JP2021509569A - 多ビーム無線送電システム - Google Patents

Abstract

多数ソースから多数受信器へ無線電力を伝送するシステムである。このシステムの安全性は、２つのビームが伝送空間内で交差することにより当該システムの安全機構が動作するべく設計されていたレベルを超えるパワーレベル又はパワー密度レベルが生成され得る可能性にもかかわらず維持される。ビームの経路は、伝送位置及び方向から、並びに受信器の、その上の位置決めデバイスにより測定される位置及び配向から、既知である。ビームの交差又は近交差が決定されると、システムは、当該ビームの一以上を減衰させ、オフにし、又はそらせることにより安全リスクを低減するようにトリガされる。加えて、反射ビーム経路は容易に識別できないので、システムは、表示された鏡像を探すことによって、当該ビームの一つが反射を受けたか否かを確認することができる。

Description

本発明は、遠隔の受信器にエネルギーを与えるビームの送電の分野に関し、特には、多ビームを伝送するそのようなシステムの安全動作に関する。

コリメートされた電気光学ビームを使用する無線送電に関する先行技術は、大抵は、単数のソースから単数のターゲットまで単数のビームを伝送することに焦点を当てる。環境には多数のターゲットが存在し得るが、システムは、任意の時点で単数のターゲットに伝送するように構成され、その後、異なる時刻に他のターゲットに伝送することができる。

特許文献１として公開されて本願と共通の発明者を有する「無線配電システム」との国際出願第ＰＣＴ／ＩＬ２０１６／０５０９２７号には、一以上の伝送器から一以上の受信器への送電システムが記載される。その公報において、システムの安全性の側面は、受信器電池の充電の安全レベルの問題に大きく限られる。

したがって、多数のターゲット受信器に多数のビームを同時伝播させることに関与するシステムの安全性を考慮することにより、先行技術のシステム及び方法の欠点の少なくともいくつかを克服する多ビーム無線送電システムが必要とされている。

最も一般的に使用される無線送電システムは、光レーザ伝送に基づくが、フェーズドアレイＲＦ伝送又は超音波ビーム伝送のような他形態の無線伝送でも同じ問題が生じる。

このセクションで及び本明細書の他のセクションで言及される各公報の開示は、それぞれにおいてその全体がここに参照により組み入れられる。

国際公開第２０１７／０３３１９２号

本記載のシステムは、分離されて通常はコリメート又はほぼコリメートされた複数のビームを、通常は受信器内の一以上の分離されたターゲットに向けて放出する通常は単数の伝送ユニット内の多数の放出器から構成される一方、同じ受信器内の異なるターゲットに送達されるエネルギーは通常、加算されてクライアントデバイスへの単数の出力として送達される。ターゲットは一般に、光パワーを電力に変換する光起電セルである。いくつかの場合、２つのソースを別個に使用することが好ましいのは、例えば、転送からの多数の機能を制御することが必要とされる場合、又は、異なる電圧が必要とされる場合、若しくは、一方のソースが電池充電に使用され、他方のソースが回路給電に使用される場合、若しくは任意のビームにおける潜在的な安全制限を低減する目的、若しくは任意の他の理由による。

異なるビームはそれぞれが、当該ビームが向けられ得る体積をカバーするビーム操舵モジュールによって、異なる方向に向けられる。その体積は典型的に、円錐若しくは角錐形状体積、又は他の何らかの発散３Ｄ体積である。ビームが電力を送達するべく使用され得る空間領域は、その領域の限界までが、視野又はＦＯＶと称される。

各ビームのＦＯＶは他のビームのＦＯＶと重なり合うのが好ましく、その２つのビームを使用して、適格な受信器に一定の増大量の電力を与えることができる。代替的に、システムのＦＯＶ全体を増大させるべく、異なるＦＯＶを使用してもよい。

本開示のシステムはまた、２以上の伝送器の位置を、それらのＦＯＶが重なり合うように配列してもよい。かかる構成も、多ビームシステムの構成と同様の利点及び問題を有する。

ビームがターゲットに向けられると、安全対策が許容すれば、ビームのパワーを増大させ、それによって一定増大量のパワーを送達することができる。受信器は、一を超えるターゲットを有し得る。ターゲットは、ビームが入射するように意図された領域である。

ビームは典型的に、伝送器ユニット内部のレーザ又は他のビーム生成器ソースから放出される。他のタイプのコリメート又はほぼコリメートされたビームも使用され得る。ビームの形状及びサイズは、所望範囲でターゲットよりも大きくないのが好ましいスポットを形成するように、又は大きくてもそれほど大きくはないスポットを形成するように、操作されるので、受信器が電力の大部分を吸収することができる。伝送されるビームパワーは、ビームソースの制御によって減衰され、同様に、ビームソースにおいて、又は機械的若しくは電気光学的シャッタの使用によって、オフにされ得る。

ビームは、可動若しくはスキャニングミラー又は音響光学反射器のようなビーム操舵要素を使用してターゲットの方向に向けられる。その後、ビームは、ターゲットへと向かう空間を通過し、伝送器から出る途中で、防塵窓のような光コンポーネントを横切る。環境において低減衰の波長を選択するのが有利である。その後、ビームは受信器フロント窓に到達する。受信器フロント窓には反射防止（ＡＲ）コーティングがされ得るが、当該フロント窓からの有意な反射がもたらされることはない。かかる反射は、ビームが、その最適な効果で動作しているわけではない異なる方向から受信器に衝突し得ること、又はＡＲコーティングが損傷しており若しくは完全ではないかもしれないこと、若しくはフロント表面が、埃又は飛沫液体による汚染のように不潔であり得ることを理由に生じ得る。ビームの典型的にわずかな部分がその後、受信器のフロント表面によって周囲へと反射され、ビームの典型的に大部分が、受信器によって吸収されて電気エネルギーに変換され得る。

受信器における多数の吸収器ターゲットからの電力が結合され、単電圧の単数の電気出力になるのが典型的である。

すべての反射が既知かつ制御される先行技術の単ビームシステム又は先行技術の固定システムとは異なり、室内で無線電力を携帯電話機に与えるシステムの場合のように多数のビームが存在してターゲットが自由に動き回るとき、同じ空間内で伝播する多数のビームの存在ゆえに生じる多くの付加的なリスクが存在し、これは、安全かつ効率的な作業システムを構築する上でさらなる困難を提示し得る。

ビームの交差

具体的には、多数のビームが同じ空間内で自由に向けられるときに、新たなリスクが生じる。かかる新たなリスクの一つは、伝播するビームが交差する任意点においてビームパワーが増大するという問題である。先行技術の安全システムは典型的に、特定のビームが安全であるか否かに関心がある。この場合、危険領域はビーム軌道線の形態であり、その線に人間又はペットのような物体が近付くと、安全システムは、当該浸入に対する安全な応答を確実にする態様で応答する。多数のビームが存在すると、人間及びペットにとっての危険性が一般に高くなり得るビーム交差点が存在する。かかる交差点が生じるのは、２つ又は極めてまれにはそれを超える伝送ビームが互いに交差する場合、又は受信器から反射された２つ（以上）のビームが交差する場合、若しくは反射ビームが伝送ビームと交差する場合である。

かかる２つのビームが交差するとき、たとえ各個別ビームから失われるパワーが小さくても、暴露は、単数のシステムのために設計された値を超え、安全限界を超え得る。留意すべきことだが、異なる安全システムが、安全性を決定する異なるパラメータを探し得る。さらに、ビーム直径のようないくつかのパラメータは、当該ビームにおける異なる位置で既知となり得るので、安全システムは、パワー損失、面積当たりのパワー損失、カバーされるエリアの一部分、カバーされるパワーの一部分、又は多くの他の同様のパラメータのいずれかに基づき得る。例えば、各ビームに対する安全限界が、Ｅ（ｍＷ）を暴露の安全レベルとしたときに当該安全システムが当該ビームからのＥ（ｍＷ）の暴露を防止するべく設計されるようになっていれば、２つのビームの交差点において、人又はペットは、２Ｅ（ｍＷ）までの暴露を受ける。これは要求される安全レベルを上回る。

本記載のシステムは、システム内の伝送及び反射ビームを計算及び測定することができ、当該ビーム間の交差点を分析することができるので、必要に応じて、その後のいずれの危険性も弱めることができる。

本記載のシステムはまた、かかる交差点を検出し、関連リスクを推定し、かかるリスクを回避するアクションを行う方法も与える。

本記載のシステムはさらに、かかるリスクを決定する実装容易な方法も与える。

本記載のシステムはまた、異なるシステムの相対位置を決定する多数の方法も与える。

本記載のシステムは、システムの関連コンポーネントの共通座標系内のビーム開始点及びビーム方向を決定することができる。

本開示のシステムは、近傍の、すなわち視野内又は視野近くの他のビームに対する、絶対空間における反射方向を決定することができる。

本記載のシステムはまた、近くのシステム又は外部システムと通信し、近くのシステム及び特にビームの相対位置及び又は配向を決定し、その相対位置及び又は配向を当該他のシステム又は当該外部システムに伝送することができる。

本システムにおける複数の受信器は、当該受信器の配向、識別ＩＤ、及び当該受信器に給電する伝送ビームのＩＤを通信することができる。

システムの少なくとも一つは、これらの情報を共有した後、パワービームと受信器からの反射との潜在的交差点の「リスクマップ」を計算し、危険性が増加する点が存在するか否かを決定する。かかる危険点が見出された場合、かつ、オプションとして当該危険点における合計利用可能パワーを推定した後、安全性の情報が、異なる安全システム間で交換され、又は、少なくとも一つのビームが動かされ、若しくはそのパワーが低減若しくはスイッチオフされる。

これらソースの箇所及び配向、並びに受信器の連続的に可変の箇所及び配向、ひいてはこれらからの反射の方向がひとたび既知となると、２つのビーム又はその反射が交差する状況の決定及び警告の問題に着手することができる。単数の伝送器への別個のビームソースからの２以上の伝送ビームが考慮される。各ビームは異なるターゲットに向けられる。２つのソースの相対的な幾何学的位置が、伝送器ユニットの製造より既知であり、かつ、ターゲットの位置及び配向が、以下に記載されるコンパス／加速度計ＭＥＭＳデバイスのような当該ターゲットに関連付けられた電子モジュールから連続的に既知であるから、各ビーム線の３次元座標表現も既知となる。業界周知の、３次元ユークリッド幾何学に基づく広く利用可能な幾何学アルゴリズムを使用することにより、２つの伝送ビームが、ターゲットまでの軌道に沿った所定場所で交差するか否か、又はスキュー軌道を有し、ひいては交差しないかを信頼性をもって決定することができる。

交差が生じるか否かを決定する代替的な方法は、２つの線は、交差する場合に共通平面内の存在する必要があるとの観測に基づく。逆にいえば、２つの線は、共通平面内に存在すると決定できる場合には、同時入射でないとの条件又は平行ではないとの条件で、交差する必要がある。本開示の新規な方法は、以下のアルゴリズムを用いて、２つのビームが交差点を有するか、又は少なくとも交差点に近付くかを決定する。一組の平面が、一つのビームの軌道まわりに漸増的に回転され、ひいては当該漸増的に回転された平面の共通回転軸に位置特定される。その後、第２ビームが、予め決定された第１ビームからの最小距離内で、これらの漸増的に回転された平面のいずれかを通過するか否かが決定される。通過する場合、これらのビームは、交差点又は近交差点を有するとみなされ、レーザの安全性を確保するべく、例えば当該ビームの少なくとも一つのレーザパワーをシャットダウン若しくは低減することにより、又は当該ビームの一つをそらすことにより、リスクを低減する適切なアクションをとる必要がある。

実際には、この方法は、第１ビームと第２ビーム上の少なくとも一点とにより形成される平面を計算することによって行うことができる。この点は典型的に、ビーム起源の又はそのターゲットとなり得る。これらの点が最もよく知られていて計算が最も容易だからである。そして、第２ビーム上の他点が第１ビーム軸に近い場合、典型的には数ミリメートル以内又はビームの数半径分以内の場合、交差の可能性が高く、上述のようにかかる交差の危険性を軽減するさらなるアクションが必要となり得る。他方、第２ビーム上の平面に最も近い点がそこから遠い場合、典型的には数ミリメートルを超え、計算誤差マージンを超え、又はビームの数半径分を超える場合、初期リスクの潜在性は低い。

この方法の利点は、双方のビームが、一を超えるターゲットを有する受信器のフロント表面のような単数の平坦な表面によって反射される場合、当初のビームが交差していなければ、反射も交差しないことにある。かかる場合、受信器の配向を決定したり、反射の方向を計算したりする必要はない。これは、一方のビームからの反射と他方のビームからの反射との交差点もまた無視し得るからであり、ビーム侵入が生じても、第１側から伝送ビームに暴露され、第２側から反射ビームに暴露される結果、ビームの効果が累積されないからである。

この手順は、関連受信器方向の決定に関与する反射方向の計算よりも、計算上高速となり、多数のターゲット及び単数の平坦入射窓を有する受信器すべてに対する安全性の推定が得られる。

２つのビームがこれらのソースから発散している場合、初期リスク潜在性はまた、低い初期リスク潜在性とみなされ、安全警告事象のトリガは生じない。他方、ビームが収束しており、かつ同一平面上にある場合、システムは、少なくとも単一ビームのパワー、方向、又は他のビームパラメータ（例えばデューティサイクル）を変更するか、又は２つの別個の安全システムからのデータを組み合わせ、示された交差事象においてアクションをとるべく厳格な基準を実施するかのいずれかとなる。

この迅速な評価手順は、２つのビームが実質的に互いに交差すること（これは、双方のビームがまた、同じ平面にあることも意味する）に対し、ビームの減衰、オフ又はシフトによって応答し得る。

ビームの減衰、オフ又はシフトの代替例は、双方の安全システムからのリスク推定を組み合わせて当該２つの安全システムを敏感にし、ひいてはシステムの安全を保持することである。

ビームが同じ平面上になく、又は収束もしていない場合、受信器の配向が決定され、受信器の位置が決定され、フロント表面からのビームの反射が計算される。ビーム又はその反射が他のビームと交差し、又はその近傍を通過する場合、リスクを低減するアクションがとられる。

かかるアクションは、双方の安全システムからのデータを組み合わせて当該双方のシステムからの組み合わせられたリスクを推定することとなり得る。これは典型的に、ビームをオフにするための高感度のしきい値をもたらす。

代替的に、当該ビームの少なくとも一方がパワー低減され、又は位置シフトされる。

多くの状況において、システムに２を超えるビームが備えられている場合には所望のアクションを行うべく、異なる組の２つのビームを使用することが好ましい。

ビーム軌道の定義

各ターゲット及び各ビームが同一性すなわちＩＤを有すると、システムにおける他のコンポーネントは当該ＩＤを検出することができるので、システムは各ビームのソース及びターゲットを決定することができる。受信器のＩＤコードは、伝送器により識別可能であり、これは通常、コードを当該伝送器に送信することによって行われるが、ビーム反射検出に関連して以下に述べるパターンのようなパターン識別、又はバーコードもまたＩＤとして使用することができる。

システムは、このデータを使用し、開始点と、ビームの反射点ともなり得るターゲット点とを決定する。各ビームは、伝送器から開始し、受信器を目指すが、当該受信器によりその構造及び配向に依存する一定のパワーの反射が生じ得る。

システムは、少なくとも部分的に受信器のＩＤに基づいて当該ビームの反射特性を決定する。この特性は、どの程度反射されるか、ビームに対してどの角度で反射されるか、どの程度発散するか、及び他の特性を含み、伝送ビームだけでなく反射ビームもまた特徴付けられる。

ビーム放出器及び受信器のうちの少なくともいくつかの位置、ＩＤ、及び相対方向に対して少なくとも一つの検出システムが存在すべきである。受信器及び伝送器には、重力作用の方向を示す加速度計及び／又は磁北を示すコンパスを含む配向検出器を備えてもよい。代替実装例は、（ａ）位置が既知のデバイスへの機械的接続、（ｂ）当該コンポーネントの一つにおいて他のコンポーネントの配向、方向又は距離を決定するカメラ、（ｃ）コンポーネントの回折格子から反射を分析することにより決定される当該の距離及び配向、（ｄ）周囲のものの位置を分析することに基づいてコンポーネントの相対位置を決定するべく使用され得る当該コンポーネント上のカメラ、（ｅ）ＧＰＳの使用、（ｆ）位置及び配向を決定するべく使用され得るコンポーネントからのＲＦ又は音の反射、並びに（ｇ）少なくとも２つのビームソースからの三角測量による受信器の位置の決定を含む。

ビームモジュールが、自身から既知の受信器までのベクトルを計算して他のビームモジュールから同受信器までのベクトルを差し引くことによって、当該他のビームモジュールの相対位置を検出することができる。当該他のビームモジュールが、第１ターゲットから既知の距離離れた異なるターゲットに給電している場合、当該ベクトルが計算に加えられる。かかる状況は、例えばＦＯＶの増大又はパワーの増大を容易にするべく一を超えるターゲットが受信器に装備されているときに生じ得る。

ビームモジュールは、既にその位置を有する第２システムから当該位置を受信することによっても、他のビームモジュールの相対位置を検出することができる。

一方のレーザシステムの他方に対する位置を固定する他の方法は、剛性の機械的保持器を使用して２つのシステムを機械的に接続し、当該２つのビームモジュール間の距離及び配向を確実にすることである。かかる機械的接続が２以上のビームモジュール間になされるとき、及び当該モジュール間のレーザ発振の方向に関する情報が伝えられるとき、システムは、当該ビームの軌道を計算して当該ビームが互いに交差することを防止することができる。

同様に、一方のターゲットの他方に対する位置を固定する方法は、剛性の機械的保持器を使用して２つのターゲットを機械的に接続し、当該２つのターゲット間の相対的距離及び配向を確実にすることである。かかる機械的接続が２以上のターゲット間になされる場合、及び反射を引き起こす表面の相対的方向が既知である場合、そして入来するビームの方向が既知である場合、反射の方向を予想して、かかる反射が他の反射ビーム又は伝送ビームと交差するときに応答することが可能となる。

代替的に、一を超えるターゲットを有する可撓性受信器が、そのターゲット間の相対位置の決定及び送信を許容するセンサを有してもよい。

異なるターゲットの反射表面を決定する一つの方法は、共通の反射器、典型的には一体化されたフロント窓、を有することである。

制御ユニット

制御ユニットが、中間表面からのいずれかのビーム、若しくは互いに近接して通過する２つのビーム、又は互いに近接して通過する伝送ビーム及び反射ビーム、若しくは互いに近接して通過する反射ビーム及び伝送ビームに応答し、当該問題を解消するアクションをとるように構成される。かかるアクションは、伝送ビームのうちの一つ以上のパワー低減若しくはビームの完全オフ、当該ビームのうちの一つ以上を異なる方向に向けること、当該ビームのうちの一つ以上の放射輝度の低減、又は、例えば警報信号を鳴らすことによりユーザにアクションを行わせることを含み得る。

代替的に、制御ユニットは、例えば、ビームをオフにすること又はそらすことのような安全アクションのためのしきい値を厳格にする方法によって、異なるビームからの組み合わされたリスクの可能性を考慮に入れた態様で安全システムを動作させてもよい。例えば、２つのビームが交差しない場合、安全システムは、ビームの５％がブロックされているときに応答する一方、当該ビームが交差する場合、安全しきい値はいずれかのビームの２．５％まで変更され得る。

関連データを当該決定がなされるポイントに到達させる通信チャネルを存在させる必要がある。開始点位置、ターゲット、及び受信器配向に関するデータが受信される少なくとも一つの制御ポイントをシステムに存在させる必要がある。伝送ビーム及び可能であればその反射ビームの少なくともいくつかの方向が計算され、問題が検出されると、それに応じてなされる決定を使用して当該問題を解消するアクションがとられる。制御ポイントは、いくつかのシステム間に、及びシステム内の複数個所間に、分散されてよい。かかる制御ポイントは、送電装置において使用されるサブシステム、双方のビームシステム、及び受信器のうちの少なくともいくつかとデータ通信する。

反射表面

いずれかのビーム伝送システムに存在し得る他の危険は、ビーム経路の一つに意図しない反射表面が存在することである。かかる意図しない介在反射表面からの反射は、設置された安全システムにより考慮されないかもしれないので、ユーザの危険をもたらし得る。この問題を克服するべく、本システムは、ビーム経路におけるこのような反射表面を検出し、当該ビームをオフに若しくはそのパワーを低減し、又はその方向を変更することができるように適合される。代替として又は加えて、システムは、付加的な反射の結果として反射ビームの変化した軌道が、高められた安全システム基準によって保護されることを確実にするべく、厳格な安全基準を課すように構成することもできる。安全システムはまた、受信器のフロント表面からの反射が検出される場合に、警告してからアクションをとることもできる。

当該ビームのうちの一つの軌道に沿ったどこかのミラーにおける反射の存在は、当該ビームが向けられたのと同じ軌道に沿って見たターゲットの画像の検査によって容易に確かめることができる。ターゲットの画像は、有利なことに、その画像を与えるべくターゲットをスキャンすることができるスキャニングデバイスのような低パワーでビームソースを使用することによって取得することができる。ターゲットには、２Ｄバーコードの場合においてのように、形状が既知であるか又は形状がアルゴリズムで検証され得る非対称パターンが装備される。パターンは、少なくとも一つの鏡面又は不適切な回転操作によりそれ自体と同一とならないようにすべきであり、好ましくは、任意の回転及び移動操作並びに奇数回のミラー操作を含むタイプの対称性を有する非対称パターン又は対称パターンのいずれかとなる。

当該物体のスキャンされた画像、又は受信されたビーム形状が、物体自体の形状又は伝送ビーム形状それぞれの形状と同じ対称性を現す場合、ミラー反射が当該軌道に沿って生じていない可能性がある。これは条件ステートメントとなる。偶数個のミラーでは偽の陰性結果が生じる一方、測定チャネルのノイズでは偽の陽性結果が生じ得るからである。他方でスキャン画像が、物体の対称性とは反対の対称性を現す場合、これは、画像経路がミラー内で反射され、ひいては伝送ビームが同じ反射を受けたことを示す。受信器は、ビーム形状を検出し、それが鏡像か否かを決定するか、又はそれを決定する何らかの他のユニットについての関連情報を送信する。

かかるパターンは、形状、点、又は区別可能なコンポーネントからなり得る。複数のパターンの区別は、これらの位置、相対位置、応答、（例えば反射、色付き反射、着色反射、電子応答、点滅、ＲＦ送信、移動、振動、反射特性、蛍光、又は受信器外部で検出可能な任意の他の応答）を介してなされる。

非対称パターンの代替として、右順又は左順を決定するべくバーコード又は２Ｄバーコードを使用することもできる。軌道がミラー反射を受けていない場合、バーコードは意図した正しいコードで読み取られる。他方、軌道が反射を受けている場合、バーコードは正しくないコードで読み取られ、ミラー反射の存在が簡単に決定され得る。

ターゲット上の非対称物体の画像の光スキャニングの代替として、画像の対称性を純粋に電子的に決定することもできる。この方法は、一連の対称性ターゲットを使用する。各ターゲットには、その相対位置に対応する標識コードがラベル付けされ、これが、ネットワーク接続を通して伝送器へと送信され得る。ビームは、一つのターゲットから隣接するターゲットへと動かされ、方向感知検出器回路が、画像からの信号が読み取られている方向順序を決定することができる。これは、コードの電子的読み取りによって決定されるときに検出された新たなターゲットが、同じ方向において直接経路の結果として対称性反転が存在しないことの表示、又は反対方向においてミラーの反射の結果として対称性反転の表示、を読み取るか否かに注目することによって達成される。

例えば、一方向における部分的に対称な光パターン、及び他方向における部分的に対称な電子パターンのような、光学的方法及び電子的方法双方を組み合わせるシステムも実装することができる。

電子的伝送は、赤外線、超音波又は光の信号のようなデータ通信という他の手段によって置換することもできる。

多数の光起電セルからの電力出力の結合

受信器において、２以上のターゲットが、２以上の入射ビームのパワーを吸収して電力に変換するべく使用される場合、異なる光起電（ＰＶ）回路からの電力を、単一の電源に結合することができる。この結合を達成する様々な方法が存在する。

単数のＰＶセルからの電圧は、システムがその電力放出を最小限の安全レベルを上回るように増大させるのに本質的ないくつかの安全機能を行うべく必要とされるのが典型的な電子回路の動作にとって十分に高いわけではない。

したがって、直列に接続された多数のセルからの電圧を結合することは、典型的に電子回路が要求する高電圧を生成するための、多くの先行技術システムにおける選択肢となっている。

単数又は複数のセルからの電圧は、当該電圧をほとんどの電子回路が動作し得るレベルまで増加させるべくＤＣ／ＤＣ変換回路を必要とする。典型的に、ほとんどのシリコン系電子回路は、１．２（Ｖ）より上で動作し、オプションとして１．８（Ｖ）、３．３（Ｖ）、および５（Ｖ）で動作する。いくつかの回路は、低電圧で動作するが１（Ｖ）未満で動作する回路を設計することは困難であり、０．８（Ｖ）未満で動作する回路を設計することは極めて困難である。赤外光を使用する無線送電を目的として使用されるセルは、接合当たり０．５（Ｖ）未満を生成するのが典型的であり、セル当たり単数の接合のみが使用されるのが典型的である

本記載のシステムにおいて、受信器当たり一を超えるＰＶセルが存在してよく、異なるセルからの電力出力が組み合わされてＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、電圧を１（Ｖ）レベル超過とする。

多数のＰＶセルからの出力が直列に接続される場合、ＤＣ／ＤＣ回路は、異なるセルの電圧の合計近くの電圧で動作するときに最適な性能を有する。セルを直列接続する欠点は、すべてのＰＶセルが少なくとも一定の電流を生成しているときにのみ当該電力を高電圧に変換することができることにある。すべてのセルを流れる電流が等しくなければならないからである。いくつかの場合、この制限は、すべてのセルが照射されるまでずっと、受信装置における補助電子サブシステムがオンになることを妨げる。かかる補助システムは、充電ビームの識別、及び伝送器への安全データの送信のような、様々な重要タスクのために必要となり得る。このような場合、第１ビームからの反射の方向は未知なので、第１ビームからの反射が第２ビームと交差して危険スポットを生成し得る。ここで、安全限界を厳格にする必要がある。双方のビームが等しい場合には２倍にするのが典型的である。

本開示は、かかる問題を回避する６つの可能な解決策を、実装に応じて以下のように記載する。

（ａ）第１ビームをターゲットにロックオンした後、受信器からの応答が受信されるまで、伝送ビームのパワーを安全しきい値の５０％未満に維持すること。これは、安全システムの感度を増大させるか、又は、例えば、ビーム１を短時間だけオンにし、ターゲットにロックオンし、オフにし、その後ビーム２をオンにし、ターゲットにロックし、オフにし、そして双方のビームがターゲットにロックオンされるまで再び再始動することのように、当該ビームを時間的に分離するかのいずれかによって達成することができる。

（ｂ）一つのみのビームが一つのＰＶセルを照射する場合であっても当該補助システムの動作を許容することができる第２電源を受信器に設けること。かかる補助電源は、後にすべてのＰＶセルが照射されるときに再び充電することができる。

（ｃ）ＤＣ／ＤＣ回路に対し、直列モード及び単数ＰＶモードの双方で動作するのを許容し、単数ＰＶセルのみが照射される場合であっても応答するべく構成すること。

（ｄ）セルの照射前にセルを並列接続し、その後、ひとたび照射が検知されたら当該セルを接続すること。

（ｅ）各セルを、異なるＤＣ／ＤＣ変換器に別個に接続し、出力を並列又は直列接続すること。

（ｆ）セルを並列接続すること。

多数のＰＶセルからの出力は、並列に接続することができる。このためには典型的に、ＤＣ／ＤＣ回路を低動作電圧かつ高電流に設計することが要求される。これは一般に、低効率又は高コストのいずれかをもたらすが、追加の電源なしで、かつ、双方のモードで動作することができるＤＣ／ＤＣ回路なしで、単数のセルのみが照射されているときでも当該回路を動作させることができるという付加的な利点がある。

一を超えるＰＶセルが存在する場合、システムが依然として単数ＰＶセルのみが照射されるときに応答する能力を維持する限りにおいて、ＰＶセルは、直列接続と並列接続との組み合わせで動作させることができる。これは、各ＰＶセルを、少なくとも第２セルの照射の前にＤＣ／ＤＣ回路に直接接続することによって、又は、第２セルの照射の前に必要な安全機能のための他のエネルギー源を使用することによって、なされ得る。

光起電セルの出力の利用

典型的に、受信器の出力は、公称電圧からの狭いマージンに維持される３．３（Ｖ）又は５（Ｖ）のような一定の安定化電圧を供給するべきである。ＰＶセルの入力におけるエネルギーレベルは、伝送器によって制御されるが、多くの他の因子による影響を受ける。その多くには、システムの制御が及ばない。例えば、人間が受信器とともに歩き回る効果がある。したがって、クライアント負荷が必要とする正確なエネルギー量を供給することは難しい。よくあることだが、過剰エネルギーが生成され、かかる過剰エネルギーは、電圧が固定されていると変換器出力において過剰電流に変換され、電圧が固定されていないと過剰電圧に変換される。この過剰電流は、クライアント負荷に有害となり得る電圧増加なしにクライアント負荷に強制的に供給することができないので、電気エネルギー以外のエネルギーの形態に貯蔵又は変換する必要がある。

本開示は、過剰電流を貯蔵し又は異なる形態のエネルギーに変換するためのいくつかの方法を提案する。

第一に、過剰エネルギーをコンデンサ及び／又はコイルに貯蔵することができる。

電池が存在する場合、過剰エネルギーは、電池に供給してそこに貯蔵することができる。

過剰エネルギーはまた、受信器からラジオ波、光、又は赤外線エネルギーの形態で伝送することによって伝播してもよい。

最後に、このエネルギーは、典型的には抵抗器又はツェナーダイオードを使用して熱に変換され得る。

ツェナーダイオードは、出力において一定電圧を維持するのに役立つので有利である。典型的に、ツェナーダイオードは、所望の出力電圧よりもわずかに高い電圧で導電するように選択され、応答が早く低コストであるとの利点を有する。

過剰エネルギーを熱に変換する他の方法は、光起電セルをその最大電力点（ＭＰＰ）電圧とは異なる電圧で動作させることによる。ＰＶセルからの電力伝送効率は、そこに入射するビームパワー、及びクライアント負荷の電気特性の双方に依存する。ビーム照射レベルは可変なので、最高の電力伝送効率を与える負荷特性も可変である。システムの効率は、負荷特性が電力伝送を最高効率に維持するようなときに最適化される。この負荷特性はＭＰＰと称され、最も有用な電力出力を得るべくＰＶセルに負荷を提示するように最大電力点追跡（ＭＰＰＴ）回路が使用される。動作点をＭＰＰから意図的にシフトする回路を使用することにより、光起電効率を低減することができ、正しい電力を正しい電圧でターゲットに送達することが、廃棄されるべき過剰なエネルギーが存在する条件下で達成され得る。

イントラシステム及びイントラシステム通信

同じ視野の少なくとも一部分を共有する異なる伝送器によってビームが生成されるのを防止するべく、異なるビームが占有する体積に信号伝達するようにデータをシステム間で転送する必要がある。各システムは、その視野がレーザビームによって占有され得ることを信号伝達する少なくとも一の表示を送信することができる必要がある。典型的には、ビームの数、波長、パワー、３Ｄ空間における原点、３Ｄ空間における方向、ビーム直径又は等価物、検知能力、コヒーレンス長データ、ビームデータのタイミング及びデューティサイクル、ビームデータの将来の傾向、並びに製造者コード及びネットワークパラメータを含む一組のデータを送信する。

各システムは、当該データの少なくとも一サブセットに応答することができる必要がある。このデータは、システム間、ピアツーピア、又は共通サーバに送信することができ、他のピア又は主要サーバから受信することができる。典型的に、受信及び送信されるデータは同様であり、ビームが現在パワーを伝送するシリンダのような、レーザを向けるのを回避するべき方向として、システムによって解釈可能である。ビームモジュールは、同じ視野又はその一部分が他のビームによってカバーされるときに、異なる動作視野を有するように、例えば、他のビームによってすでに電力供給されているターゲットへの電力供給を回避するべきとの命令のように、管理される。

上記通信チャネル又は付加的な別個のチャネルにより、ビームモジュールはその近傍において、他のビームモジュールを検出することができる。本開示は、ビームモジュールが、同じ視野又はその一部分をカバーする他のビームモジュールの存在を検出することを可能にする４つの方法を提案する。

（ａ）第１システムにおいて、一を超えるビームと光通信する受信器が、ビームＩＤの識別によって、一を超えるビームの視野内に受信器が存在することを検出する。その受信器はその後、他の受信器が近くに存在することを示す信号を送信し、この信号が当該ビームモジュールのうちの少なくとも一つにより受信され、又は外部制御ユニットにより受信される。

（ｂ）第２システムにおいて、各ビームモジュールは、例えばそのレーザで視野をスキャンすることによって他のシステムが受信した信号を送信し、その信号は他のビームモジュールが受信し、他のシステムが近くに存在することを示すものと解釈される。

（ｃ）第３システムにおいて、ユーザ自身が一以上のシステムに対し、同じ視野を共有する他のシステムの存在を示す。

（ｄ）第４システムにおいて、製造業者が、いくつかのビームモジュールを機械的に接続するなどして一緒にパッケージし、互いに認識するようにシステムを構成する。

通信は、システム間で直接、又はネットワーク若しくはサーバ接続を使用して行うことができる。

すなわち、本開示に記載のデバイスの典型的な実装に従って、ビームソース及び多数のターゲットを含む多ビーム無線送電システムにおいて安全性を確保する方法が与えられ、この方法は、
（ａ）少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近付いているか否かを決定し、近付いている場合に、（ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、（ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらすことのうちの少なくとも一つを行うステップ、又は
当該決定に関連付けられたデータをコントローラに送信するステップであって、当該コントローラは、当該データの分析に基づいて、（ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、（ｉｉ） 少なくとも一つのビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらすことのうちの少なくとも一つを行うように適合されるステップと、
（ｂ）当該送電システムにおいてターゲット上のパターンの画像データを受信することにより、いずれかのビームの経路に反射表面が存在するか否かを検出し、当該画像データから生成された画像が当該ターゲット上の当該パターンの画像データと比較して鏡像の形態を有するか否かを決定し、有する場合に、少なくとも、パターンの画像データが鏡像の形態を有するターゲットに向けられたビームを、（ｉ）減衰させること、（ｉｉ）オフにすること、及び（ｉｉｉ）そらすことのうちの少なくとも一つを行うステップ、又は、
当該決定に関連付けられたデータをコントローラに送信するステップであって、当該コントローラは、当該データの分析に基づいて、少なくとも、パターンの画像データが鏡像の形態を有するターゲットに向けられたビームを、（ｉ）減衰させること、（ｉｉ）オフにすること、及び（ｉｉｉ）そらすことのうちの少なくとも一つを行うように適合されるステップと
を含む。

上記方法において、画像データは、ターゲットをビームによりスキャンすることによって得られる電子画像データとしてよい。したがって、画像データは、ターゲットから送信された電子データを収集することにより、又はカメラの使用により、蓄積することができる。

上記方法はさらに、ステップ（ａ）及びステップ（ｂ）の決定のいずれかが陽性の場合に警報を発行するステップを含む。

付加的に、上記方法のいずれかにおいて、当該ビームの少なくとも一つは、ビームソースからの伝送ビームとしてよく、又はターゲットからの反射ビームとしてよい。

上記方法のなおもさらなる実装例によれば、ビームを減衰させることは、ビームソースを調整することによって行われてよく、ビームをオフにすることは、そのビームソースにおいて、又はシャッタの使用によって行われてよく、少なくとも一つのビームをそらせることは、ビームスキャニングデバイスの使用によって行われてよい。

さらに、ビームソースにより伝送されるビームの軌道を、当該ビームソースの既知の位置、並びに空間内で当該ビームを向けるべく使用されるビームスキャナデバイスの既知の配向及び位置の使用によって決定してよい。反射ビームの場合、その位置及び配向は、ターゲットに衝突する伝送ビームの軌道と、当該ターゲットの位置及び配向とを確かめることによって決定することができる。この場合、ターゲットの位置及び配向は、当該ターゲットに対する既知の位置に取り付けられた加速度計及びコンパスを使用することによって決定してよい。代替的に、ターゲットの位置及び配向は、ターゲットに機械的に接続されたデバイスから受信してよく、又は代替的に、ターゲットの画像又はターゲット上のパターンを分析することによって計算してよい。

前述の方法のいずれかにおいて、少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近づいているか否かを決定することは、
（ｉ）第１ビーム及び第２ビームの位置及び配向を決定することと、
（ｉｉ）第１ビームを含む少なくとも一つの平面を計算することであって、当該平面はそれぞれが第１ビームの軌道を含むことと、
（ｉｉｉ）第２ビームが当該少なくとも一つの平面に交差する少なくとも一つの点を決定することと、
（ｉｖ）第１ビームの軌道からの少なくとも一つの点のそれぞれの間の距離を測定することと
を含んでよい。

上述の方法のなおもさらなる実装例によれば、少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近づいている場合、分析することはさらに、当該少なくとも２つのビームの予測結合パワーレベルが所定の安全レベルよりも大きいか否かを決定することを含む。

少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近づいているか否かを決定するステップから得られるデータの分析はさらに、２以上のビームに関連付けられた全体的リスクを、当該ビームの交差確率と、当該ビームの結合パワーレベルが所定の安全レベルを超える確率との双方を考慮することによって計算することを含む。

最後に、上記方法のいずれかにおいて、当該ターゲットの少なくともいくつかは、携帯電話デバイスに取り付けてよい。

本開示に記載の他の実装例に従ってさらに与えられるのは、無線電力を、当該無線電力を受信するべく適合された多数ターゲットに伝送するシステムであり、このシステムは、
（ｉ）それぞれが無線電力のビームを生成する少なくとも２つのビームソースと、
（ｉｉ）各ビームソースに関連付けられたビームスキャニングデバイスであって、それぞれが伝送ビームを直接ターゲットに向けるべく適合されたビームスキャニングデバイスと、
（ｉｉｉ）伝送システムに配置されて当該ターゲットのいずれかにおけるパターンの画像データを生成するべく適合されたイメージングユニットと、
（ｉｖ）コントローラと
を含み、
当該コントローラは、
（ａ）少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近付いているか否かを決定し、近付いている場合に、（ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、（ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらすことのうちの少なくとも一つを当該システムに行わせるように当該コントローラを構成するステップと、
（ｂ）当該伝送システムにおいて当該パターンの画像データを受信することにより、当該ビームのいずれかの経路に反射表面が存在するか否かを検出し、当該画像データから生成された画像が当該ターゲット上の当該パターンの画像データと比較して鏡像の形態を有するか否かを決定し、有する場合に、（ｉ）少なくとも一つにビームを減衰させること、（ｉｉ）少なくとも一つにビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つにビームをそらすことのうちの少なくとも一つを当該システムに行わせるように当該コントローラを構成するステップと
を行うべく構成される。

かかるシステムにおいて、少なくとも２つのビームソースの相対的な幾何学的位置が既知である。

上記システムにおいて、この知識は、それらの間の機械的接続のおかげで、又は
（ａ）少なくとも２つのターゲットの相対的なベクトル位置と、
（ｂ）当該少なくとも２つのビームソースの第１ビームソースからのビームを受信する第１ターゲットの、第１ビームソースに対するベクトル位置と、
（ｃ）当該少なくとも２つのビームソースの第２ビームソースからのビームを受信する第２ターゲットの、第２ビームソースに対するベクトル位置と
に基づくベクトル計算を行うことによって、取得することができる。この場合、当該少なくとも２つのターゲットの相対位置は、当該少なくとも２つのターゲットが単数の受信器に組み入れられるおかげで既知となる。

本発明は、図面と併せて以下の詳細な説明からより完全に理解及び認識される。

一対の受信器に向かって３つの別個のビームを放出する多ビーム伝送器の模式的な図である。 典型的な多ビーム伝送器及び単ビーム伝送器を示す。 少なくとも２つのビームを受信する２つのターゲットを有する典型的な受信器を示す。 図２に示されるような多ビーム伝送システムにおけるビーム交差点の生成とそれによりもたらされる危険性を示す。 ビーム交差の適切な制御を確実にするべく本願の方法に係る多ビーム伝送を管理する方法のフローチャートを示す。 伝送器からターゲットへのいずれかのビームの経路内にいずれかのミラー表面が配置されているか否かをシステムがどのように決定するかを示す。 画像ターゲット標識の対称性を決定する純粋に電子的な方法を模式的に示す。 ２つのビームソース及びそれらのターゲットの相対位置を、受信器におけるビームソースのターゲットに対する既知の位置のベクトル減算によってどのように決定し得るのかを模式的に示す。

ここで図１を参照すると、多ビーム伝送器１が模式的に示される。これは、３つの別個のビーム２、３、４を受信器６及び７に向けて放出し、上記概要セクションに記載されたシステムの関連動作を制御するコントローラ１２を組み入れる。図１には制御システムが伝送器ユニットに搭載されるように示されるにもかかわらず、上記概要セクションに記載されたように、どこに配置されても、又は近傍のいくつかのシステム及び箇所にわたって分散されてもよい。

受信器６は、ビーム２が向けられた単数のターゲット５を含む。ビーム２のパワーが受信器６によって、受信器に統合され得る電力コネクタ１０を通してクライアントデバイス（図面には示さないが例えば電話機）に供給される安定電圧の電力に変換される。

多ターゲット受信器７にパワーを送達するべくビーム３及び４の双方が使用される。ビーム３がターゲット８に向けられ、ビーム４がターゲット９に向けられる。受信器７は、ビーム３及び４双方からの光パワーを電力に変換し、双方のビームからの電力を合計し、その電力を充電対象デバイスに送達する。

受信器６は、ビーム２を検出すると応答してデータを送信する。受信器７は、ビーム３及び／又はビーム４のいずれかを検出すると応答してデータを送信する。

データ送信の方法は示さないが、典型的には、ＲＦ、ＩＲを通して、又はインターネット接続を通して達成され、データ分析を目的として伝送器により受信される。

送信は典型的に、受信器ＩＤ、単数又は複数のビームのＩＤ、受信パワー、合計及び各ビーム当たりか否か、並びに配向情報を含むが、他のデータ又は当該データのほんの一部分も含み得る。

ビーム２、３及び４は、互いに交差するようには示されないが、同じ平面上には存在しない。これらの受信器からの反射もまた、互いに交差せず、入射ビームと動作するわけでもない。

ここで図２を参照すると、多ビーム伝送器２１及び単ビーム伝送器２２が示される。多ビーム伝送器２１は、レーザ２３及び操舵ミラーＳＭ１からなる第１ビームモジュールを含み、操舵ミラーＳＭ１の当該ビームを傾ける最大能力によって制限される視野を有する。視野ＦＯＶ１は、当該視野の一方の範囲で操舵ミラーＳＭ１及び点ｐ４を通過する線まで広がり、当該視野の他方の範囲で操舵ミラーＳＭ１及び点ｐ１を通過する線まで広がる。理解すべきことだが、この記載には、２Ｄ図面の性質ゆえに２次元的説明が与えられるが、実際の視野は、かかる２Ｄ表現の３Ｄ回転となるのが典型的である。

伝送器２１はまた、レーザ２６及び操舵ミラーＳＭ２からなる第２ビームモジュールを含み、操舵ミラーＳＭ２が当該ビームを傾ける最大能力によって制限される視野を有する。視野ＦＯＶ２は、一端において操舵ミラーＳＭ２及び点ｐ５を通過する線まで広がり、操舵ミラーＳＭ２及び点ｐ２を通過する線まで広がる。理解すべきことだが、かかる記載は、この２Ｄ図面の性質ゆえに２次元的であるが、実際の視野は、かかる２Ｄ表現の３Ｄ回転となるのが典型的である。

伝送器２２はまた、レーザ２８及び操舵ミラーＳＭ３からなる第３ビームモジュールを含み、操舵ミラーＳＭ３が当該ビームを傾ける最大能力によって制限される視野を有する。視野ＦＯＶ３は、一端において操舵ミラーＳＭ３及び点ｐ６を通過する線まで広がり、操舵ミラーＳＭ３及び点ｐ３を通過する線まで広がる。理解すべきことだが、この記載は、この２Ｄ図面の性質ゆえに２次元的であるが、実際の視野は、かかる２Ｄ表現の３Ｄ回転となるのが典型的である。

受信器２４は、ＦＯＶ１及びＦＯＶ２の内側かつＦＯＶ３の外側に存在する。

受信器２５は、ＦＯＶ３及びＦＯＶ２の内側かつＦＯＶ１の外側に存在する。

したがって、受信器２４は、レーザ２３を使用して、又はレーザ２６を使用して給電され得る。

したがって、受信器２５は、レーザ２６を使用して、又はレーザ２８を使用して給電され得る。

受信器２４及び２５は、ビームが存在する場合にどのビームが受信器２４及び２５に給電しているかを、典型的にはビーム自体についてエンコードされた情報をデコードすることによって検出する。各受信器は、給電するビームの受信電力を測定し、受信器ＩＤ、受信器配向、検出されたビームＩＤ、ビーム当たりの受信電力、能力、及び他のデータを送信する。これらのデータは、伝送器２１及び伝送器２２の双方によって、及び場合によっては他の受信器及びシステムコンポーネントによって、受信される。

伝送器２１は、レーザ２３及び２６の相対的な開始点及び方向を認識する。これは、操舵ミラーの空間内位置及び配向が、受信器の位置と同様に既知だからであり、それゆえに伝送器２１は、ビームを、相互交差を回避するように方向付けることができる。双方のレーザビームが同じ平面内に存在かつ収束するとき、伝送器２１は交差点（存在すれば）を計算し、交差していれば、全体的なリスクが存在するか否かを決定するべく双方のビームからのリスクを推定する。

伝送器２１は、受信器２４及び２５からデータを受信するとき、モデルＩＤ及び傾き（通常は重力鉛直及び磁北に対して計算される）と、各受信器の範囲とに基づいて、各受信器からの反射の方向を計算し、潜在的な交差点があれば、どこに位置するのかの評価を行う。

受信器２５は、伝送器２１及び２２双方の視野に存在するので、各伝送器が送るビームを検出して報告することができる。ビームを送らなかった伝送器は、報告送信を受信し、同じ視野を共有する他方の伝送器を位置特定してこれと通信する手順を開始する。

双方の伝送器２１及び２２間の通信チャネルを確立した後、ビームの方向及び反射に関する情報が交換される。
ここで図３を参照すると、２つのターゲット３２及び３４を有する典型的な受信器３１が示される。これは、少なくとも２つのビーム３３及び３５を受信し、当該ビームにおけるパワーを電力に変換し、その電力を、当該電力を利用するシステムに導体３６を通して供給する。

ビーム３３及び３５は、ターゲット３２及び３４双方において受信器３１によりほぼ完全に吸収され得るサイズ及び形状を有する。

ビーム３３が、ターゲット３２に向けられてターゲット３２の境界によって完全に囲まれる一方、ターゲット３４に向けられるビーム３５は、ターゲット３４からわずかに広がる。ビームソースのスキャニング機能を使用してターゲットを低電力で画像化することにより、ビーム３５のようなビームがターゲットの中心に置かれるのを保証することができる。その後、ビームソースがそのパワー出力を、ターゲットへの送電に必要な出力まで増加させ得るようになる。
受信器３１は、ビーム３３又は３５いずれかのわずかな部分、典型的には０．１％〜４％であるが、場合によっては２５％まで、の反射を生じさせ得るフロント表面を有する。反射の程度は、当該表面の汚染、及び入射角度に依存し得る。
受信器３１には、カメラ、コンパス、ジャイロスコープ、加速度計、コンパス、ＧＰＳ装置、三角測量デバイス、又は相対配向を決定することができるデバイスへの電子的接続のような、空間配向を検出する検出器と、その情報を伝送器に通信するデータ送信器とが装備される。重力方向検出器としての加速度計をコンパスとともに使用することにより、一般的かつ安価な検出システムを容易に達成することができる。かかるデバイスは、ＭＥＭＳベースのチップとして広く入手可能である。伝送器のソースもまた、受信器の座標系を当該ソースの座標系に直接関連付けることができるように、同様のコンポーネントが装備される必要がある。

他のデバイスからの距離又はエコー（音、光、電波）を測定することによる三角測量デバイスは、伝送器又は受信器のいずれかに配置してよい。

ビーム３５は、わずかにターゲットから外れるように示されるが、これは典型的に、受信器３６に「ターゲット上にないとのメッセージ」又は受信パワー測定値が低いことのいずれかを報告させる。

ここで図４を参照すると、図２に示されるような多ビーム伝送システムにおけるビーム交差点の発生と、それによって生じる危険が示される。

かかる典型的なシステムにおいて、伝送器又はビーム生成モジュール４１及び４２は、ビーム４３及び４４をそれぞれ受信器４５及び４６に向けて伝送している。ビーム４４の一部分が反射４０として、受信器４５のフロント表面から反射される。ビーム４３の一部分が反射３９として、受信器４６の表面から出るように反射される。
ビーム４４は、点４７においてビーム４３と交差する。

反射４０は、点４９において反射３９と交差する。

ビーム４３は、点４８において反射４０と交差する。

理解すべきことだが、図４の画像は２Ｄ画像であり、３Ｄの状況を説明するべく使用され、これと３Ｄの現実との間には差異が予測される。

またも理解すべきことだが、現実３Ｄ世界におけるビーム及び反射は幅を有し、ビームが互いに近く、典型的には１〜１０ｍｍの距離内にあり、時には５０ｍｍの距離にもなる任意の状況も、同様の結果を有し得る。

点４７、４８、４９における人又は物体が、直径１ｍｍ、３．５ｍｍ、７ｍｍ、５０ｍｍ又は１０ｍｍの円形面積にわたる放射輝度、パワー、エネルギー、平均エネルギーのレベルに暴露され得る。ホットスポット、すなわちコヒーレント又はインコヒーレントな効果の結果として作成されるホットスポットも、許容レベルを上回るものは、システム由来の他の一般的なリスクとなる。このリスクは、暴露の様々な側面から生じ得る。皮膚熱傷のリスクは「ホットスポット」から生じる。すなわち、眼の損傷は、瞳孔領域にわたる平均パワーに由来する。「ホットスポット」からの小さな粒子由来の火災の危険、大きな粒子からの火災の危険は、吸収エネルギーの合計に依存し、望遠鏡を通してシステムを見る人のリスクは、望遠鏡のレンズ（５０ｍｍ）にわたるパワーの平均によって測定され得る。システムは、様々なリスクを評価しなければならない。

このような危険な交差点における許容レベルを上回るこのような暴露を防止するべくシステムは、パワー又は方向のような、一方又は双方のビームのパラメータの改変、又は一つのビームを終了しての、典型的には他のビームへの置換のいずれかをする。

ビーム間のコヒーレンス、機械的不安定性、光及び指向の不安定性、方向の不確実性、及びシステムのノイズのような効果は、ビーム／反射間において危険とみなされる距離を有意に増大させ得る。

点４７、４８、４９は「危険点」とみなされ、安全システムの特別な注意を必要とする。具体的に、安全システムは、当該ビームの他部分に対し、近傍の他ビームを考慮する必要はないが、かかる「危険点」において安全システムは双方のビームからのパラメータを考慮し又はかかる状況を回避する必要がある。

ここで図５を参照すると、ビーム交差の適切な制御を確保する本願の方法に係る多ビーム伝送を管理する方法のフローチャートが示される。伝送中、以下の方法は連続的に実施される。

ステップ５１において、システムは、ミラーに衝突する経路に沿っていずれかのビームが伝送されているかを検証する。ビームがミラーを介して伝送されているとわかる場合、ステップ５２において当該ビームが減衰され又は典型的にはオフにされる。

ミラーを介して伝送されたビームが見出されない場合、システムはビームが同じ平面内に存在するか否かをチェックする（５３）。同じ平面内に存在するビームがチェックされ、発散しているか又は収束しているかがステップ５４において確認される。ステップ５４及び５３は任意の順序で行ってよい。収束していない同一平面内のビームに対しては、反射ベクトルの範囲及び方向がステップ５５及び５６において決定され（再びであるが順序は重要ではない）、その後、ステップ５７において、任意の２以上の反射が同一平面内にあるか否かが推定される。何も見つからなければ、ステップ５８において、いずれかの反射がビームと同じ平面内にあるか否かが推定される。何も見つからなければ、システムは伝送を継続し、典型的にはステップ６０においてこれらのアクションの一部又はすべてを反復して行う。

ステップ５４において、複数のビームが収束しかつ同一平面内にあることがわかった場合、ステップ５９において、２つの関連安全システムからのデータが結合されて２つのビームに対する統一されたリスク評価とされ、そうすることによって安全しきい値が引き上げられるか、又は少なくとも一つのビームが減衰され又はそらされる。

同様に、ステップ５７及び５８のいずれかにおいて、交差の可能性を決定しなくても、ビーム／反射がちょうど同一平面内にあることがわかった場合、方法はまたステップ５９にも進み、そこで同じアクションが行われる。

ここで図６を参照すると、伝送器からターゲットへのいずれかのビームの経路内にいずれかのミラー表面が配置されているか否かをシステムがどのように決定するかが示される。受信器６１上には、非対称パターン６２が存在する。ミラーを通してスキャンされ又は見られるとき、受信器６１は、非対称パターン６６を有する画像６５として現れる。パターン６６は、すべてのタイプの回転がパターン６２と異なるので、システムは、画像６５がミラーを通して見られたことを検出し、ビームをオフにすることによって応答する。

非対称性パターン６４を有する画像６３は、受信器６１から見たパターン６２である。パターン６４を回転することにより、パターン６２と重ねることができるので、パターン６４がミラーを通して見られておらず又はスキャンされていないことがシステムにとって明らかである。

他方、受信器６１の画像６７上のパターン６８は、伝送器にとって既知のパターン６２と重なり合うことはできない。すなわち、システムは、パターン６８がミラー反射を通して見られ又はスキャンされていることを推測することができる。

システムが受信器を検出し、当該受信器がミラーを通して見られていると決定する場合、ミラーを介してパワーを当該受信器に伝送することを控える。システムはさらに、さらなる使用のために位置を記録し得る。これは、同じポジションを再びスキャンすることを控えること、又はかかるスキャンの周波数を下げることを含み得る。
ミラー位置の計算は、実際の物体の検出とその「鏡像」の検出を必要とするが、以下の対になった方程式を解くことによって行うことができる。

Ｖ１＝Ｖ２＋Ｖ３
Ｖ４＝Ｖ２−Ｖ２＊｜Ｖ３｜／｜Ｖ２｜
｜Ｖ２｜＋｜Ｖ３｜＝｜Ｖ１｜
｜Ｖ１｜＝｜Ｖ４｜
ここで、Ｖ１は、実際の物体へのベクトルであり、
Ｖ４は、ビームソースから「鏡像」へのベクトルであり、
｜Ｖｎ｜は、ベクトル｜Ｖｎ｜の長さであり、
Ｖ２は、ビームがミラーに衝突する当該ミラー上の点へのベクトルであり、
Ｖ３は、当該点から受信器の鏡像へのベクトルである。

ベクトル計算のこのスキームには、多くのバリエーションが存在し得る。

ミラーがＶ２に見出され、その方向は、Ｖ２とＶ３とがなす角度を分割することにより見出され得る。

ミラー位置はさらに、ミラー画像の代わりに実際の受信器の位置を単純化するべく使用されてもよく、受信器の他の「鏡像」が、同じミラーによって反射されているように現れる点に見出される場合、当該ミラーを通して見た受信器の実際の位置は、その位置を特定するのを補助するべく推定され得る。

非対称画像は好ましくは、受信器、そのタイプ、製造元、性能、及び制限の識別を可能とする２Ｄバーコードとしてよい。このデータはその後さらに、請求のような他の用途、サービス品質、及び多くの他の使用を目的として使用することができる。

ここで図７を参照すると、画像ターゲット標識の対称性を決定する純粋に電子的な方法が模式的に示される。

ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３…ＰＶ６は、等しく離間され、縮退六角形のエッジに位置合わせされたすべてのビームターゲットである。

かかるパターンは、その鏡像が原パターンと光学的に同一であるが当該原パターンの回転として現れるので、光学的に対称である。

しかしながら、当該パターンの異なる部分の照射に対して異なるように反応し得る受信器の文脈においては、かかるパターンは非対称になり得る。システムが各標的を電子的に識別することができるからである。

例えば、ビームが（ＰＶ４であってもよいＰＶ３の鏡像の反対側の）ターゲットＰＶ３に向けられる場合、システムはこの情報を保有する必要がある。そのビームがミラー反射を受けていないことを検証するべく、ビームはその後、時計回り又は反時計回りに一以上のターゲットステップに位置特定されたターゲットに向けられる。ビームが、時計回りに進んで一以上のターゲットステップに向けられ、（ＰＶ２の反対側の）ターゲットシェイプＰＶ４に到達すると、これはミラーを通して見えていない。もしもミラーを通して見えているのであれば、ターゲットシェイプＰＶ２に到達する（そしてＰＶ４には到達しない）。すなわち、モニタされているビーム軌道におけるミラー反射の存在を、既知のビーム移動が行われた後にどのターゲットシェイプが画像化されたのかを観測することによって、電子的に、そしていずれの画像化ステップも必要とすることなしに、決定することができる。

同様のアルゴリズムを、多ビームを使用して行うことができる。または、光学的及び電子的な標識からなるパターンを使用することもできる。

ここで図８を参照すると、２つのビームソース及びそれらのターゲットの相対位置を、受信器におけるビームソースのターゲットに対する既知の位置のベクトル減算によってどのように決定し得るのかが模式的に示される。２つのターゲット間のベクトル関係は、双方ともが単数の受信器にビルトインされているので、既知である。

比較位置が求められるビームモジュール８１及びビームモジュール８２は双方とも、２つのターゲット８４及び８５を含むパワー受信器８３に向けられる。

ビームモジュール８１に対するビームモジュール８２の相対距離及び方向、すなわちベクトル８６を決定するべく、ビームモジュール８１は、ビーム伝送により既知である受信器８３におけるターゲット８４の位置となるベクトル８７を使用する。

これはまた、ベクトル８９も使用し、ベクトル８９は受信器８３によって報告され、ターゲット８４とターゲット８５との間の方向及び距離である。

これはまた、ベクトル８８も使用し、ベクトル８８はビームモジュール８２、外部サーバ、又は受信器８３によって報告されてよい。

ベクトル８７＋８９−８８が、ビームモジュール８１に対するビームモジュール８２の位置となるベクトル８６に等しくなる必要がある。

ビームモジュール８２は、同様の計算を行い、又はビームモジュール８１若しくは中央制御ポイントから情報を受信する。ビームモジュール８１も同様のことをし得る。これらの状況は、部屋の中に多くのビームモジュールが存在し、かつそれらのビームモジュール位置のうちのいくつかが既知である場合に生じ得る。その後、新たなビームモジュールが見つかると、そのビームモジュールは当該位置情報を受信することができるので、計算する必要はない。その新たなビームモジュールを、他の一つのビームモジュールに対してのみ位置特定するだけでよい。

本開示において、上記概要セクションに記載したように、２つのビームが交差点を有するか否か、又は少なくとも交差点に近付いているか否かを決定する新規な方法が提示される。一組の平面が、一つのビームの軌道まわりに漸増的に回転され、ひいては当該漸増的に回転された平面の共通回転軸に位置特定される。その後、第２ビームが、予め決定された第１ビームからの最小距離内で、これらの漸増的に回転された平面のいずれかを通過するか否かが決定される。通過する場合、これらのビームは、交差点又は近交差点を有するとみなされ、レーザの安全性を確保するべく、例えば当該ビームの少なくとも一つのレーザパワーをシャットダウン若しくは低減することにより、又は当該ビームの一つをそらすことにより、リスクを低減する適切なアクションをとる必要がある。実際には、この方法は、第１ビームと第２ビーム上の少なくとも一点とにより形成される平面を計算することによって行うことができる。この点は典型的に、ビーム起源の又はそのターゲットとなり得る。これらの点が最もよく知られていて計算が最も容易だからである。そして、第２ビーム上の他点が第１ビーム軸に近い場合、典型的には数ミリメートル以内又はビームの数半径分以内の場合、交差の可能性が高く、上述のようにかかる交差の危険性を軽減するさらなるアクションが必要となり得る。他方、第２ビーム上の平面に最も近い点がそこから遠い場合、典型的には数ミリメートルを超え、計算誤差マージンを超え、又はビームの数半径分を超える場合、初期リスクの潜在性は低い。

ここで図９を参照すると、２つのビームが交差するか否か、又は少なくとも互いに所定の最小距離内を通過するか否かを確認するべく、一つの典型的な手順に従ってとられるステップが記載される。

ステップ９１において、ビームは、上述したように、ビーム伝送器におけるビームスキャナの設定、受信器の位置及び配向に関する情報を使用して、３次元幾何学座標に描画される。

ステップ９２において、ビーム軌道のうちの一つが選択され、基準平面が、当該ビーム線を包含するように画定される。

ステップ９３において、第２ビームと基準平面との交差が決定される。

ステップ９４において、第１ビーム経路と、第２ビームと基準平面との交差点との間の、基準平面内の最も近い距離が、当該交差点から第１ビーム経路までの線であって当該第１ビーム経路と直角をなす線を引き伸ばすことによって計算される。

ステップ９５において、その最も近い距離が記録され、前のステップが行われている基準平面の角度に関連付けられる。

その後、ステップ９６において、第１ビーム経路表現を包含する基準平面が、第１ビーム経路の線まわりに、典型的に５°未満の所定増分角度だけ回転され、ステップ９３が再び行われて第２ビームと基準面との新たな交差が決定される。

その後、ステップ９４及び９５が、この新たな回転位置において行われ、その基準平面の新たな角度に対して最も近い距離が記録される。

この手順が、ステップ９７において基準平面が１８０°回転したと決定されるまで、追加の増分回転に対して繰り返され、手順はステップ９８に進む。

ステップ９８において、記録された最も近い距離のすべてから最小距離が選択され、これが、ビーム２がビーム１に到達する最も近い距離を画定する。この結果はその後、これら２つのビームが交差点を有するか否か、又は交差点に近いか否かを決定するべく使用され、ビームのこのような交差点に存在し得る増大したパワーによって生じるリスクを低減するための適切な動作が、レーザの安全性を確保するべく開始される。

２つのビーム間の最も近い距離を決定する他の方法も存在する。これは、以下のような代数計算を含み得る。

ビーム１は、Ｐ_１＝ｔ_１ｄ_１＋ｒ_１
として定義される。
ここで、ｔは自由変数、ｄは方向ベクトル、ｒは原点である。

そしてビーム２が、Ｐ_２＝ｔ_２ｄ_２＋ｒ_２
として定義され、当該線間の最小距離が、

によって与えられる。

同じ最も近い距離を計算する他の方法も代替的に使用することができる。

当業者にわかることだが、本発明は、上述した特定的に図示及び記載したものに限定されない。むしろ、本発明の範囲は、上述した様々な特徴のコンビネーション及びサブコンビネーション双方と、当業者が上記説明を読んで想到するが先行技術ではない変形例及び修正例とを含む。

Claims (25)

1. ビームソース及び多数ターゲットを含む多ビーム無線送電システムにおいて安全を確保する方法であって、
   （ａ）少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近付いているか否かを決定し、近付いている場合に、
   （ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、（ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらせることのうちの少なくとも一つを行うステップ、又は
   前記決定に関連付けられたデータをコントローラに送信するステップであって、前記コントローラは、前記データの分析に基づいて、（ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、（ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び（ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらせることのうちの少なくとも一つを行うステップと、
   （ｂ）前記送電システムにおいてターゲット上のパターンの画像データを受信することにより、いずれかのビームの経路に反射表面が存在するか否かを検出し、前記画像データから生成された画像が前記ターゲット上の前記パターンの画像データと比較して鏡像の形態を有するか否かを決定し、有する場合に、
   少なくとも、パターンの画像データが鏡像の形態を有するターゲットに向けられたビームを、（ｉ）減衰させること、（ｉｉ）オフにすること、及び（ｉｉｉ）そらすことのうちの少なくとも一つを行うステップ、又は、
   前記決定に関連付けられたデータをコントローラに送信するステップであって、前記コントローラは、前記データの分析に基づいて、少なくとも、パターンの画像データが鏡像の形態を有するターゲットに向けられたビームを、（ｉ）減衰させること、（ｉｉ）オフにすること、及び（ｉｉｉ）そらすことのうちの少なくとも一つを行うように適合されるステップと
   を含む、方法。
2. 前記画像データは電子画像データである、請求項１に記載の方法。
3. 前記画像データは、前記ターゲットをビームによってスキャンすることによって取得される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記画像データは、前記ターゲットから送信された電子データの収集によって蓄積される、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記画像データはカメラの使用によって蓄積される、請求項１又は２に記載の方法。
6. ステップ（ａ）及び（ｂ）の決定のいずれかが陽性の場合に警報を発行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記ビームの少なくとも一つは、ビームソースからの伝送ビームである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ビームの少なくとも一つは、ターゲットから反射されたビームである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ビームを前記減衰させることは、前記ビームソースの調整によって行われる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. ビームを前記オフにすることは、そのビームソースにおいて又はシャッタの使用によって行われる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 少なくとも一つのビームを前記そらせることは、ビームスキャニングデバイスの使用によって行われる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. ビームソースにより伝送されるビームの軌道が、前記ビームソースの既知の位置、並びに空間内で前記ビームを向けるべく使用されるビームスキャナデバイスの既知の配向及び位置の使用によって決定される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記反射されたビームの位置及び配向は、前記ターゲットに衝突する伝送ビームの軌道と、前記ターゲットの位置及び配向とを確認することによって決定される、請求項８に記載の方法。
14. 前記ターゲットの位置及び配向は、前記ターゲットに対する既知位置に取り付けられた加速度計及びコンパスの少なくとも一つを使用することによって決定される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ターゲットの位置及び配向は、前記ターゲットに機械的に接続されたデバイスから受信される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ターゲットの位置及び配向は、前記ターゲット又は前記ターゲット上のパターンの画像を分析することによって計算される、請求項１３に記載の方法。
17. 前記少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近付いているか否かを決定することは、
    （ｉ）第１ビーム及び第２ビームの位置及び配向を決定することと、
    （ｉｉ）前記第１ビームを含む少なくとも一つの平面を計算することであって、前記平面はそれぞれが前記第１ビームの軌道を含むことと、
    （ｉｉｉ）前記第２ビームが前記少なくとも一つの平面の一つと交差する少なくとも一つの点を決定することと、
    （ｉｖ）前記第１ビームの軌道からの前記少なくとも一つの点のそれぞれの間の距離を測定することと
    を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近づいている場合、前記分析することはさらに、前記少なくとも２つのビームの前記予測結合パワーレベルが所定の安全レベルよりも大きいか否かを決定することを含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近づいているか否かを決定するステップから得られる前記データの分析はさらに、２以上のビームに関連付けられた全体的リスクを、前記ビームの交差確率と、前記ビームの結合パワーレベルが所定の安全レベルを超える確率との双方を考慮することによって計算することを含む、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記ターゲットの少なくともいくつかが携帯電話デバイスに取り付けられる、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 無線電力を、前記無線電力を受信するべく適合された多数ターゲットに伝送するシステムであって、
    それぞれが前記無線電力のビームを生成する少なくとも２つのビームソースと、
    各ビームソースに関連付けられたビームスキャニングデバイスであって、それぞれが伝送ビームを直接ターゲットに向けるべく適合されたビームスキャニングデバイスと、
    前記伝送するシステムに配置されて前記ターゲットのいずれかにおけるパターンの画像データを生成するべく適合されたイメージングユニットと、
    コントローラと
    を含み、
    前記コントローラは、
    （ａ）少なくとも２つのビームの軌道上のいずれかの点が所定の安全距離よりも互いに近付いているか否かを決定し、近付いている場合に、前記コントローラを、前記システムに
    （ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、
    （ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び
    （ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらせること
    のうちの少なくとも一つを行わせるように構成するステップ
    と、
    （ｂ）前記伝送システムにおいて前記パターンの前記画像データを受信することにより、前記ビームのうちのいずれかの経路に反射表面が存在するか否かを検出し、前記画像データから生成された画像が前記ターゲット上の前記パターンの画像データと比較して鏡像の形態を有するか否かを決定し、有する場合に、前記コントローラを、前記システムに
    （ｉ）少なくとも一つのビームを減衰させること、
    （ｉｉ）少なくとも一つのビームをオフにすること、及び
    （ｉｉｉ）少なくとも一つのビームをそらせること
    のうちの少なくとも一つを行わせるように構成するステップと
    を行うように構成される、システム。
22. 前記少なくとも２つのビームソースの相対的な幾何学的位置が既知である、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記少なくとも２つのビームソースの前記相対的な幾何学的位置は、当該ビームソース間の機械的接続のおかげで既知である、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記少なくとも２つのビームソースの前記相対的な幾何学的位置は、
    （ａ）少なくとも２つのターゲットの相対的なベクトル位置と、
    （ｂ）前記少なくとも２つのビームソースの第１ビームソースからのビームを受信する第１ターゲットの、前記第１ビームソースに対するベクトル位置と、
    （ｃ）前記少なくとも２つのビームソースの第２ビームソースからのビームを受信する第２ターゲットの、前記第２ビームソースに対するベクトル位置と
    に基づくベクトル計算を行うことによって既知である、請求項２２に記載のシステム。
25. 前記少なくとも２つのビームソースの前記相対的な位置は、前記少なくとも２つのターゲットが単数の受信器に組み入れられるおかげで既知となる、請求項２４に記載のシステム。
    

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