JP6937538B1

JP6937538B1 - 光給電コンバータ

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Publication number: JP6937538B1
Application number: JP2021522561A
Authority: JP
Inventors: 尚友磯村; 悦司大村
Original assignee: Kyoto Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Kyoto Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2041-02-03
Also published as: US20240021748A1; WO2022168201A1; JPWO2022168201A1

Abstract

【課題】受光素子を大型化せずに光を入力する光ファイバケーブルを増やして出力を増加させることができる光給電コンバータを提供すること。【解決手段】光ファイバケーブルを介して入射した光を光電変換して外部に給電する光給電コンバータ（１）において、楕円（Ｅ）の第１焦点（Ｆ１）と第２焦点（Ｆ２）を通る長軸を回転軸（ＡＲ）としてこの楕円（Ｅ）を回転させて形成される回転楕円面の部分凹面を反射面とする凹面反射鏡（５）を備えた反射部（３）と、楕円（Ｅ）の第１焦点（Ｆ１）に配設された光電変換用の受光素子（２）と、楕円（Ｅ）の第２焦点（Ｆ２）の近傍に、第２焦点（Ｆ２）を通って凹面反射鏡（５）に向かう方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端（ＯＥ）を装着可能な入射部（７）を有する。

Description

本発明は、光ファイバケーブルを介して入力した光を光電変換によって電流に変換して給電する光給電コンバータに関する。

給電設備がない遠隔地、給電による微弱な電磁界がノイズとなる環境、防爆を必要とする環境、電気的相互影響がある超高電圧設備内等、特殊な環境では電源ケーブルを介して電子機器類を作動させる電力を供給できない場合がある。そのため、電子機器類の傍まで光ファイバケーブルを介して光を送り、この光を電流に変換して給電する光給電コンバータが利用されている。

このような光給電コンバータには、一層大きな電力を出力できるようにすることが要求されている。そして、出力を大きくするためには、光給電コンバータに入力する光入力を大きくすることが有効である。しかし、一般的なシングルモード光ファイバは、光が伝搬するコアの直径が１０μｍ程度と小さい。そのため、例えば１Ｗを超える大きい光入力に対して、ファイバフューズ現象によってコアが損傷する場合があり、光入力を大きくすることには限界がある。

例えば特許文献１のように、光給電コンバータの出力電圧を高くするために、アレイ状に分割された受光部を直列に接続した光給電コンバータが知られているが、出力する電力を大きくするものではない。一方、例えば特許文献２のように複数の光ファイバケーブルを介して光入力を大きくすることにより、出力を大きくすることができる光給電コンバータが知られている。

米国特許出願公開第２０１１／０１０８０８１号明細書特許第６７９５８７０号公報

しかし、光ファイバケーブルは、取り扱いが容易になるようにコアとクラッドを保護する被覆で覆われて、受光素子の１辺の長さと概ね同等の例えば直径が０．９ｍｍの太さを有する。そのため、特許文献２の光給電コンバータの受光素子の入射面に光を入力する光ファイバケーブルの数が制限される。この光ファイバケーブルの数を増やすためには受光素子を大きくする必要があるが、受光素子を大きくする程製造コストが増加する課題がある。

本発明の目的は、受光素子を大型化せずに光を入力する光ファイバケーブルを増やして出力を増加させることができる光給電コンバータを提供することである。

請求項１の発明の光給電コンバータは、光ファイバケーブルを介して入射した光を光電変換して外部に給電する光給電コンバータにおいて、楕円の第１焦点と第２焦点を通る長軸を回転軸として前記楕円を回転させて形成される回転楕円面の部分凹面を反射面とする凹面反射鏡を備えた反射部と、前記第１焦点に配設された光電変換用の受光素子と、前記第２焦点の近傍に、前記第２焦点を通って前記凹面反射鏡に向かう方向に光を出射する前記光ファイバケーブルの出射端を装着するための入射部を有し、前記反射部は、前記回転軸が同一平面内に含まれると共に前記第１焦点に配設された前記受光素子を共有するように形成された複数の前記凹面反射鏡を備え、複数の前記凹面反射鏡に対応する複数の前記入射部を有することを特徴としている。

上記構成によれば、入射部から第２焦点を通って凹面反射鏡に向かう方向に入射した光は、凹面反射鏡によって反射される。この反射された光は、凹面反射鏡が回転楕円面の部分凹面を反射面としているので、楕円の性質に基づいて第１焦点に到達する。従って、入射部に複数の光ファイバケーブルの出射端を装着して、これら出射端から第２焦点を通って凹面反射鏡に向かう方向に光を夫々出射させることによって光入力を増加させることができる。それ故、受光素子を大型化せずに、光給電コンバータの出力を増加させることができる。

そして、上記構成によれば、複数の入射部から入射した光は、対応する複数の凹面反射鏡によって反射され、第１焦点において共有された受光素子に夫々入射する。従って、複数の凹面反射鏡に対応する複数の入射部に夫々光ファイバケーブルの出射端を装着して光入力を増加させることができる。それ故、受光素子を大型化せずに光給電コンバータの出力を増加させることができる。

請求項２の発明の光給電コンバータは、請求項１の発明において、前記受光素子は、前記受光素子の受光面の中心を前記第１焦点に一致させて配設され、前記凹面反射鏡で反射された光の全部が前記受光素子に広がって入射するように、前記入射部が、前記回転軸に直交する光の出射方向と反対方向に前記第２焦点から所定の離隔距離だけ離隔した位置に前記出射端を装着可能に形成されたことを特徴としている。
上記構成によれば、受光素子の受光面の中心が第１焦点と一致する。また、凹面反射鏡の回転軸に直交する方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端が入射部に装着される。光ファイバケーブルの出射端から出射される光は発散角を有するので、その光軸上の光が第２焦点を通って第１焦点に到達するとき、光軸の周りに広がる光は第２焦点を通らずに第１焦点の近傍に到達する。入射部は、第１焦点の近傍に到達する光の全部が受光素子に入射するように、光ファイバケーブルの出射端を光の出射方向と反対方向に第２焦点から所定の離隔距離だけ凹面反射鏡から遠ざけられた位置に装着可能に形成されている。従って、第１焦点に光が集中しないので入射する光による受光素子の損傷を防止することができる。また、入射する光の全部を受光素子に入射させて給電することができる。

請求項３の発明の光給電コンバータは、請求項１の発明において、前記受光素子は、前記受光素子の受光面の中心を前記第１焦点に一致させて配設され、前記凹面反射鏡で反射された光の全部が前記受光素子に広がって入射するように、前記入射部が、前記回転軸に直交する光の出射方向に前記第２焦点から所定の離隔距離だけ前記凹面反射鏡に接近させた位置に前記出射端を装着可能に形成されたことを特徴としている。
上記構成によれば、受光素子の受光面の中心が第１焦点と一致する。また、凹面反射鏡の回転軸に直交する方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端が入射部に装着される。光ファイバケーブルの出射端から出射される光は発散角を有するので、その光軸上の光が第２焦点を通って第１焦点に到達するとき、光軸の周りに広がる光は第２焦点を通らずに第１焦点の近傍に到達する。入射部は、第１焦点の近傍に到達する光の全部が受光素子に入射するように、光ファイバケーブルの出射端を光の出射方向に第２焦点から所定の離隔距離だけ凹面反射鏡に近づけられた位置に装着可能に形成されている。従って、第１焦点に光が集中しないので入射する光による受光素子の損傷を防止することができる。また、入射する光の全部を受光素子に入射させて給電することができる。

本発明の光給電コンバータによれば、受光素子を大型化せずに光を入力する光ファイバケーブルの数を増加させて出力を増加させることができる。

本発明の実施例１に係る光給電コンバータの平面図である。図１のII−II線断面図である。図１のIII−III線断面図である。楕円の説明図である。出射端の位置を凹面反射鏡から遠ざけた場合の入射位置の説明図である。出射端の位置を凹面反射鏡に近づけた場合の入射位置の説明図である。異なる発散角θにおける離隔距離ｈと入射位置シフトσの関係を示す図である。離隔距離ｈと発散角θをパラメータとして入射位置シフトσを等高線プロットした図である。本発明の実施例２に係る光給電コンバータの平面図である。図９のX−X線断面図である。図９のXI−XI線断面図である。光給電コンバータの他の例を示す平面図である。図１２のXIII−XIII線断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

図１〜図３に示すように、光給電コンバータ１は、受光素子２と、この受光素子２に向けて入射光を反射させるための反射部３と、受光素子２及び反射部３を支持する基台４を有する。受光素子２は図示を省略するがフォトダイオードを有し、例えば受光した赤外光領域、可視光領域又は紫外光領域の波長の光を光電変換により電流に変換して出力する光電変換用の半導体受光素子である。図中の矢印ｘはｘ軸方向、矢印ｙはｙ軸方向、矢印ｚはｚ軸方向を示す。

反射部３は、図４に示すｘｙ平面上の楕円Ｅのｘ軸上の第１焦点Ｆ１と第２焦点Ｆ２を通る長軸を回転軸ＡＲとして、図１〜図３のように、楕円Ｅを回転軸ＡＲの回りに回転させて形成される回転楕円面の部分凹面を反射面とする凹面反射鏡５を備えている。このｘｙ平面上の楕円Ｅは、ｘ²／ａ²＋ｙ²／ｂ²＝１のように表される。そして、第１、第２焦点Ｆ１，Ｆ２の座標を（−ｃ，０）、（ｃ，０）とすると、ｃ＝（ａ²−ｂ²）^1/2である。凹面反射鏡５は、ｘ軸、ｙ軸に夫々直交するｚ軸における座標が正の数で表される側に形成されているものとする。

図２、図３に示すように、例えば合成樹脂製の反射部３は、面３ａ側から凹入させた凹面を有する。この凹面は、回転軸ＡＲの回りに楕円Ｅを回転させて形成された回転楕円面の部分凹面になっている。凹面反射鏡５は、この部分凹面に形成された図示外の金属膜（例えばＡｕ膜）を反射面としている。

反射部３は、例えば接着剤によって、反射部３の面３ａを基台４に当接させた状態に固定される。尚、反射部３は、例えばプレス加工によって金属薄板に形成した回転楕円面の部分凹面に、反射用の金属膜を形成して反射面とした凹面反射鏡を有するものであってもよい（図１０参照）。

基台４には凹入部４ａが設けられている。そして、反射部３を基台４に固定したときに、受光素子２が有するフォトダイオードの受光面２ａの中心と凹面反射鏡５の第１焦点Ｆ１とが一致するように、受光素子２が凹入部４ａに配設されている。尚、凹入部４ａを省略した基台４を用いて、反射部３と基台４の間に例えばスペーサ部材を配設することによって、第１焦点Ｆ１と受光面２ａの中心とを一致させてもよく、スペーサ部材に相当する部分が反射部３に一体的に形成されていてもよい。

基台４には、基台４を貫通する１対の端子６ａ，６ｂが装備されている。そして、光電変換により受光素子２で生成される電流が１対の端子６ａ，６ｂを介して外部に出力（給電）されるように、１対の端子６ａ，６ｂが受光素子２に金属ワイヤによって夫々接続されている。尚、１対の端子６ａ，６ｂは基台４の表面に沿って形成されていてもよい。

また、基台４は、第２焦点Ｆ２の近傍に、凹面反射鏡５の第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に向かう方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端ＯＥを装着可能な入射部７を有する。入射部７は、基台４を貫通する貫通孔であって、例えば基台４における反射部３が固定される側に近づく程内径が縮径する円錐台状に形成されている。

また、入射部７の内壁を１周するように、段差部８が設けられている。円錐台状の入射部７の内壁に沿って、又は円錐台状の入射部７の中心線に沿って入射部７に挿入された出射端ＯＥは、図示外の例えば接着剤、固定具によって入射部７に装着される。

楕円の性質により、第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に到達した光は、凹面反射鏡５によって反射され、第１焦点Ｆ１に到達する。これを利用して、第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に向かう方向に光を出射する複数の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを入射部７に装着した場合に、第１焦点Ｆ１に配設された受光素子２の光入力を増加させることができる。

例えば図２のように、第２焦点Ｆ２に向けて光を出射する複数の出射端ＯＥが凹面反射鏡５の長軸方向に並ぶように、複数の出射端ＯＥを入射部７に装着することができる。光ファイバの本数に応じて光入力が増えるので、光給電コンバータ１の出力が増加する。また、例えば図３のように、第２焦点Ｆ２に向けて光を出射する複数の出射端ＯＥが凹面反射鏡５の長軸と直交する方向に並ぶように、複数の出射端ＯＥを入射部７に装着することができる。

複数の出射端ＯＥは、図２、図３に示すように、第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に向かう方向と反対方向に、所定の離隔距離ｈだけ第２焦点Ｆ２から離隔させた位置に夫々固定される。例えば、入射部７の内壁に沿って出射端ＯＥを挿入して段差部８に出射端ＯＥの端面の一部を当接させたときに、この出射端ＯＥが第２焦点Ｆ２から離隔距離ｈだけ離隔される。また、出射端ＯＥを入射部７に装着する図示外の固定具によって、出射端ＯＥが第２焦点Ｆ２から離隔距離ｈだけ離隔されるようにしてもよい。

図５に示すように、出射端ＯＥから出射された光は、発散角θ（半角）を有して広がりながら進行する。この出射される光の光軸ＯＡが第２焦点Ｆ２を通るように出射端ＯＥを入射部７に装着することによって、光軸ＯＡ上の光は凹面反射鏡５で反射されて、受光素子２が配設された第１焦点Ｆ１に到達する。光軸ＯＡの周りに広がる光は、凹面反射鏡５で反射されて一旦集光された後、再び広がって第１焦点Ｆ１の近傍に到達する。

一方、図６に示すように、光ファイバケーブルの出射端ＯＥは、第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に向かう方向に所定の離隔距離ｈだけ、第２焦点Ｆ２から凹面反射鏡５に接近させた位置に固定されてもよい。この場合、１本の光ファイバケーブルのみが第２焦点Ｆ２を通って凹面反射鏡５に向かう方向に光を出射することができる。この出射された光も、発散角θを有して広がりながら進行する。光軸ＯＡ上の光は凹面反射鏡５で反射されて、受光素子２が配設された第１焦点Ｆ１に到達する。光軸ＯＡの周りに広がる光は、第１焦点Ｆ１の近傍に到達する。

図４において、凹面反射鏡５の基となる楕円Ｅの長軸の長さを８ｍｍ（ａ＝４ｍｍ）、短軸の長さを７ｍｍ（ｂ＝３．５ｍｍ）とすると、原点Ｏから第１、第２焦点Ｆ１，Ｆ２までの距離が１．９３６ｍｍ（ｃ＝１．９３６ｍｍ）になる。そして、図５、図６のようにｘｚ平面内で、出射端ＯＥから発散角θで出射された光のうちの原点Ｏ側の光が受光素子２に到達する位置をｘ軸上の点（−ｃ＋δ，０）としたときに、発散角θ＝０°、６°、１２°の場合の離隔距離ｈと入射位置シフトδの関係を図７に示す。尚、出射端ＯＥの位置が第２焦点Ｆ２に対してｚ軸の正の方向になる場合に離隔距離ｈを正の値に、到達する位置が出射端ＯＥに近づく方向（ｘ軸の正の方向）になる場合に入射位置シフトδを負の値にしている。尚、楕円Ｅのサイズは上記に限定されるものではなく、楕円Ｅのサイズに応じて離隔距離ｈと入射位置シフトδの関係が算出される。

θ＝０°の場合は光軸ＯＡ上の光と一致するので、離隔距離ｈによらず入射位置シフトδ＝０である。θ＝６°，１２°の場合は、離隔距離ｈの絶対値が大きくなるほど入射位置シフトδの絶対値｜δ｜が大きくなる。従って、出射端ＯＥが第２焦点Ｆ２から離れるほど、到達する位置が第１焦点Ｆ１から離れることがわかる。また、離隔距離ｈが一定であれば発散角θが大きくなるほど、到達する位置が第１焦点Ｆ１から離れることがわかる。尚、一般的にシングルモードの光ファイバケーブルから出射される光の発散角θは６°程度であることが多く、最大で１２°程度である。

離隔距離ｈは、光ファイバケーブルの出射端ＯＥから出射される光の発散角θを考慮して、出射される光の全部が受光素子２の受光面２ａに入射するように適切に設定される。図８に示すように、発散角θ＝１２°の場合には、離隔距離ｈ＝−１ｍｍのときに０．３ｍｍ＜｜δ｜＜０．４ｍｍ、離隔距離ｈ＝１ｍｍのときに０．４ｍｍ＜｜δ｜＜０．５ｍｍである。それ故、半径０．５ｍｍの受光面２ａのフォトダイオードを有する受光素子２に、出射端ＯＥから出射された光の全部を入射可能である。発散角θ＝６°の場合には、離隔距離ｈ＝＋／−１ｍｍの場合に０．２ｍｍ＜｜δ｜＜０．３ｍｍなので、出射端ＯＥから出射された光の全部を入射可能な受光面２ａの半径は０．３ｍｍとなる。

また、離隔距離ｈ＝−１ｍｍの場合には、図３のように複数（例えば３本）の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを、これらの光軸ＯＡが第２焦点Ｆ２を夫々通るようにｘ軸（回転軸ＡＲ）に直交する方向に並べて入射部７に装着することができる。また、図２においても複数（例えば３本）の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを、これらの光軸ＯＡが第２焦点Ｆ２を夫々通るようにｘ軸と平行な方向に並べて入射部７に装着することができる。尚、受光面２ａのサイズは、図２、図３におけるｚ軸と平行でない光軸ＯＡの光の受光面２ａに対する入射角が浅くなって、その到達範囲が広がることも考慮して設定することが好ましい。

上記実施例１を部分的に変更した光給電コンバータ１Ａについて説明する。実施例１と同等部分には実施例１と同じ符号を付して説明を省略する。
図９〜図１１に示すように、光給電コンバータ１Ａは、受光素子２と、入射光を反射させるための反射部１３と、受光素子２及び反射部１３を支持する基台１４を有する。

反射部１３は、複数の凹面反射鏡５ａ〜５ｄを有する。これらの凹面反射鏡５ａ〜５ｄは、実施例１の凹面反射鏡５と同様に、楕円Ｅの長軸を回転軸ＡＲとする回転楕円面の部分凹面を反射面としている。凹面反射鏡５ａ〜５ｄの回転軸を夫々回転軸ＡＲａ〜ＡＲｄとすると、凹面反射鏡５ａ〜５ｄは、回転軸ＡＲａ〜ＡＲｄが同一平面（ｘｙ平面）内に含まれると共に第１焦点Ｆ１を共有する。そして、凹面反射鏡５ａ〜５ｄの第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄが、例えば第１焦点Ｆ１に対して回転対称位置となって、互いに重ならないように形成されている。反射部１３は、例えば接着剤によって、１対の端子６ａ，６ｂを有する基台１４に当接させた状態に固定される。

基台１４には、受光素子２を配設するための凹入部１４ａが設けられている。そして、反射部１３が基台１４に固定されたときに、凹面反射鏡５ａ〜５ｄが共有する第１焦点Ｆ１と受光素子２の図示外のフォトダイオードの受光面２ａの中心とが一致するように、受光素子２が凹入部１４ａに配設されている。従って、凹面反射鏡５ａ〜５ｄは、第１焦点Ｆ１に配設された受光素子２を共有する。

また基台１４は、凹面反射鏡５ａ〜５ｄに対応する複数の入射部７ａ〜７ｄを有する。入射部７ａ〜７ｄは、凹面反射鏡５ａ〜５ｄの第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄの近傍に夫々設けられている。例えば入射部７ａには、第２焦点Ｆ２ａを通って凹面反射鏡５ａに向かう方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端ＯＥを装着可能である。

入射部７ａは基台１４を貫通する貫通孔であって、例えば基台１４における反射部１３が固定される側に近づく程内径が縮径する円錐台の一部をなす部分円錐台状に形成されている。入射部７ａの壁部に沿って、又は入射部７ａの中心線に沿って入射部７ａに挿入された光ファイバケーブルの出射端ＯＥは、図示外の例えば接着剤、固定具によって装着される。他の入射部７ｂ〜７ｄにおいても、入射部７ａと同様である。

楕円の性質を利用して第１焦点Ｆ１に配設された受光素子２に光を入射するために、入射部７ａには、第２焦点Ｆ２ａを通って凹面反射鏡５ａに向かう方向に光を出射する複数の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを装着する。また、入射部７ａと同様に入射部７ｂ〜７ｄにも、夫々第２焦点Ｆ２ｂ〜Ｆ２ｄを通って凹面反射鏡５ｂ〜５ｄに向かう方向に光を出射する複数の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを装着する。光ファイバの本数に応じて光入力が増えるので、光給電コンバータ１Ａの出力が増加する。

実施例１の図５と同様に、入射部７ａにおいて，光軸ＯＡが第２焦点Ｆ２ａを通るように、複数の出射端ＯＥを第２焦点Ｆ２ａから所定の離隔距離ｈだけ光の入射方向と反対方向に離隔させる。これにより、複数の出射端ＯＥから第２焦点Ｆ２ａを通るように光を出射することができると共に、出射された光の全部を受光素子２の受光面２ａに入射させて給電することができる。他の入射部７ｂ〜７ｄにおいても同様である。光が広がって受光素子２の受光面２ａに入射するので、光入力による受光素子２の損傷を防止できる。

また、実施例１の図６と同様に、例えば入射部７ａにおいて、光軸ＯＡが第２焦点Ｆ２ａを通るように、出射端ＯＥを第２焦点Ｆ２ａから所定の離隔距離ｈだけ光の入射方向に離隔させて凹面反射鏡５ａに接近させる。これにより、入射部７ａに装着可能な出射端ＯＥが１つになるが、出射された光の全部を受光素子２の受光面２ａに入射させて給電することができる。この場合には、入射部の数を増やすことが容易になる。

例えば図１２、図１３のように、第１焦点Ｆ１において受光素子２を共有する複数の凹面反射鏡５ａ〜５ｎを備えた反射部２３と、複数の凹面反射鏡５ａ〜５ｎ対応する入射部７ａ〜７ｎが形成された基台２４を有する光給電コンバータ１Ｂを形成することができる。基台２４に設けられた凹入部２４ａには、第１焦点Ｆ１と受光素子２の受光面２ａの中心とが一致するように受光素子２が配設されている。複数の入射部７ａ〜７ｎは、ｚ軸方向と平行な中心軸を有する円筒状の内壁を夫々有する。

これら複数の入射部７ａ〜７ｎには、光軸ＯＡが対応する第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎを通るように、１本の光ファイバケーブルの出射端ＯＥが夫々装着される。複数の入射部７ａ〜７ｎには、複数の光ファイバケーブルを平行にした状態に出射端ＯＥを夫々装着できるので、装着が容易になる。また、受光素子２を大型化せずに光を入力する光ファイバケーブルを増やして出力を増加させることができる。

各出射端ＯＥは、対応する第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎから所定の離隔距離ｈだけ凹面反射鏡５ａ〜５ｎに夫々近づけている。これにより、光ファイバケーブルの出射端ＯＥから出射された光の全部を受光素子２に入射させて給電することができる。また、これと反対方向に第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎから離隔距離ｈだけ夫々離隔させて、凹面反射鏡５ａ〜５ｎから遠ざけてもよい。出射端ＯＥの端面が第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎから離隔距離ｈだけ夫々離隔するように出射端ＯＥの端面を当接させる段差部が、入射部７ａ〜７ｎの内壁を一周するように設けられていてもよい。尚、複数の凹面反射鏡と対応する入射部の数は、上記に限定されるものではなく、適宜設定可能である。

上記光給電コンバータ１，１Ａ，１Ｂの作用、効果について説明する。
回転楕円面の部分凹面を反射面とする光給電コンバータ１，１Ａの凹面反射鏡５，５ａは、入射部７，７ａから凹面反射鏡５，５ａの第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａを通って凹面反射鏡５，５ａに向かう方向に入射した光を反射する。第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａを通って入射して凹面反射鏡５，５ａで反射された光は、楕円の性質に基づいて凹面反射鏡５，５ａの第１焦点Ｆ１に到達する。従って、入射部７，７ａにおいて複数の方向から第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａを通って凹面反射鏡５，５ａに光を入射させて、光入力を増加させることができる。それ故、第１焦点Ｆ１に配設された受光素子２を大型化せずに、光給電コンバータ１，１Ａの出力を増加させることができる。

光給電コンバータ１Ａ，１Ｂは、複数の凹面反射鏡５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｎが対応する入射部７ａ〜７ｄ，７ａ〜７ｎから入射した光を夫々反射して、第１焦点Ｆ１において共有する受光素子２に入射させることができる。従って、複数の光ファイバケーブルの出射端ＯＥを装着して光入力を増加させることにより、受光素子２を大型化せずに光給電コンバータ１Ａ，１Ｂの出力を増加させることができる。

受光素子２は、受光面２ａの中心が凹面反射鏡５，５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｎの第１焦点Ｆ１と一致するように配設されている。入射部７，７ａ〜７ｄ，７ａ〜７ｎは、第１焦点Ｆ１の近傍に到達する光の全部が受光素子２に入射するように、光ファイバケーブルの出射端ＯＥを、光の出射方向と反対方向に第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄ，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎから離隔距離ｈだけ凹面反射鏡５，５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｎから遠ざけられた位置に装着可能に形成されている。そして、凹面反射鏡５，５ａ〜５ｄ，５ａ〜５ｎの回転軸ＡＲ，ＡＲａ〜ＡＲｄ，ＡＲａ〜ＡＲｎに直交する方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端ＯＥが入射部７，７ａ〜７ｄ，７ａ〜７ｎに装着される。

光ファイバケーブルの出射端ＯＥから出射される光は発散角θを有する。光軸ＯＡ上の光が第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄ，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎを通って第１焦点Ｆ１に到達する。このとき光軸ＯＡの周りに広がる光は、第２焦点Ｆ２，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｄ，Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎを通らないため、第１焦点Ｆ１の近傍に到達する。従って、第１焦点Ｆ１に光が集中しないので入射する光による受光素子２の損傷を防止することができる。また、入射した光の全部を受光素子２に入射させて給電することができる。

光給電コンバータ１Ｂにおいて、第１焦点Ｆ１の近傍に到達する光の全部が受光素子２に入射するように、入射部７ａ〜７ｎが、光ファイバケーブルの出射端ＯＥを光の出射方向に第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎから離隔距離ｈだけ凹面反射鏡５ａ〜５ｎに夫々近づけられた位置に装着可能に形成されている。そして、凹面反射鏡５ａ〜５ｎの回転軸ＡＲａ〜ＡＲｎに直交する方向に光を出射する光ファイバケーブルの出射端ＯＥが、入射部７ａ〜７ｎに装着される。

光ファイバケーブルの出射端ＯＥから出射される光は発散角θを有する。光軸ＯＡ上の光が第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎを通って第１焦点Ｆ１に到達する。このとき光軸ＯＡの周りに広がる光は、第２焦点Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎを通らないため、第１焦点Ｆ１の近傍に到達する。従って、第１焦点Ｆ１に光が集中しないので入射する光による受光素子の損傷を防止することができる。また、入射した光の全部を受光素子２に入射させて給電することができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。

１，１Ａ，１Ｂ：光給電コンバータ
２：受光素子
２ａ：受光面
３，１３，２３：反射部
３ａ：面
４，１４、２４：基台
４ａ，１４ａ，２４ａ：凹入部
５，５ａ〜５ｎ：凹面反射鏡
６ａ，６ｂ：端子
７，７ａ〜７ｎ：入射部
８：段差部
ＡＲ，ＡＲａ〜ＡＲｎ：回転軸
Ｅ：楕円
Ｆ１：第１焦点
Ｆ２、Ｆ２ａ〜Ｆ２ｎ：第２焦点
ＯＡ：光軸
ＯＥ：出射端
ｈ：離隔距離
δ ：入射位置シフト
θ ：発散角

Claims

光ファイバケーブルを介して入射した光を光電変換して外部に給電する光給電コンバータにおいて、
楕円の第１焦点と第２焦点を通る長軸を回転軸として前記楕円を回転させて形成される回転楕円面の部分凹面を反射面とする凹面反射鏡を備えた反射部と、
前記第１焦点に配設された光電変換用の受光素子と、
前記第２焦点の近傍に、前記第２焦点を通って前記凹面反射鏡に向かう方向に光を出射する前記光ファイバケーブルの出射端を装着するための入射部を有し、
前記反射部は、前記回転軸が同一平面内に含まれると共に前記第１焦点に配設された前記受光素子を共有するように形成された複数の前記凹面反射鏡を備え、
複数の前記凹面反射鏡に対応する複数の前記入射部を有することを特徴とする光給電コンバータ。
前記受光素子は、前記受光素子の受光面の中心を前記第１焦点に一致させて配設され、前記凹面反射鏡で反射された光の全部が前記受光素子に広がって入射するように、前記入射部が、前記回転軸に直交する光の出射方向と反対方向に前記第２焦点から所定の離隔距離だけ離隔した位置に前記出射端を装着可能に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。
前記受光素子は、前記受光素子の受光面の中心を前記第１焦点に一致させて配設され、前記凹面反射鏡で反射された光の全部が前記受光素子に広がって入射するように、前記入射部が、前記回転軸に直交する光の出射方向に前記第２焦点から所定の離隔距離だけ前記凹面反射鏡に接近させた位置に前記出射端を装着可能に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の光給電コンバータ。