JP7345309B2 - 光ファイバー給電システム - Google Patents
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Description
本開示は、光給電に関する。
近時、電力を光（給電光と呼ばれる）に変換して伝送し、当該給電光を電気エネルギーに変換して電力として利用する光給電システムが研究されている。
特許文献１には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第１クラッド、及び上記第１クラッドの周囲に形成され上記第１クラッドより屈折率が小さい第２クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第１クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
特許文献１には、電気信号で変調された信号光、及び電力を供給するための給電光を発信する光発信機と、上記信号光を伝送するコア、上記コアの周囲に形成され上記コアより屈折率が小さく上記給電光を伝送する第１クラッド、及び上記第１クラッドの周囲に形成され上記第１クラッドより屈折率が小さい第２クラッド、を有する光ファイバーと、上記光ファイバーの第１クラッドで伝送された上記給電光を変換した電力で動作し、上記光ファイバーのコアで伝送された上記信号光を上記電気信号に変換する光受信機と、を備えた光通信装置が記載されている。
光給電においては、より高エネルギーの光伝送が行われるようになることが見込まれる。
給電側から受電側への給電光の伝送路が正常に接続されていない場合に、給電装置から高出力の給電光を出力してしまうと、当該給電光が外部に放出されてしまい、人や物に高出力の給電光を照射してしまうおそれがある。
また、給電量と受給消費量とのバランスを適切にして光給電を行うことが求められる。
給電側から受電側への給電光の伝送路が正常に接続されていない場合に、給電装置から高出力の給電光を出力してしまうと、当該給電光が外部に放出されてしまい、人や物に高出力の給電光を照射してしまうおそれがある。
また、給電量と受給消費量とのバランスを適切にして光給電を行うことが求められる。
本開示の１つの態様は、電力によりレーザー発振して給電光を出力する半導体レーザーを含む給電装置と、前記給電装置による給電光を電力に変換する光電変換素子を含む受電装置とを備えた光ファイバー給電システムであって、前記給電装置を含む第１のデータ通信装置と、前記第１のデータ通信装置と光通信し、前記受電装置を含む第２のデータ通信装置と、一端が前記第１のデータ通信装置に接続可能とされ、他端が前記第２のデータ通信装置に接続可能とされ、前記給電光及び信号光を伝送する光ファイバーケーブルとを備え、前記第１のデータ通信装置は、前記給電装置による低出力給電と、当該低出力給電による給電電力を超える高出力給電とを制御可能であり、前記第１のデータ通信装置は、前記第２のデータ通信装置の光電変換・光通信部への前記低出力給電を開始して、前記第２のデータ通信装置から前記光電変換・光通信部が前記低出力給電を受けたことに伴い起動したことを示す起動信号を受信した後、前記高出力給電を可能に制御し、前記光電変換・光通信部は、前記受電装置を含み、前記低出力給電を受けると起動して前記起動信号を前記第１のデータ通信装置に送信し、前記高出力給電を受けると前記受電装置からの電力供給対象を拡張し、前記第２のデータ通信装置の外部の機器に前記高出力給電に応じた電力の供給を行うように構成されており、前記光電変換・光通信部は、起動後、前記高出力給電における給電量を決定するための情報を前記第１のデータ通信装置に送信し、前記第１のデータ通信装置は、前記給電量を決定するための情報を受信し、これに基づき給電量を決定して前記高出力給電を制御する。
本開示の１つの態様の光ファイバー給電システムによれば、高出力の給電光を外部に放出してしまうことを防止することができ、給電量と受給消費量とのバランスを適切にして光給電を行うことができる。
以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。
（１）システム概要
〔第１実施形態〕
図１に示すように本実施形態の光ファイバー給電（PoF:Power over Fiber）システム１Ａは、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０と、光ファイバーケーブル２００Ａと、受電装置（PD:Powered Device）３１０を備える。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１を含む。
光ファイバーケーブル２００Ａは、給電光の伝送路を形成する光ファイバー２５０Ａを含む。
受電装置３１０は、光電変換素子３１１を含む。
〔第１実施形態〕
図１に示すように本実施形態の光ファイバー給電（PoF:Power over Fiber）システム１Ａは、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０と、光ファイバーケーブル２００Ａと、受電装置（PD:Powered Device）３１０を備える。
なお、本開示における給電装置は電力を光エネルギーに変換して供給する装置であり、受電装置は光エネルギーの供給を受け当該光エネルギーを電力に変換する装置である。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１を含む。
光ファイバーケーブル２００Ａは、給電光の伝送路を形成する光ファイバー２５０Ａを含む。
受電装置３１０は、光電変換素子３１１を含む。
給電装置１１０は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１等が電気駆動される。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
光ファイバーケーブル２００Ａは、一端２０１Ａが給電装置１１０に接続可能とされ、他端２０２Ａが受電装置３１０に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。
給電装置１１０からの給電光１１２が、光ファイバーケーブル２００Ａの一端２０１Ａに入力され、給電光１１２は光ファイバー２５０Ａ中を伝搬し、他端２０２Ａから受電装置３１０に出力される。
給電装置１１０からの給電光１１２が、光ファイバーケーブル２００Ａの一端２０１Ａに入力され、給電光１１２は光ファイバー２５０Ａ中を伝搬し、他端２０２Ａから受電装置３１０に出力される。
光電変換素子３１１は、光ファイバーケーブル２００Ａを通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。光電変換素子３１１により変換された電力が、受電装置３１０内で必要な駆動電力とされる。さらに受電装置３１０は光電変換素子３１１により変換された電力を外部機器用に出力可能とされる。
給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が５００ｎｍ以下の短波長のレーザー波長をもった半導体とされる。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１のいずれか一方に適用してもよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
短波長のレーザー波長をもった半導体は、バンドギャップが大きく光電変換効率が高いので、光給電の発電側及び受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
そのためには、同半導体材料として、例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、レーザー波長（基本波）が２００～５００ｎｍのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
また、同半導体材料として、２．４ｅＶ以上のバンドギャップを有した半導体が適用される。
例えば、ダイヤモンド、酸化ガリウム、窒化アルミニウム、ＧａＮ等、バンドギャップ２．４～６．２ｅＶのレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
なお、レーザー光は長波長ほど伝送効率が良く、短波長ほど光電変換効率が良い傾向にある。したがって、長距離伝送の場合には、レーザー波長（基本波）が５００ｎｍより大きいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。また、光電変換効率を優先する場合には、レーザー波長（基本波）が２００ｎｍより小さいレーザー媒体の半導体材料を用いてもよい。
これらの半導体材料は、給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１のいずれか一方に適用してもよい。給電側又は受電側における光電変換効率が向上され、光給電効率が向上する。
〔第２実施形態〕
図２に示すように本実施形態の光ファイバー給電（PoF:Power over Fiber）システム１は、光ファイバーを介した給電システムと光通信システムとを含むものであり、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置（PD:Powered Device）３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、データ通信を行う発信部１２０と、受信部１３０とを含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置(DTE(Date Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。発信部１２０は、信号用半導体レーザー１２１と、モジュレーター１２２とを含む。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。
図２に示すように本実施形態の光ファイバー給電（PoF:Power over Fiber）システム１は、光ファイバーを介した給電システムと光通信システムとを含むものであり、給電装置（PSE:Power Sourcing Equipment）１１０を含む第１のデータ通信装置１００と、光ファイバーケーブル２００と、受電装置（PD:Powered Device）３１０を含む第２のデータ通信装置３００とを備える。
給電装置１１０は、給電用半導体レーザー１１１を含む。第１のデータ通信装置１００は、給電装置１１０のほか、データ通信を行う発信部１２０と、受信部１３０とを含む。第１のデータ通信装置１００は、データ端末装置(DTE(Date Terminal Equipment))、中継器(Repeater)等に相当する。発信部１２０は、信号用半導体レーザー１２１と、モジュレーター１２２とを含む。受信部１３０は、信号用フォトダイオード１３１を含む。
光ファイバーケーブル２００は、信号光の伝送路を形成するコア２１０と、コア２１０の外周に配置され、給電光の伝送路を形成するクラッド２２０と有する光ファイバー２５０を含む。
受電装置３１０は、光電変換素子３１１を含む。第２のデータ通信装置３００は、受電装置３１０のほか、発信部３２０と、受信部３３０と、データ処理ユニット３４０とを含む。第２のデータ通信装置３００は、パワーエンドステーション（Power End Station)
等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。受信部３３０は、信号用フォトダイオード３３１を含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
等に相当する。発信部３２０は、信号用半導体レーザー３２１と、モジュレーター３２２とを含む。受信部３３０は、信号用フォトダイオード３３１を含む。データ処理ユニット３４０は、受信した信号を処理するユニットである。また、第２のデータ通信装置３００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第２のデータ通信装置３００は、他のノードと通信するノードでもよい。
第１のデータ通信装置１００は電源に接続され、給電用半導体レーザー１１１、信号用半導体レーザー１２１と、モジュレーター１２２、信号用フォトダイオード１３１等が電気駆動される。また、第１のデータ通信装置１００は、通信ネットワークにおけるノードである。または第１のデータ通信装置１００は、他のノードと通信するノードでもよい。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
給電用半導体レーザー１１１は、上記電源からの電力によりレーザー発振して給電光１１２を出力する。
光電変換素子３１１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた給電光１１２を電力に変換する。光電変換素子３１１により変換された電力は、発信部３２０、受信部３３０及びデータ処理ユニット３４０の駆動電力、その他の第２のデータ通信装置３００内で必要となる駆動電力とされる。さらに第２のデータ通信装置３００は、光電変換素子３１１により変換された電力を外部機器用に出力可能とされていてもよい。
一方、発信部１２０のモジュレーター１２２は、信号用半導体レーザー１２１からのレーザー光１２３を送信データ１２４に基づき変調して信号光１２５として出力する。
受信部３３０の信号用フォトダイオード３３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光１２５を電気信号に復調し、データ処理ユニット３４０に出力する。データ処理ユニット３４０は、当該電気信号によるデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ３２４としてモジュレーター３２２に出力する。
発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信され、その一方で当該ノードからデータが送信データ１２４とされる。
受信部３３０の信号用フォトダイオード３３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光１２５を電気信号に復調し、データ処理ユニット３４０に出力する。データ処理ユニット３４０は、当該電気信号によるデータをノードに送信し、その一方で当該ノードからデータを受信し、送信データ３２４としてモジュレーター３２２に出力する。
発信部３２０のモジュレーター３２２は、信号用半導体レーザー３２１からのレーザー光３２３を送信データ３２４に基づき変調して信号光３２５として出力する。
受信部１３０の信号用フォトダイオード１３１は、光ファイバーケーブル２００を通して伝送されてきた信号光３２５を電気信号に復調し出力する。当該電気信号によるデータがノードに送信され、その一方で当該ノードからデータが送信データ１２４とされる。
第１のデータ通信装置１００からの給電光１１２及び信号光１２５が、光ファイバーケーブル２００の一端２０１に入力され、給電光１１２はクラッド２２０を伝搬し、信号光１２５はコア２１０を伝搬し、他端２０２から第２のデータ通信装置３００に出力される。
第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５が、光ファイバーケーブル２００の他端２０２に入力され、コア２１０を伝搬し、一端２０１から第１のデータ通信装置１００に出力される。
第２のデータ通信装置３００からの信号光３２５が、光ファイバーケーブル２００の他端２０２に入力され、コア２１０を伝搬し、一端２０１から第１のデータ通信装置１００に出力される。
なお、図３に示すように第１のデータ通信装置１００に光入出力部１４０とこれに付設された光コネクタ１４１が設けられる。また、第２のデータ通信装置３００に光入出力部３５０とこれに付設された光コネクタ３５１が設けられる。光ファイバーケーブル２００の一端２０１に設けられた光コネクタ２３０が光コネクタ１４１に接続する。光ファイバーケーブル２００の他端２０２に設けられた光コネクタ２４０が光コネクタ３５１に接続する。光入出力部１４０は、給電光１１２をクラッド２２０に導光し、信号光１２５をコア２１０に導光し、信号光３２５を受信部１３０に導光する。光入出力部３５０は、給電光１１２を受電装置３１０に導光し、信号光１２５を受信部３３０に導光し、信号光３２５をコア２１０に導光する。
以上のように、光ファイバーケーブル２００は、一端２０１が第１のデータ通信装置１００に接続可能とされ、他端２０２が第２のデータ通信装置３００に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。さらに本実施形態では、光ファイバーケーブル２００は、信号光１２５，３２５を双方向伝送する。
以上のように、光ファイバーケーブル２００は、一端２０１が第１のデータ通信装置１００に接続可能とされ、他端２０２が第２のデータ通信装置３００に接続可能とされ、給電光１１２を伝送する。さらに本実施形態では、光ファイバーケーブル２００は、信号光１２５，３２５を双方向伝送する。
給電用半導体レーザー１１１及び光電変換素子３１１の光‐電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料としては上記第１実施形態と同様のものが適用され、高い光給電効率が実現される。
なお、図４に示す光ファイバー給電システム１Ｂの光ファイバーケーブル２００Ｂように、信号光を伝送する光ファイバー２６０と、給電光を伝送する光ファイバー２７０とを別々に設けてもよい。光ファイバーケーブル２００Ｂも複数本で構成してもよい。
（２）接続確立と給電光の制御について
次に、接続確立と給電光の制御につき図２に加え図５及び図６を参照して説明する。
次に、接続確立と給電光の制御につき図２に加え図５及び図６を参照して説明する。
上記第２実施形態として説明した光ファイバー給電システム１（図２及び図３によって示される構成）において、図５に示すように第１のデータ通信装置１００は、制御装置１５０を備え、第２のデータ通信装置３００は、制御装置３６０を備える。制御装置３６０は、上記データ処理ユニット３４０とハードウエアとして同一のものでもよい。なお、制御装置３６０も光電変換素子３１１により変換された電力により駆動される。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、給電装置１１０による低出力給電と、当該低出力給電による給電エネルギーを超える高出力給電とを制御可能とされている。
図６のフローチャートを参照して説明する。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、電源オン（Ｔ１）の後、各ポートに接続されるデータ通信装置を監視する（Ｔ２，Ｓ１）。その中に、図５に示す第２のデータ通信装置３００があるとする。
いま、第２のデータ通信装置３００が電源オフ状態であり、第１のデータ通信装置１００との通信接続されていないとする（Ｐ１）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、第１のデータ通信装置１００に対する入力操作信号等に応じて第２のデータ通信装置３００への光給電を開始する。そのために、第２のデータ通信装置３００の接続ポートを検索し、接続状態を確認する。ここでは、非接続状態であると確認したとする（Ｔ３）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、第２のデータ通信装置３００の非接続状態を確認したので、まず、第２のデータ通信装置３００への低出力給電を開始する（Ｔ４）。これにより低出力給電光（Ｓ２）が第２のデータ通信装置３００に供給される。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、低出力給電の開始（Ｔ４）とともに、第２のデータ通信装置３００から第２のデータ通信装置３００の光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）が起動したことを示す起動信号を待つ。ここで、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）は、第２のデータ通信装置３００の光電変換及び光通信を行う機能部分を指し、受電装置３１０、発信部３２０、受信部３３０及び制御装置３６０を含む。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、電源オン（Ｔ１）の後、各ポートに接続されるデータ通信装置を監視する（Ｔ２，Ｓ１）。その中に、図５に示す第２のデータ通信装置３００があるとする。
いま、第２のデータ通信装置３００が電源オフ状態であり、第１のデータ通信装置１００との通信接続されていないとする（Ｐ１）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、第１のデータ通信装置１００に対する入力操作信号等に応じて第２のデータ通信装置３００への光給電を開始する。そのために、第２のデータ通信装置３００の接続ポートを検索し、接続状態を確認する。ここでは、非接続状態であると確認したとする（Ｔ３）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、第２のデータ通信装置３００の非接続状態を確認したので、まず、第２のデータ通信装置３００への低出力給電を開始する（Ｔ４）。これにより低出力給電光（Ｓ２）が第２のデータ通信装置３００に供給される。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、低出力給電の開始（Ｔ４）とともに、第２のデータ通信装置３００から第２のデータ通信装置３００の光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）が起動したことを示す起動信号を待つ。ここで、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）は、第２のデータ通信装置３００の光電変換及び光通信を行う機能部分を指し、受電装置３１０、発信部３２０、受信部３３０及び制御装置３６０を含む。
光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）は、低出力給電光（Ｓ２）を受けると、光電変換素子３１１が作動して通電し起動する（Ｐ２）。第２のデータ通信装置３００の制御装置３６０は起動すると、発信部３２０を介して起動信号（Ｓ３）を第１のデータ通信装置１００に送信する（Ｐ２）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、起動信号（Ｓ３）を受信したら、高出力給電における給電量を決定するための情報の通知を指示する（Ｔ５）。同情報（本実施形態では「受電側能力／状態情報」とする。）には、受電装置３１０の受電能力（光電変換能力）のほか、第２のデータ通信装置３００内の温度などの状態、受電装置３１０から電力供給を受ける機器構成が含まれる。
ここでの「受電装置３１０から電力供給を受ける機器構成」は、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）以外を指すとともに、Ｐ２時点で受電装置３１０から電力供給を受けていない機器が含まれる。ここでの「受電装置３１０から電力供給を受ける機器構成」としては、画像表示装置などの出力機器、センサー、カメラなどの入力機器、電波通信機器などが想定されるが、第２のデータ通信装置３００に対し一体に組み込まれているか、外部に設けられているかを問わない。
ここでの「受電装置３１０から電力供給を受ける機器構成」は、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）以外を指すとともに、Ｐ２時点で受電装置３１０から電力供給を受けていない機器が含まれる。ここでの「受電装置３１０から電力供給を受ける機器構成」としては、画像表示装置などの出力機器、センサー、カメラなどの入力機器、電波通信機器などが想定されるが、第２のデータ通信装置３００に対し一体に組み込まれているか、外部に設けられているかを問わない。
第２のデータ通信装置３００の制御装置３６０は、受電装置３１０の能力、受電装置３１０から電力供給する最大範囲の現状を確認し、受電側能力／状態情報（Ｓ５）を第１のデータ通信装置１００に送信する（Ｐ３）。
第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、受電側能力／状態情報（Ｓ５）を受信し（Ｔ６）、受電側能力／状態情報（Ｓ５）に基づき、給電量を決定して高出力給電を制御する（Ｔ６，Ｓ６）。制御装置１５０は、決定した給電量の高出力給電光（Ｓ６）の送出と同時に、高出力給電の開始合図及び給電量を示す情報（Ｓ７）の送信を実施する（Ｔ７）。
以上のように、第１のデータ通信装置１００の制御装置１５０は、第２のデータ通信装置３００の状態を監視し、非接続状態（非給電状態）を確認してから低出力給電を開始し、起動信号（Ｓ３）を受信した後、高出力給電を可能に制御する。すなわち、制御装置１５０は、起動信号（Ｓ３）の受信が無ければ、高出力給電に移行しないように制限制御する。したがって、通信接続が確立しない限りは、給電装置１１０による高出力給電が開始されることはなく、例えば、光コネクタ２４０が非接続の場合にも給電装置１１０による高出力給電が開始されることはなく、高出力の給電光を外部に放出してしまうことを防止することができる。
本実施形態では制御装置１５０は、起動信号（Ｓ３）と受電側能力／状態情報（Ｓ５）を受信し、給電量を決定して高出力給電を開始する。これに拘わらず、起動信号（Ｓ３）を受信したら、予め定められている給電量で高出力給電を開始してもよい。また、起動信号（Ｓ３）と受電側能力／状態情報（Ｓ５）とを分けて通信せず、第２のデータ通信装置３００の制御装置３６０は起動したら、受電側能力／状態情報（Ｓ５）を送信することとしてもよい。起動信号（Ｓ３）は、形式に拘泥されるものではなく、実質的に起動していることを示せればよい。したがって、受電側能力／状態情報（Ｓ５）をもって起動信号（Ｓ３）に代えてもよい。
本実施形態では制御装置１５０は、起動信号（Ｓ３）と受電側能力／状態情報（Ｓ５）を受信し、給電量を決定して高出力給電を開始する。これに拘わらず、起動信号（Ｓ３）を受信したら、予め定められている給電量で高出力給電を開始してもよい。また、起動信号（Ｓ３）と受電側能力／状態情報（Ｓ５）とを分けて通信せず、第２のデータ通信装置３００の制御装置３６０は起動したら、受電側能力／状態情報（Ｓ５）を送信することとしてもよい。起動信号（Ｓ３）は、形式に拘泥されるものではなく、実質的に起動していることを示せればよい。したがって、受電側能力／状態情報（Ｓ５）をもって起動信号（Ｓ３）に代えてもよい。
第２のデータ通信装置３００の制御装置３６０は、高出力給電（Ｓ６，Ｓ７）を受けると、受電装置３１０からの電力供給対象を拡張可能に制御する。ここでは、実際に受電装置３１０からの電力供給対象を拡張する（Ｐ４）。制御装置３６０は、高出力給電（Ｓ６，Ｓ７）を受ける前は、このような拡張を制限する。これにより、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）の電力不足を防ぐ。
拡張された電力供給対象としては、例えば、上述した出力機器、入力機器、電波通信機器である。同機器は、低出力給電状態においては、給電されていなかった機器（起動されていなかった機器）である。制御装置３６０は、同機器を起動する（Ｐ４）。なお、制御装置３６０は、起動すべき機器がなにもなければ、電力供給対象をそのままにする。制御装置３６０は、電力供給可能範囲内であれば、後に接続された機器に電力を供給して同機器を起動する。
制御装置３６０は、第１のデータ通信装置１００に機器動作状態を通知し（Ｐ５）、制御装置１５０はこれを受信し、以後、第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００との間でさらなる光通信が行われる。制御装置１５０は第２のデータ通信装置３００側の状態や通信状態を監視し、必要により給電量の変更、停止等の給電量の制御を実行する。
拡張された電力供給対象としては、例えば、上述した出力機器、入力機器、電波通信機器である。同機器は、低出力給電状態においては、給電されていなかった機器（起動されていなかった機器）である。制御装置３６０は、同機器を起動する（Ｐ４）。なお、制御装置３６０は、起動すべき機器がなにもなければ、電力供給対象をそのままにする。制御装置３６０は、電力供給可能範囲内であれば、後に接続された機器に電力を供給して同機器を起動する。
制御装置３６０は、第１のデータ通信装置１００に機器動作状態を通知し（Ｐ５）、制御装置１５０はこれを受信し、以後、第１のデータ通信装置１００と第２のデータ通信装置３００との間でさらなる光通信が行われる。制御装置１５０は第２のデータ通信装置３００側の状態や通信状態を監視し、必要により給電量の変更、停止等の給電量の制御を実行する。
以上のようにして、低出力給電による給電電力は、光電変換・光通信部（３１０，３２０，３３０，３６０）を駆動できる最低限の電力にまで低く制限した電力として実施することができる。
一方、高出力給電は、低出力給電による給電電力を超える電力であり、低出力給電による給電電力を超え、給電装置１１０の最高出力までの範囲で実施することができる。高出力給電は、必ずしも給電装置１１０の最高出力を指すものではなく、上記のように受電側からの情報に応じて決定される。
一方、高出力給電は、低出力給電による給電電力を超える電力であり、低出力給電による給電電力を超え、給電装置１１０の最高出力までの範囲で実施することができる。高出力給電は、必ずしも給電装置１１０の最高出力を指すものではなく、上記のように受電側からの情報に応じて決定される。
低出力給電及び高出力給電において、給電光をパルス発光にし、給電電力をＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）方式で制御してもよい。
低出力給電における給電光の光強度最高値を、高出力給電における給電光の光強度最高値より低く設定してもよい。低出力給電において瞬間的に照射される給電光の光強度を、高出力給電のときより下げて安全性を確保するためである。
また、低出力給電における給電光の光強度最高値と、高出力給電における給電光の光強度最高値とを等しくして実施してもよく、その場合でも、低出力給電におけるデューティー比を下げ、パルス周波数をある程度高くすることで、単位時間当たりの照射量を低減して一定の安全性を確保できる。
また、給電光をパルス発光ではく連続発光とし、低出力給電における給電光の光強度値を、高出力給電における給電光の光強度値より低く設定して実施してもよい。
低出力給電における給電光の光強度最高値を、高出力給電における給電光の光強度最高値より低く設定してもよい。低出力給電において瞬間的に照射される給電光の光強度を、高出力給電のときより下げて安全性を確保するためである。
また、低出力給電における給電光の光強度最高値と、高出力給電における給電光の光強度最高値とを等しくして実施してもよく、その場合でも、低出力給電におけるデューティー比を下げ、パルス周波数をある程度高くすることで、単位時間当たりの照射量を低減して一定の安全性を確保できる。
また、給電光をパルス発光ではく連続発光とし、低出力給電における給電光の光強度値を、高出力給電における給電光の光強度値より低く設定して実施してもよい。
以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
上記（２）では、高出力給電における給電量を決定するための情報を、受電側能力／状態情報（Ｓ５）とした。しかし、高出力給電における給電量を決定するための情報は、第２のデータ通信装置３００側から給電量を指定する情報（５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ等）であってもよい。電力供給対象拡張（Ｐ４）後も、第２のデータ通信装置３００側から給電量を指定する情報（給電停止指示を含む）を送信して、給電量を制御してもよい。
上記（２）では、高出力給電における給電量を決定するための情報を、受電側能力／状態情報（Ｓ５）とした。しかし、高出力給電における給電量を決定するための情報は、第２のデータ通信装置３００側から給電量を指定する情報（５Ｗ、１０Ｗ、２０Ｗ等）であってもよい。電力供給対象拡張（Ｐ４）後も、第２のデータ通信装置３００側から給電量を指定する情報（給電停止指示を含む）を送信して、給電量を制御してもよい。
１Ａ 光ファイバー給電システム（光給電システム）
１ 光ファイバー給電システム（光給電システム）
１Ｂ 光ファイバー給電システム（光給電システム）
１００ 第１のデータ通信装置
１１０ 給電装置
１１１ 給電用半導体レーザー
１１２ 給電光
１２０ 発信部
１２５ 信号光
１３０ 受信部
１４０ 光入出力部
１４１ 光コネクタ
１５０ 制御装置
２００Ａ 光ファイバーケーブル
２００ 光ファイバーケーブル
２００Ｂ 光ファイバーケーブル
２１０ コア
２２０ クラッド
２５０Ａ 光ファイバー
２５０ 光ファイバー
２６０ 光ファイバー
２７０ 光ファイバー
３００ 第２のデータ通信装置
３１０ 受電装置
３１１ 光電変換素子
３２０ 発信部
３２５ 信号光
３３０ 受信部
３５０ 光入出力部
３５１ 光コネクタ
３６０ 制御装置
４０１ 可視光
４１０ 蓋部材
４１１ 波長変換材
４２０ 蓋部材
４２１ 波長変換材
１ 光ファイバー給電システム（光給電システム）
１Ｂ 光ファイバー給電システム（光給電システム）
１００ 第１のデータ通信装置
１１０ 給電装置
１１１ 給電用半導体レーザー
１１２ 給電光
１２０ 発信部
１２５ 信号光
１３０ 受信部
１４０ 光入出力部
１４１ 光コネクタ
１５０ 制御装置
２００Ａ 光ファイバーケーブル
２００ 光ファイバーケーブル
２００Ｂ 光ファイバーケーブル
２１０ コア
２２０ クラッド
２５０Ａ 光ファイバー
２５０ 光ファイバー
２６０ 光ファイバー
２７０ 光ファイバー
３００ 第２のデータ通信装置
３１０ 受電装置
３１１ 光電変換素子
３２０ 発信部
３２５ 信号光
３３０ 受信部
３５０ 光入出力部
３５１ 光コネクタ
３６０ 制御装置
４０１ 可視光
４１０ 蓋部材
４１１ 波長変換材
４２０ 蓋部材
４２１ 波長変換材
Claims (2)
- 電力によりレーザー発振して給電光を出力する半導体レーザーを含む給電装置と、前記給電装置による給電光を電力に変換する光電変換素子を含む受電装置とを備えた光ファイバー給電システムであって、
前記給電装置を含む第１のデータ通信装置と、
前記第１のデータ通信装置と光通信し、前記受電装置を含む第２のデータ通信装置と、
一端が前記第１のデータ通信装置に接続可能とされ、他端が前記第２のデータ通信装置に接続可能とされ、前記給電光及び信号光を伝送する光ファイバーケーブルとを備え、
前記第１のデータ通信装置は、前記給電装置による低出力給電と、当該低出力給電による給電電力を超える高出力給電とを制御可能であり、
前記第１のデータ通信装置は、前記第２のデータ通信装置の光電変換・光通信部への前記低出力給電を開始して、前記第２のデータ通信装置から前記光電変換・光通信部が前記低出力給電を受けたことに伴い起動したことを示す起動信号を受信した後、前記高出力給電を可能に制御し、
前記光電変換・光通信部は、前記受電装置を含み、前記低出力給電を受けると起動して前記起動信号を前記第１のデータ通信装置に送信し、前記高出力給電を受けると前記受電装置からの電力供給対象を拡張し、前記第２のデータ通信装置の外部の機器に前記高出力給電に応じた電力の供給を行うように構成されており、
前記光電変換・光通信部は、起動後、前記高出力給電における給電量を決定するための情報を前記第１のデータ通信装置に送信し、
前記第１のデータ通信装置は、前記給電量を決定するための情報を受信し、これに基づき給電量を決定して前記高出力給電を制御する光ファイバー給電システム。 - 前記半導体レーザーの光－電気間の変換効果を奏する半導体領域を構成する半導体材料が、レーザー波長５００ｎｍ以下のレーザー媒体とされた請求項１に記載の光ファイバー給電システム。
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