche ausgestaltet ist, die ersten und die zweiten modulierten Kommunikationssignale zu steuern; und wobei das Audiogerät weiter einen Demodulator umfasst, um das modulierte erste Kommunikationssignal zu demodulieren.
  • In einer Ausführungsform wird eine LED und Lichtkopplungsvorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: zumindest eine LED, welche ausgestaltet ist, Energie- und Steuersignale zum empfangen, wobei die zumindest eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur emittiert; einen Lichtkoppler in optischer Verbindung mit der zumindest einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht emittiert; und einen Glasfaserleiter umfassend einen Öffnungswinkel, wobei der Glasfaserleiter in optischer Verbindung mit dem Lichtkoppler steht; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur verändert, welche kleiner ist als die erste numerische Apertur.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren der LED-Lichtkopplung offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer LED-Lichtkopplungsvorrichtung umfassend: i) zumindest eine LED, welche ausgestaltet ist, um Energie- und Steuersignale zu empfangen, wobei die zumindest eine LED ein erstes Licht mit einer ersten numerischen Apertur emittiert; ii) einen Lichtkoppler in optischer Verbindung mit der zumindest einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht emittiert; und iii) einen Glasfaserleiter, umfassend einen Öffnungswinkel, wobei der Glasfaserleiter in optischer Verbindung mit dem Lichtkoppler steht; Betreiben der LED-Lichtkopplungsvorrichtung mit einer Energiequelle; Bereitstellen von Energie an der zumindest einen LED von der Energiequelle; Aktivieren der zumindest einen LED; Emittieren des ersten Lichts an den Lichtkoppler; Verändern des ersten Lichts in dem Lichtkoppler, wobei das erste Licht mit der ersten numerischen Apertur sich zu einem zweiten Licht mit einer zweiten numerischen Apertur verändert, welche weniger ist als die erste numerische Apertur; und Versorgen des Glasfaserleiters mit dem zweiten Licht.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform wird eine LED-Faseroptikvorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: zumindest eine LED, ausgestaltet, um Energie und Steuersignale zu empfangen, wobei die zumindest eine LED ein erstes Licht mit einem ersten Emissionskegel emittiert; einen Lichtkoppler in optischer Verbindung mit der zumindest einen LED, wobei der Lichtkoppler das erste Licht empfängt und ein zweites Licht emittiert; und einen Glasfaserleiter umfassend einen Öffnungswinkel, wobei der Glasfaserleiter in einer optischen Verbindung mit dem Lichtkoppler steht; wobei der Lichtkoppler das erste Licht mit dem ersten Emissionskegel zu einem zweiten Licht mit einem zweiten Emissionskegel verändert; wobei eine Kopplungseffizienz zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht zumindest 95% ist.
  • In manchen alternativen Ausführungsformen umfassen die Vorrichtung und/oder das Verfahren zur Verwendung weiter: einen elektronischen Antrieb, welcher die zumindest eine LED steuert; wobei das Steuern der zumindest einen LED eine Energiemodulation umfasst; wobei die zumindest eine LED eine oberflächenemittierende LED ist; wobei die zumindest eine LED aus drei oberflächenemittierenden LEDs besteht; wobei das zweite Licht durch den Glasfaserleiter in dem Öffnungswinkel des Glasfaserleiters empfangen wird; wobei der Lichtkoppler eine optische Ulbrichtkugel umfasst; wobei der Lichtkoppler eine Kugellinse umfasst; wobei der Lichtkoppler eine optische Sphäre ist und die drei oberflächenemittierenden LEDs bei 0 Grad, 90 Grad und 180 Grad radial um eine äquatoriale Kreislinie der optischen Sphäre angeordnet sind, wobei eine Kopplungseffizienz zwischen dem ersten Licht und dem zweiten Licht zumindest 95 % ist.
  • In einer Ausführungsform wird ein Glasfaserleitersensorsystem offenbart, wobei das System umfasst: einen Glasfaserleiter umfassend ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine äußere Oberfläche, welche eine Öffnung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende bildet, wobei der Glasfaserleiter ausgestaltet ist, ein äußeres Licht von einer äußeren Lichtquelle durch die äußere Oberfläche in einem ersten axialen Abstand entlang der äußeren Oberfläche zu empfangen; einen ersten Detektor, welcher an dem ersten Ende angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine erste äußere Lichtenergie zu messen; einen zweiten Detektor, welcher an dem zweiten Ende angeordnet ist, und ausgestaltet ist, eine zweite äußere Lichtenergie zu messen; und einen Prozessor, welcher ausgestaltet ist, die erste und die zweite Lichtenergiemessung zu vergleichen und den ersten axialen Abstand zu bestimmen.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum faseroptischen Erfassen einer Lichtquelle offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Glasfaserleitersensorsystem umfassend: einen Glasfaserleiter umfassend ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine äußere Oberfläche, welche eine Öffnung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende bildet, wobei der Glasfaserleiter ausgestaltet ist, ein äußeres Licht von einer äußeren Lichtquelle durch die äußere Oberfläche in einem ersten axialen Abstand entlang der äußeren Oberfläche zu empfangen; einen ersten Detektor, welcher an dem ersten Ende angeordnet ist, einen zweiten Detektor, welcher an dem zweiten Ende angeordnet ist; und einen Prozessor; Empfangen des äußeren Lichts durch die äußere Oberfläche in einem ersten Abstand entlang der äußeren Oberfläche; Messen einer ersten Lichtenergie durch den ersten Detektor; Messen einer zweiten Lichtenergie durch den zweiten Detektor; Vergleichen der ersten und der zweiten Lichtenergiemessungen durch den Prozessor; und Bestimmen des ersten axialen Abstands durch den Prozessor, wie durch den äußeren Lichtenergiemessungsvergleich ermöglicht.
  • In manchen alternativen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung und/oder das Verfahren zur Verwendung weiter: der Glasfaserleiter ist ein diffusiver Glasfaserleiter; der Glasfaserleiter bildet einen kreisförmigen axialen Querschnitt; wobei das erste Ende ein erster Endpunkt des Glasfaserleiters ist und das zweite Ende ein zweiter Endpunkt des Glasfaserleiters ist; wobei der Glasfaserleiter ein homogener Glasfaserleiter mit einem kreisförmigen axialen Querschnitt ist; einen zweiten Glasfaserleiter, welcher ausgestaltet ist, das äußere Licht durch eine zweite äußere Oberfläche in einem zweiten axialen entlang der zweiten äußeren Oberfläche zu empfangen, ein Paar Detektoren, welche an gegenüberliegenden Endpunkten des zweiten Glasfaserleiters angeordnet sind, wobei jeder aus dem Paar der Detektoren ausgestaltet ist, äußere Lichtenergie zu messen, wobei der Prozessor weiter ausgestaltet ist, die äußeren Lichtmessungen des Paars der Detektoren zu vergleichen, um den zweiten axialen Abstand zu bestimmen; wobei jeder des ersten Glasfaserleiters und des zweiten Glasfaserleiters einen länglichen geraden Aufbau bilden und orthogonal zueinander angeordnet sind, wobei eine zweidimensionale Position der äußeren Lichtquelle durch den Prozessor bestimmt werden kann; einen dritten Glasfaserleiter, welcher ausgestaltet ist, das äußere Licht durch eine dritte äußere Oberfläche in einem dritten axialen Abstand entlang der dritten äußeren Oberfläche zu empfangen, ein Paar Detektoren, welche an gegenüberliegenden Endpunkten des dritten Glasfaserleiters angeordnet sind, wobei jeder des Paars der Detektoren ausgestaltet ist, äußere Lichtenergie zu messen, wobei der Prozessor weiter ausgestaltet ist, die äußeren Lichtenergiemessungen des Paars der Detektoren zu vergleichen, um den dritten axialen Abstand zu bestimmen; wobei der dritte Glasfaserleiter einen länglichen geraden Aufbau bildet, welcher orthogonal zu jedem der ersten und zweiten Glasfaserleiter angeordnet ist, wobei eine dreidimensionale Position der äußeren Lichtquelle durch den Prozessor bestimmt werden kann; und ein Paar Sendeempfänger, welche an jedem Endpunkt des Glasfaserleiters angeordnet sind, wobei das Paar der Sendeempfänger ausgestaltet ist, ein optisches Signal von der äußeren Lichtquelle zu empfangen und ein optisches Signal an die äußere Lichtquelle zu übertragen.
  • In einer Ausführungsform wird eine Lade- und Kommunikationsvorrichtung offenbart, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Transmitter, welcher ausgestaltet ist, Energie von einer äußeren Quelle zu empfangen, wobei der Transmitter ein Energiemodul, einen Energieladelaser und eine Diffusorschicht umfasst; und einen Empfänger, welcher ausgestaltet ist, um mit dem Transmitter verbindbar zu sein, wobei der Empfänger PV-Zellen umfasst; wobei das Energiemodul den Laser steuert; wobei der Energieladelaser ein Laserlicht emittiert, welches durch die Diffusorschicht zerstreut wurde und durch die PV-Zellen empfangen wurde; wobei der Empfänger eine Vorrichtungsenergieausgabe ausgibt.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Laden offenbart, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Ladevorrichtung umfassend: i) einen Transmitter, welcher ausgestaltet ist, Energie von einer äußeren Quelle zu empfangen, wobei der Transmitter ein Energiemodul, einen Laser, eine Diffusorschicht und einen Photonendetektor umfasst, und ii) einen Empfänger, welcher ausgestaltet ist, sich mit dem Transmitter zu verbinden, wobei der Empfänger PV-Zellen und eine Laser/LED-Diode umfasst; wobei der Photonendetektor ausgestaltet ist, um ein Signal von der Laser/LED-Diode zu empfangen; Verbinden der Ladevorrichtung mit einer äußeren Energiequelle; Bereitstellen von Energie an die Ladevorrichtung von der äußeren Energiequelle; Aktivieren des Lasers nach Empfang des Laser/LED-Diodensignals, wobei der Laser ein Laserlicht emittiert, welches durch die Diffusorschicht zerstreut und durch die PV-Zellen empfangen wurde; und Ausgeben einer Vorrichtungsenergieausgabe von dem Empfänger.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Lade- und Kommunikationssystem offenbart, wobei das System umfasst: einen Transmitter, welcher ausgestaltet ist, Energie von einer externen Quelle zu empfangen, wobei der Transmitter ein Energiemodul, einen Energieladelaser und eine Diffusorschicht umfasst; und einen Empfänger, welcher ausgestaltet ist, um mit dem Transmitter verbindbar zu sein, wobei der Empfänger PV-Zellen umfasst; wobei das Energiemodul den Laser steuert; wobei der Energieladelaser ein Laserlicht emittiert, welches durch die Diffusorschicht zerstreut und durch die PV-Zellen empfangen wurde; wobei der Empfänger eine Vorrichtungsenergieausgabe ausgibt; wobei der Empfänger weiter eine Laser/LED-Diode umfasst und der Transmitter weiter einen Photonendetektor umfasst, welcher ausgestaltet ist, ein Signal von der Laser/LED-Diode zu empfangen, wobei der Empfänger nur eine Vorrichtungsenergie ausgibt, wenn der Photonendetektor das Laser/LED-Diodensignal empfängt.
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile, wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen dieselben Bezugszeichen dieselben Teile kennzeichnen.
    • 1A zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems;
    • 1B zeigt ein Blockdiagramm der Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems der 1A;
    • 1C ist eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lade- und Kommunikationssystems;
    • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Lade- und optischen Kommunikationssystems der 1A-B;
    • 3 zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems;
    • 4A zeigt eine Darstellung eines optischen Auslösemechanismus, wobei sich der Auslösemechanismus in einem ersten Zustand befindet;
    • 4B zeigt eine Darstellung eines optischen Auslösemechanismus, wobei sich der Auslösemechanismus in einem zweiten Zustand befindet;
    • 5 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform des Audioübertragungs- und Ladesystems;
    • 6 zeigt ein Blockdiagram der Ausführungsform des Audioübertragungs- und Ladesystems der 5;
    • 7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Audioübertragungs- und Ladesystems der 5 und 6;
    • 8 zeigt ein Blockdiagramm der Ausführungsform des Lichtkopplungssystems;
    • 9 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 10a zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 10b zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 10c zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11a zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11b zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11c zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11d zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11e zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11f zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 11g zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 12 zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 13 zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der LED-/Koppler-/Faserbestandteile des Lichtkopplungssystems;
    • 14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Lichtkopplungssystems der 8;
    • 15A zeigt eine Darstellung eines normalen Glasfaserleiters des Standes der Technik;
    • 15B zeigt eine Darstellung eines diffusiven Glasfaserleiters des Standes der Technik;
    • 16 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform des Glasfaserleitersensorsystems;
    • 17 zeigt weitere Details des Glasfaserleitersensorsystems der 16; und
    • 18 zeigt eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Glasfaserleitersensorsystems;
    • 19 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Glasfaserleitersensorsystems der 16;
    • 20 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems;
    • 21a zeigt ein Blockdiagramm der Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems;
    • 21b zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems;
    • 22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Lade- und optischen Kommunikationssystems der 20.
  • Es sollte verstanden werden, dass die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstäblich sind. In gewissen Fällen könnten Details, welche nicht notwendig für ein Verstehen der Erfindung sind oder welche es schwerer machen andere Details wahrzunehmen, weggelassen worden sein. Es sollte natürlich verstanden werden, dass die Erfindung nicht notwendigerweise auf die speziellen hier dargestellten Ausführungsformen begrenzt ist.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details dargestellt, um ein gründliches Verständnis der offenbarten Technik bereitzustellen. Jedoch wird ein Fachmann verstehen, dass die vorliegenden Ausführungsformen ohne diese speziellen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen wurden bekannte Verfahren, Abläufe, Bestandteile und Schaltungen nicht detailliert beschrieben, um die vorliegende Offenbarung nicht unklar zu machen.
  • Obwohl die Ausführungsformen diesbezüglich nicht begrenzt sind, können sich die in der Diskussion verwendeten Begriffe, wie beispielsweise „Verarbeitung“, „Rechnen“, „Berechnen“, „Bestimmen“, „Einrichten“, „Analysieren“, „Prüfen“ oder dergleichen, auf das/die Verfahren und/oder den Ablauf eines Computers, einer Computerplattform, eines Computersystems, eines Kommunikationssystems oder-subsystems oder andere elektronische Computervorrichten beziehen, welche Daten manipulieren und/oder umwandeln, welche als physikalische (zum Beispiel elektronische) Mengen in den Registern und/oder Speichern des Computers dargestellt werden, in andere Daten, welche ähnlich zu den als physikalische Mengen in den Registern und/oder Speichern oder einem anderen Informationsspeichermedium sind, welches Befehle zum Ausführen von Verfahren und/oder Abläufen speichern kann.
  • Obwohl die Ausführungsformen diesbezüglich nicht begrenzt sind, können die Begriffe „Vielzahl“ und „eine Vielzahl“, wie hier verwendet zum Beispiel „mehrere“ oder „zwei oder mehr“, beinhalten. Die Begriffe „Vielzahl“ oder „eine Vielzahl“ kann in der gesamten Beschreibung verwendet werden, um zwei oder mehr Bestandteile, Vorrichtungen, Elemente, Einheiten, Parameter, Schaltungen oder dergleichen zu beschreiben.
  • Der Begriff „PV“ bedeutet photovoltaisch und bezieht sich allgemein auf ein Mittel oder Verfahren zum Umwandeln von Licht oder Solarenergie in Elektrizität.
  • Der Begriff „PV-Anordnung“ bedeutet Anordnung von PV-Zellen oder Modulen.
  • Der Begriff „USB“ bedeutet universeller serieller Bus und bezieht sich auf Hardware, wie Kabel und Anschlüsse und Kommunikationsprotokolle, welche in einem Bus für die Verbindung, Kommunikation und/oder Energieübertragung verwendet werden.
  • Der Begriff „USB-Protokoll“ bedeutet ein USB-Kommunikationsprotokoll.
  • Der Begriff „USB-Anschluss“ oder „USB-Hardwareanschluss“ bezieht sich auf einen physischen USB-Anschluss.
  • Der Begriff „kabelloser USB“ bezieht sich auf kabellose Kommunikation mit der Verwendung von USB-Protokollen.
  • Der Begriff „Modulation“ bezieht sich auf einen Ablauf zum Verändern von Eigenschaften einer Wellenform oder eines Trägersignals mit einem modulierenden Signal, welches eine zu übertragende Information enthält.
  • Der Begriff „Demodulation“ bezieht sich auf einen Ablauf zum Extrahieren des originalen informationstragenden Signals der modulierten Wellenform oder dem Trägersignal.
  • Der Begriff „Modulator“ bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche eine Modulation durchführt.
  • Der Begriff „Demodulator“ bezieht sich auf eine Vorrichtung, welche eine Demodulation durchführt.
  • Der Begriff „LED“ bedeutet Licht-Emittierende Diode und bezieht sich auf einen Halbleiter, welcher einen elektrischen Strom in Licht umwandelt und alle erhältlichen LED-Typen, wie oberflächenemittierende LEDs und kantenemittierende LEDs, umfasst.
  • Der Begriff „Lichtkopplung“ bedeutet Bereitstellen oder Versorgen von Licht zu oder in eine Faser.
  • Der Begriff „Wellenleiter“ bedeutet einen Aufbau, welcher Lichtwellen leitet.
  • Der Begriff „Fiberoptik“ oder „Glasfaserleiter“ bedeutet eine flexible, transparente Faser, hergestellt durch das Ziehen von Glas/Siliziumdioxid oder Kunststoff.
  • Bevor die Beschreibung der Ausführungsformen nachfolgend vorgenommen wird, könnte es vorteilhaft sein, Definitionen von bestimmten Wörtern oder Ausdrücken festzulegen, welche durch dieses Dokument hindurch verwendet werden: die Begriffe „beinhalten“ und „umfassen“, sowie Ableitungen davon bedeuten Einbeziehung ohne Begrenzung; der Begriff „oder“ ist einbeziehend, bedeutend und/oder; der Ausdruck „verbunden mit“ und „verbunden damit“ so wie Ableitungen davon können beinhalten, darin enthalten sein, verbunden mit, beinhalten, darin beinhaltet sein, verbinden zu oder mit, gekoppelt zu oder mit, verbindbar sein mit, zusammenwirken mit, verschachteln, gegenüberstellen, nahe bei sein, gebunden sein zu oder mit, aufweisen, oder dergleichen bedeuten; und der Begriff „Steuerung“ bedeutet jede Vorrichtung, System oder ein Teil davon, welcher zumindest eine Ausführung steuert, wobei solch eine Vorrichtung könnte in Hardware, Schaltungen, Firmware oder Software oder einer Kombination von zumindest zwei derselben implementiert sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Funktionalität, welche mit einer bestimmten Steuerung assoziiert wird, zentralisiert oder verteilt werden kann, entweder lokal oder entfernt. Definitionen für gewisse Wörter und Ausdrücke, werden durch dieses Dokument hindurch bereitgestellt und diejenigen mit einem üblichen Fachwissen sollten verstehen, dass in vielen, wenn nicht sogar den meisten Fällen, solche Definitionen sowohl für frühere als auch zukünftige Verwendungen von so definierten Wörtern und Ausdrücken gilt.
  • Zum Zweck der Erläuterung werden zahlreiche Details festgelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Technik bereitzustellen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Offenbarung in einer Vielzahl an Arten über die speziellen Details, welche hier festgelegt wurden, hinaus angewandt werden kann. Weiterhin, während die hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen verschiedene Bestandteile des zusammengestellten Systems zeigen, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Bestandteile des Systems an entfernten Anteilen eines verteilten Netzwerks angeordnet sein können, wie zum Beispiel ein Kommunikationsnetzwerk, ein Knotenpunkt und/oder das Internet, oder in einem zugehörigen gesicherten, ungesicherten und/oder verschlüsselten System und/oder in einer Netzwerkbetriebs- oder Verwaltungsvorrichtung, welche innerhalb oder außerhalb des Netzwerks angeordnet ist. Beispielsweise kann eine kabellose Vorrichtung auch verwendet werden, um sich auf jede(s) Vorrichtung, System oder Modul zu beziehen, welches irgendeinen oder mehrere Aspekte des Netzwerks oder der Kommunikationsumwelt und/oder Sendeempfänger(n) und/oder Station(en) und/oder Zugangspunkt(en), die hier beschrieben sind, verwaltet und/oder konfiguriert oder damit kommuniziert.
  • Folglich ist darauf hinzuweisen, dass die Bestandteile des Systems in einer oder mehreren Vorrichtungen kombiniert oder zwischen den Vorrichtungen aufgeteilt werden können.
  • Darüberhinaus ist darauf hinzuweisen, dass die verschiedenen Verbindungen, beinhaltend den/die Kommunikationskanal/-kanäle, welche die Elemente verbinden, verkabelte oder kabellose Verbindungen oder eine Kombination davon sein können, oder irgendein anderes bekanntes oder später entwickeltes Element, welches zur Versorgung und/oder Kommunikation von Daten zu und von den verbundenen Elementen fähig ist. Der Begriff Modul, wie hier verwendet, kann sich auf irgendeine bekannte oder später entwickelte Hardware, Schaltung, Schaltkreis, Software, Firmware oder eine Kombination davon beziehen, welche zum Ausüben der diesem Element zugeordneten Funktionalität fähig ist. Die Begriffe bestimmen, berechnen und rechnen sowie Variationen davon wie hier verwendet werden als Synonyme verwendet und beinhalten jede Art von Methodik, Ablauf, Technik, Rechenoperation oder Protokoll.
  • Mit Augenmerk auf die 1-4 werden Ausführungsformen des Lade- und optischen Kommunikationssystems 100 dargestellt.
  • In einer Ausführungsform wird allgemein eine bi-direktionale optische Kommunikation und Konfiguration zwischen Ladegerät und Bauteil beschrieben. In einem speziellen Beispiel umfassen die Merkmale: i) kontaktloses Laden einer Vorrichtung, wie zum Beispiel Schmuck, Uhr, etc., wenn die Vorrichtung in der Sichtlinie zwischen den Vorrichtungen platziert wird (bi-direktionale optische Kommunikation und Konfiguration); ii) Softwareupdate, Informationsupload und Informationsdownload, wenn die Vorrichtung in der Sichtlinie zwischen den Vorrichtungen platziert wird; und iii) einen Ort für einen Benutzer, um eine Konfiguration durch eine Kommunikationsvorrichtung zu aktualisieren, wie beispielsweise einen PC, Mobiltelefon, Tablet, etc. Weitere Merkmale können umfassen: a) eine Ladegeräteinheit, welche direkt mit dem „Schmuck“-bauteil kommuniziert, um die Firmware zu konfigurieren und ein Signal zu senden und Energie zu senden, etc.; b) das Ladegerät wird auch einen MCU- und USB-Anschluss für WiFi, BT, 4G Kommunikation mit dem PC, etc. aufweisen; c) ein Protokoll für langsame Geschwindigkeiten, welches für die nächste optische Nähe über Luft optimiert ist; und d) einen optischen Filter, welcher für beide, das Ladegerät und das Bauteil, geeignet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird optisches Fernladen von kleinen Vorrichtungen bereitgestellt. Das ist in einem Beispiel eine PV-Zelle, die ein platzbegrenztes Bauteil lädt, d.h. Uhr, Schmuck, etc. können vorgesehen sein. Weiter kann die optische Ladung IR-Beleuchtung in nächster Nähe verwenden.
  • Mit dem Hauptaugenmerk auf 1A-C werden Ausführungsformen des Lade- und optischen Kommunikationssystems 100 bereitgestellt.
  • Allgemein umfasst das System 100 einen Lichttransmitter/Ladegerät 200, eine Linse 290, eine Zielvorrichtung 300 und eine externe Vorrichtung 400. Der Transmitter/das Ladegerät 200 umfasst einen Photonendetektor 270, Lichttransmitter-/Ladegerätkommunikationsanschlüsse 226, einen Mikroprozessor/eine Steuerung 250, einen Transmitter-/Ladegerätempfänger 276 und einen Transmitter-/Ladegerät-LED-Transmitter 260. Der Transmitter/das Ladegerät 200 emittiert einen oder beide der Energie eins 282 und der optischen Kommunikation eins 284. Die externe Vorrichtung 400 umfasst externe Kommunikationsanschlüsse 410 und gibt externe Vorrichtungsenergie 482 ab und kommuniziert mit dem Transmitter/Ladegerät 200 mittels externer vorrichtungsmodulierten Kommunikationssignalen 484. Die Zielvorrichtung 300 umfasst eine Solarzelle 312, welche ein demoduliertes Signal 320 und ein Energiesignal drei 382 an eine Empfängerbatterie 390 und einen Empfängermodulator 392 ausgibt. Der Empfängermodulator 392 gibt die optische Kommunikation drei 384 an den Photonendetektor 270 aus.
  • Der Transmitter/das Ladegerät 200 empfängt elektrische Energie, d.h. externe Vorrichtungsenergie 482, von einer oder mehreren externen Quellen, wie zum Beispiel einer Standard-Wandsteckdose, einem Personal Computer oder einem Laptop-Computer, und kann eine kabellose Verbindung sein. Die externe Vorrichtungsenergie 482 kann an dem Transmitter/Ladegerät 200 mittels einem, einem Fachmann bekannten, Standardinterface, wie einem USB-Interface empfangen werden. Der/die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 kann Energie empfangen und Energie in dem Transmitter/Ladegerät 200 verteilen, um Energie für einen oder mehrere der Transmitter-/Ladegerätempfänger 276 und Transmitter-/Ladegerät-LED-Transmitter 260 zu beinhalten. Der/Die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 kann eine oder mehrere Transmitter-/Ladegerätempfänger 276 und Transmitter-/Ladegerät-LED-Transmitter 260 steuern. Das heißt, der/die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 kann Energie an die Lichtquelle (wie zum Beispiel eine LED und/oder einen Laser) liefern und diese steuern, welche verwendet wird, die Zielvorrichtung 300 mit Energie zu versorgen oder mit dieser zu kommunizieren. Der/die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 kann das Energiesignal der Energie eins 282 an die Zielvorrichtung emittieren, wie durch die Solarzellen 312 der Zielvorrichtung empfangen. Der/die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 kann optisch, einseitig oder wechselseitig, mit der Zielvorrichtung 300 durch das/die optische(n) Kommunikationssignal(e) eins 284 kommunizieren. Die Zielvorrichtung 300 kann das Energiesignal der Energie eins 282 und/oder das optische Kommunikationssignal eins 284 mittels der Zielvorrichtungssteuerung 310 verarbeiten/empfangen. Die Zielvorrichtungssteuerung 310 kann die Zielvorrichtungs-LED 370 steuern und/oder diese mit Energie versorgen, welche ein Zielvorrichtungs-LED-Kommunikationssignal 372 an den Transmitter/das Ladegerät 200 emittiert oder sendet oder überträgt. Die Zielvorrichtungssteuerung 310 und/oder der/die Transmitter-/Ladungsmikroprozessor/-steuerung 250 können LED-Steuerungsschaltungen umfassen, um die LED- oder Laserbestandteile zu steuern oder mit Energie zu versorgen, zum Beispiel die Zielvorrichtungs-LED 370 und den Transmitter/Ladegerät-LED-Transmitter 260 oder jeweils andere Komponenten. Die LEDs oder Laser der Zielvorrichtung 300 und/oder Ladegerät/Transmitter 200 wandeln elektrische Energie in Lichtenergie um.
  • Der/das Lichttransmitter/-ladegerät umfasst einen Modulator, um ein moduliertes optisches Kommunikationssignal von einer externen Vorrichtung 400 anzunehmen und/oder zu empfangen. Der Transmitter-/Ladegerätmodulator moduliert optische Kommunikationsfunktionen, wie zum Beispiel Empfangen modulierter Kommunikationssignale 484 von einer externen Vorrichtung 400. Der Transmitter-/Ladegerätmodulator kann das empfangene Laserlicht in irgendeiner dem Fachmann bekannten Art modulieren, um zum Beispiel eine Amplitudenmodulation, Phasenmodulation und/oder eine Polarisationsmodulation zu beinhalten.
  • Die Zielvorrichtung 300 kann einen Modulator umfassen, um ein moduliertes optisches Signal 284 von dem Transmitter/Ladegerät 200 anzunehmen und/oder zu empfangen (in einer Ausführungsform mittels Linse 290). Der Zielvorrichtungsmodulator moduliert optische Kommunikationsfunktionen, wie zum Beispiel den Empfang modulierter Kommunikationssignale 284 von einem Transmitter/Ladegerät 200. Der Zielvorrichtungsmodulator kann das empfangene Laserlicht in irgendeiner dem Fachmann bekannten Art modulieren, um eine Amplitudenmodulation, eine Phasenmodulation und/oder eine Polarisationsmodulation zu beinhalten.
  • Ein Photonendetektor 270 ist mit dem Transmitter/Ladegerät 200 verbunden und empfängt ein Zielvorrichtungslaser/LED-Diodensignal 372 wie von der Zielvorrichtung 300 emittiert (insbesondere in einigen Ausführungsformen von oder wie durch die Zielvorrichtungssteuerung 310 gesteuert). Der Photonendetektor 270 steht in Kommunikation mit dem Transmitter/Ladegerät 200 und kann ein Signal an den Transmitter/Ladegerät 200 bereitstellen, welches den Empfang oder den Nicht-Empfang des Laser-/LED-Diodensignals 372 anzeigt. In einer Ausführungsform betreibt der Transmitter/das Ladegerät 200 nur den Laser 230 des Transmitters/Ladegerät-LED-Transmitters 260 (das hießt, sendet ein Signal an den Transmitter/Ladegerät-LED-Transmitter 260), wenn der Transmitter/das Ladegerät 200 gerade ein Signal von dem Photonendetektor 270 empfängt, dass ein Laser-/LED-Dioden-Signal 372 bestätigt empfangen wurde.
  • In einer Ausführungsform empfangen die Solarzellen 312 der Zielvorrichtung Laserlicht, welches von dem LED-Transmitter 260 (in einigen Ausführungsformen nach dem Passieren einer Linse 290) mittels einer Diffusorschicht emittiert wurde.
  • Das Laser-/LED-Diodensignal 372 kann zusätzlich zu der optischen Kommunikation dienen, eine Kommunikation zwischen dem Transmitter/Ladegerät 200 und der Zielvorrichtung 300 herzustellen und kann auch als eine Sicherheitsvorrichtung fungieren, wie oben erwähnt (das heißt, dienen, um den LED-/Lasertransmitter 260 zu aktivieren oder nicht zu aktivieren).
  • Zielvorrichtungssolarzellen 312 konvertieren das empfangene Laserlicht (wie durch den LED-Transmitter 260 emittiert und identifiziert als Energiesignal eins 282) in elektrische Energie als Ausgabe als Energie zwei 382. Die elektrische Energieausgabe durch die Solarzellen 312 kann ein Format umfassen, wie einem Fachmann bekannt, um 120 Volt bei 60 Hz und 230 V bei 50 Hz zu beinhalten. In einer Ausführungsform ist die elektrische Energieausgabe durch die Solarzellen 312 ein USB-Protokoll.
  • In einer Ausführungsform können eine oder beide von dem Transmitter/Ladegerät 200, der Zielvorrichtung 300 und der externen Vorrichtung 400 ein USB Interface umfassen, USB-Protokolle verwenden, kabellose USB und irgendeine USB-Hardware umfassen, welche dem Fachmann bekannt ist, um Mikro-USB, Mini-USB und Standard-USB-Hardware Interfaces zu beinhalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform führt der Transmitter/das Ladegerät 200 lediglich optisches (d.h. laserbasiertes) Laden durch, wobei die Energie, welche durch eine externe Vorrichtung 400 bereitgestellt wird, Energie umfasst, welche durch irgendeine gewerblich erhältliche elektronische Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Laptopcomputer, Personal Computer und ein Smartphone bereitgestellt wird.
  • In einer Ausführungsform führt der Transmitter/das Ladegerät 200 lediglich eine optische (d.h. laserbasierte) Kommunikation zwischen dem Transmitter/Ladegerät 200 und der Zielvorrichtung 300 oder zwischen der externen Vorrichtung 400 und der Zielvorrichtung 300 mittels des Transmitters/Ladegeräts 200 durch.
  • In einer Ausführungsform umfasst der Transmitter/das Ladegerät 200 seine eigene Energieversorgung, wie zum Beispiel eine Batterie, beispielsweise eine Lithiumbatterie, um den Laser mit Energie zu versorgen und eine Menge an oben beschriebenen Funktionen bereitzustellen, wie zum Beispiel das Laden und die optische Kommunikation.
  • In einer Ausführungsform kann der Transmitter/das Ladegerät 200 in einem der drei auswählbaren Modi arbeiten: nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation.
  • In einer Ausführungsform, gibt der Transmitter/das Ladegerät 200 bi-direktionale Kommunikationen 284 mit der Zielvorrichtung 300 aus, wobei die optischen Kommunikationen Kommunikationsprotokolle umfassen, welche für auswählbare Parameter, z.B. physikalische Trennungsgeometrien zwischen dem Transmitter/Ladegerät 200 und der Zielvorrichtung 300 oder Ressourcen der Zielvorrichtung 400, optimiert sind. Insbesondere können die spezialisierten oder optimierten Kommunikationsprotokolle angepasst werden, um eine Smartwatch oder ein anderes Schmuckteil in geringer optischer Nähe zu dem Transmitter/Ladegerät 200 zu laden oder optisch damit zu kommunizieren.
  • Mit speziellem Bezug auf 1B werden weitere Details des Systems 100 bereitgestellt. Die externe Vorrichtung 400 gibt Energie, wie zum Beispiel elektrische Energie, mittels einer externen Vorrichtungsenergie 482 an den Transmitter/das Ladegerät 200 ab. Der Transmitter/das Ladegerät 200 empfängt externe Vorrichtungsenergie 482 und empfängt auch ein moduliertes optisches Kommunikationssignal, welches durch die Zielvorrichtung emittiert oder bereitgestellt wird, also das optische Kommunikationssignal drei 384, welches durch den Empfängermodulator 392 der Zielvorrichtung 300 emittiert wird. In einer Ausführungsform bilden die Linse 290 und der Transmitter/das Ladegerät 200 einen Teil eines physischen Gehäuses, um das der 1B einzuschließen. Die Linse 290 empfängt eine oder mehrere aus Energie eins 282 und optischer Kommunikation eins 284, und überträgt eine oder mehrere aus Energie zwei 292 und optische Kommunikation zwei 294 an die Zielvorrichtungssolarzellen 312. Die Zielvorrichtungssolarzellen 312 konvertieren die empfangene Energie zwei 292 (d.h. Licht oder optische Energie) in elektrische Energie, um die Batterie 390 zu laden. Die Zielvorrichtungssolarzellen 312 demodulieren in Kombination mit einem Zielvorrichtungsempfänger das empfangene modulierte optische Signal und übertragen das demodulierte Signal an den Empfängermodulator 392 der Zielvorrichtung 300.
  • Mit Bezug auf die 1A-C stellt 2 ein Flussdiagramm bereit, welches ein beispielhaftes Verfahren der Verwendung des Lade- und optischen Kommunikationssystems 100 darstellt. Allgemein startet das Verfahren 500 bei Schritt 504 und endet bei Schritt 544. Das Verfahren 500 kann mehr oder weniger Schritte beinhalten oder kann die Reihenfolge der Schritte abweichend von den in 2 gezeigten anordnen.
  • In Schritt 508 empfängt der Lichttransmitter/das Ladegerät 200 Energie von einer externen Vorrichtung 400. In Schritt 512 empfängt der Lichttransmitter/das Ladegerät 200 ein moduliertes Kommunikationssignal von der externen Vorrichtung 400. (In einigen Ausführungsformen erzeugt der Lichttransmitter/das Ladegerät 200 sein eigenes moduliertes Kommunikationssignal). In Schritt 516 überträgt der Lichttransmitter/das Ladegerät 200 eines oder beide aus dem Energiesignal (z.B. Lichtenergie, wie beispielsweise ein von einer LED emittiertes optisches Energiesignal) und dem modulierten (optischen) Kommunikationssignal an die Zielvorrichtung 300. (In einigen Ausführungsformen führt der Lichttransmitter/das Ladegerät 200 eine Signalverarbeitung zu den empfangenen Kommunikationen, zum Beispiel eine Rauschreduzierungsverarbeitung, durch). In Schritt 520 empfängt die Zielvorrichtung 300 eine oder beide des Energiesignals und des modulierten Kommunikationssignals.
  • In Schritt 532 wird eine Abfrage durchgeführt, ob Energie durch die Zielvorrichtung empfangen wurde. Falls die Antwort „Ja“ ist, wird die Energie (optisches Signal, d.h. optisches Energiesignal) den Solarzellen (PV-Zellen) der Zielvorrichtung bereitgestellt und die Batterie der Zielvorrichtung wird geladen; Das Verfahren fährt dann mit Schritt 536 fort. Falls die Antwort der Abfrage „Nein“ ist fährt das Verfahren mit Schritt 532 fort.
  • In Schritt 532 wird eine Abfrage durchgeführt, ob ein erstes (optisches) Kommunikationssignal durch die Zielvorrichtung empfangen wurde. Falls die Antwort „Ja“ ist fährt das Verfahren mit Schritt 536 fort, wobei das empfangene Kommunikationssignal demoduliert wird und das Verfahren mit Schritt 540 fortfährt. Falls die Antwort „Nein“ ist fährt das Verfahren mit Schritt 540 fort.
  • In Schritt 540 überträgt die Zielvorrichtung ein zweites (optisches) Kommunikationssignal wie gewünscht. Das Verfahren endet bei Schritt 544.
  • Mit Schwerpunkt auf 3 wird eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Lade- und optischen Kommunikationssystems bereitgestellt. Allgemein wird eine Laser- und diffusive Glasfaserlade-, Beleuchtungs- und Kommunikationsvorrichtung mit PV-Anordnung bereitgestellt. Diese Ausführungsform kann insbesondere nützlich sein, um eine Lösung zum optischen Laden durch die Verwendung von Laser LEDs für Fahrzeugpanels, und/oder zur Kommunikation und Datenübertragung durch Glasfaser (oder LED oder Laser), und/oder zur Beleuchtung an dem Panel bereitzustellen. In der Ausführungsform der 3 emittiert der LED-Transmitter 260 des Transmitters/Ladegeräts 200 optische Energie eins 282 und/oder optische Kommunikation eins 284 durch eine diffusive Glasfaser 280, welche wiederum optische Energie- und/oder optische Kommunikationssignal(e) zu und/oder in den Solarzellenanordnungen 312 emittiert um ein optisches Kommunikationssignal zwei 294 zu emittieren. In einer anderen festgelegten Art geht das Laser-/LED-Signal durch eine diffusive Glasfaser, welche optisch die PV-Anordnungen und/oder die beleuchteten Panels auflädt: eine faseroptische Kommunikation und/oder eine Busstruktur können auch bereitgestellt sein. Es ist zu beachten, dass der Glasfaserdiffusor empfangenes Licht zerstreut oder verbreitet, so dass es durch die PV-Anordnungen/Solarzellen 312 empfangen wird. In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Wellenleiter vorgesehen, um das Laserlicht zu empfangen und zu übertragen.
  • Mit Schwerpunkt auf 4 A-B wird in noch einer weiteren Ausführungsform ein optischer Aktivierungsauslöseschalter 500 offenbart, welcher ein Fingerklopfen verwendet. Allgemein wird eine Lichtunterbrechung in jeglicher Form, d.h. Finger, Blockade etc. genutzt, um eine elektronische Vorrichtung zu wecken oder zu aktivieren. In dunklen Umgebungen wird das Prinzip der verhinderten inneren Totalreflexion angewandt. Probleme, welche durch diese Ausführungsform angegangen werden, umfassen: Produkte weisen häufig Knöpfe für Energie und Aktivierung auf, aber diese Technologie kann die Notwendigkeit eines Knopfmechanismus eliminieren. 4A stellt eine Darstellung eines optischen Auslöseschaltermechanismus 500 bereit, welcher als ein Bestandteil des Lade- und optischen Kommunikationssystems 100, wie oben offenbart, wobei sich der Auslösemechanismus in einem ersten Zustand befindet. 4B stellt eine Darstellung eines optischen Auslöseschaltermechanismus 500 bereit, welcher als Bestandteil des Lade- und optischen Kommunikationssystems dient, wobei sich der Auslösemechanismus in einem zweiten Zustand befindet.
  • Der Auslöseschalter 500 umfasst eine Lichtquelle 510, wie einen Laser/eine LED, welche ein optisches Signal 540 emittiert, eine Oberflächenbarriere 520 umfassend eine innere reflektierende Oberfläche 524 und eine äußere Oberfläche 528 und eine Hauptcomputervorrichtung 530, welche mit der Lichtquelle 510 und der Oberflächenbarriere 520 verbunden ist oder diese enthält. Der Auslöseschalter kann in zumindest einem ersten Zustand (dargestellt als 4A) und einem zweiten Zustand (dargestellt als 4B) arbeiten. In beiden Zuständen emittiert die Lichtquelle, welche in der Hauptcomputervorrichtung 530 angeordnet ist, ein optisches Signal 540, welches auf die innere reflektierende Oberfläche 524 gerichtet ist. In dem ersten Zustand der 4A wird das optische Signal 540 von der inneren reflektierenden Oberfläche 524 und zurück in die Hauptcomputervorrichtung 530 reflektiert. In einer Ausführungsform ist die Oberflächenbarriere auf oder nahe bei einer Abgrenzung der Hauptcomputervorrichtung 530, wie beispielsweise an oder parallel zu einer Seite oder Kante der Hauptcomputervorrichtung 530, angeordnet. In dem ersten Arbeitszustand des Auslöseschalters wird das optische Signal 540 im Wesentlichen oder komplett in die Hauptcomputervorrichtung zurückreflektiert; dies wird als „innere Totalreflexion“ bezeichnet. In diesem Zustand bewegt sich das optische Signal 540 hoch und wieder zurück von der Oberflächenbarriere 520 und kann in Betracht gezogen werden, um ein Signal zu vervollständigen oder eine „An“ Schalterstellung bereitzustellen. (Es ist anzumerken, dass in 4A das optische Signal dargestellt wird, welches vor dem Empfang an der PV- Zelle eine Linse passiert.) Im Gegensatz dazu belegt in dem zweiten Zustand des Auslöseschalters 500, welcher in 4B dargestellt ist, eine externe Quelle (hier ein menschlicher Finger) die äußere Oberfläche 528 der Oberflächenbarriere, wodurch es dem optischen Signal nicht möglich ist oder es wesentlich beschränkt ist in der Reflexion von der inneren reflektierenden Oberfläche 524. In solch einer Situation wird das optische Signal 540 als streuend oder eine „verhinderte innere Totalreflexion“ aufweisend bezeichnet. In solch einer Situation bewegt sich das optische Signal 540 hoch und verteilt sich von der Oberflächenbarriere 520 und kann in Betracht gezogen werden, eine „Aus“ Schalterstellung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen wird ein Sensor bereitgestellt, um eine auswählbare Schwelle der Stärke des optischen Signals 540 festzustellen (für, zum Beispiel, die gezeigte Linse), wobei oberhalb des Schwellenwertes der Schalter als „An“ und unterhalb dessen als „Aus“ angesehen wird.
  • Mit Schwerpunkt auf die 5 und 6 werden Ausführungsformen des Audioübertragungs- und Ladesystems 1000 dargestellt. Allgemein umfasst das System 1000 eine Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und ein Audiogerät 3000, wobei die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und das Audiogerät 3000 mittels eines Glasfaserkabels 2100 verbunden sind. Die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 sendet ein optisches Signal an das Audiogerät 3000, welches durch die Audiogerätsolarzellen 3120 empfangen wird, welche PV-Zellen umfassen können. Die PV-Zellen können die Energie des empfangenen optischen Signals in elektrische Energie umwandeln, welche in dem Audiogerät 3000 als ein inneres Signal 3060 übergeben wird. Das umgewandelte elektrische innere Signal 3060 des Audiogeräts kann einer Batterie des Audiogeräts 300 zum Laden bereitgestellt werden. Ein oder mehrere Glasfaserkabel 2100 laufen physisch von einem oder mehreren Lade-/Kommunikationsvorrichtungsanschlüssen 2260 zu dem Audiogerät 3000, in einer Ausführungsform verbunden mit einem oder mehreren Audiogerätanschlüssen 3260. Ein optisches Signal, welches durch die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 emittiert oder übertragen wird, das für die Umwandlung in ein elektrisches (Energie-)Signal bestimmt ist, ist in 6 als Lichttransmitterenergie 2300 dargestellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das System 1000 der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 eine Audioeinspeisung oder -signal für das Audiogerät 3000 bereitstellen. Das heißt, dass die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ein moduliertes optisches Signal an das Audiogerät 3000 senden kann, das durch die Audiogerätsolarzellen 3120 und/oder Bestandteile des Audiogerätbestandteils eins 3040 empfangen wurde, wobei das modulierte eingehende (oder empfangene) optische Kommunikationssignal eins 2840 demoduliert und angewandt wird, um den Ton des Audiogeräts 3000 abzuspielen. Der Audiogerätbestandteil eins 3040 umfasst Audiogerätsolarzellen 3120 (welche PV-Zellen enthalten können), einen Audiogerätanschluss 3260, eine Audiogerät-LED 3700 und einen Mikroprozessor/eine Steuerung zwei 3100. Die Demodulation des eingehenden oder empfangenen optischen Kommunikationssignal kann in irgendeiner oder in Bestandteilen des Audiogerätebestanteils eins 3040 auftreten, z.B. die Audiogerätsolarzellen 3120 können das optische Audiokommunikationssignal demodulieren, und/oder ein zugehöriger Demodulator kann verwendet werden. Der Audiogerätbestandteil eins 3120 kann zusätzliche Funktionen oder Tätigkeiten bei dem eingehenden oder empfangenen Kommunikationssignal eins 3040 durchführen, wie beispielsweise Verstärkung, Signalverarbeitung, um das Signal zu Rausch Verhältnis zu verbessern und irgendein Verfahren, welches dem Fachmann bekannt ist. Ein optisches Signal, welches durch die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 emittiert oder übertragen wurde, das bestimmt ist für Kommunikationszwecke verwendet zu werden (wie beispielsweise Übertragung eines modulierten Audiosignals), wird in 6 als optische Kommunikation eins 2840 dargestellt.
  • Das optische Kommunikationssignal eins 2840 kann bidirektional sein, das heiß, dass das Signal eine optische 2-Wege Kommunikation zwischen der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und dem Audiogerät 3000 bereitstellen kann. Von daher kann jedes von dem Audiogerät 3000 und der Lade-/Kommunikationsvorrichtung einen Transmitter, einen Empfänger, einen Sendeempfänger einen Modulator und einen Demodulator beinhalten. Beispiele von bidirektionalen optischen Kommunikationen zwischen der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und dem Audiogerät 3000 beinhalten Statusabfragen, wie beispielsweise die Ladestufe des Audiogeräts oder eine spezifische Abfrage, ob das Laden erwünscht ist, eine Abfrage an das Audiogerät 3000 durch die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000, ob das Audiogerät 200 den Empfang eines optischen Audiosignals anstrebt, und wie das Audiogerät das eingehende Audio- oder Kommunikationssignal demodulieren wird (z.B. ob mittels Solarzellen 3120 oder einem zugehörigen Modulator, Protokolle für die Kommunikation können sich unterscheiden). Das Audiogerät 3000 kann optische Kommunikationen (z.B. ein moduliertes optisches Signal) mittels der Audiogerät-LED 3700 übertragen und die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 kann die optische Kommunikation 2840 von dem Audiogerät 3000 mit Hilfe einer PV-Zelle oder einer anderen Solarzelle empfangen.
  • Jeder Modulator des Audiogeräts 3000 und/oder der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 kann ein optisches Signal in jeder dem Fachmann bekannten Weise modulieren, um Amplitudenmodulation, Phasenmodulation und/oder Polarisationsmodulation zu beinhalten.
  • In einer Ausführungsform empfangen die Solarzellen Laserlicht, welches von einer LED (in einigen Ausführungsformen nach dem Passieren einer Linse) mittels einer Diffusorschicht.
  • Das optische Kommunikationssignal eins 2840 kann als Sicherheitsvorrichtung wirken, wobei eine der mehrere LEDs nur aktiviert sind, wenn ein positiver oder bestätigter „Handshake“ bereitgestellt wird, wobei der Empfang des LED-Signals verfügbar, erwartet und/oder gewünscht ist.
  • Die elektrische Energieausgabe durch die Solarzellen 3120 kann jedes Format, wie einem Fachmann bekannt, umfassen, um 120 Volt bei 60 Hz und 230 Volt bei 50 Hz zu beinhalten. In einer Ausführungsform ist die elektrische Energieausgabe durch die Solarzellen 3120 von einem USB-Protokoll.
  • In einer Ausführungsform umfassen eine oder beide der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und dem Audiogerät 3000 ein USB-Interface, wenden USB-Protokollen an, kabelloses USB, und jedes USB-Hardwareinterface, welches dem Fachmann bekannt ist, um Mikro-USB, Mini-USB und Standard-USB-Hardwareinterfaces zu beinhalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform empfängt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 Energie von einer externen Vorrichtung wie beispielsweise jede kommerziell erwerbbare elektronische Vorrichtung, wie beispielsweise ein Laptop-Computer, ein Personal Computer, und ein Smartphone.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ihre eigene Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie, wie beispielsweise eine Lithiumbatterie, um den Laser/die LED mit Energie zu versorgen und jede Art an Funktionen, welche zuvor offenbart wurden, bereitzustellen, wie beispielsweise Laden und optische Kommunikation.
  • In einer Ausführungsform kann die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 in jeder der drei auswählbaren Modi arbeiten: nur Energieladen, nur optische Kommunikation und beides, Energieladen und optische Kommunikation.
  • In einer Ausführungsform verwaltet und/oder steuert der Mikroprozessor/die Steuerung eins 2500 die optische Signalausgabe, um optische Signalkommunikationen und eine Modulation der optischen Signalausgabe zu beinhalten, und/oder die empfangene optische Kommunikation, um eine Demodulation zu beinhalten. In einer Ausführungsform verwaltet und/oder steuert der Mikroprozessor/die Steuerung zwei 3100 die optische Signalausgabe, um optische Signalkommunikationen und eine Modulation der optischen Signalausgabe zu beinhalten, und/oder die empfangene optische Kommunikation, um eine Demodulation zu beinhalten.
  • IN einer Ausführungsform gibt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 bidirektionale optische Kommunikationen 2840 mit dem Audiogerät 300 aus, wobei die optischen Kommunikationen Kommunikationsprotokolle umfassen, welche für die auswählbaren Parameter optimiert sind, z.B. einzigartige Kommunikationsprotokolle oder Einstellungen für ein bestimmtes Audiogerät 3000 oder Fähigkeiten des Audiogeräts 3000. In einer Ausführungsform umfasst die Lade-/Kommunikationsvorrichtung eine auswählbare Datenbank, wobei einzigartige Kommunikationsprotokolle und/oder Einstellungen festgelegt sind basierend auf der Art des verbundenen Audiogeräts (solche Protokolle oder Einstellungen können über eine Abfrage zwischen der Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 und dem Audiogerät 3000 bereitgestellt werden wie zuvor offenbart). Darüber hinaus können die spezialisierten oder optimierten Kommunikationsprotokolle abgestimmt werden, um optisch mit einem Audiogerät durch die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 zu kommunizieren (oder dieses zu laden).
  • Das Audiogerät kann jedes kommerziell erhältliche Audiogerät sein, wie beispielsweise Kopfhörer, In-Ohr-Kopfhörer und andere, die dem Fachmann bekannt sind. Obwohl die Interaktion mit einem Audiogerät 3000 betont wurde, kann das System mit anderen externen Vorrichtungen, die dem Fachmann bekannt sind, interagieren, wie beispielsweise Laptops, für, unter anderem, optische Kommunikation, Laden und Abspielen von Ton.
  • Mit Bezug auf 5 und 6, stellt 7 ein Flussdiagramm bereit, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung des Audioübertragungs- und Ladesystems 1000 darstellt. Allgemein startet das Verfahren 3000 mit Schritt 3040 und endet mit Schritt 3320. Das Verfahren 3000 kann mehr oder weniger Schritte beinhalten oder kann die Reihenfolge der Schritte anders als in 7 gezeigt anordnen.
  • In Schritt 3080 lädt sich die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 selbst, d.h. die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 stellt sicher, dass sie genüg verfügbare Energie aufweist, um eine externe Vorrichtung, wie beispielsweise ein Audiogerät 3000, zu laden. In Schritt 3120 frägt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 die Zielvorrichtung (z.B. ein Audiogerät 3000) ob die Zielvorrichtung ein Aufladen benötigt. Solch eine Abfrage kann über eine optische Kommunikation eins 2840 bereitgestellt werden. Falls das Ergebnis der Abfrage Ja ist, fährt das Verfahren mit Schritt 3160 fort. Falls das Ergebnis der Abfrage des Schritts 3120 Nein ist, fährt das Verfahren 3000 mit Schritt 3240 fort.
  • In Schritt 3160 überträgt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ein optisches Signal an die Zielvorrichtung. Zum Beispiel überträgt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ein optisches Signal an das Audiogerät 3000 mittels eines LED-Transmitters/Empfängers 2600, wobei das optische Signal, welches durch die Solarzellen 3120 empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde, wodurch eine Batterie des Audiogeräts 3000 geladen wird.
  • in Schritt 3240 frägt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 die Zielvorrichtung (z.B. ein Audiogerät) ob die Zielvorrichtung den Empfang eines audiooptischen (modulierten) Signals benötigt. Solch eine Abfrage kann über die optische Kommunikation eins 2840 bereitgestellt werden. Falls das Ergebnis der Abfrage Ja ist, fährt das Verfahren 3000 mit Schritt 3280 fort. Falls das Ergebnis der Abfrage des Schritts 3240 Nein ist, fährt das Verfahren mit Schritt 3320 fort.
  • In Schritt 3280 überträgt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ein optisches Signal an die Zielvorrichtung. Zum Beispiel überträgt die Lade-/Kommunikationsvorrichtung 2000 ein optisches Signal an das Audiogerät 3000 mittels eines LED-Transmitters/Empfängers 2600, wobei das optische Signal, welches durch die Solarzellen 3120 empfangen und demoduliert wurde, wobei ein Audiosignal an dem Audiogerät bereitgestellt wird, um das Audiogerät 3000 „anzutreiben“. Das Verfahren 3000 endet mit Schritt 3320.
  • Unter Berücksichtigung der 8-14 werden die Ausführungsformen des Lichtkopplungssystems 100 dargestellt.
  • Allgemein umfasst die Vorrichtung 100 Elektronik 200, ein LED-Modul 300, einen Koppler 400 und Faseroptik 500. Die Elektronik 200 umfasst ein erstes elektronisches Ende 210 und ein zweites elektronisches Ende 220. Die Elektronik 200 kann einen LED-Antriebskreis umfassen. Die Elektronik 200 empfängt Energieversorgungsenergie 682 von einer Energieversorgung 600. Das LED-Modul 300 umfasst ein erstes LED-Modulende 310, ein zweites LED-Modulende 320 und kommuniziert mit der Elektronik 200 durch Elektronik/LED Eingabe/Ausgabe 284. Das LED-Modul 300 kann eine LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 umfassen. Das LED-Modul 300 gibt eine LED-Modulausgabe 330 (auch bekannt als erstes Licht) an den Koppler 400 aus. Der Koppler 400 umfasst ein erstes Kopplerende 410 und ein zweites Kopplerende 420, und gibt eine Kopplerausgabe 486 (auch bekannt als zweites Licht) an die Faseroptik (auch bekannt als Glasfaserleiter) 500 aus. Die Faseroptik 500 umfasst ein erstes Faseroptikende 510 und ein zweites Faseroptikende 520. Weitgehend emittiert das LED-Modul 300 ein nicht-kohärentes Licht (z.B. ein „erstes Licht“) mit einem großen Emissionskegel in den Koppler 400, wobei der Koppler 400 das empfangene Licht zu einem engeren oder kleineren Emissionskegel (z.B. ein „zweites Licht“), zum Empfang durch die Faseroptik 500 verändert. Der Koppler 400 verändert den relativ großen Lichtemissionskegel des ersten Lichts in einen engeren oder kleineren Emissionskegel, welcher innerhalb eines Öffnungswinkels der Faseroptik 500 ist. Ohne den Koppler 400, welcher an dem ersten Licht arbeitet, würde das Meiste des ersten Lichts nicht in den Öffnungswinkel der Faseroptik 500 fallen (ergebend eine sehr niedrige Kopplungseffizienz, z.B. unter 5%). Im Gegensatz dazu wird mit dem Koppler 400 eine hohe Kopplungseffizienz erreicht, z.B. über 95%.
  • 9-12 stellen verschiedene Ausführungsformen des Lichtkopplungssystems 100 der 1 bereit. Die meisten der Ausführungsformen koppeln optisch, durch die Verwendung eines oder mehrerer optischer Bestandteile, eine oder mehrere LEDs, um mehr fokussiertes Licht an einer Faseroptik bereitzustellen.
  • In der Ausführungsform der 9 wird eine Reihe von zwei Kugellinsen als ein Koppler verwendet. Insbesondere emittiert das LED-Modul 300 eine LED-Modulausgabelicht 330 von einem zweiten LED-Modulende 320, so dass dieses von der ersten Kugellinse 441 empfangen wird, welche wiederum Licht an die zweite Kugellinse 442 ausgibt. Die zweite Kugellinse 442 emittiert Licht als Kopplerausgabe 486 an die Faseroptik 500.
  • Konventionell werden in einer Laser-zu-Glasfaserkopplung zwei gleich große Kugellinsen symmetrisch zwischen der Laserquelle und dem Glasfaserleiter angeordnet. Diese Ausgestaltung funktioniert nicht gut mit LED-Quellen aufgrund des Quellen-zu-Glasfaserkerngrößenverhältnisses und -Inkohärenz. In 9 wird das Licht von LED-Quellen direkt mit einer kleineren Kugellinse innerhalb der polierten Metallkavität gekoppelt. Die hoch reflektierende Oberfläche der Metallkavität wird als Strahlbündler der ersten Stufe verwendet, um Lichtstrahlen von der LED-Quelle zu der kleinen Kugellinse zu reflektieren. Die kleine Kugellinse weist ein starkes Strahlbeugevermögen aufgrund seiner großen Biegung auf. Die kleine Kugellinse verwendet dieses Beugungsvermögen, um die Lichtstrahlen grob zu dem Glasfaserkern zu fokussieren. Das Größenverhältnis zwischen den zwei Kugellinsen weist ein direktes Verhältnis mit der LED-Größe und dem Faserkerndurchmesserverhältnis auf. Die optischen Materialien der zwei Kugellinsen sind nicht auf dasselbe Material beschränkt.
  • In der Ausführungsform der 10a umfasst das LED-Modul 300 eine Mikro-LED 351. Insbesondere emittiert die Mikro-LED 351 ein LED-Modulausgabelicht 330 von dem zweiten LED-Modulende 320, so dass dieses direkt durch die Faseroptik 500 an dem ersten Faseroptikende 510 empfangen wird. Solch eine Ausgestaltung ohne einen Koppler 400 wird als eine Endkopplungsanordnung bezeichnet.
  • Es ist anzumerken, dass die LED-zu-Glasfaserleiterkopplungseffizienz durch das Reduzieren der LED-Größe von einem Millimeterniveau zu einem Mikrometerniveau, welches dieselbe Größenordnung ist wie der multimodale Faserkerndurchmesser, erheblich verbessert wird. Die LED in Mikrometergröße kann mit einer multimodalen Glasfaserleiter direkt (Endkopplung) oder durch Verwendung einer Mikrolinse auf der LED koppeln. Die LED in Mikrometergröße kann eine einzelne LED oder eine Anordnung von LEDs in irgendeiner Konfiguration sein. Die eventuelle Kopplungseffizienz der LEDs in Mikrometergröße zu einer multimodalen Faser könnte theoretisch 30%+ erreichen.
  • In einigen Ausführungsformen könnte die Anordnung der LEDs in Mikrometergröße mit R-, G-, und B-farbigen LEDs in Mikrometergröße in irgendeinem Mischverhältnis konfiguriert sein. Das R-, G- und B-farbige Licht würde zusammen in die multimodale Glasfaser gekoppelt werden. Ein Vermischen der Farben kann innerhalb des Glasfaserkernbereichs auftreten. Eine Kopplung von gemischten RGB-LEDs in Mikrometergröße und ein Farbvermischungsmechanismus können jede einzelne Farblichtausgabe (RGB vermischt) erzeugen.
  • In der Ausführungsform der 10b ist eine Querschnittsansicht der Lichtkopplungsvorrichtung 100 gezeigt. In dieser Ausführungsform emittiert das LED-Modul 300 Licht, so dass es innerhalb eines umgebenden Bundes oder eines zylinderförmigen Kopplers 400 reflektiert wird, wobei fokussierteres Licht in die Faseroptik 500 an dem ersten Faseroptikende 510 eindringt.
  • In der Ausführungsform der 10c sind eine Reihe von drei (3) LEDs, d.h. LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 endgekoppelt (das heißt, angeordnet gegen oder angrenzend dem Eingang zu der Faseroptik 500 an dem ersten Faseroptikende 510), wobei das Licht, welches von den drei LEDs emittiert wird, in die Faseroptik 500 eindringt und durch einen optischen Strahlregler 430 fokussiert oder verändert oder umgelenkt wird. Bei Verlassen des optischen Strahlreglers (welcher ein metallisches Inneres oder innere Oberfläche umfassen kann), hat das empfangene Licht einen niedrigeren oder engeren Emissionskegel, dass es durch der Glasfaserleiter in einer größeren oder verbesserten Kopplungseffizienz empfangen wird. Die äußere Oberfläche des Strahlreglers 430 kann ein optisch diffusives Material umfassen. Das Innere der Faseroptik 500 kann eine Beschichtung 540, wie beispielsweise ein transparentes Mantelmaterial umfassen, um eine Totalreflexion von Licht in der Faseroptik zu ermöglichen. Der Strahlregler 430 kann einen Wellenleiter und optisch klares Material umfassen. In einer Ausführungsform sind die LED eins 331, LED zwei 332 und die LED drei 333 aus den primären Farben Rot, Grün, Blau ausgewählt, das heißt es sind drei LEDs vorgesehen, ein jeweils von Rot, Gelb und Blau emittierenden Licht.
  • Traditionell weisen LEDs eine sehr niedrige Kopplungseffizienz auf, da der konventionelle Weg Licht von einer Quelle zu einer Faser zu koppeln auf geometrischem Bildgebungsmapping basiert, in welchem die räumliche Bildinformation der Lichtquelle bewahrt wird. Eine derartige Herangehensweise wird durch das Prinzip optischer Invarianz oder LaGrange Invarianz begrenzt, in welchem das Produkt des Strahlwinkels und des Strahlverlusts eine Invariante ist. Die optische Invarianz zeigt die Beziehungen zwischen LED-Quellengröße, Öffnungswinkeln (bei beiden Quelle und Glasfaser), und optischem Faserdurchmesser. Um diese Zwangslage zu lösen, muss man die räumliche Information des Quellenbildes brechen, um die Kopplungseffizienz zu verbessern: Legen des Lichts von den LED-Quellen durch einige verlustfreie diffusive optische Bauteile wäre ein Weg das räumliche LED-Quellenmuster zu brechen, während gleichzeitig die Illuminationsintensität (Energie) und die optische Wellenlänge (Farbspektren) erhalten bleiben. Ein solches verlustfreies diffusives optisches Bauteil ist eine Ulbrichtkugel.
  • Die Ulbrichtkugel ist ein (nahezu) verlustfreies optisches Bauteil. Die Ulbrichtkugel ist eine optisch hohle (transparente) Kugel, deren Innenwand mit hochdiffusiven weißen Farben gefärbt ist. Die diffusiven Farben haben auch eine hohe Reflektion (>95% -99%). Das Licht (von der LED-Quelle), welche in die Ulbrichtkugel eindringt, würde streuen und reflektiert werden innerhalb der weißen diffusiven Kugelwand bis es einen Austrittsfenster (eingefügte Glasfaser) erreicht. Dieser Prozess ist verlustfrei (beinah) und die Farbspektren bleiben erhalten. Innerhalb der optisch klaren Kugelkavität wird die Beleuchtungsintensität einheitlich in jede Richtung verteilt. Das Licht, welches in das Austrittsfenster gekoppelt wurde, bezieht sich nur auf das Verhältnis der Kugelgröße zu der Austrittsfensteroberflächengröße. Die diffusiven Spektren und die Farbspektren, welche durch die Eigenschaft der Ulbrichtkugel erhalten wurden, machen diese zu der idealen optischen Farbmischkammer.
  • In der Ausführungsform der 11a ist eine Ulbrichtkugel 450 ein Koppler. Insbesondere emittiert das LED-Modul 300 ein LED-Modulausgabelicht 330 von einem zweiten LED-Modulende 320, um durch die Ulbrichtkugel 450 empfangen zu werden. Die Ulbrichtkugel 450 emittiert Licht als Kopplerausgabe 486 zu der Faseroptik 500 an dem ersten Faseroptikende 510.
  • In einer Ausführungsform kann die Ulbrichtkugel durch das Kombinieren zweier Metallteile hergestellt sein, wobei jedes eine Halbkugelkavität bildet. Eine Halbkugel weist eine großes Loch auf, um die LED-Wirkfläche aufzunehmen und die andere weist ein kleines Loch (Austrittsfenster) auf, um die Glasfaser aufzunehmen. Die inneren Kugeloberflächen sind mit hoch reflektierender, diffusiver weißer Farbe gefärbt. Licht von einer LED dringt in die Ulbrichtkugel ein, wird diffus und vermischt und tritt dann aus dem Austrittsfenster aus, um direkt in die Glasfaser zu koppeln.
  • In einer Ausführungsform ersetzt ein optischer Antikohärer die Glasfaser an dem Austrittsfenster. Der optische Antikohärer weist einen großen Oberflächenbereich an dem Austrittsfensterende auf. Das kleine Ende des optischen Antikohärers weist dieselbe Größe auf, wie die Glasfaserkernoberfläche. Der optische Antikohärer wird verwendet, um die Austrittsfenstergröße zu erhöhen, um die Kopplungseffizienz zu verbessern.
  • In der Ausführungsform der 11b ist eine Ulbrichtkugel 450 ein Koppler. Insbesondere umfasst das LED-Modul 300 eine LED eins 331, LED zwei 332 und eine LED drei 333, welche jede jeweils eine LED-Ausgabe eins 341, LED-Ausgabe zwei 342 und eine LED-Ausgabe drei 343 emittieren, stellen Licht bereit, um durch die Ulbrichtkugel 450 empfangen zu werden. Die drei LEDs sind ausgestaltet, um allgemein Licht-Emissionen zu einer gemeinsamen Stelle in der Ulbrichtkugel 450 zu leiten. Die Ulbrichtkugel 450 emittiert Licht als Kopplerausgabe 486 zu der Faseroptik 500 an dem ersten Faseroptikende 510. In einer Ausführungsform sind die LED eins 331, LED zwei 332 und die LED drei 333 aus den primären Farben Rot, Grün, Blau ausgewählt, das heißt, drei LEDs sind vorgesehen, jeweils eine von rot, gelb und blau emittierendem Licht.
  • In der Ausführungsform der 11c ist eine Ulbrichtkugel 450 ein Koppler. Insbesondere umfasst das LED-Modul 300 eine LED eins 331, LED zwei 332 und eine LED drei 333, welche jeweils eine LED-Ausgabe eins 341, LED-Ausgabe zwei 342 und eine LED-Ausgabe drei 343 emittieren, stellen Licht bereit, um durch die Ulbrichtkugel 450 empfangen zu werden. Im Gegensatz zu der 11b jedoch ist jede der drei LEDs in 90 Grad aufgeteilten Radialen um eine äquatoriale Achse der Ulbrichtkugel 450 herum angeordnet (z.B. an einem 0 Grad, 90 Grad und 180 Grad Radial). Die Faseroptik 500 ist an dem verbleibenden 270 Grad radial angeordnet. In einer Ausführungsform sind die LED eins 331, LED zwei 332 und die LED drei 333 aus den primären Farben Rot, Grün, Blau ausgewählt, das heißt drei LEDs sind vorgesehen, jeweils eine von rot, gelb und blau emittierendem Licht.
  • In einer Ausführungsform dient der Satz der drei LEDs, wenn diese wie in 11c dargestellt montiert wurden, dazu, die thermische Dissipationseffizienz zu maximieren.
  • In einer Ausführungsform wird die Ulbrichtkugel als eine Mischkammer verwendet, um jeglichen unerwünschten Laserfunkenbildungseffekt zu entfernen.
  • In einer Ausführungsform wird die Ulbrichtkugel, wenn diese rote/grüne/blaue LEDs (oder jeden Satz von farbigen LEDs) wie oben erläutert integriert hat, als eine optische Farbmischkammer verwendet, um jede Farbe an einem Austrittsfenster in eine Glasfaser zu erzeugen. Variable Farbausgabe in die Glasfaser ist möglich durch das elektronische Ändern der individuellen Intensität der Eingabe der Farb-LEDs.
  • In der Ausführungsform der 11d ist eine integrierte Halbkugel 470 ein Koppler und an einer PCB 230 angeordnet. Insbesondere emittiert ein LED-Modul 300, welches in der unteren Ebene (d.h. einer flachen Oberfläche) der integrierten Halbkugel 470 angeordnet ist, LED-Modulausgabelicht 330, so dass dieses durch die integrierte Halbkugel 470 empfangen wird und an die Faseroptik 500 ausgegeben wird. Der exponierte Bereich an der flachen Oberfläche der Halbkugel wurde mit weißer, hoch reflektierender, diffusiver Farbe gefärbt. Diese Ausgestaltung reduziert die Größe der integrierten Halbkugel und erhöht die Wirkflächenoberfläche der aufgenommenen LED oder die Anzahl der LEDs an einer ebenen Oberfläche. Diese Ausgestaltung weist Vorteile bei der thermalen Dissipation und dem PCB-Gestaltung der LED auf.
  • In der Ausführungsform der 11e ist eine Ulbrichtkugel 450 ein Koppler und drei (3) LEDs sind an dem LED-Boden 336 innerhalb der Ulbrichtkugel 450 montiert. Die drei (3) LEDs sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333. Licht, welches von der Ulbrichtkugel 450 emittiert wird, wird der Faseroptik 500 bereitgestellt, nachdem es eine Kugellinse 441 passiert hat. In einer Ausführungsform sind die LED eins 331, LED zwei 332 und die LED drei 333 aus den primären Farben Rot, Grün, Blau ausgewählt, das heißt drei LEDs sind vorgesehen, jeweils eine von rot, gelb und blau emittierendem Licht.
  • In einer Ausführungsform ist der LED-Boden 336 ein transparenter PCB-Plattenaufbau.
  • In einer Ausführungsform ist/sind die LED/LEDs in dem Zentrum der Ulbrichtkugel durch eine Stützstange angeordnet. Die Stützstange wird verwendet, um die LEDs anzuschließen und Hitze abzuleiten. Die LED/LEDs können vertikal montiert sein, um die LED-Wirkfläche zu maximieren.
  • In einigen Ausführungsformen ist die erste Kugellinse 441 an dem ersten Faseroptikende 510 montiert, wie in 11e dargestellt. Anders gesagt ist eine kleine Kugellinse an dem Austrittsfenster angeordnet. Das Glasfaserende ist an dem Brennpunkt der Kugellinse angeordnet. Die kleine Kugellinse wird verwendet, um die Größe der Austrittsfensteroberfläche zu vergrößern und das Licht auf das Glasfaserende zu fokussieren. Dies kann die Kopplungseffizienz des Austrittsfensters zu der Glasfaser erhöhen.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Licht, welches durch das erste Faseroptikende 510 empfangen wurde innerhalb des Akzeptanzkegels der Faseroptik. In einigen Ausführungsformen ist die Kopplungseffizienz zwischen der einen oder mehreren LEDs des LED-Moduls 300 und dem ersten Faseroptikende 510, wie durch den Koppler 400 ermöglicht, bevorzugt größer als 90%. In einer mehr bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungseffizienz größer als 95%. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplungseffizienz größer als 97%.
  • In der Ausführungsform der 11f umfasst der Koppler 400 ein Beugungselement 480 und eine Fokussierlinse 490. Das Licht, welches durch das LED-Modul 300 emittiert wird, wird durch das Beugungselement 480 empfangen, welches, allgemein den ansonsten breiten Lichtkegel, welcher durch das LED-Modul 300 emittiert wird, gerade macht. Die Fokussierlinse 490 empfängt Licht von dem Beugungselement 480 und fokussiert oder schmälert das empfangene Licht, um einen schmäleren oder engeren Lichtkegel an dem ersten Faseroptikende 510 bereitzustellen.
  • in der Ausführungsform der 11g emittiert ein Paar von LEDs, d.h. LED eins 331 und LED zwei 332 Licht, so dass es von der reflektierenden Linse 492 reflektiert wird, so dass es durch die Fokussierlinse 490 aufgenommen wird. Die Fokussierlinse 490 überträgt wiederum das Licht an die Faseroptik 500 an einem ersten Faseroptikende 510.
  • In der Ausführungsform der 12, ist ein Satz von drei Kugellinsen ausgestaltet, um einen Satz von drei Lichtemissionen von drei LEDs zu empfangen. Insbesondere emittiert jede der drei (3) LEDs. das heißt LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 jeweils eine LED-Ausgabe eins 341, LED-Ausgabe zwei 342 und eine LED-Ausgabe drei 343 zu der jeweiligen Kugellinse eins 461, Kugellinse zwei 462 und Kugellinse drei 463, wobei die drei Lichtemissionen in eine vereinte Kopplerausgabe 486 fokussiert werden, bevor diese in die Faseroptik 510 an dem ersten Faseroptikende 510 eindringen. In einer Ausführungsform sind LED eins 331, LED zwei 332 und LED drei 333 aus den primären Farben Rot, Grün, Blau ausgewählt, das heißt drei LEDs sind vorgesehen, jeweils eine von rot, gelb und blau emittierendem Licht.
  • 13 sieht eine Ausgestaltung für eine diffusive Glasfaser vor, welche zum Beispiel für die Beleuchtung und Anzeigenzwecke nützlich sein kann. Jede der oben offenbarten Kopplungsanordnungen kann an den gepaarten Enden der Faseroptik 500 verwendet werden. In 13 richtet jede der zwei gepaarten Ulbrichtkugeln 450 Licht in gegenüberliegende Ende der Faseroptik 500, wie durch jede der zwei jeweiligen LED-Module 300 erzeugt. Solch eine Ausgestaltung erhöht den Gesamtbetrag des Lichts, welche in den ersten Glasfaserkernbereich gekoppelt wird oder stellt eine Farbmischung bereit. In einer Ausführungsform ist ein Spiegel oder ein anderes optisches Element (z.B. eine Kugellinse) mit hohem Reflexionsgrad an einem oder mehr Enden der Faseroptik angebracht. Das überschüssige Beleuchtungslicht könnte für eine zweite diffusive Strahlung entlang des Faserkerns zurückgeworfen werden.
  • Die Energieversorgung 600 kann jede dem Fachmann bekannte Energieversorgung sein, wie beispielsweise eine Standardsteckdose, ein Personal Computer oder ein Laptop-Computer und kann eine drahtlose Verbindung sein. Die Elektronik 200 empfängt die Energie von der verwendeten Energieversorgung unter anderem, um die eine oder mehrere LEDs des LED-Moduls 300 mit Energie zu versorgen und zu steuern.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 ihre eigene Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie, wie zum Beispiel eine Lithiumbatterie, um die eine oder mehrere LEDs mit Energie zu versorgen und jeden Satz an Funktionen bereitzustellen, welche oben offenbart wurden.
  • In einer Ausführungsform könnte eine polierte (innere Oberfläche) Metallröhre/-kegel in die Glasfaser oder den Antikohärer eingeführt sein. Die kegelförmige innere Oberfläche würde das Licht von einer LED in Mikrometergröße oder einer LED-Anordnung zu der Faser leiten. Dieser Ansatz kann die Unterbringung von mehreren LEDs in Mikrometergröße erhöhen.
  • Mit Bezug auf die 7-13 stellt 14 ein Flussdiagramm bereit, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung des Lichtkopplungssystems 100 darstellt. Allgemein startet das Verfahren bei Schritt 704 und endet bei Schritt 728.
  • In Schritt 708 des Verfahrens 700 ist die Vorrichtung 100 mit der Energieversorgung 600 verbunden und empfängt die Energie 628 der Energieversorgung. Die Energie wird durch die Elektronik 200 an einem ersten Elektronikende 210 empfangen. In Schritt 712 sind die eine oder mehreren LEDs des LED-Moduls 300 aktiviert, welches eine An-/Ausschaltung, Frequenzmodulation und Energiemodulation umfassen kann. In Schritt 716 wird Licht durch die eine oder mehrere LEDs an den Koppler 400 übertragen. Das Licht, welches durch die LEDs emittiert wird, hat allgemein einen großen oder weiten Emissionskegel und/oder eine große numerische Apertur. In Schritt 720 wird das durch die LED übertragene Licht durch den Koppler 400 empfangen und, unter anderem, weiterverarbeitet, um das Licht zu einem schmäleren oder engeren Emissionskegel oder einer kleineren numerischen Apertur zu fokussieren, wobei das weiterverarbeitete Licht übertragen wird. In Schritt 724 wird das weiterverarbeitete Licht, welches durch den Koppler 400 emittiert wurde, durch die Faseroptik 500 empfangen und durch die Faseroptik übertragen. Das Verfahren endet dann mit Schritt 728.
  • 15A-B stellen eine Darstellung jeweils einer normalen Glasfaser und einer diffusiven Glasfaser des Standes der Technik bereit. In 15A sind alle Lichtstrahlen in dem Kern der Glasfaser durch beständige und umfassende innere Reflexion von der Ummantelung beinhaltet. In 15B treten einige Lichtstrahlen aus dem Kern der Glasfaser durch Lücken oder Mängel in der Umhüllung heraus. Im Prinzip umfasst die Offenbarung Lichtbewegung oder -verbreitung in die entgegengesetzte Richtung von der aus 15B, d.h. Licht, welches in die Glasfaser mittels Lücken oder Mängel in der Umhüllung eindringt.
  • Mit Beachtung auf die 16-19 werden Ausführungsformen des Glasfasersensorsystems 100 und Verfahren zur Verwendung dargestellt.
  • Allgemein umfasst das Glasfasersensorsystem 100 eine Lichtquelle 200, eine diffusive Glasfaser 300, ein Paar Photodetektoren 400, welche an jedem Ende der Glasfaser 300 angebracht sind, und eine(n) Signalverarbeiter/-steuerung 500. Die Lichtquelle 200 emittiert Lichtquellenlicht 210 (L), welche auf die diffusive Glasfaser 300 durch eine Lücke oder einen Mangel in der äußeren Faseroberfläche 304 einwirkt oder durch diese empfangen wird. (In 16 wird das Lichtquellenlicht 210 an einem Lichtquellenfasereintrittspunkt FE empfangen). Nicht das ganze Licht, welches von einer umgebenden oder externen Lichtquelle emittiert wird, dringt in die Glasfaser 300 ein. Gewöhnlich dringt das meiste Licht, welches von einer Lichtquelle emittiert wird, in die diffusive Faseroptik in einem normalen Einfallswinkel mit Bezug auf die Faseroptik ein, das heißt, in einem rechten Winkel zu der Längsachse des Faserwinkels (wie gezeigt, z.B. durch das Lichtquellenlicht 210, welches in die Faseroptik bei FEX in 17 eindringt).
  • Die diffusive Glasfaser 300 kann Licht empfangen oder ein optische(s) Signal/Energie von mehr als einer Lichtquelle empfangen, z.B. von einer Lichtquelle 200 so wie auch von einer Lichtquelle zwei 220, welche Lichtquellenlicht zwei 230 emittiert. Die diffusive Glasfaser 300 empfängt Licht von einer externen (oder umgebenden) Quelle, so wie Lichtquelle 200 und/oder Lichtquelle zwei 220, durch einen Oberflächenmangel (bezeichnet als Lichtquellenfasereintrittspunkt FE), wobei das Licht eintritt und sich zu jedem Ende der Faseroptik 300 bewegt. Die diffusive Glasfaser 300 umfasst eine äußere Faseroberfläche 304, ein erstes Faserende 310 und ein zweites Faserende 320. Ein Paar Photodetektoren 400 sind an jedem des ersten Faserendes 310 und dem zweiten Faserende 320 angeordnet; jeder des Paares der Photodetektoren 400 misst oder ermittelt ein Lichtenergieniveau des jeweiligen ersten und zweiten Endes der Glasfaser von DX1 und DX2 .
  • Mit Beachtung der 17 wird die Festlegung des Lichtquellen-X-Abstands LSXD (und/oder die axiale Lage von FEX) der Lichtquelle 200 beschrieben. Die Lichtquelle 200 emittiert Lichtquellenlicht 210, von welchem zumindest etwas auf die Glasfaser 300 trifft und in die Glasfaser an der Lichtquellenfasereintrittspunkt-X-Achse FEX eindringt. Das Licht, welches so bei FEX eindringt, bewegt sich oder verteilt sich in jeder (gegensätzlichen) Richtung durch die Glasfaser 300, welches schließlich jedes des ersten Glasfaserendes 310 und des zweiten Glasfaserendes 320 erreicht. Den Weg, den das Lichtquellenlicht 210 von FEX zu dem jeweiligen ersten Faserende 310 und dem zweiten Faserende 320 zurücklegt, ist der Lichtweg X1, d.h. LX1 , und der Lichtweg X2, d.h. LX2 . Der Abstand von der Lichtquelle 200 zu der Glasfaser 300 ist ein Lichtquellen-X-Abstand LSXD. Um den LSXD (oder FEX) zu bestimmen, werden Messungen der Energie, welche an jedem der ersten und zweiten Enden 310, 320 empfangen wird, durch die Photodetektoren 400 erhalten. Jeder der Photodetektoren 400, welche an dem ersten Faserende 310 und dem zweiten Faserende 320 angebracht sind, messen jeweils eine ermittelte Lichtenergie DX1 und ermittelte Lichtenergie DX2 . Die Physik von Licht stellt bereit, dass: (LX1 ) × (DX1 ) proportional zu (LX2) × (DX2) ist. Die Geometrie der Glasfaser 300 stellt bereit, dass die Gesamtlänge der x-Achse der Glasfaser FX=(LX1) + (LX2) ist. Folglich können diese zwei Gleichungen nach jedem von LX1 und LX2 aufgelöst werden und somit der Lage von FEX. Die Werte von einem oder mehreren von DX1 und DX2 (alleine, in Aufsummierung oder als ein Verhältnis), können verwendet werden, um LSXD zu berechnen. Zum Beispiel kann LSXD mit der Gesamtenergie korrelieren, welche an jedem des ersten und zweiten Faserendes empfangen wird. Solch eine Korrelation kann durch die Kalibrierung der bekannten Lichtquellen und die bekannten Abstände LSXD für einen gegebenen FEX festgelegt werden. Die obigen Berechnungen werden durch die Signalverarbeitung/-Steuerung 500 ausgeführt.
  • Das Prinzip der Anordnung der Lichtquelle 200 in einer (X) Richtung, wie mit Bezug auf 17 beschrieben, kann in drei Dimensionen durch Hinzufügen von zwei Glasfasern erweitert werden, welche orthogonal zu der ersten Glasfaser angeordnet oder angebracht sind. Das heißt, ein Satz von drei Glasfasern, welche ein kartesisches Koordinatensystem X-Y-Z bildet, kann konfiguriert werden, um eine Lage einer Lichtquelle in drei Dimensionen zu bestimmen.
  • Insbesondere mit Schwerpunkt auf 18 sind drei Glasfasern FX, FY und FZ orthogonal zueinander angeordnet, jede mit einem jeweiligen axialen Lichtquelleneintrittspunkt FEX, FEY, FEZ. Das Licht tritt in jeden der jeweiligen axialen Eintrittspunkte ein und verbreitet sich axial zu jedem Ende der Glasfaser, wobei das Licht auf einen Photodetektor trifft, welcher unter anderem, die Lichtenergie misst. Insbesondere emittiert die Lichtquelle 200 Licht in jede von mehreren Richtungen, welche als ein Vektor in drei orthogonalen Richtungen mathematisch konstruiert werden können, d.h. eine x-Achsenkomponente LSX, eine y-Achsenkomponente LSY und eine z-Achsenkomponente LSZ. Jede dieser drei Komponenten LSX, LSY und LSZ dringen in jeweilige Glasfasern FX, FY und FZ an den jeweiligen Lagen FEX, FEY und FEZ ein und spaltet oder teilt sich auf, um sich zu jedem jeweiligen Glasfaserende auszubreiten. Das heißt, die X-Achsenkomponente LSX der Lichtquelle dringt in die Faser-X-Achse FX an einem X-Achsen Fasereintrittspunkt FEX ein und breitet sich zu jedem Ende aus, wobei die jeweiligen Lichtenergiemessungen der ermittelten Lichtenergie DX1 und DX2 gemessen werden. Ebenso dringt die Y-Achsenkomponente LSY der Faser-Y-Achse FY an einem Y-Achsen Fasereintrittspunkt FEY ein und breitet sich zu jedem Ende aus, und trifft schließlich auf einen Photodetektor, welcher an jedem Ende angeordnet ist, wobei die jeweiligen Lichtenergiemessungen der emittierten Lichtenergie DY1 und DY2 gemessen werden. Auch dringt die Z-Achsenkomponente LSZ der Faser-Z-Achse FZ an einem Z-Achsen Fasereintrittspunkt FEZ ein und breitet sich zu jedem Ende aus, und trifft schließlich auf einen Photodetektor, welcher an jedem Ende angeordnet ist, wobei die jeweiligen Lichtenergiemessungen der emittierten Lichtenergie DZ1 und DZ2 gemessen werden.
  • Jedes Paar von Lichtenergiemessungen, für eine gegebene Faseroptik FX, FY, FZ, wird dann verwendet, um die jeweiligen Lagen von FEX, FEY und FEZ, wie oben beschrieben für die eine Achsenglasfaserausführungsform der 16 und 17 zu bestimmen. Ebenso, wie oben beschrieben, mit Bezug auf die einzelne Glasfaseranordnung der 16 und 17, kann die Korrelation durch gegebene Photodetektormessungen ausgeführt werden, um den Lichtquellen-X-Abstand LSXD (senkrechter oder orthogonaler Abstand von der Lichtquelle 200 zu der Faser-X-Achse FX), den Lichtquellen-Y-Abstand LSYD (senkrechter oder orthogonaler Abstand von der Lichtquelle 200 zu der Faser-Y-Achse FY) und den Lichtquellen-Z-Abstand LSZD (senkrechter oder orthogonaler Abstand von der Lichtquelle 200 zu der Faser-Z-Achse FZ) zu bestimmen. Die obigen Berechnungen werden durch den/die Signalverarbeiter/-steuerung 500 ausgeführt.
  • 19 stellt ein Flussdiagramm bereit, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung des Glasfasersensorsystems der 16 und 17 zeigt. Allgemein beginnt das Verfahren 500 bei Schritt 504 und endet bei Schritt 532.
  • In Schritt 508 wird eine Glasfaser in der Sichtlinie der potentiellen externen Lichtquellen angeordnet, für welche eine Detektion angestrebt wird. Die Glasfaser kann an oder durch einen externen Aufbau montiert sein. In Schritt 512 wird die Glasfaser kalibriert. Die Kalibrierung umfasst geometrische Kalibrierung (wie beispielsweise die Messung der Gesamtlänge der Faseroptik), Kalibrierung von jedem der gepaarten Photodetektoren, welche an jedem Ende der Glasfaser angeordnet sind, und Kalibrierung der gemessenen Photodetektorlichtenergien für bekannte Lagen und/oder bekannte Energie von Lichtquellen (wie beispielsweise der axiale Abstand von der Faseroptik) und von bekannten Arten von Lichtquellen (z.B. sichtbare Bandlichtquellen, IR-Quellen, etc.).
  • In Schritt 516 wird das Licht durch die diffusive Glasfaser in einem ersten axialen Abstand empfangen. Das empfangene Licht passiert die Faseroptikumhüllung und breitet sich zu jedem Ende der Glasfaser aus. In Schritt 520 misst jeder der gepaarten Photodetektoren, welche an jedem Ende der Glasfaser angeordnet sind, eine ermittelte Lichtenergie. In Schritt 524 wird das Paar der Photodetektormessungen verglichen zusammen mit Kalibrierungsdaten (wie beispielsweise der Gesamtlänge der Glasfaser). In Schritt 528 wird der Vergleich der Daten aus Schritt 524 verwendet, um den ersten axialen Abstand der externen Lichtquelle zu bestimmen. Das Verfahren 500 endet bei Schritt 532.
  • Unter Berücksichtigung der 20-22 werden Ausführungsformen der Lade- und optischen Kommunikationsvorrichtung 100 dargestellt.
  • Allgemein umfasst die Vorrichtung 100 einen Transmitter 200 und einen Empfänger 300. Der Transmitter 200 umfasst ein erstes Transmitterende 210 und ein zweites Transmitterende 220, einen Laser 230, eine Energieverwaltung 240, einen Modulator 250, eine Diffusorschicht 260 und einen Photonendetektor 270. Das erste Transmitterende 210 umfasst ein Transmitter-USB-Interface 212. Der Transmitter 200 empfängt eine externe Vorrichtungsenergie 482 und kann mit einer oder mehreren externen Vorrichtungen mittels externer Vorrichtung/Vorrichtungsenergiekommunikationen 484 kommunizieren. Der Transmitter 200 stellt eine optische Kommunikation ein 284 mit einem Empfänger 300 bereit, und empfängt ein Laser/LED-Diodensignal 373 von dem Empfänger 300.
  • Der Empfänger 300 umfasst ein erstes Empfängerende 310 und ein zweites Empfängerende 320, erste Empfänger-PV-Zellen 312 und eine Laser/LED-Diode 370, welche ein Laser-/LED-Diodensignal 372 emittiert. Der Empfänger 300 emittiert Energie zwei 382 und eine optische Kommunikation zwei 384. Die ersten Empfänger-PV-Zellen 312 und die Laser-/LED-Diode 370 sind an dem ersten Empfängerende 310 angebracht. Der Empfänger 300 empfängt eine optische Kommunikation eins 284 von einem Transmitter 200 und empfängt eine Energie eins 282 von einem Transmitter 200. Die Empfängerlaser-/LED-Diode 370 emittiert ein Laser-/LED-Diodensignal 372, welches auf den Transmitterphotonendetektor 270 gerichtet ist.
  • Die Vorrichtung 100 kann weiter einen Adapter 500 umfassen. Der Adapter 500 umfasst ein erstes Adapterende 510 und ein zweites Adapterende 520. Allgemein ist der Adapter 500 mit einem Empfänger 300 an dem ersten Adapterende 510 ausgestattet und umfasst weiter ein Adapter-USB-Interface 522. Der Adapter 500 empfängt intern eine Energie zwei 382 und eine optische Kommunikation zwei 384 von einem Empfängeranteil 300 und konvertiert, über ein Adapter-USB-Interface 522, eine oder beide der Energie zwei 382 und der optischen Kommunikation zwei 384 in ein USB-Protokoll, um eines oder mehr aus der Energie zwei 382 und der optischen Kommunikation zwei 384 über ein USB-Hardwareinterface bereitzustellen.
  • Der Transmitter 200 empfängt elektrische Energie, d.h. eine externe Vorrichtungsenergie 482, von einer oder mehreren externen Quellen, wie zum Beispiel eine Standardsteckdose, ein Personal Computer oder ein Laptop Computer und kann eine kabellose Verbindung sein. Die externe Vorrichtungsenergie 482 wird an dem Transmitter-USB-Interface 210 empfangen. Das Transmitter-USB-Interface 210 ist ein USB-Hardware-Interface und arbeitet mit einem USB-Protokoll. Das Transmitterenergieverwaltungsmodul 240 empfängt elektrische Energie von einem Transmitter-USB-Interface 210 und liefert elektrische Energie an den Laser 230 und den Modulator 250. Weiterhin steuert das Transmitterenergieverwaltungsmodul 240 den Laser 230 über eine oder mehrere Treiberschaltungen und/oder Steuerungen. Der Laser 230 wandelt elektrische Energie, wie von dem Energieverwaltungsmodul 240 empfangen, in Lichtenergie um. Der Laser 230 emittiert Licht zu einer Diffusorschicht 260, welche das empfangene Licht zu dem Empfänger verstreut oder verteilt, um durch die ersten Empfänger-PV-Zellen 312 empfangen zu werden. In einer Ausführungsform sind ein oder mehrere Wellenleiter beteiligt, um das Laserlicht zu empfangen und zu übermitteln.
  • Der Modulator 250, wie von dem Energieverwaltungsmodul 240 mit Energie versorgt, moduliert bidirektional optische Kommunikationsfunktionen, gegebene Eingaben von einer externen Quelle, wie beispielsweise einem Laptop, wie eine Ausgabe zu dem Laser 230, um optische Kommunikationen über eine Laserausgabe 230 zu ermöglichen. Der Modulator 250 kann das Laserlicht in einer dem Fachmann bekannten Art modulieren, um beispielsweise Amplitudenmodulation, Phasenmodulation und/oder Polarisationsmodulation zu beinhalten. In einer Ausführungsform ist, wobei die Vorrichtung 100 nicht dazu ausgestaltet ist optische Kommunikationen durchzuführen, das Modulatormodul 250 kein Bestandteil der Vorrichtung 100.
  • Der Photonendetektor 270 ist an dem zweiten Transmitterende 220 angebracht und ist angeordnet, um ein Laser-/LED-Diodensignal 372 zu empfangen, wie von der Empfängerlaser-/LED-Diode 370 emittiert. Der Photonendetektor 270 steht in Verbindung mit dem Energieverwaltungsmodul 240, welches den Empfang oder den nicht-Empfang des Laser-/LED-Diodensignals 372 anzeigt. In einer Ausführungsform steuert das Energieverwaltungsmodul 240 nur den Laser 230 (das heißt, sendet ein Signal zu dem Laser 230 zum Aktivieren und zum Emittieren von Laserlicht), wenn das Energieverwaltungsmodul 240 ein Signal von dem Photonendetektor 270 empfängt, dass ein Laser-/LED-Diodensignal 372 bestätigt empfangen wurde.
  • Die ersten Empfänger-PV-Zellen 312 empfangen Laserlicht, welches von dem Laser 230 mittels einer Diffusorschicht 200 emittiert wurde. In einer Ausführungsform sind die ersten Empfänger-PV-Zellen 312 an dem ersten Empfängerende 310 angebracht, wobei das erste Empfängerende 310 als ein männliches Ende ausgestaltet ist, um in das zweite weibliche Transmitterende 220 einzugreifen. Die Empfängerlaser-/LED-Diode 370 emittiert ein Laser-/LED-Diodensignal 372, welches auf den Transmitterphotonendetektor 270 gerichtet ist. Das Laser/LED-Diodensignal 272 arbeitet, um eine Kommunikation zwischen dem Transmitter 200 und dem Empfänger 300 zu ermöglichen und kann auch als eine Sicherheitsvorrichtung wirken, wie oben beschrieben (das heißt, Dienen zum Aktivieren oder nicht-Aktivieren des Lasers 230). In einer Ausführungsform ist die Empfängerlaser-/LED-Diode 370 angrenzend oder nahe bei oder an der Seite der ersten Empfänger-PV-Zellen 312 angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Empfängerlaser-/LED-Diode 370 parallel zu einer äußeren Kantenoberfläche des Empfängers 300 an dem ersten Empfängerende 310 angeordnet.
  • Die ersten Empfänger-PV-Zellen 312 konvertieren empfangenes Laserlicht in elektrische Energie wie die Ausgabe als Energie zwei 382. Die elektrische Energieausgabe durch den Empfänger 300 wird an dem zweiten Empfängerende 320 bereitgestellt und kann jedes dem Fachmann bekannte Format umfassen, um 120 Volt bei 60 Hz und 230 Volt bei 50 Hz zu beinhalten. In einer Ausführungsform ist die elektrische Energieausgabe durch den Empfänger 300 ein USB-Protokoll.
  • In einer Ausführungsform umfassen ein oder beide von dem Transmitter-USB-Interface 212 und dem Adapter-USB-Interface 522 jedes dem Fachmann bekannte USB-Hardware-Interface, um Mikro-USB, Mini-USB und Standard USB-Hardware-Interfaces zu beinhalten.
  • In einer Ausführungsform hat die Vorrichtung 100 nahezu die physischen Abmessungen einer USB-Vorrichtung, wie beispielsweise dem Fachmann bekannte USB-Speichervorrichtungen.
  • In einer Ausführungsform umfassen eine oder mehrere Verbindungen zwischen Elementen der Vorrichtung kabellose USB.
  • In einer weiteren Ausführungsform führt die Vorrichtung 100 lediglich optisches (d.h. laserbasiertes) Laden durch, wobei die Energie, welche durch eine erste externe Vorrichtung (z.B. einen Laptop Computer, Personal Computer, ein Smartphone) bereitgestellt wird, für eine zweite externe Vorrichtung (einen Laptop Computer, Personal Computer, ein Smartphone) bereitgestellt wird.
  • In einer Ausführungsform führt die Vorrichtung 100 lediglich optische (d.h. laserbasierte) Kommunikation zwischen einer ersten externen Vorrichtung (z.B. einem Laptop Computer, Personal Computer, Smartphone) und einer zweiten externen Vorrichtung (z.B. Laptop Computer, Personal Computer, Smartphone) durch.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 100 ihre eigene Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie, wie zum Beispiel eine Lithiumbatterie, um den Laser mit Energie zu versorgen und jeden Satz an oben offenbarten Funktionen bereitzustellen, wie beispielsweise Laden und optische Kommunikation.
  • In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung 100 in jedem der drei auswählbaren Modi arbeiten: nur Energie laden, nur optische Kommunikationen, und beide, Energie laden und optische Kommunikationen.
  • Mit Bezug auf die 20 und 21 stellt 22 ein Flussdiagramm beriet, welches ein beispielhaftes Verfahren zur Verwendung des Lade- und optischen Kommunikationssystems 100 darstellt. Allgemein beginnt das Verfahren 600 bei dem Schritt 604 und endet bei dem Schritt 632.
  • In Schritt 608 des Verfahrens 600 ist die Vorrichtung 100 mit einer externen Vorrichtung 400 mittels eines ersten Empfängerendes 210 verbunden. Die Vorrichtung 100 empfängt eine externe Vorrichtungsenergie 482 und kann, in einigen Ausführungsformen, mit der externen Vorrichtung 400 über eine externe Vorrichtung/Vorrichtungsenergiekommunikationen 484 kommunizieren. Die externe Vorrichtung/Vorrichtungsenergiekommunikationen 484 können ein An/Aus-Empfangssignal oder keine Empfangssignale und Energiemodulationssignale umfassen, wobei letztere in einigen Ausführungsformen durch das Energieverwaltungsmodul 240 gesteuert werden.
  • In Schritt 612 wird eine Abfrage durchgeführt, ob die Vorrichtung 100 ein Diodensignal von dem Empfänger erhalten hat. Insbesondere stellt ein Photonendetektor 270 des Transmitters 200 in Verbindung mit dem Energieverwaltungsmodul 240 ein Signal für das Energieverwaltungsmodul 240 bereit, welches den Empfang oder den nicht-Empfang des Laser-/LED-Diodensignals 372 des Empfängers 300 anzeigt. Falls das Ergebnis der Abfrage Ja oder Positiv ist, wurde ein solches Signal empfangen und das Verfahren fährt mit Schritt 616 fort. Falls das Ergebnis der Abfrage Nein oder Negativ ist, wurde das Signal nicht empfangen und das Verfahren 600 fährt mit Schritt 628 fort.
  • In Schritt 616 wird der Laser 230 durch das Energieverwaltungsmodul 240 aktiviert. Das Verfahren 600 fährt dann mit Schritt 620 fort.
  • In Schritt 620 überträgt der Laser 230 Energie und/oder stellt optisch basierte bidirektionale Kommunikationen bereit, wie durch den Benutzer ausgewählt oder wie die Vorrichtung 100 konfiguriert ist. Das Verfahren fährt dann mit Schritt 624 fort.
  • In Schritt 624 wird eine Abfrage durchgeführt, ob die Vorrichtung fortfährt, ein Diodensignal von dem Empfänger zu empfangen. Insbesondere der Photonendetektor 270 des Transmitters 200, in Verbindung mit dem Energieverwaltungsmodul 240, stellt ein Signal dem Energieverwaltungsmodul 240 bereit, welches den Empfang oder den nicht-Empfang des Laser-/LED-Diodensignals 372 von dem Empfänger 300 anzeigt. Falls das Ergebnis der Abfrage Ja oder Positiv ist, wurde ein solches Signal empfangen und das Verfahren 600 fährt mit Schritt 620 fort. Falls das Ergebnis der Abfrage Nein oder Negativ ist, wurde das Signal nicht empfangen und das Verfahren 600 fährt mit Schritt 628 fort.
  • In Schritt 628 des Verfahrens 600 wird der Laser 230 durch das Energieverwaltungsmodul 240 deaktiviert. Das Verfahren 600 fährt dann mit Schritt 632 fort, wodurch das Verfahren 600 endet.
  • In der detaillierten Beschreibung werden zahlreiche speziellen Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der offenbarten Technik bereitzustellen. Jedoch wird ein Fachmann verstehen, dass die vorliegende Technik ohne diese speziellen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden altbekannte Verfahren, Abläufe, Bestandteile und Schaltkreise nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Offenbarung nicht unklar zu machen.
  • Obwohl die Ausführungsformen diesbezüglich nicht begrenzt sind, können sich die in der Diskussion verwendeten Begriffe, wie zum Beispiel, „verarbeitend“, „rechnend“, „berechnend“, „bestimmend“, „ermöglichend“, „analysierend“, „prüfend“, oder dergleichen, auf Arbeitsabläufe oder Prozess(e) eines Computers, einer Rechnerplattform, eines Rechnersystems, eines Kommunikationssystems oder -subsystems, oder anderen elektronischen Rechenvorrichtungen beziehen, welche Daten, welche als physikalische (z.B. elektronische) Größen dargestellt werden, in den Registern und/oder Speichern des Computers beeinflussen oder umwandeln in andere Daten, ähnlich den als physikalisch dargestellten Größen in den Registern und/oder Speichern des Computers oder einem anderen Informationsspeichermedium, welches Befehle zum Ausführen von Arbeitsabläufen und/oder Prozessen speichern kann.
  • Obwohl die Ausführungsformen diesbezüglich nicht begrenzt sind, können die Begriffe „Vielzahl“ oder „eine Vielzahl“, wie hierin verwendet, zum Beispiel „mehrere“ oder „zwei oder mehr“ beinhalten. Die Begriffe „Vielzahl“ oder „eine Vielzahl“ können in der gesamten Beschreibung verwendet werden, um zwei oder mehr Bestandteile, Vorrichtungen, Elemente, Einheiten, Parameter, Schaltungen oder dergleichen zu beschreiben. Zum Beispiel kann „eine Vielzahl an Stationen“ zwei oder mehr Stationen beinhalten.
  • Es kann vorteilhaft sein, Definitionen von bestimmten Wörtern oder Ausdrücken festzulegen, welche durch dieses Dokument hindurch verwendet werden: die Begriffe „beinhalten“ und „umfassen“, sowie Ableitungen davon bedeuten Einbeziehung ohne Begrenzung; der Begriff „oder“ ist einbeziehend, bedeutend und/oder; der Ausdruck „verbunden mit“ und „verbunden damit“ so wie Ableitungen davonkönnen beinhalten, darin enthalten sein, verbunden mit, umfassen, darin umfasst sein, verbinden zu oder mit, gekoppelt zu oder mit, verbindbar sein mit, zusammenwirken mit, verschachteln, gegenüberstellen, nahe bei sein, gebunden sein zu oder mit, aufweisen, oder dergleichen; und der Begriff „Steuerung“ bedeutet jede Vorrichtung, System oder ein Teil davon, welcher zumindest eine Ausführung steuert, solch eine Vorrichtung könnte in Hardware, Schaltungen, Firmware oder Software oder einer Kombination von zumindest zwei derselben implementiert sein. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Funktionalität welche mit einer bestimmten Steuerung assoziiert wird, zentralisiert oder verteilt werden kann, entweder lokal oder rechnerfern. Definitionen für gewisse Wörter und Ausdrücke, werden durch dieses Dokument hindurch bereitgestellt und diejenigen mit einem üblichen Fachwissen sollten verstehen, dass in vielen, wenn nicht sogar den meisten Fällen, solche Definitionen sowohl für frühere als auch zukünftige Verwendungen von so definierten Wörtern und Ausdrücke gilt.
  • Die beispielhaften Ausführungsformen werden mit Bezug auf Kommunikationssysteme, sowie Protokolle, Techniken, Mittel und Verfahren zum Durchführen von Kommunikationen, wie beispielsweise in einem kabellosen Netzwerk, oder im Allgemeinen in jedem Kommunikationsnetzwerk, welches zum Arbeiten irgendwelche Kommunikationsprotokolle verwendet, beschrieben. Beispiele solcher sind Heim- oder Zugangsnetzwerke, kabellose Heimnetzwerke, kabellose Unternehmensnetzwerke und dergleichen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass im Allgemeinen die Systeme, Verfahren und Technik, welche hierin offenbart wird, gleich gut für andere Arten der Kommunikationsumgebungen, Netzwerke und/oder Protokolle funktioniert.
  • Zum Zweck der Erläuterung werden zahlreiche Details festgelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Techniken bereitzustellen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Offenbarung in einer Vielzahl an Arten über die hier festgelegten speziellen Details hinaus ausgeführt werden kann.
  • Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die verschiedenen Verbindungen (welche nicht die Elemente verbindend gezeigt sein können), die Kommunikationskanäle beinhalten, welche die Elemente verbinden, können verkabelte oder kabellose Verbindungen oder jede Kombination davon sein, oder alle anderen bekannten oder später entwickelten Elemente, welche geeignet sind, Daten zu oder von den verbundenen Elementen bereitzustellen und/oder zu kommunizieren. Der Begriff Modul, wie hierin verwendet, kann sich auf jede bekannte oder später entwickelte Hardware, Schaltung, Schaltkreis, Software, Firmware oder eine Kombination davon beziehen, welche geeignet ist, die Funktionalität, welche mit dem Element verbunden ist, auszuführen. Die Begriffe bestimmen, berechnen, und rechnen und Variationen davon, wie hierin verwendet, sind untereinander austauschbar verwendet und beinhalten jede Art von Methodik, Verfahren, Technik, mathematische Operationen oder Protokoll.
  • Außerdem, während einige der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen auf einen Transmitteranteil eines Sendeempfängers gerichtet sind, welcher gewisse Funktionen ausführt, oder auf einen Empfängeranteil des Sendeempfängers, welcher gewisse Funktionen ausführt, ist diese Offenbarung bestimmt, zugehörige und komplementäre Transmitter-Seiten oder Empfänger-Seiten-Funktionalität jeweils in beiden derselben Sendeempfänger und/oder anderen Sendeempfängern und umgekehrt zu beinhalten.
  • Während die oben beschriebenen Ablaufdiagramme mit Bezug auf eine bestimmte Abfolge von Ereignissen beschrieben wurden, ist darauf hinzuweisen, dass Änderungen an dieser Abfolge ohne sich auf den Arbeitsablauf der Ausführungsform(en) wesentlich auszuwirken. Zusätzlich muss die exakte Abfolge der Ereignisse nicht als festgelegt in diesen beispielhaften Ausführungsformen auftauchen. Zusätzlich sind die beispielhaften Techniken, welche hierin dargestellt werden, nicht begrenzt auf die speziell dargestellten Ausführungsformen sondern kann auch mit den anderen beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden und jedes beschriebene Merkmal ist individuell und separat beanspruchbar.
  • Zusätzlich können die Systeme, Verfahren und Protokolle implementiert sein, um ein oder mehrere Computer für spezielle Zwecke, einen programmierten Mikroprozessor oder Mikrocontroller und periphere integrierte Schaltelement(e), ein ASIC oder andere integrierte Schaltkreise, einen Prozessor für digitale Signale, eine fest verdrahtete Elektronik oder einen logischen Schaltkreis, wie beispielsweise ein diskretes Schaltelement, eine programmierbare Logikvorrichtung, wie beispielsweise ein PLD, PLA, FPGA, PAL, ein Modem, ein Transmitter/Empfänger, jegliche vergleichbare Mittel oder dergleichen. Im Allgemeinen kann jede Vorrichtung, welche geeignet ist, eine Zustandsmaschine zu implementieren, welche wiederum geeignet ist, die hierin dargestellte Methodik zu integrieren, von den verschiedenen Kommunikationsverfahren, Protokollen und Technik gemäß der hierin bereitgestellten Offenbarung profitieren.
  • Beispiele von Prozessoren, wie hierin beschrieben können beinhalten, aber sind nicht beschränkt auf zumindest einen aus Qualcomm® Snapdragon® 800 und 801, Qualcomm® Snapdragon® 610 und 615 mit 4G LTE-Integration und 64-Bit Berechnung, Apple® A7 Prozessor mit einer 64-Bit Architektur, Apple® M7 Bewegungscoprozessoren, Samsung ® Exynos® Serie, die Intel® Core™ Prozessorfamilie, die Intel® Xeon® Prozessorfamilie, die Intel® Atom™ Prozessorfamilie, die Intel Itanium® Prozessorfamilie, Intel® Core® i5-4670K und i7-4770K 22nm Haswell, Intel® Core® i5-3570K 22nm Ivy Bridge, die AMD® FX™ Prozessorfamilie, AMD® FX-4300, FX-6300 und FX-8350 32nm Vishera, AMD® Kaveri Prozessoren, Texas Instruments® Jacinto C6000™ Automobilinfotainmentprozessoren, Texas Instruments® OMAP™ Automobilklassen Mobil-Prozessoren, ARM® Cortex™-M Prozessoren, ARM® Cortex-A und ARM926EJ-S™ Prozessoren, Broadcom® AirForce BCM4704/BCM4703 Drahtlosnetzwerkprozessoren, die AR7100 Drahtlosnetzwerkverarbeitungseinheit, oder industrieäquivalente Prozessoren, und können computerbasierte Funktionen ausführen, welche jeden bekannten oder zukünftig entwickelten Standard, Befehlssatz, Programmbibliothek, und/oder Architektur verwenden.
  • Weiterhin können die offenbarten Verfahren leicht in Software integriert sein, welche Objekt oder objektorientierte Softwareentwicklungsumgebungen verwendet, die einen portierbaren Quellcode bereitstellen, der auf einer Vielzahl von Computer oder Arbeitsstationsplattformen verwendet werden kann. Alternativ kann das offenbarte System teilweise oder vollständig in Hardware implementiert sein, welche Standard logische Schaltkreise oder VLSI Design verwendet. Ob die Software oder Hardware verwendet wird, um die Systeme gemäß den Ausführungsformen zu implementieren, hängt von den Geschwindigkeits- und/oder Effizienzvoraussetzungen des Systems, der bestimmten Funktion und dem bestimmten Software oder Hardware Systemen oder Mikroprozessor oder Mikrocomputersystemen ab, welche verwendet werden. Die Kommunikationssysteme, -verfahren und -protokolle, welche hierin dargestellt sind, können leicht in Hardware und/oder Software, welche irgendwelche bekannten oder später entwickelten Systeme oder Aufbauten, Vorrichtungen und/oder Software, von einem Fachmann implementiert werden, durch die hierin bereitgestellte funktionale Beschreibung und mit einem grundlegenden Verständnis von Computer- und Telekommunikationsfertigkeiten.
  • Darüber hinaus können die offenbarten Verfahren leicht in Software und/oder Firmware implementiert sein, welche auf einem Speichermedium gespeichert sein können, um die Leistung von: einem programmierten Allzweckcomputer mit dem Zusammenwirken einer Steuerung und einem Speicher, einem Computer für einen speziellen Zweck, einem Mikroprozessor, oder dergleichen, zu verbessern. In diesen Fällen können die Systeme und Verfahren als programmeingebettet auf einem Personal Computer, wie beispielsweise ein Applet, JAVA.RTM. oder CGI-Skript, als eine Ressourcenquelle auf einem Server oder einer Computerarbeitsstation, als ein Programm, welches in einem zugehörigen Kommunikationssystem oder einer Systemkomponente eingebettet ist, oder dergleichen implementiert sein. Das System kann auch durch physische Aufnahme des Systems und/oder des Verfahrens in ein Software- und/oder Hardwaresystem implementiert sein, wie beispielsweise die Hardware- und Softwaresysteme eines Kommunikationssendeempfängers.
  • Verschiedene Ausführungsformen können auch oder alternativ vollständig oder teilweise in Software und/oder Firmware implementiert sein. Diese Software und/oder Firmware kann die Form der Befehle, welche in oder auf einem nicht-transitorischen computerlesbaren Speichermedium enthalten sind, übernehmen. Diese Befehle können dann durch einen oder mehrere Prozessoren gelesen und ausgeführt werden, um die Ausführung der hierin beschriebenen Arbeitsabläufe zu ermöglichen. Die Befehle können in jeder passenden Form, wie beispielsweise aber nicht begrenzt auf Quellcode, kompilierten Code, interpretieren Code, ausführbaren Code, statischen Code, dynamischen Code und dergleichen sein. Solch ein computerlesbares Medium kann jedes konkrete nicht-transitorische Medium zum Speichern von Information in einer durch einen oder mehrere Computer lesbaren Form beinhalten, wie beispielsweise aber nicht begrenzt auf einen Nur-Lese-Speicher (ROM); Arbeitsspeicher (RAM); Plattenspeichermedien, optische Speichermedien; ein Flash-Speicher, etc.
  • Es ist deshalb offensichtlich, dass es zumindest bereitgestellte Systeme und Verfahren zum Laser- und optischen Laden und Kommunikationen gab. Während die Ausführungsformen in Verbindung mit einer Anzahl an Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es klar, dass viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für einen Fachmann offensichtlich sein können oder sind. Entsprechend ist diese Offenbarung bestimmt, alle solchen Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und Variationen, welche in dem Geist und dem Umfang dieser Offenbarung sind, einzuschließen.

Claims (27)

  1. Optisches Kommunikations- und Ladesystem umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet zum Empfangen eines ersten Kommunikationssignals und eines Energiesignals von einer externen Quelle, wobei der Transmitter/das Ladegerät eine Lichtquelle umfasst, wobei der Transmitter/das Ladegerät ausgebildet ist, in drei Modi, umfassend nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation zu arbeiten, wobei einer der drei Modi ausgewählt wird, und die Lichtquelle das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal basierend auf dem ausgewählten Modus der auswählbaren Modi überträgt; eine Linse, welche ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal durchzulassen; eine Zielvorrichtung umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal, welche mittels der Lichtquelle übertragen wurden, an der PV-Zelle zu empfangen, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, ein zweites Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät zu übertragen; wobei das Energiesignal, welches durch die Zielvorrichtung empfangen wurde, es der PV-Zelle ermöglicht, die Batterie zu laden, und wobei das erste Kommunikationssignal, welches von der Zielvorrichtung empfangen wurde, durch die PV-Zelle demodulierbar ist.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle eine Laser/LED-Diode ist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durch den Transmitter/das Ladegerät empfangene Energie über zumindest einen aus einem USB-Anschluss und einem kabellosen Anschluss empfangen wird.
  4. System nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Transmitter/das Ladegerät und die Linse Bestandteile eines gemeinsamen Gehäuseaufbaus sind.
  5. System nach Anspruch 4, wobei der gemeinsame Gehäuseaufbau einen Photonendetektor umfasst, welcher ausgestaltet ist, das zweite Kommunikationssignal zu empfangen.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Zielvorrichtung das zweite Kommunikationssignal an den Photonendetektor ausgibt.
  7. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend einen Modulator, welcher ausgestaltet ist, die ersten und die zweiten Kommunikationssignale zu steuern.
  8. System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das erste Kommunikationssignal Daten umfasst zum Ermöglichen eines Softwareupdates der Zielvorrichtung.
  9. System nach Anspruch 4, wobei die Zielvorrichtung und der gemeinsame Gehäuseaufbau des Transmitters/Ladegeräts keine physische Verbindung aufweisen, und wobei die Lichtquelle das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal kabellos überträgt.
  10. Verfahren einer optischen Kommunikation und Aufladung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines optischen Kommunikations- und Ladesystems umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät ausgestaltet, um ein erstes Kommunikationssignal und ein Energiesignal von einer externen Quelle zu empfangen, wobei der Transmitter/das Ladegerät eine Lichtquelle umfasst, wobei der Transmitter/das Ladegerät ausgebildet ist, in drei Modi, umfassend nur Energie laden, nur optische Kommunikation und beides, Energie laden und optische Kommunikation zu arbeiten, wobei einer der drei Modi ausgewählt wird und die Lichtquelle das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal basierend auf dem ausgewählten Modus der auswählbaren Modi überträgt; eine Linse, welche ausgestaltet ist, das erste Kommunikationssignal und/oder das Energiesignal durchzulassen; und eine Zielvorrichtung umfassend eine Batterie und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, um das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal, welche durch die Lichtquelle übertragen wurden, an der PV-Zelle zu empfangen und wobei die Zielvorrichtung ausgestaltet ist, ein zweites Kommunikationssignal an den Transmitter/das Ladegerät zu übertragen; Verbinden der Transmitter-/ Ladegerätladevorrichtung mit einer externen Quelle; Bereitstellen von einem ersten Kommunikationssignal und/oder einem Energiesignal an dem Transmitter/Ladegerät von der externen Quelle; Übertragen des ersten Kommunikationssignals und/oder des Energiesignals von dem Transmitter/Ladegerät an die Zielvorrichtung basierend auf dem ausgewählten Modus der auswählbaren Modi; Bestimmen, ob das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal das Energiesignal umfasst; wobei bei Bestimmung, dass das übertragene ersten Kommunikationssignal und das Energiesignal ein Energiesignal umfasst ist, die PV-Zelle das Energiesignal empfängt und die Batterie geladen wird, wobei bei Bestimmung, dass das übertragene erste Kommunikationssignal und das Energiesignal das erste Kommunikationssignal umfassen, das erste Kommunikationssignal, welches von der Zielvorrichtung empfangen wurde, durch die PV-Zelle demodulierbar ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Lichtquelle eine Laser/LED-Diode ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Energie, die durch den Transmitter/das Ladegerät empfangen wird, durch zumindest einen von einem USB-Anschluss oder einen kabellosen Anschluss empfangen wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei der Transmitter/das Ladegerät und die Linse Bauteile eines gemeinsamen Gehäuseaufbaus sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der gemeinsame Gehäuseaufbau weiter einen Photonendetektor umfasst, welcher ausgestaltet ist, das zweite Kommunikationssignal zu empfangen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Zielvorrichtung das zweite Kommunikationssignal an den Photonendetektor ausgibt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, weiter umfassend einen Modulator, welcher ausgestaltet ist, die ersten und die zweiten Kommunikationssignale zu steuern.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-16, wobei das erste Kommunikationssignal Daten umfasst, um ein Softwareupdate der Zielvorrichtung zu ermöglichen.
  18. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zielvorrichtung und der gemeinsame Gehäuseaufbau des Transmitters/Ladegeräts keine physische Verbindung aufweisen und die Lichtquelle kabellos das erste Kommunikationssignal und das Energiesignal überträgt.
  19. Verfahren der Audiokommunikation und Aufladung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Audioübertragungs- und Ladesystems umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät, welches ausgestaltet ist, ein optisches Signal durch eine Lichtquelle zu übertragen, wobei das optische Signal ein Audiosignal und ein Energiesignal beinhaltet; ein Audiogerät, umfassend eine Batterie, einen Demodulator und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die PV-Zelle ausgestaltet ist, das optische Signal, welches durch die Lichtquelle übertragen wurde, zu empfangen; und zumindest ein Glasfaserkabel, welches zwischen dem Transmitter/Ladegerät und dem Audiogerät verbunden ist; Übertragen des optischen Signals von dem Transmitter/Ladegerät an das Audiogerät mittels zumindest einem Glasfaserkabel; Empfangen des optischen Signals durch die PV-Zelle des Audiogeräts; Bestimmen, ob das Audiogerät ein Aufladen erfordert, wobei, wenn das Audiogerät eine Aufladung erfordert, Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, wobei das elektrische Signal der Batterie bereitgestellt wird, wodurch die Batterie geladen wird; und Bestimmen, ob das übertragene optische Signal ein Audiosignal umfasst, wobei, falls das übertragene optische Signal das Audiosignal umfasst, das Audiosignal mittels der PV-Zelle demoduliert wird und das demodulierte Audiosignal einen Ton des Audiogeräts abspielt.
  20. Audioübertragungssystem und Ladesystem, umfassend: einen Transmitter/ein Ladegerät, welches ausgestaltet ist, ein optisches Signal durch eine Lichtquelle zu übertragen, wobei das optische Signal ein Audiosignal und ein Energiesignal beinhaltet; ein Audiogerät umfassend eine Batterie, einen Demodulator und eine PV-Zelle, welche in Verbindung mit der Batterie steht, wobei die PV-Zelle ausgestaltet ist, das optische Signal, welches durch die Lichtquelle übertragen wurde, zu empfangen; und zumindest ein Glasfaserkabel, welches zwischen dem Transmitter/Ladegerät und dem Audiogerät verbunden ist; wobei das optische Signal von dem Transmitter/Ladegerät ausgebildet ist, an das Audiogerät mittels zumindest einem Glasfaserkabel übertragen zu werden; wobei die PV-Zelle des Audiogeräts ausgebildet ist, das optische Signal zu empfangen; wobei das Audiogerät ausgebildet ist zum Bestimmen, ob das Audiogerät ein Aufladen erfordert, wobei, wenn das Audiogerät eine Aufladung erfordert, Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, wobei das elektrische Signal der Batterie bereitgestellt ist, wodurch die Batterie geladen wird; und wobei das Audiogerät ausgebildet ist zum Bestimmen, ob das übertragene optische Signal ein Audiosignal umfasst, wobei, falls das übertragene optische Signal das Audiosignal umfasst, das Audiosignal mittels der PV-Zelle demodulierbar ist und das demodulierte Audiosignal einen Ton des Audiogeräts abspielt.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 20, wobei die Lichtquelle eine Laser/LED-Diode ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 21 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 20 oder 21, wobei das optische Signal ein erstes moduliertes Kommunikationssignal umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 22 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 22, wobei das erste modulierte Kommunikationssignal ein Audiosignal ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 23, wobei die PV-Zelle das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 24, wobei das Audiogerät weiter ausgestaltet ist, um ein zweites moduliertes Kommunikationssignal an einen Transmitter/ein Ladegerät durch das zumindest eine Glasfaserkabel zu übertragen.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 21-25 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach einem der Ansprüche 20-25, wobei das optische Signal Daten umfasst, um ein Softwareupdate des Audiogeräts zu ermöglichen.
  27. Verfahren nach Anspruch 25 oder Audioübertragungssystem und Ladesystem nach Anspruch 25, wobei der Transmitter/das Ladegerät weiter einen Mikroprozessor/eine Steuerung umfasst, welche ausgestaltet ist, die ersten und die zweiten modulierten Kommunikationssignale zu steuern.
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