(57)【要約】  一実施形態においては、光源を含む送信機アセンブリに電気的にパワーが供給される。該光源は、電気パワーを受け取り、その電気パワーを光パワービームに変換する。パワービームは、自由空間を介して、装置の光学／電気パワー変換器に向けられる。光学／電気パワー変換器は、光パワービームを電気形態に変換し、そして電気パワーを装置に供給する。安全サブシステムは、送信機と受信機との間でホットゾーンを越える放射が規制レベルを超えないようにする。
2010510766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気パワーを必要とし、かつ光学／電気パワー変換器を有する装置に、自由空間を介してパワーを光学的に送信するための送信機アセンブリであって、
電気パワーを受け取り、前記電気パワーを光パワービームに変換する光源と、
自由空間を介して、前記光パワービームを前記装置の前記光学／電気パワー変換器に向ける第１の光学要素と、
規制制限の範囲内にあるように、ホットゾーンを超える光パワービーム反射を能動的に制限する安全サブシステムと
を含むことを特徴とする送信機アセンブリ。
【請求項２】
前記安全サブシステムは、リアルタイムに光パワービーム反射を能動的に制限することを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項３】
前記ホットゾーンは、前記送信機アセンブリから前記光学／電気変換器への間の前記パワービームの経路に加えて、隣接するバッファエリアを含むことを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項４】
前記安全サブシステムは、前記装置への前記光パワービームの経路を含む視野を有するカメラを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項５】
前記安全サブシステムは、前記送信機アセンブリによって送信される前記光パワービームのパワーレベルを監視する前記光源に近接して配置される光検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項６】
前記安全サブシステムは、前記パワービームの一部をモニタフォトダイオードに向けるビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項７】
前記安全サブシステムは、前記送信機アセンブリによって送信される前記光パワービームのパワーと、前記装置によって受信される前記光パワービームのパワーとに基づいて前記光源を制御するプロセッサを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項８】
前記光源は、１４００ｎｍより長い波長で光パワービームを生成する少なくとも１つのレーザを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項９】
前記光パワービームは、１平方ミリメートル当たり少なくとも１ミリワットのパワー密度を有することを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項１０】
前記装置の前記光学／電気パワー変換器に自由空間を介して前記光パワービームを向けるための２軸機械システムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項１１】
電気パワーを必要とする装置に自由空間を介してパワーを光学的に送信するためのシステムであって、
装置のために電気パワーを生成する光学／電気パワー変換器と、
前記光学／電気パワー変換器から遠隔に配置されている送信機アセンブリであって、
電気パワーを受け取り、前記電気パワーを光パワービームに変換する光源と、
自由空間を介して、前記光パワービームを前記デバイスの前記光学／電気パワー変換器に向ける第１の光学要素と、
を備える送信機アセンブリと、
規制限度の範囲内になるようにホットゾーンを超える光パワービーム反射を能動的に制限する安全サブシステムと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
ビームガードをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ビームガードは、カメラを備えることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記カメラは、前記光学／電気変換器の表面から反射光を監視することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記安全サブシステムは、
前記光学／電気パワー変換器に接続され、信号を送信する信号デバイスと、
前記送信機アセンブリに接続され、前記信号を受信する信号受信機と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記安全サブシステムは、前記光学／電気パワー変換器から前記送信機アセンブリへの情報チャネルをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記情報チャネルは、受信されるパワー信号をリアルタイムに前記送信機アセンブリに供給し、または送信されるパワーをリアルタイムに前記光学／電気パワー変換器に供給する、あるいはそれら両方を供給することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記安全サブシステムは、電流および電圧検出器、ならびに前記パワービームの一部をフォトダイオードに供給するビームスプリッタからなるグループから選択される１つを備えて、前記光学／電気パワー変換器によって受信される前記パワービームの前記パワーを監視することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記光パワービームを前記第１の光学要素から前記光学／電気パワー変換器に再度方向付けるミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記光学／電気パワー変換器は、フォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記光学／電気パワー変換器の表面に近接して再帰反射面をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記光学／電気パワー変換器は、前記パワービームに対して角度付けされたパワー変換要素を備え、前記角度付けされたパワー変換要素の表面からの指向性反射は、調節板によって吸収されることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記安全サブシステムは、リアルタイムに、光パワービーム反射を能動的に制限することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ホットゾーンは、前記送信機アセンブリから前記光学／電気変換器への間の前記パワービームの経路に加えて、隣接するバッファエリアを備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２５】
電気パワーを必要とする装置に自由空間を介して光学的にパワーを送信するための方法であって、
自由空間を介して送信される光パワービームを前記装置用の電気パワーに変換するステップと、
前記光パワービームの送信されるパワーと、前記光パワービームの受信されるパワーとの間で光パワー計算を実行するステップと、
送信のための安全条件を信号で伝達するパワー計算に応答して、
受信される電気パワーを前記光パワービームに継続して変換するステップと、
前記装置に自由空間を介して前記光パワービームを継続して送信するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
光パワー計算を実行する前記ステップは、リアルタイムに実行されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
光パワー計算を実行するステップは、
前記光パワービームの前記送信されるパワーをリアルタイムに追跡するステップと、
前記光パワービームの前記受信されるパワーをリアルタイムに追跡するステップと
を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
送信のための安全条件の違反を信号で伝達する光パワー計算に応答して、人間への暴露に対して規制限度を超えるのを回避するのに十分なほど素早く前記光パワービームをオフに切り換えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
自由空間光パワービーミングシステムを動作する方法であって、
光パワービームとして送信機アセンブリによって送信されるパワーの第１の量を判定するステップと、
受信機によって受信される前記ビームからのパワーの第２の量を判定するステップと、
ホットゾーンの外側で反射される前記ビームからのパワーの第３の量を判定するステップと、
規制制限を超えるパワーの第３の量に応答して、前記光パワービームの送信を停止するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記第３の量は、指向性、または無指向性として前記ビームの反射を特徴付けることによって一部判定されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記受信機によって、前記送信機アセンブリに戻るように反射されたパワーの第４の量を判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
照明される表面からの反射の方向および強度を判定する方法であって、
入射光に対して少なくとも２つの角度から装置の表面を検査するステップと、
前記少なくとも２つの角度のうちの第１の角度から観測される反射光の第１の量を、前記少なくとも２つの角度のうちの第２の角度から観測される反射光の第２の量と比較するステップと、
入射角から独立している反射光の前記量の判定に応答して、前記反射光を無指向性散乱として特徴付けるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記少なくとも２つの角度のうちの少なくとも一方は、ミラーを使用して得られることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
反射光の前記量は角度から独立していないとの判定に応答して、前記反射光を指向性として特徴付けるステップと、
規制を順守しているかを判定するために、ホットゾーンの外側の点について、前記無指向性反射と前記指向性反射とを合計するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
電気パワーを必要とし、かつ光学／電気パワー変換器を必要とする装置に、自由空間を介してパワーを送信する方法であって、
光学／電気パワー変換器を識別するステップと、
パワービームパルスを前記光学／電気パワー変換器に送信するステップと、
前記光学／電気パワー変換器からの応答を受信するステップであって、前記応答は、前記送信されるパワービームパルスから一部パワー供給されたステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
光学／電気パワー変換器を識別するステップは、前記光学／電気パワー変換器上の印を識別するカメラを備えることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年１１月２１日に出願した「Reflection-Safe Receiver for Power Beaming」という名称の米国特許仮出願第６０／８６６，８０７号から優先権を主張するものであり、その開示は、本明細書にこれを引用して組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電気的にパワー供給される装置への自由空間光パワー送信に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、一般家庭やビジネスの電気および電子の装置は、５つのタイプの電源からパワーを受け取る。（１）壁コンセント、（２）他の電気的装置、（３）再充電可能なバッテリ、（４）使い捨て可能なバッテリ、および（５）太陽電池である。
【０００４】
第１に、多くの一般家庭やビジネスの電気および電子装置は、壁コンセントにプラグ接続される。一例が電源コードを有するランプである。コードの長さは、ランプがコンセントからどのくらい離れて配置可能であるかで制限する。コードは、絡まったりするか、または躓きの危険になる可能性がある。コードは、目障りである場合がある。さらには、パワーを必要とするすべての装置に対して十分なコンセントが無い場合もある。
【０００５】
第２に、一部の一般家庭やビジネスの装置は、別の装置に直接プラグ接続される。一例がステレオにプラグ接続されるステレオスピーカである。この場合、スピーカは、コンセントにプラグ接続される必要はないが、やはり、ワイヤがスピーカにステレオを接続させて、上述（すなわち、絡まり、躓きの危険性や目障り）のような、類似の不利点を招く。加えて、１つの装置を別の装置にプラグ接続させる必要のあるシステムは、コストのかかる、困難な取付けをしばしば伴う。装置のうちの一方または双方を後で移設することは、それらの装置がワイヤまたはコードによって接続されなくてはならないという事実により複雑になる。
【０００６】
第３に、一部の一般家庭やビジネスの装置は、再充電可能なバッテリによって動作する。例えば、電気カミソリ、コードレスドリルや携帯電話が含まれる。これらの装置はやはり、再充電するためにコンセントからのパワーが必要である。この場合も、便利なコンセントよりも多くの充電器がある場合があり、バッテリは、使用中、不都合なときに切れる場合もある。
【０００７】
第４に、一部の一般家庭やビジネスの装置は、使い捨て可能なバッテリによって動作する。旅行用目覚まし時計や携帯用ラジオは、しばしばこのように動作する。これらの装置は、それほど強力でないことが多い。また、時間がたてば、バッテリを交換する必要がある。
【０００８】
第５に、一部の装置は、太陽電池によってパワー供給される。例えば、ポケット電卓は、一般に、太陽電池によってパワー供給される。これらの装置も、それほど強力でないことが多い。パワーが制限されるという理由で、太陽電池は電源デバイスとしてまれにしか使用されない。
【０００９】
現在のところ、発明者の知る限りでは、一般家庭やビジネスの装置へのパワーに対する完全にコードレスの解決策は得られていない。
【００１０】
いくつかの実験の場では、科学者達は、自由空間を介してパワーを送信することを試みてきた。例えば、２０世紀初頭に、Ｎｉｃｏｌａ  Ｔｅｓｌａは、パワーを大量に空気中を超えて送ろうとしたが、成功しなかった。非特許文献１を参照のこと。
【００１１】
別の例として、ＮＡＳＡは、マイクロ波パワーをレクテナに送るための実験を行っている。レクテナ、すなわち整流アンテナは、直流電流を出力する。非特許文献２を参照のこと。マイクロ波は、レーザと比較して、少なくとも４つの実質的な不利点を有する。第１には、連邦通信委員会規制に基づく計画的なエミッタとして、マイクロ波エミッタには、ライセンシングや帯域幅が必要である。第２には、マイクロ波は、信号干渉を引き起こす可能性があり、それらは規制されたスペクトル内で動作するという理由で、あらゆる望ましくない反射が干渉を引き起こすことになる。第３には、一般に、マイクロ波部品は、光学部品ほど製造および協働がし易くない。第４には、マイクロ波エミッタは、人の周辺では安全でない可能性があり、マイクロ波放射は熱傷を引き起こす可能性があり、癌につながる。
【００１２】
マイクロ波システムに関するより詳細については、以下の特許を参照されたい。「Remote piloted vehicle powered by beamed radiation」（特許文献１参照）、「Microwave-powered aircraft」（特許文献２参照）、「Power-beaming system」（特許文献３参照）、「Dual Polarization Reception and Conversion System」（特許文献４参照）、「Orbiting Solar Power Station」（特許文献５参照）。
【００１３】
ＮＡＳＡは、宇宙から地球にパワーをビーミング(beaming)する研究および飛行機の滞空時間を長くする研究の一部として、レーザを使用して、小型モデル飛行機にパワー供給した。非特許文献３を参照のこと。これを行うために、実験者達は、１ｋＷのレーザを旋回台上に設置し、ある範囲のモデル飛行機を手動で追跡した。彼らは、商業用の用途において安全でなく、または効果的でないようなやり方で、目に安全でないレーザを使用した。これらの方法は、光エネルギーがどこへ行くか、またはそのエネルギーがＦＤＡ認可の制限内であるかどうかを明らかにする術がなかった。
【００１４】
レーザまたは光学システムに関するより詳細については、以下の特許を参照されたい。
【００１５】
「Optically powered remote microdevices employing fiber optics」（特許文献６参照）には、離れたところで装置がレーザによりパワー供給可能であることが示されている。しかし、このシステムは、装置が光ファイバによってレーザに接続されている必要がある。類似のシステムは、ＪＤＳ−Ｕｎｉｐｈａｓｅ，Ｉｎｃ．によって販売されている。
【００１６】
「Wireless power supply method」（特許文献７参照）は、可視光を使用して、小型マイクロマシンを駆動する。該方法は、オーディオスピーカのような大きい負荷を駆動するほど十分なパワーは供給しない。該方法は、目に安全な波長でのものではない。該方法は、人間への暴露が規制制限の範囲内にとどまることを確実にするためのシステムを含んでいない。該方法は、光パワービームを光電池に送る手段を示していない。
【００１７】
「Methods and apparatus for beaming power」（特許文献８参照）には、航空機または他の物体に光をビーミングするためのシステムが示されている。該装置は、ＮＡＳＡによって論証されているように、ギンブル（gimble）上にレーザを含む。該装置は、そばにいる人間の保護されていない目に対する損傷を防ぐための予防措置が欠けているという理由で、かつ該装置は、全体的に遮られないようにするための手段を持っていないという理由で、家庭またはビジネスで使用するのに適していない。パワー送信機と物体との間の見通し線が、家庭またはビジネスでは得られないことが多い。
【００１８】
特許文献９に記載されているシステムは、安全サブシステムが欠けている。結果として、人間がパワービームの経路に干渉する場合、人間への暴露が規制制限を超えないようにするための機構がない。光を受け取る表面からの反射は制約されておらず、また、規制制限を超えて人間への暴露がもたらされる可能性があるという理由で、該システムはさらに安全でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第６，３６４，２５３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，５０３，３５０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，０６８，６６９号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９４３，８１１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，０７８，７４７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，６０２，３８６号明細書
【特許文献７】米国特許第６，６３５，８１８号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／００４６７６３号明細書
【特許文献９】米国特許第７，０６８，９９１号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｂｓ．ｏｒｇ／ｔｅｓｌａ
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｕｒａｓｃ．ｋｙｏｔｏ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｐｌａｓｍａ−ｇｒｏｕｐ／ｓｐｓ／ｈｉｓｔｏｒｙ２−ｅ．ｈｔｍｌ
【非特許文献３】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎａｓａ．ｇｏｖ／ｃｅｎｔｅｒｓ／ｄｒｙｄｅｎ／ｎｅｗｓ／ＦａｃｔＳｈｅｅｔｓ／ＦＳ−０８７−ＤＦＲＣ．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の態様は、安全性の予防措置を取っていない人が存在する平均的な家庭またはオフィスなどの場所で使用するのに安全なやり方で、自由空間を介してパワーを光学的に伝達するための装置および方法を含む。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
一実施形態においては、光源を含む送信機アセンブリは、電気的にパワー供給される。光源は、電気パワーを受け取り、その電気パワーを光パワービームに変換する。そのパワービームは、受信機とも呼ばれる装置である光学／電気パワー変換器に自由空間を介して向けられる。光学／電気パワー変換器は、光パワービームを電気の形態に変換し、したがって、電気パワーを装置に供給する。安全サブシステムは、たとえ光学面が汚染されているか、もしくは汚れている場合でも、または他の同様な実在の状況にあっても、送信機および受信機の付近の人間が規制制限を超えて放射を受けないことを確実にする。
【００２３】
光パワービーミングシステムは、ビーム経路に入ることによって、またはシステム部品の表面から発生する漂遊反射もしくはシステム内の汚染物質を受け取ることによって、人間が害を受けることになる危険性を減らすか、またはなくすことが可能である。一実施形態においては、パワービーミングシステムは、（１）人間および他の物体が、光パワービームに直接接触しないようにするためのビームガードと、（２）拡散層、調節板および／または再帰反射器を使用することによって、ビーム経路外の反射を減らすように設計された送信機アセンブリおよび光学／電気パワー変換器と、（３）汚染、位置合わせ不良、および他の類似の状況を含む非理想的なイベントの場合に人間を保護する安全サブシステムとを含む。セーフガード（１）および（２）は、清潔で、よく管理された環境で動作させるために設計されたシステムに対しては十分であろう。しかし、（３）は、汚染、位置合わせ不良、または他の類似の状況のイベントにおいて、光パワービームシステムの付近の人間が、規定された規制制限を超えてシステムから漏れる反射された光学的な放射に暴露されないことを確実にする。
【００２４】
一実施形態においては、送信機アセンブリは、光学／電気パワー変換器をサーチするためのカメラを含む。カメラが、可能な光学／電気パワー変換器を発見した場合、送信機アセンブリは、光学／電気パワー変換器とハンドシェイクすることを試みる。一手法においては、ハンドシェイクは、送信機アセンブリからの一連の光パルスと、受信機の小型フォトダイオードからの一連の光パルスと、を含む。他のハンドシェイクの方法も可能である。
【００２５】
ハンドシェイクが成功した後、安全サブシステムは、送信機アセンブリが光学／電気パワー変換器を安全に照明することを確実にするように光パワーの計算処理の動作を行う。例えば、光パワー計算処理では、送信機アセンブリから射出するが、光学／電気パワー変換器に受け取られるわけでも、また送信機に戻って反射されるわけでもない光パワーを計算しようと試みることが可能である。その光パワーが計算されない場合、人間に害をもたらす可能性がある。光パワー計算が、送信するための安全条件を信号で伝達する場合、レーザは、正常な動作をするためにオンされる。光パワー計算処理は、安全条件が維持されることを確実にするために継続的に実行する。安全条件の違反があった場合、是正措置および／または安全措置が取られる。例えば、レーザは、人間への害の危険性を避けるのに十分なほど素早くオフに切り換えることができる。
【００２６】
一実装形態において、安全サブシステムは、部分的に送信機アセンブリに配置され、一部分は光学／電気パワー変換器に配置される。例えば、光検出器は、送信機アセンブリにおける光学部からの戻り反射を監視することが可能であり、したがって、光パワービームの送信パワーを間接的に監視する。ビームスプリッタもまた使用可能である。光学／電気パワー変換器において、電流および／または電圧検出器は、光学／電気パワー変換器によって生成される電流および／または電圧をそれぞれ監視することが可能であり、したがって、光パワービームの受信パワーを間接的に監視する。この測定値は、光学／電気パワー変換器における信号デバイスから、送信機アセンブリにおける信号受信機に、逆情報チャネルによって送信機アセンブリに伝達可能である。一実装形態においては、受信用装置は、信号をビーム経路に沿って戻って伝播するための光学部を有するＬＥＤまたはＶＣＳＥＬなどの光源を備え、送信機は、受信機へのビーム経路に沿う視野を形成する光学部を有するフォトダイオードを備える。一手法において、光パワービームは、オンの状態を継続するための信号を光学／電気パワー変換器から定期的に受け取らない場合に、自動的にタイムアウトする（かつ、オフにする）。
【００２７】
本発明の様々な実施形態の利点は、以下を含む。（ａ）コードまたはケーブルなしで、パワーを一般的な装置に安全に供給すること、（ｂ）バッテリ充電およびバッテリ充電所の不便さを取り除くこと、（ｃ）壁コンセントの過密状態を減らすこと、および／または（ｄ）同じチャネルによって、パワーとともに信号を供給すること。いくつかの実施形態において、本発明の利点は、ワイヤで装置をコンセントに取り付けることと比較すると、便利さおよび美的価値を含んでいる。いくつかの実施形態において、本発明はまた、表面に全く取付け具の無い風船から作られるライト、内蔵型の冷暖房システムを備える衣服などの新しい用途を可能にし、ならびにパワーを必要とする様々な他の用途および装置を可能にするが、この新しい用途や装置に関してパワーを供給する従来の方法は望まれていない。
【００２８】
本発明の他の態様は、上述の装置の構成要素と、これらの装置を使用するシステムと、を含む。他の態様は、上述のいずれにも対応する方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】一実施形態によるパワービーミングシステムの動作方法の流れ図である。
【図１Ｂ】一実施形態によるパワー計算方法の一例を示す図である。
【図１Ｃ】一実施形態による無指向性散乱または指向性反射により、エリアを判定する例示方法を示す図である。
【図２】システムの一実施形態による概略図である。
【図３】システムの別の実施形態による概略図である。
【図４】一実施形態による光学／電気パワー変換器の前面の印（ｉｎｄｉｃｉｕｍ）の一例を示す図である。
【図５Ａ】一実施形態によるガードビームを含む光パワービーミングシステムを示す図である。
【図５Ｂ】一実施形態による送信機アセンブリの光学部周辺のガードビーム部品の例示構成を示す図である。
【図５Ｃ】いくつかの実施形態により使用されるビームガードの分類法を示す図である。
【図６Ａ】任意表面を示す図である。
【図６Ｂ】一実施形態により複数のイベントに分割された図６Ａの任意表面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図２および図３の例に示すように、無線のパワービーミングシステムの一実施形態は、パワー供給される装置のための送信機アセンブリ２０、自由空間光学経路４０、および光学／電気パワー変換器５０を含む。送信機アセンブリ２０は、電気を光９０に変換する。光９０は、自由空間４０を介して光学／電気パワー変換器５０に進む。
【００３１】
一実施形態においては、送信機アセンブリ２０は、パワーを送信するために、高効率の、目に安全な光源２６と、レーザの焦点や照準を合わせるためのレンズ（複数可）３４およびポインティング機構３６と、ＣＰＵ２２と、を含むことが可能である。例えば、レーザ光源２６は、１４００ｎｍより大きい波長で動作することが可能である。そのようなレーザの例は、ｎＬｉｇｈｔ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ、Ｃｏｖｅｇａおよび他の製造業者によって製造されている。レーザ（複数可）２６からの光９０は、レーザの焦点や照準を合わせるためのレンズ（複数可）３４を通る。好ましい実施形態においては、出射光９０は、ほぼコリメートされ、実質的に均一なプロファイルを有し、ビーム強度は、例えば、１ｍＷ／ｍｍ2〜１０ｍＷ／ｍｍ2である。
【００３２】
出射光９０の照準を合わせるために、送信機アセンブリ２０の中のポインティング機構３６が使用できる。一実施形態においては、ポインティング機構３６は、出射光９０の照準を合わせ、次いで、所定位置に固定するように調整可能なノブによって動作する機械的パンチルト（ｐａｎ−ａｎｄ−ｔｉｌｔ）などの２軸機械システムである。任意に、可視のアライメントレーザ３８が、システムの照準合わせおよび位置合わせをし易くするために使用することができる。コリメートされた表示用レーザ３８からのビームは、光９０の経路と平行に進む。したがって、光／電気パワー変換器５０を横断するように適切に位置合わせされている可視の表示用レーザ３８からのビームをユーザが見ることができるとき、光源２６もまた適切に位置合わせされている。あるいは、レーザの焦点を合わせ、レーザをポインティングするための機構３６は、ＣＰＵ２２からパワー供給され、制御されるモータ駆動の２軸機械システムであることも可能である。例えば、機構３６は、パワー供給されるパンチルトシステムであることが可能である。あるいは、パンチルト機構４４が、後述のように、ミラー４２を操作して、光を向かわせることも可能である。
【００３３】
図２および図３に示す光パワービーミングシステムは、様々なセーフガード（ｓａｆｅｇｕａｒｄ）を実装することができる。これらのセーフガードは、万一、人間がビーム経路に入っても、彼らがビームを直接遮らないようにすることと、およびシステム部品またはシステム内部の汚染物質の表面から生成される漂遊反射を抑えることとの両方から、光学的放射の危険なレベルに人間が暴露しないようにする。
【００３４】
例えば、ある実装形態においては、パワービーミングシステムは、パワービーム９０の周辺に置かれるビームガードを含む。ビームガードは、ビームガードの経路に入る物体を検出する。図５Ａおよび図５Ｂに示すビームガードの一例は、パワービーム９０の周辺に置かれる一連のガードビーム５０２である。パワービーム９０より低いパワー強度の光ビームが、それぞれ個々の光送受信機５０１によって生成され、パワービーム９０と平行に伝播するように方向付けられる。ガードビーム５０１は、光／電気変換器５０の外部の周辺に置かれた個々の反射器５０４から反射して、光は光送受信機５０１に戻る。
【００３５】
ガードビーム５０１の環状部は、保護されたほぼ円筒形のエリアを形成し、その幅は、矢印５０８で示される。保護されているエリアは、パワービーム９０の経路に加えて、送信機アセンブリ２０から光学／電気変換器５０の間の全長距離を伸張するパワービーム９０およびガードビーム５０１の間に合理的に隣接したバッファエリア５０９を含む。この保護されているエリアは、本明細書では、ホットゾーンと呼ばれる。一部の実施形態においては、ビームガードの構成に応じて、ホットゾーンは、断面が正方形、長方形、楕円形、または任意の他の閉じた形状にすることができる。ガードビーム５０１は、ある物体がホットゾーンの外側からホットゾーンに入ろうと試みたときに、これを検出するために使用される。
【００３６】
物体が、ガードビーム５０２の経路に入った場合、個々の送受信機５０１は、侵入を記録し、レーザ２６をオフにするか、または最低でもレーザがオンし続けないように、ＣＰＵ２２に信号で伝達することが可能である。ガードビーム５０２の数、形状、および位置決めは用途に応じて異なることが可能である。ビームガードの目的は、パワービームが、しばしば、ホットゾーンに入る可能性のある物体と直接接触するようになることを防ぐことである。
【００３７】
図５Ａおよび図５Ｂに示されているビームガードは、単に例に過ぎず、他の形態のビームガードもまた可能である。図５Ｃは、いくつかの異なる種類のビームガード５５０の分類法を示している。概括的なカテゴリとして、ビームガード５５０は、ガードビームを生成する送信機上に光源（５５１）を備えることが可能であるか、またはビームガードが導管などの物理的囲い（５５２）であることが可能であるか、またはビームガードが光検出器を受動的に使用すること（５５３）により形成することが可能であるかである。送信機５５１上の光源を使用するビームガード５５０のカテゴリ内では、２つのタイプが送信機上にフォトダイオードを有し、そのうちの一方は、受信機上に反射器を有し（５５４）、そのうちのもう一方は、受信機上で再帰反射器を使用する（５５５）。あるいは、フォトダイオードは、受信機上にある（５５６）ことも可能である。カメラを使用する撮像システム（５５７）は、送信機上に光源５５１があっても、無くても、ビームガード５５０として機能することが可能である。カメラ５５７は、その視野が全ビーム経路を含むならば、ビームガード５５０として働くことが可能である。この場合には、画素において見られる照明値は、異物がカメラの視野内に取り込まれることに応答して変動する。
【００３８】
実装可能なセーフガードの別の形態では、拡散層、調節板、または再帰反射器を使用することによって、ビーム経路の外側の反射を抑えるように、送信機アセンブリ２０および光学／電気パワー変換器５０を設計しており、本明細書に引用して組み込まれている２００６年１１月２１日に出願の同時係属中の米国特許仮出願第６０／８６６，８０７号明細書、名称「Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ｓａｆｅ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂｅａｍｉｎｇ」に詳細に記載されている。簡潔には、拡散層などの意図的な散乱媒体は、パワービーム受信機に加えられ、それにより、パワービーム受信機の前面に入射する平行な光線は、一連の角度により散乱する。結果として、システムから漏れるいずれの光も拡散される。光学／電気パワー変換器のパワー変換要素に対するパワー変換要素は、一実施形態により、入射光を調節板内に反射するように構成可能である。この実施形態においては、パワー受信要素は、入ってくるビームに対して傾斜可能である。したがって、その表面から反射されるすべての光は、調節板によって捕捉される。調節板は、少なくともシステムが動作する波長で圧倒的に光を吸収する任意の材料で製造可能である。例示の材料は、黒陽極酸化アルミ、または光吸収性の布でカバーされている剛体材料を含む。あるいは、小型で、中空の反射防止コーティングされた一連のコーナーキューブ再帰反射器は、パワー受信要素の前に配置可能である。コーナーキューブ再帰反射器の表面からの反射は、例えば、汚染物質（油、水など）によっても、送信機アセンブリ２０に経路に沿って戻って安全に反射される。固体再帰反射器ではなく、中空の再帰反射器を使用する方が好ましく、それは、固体再帰反射器の平面上の油または水は、再帰反射するのを止め、そして垂線に対して反射角が入射角の反対となるような方向に反射を開始するからである。中空の再帰反射器上で、油または水は、再帰反射を単純に増大させることができる。
【００３９】
セーフガードが送信機アセンブリ２０および光学／電気パワー変換器５０の設計内に組み込まれることに影響をもたらす１つの要因は、受信機とパワービームとの間の角度が固定されているかどうかである。角度が固定されている場合は、調節板、およびある角度に向けられた１つまたは複数のフォトダイオードは、再帰反射器および平らなフォトダイオードに比べて、特に汚染の状態下においては、光が受信機から漏れる可能性のあるエリアを少なくする。拡散層もまた、角度が固定されている場合に使用可能であるが、それは、安全性をそれほど改善しないことが多い。角度が固定されていない場合は、再帰反射器、および１つまたは複数の平らなフォトダイオードが有益である。なぜならば、それらが、多数の角度からの光を受け入れるからである。しかし、光が反射可能であるエリアは、調節板の設計に関連して大きい。これらの設計においては、拡散層が、再帰反射器の背面、またはフォトダイオード（複数可）の前面からの反射を抑えるのに役に立つことができる。
【００４０】
上述に加えて、または代替として実装可能であるさらなる別の形態のセーフガードは、光パワービームシステムの付近の人間が、システムのホットゾーンから漏れた反射される光学的放射に対して、規定された規制限度を超えて暴露されないようにすることを確実にする安全サブシステムである。動作中、蒸気、塵、または別の汚染物質は、ビーム経路に入る可能性があるが、あまりにも微細なので、ビームガードによって捕集されることは不可能である。ビーム経路内のそのような汚染物質は、ホットゾーンの外側のエリアにビームの反射を招く可能性がある。通常の動作中、スクラッチ、塵、凝縮体などは、システムの表面に蓄積する可能性があり、それはまた、意図せずに、光がホットゾーンの外側で反射される原因となる可能性がある。能動型ミラーが、時間とともにシステム部品の一部の動作を補うことが可能であっても、システムは、振動するか、またはずれ動く可能性があり、それにより、ビームは受信機と位置合わせ不良になり、それはまた、システムのホットゾーンから漏れる放射をもたらす可能性がある。これらのいずれの状況下でも、安全性および効率性について規格内にあるシステムが工場から出荷されたとき、時間とともに規格外になる可能性がある。安全サブシステムは、システムの継続的動作が光パワービームシステムの付近の人間に対して危険をもたらすことになるような状態に悪化したときを判断するために使用される。安全サブシステムの様々な実施形態は後述する。
【００４１】
図２および図３の例示実施形態に示されるように、無線のパワービームシステムは、安全サブシステムを含む。この例における安全サブシステムは、単一のプラスチックレンズを有するＫｏｄａｋのＣＭＯＳ  ＶＧＡカメラなどのカメラ２４と、カメラ２４と同じ経路に沿ってポインティングする照明光源３０と、光学／電気パワー変換器の信号送信用ダイオード６０と同じ波長の感度の信号受信フォトダイオード３２と、パワーレーザ２６と同じ波長の感度のモニタフォトダイオード２８と、出射光９０の一部をフォトダイオード２８上に撮像する光学部３４と、パワーレーザ２６を制御するＣＰＵ２２と、光ビーム９０におけるパワーを計算するソフトウェア（図示せず）と、を含む。
【００４２】
この実施形態においては、カメラ２４、照明ダイオード３０、信号受信フォトダイオード３２、およびアライメントレーザ３８のすべては、光９０と実質的に同軸上に取り付けられている。一実施形態においては、それらの視野は、レーザ（複数可）２６の視野と実質的に類似しており、かつその視野よりも広い。これにより、安全サブシステムにおける位置合わせおよび使用を容易にする。一実施形態において、２０メートルでは、それらの視野は、レーザ（複数可）２６の視野の約４倍でなければならない。照明ダイオード３０は、近赤外線ＶＣＳＥＬにすることができて、例えば、台湾のＴｒｕｅｌｉｇｈｔ  Ｃｏｐｏｒａｔｉｏｎにより製造される８５０ｎｍのＶＣＳＥＬなどである。特定の用途に対してより高いパワーが望ましい場合、ウィスコンシン州、マディソンのＡｌｆａｌｉｇｈｔから入手可能である、８０８ｎｍの端面発光レーザを使用することができる。光学／電気パワー変換器の送信用ダイオード６０は、例えば、コリメートされた赤色ＶＣＳＥＬが可能である。したがって、信号受信フォトダイオード３２は、例えば、シリコンフォトダイオードであることが可能である。
【００４３】
モニタフォトダイオード（複数可）２８は、ゲルマニウムフォトダイオードであることが可能である。一実施形態においては、モニタフォトダイオード２８は、レーザ（複数可）２６に近接して取り付けられ、それにより、それは、レンズ（複数可）３４から戻り反射を受けるようになる。あるいは、ビームスプリッタも使用可能である。
【００４４】
ＣＰＵ２２は、カメラ２４およびダイオード２８、３２からのデータを処理するのに十分な任意の標準的なＣＰＵであることが可能である。例えば、５０ＭＨｚ以上のＡＲＭ７ベースのマイクロプロセッサが好ましい。
【００４５】
図２および図３に示す実施形態においては、送信機アセンブリ２０と光学／電気パワー変換器５０との間に自由空間がある。図２に示す実施形態においては、光９０は、障害物９２が経路内にあるという理由で、光学／電気パワー変換器５０の方向にポインティングしない。送信機アセンブリ２０と光学／電気パワー変換器５０との間には、光を向け直すための少なくとも１つのミラー４２がある。一実施形態において、ミラー４２は、ポインティング機構３６に類似するようなパンチルト機構４４に加えられた小型（７５ｍｍ×７５ｍｍ）ミラーである。取付け中、アライメントレーザ３８がオンされることが可能であり、機構４４は光９０を導くのに用いることができる。適切なアライメントがなされた場合、パンチルト機構４４は、所定位置に固定できる。一例においては、図２に示されているシステムは、天井に取り付けられたライトを照明するために、個人のリビングルームにおいて使用可能であり、その負荷は約２０ワットである。当業者には、多かれ少なかれパワーを要求する装置が、本明細書で説明されている本発明の原理から逸脱することなくパワー供給されることも可能であることを認識するであろう。
【００４６】
図２はまた、その前面に印を任意に有する光学／電気パワー変換器５０の一実施形態を示している。印は、図４を参照して後述する。この実施形態においては、光学部５８は、拡散層６４を介して、かつパワー変換フォトダイオード（複数可）５４上に、光９０の焦点を合わせる。一実施形態においては、無線のパワービームシステム内のすべての光学部は、１４００ｎｍの光用にコーティングされる。一実施形態において、光学部５８は、フレネルレンズを含む。一部の実装形態においては、光学部５８は、１０：１を超える率でフォトダイオード上に焦点を当てる。
【００４７】
光学／電気パワー変換器５０は、１つまたは複数のフォトダイオード５４を含む。フォトダイオード５４の設計は、負荷の性質に一部左右される。例えば、高効率のパワー変換の場合、ＪＤＳ−Ｕｎｉｐｈａｓｅのダイオードなどのリン化インジウムダイオードが使用可能である。一実施形態においては、リン化インジウムダイオードは、焦点を当てるための１つまたは複数のレンズとともに、例えば、テレビにパワー供給するのに使用される。例えば、携帯電話にパワー供給するための別の実施形態においては、薄膜フォトダイオードが焦点を当てずに使用可能である。パワー変換フォトダイオード（複数可）５４は、一実施形態においては、ＥｄＴｅｋ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄによって供給されるように、ＧａＳｂフォトダイオード（複数可）であることが可能である。別の実施形態において、シリコン光起電性ダイオードに約８００ｎｍでビーム供給するのが有用であろう。複数のダイオードが使用される場合、ダイオードの並直列構成により出力電圧および電流が決まる。
【００４８】
光学／電気パワー変換器５０もまた、信号デバイス６０と、印５６と、電流および／または電圧回路６２と、光源６０を制御するＣＰＵ５２と、光パワービームにおけるパワーを計算するソフトウェア（図示せず）とを含む安全サブシステムの一部を含むことが可能である。好ましい実施形態においては、照明ダイオード３０は、８５０ｎｍのＶＣＳＥＬであり、印は３Ｍなどの再帰反射性フィルムから製造される。上述のように安全に動作するために、電流および電圧回路６２は、受信されているパワーを監視する。ＣＰＵ５２は、電流および電圧回路６２を動作し、例えばＩＲ−ＬＥＤ６０を調節することによって送信機アセンブリ２０と通信する。ＣＰＵは、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐによって製造されているものなど、８ビットＣＰＵであることが可能である。ＩＲ−ＬＥＤ６０は、例えば、７８０ｎｍのＬＥＤであることが可能である。
【００４９】
次に、図３を参照すると、無線のパワービームシステムの代替の実施形態が示されている。この構成においては、送信機アセンブリ２０と光学／電気パワー変換器５０との間の経路内にミラーはない。この実施形態は、例えば、負荷が約３〜５Ｗである携帯電話、または負荷が約３０〜５０Ｗであるラップトップ型コンピュータなどの装置を充電するのに、カフェまたはオフィスで使用可能である。図３の例においては、送信機アセンブリ２０は、天井に取り付けられ、下向きに向けられるが、システムの他の配置もまた可能である。この用途においては、薄膜ダイオードは、費用および大きさの理由で、パワー変換フォトダイオード（複数可）５４として働くのに、バルクダイオードよりも望ましい場合がある。また、図２に示されている例示の実施形態とは対照的に、光学部５８は使用されず、光学システムは、図３に示されている実施形態においては焦点を絞り込んでもいない。したがって、図３においては、光拡散層６４が前面である。
【００５０】
図３の例においては、携帯電話などの光学／電気パワー変換器５０を有する装置は、移動可能である。装置を設置してパワーを送るために、この用途において、ポインティング機構３６はパワー供給され、そしてＣＰＵ２２から制御される。例えば、ポインティング機構３６は、パワー供給されるパンチルトシステムであることが可能である。代替の実施形態においては、ポインティング機構３６は固定可能であり、作動ミラーは、ビーム経路を変更し、そしてカメラがスキャンすることを可能にする。
【００５１】
図４は、光学／電気パワー変換器の前面の印を示している。印５２は、十字形６６および周辺部６８を有する。好ましい実施形態においては、周辺部６８は、長方形であるが、それはまた、正方形であってもよく、または任意の他の閉じた形状であってもよい。一実施形態においては、周辺部６８は、光学部５８を取り囲む。一実施形態においては、十字形６６は幅約１ｍｍであり、周辺部６８は、例えば、幅１ｍｍ、またはそれよりも広いことが可能である。ビームガードの違反の場合、反応時間を増大するために、周辺部６８をより広くすることが好ましい場合がある。例えば、システムが２００マイクロ秒でシャットダウンすることが可能である場合、幅１０ｍｍは、５０ｍ／秒で移動する人がいかなる放射にも全く暴露されないようにすることを確実にする。
【００５２】
図１Ａは、安全サブシステムの一実施形態による動作の例示の方法を示している。サーチステップ１０では、送信機アセンブリ２０は、異なる光学／電気パワー変換器を識別して、パワー供給される。一手法においては、カメラ２４は、（例えば、光源３０によって照明される）画像を受信する。画像は、ＣＰＵ２２によって解析され、そのＣＰＵは、光学／電気パワー変換器５０の印５６を探す。この方法のいかなるステップの処理も、ＣＰＵ２２もしくはＣＰＵ５２、またはその両方の組合せにおいて達成可能である。
【００５３】
ランプまたはテレビのように、負荷が定常である場合、レーザ（複数可）は、負荷に照準合わせが可能であり、所定位置に固定可能である。低パワーの可視アライメントレーザ３８が、上述のように、設置のために用いることができる。別の実施形態においては、負荷は、部屋のいたる場所にあってよいか、または携帯電話、ラップトップコンピュータ、もしくは電気掃除機のように、使用中、移動することも可能である。これらの状況においては、カメラ２４は、部屋をスキャンして、サーチステップ１０の間に、負荷をサーチする。
【００５４】
負荷の識別をよりし易くするために、光学／電気パワー変換器５０の表面は、周囲と区別する印５６を有することができる。例示の印５６が図４に示される。好ましい実施形態においては、印５６は、十字形の四角形である。一実装形態においては、印５６は、再帰反射性フィルムから製造され、送信機アセンブリ２０がその照明ダイオード３０をオンするときには、その印をはっきりと視認できるようにする。この照明ダイオードは、カメラ２４の感度の波長で動作する。一実施形態においては、カメラ２４はＣＭＯＳカメラであり、近赤外照明ダイオード３０が使用される。
【００５５】
一実施形態においては、サーチステップ１０はまた、認識ハンドシェイクを含む。カメラ２４に、光学／電気パワー変換器５０であるように見えるものが見えたとき、レーザ（複数可）２６にパワーの一連のパルスを供給する。カメラ２４によって見えた物体が、実際に、光学／電気パワー変換器５０であり、障害物が経路に入ってこなかった場合、光学／電気パワー変換器５０はパワーを受け取る。一実装形態においては、パルスは、例えば、１０ミリ秒の持続時間より短く、パワーは人間に害を与えないほど低い。したがって、たとえ物体が誤判断された場合でも、かつ実際には、それが光学／電気パワー変換器５０でなかった場合でも、物体に送られるパルスは、人間に害を与えるほどのパワーを含有していないことになる。一実施形態においては、パルスは、装置にパワー供給して、認識ハンドシェイクの一部として応答するのに十分なエネルギーを含有している。したがって、光学／電気パワー変換器５０を備える装置は、残留パワーを保有していない場合でも、それがカメラ２４によって発見されると、光学／電気パワー変換器５０は応答可能になってパワーリンクを確立する。
【００５６】
一実施形態において、光学／電気パワー変換器５０は、逆情報チャネル上に信号で伝達することが可能である。例えば、一実施形態においては、ＣＰＵ５２は、ＩＲ−ＬＥＤ６０などの光を点滅させる。信号は、一例としては、１ＭＨｚより大きな一連の光パルスであることが可能である。信号受信フォトダイオード３２は、これらの信号を光学／電気パワー変換器５０から受信する。一実施形態においては、光学／電気パワー変換器は、そのアイデンティティ、そのパワー要求、安全情報、その寸法、および／または動作に有用な他の情報を信号で伝達する。リターン信号がカメラによって識別される装置から受信されない場合、カメラは、継続して別の印５６をサーチする。あるいは、信号伝達は、逆方向に、すなわちＣＰＵ２２からＣＰＵ５２に、開始することができる。
【００５７】
別の実施形態においては、逆情報チャネルは、８０２．１１などの無線周波数送信機であり、信号受信フォトダイオード３２は、無線信号受信機によって置き換えられる。この実施形態においては、２方向の通信経路がある。この２方向の経路を使用して、任意のタイプのデータを送ることができ、これに安全データを含むがこれに限定されない。例えば、音楽は、デジタルまたはアナログ変調を使用して、レーザを変調することによってオーディオスピーカに送信可能である。
【００５８】
サーチステップ１０は、送信機アセンブリ２０が光学／電気パワー変換器５０にポインティングしているか、またはポインティングしていないかという２つの結果のうちの一方を有することが可能である。それがポインティングしていないイベントでは、システムは、それがポインティングするまで継続してサーチすることが可能である。
【００５９】
ステップ１０におけるサーチが成功した場合、光パワーの計算がステップ１２で実行される。このステップは、光パワービームの送信されるパワー（すなわち、送信機アセンブリ２０によって送信される光パワー）と、光パワービームの受信されるパワー（すなわち、光学／電気パワー変換器５０によって受信される光パワー）との間の光パワーを計算する。光パワー計算を実行する一方法は、すぐ後で説明する。パワー計算を実行する他の方法は、図１Ｂおよび図１Ｃを参照して、本明細書で説明する。
【００６０】
一実施形態においては、ＣＰＵ２２は、カメラ２４を使用して、光学／電気パワー変換器５０の一連の画像を撮影することによって、光パワー計算１２を実行する。一実装形態においては、ＣＰＵ２２は、印５６によって画定できる、光学／電気パワー変換器５０の周辺部内の物体を探すカメラ２４からの画像を解析する。例えば、印５６が、再帰反射性フィルムであり、フィルム周辺よりも暗いか、または明るいエリアがある場合、それは侵入である可能性がある。類似の方法が、ビーム経路に関しても同様に使用可能である。どちらの場合でも、カメラ２４は、ビームガードとして働いている。上述のガードビーム５０２など、追加のまたは異なるビームガード機構もまた採用可能である。送信機アセンブリ２０と光学／電気パワー変換器５０との間の光学経路９０における妨害物または障害物は、安全条件の違反と見なされることがある。ＣＰＵ２２はまた、散乱反射および指向性反射について、光学／電気パワー変換器の表面の画像を調べることも可能である。例えば、カメラ３４が光学／電気パワー変換器５０の前面に明るいエリアを検出した場合、ＣＰＵ２２は、反射が、塵のように、無指向性散乱源からのものであるかどうか、または指向性、恐らくは再帰反射性であるかを確認することが可能である。無指向性散乱は、指向性反射とは異なって計算することができる。それは、一般に、（塵からのような）無指向的に散乱される入射光は、（油または水からのような）指向的に反射される同一の入射光より、いずれの方向にも少ない光を送ることになるからである。検出器の前面が平坦であるか、または再帰反射性であるような状況において、表面の汚染物質または漂遊反射が無指向性であるか、または指向性であるかを判定することは、通常、これらの反射を消滅させるための調節板がないという理由で、重要な場合がある。送信機アセンブリ２０への経路に沿って戻る反射を除くいずれの場所への反射はまた、送信するための安全条件の違反である可能性がある。送信機アセンブリは、受信機からその方向に戻って反射される光を消滅させるか、または無指向的に再反射するように設計可能である。
【００６１】
散乱が無指向性であるかを判定するために、照明の角度、またはカメラが反射を見る角度を変えることが可能である。反射を特徴付けるために、２つ以上の光源、または２つ以上のカメラを設けることが可能である。これは、重複可能である。あるいは、作動ミラーを含むシステムが以下のように使用可能である。光源（または、カメラ）が、例えばミラーを使用して、異なる光学経路を介して受信機を見ている間、送信機におけるカメラ（または、光源）も作動し、そして受信機を直接ポインティング可能である場合、受信機を見るための２つの角度が利用可能であり、一方は、送信機と受信機との間の直接経路によるものであり、他方は、ミラーを介する経路によるものである。受信機を見るための２つの角度はまた、システム内の２つ以上の作動ミラーを使用して達成可能である。概して、受信機の表面の１点から検出される反射光の量が、２つの異なる角度からの量と同じである場合、散乱は、分散性である、すなわち、入射角から概ね独立していると仮定することができる。このタイプの分散性反射は、本明細書では、無指向性と呼ばれる。当業者によって認識されることであろうように、用語「無指向性」反射は、球体の一半分と関連付けられる立体角全体にわたって分散される反射を示す。一実施形態においては、光源は、信号内のあらゆるノイズまたはバックグラウンドを取り除くために変調される。
【００６２】
一実施形態においては、ＣＰＵ２２はレーザ（複数可）２６にパルスさせ、光学／電気パワー変換器５０は、そのパルスを受信する。電流および／または電圧回路６２は、どのくらいのパワーがパワー変換フォトダイオード（複数可）５４によって受信されたかについて、光の量および均一性を含むデータをＣＰＵ５２に提供する。パワー変換フォトダイオード（複数可）５４は、通常、遅い応答時間を有するので、パワービームの一部をより高速な検出器（図示せず）に反射することは、有用でありうる。光学／電気変換器５０は、レーザ（複数可）２６からビームされた光パワーに関する、それ自体のモニタフォトダイオード（複数可）２８からのデータが含まれるこの情報を、ＣＰＵ２２に信号で伝達することが可能である。ＣＰＵ２２は、ＣＰＵ５２およびモニタフォトダイオード（複数可）２８からの情報の比較に基づいて安全性評価を行うことが可能である。安全性評価は、システムがＦＤＡ、または他の規制に従っているかどうかを判定する。例えば、ＣＰＵ２２は、すべての光パワーが、適用可能な規制規格の範囲内で計算される場合だけ、送信するための安全条件を信号で伝達することが可能である。
【００６３】
一実施形態においては、光学／電気パワー変換器５０を有する装置が識別されると、システムのベースラインが定められ、次いで継続的に更新される。したがって、一実施形態においては、光パワー計算１２が継続的に作動する。離脱のプロセスにより、光学／電気変換器５０によって受信されず、または光学／電気変換器５０から経路９０に沿って送信機アセンブリ２０に戻って反射されないように、送信機アセンブリ２０により出されたパワーが計算不可能であるとき、パワーはシステムのホットゾーンから漏れていると仮定され、システムの環境内の人またはアイテムに害を与える可能性がある。したがって、送信するための安全条件を確立し、この漏れたパワーの許容できるレベルを設定することができる。パワーが指向的ではなく、無指向的に漏れた場合、空間内でのその配列は様々であり、概して、より安全になる。パワー計算が安全条件は満たされているという判定をもたらした場合、レーザ２６は、光パワービームを継続して送信する。そうでない場合は、矯正措置および／または安全措置が取られる。システムが起動している間、安全条件が違反となった場合、レーザ２６はオンされない。この方法では、再度、サーチ１０に戻ることが可能である。光パワー計算１２が成功すると（すなわち、安全条件が確立されると）、レーザはステップ１４においてオンされる。
【００６４】
一実施形態においては、レーザ（複数可）２６は、ウォッチドッグタイマに従事する。レーザ２６は、それらがオンの状態であるべきことを連続的な短いウィンドウの時間内にＣＰＵ２２が確認しなかった場合、迅速かつ自動的にオフになるように設計可能である。それらは、好ましくは、人間に対して害となる可能性を回避するのに十分なほど素早くオフに切り換えられなくてはならない。あるいは、このシステムは、ＣＰＵ２２が１つまたは複数のレーザ２６をオフできるように構成可能である。どちらの場合でも、安全送信条件の違反に応答して、電気を光パワービームに変換することは迅速に停止される。
【００６５】
用途に応じて、安全条件は、種々のやり方で違反とすることができる。例えば、逆情報チャネルの異常は、安全送信条件の違反と見なすことができる。時間とともに受信されるパワーが減少することは、送信されるパワーが相応して減少していない場合に、安全送信条件の違反と見なされることがある。損失光（例えば、光学／電気パワー変換器から鏡面的に反射され、かつ／または散乱される光を含む）、および障害物の検出について適切かつ安全に明らかにできない場合も、安全送信条件の違反であると見なされることがある。他の例も明白であろう。
【００６６】
図１Ｂは、一実施形態によるパワー計算方法１２の詳細な例を示している。ステップ１００において、送信されるパワーは、受信されるパワーと比較される。この比較は、送信機２０のＣＰＵ２２、または受信機のＣＰＵ５２により実行可能であることに留意されたい。一実施形態においては、安全性を維持するために、まず、送信機は、受信機に伝達される光の量を伝える。送信される量はモニタフォトダイオード２８によって、リアルタイムにサンプリングすることができる。受信機５０によって受信される量が、予期しない値に変動する場合、受信機５０は、安全条件の障害または違反を信号で伝達することが可能であり、送信機２０は、送信を中断することが可能である。受信機５０内の、または代替として、送信機２０内の微分フィルタもまた、受信されるパワーの変化ならびに絶対値を検出するのに使用可能である。ステップ１００において、送信機アセンブリ２０によって送信されるパワーを受信機５０によって受信されるパワーと比較することにより、何の光が吸収されているのか、かつ受信機５０のフォトダイオードの効率性の範囲内にどれだけの量のパワーが熱として放出されているのかが示される。ステップ１００において、システムの表面がどれくらいのパワーを反射しているのかを判定するためのチェックが行われる。ステップ１００はまた、いくつかの実施形態においては、サーチステップ１０におけるハンドシェイクの一部として作動するのに有用にすることもできる。
【００６７】
ステップ１４０において、無指向性散乱によるエリア、指向性反射によるエリア、および吸収のエリアが判定される。これらのエリアを判定するためのプロセスに関するより詳細は、図１Ｃを参照して提供される。
【００６８】
ステップ１６０において、それぞれのエリアの反射性が判定される。送信される光、および装置の表面を見るカメラに受信される光の強度を判定することにより、エリアの反射性が判定可能である。エリアが直立した照明の下で暗く、カメラが直立している場合、または前面が再帰反射性である場合、吸収が生じていると判定される。
【００６９】
ステップ１８０において、立体角全体にわたる反射が合計され、規制順守が判定される。各エリア全体にわたって合計すると、パワービームの所与のパワーから反射されたパワーは、米国連邦規制基準または他の規制文書に記載されているように、それぞれの立体角について計算される。反射が所定のマージンによる制限内にあると判定できない場合、安全条件の障害または違反が信号で伝達されることになり、パワービームをオフすることができる。各エリア全体にわたって合計する方法は、図６Ａおよび図６Ｂを参照して後述される。
【００７０】
いくつかの実施形態においては、ミラー４２、および送信機２０の光学部、例えばレンズ３４の欠陥は、受信機５０で起きるように処理できる。これは、保守的な、または「最悪のシナリオ」手法である。あるいは、システムのホットゾーンの外のこれら場所からの反射は、別々に処理可能であり、そして別々の判定が可能である。計算がどのようにされるかにかかわらず、システムがあまりにも汚れ、位置合わせ不良になり、一定の安全性で機能できなくなった場合、障害または違反が信号で伝達され、パワービームは、オフされるか、またはオンできなくなる。
【００７１】
図１Ｃは、一実施形態により、無指向性散乱または指向性反射によるエリアを判定する詳細な例示方法１４０を示している。ステップ１２０において、光学経路がサンプリングされる。一実施形態においては、光学経路は、以下のようにサンプリングされる。第１の画像が照明なしで受信機（もしくはミラー、または送信機）から撮影される。次いで、受信機は、周知の強度の光により照明される。次いで、第２の画像が照明された受信機から撮影される。第１の画像（非照明）は、第２の画像（照明あり）から除かれる。あるいは、照明された画像は、照明されない画像の前に撮影可能である。画像の特定の順番は要求されないが、画像は、好ましくは、近接した時間に撮影されなくてはならならい。それは、背景光のレベルが短期間で大きく変わる可能性が低いからである。蛍光灯によって生じる変動など、低周波数の変動はよく起こる。別の実施形態においては、背景を取り除くための別の方法は、カメラの前でのバンドパスフィルタと、受信機の適合した照明とを使用することである。例えば、ＩＲＤＡフィルタプラスチックに使用される有機染料は、約８００ｎｍから１０００ｎｍの波長の照明に対するバンドパスフィルタとして使用可能である。
【００７２】
ステップ１４１において、光の角度が変更される。一実施形態においては、光の角度は受信機に対して変更され、またはカメラが受信機を見る角度を変更することができ、例えば、ミラーを使用することにより、または２つの光源を使用することによりなされる。一実施形態においては、１つの光源およびカメラは、受信機に対してはゼロ角にあり、他の光は、高角度にある。受信機が再帰反射性である場合には、ゼロ角はそれほど重要ではない。それは、光源のある場所にかかわらず、反射では光源に再帰反射するからである。
【００７３】
ステップ１２２において、光学経路がサンプリングされ、例えば、ステップ１２０を参照して上述されたようにされる。
【００７４】
ステップ１４２において、画像は、散乱のエリアについて解析される。カメラが見るのが２つの角度からのおおよそ同じ光の量であるようなエリアは、散乱のエリアである。概して、カメラによって見られる光の量は、距離および立体角を反映しなければならない。距離は、受信機の画像もしくはカメラ内の受信機上のマークの大きさ、または任意の類似のスケーリング法によって判定可能である。類似の方法を使用しても、受信機がビームに垂直であることを確実にする。立体角は、カメラのｆ値および距離から計算される。概して、角度は小さくなり、信号は低くなる。
【００７５】
ステップ１４３において、画像は、指向性反射のエリアについて解析される。カメラが見るのが明らかに異なる光の量であるようなエリアは、特にカメラの非常に近くからの照明がオフ角からの照明より実質的に高い読出しデータを作成する場合、指向性反射のエリアである。この反射は、自由空間の光学ビーム経路における蒸気、塵からのものであり、または受信機の付近にはない類似の反射器からのものである場合がある。この場合には、最も保守的かつ最も安全な方法は、最悪な事態を仮定し、これらの反射を受信機における指向性反射として処理することである。指向性反射は、送信機アセンブリ２０に戻る反射でありうることに留意されたい。
【００７６】
一実施形態においては、システムのビーム経路内の任意のミラー４２もまた、上述の方法によって試験される。具体的には、ミラー４２は、（送信機アセンブリ２０から離れた）光学経路において後に発生することを隠すという欠点または吸収エリアを有する場合がある。これは、安全性障害を招く可能性があり、またはその閉塞部は、十分に小さいか、もしくは異常を起こさないように配置可能である。ミラーをわずかに移動させることによって、閉塞部の背後の発生が計算可能である。一実施形態においては、ミラーが利用可能であるならば、送信光学部もまた、上述の方法によって試験される。
【００７７】
一変形形態においては、システム部品上の汚れやいくつかの汚染物質が時間とともに黒色になり、空気中の蒸気または塵のような他の汚染物質は黒色にならない場合があるので、計算を簡単にするために、表面上で周知の汚染エリアを記録することは有用でありうる。
【００７８】
一実施形態においては、光学／電気パワー変換器５０を有する装置が識別されると、システムのベースラインが確立され、次いで、継続的に更新される。送信されているパワーの量は、モニタフォトダイオード２８を使用してリアルタイムにサンプリング可能である。受信機５０のＣＰＵ５２は、逆チャネル通信を使用して、受信されているパワーの量を伝達することが可能である。例えば、一実施形態においては、ＣＰＵ５２はＩＲ−ＬＥＤ６０などの光を点滅させる。信号は、一例として、１ＭＨｚより大きい一連の光パルスであることが可能である。信号受信フォトダイオード３２は、これらの信号を受信機５０から受信する。受信される量が予期しない値に変動した場合、受信機５０は、障害を信号で伝達しなければならず、また送信機はシャットダウンされなければならない。このために、および絶対値について試験するために、微分フィルタを用いることができる。
【００７９】
図６Ａは、任意表面６００を示しており、その任意表面は、図６Ｂの格子線６６０に示されるように、反射を計算する目的でイベントに分割されている。一実施形態においては、イベントは、画像内の画素に対応し、任意表面６００は、受信機５０の表面に対応する。イベント６０１など、表面６００の外側のイベントは、受信機５０の外側のイベントである。表面６００の外側のイベントは、反射計算に対して何も寄与しない。無指向性散乱イベント６０２は、無指向的に反射するように設計されているか、または無指向性散乱を招く汚染物を有すると判定される。数字の「．１」、「．５」および「．２」は、これらのイベントにおける任意表面６００の反射性を示し、ただし、例えば、「．０」は反射なしを示し、「．５」は５０％の反射を示す。再帰反射性散乱イベント６０３は、再帰反射するように設計されているか、または可能性が低いが、再帰反射するように汚染されている場合もある。指向性反射イベント６０４は、反射が規則に従っていると仮定されるエリアであり、この規則は、入射角が、垂線に対して等しく、反射角と逆であるという規則である。一実施形態においては、規制順守を判定するアルゴリズムは、ホットゾーンで画定される円筒形（または、閉曲面）に沿う空間内の各地点における光の量を計算する。表面から離れた地点についての計算は不要とすることができ、なぜならば、反射光の強度は、より大きな距離では分散することになるからである。
【００８０】
一実施形態による計算を示すために、各イベントが１ｍｍ2であり、１ｍＷ／ｍｍ2が入射であると仮定する。無指向性散乱イベント６０２からの光は、１ｍＷ×０．１÷４πｒ2または１ｍＷ×０．５÷４πｒ2または１ｍＷ×０．２÷４πｒ2として特徴付けられ、ここで、ｒは、イベントから計算点までの距離である。再帰反射性散乱イベント６０３からの光は、その光が送信機アセンブリ２０に戻った後に完全に消滅すると仮定すると、ホットゾーンの外側で約０として特徴付けできる。実際には、回折を計算するために、そして再帰反射器は完全であるという可能性が低いという事実のために、いくつかの場合、無指向性反射の小さい値が、安全性のマージンを加えるために、計算に加えられることが可能である。指向性反射イベント６０４からの光は、０として計算され、ただし、それは反射されず、１ｍＷ×０．２÷ｓｉｎθであり、この場合、θは、反射角である。θにはいくつかの不確定性がある可能性があるという理由から、および回折の理由から、それは、知られている角度について、任意にθを変えるのに有用である場合がある。ホットゾーン周辺のこれらの値を合計し、次いで、その結果を許容規制値と比較することによって、システムが規制値を順守しているかに関しての判定が行われることが可能である。いくつかの実施形態においては、安全性のマージンが、測定および計算におけるエラーのマージンを計算するために規制値を下回って構築される。
【００８１】
上述の記載は、多数の細目を含むが、これらは、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではなく、単に本発明の現在のいくつかの好ましい実施形態の例示を提供していると解釈すべきである。例えば、記載されている方法におけるステップの順序は、変更可能である。要素の一部の位置は移動可能である。目に安全な微小短波長の効率的な光源が利用可能になる可能性がある。種々の負荷には、最大の有用性および最小のコストに対して種々の組合せの要素が必要である。
【００８２】
本発明は、いくつかの可能な実施形態に関して特に詳細に記載されている。当業者は、本発明が他の実施形態において実行可能であることを理解するであろう。まず、要素の特定のネーミングおよび用語の大文字化は、必須でも、または重要でもなく、本発明またはその特徴を実装する機構は、種々の名前、形式またはプロトコルを有することが可能である。また、本明細書に記載されている様々なシステム部品の間の機能性の特定の分割は、単に例示に過ぎず、必須ではなく、単一のシステム部品によって実行される機能は、代わりに複数の部品によって実行可能であり、複数の部品によって実行される機能は、代わりに単一の部品によって実行可能である。
【００８３】
上述の記載のいくつかの部分は、プロセスの観点における本発明の特徴と、情報に関する動作の象徴的表現とを示している。これらのアルゴリズム的記載および表現は、データ処理分野における当業者によって使用される手段であって、他の当業者に自らの研究の本質を最も効果的に伝える。これらの動作は、機能的または論理的に記載されており、コンピュータプログラムによって実装されるために理解される。さらには、それはまた、動作のこれらの構成をモジュールと呼ぶこと、または汎用性を失うことなく、機能的な名前によって呼ぶことが時には便利であることも証明している。
【００８４】
上述の議論から明らかなように、特に別段明記しない限り、記載全体にわたって、「判定すること」などの用語を利用する議論は、コンピュータシステムメモリもしくはレジスタまたは他のそのような情報記憶装置内の物理（電子）量として示されるデータを操作し、変換するコンピュータシステムまたは類似の電子計算装置の動作およびプロセスを示していることが理解される。本発明の特定の態様は、プロセスのステップおよび命令を含む。本発明のプロセスのステップおよび命令は、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアにおいて実施可能であり、ソフトウェアにおいて実施される場合、種々のプラットフォーム上にあるようにダウンロード可能であり、種々のプラットフォームから動作可能であるということに留意されたい。
【００８５】
本発明はまた、本明細書の動作を実行するための装置にも関する。この装置は、所要目的のために特に構成可能であるか、またはその装置は、コンピュータによってアクセス可能であるコンピュータ可読媒体上に保存されるコンピュータプログラムによって、選択的にアクティブ状態になるか、もしくは再構成される汎用コンピュータを含むことが可能である。そのようなコンピュータプログラムは、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気光ディスク、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）ＥＰＲＯＭ，ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの任意のタイプのディスク、または電子命令を保存するのに適切であり、それぞれがコンピュータシステムバスに結合されている任意のタイプの媒体など、コンピュータ可読記憶媒体に保存可能であるが、それらに限定されない。さらには、本明細書に示されるコンピュータは、単一のプロセッサを含むことが可能であるか、または計算能力の強化のための複数のプロセッサ設計を採用するアーキテクチャであることも可能である。
【００８６】
本発明の範囲は、所与の例ではなく、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的な均等物によって決定されるべきである。
【図１Ａ】
2010510766.tif 000003
【図１Ｂ】
2010510766.tif 000004
【図１Ｃ】
2010510766.tif 000005
【図２】
2010510766.tif 000006
【図３】
2010510766.tif 000007
【図４】
2010510766.tif 000008
【図５Ａ】
2010510766.tif 000009
【図５Ｂ】
2010510766.tif 000010
【図５Ｃ】
2010510766.tif 000011
【図６Ａ】
2010510766.tif 000012
【図６Ｂ】
2010510766.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月25日(2010.1.25)
【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】
電気パワーを必要とし、かつ光学／電気パワー変換器を有する装置に、自由空間を介してパワーを光学的に送信するための送信機アセンブリであって、
電気パワーを受け取り、前記電気パワーを光パワービームに変換する光源と、
自由空間を介して、前記光パワービームを前記装置の前記光学／電気パワー変換器に向ける第１の光学要素と、
規制制限の範囲内にあるように、ホットゾーンを超える光パワービーム反射を能動的に制限する安全サブシステムと
を含むことを特徴とする送信機アセンブリ。
【請求項２】
前記安全サブシステムは、リアルタイムに光パワービーム反射を能動的に制限することを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項３】
前記ホットゾーンは、前記送信機アセンブリから前記光学／電気変換器への間の前記パワービームの経路に加えて、隣接するバッファエリアを含むことを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項４】
前記安全サブシステムは、前記装置への前記光パワービームの経路を含む視野を有するカメラを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項５】
前記安全サブシステムは、前記送信機アセンブリによって送信される前記光パワービームのパワーレベルを監視する前記光源に近接して配置される光検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項６】
前記安全サブシステムは、前記パワービームの一部をモニタフォトダイオードに向けるビームスプリッタを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項７】
前記安全サブシステムは、前記送信機アセンブリによって送信される前記光パワービームのパワーと、前記装置によって受信される前記光パワービームのパワーとに基づいて前記光源を制御するプロセッサを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項８】
前記光源は、１４００ｎｍより長い波長で光パワービームを生成する少なくとも１つのレーザを備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項９】
前記光パワービームは、１平方ミリメートル当たり少なくとも１ミリワットのパワー密度を有することを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項１０】
前記装置の前記光学／電気パワー変換器に自由空間を介して前記光パワービームを向けるための２軸機械システムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機アセンブリ。
【請求項１１】
電気パワーを必要とする装置に自由空間を介してパワーを光学的に送信するためのシステムであって、
装置のために電気パワーを生成する光学／電気パワー変換器と、
前記光学／電気パワー変換器から遠隔に配置されている送信機アセンブリであって、
電気パワーを受け取り、前記電気パワーを光パワービームに変換する光源と、
自由空間を介して、前記光パワービームを前記デバイスの前記光学／電気パワー変換器に向ける第１の光学要素と、
を備える送信機アセンブリと、
規制限度の範囲内になるようにホットゾーンを超える光パワービーム反射を能動的に制限する安全サブシステムと
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
ビームガードをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ビームガードは、カメラを備えることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記カメラは、前記光学／電気変換器の表面から反射光を監視することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記安全サブシステムは、
前記光学／電気パワー変換器に接続され、信号を送信する信号デバイスと、
前記送信機アセンブリに接続され、前記信号を受信する信号受信機と
を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記安全サブシステムは、前記光学／電気パワー変換器から前記送信機アセンブリへの情報チャネルをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記情報チャネルは、受信されるパワー信号をリアルタイムに前記送信機アセンブリに供給し、または送信されるパワーをリアルタイムに前記光学／電気パワー変換器に供給する、あるいはそれら両方を供給することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記安全サブシステムは、電流および電圧検出器、ならびに前記パワービームの一部をフォトダイオードに供給するビームスプリッタからなるグループから選択される１つを備えて、前記光学／電気パワー変換器によって受信される前記パワービームの前記パワーを監視することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記光パワービームを前記第１の光学要素から前記光学／電気パワー変換器に再度方向付けるミラーをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記光学／電気パワー変換器は、フォトダイオードを備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記光学／電気パワー変換器の表面に近接して再帰反射面をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記光学／電気パワー変換器は、前記パワービームに対して角度付けされたパワー変換要素を備え、前記角度付けされたパワー変換要素の表面からの指向性反射は、調節板によって吸収されることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記安全サブシステムは、リアルタイムに、光パワービーム反射を能動的に制限することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記ホットゾーンは、前記送信機アセンブリから前記光学／電気変換器への間の前記パワービームの経路に加えて、隣接するバッファエリアを備えることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項２５】
電気パワーを必要とする装置に自由空間を介して光学的にパワーを送信するための方法であって、
自由空間を介して送信される光パワービームを前記装置用の電気パワーに変換するステップと、
前記光パワービームの送信されるパワーと、前記光パワービームの受信されるパワーとの間で光パワー計算を実行するステップと、
送信のための安全条件を信号で伝達するパワー計算に応答して、
受信される電気パワーを前記光パワービームに継続して変換するステップと、
前記装置に自由空間を介して前記光パワービームを継続して送信するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
光パワー計算を実行する前記ステップは、リアルタイムに実行されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
光パワー計算を実行するステップは、
前記光パワービームの前記送信されるパワーをリアルタイムに追跡するステップと、
前記光パワービームの前記受信されるパワーをリアルタイムに追跡するステップと
を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
送信のための安全条件の違反を信号で伝達する光パワー計算に応答して、人間への暴露に対して規制限度を超えるのを回避するのに十分なほど素早く前記光パワービームをオフに切り換えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
自由空間光パワービーミングシステムを動作する方法であって、
光パワービームとして送信機アセンブリによって送信されるパワーの第１の量を判定するステップと、
受信機によって受信される前記ビームからのパワーの第２の量を判定するステップと、
ホットゾーンの外側で反射される前記ビームからのパワーの第３の量を判定するステップと、
規制制限を超えるパワーの第３の量に応答して、前記光パワービームの送信を停止するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記第３の量は、指向性、または無指向性として前記ビームの反射を特徴付けることによって一部判定されることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記受信機によって、前記送信機アセンブリに戻るように反射されたパワーの第４の量を判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
照明される表面からの反射の方向および強度を判定する方法であって、
入射光に対して少なくとも２つの角度から装置の表面を検査するステップと、
前記少なくとも２つの角度のうちの第１の角度から観測される反射光の第１の量を、前記少なくとも２つの角度のうちの第２の角度から観測される反射光の第２の量と比較するステップと、
入射角から独立している反射光の前記量の判定に応答して、前記反射光を無指向性散乱として特徴付けるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記少なくとも２つの角度のうちの少なくとも一方は、ミラーを使用して得られることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
反射光の前記量は角度から独立していないとの判定に応答して、前記反射光を指向性として特徴付けるステップと、
規制を順守しているかを判定するために、ホットゾーンの外側の点について、前記無指向性反射と前記指向性反射とを合計するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
電気パワーを必要とし、かつ光学／電気パワー変換器を有する装置に、自由空間を介してパワーを送信する方法であって、
光学／電気パワー変換器を識別するステップと、
パワービームパルスを前記光学／電気パワー変換器に送信するステップと、
前記光学／電気パワー変換器からの応答を受信するステップであって、前記応答は、前記送信されるパワービームパルスから一部パワー供給されたステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
光学／電気パワー変換器を識別するステップは、前記光学／電気パワー変換器上の印を識別するカメラを備えることを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
電気パワーを必要とし、かつ光学／電気パワー変換器を有する装置に、自由空間を介してパワーを光学的に送信するための送信機アセンブリであって、
電気パワーを受け取り、前記電気パワーを、１４００ｎｍより長い波長で光パワービームに変換する光源と、
自由空間を介して、前記光パワービームを前記装置の前記光学／電気パワー変換器に向ける第１の光学要素と、
を含むことを特徴とする送信機アセンブリ。
【国際調査報告】
2010510766.tif 000014