JP7210000B2 - Receiver module and optical power supply system - Google Patents

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Description

本発明は、光給電システムに関する。 The present invention relates to an optical power feeding system.

スマートフォンやタブレット端末をはじめとする電子機器に対する無線給電が実用化されている。現在、実用化されている無線給電は、数百kHzの周波数帯域の電磁波を利用したものであり、電磁誘導方式や磁界共鳴方式などが知られている。なお光は本質的に電磁波の一種であるが、本明細書において単に電磁波という場合、光よりも波長の長い電磁波を指すものとする。 Wireless power supply to electronic devices such as smartphones and tablet terminals has been put into practical use. Wireless power supply currently in practical use uses electromagnetic waves in a frequency band of several hundreds of kHz, and known methods include an electromagnetic induction method and a magnetic resonance method. Although light is essentially a kind of electromagnetic wave, simply referring to electromagnetic wave in this specification means an electromagnetic wave having a longer wavelength than light.

電磁波に代えて光を利用した光給電が提案されている。光は、電磁波に比べて指向性が強いという特性を有するため、発散角の小さいビームを用いることで、長距離を少ない減衰で高効率にエネルギーを伝搬できるという利点がある。 Optical power supply using light instead of electromagnetic waves has been proposed. Light has a characteristic of having strong directivity compared to electromagnetic waves. Therefore, by using a beam with a small divergence angle, there is an advantage that energy can be efficiently propagated over a long distance with little attenuation.

受光モジュールは、太陽電池などの光電変換素子を有する。本発明者は、受光モジュールについて検討したところ、以下の課題を認識するに至った。 The light receiving module has photoelectric conversion elements such as solar cells. The present inventor has studied the light receiving module and has come to recognize the following problems.

図1(a)、(b)は、太陽電池2と、それに入射する光ビーム4の位置関係および光ビーム4の強度分布(断面プロファイル)を示す図である。破線5は、光ビーム4が照射される範囲を示す。太陽電池2は、半導体製造プロセスを用いて製造されるため、矩形(ここでは正方形とする)であるのが一般的である。一方、太陽電池2に入射する光ビーム4は、光学系の制約から円形のプロファイルを有する場合が多い。 FIGS. 1(a) and 1(b) are diagrams showing the positional relationship between the solar cell 2 and the light beam 4 incident thereon, and the intensity distribution (cross-sectional profile) of the light beam 4. FIG. A dashed line 5 indicates a range irradiated with the light beam 4 . The solar cell 2 is generally rectangular (square here) because it is manufactured using a semiconductor manufacturing process. On the other hand, the light beam 4 incident on the solar cell 2 often has a circular profile due to limitations of the optical system.

図1(a)では、光ビーム4の直径は、太陽電池2の一辺と同じかそれよりも短い。この場合、太陽電池2のうち、光ビーム4が照射されない領域(ハッチングを付す)は発電に寄与しないため無駄になる。 In FIG. 1( a ), the diameter of the light beam 4 is equal to or smaller than the side of the solar cell 2 . In this case, the area (hatched) of the solar cell 2 which is not irradiated with the light beam 4 does not contribute to power generation and is wasted.

図1(b)では、光ビーム4の直径は、太陽電池2の対角線よりも長い。この場合、太陽電池2の全面にわたり、光ビーム4が照射されるが、光ビーム4の端の一部が無駄になる。加えて、図1(a)、(b)の場合に、光ビーム4の中心が、太陽電池2と一致するとは限らず、光ビーム4の照射位置がずれると、さらに光ビームは無駄になる。 In FIG. 1( b ) the diameter of the light beam 4 is longer than the diagonal of the solar cell 2 . In this case, the entire surface of the solar cell 2 is irradiated with the light beam 4, but part of the end of the light beam 4 is wasted. In addition, in the case of FIGS. 1(a) and 1(b), the center of the light beam 4 does not necessarily coincide with the solar cell 2, and if the irradiation position of the light beam 4 is shifted, the light beam is further wasted. .

太陽電池2の1セル当たりの開放電圧は、シリコンの場合で0.5~0.6Vであり、用途によっては使いにくい。数Vの開放電圧が必要な用途では、複数のセルを電気的に直列接続して開放電圧を大きくした太陽電池モジュール2Aが用いられる。図2(a)、(b)は、複数のセル6を含む太陽電池モジュール2Aを示す図である。図2(a)に示すように、たとえば複数のセル6_1~6_nは、モジュールの一方向(図中、x方向)に沿って並べられている。図2(b)には太陽電池モジュール2Aの等価回路図が示される。 The open-circuit voltage per cell of the solar cell 2 is 0.5 to 0.6 V in the case of silicon, making it difficult to use depending on the application. For applications requiring an open-circuit voltage of several volts, a solar cell module 2A in which a plurality of cells are electrically connected in series to increase the open-circuit voltage is used. 2A and 2B are diagrams showing a solar cell module 2A including a plurality of cells 6. FIG. As shown in FIG. 2(a), for example, a plurality of cells 6_1 to 6_n are arranged along one direction (x direction in the figure) of the module. FIG. 2(b) shows an equivalent circuit diagram of the solar cell module 2A.

太陽電池モジュール2Aの性能をフルに発揮させるためには、複数のセル6_1~6_nのすべてに光が照射していなければならず、モジュールの受光面全体にわたり均一に光ビームが照射している必要がある。 In order to fully demonstrate the performance of the solar cell module 2A, all of the plurality of cells 6_1 to 6_n must be irradiated with light, and the entire light receiving surface of the module must be uniformly irradiated with light beams. There is

このように従来では、太陽電池(あるいは太陽電池モジュール)の性能のすべてを発揮できておらず、あるいは入射ビームのエネルギーのすべてを有効に利用できているとは言いがたい。言い換えれば、受光モジュールの性能には、改善の余地が残されている。 Thus, conventionally, it is difficult to say that the solar cell (or solar cell module) has not been able to exhibit all of its performance, or that all of the energy of the incident beam has been effectively utilized. In other words, there is still room for improvement in the performance of the receiver module.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、受光モジュールの性能の改善にある。 The present invention has been made in this context, and one exemplary object of certain aspects thereof is to improve the performance of a light receiving module.

本発明のある態様は受光モジュールに関する。受光モジュールは、光源モジュールから光ビームを受ける。受光モジュールは、光電変換素子と、光電変換素子に入射する光ビームの経路上に設けられた一対のフライアイレンズおよび結像レンズを含む光学系と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a light receiving module. The light receiving module receives the light beam from the light source module. The light receiving module includes a photoelectric conversion element and an optical system including a pair of fly-eye lenses and an imaging lens provided on the path of the light beam incident on the photoelectric conversion element.

この態様によると、光電変換素子の全面にわたり、均一な光ビームを照射でき、受光モジュールの性能を改善できる。 According to this aspect, the entire surface of the photoelectric conversion element can be irradiated with a uniform light beam, and the performance of the light receiving module can be improved.

光電変換素子は、直列に接続される複数のセルを含んでもよい。この場合、複数のセルに均一に光ビームを照射できるため、光電変換素子の性能を発揮できる。 A photoelectric conversion element may include a plurality of cells connected in series. In this case, since a plurality of cells can be uniformly irradiated with light beams, the performance of the photoelectric conversion element can be exhibited.

フライアイレンズを構成するレンズエレメントの形状は、光電変換素子の受光領域の形状と実質的に同一であってもよい。これにより、光電変換素子の受光領域全体に、ビームを照射することが可能となる。 The shape of the lens element forming the fly-eye lens may be substantially the same as the shape of the light receiving region of the photoelectric conversion element. This makes it possible to irradiate the entire light-receiving region of the photoelectric conversion element with the beam.

光学系は、結像レンズと光電変換素子に挟まれる空間の周囲を覆う第1反射板をさらに含んでもよい。受光モジュールの入射面に対して大きな入射角で光ビームが入射したときに、結像レンズを通過した光は、光電変換素子の受光面からずれた位置に結像しようとするが、第1反射板を設けることで、結像レンズを通過した光を受光面上に戻すことができる。 The optical system may further include a first reflector that surrounds the space sandwiched between the imaging lens and the photoelectric conversion element. When a light beam is incident on the incident surface of the light-receiving module at a large incident angle, the light passing through the imaging lens attempts to form an image at a position deviated from the light-receiving surface of the photoelectric conversion element. By providing the plate, the light that has passed through the imaging lens can be returned onto the light receiving surface.

光学系は、一対のフライアイレンズの入射面側のレンズと結像レンズに挟まれる空間の周囲を覆う第2反射板をさらに含んでもよい。これにより、散逸しようとする光を閉じ込めることができる。 The optical system may further include a second reflector covering a space sandwiched between the pair of fly-eye lenses on the incident surface side and the imaging lens. This makes it possible to confine light that tends to dissipate.

光学系は、一対のフライアイレンズの入射面側のレンズよりも光源モジュール側の空間の周囲を囲む第3反射板をさらに含んでもよい。これにより、フライアイレンズより外側に照射される光ビームを、フライアイレンズに強制的に入射させることができる。 The optical system may further include a third reflector surrounding a space on the light source module side of the pair of fly-eye lenses on the incident surface side. Thereby, the light beam irradiated outside the fly-eye lens can be forced to enter the fly-eye lens.

本発明の別の態様は、光給電システムに関する。光給電システムは、光ビームを放射する光源モジュールと、受光モジュールと、を備えてもよい。 Another aspect of the invention relates to an optical feeding system. The optical feeding system may comprise a light source module for emitting a light beam and a light receiving module.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, or conversions of the expressions of the present invention between methods, apparatuses, and the like are also effective as embodiments of the present invention.

さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 Furthermore, the description in this section (Summary of the Invention) does not describe all the essential features of the invention, and thus subcombinations of those described features can also be the invention. .

本発明のある態様によれば、受光モジュールの性能を改善できる。 According to one aspect of the invention, the performance of the receiver module can be improved.

図1(a)、(b)は、太陽電池と、それに入射する光ビームの位置関係および光ビームの強度分布(断面プロファイル)を示す図である。FIGS. 1(a) and 1(b) are diagrams showing a solar cell, the positional relationship of light beams incident thereon, and the intensity distribution (cross-sectional profile) of the light beams. 図2(a)、(b)は、複数のセルを含む太陽電池モジュールを示す図である。FIGS. 2(a) and 2(b) are diagrams showing a solar cell module including a plurality of cells. 実施の形態に係る光給電システムを示す図である。1 is a diagram showing an optical power supply system according to an embodiment; FIG. 図3の光給電システムの光路図である。FIG. 4 is an optical path diagram of the optical feeding system of FIG. 3; 図5(a)~(c)は、ビームの強度分布の均一化を説明する図である。FIGS. 5(a) to 5(c) are diagrams for explaining the homogenization of the intensity distribution of the beam. 図6(a)~(c)は、ビームの強度分布の均一化の別の例を説明する図である。FIGS. 6A to 6C are diagrams explaining another example of homogenization of the beam intensity distribution. 図7(a)、(b)は、入射光ビームのオフセットを説明する図である。7A and 7B are diagrams for explaining the offset of the incident light beam. 図3の受光モジュールに、非ゼロの入射角で入射光ビームが入射したときの様子を示す図である。4 is a diagram illustrating what happens when an incident light beam is incident on the receiver module of FIG. 3 at a non-zero angle of incidence; FIG. 第1変形例に係る受光モジュールを示す図である。It is a figure which shows the light receiving module which concerns on a 1st modification. 図10(a)~(c)は、第1反射板、第2反射板、第3反射板それぞれの機能を説明する図である。FIGS. 10A to 10C are diagrams for explaining the functions of the first reflector, the second reflector, and the third reflector.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. Moreover, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention.

図3は、実施の形態に係る光給電システム100を示す図である。光給電システム100は、光源モジュール200および受光モジュール300を備える。 FIG. 3 is a diagram showing an optical power feeding system 100 according to an embodiment. The optical power feeding system 100 includes a light source module 200 and a light receiving module 300 .

光源モジュール200は、入射光ビームL1を受光モジュール300に向けて照射する。受光モジュール300は、光源モジュール200からの入射光ビームL1を受け、電気信号に変換する。光源モジュール200と受光モジュール300の位置関係は不定であり、したがって受光モジュール300に入射する入射光ビームL1の位置や入射角は必ずしも理想的であるとは限らない。 The light source module 200 irradiates the light receiving module 300 with the incident light beam L1. The light receiving module 300 receives the incident light beam L1 from the light source module 200 and converts it into an electrical signal. The positional relationship between the light source module 200 and the light receiving module 300 is indefinite, and therefore the position and angle of incidence of the incident light beam L1 incident on the light receiving module 300 are not always ideal.

受光モジュール300は、太陽電池310および光学系320を備える。太陽電池310は、光電変換素子であり、入射した光を電気信号に変換する。太陽電池310は、単一セルからなってもよいが、好ましくは直列に接続される複数のセルを含むことができる。複数のセルは一列に配置されてそれらが直列接続されてもよいし、二列に配置されて折り返して直列に接続されてもよいし、三列以上に配置されて、それらがミアンダ状に接続されてもよく、その接続は限定されない。 A light receiving module 300 includes a solar cell 310 and an optical system 320 . The solar cell 310 is a photoelectric conversion element that converts incident light into an electrical signal. Solar cell 310 may consist of a single cell, but may preferably include multiple cells connected in series. A plurality of cells may be arranged in a row and connected in series, arranged in two rows and connected in series by folding back, or arranged in three or more rows and connected in a meandering manner. and the connection is not limited.

光学系320は、太陽電池310に入射する入射光ビームL1の経路上に設けられ、入射光ビームL1を均一化し、太陽電池310の受光面312全面にわたり照射する。 The optical system 320 is provided on the path of the incident light beam L1 incident on the solar cell 310, homogenizes the incident light beam L1, and irradiates the entire light receiving surface 312 of the solar cell 310 with it.

光学系320は、一対のフライアイレンズ322,324および結像レンズ326を含む。フライアイレンズ322,324はそれぞれ、マトリクス状に配置された複数の平凸型のレンズエレメントLEのアレイであり、2枚のフライアイレンズ322,324は向かい合わせに配置される。なおフライアイレンズの構成はこれに限定されず、両凸側であってもよい。あるいは、レンズ材料内の屈折率分布を制御してレンズ機能を設け、両側平面とした屈折率分布型レンズを用いてもよい。各レンズエレメントLEの焦点距離は等しい。 Optical system 320 includes a pair of fly-eye lenses 322 and 324 and an imaging lens 326 . Each of the fly-eye lenses 322 and 324 is an array of a plurality of plano-convex lens elements LE arranged in a matrix, and the two fly-eye lenses 322 and 324 are arranged to face each other. The configuration of the fly-eye lens is not limited to this, and may be biconvex. Alternatively, a gradient index lens having a flat surface on both sides may be used to provide a lens function by controlling the refractive index distribution in the lens material. The focal length of each lens element LE is equal.

光源モジュール200側のフライアイレンズ322を第1フライアイレンズと称し、太陽電池310側のフライアイレンズ324を第2フライアイレンズと称して区別する。第1フライアイレンズ322と第2フライアイレンズ324の間は、ガラスで充填されていてもよく、したがって一対のフライアイレンズ322,324は一体成形されていてもよい。 The fly-eye lens 322 on the light source module 200 side is called a first fly-eye lens, and the fly-eye lens 324 on the solar cell 310 side is called a second fly-eye lens for distinction. The space between the first fly-eye lens 322 and the second fly-eye lens 324 may be filled with glass, so the pair of fly-eye lenses 322 and 324 may be integrally molded.

第1フライアイレンズ322は、光源モジュール200からの光ビーム(光束)を分割する。第1フライアイレンズ322は、複数の2次光源として機能する。第2フライアイレンズ324は、第1フライアイレンズ322の焦点に配置される。結像レンズ326は、第1フライアイレンズ322の各レンズエレメントLEの像を、太陽電池310の受光面312上に拡大して結像する。したがって太陽電池310の受光面に照射されるビームの形状は、個々のレンズエレメントLEの形状によって規定される。このことから個々のレンズエレメントLEの形状は、太陽電池310の形状と実質的に同一とし、レンズエレメントLEの像が、太陽電池310全体に拡大投影されるように倍率を定めることで、受光領域全体にわたり、ビームを照射することが可能となり、光の利用効率を高めることができる。本実施の形態では、太陽電池310は矩形であるため、矩形のレンズエレメントLEを有するフライアイレンズを採用するとよい。もし、太陽電池310の受光領域が六角形の場合、六角形のレンズエレメントLEを有するフライアイレンズを採用するとよい。 The first fly-eye lens 322 splits the light beam (luminous flux) from the light source module 200 . The first fly-eye lens 322 functions as a plurality of secondary light sources. A second fly-eye lens 324 is arranged at the focal point of the first fly-eye lens 322 . The imaging lens 326 magnifies and forms an image of each lens element LE of the first fly-eye lens 322 on the light receiving surface 312 of the solar cell 310 . Therefore, the shape of the beam irradiated onto the light receiving surface of the solar cell 310 is defined by the shape of each lens element LE. For this reason, the shape of each lens element LE is substantially the same as the shape of the solar cell 310, and the magnification is determined so that the image of the lens element LE is enlarged and projected onto the entire solar cell 310. It becomes possible to irradiate the beam over the entire area, and the light utilization efficiency can be improved. In the present embodiment, since the solar cell 310 is rectangular, a fly-eye lens having a rectangular lens element LE may be employed. If the light-receiving area of the solar cell 310 is hexagonal, a fly-eye lens having hexagonal lens elements LE may be employed.

以上が光給電システム100の構成である。図4は、図3の光給電システム100の光路図である。ここではX断面を示す。第1フライアイレンズ322および第2フライアイレンズ324それぞれのレンズエレメントLEの高さをh、焦点距離をf、結像レンズ326の焦点距離をFとする。 The above is the configuration of the optical power supply system 100 . FIG. 4 is an optical path diagram of the optical feeding system 100 of FIG. The X section is shown here. Let h be the height of the lens element LE of each of the first fly-eye lens 322 and the second fly-eye lens 324 , f be the focal length, and F be the focal length of the imaging lens 326 .

このとき、受光面312上に投影されるビームの幅ΔXは、式(1)で与えられる。
ΔX=F/f・h
受光モジュール300の光学系320は、ΔXが太陽電池310の受光面312のサイズ(横幅)と実質的に同一となるように設計される。
At this time, the width ΔX of the beam projected onto the light receiving surface 312 is given by Equation (1).
ΔX=F/f・h
The optical system 320 of the light receiving module 300 is designed so that ΔX is substantially the same as the size (horizontal width) of the light receiving surface 312 of the solar cell 310 .

なお受光モジュール300は、X軸とY軸に関して異なる光学特性を有するアナモフィックな光学系で構成してもよい。第1フライアイレンズ322の各レンズエレメントLEに入射する光束のX方向の強度分布が均一とみなせるとき、受光面312における幅ΔX内の強度分布は均一となる。 Note that the light receiving module 300 may be configured with an anamorphic optical system having different optical characteristics with respect to the X axis and the Y axis. When the intensity distribution in the X direction of the light flux incident on each lens element LE of the first fly-eye lens 322 can be regarded as uniform, the intensity distribution within the width ΔX on the light receiving surface 312 is uniform.

図5(a)~(c)は、ビームの強度分布の均一化を説明する図である。図5(a)には、入射光ビームL1の強度分布を示す。強度分布は模式的に直線近似で示すが、ガウシアン分布やその他の分布であってもよい。入射光ビームL1が、複数のレンズエレメントLE1~LE4に入射する。図5(b)には、複数のレンズエレメントLE1~LE4それぞれを通過した光の、受光面312上の強度分布を示す。受光面312には、これらの4個の光が重ね合わせて照射される。図5(c)は、4個のビームを重ね合わせて得られる受光面312上の強度分布である。 FIGS. 5(a) to 5(c) are diagrams for explaining the homogenization of the intensity distribution of the beam. FIG. 5(a) shows the intensity distribution of the incident light beam L1. Although the intensity distribution is schematically shown by linear approximation, it may be Gaussian distribution or other distributions. An incident light beam L1 is incident on a plurality of lens elements LE1-LE4. FIG. 5(b) shows the intensity distribution on the light receiving surface 312 of light that has passed through each of the plurality of lens elements LE1 to LE4. The light-receiving surface 312 is irradiated with these four lights superimposed. FIG. 5(c) shows the intensity distribution on the light receiving surface 312 obtained by superimposing the four beams.

図6(a)~(c)は、ビームの強度分布の均一化の別の例を説明する図である。図6(a)には、入射光ビームL1の別の強度分布の例を示す。この例では、強度にムラがあるが、ひとつのレンズエレメントLE内では、強度分布が均一と見なせる。 FIGS. 6A to 6C are diagrams explaining another example of homogenization of the beam intensity distribution. FIG. 6A shows another intensity distribution example of the incident light beam L1. In this example, the intensity is uneven, but the intensity distribution can be regarded as uniform within one lens element LE.

図6(b)には、複数のレンズエレメントLE1~LE4それぞれを通過した光の、受光面312上の強度分布を示す。受光面312には、これらの4個の光が重ね合わせて照射される。図6(c)は、4個のビームを重ね合わせて得られる受光面312上の強度分布である。 FIG. 6B shows the intensity distribution on the light receiving surface 312 of light that has passed through each of the lens elements LE1 to LE4. The light-receiving surface 312 is irradiated with these four lights superimposed. FIG. 6C shows the intensity distribution on the light receiving surface 312 obtained by superimposing the four beams.

このように受光モジュール300によれば、非均一な強度分布を有する入射光ビームL1を、均一化して太陽電池310の受光面312に照射することができる。特に太陽電池310が、複数のセルの直列接続である場合には、均一照射によりすべてのセルを有効に発電させることができ、太陽電池310の発電能力を最大限に発揮できる。 As described above, according to the light receiving module 300 , the incident light beam L<b>1 having a non-uniform intensity distribution can be made uniform and radiated onto the light receiving surface 312 of the solar cell 310 . In particular, when the solar cell 310 is a series connection of a plurality of cells, all the cells can be effectively generated by uniform irradiation, and the power generation capacity of the solar cell 310 can be maximized.

また、入射光ビームL1が不均一でよいため、光源モジュール200の構造を簡素化でき、したがって光源モジュール200のコストを下げることができる。 In addition, since the incident light beam L1 may be non-uniform, the structure of the light source module 200 can be simplified, and the cost of the light source module 200 can be reduced.

受光モジュール300によれば、以下で説明するように、入射光ビームL1がオフセットして入射した場合にも、均一なビームを太陽電池310の受光面312に照射できる。図7(a)、(b)は、入射光ビームL1のオフセットを説明する図である。光源モジュール200は、複数の光源202と、複数のコリメートレンズ204を含む。光源202は、垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting LASER:VCSEL)をはじめとするレーザ光源であってもよいし、LED(発光ダイオード)など、別の半導体光源であってもよい。あるいは光源は、半導体光源以外の光源、すなわちハロゲンランプや放電管など、その他の種類であってもよい。光源202のビームの広がり角がそれほど大きくなければ、コリメートレンズ204は省略することができる。 According to the light-receiving module 300, even when the incident light beam L1 is offset and incident, the light-receiving surface 312 of the solar cell 310 can be irradiated with a uniform beam, as described below. FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining the offset of the incident light beam L1. The light source module 200 includes multiple light sources 202 and multiple collimating lenses 204 . The light source 202 may be a laser light source such as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), or another semiconductor light source such as an LED (light emitting diode). Alternatively, the light source may be of a type other than a semiconductor light source, such as a halogen lamp or a discharge tube. If the divergence angle of the beam of the light source 202 is not so large, the collimating lens 204 can be omitted.

図7(a)では、光学系320の中央に入射光ビームL1が入射している。図7(b)では、光学系320の上側に入射光ビームL1がオフセットして入射している。いずれの場合であっても、太陽電池310の受光面312には均一なビームが照射される。 In FIG. 7A, the incident light beam L1 is incident on the center of the optical system 320. In FIG. In FIG. 7B, the incident light beam L1 is incident on the upper side of the optical system 320 with an offset. In either case, the light receiving surface 312 of the solar cell 310 is irradiated with a uniform beam.

(変形例)
図8は、図3の受光モジュール300に、非ゼロの入射角で入射光ビームL1が入射したときの様子を示す。受光モジュール300の光学系320には、式(2)を満たす入射許容角θが存在する。
tanθMAX=h/2f
そして入射光ビームL1の入射角θが入射許容角θmaxを超えると、結像レンズ326の出射光は、元の照射領域ΔXから、ΔXだけX方向にシフトした領域ΔX’に照射される。領域ΔX’は、太陽電池310の受光面312の外側であるから、図3の受光モジュール300は、入射角に制約があるといえる。この問題は、第1変形例によって解決される。
(Modification)
FIG. 8 shows what happens when the incident light beam L1 is incident on the receiver module 300 of FIG. 3 at a non-zero angle of incidence. The optical system 320 of the light receiving module 300 has an allowable incident angle θ that satisfies Equation (2).
tan θ MAX =h/2f
When the incident angle θ of the incident light beam L1 exceeds the allowable incident angle θ max , the light emitted from the imaging lens 326 is irradiated onto an area ΔX′ shifted in the X direction by ΔX from the original irradiation area ΔX. Since the region ΔX′ is outside the light receiving surface 312 of the solar cell 310, it can be said that the light receiving module 300 of FIG. 3 has a limited angle of incidence. This problem is solved by the first variant.

図9は、第1変形例に係る受光モジュール300Aを示す図である。受光モジュール300Aの光学系320Aは、図4の光学系320に加えて、第1反射板330、第2反射板332、第3反射板334を備える。 FIG. 9 is a diagram showing a light receiving module 300A according to the first modified example. An optical system 320A of the light receiving module 300A includes a first reflector 330, a second reflector 332, and a third reflector 334 in addition to the optical system 320 of FIG.

第1反射板330は、結像レンズ326と太陽電池310に挟まれる空間の周囲を覆う。 The first reflector 330 surrounds the space sandwiched between the imaging lens 326 and the solar cell 310 .

第2反射板332は、第1フライアイレンズ322と結像レンズ326に挟まれる空間の周囲を覆う。 The second reflector 332 surrounds the space sandwiched between the first fly-eye lens 322 and the imaging lens 326 .

第3反射板334は、第1フライアイレンズ322よりも光源モジュール200側の空間の周囲を囲む。 The third reflector 334 surrounds the space on the light source module 200 side of the first fly-eye lens 322 .

第1変型例において、第1フライアイレンズ322および第2フライアイレンズ324の形状、受光領域の形状、レンズエレメントの形状は、実質的に同一であることが好ましい。さらにこれらの形状は、受光モジュール300に入射する光ビームの形状と実質的に同一であってもよい。 In the first modified example, the shape of the first fly-eye lens 322 and the second fly-eye lens 324, the shape of the light receiving area, and the shape of the lens element are preferably substantially the same. Furthermore, these shapes may be substantially the same as the shape of the light beam incident on the receiver module 300 .

なお実際には、第1反射板330~第3反射板334は筒状であり、対応する空間を取り囲む複数の反射面を含むが、図9には、2枚の反射面のみが示される。なお、フライアイレンズ等をN角形とした場合、第1反射板330~第3反射板334はそれぞれ、筒を形成するN枚の反射面を含みうる。 In practice, the first to third reflectors 330 to 334 are cylindrical and include a plurality of reflecting surfaces surrounding corresponding spaces, but only two reflecting surfaces are shown in FIG. If the fly-eye lens or the like is N-sided, each of the first to third reflectors 330 to 334 can include N reflecting surfaces forming a cylinder.

図10(a)~(c)は、第1反射板330、第2反射板332、第3反射板334それぞれの機能を説明する図である。図10(a)を参照して第1反射板330の機能を説明する。上述したように入射光ビームL1の入射角θが大きいとき、結像レンズ326を通過した光L2は、領域ΔX’に向けて出射される。この光L2は、第1反射板330のひとつの反射面によって折り返され、太陽電池310の受光面312に照射される。 10A to 10C are diagrams for explaining the functions of the first reflector 330, the second reflector 332, and the third reflector 334. FIG. The function of the first reflector 330 will be described with reference to FIG. 10(a). As described above, when the incident angle θ of the incident light beam L1 is large, the light L2 that has passed through the imaging lens 326 is emitted toward the area ΔX'. This light L2 is reflected by one reflecting surface of the first reflecting plate 330 and is irradiated onto the light receiving surface 312 of the solar cell 310 .

図10(b)を参照して第2反射板332の機能を説明する。第1フライアイレンズ322を通過した光線の一部L3は、第2フライアイレンズ324の範囲外に向かって出射されうる。また第2フライアイレンズ324を通過した光線の一部L4は、結像レンズ326の範囲外に向かって出射されうる。第2反射板332は、これらの光線の一部L3を反射して第2フライアイレンズ324に入射させることができ、また光線の一部L4を反射して結像レンズ326に入射させることができる。 The function of the second reflector 332 will be described with reference to FIG. 10(b). A portion L3 of the light beam that has passed through the first fly-eye lens 322 can be emitted outside the range of the second fly-eye lens 324 . A portion L4 of the light beam that has passed through the second fly-eye lens 324 can be emitted outside the range of the imaging lens 326. FIG. The second reflector 332 can reflect a portion L3 of these rays to enter the second fly-eye lens 324, and can reflect a portion L4 of the rays to enter the imaging lens 326. can.

図10(c)を参照して第3反射板334の機能を説明する。図示しない光源モジュール200からの入射光ビームL1の一部(あるいは全部)L5は、第1フライアイレンズ322から外れて入射されうる。第3反射板334を設けることで、この光線L5を反射し、第1フライアイレンズ322に入射させることができる。 The function of the third reflector 334 will be described with reference to FIG. 10(c). A part (or all) L5 of the incident light beam L1 from the light source module 200 (not shown) may be incident outside the first fly-eye lens 322 . By providing the third reflector 334 , it is possible to reflect this light ray L<b>5 and make it enter the first fly-eye lens 322 .

このように、第1反射板330、第2反射板332、第3反射板334を設けることで、光の利用効率をさらに高めることができる。 By providing the first reflecting plate 330, the second reflecting plate 332, and the third reflecting plate 334 in this way, the light utilization efficiency can be further increased.

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments merely show the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the scope of claims. Many modifications and changes in arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

100 光給電システム
200 光源モジュール
202 光源
204 コリメートレンズ
300 受光モジュール
310 太陽電池
312 受光面
320 光学系
322 第1フライアイレンズ
324 第2フライアイレンズ
LE レンズエレメント
326 結像レンズ
330 第1反射板
332 第2反射板
334 第3反射板
L1 入射光ビーム
REFERENCE SIGNS LIST 100 optical feeding system 200 light source module 202 light source 204 collimating lens 300 light receiving module 310 solar cell 312 light receiving surface 320 optical system 322 first fly eye lens 324 second fly eye lens LE lens element 326 imaging lens 330 first reflector 332 second 2 Reflector 334 Third Reflector L1 Incident light beam

Claims (6)

光源モジュールから光ビームを受ける受光モジュールであって、
光電変換素子と、
前記光電変換素子に入射する前記光ビームの経路上に設けられた一対のフライアイレンズおよび結像レンズと、前記結像レンズと前記光電変換素子に挟まれる空間の周囲を覆う第1反射板と、を含む光学系と、
を備え、
前記一対のフライアイレンズの形状、前記フライアイレンズを構成するレンズエレメントの形状および前記光電変換素子の受光領域の形状はN角形であり、前記第1反射板は、筒を形成するN枚の反射面を含むことを特徴とする受光モジュール。
A light receiving module for receiving a light beam from a light source module,
a photoelectric conversion element;
a pair of fly-eye lenses and an imaging lens provided on a path of the light beam incident on the photoelectric conversion element; and a first reflector covering a space sandwiched between the imaging lens and the photoelectric conversion element. an optical system including,
with
The shape of the pair of fly-eye lenses, the shape of the lens elements constituting the fly-eye lenses, and the shape of the light receiving area of the photoelectric conversion element are N-sided. A light receiving module comprising a reflective surface .
前記光電変換素子は、直列に接続される複数のセルを含むことを特徴とする請求項1に記載の受光モジュール。 2. The light receiving module according to claim 1, wherein said photoelectric conversion element includes a plurality of cells connected in series. 前記光学系は、前記一対のフライアイレンズの入射面側のレンズと、前記結像レンズに挟まれる空間の周囲を覆う第2反射板をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の受光モジュール。 3. The optical system according to claim 1 , wherein the optical system further includes a lens on the incident surface side of the pair of fly-eye lenses, and a second reflector covering a space sandwiched between the imaging lenses. receiver module. 前記光学系は、前記一対のフライアイレンズの入射面側のレンズよりも前記光源モジュール側の空間の周囲を囲む第3反射板をさらに含むことを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の受光モジュール。 4. The optical system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the optical system further includes a third reflector surrounding a space closer to the light source module than the lenses on the incident surface side of the pair of fly-eye lenses. A light receiving module as described. 前記一対のフライアイレンズの形状、前記フライアイレンズを構成するレンズエレメントの形状および前記光電変換素子の受光領域の形状は、前記光源モジュールからの前記光ビームの形状と実質的に同一であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の受光モジュール。 The shape of the pair of fly-eye lenses, the shape of the lens elements constituting the fly-eye lenses, and the shape of the light receiving area of the photoelectric conversion element are substantially the same as the shape of the light beam from the light source module. 5. The light receiving module according to any one of claims 1 to 4 , characterized by: 光ビームを放射する光源モジュールと、
請求項1からのいずれかに記載の受光モジュールと、
を備えることを特徴とする光給電システム。
a light source module for emitting a light beam;
a light receiving module according to any one of claims 1 to 5 ;
An optical power supply system comprising:
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