(57)【要約】【課題】照明システム内で情報を伝送できるようにすること。【解決手段】照明システムに光学的に結合されており、液体レンズの共振モードを使用して照明システムの光を変調できる液体レンズを介して、照明システム内の光を変調することにより、情報コンテントを伝送するための方法および装置である。液体レンズおよび情報コンテントに作動的に結合された変調制御システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションとして情報コンテントのうちの少なくとも一部を示すように構成されており、時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含む。液体レンズに光学的に結合された受信システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションにより変調された光から、情報コンテントの少なくとも一部を再構成するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明システム内で情報コンテントを伝送するための装置であって、
照明システムが発生する入射光に応答し、可変照明パターンを発生するように少なくとも１つの液体レンズ（３２０）を誘導するのに適した電気信号に、情報コンテントを示すデータストリームをコード化し、よって可変照明パターンから前記情報コンテントを少なくとも部分的にデコードできるように構成された変調制御システム（３１０）を含む、装置。
【請求項２】
前記信号は前記情報コンテントに基づき、前記少なくとも１つの液体レンズの形状を変えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記変調制御システムに作動的に結合されており、前記入射光を前記可変照明パターンに変調できる液体レンズ（３２０）を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記変調は、前記液体レンズ（３２０）内の共振モードを発生することを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記液体レンズは、１つ以上の電極を含み、前記信号は、時間に対して変化する電気信号であり、前記変調制御システムは、前記時間に対して変化する電気信号を前記１つ以上の電極に印加する、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記変調制御システムは、前記１つ以上の電極に印加される一定電圧に、前記時間に対して変化する電気信号を重ねるように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記時間に対して変化する電気信号は、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）、振幅シフトキー変調（ＡＳＫ）および位相シフトキー変調（ＰＳＫ）を含む群から選択された変調方式を使って液体レンズを誘導するように構成されている、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記液体レンズに光学的に結合された受信システムを更に含み、この受信システムは、前記可変照明パターンから前記情報コンテントのうちの少なくとも一部をデコードするように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記可変照明パターンは、時間的に可変な照明レベルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記入射光は、ＬＥＤに基づく１つ以上の照明ユニット（３３０）によって発生される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
照明システム内で光を変調することにより情報コンテントを伝送するための装置において、
ａ）前記照明システムに光学的に結合されており、前記照明システムの光を変調でき、１つ以上の共振モードを有する液体レンズ（３２０）と、
ｂ）前記液体レンズに作動的に結合されており、前記情報コンテントを受信する変調制御システム（３１０）とを備え、前記変調制御システムは、前記液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションとして前記情報コンテントの少なくとも一部を示すように構成されており、前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含む、装置。
【請求項１２】
前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記照明システムが発生する光に対する前記液体レンズの配向を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記液体レンズの表面上の異なるポイントにおける電位を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記液体レンズに光学的に結合された受信システムを更に備え、前記受信システムは、前記液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションにより変調された光から前記情報コンテントの少なくとも一部をデコードするように構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記受信システムは、
ａ）前記光の性質を示す信号を発生することにより、前記光に応答するように構成されている感光性表面と、
ｂ）前記信号から前記情報コンテントの前記少なくとも一部をデコードするように構成されている処理ユニットとを更に含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記処理ユニットは、ルックアップテーブルを使用して前記情報コンテントの一部をデコードする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記照明システムは、ＬＥＤに基づく１つ以上の照明ユニット（３３０）を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
照明システム内で光を変調することにより、情報コンテントを伝送するための方法であって、
ａ）前記照明システムに光学的に結合されており、前記照明システムの光を変調でき、１つ以上の共振モードを有する液体レンズを設けるステップと、
ｂ）前記液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導するステップとを備え、前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは前記１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含み、前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記照明システムの変調された光として情報コンテントを示す、方法。
【請求項１９】
前記変調された光から前記情報コンテントの少なくとも一部をデコードするステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記デコードするステップは、
ａ）前記変調された光を検出して信号を発生することと、
ｂ）前記信号とルックアップテーブルとを比較することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムに関し、より詳細には、本願に開示する本発明の種々の方法および装置は、液体レンズを使用した照明システムにおいて情報を伝送するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル照明技術、すなわち発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体光源に基づく照明は、従来の蛍光ランプ、ＨＩＤおよび白熱ランプに対する発展性のある代替手段を提供する。ＬＥＤの機能上の利点および利益として、エネルギー変換および光学的効率が高いこと、耐久性があること、作動コストが低いこと、およびその他の多くのことを挙げることができる。ＬＥＤ技術における最近の技術的進歩により、効率的かつロバストな、フルスペクトルの照明源が得られ、この照明源は、周辺照明、サイン照明、広告照明、ディスプレイ照明およびバックライト照明を含む多くの用途において種々の照明効果を可能にしている。これら照明源を具現化する照明具の一部は、異なるカラー、例えば赤色および緑色および青色を発生できる１つ以上のＬＥＤを含む照明モジュールだけでなく、種々のカラーおよびカラーが変化する照明効果を生じるよう、複数のＬＥＤの出力を別々に制御するためのプロセッサも特徴としている。
【０００３】
一部は、ＬＥＤ技術の進歩に起因し、上記リストに挙げたような照明用途に向けられた照明システムは、徐々により複雑となっている。例えばリアルタイムの入力に応答し、照明システムにおける多数のＬＥＤのカラーおよび強度を制御できる照明システムを提供できる。更に、多数の照明システムをコーディネートし、拡張された機能を提供できる。照明システムの複雑さのレベルが高くなるにつれ、照明機能と伝送機能を１つのシステムに組み込むことが実現可能となり、かつ有益となっている。かかる統合された伝送は、例えば照明システム内でフィードバックする上で有効であり、または多数の照明システムをコーディネートする上で有効となり得る。
【０００４】
単一システムにおいて、照明機能と伝送機能とを統合する１つのアプローチは、照明と情報の双方のソースとして、少なくとも１つのＬＥＤを使用することである。このアプローチは、アンテナまたはその他の伝送デバイスのような第２信号ソースの代わりに、情報を送信するのにＬＥＤが発生する放射束を使用することにより、システムのコストおよび複雑さを低減するものである。例えば光媒体を通して情報を送信するために光源のドライブ電流を変調することにより、伝送のために蛍光光源の直接変調を行うような従来技術もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ドライブ電流を変調することによって行うＬＥＤの直接変調は、一部のＬＥＤに基づく照明システムに対して劣ることがある。例えばドライブ電流を変えることにより高フラックスＬＥＤの放射出力を数十ＭＨｚまでのレートで直接変調できるが、このアプローチは、一定のドライブ電流の上に時間に対して変化する信号を重ねた場合、変調プロセス中にかなりのパワー損失を生じさせることがある。数ミリ秒の蛍光崩壊時間を有する蛍光体でＬＥＤのダイがコーティングされている場合、このようにＬＥＤを直接変調することは、非効率ともなり得る。このような状況では、この場合、蛍光体が放出する光を復調することが困難となることがあるので、ポンピングＬＥＤが放出する放射束（一般に青色光）をアイソレートするのに、蛍光体が発生する放射束をフィルタにかける必要が生じる場合がある。
【０００６】
しかしながら、例えば光源の放射束に間接的に影響するために使用できる、光を間接的に制御するためのいくつかの従来方法も存在する。例えば制御可能なレンズまたは光学フィルタを光源に光学的に結合し、前記レンズまたはフィルタの特性を変えることができ、この結果、これに対応して光が連動する。かかる間接手段による照明システムにおける光の変調はエネルギー効率が増すことにより有利となり得る。
【０００７】
例えば、ある方法は、焦点が電気的に制御される液体レンズを開示しており、その液体レンズは、２つの電極の間に挟持されたレンズを形成する光透過性液体を含み、この液体の表面の曲率は、２つの電極の間の電圧を変えることによって制御可能となっている。従来の別の方法は、専用光ビームを変調するために光バルブとして液体レンズを使用し、写真フィルム上にサウンドトラックを記憶している。この方法は、印加電圧によって可変凹度を制御できる単一のメニスカス凹レンズとして液体レンズの表面を構成し、このレンズを通して写真フィルムに光を透過させようとしている。レンズの凹度が変化すると、これに対応して写真フィルムの上の露光強度または露光面積が変化し、よって膜上に情報を記憶できる。しかしながら、凹度しか調節しないので、限られた範囲のコンフィギュレーション（構造）しか使用できない。更に時間に対して凹度を精密に変えるには、複雑な制御回路が必要である。更に別の方法は、液体レンズ上の表面に定在波または進行波を生じさせるために液体レンズをドライブすることを開示している。
【０００８】
従って、当技術分野では、液体レンズを使って照明システム内で情報を伝送するためのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液体レンズを使用して照明システム内で情報を伝送するための本発明の方法および装置に関し、前記情報コンテントは、入射光に応答して可変照明パターンを発生するように液体レンズを誘導するのに適した、時間に対して変化する電気信号にコード化され、よって受信システムにより前記可変照明パターンから前記情報コンテントを少なくとも部分的にデコードできるように構成されている。
【００１０】
一般的に、ある様相によれば、本発明は、照明システム内で情報コンテントを伝送するための装置であって、照明システムが発生する入射光に応答し、可変照明パターンを発生するように少なくとも１つの液体レンズを誘導するのに適した電気信号となるように、情報コンテントを示すデータストリームをコード化し、よって可変照明パターンから前記情報コンテントを少なくとも部分的にデコードできるようにする変調制御システムを含む、装置に関する。種々の実施形態によれば、この装置は、変調制御システムに作動的に結合されており、可変照明パターンとなるように前記入射光を変調できる液体レンズを更に含む。前記変調は、液体レンズ内の照明モードを発生するステップを含むことができる。
【００１１】
ある実施形態では、液体レンズは、１つ以上の電極を含み、信号は、時間に対して変化する電気信号であり、変調制御システムは、前記時間に対して変化する電気信号を前記１つ以上の電極に印加する。この変調制御システムは、１つ以上の電極に印加される一定電圧に、時間に対して変化する電気信号を重ねるように構成できる。更に、時間に対して変化する電気信号は、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）、振幅シフトキー変調（ＡＳＫ）および位相シフトキー変調（ＰＳＫ）を含む群から選択された変調方式を使って液体レンズを誘導するように構成できる。
【００１２】
一実施形態では、本装置は、液体レンズに光学的に結合された受信システムを更にオプションとして含み、この受信システムは、前記可変照明パターンから前記情報コンテントのうちの少なくとも一部をデコードするように構成されている。この可変照明パターンは、時間的に可変な照明レベルを含むことができる。
【００１３】
一般的に、別の様相によれば、照明システム内で光を変調することにより情報コンテントを伝送するための装置であって、照明システムに光学的に結合されており、照明システムの光を変調でき、１つ以上の共振モードを有する液体レンズと、液体レンズに作動的に結合されており、情報コンテントを受信する変調制御システムとを備え、可変調制御システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションとして情報コンテントの少なくとも一部を示すように構成されており、時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含む装置が提供される。
【００１４】
一部の実施形態では、時間に対して変化するコンフィギュレーションは、照明システムが発生する光に対する前記液体レンズの配向および／または液体レンズの表面上の異なるポイントにおける電位を含む。
【００１５】
一実施形態では、本装置は、液体レンズに光学的に結合された受信システムを更に備え、受信システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションにより変調された光から情報コンテントの少なくとも一部をデコードするように構成されている。受信システムは、光の性質を示す信号を発生することにより、光に応答するように構成されている感光性表面と、信号から情報コンテントの少なくとも一部をデコードするように構成されている処理ユニットとを有することができる。処理ユニットは、ルックアップテーブルを使用して前記情報コンテントの一部をデコードできる。
【００１６】
本発明の更に別の様相によれば、照明システム内で光を変調することにより、情報コンテントを伝送するための方法であって、照明システムに光学的に結合されており、照明システムの光を変調でき、１つ以上の共振モードを有する液体レンズを設けるステップと、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導するステップとを備え、時間に対して変化するコンフィギュレーションは、１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含み、時間に対して変化するコンフィギュレーションは、照明システムの変調された光として情報コンテントを示す方法が提供される。
【００１７】
本開示のために本願で使用する「ＬＥＤ」なる用語は、任意のエレクトロルミネッセンスダイオードまたは電気信号に応答して放射線を発生できる他のタイプのキャリア注入／接合をベースとするシステムを含むと理解すべきである。従って、ＬＥＤなる用語は、電流に応答して発光する種々の半導体に基づく構造体、発光ポリマー、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネッセントストリップまたは同等物を含むが、これらだけに限定されない。特にＬＥＤなる用語は、（一般に約４００ナノメートルから約７００ナノメートルまでの放射線波長を含む）赤外線スペクトル、紫外線スペクトルおよび可視スペクトルのうちの種々の部分の１つ以上で放射線を発生するように構成できる（半導体および有機発光ダイオードを含む）すべてのタイプの発光ダイオードを有する。ＬＥＤの一部の例は、種々のタイプの赤外線ＬＥＤ、紫外線ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、アンバー色ＬＥＤ、オレンジ色ＬＥＤおよび白色ＬＥＤ（以下、更に説明する）を含むが、これらだけに限定されない。ＬＥＤは、所定のスペクトル（例えば狭バンド幅、広バンド幅）に対して種々のバンド幅（例えば半値全幅、すなわちＦＷＨＭ）を有し、所定の一般的なカラーカテゴリーの範囲で種々の主要な波長を有する放射線を発生するようにＬＥＤを構成し、および／または制御できるとも理解すべきである。
【００１８】
例えば基本的には白色光を発生するように構成されたＬＥＤ（例えば白色ＬＥＤ）の一実現例は、多数のダイを含むことができ、これらダイは共に混合されて基本的には白色の光を形成するエレクトロルミネッセンスの異なるスペクトルをそれぞれ発生する。別の実現例では、白色光のＬＥＤと蛍光材料とを関連させ、蛍光材料は第１のスペクトルを有するエレクトロルミネッセンスを異なる第２のスペクトルに変換する。この実現例では、比較的短い波長および狭いバンド幅のスペクトルを有するエレクトロルミネッセンスが、蛍光材料をポンピングし、蛍光材料は次に多少広いスペクトルを有する、より長い波長の放射線を放射する。
【００１９】
ＬＥＤなる用語は、ＬＥＤの物理的および／または電気的パッケージのタイプを制限しないと理解すべきである。例えば上記のように、ＬＥＤとは異なるスペクトルの放射線をそれぞれ発生するように構成された（例えば個々に制御できてもよいし、個々に制御できなくてもよい）多数のダイを有する単一の発光デバイスを意味し得る。更にＬＥＤとこのＬＥＤ（例えばあるタイプの白色ＬＥＤ）の一体的部分として見なされる蛍光体とを関連させてもよい。一般に、ＬＥＤなる用語は、パッケージＬＥＤ、非パッケージＬＥＤ、表面実装ＬＥＤ、チップオンボードＬＥＤ、Ｔパッケージ実装ＬＥＤ、ラジアルパッケージＬＥＤ、パワーパッケージＬＥＤ、あるタイプのカプセルおよび／または光学的要素（例えば拡散レンズ）を含むＬＥＤなどを意味し得る。
【００２０】
「光源」なる用語は、（上記のような１つ以上のＬＥＤを含む）ＬＥＤに基づく光源、白熱光源（例えばフィラメントランプ、ハロゲンランプ）、蛍光光源、蛍光リン光光源、高輝度放電光源（例えばナトリウム蒸気ランプ、水銀蒸気ランプおよびハロゲン化金属ランプ）、レーザー、他のタイプのエレクトロルミネッセンス光源、パイロルミネッセンス光源（例えば火炎）、キャンドルルミネッセンス光源（例えばガスマントル、カーボンアーク放射線源）、光ルミネッセンス光源（例えばガス放電光源）、電子飽和を使ったカソードルミネッセンス光源、ガルバノルミネッセンス光源、クリスタロルミネッセンス光源、キネルミネッセンス光源、サーモルミネッセンス光源、トライボルミネッセンス光源、ソノルミネッセンス光源、ラジオルミネッセンス光源およびルミネッセンスポリマーを含むが、これらに限定されない種々の放射線源のうちの任意の１つ以上を意味すると理解すべきである。
【００２１】
可視スペクトル内、可視スペクトル外またはその双方の組み合わせで電磁放射線を発生するよう、所定の光源を構成できる。したがって、「光」なる用語と「放射線」なる用語は、本願では、相互に交換可能に使用する。更に光源は、一体的コンポーネントとして１つ以上のフィルタ（例えばカラーフィルタ）、レンズまたはその他の光学的コンポーネントも含むことができる。更に、光源は表示、ディスプレイおよび／または照明を含むが、これらに限定されない、種々の用途に対して構成できると理解すべきである。「照明源」とは、内部空間または外部空間を効果的に照明するように充分な強度を有する放射線を特に発生するように構成された光源のことである。これに関連し、「充分な強度」とは、周辺照明光（すなわち間接的に認識できる光、および全体または一部が認識される前に種々の介在する表面のうちの１つ以上で反射される光）を発生するために、空間または環境で発生される可視スペクトル内の十分な放射パワーを意味する（放射パワーまたは「光束」に換算して光源からのすべての方向の全光出力を示すのに、「ルーメン」なる単位が使用されることが多い）。
【００２２】
「照明具」なる用語は、本願では特定の形状ファクター、アセンブリまたはパッケージにおける１つ以上の照明ユニットの実現例または配置を示すのに使用される。「照明ユニット」なる用語は、本願では同一タイプまたは異なるタイプの１つ以上の光源を含む装置を意味するのに使用される。所定の照明ユニットは、光源、密閉／ハウジング配置および形状および／または電気並びに機械的接続コンフィギュレーションのための種々の実装配置のうちの任意の１つを有することができる。更にオプションとして、所定の照明ユニットを光源の作動に関連する他の種々のコンポーネント（例えば制御回路）に関連させてもよい（例えば他のコンポーネントを含むか、他のコンポーネントに結合し、および／または他のコンポーネントと共にパッケージ化してもよい）。「ＬＥＤに基づく照明ユニット」なる用語は、単独または他のＬＥＤに基づかない光源と組み合わせた、上記１つ以上のＬＥＤに基づく光源を含む照明ユニットを意味する。「多チャンネル」照明ユニットなる用語は、異なるスペクトルの放射線をそれぞれ発生するように構成されている少なくとも２つの光源を含む、ＬＥＤに基づく照明ユニットまたはＬＥＤに基づかない照明ユニットを意味し、この場合、異なる各光源のスペクトルをマルチチャンネル照明ユニットの「チャンネル」と称すことができる。
【００２３】
「照明システム」なる用語は、本願では、照明ユニットを備え、周辺照明、サイン照明、広告照明、ディスプレイ照明およびバックライト照明用途を含むが、これらに限定されない１つ以上の照明用途に少なくとも一部が向けられたシステムを意味するのに使用される。照明システムとは、自然光を含む自然に生じるシステムも意味する。光は可視光を含むが、可視光だけに限定されない、１つ以上の周波数の電磁放射線を含むことができると理解されよう。したがって、照明システムとは、マイクロウェーブ、Ｘ線、無線周波数、赤外線または自然に生じるか、もしくは人工目的に向けられた他の電磁放射線を含むシステムも意味する。
【００２４】
「コントローラ」なる用語は、本願では、１つ以上の光源の作動に関連する種々の装置を記述するのに一般的に使用される。本願で説明する種々の機能を実行するのに、コントローラは、多数の方法（例えば専用ハードウェアを使用する方法）で実現できる。「プロセッサ」とは、本願で説明する種々の機能を実行するためのソフトウェア（例えばマイクロコード）を使用してプログラムできる１つ以上のマイクロプロセッサを使用するコントローラの一例である。コントローラはプロセッサを使用して、または使用せずに実現できるし、更に一部の機能を実行するための専用ハードウェアと他の機能を実行するためのプロセッサ（例えば１つ以上のプログラムされたマイクロプロセッサおよび関連する回路）との組み合わせとして実現してもよい。本開示の種々の実施形態で使用できるコントローラのコンポーネントの例は、従来のマイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むが、これらだけに限定されない。
【００２５】
種々の実現例では、プロセッサまたはコントローラと１つ以上の記憶メディア（包括的には本願では「メモリ」と称され、例えば揮発性および不揮発性コンピュータメモリ（例えばＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープなど）と関連させることができる。一部の実現例では、記憶メディアに１つ以上のプログラムをコード化することができ、これらプログラムは１つ以上のプロセッサおよび／またはコントローラで実行されるとき、本願に記載する機能の少なくとも一部を実行する。種々の記憶メディアは、プロセッサまたはコントローラ内に固定してもよいし、メディア上に記憶された１つ以上のプログラムをプロセッサまたはコントローラにロードし、本発明の種々の実施形態を実施するようにポータブルとしてもよい。
【００２６】
「アドレス指定可能」なる用語は、本願では自らを含むマルチデバイス用の情報（例えばデータ）を受信し、デバイス用の特定の情報に選択的に応答するように構成されたデバイス（例えば一般的には光源、照明ユニットまたは照明具、１つ以上の光源または照明ユニットに関連するコントローラまたはプロセッサ、他の照明に関係しないデバイスなど）を意味するのに使用される。「アドレス指定可能」なる用語は、ネットワーク化された環境（または後に更に説明する「ネットワーク」）に関連して使用されることが多く、この環境では、一部の伝送メディアを介して多数のデバイスが共に結合されている。ネットワークの実現例では、ネットワークに結合された１つ以上のデバイスは、ネットワークに結合された他の１つ以上のデバイスのためのコントローラとして（例えばマスター／スレーブ関係で）作動し得る。別の実現例では、ネットワーク化された環境はネットワークに結合されたデバイスのうちの１つ以上を制御するように構成された１つ以上の専用コントローラを含むことができる。一般にネットワークに結合された多数のデバイスの各々は、伝送メディア上に存在するデータにアクセスすることができる。しかしながら、特定のデバイスに割り当てられている１つ以上の特定の識別子（例えばアドレス）に基づき、ネットワークとデータを選択的に交換できるように構成されている（すなわちネットワークとの間でデータを受信し、および／または送信するように構成されている）という点で、「アドレス指定可能」とし得る。
【００２７】
本願で使用するような「ネットワーク」なる用語は、任意の２つ以上のデバイスの間、および／またはネットワークに結合されている多数のデバイスの間で、（例えばデバイス制御、データ記憶、データ交換などのために）情報のトランスポートを容易にする（コントローラまたはプロセッサを含む）２つ以上のデバイスの任意の相互接続を意味する。容易に理解できるように、多数のデバイスを相互接続するのに適したネットワークの種々の実現例は、種々のネットワークトポロジーのうちの任意のものを含むことができ、種々の通信プロトコルのうちの任意のものを使用できる。
【００２８】
本願で使用するような「ユーザーインターフェース」なる用語は、人のユーザーまたはオペレータと、ユーザーとデバイスとの間の通信を可能にする１つ以上のデバイスとの間のインターフェースを示す。本開示の種々の実現例で使用できるユーザーインターフェースの例として、スイッチ、ポテンショメータ、ボタン、ダイヤル、スライダー、マウス、キーボード、キーパッド、種々のタイプのゲームコントローラ（例えばジョイスティック）、トラックボール、ディスプレイスクリーン、種々のタイプのグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）、タッチスクリーン、マイク、および人が発生したある種の刺激を受信し、その刺激に応答して信号を発生できる他のタイプのセンサを挙げることができるが、これらだけに限定されない。
【００２９】
「反射」または「反射された」なる用語は、本願ではある媒体を通って進む波が実質的に進むことのできない新しい媒体に到達したときの現象を記述するのに使用される用語である。このインターフェースにある波は反射されて、元の媒体に戻って進む。例えばミラーに入射した光波または液体を通って進み、固体に入射する波は、いずれも反射を生じ得る。
【００３０】
「屈折」または「屈折された」なる用語は、本願では媒体を通って進む波が新しい媒体に到達するし、波は異なる速度でこの新しい媒体を実質的に通過できるときの現象を記述するのに使用される用語である。この境界部にある波は、曲げられ、新しい媒体を新しい方向に進む。例えば光に入射した効果または液体を通って新しい液体に入射した波の双方は、屈折を生じ得る。
【００３１】
これまでの概念と、以下、より詳細に説明する別の概念のすべての組み合わせは、（かかる概念が互いに矛盾しないことを条件に）本願に開示する本発明の要旨のうちの一部として見なすことができると理解すべきである。特に本開示の末尾に記載の、請求した要旨のすべての組み合わせは、本願に開示の発明の要旨の一部として見なすことができる。参考例として援用した任意の開示にも見ることができる、本願に明示的に使用されている用語は、本願に開示する特定の概念に最も一致する用語に従うべきであることも理解すべきである。
【００３２】
図中の同様な参照番号は、異なる図面にわたり、一般に同じ部品を示す。更に図面は、必ずしも実寸どおりではなく、一般に発明の原理を示す際には強調されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】円筒形コンフィギュレーションを有する液体レンズの最初の数種の共振モードのうちの１つを略図で示す。
【図２】円筒形コンフィギュレーションを有する液体レンズの２つの共振モードのうちの１つの三次元斜視図を示す。
【図３】本発明の一実施形態に係わる伝送システムを示す。
【図４】本発明の別の実施形態に係わる伝送システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、照明システムにおいて光を変調することによって情報を伝送するための方法および装置を提供するものである。この目的のために、照明システムに光学的に結合できる液体レンズが提供される。作動時に液体レンズを変調すると、伝送のための光の変調を照明システム内に誘導できる。液体レンズは、構造に起因して１つ以上の共振モードを有し、これら共振モードは、この伝送目的のために利用できる。液体レンズおよび情報コンテントに作動的に結合された変調制御システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションとして情報コンテントのうちの少なくとも一部を表示するよう、液体レンズに影響し、このことが次に、所望する光の変調を誘導できるよう構成できる。このように時間に対して変化するコンフィギュレーションは、液体レンズの共振モードのうちの１つ以上を実質的に含むことができる。本明細書に説明するように、共振モードを使用することによって実質的に情報の伝送を改善できる。
【００３５】
一実施形態では、本発明は、受信システムが液体レンズによって変調された光によって少なくとも部分的に照明されるよう、液体レンズに光学的に結合された受信システムも含む。この受信システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションにより変調された光からの情報コンテントの少なくとも一部を再構成するように構成される。この目的のために、受信システムは液体レンズの共振モードの１つ以上を区別するように構成できる。
【００３６】
照明システム
本発明の一実施形態に係わる装置は、液体レンズによって変調すべき光を発生する、これまで開示したＬＥＤに基づく照明ユニットと共に作動するように構成されている。本明細書に開示する発明は、専用ＬＥＤ光源からの光が供給されるときに情報を伝送するように作動できるが、伝送の他に少なくとも他の１つの目的のために使用される照明システムの一部を形成するＬＥＤと共に作動するようにもなっている。本発明の一部の実施形態では、照明システムは、１つ以上のＬＥＤ光源と、これら光源によって発生される光の１つ以上の特性、例えばこれら光源が発生する光の量および波長を制御するための制御ユニットと、ＬＥＤに電力を供給するための電源とを含むことができる。この照明システムは、１つ以上のＬＥＤの光の向きを定めるか、またはこの光を変えるためのレンズ、フィルタ、ミラーおよびディフューザーのような光学要素も含むことができる。この照明システムは、更に光学的フィードバックシステムを含むことができ、この光学的フィードバックシステムは、１つ以上のＬＥＤが発生する光の１つ以上の質を測定し、フィードバック制御のためにこの情報を制御ユニットへ伝えることができる。
【００３７】
例えば自然に生じる照明システムで見ることができるような自然光と共に、または通常の可視スペクトル外の任意の電磁放射線、例えば赤外線、マイクロウェーブ、Ｘ線または無線波と共に、本発明の実施形態を作動できるようにすることも想到できる。多くの実施形態では、照明システムは、照明用途、例えば周辺照明、サイン照明、広告照明またはディスプレイ照明に向けられている。例えば照明システムは上記のような制御可能なＬＥＤに基づく複数の照明ユニットを含むことができる。
【００３８】
液体レンズ
液体レンズは、１つ以上の電極に近い１つ以上の流体を含むチャンバを一般に備える。このレンズは、光が液体の境界部を通過できるように構成されており、この境界部は、前記光の経路に影響する屈折特性または反射特性を有する。１つまたは２つ以上の電極に加えられた電気信号を変えることにより、電気湿潤化として知られる現象に起因し、この液体境界部の形状が変化し、よってこの境界部を通過する光の経路に影響が及ぶ。当技術分野では、既にいくつかのバージョンの液体レンズが考えられているか、または市販されている。例えば米国特許第2,062,468号は、電気的に焦点が制御される液体レンズを開示しており、このレンズは、２つの電極の間に挟持されたレンズを形成する光透過液を含み、これら２つの電極の間の電圧を変えることによって液体レンズの表面の曲率を変えることができるようになっている。国際公開特許出願第WO99/18456号およびWO03/069380号、および米国特許第6,449,081号にも、その他の液体レンズデバイスが開示されている。市販されている製品としてバリオプティック社（Varioptic SA（リヨン、フランス）)によって製造されているＡｒｃｔｉｃ（商標）３２０およびＡｒｃｔｉｃ（商標）４１６液体レンズがある。
【００３９】
液体レンズの表面を変えることにより、当業者に容易に理解できるように、屈折現象に起因して、液体レンズを通過する光の経路に影響を与えることができる。一実施形態では、スネルの法則に従い、液体レンズの表面を通過する光の向きが変化することは知られており、このスネルの法則は、液体レンズの表面に光が入射する角度に関して光の向きが変わることを特徴付けている。従って、光に対する液体レンズ表面の配向を変えることにより、レンズを通過する光の向きに影響を与えることができる。
【００４０】
一実施形態では、液体レンズは、流体チャンバを構成するチューブ形状をした電極を備え、流体チャンバは、導電性流体および絶縁性流体を含む２つの非混和性流体を含み、液体レンズは、更にチューブの中心に挿入された電極を含む。この電極は国際公開特許出願第WO2006/046185号に全体が記載されているようなものに類似する。電極のうちの１つ以上の上には絶縁体も置かれており、流体チャンバの端部は光がチャンバおよび２つの流体の間の境界部を通過できるようにする透明要素でシールされている。電極の間の電圧を変えることにより、定在波および進行波の形成を含む、流体の間の境界部の形状の対応する変化を誘導できる。
【００４１】
本発明の種々の実施に対して、種々の形状およびサイズの液体レンズが適当となり得る。例えばレンズを円筒形、円錐形、楕円形、トロコイド形、四角形プリズム、三角プリズムまたは当業者が容易に理解できるような他の三次元形状とすることができる。液体レンズの形状は、その作動、例えば屈折特性、潜在的なレンズのコンフィギュレーションおよび共振モードに影響を与え得る。例えば、レンズの壁の角度のような液体レンズ形状の特徴を変えることにより、一部の共振モードの振幅を大きくすることができる。液体レンズに対する重力の作用は、サイズと共に減少するので、現在の液体レンズ技術は、より小さいサイズのレンズを求めている。しかしながら、種々のサイズのレンズを用いて本発明の実施形態を作動させることもできる。
【００４２】
一実施形態では、液体レンズは、３つ以上の電極も有することができるし、レンズの壁の適当な部分が制御可能な電位を有するように、この部分を構成してもよい。別の実施形態では、液体レンズは、１つの表面を含むことができ、この場合、この表面上の異なるポイント上の電位を制御可能に変えることができる。このように、より広い範囲の時間に対して変化する電位を誘導し、よって共振モードを含む液体レンズの対応するより広い範囲の、時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導してもよい。例えば液体レンズの第１領域で電位を変える一方、第２領域における電位を一定のままにすることができる。従って、第２領域は、液体内で発生する入射波を一貫して反射する表面を含むことができる。
【００４３】
ある実施形態では、液体レンズは、機械的に作動される液体レンズとなっている。液体レンズの表面の形状を変えるため、電気信号に依存する代わりに、液体レンズの境界部のうちの１つ以上の位置を機械的に作動されるレンズが変えることができる。これに対応し、液体レンズのうちの流体を含む領域はサイズを変えることができ、次にそれに対応して、表面張力の作用に一部起因し、液体レンズの表面は形状を変えることができる。
【００４４】
一実施形態では、液体レンズは、圧力によって作動される液体レンズとなっている。すなわちこの液体レンズは、レンズキャビティ内に流体とガスを含む。ガスの圧力を変えることにより、レンズ表面の形状を変えることができる。従って、本発明の実施形態に従って作動するようにレンズ表面の形状を構成できる。
【００４５】
液体レンズ内の材料の屈折率は、異なる効果を得られるように変えることができると理解すべきである。例えばレンズ形状の小さな変化が、液体レンズを通過する光の方向の比較的大きい変化に対応するので、光を変調するのにレンズを使用するときに、利得をより高くするのに、より大きい屈折率の流体を使用できる。入射光が実質的にレンズ表面に対して垂直であるとき、レンズを通過する光の量を減少させるのに反射性流体を使用できるが、例えば液体レンズが共振モードで作動しているときには、反射性流体は光が大きい入射角でレンズ表面に到達できるようにする。
【００４６】
ある実施形態では、照明システム内で光を変調するのに多数の液体レンズを使用できる。各レンズを変調システムに作動的に結合でき、光を変調するために１つ以上の共振モードで作動させることができる。更に、これら液体レンズは、直列または並列、もしくはそれらの組み合わせで相互に結合してもよく、よって所望するように情報を伝送するよう、液体レンズの集団を通過する光を変調できる。
【００４７】
一実施形態では、当業者に知られているように、液体レンズに入射する光を１つ以上のデバイスによって光学的に操作できる。例えば当業者であれば理解できるように、ミラーを使って光を反射し、フィルタ、レンズまたは他の光学的要素を通過させることができる。更に時間に対して変化するシャッターまたはフィルタ、ストロボ光源または同等物を使って、照明システムの光を一時的に変え、液体レンズを通過する光を更に変更できる。
【００４８】
共振モード
液体レンズは、液体レンズの流体と異なる材料を含む境界部によって構成された流体含有領域を一般に含む。流体を通過し、境界部に到達する波は、一般に反射され、この反射は、例えば流体内に戻る波を含む。新たに発生された波と反射された波とを重ねると、液体レンズの表面で共振モード、例えば定在波パターンが発生し得る。
【００４９】
共振モードは、媒体内に存在する１つ以上の進行波の２つ以上の部分の間で実質的な建設的干渉または破壊的干渉を呈する波支持媒体の励起モードとして一般に特徴付けられ、媒体において前記進行波部分は、時間および空間が実質的に一致した状態（重なった状態）となり得る。共振モードは定在波、定在波の重なり、パルス状の定在波、定在波と進行波の重なり、または上記時間に対して変化する波の組み合わせを含むことができる。例えば波支持媒体の励起によって発生される進行波が液体レンズの壁のような表面で反射され、進行波の第１部分が進行波の第２部分に衝突した場合、第１部分と第２部分は互いを通過でき、波の重なりにおいて建設的干渉または破壊的干渉を呈する。持続した共振モードは、時間的にふるまいが周期的に繰り返されるような共振モードとして定義できる。持続的な共振モードは、所定の時間インターバルにわたる周期的な波形の重なりとして定義できる。
【００５０】
共振モードは反射波形と非反射波形の重なりに対してテコの増幅作用を与え、共振モードがない場合よりもより高い振幅またはより複雑なパターンを誘導し得る。あらかじめ指定した境界部を有する特定の波支持媒体における各共振モードは、波支持媒体を所定の態様で励起することによって誘導できる。境界が設けられた媒体、例えば液体レンズ内の共振モードの性質は、各共振モードに対応する励起波形が周波数スペクトルに関して互いにアイソレートされるように定められている。すなわち境界のある媒体、例えば液体レンズ内では、共振モードの連続はない。従って、各共振モードは、別個のパターンとして認識し得る。
【００５１】
流体媒体、レンズ形状および境界条件に応じて、液体レンズ内で異なる多くの共振モードを可能にし得る。例えば液体レンズが呈することができるような、境界媒体内で共振モードを示す多数の複雑な振動パターン、例えばクラドニ（Chladni）パターンが当技術分野で知られている。適当な波方程式を解くことによって、数学的に共振モードを予測することもできる。
【００５２】
例えばクランプされた境界部を有する薄い円形プレートとしてレンズ表面をモデル化し、次のように記載できる波方程式を使用して横方向の定在波を解くことにより、本発明の一実施形態に係わる円筒形液体レンズに対する機械的な共振を近似できる。
【数１】
2011517881.tif 000003
ここで、ｒは半径であり、φはラジアル角であり、ｔは時間であり、νは液体境界部を横断する横方向波の伝搬の長手方向速度であり、ψ（ｒ、φ、ｔ）は波の変位量の振幅である。図１Ａ〜１Ｌには、共振モードである多数の定在波パターン、すなわち固有モードが示されており、これら図では、破線で節領域が示されており、各節領域の両側の領域は、例えば実質的にサイン波状に変化する変位量だけ時間的に反対方向にずれている。図２Ａ〜２Ｂは、時間内のある瞬間における、図１Ｅおよび１Ｇにそれぞれ示された共振モード０２および２２の三次元表示を示す。これらパターンは、反対方向の隣接する領域の変位量のパターンを示している。
【００５３】
変調制御システム
本発明の種々の実施形態および実現例に係わる装置は、液体レンズに作動的に結合された変調制御システムを更に含む。上記のように、この変調制御システムは、情報コンテントを示すデータストリームを電気信号にコード化するよう構成されており、この電気信号は、照明システムが発生した入射光に応答し、少なくとも１つの液体レンズが可変照明パターンを発生するようにこの液体レンズを誘導するのに適しており、よって可変照明パターンから情報コンテントを少なくとも部分的にデコードできるように構成されている。この変調制御システムには、液体レンズが作動的に結合されており、液体レンズは入射光を可変照明パターンに変調できる。例えばこれまでにも述べたように、変調制御システムは、照明システムが発生する光のパターンを変えることにより、情報コンテントを伝えるように液体レンズの形状を変えるよう構成できる。
【００５４】
一実施形態では、液体レンズは、１つ以上の高フラックスＬＥＤのような１つ以上の発光素子が発生する放射束を集め、再び向きを定めるのに使用され、よってレンズ形状が変化する結果、照明される表面での光のパターンが変化し得る。この場合、光の一部が液体レンズを通過する。液体レンズの１つ以上の電極に加えられる信号を変えることにより、大幅なパワー損失を生じることなく、かつリン光崩壊レートと関係なく、１つ以上の発光素子が発生する放射束を変調することが可能となる。
【００５５】
本発明の一実施形態では、液体レンズのうちの１つ以上の電極に印加された一定電圧に、高周波数のアナログまたはデジタル変調制御信号が重ねられる。この一定電圧は、所望する動作を行うために、レンズの条件を適当に定めたり、またはレンズにバイアスをかけるように選択できる。この変調制御信号は、共振モードに応答する場合、例えば信号が液体レンズの基本機械的共振周波数の整数倍に等しい周波数を含む場合、信号はレンズ形状に小さくかつ高速の変化を生じさせ得る。例えばフランスのVariopitic SAによって製造されているアークティック（商標）４１６液体レンズは、直流の３３〜４６ボルトを加えると、５００ミリ秒未満で−５〜＋１３ジオプターの範囲にわたって変化し得る。液体レンズの機械的共振モードは、レンズの幾何学的形状および液体成分に応じて決まる。
【００５６】
重ねられた信号によって誘導される定在波パターン、すなわち共振モードは、信号波形の関数である変調制御信号の電気信号の高調波によって一部を決定できる。例えば一実施形態では、基本周波数しか有しないサイン波状信号は、図１Ａに示されるような共振モード０１しか誘導できず、ここでは液体レンズは、中心部に最大偏位部を有し、凹状形状と凸状形状の間でサイン状に変化する表面を含む。より複雑な信号、例えば矩形波信号は、潜在的に多数の高調波または重ねられたサイン波状信号を含むことができ、これら信号は、より高い周波数成分を有する液体レンズ境界部内に共振モードを誘導し得る。従って、信号波形を変える結果、照明されている表面上の１つ以上のポイントにおいて、光のパターンの変化も生じ得る。
【００５７】
電気信号の位相が変化しても、その結果、高調波が生じ得る。この高調波は、液体の境界部の性質、例えばその機械的ダンピング特性に応じ、液体レンズ内に過渡期の共振モードを生じさせる。この過渡モードは、入射波形と反射波形の重ね合わせを含むので、液体レンズの共振特性に依存し得る。しかしながら、実質的な時間長さの間、過渡モードに応答する態様と異なる態様で液体レンズを駆動すると、過渡モードは実質的に液体レンズの新しいコンフィギュレーションに置換し得る。
【００５８】
本発明の一実施形態では、液体レンズの１つ以上の電極に印加される電気信号の振幅、波形および／または位相は、データストリーム（例えば外部情報コンテントが発生するバイナリデータ）に応答して時間に対して変化、すなわち変調し得る。この結果得られる液体レンズ形状の時間的変化の結果、照明表面上の選択されたポイントにおいて、照明レベルが時間に対して変化し得る。従って、液体レンズ上に位置する光学的受信システムは、透過したデータストリームを検出できる。
【００５９】
当業者であれば理解できるように、電気信号によって液体レンズの１つ以上の電極に対して使用できる変調技術は多数存在し、この変調技術として、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）、振幅シフトキー変調（ＡＳＫ）および位相シフトキー変調（ＰＳＫ）、または当業者であれば容易に理解できる他の変調技術を挙げることができるが、これら変調方式だけに限定されない。一般に、本発明の範囲から逸脱することなく、信号の振幅、波形または位相を変更する信号変調技術を使用できる。
【００６０】
一実施形態では、振幅変調または振幅シフトキーイングは、１つ以上の共振モードを含む液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導し、共振モードの振幅を変えて情報を送ることを含むことができる。アナログ情報またはデジタル情報のいずれかを伝えるために、振幅を連続的または離散的に変えることができる。連続振幅変更は振幅変調に対応することはできるが、他方、離散的振幅変更は振幅シフトキーイングに対応し得る。
【００６１】
一実施形態では、位相変調または位相シフトキーイングは、１つ以上の共振モードを含む液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導するステップ、および情報を伝えるための共振モードの位相を変えるステップを含むことができる。アナログ情報またはデジタル情報のいずれかを伝えるために、振幅を連続的または離散的に変えることができる。連続的に位相を変えることは、位相変調に対応し、他方、離散的に位相を変えることは、位相シフトキーイングに対応し得る。一実施形態では、時間に対して変化する周期的コンフィギュレーションの位相を、周期的なコンフィギュレーションと基準周期的コンフィギュレーションとの間の時間シフトとして定義できる。時間シフトは、度またはラディアンで示す時間の割合として測定できる。この時間シフトの値は、情報を伝えるために時間に対して変化し得る。
【００６２】
液体レンズ内の共振モードの振幅または位相の変化は、一実施形態では、液体レンズ内の過渡的コンフィギュレーションを誘導できる。更に、誘導される光の特徴的パターンを認識することによって、振幅または位相の変化を識別するのに、更にこれら過渡的コンフィギュレーションを使用できる。
【００６３】
例えば一実施形態では、まず基準周期的コンフィギュレーションに対して、当初、位相オフセットがない単一の照明モードを確立できる。次に、この位相オフセットは情報コンテントを示す入力波形の値に実質的に比例して時間に対して変化できる。
【００６４】
一実施形態では、情報を支持する共振モードで重ねられた追加的共振モードにより、基準位相を送信できる。この基準位相は情報支持共振モードの位相変化と基準とを比較し、よって位相変調を使って情報を送信できるように受信システムを一時的に配向できる。
【００６５】
一実施形態では、液体レンズを所望するように制御するための適当な信号を発生するよう、プログラマブル電子デバイス、例えばマイクロコントローラ、計算デバイスまたは当業者であれば理解できる他のデバイスが、変調制御システムと部分的にまたは完全に連動されている。例えば中央処理ユニット、メモリおよびアナログもしくはデジタルインターフェースを含むマイクロコントローラを使用し、情報コンテントをモニタし、液体レンズを変調するための対応する制御信号を出力できる。アナログまたはデジタルインターフェースを用いて情報コンテントを中央処理ユニットに送られる１つ以上の信号に変換でき、中央処理ユニットはメモリ内に記憶された命令を実行し、液体レンズを変調するための制御信号の出力を誘導できる。
【００６６】
一実施形態では、プログラマブル電子デバイスは、例えばＡＭ、ＰＭ、ＡＳＫまたはＰＳＫ変調、もしくは当業者が理解できる他の変調方式が必要とするような変調された周期的信号を提供するようにできる。電子デバイス、例えば変調された周期的信号を発生するように構成されているデバイス、例えば信号発生器、周波数合成器、共振回路、遅延回路、電圧制御発振器、スイッチ、増幅器または当業者が理解できるような他のデバイスを使用して、所望する方法に従って液体レンズを変調するために必要な信号を発生できる。
【００６７】
一実施形態では、光が各レンズを順に通過するように直列構造に配置された複数の液体レンズを、変調制御システムによって変調し、情報を伝えることができる。例えば各液体レンズ内で、１つ以上の共振モードを含む、時間に対して変化する波形を誘導し、情報コンテントに応答して所定の態様で各レンズ内の相対的振幅または位相を変えることができる。
【００６８】
本発明の実施形態に従い、液体レンズを変更することによって情報を送信する目的のために、他の変調方式を使用できる。例えば送信のための情報コンテントの一部を示すためのシンボルとして、図１Ａ〜１Ｌ内に示された共振モードの各々を使用できる。例えば図１Ａ〜１Ｈに示された最初の８つのシンボルを使って、バイナリ情報のうちの３ビットまでを示すことができる。伝送は情報コンテントの部分に従って共振モード間で一体レンズを変更するステップを含むことができる。例えば、液体レンズの異なる位相を示す光学的特性を有する節ラインまたは領域を検出することにより、前記共振モードを区別するように、受信システムを構成できる。
【００６９】
共振モードを使用する伝送の利点は、このように作動される液体レンズが相対的に高い信号利得を示すことができることである。例えば液体レンズ内の波の重ね合わせは、建設的干渉と破壊的干渉を呈することができ、このことは液体レンズの領域の変位量を実質的に増加できる。従って、変調制御システムによって液体レンズに供給されるエネルギーの賢明なタイミングは、比較的少ない量のエネルギーを使って液体レンズ内に相対的に大きいずれを生じさせることができる。
【００７０】
共振モードを利用する伝送の別の利点は、共振モードの離散的性質により伝送動作を簡略化できることである。例えば液体レンズに加えられる所定の信号しか共振モードに対応していないので、類似するが、異なっている信号を使って液体レンズをドライブする結果、液体レンズからの応答を比較的小さくできる。従って、エラーまたは中間信号は、液体レンズの重要なコンフィギュレーションに対応しないので、これらエラーまたは中間信号を無視できることが多い。
【００７１】
当業者であれば容易に理解できるように、変調制御システムは更に、伝送システムの他の機能も実行するようにできる。例えば変調制御システムは、効率的かつ信頼できる伝送を行うために、情報コンテントを適切に示すよう、ソースコーディングまたはチャンネルコーディングを示して送信用の情報コンテントをコード化できる。かかる作動は、本明細書に記載の伝送手段のコンフィギュレーションに適合できる。すなわち照明システムからの光を１つ以上の液体レンズにより変調し、１つ以上の光学的センサによって検出できる。
【００７２】
情報コンテント
この情報コンテントは、変調制御システムの制御下で１つ以上の液体レンズを使って送信できるアナログ情報またはデジタル情報、例えばバイナリデータを含むことができる。
【００７３】
一実施形態では、情報コンテントは、デジタル情報を含み、このデジタル情報に対して変調制御システムが所定の態様で応答するように構成されている。例えばある変調方式に従い、変調制御システムによりデジタル情報の一部、例えばバイナリビットのグループと時間に対して変化する所定の波形とを関連づけできる。このデジタル情報は照明システムのある特徴、例えば照明システム内のコントローラによって発生される情報に関連し得る。
【００７４】
一実施形態では、情報コンテントはアナログ情報を含み、このアナログ情報に対して変調制御システムが所定の態様で応答するように構成されている。例えば一変調方式に従ってアナログ情報の一部、例えば時間に対して変化する波長の一部を使って変調制御システムに対して命令することができる。例えば瞬間ごとの波形の値を使って時間に対して変化する波形の振幅または位相を変え、液体レンズをドライブできる。このアナログ情報は、照明システムのある特徴、または別の伝送ソースからの変調信号のような伝送信号に関係し得る。
【００７５】
一実施形態では、情報コンテントは、照明システムのフィードバック制御に使用される情報を含む。例えば照明システムのコンポーネントの間で照明システムの光の質に関する情報を移動させるために、情報コンテントに対して照明システムを作動的に結合できる。別の実施形態では、情報コンテントは、多数の照明システムまたは１つの照明システムのうちの多数のコンポーネントをコーディネートするために使用される情報を含む。例えば第１照明システムは、液体レンズと、第１照明システムの作動に関する情報を送信するように構成されている変調制御システムとを含むことができ、第２照明システムは、液体レンズが変調した光によって照明される受信システムを含むことができ、この受信システムは、第１照明システムが送信する情報を受信するように構成されている。
【００７６】
受信システム
本発明の多くの実施形態では、装置は、液体レンズによって変調された光の部分を含む、照明システムの光の少なくとも一部によって照明される受信システムを更に備える。この受信システムは、液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションによって変調される光に応答し、その内部にコード化された情報コンテントの少なくとも一部を再生するように構成できる。
【００７７】
一実施形態では、液体レンズによって変調された光のコンフィギュレーションに基づき、情報コンテントの少なくとも一部を比較し、デコードし、または評価するように、プログラマブル電子デバイス、例えばマイクロコントローラ、計算デバイスまたは当業者が理解できるような他のデバイスと受信システムとが、部分的または完全に連動されている。例えば中央処理ユニット、メモリおよびアナログインターフェースまたはデジタルインターフェースを含むマイクロコントローラを使用し、受信システムが検出する光を示す電気信号をモニタし、液体レンズを変調するのに使用される情報コンテントに関連する情報を伝える信号を出力できる。受信システムが検出する光を示す電気信号を、中央処理ユニットに送られる１つ以上の信号にするよう、アナログまたはデジタルインターフェースが変換し、中央処理ユニットはメモリに記憶されている命令を実行し、情報を伝える信号の出力を誘導できる。
【００７８】
一実施形態では、中央処理ユニットはメモリに記憶されているルックアップテーブルを使用し、検出された光を示す電気信号を情報を伝える信号に変換する。光を示す電気信号は、中央処理ユニットによりメモリ内に記憶されている対応する部分の情報コンテントと関連付けされる。比較一致アルゴリズムを使用し、例えば検出された光を示す電気信号と、メモリに記憶されている情報コンテントの最も近い部分、すなわち最も可能性の高い部分とを照合できる。メモリに記憶されているコンテント以外の情報コンテントの部分を伝える信号を照合または発生するために、補間アルゴリズムを使用することもできる。
【００７９】
一実施形態では、プログラマブル電子デバイスはＡＭ、ＰＭ、ＡＳＫまたはＰＳＫ復調、または当業者が理解できるような他の復調方式が必要とする周期的信号を復調するようにもできる。所望する方法に従い、電子デバイス、例えば信号発生器、周波数合成器、信号乗算器、デジタル信号プロセッサ、電圧制御発振器、位相ロックループ、フィルタ、フィードバック回路、スイッチ、増幅器または当業者が理解するような他のデバイスを使用し、液体レンズの復調を行うことができる。
【００８０】
受信システムは、平坦または湾曲した感光性表面、例えば上部に１つ以上の光センサ、例えばシリコンフォトダイオードが配置された表面を有することができる。これら光センサ、すなわち感光性表面は、入射光の性質を示す信号を発生することにより、入射光に応答するように構成できる。例えば光センサは、所定のレンジの波長内の入射光の強度または放射束に比例する電気信号を発生できる。従って、液体レンズが変調し、感光性表面に入射する光を１つ以上の地点における光の時間に対して変化する放射束に関して弁別することができる。更に、光センサに光学的フィルタを取り付けることもできる。例えば液体レンズによって変調された光の波長と実質的に同じ波長を有する光を通過させ、よって変調された光の弁別を補助するような光学的フィルタを設けてもよい。
【００８１】
受信システムは、１つ以上の光センサの出力に作動的に結合された１つ以上のデバイスを含むこともでき、これらデバイスは液体レンズを透過した情報コンテントの少なくとも一部を再生するように構成されている。例えばこの目的のために構成されたデバイスは、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタまたはハイパスフィルタ、時間に対して変化する信号ゲート、積分器、アナログ−デジタルコンバータ、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ、復調回路または当業者に知られている他のデバイスを含むが、これらだけに限定されない。
【００８２】
上記のように、種々の実施形態は液体レンズにおいて、時間に対して変化するコンフィギュレーションを誘導することにより、照明システムが発生する光の少なくとも一部を変調することによって情報を伝送する。感光性受信システムを含む表面には変調された光が入射し、受信システムは変調された光内のパターンを弁別し、所定の態様で前記パターンの意味を判断することにより、情報を抽出するように構成されている。受信システムのコンフィギュレーションによっては、空間弁別、時間弁別またはそれらの組み合わせによりパターンを弁別できる。例えば受信システムは、光センサのアレイを含むことができ、このアレイに入射する光の強度は前記光センサのアレイに広がる空間的パターンを示す。これとは異なり、受信システムは局所化された領域内の光の時間に対して変化する強度を弁別するための１つ以上の光センサを含んでもよく、この光強度は、前記領域にわたって実質的に均一であり、前記領域に入射する光の時間に対して変化する強度は、受信システムが弁別すべき時間的パターンを示す。
【００８３】
一実施形態では、１つ以上の光センサによって実質的に検出できる変調光、例えば光の放射束の時間的パターンまたは空間的パターン、またはそれらの組み合わせは、所定の態様でデータ、例えばバイナリシーケンスにデコードできる。液体レンズの種々のコンフィギュレーションに対応する放射束の種々のパターンを、適切かつ信頼性をもって弁別できる受信システムに対して、データの各部分を液体レンズのあらかじめ指定した時間に対して変化するコンフィギュレーションにコード化する変調制御システムを構成し、受信システムにおいて対応する時間に対して変化するパターンを検出し、このパターンをデコードし、データ部分を再生することにより、伝送リンクを確立できる。
【００８４】
次に、特定の実施例を参照し、本発明について説明する。次の実施例は、本発明の実施形態を説明するためのものであり、いかなる意味においても本発明を限定するものではない。
【００８５】
実施例
実施例１：
図３は、本発明の一実施形態に係わる照明システムにおける、光を変調する液体レンズを含む伝送システムを示す。例えば電子手段（図示せず）を通して情報コンテント３１５を読み出し、情報コンテントを示す時間に対して変化する電気信号３１６を出力するように変調制御システム３１０が構成されている。この変調制御システム３１０は、更に液体レンズ３２０に作動的に結合されている。時間に対して変化する電気信号３１６は、液体レンズ３２０の電極へ送られる。この電気信号３１６は、液体レンズの表面の対応する時間に対して変化するコンフィギュレーション３２６を誘導するようになっており、この時間に対して変化するコンフィギュレーション３２６は１つ以上の共振モードを含む。このように情報コンテント３１５は液体レンズの三次元の時間に対して変化するコンフィギュレーション３２６としてコード化される。
【００８６】
液体レンズは、照明システムの光源３３０に光学的に結合されており、光源は、ＬＥＤ、例えばＬＥＤ３３１のような発光素子を含む。光源３３０から液体レンズ３２０を通過する光は、時間に対して変化するコンフィギュレーション３２６と共に変化するように、液体レンズの表面によって屈折される。この作用は、液体レンズを通過する光を変調し、変調された光は、受信機の表面３４０に入射する。受信機の表面３４０は、入射する光の時間に対して変化する強度を測定するように構成されている１つ以上の感光性素子、例えば素子３４１を備える。受信機の表面３４０のサイズおよび三次元の配置、およびその感光性素子の数および三次元の配置は、情報コンテントのかなりの部分を送信できるよう、１つ以上の感光性素子によって、液体レンズにより変調された光を十分に弁別できるように選択されている。受信機の表面３４０の各感光性素子は、受信システム３５０に作動的に結合されており、各感光性素子は、入射光の時間に対して変化する強度を示す時間に対して変化する測定値を受信システム３５０に送る。受信システム３５０は、１つ以上の感光性素子の時間に対して変化する測定値から情報コンテントのかなりの部分を再構成するように構成されている。この再構成は、実験またはシステムのモデル化に基づく関数マッピング、すなわちルックアップテーブルに基づき、情報コンテント部分と信号とを相関化するステップを含むことができる。受信システムは、情報出力３５５として情報コンテントの再構成された部分を出力する。
【００８７】
実施例２：
図４は、本発明の一実施形態に係わる照明システム内の一連の液体レンズ変調光を含む伝送システムを示す。例えば電子手段（図示せず）を通してアナログ情報コンテント４１５を読み出し、代表的な態様で液体レンズを駆動するように、変調制御システム４１０が構成されている。この変調制御システム４１０は、液体レンズ４２０および４２１の各々に作動的に結合されている。第１液体レンズ４２０の電極には第１の時間に対して可変な電気信号４１６が送られる。この信号４１６は、液体レンズの表面の対応する時間に対して変化するコンフィギュレーション４２６を誘導するようになっており、この時間に対して変化するコンフィギュレーション４２６は１つ以上の共振モードを含む。第２液体レンズ４２１の電極には第２の時間に対して変化する電気信号４１７が送られ、この信号４１７は、液体レンズの表面の対応する時間に対して変化するコンフィギュレーション４２７を誘導するようになっており、時間に対して変化するコンフィギュレーション４２７は、１つ以上の共振モードを含む。変調制御システム４１０の作動に起因し、情報コンテント４１５は、液体レンズの三次元の時間に対して変化するコンフィギュレーション４２６と４２７との組み合わせ内にコード化されている。例えば第１の時間に対して変化する信号４１７は、あらかじめコンフィギュアした信号を含むことができるが、第２の時間に対して変化する信号４１７は、事前設定（preconfigured）された信号に実質的に基づく位相シフト信号を含むことができ、２つの時間に対して変化する信号４１６と４１７との間の相対的位相は、所定時間における情報コンテント４１５の振幅に実質的に比例する。
【００８８】
引き続き図４を参照する。複数の液体レンズは、照明システムの光源４３０に直列に光学的に結合されており、光源は、ＬＥＤのような発光素子、例えばＬＥＤ４３１を含む。光源４３０が液体レンズ４２０を通過する光は、時間に対して変化するコンフィギュレーション４２６と共に変化する態様で、液体レンズの表面によって屈折される。次に、屈折された光の一部は、液体レンズ４２１を通過し、ここで光は時間に対して変化するコンフィギュレーション４２７と共に変化する態様で、液体レンズの表面によって更に屈折される。この作用は、液体レンズを通過する光を変調し、光は受信機の表面４４０に入射する。受信機の表面４４０は、感光性素子に入射する光の時間に対して変化する強度を測定するように構成されている１つ以上の感光性素子、例えば素子４４１を備える。受信機の表面４４０の三次元の配置および感光性素子の数および三次元の配置は、液体レンズによって変調された光を１つ以上の感光性素子によって十分に弁別でき、よって情報コンテントのかなりの部分を送信できるように選択されている。受信機の表面４４０の各感光性素子は、受信システム４５０に作動的に結合されている各感光性素子は、入射光の時間に対して変化する強度を示す時間に対して変化する測定値を受信システム４５０へ送る。この受信システム４５０は、１つ以上の感光性素子の時間に対して変化する測定値から情報コンテントの実質的な部分を再構成するように構成されている。再構成は実験またはシステムのモデル化に基づく関数マップまたはルックアップテーブルに基づき、情報コンテントの部分と信号との相関化をするステップを含むことができる。受信システムは、情報コンテントの再構成された部分を、情報出力４５５として出力する。
【００８９】
以上で、本願の明細書に本発明のいくつかの実施形態について説明し、図示したが、当業者であれば本願に記載した機能を実行するため、および／または結果および／または利点のうちの１つ以上を得るため、上記以外の種々の手段および／または構造を容易に考えつくことができよう。かかる変更および／または変形の各々は、本願に記載した本発明の実施形態の範囲内にあると見なされる。更に一般的には、当業者であれば本願に記載したすべてのパラメータ、寸法、材料およびコンフィギュレーションは、単なる例であることを意味し、実際のパラメータ、寸法、材料および／またはコンフィギュレーションは、本発明の教示内容を使用する特定の用途に応じて決まる。当業者であれば、本願に記載の本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識し、またはルーチン実験を使用するだけで、これら均等物を確認できよう。従って、これまでの実施形態は単なる例として示したものであり、特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で詳細に記載し、請求項に請求した形態以外の実施形態で実施できると理解すべきである。
【００９０】
本願に記載し、使用するすべての定義は、辞書の定義、参考例として援用する文献内の定義および／または記載した用語の通常の意味を基準として理解すべきである。
【００９１】
本願の明細書および請求の範囲に使用する不定冠詞である「１つの」および「ある」なる用語は、明瞭に逆のことを示さない限り「少なくとも１つ」を意味するものと理解すべきである。本願の明細書および請求の範囲に記載のフレーズ「および／または」は、連結された要素、すなわちある場合には連結的して存在し、他の場合には分離された存在する要素の「一方または双方」を意味する。
【００９２】
本願の明細書および特許請求の範囲で使用される「または」なる用語は、上記「および／または」なる用語と同じ意味を有するものと理解すべきである。例えばリスト内のアイテムを分離するとき、「または」もしくは「および／または」なる用語は、包括的であると解釈すべきである。すなわち少なくとも１つを含むだけでなく、多数の要素または要素のリストのうちの２つ以上、およびオプションとして更に、リストされていないアイテムも含むと解釈すべきである。反対のことを明瞭に示す用語、例えば「〜のうちの１つだけ」、「〜のうちのまさに１つ」または特許請求の範囲で使用されるときの「〜から成る」なる用語だけは、多数の要素または要素のリストのうちの、まさに１つの要素を含むことを意味する。一般に本願で使用する「または」なる用語は、排他的用語、例えば「いずれか」「〜のうちの１つ」「〜のうちの一方のみ」または「〜のうちのまさに１つ」が先行するときには、排他的な代替例（すなわち「一方または他方であって、双方ではない」）を意味するものとしてしか解釈すべきでない。特許請求の範囲で使用される「基本的には〜から成る」なる用語は、特許法の分野で使用される通常の意味を有する。
【００９３】
本願の明細書および特許請求の範囲で使用されるような、１つ以上の要素のリストを参照した「少なくとも１つの」なるフレーズは、要素のリスト内の、要素の任意の１つ以上から選択された少なくとも１つの要素を意味し、それは、要素のリスト内に特定してリストされた各要素のうちのすべてのうちの少なくとも１つを必ずしも含むものでなく、かつ要素のリスト内の複数の要素の任意の組み合わせを排除するものはない。このような定義によって、「少なくとも１つの」なるフレーズが特定されて識別されている要素に関係するかしないかに係わらず、この「少なくとも１つの」なるフレーズは、言及する要素のリスト内で特定されて識別されている要素を除く要素がオプションとして存在できることも認めるものである。従って、非限定的な例として「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（またはそれに等しい「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」もしくはそれに等しい「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）なるフレーズは、一実施形態では、Ｂが存在しない状態で（オプションとしてＢを除く要素を含む状態で）、少なくとも１つのＡ（オプションとして２つ以上のＡ）を含むことを示し、別の実施形態では、Ａが存在しない状態で（オプションとしてＡを除く要素を含む状態で）、少なくとも１つのＢ（オプションとして２つ以上のＢ）を含むことを示し、更に別の実施形態では、オプションとして２つ以上のＡを含む少なくとも１つのＡ、およびオプションとして２つ以上のＢを含む少なくとも１つのＢ（オプションとしてＡおよびＢを除く他の要素も含む）を含むことを示す。
【００９４】
２つ以上のステップまたは行為を含む特許請求の範囲に記載した任意の方法では、逆のことを明瞭に示さない限り、方法のステップまたは行為はこれら方法のステップまたは行為が記載されている順序に、必ずしも限定されないと理解すべきである。
【００９５】
特許請求の範囲だけでなく、これまでの本明細書において、「含む」、「備える」、「支持する」、「有する」、「含有する」、「関係する」、「保持する」、「〜から構成された」および同等な用語のすべての移行フレーズは、オープンエンドとなっていると理解すべきである。すなわちあるものを含むがそれだけに限定されないことを意味すると理解すべきである。更に、請求の範囲に記載の参照番号は単に便宜上のものであり、いかなる意味においても発明を限定するものと読むべきでない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2011517881.tif 000005
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図１Ｋ】
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【図１Ｌ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年11月9日(2010.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤに基づく複数の照明ユニットを含む照明システム内で情報コンテントを伝送するための装置であって、
前記照明システムの前記ＬＥＤに基づく複数の照明ユニットにより発生される入射光を可変照明パターンに変調するための少なくとも１つの液体レンズと、
前記少なくとも１つの液体レンズに作動的に結合され、前記入射光に応答し、前記可変照明パターンを発生するように少なくとも１つの液体レンズを誘導するのに適した電気信号に、情報コンテントを示すデータストリームをコード化し、よって可変照明パターンから前記情報コンテントを少なくとも部分的にデコードできるように構成された変調制御システムとを含む、装置。
【請求項２】
前記信号は前記情報コンテントに基づき、前記少なくとも１つの液体レンズの形状を変えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記変調は、前記液体レンズ内の共振モードを発生することを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記液体レンズは、１つ以上の電極を含み、前記信号は、時間に対して変化する電気信号であり、前記変調制御システムは、前記時間に対して変化する電気信号を前記１つ以上の電極に印加する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記変調制御システムは、前記１つ以上の電極に印加される一定電圧に、前記時間に対して変化する電気信号を重ねるように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記時間に対して変化する電気信号は、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）、振幅シフトキー変調（ＡＳＫ）および位相シフトキー変調（ＰＳＫ）を含む群から選択された変調方式を使って液体レンズを誘導するように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記液体レンズに光学的に結合された受信システムを更に含み、この受信システムは、前記可変照明パターンから前記情報コンテントのうちの少なくとも一部をデコードするように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記可変照明パターンは、時間的に可変な照明レベルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
照明システム内で光を変調することにより情報コンテントを伝送するための装置において、
ａ）前記照明システムに光学的に結合されており、前記照明システムの光を変調でき、１つ以上の共振モードを有する液体レンズと、
ｂ）前記液体レンズに作動的に結合されており、前記情報コンテントを受信する変調制御システムとを備え、前記変調制御システムは、前記液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションとして前記情報コンテントの少なくとも一部を示すように構成されており、前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記１つ以上の共振モードのうちの１つ以上を実質的に含む、装置。
【請求項１０】
前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記照明システムが発生する光に対する前記液体レンズの配向を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記時間に対して変化するコンフィギュレーションは、前記液体レンズの表面上の異なるポイントにおける電位を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記液体レンズに光学的に結合された受信システムを更に備え、前記受信システムは、前記液体レンズの時間に対して変化するコンフィギュレーションにより変調された光から前記情報コンテントの少なくとも一部をデコードするように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記受信システムは、
ａ）前記光の性質を示す信号を発生することにより、前記光に応答するように構成されている感光性表面と、
ｂ）前記信号から前記情報コンテントの前記少なくとも一部をデコードするように構成されている処理ユニットとを更に含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記処理ユニットは、ルックアップテーブルを使用して前記情報コンテントの一部をデコードする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記照明システムは、ＬＥＤに基づく１つ以上の照明ユニットを含む、請求項９に記載の装置。
【国際調査報告】
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