(57)【要約】【課題】  任意の通信チャネルを通して送信機と受信機の間の通信に利用可能な通信システムのワイヤレスプロトコルを提供する。【解決手段】  このワイヤレス通信プロトコルは、受信機のアクティブ（オン）時間を短縮し、これにより電力消費を低減する。このワイヤレス通信プロトコルは、複雑さ及び受信機の寸法を低減することができる。本プロトコルに採用されている方法は、繰り返し送信、及び定期的な受信機による検索と共に、一意のメッセージフレームを利用する。【選択図】  図１
2014017814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスデータ通信方法であって、
同期語１語、アドレス語１語及びデータ語１語を含むメッセージフレームを組み立てる段階と、
ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間にわたって、前記メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、
受信機側で、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する段階であって、各同期検索の持続時間は、少なくとも、前記メッセージフレームの長さに同期語１語の長さを加え１記号を差し引いた長さである、段階と、
前記受信機側で、送信された前記メッセージフレームが前記所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、
前記受信機側で、前記所定の同期語が見つかった時にのみ、送信された前記メッセージフレームを復号する段階と、
を含む、ワイヤレスデータ通信方法。
【請求項２】
メッセージフレームを組み立てる前記段階が、前記同期語、前記アドレス語及び前記データ語との組み合わせにおいて、同期語に対する最小限の集合相関関係を有するアドレス語を除去する段階を含む、請求項１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項３】
メッセージフレームを組み立てる前記段階が、ゴールド符号配列を利用して前記同期語を生成する段階を更に含む、請求項２に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項４】
前記メッセージフレームが、前記メッセージフレーム中の各ビットについてマンチェスター符号化を利用して符号化されている、請求項２に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項５】
送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する前記段階が、前記最小限の送信持続時間よりも短い時間を有する、請求項１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項６】
前記アドレス語が装置アドレスに対応する、請求項１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項７】
前記アドレス語がレジスターアドレスに対応する、請求項１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項８】
メッセージフレームの最後にパリティビットを付加する段階を更に含む、請求項１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【請求項９】
ワイヤレスデータ通信方法であって、
同期語１語及びデータ語１語を含むメッセージフレームを組み立てる段階と、
ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間にわたって、前記メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、
受信機側で、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する段階であって、各同期検索の持続時間は、少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さである、段階と、
前記受信機側で、送信された前記メッセージフレームが前記所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、
前記受信機側で、前記所定の同期語が見つかった時にのみ、送信された前記メッセージフレームを復号する段階と、
を含む、方法。
【請求項１０】
ワイヤレス通信システムであって、
送信機回路及び符号化回路を含む送信機であって、前記符号化回路が少なくとも同期語１語及びデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成され、前記送信機が、最小限の送信持続時間にわたって前記メッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている、送信機と、
送信チャネルと、
受信機回路及び復号回路を含む受信機であって、前記復号回路が、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成され、各同期検索の持続時間が少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記最小限の送信持続時間よりも短い、受信機と、
を含む、システム。
【請求項１１】
前記送信機回路が、前記送信チャネルを通してメッセージを特定的に送信するよう構成されている、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１２】
前記受信機回路が、前記送信チャネルを通してメッセージを特定的に受信するよう構成されている、請求項１１に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１３】
前記送信機が、手持ち式装置に組み込まれ得る、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１４】
前記受信機が、手持ち式装置に組み込まれ得る、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１５】
前記受信機が、医療用装置に組み込まれ得る、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１６】
前記受信機が、植え込み可能な医療用装置に組み込まれ得る、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１７】
前記受信機が、眼科用レンズに組み込まれ得る、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１８】
前記送信チャネルが、高周波数電磁伝搬チャネルを含む、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項１９】
前記送信チャネルが、低周波数電磁カップリングを含む、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２０】
前記送信チャネルが、可視光電磁伝搬チャネルを含む、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２１】
前記送信チャネルが、赤外線電磁伝搬チャネルを含む、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２２】
前記送信機が、前記送信チャネルを通して搬送波信号を変調及び送信するよう構成されている、請求項１０に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２３】
前記送信機が、前記搬送波信号の位相、周波数又は振幅のうち少なくとも１つを変調する、請求項２２に記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２４】
ワイヤレス送信機であって、
少なくとも同期語１語とデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成されている符号化回路と、
送信チャネルを通して最小限の送信持続時間にわたって前記メッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている送信機回路と、を含む、ワイヤレス送信機。
【請求項２５】
ワイヤレス受信機であって、
送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成されている復号回路であって、各同期検索の持続時間が少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記最小限の送信持続時間よりも短い、復号回路と、
送信されたメッセージを送信チャネルから受信するための受信回路と、を含む、ワイヤレス受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動式眼科用レンズに関するものであり、より具体的には、非常に小型でエネルギーが限定的な電動式眼科用レンズ又はその他の装置と共に使用するワイヤレス通信プロトコルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置の小型化が進むのにともなって、多様な用途においてウェアラブル又は埋め込み型のマイクロ電子装置が創出される可能性が益々高まっている。こうした用途としては、体内の化学プロセスの諸側面の観測、様々な機構（自動的に、又は測定値に応じて、又は外部制御信号に応じてなど）による調節された量の薬物又は治療薬の投与、及び臓器又は組織の性能の強化などが挙げられる。こうした装置の例としては、グルコース注入ポンプ、ペースメーカー、除細動器、補助人工心臓及び神経刺激装置が挙げられる。新規な、特に有用な応用分野の１つに、ウェアラブルな眼科用レンズ及びコンタクトレンズがある。例えば、ウェアラブルなレンズに、電子的に調節可能な焦点を有するレンズアセンブリを組み込むことで眼の性能を強化又は向上させることができる。別の例では、調節可能な焦点を有するか又は有さないウェアラブルコンタクトレンズに前角膜（涙膜）中の特定の化学物質の濃度を検出するための電子センサを組み込むことができる。レンズアセンブリにおける埋め込み型の電子部品の使用により、電子部品に電力供給及び／又は再励起する方法として、また、電子部品同士を相互接続するため、内部及び外部の感知及び／又は観測を行うため、並びに電子部品及びレンズの全体的機能の制御を行うために、電子部品と通信する潜在的必要性が生じる。
【０００３】
人の眼は、数百万の色を識別する能力、光条件の変化に対して容易に適応する能力、及び、高速のインターネット接続を上回る速度で信号又は情報を脳に伝達する能力を有する。コンタクトレンズ及び眼内レンズなどのレンズは、現在、近視、遠視及び乱視などの視力障害を補正する目的で使用されている。しかしながら、更なる要素を組み込んだ、適切に設計されたレンズを使用することで、視力障害を補正するのみばかりか、視力の向上を図ることができる。
【０００４】
従来のコンタクトレンズは、上記に簡単に述べた様々な視力の問題を解消するための特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るため、これらのポリマー構造に各種の回路及び要素を組み込む必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信装置、電力供給装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを特別に設計された光電子要素を介してコンタクトレンズに組み込むことで、視力を補正するだけでなく、視力を向上させ、更に本明細書に述べられるような更なる機能性を与えることができる。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト機能により、又は単純にレンズの屈折能力を変化させることにより、視力を向上させるように設計することができる。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、色及び解像度を向上させ、文字情報を表示し、会話をリアルタイムで字幕に翻訳し、ナビゲーションシステムからの視覚的キューを与え、画像処理及びインターネットアクセスを与えるように設計することができる。こうしたレンズは装用者が低光量条件下でも見えるように設計することもできる。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上の電子機器の適切な配置により、可変焦点光学レンズを用いることなく、例えば網膜に画像を投影することが可能となり、新規な画像ディスプレーを提供し、更には目覚ましアラートを提供することも可能となる。これらの機能若しくは同様の機能のいずれかに代えるか、又はこれに加えて、コンタクトレンズに装用者のバイオマーカー及び健康指標を非侵襲的に監視するための要素を組み込むこともできる。例えば、レンズに組み込まれたセンサによって涙膜の成分を分析することにより、糖尿病患者が血液を採取する必要なく、血糖値を監視することが可能となる可能性がある。更に、適宜構成されたレンズには、コレステロール、ナトリウム及びカリウムの濃度、並びに他の生物学的マーカーを監視するためのセンサを組み込むことができる。これを無線データ送信器と組み合わせることにより、医師が患者の血液成分をほぼ即時に把握することが可能となり、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。更に、レンズに組み込まれたセンサを利用して眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償する、又は瞬きのパターンを調べることができる。
【０００５】
装置の適当な組み合わせにより、潜在的に無制限の機能性が提供され得るが、光学等級のポリマーの小片上に余分な要素を組み込むには多くの困難をともなう。一般的に、こうした要素をレンズ上に直接製造すること、及び非平面状の表面に平面状の装置を実装して相互に接続することは、多くの理由により困難である。一定の縮尺での製造も困難である。レンズ上又はレンズ内に配置される要素は、眼の液体環境からこうした要素を保護する一方で、小型化され、わずか１．５平方センチメートル足らずの透明なポリマー上に集積化される必要がある。更なる要素によって厚みが増したコンタクトレンズを装用者にとって快適かつ安全なものとすることにも困難がともなう。
【０００６】
電動式眼科用装置との通信は、数多くの固有の問題をもたらす。ワイヤレス通信プロトコルは、送信機と受信機のいずれか一方又は両方の効率的な操作を促進するような統制された方法で、データ又は情報を送信する構造を提供するものである。このプロトコルによって決定されるデータ送信の態様には、例えば搬送波信号の変調、その変調形式、データメッセージの構造、受信機の同期を促進するために送信機に送られる追加データ、並びに受信機側でのエラー修正などの送信方法が含まれる。
【０００７】
無線周波数（ＲＦ）又は赤外線（ＩＲ）通信の先行技術プロトコルは、例えば振幅偏移キーイング（ＡＳＫ）、オンオフキーイング（ＯＯＫ）、位相偏移キーイング（ＰＳＫ）、又は周波数偏移キーイング（ＦＳＫ）などのデジタル変調形式を利用するデータ通信に一般的に使用されている。これらのプロトコルは、固定された送信機と受信機との間、及び、移動型又は携帯型の送信機と受信機との間の通信に利用され得る。
【０００８】
特に、携帯型送信機及び受信機は、送信機及び受信機の回路に電力を供給するのに使用される電池の容量に制限があるため、電力消費について設計上の束縛が課される。電力消費を低減するために、先行技術プロトコルでは、搬送波信号の連続的な送信を必要とする方法ではなく、送信機からのデータ送信を必要な時だけ行うことにより、断続的な送信及び受信を可能にしている。受信機は、定期的にオンにし（ウェイクアップ又はストロボ）、送信信号を検索することによって、電力を節約することができる。
【０００９】
先行技術プロトコルは、２つのカテゴリー、すなわち非同期式と同期式に分けられる。非同期式プロトコルにおいては、受信機が送信機を探し、この送信機のデータストリームと同期することにより、送信されたメッセージを復号する。同期式プロトコルにおいては、受信機は、送信機の時間参照に同期した時間参照を維持し、これはしばしば、非同期式受信に成功した後に行われる。したがって、特定の先行技術プロトコルは、最初に非同期式操作として提供され、次に、その後の受信間隔を置いて、同期式操作が行われる。
【００１０】
非同期式操作において、データを適切に受信するために、受信機はデータ送信の開始がどこから始まるかを知る必要がある。先行技術プロトコルでは、受信機は最初に長いプリアンブルを送信し、これは通常、単純な１と０のデータパターンの後、同期語が続き、次にデータが続く。プリアンブルは少なくとも受信機ウェイクアップ又はストロボ間隔の長さであり、これによって受信機は必ずプリアンブルを見つけることになる。Ｐｏｓｔ  Ｏｆｆｉｃｅ  Ｃｏｄｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ  Ａｄｖｉｓｏｒｙ  Ｇｒｏｕｐ（ＰＯＣＳＡＧ）プロトコルは、この種の非同期式プロトコルの一例である。これは、情報又はデータをポケットベルに送信するのに使用される。
【００１１】
先行技術プロトコルは、このようにして、この断続的な送信及び受信方法によって、受信機と送信機両方の電力消費を低減する。これらのプロトコルは特に、送信機の電力消費を低減するのに有効であり、このことは、電池電力供給の手持ち型リモートコントロール及び小型のワイヤレスセンサートランシーバーにおいて重要である。
【００１２】
しかしながら、非常に小型及び／又はエネルギーに制約のある受信機の場合では、このような先行技術通信プロトコルは数多くの欠点を有する。例えば、プリアンブルが検出されたとき、送信同期語及びデータを待つ間、受信機は平均でプリアンブルの長さ又はストロボ間隔の半分超の間にわたってオンになっていなければならない。多くのシステムでは、このデータ送信の長さはストロボ間隔よりも顕著に短いことがあり、これは、待ち時間が顕著なオーバーヘッドとなっていることを意味する。また、小型電池は高い直列抵抗を有する傾向があり、受信機電流は、電池で顕著な電圧低下を生じるほど高いことがある。これを補完するため、追加のデカップリングコンデンサーを追加して、電圧低下を低減するための電荷貯蔵を提供することができる。これは、コストの増加、複雑さの増大、及び受信機がより大きな面積と体積を有することとの折り合いをもたらす。最後に、非常に低電力のシステムでは、ＡＳＫ又はＯＯＫのような非常に単純な変調方法が用いられる傾向があり、これにより受信機の複雑さと電力消費が低減される。これらの振幅変調検出器は、送信チャネルにおけるノイズの１−０プリアンブルパターンを誤って検出する傾向があるため、送信が実際に起こっていない時の受信機「オン」の時間が長くなる傾向がある。
【００１３】
同期式プロトコルは、非同期式プロトコルでの長いプリアンブルを受信機が復号する必要がないため、非同期式プロトコルに比べていくつかの利点を提供する。いったん同期されると、受信機は送信同期語の直前にオンになる（又はウェイクアップする）ことができ、これにより受信機のオンになっている時間を短縮することができる。しかしながら、長いスリープ時間（オフになっている時間）にするためには、受信機と送信機が正確な時間基盤を保持しなければならず、これは時間が経ってもずれがほとんど又は全く生じず、環境条件に対してもほとんど変化がないものでなければならない。これは典型的に、セラミック共振器又はクォーツ結晶系オシレーターの使用が必要であり、これは寸法、コスト、及び受信機の電流消費量の増大につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、受信機の必要なオン時間を短縮することによって、電力消費量を非常に低くし、かつ受信機の寸法又は体積を非常に小型にすることを可能にするワイヤレス通信プロトコルのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明による低電力受信機用のワイヤレス通信プロトコルは、上記に簡単に述べたような現在の通信プロトコルに伴う制約を克服する。
【００１６】
一態様により、本発明はワイヤレスデータ通信の一方法を目的とする。この方法は、メッセージフレーム（同期語１語、アドレス語１語及びデータ語１語を含む）を組み立てる段階と、ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を受信機側で定期的に検索する段階と（各同期検索の持続時間は、少なくとも、メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さである）、送信されたメッセージフレームが所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、所定の同期語が見つかった時にのみ送信されたメッセージフレームを受信機側で復号する段階とを含む。
【００１７】
別の一態様により、本発明はワイヤレスデータ通信の一方法を目的とする。この方法は、メッセージフレーム（同期語１語及びデータ語１語を含む）を組み立てる段階と、ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を受信機側で定期的に検索する段階と（各同期検索の持続時間は、少なくとも、メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さである）、送信されたメッセージフレームが所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、所定の同期語が見つかった時にのみ送信されたメッセージフレームを受信機側で復号する段階とを含む。
【００１８】
更に別の一態様により、本発明はワイヤレス通信システムを目的とする。このシステムは、送信機（この送信機は送信機回路及び符号化回路を含み、この符号化回路は少なくとも同期語１語及びデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成され、この送信機は、最小限の送信持続時間メッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている）と、送信チャネルと、受信機（この受信機は受信機回路及び復号回路を含み、この復号回路は送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成され、各同期検索の持続時間は少なくとも、メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記の最小限の送信持続時間よりも短い）とを含む。
【００１９】
更に別の一態様により、本発明はワイヤレス送信機を目的とする。このワイヤレス送信機は、符号化回路（この符号化回路は少なくとも同期語１語とデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成されている）と、送信機回路（この送信機は送信チャネルを通して最小限の送信持続時間にわたってメッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている）とを含む。
【００２０】
更に別の一態様により、本発明はワイヤレス受信機を目的とする。このワイヤレス受信機は、復号回路（この復号回路は送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成されており、各同期検索の持続時間は少なくとも、メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記の最小限の送信持続時間よりも短い）と、送信されたメッセージを送信チャネルから受信するための受信回路とを含む。
【００２１】
デジタル通信システムは数多くの構成要素を含み、これらが実装されたときに、任意の数の形態をとり得る。デジタル通信システムは一般に、情報ソースと、ソースエンコーダーと、チャネルエンコーダーと、デジタル変調器と、チャネルと、デジタル復調器と、チャネルデコーダーと、ソースデコーダーとを含む。
【００２２】
ソースは、他の装置又はシステムによって必要とされている情報及び／又はデータを生成する任意の装置を含み得る。このソースは、アナログ又はデジタルであり得る。ソースがアナログの場合、その出力はバイナリ列を含むデジタル信号に変換される。ソースエンコーダーは、ソースからの信号を二進数配列に効率的に変換するプロセスを実施する。このソースエンコーダーからの情報は次にチャネルエンコーダーに渡され、ここでバイナリ情報配列に冗長性が導入される。この冗長性を受信機で利用して、チャネルで遭遇するノイズ、干渉及び同様物の影響を克服することができる。このバイナリ配列が次にデジタル変調器に渡され、チャネル経由の送信のために、ここで配列がアナログ電気信号に変換される。本質的に、デジタル変調器はバイナリ配列を信号波形又は記号に割り当てる。各記号は１ビット又はそれ以上の値を表わし得る。デジタル変調器は、チャネルを用いて又は通して送信するのに適切な高周波数搬送波信号の位相、周波数又は振幅を調節することができる。チャネルとは波形が通過する媒体であり、このチャネルが、波形の干渉又はその他の劣化を導入し得る。ワイヤレス通信システムの場合、このチャネルは大気中である。デジタル復調器はチャネルで劣化した波形を受信し、これを処理して、波形から、送信されたデータ記号をできるだけ忠実に表わすような数列へと還元する。チャネルデコーダーは、チャネルエンコーダーによって利用された記号及び受信データの冗長性の知識から、元の情報配列を再構築する。ソースデコーダーは符号化アルゴリズムの知識からこの配列を復号し、その出力はソース情報信号を表わす。
【００２３】
留意すべき重要なこととして、上記の構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはハードウェアとソフトウェアの組み合わせにおいて実現することができる。加えて、通信チャネルは、有線及びワイヤレスを含む、任意のタイプのチャネルを含み得る。ワイヤレスの場合、チャネルは、高周波数電磁信号、低周波数電磁信号、可視光信号、及び赤外光信号用に構成することができる。
【００２４】
本発明による通信システム用のワイヤレスプロトコルは、任意のタイプの通信チャネルを用いた送信機と受信機の間の通信に利用することができる。このワイヤレス通信プロトコルは、受信機のアクティブ（又はオン）時間を短縮し、これにより電力消費を低減し、電池電圧低下を低減し、及び／又は構成要素の寸法とコストを低減する。このワイヤレス通信プロトコルは更に、受信機の複雑さ及び寸法も低減することができる。本プロトコルに採用されている方法は、繰り返し送信、及び定期的な受信機による検索と共に、一意のメッセージフレームを利用する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の前述の特徴及び利点並びに他の特徴及び利点は、以下の付属の図面に示される本発明の好ましい実施態様のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図１】本発明による代表的なフレーム構造を示す。
【図２】本発明の代表的な一実施形態による、０と１のマンチェスター記号を示す。
【図３】本発明の代表的な一実施形態による、マンチェスターサンプリング、公称サンプリング速度、及びサンプリング点を示す。
【図４】送信機よりも１５％速い、最悪の場合の受信機のマンチェスターサンプリング点を示す。
【図５】送信機よりも１５％遅い、最悪の場合の受信機のマンチェスターサンプリング点を示す。
【図６】本発明による代表的な通信システムのブロックダイアグラム図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、実装に要する電力が少ないことにより、先行技術システムに比較して、関連する受信機の有するエネルギー要件又は容量が低減され、小さな面積及び容積要件で済む、ワイヤレス通信プロトコルに関する。この通信プロトコルは特に、例えば電動式眼科用レンズを含む医療用装置に利用され得るものなどのような、非常に小型の携帯型装置に有利である。本明細書に記述される通信製品は、任意の送信機及び受信システムに利用することができるが、電源に制約のある非常に小型のシステムに特に有利であり得る。したがって、ワイヤレス通信プロトコルの説明は、必要な場合には、ワイヤレス通信システムを記述に従って含み得るような電動式眼科用レンズに関連して記述される。
【００２７】
従来のコンタクトレンズは、上記に簡単に述べた様々な視力の問題を解消するための特定の形状を有するポリマー構造である。機能性の向上を図るため、これらのポリマー構造に各種の回路及び要素を組み込む必要がある。例えば、制御回路、マイクロプロセッサ、通信装置、電力供給装置、センサ、アクチュエータ、発光ダイオード、及び小型アンテナを特別に設計された光電子要素を介してコンタクトレンズに組み込むことで、視力を補正するだけでなく、視力を向上させ、更に本明細書に述べられるような更なる機能性を与えることができる。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、ズームイン及びズームアウト機能により、又は単純にレンズの屈折能力を変化させることにより、視力を向上させるように設計することができる。電子及び／又は電動式コンタクトレンズは、色及び解像度を向上させ、文字情報を表示し、会話をリアルタイムで字幕に翻訳し、ナビゲーションシステムからの視覚的キューを与え、画像処理及びインターネットアクセスを与えるように設計することができる。こうしたレンズは装用者が低光量条件下でも見えるように設計することもできる。適切に設計された電子部品及び／又はレンズ上の電子機器の適切な配置により、可変焦点光学レンズを用いることなく、例えば網膜に画像を投影することが可能となり、新規な画像ディスプレーを提供し、更には目覚ましアラートを提供することも可能となる。これらの機能若しくは同様の機能のいずれかに代えるか、又はこれに加えて、コンタクトレンズに装用者のバイオマーカー及び健康指標を非侵襲的に監視するための要素を組み込むこともできる。例えば、レンズに組み込まれたセンサによって涙膜の成分を分析することにより、糖尿病患者が血液を採取する必要なく、血糖値を監視することが可能となる可能性がある。更に、適宜構成されたレンズには、コレステロール、ナトリウム及びカリウムの濃度、並びに他の生物学的マーカーを監視するためのセンサを組み込むことができる。これを無線データ送信器と組み合わせることにより、医師が患者の血液成分をほぼ即時に把握することが可能となり、患者が検査機関に赴いて血液を採取するために時間を浪費する必要がなくなる。更に、レンズに組み込まれたセンサを利用して眼に入射する光を検出することにより、周辺光条件を補償する、又は瞬きのパターンを調べることができる。本明細書に記述される機能により、最も複雑さの少ない電動式レンズ又は眼科用装置であっても、通信システムのニーズがあり、かつ通信システムを含むことになる。この通信システムは好ましくは小型であり、最小限の電力を利用する。
【００２８】
したがって、本発明の通信プロトコルは、可変焦点光学機能を作動させる電子システムを含むコンタクトレンズと組み合わせて利用することができる。この電子システムは、１つ以上の電池又は他の電源、電力管理回路、１つ以上のセンサ、クロック生成回路、制御アルゴリズムと回路、レンズ駆動回路、及び通信回路を含む。通信回路は、データ／情報の送信と受信両方の回路を含み得、よってワイヤレス通信プロトコルのニーズを有し得る。
【００２９】
デジタル通信システムは、数多くの基本的要素を含み、これらは、物理的に実装されるとき任意の数の形態をとり得る。ソースは、他の装置又はシステムによって必要とされている情報及び／又はデータを生成する任意の装置を含み得る。このソースは、アナログ又はデジタルであり得る。ソースがアナログの場合、その出力はバイナリ列を含むデジタル信号に変換される。任意のデジタル通信システムにおいて、元の信号を表現するのにできるだけ少ない二進数を利用するのが望ましい。ソース符号化は、信号を二進数の配列に効率的に変換するプロセスである。したがって、ソースエンコーダーがこの機能を実施するために利用される。ソースエンコーダーからの情報はチャネルエンコーダーに送られ、ここでバイナリ情報配列に冗長性が導入される。この冗長性を受信機で利用して、チャネルで遭遇するノイズ、干渉及び同様物の影響を克服することができる。この二進数配列は、デジタル変調器に渡され、ここでこの配列が、チャネルを通して送信するための電気信号に変換される。換言すれば、デジタル変調器は二進数配列を信号波形又は記号にマッピングする。各記号は１ビット又はそれ以上の値を表わし得る。デジタル変調器は、チャネルを通して送信するのに適切な高周波数搬送波信号の位相、周波数又は振幅を調節することができる。チャネルとは波形が通過する媒体であり、このチャネルが、波形の干渉又はその他の劣化を導入し得る。ワイヤレスシステムの場合は、チャネルは大気中にある。デジタル復調器はチャネルで劣化した波形を受信し、これを処理して、波形から、送信されたデータ記号をできるだけ忠実に表わすような数列へと還元する。チャネルデコーダーは、チャネルエンコーダーによって利用された符号及び受信データの冗長性の知識から、元の情報配列を再構築する。ソースデコーダーは符号化アルゴリズムの知識からこの配列を復号し、その出力はソース情報信号を表わす。各機能の詳細は順に説明される。上述の要素は、ハードウェアにある場合、ソフトウェアにある場合、及び／又はハードウェアとソフトウェアの両方にあり得る場合がある。加えて、通信チャネルは、高周波電磁伝搬チャネル、低周波電磁カップリング、可視光電磁伝搬チャネル、及び赤外光電磁伝搬チャネルを含み得る。
【００３０】
フレーム同期は、入ってくるフレーム整列信号（例えば個別の記号又はビット配列）が識別されデータとは区別されるプロセスであり、これによって、フレーム化されたデータの流れの中にあるデータが抽出され、復号及び／又は再送信を行うことができる。ここで図１を参照し、これには本発明によるフレーム構造が図示されている。このフレーム構造は、送信同期語「ｓｙｎｃ」と、データ語を含むメッセージフレームを提供する。いくつかの代表的な実施形態において、データ語は、目的とする受信機の装置アドレス「ａｄｄｒ」と、コマンド語「ｃｍｄ」を含み得、これらが受信機に対する指示又は情報を提供する。いくつかの代表的な実施形態において、このデータ語は、受信機中で変更する関心対象レジスターのレジスターアドレスと、新しいレジスターデータ値を含み得る。受信機が送信データを待たなければならない長いプリアンブルを使用する代わりに、ｓｙｎｃ、ａｄｄｒ及びｃｍｄ語が、フルフレーム間隔の間、繰り返し送信される。受信機はｓｙｎｃ語を検出し、かつアドレスとコマンドを復号するのに必要な時間だけ、オンにすることができる。ｓｙｎｃ、ａｄｄｒ及びｃｍｄ語は典型的に受信機ストロボ間隔Ｔｒｘ−ｓｔｒｏｂｅよりもずっと短いため、受信機のオン時間及び平均電力は、先行技術の非同期式通信プロトコルに比べ大幅に低減される。図示されているように、Ｔｔｘは、受信機ストロボ間隔Ｔｒｘ−ｓｔｒｏｂｅよりも大きくなるように設定される。
【００３１】
受信機は任意の所与の点で送信データの復号を開始することができるため、同期語ｓｙｎｃは一意に検出されなければならない。先行技術の通信プロトコルはブロック符号を採用している。ブロック符号とはすなわち、データをブロック単位で符号語（例えばｓｙｎｃ、ａｄｄｒ、及びｃｍｄ又はその他のメッセージデータに可能な語）と共に符号化するエラー修正符号であり、これはずれが生じた場合、及び／又は左右に回転した場合には一意とはならない。このタイプの符号化を使用すると、フレーム内にずれが生じたときに、同期語の誤検出が生じ得る。
【００３２】
本発明の代表的な実施形態に従って、この同期語は、直交循環符号（例えばゴールド符号又はゴールド符号配列）となるよう選択することができ、これは同じ長さの他のゴールド符号配列に比較して、ずれや復号の開始点に関わらず、一意である。この代表的な実施形態において、アドレス語とコマンド語も、メッセージフレームがいかなるずれがあっても同期語に一致しないように選択又は制限される。別の代表的な一実施形態において、アドレス及びコマンド語の可能なリスト又はコードブックは、関連技術分野において知られる相互相関又はハミング距離によって特徴付けられ得るように、同期語に対するアドレス及びコマンド語の相関関係を最小限にするよう選択することができる。更に別の代表的な一実施形態において、アドレス及びコマンド語集合は、同期語に対する相互相関を最小限に押さえるよう、ゴールド符号又はゴールド配列の集合からのみ選択され得る。
【００３３】
ゴールド符号又は配列の生成は、関連技術分野で既知である。ゴールド符号又は配列は、好ましい多項式を有する２つの擬似無作為配列発生器から生成される。好ましい多項式は、最長の長さ配列（ｍ配列、長さ＝２ｍ−１）をもたらすもの、及び相互相関値｛１，ｔ，−ｔ｝を有し、式中、奇数又は偶数のｍについて、ｔ＝２（ｍ＋１）／２＋１又は２（ｍ＋２）／２＋１である。ゴールド符号は特定の長さでのみ利用可能であり、これによりその使用は、ある程度短い符号語に限定される。留意すべき重要なこととして、ゴールド符号は最良の相互相関特性を有し得るが、ゴールド符号に対して妥当に大きな距離を有する他の符号語も利用可能である。したがって、別の代表的な一実施形態において、ゴールド符号を同期語として利用し得る一方、良好な（低い）相互相関を有する他の符号語を、装置アドレス及びコマンドに利用することができる。
【００３４】
更に別の代表的な一実施形態において、同期、アドレス及びコマンド語は、後述のプロセスに示されるように選択され得る。代表的なプロセスの第１段階において、アドレス長さＬＡは、具体的な用途の個別のアドレスの望ましい数よりも長くなるよう選抜又は選択される。例えば、特定の用途において、１５００万アドレスが望ましいことがある。よって、１５００万アドレスの場合、２４ビットでは１６００万の一意のアドレス（２２４＝１６，７７７，２１６）が得られるが、２３ビットでは８００万強のアドレスが得られるのみであるため、必要なアドレス長さは２４ビットである。代表的なプロセスの第２段階において、コマンド長さＬＣは、個別のコマンドの望ましい数を提供するよう選抜又は選択される。例えば、特定の用途において、８つのコマンドが望ましいことがある。よって、８つのコマンドの場合、３ビットでは８つのコマンド（２３＝８）が得られるため、必要なコマンド長さは３ビットである。代表的なプロセスの第３段階において、同期語は、アドレス語とコマンド語の長さを合わせた長さに近い長さを備えたゴールド符号集合から選択される。ゴールド符号の場合、語の長さは２ｍ−１である。したがって、ｍ＝１のとき、語の長さは１ビット、ｍ＝２のとき、語の長さは３ビット、ｍ＝３のとき、語の長さは７ビット、ｍ＝４のとき、語の長さは１５ビット、そしてｍ＝５のとき、語の長さは３１ビットである。同期語が長くなるほど、ある程度のずれで同期語の一致を含む同期＋アドレス＋コマンドの組み合わせの数は少なくなる。したがって、ある程度のずれで一致をもたらすような可能なアドレスのリストから、任意のアドレスが除去される。しかしながらこの選択は、全体のメッセージの長さ、及び対応する受信機のオン時間と、残りのアドレスの合計数との間の折り合いとなる。この例において、１５ビットという同期語長さは、後で詳しく説明されるように、可能なアドレスのほとんどを保持するのに十分な長さである。またこの同期語について、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）記号形式を利用する場合、記号の平均値が半分の値であると一般的に有利である。このことは、閾値が受信機の信号処理部分中のコンパレーター上でどこにあるべきかを決めるのに役立ち得る。各記号について平均値０．５を提供するマンチェスター符号を利用する実施形態において、これはあまり問題にならない。したがって、この例において、１５ビットの同期語として１００１１００１０１０１１０１が選択され、これは８つの１と７つの０を含み、平均値は０．５３３である。この代表的プロセスの第４（最終）段階において、使用可能なアドレス集合は、同期語、アドレス語、及びコマンド語の可能な全ての配列を構築すること、同期＋アドレス＋コマンド＋同期配列のサブセットから、可能な各ずれにおいて開始する１つの記号を差し引くことによって形成される長さＬＳの可能なサンプル配列を決定すること、及び、ある程度のずれで同期語に対して強い相関関係（例えば完全一致、又は小さなハミング距離）を有するアドレスを除去することによって、決定される。２４ビットのアドレス長さを使用するこの例において、３ビットのコマンド長さと、１５ビットのゴールド符号１００１１００１０１０１１０１は、代表的プロセスの第４段階の検索を実行することにより、ある程度のずれで、同期語に一致する配列が得られる可能なアドレス１６，７７７，２１６個の中から６９，６３２個のアドレスが得られる。よって、可能なアドレスのうち比較的小さなサブセットのみを、可能なアドレスの集合から除去しなければならない。
【００３５】
留意すべき重要なこととして、同期語は、乱数発生器の利用を含む任意の好適な方法で選抜又は選択され得ること、並びにアドレス及びコマンド語は強い相関関係を避けるよう選択されることを、関連技術分野の当業者は認識するであろう。また、同期語、アドレス語及びコマンド語の長さは、具体的なシステムのニーズに適するよう選択され得ることに留意することも重要である。例えば、少数の受信機のみを必要とするシステムでは、受信機のオン時間を最短に押さえるために、非常に短い語長さを使用することができる。同様に、比較的多数のユーザー又はコマンドをサポートするために、より長い同期アドレス及びコマンド語を選択することができる。
【００３６】
変調は、搬送波信号の何らかの形態にメッセージ信号を追加する技法である。還元すれば、変調には、送信されるデータ又は情報を含む変調信号によって、高周波数、周期的波形、搬送波信号の１つ以上の特性を改変することが含まれる。振幅変調、周波数変調、及び位相変調を含むアナログ変調方法があり、また、位相偏位キーイング、周波数偏移キーイング、振幅偏移キーイング、及び直角位相振幅変調を含むデジタル変調方法がある。本発明はデジタル系システムであるため、本明細書で述べられるようにデジタル変調技法が利用され得る。本発明のいくつかの代表的な一実施形態では、搬送波信号の振幅を変調するために、オンオフキーイングが利用され得る。搬送波信号は、高周波電磁信号、あるいは可視光若しくは赤外光信号（例えば発光ダイオードから放射されるもの）であり得る。変調された信号は、送信され、通信チャネルの反対側の端、すなわち受信機において、検出及び復調が行われる。本質的に、変調技法は、データ信号が搬送波信号にいかに組み込まれるかを扱うものであるが、送信されるデータ又は情報からそのデータ信号がいかに作成されるかについては扱わない。符号化は、メッセージ又はデータ信号を、通信されるデータ又は情報から構築する際の技法である。符号化技法には、ＮＲＺ符号化、バイフェーズ符号化、及びマンチェスター符号化が挙げられる。符号化は、デジタル変調器の追加機能として見なされ得る。
【００３７】
マンチェスター符号化は、一般的なデータ符号化技法である。マンチェスター符号化は、通信チャネルの受信側で利用されるデータ又は情報に対し、データ速度クロックを追加する。マンチェスター符号化は、通信チャネルを通って送信されるデータ又は情報に関して、メッセージ信号に正確な遷移を加えるプロセスである。
【００３８】
下記の議論では、数多くの従来の定義が使用される。「記号」とは、通信チャネルを通って送られる情報の１単位である。記号の値は、本発明において、異なる時点での通信チャネル上の電圧によって決定される。「記号時間」は、単に記号の持続時間である。「記号速度」は、記号時間の逆数であり、１秒当たりの記号数で表わされる。各記号は、バイナリデータストリームの１ビット、又は複数ビットの値を表わし得る。マンチェスター符号化の記号では、高又は低の２つの可能な電圧レベルがあり、各記号は、記号時間の半分の時間にわたって１つの電圧レベルを含み、記号時間の残る半分の時間はもう一方の電圧レベルを含む。本発明に従い、使用される規定として、記号時間の前半における電圧レベルが、その記号の値を画定する。これは後で詳しく説明される。マンチェスターデータは、記号値が長期にわたって一定の場合でも、また変化する場合であっても、常に記号中央での遷移を有する。加えて、１つの記号の終わりから次の記号の始まりにかけての信号レベルは遷移しないことがあり、例えば、０から１への記号は、０の終わり及び１記号の始まりで高い電圧レベルを有するが、必ず記号中央に遷移がある。「サンプル」は、瞬間的な時間、あるいは小さなウィンドウ時間で、捕捉又は記録された値である。本発明により、入ってくる信号が定期的にサンプル採取され、各サンプルの値から、現在の記号の値が決定される。定期的サンプリングの割合が、「サンプリング率」である。マンチェスター復号では、入ってくる信号は過剰サンプリングされ、これは、記号速度の少なくとも２倍の倍数よりも大きいサンプリング率が使用されることを意味する。本発明において、８倍の過剰サンプリングが使用される。記号値は記号の前半時間における電圧レベルで決定されるため、記号時間の前半時間のみサンプルが必要である。したがって、サンプリングはある程度有限の時間で停止し電力を節約することができる。
【００３９】
本発明の代表的な一実施形態に従って、マンチェスター符号化が利用される。マンチェスター符号化では、送信される記号は２つの部分に分割され、一方は０の値を有し、もう一方は１の値を有する。例えば、記号の前半が０であり、後半が１の場合、これは０記号である。一方、記号の前半が１であり、後半が０の場合、これは１信号である。このように、各送信記号は記号中央の遷移又はエッジを有し、これらの遷移は、送信されるデータビット又は記号の配列に関わらず、各記号で検出することができる。図２は、本発明と共に利用される０及び１のマンチェスター記号を示す。
【００４０】
関連技術分野で既知であるように、受信機は、８倍又は１６倍の倍率で送信データ記号の過剰サンプルを行い、記号中央の遷移を検出することができる。連続する記号間でのサンプル間隔の数を数えることによって、受信機は、送信データストリームに同期するためのサンプル点を調節することができる。マンチェスター符号のもう１つの利点は、各記号が半分の平均値を有するため、送信データの半分の平均値を維持しながら、任意の符号語を利用することが可能になることである。このことにより、受信機のコンパレーターでのデータ検出のための閾値の調整又はトラッキングが単純化される。マンチェスター符号化では、記号当たり少なくとも４つのサンプル使用が必要であり、かつ、所与の帯域幅のデータ速度はＮＲＺ符号化の場合の半分であるため、これらが欠点となり得る。
【００４１】
マンチェスターデータの復号は、下記のプロセスを利用して受信機で実施することができる。下記の代表的プロセスは、マンチェスター符号化記号のストリームでのサンプリング及び整合性維持の方法を示す。代表的なプロセスにおいて、受信機は８倍の過剰サンプリングを用い、記号当たり８つのサンプル、又は半記号当たり４つのサンプルが得られると推定される。代表的なプロセスの第１段階において、信号はデータ遷移又はエッジが見つかるまでサンプル採取される。代表的なプロセスの第２段階において、入ってくる信号が、サンプル採取時点を決定するのに利用されたクロックと整合（又は位相が一致）し得るかどうかについて、判断する必要がある。最初に、連続するサンプル値を調べ、１から０へ、又は０から１への遷移を探し又は見つける。遷移が見つかったら、これは記号中央の遷移であり得ると推定される。実際にこれが記号中央の遷移であれば、所定の時間にわたって追加サンプルは採取されない。本質的に、記号中央の遷移から、次の「記号の前半時間」の中央となるべきサンプル時間まで、スキップすることができる。これは、記号の３／４後、又は８倍過剰サンプリングで６サンプル後である。代表的なプロセスの第３段階において、可能な限り最長の連続１を受信機が確実に通過するよう、十分な時間が経過するまで、最初の２つの段階を繰り返す。この時点で、データ遷移は０ビットに整合することが保証され、式中、
ａ．００−＞＿−＿−＿−．．．記号の間に「偽の」エッジがある；
ｂ．０１−＞＿−−＿．．．記号中央の遷移エッジがある；
ｃ．１０−＞−＿＿−．．．記号中央の遷移エッジがある；
ｄ．１１−＞−＿−＿．．．記号の間に「偽の」エッジがある。
【００４２】
代表的なプロセスの第４段階において、信号はデータ遷移又はエッジが見つかるまでサンプル採取される。代表的なプロセスの第５段階において、第２段階の方法をもう一度繰り返し、入ってくる信号がサンプル採取時点を決定するのに利用されたクロックと整合（又は位相が一致）し得るかどうかについて、判断する。代表的なプロセスの第６（最終）段階において、望ましいサンプル数が採取されるまで第４及び第５段階を繰り返す。
【００４３】
下記に述べられている代表的なプロセス集合は、一緒に配列された数多くの記号を構成するメッセージ全体を検出及び復号する方法を表わす。上述の代表的なプロセスのマンチェスター記号復号は、下記の代表的プロセスの各段階で実施される。この代表的なプロセスは、受信機で実施される。代表的なプロセスの第１段階では、受信機はＩＤＬＥ状態で始まり、使用可能にされるまで待機する。利用可能にされると、受信機がＩＮＩＴＩＡＬ状態になる。代表的なプロセスの第二段階において、受信機はＩＮＩＴＩＡＬ状態に入る。ＩＮＩＴＩＡＬ状態では、サンプリングがマンチェスターデータストリームに確実に整合するよう、受信機が十分な数のサンプルを採取又は捕捉する（上述の代表的プロセスの最初の３段階）。これは、アナログ回路又は比較閾値のための追加設定時間を必要とすることがある。次いで受信機は、次の段階、ＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＥＡＲＣＨ状態となる。次の段階において、受信機はＳＹＮＣＨＲＯＮＩＺＡＴＩＯＮ  ＳＥＡＲＣＨ状態に入る。ＬＳ＋ＬＡ＋ＬＣ＋１記号の後に同期が見つからない場合は、受信機は終了してＥＮＤ状態になる。しかし、同期が見つかった場合は、受信機はＡＤＤＲＥＳＳ  ＳＥＡＲＣＨ状態に移行する。代表的なプロセスの第４段階において、受信機はＡＤＤＲＥＳＳ  ＳＥＡＲＣＨ状態に入る。有効なアドレスが見つからない場合、受信機は終了してＥＮＤ状態になる。しかし、有効なアドレスが見つかった場合、受信機はＣＯＭＭＡＮＤ  ＳＥＡＲＣＨ状態に入る。代表的なプロセスの第５段階において、受信機はＣＯＭＭＡＮＤ  ＳＥＡＲＣＨ状態に入る。有効なコマンドが見つかった場合、どのコマンドが見つかったかをシステムに通知するフラグが立てられ、受信機はＥＮＤ状態になる。代表的なプロセスの第６（最終）段階において、受信機はＥＮＤ状態になる。受信機が使用不能になると、受信機の状態マシンがＩＤＬＥ状態になり、次に使用可能な状態にされるまで待機し、このプロセスが繰り返される。図３は、データと、上昇する（又は記号中央の）エッジの、予測されるサンプルポイントを示す。
【００４４】
マンチェスター符号では、受信機サンプル時間の参照が各記号中央の遷移で効率的に更新されるため、送信機と受信機の間の周波数の差が約＋／−１５％未満である限り、周波数の取得なしに、受信機を実装することも可能である。これにより、例えばＲＣオシレーターなどの単純な受信機時間ベースが可能になるため、セラミックオシレーター又はクォーツ結晶系オシレーターに比べ、複雑さ、容積、電流低下をはるかに低減又は減少させることができる。これらの場合について、結果として得られる最悪の場合のサンプリングポイントを図４及び図５に示す。本発明の別の代表的な実施形態において、受信機クロック又は時間ベースの周波数は、送信記号速度と整合するよう調整することができる。
【００４５】
周波数整合とマンチェスター復号は、下記の代表的プロセスを利用して実装され得る。代表的なプロセスの第１段階において、信号はデータ遷移又はエッジが見つかるまでサンプル採取される。代表的なプロセスの第２段階において、入ってくる信号が、サンプル採取時点を決定するのに利用されたクロックと整合（又は位相が一致）し得るかどうかについて、判断する必要がある。最初に、連続するサンプル値を調べ、１から０へ、又は０から１への遷移を探し又は見つける。遷移が見つかったら、これは記号中央の遷移であり得ると推定される。実際にこれが記号中央の遷移であれば、所定の時間にわたって追加サンプルは採取されない。還元すれば、記号中央の遷移から、次の「記号の前半時間」の中央となるべきサンプル時間まで、スキップすることができる。これは、記号の３／４後、又は８倍過剰サンプリングで６回サンプル後である。代表的なプロセスの第３段階において、最初の２段階を２回繰り返し、データ記号が確実に検出されるようにする。代表的なプロセスの第４段階において、サンプル数をゼロに設定し、データの遷移又はエッジが見つかるまでサンプリングが行われる。サンプル数が標的の遷移サンプル数よりも少ない場合、受信機サンプルクロック周波数が増加される。サンプル数が標的の遷移サンプル数よりも多い場合、受信機サンプルクロック周波数が減少される。代表的なプロセスの第５段階において、第２段階の方法が繰り返される。代表的なプロセスの第６段階において、可能な限り最長の連続１を受信機が確実に通過するよう、十分な時間が経過するまで、第４段階と第５段階を繰り返す。代表的なプロセスの第７段階において、サンプル数をゼロに設定し、データの遷移又はエッジが見つかるまで信号のサンプリングが行われる。所望により、サンプル数が標的の遷移サンプル数よりも少ない場合、受信機サンプルクロック周波数を増加することができ、サンプル数が標的の遷移サンプル数よりも多い場合、受信機サンプルクロック周波数を減少させることができる。代表的なプロセスの第８段階において、第２段階の方法が繰り返される。代表的なプロセスの第９（最終）段階において、望ましいサンプル数が採取されるまで第７及び第８段階を繰り返す。
【００４６】
留意すべき重要なこととして、全てのプロトコルで、使用する同期語及びアドレス長さが長くなると、検出成功の閾値が増大し、よって誤検出率が低下する。
【００４７】
上述のように、本発明による通信プロトコルは、任意のタイプの通信システムに使用することができるが、特に電力及び寸法が関心対象である場合に有利である。そのようなシステムの１つが、通信システムを含む電動式コンタクトレンズである。ここで図６を参照すると、例示的な送信機と、受信機を備える例示的な光学レンズ組立品とが示されている。図示のように、全システム６００は、制御送信機６０２と光学レンズ組立品６０４とを含んでいる。制御送信機６０２は、アンテナ６０６と、送信機回路６０８と、電池６１０と、ユーザーインターフェース６１２とを含み得る。ユーザーインターフェース６１２は、任意の好適なインターフェイスを含み得、これはシステムの光学的構成要素であり得る。アンテナ６０６も、任意の好適な装置を含み得る。電池６１０は、充電式電池、非充電式電池、１つ以上のコンデンサー、及びＡＣアダプターと協働する電源を含む、任意の好適な装置をも含み得る。ユーザーインターフェース６１２は送信機回路６０８に結合されており、送信機回路６０８のステータスをユーザーが制御及び／又は観測するためのボタン又は類似の手段を設けてもよい。換言すれば、ユーザーインターフェース６１２は、ボタン、タッチスクリーンディスプレイ、又は任意の他の既知の手段など、ユーザー又は操作者が送信機回路６０８に命令し送信機回路６０８と通信し得る任意の好適な手段を備えてよい。送信機回路６０８は、送信電磁信号６０６を同報するために、電気送信信号を発生させアンテナ６０１に与える。送信電磁信号６０１は、ユーザー／操作者によって与えられる制御情報に基づいてもよく、かつ／又は、送信機６０２の内部状態に基づいてもよい。光学レンズ組立品６０４はまた、アンテナ６１４と、電子回路６１６と、レンズ構造６１８とを含み得、このレンズ構造にアンテナ６１４と電子回路６１６が組み込まれる。図示されてはいないが、送信機及び受信機の両方とも、好適な電源を含む。
【００４８】
本発明は、送信機と受信機の間の通信に使用可能な通信システムのワイヤレスプロトコルを目的とし、受信機は眼科用レンズに組み込まれる。ワイヤレスプロトコルは、ワイヤレス無線周波数及び赤外線技術を含む、任意のタイプの通信チャネルと共に利用することができる。受信機のタイプは、具体的に選択された通信チャネルによって異なるが、関連技術で知られるように、任意の好適な方法で眼科用レンズに組み込むことができる。送信機のタイプはまた、通信チャネルにも依存し、例えば手持ち式フォッブ、スマートフォン、腕時計、指輪、あるいはベースステーション（眼科用レンズの殺菌ケースなど）といった任意の好適な装置に組み込むことができる。
【００４９】
本明細書に図示及び説明した実施形態は、最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるが、当業者であれば、本明細書に説明及び図示した特定の設計及び方法からの変更はそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、説明及び図示される特定の構造に限定されるものではないが、付属の特許請求の範囲に含まれ得る全ての改変例と一貫性を有するものとして解釈されなければならない。
【００５０】
〔実施の態様〕
（１）  ワイヤレスデータ通信方法であって、
同期語（synchronization word）１語、アドレス語１語及びデータ語１語を含むメッセージフレームを組み立てる段階と、
ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間にわたって、前記メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、
受信機側で、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する段階であって、各同期検索の持続時間は、少なくとも、前記メッセージフレームの長さに同期語１語の長さを加え１記号を差し引いた長さである、段階と、
前記受信機側で、送信された前記メッセージフレームが前記所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、
前記受信機側で、前記所定の同期語が見つかった時にのみ、送信された前記メッセージフレームを復号する段階と、
を含む、ワイヤレスデータ通信方法。
（２）  メッセージフレームを組み立てる前記段階が、前記同期語、前記アドレス語及び前記データ語との組み合わせにおいて、同期語に対する最小限の集合相関関係（set minimum correlation）を有するアドレス語を除去する段階を含む、実施態様１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（３）  メッセージフレームを組み立てる前記段階が、ゴールド符号配列を利用して前記同期語を生成する段階を更に含む、実施態様２に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（４）  前記メッセージフレームが、前記メッセージフレーム中の各ビットについてマンチェスター符号化を利用して符号化されている、実施態様２に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（５）  送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する前記段階が、前記最小限の送信持続時間よりも短い時間を有する、実施態様１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
【００５１】
（６）  前記アドレス語が装置アドレスに対応する、実施態様１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（７）  前記アドレス語がレジスターアドレスに対応する、実施態様１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（８）  メッセージフレームの最後にパリティビットを付加する段階を更に含む、実施態様１に記載のワイヤレスデータ通信方法。
（９）  ワイヤレスデータ通信方法であって、
同期語１語及びデータ語１語を含むメッセージフレームを組み立てる段階と、
ワイヤレス送信機から最小限の送信持続時間にわたって、前記メッセージフレームを繰り返し送信する段階と、
受信機側で、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索する段階であって、各同期検索の持続時間は、少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さである、段階と、
前記受信機側で、送信された前記メッセージフレームが前記所定の同期語に対応する同期語を含んでいるかどうかを判定する段階と、
前記受信機側で、前記所定の同期語が見つかった時にのみ、送信された前記メッセージフレームを復号する段階と、
を含む、方法。
（１０）  ワイヤレス通信システムであって、
送信機回路及び符号化回路を含む送信機であって、前記符号化回路が少なくとも同期語１語及びデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成され、前記送信機が、最小限の送信持続時間にわたって前記メッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている、送信機と、
送信チャネルと、
受信機回路及び復号回路を含む受信機であって、前記復号回路が、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成され、各同期検索の持続時間が少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記最小限の送信持続時間よりも短い、受信機と、
を含む、システム。
【００５２】
（１１）  前記送信機回路が、前記送信チャネルを通してメッセージを特定的に送信するよう構成されている、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１２）  前記受信機回路が、前記送信チャネルを通してメッセージを特定的に受信するよう構成されている、実施態様１１に記載のワイヤレス通信システム。
（１３）  前記送信機が、手持ち式装置に組み込まれ得る、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１４）  前記受信機が、手持ち式装置に組み込まれ得る、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１５）  前記受信機が、医療用装置に組み込まれ得る、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
【００５３】
（１６）  前記受信機が、植え込み可能な医療用装置に組み込まれ得る、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１７）  前記受信機が、眼科用レンズに組み込まれ得る、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１８）  前記送信チャネルが、高周波数電磁伝搬チャネルを含む、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（１９）  前記送信チャネルが、低周波数電磁カップリングを含む、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（２０）  前記送信チャネルが、可視光電磁伝搬チャネルを含む、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
【００５４】
（２１）  前記送信チャネルが、赤外線電磁伝搬チャネルを含む、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（２２）  前記送信機が、前記送信チャネルを通して搬送波信号を変調及び送信するよう構成されている、実施態様１０に記載のワイヤレス通信システム。
（２３）  前記送信機が、前記搬送波信号の位相、周波数又は振幅のうち少なくとも１つを変調する、実施態様２２に記載のワイヤレス通信システム。
（２４）  ワイヤレス送信機であって、
少なくとも同期語１語とデータ語１語を有するメッセージフレームを組み立てるよう構成されている符号化回路と、
送信チャネルを通して最小限の送信持続時間にわたって前記メッセージフレームを繰り返し送信するよう構成されている送信機回路と、を含む、ワイヤレス送信機。
（２５）  ワイヤレス受信機であって、
送信されたメッセージフレーム中で所定の同期語を定期的に検索するよう構成されている復号回路であって、各同期検索の持続時間が少なくとも、前記メッセージフレームの長さに、同期語１語の長さを加え、１記号を差し引いた長さであり、送信された前記メッセージフレーム中で所定の同期語を検索する時間は、前記最小限の送信持続時間よりも短い、復号回路と、
送信されたメッセージを送信チャネルから受信するための受信回路と、を含む、ワイヤレス受信機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2014017814000001.pdf