相關(guān)的申請(qǐng)的交叉參考

按照35U.S.C.§119(e)的規(guī)定，本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日為2015年8月26日，臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?2/210303，發(fā)明名稱(chēng)為“作為環(huán)境光傳感器的擴(kuò)散光纖，光學(xué)信號(hào)發(fā)送器，鄰近傳感器”；申請(qǐng)日為2015年9月1日，申請(qǐng)?zhí)枮?2/212844，發(fā)明名稱(chēng)為“作為環(huán)境光傳感器的擴(kuò)散光纖，光學(xué)信號(hào)收發(fā)器，鄰近傳感器”；申請(qǐng)日為2015年9月4日，申請(qǐng)?zhí)枮?2/214362，發(fā)明名稱(chēng)為“激光充電和采用標(biāo)準(zhǔn)USB端子的光學(xué)雙向通信”；其請(qǐng)日為2015年9月10日，申請(qǐng)?zhí)枮?2/216861，發(fā)明名稱(chēng)為“作為環(huán)境光傳感器的擴(kuò)散光纖，光學(xué)信號(hào)收發(fā)器，鄰近傳感器”美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并且要求享受這些申請(qǐng)的權(quán)益，針對(duì)它們教導(dǎo)的所有內(nèi)容和針對(duì)所有的目的，這些申請(qǐng)的整體公開(kāi)內(nèi)容在這里供參考而引入。

本申請(qǐng)還與臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)枮?2/214362，申請(qǐng)日為2015年9月4日，發(fā)明名稱(chēng)為“激光充電和采用標(biāo)準(zhǔn)USB端子的光學(xué)雙向通信”；申請(qǐng)?zhí)枮?2/193037，申請(qǐng)日為2015年7月15日，發(fā)明名稱(chēng)為“遠(yuǎn)程裝置充電”；申請(qǐng)?zhí)枮?2/195726，申請(qǐng)日為2015年7月22日，發(fā)明名稱(chēng)為“遠(yuǎn)程裝置充電”；申請(qǐng)?zhí)枮?2/197321，申請(qǐng)日為2015年7月27日，發(fā)明名稱(chēng)為“裝置通信，充電和用戶(hù)交互”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)有關(guān)。

本申請(qǐng)也與申請(qǐng)?zhí)枮?4/937553，申請(qǐng)日為2015年11月10日，發(fā)明名稱(chēng)為“激光，光學(xué)充電和通信裝置以及使用的方法”；申請(qǐng)?zhí)枮?5/172411，申請(qǐng)日為2016年6月3日，發(fā)明名稱(chēng)為“擴(kuò)散光纖傳感器和通信裝置以及及其使用方法”；申請(qǐng)?zhí)枮?5/134084，申請(qǐng)日為2016年4月20日，發(fā)明名稱(chēng)為“光通信和充電裝置以及使用的方法”；申請(qǐng)?zhí)枮?5/134138，申請(qǐng)日為2016年4月20日，發(fā)明名稱(chēng)為“音頻發(fā)送和充電系統(tǒng)和使用的方法”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)有關(guān)。

針對(duì)它們所教導(dǎo)的全部?jī)?nèi)容和針對(duì)全部的目的，在整體上，上面所列的申請(qǐng)的整體的公開(kāi)內(nèi)容在這里供參考而引入。

本發(fā)明一般涉及光耦合，比如，將從發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光與由光纖接收的光進(jìn)行耦合的方法。

背景技術(shù)：

將LED或其它非相干光源發(fā)出的光耦合到光纖的現(xiàn)有系統(tǒng)具有低的耦合效率。對(duì)于這樣具有較大數(shù)值孔徑的光源，典型的耦合效率遠(yuǎn)低于5％。與此相比，激光或其它相干性較強(qiáng)的光源，耦合效率通常高于95％。但是，相對(duì)于激光來(lái)說(shuō)，有利的是采用LED作為光纖的光學(xué)光源，因?yàn)橥ǔ?lái)說(shuō)，LED在操作和維護(hù)方面上成本較低。但是，因?yàn)榍笆龅鸟詈闲?，將LED用于光纖(fiber optics)這一點(diǎn)已受到限制。于是，需要提供將從LED發(fā)出的光與由光纖接收的光進(jìn)行耦合的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明可解決這些需求。

通過(guò)提供附加的背景，上下文語(yǔ)境(context)，并且進(jìn)一步滿(mǎn)足35U.S.C.§112的撰寫(xiě)描述的要求，下面的參考文獻(xiàn)在整體上供參考而引入：專(zhuān)利權(quán)人為T(mén)essnow，公開(kāi)號(hào)為US2007/0031089的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)申請(qǐng)文本，以及專(zhuān)利權(quán)人為Yang，專(zhuān)利號(hào)為US7621677的美國(guó)專(zhuān)利文本。

通常，采用光纖使得光波沿著光纖或在光纖端部之間進(jìn)行導(dǎo)向和傳播。普通的實(shí)施方式涉及將光纖的一個(gè)或2個(gè)端部與光源，比如，LED或激光二極管進(jìn)行配合或耦合。傳統(tǒng)的光纖，也稱(chēng)為“普通(normal)”光纖，作為典型方式，使用包層包裹電介質(zhì)材料的柱狀芯層，將光源的光子保持在光纖的內(nèi)部。該光子保持在光纖內(nèi)部的原因在于該芯層的折射率大于包層。

相比之下，擴(kuò)散光纖允許一些光子通過(guò)包層中故意設(shè)置的缺陷，從光纖芯層中泄漏。于是，當(dāng)光纖的一個(gè)或2個(gè)端部與光源配合時(shí)，該光纖可用作細(xì)線(xiàn)光源。上述包層的缺陷可由幾種機(jī)制中的任意者形成，比如，由光纖表面上的表面缺陷或由光纖(比如，由康寧Fibrance產(chǎn)品所提供的那樣)的材料缺陷形成。通過(guò)增加隨機(jī)性和缺陷的量，照明圖案在各方向可變得均勻。

擴(kuò)散光纖的一個(gè)沒(méi)有受到注意的，但是重要的特征是外部光能夠進(jìn)入擴(kuò)散光纖(通過(guò)上述的缺陷)以及能夠脫離或離開(kāi)上述擴(kuò)散光纖的能力。通過(guò)光路可逆原理，可得出這樣的推論。如果特定的擴(kuò)散光纖產(chǎn)生各向均勻的照明，則該擴(kuò)散光纖還可通過(guò)光纖表面(比如，通過(guò)包層中的缺陷)從外界或外部環(huán)境，全方向地將能量或光子接收到擴(kuò)散光纖中。在認(rèn)識(shí)到該發(fā)現(xiàn)時(shí)，擴(kuò)散光纖(也稱(chēng)為“光波導(dǎo)”或“光纖波導(dǎo)”)可用作全向外界/外部光傳感器。在這樣的結(jié)構(gòu)中，光學(xué)探測(cè)器可放置于光纖端部，以便檢測(cè)來(lái)自周?chē)h(huán)境的光信號(hào)和/或能量。接收的光能量或信號(hào)可為任何的光波段，其包括可見(jiàn)的和紅外的波段；IR檢測(cè)特別適合于火焰的檢測(cè)。

提供一種光纖光檢測(cè)和通信的技術(shù)。特別是，公開(kāi)了設(shè)置擴(kuò)散光纖傳感器的系統(tǒng)和方法以及通信裝置和使用的方法。

通過(guò)提供附加的背景技術(shù)，上下文語(yǔ)境(contex)，進(jìn)一步滿(mǎn)足35U.S.C.§112的撰寫(xiě)描述的要求，下面的參考文獻(xiàn)在整體上供參考而引入：申請(qǐng)人為T(mén)essnow，公開(kāi)號(hào)為US2007/0031089的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)申請(qǐng)文本，申請(qǐng)人為Schumacher，公開(kāi)號(hào)為US2002/0186921的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)申請(qǐng)文本，以及專(zhuān)利權(quán)人為Naum，專(zhuān)利號(hào)為US6272269的美國(guó)專(zhuān)利文本，專(zhuān)利權(quán)人為Yang，專(zhuān)利號(hào)為US7621677的美國(guó)專(zhuān)利文本，以及在“International Lighting in Controlled Environments Workshop，”Tibbitts，Editor，NASA-CP-95-3309(1994)中發(fā)表的，作者Kozai所撰寫(xiě)的“Use of Diffusive Optical Fibers for Plant Lighting”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供將從一個(gè)或多個(gè)LED發(fā)出的光與由光纖所接收的光進(jìn)行耦合的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還公開(kāi)了一種用于提供擴(kuò)散光纖傳感器和通信裝置的系統(tǒng)和方法以及使用的方法。

在一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種LED光耦合裝置，該裝置包括至少一個(gè)LED，其被構(gòu)造為接收電源和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；光耦合器，該光耦合器與上述至少一個(gè)LED光通信，該光耦合器接收上述第一光并發(fā)出第二光；光纖，該光纖具有接收角度，該光纖與上述光耦合器光通信，其中，上述光耦合器將具有第一數(shù)值孔徑的第一光，改變?yōu)榫哂械诙?shù)值孔徑的第二光，其中第二數(shù)值孔徑小于第一數(shù)值孔徑。

在另一實(shí)施方式中，公開(kāi)一種LED光耦合的方法，該方法包括：提供LED光耦合裝置，該LED光耦合裝置具有i)至少一個(gè)LED，其被構(gòu)造為接收電源和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一數(shù)值孔徑的第一光；ii)光耦合器，該光耦合器與上述至少一個(gè)LED光通信，該光耦合器接收上述第一光并發(fā)出第二光；iii)光纖，該光纖具有接收角度，該光纖與上述光耦合器光通信；使上述LED光耦合裝置與電源連接；從上述電源向上述至少一個(gè)LED提供電力；啟動(dòng)上述至少一個(gè)LED；向上述光耦合器發(fā)出上述第一光；在上述光耦合器的內(nèi)部，將具有第一數(shù)值孔徑的第一光改變?yōu)榫哂械诙?shù)值孔徑的第二光，其中第二數(shù)值孔徑小于第一數(shù)值孔徑；將第二光提供給光纖。

在還一實(shí)施方式中，公開(kāi)一種LED光纖裝置，該裝置包括：至少一個(gè)LED，其被構(gòu)造為接收電源和控制信號(hào)，該至少一個(gè)LED發(fā)出具有第一發(fā)光錐的第一光；光耦合器，該光耦合器與上述至少一個(gè)LED光通信，該光耦合器接收上述第一光并發(fā)出第二光；光纖，該光纖具有接收角度，該光纖與上述LED光耦合器光通信，其中，上述光耦合器將具有第一發(fā)光錐的第一光改變?yōu)榫哂械诙l(fā)光錐的第二光，其中第二發(fā)光錐小于第一發(fā)光錐，第一光和第二光之間的耦合效率至少為95％。

在一些替換實(shí)施方式中，上述裝置和/或使用的方法還包括：電子驅(qū)動(dòng)器，其控制上述至少一個(gè)LED；其中，上述至少一個(gè)LED的控制包括功率調(diào)制；其中，上述至少一個(gè)LED為表面發(fā)射型LED；其中，上述至少一個(gè)LED為三個(gè)表面發(fā)射型LED；其中，上述第二光在上述光纖的接收角的范圍內(nèi)被光纖接收；其中，上述光耦合器包括光學(xué)積分球；其中，上述光耦合器包括球透鏡；上述光耦合器為光學(xué)球以及上述三個(gè)表面發(fā)射型LED相對(duì)于上述光學(xué)球的赤道圓周徑向設(shè)置在0度、90度和180度位置上；其中，第一光和第二光之間的耦合效率至少為95％。

在一個(gè)實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種光纖傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：光纖，該光纖具有第一端部，第二端部，以及外部表面，該外部表面在第一端部和第二端部之間形成有孔，該光纖以通過(guò)外部表面在沿外部表面的第一軸向距離處接收來(lái)自外部光源的外部光的方式構(gòu)成；第一探測(cè)器，該第一探測(cè)器設(shè)置于上述第一端部，用于測(cè)量第一外部光功率；第二探測(cè)器，該第二探測(cè)器設(shè)置于上述第二端部，用于測(cè)量第二外部光功率；處理器，該處理器被構(gòu)造為比較該第一和第二外部光功率測(cè)量值，并確定上述第一軸向距離。

在另一實(shí)施方式中，公開(kāi)了一種光源的光纖檢測(cè)方法，該方法包括：提供光纖傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有第一端部，第二端部，以及外部表面，該外部表面在該第一端部和第二端部之間形成有孔，該光纖以通過(guò)外部表面在沿外部表面的第一軸向距離處接收來(lái)自外部光源的外部光的方式構(gòu)成；第一探測(cè)器，該第一探測(cè)器設(shè)置于上述第一端部；第二探測(cè)器，該第二探測(cè)器設(shè)置于上述第二端部；以及處理器；通過(guò)外部表面，在沿外部表面的第一軸向距離處接收外部光；通過(guò)第一探測(cè)器，測(cè)量第一外部光功率；通過(guò)第二探測(cè)器，測(cè)量第二外部光功率；通過(guò)上述處理器，比較該第一和第二外部光功率測(cè)量值；上述處理器，通過(guò)上述外部光功率測(cè)量值的比較而確定上述第一軸向距離。

在一些替換實(shí)施方式中，上述裝置和使用的方法還包括：上述光纖為擴(kuò)散光纖；上述光纖形成圓形軸向橫截面；其中，上述第一端部為上述光纖的第一終端，上述第二端部為上述光纖的第二終端；其中，上述光纖為圓形軸向橫截面的均質(zhì)光纖；第二光纖，該第二光纖被構(gòu)造為通過(guò)第二外部表面在沿第二外部表面的第二軸向距離處接收外部光；成對(duì)的探測(cè)器，設(shè)置于第二光纖的相對(duì)終端，該成對(duì)的探測(cè)器中的每一個(gè)按照測(cè)量外部光功率的方式構(gòu)成；上述處理器還按照比較該成對(duì)的探測(cè)器的外部光功率測(cè)量值以便確定上述第二軸向距離的方式構(gòu)成；其中，上述第一光纖和第二光纖中的每個(gè)形成為縱向直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，并且相互正交地設(shè)置，其中，上述外部光源的兩維位置可通過(guò)上述處理器而確定；第三光纖，該第三光纖被構(gòu)造為通過(guò)第三外部表面在沿第三外部表面的第三軸向距離處接收外部光；成對(duì)的探測(cè)器，設(shè)置于第三光纖的相對(duì)終端，該成對(duì)的探測(cè)器中的每個(gè)按照測(cè)量外部光功率的方式構(gòu)成；上述處理器還按照比較該成對(duì)的探測(cè)器的外部光功率測(cè)量值，以便確定上述第三軸向距離的方式構(gòu)成；其中，上述第三光纖形成為縱向直線(xiàn)型結(jié)構(gòu)，并且與上述第一光纖和第二光纖中的每個(gè)相互正交地設(shè)置，其中，上述外部光源的三維位置可通過(guò)上述處理器而確定；成對(duì)的收發(fā)器，其設(shè)置于上述光纖的每個(gè)終端，該對(duì)收發(fā)器按照從上述外部光源接收光信號(hào)以及將光信號(hào)發(fā)送給上述外部光源的方式構(gòu)成。

附圖說(shuō)明

為了更加全面地理解本發(fā)明和其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖的下面的描述，在該附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同部件：

圖1為光耦合系統(tǒng)的實(shí)施方式的方框圖；

圖2表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的一個(gè)實(shí)施方式；

圖3a表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的另一實(shí)施方式；

圖3b表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的還一實(shí)施方式；

圖3c表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的又一實(shí)施方式；

圖4a表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的再一實(shí)施方式；

圖4b表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的另一實(shí)施方式；

圖4c表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的還一實(shí)施方式；

圖4d表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的又一實(shí)施方式；

圖4e表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的再一實(shí)施方式；

圖4f表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的另一實(shí)施方式；

圖4g表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的還一實(shí)施方式；

圖5表示圖1的光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的又一實(shí)施方式；

圖6表示光耦合系統(tǒng)的LED/耦合器/光纖部件的又一實(shí)施方式；

圖7表示圖1的光耦合系統(tǒng)的使用的方法的流程圖；

圖8A表示已有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)光纖；

圖8B表示已有技術(shù)的擴(kuò)散(diffusive)光纖；

圖9表示光纖傳感器系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式；

圖10表示圖9的光纖傳感器系統(tǒng)的更加細(xì)節(jié)的部分；

圖11表示上述光纖傳感器系統(tǒng)的另一實(shí)施方式；

圖12為圖9的光纖傳感器系統(tǒng)的使用的方法的流程圖。

應(yīng)理解到，附圖不必符合比例。在某些場(chǎng)合，可省略對(duì)于理解本發(fā)明來(lái)說(shuō)不是必要的，或給出難以意識(shí)到的其它的細(xì)節(jié)。應(yīng)理解到，顯然，本發(fā)明不必限于在這里說(shuō)明的特定的實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

在下面的具體的描述中，提出許多具體的細(xì)節(jié)，以便提供所公開(kāi)的技術(shù)的全面的理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解到，在沒(méi)有這些具體的細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)施本實(shí)施方式。在其它的場(chǎng)合，沒(méi)有具體地描述熟知的方法，步驟，部件和電路，以避免使得本發(fā)明難以理解。

雖然在此方面，沒(méi)有限制實(shí)施方式，但是，采用術(shù)語(yǔ)，比如，“處理”，“計(jì)算機(jī)計(jì)算”，“計(jì)算”，“確定”，“建立”，“分析”，“檢查”，或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)的討論可指計(jì)算機(jī)，計(jì)算平臺(tái)，計(jì)算系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，子系統(tǒng)，或其它的電子計(jì)算裝置的(多個(gè))操作和/或(多個(gè))處理，該(多個(gè))操作和/或(多個(gè))處理對(duì)作為位于計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)器的內(nèi)部的物理(比如，電子)量而表示的數(shù)據(jù)處理操作和/或轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳛槲挥谟?jì)算機(jī)寄存和/或存儲(chǔ)器，或可存儲(chǔ)執(zhí)行操作和/或處理的指令的其它的信息存儲(chǔ)介質(zhì)的內(nèi)部的物理量而類(lèi)似表示的其它數(shù)據(jù)。

雖然在此方面，沒(méi)有限制實(shí)施方式，但是，在這里所采用的術(shù)語(yǔ)“復(fù)數(shù)”和“多個(gè)”可包括比如，“多個(gè)”或“兩個(gè)或更多個(gè)”。術(shù)語(yǔ)“復(fù)數(shù)”和“多個(gè)”可在本說(shuō)明書(shū)的通篇中使用，以便描述2個(gè)或更多個(gè)部件，裝置，元件，單元，參數(shù)，電路，或類(lèi)似物。

術(shù)語(yǔ)“LED”指發(fā)光二極管，其指將電流轉(zhuǎn)變?yōu)楣獾陌雽?dǎo)體，其包括所有可獲得的LED的類(lèi)型，比如，表面發(fā)射型LED和邊緣發(fā)射型LED。

術(shù)語(yǔ)“光耦合”指對(duì)光纖，提供或供給光，或?qū)⒐馓峁┗蚬┙o到光纖中。

術(shù)語(yǔ)“波導(dǎo)”指對(duì)光波進(jìn)行導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)。

術(shù)語(yǔ)“耦合效率”指在2個(gè)光學(xué)部件之間的功率傳遞的效率。

術(shù)語(yǔ)“非相干光”指下述的光，該光的光子之間具有隨機(jī)變化的頻率和相位，從而導(dǎo)致光的分散?！跋喔晒狻敝妇哂邢嗤l率和全部處于相同頻率的光子束，其產(chǎn)生光流或光束。

術(shù)語(yǔ)“數(shù)值孔徑”指無(wú)量綱的數(shù)，其特征在于上述系統(tǒng)可接收或發(fā)出光的角度的范圍。

術(shù)語(yǔ)“發(fā)光錐”或“發(fā)射錐”或“接收錐”指確定的幾何錐，在其范圍內(nèi)，接收光，在其外側(cè)，不接收光。

術(shù)語(yǔ)“接收角度”指確定的幾何角度，在該角度范圍內(nèi)，接收光，在該角度的外側(cè)，不接收光。

術(shù)語(yǔ)“光纖”或“光學(xué)纖維”指柔性的，透明的光纖，其通過(guò)對(duì)玻璃/石英或塑料進(jìn)行拉制而制成。

在理解下面的實(shí)施方式的描述之前，最好給出在本文件中通篇采用的某些詞和術(shù)語(yǔ)的定義：術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以及它們的派生詞指沒(méi)有限定的包括；術(shù)語(yǔ)“或者”是包括在內(nèi)的含義，其指和/或的含義；術(shù)語(yǔ)“與......有關(guān)”和“與此有關(guān)”以及它們的派生詞可指包括，包括在內(nèi)，與......相互連接，通過(guò)......相互連接，包含，包含在內(nèi)，與或通過(guò)......連接，與或通過(guò)......結(jié)合，與......連通，與......配合，交錯(cuò)，并列，緊接于，與或通過(guò)......系結(jié)，具有，具有......的特性，或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)；術(shù)語(yǔ)“控制器”指控制至少一個(gè)操作的它們的任何裝置，系統(tǒng)中的部分，比如，裝置可通過(guò)硬件，電路，固件，或軟件或上述中的至少2者的一些組合而實(shí)施。應(yīng)注意到，可對(duì)與任何特殊的控制器有關(guān)的功能進(jìn)行集中化或分布化處理，無(wú)論是當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程。在本文件的通篇的范圍內(nèi)，提供某些詞和術(shù)語(yǔ)的定義，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解到，在許多場(chǎng)合，如果不是多數(shù)場(chǎng)合的話(huà)，這樣的定義應(yīng)用于這樣定義的詞和術(shù)語(yǔ)的過(guò)去的，以及未來(lái)的使用。

為了進(jìn)行說(shuō)明，給出許多的具體細(xì)節(jié)，以便對(duì)本技術(shù)的全面理解。但是，應(yīng)理解到，本發(fā)明可按照超出在這里給出的特定的具體細(xì)節(jié)的多種方式而實(shí)現(xiàn)。另外，雖然在這里說(shuō)明的列舉性的實(shí)施方式給出了所搭配的系統(tǒng)的各種部件，但是應(yīng)理解到，該系統(tǒng)的各種部件可定位于分布式網(wǎng)絡(luò)，比如，通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)，和/或互聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)距離的部分處；或定位于指定的受到保護(hù)的，不保護(hù)的，和/或加密的系統(tǒng)的內(nèi)部；和/或定位于位于上述網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)側(cè)或外側(cè)的網(wǎng)絡(luò)操作或管理裝置的內(nèi)部。作為例子，可采用無(wú)線(xiàn)裝置，以便適用于下述的任何的裝置，系統(tǒng)或模塊，該任何的裝置，系統(tǒng)或模塊管理和/或構(gòu)成在這里描述的上述網(wǎng)絡(luò)或通信環(huán)境和/或(多個(gè))收發(fā)器和/或站和/或(多個(gè))訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)中的任何一個(gè)或多個(gè)方面，或與該任何一個(gè)或多個(gè)方面通信連接(communicate with)。

于是，應(yīng)理解到，上述系統(tǒng)的部件可組合成一個(gè)或多個(gè)裝置，或在裝置之間分裂開(kāi)。

另外，應(yīng)知道，各種鏈接包括連接部件的(多個(gè))通信通道，其可為有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的鏈接，或任何它們的組合，或能夠?qū)?shù)據(jù)提供給和/或通過(guò)通信而發(fā)送給已連接的部件和從已連接的部件而提供和/或通過(guò)通信而發(fā)送數(shù)據(jù)的任何其它的已知的，或之后研發(fā)的(多個(gè))部件。在這里所采用的術(shù)語(yǔ)“模塊”可指能夠?qū)崿F(xiàn)與上述部件有關(guān)的功能的，任何已知的或之后研發(fā)的硬件，電路，電路系統(tǒng)，軟件，固件，或它們的組合。如在這里所采用的那樣的術(shù)語(yǔ)確定，計(jì)算，計(jì)算機(jī)計(jì)算和它們的變化形式可相互交換地使用，其包括方法，處理，技術(shù)，數(shù)學(xué)運(yùn)算或協(xié)議。

關(guān)注圖1～6，描述光耦合系統(tǒng)100的實(shí)施方式。

一般來(lái)說(shuō)，該裝置100包括電子器件200，LED模塊300，耦合器400和光纖500。電子器件200包括電子器件第一端部210和電子器件第二端部220。電子器件200可包括LED驅(qū)動(dòng)電路。電子器件200從電源600接收電源電力682。LED模塊300包括LED模塊第一端部310，LED模塊第二端部320，LED模塊300通過(guò)電子器件/LED輸入/輸出284與電子器件200聯(lián)通。LED模塊300可包括LED一331，LED二332，LED三333。LED模塊300將LED模塊輸出330(也稱(chēng)為“第一光”)輸出給耦合器400。耦合器400包括耦合器第一端部410和耦合器第二端部420，該耦合器400將耦合器輸出486(也稱(chēng)為“第二光”)輸出給光纖(也稱(chēng)為“光學(xué)纖維”)500。光纖500包括光纖第一端部510和光纖第二端部520。廣義地說(shuō)，LED模塊300將大的發(fā)射錐的非相干光(比如，“第一光”)發(fā)射到耦合器400中，在這里該耦合器400將所接收的光改變?yōu)橛晒饫w500接收的較窄的或較小的發(fā)射錐(比如，“第二光”)。上述耦合器400將第一光的較大的發(fā)光錐改變?yōu)檩^窄的或較小的發(fā)光錐，后者在光纖500的接收角范圍內(nèi)。在沒(méi)有耦合器400對(duì)第一光進(jìn)行處理的情況下，第一光的大部分不落入光纖500的接收角的范圍內(nèi)(產(chǎn)生非常低的耦合率，比如小于5％)。相比之下，通過(guò)上述耦合器400，獲得高的耦合效率(比如，高于95％)。

圖2～5提供圖1的光耦合系統(tǒng)100的各種實(shí)施方式。實(shí)施方式中的多數(shù)通過(guò)采用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件對(duì)一個(gè)或多個(gè)LED而進(jìn)行光耦合，以便將更加聚焦的光提供給光纖。

在圖2的實(shí)施方式中，兩個(gè)球透鏡的組用作耦合器。更具體地說(shuō)，LED模塊300從LED模塊第二端部320發(fā)出LED模塊輸出光330，從而被球透鏡一441所接收，該球透鏡進(jìn)而將光輸出給球透鏡二442。球透鏡二442向光纖500發(fā)出作為耦合器輸出486的光。

一般來(lái)說(shuō)，在激光與光纖的耦合中，兩個(gè)尺寸相同的球透鏡在激光源和光纖之間對(duì)稱(chēng)地放置。因?yàn)楣庠磁c光纖芯層的尺寸比和非相干性，在采用LED光源時(shí)該結(jié)構(gòu)工作性能不好。在圖2中，來(lái)自L(fǎng)ED光源的光直接地與位于經(jīng)拋光的金屬腔內(nèi)的較小球透鏡耦合。高反射率的金屬腔表面用作第一級(jí)光束匯聚器，以便將來(lái)自L(fǎng)ED光源的光線(xiàn)朝向小球透鏡反射。由于其大的曲率，該小球透鏡具有大的光線(xiàn)彎曲力。該小球透鏡采用該高彎曲力，從而大致地將光線(xiàn)朝向光纖芯層聚焦。另一大球透鏡具有小彎曲力，其將光線(xiàn)精細(xì)地朝向上述光纖芯層聚焦。上述兩個(gè)球透鏡之間的尺寸比與LED尺寸和光纖芯層直徑比具有直接相關(guān)性。兩個(gè)球透鏡的光學(xué)材料不限于相同的材料。

在圖3a的實(shí)施方式中，LED模塊300包括微型LED351。更具體地說(shuō)，微型LED351從LED模塊第二端部320發(fā)出LED模塊輸出光330，從而在光纖第一端部510處被光纖500直接接收。沒(méi)有耦合器400的這樣的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為對(duì)接(butt)耦合結(jié)構(gòu)。

應(yīng)注意到，可通過(guò)將LED尺寸從毫米等級(jí)降低到與多模光纖芯層直徑相同等級(jí)的微米等級(jí)的方式，顯著地改善LED與光纖的耦合效率。微米尺寸的LED可與多模光纖直接耦合(對(duì)接耦合)或通過(guò)采用位于LED的頂部上的微型透鏡而耦合。微米尺寸的LED可為單個(gè)LED或任何結(jié)構(gòu)的LED陣列。從理論上說(shuō)，微米尺寸的LED與多模光纖的潛在的耦合效率可達(dá)到30％+。

在一些實(shí)施方式中，微米尺寸的LED的陣列可通過(guò)R，G和B顏色的微米尺寸的LED以任何的混合比例而構(gòu)成。R，G和B顏色光一起地耦合到多模光纖中。顏色混合可在光纖芯層區(qū)域內(nèi)進(jìn)行?；旌系腞GB微米尺寸的LED耦合和顏色混合機(jī)制能夠產(chǎn)生任何單一顏色(RGB混合的)光輸出。

在圖3b的實(shí)施方式中，給出光耦合器100的剖視圖。在本實(shí)施方式中，LED模塊300發(fā)出光，該光在環(huán)繞項(xiàng)圈或柱狀耦合器400的內(nèi)部中被反射，其中更加聚焦的光在光纖第一端部510處進(jìn)入光纖500中。

在圖3c的實(shí)施方式中，3個(gè)LED組成一組，即，LED一331，LED二332，LED三333對(duì)接(butt)耦合(即，緊靠或在光纖第一端部510處而鄰近光纖500的入口處放置)，其中該3個(gè)LED發(fā)出的光進(jìn)入光纖500中并且通過(guò)光學(xué)管嘴430而聚焦或改變或重新導(dǎo)向。在離開(kāi)光學(xué)管嘴(其可包括金屬的內(nèi)部或內(nèi)表面)時(shí)，所接收的光具有較小的或較窄的發(fā)光錐，從而以較大或增加的耦合效率被光纖接收。光學(xué)管嘴430外表面可包括光學(xué)擴(kuò)散材料。光纖500的內(nèi)部可包括涂層540，比如透明包覆材料，以便于在光纖500內(nèi)部中的光的全內(nèi)反射。光學(xué)管嘴430可包括波導(dǎo)和光學(xué)透明材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED一331，LED二332，LED三333選自紅，綠，藍(lán)的主色，即提供3個(gè)LED，各自分別發(fā)出紅光，黃光，藍(lán)光。

傳統(tǒng)上，LED具有非常低的耦合效率，這是因?yàn)閷?lái)自光源的光與光纖耦合的傳統(tǒng)方式基于維持光源的圖像空間信息的幾何成像映射(mapping)關(guān)系。這樣的方法受到光學(xué)不變性或拉格朗日不變性原理的限制，在該原理中，光束孔徑角(beam angle)和光腰(beam waste)的乘積是不變量。上述光學(xué)不變性表明LED光源尺寸，接收角度(光源和光纖這兩者上的)以及光纖直徑之間的關(guān)系。為了解決該困境，必須破壞光源圖像的空間信息，以便改善耦合效率：使來(lái)自L(fǎng)ED光源的光穿過(guò)某些無(wú)損失的擴(kuò)散性的光學(xué)元件這一點(diǎn)會(huì)成為破壞LED光源空間圖案的方式，而同時(shí)保持照明強(qiáng)度(能量)和光學(xué)波長(zhǎng)(光譜顏色)。一個(gè)這樣的無(wú)損失的擴(kuò)散性的光學(xué)部件為積分球。

積分球?yàn)?幾乎)無(wú)損失的擴(kuò)散光學(xué)元件。積分球在光學(xué)上是中空的(透明的)球，其內(nèi)壁涂有高擴(kuò)散性的白色涂料。該擴(kuò)散性涂料還具有非常高的反射率(＞95％～99％)。(來(lái)自L(fǎng)ED光源的)進(jìn)入該積分球的光發(fā)生散射，在白色擴(kuò)散性的球壁內(nèi)部回彈，直至其到達(dá)(嵌入有光纖的)出口端。該過(guò)程是(幾乎)無(wú)損失的，并且維持光譜顏色。在光學(xué)透明球腔內(nèi)，上述照明強(qiáng)度均勻地在每個(gè)方向分布。耦合到該出口端中的光僅僅與下述比例有關(guān)，該比例為球的尺寸與出口端的表面尺寸的比。積分球的擴(kuò)散性和維持光譜顏色的性質(zhì)使其成為理想的光學(xué)混色腔。

在圖4a的實(shí)施方式中，積分球450為耦合器。更具體地說(shuō)，LED模塊300從LED模塊的第二端部320發(fā)出LED模塊輸出光330，從而由積分球450接收。積分球450將作為耦合器輸出的光486在光纖第一端部處510發(fā)射給光纖500。

在一個(gè)實(shí)施方式中，上述積分球可通過(guò)將兩個(gè)金屬件組合而制成，每個(gè)金屬件構(gòu)成半個(gè)球腔。一個(gè)半球具有大孔，以便接納LED的有源區(qū)域，另一者具有小孔(出口端)，以便接納光纖。上述球內(nèi)表面涂有高反射性的、擴(kuò)散性的白色涂料。來(lái)自L(fǎng)ED的光進(jìn)入該積分球被擴(kuò)散和混合，然后從出口端射出，從而直接耦合到光纖中。

在一個(gè)實(shí)施方式中，光學(xué)錐狀體代替位于上述出口端處的上述光纖。該光學(xué)錐狀體在出口端部具有大的表面區(qū)域。該光學(xué)錐狀體的小端部具有與光纖芯層表面相同的尺寸。該光學(xué)錐狀體用于增加出口端尺寸，以便改善耦合效率。

在圖4b的實(shí)施方式中，積分球450為耦合器。更具體地說(shuō)，LED模塊300包括LED一331，LED二332，LED三333，每個(gè)LED分別發(fā)出LED一輸出341，LED二輸出342，LED三輸出343，該LED模塊300提供的光被積分球450接收。該3個(gè)LED一般被構(gòu)造為將光的發(fā)射指向到積分球450上的共同位置處。積分球450將作為耦合器輸出486的光發(fā)射到在光纖第一端部510處的光纖500。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED一331，LED二332，LED三333選自紅，綠，藍(lán)的主色，即提供3個(gè)LED，各自分別發(fā)出紅，黃，藍(lán)光。

在圖4c的實(shí)施方式中，積分球450為耦合器。更具體地說(shuō)，LED模塊300包括LED一331，LED二332和LED三333，每個(gè)LED分別發(fā)出LED一輸出341，LED二輸出342和LED三輸出343，LED模塊300提供的光被積分球450接收。但是，相對(duì)于圖4b，三個(gè)LED中的每一個(gè)按照圍繞積分球450的赤道軸線(xiàn)徑向分開(kāi)90度間隔而定位(比如，按照0度，90度，與180度徑向)。光纖500定位在剩余的270度徑向位置。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED一331，LED二332，LED三333選自紅，綠，藍(lán)的主色，即提供3個(gè)LED，各自分別發(fā)出紅，黃，藍(lán)光。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在如圖4c所示的那樣安裝時(shí)，一組3個(gè)LED用于使散熱效率達(dá)到最大。

在一個(gè)實(shí)施方式中，積分球用作混合腔，以便去除任何的不想要的激光閃耀效果。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在與在上面描述的紅/綠/藍(lán)LED(或有色的LED的任何組)集成時(shí)，上述積分球用作光學(xué)混色腔，以便在出口端處形成任何顏色的光并進(jìn)入光纖中。進(jìn)入光纖的可變顏色輸出可通過(guò)改變顏色LED的各自的電輸入強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)。

在圖4d的實(shí)施方式中，積分半球470為耦合器，其設(shè)置于PCB230上。更具體地說(shuō)，設(shè)置于上述積分半球470的底平面(即，平的表面)上的LED模塊300發(fā)出LED模塊輸出光330，從而由積分半球470所接收并輸出給光纖500。半球的平的表面上的曝露的區(qū)域涂有白色的、高反射性的擴(kuò)散涂料。該結(jié)構(gòu)可降低積分球尺寸，增加所設(shè)置(hosted)的LED有源區(qū)域表面或增加位于平面上的LED的數(shù)量。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于散熱和LED的PCB布置。

在圖4e的實(shí)施方式中，積分球450為耦合器，三個(gè)LED安裝于位于積分球450的內(nèi)部的LED支架336上。該3個(gè)LED為L(zhǎng)ED一331，LED二332以及LED三333。從積分球450發(fā)出的光在通過(guò)球透鏡一441后被提供給光纖500。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED一331，LED二332，LED三333選自紅，綠，藍(lán)的主色，即提供3個(gè)LED，各自分別發(fā)出紅，黃，藍(lán)光。

在一個(gè)實(shí)施方式中，LED支架336為透明的PCB板結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，LED/多個(gè)LED通過(guò)支承桿而設(shè)置于積分球的中心。該支承桿用于為上述LED配備電線(xiàn)以及進(jìn)行散熱，LED/多個(gè)LED可豎直地安裝，以便使LED的有源面積達(dá)到最大化。

在一些實(shí)施方式中，球透鏡一441與光纖第一端部510配合，如圖4e所示的那樣。換種說(shuō)法，小的球透鏡設(shè)置于出口端。上述光纖端部設(shè)置于該球透鏡的焦點(diǎn)處。該小的球透鏡用于增加出口端表面尺寸并且將光聚焦在光纖端部。這會(huì)增加出口端的光纖的耦合效率。

在一些實(shí)施方式中，通過(guò)光纖第一端部510接收的光基本上位于光纖接收錐的內(nèi)部。在一些實(shí)施方式中，通過(guò)光纖第一端部510接收的光全部位于光纖接收錐的內(nèi)部。在一些實(shí)施方式中，由上述耦合器400能夠?qū)崿F(xiàn)的上述LED模塊300中的一個(gè)或多個(gè)LED和上述光纖第一端部510之間的耦合效率優(yōu)選大于90％。在更優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述耦合效率大于95％。在最優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述耦合效率大于97％。

在圖4f的實(shí)施方式中，耦合器400包括擴(kuò)散元件480和聚焦透鏡490。由LED模塊300發(fā)出的光由擴(kuò)散元件480接收，其一般使由LED模塊300發(fā)出的寬光錐準(zhǔn)直化。聚焦透鏡490從擴(kuò)散元件480接收光并且使所接收的光聚焦或變窄，以便將較窄的或較緊湊的光錐提供給光纖第一端部510。

在圖4g的實(shí)施方式中，成對(duì)的LED，即，LED一331和LED二332發(fā)光，以便從反射透鏡492處反射，從而由聚焦透鏡490接收。聚焦透鏡490進(jìn)而將光在光纖第一端部510處發(fā)送給光纖500。

在圖5的實(shí)施方式中，一組3個(gè)球透鏡按照從3個(gè)LED而接收3個(gè)發(fā)射光的方式構(gòu)成，該3個(gè)發(fā)射光為一組。更具體地說(shuō)，3個(gè)LED中的每個(gè)，即，LED一331，LED二332，LED三333將相應(yīng)的LED一輸出341，相應(yīng)的LED二輸出342，相應(yīng)的LED三輸出343發(fā)射到相應(yīng)的球透鏡一461，球透鏡二462，球透鏡三463，其中3個(gè)發(fā)射光在光纖第一端部510處進(jìn)入光纖500之前聚焦成一個(gè)合并的耦合器輸出光486。在一個(gè)實(shí)施方式中，LED一331，LED二332，LED三333選自紅，綠，藍(lán)的主色，即提供3個(gè)LED，各自分別發(fā)出紅，黃，藍(lán)光。

圖6提供一種擴(kuò)散光纖500的設(shè)計(jì)，其可以例如用于照明和顯示目的。在上面公開(kāi)的任何耦合設(shè)計(jì)可用在光纖500的成對(duì)的端部。在圖6中，通過(guò)兩個(gè)相應(yīng)的LED模塊300中的每一個(gè)產(chǎn)生光，兩個(gè)成對(duì)的積分球450中的每一個(gè)將該光引導(dǎo)到光纖500的相對(duì)端部。這樣的結(jié)構(gòu)使耦合到光纖芯層區(qū)域中的光的總量增加或者提供顏色混合。在一個(gè)實(shí)施方式中，高反射的反射鏡或其它的光學(xué)元件(比如，球透鏡)設(shè)置于該光纖的一個(gè)或多個(gè)端部。過(guò)量的照明光可被反射回來(lái)用于沿著光纖芯層進(jìn)行二次擴(kuò)散輻射。

電源600可以是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉的任何電源，比如，標(biāo)準(zhǔn)壁裝電源插座，個(gè)人計(jì)算機(jī)，或手提電腦，并且可為無(wú)線(xiàn)連接。對(duì)于其它的事項(xiàng)，電子器件200從所采用的電源接收電力，以便對(duì)LED模塊300的一個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行供電，并對(duì)其進(jìn)行控制。

在一個(gè)實(shí)施方式中，上述裝置100包括其本身的電源，諸如鋰電池的電池，以便對(duì)一個(gè)或多個(gè)LED進(jìn)行供電，并且提供在上面公開(kāi)的任何組的功能。

在一個(gè)實(shí)施方式中，可將經(jīng)拋光的(內(nèi)表面)金屬管/錐嵌入光纖或錐形件中。該錐狀的內(nèi)表面將光從微米尺寸的LED或LED陣列導(dǎo)向到光纖。該方法可增加多個(gè)微米尺寸的LED的容量。

參照?qǐng)D1～6，圖7表示說(shuō)明光耦合系統(tǒng)100的列舉性使用方法的流程圖。一般來(lái)說(shuō)，該方法700開(kāi)始于步驟704，結(jié)束于步驟728。

在上述方法700中的步驟708，上述裝置100與電源600接合并且接收電源中的電力682。該電力在電子器件第一端部210處由電子器件200所接收。在步驟712，啟動(dòng)LED模塊300中的一個(gè)或多個(gè)LED，該模塊可包括電源開(kāi)/關(guān)，頻率調(diào)制和功率調(diào)制。在步驟716，該一個(gè)或多個(gè)LED將光發(fā)送給耦合器400。LED發(fā)出的光一般具有大或?qū)挼陌l(fā)光錐和/或大的數(shù)值孔徑。

在步驟720，除了其他光學(xué)處理外，LED發(fā)送的光由耦合器400接收并經(jīng)過(guò)處理，該光被聚焦成具有較窄的或較緊湊的發(fā)光錐或較小的數(shù)值孔徑，然后發(fā)送該經(jīng)處理的光。在步驟724，從該耦合器400發(fā)出的經(jīng)處理的光由光纖500接收并通過(guò)該光纖而發(fā)送。然后，該方法在步驟728結(jié)束。

在具體的描述中，給出大量的具體細(xì)節(jié)，以便對(duì)公開(kāi)的技術(shù)進(jìn)行全面的理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解到，本技術(shù)可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其它的場(chǎng)合，沒(méi)有具體地描述熟知的方法，步驟，部件和電路，以避免使本發(fā)明難以理解。

圖8～12公開(kāi)了一種近程(proximity)傳感器，其用于檢測(cè)一個(gè)維度，兩個(gè)維度或三個(gè)維度中的光源位置，該傳感器包括一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)散的光纖，以及位于(多個(gè))光纖的每個(gè)端部處的成對(duì)的經(jīng)校準(zhǔn)的光電探測(cè)器，該光纖具有均質(zhì)的擴(kuò)散介質(zhì)。光從光源而開(kāi)始傳播，通過(guò)光纖表面而進(jìn)入特定的擴(kuò)散光纖。然后通過(guò)在上述光纖介質(zhì)的內(nèi)部的光擴(kuò)散過(guò)程，光最終到達(dá)每個(gè)光纖端部。從上述光源到兩個(gè)光纖端部的投射距離與在兩個(gè)探測(cè)器處接收的光功率成比例，即距第一光纖端部的距離與第一光纖處的光功率的乘積等于距第二光纖端部的距離與第二光纖處的光功率的乘積。已知光纖端部的位置，可計(jì)算光源的投射位置。上述方法可應(yīng)用于兩維或三維，其中多個(gè)光纖處于正交的取向。對(duì)于多個(gè)光纖和設(shè)計(jì)為非均質(zhì)的擴(kuò)散光纖，可將多個(gè)光源位置與它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)一起地檢測(cè)。可采用本發(fā)明的應(yīng)用包括，比如，要求光學(xué)傳感器為分布式陣列的應(yīng)用，其按照傳統(tǒng)方式采用大量的光電二極管或CCD器件。

圖8A～圖8B分別表示已有技術(shù)中的普通光纖和擴(kuò)散光纖。在圖8A中，所有光線(xiàn)通過(guò)相對(duì)于包層的連續(xù)性全內(nèi)反射而包含在光纖的芯層的內(nèi)部。在圖8B中，一些光線(xiàn)通過(guò)包層的缺陷或間隙而從光纖的芯層射出。從原理上說(shuō)，本發(fā)明涉及與圖8B的方向相反的方向行進(jìn)或傳播的光，即，光通過(guò)包層中的缺陷或間隙而進(jìn)入光纖。

關(guān)注圖9～12，對(duì)光纖傳感器系統(tǒng)100和使用方法的實(shí)施方式進(jìn)行描述。

一般來(lái)說(shuō)，光纖傳感器系統(tǒng)100包括光源200，擴(kuò)散光纖300，設(shè)置于光纖300的每個(gè)端部處的成對(duì)的光電探測(cè)器400，信號(hào)處理器/控制器500。光源200發(fā)出光源光210(L)，該光通過(guò)光纖外表面304中的間隙或缺陷而入射到擴(kuò)散光纖300或由擴(kuò)散光纖300所接收。(在圖9中，光源光210在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)FE處被接收)。不是所有的從外界或外部光源發(fā)出的光都進(jìn)入光纖300。一般來(lái)說(shuō)，從光源發(fā)出的大部分光以相對(duì)于光纖的垂直(normal)入射角而進(jìn)入擴(kuò)散光纖300，也就是以相對(duì)于光纖縱向軸線(xiàn)的直角(如圖所示，比如，在圖10中，光源光210在FEX處進(jìn)入光纖的角度)。

擴(kuò)散光纖300可從一個(gè)以上的光源，比如光源200以及第二光源220而接收光或光信號(hào)/能量，第二光源220發(fā)出第二光源的光230。擴(kuò)散光纖300從外部(或外界)光源，比如，光源200和/或第二光源220，通過(guò)表面缺陷(為光源光纖進(jìn)入點(diǎn)FE的術(shù)語(yǔ))接收光，其中光從該位置進(jìn)入并行進(jìn)到光纖300的每個(gè)端部。擴(kuò)散光纖300包括光纖外表面304，光纖第一端部310和光纖第二端部320。一對(duì)光電探測(cè)器400設(shè)置于光纖第一端部310和光纖第二端部320中的每一處；該對(duì)光電探測(cè)器400中的每一個(gè)測(cè)量或檢測(cè)光纖的相應(yīng)第一和第二端部的DX1和DX2的光功率水平。

關(guān)注圖10，描述了如何確定光源200的光源X距離LSXD(和/或FEX的軸線(xiàn)位置)。光源200發(fā)出光源光210，該光中的至少一部分入射到光纖300并且在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)X軸FEX處進(jìn)入光纖。這樣在FEX處進(jìn)入的光在每個(gè)(相對(duì)的)方向上沿光纖300而行進(jìn)或傳播，最終到達(dá)光纖第一端部310和光纖第二端部320中的每一處。光源光210從FEX到相應(yīng)的光纖第一端部310和光纖第二端部320而行進(jìn)的距離分別為光距離X₁，即LX₁，和光距離X₂，即LX₂。從光源200到光纖300的距離為光源X距離LSXD。為了估計(jì)LSXD(或FEX)，在第一和第二端部310，320中的每一處接收的功率(power)的測(cè)量值是通過(guò)光電探測(cè)器400而獲得的。設(shè)置于光纖第一端部310和光纖第二端部320處的光電探測(cè)器400中的每一個(gè)分別測(cè)量經(jīng)檢測(cè)的光功率DX₁和經(jīng)檢測(cè)的光功率DX₂。光的物理性表明：(LX₁)×(DX₁)與(LX₂)×(LX₂)成比例。光纖300的幾何形狀表明x軸光纖的總長(zhǎng)度FX＝(LX₁)+(LX₂)。于是，這兩個(gè)公式可解出LX₁和LX₂中的每一個(gè)，以及因此解出FEX的位置?？刹捎肈X₁和DX₂(單獨(dú)，之和，或比值)中的一個(gè)或多個(gè)值來(lái)計(jì)算LSXD。比如，LSXD可與在第一和第二光纖端部每個(gè)處接收的總功率(power)相關(guān)。這樣的相關(guān)性可通過(guò)已知的光源和給定FEX的已知距離LSXD的校準(zhǔn)而確定。上述計(jì)算通過(guò)信號(hào)處理器/控制器500而進(jìn)行。

如圖3所描述的那樣，將光源200定位于一個(gè)(X)方向的原理可通過(guò)添加相對(duì)第一光纖而正交地定位或設(shè)置的兩個(gè)光纖而擴(kuò)展到3個(gè)維度。這就是說(shuō)，構(gòu)成笛卡爾參考系統(tǒng)X-Y-Z的一組3個(gè)光纖可按照于3個(gè)維度而確定光源的位置的方式構(gòu)成。

更具體地說(shuō)，聚焦于圖11，3個(gè)光纖，F(xiàn)X，F(xiàn)Y和FZ相互正交地設(shè)置，每個(gè)光纖具有相應(yīng)的光源軸線(xiàn)進(jìn)入點(diǎn)FEX，F(xiàn)EY和FEZ。光進(jìn)入每個(gè)相應(yīng)的軸線(xiàn)進(jìn)入點(diǎn)并且在軸線(xiàn)上傳播到光纖的每個(gè)端部，其中光入射到光電探測(cè)器上，此外該光電探測(cè)器測(cè)量光功率。更具體地說(shuō)，光源200沿幾個(gè)方向中的任何方向而發(fā)出光，其可作為矢量而在3個(gè)正交方向，即，在數(shù)學(xué)上由x軸分量LSX，y軸分量LSY以及z軸分量LSZ構(gòu)成。該3個(gè)軸分量LSX，LSY，LSZ中的每個(gè)在相應(yīng)的位置FEX，F(xiàn)EY，F(xiàn)EZ處進(jìn)入相應(yīng)的光纖FX，F(xiàn)Y，與FZ，然后分叉或分束，以便傳播到每個(gè)相應(yīng)的光纖端部。也就是說(shuō)，光源的x軸分量LSX在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)x軸的FEX處進(jìn)入x軸光纖FX，并傳播到每個(gè)端部，最終入射到定位于每個(gè)端部處的光電探測(cè)器，在此處，分別測(cè)量探測(cè)到的光功率DX1和DX2的光功率值。類(lèi)似地，光源的y軸分量LSY在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)y軸的FEY處進(jìn)入y軸線(xiàn)光纖FY，并傳播到每個(gè)端部，最終入射到定位于每個(gè)端部處的光電探測(cè)器，在此處，分別測(cè)量探測(cè)到的光功率DY1和DY2的光功率值。另外，光源的z軸分量LSZ在光源光纖進(jìn)入點(diǎn)z軸的FEZ處進(jìn)入z軸光纖FZ，并傳播到每個(gè)端部，最終入射到定位于每個(gè)端部處的光電探測(cè)器，在此處，分別測(cè)量探測(cè)到的光功率DZ1和DZ2的光功率值。

對(duì)于給定的光纖FX，F(xiàn)Y和FZ，每對(duì)光功率測(cè)量值用于確定FEX，F(xiàn)EY和FEZ的相應(yīng)位置，如針對(duì)圖9和圖10的一個(gè)軸線(xiàn)光纖實(shí)施方式而在上面所描述的那樣。類(lèi)似地，如針對(duì)圖9和圖10的單個(gè)光纖結(jié)構(gòu)而在上面描述的那樣，可在給定光電探測(cè)器測(cè)量值的情況下，建立相關(guān)性，以便確定光源的x距離LSXD(光源200到x軸光纖FX的垂直或正交距離)，光源的y距離LSYD(光源200到y(tǒng)軸光纖FY的垂直或正交距離)，光源的z距離LSZD(光源200到z軸光纖FZ的垂直或正交距離)。上述的計(jì)算可通過(guò)信號(hào)處理器/控制器500來(lái)完成。

圖11表示圖9和圖10的光纖傳感器系統(tǒng)例舉性的使用方法。一般來(lái)說(shuō)，該方法500開(kāi)始于步驟504，結(jié)束于步驟532。

在步驟508，將光纖定位于將被探測(cè)的目標(biāo)外部光源的視線(xiàn)范圍內(nèi)。該光纖可安裝在外部結(jié)構(gòu)上或通過(guò)該外部結(jié)構(gòu)而安裝。在步驟512，對(duì)光纖進(jìn)行校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)包括幾何校準(zhǔn)(比如，光纖的總長(zhǎng)度的測(cè)量)，對(duì)設(shè)置在光纖的每個(gè)端部處的成對(duì)的光電探測(cè)器中的每一個(gè)進(jìn)行校準(zhǔn)，以及針對(duì)已知位置和/或已知光源功率(例如到光纖的軸向距離)和已知光源類(lèi)型(比如，可見(jiàn)波段光源，IR光源，等等)，校準(zhǔn)光電探測(cè)器的測(cè)量光功率。

在步驟516，通過(guò)擴(kuò)散光纖以第一軸向距離而接收光。該接收的光通過(guò)光纖的光學(xué)包層并且傳播到光纖的每個(gè)端部。在步驟520，設(shè)置于光纖的每個(gè)端部處的成對(duì)的光電探測(cè)器中的每一個(gè)測(cè)量所探測(cè)到的光功率。在步驟524，將該對(duì)光電探測(cè)器的測(cè)量值連同校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(比如，光纖的總長(zhǎng)度)一起而進(jìn)行比較。在步驟528，步驟524的比較數(shù)據(jù)用于確定外部光源的第一軸向距離。上述方法500在步驟532結(jié)束。

在一些實(shí)施方式中，光收發(fā)器(transceiver)代替位于光纖端部的光學(xué)檢測(cè)器。在一些實(shí)施方式中，擴(kuò)散光纖作為全向自由空間光收發(fā)器(transceiver)模塊而構(gòu)成，以便在視線(xiàn)范圍內(nèi)在光纖端部和任何其它的光學(xué)信號(hào)模塊之間發(fā)送/接收光學(xué)信號(hào)；這樣的實(shí)施方式可應(yīng)用于比如Li-Fi，光學(xué)遠(yuǎn)程控制裝置等等。

在一些實(shí)施方式中，上述接收的或檢測(cè)的外部或外界光包括一個(gè)以上的波長(zhǎng)，比如，可見(jiàn)光波段和IR波段。在一些實(shí)施方式中，上述擴(kuò)散光纖具有確定的，或限定的擴(kuò)散軸向部分，其保持為常規(guī)的或標(biāo)準(zhǔn)的(非擴(kuò)散的)光纖。在一些實(shí)施方式中，采用一個(gè)或多個(gè)外部傳感器，以便協(xié)助或幫助外部光的檢測(cè)和/定位計(jì)算。比如，溫度傳感器或濕度傳感器可有助于接收的光的處理，以便比如，通過(guò)上述系統(tǒng)100的信號(hào)處理器/控制器500改善信噪比閾值和/或改善信號(hào)處理。在一些實(shí)施方式中，上述系統(tǒng)100被構(gòu)造為確定光源的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，比如，速度和加速度。

在一個(gè)實(shí)施方式中，上述系統(tǒng)100包括其自己的電源，諸如鋰電池的電池，以便對(duì)光電探測(cè)器400和/或信號(hào)處理器/控制器500進(jìn)行供電。

雖然實(shí)施方式不限于此方面，但是采用術(shù)語(yǔ)，比如，“處理”，“計(jì)算機(jī)計(jì)算”，“計(jì)算”，“確定”，“建立”，“分析”，“檢查”，或類(lèi)術(shù)語(yǔ)的討論可指計(jì)算機(jī)的(多個(gè))操作和/或(多個(gè))處理，計(jì)算平臺(tái)，計(jì)算系統(tǒng)，通信系統(tǒng)或子系統(tǒng)，或其它的電子計(jì)算裝置，其將計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)器內(nèi)部的作為物理(比如，電子的)量而表示的數(shù)據(jù)操作和/或轉(zhuǎn)換成其它的數(shù)據(jù)，該其它的數(shù)據(jù)以類(lèi)似的方式作為物理量而在計(jì)算機(jī)的寄存器和/或存儲(chǔ)器內(nèi)部，或可存儲(chǔ)執(zhí)行操作和/或處理的其它的信息存儲(chǔ)介質(zhì)的內(nèi)部進(jìn)行表示。

雖然實(shí)施方式不限于此方面，但是象在這里所采用的那樣的術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”和“復(fù)數(shù)”可包括比如，“若干”或“兩個(gè)或更多個(gè)”。術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”和“復(fù)數(shù)”可在本說(shuō)明書(shū)的通篇中使用，以便描述兩個(gè)或更多個(gè)部件，裝置，元件，單元，參數(shù)，電路，或類(lèi)似物。比如，“多個(gè)站”可包括兩個(gè)或更多個(gè)站。

給出在通篇文件中使用的某些詞和術(shù)語(yǔ)的定義這一點(diǎn)是有益的，這些詞和術(shù)語(yǔ)的定義為：術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”，以及它們的派生詞指沒(méi)有限定的包括；術(shù)語(yǔ)“或者”是包括在內(nèi)的含義，和/或；術(shù)語(yǔ)“與......有關(guān)”和“與此有關(guān)”以及它們的派生詞可指包括，包括在內(nèi)，與......相互連接，通過(guò)......相互連接，包含，包含在內(nèi)，與或通過(guò)......連接，與或通過(guò)......結(jié)合，與......連通，與......配合，交錯(cuò)，并列，緊接于，與或通過(guò)......系結(jié)，具有，具有......的特性，或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)；術(shù)語(yǔ)“控制器”指任何裝置，系統(tǒng)，或控制至少一部分的它們的部分，比如，裝置可通過(guò)硬件，電路，固件，或軟件或上述中的至少2者的一些組合而實(shí)施。應(yīng)注意到，可對(duì)與任何特殊的控制器有關(guān)的功能進(jìn)行集中化或分布化處理，無(wú)論是當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程。

貫穿本文件而提供某些詞和用語(yǔ)的定義，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解到，在許多場(chǎng)合，如果不是多數(shù)場(chǎng)合，這樣的定義應(yīng)用于這樣定義的詞和用語(yǔ)的過(guò)去，以及將來(lái)的使用。為了說(shuō)明的目的，提供許多細(xì)節(jié)，以便對(duì)本發(fā)明的全面的理解。但是，應(yīng)知道，本發(fā)明可以超出在這里給出的特定的細(xì)節(jié)之外的多種方式而實(shí)施。

另外，應(yīng)理解到，各種鏈接(針對(duì)它，在圖中沒(méi)有示出連接部件的場(chǎng)合)包括連接部件的通信通道(多個(gè))，其可為有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)的鏈接，或任何它們的組合，或能夠?qū)?shù)據(jù)提供給和/或通過(guò)通信而發(fā)送給已連接的部件和從已連接的部件而提供和/或通過(guò)通信而發(fā)送數(shù)據(jù)的任何其它的已知的，或之后研發(fā)的部件(多個(gè))。在這里所采用的術(shù)語(yǔ)“模塊”可指能夠?qū)崿F(xiàn)與上述部件有關(guān)的功能的，任何已知的或之后研發(fā)的硬件，電路，電路系統(tǒng)，軟件，固件，或它們的組合。如在這里所采用的那樣的術(shù)語(yǔ)“確定”，計(jì)算，計(jì)算機(jī)計(jì)算和它們的變化形式可相互交換地使用，其包括方法，過(guò)程，技術(shù)，精確操作或協(xié)議。

另外，在這里描述的列舉性的實(shí)施方式中的一些面對(duì)實(shí)現(xiàn)某些功能的發(fā)送器的發(fā)送器部分，或現(xiàn)某些功能的發(fā)送器的接收器部分，但是本發(fā)明打算包括分別在上述相同發(fā)送器和/或另一接收器中或反之中的相應(yīng)的和互補(bǔ)的發(fā)送器側(cè)或接收器側(cè)的功能。

雖然已相對(duì)于事件的特別程序，對(duì)上述的流程圖進(jìn)行了描述，但是應(yīng)理解到，該程序的變化可不確實(shí)地實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施方式(多個(gè))的操作的情況下發(fā)生。另外，事件的確實(shí)的程序不需要象在上述例舉性的實(shí)施方式中提出的那樣發(fā)生。還有，在這里描述的上述例舉性的技術(shù)不限于上述特別說(shuō)明的實(shí)施方式，還可用于其它的例舉性的實(shí)施方式，每個(gè)描述的特征可單獨(dú)地和分別地要求權(quán)利要求的保護(hù)。

還有，上述系統(tǒng)，方法和協(xié)議(protocol)可實(shí)施，以便改善特殊目的的計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)編程的微型計(jì)算機(jī)或微型控制器和(多個(gè))周邊集成電路元件，ASIC或其它的集成電路，數(shù)字信號(hào)處理器，硬布線(xiàn)電子或邏輯電路，比如，擴(kuò)散的元件電路，經(jīng)過(guò)編程的邏輯裝置，比如，PLD，PLA，F(xiàn)PGA，PAL，調(diào)制解調(diào)器，發(fā)送器/接收器，任何比較器，或類(lèi)似物中的一個(gè)或多個(gè)。一般，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)設(shè)備的任何裝置可從在這里描述的本發(fā)明的各種通信方法，協(xié)議(protocol)，技術(shù)而獲益，其中，該狀態(tài)設(shè)備進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)在這里描述的方法。

在這里描述的上述處理器的例子可包括不限于此的，下述類(lèi)型的處理器中的至少一者，該下述處理器為：高通驍龍800和801；高通驍龍610和615，其帶有4G LTE集成和64比特計(jì)算；蘋(píng)果A7處理器，其具有64比特結(jié)構(gòu)；蘋(píng)果M7運(yùn)動(dòng)協(xié)處理器；三星Exynos系列；英特爾酷睿處理器系列，英特爾至強(qiáng)處理器系列；英特爾凌動(dòng)處理器系列；英特爾安騰處理器系列英特爾酷睿i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell；英特爾酷睿i5-3570K 22nm Ivybridge；AMD的FX處理器系列；AMD的FX-4300，F(xiàn)X-6300，和FX-8350 32nm Vishera，AMD的Kaveri處理器；德州儀器Jacinto C6000TM車(chē)用影音娛樂(lè)系統(tǒng)處理器；德州儀器OMAP汽車(chē)級(jí)移動(dòng)處理器；ARMCortex-M處理器，ARM的Cortex-A和ARM926EJ-S處理器，博通的AirForce BCM4704/BCM4703無(wú)線(xiàn)路由處理器；AR7100無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)處理單元，其它的產(chǎn)業(yè)等同的處理器，上述處理器的例子可采用任何已知的，或未來(lái)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，指令組，庫(kù)，和/或結(jié)構(gòu)而執(zhí)行計(jì)算功能。

此外，上述公開(kāi)的方法可通過(guò)軟件而容易實(shí)施，該軟件采用對(duì)象，對(duì)象取向的軟件發(fā)展環(huán)境，該環(huán)境提供可用于多種計(jì)算機(jī)或工作站平臺(tái)的可移動(dòng)源代碼。作為替換方式，上述公開(kāi)的系統(tǒng)可局部或全部地通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路或VLSI設(shè)計(jì)而硬件而實(shí)施。軟件或固件是否用于實(shí)施該實(shí)施方式的系統(tǒng)取決于該系統(tǒng)的速度和/或效率要求，特殊功能，正在使用的特殊軟件或硬件系統(tǒng)或微處理器或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在這里說(shuō)明該通信系統(tǒng)，方法和協(xié)議(protocol)可容易通過(guò)硬件和/或軟件而由本應(yīng)用的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，根據(jù)在這里提供的功能描述，借助計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的普通基本知識(shí)來(lái)實(shí)施，該硬件和/或軟件采用任何已知的，或之后研發(fā)的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)，裝置和/或軟件。

另外，上述公開(kāi)的方法可容易通過(guò)軟件和/或固件而容易實(shí)施，其可存儲(chǔ)于存儲(chǔ)介質(zhì)中，以便改善與控制器和存儲(chǔ)器配合的經(jīng)過(guò)編程的普通目的的計(jì)算機(jī)，特殊目的的計(jì)算機(jī)，微處理器，或類(lèi)似裝置的性能。在這些場(chǎng)合，上述系統(tǒng)和方法可作為裝載于個(gè)人計(jì)算機(jī)中的程序，作為位于服務(wù)器或計(jì)算機(jī)工作站中的資源，作為裝載于指定的通信系統(tǒng)或系統(tǒng)部件，或類(lèi)似物而實(shí)施，該裝載于個(gè)人計(jì)算機(jī)中的程序?yàn)楸热?，Java程序，JAVA.RTM.或CGI腳本(script)。該系統(tǒng)還可通過(guò)以物理方式將該系統(tǒng)和/方式組合到軟件和/或固件系統(tǒng)中，比如，通信收發(fā)器的硬件和軟件系統(tǒng)的方式設(shè)施。

可通過(guò)軟件和/或固件完全地或部分地還實(shí)施各種實(shí)施方式或作為替換方式實(shí)施各種實(shí)施方式。該軟件和/或固件可采取指令的形式，該指令包含于非臨時(shí)的計(jì)算機(jī)可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中。然后，這些指令可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)處理器而讀取和執(zhí)行，以便能夠?qū)崿F(xiàn)在這里描述的操作的性能。該指令可以為任何的適合的形式，比如但是不限于此的源代碼，編譯代碼，解釋代碼，可執(zhí)行代碼，靜態(tài)代碼，動(dòng)態(tài)代碼和類(lèi)似代碼。這樣的計(jì)算機(jī)可讀取的介質(zhì)可包括任何確實(shí)的非臨時(shí)的介質(zhì)，比如不限于此的只讀存儲(chǔ)器(ROM)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)；磁盤(pán)存儲(chǔ)介質(zhì)；光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)；閃存，等等，該任何確實(shí)的非臨時(shí)的介質(zhì)用于以可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)而讀取的形式存儲(chǔ)信息。

于是，顯然，至少提供了光耦合用的系統(tǒng)和方法。雖然結(jié)合多個(gè)實(shí)施方式，對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是，顯然的是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，許多替換方案，改進(jìn)方案與多個(gè)變換方案是顯然而見(jiàn)的。因此，本發(fā)明打算包括位于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有這樣的替換方案，改進(jìn)方案以及多個(gè)變換方案。