JP2010063212A - ２次元通信システムおよびそれにおける電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最大限の電力を供給可能な２次元通信システムを提供する。
【解決手段】給電ユニット１０は、送信電極４から位相を“０”に設定した伝送波ｗｖ４からなる電力を２次元通信シート３０へ送信しながら、位相を変化させた伝送波ｗｖ５からなる電力を送信電極５から２次元通信シート３０へ送信して端末装置２０の位置において電力の強度が最大になる伝送波ｗｖ５の位相を取得する。その後、給電ユニット１０は、同じ動作を送信電極１〜３，６〜８から送信される複数の伝送波についても実行し、電力の強度が最大になる複数の位相を取得する。そして、給電ユニット１０は、その取得した位相を用いて電力を２次元通信シート３０を介して端末装置２０へ送信する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力の送受信が可能な２次元通信システムおよびそれにおける電力供給方法に関するものである。

２次元通信システムは、従来の有線におけるケーブルまたは無線における空間と言った媒体に代えて、面状のシートを媒体とすることで通信接続を実現するものであり、屋内のケーブルによる配線を廃止しつつ、無線よりも広帯域および高セキュリティーの通信接続を提供しようとするものである（特許文献１）。
特開２００６−２７０１６５号公報

しかし、従来の２次元通信システムにおいて、２次元通信シート上の特定の領域に電磁波を収束させるには、シート辺で反射した電磁波が相互に重なり合うことにより干渉が生じ、電磁波が２次元通信シート内で一様に分布しないため、必要に応じて電力を供給することが困難であった。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、最大限の電力を供給可能な２次元通信システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、最大限の電力を供給可能な２次元通信システムにおける電力供給方法を提供することである。

この発明によれば、２次元通信システムは、２次元通信媒体と、端末装置と、複数の送信電極と、給電ユニットとを備える。端末装置は、２次元通信媒体上の任意の位置に配置される。複数の送信電極は、２次元通信媒体の周辺部に配置される。給電ユニットは、端末装置へ電力を供給する。そして、給電ユニットは、複数の送信電極のうちの１個の送信電極のみを用いて位相を固定して伝送波を送信しながら複数の送信電極から選択された第１の送信電極を用いて２次元通信媒体を介して位相を変えながら第１の伝送波からなる電力を端末装置へ供給したときに端末装置の位置において電力の強度が最大になる第１の伝送波の第１の位相を端末装置から取得し、電力が最大になる位相が既に取得された少なくとも１つの伝送波の位相を電力が最大になる位相に固定して少なくとも１つの伝送波を送信しながら第１の送信電極と異なる第２の送信電極を用いて２次元通信媒体を介して位相を変えながら第２の伝送波からなる電力を端末装置へ供給したときに端末装置の位置において少なくとも１つの伝送波および第２の伝送波からなる電力の強度が最大になる第２の伝送波の第２の位相を端末装置から取得し、第２の伝送波の位相を取得した第２の位相に固定する処理を複数の送信電極の全てについて実行することによって、複数の送信電極を用いて複数の伝送波からなる電力を端末装置へ送信したときに端末装置の位置において複数の伝送波からなる電力の強度が最大になる複数の伝送波の複数の位相を決定する位相決定処理を実行し、位相決定処理によって決定された複数の位相を有する複数の伝送波からなる供給電力を複数の送信電極を用いて２次元通信媒体へ送信する。また、端末装置は、第１および第２の位相を検出して給電ユニットへ送信するとともに、給電ユニットからの供給電力を２次元通信媒体を介して受電する。

好ましくは、端末装置は、３次元空間または２次元通信媒体を介した通信によって第１および第２の位相を給電ユニットへ送信する。

好ましくは、２次元通信媒体は、略四角形の平面形状を有し、複数の送信電極は、２次元通信媒体の１つの辺に沿って配置される。

好ましくは、給電ユニットは、第１および第２の送信電極を複数の送信電極からランダムまたは所定の順番で選択する。

また、この発明によれば、電力供給方法は、２次元通信媒体上の任意の位置に配置された端末装置へ２次元通信媒体の周辺部に配置された複数の送信電極を用いて電力を供給する電力供給方法であって、給電ユニットが、複数の送信電極のうちの１個の送信電極のみを用いて位相を固定して伝送波を送信しながら複数の送信電極から選択した第１の送信電極を用いて２次元通信媒体を介して位相を変えながら第１の伝送波からなる電力を端末装置へ供給したときに端末装置の位置において電力の強度が最大になる第１の伝送波の第１の位相を端末装置から取得する第１のステップと、給電ユニットが、電力が最大になる位相が既に取得された少なくとも１つの伝送波の位相を電力が最大になる位相に固定して少なくとも１つの伝送波を送信しながら第１の送信電極と異なる第２の送信電極を用いて２次元通信媒体を介して位相を変えながら第２の伝送波からなる電力を端末装置へ供給したときに端末装置の位置において少なくとも１つの伝送波および第２の伝送波からなる電力の強度が最大になる第２の伝送波の第２の位相を端末装置から取得する第２のステップと、複数の送信電極について第２のステップを繰返し実行し、複数の送信電極を用いて送信する複数の伝送波について電力が最大になる複数の位相を決定する第３のステップと、第３のステップにおいて決定された複数の位相を有する複数の伝送波からなる供給電力を複数の送信電極を用いて給電ユニットから２次元通信媒体へ送信する第４のステップと、端末装置が２次元通信媒体から供給電力を受電する第５のステップとを備える。

好ましくは、第１のステップにおいて、端末装置は、３次元空間または２次元通信媒体を介した通信によって第１の位相を給電ユニットへ送信し、給電ユニットは、３次元空間または２次元通信媒体を介した通信によって第１の位相を端末装置から受信する。また、第２のステップにおいて、端末装置は、３次元空間または２次元通信媒体を介した通信によって第２の位相を給電ユニットへ送信し、給電ユニットは、３次元空間または２次元通信媒体を介した通信によって第２の位相を端末装置から受信する。

好ましくは、給電ユニットは、第１のステップにおいて、第１の送信電極を複数の送信電極から任意に選択する。また、給電ユニットは、第２のステップにおいて、第２の送信電極を複数の送信電極からランダムまたは所定の順番で選択する。

この発明においては、１つの送信電極から送信される伝送波の位相を端末装置の位置において電力の強度が最大になるように決定するとともに、既に決定した位相を固定して伝送波を各送信電極から送信しながら次の送信電極から送信される伝送波の位相を端末装置の位置において電力の強度が最大になるように決定する処理を繰返し行ない、端末装置の位置において電力の強度が最大になるように複数の送信電極から送信される伝送波の位相を決定する。そして、その決定した位相を有する伝送波によって電力を給電ユニットから端末装置へ送信する。

したがって、最大限の電力を端末装置へ供給できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による２次元通信システムの概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による２次元通信システム１００は、送信電極１〜８と、給電ユニット１０と、配線１１〜１８と、端末装置２０と、２次元通信シート３０とを備える。

送信電極１〜８は、２次元通信シート３０の１つの辺に沿って２次元通信シート３０上に配置される。また、送信電極１〜８は、それぞれ、配線１１〜１８によって給電ユニット１０に接続される。そして、送信電極１〜８は、それぞれ、配線１１〜１８を介して給電ユニット１０から伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８を受け、その受けた伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８を２次元通信シート３０へ送信する。この場合、伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８は、それぞれ、ｗｖ１＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ１），ｗｖ２＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ２），ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３），ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ４），ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５），ｗｖ６＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ６），ｗｖ７＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ７），ｗｖ８＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ８）からなる。そして、角周波数ωは、２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆを有する。

給電ユニット１０は、伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８からなる電力を送信電極１〜８から２次元通信シート３０を介して端末装置２０へ供給するときに端末装置２０の位置において電力の強度が最大になる伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８の位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを後述する方法によって決定する。そして、給電ユニット１０は、その決定した位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを有する伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８からなる電力を送信電極１〜８を用いて２次元通信シート３０を介して端末装置２０へ供給する。

配線１１〜１８は、それぞれ、送信電極１〜８を給電ユニット１０に接続する。端末装置２０は、２次元通信シート３０上の任意の位置に配置される。そして、端末装置２０は、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔが決定されるとき、位相φ１〜φ８を変えながら給電ユニット１０から送信された伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８に基づいて、電力が最大になる位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを検出し、その検出した位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを赤外線通信によって給電ユニット１０へ送信する。その後、端末装置２０は、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを有する伝送波ｗｖ１＿ｏｐｔ〜ｗｖ８＿ｏｐｔからなる電力を２次元通信シート３０を介して給電ユニット１０から受電し、その受電した電力を蓄積する。

２次元通信シート３０は、略四角形の平面形状を有する。そして、２次元通信シート３０は、送信電極１〜８から送信された伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８を伝搬させる。

図２は、図１に示す２次元通信シート３０の斜視図である。また、図３は、図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における２次元通信シート３０の断面図である。

図２および図３を参照して、２次元通信シート３０は、誘電体部３１と、導体部３２，３３とを含む。誘電体部３１は、たとえば、厚みがほぼ一定であるプラスチックまたは発泡材からなり、シート状の形状を有する。

導体部３２は、たとえば、金属からなり、誘電体部３１の一方の一主面にメッシュ状に形成される。この場合、メッシュ状の導体部３２によって囲まれる開口部３２Ａは、正方形の形状を有し、複数の開口部３２Ａは、２次元通信シート３０の外界における電磁波長よりも短い間隔で配置されている。

導体部３３は、たとえば、金属からなり、誘電体部３１の他方の一主面（導体部３２が形成された面と反対面）の全面に形成される。

２次元通信シート３０の面内方向にｘ軸およびｙ軸を取り、２次元通信シート３０に垂直な方向（図３において、２次元通信シート３０から上向きの方向）にｚ軸を取った座標系を定義する。

そして、空中の誘電率および透磁率をそれぞれε_０、μ_０とし、２次元通信シート３０内の誘電率および透磁率をそれぞれε、μとすると、２次元通信シート３０を＋ｘの方向へ伝搬する電磁波のモードは、マックスウエルの方程式を解くことによって、次式により与えられる。

なお、式（１）において、ｚ方向の電界のみを記す。また、式（１）において、ｈは、２次元通信シート３０の厚さであり、σは、２次元通信シート３０の最上層のシートインピーダンスであり、ωは、角周波数であり、Ｖは、誘電体部３１の上下面間の電圧振幅であり、特に、ｘ＝ｔ＝０での電圧値に一致する。そして、式（１）においては、２次元通信シート３０の厚さｈは、誘電体部３１中の波長よりも十分小さいことを仮定し、近似計算を行なっている。

また、式（１）中のシートインピーダンスσは、次式によって定義される。

これは、最上層の単位長線分を横切って流れる電流ｉ_ｘ［Ａ／ｍ］と、最上層に沿った電界Ｅ_ｘとの比であり、実部Ｒは、シート抵抗に相当する。

そして、２次元通信シート３０は、式（１）によって表された電界Ｅ_ｚからなるエバネッセント波をしみ出させる。

図４は、図１に示す給電ユニット１０の構成を示す概略ブロック図である。図４を参照して、給電ユニット１０は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８と、高周波発振器１０１と、制御回路１０２と、通信モジュール１０３とを含む。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、それぞれ、送信電極１〜８に対応して設けられる。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、それぞれ、配線１１〜１８と高周波発振器１０１との間に接続される。

スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、制御回路１０２からオン信号ＯＮまたはオフ信号ＯＦＦを受ける。そして、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８は、制御回路１０２からオン信号ＯＮを受けると、それぞれ、配線１１〜１８と高周波発振器１０１とを接続し、制御回路１０２からオフ信号ＯＦＦを受けると、それぞれ、配線１１〜１８と高周波発振器１０１との接続を切断する。

高周波発振器１０１は、位相調整器１０１１〜１０１８と、発振器１０１９とを含む。位相調整器１０１１〜１０１８は、それぞれ、送信電極１〜８に対応して設けられる。そして、位相調整器１０１１〜１０１８は、それぞれ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ８に接続される。

位相調整器１０１１〜１０１８は、それぞれ、発振信号ＯＳＣ１〜ＯＳＣ８を制御回路１０２から受けると、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８の位相φ１〜φ８を０度から３６０度に順次変えながら調整し、その位相調整した伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８をそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷ８および配線１１〜１８を介して送信電極１〜８へ出力する。

また、位相調整器１０１１〜１０１８は、それぞれ、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを制御回路１０２から受けると、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８の位相を位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔに調整し、その位相調整した伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８をそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷ８および配線１１〜１８を介して送信電極１〜８へ出力する。

発振器１０１９は、伝送波ｗｖを制御回路１０２から発振信号ＯＳＣ０を受けると、伝送波ｗｖを発振し、その発振した伝送波ｗｖを位相調整器１０１１〜１０１８へ出力する。

制御回路１０２は、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを決定するとき、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを決定することを示す位相決定信号ＰＨＤを生成し、その生成した位相決定信号ＰＨＤを通信モジュール１０３を介して端末装置２０へ送信する。

また、制御回路１０２は、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを決定するとき、スイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ３，ＳＷ６，ＳＷ２，ＳＷ７，ＳＷ１，ＳＷ８の順でオン信号をスイッチＳＷ１〜ＳＷ８へ出力する。また、制御回路１０２は、位相調整器１０１４，１０１５，１０１３，１０１６，１０１２，１０１７，１０１１，１０１８の順で発振信号ＯＳＣ４，ＯＳＣ５，ＯＳＣ３，ＯＳＣ６，ＯＳＣ２，ＯＳＣ７，ＯＳＣ１，ＯＳＣ８をそれぞれ位相調整器１０１４，１０１５，１０１３，１０１６，１０１２，１０１７，１０１１，１０１８へ出力する。

そして、制御回路１０２は、通信モジュール１０３から位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔの全てを受けると、その受けた位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔをそれぞれ位相調整器１０１１〜１０１８へ出力する。

通信モジュール１０３は、位相決定信号ＰＨＤを制御回路１０２から受けると、その受けた位相決定信号ＰＨＤを赤外線通信によって端末装置２０へ送信する。また、通信モジュール１０３は、赤外線通信によって端末装置２０から位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを受け、その受けた位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを制御回路１０２へ出力する。

図５は、図１に示す端末装置２０の構成を示す概略ブロック図である。図５を参照して、端末装置２０は、コネクタ２１と、端子２２，２３と、整流回路２４と、位相検出回路２５と、電力蓄積器２６と、通信モジュール２７と、制御回路２８と、スイッチＳＷとを含む。

コネクタ２１は、２次元通信シート３０上に２次元通信シート３０に接して配置される。そして、コネクタ２１は、２次元通信シート３０から伝送波を受信し、その受信した伝送波をスイッチＳＷへ出力する。

スイッチＳＷは、コネクタ２１と、端子２２，２３との間に接続される。そして、スイッチＳＷは、制御回路２８から切換信号ＥＸ１を受けると、端子２２に接続され、制御回路２８から切換信号ＥＸ２を受けると、端子２３に接続される。

整流回路２４は、端子２３に接続される。そして、整流回路２４は、端子２３から伝送波を受け、その受けた伝送波を整流して電力を取り出し、その取り出した電力を電力蓄積器２６へ出力する。

位相検出回路２５は、端子２２に接続される。そして、位相検出回路２５は、端子２２から受けた複数の伝送波ｗｖ１に基づいて、振幅が最大になる位相φ１＿ｏｐｔを検出し、その検出した位相φ１＿ｏｐｔを通信モジュール２７へ出力する。位相検出回路２５は、伝送波ｗｖ２〜ｗｖ８についても、位相φ２＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを検出し、その検出した位相φ２＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを通信モジュール２７へ出力する。

電力蓄積器２６は、整流回路２４から受けた電力を蓄積する。

通信モジュール２７は、赤外線通信によって位相決定信号ＰＨＤを給電ユニット１０から受信し、その受信した位相決定信号ＰＨＤを制御回路２８へ出力する。また、通信モジュール２７は、位相検出回路２５から位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを受けると、その受けた位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを赤外線通信によって給電ユニット１０へ送信する。また、通信モジュール２７は、位相検出回路２５から位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔの全てを受けると、位相の決定を停止する停止信号ＳＴＰを生成して制御回路２８へ出力する。

制御回路２８は、位相決定信号ＰＨＤを通信モジュール２７から受けると、切換信号ＥＸ１を生成してスイッチＳＷへ出力し、停止信号ＳＴＰを通信モジュール２７から受けると、切換信号ＥＸ２を生成してスイッチＳＷへ出力する。

図６は、２次元通信の概念図である。図６を参照して、図１に示す送信電極１〜８および端末装置２０が２次元通信シート３０上に配置される。この場合、送信電極１〜８および端末装置２０のコネクタ２１が２次元通信シート３０の開口部３２Ａに接する。

給電ユニット１０の高周波発振器１０１は、送信すべき伝送波を生成して送信電極１〜８へ出力する。送信電極１〜８は、高周波発振器１０１から受けた伝送波に応じて、内蔵した電極（図示せず）のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルを変化させる。ここで、スカラーポテンシャルの変化は、電位の変化に対応し、ベクトルポテンシャルの変化は、電流分布の変化、電束密度の変化および変位電流の分布の変化に対応する。

送信電極１〜８に内蔵された電極のスカラーポテンシャルおよび／またはベクトルポテンシャルが変化すると、２次元通信シート３０の誘電体部３１に電磁波が発生し、その発生した電磁波は、２次元通信シート３０の誘電体部３１中を伝搬する（図６の矢印参照）。

そして、端末装置２０が配置された位置まで伝搬した電磁波は、導体部３２の開口部３２Ａからエバネッセント波ＥＷＶをしみ出させる。そうすると、端末装置２０のコネクタ２１は、その内蔵した電極（図示せず）によってエバネッセント波ＥＷＶを検知し、送信電極１〜８から送信された伝送波を受信する。

このように、２次元通信は、２次元通信シート３０の誘電体部３１中を伝送する電磁波を用いて行なわれる。

図７は、位相の決定方法を説明するための概念図である。位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを決定するとき、給電ユニット１０の制御回路１０２は、位相決定信号ＰＨＤを生成して通信モジュール１０３へ出力し、通信モジュール１０３は、位相決定信号ＰＨＤを赤外線通信によって端末装置２０へ送信する。

また、給電ユニット１０の制御回路１０２は、オン信号ＯＮをスイッチＳＷ４へ出力するとともに、発振信号ＯＳＣ０を生成して発振器１０１９へ出力するとともに、発振信号ＯＳＣ４を生成して位相調整器１０１４へ出力する。

そうすると、端末装置２０の通信モジュール２７は、赤外線通信によって位相決定信号ＰＨＤを給電ユニット１０から受信し、その受信した位相決定信号ＰＨＤを制御回路２８へ出力する。そして、端末装置２０の制御回路２８は、位相決定信号ＰＨＤに応じて、切換信号ＥＸ１を生成してスイッチＳＷへ出力する。スイッチＳＷは、切換信号ＥＸ１に応じて、端子２２へ接続される。

一方、給電ユニット１０において、スイッチＳＷ４は、制御回路１０２からのオン信号ＯＮに応じて位相調整器１０１４を配線１４に接続する。また、発振器１０１９は、制御回路１０２からの発振信号ＯＳＣ０に応じて、位相＝０の伝送波ｗｖ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を発振し、その発振した伝送波ｗｖ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を位相調整器１０１１〜１０１８へ出力する。そして、位相調整器１０１４は、制御回路１０２からの発振信号ＯＳＣ４に応じて、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）の位相を位相φ４＝０に調整し、その位相調整した伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を配線１４を介して送信電極４へ出力する。そして、送信電極４は、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を受け、その受けた伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を２次元通信シート３０へ送信する。

このように、給電ユニット１０は、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔの決定が開始されると、送信電極１〜８のうち、ほぼ中央に配置された送信電極４をオンし、そのオンした送信電極４から位相φ４が零である伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を２次元通信シート３０へ送信する。

ここで、最初に選択した送信電極４から位相φ４が零である伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を送信するのは、次の理由による。

１個の伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を２次元通信シート３０へ送信した場合、その１個の伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）は、２次元通信シート３０内を伝搬し、２次元通信シート３０の周辺部で反射される。そして、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）と伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）の反射波との間で干渉が生じる。

しかし、この干渉は、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）の位相φ４を０度〜３６０度のいずれの値に設定しても必ず生じる。

したがって、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）の位相φ４を零に設定することにしたものである。

なお、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）の位相φ４は、零以外の値に設定されてもよく、０度〜３６０度の範囲の任意の値であってもよい。

給電ユニット１０の制御回路１０２は、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を送信電極４から２次元通信シート３０へ送信した状態を保持したまま、オン信号ＯＮをスイッチＳＷ５へ出力するとともに、発振信号ＯＳＣ５を位相調整器１０１５へ出力する。

そうすると、スイッチＳＷ５は、制御回路１０２からのオン信号ＯＮに応じて位相調整器１０１５を配線１５に接続する。また、位相調整器１０１５は、制御回路１０２からの発振信号ＯＳＣ５に応じて、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ５の位相φ５を０度〜３６０度の範囲で変えながら伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）を位相調整し、その位相調整した伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）を配線１５を介して送信電極５へ出力する。そして、送信電極５は、伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）を２次元通信シート３０へ送信する（図７の（ａ）参照）。

このように、給電ユニット１０は、位相φ４を零に固定した伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を送信電極４から２次元通信シート３０へ送信しながら、位相φ５を０度から３６０度に変えた伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）を送信電極５から２次元通信シート３０へ送信する。

そして、端末装置２０のコネクタ２１は、２次元通信シート３０から伝送波ｗｖ４，ｗｖ５の合成波を受信し、その受信した合成波をスイッチＳＷおよび端子２２を介して位相検出回路２５へ出力する。

位相検出回路２５は、コネクタ２１から受けた合成波に基づいて、合成波の振幅が最大になるときの伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）の位相φ５＿ｏｐｔを検出する。この合成波は、伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）の位相φ５が順次変化したときの伝送波ｗｖ５と伝送波ｗｖ４との合成波からなるので、合成波の振幅は、伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）の位相φ５によって順次変化している。そして、伝送波ｗｖ４，ｗｖ５の振幅は、両方ともＩ０である。

したがって、位相検出回路２５は、振幅が２×Ｉ０である合成波の部分を振幅Ｉ０を有する２つの波ｗｖ４，ｗｖ５に分離し、その分離した波ｗｖ５の位相を位相φ５＿ｏｐｔとして検出する。

そうすると、位相検出回路２５は、その検出した位相φ５＿ｏｐｔを通信モジュール２７へ出力し、通信モジュール２７は、赤外線通信によって位相φ５＿ｏｐｔを給電ユニット１０へ送信する。

給電ユニット１０の通信モジュール１０３は、赤外線通信によって位相φ５＿ｏｐｔを端末装置２０から受信し、その受信した位相φ５＿ｏｐｔを制御回路１０２へ出力する。

給電ユニット１０の制御回路１０２は、位相φ５＿ｏｐｔを通信モジュール１０３から受け、その受けた位相φ５＿ｏｐｔを位相調整器１０１５へ出力する。

そして、位相調整器１０１５は、制御回路１０２からの位相φ５＿ｏｐｔに基づいて、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ５の位相φ５を位相φ５＿ｏｐｔに調整し、その調整した伝送波ｗｖ５＿ｏｐｔ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５＿ｏｐｔ）を配線１５を介して送信電極５へ出力する。

送信電極５は、位相調整器１０１５からの伝送波ｗｖ５＿ｏｐｔ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５＿ｏｐｔ）を２次元通信シート３０へ送信する。

その後、給電ユニット１０の制御回路１０２は、スイッチＳＷ４，ＳＷ５をオンにしたまま、オン信号ＯＮを生成してスイッチＳＷ３へ出力するとともに、発振信号ＯＳＣ３を生成して位相調整器１０１３へ出力する。

そして、給電ユニット１０のスイッチＳＷ３は、制御回路１０２からのオン信号ＯＮに応じて位相調整器１０１３を配線１３に接続する。また、位相調整器１０１３は、制御回路１０２からの発振信号ＯＳＣ３に応じて、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ３の位相φ３を０度〜３６０度の範囲で変えながら調整し、その調整した伝送波ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）を配線１３を介して送信電極３へ出力する。そして、送信電極３は、伝送波ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）を２次元通信シート３０へ送信する（図７の（ｂ）参照）。

このように、給電ユニット１０は、位相φ４を零に固定した伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）および位相φ５をφ５＿ｏｐｔに固定した伝送波ｗｖ５＿ｏｐｔ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５＿ｏｐｔ）をそれぞれ送信電極４，５から２次元通信シート３０へ送信しながら、位相φ３を０度から３６０度に変えた伝送波ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）を送信電極３から２次元通信シート３０へ送信する。

そして、端末装置２０のコネクタ２１は、２次元通信シート３０から伝送波ｗｖ４，ｗｖ５，ｗｖ３の合成波を受信し、その受信した合成波をスイッチＳＷおよび端子２２を介して位相検出回路２５へ出力する。

位相検出回路２５は、コネクタ２１から受けた合成波に基づいて、合成波の振幅が最大になるときの伝送波ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）の位相φ３＿ｏｐｔを、位相φ５＿ｏｐｔを検出したときの方法と同じ方法によって検出する。

そして、位相検出回路２５は、その検出した位相φ３＿ｏｐｔを通信モジュール２７へ出力し、通信モジュール２７は、赤外線通信によって位相φ３＿ｏｐｔを給電ユニット１０へ送信する。

給電ユニット１０の通信モジュール１０３は、赤外線通信によって位相φ３＿ｏｐｔを端末装置２０から受信し、その受信した位相φ３＿ｏｐｔを制御回路１０２へ出力する。

給電ユニット１０の制御回路１０２は、位相φ３＿ｏｐｔを通信モジュール１０３から受け、その受けた位相φ３＿ｏｐｔを位相調整器１０１３へ出力する。

そして、位相調整器１０１３は、制御回路１０２からの位相φ３＿ｏｐｔに基づいて、発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ３の位相φ３を位相φ３＿ｏｐｔに調整し、その調整した伝送波ｗｖ３＿ｏｐｔ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３＿ｏｐｔ）を配線１３を介して送信電極３へ出力する。

送信電極３は、位相調整器１０１３からの伝送波ｗｖ３＿ｏｐｔ＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３＿ｏｐｔ）を２次元通信シート３０へ送信する。

その後、給電ユニット１０は、上述した方法によって、送信電極６、送信電極２、送信電極７、送信電極１および送信電極８を順次選択し、その選択した送信電極６、送信電極２、送信電極７、送信電極１および送信電極８から位相φ６、位相φ２、位相φ７、位相φ１、および位相φ８を０度から３６０度へ変えながら伝送波ｗｖ６，ｗｖ２，ｗｖ７，ｗｖ１，ｗｖ８を２次元通信シート３０へ順次送信し、端末装置２０において、電力（振幅）が最大となる位相φ６＿ｏｐｔ，φ２＿ｏｐｔ，φ７＿ｏｐｔ，φ１＿ｏｐｔ，φ８＿ｏｐｔを決定する。

このように、この発明の実施の形態においては、２次元通信シート３０の１辺に沿って配置された８個の送信電極１〜８のうち、ほぼ中央部に配置された送信電極４の一方側に配置された送信電極１〜３と、送信電極４の他方側に配置された送信電極５〜８とから交互に１個ずつの送信電極を送信電極４から外側へ向かう順番で順次選択し、その選択した送信電極から伝送波を２次元通信シート３０へ順次送信し、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを決定する。

そして、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔの全てが決定されると、端末装置２０の通信モジュール２７は、停止信号ＳＴＰを生成して制御回路２８へ出力し、制御回路２８は、停止信号ＳＴＰに応じて切換信号ＥＸ２を生成してスイッチＳＷへ出力する。そして、スイッチＳＷは、切換信号ＥＸ２に応じて、端子２３に接続される。

一方、給電ユニット１０において、位相調整器１０１１〜１０１８は、それぞれ、位相発振器１０１９から分配された伝送波ｗｖ１〜ｗｖ８の位相φ１〜φ８を位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔに調整し、その調整した伝送波ｗｖ１＿ｏｐｔ〜ｗｖ８＿ｏｐｔをそれぞれ配線１１〜１８を介して送信電極１〜８へ出力する。そして、送信電極１〜８は、それぞれ、伝送波ｗｖ１＿ｏｐｔ〜ｗｖ８＿ｏｐｔを２次元通信シート３０へ送信する。

そうすると、端末装置２０のコネクタ２１は、伝送波ｗｖ１＿ｏｐｔ〜ｗｖ８＿ｏｐｔの合成波を受信し、その受信した合成波をスイッチＳＷおよび端子２３を介して整流回路２４へ出力する。そして、端末装置２０の整流回路２４は、合成波を整流して電力を取り出し、その取り出した電力を電力蓄積器２６へ出力する。その後、電力蓄積器２６は、整流回路２４から受けた電力を蓄積する。

これによって、端末装置２０は、最大の電力を給電ユニット１０から受電して蓄積する。

図８は、この発明の実施の形態における伝送波の位相の決定方法を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、一連の動作が開始されると、給電ユニット１０は、送信電極４をオンし（ステップＳ１）、送信電極４から送信される伝送波ｗｖ４の位相φ４を“０”に固定する（ステップＳ２）。そして、給電ユニット１０は、位相φ４を“０”に固定した伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を２次元通信シート３０へ送信する。

その後、給電ユニット１０は、他の送信電極を所定の順番でオンし（ステップＳ３）、位相を変化させて、上述した方法によって、端末装置２０での強度が最大になる位相を検出する（ステップＳ４）。

そして、給電ユニット１０は、強度が最大になる位相を検出したか否かを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、強度が最大になる位相が検出されなかったと判定されたとき、一連の動作は、ステップＳ４へ戻り、ステップＳ５において、強度が最大になる位相を検出したと判定されるまで、上述したステップＳ４，Ｓ５が繰返し実行される。

そして、ステップＳ５において、強度が最大になる位相が検出されたと判定されると、給電ユニット１０は、最後の送信電極をオンしたか否かをさらに判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、最後の送信電極がオンされていないと判定されたとき、給電ユニット１０は、ステップＳ４において検出した位相を固定する（ステップＳ７）。

その後、一連の操作は、ステップＳ３へ戻り、ステップＳ６において、最後の送信電極がオンされたと判定されるまで、上述したステップＳ３〜ステップＳ７が繰返し実行される。

そして、ステップＳ６において、最後の送信電極がオンされたと判定されたとき、一連の動作が終了する。

このように、送信電極４から位相φ４を“０”に固定した伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）を２次元通信シート３０へ送信した状態で、位相φ５を０度から３６０度へ順次変化させた伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）を送信電極５から２次元通信シート３０へ送信し、端末装置２０の位置において伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）と伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５）との合成波の振幅（電力の強度）が最大になる伝送波ｗｖ５の位相φ５＿ｏｐｔを検出し、さらに、伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ）および伝送波ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５＿ｏｐｔ）をそれぞれ送信電極４，５から２次元通信シート３０へ送信した状態で、位相φ３を０度から３６０度へ順次変化させた伝送波ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）を送信電極３から２次元通信シート３０へ送信し、端末装置２０の位置において伝送波ｗｖ４＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ），ｗｖ５＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ５），ｗｖ３＝Ｉ０ｓｉｎ（ωｔ＋φ３）の合成波の振幅（電力の強度）が最大になる伝送波ｗｖ３の位相φ３＿ｏｐｔを検出する。そして、それ以降、同じ方法によって、残りの送信電極１，２，６〜８からそれぞれ伝送波ｗｖ１，ｗｖ２，ｗｖ６〜ｗｖ８が送信されたときの合成波の振幅が最大になる伝送波ｗｖ１，ｗｖ２，ｗｖ６〜ｗｖ８の位相φ１＿ｏｐｔ，φ２＿ｏｐｔ，φ６＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを検出する。

したがって、位相φ１＿ｏｐｔ〜φ８＿ｏｐｔを有する伝送波ｗｖ１＿ｏｐｔ〜ｗｖ８＿ｏｐｔをそれぞれ送信電極１〜８から送信することによって、最大の電力を端末装置２０へ送信できる。

なお、上記においては、２次元通信システム１００は、８個の送信電極１〜８を備えると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、２次元通信システム１００は、一般的には、複数の送信電極を備えていればよい。

また、上記においては、給電ユニット１０は、送信電極４、送信電極５、送信電極３、送信電極６、送信電極２、送信電極７、送信電極１、および送信電極８の順番に１個の送信電極を選択すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、給電ユニット１０は、上記の順番以外の順番で送信電極１〜８から１個の送信電極を選択してもよく、複数の送信電極１〜８からランダムに１個の送信電極を選択してもよい。

更に、上記においては、端末装置２０は、電力が最大になるときの伝送波の位相を赤外線通信によって給電ユニット１０へ送信すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、端末装置２０は、電力が最大になるときの伝送波の位相を無線通信によって給電ユニット１０へ送信してもよく、一般的には、電力が最大になるときの伝送波の位相を３次元空間を介した通信によって給電ユニット１０へ送信すればよい。また、端末装置２０は、電力が最大になるときの伝送波の位相を２次元通信シート２０を介して給電ユニット１０へ送信してもよい。この場合、端末装置２０の通信モジュール２７は、電力が最大になるときの伝送波の位相を示す伝送波を生成し、その生成した伝送波をコネクタ２１へ出力し、給電ユニット１０の制御回路１０２は、送信電極１〜８と別に設けられたコネクタを用いて、電力が最大になるときの伝送波の位相を示す伝送波を２次元通信シート３０から受信する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、最大限の電力を供給可能な２次元通信システムに適用される。また、この発明は、最大限の電力を供給可能な２次元通信システムにおける電力供給方法に適用される。

この発明の実施の形態による２次元通信システムの概略図である。 図１に示す２次元通信シートの斜視図である。 図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩ間における２次元通信シートの断面図である。 図１に示す給電ユニットの構成を示す概略ブロック図である。 図１に示す端末装置の構成を示す概略ブロック図である。 ２次元通信の概念図である。 位相の決定方法を説明するための概念図である。 この発明の実施の形態における伝送波の位相の決定方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１〜８ 送信電極、１０ 給電ユニット、１１〜１８ 配線、２０ 端末装置、２１ コネクタ、２２，２３ 端子、２４ 整流回路、２５ 位相検出回路、２６ 電力蓄積器、２７，１０３ 通信モジュール、２８，１０２ 制御回路、３０ ２次元通信シート、３１ 誘電体部、３２，３３ 導体部、３２Ａ 開口部、１００ ２次元通信システム、１０１ 高周波発振器、１０１１〜１０１８ 位相調整器、１０１９ 発振器。

Claims (7)

1. ２次元通信媒体と、
   前記２次元通信媒体上の任意の位置に配置された端末装置と、
   前記２次元通信媒体の周辺部に配置された複数の送信電極と、
   前記端末装置へ電力を供給する給電ユニットとを備え、
   前記給電ユニットは、前記複数の送信電極のうちの１個の送信電極のみを用いて位相を固定して伝送波を送信しながら前記複数の送信電極から選択された第１の送信電極を用いて前記２次元通信媒体を介して位相を変えながら第１の伝送波からなる電力を前記端末装置へ供給したときに前記端末装置の位置において前記電力の強度が最大になる前記第１の伝送波の第１の位相を前記端末装置から取得し、電力が最大になる位相が既に取得された少なくとも１つの伝送波の位相を前記電力が最大になる位相に固定して前記少なくとも１つの伝送波を送信しながら前記第１の送信電極と異なる第２の送信電極を用いて前記２次元通信媒体を介して位相を変えながら第２の伝送波からなる電力を前記端末装置へ供給したときに前記端末装置の位置において前記少なくとも１つの伝送波および前記第２の伝送波からなる電力の強度が最大になる前記第２の伝送波の第２の位相を前記端末装置から取得し、前記第２の伝送波の位相を前記取得した第２の位相に固定する処理を前記複数の送信電極の全てについて実行することによって、前記複数の送信電極を用いて複数の伝送波からなる電力を前記端末装置へ送信したときに前記端末装置の位置において前記複数の伝送波からなる電力の強度が最大になる前記複数の伝送波の複数の位相を決定する位相決定処理を実行し、前記位相決定処理によって決定された前記複数の位相を有する複数の伝送波からなる供給電力を前記複数の送信電極を用いて前記２次元通信媒体へ送信し、
   前記端末装置は、前記第１および第２の位相を検出して前記給電ユニットへ送信するとともに、前記給電ユニットからの前記供給電力を前記２次元通信媒体を介して受電する、２次元通信システム。
2. 前記端末装置は、３次元空間または前記２次元通信媒体を介した通信によって前記第１および第２の位相を前記給電ユニットへ送信する、請求項１に記載の２次元通信システム。
3. 前記２次元通信媒体は、略四角形の平面形状を有し、
   前記複数の送信電極は、前記２次元通信媒体の１つの辺に沿って配置される、請求項１または請求項２に記載の２次元通信システム。
4. 前記給電ユニットは、前記第１および第２の送信電極を前記複数の送信電極からランダムまたは所定の順番で選択する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の２次元通信システム。
5. ２次元通信媒体上の任意の位置に配置された端末装置へ前記２次元通信媒体の周辺部に配置された複数の送信電極を用いて電力を供給する電力供給方法であって、
   給電ユニットが、前記複数の送信電極のうちの１個の送信電極のみを用いて位相を固定して伝送波を送信しながら前記複数の送信電極から選択した第１の送信電極を用いて前記２次元通信媒体を介して位相を変えながら第１の伝送波からなる電力を前記端末装置へ供給したときに前記端末装置の位置において前記電力の強度が最大になる前記第１の伝送波の第１の位相を前記端末装置から取得する第１のステップと、
   前記給電ユニットが、電力が最大になる位相が既に取得された少なくとも１つの伝送波の位相を前記電力が最大になる位相に固定して前記少なくとも１つの伝送波を送信しながら前記第１の送信電極と異なる第２の送信電極を用いて前記２次元通信媒体を介して位相を変えながら第２の伝送波からなる電力を前記端末装置へ供給したときに前記端末装置の位置において前記少なくとも１つの伝送波および前記第２の伝送波からなる電力の強度が最大になる前記第２の伝送波の第２の位相を前記端末装置から取得する第２のステップと、
   前記複数の送信電極について前記第２のステップを繰返し実行し、前記複数の送信電極を用いて送信する複数の伝送波について前記電力が最大になる複数の位相を決定する第３のステップと、
   前記第３のステップにおいて決定された前記複数の位相を有する複数の伝送波からなる供給電力を前記複数の送信電極を用いて前記給電ユニットから前記２次元通信媒体へ送信する第４のステップと、
   前記端末装置が前記２次元通信媒体から前記供給電力を受電する第５のステップとを備える電力供給方法。
6. 前記第１のステップにおいて、前記端末装置は、３次元空間または前記２次元通信媒体を介した通信によって前記第１の位相を前記給電ユニットへ送信し、前記給電ユニットは、前記３次元空間または前記２次元通信媒体を介した通信によって前記第１の位相を前記端末装置から受信し、
   前記第２のステップにおいて、前記端末装置は、前記３次元空間または前記２次元通信媒体を介した通信によって前記第２の位相を前記給電ユニットへ送信し、前記給電ユニットは、前記３次元空間または前記２次元通信媒体を介した通信によって前記第２の位相を前記端末装置から受信する、請求項５に記載の電力供給方法。
7. 前記給電ユニットは、前記第１のステップにおいて、前記第１の送信電極を前記複数の送信電極から任意に選択し、
   前記給電ユニットは、前記第２のステップにおいて、前記第２の送信電極を前記複数の送信電極からランダムまたは所定の順番で選択する、請求項５または請求項６に記載の電力供給方法。

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