(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の放射により受電装置へ送電可能な送電装置であって、
当該送電装置および前記受電装置の間の通信リンクで観測される応答遅延時間に基づき、被ばくの基準を満たす前記電磁波の放射の出力の最大値を計算する計算部と、
前記最大値を超えない出力で、前記受電装置との間の電力供給リンクを介して送電する送電部と、
前記通信リンクを介した前記受電装置との通信に基づき、前記電力供給リンクでの異常を検知する異常検知部と、
前記電力供給リンクでの異常の検知に基づいて、前記出力を制限する出力制限部と
を含む、送電装置。
【請求項２】
前記電磁波の放射は、指向性を有し、前記計算部は、前記電磁波の放射の出力の最大値を、少なくとも前記応答遅延時間を含む反応時間にわたり前記最大値での電磁波の放射を放出した場合に、定められた被ばくレベルを超えない条件のもと計算し、前記出力制限部は、前記電力供給リンクで異常が検知されたことに応答して、前記電力供給リンクでの前記電磁波の放射の出力を停止することを特徴とする、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記異常検知部は、前記通信リンクを介して前記受電装置から受信した受電量と、当該送電装置からの送電量との比較に基づき、前記電力供給リンクで異常が発生したことを検知する、請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記異常検知部は、前記通信リンクを介して前記受電装置から受信した、当該送電装置の送電量と前記受電装置での受電量との比較に基づく通知により、前記電力供給リンクで異常が発生したことを検知する、請求項２に記載の送電装置。
【請求項５】
前記異常検知部は、さらに、前記通信リンクの異常を検知し、前記出力制限部は、前記通信リンクおよび前記電力供給リンクの少なくとも一方で異常が発生したことに応答して、前記出力の制限を行う、請求項１に記載の送電装置。
【請求項６】
前記計算部は、前記通信リンクを介した通信の応答遅延時間の評価と、評価された応答遅延時間に基づく最大値の計算とを繰り返し実行し、前記送電部は、計算された最新の最大値に基づき、前記電力供給リンクを介した送電を行うことを特徴とする、請求項１に記載の送電装置。
【請求項７】
前記通信リンクは、指向性を有する無線通信リンクであり、前記無線通信リンクの確立を通じて前記電力供給リンクの位置合わせを行う前段位置合わせ部と、前記無線通信リンクを介して前記受電装置から受信した前記電力供給リンクでの受電量に基づき前記電力供給リンクの位置合わせの調整を行う後段位置合わせ部とを含む、請求項１に記載の送電装置。
【請求項８】
前記電磁波の放射は、レーザー放射であり、前記通信リンクは、ミリ波通信リンクである、請求項１に記載の送電装置。
【請求項９】
電磁波の放射により送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置であって、
当該受電装置および前記送電装置の間の通信リンクを介して、通信の応答遅延時間を評価するために通信を行う通信部と、
前記応答遅延時間に応じた、被ばくの基準を満たす最大値を超えない前記電磁波の放射の出力で、前記送電装置との間の電力供給リンクを介して供給される電力を受電する受電部と、
前記電力供給リンクでの異常の発生に対応して前記送電装置で前記出力の制限を行うために当該受電装置での受電量を取得する受電量取得部と
を含む、受電装置。
【請求項１０】
電磁波の放射により送電可能な送電装置と、前記送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置とを含む電力供給システムであって、
前記送電装置および前記受電装置の間の通信リンクで観測される応答遅延時間に基づき、被ばくの基準を満たす前記電磁波の放射の出力の最大値を計算する計算部と、
前記最大値を超えない出力で、前記受電装置との間の電力供給リンクを介して送電する前記送電装置の送電部と、
前記通信リンクを介した通信に基づき、前記電力供給リンクでの異常を検知する異常検知部と、
前記電力供給リンクでの異常の検知に基づいて、前記出力を制限する前記送電装置の出力制限部と
を含む、電力供給システム。
【請求項１１】
電磁波の放射により送電可能な送電装置と、前記送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置との間で実行される電力供給方法であって、
前記送電装置および前記受電装置との間の通信リンクを介した通信の応答遅延時間を評価するステップと、
前記応答遅延時間に基づいて、被ばくの基準を満たす前記電磁波の放射の出力の最大値を計算するステップと、
前記送電装置が、前記最大値を超えない出力で、前記受電装置との電力供給リンクを介して送電するステップと
を含み、前記電力供給方法は、さらに、
前記通信リンクを介した通信に基づき、前記電力供給リンクでの異常を検知するステップと、
前記送電装置が、前記電力供給リンクでの異常の検知に基づいて、前記電力供給リンクの出力を制限するステップと
を含む、電力供給方法。
【請求項１２】
前記電磁波の放射は、指向性を有し、前記計算するステップは、前記電磁波の放射の出力の最大値を、少なくとも前記応答遅延時間を含む反応時間にわたり前記最大値での電磁波の放射を放出した場合に、定められた被ばくレベルを超えない条件のもと計算するステップであり、前記出力を制限するステップは、前記送電装置が、前記電力供給リンクで異常が検知されたことに応答して、前記電力供給リンクでの前記電磁波の放射の出力を停止することを特徴とする、請求項１１に記載の電力供給方法。
【請求項１３】
前記異常を検知するステップは、前記送電装置が、前記通信リンクを介して前記受電装置から受電量を受信するステップと、前記送電装置が、前記受電量と前記送電装置からの送電量との比較に基づき、前記電力供給リンクで異常が発生したことを検知するステップとを含む、請求項１２に記載の電力供給方法。
【請求項１４】
前記異常を検知するステップは、前記送電装置が、前記通信リンクを介して前記受電装置へ前記送電装置の送電量を送信するステップと、前記受電装置が、前記送電量と前記受電装置での受電量との比較に基づき前記電力供給リンクで異常が発生したことを検知するステップと、前記受電装置が、検知した前記異常を前記送電装置に通知するステップとを含む、請求項１２に記載の電力供給方法。
【請求項１５】
前記送電装置が、前記通信リンクの異常を検知するステップをさらに含み、前記出力を制限するステップは、前記通信リンクおよび前記電力供給リンクの少なくともいずれかでの異常の発生に応答して、前記電磁波の放射の出力を制限するステップである、請求項１１に記載の電力供給方法。
【請求項１６】
前記通信リンクは、指向性を有する無線通信リンクであり、前記電力供給方法は、さらに、前記送電するステップの前に、
前記無線通信リンクの確立を通じて前記電力供給リンクの前段位置合わせを行うステップと、
前記無線通信リンクを介して前記受電装置から受信した前記電力供給リンクでの受電量に基づき前記電力供給リンクの位置合わせの調整を行うステップと
を含む、請求項１１に記載の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置、受電装置、電力供給システムおよび電力供給方法に関し、より詳細には、電磁波の放射により電力を送電することができる送電装置、受電装置、電力供給システムおよび電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線データ通信の高速化に伴い、有線で行われている種々の通信が無線に置き換え可能となっている。しかしながら、電力に関しては、有線での供給となり、無線通信装置の設置には、電力を供給するための配線の敷設が必要となる。このため、通信および電力供給を含めた無線化を図るためには、無線による電力供給技術の開発が必須である。【０００３】
近年、無線での電力供給に関し、非接触電力伝送技術（例えば特開２００９−２６１１５６号公報：特許文献１）が注目されているが、これらは、主として電磁誘導に基づく、非放射のエネルギーを利用した送電方式である。このため、電力の送電側と受電側の距離が離れるにつれて効率が低下し、実用的には数ｍｍ〜数十ｃｍ程度であり、電磁界共鳴方式でも１ｍ以下での近距離の電力供給が限界である。これらの技術は、非接触、比較的近距離の電力供給には有効であるが、屋内や屋外に敷設される電力配線を代替できるものではない。【０００４】
その他の非接触電力伝送方式としては、自由空間でのマイクロ波やレーザー光による送電技術が研究されている。これらの研究は、主として、宇宙空間と地表間といった遠距離の送電技術であり、遠距離送電技術固有の課題等の観点から実用化には時間がかかる。【０００５】
レーザー光送電に関しては、近年、電気自動車などの移動体に対する送電方式として提案されている。例えば、特開２０１０−１６６６７５号公報（特許文献２）は、レーザービームを受給し電力に変換し、電力を動力として移動する電気自動車と、該電気自動車の外部にて配置され、相対位置を自動的に調整しながら電気自動車にレーザービームを供給する電力源とからなる、レーザービーム送電システムを開示する。特許文献２では、橋梁骨組、トンネル内部の天井などに備えられたフェイズアレイ型発光装置から、電気自動車の屋根などに設けられたフェイズアレイ型受光装置へレーザービームを照射しており、比較的近距離のレーザー送電技術である。これらのレーザー光送電技術は、位置合わせの難しさや効率の悪さなどの理由から、実用化には至っていない。【０００６】
また、レーザー機器の安全性に関しては、国際標準の安全基準（International Electro-technical Commission（ＩＥＣ）の６０８２５−１「レーザー機器及びその使用者のための安全指針」）がある。レーザー機器は、上記国際基準および該国際基準に準拠した各国の安全基準によって、最大許容露光量（ＭＰＥ）、被ばく放出限界（ＡＥＬ）といった指標によって規制されている。上記安全基準によりレーザー機器はクラス分けされているが、筐体やその他のセーフティ・インターロックなど被ばく放出を制限するような技術的手段によって、組み込まれているレーザーの本来の能力よりも低いクラスに割り当てられたレーザー製品もある。例えばＤＶＤ機器やＢｌｕ-ｒａｙ（登録商標）機器、レーザープリンタなどは、そのような安全基準に則り市販されている製品である。【０００７】
また、コンサート会場などのレーザー・ディスプレイやレーザーライトショーでは、〜１Ｗ級の出力のレーザー装置も用いられている。このような走査されたレーザー光を放出するレーザー機器は、走査されたレーザー光の放出を基準にクラス分けされ得るが、走査の故障、走査速度または走査振幅の変化の結果として、該当するクラスの被ばく放出限界（ＡＥＬ）を超える被ばくが起こらないような安全防御が講じられている。【０００８】
高速無線データ通信可能な無線通信装置を、電力供給を含めてワイヤレス化する観点からは、レーザー光などの電磁波の放射による送電技術は有望である。しかしながら、充分な電力を供給するためには放射の出力を大きくすることが必要となる。したがって、被ばくの基準を満たすようにしながら、より高出力の電磁波の放射による送電を可能とする技術の開発が望まれていた。【０００９】
光による電力供給に関する異常時の停止機能としては、特開平１１−２３０８５６号公報（特許文献３）が知られている。特許文献３は、光パワーを伝送する光ファイバと同一のケーブル中に収容された別の光ファイバを通して本体機に戻った光の異常の有無を検出する構成を開示する。しかしながら、特許文献３の従来技術は、有線での光パワー給電に関するものであり、電力供給を含めた無線化を図ることができるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２６１１５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６６６７５号公報
【特許文献２】特開平１１−２３０８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術の充分ではない点に鑑みてなされたものであり、本発明は、異常が発生した場合に想定され得る被ばくが所定基準を満たすようにしながら、電磁波の放射による送電を可能とする送電装置、受電装置、電力供給システムおよび電力供給方法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、よりいっそうの安全性を高めることができる送電装置、受電装置、電力供給システムおよび電力供給方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、上記課題を解決するために、電磁波の放射により受電装置へ送電可能な送電装置であって、下記特徴を有した送電装置を提供する。送電装置は、当該送電装置および相手方の受電装置の間の通信リンクで観測される応答遅延時間に基づき、被ばくの基準を満たす電磁波の放射の出力の最大値を計算する。そして、送電装置は、最大値を超えない出力で、上記受電装置との間の電力供給リンクを介して送電する。さらに、送電装置は、上記通信リンクを介した受電装置との通信に基づき、電力供給リンクでの異常の検知を行っており、電力供給リンクでの異常の検知に基づいて、上記電磁波の放射の出力を制限する。【００１３】
さらに、本発明によれば、電磁波の放射により上記送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置であって、下記特徴を有する受電装置を提供することができる。受電装置は、当該受電装置および相手方の送電装置の間の通信リンクを介して、通信の応答遅延時間を評価するために通信を行う。受電装置は、応答遅延時間に応じた、被ばくの基準を満たす最大値を超えない電磁波の放射の出力で上記送電装置との間の電力供給リンクを介して供給される電力を受電する。受電装置は、さらに、電力供給リンクでの異常の発生に対応して送電装置で出力の制限を行うために当該受電装置での受電量を取得する。【００１４】
本発明によれば、また、電磁波の放射により送電可能な送電装置と、送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置とを含む電力供給システムが提供される。【００１５】
本発明によれば、さらに、電磁波の放射により送電可能な送電装置と、送電装置から供給される電力を受電可能な受電装置との間で実行される電力供給方法を提供することができる。電力供給方法は、送電装置および受電装置との間の通信リンクを介した通信の応答遅延時間を評価するステップと、応答遅延時間に基づいて、被ばくの基準を満たす電磁波の放射の出力の最大値を計算するステップと、送電装置が、最大値を超えない出力で、受電装置との電力供給リンクを介して送電するステップとを含む。電力供給方法は、さらに、通信リンクを介した通信に基づき、電力供給リンクでの異常を検知するステップと、送電装置が、電力供給リンクでの異常の検知に基づいて、電力供給リンクの出力を制限するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、異常が発生した場合に想定され得る被ばくが所定基準を満たすようにしながら、電磁波の放射による送電を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態によるレーザー電力供給システムを示す概略図。
【図２】本発明の実施形態によるレーザー電力供給システムにおけるレーザー送電装置およびレーザー受電装置の機能ブロックおよびデータフローを示す図。
【図３】レーザー出力の制御方法を説明する図。
【図４】本発明の実施形態による、レーザー送電装置が実行する制御を示すフローチャート。
【図５】本発明の実施形態において、レーザー送電装置およびレーザー受電装置間で交換される情報と、レーザー出力の関係をタイミングと共に模式的に示す図。
【図６】本発明の他の実施形態によるレーザー電力供給システムにおけるレーザー送電装置およびレーザー受電装置の機能ブロックおよびデータフローを示す図。
【図７】本発明の他の実施形態において、レーザー送電装置およびレーザー受電装置間で交換される情報と、レーザー出力との関係をタイミングとともに模式的に説明する図。
【図８】本発明の実施形態における、無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの位置合わせに関する機能ブロック図。
【図９】本発明の実施形態による、レーザー送電装置が実行する位置合わせ制御を示すフローチャート。
【図１０】放出持続時間（ｓ）に対して、安全基準のクラス１の基準を満たす総供給電力（Ｗ）をプロットしたグラフ。
【図１１】従来技術におけるレーザー放射の位置合わせについて説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について特定の実施形態をもって説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に説明する実施形態では、送電装置、受電装置および電力供給システムの一例として、それぞれ、レーザー送電装置１１０、レーザー受電装置１５０およびレーザー電力供給システム１００を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態によるレーザー電力供給システム１００を示す概略図である。本実施形態によるレーザー電力供給システム１００は、レーザー送電装置１１０と、このレーザー送電装置１１０から離間して設置されるレーザー受電装置１５０とを含み構成される。
【００２０】
レーザー送電装置１１０は、レーザー素子１１４を備えており、電源１０２からの電力供給を受けて、レーザー素子１１４からレーザー放射を放出し、これによって、レーザー受電装置１５０へ無線で電力を送信する。レーザー受電装置１５０は、光電変換素子１５４を備えており、レーザー送電装置１１０から放出されたレーザー放射を光電変換素子１５４で受光し、これによって無線で電力を受信する。
【００２１】
ここで、レーザー送電装置１１０とレーザー受電装置１５０との間で確立される電力供給のためのリンクを無線電力供給リンクと参照する。この無線電力供給リンクは、送受電装置１１０，１５０間で、レーザー素子１１４から放出されたレーザー光が光電変換素子１５４に適切に入射されるように、レーザー放射の放出方向を位置合わせすることによって確立される。本実施形態において、無線電力供給リンクは、導波路により画定されるものではなく、空間を伝播するレーザー光の光路によって画定される。
【００２２】
上述したレーザー放射は、赤外線、可視光線または紫外線などの単色の電磁波、またはこれらの電磁波が混合されたものとされる。なお、説明する実施形態では、レーザー放射により電力供給を行うものとして説明するが、電力供給で用いられる電磁波の放射は、レーザー光に限定されるものではない。他の実施形態では、マイクロ波など、他の波長帯の電磁波の放射を利用して電力供給が行われてもよい。
【００２３】
レーザー受電装置１５０は、受電した電力を、外部接続され、または内蔵された負荷１９０に供給する。負荷１９０は、特に限定されるものではなく、例えば、プロジェクタ、監視カメラ、二次電池などの電力を消費または蓄積する如何なる装置および部品とすることができる。
【００２４】
本実施形態によるレーザー送電装置１１０およびレーザー受電装置１５０は、さらに、それぞれアンテナ１１２，１５２を備えており、無線データ通信が確立可能に構成されている。ここで、レーザー送電装置１１０とレーザー受電装置１５０との間で確立されるデータ通信のためのリンクを無線通信リンクと参照する。無線通信リンクは、上述した無線電力供給リンクとは異なるものが採用される。無線通信リンクは、指向性が高いものとすることが好ましいが、典型的には、無線電力供給リンクの方が無線通信リンクよりも高い指向性を有している。好適な実施形態では、数Ｇｂｐｓ以上のデータ通信速度を実現可能な、数十ＧＨｚ（典型的には６０ＧＨｚ）周波数帯の電磁波（ミリ波）による無線通信リンクを採用することができる。
【００２５】
アンテナ１１２，１５２は、特に限定されるものではないが、好適な実施形態では、複数のアンテナが配列されるアダプティブ・アレイ・アンテナといった、指向性が制御可能なアンテナを採用することができる。上記レーザー送電装置１１０，１５０は、それぞれ、無線通信リンクにおいて、送信機および受信機の両方の立場で相手方とデータ通信することができる。
【００２６】
図１に示すレーザー送電装置１１０は、無線通信リンクを介したデータ通信により、レーザー受電装置１５０と間での情報交換を行いながらレーザー放射の出力を制御し、受電装置１５０に対し電力を無線供給する。なお、送受電装置１１０，１５０間の距離は、レーザー光および無線電波の指向性や使用する環境にも依存することになるが、レーザー光を充分な効率で伝達可能であり、かつ、充分な速度の無線データ通信が維持可能な範囲の任意の距離とすることができる。
【００２７】
上記レーザー送電装置１１０のようなレーザー機器は、レーザー機器の安全性に関する国際基準（ＩＥＣ  ６０８２５−１「レーザー機器及びその使用者のための安全指針」）やこれに準拠した国内基準（ＪＩＳ  Ｃ  ６８０２）の対象となる。
【００２８】
ＪＩＳ  Ｃ６８０２の規格では、例えば「クラス１のレーザー製品」は、「運転中に、該当する波長および放出持続時間に対するクラス１の被ばく放出限界ＡＥＬを超えるレーザー放射を人体に被ばくさせることのない全てのレーザー製品」と定義されている。また、「放出持続時間」は、「レーザー製品の運転、保守またはサービスの結果として生じるレーザー放射を人体に被ばくさせ得るパルス、パルス列または連続放出の持続時間」と定義されている。ここで、単一のパルスの場合は、放出持続時間は、パルスの立ち上がり半値点と立ち下がり半値点との間の時間幅とされ、連続パルス列（または主パルス列中のサブパルス群）の場合は，最初のパルスの立ち上がり半値点と最後のパルスの立ち下がり半値点との間の時間幅とされている。
【００２９】
また、「被ばく放出限界ＡＥＬ（Accessible Emission Limit）」は、「対応するクラスで許容される最大の被ばく放出」として定義され、被ばく放出（量）（Accessible Emission）は、規定の開口絞り［ＡＥＬをワット（Ｗ）またはジュール（Ｊ）の単位で与える場合］を用いて、または限界開口［ＡＥＬをワット毎平方メートル（Ｗ・ｍ−２）またはジュール毎平方メートル（Ｊ・ｍ−２）の単位で与える場合］を用いて、ある位置において決定される放出レベル」として定義される。また、「最大許容露光量ＭＰＥ（Maximum Permissible Exposure）」は、「通常の環境下で、人体に照射しても有害な影響を与えることがないレーザー放射のレベル」として定義され、「ＭＰＥレベル」は、「目もしくは皮膚が被ばく直後または長期にわたり結果的に損傷を受けずに被ばくできる最大のレベル」とされている。被ばく放出限界（ＡＥＬ）は、一般に、最大許容露光量（ＭＰＥ）から導かれる。
【００３０】
図１に示すレーザー電力供給システム１００では、レーザー送電装置１１０からレーザー受電装置１５０へレーザー光が空間を伝播する。このとき、送受電装置１１０，１５０間に遮蔽物が割り込み、光路が遮断されると、遮蔽物表面での反射などにより、光路から外れてレーザー光が放出されてしまう可能性がある。あるいは、遮蔽物自体が被ばくしてしまう。したがって、遮蔽物による光路の遮断などの異常が発生してから、レーザー出力を充分に制限するまでの反応時間の間に放出される可能性のある放出レベルを、所定基準以下に制御することが求められる。
【００３１】
そこで、本実施形態によるレーザー電力供給システム１００では、所定出力範囲内で無線電力供給リンクを介した送電を行いつつ、上記無線通信リンクを介したデータ通信に基づいて無線電力供給リンクおよび無線通信リンクで発生した異常を検知し、異常の発生に応答してレーザー出力に制限をかける構成を採用する。以下、図２〜図１０を参照しながら、本実施形態による送受電装置１１０，１５０間で実行される電力供給方法について、詳細を説明する。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態によるレーザー電力供給システム１００におけるレーザー送電装置１１０およびレーザー受電装置１５０の機能ブロックおよびデータフローを示す図である。図２に示すレーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０と、最大出力計算部１２２と、レーザー出力制御部１２４と、異常検知部１２６と、送電用レーザー放出部１２８とを含み構成される。また、図２に示すレーザー受電装置１５０は、無線データ通信部１６０と、受電用光電変換部１６２とを含み構成される。
【００３３】
両装置１１０，１５０の無線データ通信部１２０，１６０は、双方向の無線データ通信を行うための無線通信インタフェースである。無線データ通信部１２０，１６０は、受信時には、空間中を伝播してきた搬送波の電波をアンテナ１１２，１５２で受信し、所定の変調方式に基づいて受信データを復元する。送信時には、無線データ通信部１２０は、送信データを所定の変調方式に基づいて変調し、搬送波の電波として空間中に放射する。上記変調方式は、特に限定されるものではないが、ＭＰＳＫ（M-ary Phase Shift Keying）方式、ＭＱＡＭ（M-ary Quadrature Amplitude Modulation）といった変調方式を挙げることができる。
【００３４】
レーザー送電装置１１０側の送電用レーザー放出部１２８は、典型的には、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰなどの半導体レーザー素子を含み構成される。しかしながら、他の実施形態では、レーザー素子１１４は、気体レーザー、固体レーザーを用いてもよい。また、レーザー素子の動作モードとしては、連続発振（ＣＷ）動作モードおよびパルス発振動作モードのいずれであってもよい。レーザー素子が発光するレーザー放射の波長としては、特に限定されるものではない。
【００３５】
レーザー受電装置１５０側の受電用光電変換部１６２は、受光したレーザー光を光電変換して起電力を生じさせる光電変換素子を含み構成される。光電変換素子としては、上記送電用レーザー放出部１２８が放出するレーザー放射に対応した波長に高い変換効率を有したフォトダイオードや太陽電池などを用いればよい。
【００３６】
最大出力計算部１２２は、送受電装置１１０，１５０の間の無線通信リンクで観測される応答遅延時間を評価し、評価した応答遅延時間に基づき、許容される被ばくの基準を満たすレーザー放射の出力の許容される最大値（最大許容値）を計算する。ここで、レーザー放射の出力の最大許容値は、異常が発生してからレーザー出力を充分低いレベルに制限するまでにかかる反応時間にわたり最大許容値の出力でレーザー放射が放出された場合に、所定基準で定められた被ばくレベルを超えないようにするという条件のもと計算される。
【００３７】
本実施形態では、無線電力供給リンクで発生した異常は、無線通信リンクを介したデータ通信に基づいて検知される。このため、上記反応時間は、送受電装置１１０，１５０間の無線通信リンクを介したデータ通信の応答遅延時間（レイテンシ）に依存したものとなる。上記反応時間は、より詳細には、異常検知するためのデータ通信にかかる応答遅延時間と、伝送されたデータに基づき異常を検知するまでにかかる時間と、異常を検知してからレーザー出力を所定レベル以下に低下させるまでにかかる時間と、所定のマージン時間とを含み得るが、典型的には、無線通信の応答遅延時間が支配的となる。
【００３８】
上記条件のもと計算される最大許容値は、上記応答遅延時間に応じた反応時間の間に放出される可能性のある放出レベルを所定基準以下とすることを保証できる、許容された最大の出力値となる。したがって、この最大許容値を超えない出力でレーザー放射が放出されていれば、無線電力供給リンクに異常が生じたとしても、異常が生じてから出力制限を行うまでの時間に、被ばくの基準を超えて、遮蔽物自体が被ばくしたり、レーザー光が光路外に放出されたりしてしまうことが防止される。また、最大許容値は、上記反応時間が短縮されるにつれて大きくすることができ、より高出力の電力供給が可能となる。
【００３９】
応答遅延時間は、既知の長さを有するデータ（例えば測定用データ）の転送にかかる所要時間を計測し、その所要時間に基づきデータ転送レートを測定し、データ転送レートに基づいて評価することができる。また、ここで評価される応答遅延時間は、採用する異常検知の通信方式にも依存するが、往復レイテンシまたは片道レイテンシとすることができる。本実施形態においては、最大許容値の計算は、応答遅延時間またはデータ転送レートの実測値から所定の計算式で算出してもよいし、応答遅延時間またはデータ転送レートに最大許容値を対応付けるテーブルを参照して値を取得することにより行ってもよい。
【００４０】
送受電装置１１０，１５０間の相対的な位置関係が固定されている場合は、典型的には、上記応答遅延時間の評価および最大許容値の計算は、無線電力供給リンクを確立して本番の電力供給を行う前に一度行えばよい。しかしながら、相対的な位置関係に変化が生じ得る場合は、応答遅延時間の評価と、評価された応答遅延時間に基づく最大許容値の計算とを適切な頻度で繰り返し実行してもよい。この場合は、異常検知のために行うデータ通信でデータ転送レートを実測することができ、計算された最新の最大許容値を使用するように構成される。
【００４１】
レーザー出力制御部１２４は、送電用レーザー放出部１２８の動作を制御する制御手段であり、最大出力計算部１２２が算出したレーザー出力の最大許容値に基づき、最大許容値を超えないようにレーザー出力を制御する。レーザー出力制御部１２４は、無線通信リンクを介したデータ通信に基づき、受電側の受電量を確認しながら、ゼロから最大許容値までレーザー出力を段階的に引き上げることができる。
【００４２】
送電用レーザー放出部１２８は、レーザー出力制御部１２４の制御の下、最大許容値を超えない出力でレーザー放射を放出し、これによってレーザー受電装置１５０に対して送電する送電部を構成する。なお、レーザー出力の制御方法は、特に限定されるものではない。
【００４３】
図３は、レーザー出力の制御方法を説明する図である。図３に示すテーブルの左カラムに示すように、レーザー放射を連続放出する場合は、その光子密度によりレーザー放射のパワーを増減させることができる。あるいは、レーザー放射をパルス放出する場合は、レーザー放射のパワーは、図３に示すテーブルの中央カラムおよび右カラムにそれぞれ示すように、所定パルス周期におけるパルス幅（デューティ比）により増減させることができ、または、パルス周期またはパルス頻度（単位時間当たりのパルス数）により増減させることができる。
【００４４】
異常検知部１２６は、上記無線通信リンクを介したレーザー受電装置１５０とのデータ通信に基づき、上記無線電力供給リンクの状態を監視しており、異常の発生を検知することができる。異常は、各装置１１０，１５０での変換効率を考慮して、レーザー送電装置１１０が送電した送電量（電力）と、レーザー受電装置１５０が受電した受電量（電力）との比較に基づいて検知することができる。
【００４５】
レーザー送電装置１１０が放出した放射パワー（入力された電力×電気光変換効率または出力設定値に対し既知の放射パワー）に対する、レーザー受電装置１５０が受光した放射パワー（受電された電力／光電変換効率）の差分または割合が、所定基準から外れる場合は、何らかの理由で無視できない損失を生じていることを示唆しており、無線電力供給リンクにおいて異常が発生したと判断できる。このような損失は、典型的には、遮蔽物による光路の遮断、散乱や乱反射を引き起こす塵や煙の光路への入り込み、レーザーのアライメントのズレ、光電変換素子の劣化または故障などに起因して発生し、このような異常が発生した場合は、管理上、レーザー出力に制限をかけることが好ましい。
【００４６】
図２に示す実施形態では、レーザー受電装置１５０側で、受電量取得部として受電用光電変換部１６２で受電量が取得され、取得された受電量が、無線データ通信部１６０によってレーザー送電装置１１０側へ通知される。そして、レーザー送電装置１１０側で、異常検知部１２６が、送電用レーザー放出部１２８から送電量を取得し、レーザー受電装置１５０から通知された受電量と、取得した送電量とを変換効率を考慮して比較する。比較の結果、所定閾値以上の損失が生じていた場合は、無線電力供給リンクにおいて異常が発生したと判断される。
【００４７】
また、異常検知部１２６は、受電量および送電量の比較に基づく無線電力供給リンクの異常検知に加えて、無線通信リンクの異常を検知することができる。無線通信リンクの異常としては、例えば、無線通信リンク自体の不通、ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）の急速な低下、あるいは適応制御されるアンテナのビーム方向の急激な変化などを挙げることができる。
【００４８】
本実施形態では、無線通信リンクを用いて無線電力供給リンクの異常を検知しているので、上述のような異常は、無線電力供給リンクの異常検知に支障をきたす。そこで、本実施形態による異常検知部１２６は、無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの少なくとも一方で異常が発生したことを検知した場合は、レーザー出力制御部１２４に対し、レーザー出力制限指令、より具体的には、レーザー出力停止指令を速やかに発行する。
【００４９】
レーザー出力制御部１２４は、無線電力供給リンクまたは無線通信リンクでの異常の検知に基づいて上記指令が行われたことに応答して、送電用レーザー放出部１２８からのレーザー放出の出力を基準レベル以下に制限する出力制限部である。より具体的には、レーザー出力制御部１２４は、レーザー出力停止指令に応答して、送電用レーザー放出部１２８のレーザー素子への駆動電流を直ちに停止させることで、レーザー放射の放出を停止させる。
【００５０】
以下、図４および図５を参照しながら、上述したレーザー電力供給システム１００における電力供給時の動作の詳細に説明する。図４は、本発明の実施形態による、レーザー送電装置１１０が実行する制御のフローチャートである。図５は、本発明の実施形態において、レーザー送電装置１１０およびレーザー受電装置１５０間で交換される情報と、レーザー出力との関係をタイミングとともに模式的に説明する図である。
【００５１】
図４に示す制御は、例えばオペレータがレーザー送電装置１１０に対し電力供給開始の操作を行ったことに応答して、ステップＳ１００から開始される。ステップＳ１０１では、レーザー送電装置１１０は、レーザー受電装置１５０との間の無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの位置合わせおよび特性情報（送信レーザーの種類や変換効率などを含む。）の交換を行う。なお、位置合わせ処理については、詳細を後述する。
【００５２】
ステップＳ１０２では、レーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０によりデータ通信を行い、上記最大出力計算部１２２により、無線通信リンクのデータ転送速度を計算する。ステップＳ１０３では、レーザー送電装置１１０は、最大出力計算部１２２により、実測されたデータ転送速度に基づき、無線通信リンクの通信で観測される応答遅延時間を評価する。ステップＳ１０４では、レーザー送電装置１１０は、最大出力計算部１２２により、評価された応答遅延時間に応じたレーザー出力の最大許容値を計算する。
【００５３】
ステップＳ１０５では、レーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０により、レーザー受電装置１５０に対し、無線通信リンク確認を出力する（図５で黒色の四角で示す。）。リンク確認の入力を受けたレーザー受電装置１５０は、レーザー送電装置１１０に対して無線通信リンク応答を出力する（図５で灰色の四角で示す。）。ステップＳ１０６では、レーザー送電装置１１０は、リンク確認に対するリンク応答が有ったか否かを判定する。ステップＳ１０６で、リンク応答が無いと判定された場合（ＮＯ）は、無線通信リンクに異常があるので、エラーであるとしてレーザー出力を開始せずに、ステップＳ１１３で本制御を終了させる。
【００５４】
一方、ステップＳ１０６で、リンク応答が有ったと判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０７へ制御を進める。ステップＳ１０７では、レーザー送電装置１１０は、計算された最大許容値を設定し、レーザー制御部１２４の制御の下、初期レベルから、送電用レーザー放出部１２８からのレーザー放射の放出を開始させる。
【００５５】
ステップＳ１０８では、レーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０により、レーザー受電装置１５０からリンク応答に後続して送信される受電量（図５で数字入りの四角で示す。）を受信する。ステップＳ１０９では、レーザー送電装置１１０は、送電用レーザー放出部１２８から送電量を取得する。ステップＳ１１０では、レーザー送電装置１１０は、異常検知部１２６により、無線電力供給リンクおよび無線通信リンクの少なくともいずれかで異常が発生していないかを判定する。ステップＳ１１０で、異常なしと判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１１へ制御が進められる。
【００５６】
ステップＳ１１１では、レーザー送電装置１１０は、レーザー出力制御部１２４により、最大許容値を超えない範囲でレーザー出力を段階的に増大させて、ステップＳ１０８へ制御をループさせる。図５には、レーザー受電装置１５０からレーザー送電装置１１０へ受電量が継続的に送信され、受電量と送電量との比較の結果に基づいて、レーザー出力が段階的に引き上げられている様子が示されている。
【００５７】
ステップＳ１１０で、異常有りと判定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１２へ制御が分岐される。受電量の通知が受信されなかったり（無線通信リンクの異常）、受電量と送電量との比較から損失が基準以上に大きかったり（無線電力供給リンクの異常）した場合は、異常有りと判定される。また、ここでは、オペレータからの明示の停止命令があった場合もステップＳ１１２へ制御を分岐させればよい。
【００５８】
ステップＳ１１２では、レーザー送電装置１１０は、レーザー出力制御部１２４により、レーザー素子に対する駆動電流の供給を遮断し、レーザー発振を停止して、ステップＳ１１３で本制御を終了させる。
【００５９】
図５（Ａ）には、無線電力供給リンクが遮断されたことにより、異常が発生した場合の異常の検知から停止までの流れが示されている。図５（Ａ）に示すように、無線電力供給リンクが遮断された場合は、レーザー受電装置１５０で受光する放射パワーに損失が発生し、見込みより小さな受電量がレーザー送電装置１１０に通知されることになる。この場合、レーザー送電装置１１０は、この通知された受電量と、自身が送電した送電量とを比較して、無線電力供給リンクの異常を検知し、直ちにレーザー放出を停止することができる。
【００６０】
図５（Ｂ）には、無線通信リンクが何らかの理由で不通となった場合の異常の検知から停止までの流れが示されている。図５（Ｂ）に示すように、無線通信リンクが途絶えた場合でも、レーザー受電装置１５０は、適正な受電量を送信するが、受電量は、レーザー送電装置１１０には伝達されない。この場合は、レーザー送電装置１１０は、受電量が所定時間内に受信できなかったことを検出し、無線通信リンクの異常を検知し、直ちにレーザー出力を停止することができる。
【００６１】
なお、図２〜図５で示した実施形態では、無線通信リンクを介してレーザー受電装置１５０側からレーザー送電装置１１０側へ継続的に受電量が送信している。このとき、送信側で受電量を知るためには、送信側から受信側への方向の通信は、必ずしも要さない。したがって、上述した実施形態では、最大許容値の計算に際して評価する応答遅延時間は、レーザー受電装置１５０側からレーザー送電装置１１０側への片道レイテンシとしてよい。図２〜図５で示した実施形態では、このように片道リンクの通信で済むため、反応時間を短縮する観点からは好ましいといえる。
【００６２】
また、リンク確認を行った以降は、レーザー送電装置１１０側からは異常検知のためのデータ送信を要しないので、リンク確認以降、無線データ通信部１２０の送信方向のリンクを停止し、省電力化を図ってもよい。また、最初に行っていたリンク確認が省略される実施形態であれば、無線データ通信部１２０の送信方向リンク自体を省略してもよい。
【００６３】
上述した実施形態では、レーザー送電装置１１０側で、無線通信リンクを介して受電量を受け取って異常を検知していた。しかしながら、異常検知方法は、上述したものに限定されるものではない。以下、図６および図７を参照しながら、レーザー受電装置１５０側で異常検知を行う他の実施形態について説明する。
【００６４】
図６は、本発明の他の実施形態によるレーザー電力供給システム１００におけるレーザー送電装置１１０およびレーザー受電装置１５０の機能ブロックおよびデータフローを示す図である。なお、図２で示した実施形態と同様の構成部については、同一の符番を付して参照し、以下相違点を中心に説明する。
【００６５】
図６に示すレーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０、最大出力計算部１２２、レーザー出力制御部１２４、異常検知部１２６および送電用レーザー放出部１２８を含む。図６に示すレーザー受電装置１５０は、無線データ通信部１６０および受電用光電変換部１６２に加えて、異常検知部１６４を含み構成される。無線データ通信部１２０，１６０、最大出力計算部１２２、レーザー出力制御部１２４、送電用レーザー放出部１２８および受電用光電変換部１６２は、図２を参照して説明した実施形態と同様の役割を果たす。
【００６６】
レーザー送電装置１１０側の異常検知部１２６は、上述した実施形態と同様に、上記無線通信リンクを介したレーザー受電装置１５０とのデータ通信に基づき、上記無線電力供給リンクの状態を監視し、異常の発生を検知することができる。しかしながら、図６に示す実施形態では、図２に示した実施形態とは異なる方法で無線電力供給リンクの異常を検知する。
【００６７】
まず、レーザー送電装置１１０側では、送電用レーザー放出部１２８から送電量が取得され、取得された送電量が、無線データ通信部１２０によって、レーザー受電装置１５０側へ送信される。そして、レーザー受電装置１５０側の異常検知部１６４が、受電用光電変換部１６２から取得した受電量と、レーザー送電装置１１０から通知された送電量とを比較し、その結果から損失が所定閾値以上とならないかを判定する。
【００６８】
損失が所定閾値以上となった場合は、無線電力供給リンクにおいて異常が発生したと判断される。この場合、レーザー受電装置１５０は、無線データ通信部１６０を介して、レーザー送電装置１１０側へ異常の発生を通知する。レーザー送電装置１１０側の異常検知部１２６は、レーザー受電装置１５０側からの異常の通知を受けて、無線電力供給リンクの異常が発生したことを検知する。
【００６９】
図７は、他の実施形態において、レーザー送電装置１１０およびレーザー受電装置１５０間で交換される情報と、レーザー出力との関係をタイミングとともに模式的に説明する図である。まず、レーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０により、レーザー受電装置１５０に対し、無線通信リンク確認を出力する（図７で黒色の四角で示す。）。リンク確認の入力を受けたレーザー受電装置１５０は、レーザー送電装置１１０に対して無線通信リンク応答を出力する（図７で灰色の四角で示す。）。リンク応答の入力を受けたレーザー送電装置１１０は、レーザー受電装置１５０に対して送電量（図７で数字入りの四角で示す。）の送信を開始する。
【００７０】
レーザー受電装置１５０は、レーザー送電装置１１０から送電量の通知を受信し、受信した送電量と、自身の受電量とを比較し、適正な送受電が行われるかを判定し、その判定結果をレーザー送電装置１１０に対し返信する。レーザー送電装置１１０は、適正な送受電が行われている旨の判定結果を受信した場合は、レーザー出力制御部１２４により、最大許容値を超えない範囲で、レーザー出力を段階的に増大させて行く。
【００７１】
図７には、さらに、無線電力供給リンクが遮断された場合の異常の検知から停止までの流れが示されている。図７に示すように、無線電力供給リンクが遮断された場合は、レーザー受電装置１５０が受光する放射パワーに損失が発生し、通知された送電量から見込まれるよりも少ない受電量となる。レーザー受電装置１５０は、異常が発生したことを検知すると、異常が発生した旨をレーザー送電装置１１０に通知する。レーザー送電装置１１０は、この通知に基づいて異常を検知して、直ちにレーザー放出を停止することができる。
【００７２】
上述した他の実施形態では、レーザー送電装置１１０側からレーザー受電装置１５０側へ継続的に送電量が無線通信リンクを介して送信される。そして、レーザー受電装置１５０側からレーザー送電装置１１０側へ判定結果の通知が無線通信リンクを介して送信される。このとき、送電側で異常を検知するためには、往復の通信が発生する。したがって、最大許容値の計算に際して評価する応答遅延時間は、往復レイテンシとすればよい。
【００７３】
以下、図８および図９を参照して、送受電装置１１０，１５０間の無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの位置合わせについて詳細を説明する。図８は、無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの位置合わせに関する機能ブロック図である。
【００７４】
図８に示すように、送電用レーザー放出部１２８は、前段位置合わせ部１３０と、後段位置合わせ部１３２とを含み構成される。前段位置合わせ部１３０は、無線データ通信部１２０，１６０間の無線通信リンクの確立を通じて無線電力供給リンクの粗い位置合わせを行う。後段位置合わせ部１３２は、前段位置合わせ部１３０による粗調整された結果に基づき、さらにレーザー受電装置１５０からの無線通信リンクを介したフィードバックにより無線電力供給リンクの位置合わせの微調整を行う。
【００７５】
好適な実施形態では、無線データ通信部１２０，１６０は、上述したようにアダプティブ・アレイ・アンテナなどのビームフォーミング・アンテナを実装することができる。ビームフォーミング・アンテナは、複数のアンテナ素子を備え、それぞれのアンテナ素子に異なる位相の信号を入力し、空間で信号合成することにより、ビームの指向性を制御することが可能なアンテナである。ビームフォーミング・アンテナを用いることにより、位相制御によりビームの向きを電子的に変化させることが可能となる。なお、ビームフォーミングの実装は、特に限定されるものではなく、ＲＦ（Radio Frequency）フロント・エンドで実装してもよし、デジタル信号処理で実装してもよい。
【００７６】
上記無線通信リンクの確立を通じて、ビームフォーミングにより、無線通信リンクの指向性が最適化されるので、その指向性を規定する位置合わせ情報（位相情報）が取得される。前段位置合わせ部１３０は、この位置合わせ情報を無線データ通信部１２０から取得し、取得された位置合わせ情報に基づき、レーザー放射の放出方向の初期値を決定する。これにより、レーザー放射の放出方向を粗く調整した状態から、後段の位置合わせを開始させることができる。
【００７７】
レーザー送電装置１１０は、前段の位置合わせがされた状態で、送電用レーザー放出部１２８からレーザー放射を放出させる。レーザー受電装置１５０は、受光用光電変換部１６２でレーザー放射を受光し、無線データ通信部１６０により、レーザー送電装置１１０に対し、自身が受電した受電量をフィードバックする。後段位置合わせ部１３２は、このフィードバックされる受電量に基づいて、受電量が改善する方向にレーザー照射の放出方向の最適化を行う。
【００７８】
なお、レーザー放射の放出方向は、典型的には、レーザー素子の外部に設置された反射鏡の向きを機械的に制御し、レーザー素子から放出されたビームを反射鏡で偏向することにより、制御することができる。このような外部光学系を用いる方法の他、フォトニック結晶を用いたレーザー共振器によりビーム出射方向を制御可能な半導体レーザーも知られている。
【００７９】
図９は、本発明の実施形態による、レーザー送電装置１１０が実行する位置合わせ制御を示すフローチャートである。図９に示す処理は、図４に示したステップＳ１０１で呼び出されたことに応答してステップＳ２００から開始される。ステップＳ２０１では、レーザー送電装置１１０は、レーザー受電装置１５０との間で、ビームフォーミングにより、無線通信リンクを確立させる。なお、説明する実施形態では、本番の電力供給に先だって無線通信リンクが確立される。ここで、本番の電力供給前のレーザー受電装置１５０が必要とする電力は、例えば前回の電力供給時に充電された二次電池、レーザー受電装置１５０が備える一次電池などの適切な手段により賄われているものとする。
【００８０】
ステップ２０２では、レーザー送電装置１１０は、前段位置合わせ部１３０により、ビームフォーミングの結果として得られる位置合わせ情報に基づいて、無線電力供給リンクの粗い位置合わせを行う。ステップＳ２０３では、レーザー送電装置１１０は、送電用レーザー放出部１２８からレーザー放射の放出を開始する。
【００８１】
ステップＳ２０４では、レーザー送電装置１１０は、無線データ通信部１２０により、無線通信リンクを介してレーザー受電装置１５０から受電量を受信する。ステップＳ２０５では、後段位置合わせ部１３２により、所定の収束条件を満たしたか否かを判定する。ここで、収束条件は、受電量が最大となる放出方向を求めて、処理を打ち切るための条件である。
【００８２】
ステップＳ２０５で、受電量が収束していないと判定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ２０６へ制御を分岐させる。ステップＳ２０６では、レーザー送電装置１１０は、反射鏡の２軸のあおり角を調整するなどによって、レーザー放射の放出方向を調整し、ステップＳ２０４へ制御をループさせる。一方、ステップＳ２０５で、受電量が収束したと判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ２０７へ制御を分岐させて、本処理を終了し、図４に示した元の制御に戻す。これにより、送受電装置１１０，１５０間の無線通信リンクおよび無線電力供給リンクの位置合わせが完了する。
【００８３】
図１１は、従来技術におけるレーザー放射の位置合わせについて説明する図である。レーザー光は、典型的には、数１０μｍ未満のスポット径を有する。レーザー光の指向性は高く、レーザー送電装置５００から放出したレーザー光は、レーザー受電装置５１０側では点として観測され、位置合わせは困難となる。図１１に示す従来技術では、所定の広さを有する反射板５１２をレーザー受電装置５１０に設置し、レーザー送電装置５００に設けた撮像装置５０２で、反射板５１２からのレーザー反射光を観測することによって微調整を行っていた。
【００８４】
したがって、撮像装置５０２が撮影する画像５２０上で観測されるビームスポット５２４が、レーザー受電装置５１０の受光領域５２２に位置するように、画像処理を行ってスポット位置を検出しながら、レーザー放射の放出方向を調整する必要があった。このような画像処理は、演算リソースを必要とし、また反射板を設ける必要があるので、計装コストを増大させる要因となっていた。
【００８５】
これに対して、上述した実施形態による位置合わせでは、上述した無線通信リンクを用いたビームフォーミングによる粗い位置合わせによって、概ねレーザー光のスポットを受光領域内に収めることができるようになる。さらに、粗い位置合わせの後は、無線通信リンクを用いて、受電装置１５０側から実際の受電量のフィードバックを受けることによって、送電装置側１１０で微調整がなされる。このため、反射板５１２や撮像装置５０２、画像処理ＩＣなどが不要となり、計装コストの増大を抑制することができる。
【００８６】
以下、上述した無線通信リンクを介したデータ通信に基づいて異常を検知し、異常の発生に応答して無線電力供給リンクのレーザー出力に制限をかける構成を採用することによって供給可能となる電力について、図１０を参照しながら説明する。
【００８７】
上述したように、無線通信リンクの応答遅延時間が短いほど、異常が発生してからレーザー放出を制限するまでの反応時間（ＴＡＴ：ターン・アラウンド・タイム）を短縮することができる。ひいては、被ばくの所定基準を満たす条件の下では、応答遅延時間が短くなるほど、より高出力のレーザー放射が可能となる。図１０は、放出持続時間（ｓ）に対して、ＪＩＳ  Ｃ  ６８０２で規定されるクラス１の基準を満たす総供給電力（Ｗ）をプロットしたグラフを示す。なお、ここで具体的なクラス１を用いて説明するが、例示を目的とするものであって、特に限定されるものではない。
【００８８】
安全衛生情報センターによる「レーザー光線による障害の防止対策について」（http://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/hor/hombun/hor1-29/hor1-29-16-1-0.htm）の別表Ｉ（クラス１のレーザー機器に関する被ばく放出限界）によれば、クラス１では、放出持続時間ｔ＞１０−９ｓ、波長２００〜３０２ｎｍにおいて、２．４×１０−５Ｊが被ばく放出限界ＡＥＬとされている。上述したレーザー放出停止までの反応時間（ＴＡＴ）をＴ［ｓ］とすると、このＴ［ｓ］が上記放出持続時間となる。放出持続時間Ｔ（ｓ）で２．４×１０−５Ｊが上限とされるので、Ｔ［ｓ］の場合の１秒間当たりの放射エネルギー（放出電力）は、２．４×１０−５／Ｔ［Ｗ］となる。図１０を参照しても明らかなように、被ばくの基準を満たす条件の下では、反応時間Ｔが短縮するほど、より大きな電力を供給することが可能となることが理解される。
【００８９】
ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１に規格される２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚ周波数帯の無線ＬＡＮ通信では、ＴＡＴは、図１０に図示する１．０×１０−４〜１．０×１０−３ｓの範囲となる。さらに、これらの周波数帯では、指向性が限定的であり、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）によるレイテンシの増加により、さらに遅くなってしまう。さらに、ＣＳＭＡ／ＣＤ方式では、接続クライアント数の増加により効率が著しく低下する場合があるため、環境によってはさらに遅くなり、応答遅延時間の変動も大きくなる。実環境では、上記無線ＬＡＮのＴＡＴは、数十ｍｓ程度となる。そうすると、無線ＬＡＮ通信リンクの場合、上記クラス１の基準では、実環境で１ｍＷ程度が限界ということになる。
【００９０】
一方、ミリ波は、周波数３０〜３００ＧＨｚをいい、ミリ波無線通信は、典型的には６０ＧＨｚの周波数帯を利用したものが知られているが、これらの周波数帯の電磁波は、指向性が高く、無線局間のダイレクトリンクが形成可能であり、リンク確立後の応答遅延時間を短縮することができる。また、ダイレクトリンクが形成されるミリ波無線通信は、上述したＣＳＭＡ／ＣＤ方式を採用する無線ＬＡＮ通信と比較して、このような方式に起因したレイテンシ増加も見られず、ＴＡＴを短縮する上で有利である。
【００９１】
ミリ波のＴＡＴは、典型的には、図１０に図示するように１．０×１０−６［ｓ］程度とすることができる。したがって、上記クラス１の基準でも、１０Ｗ前後の電力を供給できることが期待される。そして、ワット単位の電力供給が行えれば、消費電力をまかなえる負荷も種々のものが可能となるので、幅広い機器の電力供給を無線化することができる。さらに、今後開発されるより高速な無線通信リンク（現在の実用化されているものより高周波数の帯域を用いるミリ波無線通信や、テラヘルツ波通信（周波数１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ）を用いることにより、さらに反応時間ＴＡＴを短縮することが可能となり、より高出力の電力供給が可能となることも期待される。
【００９２】
また、ミリ波無線通信は、ダイレクトリンクが形成され、無線局間の無線通信リンクを継続的に維持することができるので、レーザー放射中、上述した応答遅延時間を安定的に維持する上でも有利である。また、ミリ波通信では、ダイレクトリンクの通信相手を目標にビームフォーミングにより指向性の最適化が行えるので、応答遅延時間は継続的に最適化が図られる。また、ミリ波は、長い波長の電磁波に比較して高い指向性を有することから、上述したビームフォーミングによる位置合わせにおいても有利となる。
【００９３】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、異常が発生した場合に想定され得る被ばくが所定基準を満たすようにしながら、電磁波の放射による送電を可能とする、送電装置、受電装置、電力供給システムおよび電力供給方法を提供することができる。さらに、本発明の実施形態によれば、異常が発生した場合に想定され得る被ばくが所定基準を満たすようにしながら、電磁波の放射による送電の高出力化を図ることができる。
【００９４】
上述までの実施形態の構成により、商用電源からの受電装置への最後の線（Last one wire）である電源ケーブルを除去することが可能となる。なお、受電装置としては、電磁波の放射による電力供給を受け、所定の負荷に電力を供給する如何なる装置として構成することができる。受電装置としては、好適には、有線の設置コストの高い電子機器、例えば高所に設置されるプロジェクタや監視カメラ、ミリ波無線通信のアクセスポイントなどとすることができる。また、磁界共鳴方式の無線給電より大容量の電力供給が期待できることから、パーソナル・コンピュータ、タブレット端末、携帯電話などの消費電力の大きな装置を受電装置としてもよい。さらに、受電装置および送電装置の両方の構成を備える機器として、無線データ通信および無線電力供給を中継する中継装置を構成してもよい。
【００９５】
なお、上記機能部の一部または全部は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル・デバイス（ＰＤ）上に実装することができ、あるいはＡＳＩＣ（特定用途向集積）として実装することができ、上記機能部をＰＤ上に実現するためにＰＤにダウンロードする回路構成データ（ビットストリームデータ）、回路構成データを生成するためのＨＤＬ（Hardware Description Language）、ＶＨＤＬ（VHSIC（Very High Speed Integrated Circuits） Hardware Description Language））、Ｖｅｒｉｌｏｇ−ＨＤＬなどにより記述されたデータとして記録媒体により配布することができる。
【００９６】
また、これまで本発明の実施形態について、最大許容露光量（ＭＰＥ）および被ばく放出限界（ＡＥＬ）を一例として説明してきたが、被ばくの基準は、特に限定されるものではない。基準にかかる被ばくは、人体が電磁波に曝されることの他、動物、物品等が電磁波にさらされることなど、あらゆる態様の被ばくを含み、被ばくの基準は、これらあらゆる態様の被ばくに対し、許容される、あるいは上限として推奨される、被ばく量を定める基準であってよい。
【００９７】
これまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９８】
１００…レーザー電力供給システム、１０２…電源、１１０…レーザー送電装置、１１２…アンテナ、１１４…レーザー素子、１２０…無線データ通信部、１２２…最大出力計算部、１２４…レーザー出力制御部、１２６…異常検知部、１２８…送電用レーザー放出部、１３０…前段位置合わせ部、１５２…後段位置合わせ部、１５０…レーザー受電装置、１５２…アンテナ、１５４…光電変換素子、１６０…無線データ通信部、１６２…受電用光電変換部、１６４…異常検知部、１９０…負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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