激光和光充电和通信设备及其使用方法与流程

按照35U.S.C§119(e)，本申请要求U.S.临时申请No.62/214,362的优先权，其申请日为2015年9月4日，名称为“Laser Charging and Optical Bi-Directional Communications Using Standard USB Terminals(使用标准USB终端的激光充电和光双向通信)”，为了教导和所有目的，通过引用将其全部公开整体地合并于此。

本申请还涉及U.S.临时申请系列：No.62/210,303，申请日为2015年8月26日，名称为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors，Optical Signal Transceiver，Proximity Sensor(扩散光纤作为环境光传感器、光信号收发器和接近传感器)”；No.62/212,844，申请日为2015年9月1日，名称为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors，Optical Signal Transceiver，Proximity Sensor(扩散光纤作为环境光传感器、光信号收发器和接近传感器)”；No.62/216,861，申请日为2015年9月10日，名称为“Diffusive Optical Fiber as Ambient Light Sensors，Optical Signal Transceiver，Proximity Sensor(扩散光纤作为环境光传感器、光信号收发器和接近传感器)”；No.62/193,037，申请日为2015年7月15日，名称为“Remote Device Charging(远程设备充电)”；No.62/195,726，申请日为2015年7月22日，名称为“Remote Device Charging(远程设备充电)”；以及No.62/197,321，申请日为2015年7月27日，名称为“Device Communication，Charging and User Interaction(设备通信、充电和用户交互)”。为了教导和所有目的，这里通过引用整体地合并以上列出的申请的全部公开内容。

技术领域

本公开一般地涉及电子设备的充电和光通信，诸如通过激光或光的方式提供充电和提供光通信的系统和方法。

背景技术：

现有的为电子设备充电的设备和方法通常是笨重的、速度或带宽相对慢的、并且不兼容标准协议或硬件接口。因此，存在对与现有USB、micro USB和mini USB标准和硬件接口兼容的、相对高速度、高带宽的设备和使用方法的需求。本公开解决了这些需求。

通过提供额外的背景技术、上下文，并为了进一步满足35U.S.C§112的说明书撰写要求，通过引用将以下参考文献整体合并于此：Tseng的U.S.专利公开No.2013/0314028和Tsang的No.2014/0132201。

技术实现要素：

本公开提供了一种为电子设备提供充电和光通信的系统和使用方法。具体地，呈现了通过激光或光的方式提供充电和提供光通信的系统和方法。更具体地，在一个实施例中，所述系统和方法包括标准USB接口、USB协议和USB连接器。

在一个实施例中，公开了一种充电和通信设备，所述设备包括：配置为从外部源接收电力的发送器，所述发送器包括电力模块、充电激光器和扩散片；以及配置为与所述发送器互连的接收器，所述接收器包括PV电池；其中所述电力模块控制所述激光器；其中所述充电激光器发出由所述扩散片扩散并由所述PV电池接收的激光；其中所述接收器输出设备电力输出。

在另一个实施例中，公开了一种充电方法，所述方法包括：提供充电设备，所述设备包括：i)配置为从外部源接收电力的发送器，所述发送器包括电力模块、激光器、扩散片和光子检测器，以及ii)配置为与所述发送器互连的接收器，所述接收器包括PV电池和激光/LED二极管，其中所述光子检测器配置为从所述激光/LED二极管接收信号；将所述充电设备与外部电源适配；从所述外部电源向所述充电设备提供电力；一旦收到激光/LED二极管信号则激活所述激光器，其中所述激光器发出由所述扩散片扩散并由所述PV电池接收的激光；并且从所述接收器输出设备电力输出。

在又一个实施例中，公开了一种充电和通信系统，所述系统包括：配置为从外部源接收电力的发送器，所述发送器包括电力模块、充电激光器和扩散片；以及配置为与所述发送器互连的接收器，所述接收器包括PV电池；其中所述电力模块控制所述激光器；其中所述充电激光器发出由所述扩散片扩散并由所述PV电池接收的激光；其中所述接收器输出设备电力输出；其中所述接收器进一步包括激光/LED二极管并且所述发送器进一步包括配置为从所述激光/LED二极管接收信号的光子检测器，其中所述接收器仅当所述光子检测器接收到激光/LED二极管的信号时输出设备电力。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优点，现将参考以下结合附图的描述，其中相似的参考标记表示相似的部分：

图1提供了充电和光通信系统的一个实施例的表示；

图2a提供了图1的充电和光通信系统的实施例的框图；

图2b提供了充电和光通信系统的另一个实施例的框图；以及

图3提供了图1的充电和光通信系统的使用方法的流程图。

应当理解的是附图无需按比例绘制。在某些情况下，省略了对于理解发明不必要的细节或者使得其他细节难以理解的细节。当然，应当理解，本发明无需限制于这里示出的特定实施例。

为了协助理解本发明，下面提供了在附图中能够找到的组件和关联标号的列表：

标号组件

100 设备

200 发送器

210 发送器第一端

212 发送器USB接口

220 发送器第二端

230 激光器

240 电力管理模块

250 调制器

260 扩散片

270 光子检测器

282 电力一

284 光通信一

300 接收器

310 接收器第一端

312 接收器第一PV电池

320 接收器第二端

370 激光/LED二极管

372 激光/LED二极管信号

382 电力二

384 光通信二

400 外部设备

482 外部设备电力

484 外部设备/设备电力通信

500 适配器

510 适配器第一端

512 适配器PV电池

520 适配器第二端

522 适配器USB接口

582 电力三

584 光通信三

具体实施方式

在下面的详细描述中，阐述了多个特定细节以便提供对所公开的技术的深入理解。然而，本领域技术人员应当理解的是本实施例可以在没有这些特定细节的情况下实现。在其他例子中，未详细描述公知的方法、过程、组件和电路以免使本公开不清晰。

尽管实施例不限于此，利用诸如例如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的讨论，可以指计算机、计算平台、计算系统、通信系统或子系统、或其他电子计算设备的操作和/或处理，其将计算机寄存器和/或存储器内以物理(例如电子)量表示的数据处理和/或转换成计算机寄存器和/或存储器或者可能存储用来执行操作和/或处理的指令的其他信息存储介质内类似地以物理量表示的其他数据。

尽管实施例不限于此，这里使用的术语“多个”和“许多”可以包括，例如，“多个”或者“两个或更多”。术语“多个”和“许多”可以用在整个说明书中以描述两个或多个组件、设备、元件、单元、参数、电路等。

术语“PV”指的是光伏并且一般指将光或太阳能转换成电的方式或方法。

术语“PV阵列”指的是PV电池或者模块的组件。

术语“USB”指的是通用串行总线并且涉及诸如线缆和连接器的硬件、以及总线中用于连接、通信和/或功率传输的通信协议。

术语“USB协议”指的是USB通信协议。

术语“USB连接器”或者“USB硬件连接器”指的是物理USB连接器。

术语“无线USB”指的是使用USB协议的无线通信。

在开始对以下实施例描述之前，最好阐述本文件中使用的一些词语和短语的定义：术语“包括”和“包含”及其派生词指的是无限制的包含；术语“或者”是包含性的，指的是和/或；短语“关联”和“与其关联”及其派生词可以指包含、包含在内、互连、与之互连、包括、包括在内、连接到或与之连接、耦合到或与之耦合、可与之通信、与之协作、交错、并列、与之接近、束缚于或束缚到、具有等；以及术语“控制器”指的是控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，诸如可以在硬件、电路、固件或软件、或者上述至少两个的组合中实现的设备。应当注意的是与任何特定控制器关联的功能可以是集中或分散的，无论是本地的或者远程的。本文件中提供了一些词语和短语的定义，本领域技术人员应当理解在许多非最常的情况下，这些定义应用于先前和之后对这些所定义的词语和短语的使用中。

为了说明的目的，这里阐述了许多细节以便提供对本技术的深入理解。然而应注意的是本公开可以以超出这里阐述的特定细节以各种方式实现。此外，尽管这里示出的示例实施例示出了系统的各种组件在一起，应当理解的是系统的各种组件可以位于分布式网络的分散部分，诸如通信网络、节点、和/或因特网，或者在专用的安全、不安全和/或加密系统内和/或在位于该网络内部或外部的网络操作或管理设备内。作为一个示例，无线设备也可以用于指对这里描述的网络或通信环境和/或收发器和/或基站和/或接入点的任何一个或多个方面进行管理和/或配置或与之通信的任何设备、系统或模块。

因此，应当理解的是系统的组件可以组合到一个或多个设备，或在设备之间分开。

此外，应当理解的是包括连接元件的通信信道的各种链路，可以是有线链路或者无线链路、或其任何组合、或者任何其他已知或之后研发的能够向/从连接的元件提供和/或通信数据的元件。这里使用的术语模块可以指任何已知或者之后研发的能够执行与该元件关联的功能的硬件、电路、电子线路、软件、固件或其组合。这里使用的术语确定、运算和计算及其变型可以交替使用，并且包括任何类型的方法、处理、技术、数学操作或协议。

关于图1-3，描绘了充电和光通信设备100的实施例。

一般地，设备100包括发送器200和接收器300。发送器200包括发送器第一端210和发送器第二端220、激光器230、电力管理240、调制器250、扩散片(diffuser film)260和光子检测器270。发送器第一端210包括发送器USB接口212。发送器200接收外部设备电力482并且可以通过外部设备/设备电力通信484与一个或多个外部设备通信。发送器200向接收器300提供光通信一284，并从接收器300接收激光/LED二极管信号373。

接收器300包括接收器第一端310和接收器第二端320、接收器第一PV电池312和发出激光/LED二极管信号372的激光/LED二极管370。接收器300发出电力二382和光通信二384。接收器第一PV电池312和激光/LED二极管370位于接收器第一端310处。接收器300从发送器200接收光通信一284并从发送器200接收电力一282。接收器激光/LED二极管370发出指向发送器光子检测器270的激光/LED二极管信号372。

设备100可进一步包括适配器500。适配器500包括适配器第一端510和适配器第二端520。一般地，适配器500在适配器第一端510处与接收器300适配，并且进一步包括适配器USB接口522。适配器500，在内部地从接收器300部分接收电力二382和光通信二384，并且经由USB接口522将电力二382和光通信二384中的一个或两个转换成USB协议以便经由USB硬件接口提供电力二382和光通信二384中一个或多个。

发送器200从一个或多个外部源接收电力，即外部设备电力482，外部源例如是标准壁式插座、个人计算机或者膝上计算机，并且可以是无线连接。在发送器USB接口210处接收外部设备电力482。发送器USB接口210是USB硬件接口并且使用USB协议进行操作。发送器电力管理模块240接收来自发送器USB接口210的电力并将电力传送到激光器230和调制器250。进一步地，发送器电力管理模块240经由一个或多个驱动电路和/或控制器来控制激光器230。激光器230将从电力管理模块240接收的电能转换成光能。激光器230向扩散片260发出光，扩散片260朝向接收器200扩散或者传播接收到的光，以使得接收器第一PV电池312能够接收。在一个实施例中，包含一个或多个波导以接收和发送激光。

由电力管理模块240供电的调制器250，调制双向光通信功能，接收来自诸如膝上计算机的外部源的输入，并输出到激光器230，以使能经由激光器230输出的光通信。调制器250可以以本领域技术人员已知的任何方式调制激光，包括幅度调制、相位调制和/或极化调制。在一个实施例中，其中设备100未配置为执行光通信，调制器模块250不是设备100的组件。

光子检测器270位于发送器第二端220并且被安置以接收从接收器激光/LED二极管370发送的激光/LED二极管信号372。光子检测器270与电力管理模块240通信并向电力管理模块240提供信号以指示接收到或未接收到激光/LED二极管信号372。在一个实施例中，电力管理模块240仅在电力管理模块240接收到来自光子检测器270的信号，即激光/LED二极管信号372已经确定被接收到时操作激光器230(也就是说，向激光器230发送信号以激活和发出激光)。

接收器第一PV电池312通过扩散片260接收来自激光器230的激光。在一个实施例中，接收器第一PV电池312位于接收器第一端310，其中接收器第一端310配置为公端以适配发送器第二端220的母端。接收器激光/LED二极管370发出指向发送器光子检测器270的激光/LED二极管信号372。激光/LED二极管信号的功能是建立发送器200和接收器300之间的通信，并且作为前述讨论的安全设备(也就是说，用来激活或者不激活激光器230)。在一个实施例中，接收器激光/LED二极管370置于接收器第一PV电池312的邻近或者旁边或其侧面。在一个实施例中，接收器激光/LED二极管370在接收器第一端310处平行置于接收器300的外侧表面。

接收器第一PV电池312将接收的激光转换成电力作为电力二382输出。接收器300输出的电力在接收器第二端320处提供并且可包括本领域技术人员已知的任何格式，包括60赫兹的120伏特和50赫兹的230伏特。在一个实施例中，接收器300输出的电力是USB协议的。

在一个实施例中，发送器USB接口212和适配器USB接口522中的一个或二者包括本领域技术人员已知的任何USB硬件接口，包括micro-USB、mini-USB和标准USB硬件接口。

在一个实施例中，设备100具有与本领域技术人员已知的USB设备近似的物理尺寸，例如USB存储器设备。

在一个实施例中，设备100的元件之间的一个或多个互连包括无线USB。

在另一个实施例中，设备100单独执行光(即基于激光的)充电，其中将第一外部设备(例如膝上计算机、个人计算机、智能电话)提供的电力提供给第二外部设备(例如膝上计算机、个人计算机、智能电话)。

在一个实施例中，设备100单独执行第一外部设备(例如膝上计算机、个人计算机、智能电话)和第二外部设备(例如膝上计算机、个人计算机、智能电话)之间的光(即基于激光的)通信。

在一个实施例中，设备100包括其自身的电源，例如诸如锂电池的电池，以向激光器供电并提供以上公开的任何集合的功能，例如充电和光通信。

在一个实施例中，设备100可以以三个可选模式中的任何一个操作：仅充电、仅光通信、和同时充电和光通信。

参考图1和2，图3提供了示出充电和光通信系统100的示例使用方法的流程图。一般地，方法600从步骤604开始并在步骤632结束。

在方法600的步骤608，设备100通过接收器第一端210适配到外部设备400。设备100接收外部设备电力482，并且在一些实施例中，可经由外部设备/设备电力通信484与外部设备通信。外部设备/设备电力通信484可包括开/关接收或不接收信号和电力调制信号，在一些实施例中后者由电力管理模块240控制。

在步骤612，查询设备100是否从接收器接收到二极管信号。更具体地，与电力管理模块240通信的发送器200的光子检测器270向电力管理模块240提供信号以指示从接收器300接收到或未接收到激光/LED二极管信号372。如果查询的结果为是或者肯定的，已经接收到这种信号，方法600前进到步骤616。如果查询的结果为否或者否定的，未接收到该信号，方法600前进到步骤628。

在步骤616，激光器230被电力管理模块240激活。方法600然后前进到步骤620。

在步骤620，激光器230发送电力和/或提供基于光的双向通信，如用户所选择的或者如设备100所配置的。方法600然后前进到步骤624。

在步骤624，查询设备100是否继续从接收器接收到二极管信号。更具体地，与电力管理模块240通信的发送器200的光子检测器270向电力管理模块240提供信号以指示从接收器300接收到或者未接收到激光/LED二极管信号372。如果查询的结果为是或者肯定的，继续接收这种信号，方法600前进到步骤620。如果查询的结果为否或者否定的，已经停止接收该信号，方法600前进到步骤628。

在方法600的步骤628，激光器230被电力管理模块240去激活。方法600然后前进到步骤632，在此方法600结束。

在详细描述中，阐述了多个特定细节以便提供对所公开的技术的深入理解。然而，本领域技术人员应当理解的是本实施例可以在没有这些特定细节的情况下实现。在其他例子中，未详细描述公知的方法、过程、组件和电路以免使本公开不清晰。

尽管实施例不限于此，利用诸如例如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“建立”、“分析”、“检查”等术语的讨论，可以指计算机、计算平台、计算系统、通信系统或子系统、或其他电子计算设备的操作和/或处理，其将计算机寄存器和/或存储器内以物理(例如电子)量表示的数据处理和/或转换成计算机寄存器和/或存储器或者可能存储用来执行操作和/或处理的指令的其他信息存储介质内类似地以物理量表示的其他数据。

尽管实施例不限于此，这里使用的术语“多个”和“许多”可以包括，例如，“多个”或者“两个或更多”。术语“多个”和“许多”可以用在整个说明书中以描述两个或多个组件、设备、元件、单元、参数、电路等。例如，“多个站”可以包括两个或多个站。

最好阐述本文件中使用的一些词语和短语的定义：术语“包括”和“包含”及其派生词指的是无限制的包含；术语“或者”是包含性的，指的是和/或；短语“关联”和“与其关联”及其派生词可以指包含、包含在内、互连、与之互连、包括、包括在内、连接到或与之连接、耦合到或与之耦合、可与之通信、与之协作、交错、并列、与之接近、束缚于或束缚到、具有等；以及术语“控制器”指的是控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，诸如可以在硬件、电路、固件或软件、或者上述至少两个的组合中实现的设备。应当注意的是与任何特定控制器关联的功能可以是集中或分散的，无论是本地的或者远程的。本文件中提供了一些词语和短语的定义，本领域技术人员应当理解在许多非最常的情况下，这些定义应用于先前和之后对这些所定义的词语和短语的使用中。

将描述关于通信系统以及用于诸如在无线网络中、或者一般地在使用任何通信协议操作的任何通信网络中执行通信的协议、技术、方式和方法的示例实施例。其示例是家庭或者接入网络、无线家庭网络、无线协作网络等。然而应当理解的是通常，这里公开的系统、方法和技术在其他类型的通信环境、网络和/或协议中同样可以良好地工作。

为了说明的目的，这里阐述了许多细节以便提供对本技术的深入理解。然而应注意的是本公开可以以超出这里阐述的特定细节以各种方式实现。

此外，应当理解的是包括连接元件的通信信道的各种链路(可能没有示出连接了元件)，可以是有线链路或者无线链路、或其任何组合、或者任何其他已知或之后研发的能够向/从连接的元件提供和/或通信数据的元件。这里使用的术语模块可以指任何已知或者之后研发的能够执行与该元件关联的功能的硬件、电路、电子线路、软件、固件或其组合。这里使用的术语确定、运算和计算及其变型可以交替使用，并且包括任何类型的方法、处理、技术、数学操作或协议。

此外，尽管这里描述的部分示例实施例是指向执行某种功能的收发器的发送器部分，或者执行某种功能的收发器的接收器部分，本公开旨在相同收发器和/或其他(多个)收发器中分别包括对应和互补的发送器侧或接收器侧功能，反之亦然。

尽管上述流程图已经对于事件的特定序列予以讨论，应当理解的是可以在不会实质上影响实施例操作的情况下对该序列发生改变。此外，事件的准确序列不需要按照示例实施例中所阐述的发生。此外，这里示出的示例技术不限于具体示出的实施例，但是也能够应用于其他示例实施例并且每个描述的特征都是独立和分别可要求保护的。

此外，可以实现系统、方法和协议以改进专用计算机、已编程微处理器或者微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其他集成电路、数字信号处理器、诸如离散元件电路的硬件连接的电子或者逻辑电路、诸如PLD、PLA、FPGA、PAL的可编程逻辑器件、调制解调器、发送器/接收器、任何类似装置等中的一个或多个。一般地，能够实现状态机进而能够实现这里示出的方法的任何设备都能够从根据这里提供的本公开的各种通信方法、协议和技术中获益。

这里描述的处理器的示例可以包括但不限于以下至少一个：和801、具有4G LTE集成和64比特计算的和615、具有64比特构架的A7处理器、M7运动协同处理器、系列、处理器家族、处理器家族、处理器家族、处理器家族、i5-4670K和i7-4770K 22nm Haswell、22nm Ivy Bridge、处理器家族、FX-6300和FX-835032nm Vishera、处理器、TexasJacinto C6000^TM自动资讯处理器、TexasOMAP^TM自动级移动处理器、Cortex^TM-M处理器、Cortex-A和ARM926EJ-S^TM处理器、AirForce BCM4704/BCM4703无线网络处理器、AR7100无线网络处理单元、其他工业等价处理器，并且可使用任何已知或未来研发的标准、指令集、库和/或构架来执行计算功能。

进一步地，公开的方法可以在使用对象或面向对象软件开发环境的软件中容易地实现，所述软件开发环境提供能够在各种计算机或者工作站平台上使用的便携源代码。可选地，公开的系统可以部分或全部在硬件中实现，所述硬件使用标准逻辑电路或超大规模集成电路(VLSI)设计。使用软件还是硬件来实现与实施例一致的系统取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能、和使用的特定软件或硬件系统或微处理器或微计算机系统。这里示出的通信系统、方法和协议能够由本领域技术人员使用任何已知的或者后来研发的系统、结构、设备和/或软件根据这里提供的功能性描述并且结合计算机和电信领域的基础知识容易地在硬件和/或软件中实现。

此外，公开的方法可容易地在可以存储在存储介质中的软件和/或固件中实现，以改进以下的性能：与控制器和存储器协作的已编程通用计算机、专用计算机、微处理器等。在这些例子中，系统和方法可以实现为嵌入到个人计算机的程序，诸如applet、JAVA.RTM或者CGI脚本，作为驻留在服务器或计算机工作站上的资源，作为嵌入到专用通信系统或系统组件的程序等。系统还可以通过物理上将系统和/或方法结合到软件和/或硬件来实现，诸如通信收发器的硬件和软件系统。

各种实施例也可以或可选地全部或部分在软件和/或固件中实现。该软件和/或固件可以是包含在非易失性计算机可读存储介质中或其上的指令的形式。这些指令然后可以由一个或多个处理器读取和运行以实现这里描述的操作的性能。指令可以是任何合适的形式，例如但不限于源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码等。这种计算机可读介质可以包括用于以可由一个或多个计算机读取的形式存储信息的任何有形非易失性介质，例如但不限于，只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪速存储器等。

因此显而易见的是至少已经提供了用于激光和光充电和通信的系统和方法。尽管已经结合若干实施例描述了实施例，明显的是许多替代、修改和变型将对或对适用领域的普通技术人员是显而易见的。因此，本公开旨在包含所有在本公开精神和范围内的这些替代、修改、等价物和变型。