(57)【要約】  本発明は、本明細書において規定されているように、電流を供給し、電圧を調節し、負電圧を変換し、信号を増幅し、信号をＬＥＤに送信し、信号を受信し、最後に、信号を変換すると共に、デジタル信号をエンド装置に無線で送信するべく、２つの装置を使用し、且つ、例えば、無害性、プライバシー、低費用、相対的に大きなパワー、エネルギーの節約、対話性、使用の二重性、及び装置の有用寿命の延長というその特性の結果として、健康、軍隊、医療、教育、トレーニング、観光、装置生産などの、様々な産業分野における様々な使用法を有する、非閉じ込め型媒体内における可視光スペクトルを通じたデジタルデータの双方向通信用のシステムを開示している。  本発明は、Bluetooth（登録商標）及びＷｉ−Ｆｉなどの既存の接続において見出されるデータ送信の接続、プライバシー、及び周波数振幅の問題を解決する。
2017536059.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の形状、サイズ、及び組成の非閉じ込め型媒体内における可視光スペクトルを通じたデジタルデータの双方向通信システムであって、
トランスミッタドライバと、
レシーバドライバと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記トランスミッタドライバは、
ａ）ｉ）１つの集積回路（ＩＣ）＝ＬＭ７８０５、
ｉｉ）１つのコンデンサ＝０．３３μＦ、
ｉｉｉ）１つのコンデンサ＝０．１μＦ、
から構成された、前記コンデンサと共に、出力を５Ｖに設定してフィルタリングすることになる、５Ｖの出力電圧をもたらすべく７Ｖの最小値及び２５Ｖの最大値の入力を許容するように設計された電圧調節モジュール（図５を参照されたい）と、
ｂ）ｉ）２つのコンデンサ＝１０μＦ、
ｉｉ）１つの負電圧コンバータ（ＩＣ）＝ＩＣＬ７６６０、
から構成された、スイッチング周波数を設定するように、コンデンサＣ１及びＣ２を使用することにより、＋１．５Ｖ〜＋１２Ｖの正の電力供給が存在する際に、負電流を提供するように設計された負電圧コンバータモジュール（図６を参照されたい）と、
ｃ）ｉ）１つの抵抗＝５１オーム（Ω）、
ｉｉ）１つの抵抗＝１Ｋオーム（Ω）、
ｉｉｉ）１つの抵抗＝５６０オーム（Ω）、
ｉｖ）１つの超高輝度青色ＬＥＤ、
から構成された、ピン６の出力において、ビデオ分配用のＯＰＡＭ（演算増幅器）を使用し、前記ＬＥＤに進入する電流を制限し、ビデオ入力及びＲ２及びＲ１に進む結合抵抗を確立するように、ビデオ信号を回路Ｒ３及びＲ４のレシーバに送信するためにＬＥＤダイオードを使用する高速ビデオ信号増幅モジュール（図７を参照されたい）と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記レシーバドライバは、
ａ）ｉ）２つのコンデンサ＝１ｐＦ、
ｉｉ）１つの抵抗＝２２０オーム（Ω）、
ｉｉｉ）１つのチップＬＥＤインジケータ、
ｉｖ）５Ｖの１つの電圧レギュレータ（ＩＣ）７８０５、
から構成された、約５ボルトＤＣ（Ｖｄｃ）の出力を伴って、電流及び電圧を前記ビデオレシーバ回路に提供するように設計された電圧調節モジュール（図８を参照されたい）と、
ｂ）ｉ）２つのコンデンサ＝１０μＦ、
ｉｉ）１つの電圧コンバータ（ＩＣ）ＴＣ７６６０、
から構成された、そのデータシートが、その動作のために＋−５Ｖｄｃの最小値を必要とすると規定していることから、前記演算増幅器に電力供給するべく必要とされる、前記正の５ボルトＤＣ（Ｖｄｃ）を負の５ボルトＤＣ（Ｖｄｃ）に、即ち、＋５Ｖｄｃから−５Ｖｄｃに、変更するように設計された電圧反転モジュール（図９を参照されたい）と、
ｃ）ｉ）３つの抵抗器＝１０Ｋオーム（Ω）、
ｉｉ）１つの抵抗＝１Ｋオーム（Ω）、
ｉｉｉ）１つの抵抗＝１００オーム（Ω）、
ｉｖ）１つのＳＦＨ２１３フォトダイオードと、
から構成された、前記トランスミッタから前記データを受信し、これにより、前記信号を増幅し、次いで、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＨＤＭＩ（高解像度マルチメディアインターフェイス、登録商標）ディスプレイ、又は任意のその他のモニタ上における後の時点での視聴のために、ＢＮＣ信号変換ステップ（Bayonet Neill-Concelman）を通じてＶＧＡ（グラフィクスアレイ）に通過させるように設計された信号増幅モジュール（図１０を参照されたい）と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
光を通じたデータ、オーディオ、ビデオ、及びインターネットの送信は、光が電磁波のスペクトルの小さな領域を表していることを示すジェームズ・クラーク・マクスウェルの理論における彼の数学的仮説に基づいており（図２を参照されたい）、この結果、０及び１の従来の２値言語を、それ自体が１秒間当たりに数百万回だけターンオン及びオフする能力を有するＬＥＤライトを通じて、光パルス（オン及びオフ）に変換するデジタルシステムの使用が可能であるという理論が得られる。
【０００２】
従って、高速無線光学システムを発展させるという概念は、ＷＬＡＮ（wireless LAN）とも呼称されるＷｉ−Ｆｉ（wireless fidelity）高周波スペクトルの現在の制限を解決及び克服する。
【０００３】
Ｗｉ−Ｆｉアライアンスは、ケーブルが存在していないことと、その異なる特性の複数の装置からのアクセスと、により、その接続に適したケーブルの調査及び取得と関係した問題がユーザーにとって生じないことから、その接続及び有用性の実用性に起因して、複数の利益を提供し続けていると共に有線ネットワークを置換するに至った素晴らしい技術である。但し、このような有用性は、制限されつつあり、その理由は、無線通信に使用されている高周波スペクトルが、ユーザーの大衆化、即ち、過剰需要、に起因して、徐々に飽和しつつあるからであり、この状態が、その可用性を脅かすと共に、接続の益々の低速化により、その性能において反映されつつあり、これが結果的に新しい技術の選択に結び付いている。
【０００４】
Ｗｉ−Ｆｉアライアンスは、最大で２．４ＧＨｚ周波数の帯域幅と、最大で３００メガビット／秒（Ｍｂｐｓ）レベルの速度と、を有するその可用性に起因して、国際的に受け入れられている。但し、その品質は、Ｗｉ−Ｆｉネットワークの高度な飽和により、且つ、こちらも２．４ＧＨｚの周波数において動作すると共にＷｉ−Ｆｉ技術との干渉を生成するBluetooth（登録商標）などの新しい無線技術により、徐々に低下しつつある。
【０００５】
Ｗｉ−Ｆｉが直面している別の問題は、セキュリティの欠如であり、その理由は、ネットワークがハッキングに対して脆弱であり、その結果、ネットワークを通じて搬送される情報が、完全に保護されていない状態となるからである。
【０００６】
速度は、環境が生成しうる干渉及び信号損失に起因して、有線接続との比較において、相対的に低い。
【０００７】
同様に、接続の強度も、電気製品からの電磁ノイズ、壁、天井、樹木、川、山、雨などのような我々の周囲に存在している物理的因子の影響を受ける。これが、Ｗｉ−Ｆｉが１００メートル以下の距離の接続における良好な選択肢となっている理由であって、１００メートルとは、その動作範囲を制限する確認済みの事実である。
【０００８】
これに加えて、最近の研究は、電磁波が人間の健康に影響を及ぼし、その結果、Ｗｉ−Ｆｉ装置、アンテナ、及びネットワークによって放出される高周波周波数に対する曝露により、疾病が引き起こされることを確認しており、且つ、これらの発見は、早期の段階にあるものの、我々は、既に、Ｗｉ−Ｆｉに対する曝露が健康に有害であるという警告を受け取り始めている。
【０００９】
従って、Ｗｉ−Ｆｉが対処することができない問題を解決するべく、情報送信用の代替無線接続の可能性の研究が始まっている。ＬＥＤによって放出される光のスペクトルは、データの無線送信のための良好な手段であることが判明しており、その理由は、これが、高周波周波数スペクトルよりも数千倍も大きく、その結果、データ送信レートのギガビット／秒への増大が可能となるからである。
【００１０】
この技術の存在に関するメディアレベルにおける最初の示唆は、ボストン大学工学部の研究者が、２００８年に、「概念」の進化についてコメントすると共に、その独自の研究所において、その他の研究者が、光を通じたデータ送信の概念について実験していると報告した際に、出現している。
【００１１】
更には、２０１１年７月に、エディンバラ大学の科学者である独国物理学者のHarald Haasが、ＬＥＤ電球によって放出された光を通じて信号を様々な機器に搬送することにより、インターネット及びデータを、電気を通じて送信する「実行可能性」について話した記録が残っている。
【００１２】
２０１１年８月には、この技術の世界規模の発表が、エディンバラにおいて、ＴＥＤ（Technology Entertainment and Design）により、実施されている。
【００１３】
そして、２０１１年１０月には、いくつかの企業及び産業グループが、Ｌｉ−Ｆｉを開発するための力及び資本を集結するという目標を掲げて、Ｌｉ−Ｆｉコンソーシアムという名の下に結集している。これ以降、中国、米国、及びメキシコなどのいくつかの国々が、この情報搬送の媒体に関する研究を始めており、且つ、従って、高速バイナリコードフローを伴う無線光学データ送信システムのプロトコルの開発に伴う実験を始めている。
【００１４】
詳細な説明
光は、我々が眼で見ることができる電磁スペクトルの一部分として、即ち、その周波数及びエネルギーが、人間の眼によって知覚されうる色の波長を決定する光子（エネルギー供給された粒子）から構成された電磁波の組として、必要とされている。また、これらの電磁波は、空気を通じて伝播するべく、物理媒体を使用することにより、高周波又はマイクロ波帯域の形態において、通信の分野においても使用されている。
【００１５】
本発明者らの方法は、信号送信の手段であると共に情報をエンコードするべく２値言語のシステムを使用する発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）によって放出された可視光のスペクトルを通じた光通信に基づいている。
【００１６】
２進法は、電子装置の間における通信用のデジタルフォーマットであり、このフォーマットは、データを送信するために、光の高速パルス（１：オン、０：オフ）を使用している。
【００１７】
光のタイプ、或いは、その白色、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのブレンド、並びに、それらの光度（輝度）のパワーに応じて、送信周波数を変更することが可能であり、その理由は、色は、光スペクトルを大きく又は小さくする光束の強度に対して直接的に関係付けられているからである。
【００１８】
この技術に伴う大きな利点は、任意のその他の無線技術と比較された場合に、以下のようなその特性にある。
プライバシー：ポイントツーポイント通信であり、保護を要するその他の周波数が存在しておらず、且つ、光が壁を通過できないことから、他人が信号を盗むことができない。
低費用：この技術は、手順及び機能のために、費用を所要する配線を必要としてはおらず、この事実が直接的に配線及び設置における大きな節約となる。
大きな速度：この技術は、飽和不能なほどの広帯域幅を使用しており、その結果、高速の情報の流れが可能となる。
使用の二重性：光が照明のために使用されると同時に、その光ビームのスペクトルが、情報を伝達するべく使用される。
エネルギーの節約：その小さなエネルギー消費量に起因して、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明を使用することのみにより、最大で９０％のエネルギーの節約が生成される。
安全性：ＬＥＤライトは、紫外線又は赤外線を放出せず、この結果、人間の健康及び動植物の健康の両方におけるリスクが回避される。これに加えて、ＬＥＤライトは、高周波周波数を通じて動作しないことから、輻射を放出しない。
エコロジー：ＬＥＤ照明は、なんらの有毒元素をも使用していないことに加えて、熱の放出の低減が可能である。
【００１９】
欠点
光は壁を通過できないことから、光は、設置されている部屋の外部においては、使用することができない。非常に最近のものであることから、互換性及び使用の問題が発生し、その理由は、現時点の装置には、統合された光レシーバを有するものが存在しないからである。
【００２０】
本発明は、直接的な太陽光の下においては動作せず、且つ、エンコーディングがＬＥＤライトの周波数に基づいていることから、すべての光干渉がデータ損失又は信号損失を生成しうる。
【００２１】
システム動作
本システムは、マルチメディア音楽プレーヤー、スマートフォン、インターネット、又はコンピュータのような、入力装置として機能することになる任意のデジタル信号生成器から信号を取得し、且つ、トランスミッタドライバを通じて、信号をＬＥＤスポットライトに送信しており、ＬＥＤスポットライトは、信号を解釈し、且つ、電源投入及びシャットダウンの際に、最大で１ペタバイト／秒（１ＰＢ／ｓ）という極めて高い速度において（図３を参照されたい）、その光のパルスを通じて、信号の受信及び出力装置への送信を担当するマルチメディア音楽プレーヤー、スマートフォン、インターネット又はコンピュータのようなレシーバドライバに、信号を無線で送信している。図１を参照されたい。
【００２２】
技術分野
非閉じ込め型の環境における可視光スペクトルを通じたデジタルデータの双方向通信システムは、技術及び通信の技術分野に属している。
【００２３】
用途
発光ダイオード（ＬＥＤ）によって放出された可視光スペクトルによる光通信に基づいたデータ送信の用途の分野は、巨大であるが、特にオーディオ信号の送信に注目すれば、これは、以下のような分野に容易に内蔵することができる。
通信：例えば、より高速なインターネットなどのハイパーテキストの送信及び受信の加速。
エンターテインメント：ミュージックストア、対話型ミュージアム、航空機、バス、コンサートホール、公会堂、プロダクションハウス。
観光：観光地に関する情報ブロードキャスト、レクリエーションパーク、テーマパーク、ツアー車両、ミュージアム、モニュメント、動物園、アートギャラリー。
健康：医療履歴の音声ディクテータ、超音波検査装置及び磁気共鳴器などの医療機器を収容するエリアの制御。
軍隊：ターゲット及びセキュア情報の放出。
教育：コンファレンス、遠隔教育、対話型教育、面白いサウンド、手術室内における教示。
装置の生産：オーディオ送信装置の生産（スピーカ、ヘッドフォン、ステレオ、ホームシアター、並びに、その他のもの）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】デジタル信号の送信フローを示している。
【図２】それぞれの製品が動作する電磁スペクトル及び周波数（Ｈｚ）を概略的に示しており、これにより、可視光が動作する範囲を識別している。
【図３】国際単位系によるビットの変換表である。
【図４】ビデオ送信動作の図である。
【図５】ビデオ信号トランスミッタドライバの５Ｖ入力を有する電圧調節ステップの断面である。
【図６】ビデオ信号トランスミッタドライバの負電圧パワー生成ステップを示している。
【図７】ビデオ信号トランスミッタドライバの信号増幅ステップを示している。
【図８】ビデオ信号レシーバドライバの５Ｖ入力を有する電圧調節ステップの断面である。ブロックは、電圧を５Ｖに調節し、信号をフィルタリングするための１ｐｆのコンデンサであるＣ３及びＣ４を通過する電圧レギュレータ７８０５と、２２０オームのＲ７及びそのＬＥＤインジケータを通じたインジケータと、から構成されている。
【図９】ビデオ信号レシーバドライバの負電圧パワー生成ステップの断面である。ブロックは、入力電圧を負電圧に反転させるＴＣ７６６０のＩＣから構成されており、Ｃ１は、この同一の回路の基準であり、且つ、Ｃ２は、出力電圧をフィルタリングするべく使用されている。
【図１０】ビデオ信号レシーバドライバからの信号の受信、増幅、及び送信ステップの断面である。このブロックは、ＯＰＡＭのＬＭ７１７１のみから構成されており、これは、ビデオ増幅器であり、且つ、非インバータ入力に進む１００のＲ１を有するＬＥＤ１（フォトダイオードＳＦＨ２１３）を通じて信号を受信する責任を担っており、ＯＰＡＭは、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ６の抵抗の構成によって制御される増幅度を有する。
【図１１】ＰＣのＬＣＤモニタ上において表示されるように、ビデオ信号レシーバドライバから最大でフルＨＤの分解能を有するＶＧＡ（Video Graphics Array）へのＢＮＣ（Bayonet Neill-Concelman）コンバータを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
非閉じ込め型環境における可視光スペクトルを通じたデジタルデータの双方向通信システムは、デジタルデータの無線送信を実現するべく、２つの装置を統合している。
【００２６】
トランスミッタドライバ、ＬＥＤライト、及びレシーバドライバは、協働し、電流の供給、電圧の調節、負電圧の変換、信号の増幅、信号のＬＥＤへの送信、信号の受信、並びに、最終的な信号の変換及びデジタル信号の送信を許容している。
【００２７】
上述の内容に基づいて、且つ、上述の本発明の説明の実施に伴って、本発明者は、添付のとおり、特許請求するものである。
【図１】
2017536059.tif 000003
【図２】
2017536059.tif 000004
【図３】
2017536059.tif 000005
【図４】
2017536059.tif 000006
【図５】
2017536059.tif 000007
【図６】
2017536059.tif 000008
【図７】
2017536059.tif 000009
【図８】
2017536059.tif 000010
【図９】
2017536059.tif 000011
【図１０】
2017536059.tif 000012
【図１１】
2017536059.tif 000013
【国際調査報告】
2017536059.tif 000014
2017536059.tif 000015